(57)【要約】【課題】電極の放電によるエネルギを効率良く破砕対象物の破壊に利用でき、かつ広い用途に使用することができる破砕装置および破砕方法を提供する。【解決手段】破砕装置１は、外部に位置する破砕対象物５に接触する底面３ａを有する容器３と、容器３内に設けられた水４と、水４内に設けられた放電可能な電極２とを備える。電極２に電流を供給して放電を発生させ、水４中に形成される圧力波によって破砕対象物５が破壊される。【選択図】        図１
2004160740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
破砕対象物に接触する外表面を有する容器と、
前記容器内に設けられた媒体と、
前記媒体内に設けられた放電可能な電極とを備える、破砕装置。
【請求項２】
前記容器と破砕対象物との間に介在し、前記媒体の音響インピーダンスの値と、破砕対象物の音響インピーダンスの値との間の値の音響インピーダンスを有する伝達部材をさらに備える、請求項１に記載の破砕装置。
【請求項３】
前記媒体内に設けられた反射部材をさらに備え、前記反射部材と破砕対象物との間に前記電極が位置するように前記反射部材が位置決めされ、前記反射部材は、前記電極によって形成された圧力波を破砕対象物に向けて反射させる、請求項１または２に記載の破砕装置。
【請求項４】
内部に媒体が設けられ、その媒体内に放電可能な電極が位置決めされた容器を、前記容器の外表面が破砕対象物に接触するように位置決めする工程と、
前記電極に電流を供給して放電を発生させ、前記媒体中に形成される圧力波によって破砕対象物を破壊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、岩石などを破壊する破砕装置および破砕方法に関し、より特定的には、電極間に放電を発生させ、この放電によるエネルギを利用して破砕対象物を破壊する破砕装置および破砕方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液中に対向して設けた電極間に放電を発生させ、これにより液中に生じた衝撃波を利用することによって、石割りまたは石材加工を行なう方法が広く知られている。このように放電圧力を利用する石材加工法が、特公昭４３−２１１４号に開示されている。
【０００３】
図１１は、特公昭４３−２１１４号に開示されている石材加工法を実施するための装置を示す断面図である。図１１を参照して、容器１１０内に、水または鉱物油などからなる誘電体性液１０２を配置する。石材よりなる被加工体１１１を誘電体性液１０２に浸るように容器１１０内に位置決めする。放電電極１０３および１０４を誘電体性液１０２に浸漬し、相対向し間隙が形成されるように被加工体１１１の上部に近接して設ける。
【０００４】
放電電極１０３および１０４はそれぞれ、蓄電器１０５に電気的に接続されている。蓄電器１０５は、直流電源１０６により充電抵抗１０７を介して充電され、切換えスイッチ１０８を閉じることによって充電電荷が放電電極１０３および１０４に供給される。放電電極１０３および１０４の間で放電が発生し、これにより誘電体性液１０２に衝撃波放電圧力が形成される。この衝撃波放電圧力が誘電体性液１０２中を伝達して被加工体１１１に作用し、被加工体１１１の所要の部分が破壊または加工される。
【０００５】
また、石材よりなる被加工体１１１に孔が開いている場合には、その孔の内部に誘電体性液１０２を配置し、その誘電体性液１０２に浸るように放電電極１０３および１０４を対向して位置決めすることができる。これにより、蓄電器１０５の放電エネルギを無駄なく利用できるから、被加工体１１１の破壊または加工をより容易に行なうことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような特公昭４３−２１１４号に開示されている従来技術によれば、石材よりなる被加工体１１１を容器１１０内に位置決めし、放電電極１０３および１０４を被加工体１１１にきわめて近接させた状態で被加工体１１１の破壊または加工を行なっている。これにより、放電電極１０３および１０４の放電によって発生する衝撃波的放電圧力を、効率良く被加工体１１１の破壊または加工に利用することを意図している。
【０００７】
しかし、容器１１０内に位置決めすることができる被加工体１１１の種類または大きさは制約を受ける。このため、たとえば地面を採掘する場合などには本石材加工法を使用することができないなど、その使用用途は限定される。また、被加工体１１１に形成した孔の内部に誘電体性液１０２を配置する場合にも、堅固な岩石などからなる被加工体１１１に直接孔を開けるのは容易でなく、またこのような作業を行なうことは経済性の点から言っても劣る。
【０００８】
また、放電電極１０３および１０４の放電により発生する衝撃波的放電圧力の発生方向は、放電電極１０３および１０４の間隙を中心とした全方向である。しかし、被加工体１１１は、放電電極１０３および１０４の間隙から見て下方向に存在するだけなので、誘電体性液１０２の液面方向および容器１１０の側面方向に発生する放電圧力は、被加工体１１１の破壊または加工にほとんど寄与しない。このため、従来技術では、放電電極１０３および１０４の放電により発生した衝撃波的放電圧力を、効率良く被加工体１１１の破壊または加工のために用いているとは言い難く、エネルギの利用効率は極めて低い。
【０００９】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、電極の放電によるエネルギを効率良く破砕対象物の破壊に利用でき、かつ広い用途に使用することができる破砕装置および破砕方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った破砕装置は、破砕対象物に接触する外表面を有する容器と、容器内に設けられた媒体と、媒体内に設けられた放電可能な電極とを備える。
【００１１】
このように構成された破砕装置によれば、容器の外表面を容器外に位置する破砕対象物の破壊を行なおうとしている部分に接触させて容器を位置決めしている。容器内の電極に電流を供給すると電極の所定部分に放電が発生し、水などの媒体中に圧力波が形成される。この圧力波が媒体中を伝達し、破砕対象物と接触する容器の外表面を介して破砕対象物に到達する。その破砕対象物に到達した圧力波のエネルギによって破砕対象物が破壊される。
【００１２】
本発明では、破砕対象物を容器内に設けず容器の外部に位置決めしたまま破砕対象物の破壊を行なっているので、破砕対象物の種類または大きさなどに制約を受けることがない。たとえば、地面の採掘を行なうような場合であっても、内部に媒体と電極とを配置することができる適当な容器を準備し、この容器を採掘しようとする地面に接触させて位置決めすることによって所望の破砕作業を行なうことができる。したがって、破砕作業において本破砕装置を広い用途に使用することができる。
【００１３】
また、破砕装置は媒体を設ける容器を備えているため、破砕対象物に媒体を設けるための下孔を形成する必要がない。このため、下孔を形成する手間を省いて破砕作業の作業効率を向上させることができ、また破砕作業の経済性も向上させることができる。
【００１４】
また好ましくは、破砕装置は、容器と破砕対象物との間に介在し、媒体の音響インピーダンスの値と、破砕対象物の音響インピーダンスの値との間の値の音響インピーダンスを有する伝達部材をさらに備える。
【００１５】
このように構成された破砕装置によれば、媒体中に発生した圧力波によって形成される衝撃波をより多く破砕対象物に到達させることができる。媒体中に発生する衝撃波は音響振動の一種であるため、ある媒体から異なる媒体に移動する際、その境界面において衝撃波の一部が反射され残りの衝撃波のみが透過することができる。この際の衝撃波の透過率に影響を与えるのが、各々の媒体が有する音響インピーダンスである。
【００１６】
一般的に、容器内に設けられた媒体の音響インピーダンスと、破砕対象物の音響インピーダンスとは大きく異なる場合が多い。たとえば媒体としての水の音響インピーダンスは１．５×１０６（Ｎ・ｓ／ｍ３）程度であり、破砕対象物としてのコンクリートまたは岩石の音響インピーダンスは１６×１０６（Ｎ・ｓ／ｍ３）程度である。
【００１７】
所定の音響インピーダンスを有する媒体から、所定の音響インピーダンスとは大きく異なる音響インピーダンスを有する媒体へと衝撃波が伝達すると、その境界面における衝撃波の透過率は小さくなる。上述の例で媒体としての水から破砕対象物としてのコンクリートまたは岩石へと衝撃波が伝達する場合、境界面での衝撃波の透過率は０．３２程度にしかならない。つまり、電極の放電により発生した衝撃波の大部分が、媒体から破砕対象物へと伝達する際にその境界面で反射されてしまい、衝撃波のエネルギを効率良く破砕対象物まで到達させることができない。
【００１８】
本発明では、所定の音響インピーダンスを有する伝達部材を、容器と破砕対象物との間に介在させているため、衝撃波は媒体からまず伝達部材へと伝達し、その後伝達部材から破砕対象物へと到達する。これにより、媒体から伝達部材への伝達時の衝撃波の透過率と、伝達部材から破砕対象物への伝達時の衝撃波の透過率との積が境界面における衝撃波の総合的な透過率となる。そして、この衝撃波の総合的な透過率は、伝達部材を設けなかった場合の衝撃波の透過率よりも大きくなる。このため、電極の放電により発生した衝撃波がより多く破砕対象物に到達し、破砕作業において電極の放電エネルギの利用効率を向上させることができる。
【００１９】
また好ましくは、破砕装置は、媒体内に設けられた反射部材をさらに備える。反射部材と破砕対象物との間に電極が位置するように反射部材が位置決めされている。反射部材は、電極によって形成された圧力波を破砕対象物に向けて反射させる。
【００２０】
このように構成された破砕装置によれば、電極の放電によって発生する衝撃波の全ての進行方向に破砕対象物が存在しない場合であっても、反射部材によって衝撃波を破砕対象物に向けて反射させ、より多くの衝撃波を破砕対象物に到達させることができる。これにより、破砕作業において電極の放電エネルギの利用効率を向上させることができる。
【００２１】
この発明に従った破砕方法は、内部に媒体が設けられ、その媒体内に放電可能な電極が位置決めされた容器を、容器の外表面が破砕対象物に接触するように位置決めする工程と、電極に電流を供給して放電を発生させ、媒体中に形成される圧力波によって破砕対象物を破壊する工程とを備える。
【００２２】
このように構成された破砕方法によれば、破砕対象物を容器の外部に位置決めしたまま破壊を行なっているので、破砕対象物の種類または大きさなどに制約を受けることがない。このため、本破砕方法によって、より多岐に渡る破砕対象物を破壊することができる。また、媒体を内部に設けた容器を用いているため、媒体を設けるための下孔を破砕対象物に形成する必要がない。このため、下孔を形成する手間を省いて破砕作業の作業効率を向上させることができ、また破砕作業の経済性も向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における破砕装置を示す断面図である。図１を参照して、破砕装置１は、パルスパワー源２１と、岩石などからなる破砕対象物５と接触する容器３と、容器３の内部に設けられた水４と、水４に浸されて設けられ、パルスパワー源２１と電気的に接続された電極２とを備える。
【００２５】
容器３は箱形状を有し、鉄など一定以上の強度を有する金属によって形成されている。容器３の底面であって外部側に位置する底面３ａが容器３の外部に位置する破砕対象物５に面接触するように、容器３が位置決めされている。容器３の内部には、電解液である水４が配置されている。容器３の側面には、断面が円形状の開口６ａを有する絶縁体６が嵌め込まれている。絶縁体６の開口６ａには、電極２が挿入されて所定位置に位置決めされている。なお、本実施の形態では、絶縁体６を介して電極２を位置決めしたが、使用状況によっては絶縁体６を省略し、容器３と電極２とを直接固定しても良い。
【００２６】
絶縁体６の材料としては、たとえばゴムまたは他の樹脂などにより形成することが好ましい。この場合、絶縁体６を構成するゴムなどの材料は弾性を有している。このため、絶縁体６に応力が加わっていない場合の開口６ａの内径を、電極２の直径よりもある程度小さくすることによって、ゴムなどの材料の弾性力を利用して電極２を容易に位置決めすることができる。これにより、絶縁体６の開口６ａと電極２との接触部分から、容器３の内部の水４が漏れるおそれがない。
【００２７】
パルスパワー源２１には、コンデンサ２３およびスイッチ２２などを含む回路と、コンデンサ２３に電荷を供給するための電源２４とが設けられている。パルスパワー源２１の回路は接地されている。パルスパワー源２１の回路と電極２とは、ケーブル２５によって接続されている。
【００２８】
図２は、図１中に示した電極の先端部分を示す斜視図である。図３は、図１中に示した電極の先端部分を示す断面図である。図２および図３を用いて、実施の形態１における破砕装置１が備える電極について説明する。
【００２９】
図２および図３を参照して、電極２は、中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体としての中心電極１１と、この中心電極１１の外周面上に配置された絶縁部材としての絶縁体１２と、この絶縁体１２を囲むように配置された外周導電体としての外周電極１４とを備える。外周電極１４は、第１の導電体としての外周電極部分１３ａと、外周電極部分１３ａとは中心電極１１の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の導電体としての外周電極部分１３ｂとを含む。外周電極１４は、第２の導電体としての外周電極部分１３ｂとは、中心電極１１の中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された１つ以上の他の導電体としての外周電極部分１３ｃおよび１３ｄを含む。
【００３０】
中心電極１１の先端部分と外周電極部分１３ａとの間にはギャップ１６が、外周電極部分１３ａと外周電極部分１３ｂとの間にはギャップ１７が、外周電極部分１３ｂと外周電極部分１３ｃとの間にはギャップ１８が、外周電極部分１３ｃと外周電極部分１３ｄとの間にはギャップ１９が、それぞれ電極２の外形が有する円周に沿って形成されている。
【００３１】
中心電極１１には、ケーブル２５が接続されている。このため、パルスパワー源２１からケーブル２５を介して中心電極１１に電流を供給することができる。なお、絶縁体６により電極２と容器３とは電気的に分断されているため、電極２から容器３に向って電流が流れることはない。
【００３２】
破砕装置１によって破砕対象物５を破壊するしくみについて説明する。図１を参照して、所定量の電流をパルスパワー源２１から電極２に導入すると、電極２に形成されたギャップ１６から１９において放電が発生しアークが形成される。これにより、ギャップ１６から１９付近の水４が放電エネルギーによってプラズマ化し圧力波が発生する。圧力波は水４中を伝達し、容器３の底面３ａを介して破砕対象物５へと到達する。この圧力波のエネルギにより破砕対象物５が破壊される。
【００３３】
このように電極２に複数のギャップ１６から１９を設けて放電が起きる箇所の数を増加させることにより、パルスパワー源２１から供給される電流量を一定とした場合において、放電抵抗を増加させることができる。放電により消費されるエネルギは電極２に供給される電流値の２乗×放電抵抗に比例するため、放電により消費されるエネルギ（つまり、破砕に利用されるエネルギ）を大きくすることができる。なお、本実施の形態では放電を発生させるギャップを複数形成したが、ギャップ数は１つであっても良い。
【００３４】
また、電極２の容器３内における位置は、衝撃波を形成するための助走区間７を考慮して決定されている。破砕装置１では、電流の供給開始時に発生する第１の圧力波と、その後発生する第２の圧力波とを重なり合わせて衝撃波を形成している。これにより、破砕対象物５を破壊するために必要な圧力を容易に得ることができる。
【００３５】
但し、上述の衝撃波を形成するためには第１の圧力波が破砕対象物５に到達する前に、第２の圧力波が第１の圧力波に追いつくことが必要である。媒体中での圧力波の伝播速度は、基本的に媒体の材質と圧力波の圧力により決定され、圧力波の圧力が大きい方が、伝播速度が速くなる。このため、第２の圧力波の圧力が第１の圧力波の圧力より十分に大きくなるように、それぞれの圧力波形成時に供給する電流値を設定しておく。そして、第２の圧力波が第１の圧力波に追いつくために必要な助走区間７を求め、破砕対象物５から助走区間７以上隔てた位置に電極２を設ける。
【００３６】
この発明の実施の形態１に従った破砕装置１は、破砕対象物５に接触する外表面としての底面３ａを有する容器３と、容器３内に設けられた媒体としての水４と、水４内に設けられた放電可能な電極２とを備える。
【００３７】
次に、破砕装置１を用いた破砕方法を説明する。図１を参照して、容器３の底面であって外部側に位置する底面３ａと、破砕対象物５において破壊を行なおうとする表面５ａとが接触するように、容器３を破砕対象物５上に位置決めする。容器３の側面に設けられた絶縁体６の開口６ａに電極２を挿入し位置決めする。放電が発生する電極２のギャップ１６から１９が完全に浸されるまで水４を容器３内に注入する。
【００３８】
パルスパワー源２１において、電源２４からコンデンサ２３に所定量の電荷を蓄積する。コンデンサ２３に必要な量の電荷を蓄積した状態で、パルスパワー源２１のスイッチ２２を閉じる。これにより、パルスパワー源２１のコンデンサ２３に蓄えられた電荷が、パルスパワー源２１からケーブル２５を介して電極２に導入される。この結果、電極２に形成されたギャップ１６から１９において放電が発生しアークが形成される（放電を発生させる工程が実施される）。このため、ギャップ１６から１９付近の水４が放電エネルギーによってプラズマ化し圧力波が発生する。この圧力波のエネルギにより破砕対象物５を破壊する。
【００３９】
この発明の実施の形態１に従った破砕方法は、内部に媒体としての水４が設けられ、その水４内に放電可能な電極２が位置決めされた容器３を、容器３の外表面としての底面３ａが破砕対象物５に接触するように位置決めする工程と、電極２に電流を供給して放電を発生させ、水４中に形成される圧力波によって破砕対象物５を破壊する工程とを備える。
【００４０】
このように構成された破砕装置１および破砕方法によれば、容器３の外表面である底面３ａと破砕対象物５とが接触するように容器３を位置決めしているため、容器３内に破砕対象物を位置決めする場合と比較して、破砕対象物５の種類または大きさなどに制約を受けることがない。このため、破砕装置１を用いて、より多岐に渡る破砕対象物を破壊することができる。
【００４１】
また、破砕装置１は、圧力波を伝達させる媒体としての水４を設ける容器３を備えているため、破砕対象物５に水４を設けるための下孔を形成する必要がない。これにより、破砕作業の作業効率を向上させ、破砕作業のコストを低減させることができる。
【００４２】
（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２における破砕装置を示す断面図である。実施の形態２における破砕装置２８は、実施の形態１における破砕装置１と比較して、容器と破砕対象物との接触箇所、および容器内において電極２が設けられている位置が異なる。
【００４３】
図４を参照して、岩石などからなる破砕対象物２９が重力方向に延在している。箱形状を有する容器３０の外表面としての側面３０ｂと、破砕対象物２９の破壊を行なおうとする表面２９ｂとが接触するように、容器３０が位置決めされている。容器３０の内部には水４が配置されている。
【００４４】
容器３０内に電極２が設けられている。電極２は、破砕対象物２９の表面２９ｂが、電極２が備える中心電極１１の中心軸１１ａと平行になるように位置決めされている。このように電極２が位置決めされた状態において、中心電極１１の中心軸１１ａの延長線は、破砕対象物２９の表面２９ｂを含む平面と交わらない。電極２は、破砕対象物２９の表面２９ｂから衝撃波を形成するための助走区間７を隔てて位置決めされている。
【００４５】
このように構成された破砕装置２８によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。
【００４６】
（実施の形態３）
図５は、この発明の実施の形態３における破砕装置を示す断面図である。実施の形態３における破砕装置３１は、実施の形態１における破砕装置１と比較して、電極の構造が異なる。図６は、図５中に示した電極を破砕対象物が位置する方向から見た斜視図である。
【００４７】
図５および図６を参照して、破砕装置３１が備える電極３８は、実施の形態１の図１に示す電極２と基本的に同様の構造を有する。しかし、電極３８には、外周電極部分１３ａから１３ｄのそれぞれに突起部としての凸部３６ａから３６ｄが形成されている。凸部３６ａから３６ｄは、中心電極１１の中心軸が延びる方向とはほぼ平行な方向に突出し、かつ中心電極１１の中心軸の放射方向に突出して形成されている。凸部３６ａから３６ｄは、中心電極１１の中心軸の周方向において互いに角度差を設けないで、容器３の底面３ａ側で破砕対象物５に最も近接する位置に形成されている。
【００４８】
このように構成された破砕装置３１によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。加えて、破砕装置３１が備える電極３８は、外周電極部分１３ａから１３ｄのそれぞれに形成された凸部３６ａから３６ｄを有しているため、電極３８の放電によるエネルギをより効率良く破砕作業に利用することができる。
【００４９】
つまり、凸部３６ａから３６ｄの存在により、中心電極１１の先端部分と外周電極部分１３ａとの間、外周電極部分１３ａと外周電極部分１３ｂとの間、外周電極部分１３ｂと外周電極部分１３ｃとの間、および外周電極部分１３ｃと外周電極部分１３ｄとの間に形成されるギャップの距離が局所的に小さくなる。このため、電極３８に形成されているギャップにおいて凸部３６ａから３６ｄを形成した位置であって、中心電極１１の中心軸の周方向において容器３の底面３ａ側で破砕対象物５に最も近接する位置３２から３５に優先的に放電を発生させることができる。
【００５０】
このため、実施の形態１の破砕装置１では、破砕対象物５と丁度反対側に位置するギャップで発生した圧力波を破砕対象物５の破壊に寄与させることができなかったのに対して、破砕装置３１によれば破砕対象物５の破壊に寄与できる位置に優先的に放電を発生させることができる。これにより、破砕作業において電極の放電エネルギの利用効率を向上させることができる。
【００５１】
図７は、図６中に示した電極の変形例を示す斜視図である。図７を参照して、電極３９では、図６中の凸部３６ａから３６ｄと同一形状を有する凸部３７ａから３７ｄが、中心電極１１の中心軸の周方向において所定の角度差を設けて形成されている。但し、凸部３７ａおよび３７ｃが同位相に配置され、凸部３７ｂおよび３７ｄが同位相に配置されている。凸部３７ａおよび３７ｃと凸部３７ｂおよび３７ｄとの位置関係が形成する所定の角度差を２等分する位置が、容器３の底面３ａ側で破砕対象物５に最も近接する位置と一致するように、凸部３７ａから３７ｄが形成されている。
【００５２】
このように構成された破砕装置によれば、隣接する凸部同士が、中心電極１１の中心軸の周方向において所定の角度差を設けて形成されている。このため、隣接するギャップで発生するアークが一体化し放電発生部分の個数が減少することを防止できる。これにより、電極の放電エネルギをより有効に破砕作業に利用することができる。また、破砕対象物５の破壊に利用できる位置に優先的に放電を発生させ、電極の放電エネルギの利用効率を向上させるという効果も同時に得ることができる。
【００５３】
（実施の形態４）
図８は、この発明の実施の形態４における破砕装置を示す断面図である。実施の形態４における破砕装置４１は、実施の形態１における破砕装置１と比較して、容器の底面の構造が異なる。
【００５４】
図８を参照して、破砕装置４１が備える容器４５は、実施の形態１の図１に示す容器３と基本的に同様の構造を有する。しかし、容器４５が破砕対象物５と接触する部分にウレタンからなる伝達部材４２が設けられている。伝達部材４２を形成するウレタンの音響インピーダンスは６×１０６（Ｎ・ｓ／ｍ３）であり、伝達部材４２は、水４の音響インピーダンスの値と破砕対象物５の音響インピーダンスの値との間の値の音響インピーダンスを有する。容器４５は、伝達部材４２を介して破砕対象物５上に設けられている。
【００５５】
媒体中に発生する衝撃波は音響振動の一種であるため、ある媒体から異なる媒体に伝達する際、その境界面において衝撃波の一部が反射され残りの衝撃波のみが透過することができる。この際の境界面における衝撃波の透過率は、各々の媒体が有する音響インピーダンスによって決定され、音響インピーダンスＺ１の媒体から音響インピーダンスＺ２の媒体へと衝撃波が伝達する際、その境界面における衝撃波の透過率ηは、次式で求めることができる。
【００５６】
η＝４Ｚ１Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）２          （１）
破砕装置４１では、電極２の放電により発生する衝撃波が水４中を伝達して伝達部材４２内へと進行し、伝達部材４２から岩石などからなる破砕対象物５内に到達する。水４の音響インピーダンスを１．５×１０６（Ｎ・ｓ／ｍ３）として、衝撃波が水４から伝達部材４２へと伝達する際の衝撃波の透過率を求めると（１）式から透過率は０．６４程度となる。同様に、岩石などからなる破砕対象物５の音響インピーダンスを１６×１０６（Ｎ・ｓ／ｍ３）として、衝撃波が伝達部材４２から破砕対象物５へと伝達する際の衝撃波の透過率を求めると透過率は０．８０程度となる。したがって、電極２の放電により発生した衝撃波が水４および伝達部材４２を介して破砕対象物５に伝達する際、衝撃波の総合的な透過率は０．５１程度となる。
【００５７】
破砕装置４１に伝達部材４２を設けないで、電極２の放電により発生する衝撃波が水４中を伝達し直接破砕対象物５内に到達する場合、衝撃波が水４から破砕対象物５に伝達する際の境界面における衝撃波の透過率は（１）式より０．３２程度である。したがって、伝達部材４２を設けた方が、破砕対象物５に到達するまでの衝撃波の透過率を大きくすることができる。
【００５８】
この発明の実施の形態４に従った破砕装置４１は、容器４５と破砕対象物５との間に介在し、水４の音響インピーダンスの値と、破砕対象物５の音響インピーダンスの値との間の値の音響インピーダンスを有する伝達部材４２をさらに備える。
【００５９】
このように構成された破砕装置４１によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。加えて、所定の音響インピーダンスを有する伝達部材４２を破砕対象物５と水４との間に介在させることによって、衝撃波が水４から破砕対象物５に到達するまでの境界面における透過率を大きくすることができる。これにより、より多くの衝撃波を境界面で透過させ破砕対象物５まで到達させることができるので、破砕作業における電極の放電エネルギの利用効率を向上させることができる。
【００６０】
（実施の形態５）
図９は、この発明の実施の形態５における破砕装置を示す断面図である。実施の形態５における破砕装置５１は、実施の形態１における破砕装置１と比較して、容器の底面の構造が異なる。
【００６１】
図９を参照して、破砕装置５１が備える容器５５は、実施の形態１の図１に示す容器３と基本的に同様の構造を有する。しかし、容器５５の破砕対象物５と接触する部分には、破砕対象物５に近い側から順にアルミニウムよりなる伝達部材４２およびウレタンよりなる伝達部材５２が設けられている。伝達部材４２を形成するアルミニウムの音響インピーダンスは１７×１０６（Ｎ・ｓ／ｍ３）であり、伝達部材５２を形成するウレタンの音響インピーダンスは６×１０６（Ｎ・ｓ／ｍ３）である。アルミニウムの音響インピーダンスの値は、岩またはコンクリートなどの音響インピーダンスの値に近く、これらが接する界面ではほとんどの衝撃波が透過することができるので好適である。また、アルミニウムはウレタンよりも固いため、形状を工夫することで衝撃波の集束形状を作ることも可能である。なお、本実施の形態では、伝達部材４２をアルミニウムによって形成したが、アルミニウムと同様の材料として鉛を用いることもできる。
【００６２】
破砕装置５１は、この発明の実施の形態４に従った破砕装置４１に、容器５５と伝達部材４２との間に介在し、水４の音響インピーダンスの値と、伝達部材４２の音響インピーダンスの値との間の値の音響インピーダンスを有する伝達部材５２をさらに備える。
【００６３】
このように構成された破砕装置５１によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。加えて、水４の音響インピーダンスから破砕対象物５の音響インピーダンスへと段階的に変化する伝達部材５２および４２を水４と破砕対象物５との間に介在させることによって、衝撃波が水４から破砕対象物５に到達するまでの境界面における透過率をさらに大きくすることができる。これにより、より多くの衝撃波を媒体の境界面で透過させ破砕対象物５まで到達させることができるので、破砕作業における電極の放電エネルギの利用効率を向上させることができる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、それぞれ所定の音響インピーダンスを有する伝達部材を２層設けたが、水４の音響インピーダンスから破砕対象物５の音響インピーダンスへと段階的に変化させるような音響インピーダンスを有する伝達部材を多層構造で設けてもよい。これにより、水４から破砕対象物５に到達するまでの衝撃波の総合的な透過率をさらに大きくすることができる。
【００６５】
また、実施の形態４および５では、破砕対象物の音響インピーダンスの値が媒体の音響インピーダンスの値よりも大きい場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、媒体は、所定の音響インピーダンスを有し、かつ破砕対象物は、所定の音響インピーダンスの値よりも小さい値の音響インピーダンスを有し、破砕装置は、容器と破砕対象物との間に介在し、前記媒体の音響インピーダンスの値と、破砕対象物の音響インピーダンスの値との間の値の音響インピーダンスを有する伝達部材をさらに備える。
【００６６】
（実施の形態６）
図１０は、この発明の実施の形態６における破砕装置を示す断面図である。実施の形態６における破砕装置６１は、実施の形態１における破砕装置１に、反射部材をさらに備える。
【００６７】
図１０を参照して、電極２を挟んで破砕対象物５とは反対側に、水４に完全に浸された状態で反射部材６２が設けられている。反射部材６２は、電極２と向い合う側に凹面６２ａが形成されるように湾曲している。反射部材６２は、容器３内に配置された水４の水面のほぼ全域を覆うように延在している。
【００６８】
電極２のギャップ１６から１９で起こる放電により発生する圧力波は、破砕対象物５が存在しない水４の水面側においても発生する。その圧力波は、水４中を伝達して水４の水面近くに設けられた反射部材６２に到達する。圧力波は、反射部材６２により反射され、容器３の底面３ａ側に位置する破砕対象物５に向けて進行する。その後、破砕対象物５に到達した圧力波は破砕対象物５の破砕作業に寄与する。
【００６９】
反射部材６２は、水４の音響インピーダンスとは大きく異なる音響インピーダンスを有するたとえば鉄などによって形成することが好ましい。一般的に、所定の音響インピーダンスを有する媒体から、所定の音響インピーダンスとは大きく異なる音響インピーダンスを有する媒体へと衝撃波が移動すると、その境界面での衝撃波の反射率は大きくなる。したがって、反射部材６２に向けて進行する圧力波の大部分を反射部材６２で反射させ、より多くの圧力波を破砕対象物５の破砕作業に寄与させることができる。
【００７０】
この発明の実施の形態６に従った破砕装置６１は、水４内に設けられた反射部材６２をさらに備える。反射部材６２と破砕対象物５との間に電極２が位置するように反射部材６２が位置決めされている。反射部材６２は、電極２によって形成された圧力波を破砕対象物５に向けて反射させる。
【００７１】
このように構成された破砕装置６１によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。加えて、電極２の放電により発生する圧力波の進行方向を、反射部材６２を用いて操作し、より多くの圧力波を破砕対象物５の破砕作業に寄与させることができる。これにより、破砕作業における電極の放電エネルギの利用効率を向上させることができる。
【００７２】
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説明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。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に従えば、電極の放電によるエネルギを効率良く破砕対象物の破壊に利用でき、かつ広い用途に使用することができる破砕装置および破砕方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における破砕装置を示す断面図である。
【図２】図１中に示した電極の先端部分を示す斜視図である。
【図３】図１中に示した電極の先端部分を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２における破砕装置を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３における破砕装置を示す断面図である。
【図６】図５中に示した電極を破砕対象物が位置する方向から見た斜視図である。
【図７】図６中に示した電極の変形例を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態４における破砕装置を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５における破砕装置を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６における破砕装置を示す断面図である。
【図１１】特公昭４３−２１１４号に開示されている石材加工法を実施するための装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２８，３１，４１，５１，６１  破砕装置、２，３８，３９  電極、３，３０，４５，５５  容器、３ａ  底面、４  水、５，２９  破砕対象物、１６，１７，１８，１９  ギャップ、３０ｂ  側面、４２，５２  伝達部材、６２  反射部材。
【図１】
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【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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