JP4887574B2 - 破砕装置用電極および破砕装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、破砕装置用電極および破砕装置に関し、より特定的には、コストを低減することが可能な破砕装置用電極および破砕装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩石などを破壊するための従来の破砕方法としては、たとえば特開平４−２２２７９４号公報に開示されているものがある。図１０は、従来の破砕装置を示す模式図である。また、図１１は、図１０に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図であり、図１２は、図１１に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図１０〜１２を参照して、上記特開平４−２２２７９４号公報に開示された破砕方法を実施するための破砕装置の構造および動作について説明する。
【０００３】
図１０〜１２を参照して、まず、従来の破砕装置の構造を簡単に説明する。パルスパワー源１０６は、コンデンサ１０８、スイッチ１０７などを含む回路からなっている。このパルスパワー源１０６には電源１０９が接続されている。パルスパワー源１０６の回路、この回路を含む筐体および破砕装置を搭載する車体は接地されている。
【０００４】
岩石などを破壊するための破壊電極としての同軸電極１０１は、パルスパワー源１０６と同軸ケーブル１０５によって接続されている。同軸電極１０１の先端には、中心電極１１２と、この中心電極１１２の外周側に絶縁体１１３を介して位置する外周電極１１５とが配置されている。中心電極１１２と外周電極１１５との一方は接地され、他方にはパルスパワー源１０６のスイッチ１０７が閉じられたときにコンデンサ１０８に蓄えられた電荷が導かれる。
【０００５】
次に従来の破砕方法を説明する。破壊対象となる岩石などに、ドリルなどを用いてあらかじめ下孔１１０を形成する。この下孔１１０の中に水１１１などの電解液を注入する。この下孔１１０に同軸電極１０１を挿入する。
【０００６】
そして、電源１０９で電荷を発生させ、この電荷をコンデンサ１０８に蓄積する。ただし、コンデンサ１０８の片側の極は接地されている。
【０００７】
コンデンサ１０８に十分に電荷が蓄積された後にスイッチ１０７を閉じることによって、同軸ケーブル１０５を介して同軸電極１０１に電荷が供給される。そして、同軸電極１０１の先端において、中心電極１１２と外周電極１１５との間に電位差が生じることにより放電が起こる。このとき、同軸電極１０１の先端付近の電解液が放電エネルギーによってプラズマ化することにより、圧力波が発生する。この圧力波により、同軸電極１０１の周囲の岩石などを破壊する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような破砕方法において用いられる同軸電極１０１は、岩石の破砕の際に大きな衝撃を受けることにより損傷する場合があった。また、発明者が検討した結果、上述した従来の同軸電極１０１では、たとえば正極の材料として銅や鋼など上述の材料を用いる場合、同軸電極１０１に大電流を投入して放電を発生させると、電極を構成する銅などがこの放電に伴って部分的に蒸発することにより電極が損耗していた。このため、放電をある程度繰返すと、電極の損耗が激しくなるため、同軸電極を新しい電極と交換する必要があった。
【０００９】
ところが、従来の同軸電極１０１は中心電極１１２、絶縁体１１３および外周電極１１５が一体となっているので、同軸電極１０１の先端部（放電が発生する領域に対向する部分）が損傷を受けると、その他の部分が健全であっても同軸電極１０１全体を交換する必要があった。この結果、破砕作業のランニングコストが上昇することになっていた。
【００１０】
また、発明者は、本発明に関連する技術として、特願２０００−３７４２３６において、破砕効率を向上させる目的で、同軸電極の外周に互いに間隔を隔てて配置された外周電極部分を複数個配置することにより、同軸電極で一度に複数の放電を発生させることが可能な破砕装置用電極を提案している。発明者が提案する上記のような破砕装置用電極も、上述した従来の同軸電極と同様に中心電極、絶縁体および外周電極部分が一体として形成されている。そのため、電極の一部が損傷を受けた場合に電極全体を交換する必要があるので、上述した従来の同軸電極と同様に破砕のコストが上昇するという問題を抱えていた。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、コストを低減することが可能な破砕装置用電極および破砕装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の１の局面における破砕装置用電極は、中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体と、中心導電体の外周面上に配置された絶縁部材と、絶縁部材を囲むように配置された外周導電体とを備える破砕装置用電極であって、外周導電体の一部は着脱可能である。さらに、上記破砕装置用電極は、外周導電体の一部を含むモジュール部材と、モジュール部材を固定する固定部材とを備える。モジュール部材は、破砕装置用電極の一方端部側に位置するとともに、絶縁部材の一方端部を含む。絶縁部材の一方端部と、絶縁部材における一方端部以外の部分である他の部分との係合面において、モジュール部材は他の部分を含むベース部と着脱可能に構成されている。係合面は、破砕装置用電極の一方端部側に向かうにつれて徐々に外周導電体側から中心導電体側に近づくように配置されている。
【００１３】
このようにすれば、破砕装置用電極（以下、電極ともいう）において岩石などの破砕を行なった際に損傷を受けやすい場所（たとえば破砕装置用電極において放電を発生させる領域の近傍）に上記外周導電体の一部を配置することにより、外周導電体の一部が損傷を受けても、その損傷を受けた一部のみを交換することができる。このため、破砕装置用電極全体を交換する場合より、コストを低減できる。
【００１４】
なお、破砕装置用電極において外周導電体の一部を着脱する場合、外周導電体の一部を構成する導電体のみからなる導電体モジュール部材を着脱してもよいが、絶縁体からなる基部に外周導電体の一部を構成する導電体が固定されたモジュール部材を着脱してもよい。また、外周導電体の一部は、１つまたは複数の導電体を含んでいてもよい。外周導電体の一部に含まれる複数の導電体は、互いに間隔を隔てて配置されていてもよい。
【００１５】
上記１の局面における破砕装置用電極では、外周導電体の一部が、外周導電体において上記外周導電体の一部以外の領域と間隔を隔てて配置された導電体を含んでいてもよい。
【００１６】
この場合、上記外周導電体の一部以外の領域と上記導電体との間に位置する間隙で放電を発生させることができる。そして、この間隙の位置を変更することにより、放電の発生個所を変更できる。
【００１７】
上記１の局面における破砕装置用電極では、外周導電体の一部が第１の導電体と、第１の導電体とは中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された第２の導電体とを含むことが好ましい。
【００１８】
この場合、破砕装置用電極に電流が供給され、中心電極としての中心導電体と外周電極としての外周導電体との間に当該電流が流れる場合、中心導電体において破砕装置用電極の端部に位置する部分と、この端部側に配置された第１および第２の導電体のいずれかとの間において第１の放電が発生する。そして、第１の導電体と第２の導電体との間においても、第２の放電が発生する。つまり、従来の電極においては端部の１箇所においてのみ放電が起きていたのに対して、本発明による電極では少なくとも２箇所において放電が起きる。このように放電が起きる個所の数を増加させることにより、電流値を一定にした場合において、従来より放電抵抗を増加させることができる。この放電により消費されるエネルギー（破砕に利用されるエネルギー）は、（電極に供給される電流値の２乗）×（放電抵抗）に比例するので、破砕に利用されるエネルギーを従来より確実に大きくできる。したがって、破砕装置の能力（破砕能力）を増大させる事ができる。
【００１９】
なお、外周導電体の一部は、上記第１および第２の導電体と間隔を介して配置されている１つ以上の他の導電体を含んでいてもよい。このようにすれば、さらに放電が起きる個所の数を増加させることができる。なお、外周導電体の一部に含まれる第１、第２のおよび他の導電体の合計数は、必要な放電の発生個所の数に合わせて変更することができる。
【００２０】
また、このように放電が発生する領域に対向するように配置された第１および第２の導電体は、破砕装置用電極において特に損傷を受けやすい部分である。この第１および第２の導電体が着脱可能になっているので、第１および第２の導電体が損傷した場合、この部分のみを交換することにより破砕装置用電極を復旧できる。したがって、破砕装置用電極のランニングコストを低減できる。
【００２２】
また、破砕装置用電極においてモジュール部材を装着するベース部では、モジュール部材との係合面が一方端部に向かうにしたがって中心導電体に近づくことになる（すなわち、ベース部は、一方端部に向かうにつれてだんだんその径が小さくなるように、端部がテーパー状になっている）。このため、モジュール部材での係合面を構成する表面およびベース部において係合面を構成する表面の中心軸に対する傾斜角度をほぼ同一としておけば、この係合面においてモジュール部材とベース部とをほぼ確実に密着させることができる。
【００２３】
また、ベース部の端部がテーパー状になっているので、ベース部にてモジュール部材と係合する部分において、ベース部の径が一箇所で急激に小さくなることを防止できる。このため、ベース部の径が急激に小さくなった部分に応力が集中するといった問題の発生を防止できる。この結果、係合する部分でのベース部の強度を比較的高く保つことができる。
【００２４】
上記１の局面における破砕装置用電極では、係合面が段差部を含んでいてもよい。
【００２５】
この場合、係合面を電極の一方端部に向かうにしたがって徐々に中心導電体に近づくような、複数の段差部を有する緩やかな階段状の形状（徐々に径が小さくなるような形状）とすることができる。係合面をこのような階段状の形状とする加工は、係合面を表面が滑らかな斜面を有するテーパー形状とする加工より比較的簡単であるため、本発明による破砕装置用電極の製造コストが上昇することを抑制できる。
【００２６】
上記１の局面における破砕装置用電極において、ベース部は、外周導電体において外周導電体の一部以外の部分である他の外周導電体部分を含んでいてもよい。ベース部において、破砕装置用電極の一方端部側にて露出する中心導電体の一部分から、係合面を含むベース部の表面を介して他の外周導電体部分までの最短距離を第１の距離とし、破砕装置用電極において、破砕装置用電極の一方端部にて露出する中心導電体の端部領域から、他の外周導電体部分までの絶縁破壊を生じる経路の最短距離を第２の距離とした場合、第１の距離は第２の距離より長くなっていることが好ましい。
【００２７】
この場合、中心導電体の端部から係合面を含むベース部の表面を介して外周導電体の他の外周導電体部分までの回路を考えた場合の電気抵抗より、中心導電体の端部領域から他の外周導電体部分までの絶縁破壊を生じる経路での電気抵抗の方が小さくなる。このため、破砕装置用電極に電流を供給する際に、中心導電体の端部領域から他の外周導電体部分までの絶縁破壊を生じる経路（たとえば、中心導電体の端部領域から破砕装置用電極の表面を介して外周導電体の一部、さらに他の外周導電体部分にまで続く経路）に電流が流れることになる。すなわち、破砕装置用電極において、モジュール部材とベース部との係合面を介して中心導電体と他の外周導電体部分とが短絡することを防止できる。
【００２８】
なお、第２の距離は、たとえば中心導体の端部領域から破砕装置用電極の表面に沿って、外周導電体の一部を介して他の外周導電体部分までの最短経路の長さから、この最短経路に沿った外周導電体の一部の長さを除いた距離（上記最短経路において、絶縁体が露出している領域の長さ）に該当する。また、たとえば外周導電体の一部と他の外周導電体部分との間に位置する破砕装置用電極の表面に溝が形成されている場合、外周導電体の一部と他の外周導電体部分との間の絶縁破壊は、外周導電体の一部と他の外周導電体部分との直線距離が最短になっている経路上で起こる場合がある。この場合、上記絶縁破壊を生じる経路には、外周導電体の一部と他の外周導電体部分との直線距離が最短になる経路が組み込まれることになる（溝の内部壁面は上記絶縁破壊を生じる経路には組み込まれない）。
【００３０】
また、固定部材によりモジュール部材をベース部に確実に固定することができる。
【００３１】
上記１の局面における破砕装置用電極では、固定部材は導電体からなり、破砕装置用電極において放電を発生させる端部に位置し、モジュール部材を押圧するとともに中心導電体に固着されていてもよい。
【００３２】
この場合、固定部材は中心導電体の一部として作用する。そして、固定部材と外周導電体との間で放電が発生するように固定部材を配置すれば、中心導電体の一部としての固定部材が損傷を受けたような場合、この固定部材を交換することで破砕装置用電極を復旧できる。このため、中心導電体が損傷を受けた際に破砕装置用電極を全部取り替える場合より、破砕装置用電極の保守に要するコストを低減できる。
【００３３】
また、固定部材を別の部材として備えることにより、中心導電体の他の部分と異なる材質を固定部材の材質として任意に選択できる。ここで、固定部材の材質としては、放電電極としてより好ましい材料、たとえば金、銀、白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、およびこれらの合金からなる群から選択される少なくとも１つを用いることが好ましい。この場合、固定部材が放電に伴って損耗することを抑制できる。
【００３４】
上記１の局面における破砕装置用電極では、固定部材が中心軸の延びる方向に沿ったモジュール部材の外周面上に配置されていてもよい。
【００３５】
この場合、固定部材をモジュール部材とベース部との接合部における外周面上に配置することができる。すなわち、破砕装置用電極において放電が発生する領域である一方端部から離れた領域に固定部材を配置することが可能になる。この結果、固定部材が放電により損傷を受ける事を防止できる。
【００３６】
上記１の局面における破砕装置用電極では、モジュール部材が外周導電体の一部の配置を固定する下地部材を含んでいてもよく、下地部材の材料として可撓性を有する誘電体を用いてもよい。
【００３７】
この場合、可撓製を有する誘電体により下地部材を形成した後、外周導電体の一部をこの下地部材に嵌め込むといった簡単な加工によりモジュール部材を形成できる。つまり、下地部材は可撓製を有する材料からなるため、下地部材をある程度弾性変形させた状態で、外周導電体の一部を下地部材の所定の位置に容易に配置することができる。
【００３８】
この発明の他の局面における破砕装置は、上記１の局面における破砕装置用電極を備える。
【００３９】
このようにすれば、破砕装置用電極の保守などに要するコストを低減できることから、破砕装置のランニングコストを低減できる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１における装置構成を説明するための模式図である。図２は、図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図３は、図２に示した破砕装置用電極の断面模式図である。図４は、図２に示した破砕装置用電極の分解断面模式図である。図１〜４を参照して、本発明による破砕装置用電極および破砕装置の実施の形態１を説明する。
【００４２】
図１〜４を参照して、本発明による破砕装置は、破砕装置用電極としての電極１とパルスパワー源６と電源９と同軸ケーブル５とを備える。パルスパワー源６はコンデンサ８、スイッチ７などを含む回路からなる。パルスパワー源６には電源９が接続されている。パルスパワー源６の回路は接地されている。電極１はパルスパワー源６と同軸ケーブル５により接続されている。電極１はベース部としての電極基部２４とモジュール部材としての電極モジュール１５と固定部材としての先端電極部分１２とからなる。電極１は岩石などの破砕対象物２に形成された下孔１０の内部に挿入されている。下孔１０の内部には電解液としての水１１が配置されている。
【００４３】
電極１においては、ベース部としての電極基部２４の先端部にモジュール部材としての電極モジュール１５が嵌め込まれ、先端電極部分１２が電極基部２４の先端部に固定されている。先端電極部分１２は電極基部２４に対して電極モジュール１５を固定する固定部材としての機能を有する。電極基部２４は、中心軸に沿って延在する中心電極１８と、この中心電極１８の外周面上に配置された絶縁体１９と、この絶縁体１９の外周面上に配置された外周電極部分１３ｄとからなる。
【００４４】
電極基部２４の先端部においては、中心電極１８が露出している。この先端部において、中心電極１８にはネジ部２２が形成されている。また、電極基部２４の絶縁体１９は、電極基部２４の先端部から徐々にその厚みが厚くなるようなテーパー部２１を有している。
【００４５】
電極モジュール１５は、筒状の絶縁体１４と、この絶縁体１４の外周面の一部を構成するとともに、この絶縁体に埋設された状態となっている外周電極部分１３ａ〜１３ｃとからなる。外周電極部分１３ａ〜１３ｃはそれぞれリング状の外形を有している。絶縁体１４は、可撓性のあるゴムなどの樹脂からなる。また、絶縁体１４の内周面には、テーパー部２０が形成されている。電極モジュール１５の内周面のテーパー部２０における中心軸に対する傾斜角度は、電極基部２４のテーパー部２１における中心軸に対する傾斜角度とほぼ等しい。つまり、電極モジュール１５のテーパー部２０は電極基部２４のテーパー部２１と密着することが可能なようにその傾斜角度が決定されている（電極モジュール１５のテーパー部２０は電極基部２４のテーパー部２１と密着可能になっている）。電極モジュール１５は、電極基部２４に対して着脱可能となっている。
【００４６】
先端電極部分１２にはネジ部２３が形成されている。この先端電極部分１２のネジ部２３を電極基部２４のネジ部２２に嵌め込むことにより、先端電極部分１２を電極基部２４に固定する。
【００４７】
このように、電極基部２４、電極モジュール１５および先端電極部分１２からなる電極１では、電極１の先端部に先端電極部分１２が配置されている。そして、電極１の外周面では、外周電極部分１３ａ〜１３ｄが中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された状態となっている。このため、先端電極部分１２と外周電極部分１３ａとの間にはギャップ１７ａが形成される。また、外周電極部分１３ａ、１３ｂの間にはギャップ１７ｂが形成される。また、外周電極部分１３ｂ、１３ｃの間にはギャップ１７ｃが形成される。さらに、外周電極部分１３ｃ、１３ｄの間にはギャップ１７ｄが形成される。
【００４８】
そして、パルスパワー源６のスイッチ７が閉じられたときにコンデンサ８に蓄えられた電荷が電極１に導入されると、このギャップ１７ａ〜１７ｄにおいて複数のアーク１６が形成される。
【００４９】
図１〜４に示した破砕装置および電極１では、岩石などの破砕対象物２の破砕を行なった際に損傷を受けやすい部分（電極１において放電を発生させる領域の近傍）である外週導電体の一部としての外周電極部分１３ａ〜１３ｃが電極モジュール１５に設置されている。そのため、外周電極部分１３ａ〜１３ｃが損傷を受けても、電極モジュール１５のみを交換することができる。このため、電極１全体を交換する場合より、破砕装置の保守コストを低減できる。
【００５０】
また、図１〜４に示した電極では、複数のアーク１６を発生させる事ができるので、破砕に利用されるエネルギーを従来より確実に大きくできる。したがって、破砕装置の能力（破砕能力）を増大させる事ができる。
【００５１】
また、ベース部としての電極基部２４では、その端部（電極モジュール１５と係合する端部）がテーパー部２１となっているので、電極基部２４の端部の径が１箇所で急激に小さくなることにより、この部分に応力が集中して電極基部２４が折損するといった不良の発生を防止できる。つまり、電極基部２４の機械的強度を比較的高く保つことができる。
【００５２】
また、図１〜４に示した電極１において、中心導電体の一部分としての先端電極部分１２から、テーパー部２１の表面を介して外周電極部分１３ｄまでの距離を第１の距離とする。一方、中心導電体の端部領域としての先端電極部分１２から電極１の表面を介して第１の導電体としての外周電極部分１３ａまでの距離と、電極１の表面を介した外周電極部分１３ａ、１３ｂの間の距離と、電極１の表面を介した外周電極部分１３ｂ、１３ｃの間の距離と、電極１の表面を介した外周電極部分１３ｃ、１３ｄの間の距離との合計を第２の距離とする。この場合、第１の距離は第２の距離より長くなっている。
【００５３】
この場合、電極基部２４において、中心電極１８のネジ部２２が形成された先端部からテーパー部２１の表面を介して外周導電体の他の部分としての外周電極部分１３ｄまでの回路を考えた場合の電気抵抗より、先端電極部分１２から外周電極部分１３ａ〜１３ｃを介して外周電極部分１３ｄまでの回路の電気抵抗の方が小さくなる。このため、電極１に電流を供給する際に、中心導電体を構成する中心電極１８および先端電極部分１２から、電極１の表面に沿って外周電極部分１３ａ〜１３ｃを介して外周電極部分１３ｄに電流が流れることになる。すなわち、電極１において、係合面であるテーパー部２１の表面を介して中心電極１８と外周電極部分１３ｄとが短絡することを防止できる。
【００５４】
また、先端電極部分１２は中心電極１８の一部として作用するとともに、外周電極部分１３ａとの間で放電を発生させるように配置されている。そのため、先端電極部分１２が放電などにより損傷を受けた場合、先端電極部分１２のみを交換することで電極１を復旧できる。なお、先端電極部分１２の材料としては、銀などの貴金属を用いてもよい。たとえば、先端電極部分１２の材料として、金、銀、白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、およびこれらの合金からなる群から選択される少なくとも１つを用いることが好ましい。
【００５５】
また、電極モジュール１５の絶縁体１４としてゴムなどの可撓性を有する樹脂を用いているので、電極モジュール１５の製造工程において、この樹脂により下地部材としての絶縁体１４を形成した後、外周導電体の一部としての外周電極部分１３ａ〜１３ｃをこの絶縁体１４に嵌め込むといった簡単な加工により電極モジュール１５を形成できる。
【００５６】
図５は、図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す断面模式図である。図５を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態１の第１の変形例を説明する。
【００５７】
図５を参照して、電極１は基本的には図１〜４に示した電極と同様の構造を備えるが、電極基部２４の先端部と先端電極部分１２との構造が異なっている。すなわち、電極基部２４の先端部においては、中心電極１８に開口部が形成され、この開口部の側壁にはネジ溝が切られたネジ部２７が形成されている。一方、先端電極部分１２においては、凸部２５が形成され、この凸部２５の側面にはネジ溝が切られたネジ部２６が形成されている。この先端電極部分１２のネジ部２６を中心電極１８の先端部のネジ部２７が形成された開口部へと挿入することにより、中心電極１８に先端電極部分１２を固定することができる。
【００５８】
このような電極１によっても、図１〜４に示した電極と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
図６は、図１〜４に示した破砕装置用電極の実施の形態１の第２の変形例を示す断面模式図である。図６を参照して、図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を説明する。
【００６０】
図６を参照して、電極１は基本的には図１〜４に示した破砕装置用電極と同様の構造を備えるが、中心電極１８と先端電極部分１２との固定方法が異なっている。すなわち、電極基部２４の先端部においては、中心電極１８に開口部３０が形成されている。また、先端電極部分１２においても、開口部２９が形成されている。そして、電極基部２４に電極モジュール１５を装着した後、この先端電極部分１２を電極基部２４に嵌め込む。そして、先端電極部分１２の開口部２９にネジ２８を挿入するとともに、このネジ２８の先端部を中心電極１８の先端部に形成された開口部３０の内部へと挿入固定する。このネジ２８により、先端電極部分１２を電極基部２４ａと固定することができる。
【００６１】
このような電極１によっても、図１〜４に示した電極と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
なお、図１〜６に示した電極１の電極モジュール１５では、３つの外周電極部分１３ａ〜１３ｃを配置しているが、電極モジュール１５において、電極基部２４の外周電極部分１３ｄから間隔を隔てて１つの外周電極部分を配置してもよい。
【００６３】
（実施の形態２）
図７は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す断面模式図である。図７を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を説明する。
【００６４】
図７を参照して、破砕装置用電極としての電極１は、基本的には図１〜４に示した電極と同様の構造を備えるが、電極モジュール１５を電極基部２４に固定する固定方法が異なっている。すなわち、図７に示した電極１においては、図１〜４に示した電極１のように固定部材としての先端電極部分１２を用いるのではなく、電極基部２４と電極モジュール１５との接触部を跨ぐように配置されたリング状の固定部材３２を用いている。この固定部材３２が配置される領域では、電極モジュール１５の外周電極部分１３ｃの表面にネジ溝が切られたネジ部３３が形成されている。また、同様にこの固定部材３２下に位置する領域においては、電極基部２４の外周電極部分１３ｄの表面にネジ溝が切られたネジ部３４が形成されている。そして、これらのネジ部３３、３４と接触する固定部材３２の内周面にも、同様にネジ溝が切られたネジ部３７が形成されている。
【００６５】
電極基部２４の先端部に電極モジュール１５を装着した後、この電極基部２４と電極モジュール１５との接続部上に固定部材３２を嵌め込むことにより、電極基部２４と電極モジュール１５とを固定することができる。
【００６６】
このようにすれば、図１〜４に示した電極と同様の効果を得られるとともに、電極１において放電が発生する領域である一方端部から離れた領域に固定部材３２を配置することが可能になる。この結果、固定部材３２が放電により損傷を受ける事を防止できる。
【００６７】
なお、図７に示した電極１では、中心電極１の先端凸部３１と外周電極部分１３ａとの間に１つのギャップが形成される。そして、外周電極部分１３ａと外周電極部分１３ｂとの間に２つ目のギャップが形成される。そして、外周電極部分１３ｂと外周電極部分１３ｃとの間に３つ目のギャップが形成される。すなわち、図７に示した電極においてはギャップが３ヶ所に形成されている。外周電極部分１３ａ〜１３ｃの数は、必要な放電の発生個所の数に合わせて増減することが可能である。
【００６８】
（実施の形態３）
図８は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す断面模式図である。図８を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を説明する。なお、図８は図３に対応する。
【００６９】
図８を参照して、電極１は基本的には図１〜４に示した破砕装置用電極と同様の構造を備えるが、電極基部２４と電極モジュール１５との係合面（接触面）の形状が異なっている。すなわち、電極基部２４においては、電極モジュール１５の内周面が接触する絶縁体１９の部分が、その表面に複数の段差が形成された段差部３６となっている。また、この段差部３６に当接する電極モジュール１５の内周面においても、この段差部３６の形状に対応して段差部３５が形成されている。電極モジュール１５の段差部３５と電極基部２４の段差部３６とは密着することが可能なようにその形状が決定されている。
【００７０】
このようにすれば、図１〜４に示した電極と同様の効果を得ることができるとともに、電極基部２４の端部を図８に示すような、その表面が緩やかな階段状となる段差部３６とすることにより、図１〜４に示したようなテーパー部２１を形成する場合より加工を簡単に行なうことができる。このため、電極１の製造コストが上昇することを抑制できる。
【００７１】
なお、電極基部２４の中心電極１８と先端電極部分１２との接合方法として、図５または６に示した電極と同様の方法を用いてもよい。また、先端電極部分１２を用いずに、図７に示した電極のように固定部材３２を用いて電極モジュール１５を電極基部２４に固定してもよい。
【００７２】
（実施の形態４）
図９は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を示す断面模式図である。図９を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を説明する。なお、図９は図３に対応する。
【００７３】
図９を参照して、電極１は基本的には図１〜４に示した電極と同様の構造を備えるが、電極モジュール１５の構成が異なる。すなわち、図９に示した電極１においては、電極モジュール１５の外周面に外周電極部分１３ａが形成されている。この外周電極部分１３ａは、先端電極部分１２と絶縁体１４を介して対向するように配置されるとともに、この外周電極部分１３ｄに隣接する領域にまで延在するように形成されている。外周電極部分１３ａは電極基部２４の外周電極部分１３ｄと接触する。この結果、図９に示した電極１においては、先端電極部分１２と外周電極部分１３ａとの間に１つのギャップが形成された状態となっている。
【００７４】
このようにすれば、図１〜４に示した電極と同様に、外周電極部分１３ａが放電により損傷を受けても、電極モジュール１５のみを交換することにより電極１を容易に復旧できる。
【００７５】
なお、電極基部２４の中心電極１８と先端電極部分１２との接合方法として、図５または６に示した電極と同様の方法を用いてもよい。また、先端電極部分１２を用いずに、図７に示した電極のように固定部材３２を用いて電極モジュール１５を電極基部２４に固定してもよい。また、電極モジュール１５と電極基部２４との係合部の形状を図８に示した電極のように階段状にしてもよい。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、破砕装置用電極において損傷を受けた部分のみを交換することが可能になるので、破砕を行なう際のコストを低減する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１における装置構成を説明するための模式図である。
【図２】 図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【図３】 図２に示した破砕装置用電極の断面模式図である。
【図４】 図２に示した破砕装置用電極の分解断面模式図である。
【図５】 図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す断面模式図である。
【図６】 図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図である。
【図７】 本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す断面模式図である。
【図８】 本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す断面模式図である。
【図９】 本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を示す断面模式図である。
【図１０】 従来の破砕装置を示す模式図である。
【図１１】 図１０に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図１２】 図１１に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【符号の説明】
１ 電極、２ 破砕対象物、５ 同軸ケーブル、６ パルスパワー源、７ スイッチ、８ コンデンサ、９ 電源、１０ 下孔、１１ 水、１２ 先端電極部分、１３ａ〜１３ｄ 外周電極部分、１４，１９ 絶縁体、１５ 電極モジュール、１６ アーク、１７ａ〜１７ｄ ギャップ、１８ 中心電極、２０，２１ テーパー部、２２，２３，２６，２７，３３，３４，３７ ネジ部、２４ 電極基部、２５ 凸部、２８ ネジ、２９，３０ 開口部、３１ 先端凸部、３２ 固定部材、３５，３６ 段差部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、破砕装置用電極および破砕装置に関し、より特定的には、コストを低減することが可能な破砕装置用電極および破砕装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩石などを破壊するための従来の破砕方法としては、たとえば特開平４−２２２７９４号公報に開示されているものがある。図１０は、従来の破砕装置を示す模式図である。また、図１１は、図１０に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図であり、図１２は、図１１に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図１０〜１２を参照して、上記特開平４−２２２７９４号公報に開示された破砕方法を実施するための破砕装置の構造および動作について説明する。
【０００３】
図１０〜１２を参照して、まず、従来の破砕装置の構造を簡単に説明する。パルスパワー源１０６は、コンデンサ１０８、スイッチ１０７などを含む回路からなっている。このパルスパワー源１０６には電源１０９が接続されている。パルスパワー源１０６の回路、この回路を含む筐体および破砕装置を搭載する車体は接地されている。
【０００４】
岩石などを破壊するための破壊電極としての同軸電極１０１は、パルスパワー源１０６と同軸ケーブル１０５によって接続されている。同軸電極１０１の先端には、中心電極１１２と、この中心電極１１２の外周側に絶縁体１１３を介して位置する外周電極１１５とが配置されている。中心電極１１２と外周電極１１５との一方は接地され、他方にはパルスパワー源１０６のスイッチ１０７が閉じられたときにコンデンサ１０８に蓄えられた電荷が導かれる。
【０００５】
次に従来の破砕方法を説明する。破壊対象となる岩石などに、ドリルなどを用いてあらかじめ下孔１１０を形成する。この下孔１１０の中に水１１１などの電解液を注入する。この下孔１１０に同軸電極１０１を挿入する。
【０００６】
そして、電源１０９で電荷を発生させ、この電荷をコンデンサ１０８に蓄積する。ただし、コンデンサ１０８の片側の極は接地されている。
【０００７】
コンデンサ１０８に十分に電荷が蓄積された後にスイッチ１０７を閉じることによって、同軸ケーブル１０５を介して同軸電極１０１に電荷が供給される。そして、同軸電極１０１の先端において、中心電極１１２と外周電極１１５との間に電位差が生じることにより放電が起こる。このとき、同軸電極１０１の先端付近の電解液が放電エネルギーによってプラズマ化することにより、圧力波が発生する。この圧力波により、同軸電極１０１の周囲の岩石などを破壊する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような破砕方法において用いられる同軸電極１０１は、岩石の破砕の際に大きな衝撃を受けることにより損傷する場合があった。また、発明者が検討した結果、上述した従来の同軸電極１０１では、たとえば正極の材料として銅や鋼など上述の材料を用いる場合、同軸電極１０１に大電流を投入して放電を発生させると、電極を構成する銅などがこの放電に伴って部分的に蒸発することにより電極が損耗していた。このため、放電をある程度繰返すと、電極の損耗が激しくなるため、同軸電極を新しい電極と交換する必要があった。
【０００９】
ところが、従来の同軸電極１０１は中心電極１１２、絶縁体１１３および外周電極１１５が一体となっているので、同軸電極１０１の先端部（放電が発生する領域に対向する部分）が損傷を受けると、その他の部分が健全であっても同軸電極１０１全体を交換する必要があった。この結果、破砕作業のランニングコストが上昇することになっていた。
【００１０】
また、発明者は、本発明に関連する技術として、特願２０００−３７４２３６において、破砕効率を向上させる目的で、同軸電極の外周に互いに間隔を隔てて配置された外周電極部分を複数個配置することにより、同軸電極で一度に複数の放電を発生させることが可能な破砕装置用電極を提案している。発明者が提案する上記のような破砕装置用電極も、上述した従来の同軸電極と同様に中心電極、絶縁体および外周電極部分が一体として形成されている。そのため、電極の一部が損傷を受けた場合に電極全体を交換する必要があるので、上述した従来の同軸電極と同様に破砕のコストが上昇するという問題を抱えていた。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、コストを低減することが可能な破砕装置用電極および破砕装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の１の局面における破砕装置用電極は、中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体と、中心導電体の外周面上に配置された絶縁部材と、絶縁部材を囲むように配置された外周導電体とを備える破砕装置用電極であって、外周導電体の一部は着脱可能である。さらに、上記破砕装置用電極は、外周導電体の一部を含むモジュール部材と、モジュール部材を固定する固定部材とを備える。モジュール部材は、破砕装置用電極の一方端部側に位置するとともに、絶縁部材の一方端部を含む。絶縁部材の一方端部と、絶縁部材における一方端部以外の部分である他の部分との係合面において、モジュール部材は他の部分を含むベース部と着脱可能に構成されている。係合面は、破砕装置用電極の一方端部側に向かうにつれて徐々に外周導電体側から中心導電体側に近づくように配置されている。
【００１３】
このようにすれば、破砕装置用電極（以下、電極ともいう）において岩石などの破砕を行なった際に損傷を受けやすい場所（たとえば破砕装置用電極において放電を発生させる領域の近傍）に上記外周導電体の一部を配置することにより、外周導電体の一部が損傷を受けても、その損傷を受けた一部のみを交換することができる。このため、破砕装置用電極全体を交換する場合より、コストを低減できる。
【００１４】
なお、破砕装置用電極において外周導電体の一部を着脱する場合、外周導電体の一部を構成する導電体のみからなる導電体モジュール部材を着脱してもよいが、絶縁体からなる基部に外周導電体の一部を構成する導電体が固定されたモジュール部材を着脱してもよい。また、外周導電体の一部は、１つまたは複数の導電体を含んでいてもよい。外周導電体の一部に含まれる複数の導電体は、互いに間隔を隔てて配置されていてもよい。
【００１５】
上記１の局面における破砕装置用電極では、外周導電体の一部が、外周導電体において上記外周導電体の一部以外の領域と間隔を隔てて配置された導電体を含んでいてもよい。
【００１６】
この場合、上記外周導電体の一部以外の領域と上記導電体との間に位置する間隙で放電を発生させることができる。そして、この間隙の位置を変更することにより、放電の発生個所を変更できる。
【００１７】
上記１の局面における破砕装置用電極では、外周導電体の一部が第１の導電体と、第１の導電体とは中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された第２の導電体とを含むことが好ましい。
【００１８】
この場合、破砕装置用電極に電流が供給され、中心電極としての中心導電体と外周電極としての外周導電体との間に当該電流が流れる場合、中心導電体において破砕装置用電極の端部に位置する部分と、この端部側に配置された第１および第２の導電体のいずれかとの間において第１の放電が発生する。そして、第１の導電体と第２の導電体との間においても、第２の放電が発生する。つまり、従来の電極においては端部の１箇所においてのみ放電が起きていたのに対して、本発明による電極では少なくとも２箇所において放電が起きる。このように放電が起きる個所の数を増加させることにより、電流値を一定にした場合において、従来より放電抵抗を増加させることができる。この放電により消費されるエネルギー（破砕に利用されるエネルギー）は、（電極に供給される電流値の２乗）×（放電抵抗）に比例するので、破砕に利用されるエネルギーを従来より確実に大きくできる。したがって、破砕装置の能力（破砕能力）を増大させる事ができる。
【００１９】
なお、外周導電体の一部は、上記第１および第２の導電体と間隔を介して配置されている１つ以上の他の導電体を含んでいてもよい。このようにすれば、さらに放電が起きる個所の数を増加させることができる。なお、外周導電体の一部に含まれる第１、第２のおよび他の導電体の合計数は、必要な放電の発生個所の数に合わせて変更することができる。
【００２０】
また、このように放電が発生する領域に対向するように配置された第１および第２の導電体は、破砕装置用電極において特に損傷を受けやすい部分である。この第１および第２の導電体が着脱可能になっているので、第１および第２の導電体が損傷した場合、この部分のみを交換することにより破砕装置用電極を復旧できる。したがって、破砕装置用電極のランニングコストを低減できる。
【００２２】
また、破砕装置用電極においてモジュール部材を装着するベース部では、モジュール部材との係合面が一方端部に向かうにしたがって中心導電体に近づくことになる（すなわち、ベース部は、一方端部に向かうにつれてだんだんその径が小さくなるように、端部がテーパー状になっている）。このため、モジュール部材での係合面を構成する表面およびベース部において係合面を構成する表面の中心軸に対する傾斜角度をほぼ同一としておけば、この係合面においてモジュール部材とベース部とをほぼ確実に密着させることができる。
【００２３】
また、ベース部の端部がテーパー状になっているので、ベース部にてモジュール部材と係合する部分において、ベース部の径が一箇所で急激に小さくなることを防止できる。このため、ベース部の径が急激に小さくなった部分に応力が集中するといった問題の発生を防止できる。この結果、係合する部分でのベース部の強度を比較的高く保つことができる。
【００２４】
上記１の局面における破砕装置用電極では、係合面が段差部を含んでいてもよい。
【００２５】
この場合、係合面を電極の一方端部に向かうにしたがって徐々に中心導電体に近づくような、複数の段差部を有する緩やかな階段状の形状（徐々に径が小さくなるような形状）とすることができる。係合面をこのような階段状の形状とする加工は、係合面を表面が滑らかな斜面を有するテーパー形状とする加工より比較的簡単であるため、本発明による破砕装置用電極の製造コストが上昇することを抑制できる。
【００２６】
上記１の局面における破砕装置用電極において、ベース部は、外周導電体において外周導電体の一部以外の部分である他の外周導電体部分を含んでいてもよい。ベース部において、破砕装置用電極の一方端部側にて露出する中心導電体の一部分から、係合面を含むベース部の表面を介して他の外周導電体部分までの最短距離を第１の距離とし、破砕装置用電極において、破砕装置用電極の一方端部にて露出する中心導電体の端部領域から、他の外周導電体部分までの絶縁破壊を生じる経路の最短距離を第２の距離とした場合、第１の距離は第２の距離より長くなっていることが好ましい。
【００２７】
この場合、中心導電体の端部から係合面を含むベース部の表面を介して外周導電体の他の外周導電体部分までの回路を考えた場合の電気抵抗より、中心導電体の端部領域から他の外周導電体部分までの絶縁破壊を生じる経路での電気抵抗の方が小さくなる。このため、破砕装置用電極に電流を供給する際に、中心導電体の端部領域から他の外周導電体部分までの絶縁破壊を生じる経路（たとえば、中心導電体の端部領域から破砕装置用電極の表面を介して外周導電体の一部、さらに他の外周導電体部分にまで続く経路）に電流が流れることになる。すなわち、破砕装置用電極において、モジュール部材とベース部との係合面を介して中心導電体と他の外周導電体部分とが短絡することを防止できる。
【００２８】
なお、第２の距離は、たとえば中心導体の端部領域から破砕装置用電極の表面に沿って、外周導電体の一部を介して他の外周導電体部分までの最短経路の長さから、この最短経路に沿った外周導電体の一部の長さを除いた距離（上記最短経路において、絶縁体が露出している領域の長さ）に該当する。また、たとえば外周導電体の一部と他の外周導電体部分との間に位置する破砕装置用電極の表面に溝が形成されている場合、外周導電体の一部と他の外周導電体部分との間の絶縁破壊は、外周導電体の一部と他の外周導電体部分との直線距離が最短になっている経路上で起こる場合がある。この場合、上記絶縁破壊を生じる経路には、外周導電体の一部と他の外周導電体部分との直線距離が最短になる経路が組み込まれることになる（溝の内部壁面は上記絶縁破壊を生じる経路には組み込まれない）。
【００３０】
また、固定部材によりモジュール部材をベース部に確実に固定することができる。
【００３１】
上記１の局面における破砕装置用電極では、固定部材は導電体からなり、破砕装置用電極において放電を発生させる端部に位置し、モジュール部材を押圧するとともに中心導電体に固着されていてもよい。
【００３２】
この場合、固定部材は中心導電体の一部として作用する。そして、固定部材と外周導電体との間で放電が発生するように固定部材を配置すれば、中心導電体の一部としての固定部材が損傷を受けたような場合、この固定部材を交換することで破砕装置用電極を復旧できる。このため、中心導電体が損傷を受けた際に破砕装置用電極を全部取り替える場合より、破砕装置用電極の保守に要するコストを低減できる。
【００３３】
また、固定部材を別の部材として備えることにより、中心導電体の他の部分と異なる材質を固定部材の材質として任意に選択できる。ここで、固定部材の材質としては、放電電極としてより好ましい材料、たとえば金、銀、白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、およびこれらの合金からなる群から選択される少なくとも１つを用いることが好ましい。この場合、固定部材が放電に伴って損耗することを抑制できる。
【００３４】
上記１の局面における破砕装置用電極では、固定部材が中心軸の延びる方向に沿ったモジュール部材の外周面上に配置されていてもよい。
【００３５】
この場合、固定部材をモジュール部材とベース部との接合部における外周面上に配置することができる。すなわち、破砕装置用電極において放電が発生する領域である一方端部から離れた領域に固定部材を配置することが可能になる。この結果、固定部材が放電により損傷を受ける事を防止できる。
【００３６】
上記１の局面における破砕装置用電極では、モジュール部材が外周導電体の一部の配置を固定する下地部材を含んでいてもよく、下地部材の材料として可撓性を有する誘電体を用いてもよい。
【００３７】
この場合、可撓製を有する誘電体により下地部材を形成した後、外周導電体の一部をこの下地部材に嵌め込むといった簡単な加工によりモジュール部材を形成できる。つまり、下地部材は可撓製を有する材料からなるため、下地部材をある程度弾性変形させた状態で、外周導電体の一部を下地部材の所定の位置に容易に配置することができる。
【００３８】
この発明の他の局面における破砕装置は、上記１の局面における破砕装置用電極を備える。
【００３９】
このようにすれば、破砕装置用電極の保守などに要するコストを低減できることから、破砕装置のランニングコストを低減できる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１における装置構成を説明するための模式図である。図２は、図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図３は、図２に示した破砕装置用電極の断面模式図である。図４は、図２に示した破砕装置用電極の分解断面模式図である。図１〜４を参照して、本発明による破砕装置用電極および破砕装置の実施の形態１を説明する。
【００４２】
図１〜４を参照して、本発明による破砕装置は、破砕装置用電極としての電極１とパルスパワー源６と電源９と同軸ケーブル５とを備える。パルスパワー源６はコンデンサ８、スイッチ７などを含む回路からなる。パルスパワー源６には電源９が接続されている。パルスパワー源６の回路は接地されている。電極１はパルスパワー源６と同軸ケーブル５により接続されている。電極１はベース部としての電極基部２４とモジュール部材としての電極モジュール１５と固定部材としての先端電極部分１２とからなる。電極１は岩石などの破砕対象物２に形成された下孔１０の内部に挿入されている。下孔１０の内部には電解液としての水１１が配置されている。
【００４３】
電極１においては、ベース部としての電極基部２４の先端部にモジュール部材としての電極モジュール１５が嵌め込まれ、先端電極部分１２が電極基部２４の先端部に固定されている。先端電極部分１２は電極基部２４に対して電極モジュール１５を固定する固定部材としての機能を有する。電極基部２４は、中心軸に沿って延在する中心電極１８と、この中心電極１８の外周面上に配置された絶縁体１９と、この絶縁体１９の外周面上に配置された外周電極部分１３ｄとからなる。
【００４４】
電極基部２４の先端部においては、中心電極１８が露出している。この先端部において、中心電極１８にはネジ部２２が形成されている。また、電極基部２４の絶縁体１９は、電極基部２４の先端部から徐々にその厚みが厚くなるようなテーパー部２１を有している。
【００４５】
電極モジュール１５は、筒状の絶縁体１４と、この絶縁体１４の外周面の一部を構成するとともに、この絶縁体に埋設された状態となっている外周電極部分１３ａ〜１３ｃとからなる。外周電極部分１３ａ〜１３ｃはそれぞれリング状の外形を有している。絶縁体１４は、可撓性のあるゴムなどの樹脂からなる。また、絶縁体１４の内周面には、テーパー部２０が形成されている。電極モジュール１５の内周面のテーパー部２０における中心軸に対する傾斜角度は、電極基部２４のテーパー部２１における中心軸に対する傾斜角度とほぼ等しい。つまり、電極モジュール１５のテーパー部２０は電極基部２４のテーパー部２１と密着することが可能なようにその傾斜角度が決定されている（電極モジュール１５のテーパー部２０は電極基部２４のテーパー部２１と密着可能になっている）。電極モジュール１５は、電極基部２４に対して着脱可能となっている。
【００４６】
先端電極部分１２にはネジ部２３が形成されている。この先端電極部分１２のネジ部２３を電極基部２４のネジ部２２に嵌め込むことにより、先端電極部分１２を電極基部２４に固定する。
【００４７】
このように、電極基部２４、電極モジュール１５および先端電極部分１２からなる電極１では、電極１の先端部に先端電極部分１２が配置されている。そして、電極１の外周面では、外周電極部分１３ａ〜１３ｄが中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された状態となっている。このため、先端電極部分１２と外周電極部分１３ａとの間にはギャップ１７ａが形成される。また、外周電極部分１３ａ、１３ｂの間にはギャップ１７ｂが形成される。また、外周電極部分１３ｂ、１３ｃの間にはギャップ１７ｃが形成される。さらに、外周電極部分１３ｃ、１３ｄの間にはギャップ１７ｄが形成される。
【００４８】
そして、パルスパワー源６のスイッチ７が閉じられたときにコンデンサ８に蓄えられた電荷が電極１に導入されると、このギャップ１７ａ〜１７ｄにおいて複数のアーク１６が形成される。
【００４９】
図１〜４に示した破砕装置および電極１では、岩石などの破砕対象物２の破砕を行なった際に損傷を受けやすい部分（電極１において放電を発生させる領域の近傍）である外週導電体の一部としての外周電極部分１３ａ〜１３ｃが電極モジュール１５に設置されている。そのため、外周電極部分１３ａ〜１３ｃが損傷を受けても、電極モジュール１５のみを交換することができる。このため、電極１全体を交換する場合より、破砕装置の保守コストを低減できる。
【００５０】
また、図１〜４に示した電極では、複数のアーク１６を発生させる事ができるので、破砕に利用されるエネルギーを従来より確実に大きくできる。したがって、破砕装置の能力（破砕能力）を増大させる事ができる。
【００５１】
また、ベース部としての電極基部２４では、その端部（電極モジュール１５と係合する端部）がテーパー部２１となっているので、電極基部２４の端部の径が１箇所で急激に小さくなることにより、この部分に応力が集中して電極基部２４が折損するといった不良の発生を防止できる。つまり、電極基部２４の機械的強度を比較的高く保つことができる。
【００５２】
また、図１〜４に示した電極１において、中心導電体の一部分としての先端電極部分１２から、テーパー部２１の表面を介して外周電極部分１３ｄまでの距離を第１の距離とする。一方、中心導電体の端部領域としての先端電極部分１２から電極１の表面を介して第１の導電体としての外周電極部分１３ａまでの距離と、電極１の表面を介した外周電極部分１３ａ、１３ｂの間の距離と、電極１の表面を介した外周電極部分１３ｂ、１３ｃの間の距離と、電極１の表面を介した外周電極部分１３ｃ、１３ｄの間の距離との合計を第２の距離とする。この場合、第１の距離は第２の距離より長くなっている。
【００５３】
この場合、電極基部２４において、中心電極１８のネジ部２２が形成された先端部からテーパー部２１の表面を介して外周導電体の他の部分としての外周電極部分１３ｄまでの回路を考えた場合の電気抵抗より、先端電極部分１２から外周電極部分１３ａ〜１３ｃを介して外周電極部分１３ｄまでの回路の電気抵抗の方が小さくなる。このため、電極１に電流を供給する際に、中心導電体を構成する中心電極１８および先端電極部分１２から、電極１の表面に沿って外周電極部分１３ａ〜１３ｃを介して外周電極部分１３ｄに電流が流れることになる。すなわち、電極１において、係合面であるテーパー部２１の表面を介して中心電極１８と外周電極部分１３ｄとが短絡することを防止できる。
【００５４】
また、先端電極部分１２は中心電極１８の一部として作用するとともに、外周電極部分１３ａとの間で放電を発生させるように配置されている。そのため、先端電極部分１２が放電などにより損傷を受けた場合、先端電極部分１２のみを交換することで電極１を復旧できる。なお、先端電極部分１２の材料としては、銀などの貴金属を用いてもよい。たとえば、先端電極部分１２の材料として、金、銀、白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、およびこれらの合金からなる群から選択される少なくとも１つを用いることが好ましい。
【００５５】
また、電極モジュール１５の絶縁体１４としてゴムなどの可撓性を有する樹脂を用いているので、電極モジュール１５の製造工程において、この樹脂により下地部材としての絶縁体１４を形成した後、外周導電体の一部としての外周電極部分１３ａ〜１３ｃをこの絶縁体１４に嵌め込むといった簡単な加工により電極モジュール１５を形成できる。
【００５６】
図５は、図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す断面模式図である。図５を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態１の第１の変形例を説明する。
【００５７】
図５を参照して、電極１は基本的には図１〜４に示した電極と同様の構造を備えるが、電極基部２４の先端部と先端電極部分１２との構造が異なっている。すなわち、電極基部２４の先端部においては、中心電極１８に開口部が形成され、この開口部の側壁にはネジ溝が切られたネジ部２７が形成されている。一方、先端電極部分１２においては、凸部２５が形成され、この凸部２５の側面にはネジ溝が切られたネジ部２６が形成されている。この先端電極部分１２のネジ部２６を中心電極１８の先端部のネジ部２７が形成された開口部へと挿入することにより、中心電極１８に先端電極部分１２を固定することができる。
【００５８】
このような電極１によっても、図１〜４に示した電極と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
図６は、図１〜４に示した破砕装置用電極の実施の形態１の第２の変形例を示す断面模式図である。図６を参照して、図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を説明する。
【００６０】
図６を参照して、電極１は基本的には図１〜４に示した破砕装置用電極と同様の構造を備えるが、中心電極１８と先端電極部分１２との固定方法が異なっている。すなわち、電極基部２４の先端部においては、中心電極１８に開口部３０が形成されている。また、先端電極部分１２においても、開口部２９が形成されている。そして、電極基部２４に電極モジュール１５を装着した後、この先端電極部分１２を電極基部２４に嵌め込む。そして、先端電極部分１２の開口部２９にネジ２８を挿入するとともに、このネジ２８の先端部を中心電極１８の先端部に形成された開口部３０の内部へと挿入固定する。このネジ２８により、先端電極部分１２を電極基部２４ａと固定することができる。
【００６１】
このような電極１によっても、図１〜４に示した電極と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
なお、図１〜６に示した電極１の電極モジュール１５では、３つの外周電極部分１３ａ〜１３ｃを配置しているが、電極モジュール１５において、電極基部２４の外周電極部分１３ｄから間隔を隔てて１つの外周電極部分を配置してもよい。
【００６３】
（実施の形態２）
図７は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す断面模式図である。図７を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を説明する。
【００６４】
図７を参照して、破砕装置用電極としての電極１は、基本的には図１〜４に示した電極と同様の構造を備えるが、電極モジュール１５を電極基部２４に固定する固定方法が異なっている。すなわち、図７に示した電極１においては、図１〜４に示した電極１のように固定部材としての先端電極部分１２を用いるのではなく、電極基部２４と電極モジュール１５との接触部を跨ぐように配置されたリング状の固定部材３２を用いている。この固定部材３２が配置される領域では、電極モジュール１５の外周電極部分１３ｃの表面にネジ溝が切られたネジ部３３が形成されている。また、同様にこの固定部材３２下に位置する領域においては、電極基部２４の外周電極部分１３ｄの表面にネジ溝が切られたネジ部３４が形成されている。そして、これらのネジ部３３、３４と接触する固定部材３２の内周面にも、同様にネジ溝が切られたネジ部３７が形成されている。
【００６５】
電極基部２４の先端部に電極モジュール１５を装着した後、この電極基部２４と電極モジュール１５との接続部上に固定部材３２を嵌め込むことにより、電極基部２４と電極モジュール１５とを固定することができる。
【００６６】
このようにすれば、図１〜４に示した電極と同様の効果を得られるとともに、電極１において放電が発生する領域である一方端部から離れた領域に固定部材３２を配置することが可能になる。この結果、固定部材３２が放電により損傷を受ける事を防止できる。
【００６７】
なお、図７に示した電極１では、中心電極１の先端凸部３１と外周電極部分１３ａとの間に１つのギャップが形成される。そして、外周電極部分１３ａと外周電極部分１３ｂとの間に２つ目のギャップが形成される。そして、外周電極部分１３ｂと外周電極部分１３ｃとの間に３つ目のギャップが形成される。すなわち、図７に示した電極においてはギャップが３ヶ所に形成されている。外周電極部分１３ａ〜１３ｃの数は、必要な放電の発生個所の数に合わせて増減することが可能である。
【００６８】
（実施の形態３）
図８は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す断面模式図である。図８を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を説明する。なお、図８は図３に対応する。
【００６９】
図８を参照して、電極１は基本的には図１〜４に示した破砕装置用電極と同様の構造を備えるが、電極基部２４と電極モジュール１５との係合面（接触面）の形状が異なっている。すなわち、電極基部２４においては、電極モジュール１５の内周面が接触する絶縁体１９の部分が、その表面に複数の段差が形成された段差部３６となっている。また、この段差部３６に当接する電極モジュール１５の内周面においても、この段差部３６の形状に対応して段差部３５が形成されている。電極モジュール１５の段差部３５と電極基部２４の段差部３６とは密着することが可能なようにその形状が決定されている。
【００７０】
このようにすれば、図１〜４に示した電極と同様の効果を得ることができるとともに、電極基部２４の端部を図８に示すような、その表面が緩やかな階段状となる段差部３６とすることにより、図１〜４に示したようなテーパー部２１を形成する場合より加工を簡単に行なうことができる。このため、電極１の製造コストが上昇することを抑制できる。
【００７１】
なお、電極基部２４の中心電極１８と先端電極部分１２との接合方法として、図５または６に示した電極と同様の方法を用いてもよい。また、先端電極部分１２を用いずに、図７に示した電極のように固定部材３２を用いて電極モジュール１５を電極基部２４に固定してもよい。
【００７２】
（実施の形態４）
図９は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を示す断面模式図である。図９を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を説明する。なお、図９は図３に対応する。
【００７３】
図９を参照して、電極１は基本的には図１〜４に示した電極と同様の構造を備えるが、電極モジュール１５の構成が異なる。すなわち、図９に示した電極１においては、電極モジュール１５の外周面に外周電極部分１３ａが形成されている。この外周電極部分１３ａは、先端電極部分１２と絶縁体１４を介して対向するように配置されるとともに、この外周電極部分１３ｄに隣接する領域にまで延在するように形成されている。外周電極部分１３ａは電極基部２４の外周電極部分１３ｄと接触する。この結果、図９に示した電極１においては、先端電極部分１２と外周電極部分１３ａとの間に１つのギャップが形成された状態となっている。
【００７４】
このようにすれば、図１〜４に示した電極と同様に、外周電極部分１３ａが放電により損傷を受けても、電極モジュール１５のみを交換することにより電極１を容易に復旧できる。
【００７５】
なお、電極基部２４の中心電極１８と先端電極部分１２との接合方法として、図５または６に示した電極と同様の方法を用いてもよい。また、先端電極部分１２を用いずに、図７に示した電極のように固定部材３２を用いて電極モジュール１５を電極基部２４に固定してもよい。また、電極モジュール１５と電極基部２４との係合部の形状を図８に示した電極のように階段状にしてもよい。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、破砕装置用電極において損傷を受けた部分のみを交換することが可能になるので、破砕を行なう際のコストを低減する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１における装置構成を説明するための模式図である。
【図２】 図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【図３】 図２に示した破砕装置用電極の断面模式図である。
【図４】 図２に示した破砕装置用電極の分解断面模式図である。
【図５】 図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す断面模式図である。
【図６】 図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図である。
【図７】 本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す断面模式図である。
【図８】 本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す断面模式図である。
【図９】 本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を示す断面模式図である。
【図１０】 従来の破砕装置を示す模式図である。
【図１１】 図１０に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図１２】 図１１に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【符号の説明】
１ 電極、２ 破砕対象物、５ 同軸ケーブル、６ パルスパワー源、７ スイッチ、８ コンデンサ、９ 電源、１０ 下孔、１１ 水、１２ 先端電極部分、１３ａ〜１３ｄ 外周電極部分、１４，１９ 絶縁体、１５ 電極モジュール、１６ アーク、１７ａ〜１７ｄ ギャップ、１８ 中心電極、２０，２１ テーパー部、２２，２３，２６，２７，３３，３４，３７ ネジ部、２４ 電極基部、２５ 凸部、２８ ネジ、２９，３０ 開口部、３１ 先端凸部、３２ 固定部材、３５，３６ 段差部。
Claims (9)
- 中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体と、前記中心導電体の外周面上に配置された絶縁部材と、前記絶縁部材を囲むように配置された外周導電体とを備える破砕装置用電極であって、
前記外周導電体の一部は着脱可能であり、さらに、
前記外周導電体の一部を含むモジュール部材と、
前記モジュール部材を固定する固定部材とを備え、
前記モジュール部材は、前記破砕装置用電極の一方端部側に位置するとともに、前記絶縁部材の一方端部を含み、
前記絶縁部材の一方端部と、前記絶縁部材における一方端部以外の部分である他の部分との係合面において、前記モジュール部材は前記他の部分を含むベース部と着脱可能に構成されており、
前記係合面は、前記破砕装置用電極の一方端部側に向かうにつれて徐々に前記外周導電体側から前記中心導電体側に近づくように配置されている、破砕装置用電極。 - 前記外周導電体の一部は、前記外周導電体において前記外周導電体の一部以外の領域と、間隔を隔てて配置された導電体を含む、請求項１に記載の破砕装置用電極。
- 前記外周導電体の一部は、
第１の導電体と、
前記第１の導電体とは前記中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された第２の導電体とを含む、請求項１に記載の破砕装置用電極。 - 前記係合面は段差部を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
- 前記ベース部は、前記外周導電体において前記外周導電体の一部以外の部分である他の外周導電体部分を含み、
前記ベース部において、前記破砕装置用電極の一方端部側にて露出する前記中心導電体の一部分から、前記係合面を含む前記ベース部の表面を介して前記他の外周導電体部分までの最短距離を第１の距離とし、
前記破砕装置用電極において、前記破砕装置用電極の一方端部にて露出する前記中心導電体の端部領域から、前記他の外周導電体部分までの絶縁破壊を生じる経路の最短距離を第２の距離とした場合、
前記第１の距離は前記第２の距離より長くなっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。 - 前記固定部材は導電体からなり、前記破砕装置用電極において放電を発生させる端部に位置し、前記モジュール部材を押圧するとともに前記中心導電体に固着される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
- 前記固定部材は、前記中心軸の延びる方向に沿った前記モジュール部材の外周面上に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
- 前記モジュール部材は、前記外周導電体の一部の配置を固定する下地部材を含み、
前記下地部材の材料として可撓性を有する誘電体を用いる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。 - 請求項１〜８のいずれか１項に記載の破砕装置用電極を備える破砕装置。
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