(57)【要約】【課題】簡単な構造で破損しにくい破砕装置用の同軸電極を提供する。【解決手段】中心導電体１２と、中心導電体を囲むように設けられた絶縁部材１３と、絶縁部材を囲むように配置された外周導電体１５を同軸上に形成した電極で、放電を発生する先端部とは反対側の端部において前記外周導電体に対する前記絶縁部材の相対的な位置を固定するための固定部材４を備えた同軸電極１であって、絶縁部材１３と固定部材４との接する面の接線方向と、前記中心軸との方向のなす角θが３０度以上６０度以下である事を特徴とする。これにより、放電による衝撃力を固定部材が受け止める際に、絶縁部材に加わる力を緩和し、応力の集中を防いで破損を防止することができる。【選択図】　図３
2004050076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電側端部とその反対側に位置する後端部を有し、中心軸を有する破砕装置用電極であって、
前記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、前記中心導電体を取り囲むように設けられた絶縁部材と、
前記絶縁部材の外方に配置された外周導電体と、
前記外周導電体に対する前記絶縁部材の相対的な位置を固定するための固定部材を前記後端部に備え、
前記絶縁部材と前記固定部材との接する面の接線のうちで前記中心軸と交差する接線が、前記中心軸となす角が９０度未満である事を特徴とする破砕装置用電極。
【請求項２】
前記絶縁部材と前記固定部材との接する面の接線のうちで前記中心軸と交差する接線が、前記中心軸となす角が３０度以上６０度以下である事を特徴とする、請求項１に記載の破砕装置用電極。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の破砕装置用電極を備えた破砕装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、破砕装置および破砕装置用電極に関し、より特定的には、放電による衝撃に対する耐久性に優れる破砕装置用電極、およびその電極を用いた破砕装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩石などを破壊するための破砕方法として放電破砕方法が知られている。これは、破砕対象の岩石に下孔を形成して、この下孔に水などの電解液を注入し、この下孔に同軸電極を挿入して、この同軸電極にパルスパワー源から大電流を投入することにより、下孔の内部で放電を発生させるものである。この放電により、同軸電極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、同軸電極の周囲の岩石などを破壊する。
【０００３】
このような破砕方法において用いられる同軸電極は、岩石の破砕の際に電極自身も衝撃を受けるため、くり返し使用に耐え得るような、高い耐久性が要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電極の例としてたとえば、特表平１１−５００７９９号公報では、同軸構造の電極とそれに加わる衝撃を減衰・吸収するためのコイルなどを用いた緩衝手段を備えるプローブ装置が開示されている。図４は一般的な同軸電極を縦断面図にて示したものである。中心軸にそって延在する中心導電体１２と、この中心導電体１２の外周面上に固着された絶縁部材１３と、この絶縁部材１３の外周面上に接着剤層３を介して配置された外周導電体１５とを備える。放電は同軸電極先端部において中心導電体１２と外周導電体１５の間で発生する。このような同軸電極では、同軸電極の中心軸方向に加わる衝撃が外周導電体と絶縁部材のそれぞれに加わることによって、外周導電体と絶縁部材の相対的な位置ずれを生じ、絶縁部材を破損するなどの問題が生じる場合があり、電極先端部の破損と共に電極寿命を長くできない要因となっていた。
【０００５】
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、比較的簡単な構造で、実用上十分な耐久性を備える破砕装置用電極、およびその電極を用いた破砕装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の破砕装置用電極は、放電側端部とその反対側に位置する後端部を有し、中心軸を有する破砕装置用電極であって、中心軸に沿って延在する中心導電体と、中心導電体の外周面上に設けられた絶縁部材と、絶縁部材の外方に配置された外周導電体と、外周導電体に対する絶縁部材の相対的な位置を固定するための固定部材を前記後端部に備えた電極であって、前記絶縁部材と前記固定部材との接する面の接線のうちで前記中心軸と交差する接線が、前記中心軸となす角が９０度未満であるようにした。
【０００７】
ここで、絶縁部材と固定部材との接する面の接線のうちで中心軸と交差する接線が中心軸となす角とは、電極をその中心軸を含む面で切断した際の縦断面図に現れた絶縁部材と固定部材の接する面の接線と中心軸が形成する角である。この角度が９０度でないようにすれば、放電側端部での放電破砕時に電極の中心軸方向に加わる圧力波を電極自身が受けた際に、絶縁部材の後端部で固定部分に加わる力を分散させ、あるいは緩和させることができる。よって、同軸電極の絶縁部材の破損を防ぐことが出来、電極の繰り返し使用に対する寿命を長くすることができる。
【０００８】
また、上記の角度を３０度以上６０度以下とすれば、さらに効果的である。中心軸方向の圧力波の内、絶縁部材表面に垂直な方向の成分は上記角度を小さくするほど小さくなり、局部的に生じる応力が少なくなる。この点から、上記の角度はおよそ６０度以下が好ましい角度であり、小さいほど好ましい。一方、角度を小さく取ると、電極の長さが長くなり、電極全体の操作性が悪くなり、かつコストが増す。この観点からおよそ３０度以上程度に押さえることが好ましいのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明による破砕装置の基本的な構造を説明する。破砕装置は同軸電極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。破砕装置用電極である同軸電極１は同軸ケーブル５によりパルスパワー源６と接続されている。
【００１０】
同軸電極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。
【００１１】
岩石などの破砕対象物２を破砕する際には、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同軸電極１に導入される。すると、同軸電極の先端部において、中心導電体の端部と外周導電体との間で放電が発生する。このとき、同軸電極１の先端部付近の電解液である水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、同軸電極１の周囲の岩石などの破砕対象物２を破壊する。
【００１２】
以下、電極構造について説明する。本発明者らは、まず参考図としての図２に示すような同軸状の電極構造を考えた。
【００１３】
破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的に図４に示した破砕装置用電極としての同軸電極と同様の構造を備えるが、同軸電極１の後端部（放電側端部とは反対側の端部）において、外周導電体１５に対する絶縁部材１３の相対的な位置を固定するための固定部材４が配置されている。固定部材４は、外周導電体１５の外周面上から、絶縁部材１３の側壁上にまで延在するように形成された、キャップ状の部材である。固定部材４は、例えばねじにより外周導電体１５に固定されている。このため、固定部材４が配置されている事により、絶縁部材１３と外周導電体１５とを確実に固定できる。したがって、絶縁部材１３の位置が外周導電体１５に対して相対的に後端方向へずれることを防止できる。なお、絶縁部材１３と外周導電体１５との間には図４に示すような接着剤層が形成されていてもよい。
【００１４】
外周導電体１５および中心導電体１２の材料としては、銀、ニッケル、銅、鋼などの金属である導電体を用いることができる。絶縁部材１３はガラス繊維などの強化繊維を内部に有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ）などが適用可能であり、強化繊維としてはカーボン繊維やその他の繊維を用いることができる。絶縁部材には、その他ポリエチレン等の一般的な絶縁用の樹脂も適用でき、特に限定されるものではない。なお、ＦＲＰの場合、強化繊維の延びる方向は、同軸電極の中心軸の延びる方向に対してほぼ垂直である中心導電体の周方向とすることで強度を増すことができる。
【００１５】
この同軸電極を放電破砕に使用することにより、放電破砕電極自身が放電による圧力波を中心軸方向に受けた場合に、外周導電体１５と絶縁部材１３の相対的な位置ずれを押さえることができ、同軸電極の寿命を大きく改善することが可能になった。しかし、図２の構造では固定部材が圧力波を電極の中心軸の方向に受ける際に、絶縁部材と固定部材の接する面が、中心軸と直角に交わる方向であれば、特に応力の集中する角部（図２のＡ部）に亀裂が発生しやすいことがわかった。
【００１６】
そこで本発明者らは試行検討の結果、絶縁部材と固定部材との接する面の接線のうちで中心軸と交差する接線が、中心軸となす角が直角ではないようにすれば亀裂の発生を大幅に改善できることを見いだした。図３に本発明の放電破砕電極の構造を示す。図３は、図２と同様の同軸電極の固定部剤で固定した側の端部構造を示した図である。図中の角度θが９０度未満である構造が本発明の特徴である。
【００１７】
絶縁部材に加わる圧力波は同軸電極の先端部（図３の左側）から後端部（図３の右端）に向かう中心軸方向の力となる。固定部材４と絶縁部材１３の界面が中心軸とは角度θをなしているので、圧力波はかかる界面において中心軸に垂直な方向と水平な方向に分散される。また、角度θが９０度未満、好ましくは６０度以下程度の場合には、図２でＡ部として示したような絶縁部材の９０度以下の鋭角をなす角部が無いため、応力の集中が起こりにくい。すなわち、角度θが小さいほど絶縁部材表面に加わる力や応力の集中が避けられ、破損を防ぐことが出来るのである。一方、角度θを小さくすると、絶縁部材と固定部剤の界面部分の距離が長くなり、結果として同軸電極全体の長さが長くなってしまう。この点から角度θはおよそ３０度以上が好ましい。従って、角度θの好ましい範囲は３０度以上６０度以下と考えられる。
【００１８】
今回開示された実施の形態および実施例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。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的簡単な構造で破損が生じにくく、実用上十分な耐久性を備える破砕装置用電極、およびその電極を用いた破砕装置を得ることできる。
【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構成を説明するための模式図である。
【図２】固定部材を用いた同軸電極の構造を説明する断面模式図である。
【図３】本発明の同軸電極の構造を説明する部分断面模式図である。
【図４】同軸電極の構造を説明する断面模式図である。
【符号の説明】
１　　同軸電極
２　　破砕対象物
３　　接着剤層
４　　固定部材
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　　中心導電体
１３　　絶縁部材
１５　　外周導電体
【図１】
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【図２】
2004050076.tif 000004
【図３】
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【図４】
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