JP5414348B2

JP5414348B2 - カートリッジ、破壊装置およびカートリッジキット

Info

Publication number: JP5414348B2
Application number: JP2009112925A
Authority: JP
Inventors: 加津也佐々木; 秀昭北嶋; 幹雄田中; 良阪本
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: JP2010261652A

Description

本発明は、被破壊物を破壊する破壊装置、当該破壊装置において利用されるカートリッジ、および、当該カートリッジを製造するためのカートリッジキットに関する。

従来より、コンクリート構造物や岩石等の被破壊物を破壊する方法として、爆薬による発破が利用されている。例えば、特許文献１では、硝酸アンモニウム（ＮＨ_４ＮＯ_３）と軽油とを含有する硝安油剤爆薬を利用した発破方法が開示されている。

一方、特許文献２では、火薬類取締法の対象外である硝酸アンモニウム単体を被破砕物に設けられた装填孔に対して充填し、テルミット反応による反応熱により硝酸アンモニウムを分解させて分解ガスの圧力により被破砕物を破砕する方法が提案されている。また、特許文献２では、硝酸アンモニウム、および、テルミット反応を生じる加熱剤をケーシングに充填して破砕薬筒を形成し、当該破砕薬筒を装填孔に挿入した状態で硝酸アンモニウムを分解して被破砕物を破砕する技術も開示されている。

特開２００５−３０６６２６号公報特開２００７−１２５５４０号公報

ところで、特許文献１の方法では、硝安油剤爆薬は安全面において取り扱いに慎重を要する上、火薬類取締法の対象となるため、当該方法の使用に係る自由度があまり高くない。また、特許文献２の方法では、単体の状態では安全性が比較的高く、かつ、火薬類取締法の対象とならない硝酸アンモニウムを利用しているため、当該方法の使用に係る自由度は比較的高いものの、特許文献１の方法に比べて破壊力が小さくなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、被破壊物を破壊する破壊装置において利用されるカートリッジの安全性および破壊力を向上することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、被破壊物を破壊する破壊装置において利用されるカートリッジであって、金属細線を介して互いに接続された一対の電極および液状の第１破壊用物質が内部に収容された第１容器と、第２破壊用物質が前記第１破壊用物質と非接触状態にて前記第１容器と共に内部に収容された第２容器とを備え、前記第２容器内において、前記第２破壊用物質が前記第１容器の周囲全体に配置され、前記一対の電極に電気エネルギーを供給して前記金属細線を溶融気化およびプラズマ化させることにより生じる衝撃力により前記第１容器を破壊して前記第１破壊用物質と前記第２破壊用物質とを混合させて燃焼性または自己反応性物質を生成し、前記燃焼性または自己反応性物質の燃焼の際の膨張により前記被破壊物を破壊する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカートリッジであって、前記第１破壊用物質が軽油であり、前記第２破壊用物質が、粉体状の硝酸アンモニウムである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のカートリッジであって、前記第１破壊用物質の重量が、前記第２破壊用物質の重量の１０％以上５０％以下である。
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のカートリッジであって、前記第１容器の破損強度が、５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。

請求項５に記載の発明は、被破壊物を破壊する破壊装置であって、請求項１ないし４のいずれかに記載のカートリッジと、前記カートリッジの前記一対の電極に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに電気エネルギーを供給する電源部とを備える。

請求項６に記載の発明は、被破壊物を破壊する破壊装置において利用されるカートリッジを製造するためのカートリッジキットであって、金属細線を介して互いに接続された一対の電極と、液状の第１破壊用物質と、前記一対の電極および前記第１破壊用物質を内部に収容するための第１容器と、第２破壊用物質と、前記第２破壊用物質および前記第１容器を内部に収容するための第２容器とを備え、前記一対の電極および前記第１破壊用物質を前記第１容器の内部に収容して前記金属細線を前記第１破壊用物質内に位置させ、前記第２破壊用物質を前記第１破壊用物質と非接触状態にて前記第１容器と共に前記第２容器の内部に収容することにより、請求項１ないし４のいずれかに記載のカートリッジが製造される。

本発明では、カートリッジの安全性および破壊力を向上することができる。請求項６の発明では、カートリッジの安全性をより向上することができる。

破壊装置の構成を示す図である。カートリッジの縦断面図である。カートリッジキットを示す図である。破壊装置による被破壊物の破壊の流れを示す図である。破壊装置と被破壊物とを示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る破壊装置１の構成を示す図である。図１に示すように、破壊装置１は、コンクリート構造物や岩石等の被破壊物に装着されるカートリッジ２、配線３を介してカートリッジ２に接続されるコンデンサ４、および、配線５を介してコンデンサ４に接続されてコンデンサ４に電気エネルギーを供給する電源部である直流電源６を備え、配線３および配線５にはそれぞれ放電スイッチ３１および充電スイッチ５１が設けられる。

図２は、カートリッジ２の縦断面図である。図２に示すように、カートリッジ２は、プラスチック等により形成された略円筒状の第１容器２１および第２容器２５、第１容器２１の内部に収容（すなわち、充填）された液状の第１破壊用物質２２、第１容器２１と共に第２容器２５の内部に収容された第２破壊用物質２６、第１破壊用物質２２と共に第１容器２１の内部に収容された一対の電極２３、並びに、一対の電極２３の先端部（すなわち、図２中における下端部）に接続された電極２３よりも断面積が小さい金属細線２４を備える。一対の電極２３は、金属細線２４を介して互いに接続されるとともに配線３を介してコンデンサ４（図１参照）に接続される。

第１容器２１は、上部に開口を有する容器本体２１１、および、容器本体２１１の開口を閉塞して容器本体２１１の内部を密閉する蓋部２１２を備え、第２容器２５は、上部に開口を有する容器本体２５１、および、容器本体２５１の開口を閉塞して容器本体２５１の内部を密閉する蓋部２５２を備える。第２容器２５内では、第２破壊用物質２６が第１容器２１の周囲全体に配置されており、第１容器２１に隔てられるため、第２破壊用物質２６と第１破壊用物質２２とは非接触状態とされる。なお、図２では、図の理解を容易とするため、第１容器２１の蓋部２１２および第２容器２５の蓋部２５２については、その側面を描いている。

本実施の形態では、第１破壊用物質２２として軽油が利用され、第２破壊用物質２６として粉体状の硝酸アンモニウム（ＮＨ_４ＮＯ_３）が利用される。また、第１破壊用物質２２の重量は、好ましくは、第２破壊用物質２６の重量の１０％以上５０％以下（より好ましくは、２０％以上４０％以下）とされる。第１容器２１の材質は、軽油との間に化学反応等を生じない樹脂系とされることが好ましい。

破壊装置１において利用されるカートリッジ２は、使用前（例えば、搬送時）は、図３に示すように、カートリッジ２を製造するためのカートリッジキット２０として取り扱われる。図３では、カートリッジキット２０の複数の構成を破線にて囲むとともに、第１容器２１の容器本体２１１および第２容器２５の容器本体２５１の内部を断面にて示す。カートリッジキット２０は、金属細線２４を介して互いに接続された一対の電極２３、第１破壊用物質２２、並びに、一対の電極２３および第１破壊用物質２２を内部に収容するための第１容器２１を備え、通常は、金属細線２４を第１破壊用物質２２内に位置させつつ一対の電極２３および第１破壊用物質２２が第１容器２１の内部に収容された状態とされる。一対の電極２３は、第１容器２１の蓋部２１２を貫通するとともに蓋部２１２に固定された配線３により、第１容器２１の内部において第１容器２１に固定されている。カートリッジキット２０は、また、第２破壊用物質２６、並びに、第２破壊用物質２６および第１容器２１を内部に収容するための第２容器２５を備え、通常は、第２破壊用物質２６のみが第２容器２５に収容された状態とされる。

図４は、破壊装置１による被破壊物の破壊の流れを示す図である。破壊装置１により被破壊物の破壊が行われる際には、まず、図５に示すように、ドリル等により被破壊物９に凹部９１が形成される（ステップＳ１１）。本実施の形態では、凹部９１は深孔状の装填孔とされ、凹部９１の深さ方向に垂直な断面は略円形とされる。

続いて、図３に示すカートリッジキット２０の第１容器２１を第２破壊用物質２６と共に第２容器２５の内部に収容することにより、図２に示すカートリッジ２が組み立てられる（すなわち、製造される）（ステップＳ１２）。カートリッジ２の組み立てが終了すると、図５に示すように、カートリッジ２が、配線３を介してコンデンサ４に接続されるとともに、被破壊物９の凹部９１内に挿入される（ステップＳ１３）。図５では、図の理解を容易にするために被破壊物９を断面にて描いている。

次に、被破壊物９の凹部９１内に砂等が充填されて突き固められ（いわゆる、タンピングが行われ）、破壊装置１の放電スイッチ３１がＯＦＦとされた状態で充電スイッチ５１がＯＮとされることにより、コンデンサ４に電気エネルギーが蓄積される。その後、充電スイッチ５１がＯＦＦとされ、放電スイッチ３１がＯＮとされることにより、コンデンサ４に蓄積された電気エネルギーがカートリッジ２の一対の電極２３（図２参照）に供給されて金属細線２４（図２参照）が溶融気化する。本実施の形態では、電圧が１ｋＶ以上６ｋＶ以下、電流の最大値が１ｋＡ以上５０ｋＡ以下、かつ、供給時間が１秒以下の条件下にて、電気エネルギーが一対の電極２３に供給される。溶融気化された金属細線２４は数千度の金属ガスとなり、コンデンサ４からの電気エネルギーが当該金属ガスにさらに供給されることによりプラズマが発生する。

破壊装置１では、図２に示す金属細線２４の溶融気化およびプラズマ化により発生する高温高圧により生じる衝撃力（すなわち、放電衝撃力）により第１容器２１を破壊して第１破壊用物質２２と第２破壊用物質２６とを混合させる。そして、第１破壊用物質２２および第２破壊用物質２６の混合による燃焼の際の膨張により（すなわち、当該膨張により生じる衝撃力により）、第２容器２５および図５に示す被破壊物９が破壊される（ステップＳ１４）。

本実施の形態では、第１容器２１は、５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力にて破損する強度（以下、「破損強度」という。）とされる。第１容器２１の破損強度が５ＭＰａ以上とされることにより、カートリッジ２の搬送時や組み立て時、あるいは、被破壊物９の凹部９１への装着時等の衝撃による第１容器２１の破損を防止することができる。また、第１容器２１の破損強度を１０ＭＰａ以下とすることにより、金属細線２４の溶融気化およびプラズマ化の際に生じる圧力（５０ＭＰａ以上）により第１容器２１を確実に破壊して第１破壊用物質２２と第２破壊用物質２６とを混合することができる。

以上に説明したように、破壊装置１のカートリッジ２では、第１破壊用物質２２および第２破壊用物質２６が第１容器２１により非接触とされた状態にて第２容器２５に収容されており、一対の電極２３に電気エネルギーが供給されることにより、第１破壊用物質２２と第２破壊用物質２６とが混合されて燃焼反応が生じ、被破壊物９が破壊される。このように、カートリッジ２では、被破壊物９の破壊直前まで第１破壊用物質２２と第２破壊用物質２６とを非接触として安定した状態とすることにより、カートリッジ２の安全性を向上することができる。また、被破壊物９の破壊の際に第１破壊用物質２２と第２破壊用物質２６とを混合して燃焼性または自己反応性物質を生成し、当該物質を燃焼させることにより、カートリッジ２による破壊の際の衝撃力（すなわち、破壊力）を向上することもできる。

上述のように、カートリッジ２では、第２容器２５内において、第２破壊用物質２６が第１破壊用物質２２の周囲に配置されるため、第１容器２１が破壊された際における第１破壊用物質２２と第２破壊用物質２６との混合の均一性を向上することができる。その結果、第１破壊用物質２２および第２破壊用物質２６を効率良く燃焼反応に利用することができ、カートリッジ２の破壊力をより向上することができる。

また、第１破壊用物質２２および第２破壊用物質２６としてそれぞれ、比較的容易かつ安価に入手することができる軽油および硝酸アンモニウムを利用することにより、カートリッジ２を比較的容易かつ安価に製造することができる。さらに、第１容器２１内の軽油の重量を、第２容器２５内の硝酸アンモニウムの重量の１０％以上５０％以下（より好ましくは、２０％以上４０％以下）とすることにより、軽油および硝酸アンモニウムが混合される際の実質的な混合比率が硝安油剤爆薬に近くなる。その結果、カートリッジ２の破壊力をより向上することができる。

上述のように、破壊装置１による被破壊物９の破壊では、カートリッジ２の使用直前にカートリッジキット２０からカートリッジ２の組み立てが行われるため、カートリッジ２が使用される前に第１破壊用物質２２と第２破壊用物質２６とが誤って混合されることが防止される。その結果、カートリッジ２の安全性がさらに向上される。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、カートリッジキット２０では、第１破壊用物質２２および第２破壊用物質２６が、第１容器２１および第２容器２５とは異なる容器に収容されてもよい。この場合、カートリッジ２の組み立ての際に、第１破壊用物質２２および第２破壊用物質２６がそれぞれ、第１容器２１および第２容器２５に収容される。

第１破壊用物質２２としては、軽油以外の燃料油が利用されてもよく、メタノールやエタノール等の他の可燃性の液体が利用されてもよい。また、第２破壊用物質２６としては、硝酸アンモニウム以外の他の物質（例えば、硫酸アンモニウム）が利用されてもよい。第２破壊用物質２６は、必ずしも粉体状とされる必要はなく、固体にも限定されない。第２破壊用物質２６は、例えば、液状であってもよい。

第２容器２５内では、第２破壊用物質２６は必ずしも第１容器２１の周囲に配置される必要はなく、第２容器２５の底部に第１容器２１が配置されるとともに第１容器２１の上方（すなわち、第１容器２１と第２容器２５の開口との間）に第２破壊用物質２６が配置されてもよい。

上記実施の形態では、凹部９１は被破壊物９に形成された穴であるが、被破壊物９に形成された溝部が凹部９１として利用されてもよい。また、上述の破壊装置１は、例えば、トンネルにおける仕上げ破壊作業やコンクリート構造物の解体作業、水中における破壊作業、その他、発破作業が制限される破壊・解体作業に利用することができる。

１破壊装置
２カートリッジ
４コンデンサ
６直流電源
９被破壊物
２０カートリッジキット
２１第１容器
２２第１破壊用物質
２３電極
２４金属細線
２５第２容器
２６第２破壊用物質
Ｓ１１〜Ｓ１４ステップ

Claims

被破壊物を破壊する破壊装置において利用されるカートリッジであって、
金属細線を介して互いに接続された一対の電極および液状の第１破壊用物質が内部に収容された第１容器と、
第２破壊用物質が前記第１破壊用物質と非接触状態にて前記第１容器と共に内部に収容された第２容器と、
を備え、
前記第２容器内において、前記第２破壊用物質が前記第１容器の周囲全体に配置され、
前記一対の電極に電気エネルギーを供給して前記金属細線を溶融気化およびプラズマ化させることにより生じる衝撃力により前記第１容器を破壊して前記第１破壊用物質と前記第２破壊用物質とを混合させて燃焼性または自己反応性物質を生成し、前記燃焼性または自己反応性物質の燃焼の際の膨張により前記被破壊物を破壊することを特徴とするカートリッジ。
請求項１に記載のカートリッジであって、
前記第１破壊用物質が軽油であり、
前記第２破壊用物質が、粉体状の硝酸アンモニウムであることを特徴とするカートリッジ。
請求項２に記載のカートリッジであって、
前記第１破壊用物質の重量が、前記第２破壊用物質の重量の１０％以上５０％以下であることを特徴とするカートリッジ。
請求項１ないし３のいずれかに記載のカートリッジであって、
前記第１容器の破損強度が、５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることを特徴とするカートリッジ。
被破壊物を破壊する破壊装置であって、
請求項１ないし４のいずれかに記載のカートリッジと、
前記カートリッジの前記一対の電極に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに電気エネルギーを供給する電源部と、
を備えることを特徴とする破壊装置。
被破壊物を破壊する破壊装置において利用されるカートリッジを製造するためのカートリッジキットであって、
金属細線を介して互いに接続された一対の電極と、
液状の第１破壊用物質と、
前記一対の電極および前記第１破壊用物質を内部に収容するための第１容器と、
第２破壊用物質と、
前記第２破壊用物質および前記第１容器を内部に収容するための第２容器と、
を備え、
前記一対の電極および前記第１破壊用物質を前記第１容器の内部に収容して前記金属細線を前記第１破壊用物質内に位置させ、前記第２破壊用物質を前記第１破壊用物質と非接触状態にて前記第１容器と共に前記第２容器の内部に収容することにより、請求項１ないし４のいずれかに記載のカートリッジが製造されることを特徴とするカートリッジキット。