JPH1061371A - パルス電気エネルギー放電による物質の破砕方法、その破砕装置、その高電圧パルス発生方法、及びその高電圧パルス発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気破砕時の予備穴掘削及び破砕を作業性良
く実施し、また破砕を効率的に実施する。 【解決手段】 破砕対象の物質に設けた予備穴４に電極
を挿入し、この電極の周囲を溶液９で満たし、この電極
に高電圧パルスを印加し、この電極での放電電流により
前記物質を破砕するパルス電気エネルギー放電による物
質の破砕方法において、予備穴掘削用の前記電極により
放電電流を流して前記物質に予備穴４を開けた後、この
予備穴４に破砕用の前記電極を挿入し、この破砕用の電
極で放電電流を流して前記物質を破砕するようにする。
また、予備穴掘削時には、前記物質中に放電電流を流
し、破砕時には、前記溶液９の中に放電電流を流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、岩盤やコンクリー
ト等の物質をパルス電気エネルギーの放電により破砕す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、岩盤やコンクリート等を電気エネ
ルギーの放電により破砕する（以下、電気破砕と呼ぶ）
方法が、いくつか提案されている。例えば、特開平４−
２２２７９４号公報においては、ドリル等によって岩石
等の固体絶縁物に穴を開け、この穴の中に粘性の有る電
解液（例えば、硫酸銅電解液）を入れた状態で、この穴
の中に同軸状の電極を挿入し、この電極に高電圧パルス
を印加している。これにより、電極にプラズマ放電が発
生し、このとき放射される電気的エネルギーが岩石を破
砕して断片化している。そして、電極の周囲の閉じ込め
られた領域の中を上記電解液で満たし、プラズマ放電で
発生した破壊力を増大させるようにしている。また、高
電圧パルスの上昇時間を所定値以下に小さくし、固体絶
縁物中を放電電流が流れ易くしている。

【０００３】また、例えば、特表昭６２−５０２７３３
号公報には、岩石等の物質中に所定距離をおいて２個以
上の異なる穴を開け、各穴に電極を挿入し、異なる穴の
電極間でプラズマ放電させることにとり、岩石を破砕し
ている。このとき、極めて短い時間でパルス状に高電圧
エネルギーが岩石に加えられることにより、破砕が行わ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示したような従来の電気破砕は、いずれも、破砕用の電
極を挿入するための穴を予め別の手段（例えば、ドリル
など）により開ける必要がある。このため、実際に電気
破砕を行う際は、穴開け用の手段と破砕用の装置を別々
に準備する必要があり、段取り替え等に工数を要するた
め作業性があまり良くないという問題がある。

【０００５】また、特表昭６２−５０２７３３号公報に
は、電気破砕を効率的に行うために、印加する高電圧パ
ルスの上昇時間を所定時間以内にする必要があることが
開示されている。しかしながら、実用的に電気破砕を行
うには、大量の物質を短時間の内に破砕することが求め
られており、さらに効率的な方法が要求されている。そ
して、このためには、上記のように高電圧パルスの上昇
時間を短時間にして岩石等が破砕され易くすると共に、
広い範囲において大量に破砕が行われるようにするため
に、岩石等に投入する電気エネルギー量を増大させる必
要がある。

【０００６】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、電気破砕時の予備穴掘削及び破砕を作業
性良く実施可能であり、また破砕を効率的に実施できる
パルス電気エネルギー放電による物質の破砕方法、その
破砕装置、その高電圧パルス発生方法、及びその高電圧
パルス発生装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、破砕対
象の物質に設けた予備穴４に電極を挿入し、この電極の
周囲を溶液９で満たし、この電極に高電圧パルスを印加
し、この電極での放電電流により前記物質を破砕するパ
ルス電気エネルギー放電による物質の破砕方法におい
て、予備穴掘削用の前記電極により放電電流を流して前
記物質に予備穴４を開けた後、この予備穴４に破砕用の
前記電極を挿入し、この破砕用の電極で放電電流を流し
て前記物質を破砕する方法としている。

【０００８】請求項１に記載の発明によると、予備穴の
掘削及びこの予備穴を使用した破砕を共にパルス電気エ
ネルギー放電による電気破砕で行うので、効率的な破砕
が可能となる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のパルス電気エネルギー放電による物質の破砕方法にお
いて、予備穴掘削時には、前記物質中に放電電流を流
し、また、破砕時には、前記溶液９の中に放電電流を流
す方法としている。

【００１０】請求項２に記載の発明によると、予備穴掘
削時には、破砕対象の物質中に放電電流を流すので、こ
の物質が効率よく、深く掘削される。また、破砕時に
は、電極周囲の溶液中に放電電流を流すので、これによ
り衝撃波が発生し、この衝撃波が破砕対象物質を広範囲
に破砕する。この結果、パルス電気エネルギー放電によ
る電気破砕を効率的に行うことが可能となる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
のパルス電気エネルギー放電による物質の破砕方法にお
いて、予備穴掘削時と破砕時とで、前記高電圧パルスの
上昇時間を変化させることにより、放電電流を前記物質
中又は溶液９の中のいずれに流すかを選択する方法とし
ている。

【００１２】請求項３に記載の発明によると、高電圧パ
ルスの上昇時間により破砕対象物質の絶縁耐圧と溶液の
絶縁耐圧の大きさが入れ換わる特性を利用しており、上
記上昇時間を変化させることによって、放電電流が破砕
対象物質中を流れるか、又は溶液中を流れるかを選択で
きる。したがって、これにより、予備穴掘削時には破砕
対象物質中に放電電流が流れるようにできるので、この
物質が効率よく、深く掘削される。また、破砕時には、
電極周囲の溶液中に放電電流が流れるようにできるの
で、このときの衝撃波が破砕対象物質を広範囲に破砕す
る。この結果、パルス電気エネルギー放電による電気破
砕を効率的に行うことが可能となる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
のパルス電気エネルギー放電による物質の破砕方法にお
いて、予備穴掘削時には、前記電極の先端部を前記物質
に接触させて前記物質中に放電電流を流し、また、破砕
時には、前記電極の先端部を前記物質から離して溶液９
の中に放電電流を流す方法としている。

【００１４】請求項４に記載の発明によると、電極の先
端部を破砕対象物質に接触させることにより、この物質
中に放電電流が流れるので、予備穴掘削時に深く掘削で
きる。また、電極の先端部を破砕対象物質から離して溶
液中に放電電流を流すことにより衝撃波が発生し、この
衝撃波で破砕対象物質が広範囲に破砕される。この結
果、パルス電気エネルギー放電による電気破砕を効率的
に行うことが可能となる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
のパルス電気エネルギー放電による物質の破砕方法にお
いて、前記電極を少なくとも２個以上使用して前記予備
穴４を少なくとも２個以上開け、破砕時は、上記異なる
２個以上の予備穴４にそれぞれ前記電極を挿入し、この
異なる電極間に高電圧パルスを印加する方法としてい
る。

【００１６】請求項５に記載の発明によると、少なくと
も２個以上の電極で予備穴を同時に開け、この異なる予
備穴に挿入した異なる電極間で放電させることにより、
予備穴間及びその周辺を広範囲に破砕することが可能と
なる。

【００１７】請求項６に記載の発明は、破砕対象の物質
に開けた予備穴４に挿入される電極と、この電極の周囲
を満たす溶液９と、この電極に高電圧パルスを印加する
パルス発生装置１０とを備え、前記電極での放電電流に
より前記物質を破砕するパルス電気エネルギー放電によ
る物質の破砕装置において、予備穴掘削用の前記電極
と、破砕用の前記電極とを備えた構成としている。

【００１８】請求項６に記載の発明によると、予備穴掘
削用の電極及び破砕用の電極を使用して、それぞれ予備
穴掘削及び破砕をパルス電気エネルギー放電による電気
破砕で行うので、効率的な破砕が可能となる。

【００１９】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
のパルス電気エネルギー放電による物質の破砕装置にお
いて、それぞれ異なる上昇時間の前記高電圧パルスを出
力する予備穴掘削用及び破砕用のパルス発生装置１０を
備えた構成としている。

【００２０】請求項７に記載の発明によると、高電圧パ
ルスの上昇時間により破砕対象物質の絶縁耐圧と溶液の
絶縁耐圧の大きさが入れ換わる特性を利用しており、上
記上昇時間が異なる高電圧パルスを出力する予備穴掘削
用及び破砕用のパルス発生装置によって、電極に放電電
流を流す。これにより、予備穴掘削時に破砕対象物質中
に放電電流が流れるようにできるので、この物質が効率
よく、深く掘削される。また、破砕時に、電極周囲の溶
液中に放電電流が流れるようにできるので、このときの
衝撃波が破砕対象物質を広範囲に破砕する。この結果、
パルス電気エネルギー放電による電気破砕を効率的に行
うことが可能となる。

【００２１】請求項８に記載の発明は、請求項６に記載
のパルス電気エネルギー放電による物質の破砕装置にお
いて、予備穴掘削用及び破砕用のそれぞれの前記電極と
パルス発生装置１０とを、予備穴掘削時及び破砕時に共
用する構成としている。

【００２２】請求項８に記載の発明によると、予備穴掘
削用及び破砕用の電極とパルス発生装置とを予備穴掘削
時及び破砕時に共用するので、さらに効率的な破砕が可
能となる。この場合、パルス発生装置の出力波形を、予
備穴掘削用と破砕用とで切り換えることなどによって、
可能となる。

【００２３】請求項９に記載の発明は、請求項６に記載
のパルス電気エネルギー放電による物質の破砕装置にお
いて、少なくとも２個以上の前記予備穴４を同時に開け
る少なくとも２個以上の予備掘削用の前記電極と、この
２個以上の異なる予備穴４に挿入され、かつ、その間に
前記高電圧パルスが印加される少なくとも２個以上の破
砕用の前記電極とを備え、異なる２個以上の予備穴４に
挿入された上記電極間に放電電流を流して物質を破砕す
る構成としている。

【００２４】請求項９に記載の発明によると、少なくと
も２個以上の電極で予備穴を同時に開け、この異なる予
備穴に挿入した異なる破砕用電極間で放電させることに
より、予備穴間及びその周辺を広範囲に破砕することが
可能となる。

【００２５】請求項１０に記載の発明は、電極に高電圧
パルスを印加し、この電極での放電電流により破砕対象
の物質を掘削又は破砕するパルス電気エネルギー放電に
よる物質破砕の高電圧パルス発生方法において、互いに
異なる容量を有する少なくとも２個のコンデンサに、異
なる端子電圧値でそれぞれエネルギーを蓄積し、高電圧
で蓄積された側の前記コンデンサのエネルギーを物質の
絶縁破壊時の放電初期に前記電極で放電させた後、上記
より低電圧で蓄積された側の前記コンデンサのエネルギ
ーを継続して放電させる方法としている。

【００２６】請求項１０に記載の発明によると、破壊対
象物質の絶縁破壊時の放電初期には、高電圧で蓄積した
コンデンサのエネルギーを放電して放電し易いようにす
る。また、この後、より低電圧で蓄積した、より大容量
のエネルギーを放電することによって、破砕に必要な大
きなエネルギーを投入することができる。したがって、
電気破砕を効率的に行うことが可能となる。

【００２７】請求項１１に記載の発明は、電極に高電圧
パルスを印加し、この電極での放電電流により破砕対象
の物質を掘削又は破砕するパルス電気エネルギー放電に
よる物質破砕の高電圧パルス発生装置において、異なる
出力電圧値を有する２個の直流電源と、この直流電源の
内の高電圧電源からエネルギーが蓄積される第１のコン
デンサと、この直流電源の内の電圧が上記より低い電源
からエネルギーが蓄積され、上記第１のコンデンサの容
量より大きな容量を有する第２のコンデンサと、前記第
１又は第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを前記
電極で放電させる少なくとも２個以上のトリガスイッチ
回路とを備えた構成としている。

【００２８】請求項１１に記載の発明によると、互いに
異なる容量を有するコンデンサを備え、容量が小さい方
の第１のコンデンサには高電圧電源からエネルギーを蓄
積し、容量が第１のコンデンサより大きい第２のコンデ
ンサには電圧がより低い方の電源からエネルギーを蓄積
する。そして、破壊対象物質の絶縁破壊時の放電初期に
は、高電圧で蓄積したコンデンサのエネルギーをトリガ
スイッチ回路を介して放電するので、放電し易くなる。
また、この後、より低電圧で蓄積した、より大容量のエ
ネルギーを他のトリガスイッチ回路によって放電するの
で、破砕に必要な大きなエネルギーを投入することがで
きる。したがって、電気破砕を効率的に行うことが可能
となる。

【００２９】請求項１２に記載の発明は、電極に高電圧
パルスを印加し、この電極での放電電流により破砕対象
の物質を掘削又は破砕するパルス電気エネルギー放電に
よる物質破砕の高電圧パルス発生装置において、異なる
出力電圧値を有する２個の直流電源と、この２個の直流
電源の内、電圧が低い方の直流電源のエネルギーを前記
電極から直接放電させる手段と、この２個の直流電源の
内、電圧が高い方の直流電源からエネルギーが蓄積され
るコンデンサと、このコンデンサに蓄積されたエネルギ
ーを前記電極で放電させるトリガスイッチ回路とを備え
た構成としている。

【００３０】請求項１２に記載の発明によると、電圧が
高い方の直流電源からコンデンサにエネルギーを蓄積す
る。そして、破壊対象物質の絶縁破壊時の放電初期に
は、このコンデンサのエネルギーをトリガスイッチ回路
を介して放電するので、放電し易くなる。また、この
後、電圧が低い方の直流電源のエネルギーを電極から直
接放電させる手段（例えば、抵抗等）を介して放電する
ので、破砕に必要な大きなエネルギーを投入することが
できる。したがって、電気破砕を効率的に行うことが可
能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
にかかわる実施形態を詳細に説明する。まず、図１〜図
３に基づいて、第１実施形態を説明する。図１は本実施
形態の構成を示しており、同図において、電極１は予備
穴掘削及び本破砕に兼用される電極で、パルス発生装置
１０に接続されている。パルス発生装置１０は、所定の
出力波形を有する高電圧パルスを出力する。電極１は、
円筒形状の負極３と、負極３の中心軸に沿って設けられ
た正極２とからなっており、正極２と負極３間は絶縁体
によって絶縁されている。なお、負極３の内部は中空状
態でもよいし、あるいは、上記絶縁体によって満たされ
ていてもよい。この正極２及び負極３は、それぞれパル
ス発生装置１０に接続されている。そして、電極１の先
端部の周囲は所定の絶縁抵抗を有する溶液９により囲ま
れるようになっている。

【００３２】図２及び図３は本実施形態の作用の説明図
であり、図２は予備穴掘削時、図３は破砕時を表してい
る。図２に示すように、予備穴掘削時は、電極１の先端
部を岩石等の表面に接触させて高電圧パルスを印加して
いる。このとき、正極２と負極３間に流れる放電電流は
岩石中を流れるので、確実に岩石の穴を掘削することが
可能である。また、上記の放電電流は電極１の近傍のみ
に流れるので、掘削された穴は電極１の外形と略同様の
形状をした穴となる。したがって、この穴を予備穴４と
して使用することができる。そして、図３に示すよう
に、破砕時は、電極１の先端部をこの予備穴４の底面か
ら離し、予備穴４の中に満たされた溶液９中で放電させ
る。このときは、放電電流が溶液９の中を流れることに
より衝撃波が発生し、この衝撃波は溶液９の中を伝搬し
て予備穴４の側面方向に広がり、この衝撃波のエネルギ
ーで岩石を広範囲に破砕することができる。したがっ
て、本破砕を効率的に行うことができる。

【００３３】次に、図４〜図７に基づいて、第２実施形
態を説明する。本実施形態では、高電圧パルスの上昇時
間を制御することにより、放電電流の流れる経路を制御
する例を示している。図４は、本実機形態のパルス発生
装置１０の回路構成図を示している。電源１１は所定の
直流高電圧を所定の繰り返し周波数で出力しており、こ
の出力は抵抗１２を介してコンデンサ１３に印加され
る。また、コンデンサ１３の端子電圧は、トリガスイッ
チ回路１４を介してコンデンサ１５に印加されている。
トリガスイッチ回路１４は、例えばサイラトロン管等の
高電圧及び高電流用のスイッチと、インダクタンス（コ
イル）とから構成することができる。さらに、このコン
デンサ１５の端子電圧は磁気スイッチ１６を経由してコ
ンデンサ１７に、また、コンデンサ１７の端子電圧は磁
気スイッチ１８を経由してコンデンサ１９に印加されて
いる。ここで、磁気スイッチ１６と、コンデンサ１７
と、磁気スイッチ１８と、コンデンサ１９とはパルス圧
縮回路を構成しており、入力されるパルス電圧の立ち上
がり時の上昇時間を短時間にし、急峻にパルス電圧を変
化させるようになっている。

【００３４】パルス圧縮回路の出力側には、出力切り換
えスイッチ２０が設けられており、この出力切り換えス
イッチ２０の共通端子は電極１の正極２に接続されてい
る。出力切り換えスイッチ２０の２つの出力端子の内の
いずれか一つは、コンデンサ１５の出力に接続されてお
り、他の出力の端子はコンデンサ１９の出力に接続され
ている。そして、この出力切り換えスイッチ２０によっ
て、コンデンサ１５の端子電圧とコンデンサ１９の端子
電圧が選択され、電極１の正極２に印加される。各コン
デンサ１３、１５、１７、１９の他端、及び電極１の負
極３は、それぞれ電源１１の負極端子に接続されてい
る。

【００３５】ここで、磁気スイッチ１６、１８は磁気的
に電流をスイッチできるものであり、通常、本磁気スイ
ッチを流れる電流値が小さい間は未飽和状態にあって、
その未飽和インダクタンスは非常に大きくなっている。
また、本磁気スイッチを流れる電流値が所定値以上に大
きくなると、飽和状態になってこのインダクタンスは非
常に小さくなる。

【００３６】このような構成のパルス発生装置１０によ
ると、以下のようにして、上昇時間が短いパルス電圧波
形を得ることができる。まず、電源１１が所定時間（繰
り返し周期時間）の間に抵抗１２を介してコンデンサ１
３に所定電圧で電荷を蓄積する。つぎに、トリガスイッ
チ回路１４のスイッチがオンし、コンデンサ１３に蓄積
された電荷はこのトリガスイッチ回路１４を経由してコ
ンデンサ１５に移行する。このとき、トリガスイッチ回
路１４内の前記コイルとこれらのコンデンサ１３、１５
とによって構成されるＬＣ発振回路の固有発振周波数で
決まる周期時間の半周期の間に、上記電荷の移行は完了
する。磁気スイッチ１６の未飽和インダクタンスの大き
さが、上記半周期の間は、トリガスイッチ回路１４内の
前記コイルのインダクタンスより大きくなるように設定
されているので、コンデンサ１３の電荷はほとんど全部
コンデンサ１５に移行する。そして、電荷移行完了時、
コンデンサ１５の端子電圧はピーク値に達する。

【００３７】この後、磁気スイッチ１６を流れる電流値
が大きくなって飽和状態に達するようになっている。磁
気スイッチ１６の飽和状態でのインダクタンスの大きさ
はトリガスイッチ回路１４内の前記コイルのインダクタ
ンスより非常に小さくなるように設定されているので、
次の半周期にはコンデンサ１５の電荷はコンデンサ１３
に戻らずに、磁気スイッチ１６を経由してコンデンサ１
７に移行する。このとき、磁気スイッチ１６の飽和イン
ダクタンスとコンデンサ１５、１７とによって構成され
るＬＣ発振回路の発振周期時間の半周期の間に、上記電
荷の移行は完了する。この場合も、同様にして、磁気ス
イッチ１８の未飽和インダクタンスの大きさが、上記半
周期の間は、磁気スイッチ１６の飽和インダクタンスよ
り大きくなるように設定されているので、コンデンサ１
５の電荷はほとんど全部コンデンサ１７に移行する。そ
して、電荷移行完了時、コンデンサ１７の端子電圧はピ
ーク値に達する。

【００３８】以後、上記と同様にして、磁気スイッチ１
８の飽和インダクタンスの大きさは磁気スイッチ１６の
飽和インダクタンスより非常に小さくなるように設定さ
れているので、次に半周期にはコンデンサ１７の電荷は
コンデンサ１５に戻らずに、磁気スイッチ１８を経由し
てコンデンサ１９に移行する。このとき、磁気スイッチ
１８の飽和インダクタンスとコンデンサ１７、１９とに
よって構成されるＬＣ発振回路の発振周期時間の半周期
の間に、上記電荷の移行は完了する。コンデンサ１３、
１５、１７、１９の大きさがそれぞれ等しいとすると、
コンデンサ１３の電荷が順次次段のコンデンサに移行す
るときの半周期時間は短くなって行く。したがって、コ
ンデンサ１５に電荷が蓄積されるときの電圧の上昇時間
よりも、コンデンサ１９に電荷が蓄積されるときの電圧
の上昇時間の方が短くなる。図５及び図６は、このとき
のコンデンサ１５及びコンデンサ１９の電圧波形例を表
している。このようにして、パルス圧縮回路によって、
パルス電圧の立ち上がりを速くすることができる。

【００３９】そして、出力切り換えスイッチ２０によ
り、コンデンサ１５の電圧とコンデンサ１９の電圧を切
り換えて、電極１に印加するパルス電圧の上昇時間を選
択することが可能となる。さらに、パルス電圧の上昇時
間を切り換えることによって、以下の理由から、溶液９
の中で放電させるか、あるいは、岩石中で放電させるか
を選択可能となる。このことは、前実施形態と同じく、
同一の電極１を使用して予備穴４を掘削したり、本破砕
を行うことができることを意味している。

【００４０】図７は、印加パルス電圧の上昇時間と、こ
のパルス電圧を印加したときの各絶縁物の絶縁耐圧との
一般的な関係を示している。ここで、横軸は印加パルス
電圧の上昇時間（通常、パルス電圧の最大値の１０％か
ら９０％まで上昇するのに要する時間で示される）を、
縦軸は絶縁耐圧を表しており、また横軸を対数目盛りと
した片対数で表している。同図において、曲線４１、４
２、４３はそれぞれ水、大理石、砂岩の特性を表してい
る。同図でも分かるように、溶液９として例えば水を使
用した場合、大理石や砂岩等の岩石の絶縁耐圧は、パル
ス電圧の上昇時間が短いとき、水よりも小さい絶縁耐圧
を有している。したがって、このときは、溶液（水）よ
りも岩石の方に放電電流が流れ易くなり、よって、岩石
に予備穴４を掘削したり、あるいは、岩石を深く破砕す
るのに適している。また、上記において、パルス電圧の
上昇時間が長いとき、大理石や砂岩等の岩石の絶縁耐圧
は水よりも大きい絶縁耐圧を有している。したがって、
このときは、岩石より溶液（水）の方に放電電流が流れ
易くなり、よって、溶液の衝撃波により広範囲に破砕す
るのに適している。

【００４１】以上のように、同一の溶液９を使用してい
る場合でも、印加するパルス電圧の上昇時間と、この上
昇時間に対する、破砕の対象としている岩石等の成分の
絶縁耐圧と、溶液９の絶縁耐圧との関係から、印加する
パルス電圧の上昇時間を変化させることによって放電電
流の経路を選択できる。これが、本発明により、溶液９
の中で放電させるか、あるいは、岩石中で放電させるか
が選択可能となる理由である。なお、本実施形態では、
一台のパルス発生装置１０内に、異なった上昇時間を有
するパルス波形を発生させることができる回路をいくつ
か備え、この出力回路を切り換えることによって高電圧
パルスの上昇時間を変えている例を示している。しか
し、構成としてはこれに限定されずに、例えば、異なっ
た上昇時間を有するパルス波形を発生させるパルス発生
装置をそれぞれ別々に設け、この出力電圧を予備穴掘削
時と破砕時とで切り換えるようにしてもよい。この際
に、電極も、予備穴掘削用と破砕用とで異なった電極と
してもよいし、同一の電極を共用しても構わない。

【００４２】次に、図８及び図９に基づいて、第３実施
形態を説明する。本実施形態は、パルス電圧波形を変化
させて投入エネルギー増大させる例を示している。図８
は、本実施形態に係わるパルス発生装置１０の回路構成
図を示している。電源２１、３１はそれぞれ所定の電圧
Ｖ１、Ｖ２を出力する直流電源であり、ここで、所定電
圧Ｖ１、Ｖ２は数式「Ｖ１＜Ｖ２」を満足するように設
定している。（例えば、Ｖ１＝３０ＫＶ、Ｖ２＝２００
ＫＶ）電源２１の出力は抵抗２２を介してコンデンサ２
３に印加され、コンデンサ２３の出力電圧はトリガスイ
ッチ回路２４を介してコンデンサ２５に印加される。そ
して、コンデンサ２５の出力電圧はコイル２６を介して
電極１の正極２に印加される。また、電源３１の出力は
抵抗３２を介してコンデンサ３３に印加され、コンデン
サ３３の出力電圧はトリガスイッチ回路３４を介してコ
ンデンサ３５に印加される。コンデンサ３５の出力電圧
は、正極２に印加される。なお、コンデンサ２３、２５
の容量は、コンデンサ３３、３５より大きなものとす
る。また、トリガスイッチ回路２４、３４には、前実施
形態と同様に、例えばサイラトロン等で構成されるスイ
ッチと、所定のインダクタンスを有するコイルとの直列
回路が設けられている。

【００４３】図９は上記構成のパルス発生装置１０から
の出力電圧波形を表しており、同図を参照して本実施形
態での作用を説明する。電源２１から電圧Ｖ１が出力さ
れると、所定時間後にコンデンサ２３の端子電圧が略Ｖ
１と等しくなり、所定量の電荷がコンデンサ２３に蓄積
される。また、電源３１から電圧Ｖ２が出力されると、
所定時間後にコンデンサ３３の端子電圧が略Ｖ２と等し
くなり、所定量の電荷がコンデンサ３３に蓄積される。
そして、トリガスイッチ回路２４のスイッチがオンする
と、コンデンサ２３の電荷がコンデンサ２５に移行し、
図９に示すようにコンデンサ２５の端子電圧が略Ｖ１に
達する。このとき、トリガスイッチ回路２４内の前記コ
イルのインダクタンスがコイル２６のインダクタンスよ
り小さくなるように設定されているので、コンデンサ２
３の略全ての電荷は、コンデンサ２３、２５の容量とト
リガスイッチ回路２４内の前記コイルのインダクタンス
とによって決まる固有発振周期時間でもってコンデンサ
２５に移行する。

【００４４】次に、コンデンサ２５の端子電圧が略Ｖ１
に達したとき、トリガスイッチ回路３４のスイッチがオ
ンすると、コンデンサ３３の電荷がコンデンサ３５に移
行し、図９に示すようにコンデンサ３５の端子電圧がＶ
２になる。このとき、トリガスイッチ回路３４内の前記
コイルのインダクタンスがコイル２６のインダクタンス
より小さくなるように設定されているので、コンデンサ
３３の略全ての電荷は、コンデンサ３５に移行する。コ
ンデンサ３３、３５の容量は、コンデンサ２３、２５の
容量より小さいので、トリガスイッチ回路２４、３４内
の前記各コイルのインダクタンスが等しいとすると、上
記のコンデンサ３５への電荷の移行時間は前述のコンデ
ンサ２５への移行時間よりも速くなる。したがって、コ
ンデンサ３５の端子電圧の立ち上がり速度が速くなる。
この結果、正極２と負極３間にピーク電圧値（Ｖ２と等
しい）が高く、かつ、上昇時間が短いパルス電圧が印加
されることになり、絶縁破壊が起こり易くなる。

【００４５】上記のように、コンデンサ３５の電荷によ
って放電が開始した後、コンデンサ３５の端子電圧が低
下して来ると、コンデンサ２５の電荷がコイル２６を経
由して所定の発振周期時間でもってコンデンサ３５に移
行するようになる。これによって、コンデンサ２５の電
荷が上記のピーク電圧パルスの放電より時間をかけてゆ
っくりと電極１から放電される。コンデンサ２５の容量
はコンデンサ３５より大きいので、コンデンサ２５に蓄
積された電荷量（エネルギー）は大きく、したがって、
岩石に投入する放電エネルギーが増大される。この結
果、広範囲の岩石を破砕すること可能となり、効率的な
電気破砕ができる。

【００４６】このときの電極１の使用方法を、図１０及
び図１１に示す。ここでは、電極１の各正極２及び負極
３の形状が棒状となっている例を示している。図１０の
ように、パルス発生装置１０に接続された電極１の正極
２及び負極３を、溶液９で満たした一つの予備穴４内に
所定距離をおいて挿入するようにしてもよい。このと
き、溶液９で放電させることにより衝撃波を発生させ、
上記予備穴４を中心にして広範囲に大量に破砕すること
ができる。あるいは、図１１のように、少なくとも二つ
以上の異なる予備穴４内に正極２及び負極３を別々に挿
入し、この正極２と負極３の間にパルス発生装置１０を
接続してもよい。これにより、正極２と負極３の間の岩
石等に電流が流れ、本破砕が行われる。この場合、本実
施形態で説明したパルス発生装置１０によると、立ち上
がりの早い高電圧パルスで岩石等の絶縁が破壊された
後、ゆっくりした放電時間で大量のエネルギーが岩石に
投入される。したがって、電気破砕の破壊力を増大させ
ることができる。

【００４７】次に、図１２及び図１３に基づいて、第４
実施形態を説明する。図１２は本実施形態に係わるパル
ス発生装置１０の回路構成図を示しており、同図におい
て、図８の構成部品と同じ構成には同一の符号を付し、
ここでの説明は省く。電源２１、３１の出力電圧Ｖ１、
Ｖ２は、前記同様に数式「Ｖ１＜Ｖ２」を満足するよう
に設定している。電源２１の出力は、抵抗２７を介して
コンデンサ３５に印加され、コンデンサ３５の出力電圧
は電極１の正極２に印加される。また、電源３１の出力
は抵抗３２を介してコンデンサ３３に印加され、コンデ
ンサ３３の出力電圧はトリガスイッチ回路３４を介して
コンデンサ３５に印加される。

【００４８】図１３は上記のパルス発生装置１０の出力
電圧波形を示しており、同図を参照して本実施形態の作
用を説明する。電源２１から電圧Ｖ１が出力されると、
抵抗２７を経由してコンデンサ３５に電流が流れ、所定
時間後にコンデンサ３５の端子電圧が略Ｖ１と等しくな
り、所定量の電荷がコンデンサ３５に蓄積される。この
とき、正極２と負極３間の電圧は上記電圧Ｖ１と等しく
なるが、電圧が低いので、まだ放電を開始していない。
また、電源３１から電圧Ｖ２が出力されると、所定時間
後にコンデンサ３３の端子電圧が略Ｖ２と等しくなり、
所定量の電荷がコンデンサ３３に蓄積される。次に、ト
リガスイッチ回路３４のスイッチがオンすると、コンデ
ンサ３３の電荷がコンデンサ３５に移行し、図１３に示
すようにコンデンサ３５の端子電圧がＶ２に上昇する。
このとき、トリガスイッチ回路３４内の前記コイルのイ
ンダクタンスが抵抗２７より小さくなるように設定され
ているので、コンデンサ３３の略全ての電荷は、コンデ
ンサ３５に移行する。コンデンサ３３、３５の容量を十
分に小さくしているので、上記のコンデンサ３５への電
荷の移行時間は短時間となる。したがって、コンデンサ
３５の端子電圧の立ち上がり速度が速くなる。この結
果、正極２と負極３間にピーク電圧値がＶ２と等しく、
かつ、上昇時間が短いパルス電圧が印加され、絶縁が破
壊されて放電が開始される。

【００４９】上記のように、コンデンサ３５の電荷によ
って放電が開始した後、コンデンサ３５の端子電圧が低
下して来ると、電源２１から抵抗２７を介してコンデン
サ３５に電荷が蓄積される。正極２と負極３間の絶縁が
破壊されているので、コンデンサ３５の端子電圧がＶ１
になっても、放電は継続される。これによって、上記の
ピーク電圧パルスの放電より時間をかけてゆっくりと、
電源２１からの電荷が電極１から放電される。これによ
り、岩石に投入する放電エネルギーが増大される。この
結果、広範囲の岩石を破砕すること可能となり、効率的
な電気破砕ができる。

【００５０】次に、第５実施形態によって、複数の予備
穴を掘削して、広範囲に破砕を行う例を示す。図１４及
び図１５は、本実施形態の電極の使用例の説明図であ
る。本実施形態では、図１４のように、まず、複数の予
備穴４を掘削する。このとき、同一の電極１を繰り返し
使い回して掘削してもよいし、あるいは、少なくとも２
個以上の電極１と、各電極１にそれぞれ接続されたパル
ス発生装置１０とを使用して同時に掘削してもよい。そ
して、図１５のように、２つの予備穴４内にそれぞれ別
々の破砕用の電極１を挿入する。このとき、破砕用の各
電極１と各パルス発生装置１０ａ、１０ｂとの間には切
り換えスイッチ４５、４６を設け、それぞれ、切り換え
スイッチ４５により一方の電極１ａの負極３ａとパルス
発生装置１０ａの負極間を切断可能とし、また、切り換
えスイッチ４６により他方の電極１ｂの正極２ｂとパル
ス発生装置１０ｂの正極間を切断可能としている。この
構成によると、破砕時に、切り換えスイッチ４５、４６
を共にオフしておき、いずれか一方のパルス発生装置１
０（図１５では、１０ａ側）から高電圧パルスを出力す
ると、両電極１の内の正極２ａと負極３ｂ間で放電電流
が流れる。これによって、両予備穴間の岩石等の中を放
電電流が流れるので、広範囲で大量の物質の破砕が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる破砕装置の第１実施形態の構成
を表す。

【図２】本発明に係わる破砕装置の予備穴掘削時の作用
説明図である。

【図３】本発明に係わる破砕装置の破砕時の作用説明図
である。

【図４】本発明の第２実施形態のパルス発生装置の回路
構成図を示す。

【図５】本発明の第２実施形態のパルス発生装置の出力
電圧波形の例を示す。

【図６】本発明の第２実施形態のパルス発生装置の出力
電圧波形の例を示す。

【図７】本発明に係わるパルス電圧の上昇時間と各絶縁
物の絶縁耐圧との一般的な関係を示す。

【図８】本発明の第３実施形態のパルス発生装置の回路
構成図を示す。

【図９】本発明の第３実施形態のパルス発生装置の出力
電圧波形の例を示す。

【図１０】本発明の第３実施形態における電極の使用方
法例の説明図である。

【図１１】本発明の第３実施形態における電極の使用方
法例の説明図である。

【図１２】本発明の第４実施形態のパルス発生装置の回
路構成図を示す。

【図１３】本発明の第４実施形態のパルス発生装置の出
力電圧波形の例を示す。

【図１４】本発明の第５実施形態における電極の使用方
法例の説明図である。

【図１５】本発明の第５実施形態における電極の使用方
法例の説明図である。

【符号の説明】

１ 電極 ２ 正極 ３ 負極 ４ 予備穴 ９ 溶液 １０ パルス発生装置 １１、２１、３１ 電源 １２、２２、２７、３２ 抵抗 １３、１５、１７、１９、２３、２５、３３、３５ コ
ンデンサ １４ トリガスイッチ回路 １６、１８ 磁気スイッチ ２０ 出力切り換えスイッチ ２４、３４ トリガスイッチ回路 ２６ コイル ４１、４２、４３ 曲線 ４５、４６ 切り換えスイッチ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 破砕対象の物質に設けた予備穴４に電極
   を挿入し、この電極の周囲を溶液９で満たし、この電極
   に高電圧パルスを印加し、この電極での放電電流により
   前記物質を破砕するパルス電気エネルギー放電による物
   質の破砕方法において、 予備穴掘削用の前記電極により放電電流を流して前記物
   質に予備穴４を開けた後、この予備穴４に破砕用の前記
   電極を挿入し、この破砕用の電極で放電電流を流して前
   記物質を破砕することを特徴とするパルス電気エネルギ
   ー放電による物質の破砕方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のパルス電気エネルギー
   放電による物質の破砕方法において、 予備穴掘削時には、前記物質中に放電電流を流し、ま
   た、破砕時には、前記溶液９の中に放電電流を流すこと
   を特徴とするパルス電気エネルギー放電による物質の破
   砕方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のパルス電気エネルギー
   放電による物質の破砕方法において、 予備穴掘削時と破砕時とで、前記高電圧パルスの上昇時
   間を変化させることにより、放電電流を前記物質中又は
   溶液９の中のいずれに流すかを選択することを特徴とす
   るパルス電気エネルギー放電による物質の破砕方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のパルス電気エネルギー
   放電による物質の破砕方法において、 予備穴掘削時には、前記電極の先端部を前記物質に接触
   させて前記物質中に放電電流を流し、また、破砕時に
   は、前記電極の先端部を前記物質から離して溶液９の中
   に放電電流を流すことを特徴とするパルス電気エネルギ
   ー放電による物質の破砕方法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のパルス電気エネルギー
   放電による物質の破砕方法において、 前記電極を少なくとも２個以上使用して前記予備穴４を
   少なくとも２個以上開け、破砕時は、上記異なる２個以
   上の予備穴４にそれぞれ前記電極を挿入し、この異なる
   電極間に高電圧パルスを印加することを特徴とするパル
   ス電気エネルギー放電による物質の破砕方法。
6. 【請求項６】 破砕対象の物質に開けた予備穴４に挿入
   される電極と、この電極の周囲を満たす溶液９と、この
   電極に高電圧パルスを印加するパルス発生装置１０とを
   備え、前記電極での放電電流により前記物質を破砕する
   パルス電気エネルギー放電による物質の破砕装置におい
   て、 予備穴掘削用の前記電極と、破砕用の前記電極とを備え
   たことを特徴とするパルス電気エネルギー放電による物
   質の破砕装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のパルス電気エネルギー
   放電による物質の破砕装置において、 それぞれ異なる上昇時間の前記高電圧パルスを出力する
   予備穴掘削用及び破砕用のパルス発生装置１０を備えた
   ことを特徴とするパルス電気エネルギー放電による物質
   破砕装置。
8. 【請求項８】 請求項６に記載のパルス電気エネルギー
   放電による物質の破砕装置において、 予備穴掘削用及び破砕用のそれぞれの前記電極とパルス
   発生装置１０とを、予備穴掘削時及び破砕時に共用する
   ことを特徴とするパルス電気エネルギー放電による物質
   の破砕装置。
9. 【請求項９】 請求項６に記載のパルス電気エネルギー
   放電による物質の破砕装置において、 少なくとも２個以上の前記予備穴４を同時に開ける少な
   くとも２個以上の予備掘削用の前記電極と、 この２個以上の異なる予備穴４に挿入され、かつ、その
   間に前記高電圧パルスが印加される少なくとも２個以上
   の破砕用の前記電極とを備え、 異なる２個以上の予備穴４に挿入された上記電極間に放
   電電流を流して物質を破砕することを特徴とするパルス
   電気エネルギー放電による物質の破砕装置。
10. 【請求項１０】 電極に高電圧パルスを印加し、この電
    極での放電電流により破砕対象の物質を掘削又は破砕す
    るパルス電気エネルギー放電による物質破砕の高電圧パ
    ルス発生方法において、 互いに異なる容量を有する少なくとも２個のコンデンサ
    に、異なる端子電圧値でそれぞれエネルギーを蓄積し、
    高電圧で蓄積された側の前記コンデンサのエネルギーを
    物質の絶縁破壊時の放電初期に前記電極で放電させた
    後、上記より低電圧で蓄積された側の前記コンデンサの
    エネルギーを継続して放電させることを特徴とする高電
    圧パルス発生方法。
11. 【請求項１１】 電極に高電圧パルスを印加し、この電
    極での放電電流により破砕対象の物質を掘削又は破砕す
    るパルス電気エネルギー放電による物質破砕の高電圧パ
    ルス発生装置において、 異なる出力電圧値を有する２個の直流電源と、 この直流電源の内の高電圧電源からエネルギーが蓄積さ
    れる第１のコンデンサと、 この直流電源の内の電圧が上記より低い電源からエネル
    ギーが蓄積され、上記第１のコンデンサの容量より大き
    な容量を有する第２のコンデンサと、 前記第１又は第２のコンデンサに蓄積されたエネルギー
    を前記電極で放電させる少なくとも２個以上のトリガス
    イッチ回路とを備えたことを特徴とする高電圧パルス発
    生装置。
12. 【請求項１２】 電極に高電圧パルスを印加し、この電
    極での放電電流により破砕対象の物質を掘削又は破砕す
    るパルス電気エネルギー放電による物質破砕の高電圧パ
    ルス発生装置において、 異なる出力電圧値を有する２個の直流電源と、 この２個の直流電源の内、低電圧の直流電源のエネルギ
    ーを前記電極から直接放電させる手段と、 この２個の直流電源の内、高電圧の直流電源からエネル
    ギーが蓄積されるコンデンサと、 このコンデンサに蓄積されたエネルギーを前記電極で放
    電させるトリガスイッチ回路とを備えたことを特徴とす
    る高電圧パルス発生装置。