JP2004160740A

JP2004160740A - Crushing device and method

Info

Publication number: JP2004160740A
Application number: JP2002327179A
Authority: JP
Inventors: Toru Okazaki; 徹岡崎; Yukio Kakiuchi; 幸雄垣内; Shigeo Kitahara; 成郎北原; Yoshikatsu Takegaki; 喜勝竹垣; Noriaki Yoshihara; 則秋吉原
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd; Okumura Engineering Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd; Okumura Engineering Corp
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crushing device which can efficiently use the discharge energy of an electrode for the breaking of an object to be crushed and used for a wide range of applications, and a crushing method. <P>SOLUTION: The crushing device 1 is equipped with a container 3 with a bottom face 3a coming into contact with the object 5 to be crushed located outside, water 4 loaded in the container 3 and an electrically dischargeable electrode 2 submerged in the water 4. The object 5 to be crushed is broken by a pressure wave formed in the water 4 through generating the electric discharge by supplying current to the electrode 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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１．５×１０^６（Ｎ・ｓ／ｍ^３）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１６×１０^６（Ｎ・ｓ／ｍ^３）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６×１０^６（Ｎ・ｓ／ｍ^３）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Ｚ_１の媒体から音響インピーダンスＺ_２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＝４Ｚ_１Ｚ_２／（Ｚ_１＋Ｚ_２）^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１．５×１０^６（Ｎ・ｓ／ｍ^３）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１６×１０^６（Ｎ・ｓ／ｍ^３）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１７×１０^６（Ｎ・ｓ／ｍ^３）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６×１０^６（Ｎ・ｓ／ｍ^３）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。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a crushing device and a crushing method for breaking rocks and the like, and more particularly, to a crushing device and a crushing method for generating a discharge between electrodes and destroying an object to be crushed using energy by the discharge. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been widely known a method in which a discharge is generated between electrodes provided opposite to each other in a liquid and a shock wave generated in the liquid is used to perform a stone splitting or a stone processing. Such a stone processing method using a discharge pressure is disclosed in Japanese Patent Publication No. 43-2114.
[0003]
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an apparatus for performing the stone processing method disclosed in Japanese Patent Publication No. 43-2114. Referring to FIG. 11, a dielectric liquid 102 made of water, mineral oil, or the like is arranged in container 110. The workpiece 111 made of stone is positioned in the container 110 so as to be immersed in the dielectric liquid 102. The discharge electrodes 103 and 104 are immersed in the dielectric liquid 102 and are provided close to the upper part of the workpiece 111 so as to face each other and form a gap.
[0004]
Each of the discharge electrodes 103 and 104 is electrically connected to a capacitor 105. The battery 105 is charged by the DC power supply 106 via the charging resistor 107, and the charge is supplied to the discharge electrodes 103 and 104 by closing the changeover switch 108. A discharge is generated between the discharge electrodes 103 and 104, thereby forming a shock wave discharge pressure in the dielectric liquid 102. The shock wave discharge pressure is transmitted through the dielectric liquid 102 and acts on the workpiece 111, and a required portion of the workpiece 111 is broken or processed.
[0005]
If a hole is formed in the workpiece 111 made of stone, the dielectric liquid 102 is disposed inside the hole, and the discharge electrodes 103 and 104 are opposed to each other so as to be immersed in the dielectric liquid 102. Can be positioned. Thus, the discharge energy of the storage battery 105 can be used without waste, so that the workpiece 111 can be more easily broken or processed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
According to the prior art disclosed in Japanese Patent Publication No. 43-2114, the workpiece 111 made of stone is positioned in the container 110, and the discharge electrodes 103 and 104 are brought very close to the workpiece 111. The workpiece 111 is broken or processed in this state. Thus, it is intended that the shock wave-like discharge pressure generated by the discharge of the discharge electrodes 103 and 104 is efficiently used for the destruction or processing of the workpiece 111.
[0007]
However, the type or size of the workpiece 111 that can be positioned in the container 110 is restricted. Therefore, for example, when the ground is mined, the stone processing method cannot be used, and its use is limited. Further, even when the dielectric liquid 102 is disposed inside the hole formed in the workpiece 111, it is not easy to directly drill a hole in the workpiece 111 made of solid rock or the like, and such Performing the work is inferior in terms of economy.
[0008]
Further, the direction of generation of a shock-like discharge pressure generated by the discharge of the discharge electrodes 103 and 104 is all directions centering on the gap between the discharge electrodes 103 and 104. However, the workpiece 111 exists only downward when viewed from the gap between the discharge electrodes 103 and 104, so that the discharge pressure generated in the liquid surface direction of the dielectric liquid 102 and the lateral direction of the container 110 depends on the workpiece pressure. It hardly contributes to the destruction or processing of the body 111. For this reason, in the prior art, it is difficult to say that the shock wave-like discharge pressure generated by the discharge of the discharge electrodes 103 and 104 is efficiently used for the destruction or processing of the workpiece 111, and the energy utilization efficiency is extremely low. Low.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a crushing apparatus and a crushing method that can efficiently use energy generated by the discharge of an electrode to break an object to be crushed and can be used for a wide range of applications. It is to be.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A crushing device according to the present invention includes a container having an outer surface that contacts an object to be crushed, a medium provided in the container, and a dischargeable electrode provided in the medium.
[0011]
According to the crushing apparatus configured as described above, the container is positioned by bringing the outer surface of the container into contact with the portion of the crushing object located outside the container that is about to be destroyed. When a current is supplied to the electrode in the container, a discharge occurs in a predetermined portion of the electrode, and a pressure wave is formed in a medium such as water. This pressure wave propagates through the medium and reaches the object to be crushed via the outer surface of the container in contact with the object to be crushed. The crushed object is destroyed by the energy of the pressure wave reaching the crushed object.
[0012]
In the present invention, since the crushing target is broken while the crushing target is positioned outside the container without being provided in the container, there is no restriction on the type or size of the crushing target. For example, even when digging the ground, by preparing an appropriate container in which the medium and the electrodes can be arranged, by contacting the container with the ground to be mined and positioning the container. A desired crushing operation can be performed. Therefore, in the crushing operation, the crushing apparatus can be used for a wide range of applications.
[0013]
In addition, since the crushing device includes the container in which the medium is provided, it is not necessary to form a pilot hole for providing the medium in the object to be crushed. For this reason, the work efficiency of the crushing operation can be improved by eliminating the labor for forming the pilot hole, and the economical efficiency of the crushing operation can also be improved.
[0014]
Also preferably, the crushing device further includes a transmission member interposed between the container and the crushing target, and having a sound impedance of a value between the acoustic impedance value of the medium and the acoustic impedance value of the crushing target. Prepare.
[0015]
According to the crushing device configured as described above, more shock waves formed by the pressure waves generated in the medium can reach the crushing target. Since a shock wave generated in a medium is a kind of acoustic vibration, when moving from a certain medium to a different medium, a part of the shock wave is reflected at the boundary surface and only the remaining shock waves can be transmitted. At this time, the acoustic impedance of each medium affects the transmittance of the shock wave.
[0016]
In general, the acoustic impedance of a medium provided in a container often differs greatly from the acoustic impedance of an object to be crushed. For example, the acoustic impedance of water as a medium is 1.5 × 10 ⁶ (Ns / m ³ ), And the acoustic impedance of concrete or rock as the object to be crushed is 16 × 10 ⁶ (Ns / m ³ ).
[0017]
When a shock wave is transmitted from a medium having a predetermined acoustic impedance to a medium having an acoustic impedance greatly different from the predetermined acoustic impedance, the transmittance of the shock wave at the boundary surface decreases. In the above example, when a shock wave is transmitted from water as a medium to concrete or rock as an object to be crushed, the transmittance of the shock wave at the interface is only about 0.32. That is, most of the shock waves generated by the discharge of the electrodes are reflected on the boundary surface when the shock waves are transmitted from the medium to the crushing object, and the energy of the shock wave cannot efficiently reach the crushing object.
[0018]
In the present invention, since the transmission member having a predetermined acoustic impedance is interposed between the container and the object to be crushed, the shock wave is first transmitted from the medium to the transmission member, and then from the transmission member to the object to be crushed. To reach. As a result, the product of the transmittance of the shock wave at the time of transmission from the medium to the transmission member and the transmittance of the shock wave at the time of transmission from the transmission member to the object to be crushed is the overall transmittance of the shock wave at the boundary surface. The overall transmittance of the shock wave is larger than the transmittance of the shock wave when the transmission member is not provided. For this reason, more shock waves generated by the discharge of the electrode reach the object to be crushed, and the efficiency of using the discharge energy of the electrode in the crushing operation can be improved.
[0019]
In addition, preferably, the crushing device further includes a reflection member provided in the medium. The reflecting member is positioned so that the electrode is located between the reflecting member and the object to be crushed. The reflecting member reflects the pressure wave formed by the electrode toward the object to be crushed.
[0020]
According to the crushing device configured as described above, even when the crushing object is not present in all traveling directions of the shock wave generated by the discharge of the electrode, the shock wave is reflected by the reflecting member toward the crushing object. Thus, more shock waves can reach the object to be crushed. Thereby, the use efficiency of the discharge energy of the electrode in the crushing operation can be improved.
[0021]
The crushing method according to the present invention is a method in which a medium is provided inside, and a container in which a dischargeable electrode is positioned in the medium is positioned such that the outer surface of the container comes into contact with the object to be crushed. Supplying a current to the medium to generate a discharge, and destroying an object to be crushed by a pressure wave formed in the medium.
[0022]
According to the crushing method configured as described above, since the crushing object is broken while the crushing object is positioned outside the container, there is no restriction on the type or size of the crushing object. For this reason, the crushing method can destroy a wide variety of crushing objects. Further, since the container having the medium provided therein is used, it is not necessary to form a pilot hole for providing the medium in the object to be crushed. For this reason, the work efficiency of the crushing operation can be improved by eliminating the labor for forming the pilot hole, and the economical efficiency of the crushing operation can also be improved.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a sectional view showing a crushing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, crushing apparatus 1 includes a pulse power source 21, a vessel 3 made of rock or the like, which comes into contact with crushing object 5, water 4 provided inside vessel 3, and immersed in water 4. And an electrode 2 electrically connected to the pulse power source 21.
[0025]
The container 3 has a box shape and is formed of a metal having a certain strength or more such as iron. The container 3 is positioned so that the bottom surface 3 a located on the outside of the container 3 is in surface contact with the crushing target 5 located outside the container 3. Inside the container 3, water 4 as an electrolytic solution is arranged. An insulator 6 having an opening 6 a having a circular cross section is fitted into the side surface of the container 3. The electrode 2 is inserted into the opening 6a of the insulator 6 and positioned at a predetermined position. In this embodiment, the electrode 2 is positioned via the insulator 6, but the insulator 6 may be omitted and the container 3 and the electrode 2 may be directly fixed depending on the use condition.
[0026]
It is preferable that the insulator 6 be made of, for example, rubber or another resin. In this case, the material such as rubber that forms the insulator 6 has elasticity. For this reason, by making the inner diameter of the opening 6 a smaller than the diameter of the electrode 2 to some extent when no stress is applied to the insulator 6, the electrode 2 is easily positioned using the elastic force of a material such as rubber. be able to. Thereby, there is no possibility that the water 4 inside the container 3 leaks from the contact portion between the opening 6a of the insulator 6 and the electrode 2.
[0027]
The pulse power source 21 is provided with a circuit including a capacitor 23 and a switch 22 and a power supply 24 for supplying a charge to the capacitor 23. The circuit of the pulse power source 21 is grounded. The circuit of the pulse power source 21 and the electrode 2 are connected by a cable 25.
[0028]
FIG. 2 is a perspective view showing a tip portion of the electrode shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a tip portion of the electrode shown in FIG. The electrodes included in the crushing device 1 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
[0029]
Referring to FIGS. 2 and 3, electrode 2 extends along a central axis and has a central electrode 11 as a central conductor having an outer peripheral surface, and an insulating member arranged on the outer peripheral surface of central electrode 11. An insulator 12 as a member and an outer peripheral electrode 14 as an outer conductor arranged so as to surround the insulator 12 are provided. The outer peripheral electrode 14 includes an outer peripheral electrode portion 13a as a first conductor, and an outer peripheral electrode as a second conductor arranged at a distance from the outer peripheral electrode portion 13a in a direction in which the central axis of the center electrode 11 extends. And a portion 13b. The outer peripheral electrode 14 is separated from the outer peripheral electrode portion 13b as a second conductor by one or more outer conductors 13c as one or more other conductors that are spaced apart in the direction in which the central axis of the center electrode 11 extends. And 13d.
[0030]
A gap 16 is provided between the tip of the center electrode 11 and the outer electrode portion 13a, a gap 17 is provided between the outer electrode portion 13a and the outer electrode portion 13b, and a gap 16 is provided between the outer electrode portion 13b and the outer electrode portion 13c. , A gap 18 is formed between the outer peripheral electrode portion 13c and the outer peripheral electrode portion 13d along the circumference of the outer shape of the electrode 2.
[0031]
A cable 25 is connected to the center electrode 11. Therefore, current can be supplied from the pulse power source 21 to the center electrode 11 via the cable 25. Since the electrode 2 and the container 3 are electrically separated by the insulator 6, no current flows from the electrode 2 to the container 3.
[0032]
A mechanism for destroying the crushing object 5 by the crushing device 1 will be described. Referring to FIG. 1, when a predetermined amount of current is introduced from pulse power source 21 to electrode 2, discharge occurs in gaps 16 to 19 formed in electrode 2 and an arc is formed. As a result, the water 4 near the gaps 16 to 19 is turned into plasma by the discharge energy to generate a pressure wave. The pressure wave propagates through the water 4 and reaches the crushing object 5 via the bottom surface 3 a of the container 3. The crush object 5 is destroyed by the energy of the pressure wave.
[0033]
By providing a plurality of gaps 16 to 19 in the electrode 2 to increase the number of places where discharge occurs, it is possible to increase the discharge resistance when the amount of current supplied from the pulse power source 21 is constant. Can be. Since the energy consumed by the discharge is proportional to the square of the current value supplied to the electrode 2 times the discharge resistance, the energy consumed by the discharge (that is, the energy used for crushing) can be increased. Although a plurality of gaps for generating a discharge are formed in the present embodiment, the number of gaps may be one.
[0034]
Further, the position of the electrode 2 in the container 3 is determined in consideration of the approach section 7 for forming a shock wave. In the crushing device 1, a first pressure wave generated at the start of current supply and a second pressure wave generated thereafter overlap each other to form a shock wave. This makes it possible to easily obtain the pressure required to break the crushing object 5.
[0035]
However, in order to form the above-mentioned shock wave, it is necessary that the second pressure wave catches up with the first pressure wave before the first pressure wave reaches the object 5 to be crushed. The propagation speed of a pressure wave in a medium is basically determined by the material of the medium and the pressure of the pressure wave, and the higher the pressure of the pressure wave, the faster the propagation speed. Therefore, the current value to be supplied at the time of forming each pressure wave is set so that the pressure of the second pressure wave is sufficiently higher than the pressure of the first pressure wave. Then, an approach section 7 necessary for the second pressure wave to catch up with the first pressure wave is determined, and the electrode 2 is provided at a position separated from the crushing object 5 by the approach section 7 or more.
[0036]
The crushing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention includes a container 3 having a bottom surface 3a as an outer surface that comes into contact with the object 5 to be crushed, water 4 as a medium provided in the container 3, and water 4 And a dischargeable electrode 2 provided therein.
[0037]
Next, a crushing method using the crushing apparatus 1 will be described. With reference to FIG. 1, the container 3 is crushed so that the bottom surface 3 a located on the outer side, which is the bottom surface of the container 3, comes into contact with the surface 5 a of the crushing object 5 that is about to be broken. Position on top. The electrode 2 is inserted into the opening 6a of the insulator 6 provided on the side surface of the container 3 and positioned. Water 4 is injected into the container 3 until the gaps 16 to 19 of the electrode 2 where the discharge occurs are completely immersed.
[0038]
In the pulse power source 21, a predetermined amount of electric charge is stored in the capacitor 23 from the power supply 24. The switch 22 of the pulse power source 21 is closed with the necessary amount of charge stored in the capacitor 23. Thereby, the electric charge stored in the capacitor 23 of the pulse power source 21 is introduced from the pulse power source 21 to the electrode 2 via the cable 25. As a result, a discharge is generated in the gaps 16 to 19 formed in the electrode 2 to form an arc (a step of generating a discharge is performed). For this reason, the water 4 near the gaps 16 to 19 is turned into plasma by the discharge energy to generate a pressure wave. The crush object 5 is destroyed by the energy of the pressure wave.
[0039]
In the crushing method according to the first embodiment of the present invention, a container 4 in which water 4 as a medium is provided and a dischargeable electrode 2 is positioned in the water 4 is used as an outer surface of the container 3. A step of positioning the bottom surface 3a so as to be in contact with the object 5; and a step of supplying a current to the electrode 2 to generate a discharge and destroy the object 5 by a pressure wave formed in the water 4. Prepare.
[0040]
According to the crushing apparatus 1 and the crushing method configured as described above, the container 3 is positioned so that the bottom surface 3a, which is the outer surface of the container 3, and the object 5 to be crushed come into contact with each other. Compared to the case of positioning the object, there is no restriction on the type or size of the crushing object 5. For this reason, the crushing apparatus 1 can be used to destroy a wider variety of objects to be crushed.
[0041]
In addition, since the crushing device 1 includes the container 3 in which the water 4 is transmitted as the medium for transmitting the pressure wave, it is not necessary to form a pilot hole for providing the water 4 in the crushing target 5. Thereby, the work efficiency of the crushing operation can be improved, and the cost of the crushing operation can be reduced.
[0042]
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a crusher according to Embodiment 2 of the present invention. The crushing device 28 according to the second embodiment is different from the crushing device 1 according to the first embodiment in the contact point between the container and the object to be crushed and the position where the electrode 2 is provided in the container.
[0043]
Referring to FIG. 4, a crushing target 29 made of rock or the like extends in the direction of gravity. The container 30 is positioned so that the side surface 30b as the outer surface of the box-shaped container 30 and the surface 29b on which the crushing target 29 is to be broken are in contact. Water 4 is arranged inside the container 30.
[0044]
The electrode 2 is provided in the container 30. The electrode 2 is positioned such that the surface 29 b of the crushing object 29 is parallel to the central axis 11 a of the center electrode 11 provided in the electrode 2. In the state where the electrode 2 is positioned in this way, the extension of the central axis 11 a of the central electrode 11 does not intersect with the plane including the surface 29 b of the crushing object 29. The electrode 2 is positioned from the surface 29b of the crushing object 29 with a run-in section 7 for forming a shock wave.
[0045]
According to the crushing device 28 configured as described above, the same effect as the effect described in the first embodiment can be obtained.
[0046]
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a sectional view showing a crushing device according to Embodiment 3 of the present invention. The crushing device 31 according to the third embodiment has a different electrode structure from the crushing device 1 according to the first embodiment. FIG. 6 is a perspective view of the electrode shown in FIG. 5 when viewed from the direction in which the object to be crushed is located.
[0047]
Referring to FIGS. 5 and 6, electrode 38 provided in crushing device 31 has basically the same structure as electrode 2 shown in FIG. 1 of the first embodiment. However, the electrode 38 is provided with protrusions 36a to 36d as protrusions on the outer peripheral electrode portions 13a to 13d, respectively. The protrusions 36a to 36d are formed to project in a direction substantially parallel to the direction in which the center axis of the center electrode 11 extends, and to project in the radial direction of the center axis of the center electrode 11. The protrusions 36a to 36d are formed at positions closest to the crushing object 5 on the bottom surface 3a side of the container 3 without providing an angular difference therebetween in the circumferential direction of the center axis of the center electrode 11.
[0048]
According to the crushing device 31 configured as described above, the same effect as the effect described in the first embodiment can be obtained. In addition, since the electrode 38 provided in the crushing device 31 has the convex portions 36a to 36d formed on the outer peripheral electrode portions 13a to 13d, respectively, the energy by the discharge of the electrode 38 is more efficiently used for the crushing operation. can do.
[0049]
That is, due to the presence of the protrusions 36a to 36d, the gap between the distal end portion of the center electrode 11 and the outer electrode portion 13a, between the outer electrode portion 13a and the outer electrode portion 13b, and between the outer electrode portion 13b and the outer electrode portion 13c. The distance between the gap and the gap formed between the outer peripheral electrode portion 13c and the outer peripheral electrode portion 13d is locally reduced. For this reason, it is the position where the protrusions 36 a to 36 d are formed in the gap formed in the electrode 38, and is closest to the crushing object 5 on the bottom surface 3 a side of the container 3 in the circumferential direction of the center axis of the center electrode 11. Discharge can be preferentially generated at the positions 32 to 35.
[0050]
For this reason, in the crushing device 1 of the first embodiment, the pressure wave generated in the gap located on the opposite side of the crushing object 5 cannot be caused to contribute to the destruction of the crushing object 5, According to the crushing device 31, discharge can be preferentially generated at a position that can contribute to the destruction of the crushing object 5. Thereby, the use efficiency of the discharge energy of the electrode in the crushing operation can be improved.
[0051]
FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the electrode shown in FIG. Referring to FIG. 7, in electrode 39, protrusions 37 a to 37 d having the same shape as protrusions 36 a to 36 d in FIG. 6 are formed with a predetermined angular difference in the circumferential direction of the central axis of center electrode 11. Have been. However, the convex portions 37a and 37c are arranged in the same phase, and the convex portions 37b and 37d are arranged in the same phase. The position at which the predetermined angle difference formed by the positional relationship between the convex portions 37a and 37c and the convex portions 37b and 37d is bisected coincides with the position closest to the crushing object 5 on the bottom surface 3a side of the container 3. Are formed with convex portions 37a to 37d.
[0052]
According to the crushing device configured as described above, adjacent convex portions are formed with a predetermined angle difference in the circumferential direction of the center axis of the center electrode 11. For this reason, it is possible to prevent arcs generated in adjacent gaps from being integrated and reducing the number of discharge generating portions. Thereby, the discharge energy of the electrode can be more effectively used for the crushing operation. Further, an effect of preferentially generating a discharge at a position that can be used for breaking the crushing object 5 and improving the efficiency of using the discharge energy of the electrode can be obtained.
[0053]
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a crusher according to Embodiment 4 of the present invention. The crushing device 41 according to the fourth embodiment differs from the crushing device 1 according to the first embodiment in the structure of the bottom surface of the container.
[0054]
Referring to FIG. 8, a container 45 provided in crushing apparatus 41 has basically the same structure as container 3 shown in FIG. 1 of the first embodiment. However, the transmission member 42 made of urethane is provided at a portion where the container 45 comes into contact with the object 5 to be crushed. The acoustic impedance of urethane forming the transmission member 42 is 6 × 10 ⁶ (Ns / m ³ ), And the transmission member 42 has an acoustic impedance of a value between the acoustic impedance value of the water 4 and the acoustic impedance value of the crush object 5. The container 45 is provided on the crushing object 5 via the transmission member 42.
[0055]
Since a shock wave generated in a medium is a kind of acoustic vibration, when the shock wave is transmitted from a certain medium to a different medium, a part of the shock wave is reflected at the boundary surface and only the remaining shock waves can be transmitted. At this time, the transmittance of the shock wave at the boundary surface is determined by the acoustic impedance of each medium, and the acoustic impedance Z ₁ Impedance Z from the medium ₂ When the shock wave is transmitted to the medium, the transmittance η of the shock wave at the boundary surface can be obtained by the following equation.
[0056]
η = 4Z ₁ Z ₂ / (Z ₁ + Z ₂ ) ² (1)
In the crushing device 41, a shock wave generated by the discharge of the electrode 2 is transmitted through the water 4 and advances into the transmitting member 42, and reaches the crushing target 5 made of rock or the like from the transmitting member 42. The acoustic impedance of water 4 is 1.5 × 10 ⁶ (Ns / m ³ ), The transmittance of the shock wave when the shock wave is transmitted from the water 4 to the transmission member 42 is obtained. From the equation (1), the transmittance is about 0.64. Similarly, the acoustic impedance of the crushing object 5 made of rock or the like is set to 16 × 10 ⁶ (Ns / m ³ ), The transmittance of the shock wave when the shock wave is transmitted from the transmission member 42 to the crushing object 5 is calculated, and the transmittance is about 0.80. Therefore, when the shock wave generated by the discharge of the electrode 2 is transmitted to the crushing object 5 via the water 4 and the transmission member 42, the overall transmittance of the shock wave is about 0.51.
[0057]
When the shock wave generated by the discharge of the electrode 2 is transmitted through the water 4 and directly reaches the crushing target 5 without providing the transmission member 42 in the crushing device 41, the shock wave is transmitted from the water 4 to the crushing target 5. In this case, the transmittance of the shock wave at the boundary surface is about 0.32 according to the equation (1). Therefore, the provision of the transmission member 42 can increase the transmittance of the shock wave before reaching the crushing target object 5.
[0058]
The crushing device 41 according to the fourth embodiment of the present invention is interposed between the container 45 and the crushing object 5, and is provided between the acoustic impedance value of the water 4 and the acoustic impedance value of the crushing object 5. And a transmission member 42 having an acoustic impedance of the value
[0059]
According to the crushing device 41 configured as described above, the same effect as the effect described in the first embodiment can be obtained. In addition, by interposing the transmission member 42 having a predetermined acoustic impedance between the crushing object 5 and the water 4, the transmittance at the boundary surface from the shock wave reaching the crushing object 5 from the water 4 is increased. can do. Thereby, more shock waves can be transmitted through the boundary surface and reach the crushing target 5, so that the efficiency of using the discharge energy of the electrodes in the crushing operation can be improved.
[0060]
(Embodiment 5)
FIG. 9 is a sectional view showing a crushing apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. The crushing device 51 according to the fifth embodiment differs from the crushing device 1 according to the first embodiment in the structure of the bottom surface of the container.
[0061]
Referring to FIG. 9, container 55 provided in crushing device 51 has basically the same structure as container 3 shown in FIG. 1 of the first embodiment. However, a transmission member 42 made of aluminum and a transmission member 52 made of urethane are provided in the portion of the container 55 that comes into contact with the object 5 to be crushed in order from the side closer to the object 5 to be crushed. The acoustic impedance of aluminum forming the transmission member 42 is 17 × 10 ⁶ (Ns / m ³ ), And the acoustic impedance of the urethane forming the transmission member 52 is 6 × 10 ⁶ (Ns / m ³ ). The value of the acoustic impedance of aluminum is close to the value of the acoustic impedance of rock or concrete, and it is preferable because most shock waves can be transmitted at the interface where they contact. In addition, since aluminum is harder than urethane, it is possible to create a focused shape of a shock wave by devising the shape. In the present embodiment, the transmission member 42 is formed of aluminum, but lead may be used as a material similar to aluminum.
[0062]
The crushing device 51 is provided between the container 55 and the transmission member 42 in the crushing device 41 according to the fourth embodiment of the present invention, and the acoustic impedance value of the water 4 and the acoustic impedance value of the transmission member 42 are provided. And a transmission member 52 having an acoustic impedance of a value between.
[0063]
According to the crushing device 51 configured as described above, the same effect as the effect described in the first embodiment can be obtained. In addition, by interposing transmission members 52 and 42, which change stepwise from the acoustic impedance of the water 4 to the acoustic impedance of the crush object 5, between the water 4 and the crush object 5, a shock wave is generated from the water 4. It is possible to further increase the transmittance at the boundary surface until reaching the crush object 5. Thereby, more shock waves can be transmitted through the boundary surface of the medium and reach the crushing object 5, so that the efficiency of using the discharge energy of the electrode in the crushing operation can be improved.
[0064]
In the present embodiment, two transmission members each having a predetermined acoustic impedance are provided, but have an acoustic impedance that changes stepwise from the acoustic impedance of the water 4 to the acoustic impedance of the object 5 to be crushed. The transmission member may be provided in a multilayer structure. Thereby, the overall transmittance of the shock wave from the water 4 to the crush target 5 can be further increased.
[0065]
In the fourth and fifth embodiments, the case where the value of the acoustic impedance of the object to be crushed is larger than the value of the acoustic impedance of the medium has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the medium has a predetermined acoustic impedance, and the object to be crushed has an acoustic impedance of a value smaller than the value of the predetermined acoustic impedance, and the crushing device is interposed between the container and the object to be crushed. And a transmission member having an acoustic impedance value between the acoustic impedance value of the medium and the acoustic impedance value of the object to be crushed.
[0066]
(Embodiment 6)
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a crusher according to Embodiment 6 of the present invention. Crushing device 61 according to the sixth embodiment further includes a reflecting member in crushing device 1 according to the first embodiment.
[0067]
Referring to FIG. 10, a reflecting member 62 is provided on the opposite side of electrode 2 from crushing object 5 in a state of being completely immersed in water 4. The reflecting member 62 is curved such that a concave surface 62a is formed on the side facing the electrode 2. The reflecting member 62 extends so as to cover substantially the entire surface of the water 4 disposed in the container 3.
[0068]
The pressure wave generated by the discharge occurring in the gaps 16 to 19 of the electrode 2 is also generated on the water surface side of the water 4 where the crush object 5 does not exist. The pressure wave propagates through the water 4 and reaches the reflecting member 62 provided near the surface of the water 4. The pressure wave is reflected by the reflecting member 62 and travels toward the crushing object 5 located on the bottom surface 3a side of the container 3. Thereafter, the pressure wave that has reached the crush target 5 contributes to the crushing operation of the crush target 5.
[0069]
The reflecting member 62 is preferably formed of, for example, iron or the like having an acoustic impedance that is significantly different from the acoustic impedance of the water 4. In general, when a shock wave moves from a medium having a predetermined acoustic impedance to a medium having an acoustic impedance significantly different from the predetermined acoustic impedance, the reflectance of the shock wave at the boundary surface increases. Therefore, most of the pressure waves traveling toward the reflecting member 62 are reflected by the reflecting member 62, and more pressure waves can contribute to the crushing operation of the crush target 5.
[0070]
Crushing device 61 according to Embodiment 6 of the present invention further includes a reflecting member 62 provided in water 4. The reflecting member 62 is positioned so that the electrode 2 is located between the reflecting member 62 and the crush object 5. The reflecting member 62 reflects the pressure wave formed by the electrode 2 toward the crush object 5.
[0071]
According to the crushing device 61 configured as described above, the same effect as the effect described in the first embodiment can be obtained. In addition, the direction of travel of the pressure wave generated by the discharge of the electrode 2 can be manipulated using the reflecting member 62, so that more pressure waves can contribute to the crushing operation of the crush target 5. Thereby, the utilization efficiency of the discharge energy of the electrode in the crushing operation can be improved.
[0072]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a crushing apparatus and a crushing method that can efficiently use the energy generated by the discharge of the electrode to destroy the crushed object and can be used for a wide range of applications.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a crushing device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a tip portion of the electrode shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a tip portion of the electrode shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional view showing a crushing device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a crushing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of the electrode shown in FIG. 5 as viewed from a direction in which a crushing object is located.
FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the electrode shown in FIG.
FIG. 8 is a sectional view showing a crushing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a crusher according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing a crushing apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an apparatus for performing a stone processing method disclosed in Japanese Patent Publication No. 43-2114.
[Explanation of symbols]
1,28,31,41,51,61 Crushing device, 2,38,39 electrode, 3,30,45,55 container, 3a bottom surface, 4 water, 5,29 Crushing object, 16,17,18,19 Gap, 30b side surface, 42, 52 transmission member, 62 reflection member.

Claims

A container having an outer surface in contact with the object to be crushed,
A medium provided in the container,
A crushing device comprising: a dischargeable electrode provided in the medium.

The method according to claim 1, further comprising a transmission member interposed between the container and the object to be crushed, the transmission member having an acoustic impedance having a value between the value of the acoustic impedance of the medium and the value of the acoustic impedance of the object to be crushed. The crushing device as described.

The apparatus further includes a reflection member provided in the medium, wherein the reflection member is positioned so that the electrode is located between the reflection member and the object to be crushed, and the reflection member has a pressure formed by the electrode. The crushing device according to claim 1, wherein the wave is reflected toward the crushing target.

A medium is provided inside, a container in which a dischargeable electrode is positioned in the medium, a step of positioning the outer surface of the container such that the outer surface thereof comes into contact with the object to be crushed,
Supplying a current to the electrode to generate a discharge, and destroying the crush object by a pressure wave formed in the medium.