JP2010060272A - 爆発物切断装薬 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の輪郭全体に渡って切断性能を調整するために、装置中の爆発物装薬の重量を可変にできる爆発物切断装薬装薬を提供する。
【解決手段】爆発物切断装薬１００は、銅又はアルミニウムのような金属の切断材料の環状リング１０２の内部に所望の形状のキャビティ１０４を機械加工又はその他の方法で形成することによって、形成される。キャビティ１０４は、爆発物材料で満たされ得る。爆発物切断装薬１００の切断特性は、キャビティ１０４の選択された断面形状によって制御され得る。マニホールドリング１０６は、切断金属材料を有するリング１０２の活性部に接続されたブースター爆発物装薬を含み得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般的には爆発物切断装薬装置に関しており、より具体的には、気密シールされていて且つ装置の輪郭全体に渡って切断性能を調整するために装置中に配置された可変重量の爆発物装薬を有する爆発物切断装薬装置に関する。

爆発物切断装薬は、典型的には２つの基本的な構造から構成されている。おそらく最も普通のタイプは、直線形状装薬（“ＬＳＣ”）のような金属クラッド直線形状爆発物製品を使用するものである。ＬＳＣは一般的にはチューブ型の装置であり、切断対象の表面形状に合致するような形状の所定の長さに切断され、それから、ＬＳＣをその形状に維持して且つ切断対象の表面にそれを搭載するための手段を提供するために、複数片ハウジングに固定される。

直線形状の装薬に関わる問題は、切断性能を、爆発物装薬重量を変えることによって切断周の全体に渡って所望なように調整することができないという事実を含む。これは、ＬＳＣ設計プロセスが、通常は、ＬＳＣの全長に沿って可変ではない一定の（すなわち「固定コア装填」）装薬重量を製造するからである。また、ＬＳＣを特定の切断輪郭に形成するプロセスは、異なる形状への曲げを伴い、これは爆発物コアの内部に密度勾配、さらに時にはクラックさえも作り出し、これにより切断性能を劣化させる。この問題を避ける一つの方法は、曲げるときのＬＳＣの湾曲半径を制限することである。しかし、これは、ＬＳＣを製造することができる形状を制限する。また、ＬＳＣは典型的には「非切断ゾーン」を有し、冗長な起爆を許容するためにＬＳＣの端の間のギャップを橋渡しするための「追加（ピギーバック；piggy back）装薬」を必要とし得る。さらに、ＬＳＣを製造するために使用される材料は、スエージ及び成型プロセスを使用したＬＳＣ製造を許容するだけの十分な延性を有する材料に限定される。

また、ＬＳＣの設計では、起爆界面はＬＳＣの脚の一つと優先的に平行である。他の方向も可能であるが、それによってしばしば、信頼性を保つようにするために設計の複雑さが増す。加えて、起爆用の爆発物装薬要件は、ＬＳＣシース材料及びコア装填とともに変化する。ＬＳＣベースの設計では、切断界面はＬＳＣの形成可能性によって制限される。形成可能性に影響する要因は、ＬＳＣコア装填、シース又はチューブのために使用される金属材料、及び屈曲面に対する切断方向である。ＬＳＣは３次元カッターを作るために使用されることができるが、既知の設計は、一緒に接合された複数のＬＳＣセグメントを備える。さらにまた、気密シールされたＬＳＣは達成困難である。これは、ＬＳＣが典型的には、暴露されたコード端をシールするために接着剤を使用し、接着性シールは一般的に環境レベル（１×10^−５cc secのＨｅ）までしかシールしないからである。気密シールはまた、ＬＳＣの端部覆いを溶接することによっても達成されることができる。しかし、この溶接は、ＬＳＣの形状、及び爆発物材料を収容する製品への溶接に関する安全上のリスクのために難しい。

爆発物切断装薬の第２のタイプは、バルクの爆発物を爆発物ライナーに対して且つハウジング内にプレスすることによって形成される。爆発物装薬をシールし、切断対象の表面に対して固定するために必要な取り付け形状を提供し、且つ起爆用爆発物装置の取り付けのための界面を提供するために、他の部品が必要とされ得る。ターゲット材料を通る孔を開ける円錐形状の装薬に最も普通に適用されるが、プレスされた装薬は切断装薬としても使用され得る。

プレスされた装薬に関する問題は、やはり切断性能を切断周の全体に渡って所望なように調整することができないという事実を含む。これは、爆発物装薬重量を変えるために必要な形状の変化が、プレス工具を比較的複雑なものにして且つ制御を困難にするためである。また、形状が変わると、プレスされた装薬内に密度勾配が典型的に生じる。プレスされた装薬の直径に対する有効長の比率の変化さえも、密度勾配をもたらす。さらに、プレスされた粉末の設計は切断形状を制限する。ここで、この制限は、装薬をプレスするために使用される工具の形状のためであり、プレス前に粉末を複雑な形状にすることに関連した困難さを有する。３次元切断装薬は複数回のプレスを必要とし得て、製造コストを高くして且つ性能上の信頼性を低くしがちである。

必要とされるものは、気密シールされることができ、且つ爆発物装薬重量を変えることによって切断周の全体に渡って切断性能を調整することができる爆発物切断装薬である。

本発明のある実施形態によれば、爆発物切断装薬は、銅又はアルミニウムのような金属の切断材料の環状リングの内部に所望の形状のキャビティを機械加工又はその他の方法で形成することによって、形成される。このキャビティはそれから、爆発物材料で満たされる。切断装薬の切断特性は、キャビティの選択された断面形状によって制御され得る。リングは、切断金属材料を有するリングの活性部に接続されたブースター爆発物装薬を含み得る。本発明は、環状リングに限定されるものではなく、任意の閉じた又は開いた形態（例えば、一般的に方形又は直線長）であることができる。

本発明の実施形態の爆発物切断装薬の利点は、この爆発物切断装薬が気密シールされることができるという事実を含む。また、切断性能は、爆発物装薬重量を変えることによって、切断周の全体に渡って調整されることができる。また、爆発物の密度に関係する切断の一定性（consistency）は、従来技術の爆発物切断装薬に比べて比較的変動が少ない。さらに、切断性能は切断輪郭全体に渡って一定であり、これは、連続した爆発物切断装薬ライナー及び爆発物装填のためである。連続した爆発物切断装薬ライナーの使用に対する直接的な帰結（corollary）は、例えば、爆発物材料の装填の前に気密シールを達成するためにライナーを第２の部品に溶接することによって、爆発物が気密シールされることができる（１×10^−６cc secのＨｅ）ことである。加えて、起爆の信頼性が比較的高く、切断装薬の設計によって影響されない。

本発明の実施形態では、起爆界面は切断装薬に対して任意の方向に位置されることができて、爆発物界面は、製品群全体で同一であることができる。製品群は、半径方向の内側に向けて、半径方向の外側に向けて、又はその間の任意の角度で、切断する装薬を含むことができる。さらに、本発明の実施形態の爆発物切断装薬の切断輪郭は、ＬＳＣ装薬又はプレスされた装薬のいずれよりも比較的複雑であることができて、３次元切断を行うことができる。本発明の実施形態の切断輪郭の制約は、主として、どのような形状を作ることができて、且つその後にそれが爆発物材料で満たされることができるかに基づく。これより、制約は、何が機械加工、形成、成型、引き出し加工などをされることができるかに由来する。充填プロセスからの制約も存在し得るが、ここではその定性的議論は行わない。

本発明のある実施形態に従ったリング形状の爆発物切断装薬の斜視図である。 図１の実施形態の爆発物切断装薬の断面図である。 本発明の他の実施形態に従ったリング形状の爆発物切断装薬の斜視図である。 図３の実施形態の爆発物切断装薬の断面図である。 図３の実施形態の爆発物切断装薬の代替的な実施形態の断面図である。 本発明に従った突破（breaching；ブリーチング）システム内の爆発物切断装薬の他の実施形態の上面図である。 図６の突破システム内の爆発物切断装薬の実施形態の断面図である。

本発明は、描写的であることのみが意図された以下の記述及び例において、より具体的に記述される。なぜなら、そこにおける様々な改良及び改変は、当業者にとって明らかだからである。本明細書及び請求項で使用されるように、単数形「ａ」「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確にそうではないことを示していない限り、複数の参照も含み得る。また、本明細書及び請求項で使用されるように、「〜を備えている」という用語は、「〜からなる」又は「本質的に〜からなる」という実施形態を含み得る。さらに、ここに開示されている全ての範囲は端の点を含んでおり、且つ独立して組み合わせ可能である。

ここで使用されるように、関連する基礎的な機能に変化をもたらすことなく変わり得る定量的な描写を改変するために、概略的な表現が適用され得る。したがって、「約」及び「実質的に」のような単数又は複数の用語によって改変された値は、ある場合には、特定された正確な値に限定されないことがある。少なくともいくつかの場合には、概略的な表現は、その値を測定するための器具の精度に対応し得る。

本発明のある実施形態において、爆発物切断装薬は、銅又はアルミニウムのような金属の切断材料の環状リングの内部に所望の形状のキャビティを機械加工又はその他の方法で形成することによって、形成される。このキャビティは、それから、爆発物材料で満たされる。切断装薬の切断特性は、キャビティの選択された断面形状によって制御され得る。リングは、切断金属材料を有するリングの活性部に接続されたブースター爆発物装薬を含み得る。

本発明の様々な開示される実施形態の上述の及びその他の特徴は、本発明の描写的な実施形態の以下の詳細な記述及び図面から、より容易に明らかになるであろう。ここで、同じ参照番号は、同様の構成要素を示す。

図１を参照すると、本発明のある実施形態に従ったリング形状の爆発物切断装薬装置（以下、単に爆発物切断装薬という）１００の斜視図が描かれている。また図２を参照すると、図１の実施形態の爆発物切断装薬１００の断面図が描かれている。リング形状の爆発物切断装薬１００は、第１のリング（切断材料に相当）又は「ライナー」１０２を備え得て、その中にはキャビティ１０４が形成されている。キャビティ１０４は、リング形状の装薬１００の全周を走っていて、それによって、従来技術のＬＳＣ設計に本質的に存在した「非切断」ゾーンを無くし、且つ従来技術のＬＳＣの端の間のギャップを橋渡しして冗長な起爆を許容する「追加（ピギーバック）装薬」の必要性もまた無くす。第１のリング１０２は、金属（例えば銅又はアルミニウム）のような比較的延性のある材料から形成され得て、拡張された切断性能に対応する厚さを有し得る。

図１及び図２のリング形状の爆発物切断装薬１００の実施形態は、金属材料から形成された第２のマニホールドリング（マニホールドに相当）１０６もまた含んでいる。第２のリング１０６は、キャビティ１０４内への爆発物材料の挿入又は装填に先立って、第１のリング１０２に溶接され得る。爆発物は、鋳造硬化された爆発物材料を備え得る。本発明の爆発物切断装薬１００の実施形態の効果は、キャビティ１０４内に装填された爆発物材料の重量がキャビティ中で変化され得て、これによってリング１００の周囲の各位置で放出される爆発力の量（すなわち「切断性能」）が調整されるという事実を含む。また、連続ライナーリング１０２を連続マニホールドリング１０６に溶接することによって、気密シール（１×10^６cc secのＨｅ）が達成されることができる。

図２は、本発明のリング形状の切断装薬１００の実施形態の切断輪郭を描いている。切断輪郭は山形の（chevron-shaped）切断装薬領域１０８を含み、その上は円筒形状のブースター装薬領域１１０である。一般に、本発明の実施形態のリング形状の切断装薬１００の切断輪郭は、従来技術のＬＳＣ又はプレスされた装薬のいずれかに比べて比較的複雑である。切断輪郭は、３次元形状を取っても良い。本発明の実施形態に対する切断輪郭の制約は、主として、例えば機械加工によって作ることができて且つその後に爆発物材料で満たされることができる形状に基づく。これより、切断輪郭の制約は、何が機械加工、形成、成型、引き出し加工などをされることができるかに由来する。

本発明の様々な実施形態の爆発物切断装薬１００において、爆発物の起爆の信頼性は比較的高く、切断装薬の設計によって影響されない。起爆界面（すなわちブースター装薬領域）は、切断装薬に対して任意の方向に位置されることができて、爆発物界面は、製品群全体で同一であることができる。製品群は、半径方向の内側に向けて、半径方向の外側に向けて、又はその間の任意の角度で、切断する装薬を含むことができる。

図３及び図４を参照すると、本発明に従った爆発物切断装薬３００の他の実施形態が描かれている。装薬３００は、図１及び図２の切断装薬１００の同様に、再びリング形状であって、これによってその中に装填された爆発物材料は、切断装薬３００中で連続である。装薬３００は、一緒に溶接されたライナーリング３０２及びマニホールドリング３０４を含む。山形の切断装薬領域３０６は、垂直に下方を指すように向けられている。切断装薬領域３０６の上方には、ブースター爆発物装薬を収容する領域３０８が位置する。

図５の代替的な実施形態では、爆発物切断装薬３００が、水平方向に向いた山形の切断装薬領域３０６を有する。さらに、一つより多くの切断装薬領域が単一の爆発物切断装薬装置３００に含まれることができる。すなわち、例えば、図５の水平方向を向いた切断装薬領域３０６は、同じ爆発物切断装薬装置３００において、図４の垂直方向を向いた切断装薬領域３０６と組み合わされることができる。

図６及び図７を参照すると、本発明に従った突破システムの一部として、爆発物切断装薬６００の他の実施形態が描かれている。本実施形態の爆発物切断装薬６００は、角部６０４に接続された一つ又はそれ以上の直線区間６０２を有する一般的に楕円形の閉じた設計を備えている。装薬６００は、例えば鋼で強化されたコンクリート又はブロック構造に、突破点を作り出すために使用され得る。典型的な屋根の突破用途のために必要とされる装薬量は、鋼の中に少なくとも５４００ｇｒ／ｆｔの深さの浸透部を有する必要がある。図６及び図７の突破システムの目標は、従来の設計の切断能力を向上することである。

本発明のこの実施形態に従った切断装薬又は突破システム６００は、形成された装薬の長さ１フィートの直線区間６０２を有し得て、これらの区間６０２は角部６０４によって一緒にリンクされて、突破システム全体の突破点の対象サイズを形成する。この設計は、より低い爆発物コアの装填量をもたらす形成された装薬設計のより多くのオプションを可能にする。突破システム６００は、従来技術の銅ポリマーライナーよりも高い密度を有する固体銅ライナー６０６を利用する。これは、最適化された装薬形状及び非分割タンパーと組み合わされて、切断能力を向上させる。

直線形状の装薬切断能力の最適化は、浸透爆発物ジェットを形成するために一緒に作用する多くの設計変数の関数である。主要な設計変数の一つが、先端角度、先端高さ、装薬幅、装薬高さ、ライナー材料、ライナー厚さ、爆発物材料、爆発物の装填、頂点及び装薬端より上の爆発物の高さ、スタンドオフ、並びに頂部の角度を含む。設計の目標は、対象の深さまで浸透する延長された爆発物ジェットを提供することである。

本発明の本実施形態の突破システム６００は、２つの装薬形状を有している。第１の形状は直線の１２インチ区間６０２であり、第２のものは直線区間６０２を一緒に接続する角形状６０４である。各形状の複数片が、対象の突破領域をカバーするための全突破システム６００を形成するために、一緒に使用されることができる。１フィート×１フィートの突破点サイズは、複数個の１２インチ直線区間６０２を使用して３フィート×３フィートの穴を形成するように、拡大され得る。区間６０２〜６０４は、爆発物装薬６１０及び銅ライナー６０６を収容するプラスチックハウジング６０８の中に成型されたリンクを使用して、一緒にはめ込まれ得る。直線形状の装薬の別個の区間を有することによって、片部品は、現場で兵士によって容易に運ばれることができる。

各々の個別の直線状装薬セグメント６０２は、＃１２の強度の起爆装置又は標準軍用起爆装置による端部起爆を許容するように、キャップ壁を有する。この設計は、突破システム６００の起爆に対する柔軟性を許容する。操作者は、取り扱っている状況に最適な位置での起爆を選択することができる。キャップ壁は、装薬の一端のプラスチックハウジング６０８内に設計され得て、その上方で装薬に遭遇する。砕け易いプラスチックハウジング６０８は爆発物装薬及び銅ライナー６０６を保持し且つ脚６１２を提供して、ターゲットに対する最適の対応（standoff；スタンドオフ）のための安定性を追加するとともに、＃１２の強度の又は軍用の起爆装置に対するアクセスを提供する。爆発物装薬６１０はＰＢＸＮ−１１２を備え得て、これは砕け易いプラスチックハウジング６０８内に鋳造成型される。鋳造成型された爆発物を使用することで、突破要素の製造が効率的になる。プラスチックハウジング６０８は爆発物６１０を保持し、金属タンパーからなる製品に比べて断片を最小化する。目標は、衝撃時に粉々になる比較的もろい低密度プラスチックを利用することである。兵士の安全性は、あらゆる新しい突破システムを設計する際の重要な関心事項（key concern）である。３フィート×２フィートの穴を突破するために使用される３００ｇｒ／ｆｔ（すなわち、一定の又は不変の）形成された装薬設計で、約１０フィートの爆発物装薬（４．３ポンドの爆発物）が存在する。３０フィート離れたところで、４．３ポンドのＰＢＸＮ−１１２からの想定される過圧力は０．５ｐｓｉより低い。この値は、人間の暴露に対する安全範囲内である。

この書かれた記述は、ベストモードを含む本発明を開示し、且つ当業者が本発明を製造及び使用することを可能にするために、例を使用している。本発明の特許性を有する範囲は請求項によって規定され、当業者に生じる他の例を含み得る。そのような他の例は、請求項の文言上の表現から離れない構成上の要素を有するか、又は請求項の文言上の表現から実質的な相違を有さない等価な構成上の要素を有するならば、請求項の範囲内にあることが企図されている。ここで参照された全ての引用は、参照によってここに明示的に援用される。

Claims (20)

1. 爆発物切断装薬装置であって、
   この装置の構成内に配置された切断材料と、
   前記切断材料に形成されたキャビティと、
   前記キャビティを充填する鋳造硬化された爆発物材料と、
   を備えており、
   前記爆発物材料の重量が前記キャビティの長さに沿って可変又は不変であり、それによって、前記爆発物切断装薬装置内に所定の切断輪郭形状を有する切断装薬を形成する、爆発物切断装薬装置。
2. 前記切断材料が金属を備える、請求項１に記載の爆発物切断装薬装置。
3. 前記切断材料がアルミニウム及び銅の一つを備える、請求項１に記載の爆発物切断装薬装置。
4. 前記切断材料が囲まれた構成を備えており、前記キャビティが、前記囲まれた切断材料の構成の全体に渡って形成されている、請求項１に記載の爆発物切断装薬装置。
5. 前記切断材料が閉じたリングを備えており、前記キャビティが、前記閉じたリング全体に渡って形成されている、請求項１に記載の爆発物切断装薬装置。
6. 前記切断材料に接続されたマニホールドをさらに備えており、それによって、前記切断材料の気密シールを形成する、請求項１に記載の爆発物切断装薬装置。
7. 前記切断材料に接続されたマニホールドをさらに備えており、前記マニホールドがその中に形成されたキャビティを含み、ブースター装薬が前記マニホールドキャビティ内に位置して、前記ブースター装薬が前記切断材料の前記キャビティ内の前記爆発物材料と連通している、請求項１に記載の爆発物切断装薬装置。
8. 一つ又はそれ以上の切断輪郭切断装薬形状が前記爆発物切断装薬装置に形成されている、請求項１に記載の爆発物切断装薬装置。
9. 爆発物切断装薬装置であって、
   囲まれた構成内に配置された切断材料と、
   前記切断材料中に形成されたキャビティと、
   前記キャビティを充填する鋳造硬化された爆発物材料と、
   を備えており、
   前記爆発物材料の重量が前記キャビティの長さに沿って可変又は不変であり、それによって、前記爆発物切断装薬装置内に所定の切断輪郭形状を有する切断装薬を形成する、爆発物切断装薬装置。
10. 前記切断材料がリングを備える、請求項９に記載の爆発物切断装薬装置。
11. 前記切断材料が金属を備える、請求項９に記載の爆発物切断装薬装置。
12. 前記切断材料がアルミニウム及び銅の一つを備える、請求項９に記載の爆発物切断装薬装置。
13. 前記切断材料に接続されたマニホールドをさらに備えており、それによって、前記切断材料の気密シールを形成する、請求項９に記載の爆発物切断装薬装置。
14. 前記切断材料に接続されたマニホールドをさらに備えており、前記マニホールドがその中に形成されたキャビティを含み、ブースター装薬が前記マニホールドキャビティ内に位置して、前記ブースター装薬が前記切断材料の前記キャビティ内の前記爆発物材料と連通している、請求項９に記載の爆発物切断装薬装置。
15. 一つ又はそれ以上の切断輪郭切断装薬形状が前記爆発物切断装薬装置に形成されている、請求項９に記載の爆発物切断装薬装置。
16. 爆発物切断装薬装置であって、
    突破装置を備える複数の爆発物装薬切断セグメントを備えており、各セグメントが、ある量の鋳造硬化された爆発物材料をその中に収容するハウジングを備えており、前記爆発物材料の重量が可変又は不変であり、それによって、前記爆発物切断装薬装置内に所定の切断輪郭形状を有する切断装薬を形成し、且つ各セグメントがキャップ壁を有する、爆発物切断装薬装置。
17. 前記ハウジングが砕け易いプラスチックを備えており、前記ハウジングがさらに銅ライナーを備えている、請求項１６に記載の爆発物切断装薬装置。
18. 前記ハウジングが砕け易いプラスチックを備えており、前記ハウジングがさらに非加硫銅／ポリマー化合物ライナーを備えている、請求項１６に記載の爆発物切断装薬装置。
19. 前記複数の爆発物切断装薬セグメントが囲まれた構成に配置されている、請求項１６に記載の爆発物切断装薬装置。
20. 一つ又は複数のキャップ壁が前記装置全体を起爆するために使用される、請求項１６に記載の爆発物切断装薬装置。

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