(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある方向に延在する一方線状導電体と、
前記一方線状導電体の延びる方向と同じ方向に延在し、前記一方線状導電体と誘電体を介して対向する他方線状導電体と、
前記一方線状導電体を覆うように形成された一方被覆部材と、
前記他方線状導電体を覆うように形成された他方被覆部材とを備え、
前記他方線状導電体は、
第１の導電体と、
前記第１の導電体とは前記一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された第２の導電体とを含み、
前記他方被覆部材は、
前記第１の導電体を覆うように形成された第１の被覆部材と、
前記第２の導電体を覆うように形成された第２の被覆部材とを含む、破砕装置用電極。
【請求項２】
前記第１および第２の被覆部材の少なくともいずれか一方では、前記間隙側の領域において前記第１の導電体または前記第２の導電体の表面を露出させる開口部が形成され、
前記開口部の面積は６０ｍｍ2未満である、請求項１に記載の破砕装置用電極。
【請求項３】
前記他方線状導電体は、前記第２の導電体とは前記一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された１つ以上の他の導電体を含む、請求項１または２に記載の破砕装置用電極。
【請求項４】
前記他の導電体を覆うように形成された他の被覆部材を備え、
前記他の被覆部材では、前記間隙側の領域において前記他の導電体の表面を露出させる他の開口部が形成され、
前記他の開口部の面積は６０ｍｍ２未満である、請求項３に記載の破砕装置用電極。
【請求項５】
前記一方線状導電体は、
第３の導電体と、
前記第３の導電体とは前記一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された第４の導電体とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
【請求項６】
前記第３の導電体を覆うように形成された第３の被覆部材と、
前記第４の導電体を覆うように形成された第４の被覆部材とを備え、
前記第３および第４の被覆部材の少なくともいずれか一方では、前記間隙側の領域において前記第３の導電体または前記第４の導電体の表面を露出させる開口部が形成され、
前記開口部の面積は６０ｍｍ２未満である、請求項５に記載の破砕装置用電極。
【請求項７】
前記一方線状導電体は、前記第４の導電体とは前記一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された１つ以上の別の導電体を含む、請求項５または６に記載の破砕装置用電極。
【請求項８】
前記別の導電体を覆うように形成された別の被覆部材を備え、
前記別の被覆部材では、前記間隙側の領域において前記別の導電体の表面を露出させる別の開口部が形成され、
前記別の開口部の面積は６０ｍｍ２未満である、請求項７に記載の破砕装置用電極。
【請求項９】
前記一方線状導電体の延びる方向において、前記第１の導電体と前記第２の導電体との間の前記間隙の位置は、前記第３の導電体と前記第４の導電体との間の前記間隙の位置と異なる、請求項５〜８のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
【請求項１０】
前記一方線状導電体と前記他方線状導電体とを接続する固定部材をさらに備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
【請求項１１】
前記破砕装置用電極において放電を発生させることにより、前記破砕装置用電極の周囲に配置された破砕対象物を破砕した前後において、前記一方線状導電体と前記他方線状導電体とを前記固定部材により保持することが可能なように、前記固定部材の強度が決定されている、請求項１０に記載の破砕装置用電極。
【請求項１２】
前記破砕装置用電極において放電を発生させることにより前記破砕装置用電極の周囲に配置された破砕対象物を破砕する工程を実施する前では前記一方線状導電体と前記他方線状導電体とを前記固定部材により保持することができるとともに、前記破砕対象物を破砕するように前記破砕装置用電極において放電を発生させることにより、前記一方線状導電体と前記他方線状導電体とを前記固定部材により保持することができなくなるように、前記固定部材の強度が決定されている、請求項１０に記載の破砕装置用電極。
【請求項１３】
前記一方線状導電体と前記他方線状導電体とが撚り合わせられている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
【請求項１４】
前記他方線状導電体は、第１および第２の他方線状導電体を含み、
前記第１の他方線状導電体は、
第５の導電体と、
前記第５の導電体とは前記一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された第６の導電体とを含み、
前記第２の他方線状導電体は、
第７の導電体と、
前記第７の導電体とは前記一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された第８の導電体とを含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
【請求項１５】
中心軸に沿って延在するとともに、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誘電体と、前記誘電体を囲むように配置された外周導電体とを含む同軸ケーブルをさらに備え、
前記一方線状導電体は前記中心導電体と接続され、
前記他方線状導電体は前記外周導電体と接続される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
【請求項１６】
請求項１〜１５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。
【請求項１７】
前記破砕装置用電極を複数備える、請求項１６に記載の破砕装置。
【請求項１８】
正極端子と負極端子とを有する電源と、
前記電源の正極端子と負極端子とのいずれか一方に接続された一方端部と、前記電源の正極端子と負極端子とのいずれか他方に接続された他方端部とを有する導電線とを備え、
前記導電線には、前記破砕装置用電極が複数形成されている、請求項１６に記載の破砕装置。
【請求項１９】
正極端子と負極端子とを有する電源と、
前記電源に接続され、互いに平行に延びるように固定された一方導電線と他方導電線とを含む並行導電線とを備え、
前記電源の正極端子および負極端子のいずれか一方に一方導電線が接続され、
前記電源の正極端子と負極端子とのいずれか他方に他方導電線が接続され、
前記並行導電線には、前記破砕装置用電極が複数形成されている、請求項１６に記載の破砕装置。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の破砕装置を用いた破砕方法であって、
破砕対象物に複数の下穴を形成する工程と、
前記複数の下穴のそれぞれに、前記破砕装置用電極を挿入する工程と、
前記複数の破砕装置用電極にほぼ同時に電流を供給することにより、前記破砕装置用電極において同時に放電を発生させて破砕対象物を破砕する工程とを備える、破砕方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、破砕装置用電極、破砕装置および破砕方法に関し、より特定的には、効率よく岩石などを破壊することが可能な破砕装置用電極、破砕装置および破砕方法に関する。
【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１８は、従来の破砕装置を示す模式図である。また、図１９は、図１８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２０は、図１９に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図１８〜２０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１８〜２０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】
上記特開平４−２２２７９４号公報では、岩石などの破砕の際には、１マイクロ秒あたり少なくとも１００ＭＷの割合で、少なくとも３ＧＷのピーク値のパワーが破砕すべき物質の閉じ込めた領域の電解液の中に浸漬された同軸電極１０１の２電極間（中心電極１１２と外周電極１１５との間）を横切って得られるまで、電気エネルギーを同軸電極１０１に供給するとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の破砕装置においては、以下のような問題があった。すなわち、中心電極１１２と外周電極１１５との間の放電によりアークが形成される領域で電解液の一部がプラズマ状態になり、この領域の温度は同軸電極１０１に供給される電流値により大きく変化する。つまり、電流値が大きくなればアークが形成されている領域の温度はより高温となる。一方、アークが形成されている領域の温度が高温になるほど、放電抵抗は低下することが知られている。ここで、同軸電極１０１の放電により消費されるエネルギーは、同軸電極１０１に供給される電流値の２乗×放電抵抗に比例する。
【００１０】
したがって、同軸電極１０１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）を大きくするために、同軸電極１０１に供給される電流値を大きくしても、電流値の増大に伴って放電抵抗が小さくなる。したがって、単純に上記電流値を大きくするだけでは、同軸電極１０１の放電により消費されるエネルギーを十分大きくすることは難しかった。このため、従来の破砕装置では破砕に利用されるエネルギーを大きくして効率よく破砕を行なうことが困難であった。
【００１１】
この発明は、上述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、破砕に利用されるエネルギーを大きくする事が可能な破砕装置用電極、破砕装置およびそれらを用いた破砕方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記課題を解決するため、同軸電極であって、外周電極を分割した複数の外周電極部分を、中心電極の周囲に絶縁体を介して配置し、この複数の外周電極部分が互いに間隙を介して配置された破砕装置用電極を提案している。このような破砕装置用電極であれば、外周電極部分の間に位置する複数の間隙において、放電を発生させることができるので、放電が起きる個所の数を増加させることができる。この結果、放電抵抗を増加させることができるので、破砕に利用されるエネルギーを従来より大きくできる。
【００１３】
しかし、発明者がさらに研究を進めた結果、上述のような同軸電極以外の形状の電極においても、複数の放電を発生させることができれば同様の効果を得られることがわかった。
【００１４】
発明者の上記のような知見に基づいて、この発明の１の局面における破砕装置用電極は、ある方向に延在する一方線状導電体と、一方線状導電体の延びる方向と同じ方向に延在し、一方線状導電体と誘電体を介して対向する他方線状導電体とを備える。また、上記破砕装置用電極は、一方線状導電体を覆うように形成された一方被覆部材と、他方線状導電体を覆うように形成された他方被覆部材とを備える。他方線状導電体は、第１の導電体と、第１の導電体とは一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された第２の導電体とを含む。さらに、上記他方被覆部材は、第１の導電体を覆うように形成された第１の被覆部材と、第２の導電体を覆うように形成された第２の被覆部材とを含む。
【００１５】
このようにすれば、破砕装置用電極に電流が供給され、一方線状導電体と他方線状導電体との間に当該電流が流れる場合、一方線状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いおて第１の放電が発生する。そして、第１の導電体と第２の導電体との間に位置する間隙において、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。
【００１６】
また、上記第１および第２の導電体は、他方線状導電体を複数個所において切断・分割することにより、容易に作成できる。このため、たとえば同軸電極の外周電極を分割するような場合より、簡単な加工で本発明による破砕装置用電極を実現できる。したがって、破砕装置用電極の製造工程を単純化できることから、破砕装置用電極の製造コストが上昇することを防止できる。
【００１７】
上記１の局面における破砕装置用電極において、第１および第２の被覆部材の少なくともいずれか一方では、間隙側の領域において第１の導電体または第２の導電体の表面を露出させる開口部が形成されていてもよい。この開口部の面積は６０ｍｍ2未満であることが好ましい。
【００１８】
この場合、第１または第２の導電体が間隙に対向する領域において露出する面積（露出面積）を６０ｍｍ２未満とすることができる。そして、破砕装置用電極に投入する電力エネルギーが一定の場合において、このように露出面積を比較的小さくすることにより、大きな破砕力を発生させることができる。なお、露出面積は６０ｍｍ２未満であれば、十分な破砕力を得ることができるが、露出面積は２２ｍｍ２以下であることがより好ましく、さらに好ましくは、露出面積は１４ｍｍ２以下である。
【００１９】
上記１の局面における破砕装置用電極では、他方線状導電体が第２の導電体とは一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された１つ以上の他の導電体を含むことが好ましい。
【００２０】
この場合、第２の導電体と他の導電体との間で第３の放電を発生させることができる。また、他の導電体が、間隙を隔てて形成された複数の導電体を含んでいれば、さらに第４、第５の放電を発生させることができる。この結果、放電抵抗をより高めることができるので、破砕に利用されるエネルギーをより大きくすることができる。
【００２１】
上記１の局面における破砕装置用電極では、他の導電体を覆うように形成された他の被覆部材を備えていてもよい。他の被覆部材では、間隙側の領域において他の導電体の表面を露出させる他の開口部が形成されていてもよく、他の開口部の面積は６０ｍｍ２未満であることが好ましい。
【００２２】
この場合、他の導電体が間隙に対向する領域において露出する露出面積を６０ｍｍ２未満とすることができる。そして、破砕装置用電極に投入する電力エネルギーが一定の場合において、このように露出面積を比較的小さくすることにより、破砕装置用電極において大きな破砕力を発生させることができる。なお、露出面積は２２ｍｍ２以下であることがより好ましく、さらに好ましくは、露出面積は１４ｍｍ２以下である。
【００２３】
上記１の局面における破砕装置用電極では、一方線状導電体が、第３の導電体と、第３の導電体とは一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された第４の導電体とを含んでいてもよい。
【００２４】
この場合、第３の導電体と第４の導電体との間の間隙において、さらに別の放電を発生させることができる。この結果、放電の発生する個所の数をさらに増やすことができる。したがって、放電抵抗をより高めることができるので、破砕に利用されるエネルギーをより大きくすることができる。
【００２５】
上記１の局面における破砕装置用電極では、第３の導電体を覆うように形成された第３の被覆部材と、第４の導電体を覆うように形成された第４の被覆部材とを備えていてもよい。第３および第４の被覆部材の少なくともいずれか一方では、間隙側の領域において第３の導電体または第４の導電体の表面を露出させる開口部が形成されていてもよく、開口部の面積は６０ｍｍ２未満であることが好ましい。
【００２６】
この場合、第３または第４の導電体が間隙に対向する領域において露出する露出面積を６０ｍｍ２未満とすることができる。そして、破砕装置用電極に投入する電力エネルギーが一定の場合において、このように露出面積を比較的小さくすることにより、大きな破砕力を発生させることができる。なお、露出面積は６０ｍｍ２未満であれば十分な破砕力を得ることができるが、露出面積は２２ｍｍ２以下であることがより好ましく、さらに好ましくは、露出面積は１４ｍｍ２以下である。
【００２７】
上記１の局面における破砕装置用電極では、一方線状導電体が第４の導電体とは一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された１つ以上の別の導電体を含むことが好ましい。
【００２８】
この場合、第４の導電体と別の導電体との間でさらに別の放電を発生させることができる。また、上記別の導電体が、間隙を隔てて形成された複数の導電体を含んでいれば、さらに多くの放電を発生させることができる。この結果、放電抵抗をより高めることができるので、破砕に利用されるエネルギーをより大きくすることができる。
【００２９】
上記１の局面における破砕装置用電極では、別の導電体を覆うように形成された別の被覆部材を備えていてもよい。別の被覆部材では、間隙側の領域において別の導電体の表面を露出させる別の開口部が形成されていてもよく、別の開口部の面積は６０ｍｍ２未満であることが好ましい。
【００３０】
この場合、別の導電体が間隙に対向する領域において露出する露出面積を６０ｍｍ２未満とすることができる。そして、破砕装置用電極に投入する電力エネルギーが一定の場合において、このように露出面積を比較的小さくすることにより、大きな破砕力を発生させることができる。なお、露出面積は６０ｍｍ２未満であれば十分な破砕力を得ることができるが、露出面積を２２ｍｍ２以下とすることがより好ましく、さらに好ましくは、露出面積は１４ｍｍ２以下である。
【００３１】
上記１の局面における破砕装置用電極では、一方線状導電体の延びる方向において、第１の導電体と第２の導電体との間の間隙の位置が第３の導電体と第４の導電体との間の間隙の位置と異なることが好ましい。
【００３２】
ここで、一方線状導電体の延びる方向において、第１の導電体と第２の導電体との間の間隙の位置が第３の導電体と第４の導電体との間の間隙の位置とほぼ等しい場合、破砕装置用電極に電流を供給すると、上記間隙が位置する部分にて一方線状導電体と他方線状導電体とが短絡することがある。このような短絡が発生すると、破砕装置用電極の先端部にまで電流が流れないことになる。この結果、破砕装置用電極において、短絡が発生した間隙より先端側の領域では放電が発生しないので、放電の発生する個所の数が減少する。この結果、放電抵抗が小さくなるので破砕に利用されるエネルギーが小さくなってしまう。しかし、上述のように第１の導電体と第２の導電体との間の間隙の位置が第３の導電体と第４の導電体との間の間隙の位置と異なるようにしておけば、この間隙において一方線状導電体と他方線状導電体とが短絡することを防止できる。その結果、放電の発生個所の数が減少することを防止できるので、破砕に用いられるエネルギーを確実に大きくすることができる。
【００３３】
上記１の局面における破砕装置用電極は、一方線状導電体と他方線状導電体とを接続する固定部材をさらに備えることが好ましい。
【００３４】
ここで、破砕装置用電極に電流を供給すると、一方線状導電体と他方線状導電体とには、それぞれ逆方向に電流が流れる。この結果、一方線状導電体と他方線状導電体とには、互いに離れる方向の力が作用する。しかし、固定部材の強度を充分大きくしておけば、一方導電線と他方導電線との相対的な位置を固定できる。この結果、上記力により破砕装置用電極の構造が変化する（一方線状電極と他方線状電極とが、互いに離れることにより、破砕装置用電極が変形する）ことを防止できる。
【００３５】
上記１の局面における破砕装置用電極では、破砕装置用電極において放電を発生させることにより破砕装置用電極の周囲に配置された破砕対象物を破砕する前後において、一方線状導電体と他方線状導電体とを固定部材により保持することが可能なように、固定部材の強度が決定されていてもよい。
【００３６】
この場合、破砕工程の前後において確実に一方線状導電体と他方線状導電体とを固定部材により所定の位置に保持できる。このため、破砕装置用電極が破砕工程により変形することを防止できるので、破砕装置用電極を繰返して使用することが可能になる。
【００３７】
上記１の局面における破砕装置用電極では、破砕装置用電極において放電を発生させることにより破砕装置用電極の周囲に配置された破砕対象物を破砕する工程を実施する前では前記一方線状導電体と前記他方線状導電体とを前記固定部材により保持することができるとともに、破砕対象物を破砕するように破砕装置用電極において放電を発生させることにより、一方線状導電体と他方線状導電体とを固定部材により保持することができなくなるように、固定部材の強度が決定されていてもよい。
【００３８】
この場合、破砕工程を実施すると、一方線状導電体と他方線状導電体とに電流を流すことにより発生するの電磁力を受けることにより、一方線状導電体および他方線状導電体は互いに離れる方向に飛散する。このとき、一方線状導電体と他方線状導電体とを飛散させる力は、破砕装置用電極に供給される電力エネルギーの大きさにもよるが、条件によっては単位長さ当たり数十トンといったオーダーになる。このような大きな力で一方線状導電体と他方線状導電体とが飛散するので、この飛散した一方線状導電体および他方線状導電体が破砕対象物に衝突することによっても破砕対象物を破壊できる。したがって、同じ電力エネルギーを用いた場合、破砕対象物をより大規模に破砕することができる。
【００３９】
上記１の局面における破砕装置用電極では、一方線状導電体と他方線状導電体とが撚り合わせられていてもよい。
【００４０】
この場合、上述のような固定部材を特に設けなくても、一方線状導電体と他方線状導電体とを互いに固定することができる。したがって、破砕装置用電極の構造を簡略化できる。
【００４１】
上記１の局面における破砕装置用電極では、他方線状導電体が第１および第２の他方線状導電体を含んでいてもよい。第１の他方線状導電体は、第５の導電体と、第５の導電体とは一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された第６の導電体とを含んでいてもよい。第２の他方線状導電体は、第７の導電体と、第７の導電体とは一方線状導電体の延びる方向において間隙を隔てて配置された第８の導電体とを含んでいてもよい。
【００４２】
この場合、破砕装置用電極において、一方線状導電体から上記第１の他方線状導電体に電流が流れる第１の回路と、一方線状導電体から上記第２の他方線状導電体に電流が流れる第２の回路とを構成することができる。この結果、第１の他方線状導電体における間隙で放電を発生させることができると同時に、第２の他方線状導電体における間隙においても放電を発生させることができる。したがって、放電の発生する個所の数をより増やすことができるので、破砕に用いられるエネルギーをより大きくすることができる。
【００４３】
上記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するとともに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誘電体と、誘電体を囲むように配置された外周導電体とを含む同軸ケーブルをさらに備えていてもよい。一方線状導電体は中心導電体と接続されていてもよく、他方線状導電体は外周導電体と接続されていてもよい。
【００４４】
この場合、破砕を行なう位置まで、中心導電体、誘電体および外周導電体を含むいわゆる同軸ケーブルをつかって、電力を移送できる。同軸ケーブルはそのインダクタンスが通常の平行２線などより小さいため、電極に伝送する電力のロスを少なくできる。
【００４５】
また、同軸ケーブルは単位長さあたりのインダクタンスが小さいため、電源と破砕装置用電極とを接続する接続ケーブルとしてこの同軸ケーブルを利用すれば、破砕装置の回路において許容できるインダクタンスの範囲内で、接続ケーブルの長さを十分長くする事ができる。このため、破砕作業の作業性を向上させることができる。
【００４６】
この発明の別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。
【００４７】
このようにすれば、破砕能力の高い破砕装置を容易に得ることができる。
上記別の局面における破砕装置は破砕装置用電極を複数備えることが好ましい。
【００４８】
この場合、破砕対象物に複数の下孔を形成し、この複数の下孔に上記破砕装置用電極をそれぞれ挿入した状態で破砕装置用電極に電流を投入すれば、破砕対象物のより広い範囲を一度に破砕することができる。
【００４９】
また、破砕対象物において、たとえば所定の切断線上に整列するように複数の下孔を配置する場合を考える。この下孔に破砕装置用電極を挿入して、上述のように放電を発生させることで、上記切断線に沿って破砕対象物を破断することができる。また、下孔の位置を変更することにより、破砕対象物を破断する切断線の位置を任意に変更できる。
【００５０】
上記別の局面における破砕装置は、正極端子と負極端子とを有する電源と、電源の正極端子と負極端子とのいずれか一方に接続された一方端部と、電源の正極端子と負極端子とのいずれか他方に接続された他方端部とを有する導電線とを備えていてもよい。導電線には、上記破砕装置用電極が複数形成されていてもよい。
【００５１】
この場合、たとえば導電線の一部を折り曲げ、この折り曲げ部の先端部を切断すれば本発明の破砕装置用電極における一方線状導電線と他方線状導電線とを容易に形成できる。また、この折り曲げ部に位置する導電線の所定の個所を切断することにより、間隙を隔てて配置される第１および第２の導電体を容易に形成できる。このため、上記導電線に対して比較的簡単な加工を行なうことにより、本発明による破砕装置用電極を実現できる。
【００５２】
また、上記のような加工を、導電線の複数の個所にて行なうことにより、破砕装置用電極を複数備える破砕装置を簡単に実現できる。
【００５３】
上記別の局面における破砕装置は、正極端子と負極端子とを有する電源と、電源に接続され、互いに平行に延びるように固定された一方導電線と他方導電線とを含む並行導電線とを備えていてもよい。電源の正極端子および負極端子のいずれか一方に一方導電線が接続され、電源の正極端子と負極端子とのいずれか他方に他方導電線が接続されていてもよい。並行導電線には、上記破砕装置用電極が複数形成されていてもよい。
【００５４】
この場合、一方導電線と他方導電線とに電源から電流を供給すれば、この並行導電線の先端部において、一方導電線と他方導電線との間の間隙に放電が発生することにより、一方導電線と他方導電線とを電源から供給された電流が流れることになる。そして、他方導電線の所定の個所を切断・除去することにより、第１の導電体と、この第１の導電体と間隙を介して配置される第２の導電体を容易に実現できる。つまり、上記他方導電線に対して比較的簡単な加工を行なうことにより、本発明による破砕装置用電極を実現できる。
【００５５】
また、上記のような加工を、他方導電線、あるいは一方導電線の複数の個所にて行なうことにより、破砕装置用電極を複数備える破砕装置を簡単に実現できる。
【００５６】
この発明の他の局面における破砕方法は、上記別の局面における破砕装置を用いた破砕方法であって、破砕対象物に複数の下穴を形成する工程と、複数の下穴のそれぞれに破砕装置用電極を挿入する工程と、複数の破砕装置用電極にほぼ同時に電流を供給することにより、破砕装置用電極において同時に放電を発生させて破砕対象物を破砕する工程とを備える。
【００５７】
この場合、破砕対象物のより広い範囲を一度に効率よく破砕することができる。
【００５８】
【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。
【００５９】
（実施の形態１）
図１は、本発明による電極およびその電極を用いた破砕装置の実施の形態１を説明するための模式図である。図２は、図１に示した電極の先端部を示す模式図である。図３は、図１に示した電極の先端部を示す斜視模式図である。図４は、図１に示した電極の先端部を示す断面模式図である。図１〜４を参照して、本発明による電極および破砕装置の実施の形態１を説明する。
【００６０】
図１〜４を参照して、本発明による破砕装置は、破砕装置用電極である電極１とパルスパワー源６と電源９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。パルスパワー源６に接続された電極１を構成する一方ケーブル３、他方ケーブル４、ケーブル部分５ａ〜５ｃは、導電体１４を絶縁体１３で被覆した単芯絶縁電線を用いて構成される。絶縁体１３としては、プラスチック、ゴム、ビニール、絶縁性の樹脂などの誘電体を用いることができる。また、導電体１４としては、銅、銀、アルミニウム、鉄などの電気導電性を有する金属を用いることができる。
【００６１】
電極１は、ある方向に延在する一方ケーブル３と、この一方線状導電体としての一方ケーブル３が延びる方向と同じ方向に延在する他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃと、この一方ケーブル３と他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃとを固定するための固定部材１２ａ〜１２ｈとを備える。固定部材１２ａ〜１２ｈを構成する材料としては、電極１において放電を発生させることにより破砕対象物２を破砕する工程の前後において、一方ケーブル３と他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃとを固定部材１２ａ〜１２ｈにより保持することが可能なように、充分大きな強度を有する材料が選択されている。固定部材１２ａ〜１２ｈの材料としては、たとえばガラスなどの繊維を用いた強化繊維テープ、フッ素樹脂などを用いた絶縁体を含む絶縁テープ、金属線や金属テープなどを用いることができる。なお、金属線や金属テープについては、絶縁体を被覆したものを用いることが好ましい。
【００６２】
他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃが他方線状導電体に対応する。図１〜４からもわかるように、一方ケーブル３の端部では、一方ケーブル３の延びる方向と同じ方向に延びるように第１の導電体としてのケーブル部分５ａが配置されている。一方ケーブル３の端部とケーブル部分５ａの端部との間にはギャップ１７ａが形成される。また、ケーブル部分５ａ〜５ｃは、それぞれ互いにギャップ１７ｂ、１７ｃを介して対向するように配置されている。ケーブル部分５ｂが第２の導電体に対応する。また、他の導電体としてのケーブル部分５ｃは、他方ケーブル４とギャップ１７ｄを介して対向するように配置されている。
【００６３】
一方ケーブル３の延びる方向に対して垂直な方向において、一方ケーブル３を構成する導電体１４の断面積を６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。また、他方ケーブル４の延びる方向に対して垂直な方向において、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃを構成する導電体１４の断面積を６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。このようにすれば、ギャップ１７ａ〜１７ｄに対向する領域における導電体１４の露出面積（放電面積）を６０ｍｍ２未満とすることができる。そして、この場合、電極１に投入した電力量に対して充分大きな破砕力を得ることができる。また、ギャップ１７ａ〜１７ｄに対向する領域における導電体１４の露出面積を２２ｍｍ２以下とすることがより好ましい。また、ギャップ１７ａ〜１７ｄに対向する領域での導電体１４の露出面積を１４ｍｍ２以下とすることがより好ましい。
【００６４】
電極１は、図１に示すように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。
【００６５】
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、一方ケーブル３の端部とケーブル部分５ａとの間に位置するギャップ１７ａにおいて第１の放電が発生し、アーク１８ａが形成される。また、ケーブル部分５ａとケーブル部分５ｂとの間に位置するギャップ１７ｂにおいても第２の放電が発生し、アーク１８ｂが形成される。また、同様にケーブル部分５ｂとケーブル部分５ｃとの間に位置するギャップ１７ｃにおいても放電が発生し、アーク１８ｃが形成される。さらに、ケーブル部分５ｃと他方ケーブル４との間に位置するギャップ１７ｄにおいて放電が発生し、アーク１８ｄが形成される。このようにアーク１８ａ〜１８ｄが形成された領域では、電解液としての水１１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、電極１の周囲の破砕対象物２を破壊することができる。
【００６６】
このように、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１では間隙としてのギャップ１７ａ〜１７ｄという複数の領域において放電が起きる。また、ケーブル部分５ａ〜５ｃと同様の構造を有する他のケーブル部分を、ケーブル部分５ａ〜５ｃとギャップを介して配置すれば、電極において放電が発生する領域の数をさらに増加させることができる。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１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。
【００６７】
また、第１、第２の導電体および他の導電体としてのケーブル部分５ａ〜５ｃは、他方ケーブル４を複数個所において切断・分割することにより、容易に作成できる。このため、たとえば同軸電極の外周電極を分割するような場合より、簡単な加工で本発明による破砕装置用電極である電極１およびこの電極１を用いた破砕装置を実現できる。したがって、電極１の製造工程を単純化できることから、電極１の製造コストが上昇することを防止できる。
【００６８】
また、電極１に電流を供給すると、一方線状導電体としての一方ケーブル３と他方線状導電体としての他方ケーブル４、ケーブル部分５ａ〜５ｃとには、それぞれ逆方向に電流が流れる。この結果、一方ケーブル３と他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃとには、互いに離れる方向の力が作用する。しかし、固定部材１２ａ〜１２ｈの強度を充分大きくしているので、一方ケーブル３と他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃとの相対的な位置を固定できる。この結果、破砕工程を実施した後において、上記力により電極１の構造が変化することを防止できる。したがって、電極１を繰返し使用することができる。
【００６９】
（実施の形態２）
図５は、本発明による破砕装置の実施の形態２において用いられる電極を示す斜視模式図である。図５は図３に対応し、破砕装置に設置される電極を示している。また、図６は、図５の線分ＶＩ−ＶＩにおける断面を示す断面模式図である。図５および６を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態２を説明する。
【００７０】
図５および６を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態２は、基本的には本発明による破砕装置の実施の形態１と同様の構造を備えるが、電極１の構造が異なる。すなわち、本発明による破砕装置の実施の形態２においては、一方ケーブル３が延びる方向と同じ方向に延びるように、直列に配置され、第１の他方線状導電体としてのケーブル部分５ａ〜５ｃと、このケーブル部分５ａ〜５ｃが配置された領域とは異なる領域において、一方ケーブル３が延びる方向と同じ方向に延びるようにケーブル部分１５ａ〜１５ｃが配置されている。第２の他方線状導電体としてのケーブル部分１５ａ〜１５ｃは、ギャップ１７ｆ、１７ｇを介して直列に配置されている。ケーブル部分５ａ〜５ｃとケーブル部分１５ａ〜１５ｃとは、一方ケーブル３を介して対向するように配置されている。すなわち、ケーブル部分５ａ〜５ｃとケーブル部分１５ａ〜１５ｃとは並列に配置されている。ケーブル部分１５ａ〜１５ｃは、ケーブル部分５ａ〜５ｃおよび一方ケーブル３と同様に導電体１４の周囲を絶縁体１３が囲むように配置された単芯絶縁電線により構成されている。一方ケーブル３と、ケーブル部分５ａ〜５ｃ、１５ａ〜１５ｃとは固定部材１２ａ〜１２ｆにより互いに固定されている。また、一方ケーブル３と同じ方向に延びるように他方ケーブル４が配置され、この一方ケーブル３と他方ケーブル４とは固定部材１２ｇ、１２ｈにより互いに固定されている。
【００７１】
図５および６に示した電極１に電流を投入することにより、一方線状導電体としての一方ケーブル３からケーブル部分５ａ〜５ｃを介して他方ケーブル４に電流が流れる第１の回路と、一方ケーブル３からケーブル部分１５ａ〜１５ｃを介して他方ケーブル４に電流が流れる第２の回路とを構成することができる。この結果、第１の回路に存在する間隙としてのギャップ１７ａ〜１７ｄにおいて放電を発生させることができると同時に、第２の回路に存在する間隙としてのギャップ１７ｅ〜１７ｈにおいても放電を発生させることができる。したがって、放電の発生する個所の数を図１〜４に示した電極１より増やすことができるので、図１〜４に示した破砕装置と同様の効果を得られるとともに、破砕に用いられるエネルギーをより大きくすることができる。
【００７２】
また、一方ケーブル３の延びる方向に対して垂直な方向において、一方ケーブル３を構成する導電体１４の断面積を６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。一方ケーブル３の延びる方向に対して垂直な方向において、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃ、１５ａ〜１５ｃを構成する導電体１４の断面積を６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。このようにすれば、ギャップ１７ａ〜１７ｈに対向する領域における導電体１４の露出面積（放電面積）を６０ｍｍ２未満とすることができる。そして、この場合、電極１に投入した電力量に対して充分大きな破砕力を得ることができる。また、ギャップ１７ａ〜１７ｈに対向する領域における導電体１４の露出面積を２２ｍｍ２以下とすることがより好ましい。また、ギャップ１７ａ〜１７ｈに対向する領域での導電体１４の露出面積を１４ｍｍ２以下とすることがより好ましい。
【００７３】
図７は、図５および６に示した破砕装置の実施の形態２の変形例を説明するための断面模式図である。図７は図６に対応する。図７を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態２の変形例を説明する。
【００７４】
図７を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態２の変形例は、基本的には図５および６に示した破砕装置と同様の構造を備えるが、一方ケーブル３に対するケーブル部分５ａ〜５ｃ、１５ａ〜１５ｃの配置が異なる。すなわち、図５および６に示した破砕装置の電極においては、一方ケーブル３の中心点１６ａと、ケーブル部分５ａ〜５ｃの中心点１６ｂとケーブル部分１５ａ〜１５ｃの中心点１６ｃとはほぼ直線状に配置された状態になっている。一方、図７に示した破砕装置の電極においては、一方ケーブル３の中心点１６ａから見た場合に、ケーブル部分５ａ〜５ｃの中心点１６ｂとケーブル部分１５ａ〜１５ｃの中心点１６ｃとが角度θをなすように配置されている。
【００７５】
そして、角度θを変更することにより、電極１において一方ケーブル３の延びる方向に対して垂直な面内での、放電の発生する領域の位置を任意に変更できる。この結果、破砕対象物２において、下孔１０から見て任意の方向に、破砕のエネルギーを集中させることが可能になる。
【００７６】
（実施の形態３）
図８は、本発明による破砕装置の実施の形態３を説明するための斜視模式図である。図８は図３に対応し、破砕装置の電極１を示している。図８を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態３を説明する。
【００７７】
図８を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態３は基本的には図１〜４に示した破砕装置と同様の構造を備えるが、電極１の構造が異なっている。すなわち、図８に示した破砕装置の電極１は、一方ケーブル３と、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｄとが互いに撚り合わされた形状となっている。そして、一方ケーブル３と他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｄとは、固定部材１２ａ〜１２ｍにより互いにその配置が固定されている。
【００７８】
電極１に電流を供給した場合、一方ケーブル３の端部とケーブル部分５ａの端部との間のギャップ１７ａにおいて放電が発生し、アークが形成される。また、ケーブル部分５ａ〜５ｄおよび他方ケーブル４の間に形成されるギャップ１７ｂ〜１７ｅにおいても、放電が発生することによりアークが形成される。このように、放電を発生させる個所の数を増加させることができるので、本発明の実施の形態１における破砕装置と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
また、図８に示した電極１には固定部材１２ａ〜１２ｍを設けているが、このような固定部材１２ａ〜１２ｍを特に設けなくてもよい。図８に示した電極１では、一方ケーブル３と他方線状導電体としての他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｄとを撚り合わせることにより互いに固定することができる。この場合、電極１の構造を簡略化できる。
【００８０】
また、一方ケーブル３の延びる方向に対して垂直な方向において、一方ケーブル３を構成する導電体１４の断面積を６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。また、他方ケーブル４の延びる方向に対して垂直な方向において、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｄを構成する導電体１４の断面積を６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。このようにすれば、ギャップ１７ａ〜１７ｅに対向する領域における導電体１４の露出面積を６０ｍｍ２未満とすることができる。そして、この場合、電極１に投入した電力量に対して充分大きな破砕力を得ることができる。また、ギャップ１７ａ〜１７ｅに対向する領域における導電体１４の露出面積を２２ｍｍ２以下とすることがより好ましい。また、ギャップ１７ａ〜１７ｅに対向する領域での導電体１４の露出面積を１４ｍｍ２以下とすることがより好ましい。
【００８１】
（実施の形態４）
図９は、本発明による破砕装置の実施の形態４を説明するための斜視模式図である。図９は図３に対応し、破砕装置の電極１を示している。図１０は、図９に示した破砕装置の電極の先端部を示す断面模式図である。図１０は図４に対応する。図９および１０を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態４を説明する。
【００８２】
図９および１０を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態４は、基本的には図１〜４に示した破砕装置と同様の構造を備えるが、電極１の構造が異なる。すなわち、電極１においては、一方ケーブル３の複数箇所が切断されることにより、第１、第２の導電体および別の導電体としてのケーブル部分１９ａ〜１９ｃが形成されている。ケーブル部分１９ａ〜１９ｃの間にはギャップ１７ｅ、１７ｆが形成される。ケーブル部分１９ｃと一方ケーブル３との間にはギャップ１７ｇが形成されている。そして、一方ケーブル３、ケーブル部分５ａ〜５ｃ、１９ａ〜１９ｃおよび他方ケーブル４はそれぞれ互いに固定部材１２ａ〜１２ｈにより固定されている。
【００８３】
図９および１０に示した電極１に電流を供給する場合、ギャップ１７ａ〜１７ｄに加えてギャップ１７ｅ〜１７ｇにおいても放電を発生させることによりアークを形成することができる。このように、放電を発生させる個所の数を増加させることができるので、本発明の実施の形態１における破砕装置よりさらに破砕に利用されるエネルギーを大きくすることができる。
【００８４】
また、一方ケーブル３、ケーブル部分１９ａ〜１９ｃの間に形成されるギャップ１７ｅ〜１７ｇの位置は、この一方ケーブル３が延びる方向において、他方ケーブル４、ケーブル部分５ａ〜５ｃの間に形成されるギャップ１７ｂ〜１７ｄの位置とは異なっている。
【００８５】
ここで、一方ケーブル３の延びる方向において、たとえばギャップ１７ｃの位置がギャップ１７ｆの位置とほぼ等しい場合を考える。この場合、電極１に電流を供給すると、ギャップ１７ｃとギャップ１７ｆとが近接していることからケーブル部分５ｃとケーブル部分１９ｃとが短絡することがある。このような短絡が発生すると、電極１の先端部（つまり、ケーブル部分５ａ、５ｂ、１９ａ、１９ｂ）にまで電流が流れないことになる。この結果、電極１において、短絡が発生したギャップ１７ｃ、１７ｆより先端側のギャップ１７ａ、１７ｂ、１７ｅでは放電が発生しないので、放電の発生する個所の数が減少する。この結果、放電抵抗が小さくなるので破砕に利用されるエネルギーが小さくなってしまう。しかし、上述のようにギャップ１７ｂ〜１７ｄの位置がギャップ１７ｅ〜１７ｇの位置と異なるようにしておけば、このギャップ１７ｂ〜１７ｇにおいてケーブル部分５ｂ、５ｃ、１９ｂ、１９ｃが短絡することを防止できる。その結果、放電の発生個所の数が減少することを防止できるので、破砕に用いられるエネルギーを確実に大きくすることができる。
【００８６】
また、一方ケーブル３の延びる方向に対して垂直な方向において、一方ケーブル３およびケーブル部分１９ａ〜１９ｃを構成する導電体１４の断面積を６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。また、他方ケーブル４の延びる方向に対して垂直な方向において、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃを構成する導電体１４の断面積を６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。このようにすれば、ギャップ１７ａ〜１７ｇに対向する領域における導電体１４の露出面積を６０ｍｍ２未満とすることができる。この場合、電極１に投入した電力量に対して充分大きな破砕力を得ることができる。また、ギャップ１７ａ〜１７ｇに対向する領域における導電体１４の露出面積を２２ｍｍ２以下とすることがより好ましい。また、ギャップ１７ａ〜１７ｇに対向する領域での導電体１４の露出面積を１４ｍｍ２以下とすることがより好ましい。
【００８７】
（実施の形態５）
図１１は、本発明による破砕装置の実施の形態５を説明するための斜視模式図である。図１１は図３に対応し、破砕装置の電極を示す。図１１を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態５を説明する。
【００８８】
図１１を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態５は、基本的には図１〜４に示した破砕装置と同様の構成を備える。ただし、図１１に示すように、電極１の構造が異なる。すなわち、本発明による破砕装置の実施の形態５においては、電極１を構成する一方ケーブル３と他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃを保持するため、図１〜４に示した破砕装置における固定部材よりも強度の低い保持部材２０ａ〜２０ｈを用いている。
【００８９】
図１１に示した破砕装置では、図１〜４に示した破砕装置と同様の効果を得ることができる。また、電極１にパルスパワー源６から電流を投入することにより、ギャップ１７ａ〜１７ｄにおいてアークが発生する際には、一方ケーブル３の導電体１４中を流れる電流の方向と、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃの導電体１４中を流れる電流の方向とは逆方向になる。この結果、一方ケーブル３と、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃとの間には互いに離れる方向の力が作用する。このとき、たとえば導電体１４の直径が数ｍｍ、電極１に投入される電流の電流値が数百ｋＡというレベルである場合を考えると、この一方ケーブル３および他方ケーブル４、ケーブル部分５ａ〜５ｃに対して作用する力はこの電極１の長さ１ｍ当たり数１０トンというレベルに達する。
【００９０】
そこで、このような大きな力が作用したときに一方ケーブル３、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃがこの力によって互いに離れる方向に飛散できるように、比較的弱い強度を有する材料により保持部材２０ａ〜２０ｈを構成する。この結果、電極１に電流を投入してギャップ１７ａ〜１７ｄにおいて放電を発生させた際には、この放電による圧力波によって破砕対象物を破砕することができるとともに、一方ケーブル３、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃが飛散することになる。そして、飛散した一方ケーブル３、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃが破砕対象物に衝突することにより、破砕対象物を破壊することができる。つまり、飛散した一方ケーブル３、他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃが破砕対象物に衝突する衝撃力を、破砕対象物を破砕するための力として利用することができる。
【００９１】
（実施の形態６）
図１２は、本発明による破砕装置の実施の形態６を説明するための模式図である。図１２を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態６を説明する。
【００９２】
図１２を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態６は、基本的には図１〜４に示した破砕装置と同様の構造を備える。ただし、図１２に示した破砕装置では、図１〜４に示した電極を構成する単芯絶縁電線を用いて、電気的に直列に接続された電極１ａ〜１ｄを形成している。すなわち、パルスパワー源６（図１参照）に接続された単芯絶縁電線であるケーブル２１が、破砕対象物２に形成された下孔１０ａの内部にまで延在するように配置されている。破砕対象物２には、複数の下孔１０ａ〜１０ｄが形成されている。そして、このケーブル２１が延びる方向と同じ方向に延在するように、ケーブル部分２２ａ〜２２ｄがギャップ１７ｂ〜１７ｄを介して配置されている。また、ケーブル２１の先端部とケーブル部分２２ａとの間にもギャップ１７ａが形成されている。
【００９３】
ケーブル２１とケーブル部分２２ａ〜２２ｄとは、図示していないが図１〜４に示した破砕装置における電極１と同様に固定部材によって互いに固定されている。このケーブル２１とケーブル部分２２ａ〜２２ｄとにより第１の電極１ａが構成されている。ケーブル部分２２ａ〜２２ｄは、ケーブル２１を折り曲げた後、の所定の位置（ギャップ１７ａ〜１７ｄが位置する領域）を切断することにより容易に形成できる。
【００９４】
また、この第１の電極１ａを構成するケーブル部分２２ｄの終端２４は、別の下孔１０ｂの内部にまで延在するように配置されている。そして、下孔１０ｂの内部において、ケーブル部分２２ｄが延びる方向と同じ方向に延びるように、ケーブル部分２２ｅ〜２２ｈがギャップ１７ｅ〜１７ｈを介して配置されている。このケーブル部分２２ｄ〜２２ｈによって第２の電極１ｂが構成される。
【００９５】
そして、下孔１０ｃ、１０ｄの内部に配置するように、第１および第２の電極１ａ、１ｂと同様の構造を備える第３および第４の電極１ｃ、１ｄが配置されている。第３の電極１ｃは、ケーブル部分２２ｈ〜２２ｍにより構成される。ケーブル部分２２ｈ〜２２ｍは、ギャップ１７ｉ〜１７ｋ、１７ｍを介して配置される。また、ケーブル部分２２ｉ〜２２ｍは、ケーブル部分２２ｈの延びる方向と同じ方向に延びるように直線状に配置されている。
【００９６】
また、第４の電極１ｄは、ケーブル部分２２ｍ〜２２ｒからなる。ケーブル部分２２ｍ〜２２ｒは、ギャップ１７ｎ〜１９ｑを介して互いに間隔を隔てて配置されている。また、ケーブル部分２２ｍ〜２２ｒは、ケーブル部分２２ｍが延びる方向と同じ方向に直線状に配置されている。
【００９７】
このように複数の電極１ａ〜１ｄをそれぞれ下孔１０ａ〜１０ｄの内部に挿入するとともに、下孔１０ａ〜１０ｄの内部に媒体である電解液としての水１１を配置する。そして、ケーブル２１およびケーブル部分２２ｒが接続されたパルスパワー源（図示せず）から、電極１ａ〜１ｄに電力を供給する。このようにすれば、ギャップ１７ａ〜１７ｋ、１７ｍ〜１７ｑにおいてほぼ同時に放電を発生させることができる。この放電に起因する圧力波により、破砕対象物２を破壊することができる。また、ケーブル２１およびケーブル部分２２ａ〜２２ｒを構成する単芯絶縁電線を構成する導電線の断面積は、６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。このようにすれば、ギャップ１７ａ〜１７ｋ、１７ｍ〜１７ｑに対向するケーブル２１およびケーブル部分２２ａ〜２２ｒにおいて単芯絶縁電線を構成する導電線の露出面積を６０ｍｍ２未満とすることができる。また、ギャップ１７ａ〜１７ｋ、１７ｍ〜１７ｑに対向するケーブル２１およびケーブル部分２２ａ〜２２ｒの上記導電線の露出面積を２２ｍｍ２以下とすることがより好ましく、さらに、上記導電線の露出面積を１４ｍｍ２以下とすることがより好ましい。
【００９８】
このように、複数の電極１ａ〜１ｄを配置することにより、破砕対象物２のより広い範囲を一度に効率よく破砕することができる。
【００９９】
また、電極１ａ〜１ｄでは、本発明の実施の形態１における破砕装置の電極と同様に、複数のギャップ１７ａ〜１７ｋ、１７ｍ〜１７ｑが形成されているので、破砕に利用されるエネルギーを従来より大きくすることができる。
【０１００】
また、破砕対象物２において、所定の切断線（破壊しようとする領域）上に整列するように複数の下孔１０ａ〜１０ｄを配置する場合を考える。この下孔１０ａ〜１０ｄに電極１ａ〜１ｄをそれぞれ挿入して、上述のように放電を発生させることで、上記切断線に沿って破砕対象物２を破断することができる。また、下孔１０ａ〜１０ｄの位置を変更することにより、破砕対象物２を破断する切断線（破断面）の位置を任意に変更できる。
【０１０１】
（実施の形態７）
図１３は、本発明による破砕装置の実施の形態７を説明するための模式図である。図１３を参照して、本発明による破砕装置の実施の形態７を説明する。
【０１０２】
図１３を参照して、破砕装置は基本的には図１２に示した破砕装置と同様の構造を備えるが、電極１ａ〜１ｄの構造が図１２に示した破砕装置と異なる。すなわち、図１２に示した破砕装置では、単芯絶縁電線を用いて電極１ａ〜１ｃを構成したが、図１３に示した破砕装置では、２本の導電線が互いに平行に延びるように絶縁体で固定された並行２軸導電線を用いて電極１ａ〜１ｄを構成する。
【０１０３】
電極１ａ〜１ｄは、以下のようにして形成することができる。すなわち、並行２軸導電線を構成する２本の導電線のうち、一方の導電線の所定の場所を切断、削除することにより、ギャップ１７ｂ〜１７ｑを形成する。このようにすれば、２本の並行して延びる導電線のうちの一方を、ケーブル部分２２ａ〜２２ｋ、２２ｍ〜２２ｑに分割することができる。一方、２本の導電線のうちの他方の導電線であるケーブル２１は、途中で切断されることなく先端部（ケーブル部分２２ａが位置する領域）にまで延在するように配置される。
【０１０４】
そして、この並行２軸導電線を下孔１０ａ〜１０ｄの内部に配置することが可能なように適宜折り曲げることにより、図１３に示すように複数の電極１ａ〜１ｄを備える破砕装置を容易に実現できる。すなわち、ケーブル２１の先端部とケーブル部分２２ａ〜２２ｄとが電極１ａを構成する。ケーブル２１の一部であるケーブル部分２３ｃとケーブル部分２２ｄ〜２２ｈとが電極１ｂを構成する。ケーブル２１の一部であるケーブル部分２３ｂとケーブル部分２２ｈ〜２２ｋ、２２ｍが電極１ｃを構成する。ケーブル２１の一部であるケーブル部分２３ａとケーブル部分２２ｍ〜２２ｑが電極１ｄを構成する。このように、並行２軸導電線を用いることにより、比較的簡単な加工により本発明の電極１ａ〜１ｄおよび破砕装置を実現できる。また、並行２軸導電線の一方または他方の導電線において、任意の位置を切断・除去することにより、任意の位置に、また任意の数だけ電極を形成することができる。
【０１０５】
なお、並行２軸導電線を構成するケーブル２１およびケーブル部分２２ａ〜２２ｑにおける導電線の断面積は、６０ｍｍ２未満とすることが好ましい。このようにすれば、ギャップ１７ａ〜１７ｋ、１７ｍ〜１７ｑに対向するケーブル２１およびケーブル部分２２ａ〜２２ｑにおいて導電体としての上記導電線の露出面積を６０ｍｍ２未満とすることができる。また、ギャップ１７ａ〜１７ｋ、１７ｍ〜１７ｑに対向するケーブル２１およびケーブル部分２２ａ〜２２ｑの上記導電線の露出面積を２２ｍｍ２以下とすることがより好ましく、さらに、上記導電線の露出面積を１４ｍｍ２以下とすることがより好ましい。
【０１０６】
そして、下孔１０ａ〜１０ｄの内部に水１１を配置した後、本発明による破砕装置における破砕方法と同様にパルスパワー源からケーブル２１およびケーブル部分２２ｑを介して電極１ａ〜１ｄに電流を供給することにより、ギャップ１７ａ〜１７ｋ、１７ｍ〜１７ｑにおいて放電を発生させる。この結果、図１２に示した破砕装置を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
なお、上述した本発明による破砕装置の実施の形態６および７においては、本発明の実施の形態１による破砕装置における電極１と同じ構造の電極を用いているが、本発明による破砕装置の実施の形態２〜５に示した電極を適用してもよい。
【０１０８】
（実施の形態８）
図１４は、本発明による破砕装置の実施の形態８を説明するための模式図である。図１４は図１に対応する。図１４を参照して、破砕装置を説明する。
【０１０９】
図１４を参照して、破砕装置は図１に示した破砕装置と同様の構造を備えるが、電極１とパルスパワー源６との接続部が異なる。すなわち、図１４に示した破砕装置では、電極１とパルスパワー源６との接続に同軸ケーブル２９を用いている。同軸ケーブル２９は、中心導電体２６と、この中心導電体２６の外周面上に配置された絶縁体２７と、絶縁体上において、中心導電体２６と絶縁体２７とを囲むように配置された外周導電体２８とを備える。同軸ケーブル２９の一方端部では、中心導電体２６に電極１の一方ケーブル３が接続され、外周導電体２８に他方ケーブル４が接続されている。同軸ケーブル２９の他方端部は、パルスパワー源６に接続されている。
【０１１０】
このようにすれば、パルスパワー源６から破砕地点までの大部分を同軸ケーブル２９により電力を移送できる。同軸ケーブル２９はインダクタンスが小さく、およそ１ｍあたり０．１μＨである。したがって、電力の移送ロスを小さくできる。
【０１１１】
そして、破砕地点まで同軸ケーブル２９により電力を移送した後は、本発明の実施の形態１〜７に示したような平行２線を用いた電極１と同軸ケーブル２９とを接続して、この平行２線を用いた電極１により破砕を行なう。
【０１１２】
一方ケーブル３および他方ケーブル４などの平行２線を用いた電極では、ケーブルの一部を切断、除去するといった簡単な加工により複数のギャップを容易に形成することができる。しかし、このような平行２線は１ｍあたりのインダクタンスが約１μＨであり、同軸ケーブル２９と比べるとインダクタンスが大きい。したがって、パルスパワー源６から破砕地点までの長い距離に平行２線を敷設すると、破砕装置における全回路インダクタンスが大きくなってしまう。この結果、パルス波形がなまってしまい、電極１に速い立ち上りの電力を投入することが難しくなる。
【０１１３】
そこで、図１４に示すように、破砕地点までは同軸ケーブル２９にて電力を移送し、破砕地点近傍で平行２線からなる電極１にこの同軸ケーブル２９を接続した破砕装置の構成を用いれば、破砕装置の全回路インダクタンスを小さくする事ができるとともに、容易に加工可能な電極１を備える破砕装置を実現できる。
【０１１４】
たとえば、破砕装置の全回路インダクタンスを２μＨに設定する場合、パルスパワー源６から全経路を平行２線で構成すると、この平行２線の長さを２ｍ以下にしなければならない。しかし、平行２線の部分を１ｍとし、この平行２線に同軸ケーブルを１０ｍ接続すれば、全回路インダクタンスを同じにしたまま、ケーブルの長さを５倍以上に延長することができる。この結果、ケーブルのとりまわしなど、破砕作業の作業性を向上させることができる。なお、平行２線で１０ｍのケーブル長とした場合、インダクタンスは２０μＨとなる。
【０１１５】
図１４に示した破砕装置の効果を確認するため、破砕装置の等価回路を図１５に示すような回路と仮定して、ケーブルのインダクタンスに対応するインダクタンスの値を２μＨおよび２０μＨと変更した状態で、それぞれ回路に流れる電流の波形をシミュレーションにより求めた。図１５は、破砕装置の等価回路図である。シミュレーション結果を図１６に示す。なお、シミュレーションには一般的なシミュレーションソフト（たとえばＯｒＣＡＤ，Ｉｎｃ（Ｒ）社製のＰＳｐｉｃｅ（Ｒ）などのシミュレーションソフトウェア）を用いた。
【０１１６】
図１６は、図１５に示した回路での電流波形をシミュレーションした結果を示すグラフである。図１６を参照して、回路のインダクタンスが２０μＨとなった場合は、回路のインダクタンスが２μＨである場合と比較して、電流値のピーク値が約半分になり、また、電流値のピークに到達するまでの時間が約３倍程度となっている。すなわち、インダクタンスが２０μＨと大きくなると、電極に速い立ち上がりの電力投入をすることは困難である事がわかる。
【０１１７】
本発明のように、薬物の化学反応に依存せず放電に起因する圧力波を利用する破砕システムにおいては、電極に対して速い立ち上がりの電力投入を行なう事は必要不可欠である。したがって、本発明のような放電に起因する圧力波を利用する破砕装置において、図１４に示したような装置構成は特に効果が大きい。
【０１１８】
なお、図１４に示した、電極１とパルスパワー源６との接続に同軸ケーブル２９を適用する構成を、本発明の実施の形態１〜７に適用する事もできる。この場合も、同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
【実施例】
本願発明の効果を確認するため、２００ＭＰａ級の岩石を産出する採石場において、流紋岩の転石を用いて破砕実験を行なった。図１７を参照して、破砕実験について説明する。なお、図１７は、破砕実験を説明するための模式図である。
【０１２０】
図１７に示すように、実験では、まず破砕対象物２としての上記転石に下孔１０を形成した。転石の体積は約１ｍ３である。下孔１０の内径Ｄは７５ｍｍであり、深さは５００ｍｍである。そして、直径の異なる単芯被覆導電線を用いて、本発明の実施の形態１に示したような電極を形成した。電極１では、単芯被覆導電線の４箇所を切断・除去することにより、ギャップを４箇所形成した。なお、このようなギャップを形成することにより、電極１は単芯被覆導電線からなる一方ケーブル３と、他方ケーブル４とケーブル部分５ａ〜５ｃとから構成されることになる。なお、単芯被覆導電線は導電体１４の外周を絶縁体１３が覆った構造となっている。このような形状の電極を、直径の異なる単芯被覆導電線を用いて４種類作成した。
【０１２１】
そして、それぞれの電極の試料を下孔１０に挿入した後、下孔１０中に電解液としての水１１を配置した。そして、電極１に所定の電流を供給することにより転石の破砕実験を行なった。実験では、電極１に全回路インダクタンスが２μＨ、回路抵抗が２０ｍΩの伝送線路を経て、静電容量が２μＦのコンデンサバンクを接続した。そして、コンデンサバンクへの充電電圧を変更した状態で、転石の破砕状態を比較した。実験結果を、表１に示す。
【０１２２】
【表１】
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【０１２３】
表１からわかるように、導電線の導電体部分の断面積が１００ｍｍ２である電極（端面２５における導電体１４の露出面積が１００ｍｍ２である電極）を用いた場合、電極での電気抵抗は小さいにも関わらず、また、コンデンサ８での充電電圧を１６ｋＶとし、電極に印加したエネルギーを２５６ｋＪという比較的大きな値にしたにも関わらず、転石を完全に破壊することができず、クラックが少し発生する程度であった。これは、断面積が６０ｍｍ２の電極においても同様であった。
【０１２４】
一方、導電線の導電体部分の断面積が２２ｍｍ２である電極を用いた場合、コンデンサ８での充電電圧を１３ｋＶとし、電極に印加したエネルギーの値を１６９ｋＪという比較的小さな値としても、転石をばらばらに破砕することができた。さらに、断面積１４ｍｍ２の電極を用いても同様の結果であった。なお、上記実験においては、転石ごとのばらつきの影響を無くすために、それぞれの電極ごとに３回破砕実験を行なったが、いずれの実験においても同様の結果を得た。
【０１２５】
このように、電極の導電体の断面積、つまりギャップにおける導電体の露出面積が小さい方が、より少ないエネルギーで大きな破砕力を得ることができる。つまり、電極に印可するエネルギーが等しい場合、ギャップでの導電体の露出面積が小さい方が、大きな破砕力を得ることができることがわかる。また、上記実験より、導電体の露出面積（放電面積）が２２ｍｍ２以下であれば、十分な破砕力を得ることができることがわかる。
【０１２６】
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および実施例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。
【０１２７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、導電線を部分的に切断・除去するというような簡単な加工により、破砕に利用されるエネルギーを大きくする事が可能な破砕装置用電極、この破砕装置用電極を用いた破砕装置およびそれらを用いた破砕方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電極およびその電極を用いた破砕装置の実施の形態１を説明するための模式図である。
【図２】図１に示した電極の先端部を示す模式図である。
【図３】図１に示した電極の先端部を示す斜視模式図である。
【図４】図１に示した電極の先端部を示す断面模式図である。
【図５】本発明による破砕装置の実施の形態２において用いられる電極を示す斜視模式図である。
【図６】図５の線分ＶＩ−ＶＩにおける断面を示す断面模式図である。
【図７】図５および６に示した破砕装置の実施の形態２の変形例を説明するための断面模式図である。
【図８】本発明による破砕装置の実施の形態３を説明するための斜視模式図である。
【図９】本発明による破砕装置の実施の形態４を説明するための斜視模式図である。
【図１０】図９に示した破砕装置の電極の先端部を示す断面模式図である。
【図１１】本発明による破砕装置の実施の形態５を説明するための斜視模式図である。
【図１２】本発明による破砕装置の実施の形態６を説明するための模式図である。
【図１３】本発明による破砕装置の実施の形態７を説明するための模式図である。
【図１４】本発明による破砕装置の実施の形態８を説明するための模式図である。
【図１５】破砕装置の等価回路図である。
【図１６】図１５に示した回路での電流波形をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１７】破砕実験を説明するための模式図である。
【図１８】従来の破砕装置を示す模式図である。
【図１９】図１８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２０】図１９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】
１，１ａ〜１ｄ  電極、２  破砕対象物、３  一方ケーブル、４  他方ケーブル、５ａ〜５ｄ，１５ａ〜１５ｃ，１９ａ〜１９ｃ，２２ａ〜２２ｋ，２２ｍ〜２２ｒ，２３ａ〜２３ｃ  ケーブル部分、６  パルスパワー源、７  スイッチ、８  コンデンサ、９  電源、１０，１０ａ〜１０ｄ  下孔、１１  水、１２ａ〜１２ｋ  固定部材、１３  絶縁体、１４  導電体、１６ａ〜１６ｃ  中心点、１７ａ〜１７ｋ，１７ｍ〜１７ｑ  ギャップ、１８ａ〜１８ｄ  アーク、２０ａ〜２０ｈ  保持部材、２１  ケーブル、２４  終端、２５  端面、２６  中心導電体、２７  絶縁体、２８  外周導電体、２９  同軸ケーブル。
【図１】
0003563367.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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