JP3966766B2 - 電子雷管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
複数を破壊対象（例えば、岩盤や建造物）に装薬し、順次起爆する電子雷管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発破器から供給された電気エネルギーを、エネルギー蓄積回路に蓄積し、その蓄積エネルギーにより電子モジュール部が計時動作し、所望の遅延時間後に、起爆する電子雷管が知られている。この種の電子雷管において、電子モジュールが、何らかの原因により、動作しない場合には、雷管部が起爆されない状況が発生する。
【０００３】
前記原因の一つに、これら電子雷管は、爆薬体に装填して、複数を破壊対象（例えば、岩盤や建造物）に装薬し、順次起爆するため、装薬位置が極めて近接した場合などに、前段の爆発によって生じる衝撃によって、付属の電子モジュール部が破損する場合がある。かかる課題を解決するために、前記電子モジュール部を保護する技術として、実開昭64-31398号公報、特表2000-510229号公報、特開平10-9799号公報等の技術が開示されている。
【０００４】
実開昭64-31398号公報、特表2000-510229号公報では、電子モジュール部をリング状の成型体によって、外殻ケースに支持して保護する方法や、外殻ケースに内包され、特定の支持点によって該外殻ケースに支持されるカプセルを有し、該カプセル内に前記電子モジュールを収納して保護する方法などが開示されている。特開平10-9799号公報では、剛性の金属筒体に電子モジュールを配置し、該周囲を粘弾性樹脂で該金属筒体と一体化した上で、該金属筒体をプラスチックケースに収納して保護する方法などが開示されている。
【０００５】
また、別の技術として、特開平09-178399号公報によれば、爆発衝撃圧によって、電子雷管に付属の雷管部が爆発する殉爆領域と、電子モジュール部が正常に動作する計時起爆領域との間に、電子モジュール部の部品が破損したことを検知して自爆動作する誘爆領域とを設け、前記殉爆領域と、前記計時起爆領域とを実質的に重ねる技術が開示されている。電子雷管が発破作業において用いられる場合、隣接する爆薬装薬孔が近接した場合、極めて激烈な爆薬の爆発衝撃を受けるので、外殻ケースの圧力破壊の限界を越える場合が想定される。従って、不発を回避するためには、前記殉爆領域と、前記計時起爆領域とを実質的に重ねることは必須である。前記の実開昭64-31398号公報、特表2000-510229号公報、特開平10-09799号公報等は、前記計時起爆領域を拡大する技術に相当する。
【０００６】
前記計時起爆領域を拡大する技術にあって、特に特開平10-09799号公報では、剛性の金属筒体に電子モジュールを配置し、該周囲を粘弾性樹脂で該金属筒体と一体化した上で、該金属筒体をプラスチックケースに収納して保護するよう構成されているが、前記金属筒体の雷管部の軸方向は、プラスチック素材で保護されているのみで、強度が低い。このため、計時起爆領域が縮小され、本来所望の起爆遅延時間が得られず自爆動作する誘爆領域が拡大される問題があった。
【０００７】
また、実開昭64-31398号公報、特表2000-510229号公報では、電子モジュール、或いは電子モジュールを内包するカプセルを外殻ケースに支持するよう構成されるが、支持状態が隙間を持たないように構成されないと、爆発衝撃によって生じる加速度によって、前記電子モジュール或いはカプセルと外殻ケースとが衝突して却って衝撃を増幅しかねず、このため外殻ケースと支持体との寸法精度によっては隙間を生じたり、或いは隙間をなくすために前記内包カプセルの寸法を大きめに設計した場合に前記外殻ケースに挿入しにくくなり、製造が困難なものになることが懸念される。更に、隣接する爆薬装薬孔からの爆発衝撃圧力による破壊に対する対策が明確に開示されていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高精度の制御発破に適した電子雷管の提供を目的とする。該目的を達するためには、隣接する爆薬装薬孔からの爆発衝撃から電子モジュールを保護する必要がある。また、該爆発衝撃は電子雷管に対して、衝撃的な圧力及び加速度を含むことが想定され、更に前記電子雷管の置かれている状態により、どの方向から印加されるか特定できないため、全周囲に亘って保護する必要がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、雷管部と電子モジュール部を有する電子雷管において、該電子モジュール部を、全周囲を覆う金属隔壁内に収容することによって、高精度の制御発破に適した電子雷管を提供しうることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は下記の通りである。外殻ケース及び該外殻ケースのキャップと、前記外殻ケース内に収容される電子モジュール部と、前記外殻ケースのキャップに支持される雷管部と、を有し、前記電子モジュール部が、金属製隔壁と該金属製隔壁を被蓋する金属製蓋部と該金属製隔壁の底を閉鎖する底部とからなる金属ケース内に収容されて外殻ケース内に収容されることで該金属ケースによって全周囲が覆われ、且つ前記金属製蓋部と外殻ケースのキャップに前記雷管部が電子モジュールが収納された金属ケース内に突入することを防止するストッパーを結合してなることを特徴とする電子雷管。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、その好ましい実施態様を中心に、説明する。本発明は、雷管部と電子モジュール部を有する電子雷管において、該電子モジュール部が、全周囲を覆う金属隔壁内に収容されていることが特徴である。前記金属隔壁は、縦弾性係数（又はヤング率）１０，０００ｋｇ／ｍｍ² 以上の金属材料が好ましい。より好ましくは、縦弾性係数（又はヤング率）２０，０００ｋｇ／ｍｍ² 以上の金属材料である。前記金属材料は、前記ヤング率によれば、例えば鉄鋼材料、若しくは銅、真鍮等からなる。より好ましくは低炭素鋼を含む炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄鋼材料である。最も好ましくは、前記ヤング率を満足し、且つ加工性の高い低炭素鋼等の鉄鋼材料である。
【００１１】
前記金属隔壁は、前記雷管部の径方向の隔壁と、軸方向の隔壁とからなる。前記雷管部の径方向の隔壁は、円筒状の金属パイプからなり、前記雷管部の軸方向の隔壁は、金属製の蓋部と底部である金属板からなる。前記金属板は、前記金属パイプの両端で支持される形状である。前記金属板は、平面状の金属板からなっても良く、好ましくは、冷間プレスあるいは鍛造などの方法で加工されて湾曲（Ｒ）部を有する。更に好ましくは、前記金属板は、凸部を有するように冷間プレスあるいは鍛造などの方法で加工され、該凸部が前記金属パイプの内壁に支持され、横ずれを防止する構造である。
【００１２】
また、前記雷管部の径方向の隔壁と、前記雷管部の軸方向の隔壁の一方とが、一体の有底の金属ケースからなり、前記雷管部の軸方向の隔壁の他方が金属製の蓋部である金属板からなっても良い。この場合、有底の金属ケースは深絞り加工されてなり、底部が湾曲（Ｒ）部を有することが好ましい。前記雷管部の径方向の金属隔壁の厚さは、０．３ｍｍ〜３．０ｍｍが好ましく、より好ましくは、０．７ｍｍ〜１．６ｍｍである。前記雷管部の軸方向の金属隔壁の厚さは、０．３ｍｍ〜３．５ｍｍが好ましく、より好ましくは、１．６ｍｍ〜３．２ｍｍである。
【００１３】
前記蓋部金属板は、雷管部と電子モジュールを接続する出力線を通す貫通孔と、発破器から電子モジュールにエネルギーを供給するための入力線を通す切り欠き部とを有する。前記貫通孔の孔径は、雷管部の最大径よりやや大きい直径７ｍｍφ〜１０ｍｍφが好ましく。または、前記出力線と、入力線とを通す切り欠き部を有する構造でも良い。前記切り欠き部の切り欠き幅は、出力線と、入力線とを通すことが出来る幅でよく、例えば２ｍｍ〜３ｍｍ以下であり、切り欠きの長さは、前記蓋部金属板の端から中心点までの長さ以下が好ましい。
【００１４】
本発明の電子雷管のいう全周囲とは、前記の貫通孔或いは切り欠き部を除く部分を言う。また、前記雷管部は、前記雷管部の軸方向の隔壁の一方、例えば前記蓋部金属板から突出していることが好ましい。前記雷管部は、底部より添装薬部分と、起爆薬部分と、空間部分と、点火装置部分とを有し、少なくとも前記添装薬部分が前記蓋部金属板から突出していることが好ましい。より好ましくは、前記添装薬部分と、起爆薬部分と、空間部分とが、前記蓋部金属板から突出していることである。前記突出した雷管部は、前記蓋部金属板に固定されるか、若しくは一体化されたキャップ部により支持される。前記キャップ部は、雷管部を支持するものでありキャップ部の先端より雷管部が突出する。
【００１５】
キャップ先端には、雷管部を爆薬に装填した場合、爆薬からの雷管部が簡単に抜け落ちるのを防止するための鋸刃状の段差部を設けることが好ましい。前記突出した雷管部が、外力によって、前記電子モジュール部の収納部に突出することを防止するストッパーを有することが好ましい。前記ストッパーは、前記金属隔壁の一部によって支持される。ストッパーは、円柱状で中心にリード線を通す切り欠きを有することが好ましい。前記金属パイプと底部金属板からなる金属隔壁、または有底の金属ケースには、外殻ケースを設けることが好ましい。
【００１６】
前記外殻ケースは、電子モジュールを収容した金属ケースまたは金属筒の外殻に装着した有底の円筒状であることが好ましい。外殻ケース、ストッパー、キャップの材質は、弾性率１００ｋｇ／ｍｍ² 以上であるポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ＡＢＳ等のプラスチックからなることが好ましく、より好ましくは弾性率が２００ｋｇ／ｍｍ² 以上のナイロン６６、ポリアセタール等のプラスチックからなる。更に好ましくは、生分解性プラスチックからなる。
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の最も好適な電子雷管の構造を示す断面図である。電子モジュール部１は、円筒形状の雷管部を基準とした径方向の隔壁と、軸方向隔壁の一方とをなす有底の金属製の金属ケース３と、雷管部の軸方向の隔壁の他方をなす金属蓋４とからなる全周囲を覆う金属隔壁内に収納されている。金属ケース３の主な寸法は、外径２７ｍｍφ、全長３７ｍｍ、肉厚は１．６ｍｍであって、前記金属ケース３の底部は湾曲したＲ部を有する有底の円筒形深絞りの成型品である。前記湾曲（Ｒ）部の半径は、円筒部直径２７ｍｍとほぼ同じであり、前記湾曲（Ｒ）部は、ほぼ半球に近い形状である。前記金属ケース３の材質は深絞り用の鉄類（ＳＰＣＥ若しくはＳＰＣＤ）からなる。
【００１８】
図２を参照して、金属蓋４の構造を説明する。図２（ａ）は、金属蓋４の上面図であり、（ｂ）は、金属蓋４の側面図である。金属蓋４の形状は、金属ケース３の外径と同じ円形で蓋の一部が、鍛造することによって、１ｍｍ〜３ｍｍの凸型部19をなし、金属ケース３の開口部へ入り込んで中蓋を構成し、横ズレを防止している。また、金属蓋４は凹部２０を有する。図１によれば、前記凹部２０はキャップ６の凸部と組み合わされる構成である。
【００１９】
金属蓋４は、中央に雷管部５が貫通する８ｍｍφの貫通孔２１と、円周の一部に電子モジュール部１にエネルギーを供給するための入力線１３が通過する切り欠き２２（図２（ａ））を有する。前記貫通孔２１（図２（ａ））には、前記ストッパー７の金属蓋へ挿入する部位１７が挿入されて結合される。金属蓋４の厚みは３．２ｍｍである。金属蓋４の材質は深絞り用の鉄類（ＳＰＣＥ若しくはＳＰＣＤ）からなる。また、電子モジュール部１と金属ケース３との間隙には粘弾性樹脂１２が充填されている。
【００２０】
更に電子モジュール部１のアルミ電解コンデンサ９の側面周囲には、コンデンサ保護材１０が配置され、電子モジュール部１と金属ケース３の底の間に電子モジュール部保護材１１が配置される。該保護材１１は、前記金属ケース３と電子モジュール部１とが接触することによって生じる電気的誤作動を防止する役割と、電子モジュール部１が金属ケース３の底部から伝播してくる衝撃を緩衝する役割とを果たす。コンデンサ保護材１０及び電子モジュール部保護材１１は、密度０．０６８ｇ／ｃｍ³ （ＪＩＳＫ６７６７）、発泡倍率１５倍のポリエチレンフォームで構成した。また、厚さは３ｍｍ乃至８ｍｍ程度が適当であるが、本実施形態では５ｍｍとした。
【００２１】
このように本実施態様の電子雷管は、金属製の強固な隔壁で電子モジュールの全周囲を覆うことによって、圧力に対する耐性を向上させ、且つ粘弾性樹脂で電子モジュールと隔壁との間隙を埋めることによって、両者の衝突を防止することが可能となる。また、ポリエチレンフォーム材を前記の通り所定の箇所に配置することによって、更に耐衝撃性能を向上させることが可能になる。前記金属ケース３は、外殻ケース２によって覆われる構造である。
【００２２】
本実施態様において、外殻ケース２と金属ケース３とは、一般的なかん合技術によって固定されてなるが、インサート成型等の技術を用いて一体化されても良い。外殻ケース２は、全長４６ｍｍ、外径３２ｍｍの底部の内壁及び外壁に湾曲（Ｒ）部を有する円筒状の形状であり、肉厚は１．５ｍｍである。該形状は、前記金属ケース３の湾曲（Ｒ）部を無駄なく覆うためであるとともに、爆薬装薬孔への装填時にスムースに装填するために好適な形状である。
【００２３】
また、外殻ケース２は、キャップ６とかん合部８で結合される。キャップ６と外殻ケース２との結合は、キャップ６が結合用の爪を複数、所定の箇所に有し、外殻ケース２が前記爪部と合わさる部分に窓部を設け、キャップ６を外殻ケース２に押し込むことによって、前記爪部が前記窓部に引っ掛かって強固に結合される。雷管５は、前記キャップ６で支持されており、雷管５と金属蓋４の間にストッパー７が配置される。雷管部５を支持したキャップ６は、ストッパー７と結合される。キャップ６には、雷管部とのかん合部に爆薬からの抜け落ち防止のための鋸刃状の段差部２３を設ける。
【００２４】
電子モジュール部１の入力側には、発破器（図示せず）に接続される入力線１３がキャップ６と金属蓋４を通して接続される。本実施態様の電子雷管は、設定した遅延時間相当の計時が終了すると、コンデンサ９の電気エネルギーを雷管部５に放電するが、該放電エネルギーを雷管部５に供給するための出力線１４は、ストッパー７を通して雷管部５へ接続されている。また、雷管部５は、点火ヒータを有する電気雷管であって、該点火ヒータを前記コンデンサ９の放電エネルギーによって加熱することによって周囲に配置される火薬に着火し、起爆に至らしめる構造である。
【００２５】
図３を参照して、ストッパー７の構造を説明する。図３（ａ）は、ストッパー７の正面図である。ストッパー７の主な寸法は、全長１３ｍｍの円柱をなし、キャップに挿入する側１５から７ｍｍに直径１２ｍｍ、厚さ２．６ｍｍの鍔１６を設けている。該鍔１６の付け根には湾曲（Ｒ）部を設け、剪断強度を強化した。鍔１６を境に、キャップへ挿入する部位１５は直径７．４ｍｍ、金属蓋へ挿入する部位１７は直径８ｍｍの円柱状である。また、ストッパー７は、円柱の円周方向から中心に向かい出力線１４が通る切り欠き（スリット）部１８を有する。
【００２６】
図３（ｂ）は、ストッパー７の切り欠き部１８の形状を参照するための側面図である。前記切り欠き部１８は、キャップへ挿入する部位１５の切り込み深さが中心より深く、金属蓋へ挿入する部位１７の切り込み深さが中心か若しくは中心より浅い形状である。このような形状にすることによって、ストッパー７の構造強度が増し、且つ出力線が無理なく雷管部に達する。
【００２７】
前記外殻ケース２、キャップ６、ストッパー７の材質は、ポリプロピレンを使用した。キャップ６、雷管部５、ストッパー７、金属蓋４の組立は、先ず電子モジュール部１に入力線１３及び雷管部５に結合されている出力線１４をはんだ付けする。次に、前記雷管部５を金属蓋４の貫通孔２１に一旦通過させ、キャップ６に所定位置まで挿入する。次にストッパー７の切り欠き部１８に出力線１４をはさみ、そのままストッパー７の部位１５をキャップ６に押し込んで結合する。次にストッパー７の部位１７と金属蓋４の貫通孔２１と結合させることによって、キャップ６、雷管部５、ストッパー７、金属蓋４が強固に組み立てられる。
【００２８】
【実施例】
前記実施態様の構造からなるサンプルＡと、特開平10-9799号公報に記載の構造、すなわち雷管部の軸方向に金属隔壁を設けない構造のサンプルＢとを、水中爆発衝撃印加実験にて比較した。実験は、水深２ｍにドナー爆薬と前記実験サンプルとを、所定の距離を置いて吊し、前記ドナー爆薬を爆発させて爆発衝撃を印加したときの実験サンプルの挙動を観察した。実験条件として、前記ドナー爆薬には、スラリー爆薬１００ｇを用いた。また、前記ドナー爆薬と前記実験サンプルとの距離を３０ｃｍ、３５ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍに設定し、各々の条件において比較した。実験結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１によれば、特開平10-9799号公報に記載の構造サンプルＢでは、３５ｃｍ乃至４０ｃｍで誘爆（自爆）動作する場合が確認されるが、本発明の実施形態に記載の構造サンプルＡでは、雷管部が殉爆する衝撃領域まで正常な計時動作することが確認された。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の技術に比べ、爆発衝撃に対して正常に計時動作してから起爆に至る領域が拡大されるため、外部からの衝撃に対し電子モジュール部の耐衝撃性が向上し、ユーザーにとって精度の高い制御発破が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明電子雷管の一例を示す断面図である。
【図２】 金属蓋の構造の例を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】 ストッパーの構造の例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１ 電子モジュール部
２ 外殻ケース
３ 金属製ケース
４ 金属蓋
５ 雷管部
６ キャップ
７ ストッパー
８ かん合部
９ 電解コンデンサ
１０ コンデンサ保護材
１１ 電子モジュール部保護材
１２ 粘弾性樹脂
１３ 入力線
１４ 出力線
１５ キャップ挿入側
１６ ストッパー鍔
１７ 金属蓋挿入側
１８ 切り欠き
１９ 金属蓋凸部
２０ 金属蓋凹部
２１ 雷管貫通孔
２２ 入力線通過切り欠き
２３ 鋸刃状段差部

Claims (1)

1. 外殻ケース及び該外殻ケースのキャップと、前記外殻ケース内に収容される電子モジュール部と、前記外殻ケースのキャップに支持される雷管部と、を有し、前記電子モジュール部が、金属製隔壁と該金属製隔壁を被蓋する金属製蓋部と該金属製隔壁の底を閉鎖する底部とからなる金属ケース内に収容されて外殻ケース内に収容されることで該金属ケースによって全周囲が覆われ、且つ前記金属製蓋部と外殻ケースのキャップに前記雷管部が電子モジュールが収納された金属ケース内に突入することを防止するストッパーを結合してなることを特徴とする電子雷管。

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