JP2003214800A - 急膨張金属混合物カプセル構造 - Google Patents

急膨張金属混合物カプセル構造

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JP2003214800A JP2002308694A JP2002308694A JP2003214800A JP 2003214800 A JP2003214800 A JP 2003214800A JP 2002308694 A JP2002308694 A JP 2002308694A JP 2002308694 A JP2002308694 A JP 2002308694A JP 2003214800 A JP2003214800 A JP 2003214800A
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昌 宣 金
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 急膨張金属混合物に酸化反応を起こさせるた
めの触発温度を容易に提供することが可能な急膨張金属
混合物カプセル構造を提供すること。 【解決手段】 絶縁体外皮１４と、外皮１４の内部に充
填された急膨張金属混合物１２と、急膨張金属混合物１
２に埋没して装備された１対のアーク放電用触発針２
４、２４と、１対のアーク放電用触発針２４、２４に電
気的に接続され、外部の高電圧発生装置から上記１対の
アーク放電用触発針２４、２４に高電圧を伝えることが
可能な１対の電源供給棒２２、２３とを含み、外向きの
アーク放電用触発針２４、２４が両端に１本ずつ接続さ
れた触発針棒２０が長手方向一列に複数本配列された触
発針棒２０の列が、１対の電源供給棒２２、２３に接続
された１対のアーク放電用触発針２４、２４の間に、相
対向するアーク放電用触発針２４、２４同士が互いに間
隔を保つように設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧発生装置に
よって発生された高電圧を印加することにより、急膨張
金属混合物の酸化反応の触発に必要な高温を容易に提供
することが可能な急膨張金属混合物カプセル構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】前記急膨張金属混合物とは、本発明者が
発明して韓国特許庁に特許出願し特許を受けた物質を指
す（登録番号：韓国特許登録第１０−０２１３５７７
号）。韓国特許登録第１０−０２１３５７７号に係る急
膨張金属混合物は次の如く定義することができる。
【０００３】本発明者は、金属塩と金属粉末を混合して
７００℃以上（通常は１，５００℃内外）の高温を加え
ると（ただし金属塩、金属粉末の種類及びこれらの混合
比に応じて加える温度が異なる）、金属塩によって金属
粉末が酸化すると同時に超高熱（３，０００℃〜３０，
０００℃）の酸化熱が発生し、このような反応を密閉空
間で起こすと、酸化熱によって超高圧（４０，０００〜
６０，０００ｋｇ／ｃｍ2）の気化膨張が起った後直ち
に収縮することを反復実験で確認した。特に、このよう
な反応は金属塩と軽金属粉末とを混合させた場合に最も
確実に起る。
【０００４】例えば、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ3）3）とマン
ガン（Ｍｎ）粉末との混合物に約１，５００℃の熱衝撃
を加えると、次の反応が起る。
【０００５】２Ｆｅ（ＮＯ3）3＋９Ｍｎ→２Ｆｅ＋３Ｍ
ｎ3Ｏ4＋３Ｎ2＋３Ｏ2 この際、１０，０００℃以上の酸化熱が発生し、この酸
化熱によって生成物の鉄（Ｆｅ）と酸化マンガン（Ｍｎ
3Ｏ4）とは気化及び急膨張する。気化及び急膨張の途
中、前記反応の逆反応は起らない。急膨張によって体積
が大きくなると、内部の温度が低下し、同時に鉄（Ｆ
ｅ）と酸化マンガン（Ｍｎ3Ｏ4）とは気体状態から固体
状態に状態変化を起こして瞬間的に膨張圧がなくなる。
体積と温度に関するシャルルの法則又は断熱膨張の理論
によってこのような場合の急膨張による温度低下を説明
することができる。
【０００６】従って、前記急膨張金属混合物は、酸化剤
としての金属塩と、該金属塩によって７００℃以上（通
常は１，５００℃以上）の高温条件で酸化される金属粉
末との混合物であると定義される。
【０００７】この際、発生する酸化熱は３，０００℃〜
３０，０００℃の超高熱である。このような酸化熱は、
酸化後の生成物を気化膨張させ、密閉空間に４０，００
０〜６０，０００ｋｇ／ｃｍ2の超高圧を発生させる。
【０００８】このような酸化反応及び急膨張が高熱条件
でのみ起り得るという点は、前記急膨張金属混合物の産
業上利用可能性を暗示している。即ち、従来のダイナマ
イトに代えて岩石等の破壊に使用することができる。ダ
イナマイトと比較すると、次のような長所が挙げられ
る。即ち、膨張力が一層大きい上、酸化時間も短く、急
膨張によって高温条件が満たされなければ直ちに気化膨
張した生成物が固体状態に状態変化を起こして膨張が止
まるので岩石の飛散が抑えられ、騒音伝達が非常に少な
い。これは、従来の火薬は有機物の酸化及び気化を用い
るのに対し、前記急膨張金属混合物は金属の酸化及び気
化を用いるからである。従来の有機物火薬は、急膨張後
内部温度が低下しても、気体生成物がさらに固体状態に
状態変化せず、気体状態を維持しながら拡散するため、
飛散、騒音及び振動が大きい。これに対し、前記急膨張
金属混合物は、酸化反応が与え難い高温でのみ起るた
め、日常的な保管及び管理中の偶発的な爆発可能性は考
えられない。一方、従来の火薬は２５０℃内外の低温で
も点火するため、運搬及び保管上に格別な注意を要す
る。
【０００９】前記金属塩としては、金属硝酸塩が最も好
ましいが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、
金属酸化塩、金属水酸塩、金属炭酸塩、金属硫酸塩，金
属過塩素酸塩等の金属塩を代替使用することもできる。
また、これらの金属塩をそれぞれ単独で、或いは２種以
上混合して使用することができる。特に、金属硝酸塩に
金属酸化塩、金属水酸塩，金属過塩素酸塩または金属硫
酸塩の１種またはそれ以上を混合して酸化開始時間及び
酸化反応時間を調節することができる。
【００１０】前記金属硝酸塩としては、硝酸鉄（Ｆｅ
（ＮＯ3）3）、硝酸銅（Ｃｕ（ＮＯ3）2）、硝酸バリウ
ム（Ｂａ（ＮＯ3）2）、硝酸マンガン（Ｍｎ（Ｎ
Ｏ3）4）、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ3）2）、硝酸
カリウム（ＫＮＯ3）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ3）、
または硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ3）2）などが挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。これらを単
独で、或いは２種以上混合して使用することができる。
【００１１】前記金属酸化塩としては、四酸化三マンガ
ン（Ｍｎ3Ｏ4）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化チ
タニウム（ＴｉＯ2）、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、三
酸化二クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、
四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸
化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カリウム
（Ｋ2Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、三酸化二ニッ
ケル（Ｎｉ2Ｏ3）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化リチウム
（Ｌｉ2Ｏ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロン
チウム（ＳｒＯ）、または三酸化二硼素（Ｂ2Ｏ3）など
が挙げられるが、これらに限定されるものではない。こ
れらを単独で、或いは２種以上混合して使用することが
できる。
【００１２】前記金属水酸塩としては、水酸化リチウム
（ＬｉＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナト
リウム（ＮａＯＨ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）
2）、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）2）、水酸化ストロ
ンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）2）、水酸化亜鉛（Ｚｎ（Ｏ
Ｈ）2）、水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）、水酸化銅（Ｃｕ
（ＯＨ）2）、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）2）、水酸
化マンガン（Ｍｎ（ＯＨ）3）、水酸化クロム（Ｃｒ
（ＯＨ）3）、水酸化マグネシウム（ＭｇＯＨ）などが
挙げられるが、これらに限定されるものではない。これ
らを単独で、或いは２種以上混合して使用することがで
きる。
【００１３】前記金属炭酸塩としては、炭酸リチウム
（Ｌｉ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、炭酸ナト
リウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣ
Ｏ3）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）、炭酸ストロンチウ
ム（ＳｒＣＯ3）、炭酸亜鉛（ＺｎＣＯ3）、炭酸鉄（Ｆ
ｅＣＯ3）、炭酸銅（ＣｕＣＯ3）、炭酸ニッケル（Ｎｉ
ＣＯ3）、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ3）、炭酸クロム（Ｃ
ｒＣＯ3）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）などが挙げ
られるが、これらに限定されるものではない。これらを
単独で、或いは２種以上混合して使用することができ
る。
【００１４】前記金属過塩素酸塩としては、過塩素酸リ
チウム（Ｌｉ1ＣｌＯ4）、過塩素酸カリウム（Ｋ1Ｃｌ
Ｏ4）、過塩素酸ナトリウム（Ｎａ1ＣｌＯ4）、過塩素
酸カルシウム（Ｃａ（ＣｌＯ4）2）、過塩素酸バリウム
（Ｂａ（ＣｌＯ4）2）、過塩素酸亜鉛（Ｚｎ（Ｃｌ
Ｏ4）2）、過塩素酸鉄（Ｆｅ（ＣｌＯ4）3）、過塩素酸
マンガン（Ｍｎ（ＣｌＯ4）2）、過塩素酸マグネシウム
（Ｍｇ（ＣｌＯ4）2）などが挙げられるが、これらに限
定されるものではない。これらを単独で、或いは２種以
上混合して使用することができる。
【００１５】また、金属硫酸塩としては、硫酸カリウム
（Ｋ2ＳＯ4）、硫酸リチウム（Ｌｉ 2ＳＯ4）、硫酸ナト
リウム（Ｎａ2ＳＯ4）、硫酸カルシウム（ＣａＳ
Ｏ4）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）、硫酸ストロンチウ
ム（ＳｒＳＯ4）、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ4）、硫酸鉄（Ｆ
ｅＳＯ4）、硫酸銅（ＣｕＳＯ4）、硫酸ニッケル（Ｎｉ
ＳＯ4）、硫酸アルミニウム（Ａｌ2（ＳＯ4）3）、硫酸
マンガン（ＭｎＳＯ4）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳ
Ｏ4）、硫酸クロム（ＣｒＳＯ4）などが挙げられるが、
これらに限定されるものではない。これらを単独で、或
いは２種以上混合して使用することができる。
【００１６】前記金属粉末としては、アルミニウム（Ａ
ｌ）粉末、ナトリウム（Ｎａ）粉末、カリウム（Ｋ）粉
末、リチウム（Ｌｉ）粉末、マグネシウム（Ｍｇ）粉
末、カルシウム（Ｃａ）粉末、マンガン（Ｍｎ）粉末、
バリウム（Ｂａ）粉末、クロム（Ｃｒ）粉末、珪素（Ｓ
ｉ）粉末などが挙げられるが、これらに限定されるもの
ではない。これらを単独で、或いは２種以上混合して使
用することができる。
【００１７】前記金属塩と金属粉末との混合比率は、金
属塩から発生する酸素量と金属粉末の酸化に必要な酸素
量から化学式によって算出した分子量の比率となる。一
つの急膨張金属混合物カプセル構造内で前記金属粉末を
酸化させるのにかかる時間は１／２，０００秒〜１／１
００秒の極めて短い時間である。
【００１８】前記急膨張金属混合物の構成、作用及び製
造工程は前記韓国特許登録第１０−０２１３５７７号公
報に詳細に開示されている。本発明は前記韓国特許登録
第１０−０２１３５７７号発明を産業上利用可能にする
用途発明なので、急膨張金属混合物自体については、こ
れ以上具体的には言及しない。
【００１９】酸化反応触発のための高温条件は、様々な
方法によって提供することができるが、本発明では、特
に、高電圧によるアーク放電熱を熱源として使用するこ
とが可能な急膨張金属混合物カプセル構造を提供する。
これは、アーク放電による場合、容易に数千℃に達する
熱を局部的に発生させることができるためである。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な急膨張金属混合物に酸化反応を起こさせるための触発
温度を容易に提供することが可能な急膨張金属混合物カ
プセル構造を提供することを目的としている。
【００２１】また、本発明は、カプセルの長さが長くな
っても急膨張金属混合物の発火を容易に誘導することが
でき、低い電圧でも放電及びスパークを複数の地点から
発生せしめることが可能な急膨張金属混合物カプセル構
造を提供することを他の目的としている。
【００２２】さらに、本発明は、急膨張金属混合物カプ
セル構造を設置するために破壊対象物に設ける孔の直径
を小さくし、急膨張金属混合物カプセル構造の挿入を容
易にすることが可能な急膨張金属混合物カプセル構造を
提供することを他の目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る急膨張金属混合物カプセル構造は、絶
縁体外皮と、該絶縁体外皮の内部に充填された急膨張金
属混合物と、該急膨張金属混合物に埋没して装備された
相対向する１対のアーク放電用触発針と、これら１対の
アーク放電用触発針に電気的に接続され、外部の高電圧
発生装置から前記１対のアーク放電用触発針に高電圧を
伝えることが可能な１対の電源供給棒とを備えている埋
没ことを特徴としている。
【００２４】カプセル構造の長さが長くなる場合には、
外向きのアーク放電用触発針が両端に１本ずつ接続され
た触発針棒、又は該触発針棒が長手方向一列に複数本配
列された触発針棒の列が、前記１対の電源供給棒に接続
された前記１対のアーク放電用触発針の間に、相対向す
る前記アーク放電用触発針同士が互いに間隔を保つよう
に設けられていることが好ましい。これにより、後述す
る抵抗線の長さを減らすと共に、低い電圧でも複数の地
点でアーク放電を発生させることができるようになる。
【００２５】ここで、前記触発針棒が、前記絶縁体外皮
の内部に形成された絶縁支持物と、該絶縁支持物から前
記触発針棒まで延設された補助支柱によって、前記１対
の電源供給棒に接続された前記１対のアーク放電用触発
針と一列になるように固定されていることが好ましい。
【００２６】前記１対のアーク放電用触発針の間には、
高電圧印加時に急加熱され、溶解及び気化しながら触発
針の間にアーク放電を誘導することが可能な抵抗線がさ
らに接続されていることが望ましい。これにより、アー
ク放電の容易な発生が可能になる。
【００２７】前記急膨張金属混合物が、前記一対のアー
ク放電用触発針の間にアーク放電を容易に誘導すること
ができるように添加された電解液を含み、相対向する前
記アーク放電用触発針間の間隔が１ｍｍ〜１００ｍｍと
なっていることが望ましい。この際、前記抵抗線を別に
備えなくても、アーク放電の発生が可能である。
【００２８】前記１対の電源供給棒が急膨張金属混合物
カプセル構造の両側面から外側に１本ずつ引き出されて
いるとよい。このような構成は、カプセル内部構造が単
純になる一方、操作性が低下し、作業時にカプセル装置
孔を広く開けなければならないという欠点がある。
【００２９】前記１対の電源供給棒が急膨張金属混合物
カプセル構造の一側面から外側に引き出されていてもよ
い。このような構成はカプセル内部構造が複雑になる一
方、操作性に優れており、作業時にカプセル装置孔の直
径を狭く開けてもよいという利点がある。
【００３０】前記急膨張金属混合物が、金属粉末と、該
金属粉末を少なくとも７００℃以上（通常は１，５００
℃内外）の高温で酸化させる金属塩を質量比０．１：９
９．９〜９９．９：０．１の比率で混合した混合物であ
ることが望ましい。
【００３１】前記金属塩が、金属硝酸塩、金属酸化塩、
金属水酸塩、金属炭酸塩及び金属硫酸塩のうちのいずれ
か１種または２種以上を含む混合物であることが望まし
い。
【００３２】前記金属粉末が、アルミニウム（Ａｌ）、
ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌ
ｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、マ
ンガン（Ｍｎ）、バリウム（Ｂａ）、クロム（Ｃｒ）及
び珪素（Ｓｉ）のうちのいずれか１種または２種以上を
含む混合物であることが望ましい。
【００３３】前記急膨張金属混合物が、保管中に金属粉
末が酸化することを防止するために添加されたオイルま
たは無機防腐剤を含むことことが好ましい。
【００３４】また、前記急膨張金属混合物が、保管中に
金属粉末が酸化することを防止するために樹脂でコーテ
ィングされており、０．１ｍｍ3〜１００ｍｍ3の体積に
成形されているとよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、添付図に基づいて本発明の
望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００３６】図１は本発明の第１の実施の形態に係る急
膨張金属混合物カプセル構造を示す断面図、図２は本発
明の第２の実施の形態に係る急膨張金属混合物カプセル
構造を示す断面図、図３は本発明の第３の実施の形態に
係る急膨張金属混合物カプセル構造を示す断面図、図４
は本発明の第４の実施の形態に係る急膨張金属混合物カ
プセル構造を示す断面図、図５は本発明の第５の実施の
形態に係る急膨張金属混合物カプセル構造を示す断面
図、図６は本発明の実施の形態に係る急膨張金属混合物
カプセル構造に高電圧を供給するための高電圧発生装置
のブロック回路図をそれぞれ示す。
【００３７】図１に示した第１の実施の形態に係る急膨
張金属混合物カプセル構造は、本実施の形態の中で最も
基本的で単純なものとなっている。
【００３８】図１を参照すると、第１の実施の形態に係
るカプセル構造は、絶縁体外皮１４と、絶縁体外皮１４
の内部に充填された急膨張金属混合物１２と、絶縁体外
皮１４の長手方向の両側面に外部に突出するように設置
された１対の電源供給棒２２、２３と、１対の電源供給
棒２２、２３の内側端に設けられ高電圧印加時にアーク
放電を行うことが可能な相対向する１対のアーク放電用
触発針２４、２４とを備えている。
【００３９】外皮１４は、紙管、合成樹脂管またはセラ
ミック管など絶縁体管を使用し、両側面が密封される。
アーク放電用触発針２４は急膨張金属混合物１２内に埋
没状態に装備される。電源供給棒２２、２３は、１対の
アーク放電用触発針２４、２４に電気的に接続され、後
述する外部の高電圧発生装置から１対のアーク放電用触
発針２４、２４に高電圧を伝えることが可能となってい
る。電源供給棒２２、２３及びアーク放電用触発針２４
は一体のものとすることもできるが、別途に製作して接
合することもできる。アーク放電用触発針２４及び電源
供給棒２２、２３の材質は銅などの導電性金属である。
アーク放電用触発針２４及び電源供給棒２２、２３の形
状は棒形又は板形である。１対の電源供給棒２２、２３
の間に２ｋＶ以上の高電圧を印加すると、一対のアーク
放電用触発針２４、２４間にアーク放電が起こり、陰極
及び陽極のアーク放電用触発針２４、２４付近の温度は
瞬間的に２，０００℃以上に上がるようになっている。
【００４０】図１に示すように、一対のアーク放電用触
発針２４、２４間には抵抗線２６がさらに接続されてお
り、抵抗線２６は、高電圧印加時に高電流によって急加
熱され、溶解及び気化しながら触発針の間にアーク放電
を容易に誘導することができるようになっている。抵抗
線２６の材質としてはニクロムまたはタングステンが好
ましい。このように抵抗線２６を設置することにより、
一対のアーク放電用触発針２４、２４間の間隔がある程
度離隔していても、アーク放電を誘導することができ
る。
【００４１】一方、急膨張金属混合物１２に含まれる金
属塩は、金属硝酸塩、金属酸化塩、金属水酸塩、金属炭
酸塩及び金属硫酸塩のうちのいずれか１種または２種以
上を含む混合物であることが望ましい。また、急膨張金
属混合物１２に含まれる金属粉末は、アルミニウム（Ａ
ｌ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、リチウム
（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃ
ａ）、マンガン（Ｍｎ）、バリウム（Ｂａ）、クロム
（Ｃｒ）及び珪素（Ｓｉ）のうちのいずれか１種または
２種以上を含む混合物であることが望ましい。
【００４２】急膨張金属混合物１２は、上記のような金
属粉末と、該金属粉末を少なくとも７００℃以上（通常
は１，５００℃内外）の高温で酸化させる金属塩を質量
比０．１：９９．９〜９９．９：０．１の比率で混合し
た混合物であることが望ましい。
【００４３】急膨張金属混合物１２は、保管中に湿気ま
たは空気によって金属塩が腐食する又は金属粉末が酸化
することを防止するために添加されたオイルなどの発水
剤又は無機防腐剤を含むことが望ましく、また、粒子の
表面が樹脂でコーティングされており、０．１ｍｍ3〜
１００ｍｍ3の体積に成形されていることが望ましい。
オイル、無機防腐剤または樹脂などは、高熱条件で溶解
及び気化するので、金属塩による金属粉末の酸化反応に
は全く影響を与えない。
【００４４】図６を参照すると、本実施の形態で用いた
高電圧発生装置は、入力交流電源３０を分配して機器に
供給する電源分配器３２と、電源分配器３２を介した交
流電源を逓増させて直流昇圧する逓増圧直流昇圧器３４
と、昇圧された直流電圧を所定の高電圧に充電する充電
器３６と、瞬間導通によって充電された所定の高電圧を
本体の外部に露出された電線へ供給する瞬間開閉器３８
とから構成することができる。開閉器３８の陽極及び陰
極端子をコネクタ４０によってカプセル構造の電線２５
に接続した後、高電圧を印加する。高電圧発生装置は、
図６に示した構成と電気的に等価の他の構成を取っても
構わない。このような高電圧発生装置自体の構成は本発
明の要部ではない。
【００４５】図２に示した第２の実施の形態に係るカプ
セル構造は、図１に示したカプセル構造とほぼ同様の構
成を含む。ただし、本実施の形態ではカプセル構造の両
側面から突出した１対の電源供給棒２２、２３の間にア
ーク放電用触発針２４が２対以上（図２では３対）直列
に接続されている。
【００４６】このように本実施の形態では、外向きのア
ーク放電用触発針２４が両端に１本ずつ接続された触発
針棒２０が長手方向一列に複数本（図２では２本）配列
された触発針棒２０の列が、１対の電源供給棒２２、２
３に接続された１対のアーク放電用触発針２４、２４の
間に、相対向するアーク放電用触発針２４、２４同士が
互いに間隔を保つように設けられている。
【００４７】電源供給棒２２、２３の内側端に接続され
たアーク放電用触発針２４を除いた残りのアーク放電用
触発針２４は、急膨張金属混合物１２内に埋没した触発
針棒２０の両端に形成されている。即ち、第２の実施の
形態は、第１の実施の形態において１対の電源供給棒２
２、２３に接続されたアーク放電用触発針２４の間に、
両端にアーク放電用触発針２４を１本ずつ形成した触発
針棒２０を一列に１本または２本以上さらに備えたもの
である。
【００４８】このような触発針棒２０をカプセル構造内
に配置するため、図２に示すように、第２の実施の形態
は、急膨張金属混合物１２が充填されて密封された絶縁
体外皮１４と、絶縁体外皮１４の内側に形成された絶縁
支持物１６と、絶縁支持物１６上に垂直に一定の間隔を
置いて設置される補助支柱１８と、補助支柱１８の一端
に絶縁支持物１６の長手方向に一定間隔で設置される１
本以上の触発針棒２０と、外皮１４の両端に設けられ、
高電圧発生装置に接続される１対の電源供給棒２２、２
３と、外皮１４内の触発針棒２０の両端及び電源供給棒
２２の一端に直列に配列される２対以上のアーク放電用
触発針２４と、アーク放電用触発針２４の間に電気的に
接続設置される抵抗線２６とから構成される。触発針棒
２０は、絶縁体外皮１４の内部に形成された絶縁支持物
１６と、該絶縁支持物１６から触発針棒２０まで延設さ
れた補助支柱１８によって、１対の電源供給棒２２、２
３に接続された１対のアーク放電用触発針２４、２４と
一列になるように固定されている。
【００４９】図２に示した第２の実施の形態に係る急膨
張金属混合物カプセルは、以下ようにして製造される。
まず、円筒形などの適当な形状に製作される絶縁体外皮
１４内に急膨張金属混合物１２を充填し、その密封され
た絶縁体外皮１４の内側にカプセルの長手方向に絶縁支
持物１６を配置し、その絶縁支持物１６の長手方向に一
定の間隔を置いてその絶縁支持物１６上に垂直に一本以
上の補助支柱１８の一端を固設する。そして、その補助
支柱１８の他端に絶縁支持物１６の長手方向に一定の間
隔で一本以上の触発針棒２０を固設する。カプセルの長
手方向の両側端にはそれぞれ電源供給棒２２、２３を１
本ずつ設置し、触発針棒２０及び電源供給棒２２、２３
と電気的に接続されるアーク放電用触発針２４をカプセ
ル１０内に一列に配列して設置する。また、アーク放電
用触発針２４の間には電気的に接続されるように抵抗線
２６を設置する。
【００５０】１対の電源供給棒２２、２３の両端に高圧
電源が印加されると、抵抗線２６は急加熱され、溶解及
び気化し、多数の触発針２４の間に漏洩電流のアーク放
電を誘導してその周囲に金属塩による金属粉末の酸化反
応を触発する高温が発生し、これにより急膨張金属混合
物１２の酸化反応が開始される。
【００５１】第２の実施の形態に係る構造は、特にカプ
セルの長さが長い場合に有用な構造であって、複数の地
点からアーク放電を誘導することができ、印加電圧を低
下させることもできるという利点がある。これは、アー
ク放電用触発針２４、２４間の距離が２００ｍｍ以上の
場合には６〜７ｋＶ以上の電圧を印加しなければアーク
放電が起らないが、これに対し、アーク放電用触発針２
４、２４間の距離が１００ｍｍ以内の場合には３〜４ｋ
Ｖ以内の電圧を加えてもアーク放電が起るからである。
勿論、アーク放電に必要な印加電圧の大きさは抵抗線の
種類、電解液の種類及び濃度など別の条件によってもあ
る程度変わる可能性がある。
【００５２】図３に示した第３の実施の形態は、上述し
た第２の実施の形態において１対の電源供給棒２２、２
３を全てカプセルの一側面から突出するように形成した
ことに特徴がある。即ち、第２の実施の形態では１対の
電源供給棒２２、２３がカプセルの両側面から外側に１
本ずつ引き出されているのに対し、第３の実施の形態で
は１対の電源供給棒２２、２３のうち一方の電源供給棒
２３が絶縁支持物１６の内部を貫通し、他方の電源供給
棒２２が突出したカプセルの側面まで延長されており、
１対の電源供給棒２２、２３が急膨張金属混合物カプセ
ル構造の一側面から外側に引き出されている。したがっ
て例えば、電源供給棒２２、２３の（＋）端子をカプセ
ル構造の左側面から引き出して（−）端子をカプセル構
造の右側面から引き出すことも、両端子をカプセル構造
の右側面から引き出すこともできる。
【００５３】一般に、本発明に係る急膨張金属混合物カ
プセル構造を使用する場合、岩などの破壊対象にドリル
などによって孔を開け、孔の内部にカプセルを立設した
後、電源供給用電線２５のみを外部に引き出し、残り部
分は全てセメントなどを用いて孔の内部に密封する。こ
の際、１対の電源供給棒をカプセルの両側面から外側に
１本ずつ引き出されるように構成すると、図６に示すよ
うに、孔の直径が大きくなり、密封空間が広くなるとい
う問題点がある。即ち、急膨張金属混合物カプセル１０
を破壊対象物に孔４４を設けた後挿入及び密封するが、
この際、図６の如く１対の電源供給棒をカプセル１０の
両面に突設させた場合より、１対の電源供給棒をカプセ
ル１０の一面に突設させる場合が、孔の直径をより縮め
ることができ、密封空間も狭くなる上、作業性にも優れ
ている。このような電源供給棒の配列はカプセルの長さ
が長い場合にさらに有用であるが、第１の実施の形態の
如く小型または中型のカプセルにおいても適用可能であ
る。
【００５４】図４に示した第４の実施の形態によれば、
第２の実施の形態などの上述した実施の形態とは異な
り、抵抗線２６に代えて、アーク放電を誘導することが
可能な電解液を急膨張金属混合物１２に添加することに
特徴がある。
【００５５】本実施の形態では、急膨張金属混合物１２
は、一対のアーク放電用触発針２４、２４の間にアーク
放電を容易に誘導することができるように添加された電
解液を含んでいる。これにより、上記抵抗線２６を備え
ていなくても、アーク放電を容易に誘導することができ
る。上記電解液としては硼酸アンモニウム、硝酸塩、硫
酸塩などをエチレングリコールなどのグリセリン類及び
アルコール類に微量溶かした液を使用することが好まし
い。
【００５６】この際の相対向する一対のアーク放電用触
発針２４、２４間の間隔は１ｍｍ〜１００ｍｍであるこ
とが好ましい。従って、本発明の第４の実施の形態は、
電解誘導液の加えられた急膨張金属混合物１２と、急膨
張金属混合物１２が充填されて密封された絶縁体外皮１
４と、絶縁体外皮１４の内側に形成される絶縁支持物１
６と、絶縁支持物１６上に垂直に一定の間隔で設置され
る補助支柱１８と、補助支柱１８の一端に絶縁支持物１
６の長手方向に一定の間隔で設置される１本以上の触発
針棒２０と、絶縁体外皮１４の両側面に突出し、その一
端は急膨張金属混合物に埋没した１対の電源供給棒２
２、２３と、絶縁体外皮１４内の触発針棒２０の両端及
び電源供給棒２２、２３の一端に支持され、対向する間
隔が１ｍｍ〜１００ｍｍとなるように直列に配列される
１対以上のアーク放電用触発針２４とから構成されてい
る。
【００５７】図５に示した第５の実施の形態は、第４の
実施の形態において１対の電源供給棒２２、２３を全て
カプセルの一側から突出するように形成することに特徴
がある。その理由及び効果は第３の実施の形態のそれと
同様である。
【００５８】以下、本発明に係る急膨張金属混合物カプ
セルの使用方法を図６に基づいて詳細に説明する。
【００５９】図６に示すように、使用者は本発明に係る
急膨張金属混合物カプセル１０を都心内の土木工事現
場、岩盤破壊工事現場などの発破対象物４２に孔４４を
開けて設置した後、孔の残り部分をセメントなどで密封
する。
【００６０】図６に示した高電圧発生装置では、交流入
力電源３０を電源分配器３２を介して逓増圧直流昇圧器
３４と瞬間開閉器３８用リレーＲ１、Ｒ２へ供給し、逓
増圧直流昇圧器３４で逓増圧された直流電源は充電器３
６を充電させる。このような動作は交流入力電源３０と
電源分配器３２間の電気的開閉のためのスイッチＳＷ１
と、電源分配器３２と逓増圧直流昇圧器３４間の電気的
開閉のためのスイッチＳＷ２によって制御される。
【００６１】充電器３６に充電されると、リレースイッ
チＳＷ３がオンされて瞬間開閉器が閉になり、コネクタ
４０と電線２５を介して充電器３６に充電された高電圧
が急膨張金属混合物カプセル１０の電源供給棒２２、２
３に印加される。
【００６２】この際、充電器３６はアーク放電用触発針
２４、２４間にアーク放電を起こすことが可能な高電圧
を提供する高電圧大容量の充電器でなければならず、瞬
間開閉器３８は高電圧大電流開閉器でなければならな
い。
【００６３】電源供給棒２２、２３に高電圧が印加され
ると、アーク放電によって酸化反応が始まり、金属粉末
の酸化熱によって高熱及び高圧膨張が発生すると、発破
対象物は粉砕される。即ち、相互隣接した触発針２４の
間では漏洩電流（アーク）が誘導されるとともに酸化反
応に必要な高温が急激に（例えば、約１，５００℃以上
の高温が約１／１，０００秒間）発生して外皮１４内の
急膨張金属混合物１２が瞬間的に（例えば、１／１，０
００秒〜１／１０，０００秒）酸化反応して高熱の金属
酸化熱（約３，０００〜３０，０００℃）が発生する。
この高熱は生成物を気化膨張させて高圧（４０，０００
〜６０，０００ｋｇ／ｃｍ2）の体積膨張力を発生させ
る。この気化膨張力によって発破対象物４２が短い瞬間
に破砕される。
【００６４】上述したところによれば、体積の急膨張は
内部温度を瞬間的に低下させ、よって、酸化反応生成物
（金属及び金属酸化物）は気体状態から固体状態に状態
変化することにより、体積が急収縮する。従って、発破
対象物４２を大きい膨張力によって短い瞬間に破砕する
が、飛散、騒音及び振動が非常に少ないため、発破作業
を安全且つ効率的に行うことができる。
【００６５】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明の権利範囲はこれらに限定されず、
本発明の一実施の形態と実質的に均等の範囲に属するも
のにまで及ぶ。
【００６６】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、少な
くとも７００℃以上（通常は１，５００℃内外）の高温
で酸化反応する急膨張金属混合物の触発温度を容易に提
供することができるうえ、特にカプセル内に２対以上の
放電用触発針を直列に配列する場合には低い電圧でも放
電及びスパークを複数の地点から発生せしめることがで
きるので、カプセルの長さが長くなっても急膨張金属混
合物の発火を容易に誘導することができるという効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る急膨張金属
混合物カプセル構造を示す断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態に係る急膨張金属
混合物カプセル構造を示す断面図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態に係る急膨張金属
混合物カプセル構造を示す断面図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態に係る急膨張金属
混合物カプセル構造を示す断面図である。
【図５】 本発明の第５の実施の形態に係る急膨張金属
混合物カプセル構造を示す断面図である。
【図６】 本発明に係る急膨張金属混合物カプセル構造
に高電圧を供給するための高電圧発生装置のブロック回
路図である。
【符号の説明】
１０ カプセル １２ 急膨張金属混合物 １４ 絶縁体外被 １６ 絶縁支持物 １８ 補助支柱 ２０ 触発針棒 ２２、２３ 電源供給棒 ２４ アーク放電用触発針 ２５ 電線 ２６ 抵抗線 ３０ 交流入力電源 ３２ 電源分配器 ３４ 逓増圧直流昇圧器 ３６ 充電器 ３８ 瞬間開閉器 ４０ コネクタ ４２ 発破対象物 ４４ 孔

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁体外皮と、 該絶縁体外皮の内部に充填された急膨張金属混合物と、 該急膨張金属混合物に埋没して装備された相対向する１
    対のアーク放電用触発針と、 これら１対のアーク放電用触発針に電気的に接続され、
    外部の高電圧発生装置から前記１対のアーク放電用触発
    針に高電圧を伝えることが可能な１対の電源供給棒とを
    備えていることを特徴とする急膨張金属混合物カプセル
    構造。
  2. 【請求項２】 外向きのアーク放電用触発針が両端に１
    本ずつ接続された触発針棒、又は該触発針棒が長手方向
    一列に複数本配列された触発針棒の列が、前記１対の電
    源供給棒に接続された前記１対のアーク放電用触発針の
    間に、相対向する前記アーク放電用触発針同士が互いに
    間隔を保つように設けられていることを特徴とする請求
    項１記載の急膨張金属混合物カプセル構造。
  3. 【請求項３】 前記触発針棒が、前記絶縁体外皮の内部
    に形成された絶縁支持物と、該絶縁支持物から前記触発
    針棒まで延設された補助支柱によって、前記１対の電源
    供給棒に接続された前記１対のアーク放電用触発針と一
    列になるように固定されていること特徴とする請求項２
    記載の急膨張金属混合物カプセル構造。
  4. 【請求項４】 前記１対のアーク放電用触発針の間に
    は、高電圧印加時に急加熱され、溶解及び気化しながら
    触発針の間にアーク放電を誘導することが可能な抵抗線
    がさらに接続されていることを特徴とする請求項１〜３
    のいずれかの項に記載の急膨張金属混合物カプセル構
    造。
  5. 【請求項５】 前記急膨張金属混合物が、前記一対のア
    ーク放電用触発針の間にアーク放電を容易に誘導するこ
    とができるように添加された電解液を含み、相対向する
    前記アーク放電用触発針間の間隔が１ｍｍ〜１００ｍｍ
    となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
    の項に記載の急膨張金属混合物カプセル構造。
  6. 【請求項６】 前記１対の電源供給棒が急膨張金属混合
    物カプセル構造の両側面から外側に１本ずつ引き出され
    ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に
    記載の急膨張金属混合物カプセル構造。
  7. 【請求項７】 前記１対の電源供給棒が急膨張金属混合
    物カプセル構造の一側面から外側に引き出されているこ
    とを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の急
    膨張金属混合物カプセル構造。
  8. 【請求項８】 前記急膨張金属混合物が、金属粉末と、
    該金属粉末を少なくとも７００℃以上（通常は１，５０
    ０℃内外）の高温で酸化させる金属塩を質量比０．１：
    ９９．９〜９９．９：０．１の比率で混合した混合物で
    あることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記
    載の急膨張金属混合物カプセル構造。
  9. 【請求項９】 前記金属塩が、金属硝酸塩、金属酸化
    塩、金属水酸塩、金属炭酸塩及び金属硫酸塩のうちのい
    ずれか１種または２種以上を含む混合物であることを特
    徴とする請求項８記載の急膨張金属混合物カプセル構
    造。
  10. 【請求項１０】 前記金属粉末が、アルミニウム（Ａ
    ｌ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、リチウム
    （Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃ
    ａ）、マンガン（Ｍｎ）、バリウム（Ｂａ）、クロム
    （Ｃｒ）及び珪素（Ｓｉ）のうちのいずれか１種または
    ２種以上を含む混合物であることを特徴とする請求項８
    記載の急膨張金属混合物カプセル構造。
  11. 【請求項１１】 前記急膨張金属混合物が、保管中に金
    属粉末が酸化することを防止するために添加されたオイ
    ルまたは無機防腐剤を含むことを特徴とする請求項８記
    載の急膨張金属混合物カプセル構造。
  12. 【請求項１２】 前記急膨張金属混合物が、保管中に金
    属粉末が酸化することを防止するために樹脂でコーティ
    ングされており、０．１ｍｍ3〜１００ｍｍ3の体積に成
    形されていることを特徴とする請求項８記載の急膨張金
    属混合物カプセル構造。
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