JP2019066091A

JP2019066091A - 起爆雷管

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Publication number: JP2019066091A
Application number: JP2017190873A
Authority: JP
Inventors: 陽治田崎; Yoji Tazaki
Original assignee: NOF Corp
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: JP7035427B2

Abstract

【課題】より高い安全性を備えた起爆雷管を提供する。【解決手段】少なくとも点火エネルギーを蓄電する蓄電装置１２７と、前記蓄電装置１２７に蓄電されている点火エネルギーが供給されると起爆する起爆部１４と、前記蓄電装置１２７と前記起爆部１４との間に設けられた起爆スイッチ回路１３８（起爆スイッチ）と、一方端が起爆スイッチ回路１３８と前記起爆部１４との間に接続されて他方端が接地されている第１安全装置である防爆スイッチ回路３１（防爆スイッチ）と、前記起爆スイッチ回路１３８と前記防爆スイッチ回路３１とを制御するＣＰＵ１３１（制御装置）と、を有している、起爆雷管。【選択図】図６

Description

本発明は、トンネルの掘削等にて使用する爆薬を起爆する起爆雷管に関する。

従来、トンネルの掘削現場等における爆破作業では、掘削面である切羽面において掘削方向に向けて、例えば径が数［ｃｍ］、深さが数［ｍ］程度の装薬孔を複数削孔し、各装薬孔に無線方式、又は有線方式で起爆させることができる起爆雷管と爆薬とを装填し、切羽面から離れた遠隔位置から、起爆操作機を用いて制御信号及び起爆信号等を送信して爆破している。

例えば特許文献１には、無線方式で起爆する無線起爆雷管が示されており、図１２に示す回路ブロック図が開示されている。図１２に示す回路ブロック図には、無線起爆雷管用アンテナ５１１、制御部５１２、起爆部５１４とが記載されている。無線起爆雷管用アンテナ５１１は、Ｘ軸用シート状コイル５１７Ｘ、Ｚ軸用筒状コイル５１７Ｚ、Ｙ軸用シート状コイル５１７Ｙを有している。また制御部５１２は、同調回路５２１、５２２、５２３、スイッチモジュール５２４を有しており、検波・復調回路５２５、整流回路５２６、電子回路駆動用蓄電装置５２７、レギュレータ５２８を有している。また制御部５１２は、ＣＰＵ５３１、蓄電用スイッチ回路５３５、起爆用蓄電装置５３６、蓄電状態検出回路５３７、起爆用スイッチ回路５３８、ＩＤ記憶装置５３２、変調回路５３３、送信回路５３４、を有している。起爆部５１４は、点火回路５４１、点火玉５４２、起爆薬５４３、添装薬５４４、を有している。

特開２０１７−３６８５４号公報

特許文献１に記載の無線起爆雷管は、図１２の回路ブロック図に示されているように、蓄電用スイッチ回路５３５を介して起爆用蓄電装置５３６に点火エネルギーが蓄えられ、起爆用蓄電装置５３６に蓄えられた点火エネルギーは、起爆用スイッチ回路５３８を介して起爆部５１４に供給される。従って、特許文献１に記載の無線起爆雷管では、蓄電用スイッチ回路５３５と起爆用スイッチ回路５３８にて二重系のスイッチが構成されて、安全が確保されている。しかし、起爆雷管は、より高い安全性が要求されるため、より一層の安全を確保できる安全装置の導入が望まれている。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より高い安全性を備えた起爆雷管を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の発明は、爆薬を起爆する起爆部を有する起爆雷管であって、少なくとも点火エネルギーを蓄電する蓄電装置と、前記蓄電装置に蓄電されている点火エネルギーが供給されると起爆する前記起爆部と、前記蓄電装置と前記起爆部との間に設けられた起爆スイッチと、前記起爆スイッチと前記起爆部との間に設けられて前記起爆スイッチの動作を無効にする第１安全装置と、前記起爆スイッチと前記第１安全装置とを制御する制御装置と、を有している、起爆雷管である。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る起爆雷管であって、前記第１安全装置は、一方端が前記起爆スイッチと前記起爆部との間に接続されて他方端が接地されている防爆スイッチである、起爆雷管である。

次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係る起爆雷管であって、前記防爆スイッチは、通電されていない場合は閉状態となるノーマリークローズタイプである、起爆雷管である。

次に、本発明の第４の発明は、上記第１の発明〜第３の発明のいずれか１つに係る起爆雷管であって、前記蓄電装置は、前記点火エネルギーを蓄電する起爆用蓄電装置と、前記制御装置と前記起爆スイッチと前記第１安全装置を駆動する駆動エネルギーを蓄電する回路用蓄電装置と、を兼用している、起爆雷管である。

次に、本発明の第５の発明は、上記第１の発明〜第３の発明のいずれか１つに係る起爆雷管であって、前記蓄電装置は、前記制御装置と前記起爆スイッチと前記第１安全装置と第２安全装置を駆動する駆動エネルギーを蓄電する回路用蓄電装置とは別に設けられて前記点火エネルギーを蓄電する起爆用蓄電装置であり、前記回路用蓄電装置は、前記制御装置から制御される蓄電用スイッチを介して前記起爆用蓄電装置に接続されており、前記起爆用蓄電装置は、蓄電された点火エネルギーを前記起爆部に供給することなく放電するように前記制御装置から制御される前記第２安全装置を有している、起爆雷管である。

次に、本発明の第６の発明は、上記第５の発明に係る起爆雷管であって、前記第２安全装置は、一方端が前記起爆用蓄電装置に接続されて他方端が接地されている放電スイッチである、起爆雷管である。

次に、本発明の第７の発明は、上記第６の発明に係る起爆雷管であって、前記放電スイッチは、通電されていない場合は閉状態となるノーマリークローズタイプである、起爆雷管である。

第１の発明によれば、第１安全装置が、起爆スイッチの動作を無効にするため、蓄電装置から起爆部へ点火エネルギーが供給されることを防止し、起爆部における点火に対してより高い安全性を確保することができる。

第２の発明によれば、第１安全装置は、防爆スイッチであり、非常にシンプルな構成にて、起爆スイッチの動作を無効とすることができる。

第３の発明によれば、例えば、起爆雷管の移送又は保管時等、防爆スイッチに通電されていない場合に防爆スイッチが閉状態となるので、点火エネルギーが起爆部へ供給されることがなく、起爆部における点火に対してより安全性を確保できるとともに取り扱いを容易にできる。

第４の発明によれば、蓄電装置は、起爆用蓄電装置と回路用蓄電装置を兼用しているので、部品点数を削減できる。

第５の発明によれば、起爆用蓄電装置が回路用蓄電装置とは別に設けられているため、起爆部を点火するためには、先ず第２安全装置を解除して起爆用蓄電装置を蓄電する必要がある。これにより、起爆部における点火に対してより高い安全性を確保することができる。

第６の発明によれば、第２安全装置は、放電スイッチであり、非常にシンプルな構成にて、起爆用蓄電装置に蓄電された点火エネルギーを起爆部に供給することなく放電する（かつ、起爆用蓄電装置への蓄電を禁止する）ことができる。従って、起爆部における点火に対してより安全性を確保できるとともに、制御装置から制御できるため便利である。

第７の発明によれば、例えば、起爆雷管の移送又は保管時等、放電スイッチに通電されていない場合に放電スイッチが閉状態となり、起爆用蓄電装置を放電し蓄電不可能な状態にするため、起爆部における点火に対してより安全性を確保できるとともに取り扱いを容易にできる。

トンネル掘削現場における切羽等の被爆破個所を爆破するための、無線起爆システムの全体構成を説明する斜視図である。図１におけるＩＩ部分の拡大図であり、切羽等の被爆破個所に削孔した装薬孔に無線起爆雷管と爆薬を装填した状態の断面図である。無線起爆雷管の外観斜視図である。無線起爆雷管の第３ケースを取り外した状態の部分分解斜視図である。無線起爆雷管の第２ケースを取り外した状態の部分分解斜視図である。第１の実施の形態の無線起爆雷管の構成を説明する回路ブロック図である。第１の実施の形態における、起爆用蓄電装置と回路用蓄電装置を兼用している蓄電装置を搭載している起爆制御電子回路の外観の例を説明する斜視図である。第１の実施の形態の起爆制御電子回路の各スイッチの開閉状態と、蓄電装置の状態と、起爆部への点火エネルギーの供給と、対応する機能又は状態について、説明する図である。第２の実施の形態の無線起爆雷管の構成を説明する回路ブロック図である。第２の実施の形態における、起爆用蓄電装置と回路用蓄電装置を搭載している起爆制御電子回路の外観の例を説明する斜視図である。第２の実施の形態の起爆制御電子回路の各スイッチの開閉状態と、回路用蓄電装置の状態と、起爆用蓄電装置の状態と、起爆部への点火エネルギーの供給と、対応する機能又は状態について、説明する図である。従来の無線起爆雷管の構成を説明する回路ブロック図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明し、トンネルの掘削現場を例に無線方式による起爆雷管（無線起爆雷管）を用いて説明する。なお、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸が記載されている場合、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｙ軸方向は鉛直上方を示し、Ｚ軸方向はトンネルの堀削方向（水平方向）とは反対方向を向く装薬孔４０の軸方向を示している。

●［無線起爆システム１の全体構成（図１）と、装薬孔４０への親ダイ３６Ａと増ダイ３６Ｂの装填状態（図２）］
図１に示すように、無線起爆システム１は、無線起爆雷管が取り付けられて切羽面４１（被爆破個所）に削孔された装薬孔４０に装填される爆薬である親ダイ３６Ａと増ダイ３６Ｂ（図２参照）と、起爆操作機５０と、中継装置５１と、起爆操作機側送信アンテナ６０と、起爆操作機側受信アンテナ６５と、にて構成されている。

起爆操作機５０は、装薬孔４０から離れた遠隔位置に配置されて、発破母線６２と中継装置５１と補助母線６１を介して起爆操作機側送信アンテナ６０に電流を供給して、起爆操作機側送信アンテナ６０の周囲に磁界を発生させるとともに制御信号（例えば、ＩＤ要求信号や電子回路準備開始信号に相当）や起爆信号を重畳している。従って、起爆操作機５０は、起爆操作機側送信アンテナ６０を介して無線方式で、起爆制御電子回路１２０を駆動する駆動エネルギーと、点火エネルギーと、制御信号及び起爆信号を、無線起爆雷管２に受け渡す。無線起爆雷管２は、起爆側受信アンテナ１１（図５参照）を介して無線方式で、起爆制御電子回路１２０の駆動エネルギーと、点火エネルギーと、制御信号及び起爆信号を受け取る。なお、前記駆動エネルギー（点火エネルギーを含む）を受け渡すために起爆操作機側送信アンテナ６０に流れる電流の周波数、及び制御信号や起爆信号の周波数である操作周波数は、例えば１００［ＫＨｚ］以上、５００［ＫＨｚ］以下に設定されている。

また起爆操作機５０は、無線起爆雷管２（起爆雷管）の起爆側送信アンテナ１８（図５参照）からの無線の応答信号を、起爆操作機側受信アンテナ６５と起爆操作機側受信アンテナ用ケーブル６６と中継装置５１と発破母線６２を介して受信する。

中継装置５１は、同調回路を有しており、起爆操作機５０と起爆操作機側送信アンテナ６０との間、及び起爆操作機５０と起爆操作機側受信アンテナ６５との間、に設けられている。中継装置５１は、発破母線６２を介して起爆操作機５０に接続され、補助母線６１を介して起爆操作機側送信アンテナ６０に接続され、起爆操作機側受信アンテナ用ケーブル６６を介して起爆操作機側受信アンテナ６５に接続されている。中継装置５１は、起爆操作機５０から無線起爆雷管２に向けて、起爆制御電子回路１２０の駆動エネルギーと、点火エネルギーと、制御信号及び起爆信号を受け渡す場合、起爆操作機５０からの駆動エネルギーと、点火エネルギーと、を含む制御信号及び起爆信号を、補助母線６１を介して起爆操作機側送信アンテナ６０に出力する。また中継装置５１は、無線起爆雷管２から起爆操作機５０に向けて送信された応答信号を受け取る場合、無線起爆雷管２からの応答信号を、起爆操作機側受信アンテナ６５と起爆操作機側受信アンテナ用ケーブル６６を介して受け取って、起爆操作機５０へと受け渡す。

起爆操作機側送信アンテナ６０は、切羽面４１（装薬孔）の近傍であって切羽あるいは切羽の外周に張り巡らされ、切羽面４１から例えば０〜１［ｍ］程度の距離Ｌ１だけ離れた位置に、洞床４２、洞側壁４３、洞天井４４に沿ってループ状に張られている。中継装置５１から切羽面４１までの距離Ｌ３は、例えば５０［ｍ］程度である。また中継装置５１から起爆操作機５０までの距離Ｌ４は、例えば１００〜３００［ｍ］程度である。なお、起爆操作機側送信アンテナ６０と補助母線６１は、爆破する毎に新たに張られる。

起爆操作機側受信アンテナ６５は、例えばポール状のアンテナであり、切羽面４１（被爆破個所）から距離Ｌ２程度離れた位置に配置されている。例えば距離Ｌ２は、０［ｍ］〜１００［ｍ］に設定されている。無線起爆雷管２から受信する応答信号の応答周波数は例えば１００［ＭＨｚ］以上１［ＧＨｚ］以下であるので、起爆操作機側送信アンテナ６０とは大きく形状が異なり、ループ状に大きく巻回する必要は無い。

爆薬である親ダイ３６Ａと増ダイ３６Ｂは、図２に示すように、装薬孔４０に装填されて爆薬ユニット９０を構成する。装薬孔４０は、例えば径Ｄ１が５［ｃｍ］程度、深さＤ２が２［ｍ］程度に削孔された孔であるが、この数値に限定されるものではない。そして図２に示すように装薬孔４０内には、親ダイ３６Ａと増ダイ３６Ｂが装填され、粘土等の封止物４５にて蓋がされている。なお、親ダイ３６Ａは、この場合において、装薬孔４０に装填される際の先頭となる爆薬であって無線起爆雷管２が取り付けられた爆薬である。また増ダイ３６Ｂは、この場合において、親ダイ３６Ａに対して適宜増減される爆薬である。

●［無線起爆雷管２の構造（図３〜図５）］
無線起爆雷管２は、図３及び図４に示す第１ケース１０（図４参照）、第２ケース２０、及び第３ケース３０からなるケースを使用することによってユニット化されている。これらの第１ケース１０、第２ケース２０、及び第３ケース３０は、円筒形状に形成されており、合成樹脂からなる射出成形品である。

図５に示すように、第１ケース１０と第２ケース２０とは、同軸上で前後に連結可能となっている。具体的には、第１ケース１０の先端部と第２ケース２０の後端部とが連結可能となっている。第３ケース３０は、後述する第１ケース１０の外面に装着された起爆側受信アンテナ１１を被うように、第１ケース１０の外面に装着可能となっている（図３及び図４参照）。従って、第１ケース１０及び第２ケース２０と第３ケース３０も、同軸関係にある。

第１ケース１０は、図５に示すように、後端（第２ケース２０が連結されない側の端部）が開口しており、前端の開口には第２ケース２０の連結端部２０ａが嵌合されることで、第２ケース２０が連結される。第１ケース１０の後端縁外周には、第３ケース３０の後端を受け止めるため、フランジ形状のストッパー１０ｃが形成されている。第１ケース１０の軸方向中央部（ストッパー１０ｃと連結端部１０ａとの間の領域）の外周面には起爆側受信アンテナ１１が装着されている。第１ケース１０の内径は、親ダイ３６Ａが内部に装填可能な径に設計されている。第３ケース３０は、軸方向両端、すなわち先端及び後端が開口している。第３ケース３０の後端側から第１ケース１０の先端側を第３ケース３０内へと挿通することで、第１ケース１０の外面へ第３ケース３０を装着可能である。

図５に示すように、無線起爆雷管２は、起爆側受信アンテナ１１、起爆部１４、起爆制御電子回路１２０、起爆側送信アンテナ１８を備え、爆薬３６（親ダイ３６Ａ）が差し込まれている。起爆側受信アンテナ１１は、Ｘ軸用受信アンテナ１１Ｘと、Ｚ軸用受信アンテナ１１Ｚと、Ｙ軸用受信アンテナ１１Ｙと、にて構成されている。Ｘ軸用受信アンテナ１１Ｘは、第１ケース１０の外周面に巻回されたシート状磁性体１５と、当該シート状磁性体１５に重ねられてＸ軸回りにコイルが巻回されたＸ軸用コイル１２Ｘと、にて構成されている。同様にＺ軸用受信アンテナ１１Ｚは、シート状磁性体１５と、当該シート状磁性体１５に重ねられてＺ軸回りにコイルが巻回されたＺ軸用コイル１２Ｚと、にて構成されている。同様にＹ軸用受信アンテナ１１Ｙは、シート状磁性体１５と、当該シート状磁性体１５に重ねられてＹ軸回りにコイルが巻回されたＹ軸用コイル１２Ｙと、にて構成されている。起爆部１４は、第１ケース１０における壁板１０ｄに挿通される。起爆制御電子回路１２０は、第２ケース２０の内部に収納される。

起爆制御電子回路１２０は、起爆側受信アンテナ１１にて生じた起電力を変調・蓄電する。この起爆制御電子回路１２０は、起爆側受信アンテナ１１と導電線２６で接続されており、かつ、起爆部１４と導電線２８で接続されている。本実施の形態の説明では、起爆側送信アンテナ１８が起爆制御電子回路１２０と一体化されている例を説明する。爆薬３６を構成する親ダイ３６Ａは、起爆部１４がセットされた状態で第１ケース１０の内部に装填される。

●［第１の実施の形態の構成、動作（図６〜図８）］
図６〜図８を用いて第１の実施の形態の無線起爆雷管２を説明する。図６は、無線起爆雷管２の構成を説明する回路ブロック図（起爆側受信アンテナ１１、起爆制御電子回路１２０、起爆部１４）である。図７は、起爆用蓄電装置と回路用蓄電装置を兼用している蓄電装置である蓄電装置１２７と起爆制御電子回路１２０を搭載している起爆制御電子回路１２０の外観の例を説明する斜視図である。図８は、起爆制御電子回路１２０の各電子部品の状態と起爆部１４への点火エネルギーの供給と対応する機能又は状態について説明する図である。なお、第１の実施の形態では、蓄電装置１２７が、点火エネルギーを蓄電する起爆用蓄電装置と、ＣＰＵ１３１等を駆動する駆動エネルギーを蓄電する回路用蓄電装置と、を兼用している例を説明する。図６に示すように、無線起爆雷管２の回路は、起爆側受信アンテナ１１、起爆側送信アンテナ１８、起爆部１４、起爆制御電子回路１２０に分けられている。以下、それぞれの構成、動作について説明する。

起爆側受信アンテナ１１は、図６に示すように、Ｘ軸用コイル１２Ｘとシート状磁性体１５（図４、図５参照）によるＸ軸用受信アンテナ１１Ｘと、Ｚ軸用コイル１２Ｚとシート状磁性体１５によるＺ軸用受信アンテナ１１Ｚと、Ｙ軸用コイル１２Ｙとシート状磁性体１５によるＹ軸用受信アンテナ１１Ｙと、にて構成されている。Ｘ軸用受信アンテナ１１Ｘは、可変コンデンサ等により構成された同調回路１２１を介して３軸合成回路１２４に接続されている。同様に、Ｚ軸用受信アンテナ１１Ｚは、可変コンデンサ等により構成された同調回路１２２を介して３軸合成回路１２４に接続されている。同様に、Ｙ軸用受信アンテナ１１Ｙは、可変コンデンサ等により構成された同調回路１２３を介して３軸合成回路１２４に接続されている。

起爆側送信アンテナ１８は、図７に示すように、導電体がプリント等されたアンテナ部１８２にて構成されている。そしてアンテナ部１８２は、配線パターン１５３にて送信回路１３４に接続されている。また、図６に示すように、ＣＰＵ１３１が応答信号を送信する場合、ＣＰＵ１３１からの応答信号は、変調回路１３３及び送信回路１３４を経由して配線パターン１５３を介して起爆側送信アンテナ１８から送信される。

起爆部１４は、点火回路１４１、点火玉１４２、起爆薬１４３、添装薬１４４等を有している。点火回路１４１は、起爆スイッチ回路１３８（起爆スイッチに相当）が短絡（閉状態）されると、蓄電装置１２７から電力（この場合、点火エネルギー）が供給されて点火玉１４２が着火される（蓄電装置１２７には、上記の点火エネルギーと駆動エネルギーが蓄電されている）。そして点火玉１４２が点火されると、起爆薬１４３と添装薬１４４が点火され、起爆部１４が点火される。そして起爆部１４が点火されると、図２に示す親ダイ３６Ａが起爆される。

起爆制御電子回路１２０は、図６に示すように、同調回路１２１、１２２、１２３、３軸合成回路１２４、ＣＰＵ１３１（制御装置に相当）、検波・復調回路１２５、整流回路１２６、蓄電装置１２７、レギュレータ１２８、ＩＤ記憶装置１３２、変調回路１３３、送信回路１３４、起爆スイッチ回路１３８、点火回路確認装置１４５、防爆スイッチ回路３１（防爆スイッチに相当）等にて構成されている。なお、同調回路１２１、１２２、１２３、変調回路１３３、送信回路１３４については上記に説明しているので説明を省略する。

３軸合成回路１２４は、ＣＰＵ１３１からの制御信号１５４で制御され、Ｘ軸用受信アンテナ１１Ｘ、Ｙ軸用受信アンテナ１１Ｙ、Ｚ軸用受信アンテナ１１Ｚのそれぞれのアンテナから同調回路１２１、１２２、１２３を介して入力される起爆制御電子回路１２０の駆動エネルギー（点火エネルギーを含む）や制御信号及び起爆信号を合成し、検波・復調回路１２５、整流回路１２６に出力する。受信された無線の制御信号（ＩＤ要求信号や電子回路準備開始信号）及び起爆信号は、検波・復調回路１２５を経由して、ＣＰＵ１３１に取り込まれる。また、駆動エネルギー（点火エネルギーを含む）は、整流回路１２６とレギュレータ１２８（定電圧回路）を経由してＣＰＵ等の電子回路の電源として使用されるとともに、蓄電装置１２７に蓄電される。

ＩＤ記憶装置１３２には、無線起爆雷管２に固有の識別情報が記憶されている。ＣＰＵ１３１は、ＩＤ要求信号（制御信号）を受信すると、ＩＤ記憶装置１３２から読み出した識別情報を含む応答信号を送信する。

点火回路確認装置１４５は、一方端が点火回路１４１に接続されて、他方端がＣＰＵ１３１に接続されている。また、点火回路確認装置１４５は、ＣＰＵ１３１が、点火回路１４１が正常か否かを確認するための装置である。

起爆スイッチ回路１３８（起爆スイッチに相当）は、蓄電装置１２７と起爆部１４との間に設けられており、ＣＰＵ１３１にて制御され、閉状態に制御されると、蓄電装置１２７に蓄電している点火エネルギーを起爆部１４に供給する。なお、起爆スイッチ回路１３８は、通電されていない場合は開状態となるノーマリーオープンタイプである。

防爆スイッチ回路３１（防爆スイッチに相当）は、起爆スイッチ回路１３８と起爆部１４との間に設けられて起爆スイッチ回路１３８の動作を無効にする第１安全装置である。図６で示すように、この防爆スイッチ回路３１は、一方端が起爆スイッチ回路１３８と起爆部１４との間に接続されて、他方端が接地されている。また、防爆スイッチ回路３１は、通電されていない場合は閉状態となるノーマリークローズタイプであり、ＣＰＵ１３１で制御される。

図８は、防爆スイッチ回路３１、起爆スイッチ回路１３８、蓄電装置１２７の状態と、起爆部１４への点火エネルギーの供給が可能か否かと対応する機能又は状態を説明する図である。図８において、「Open」は各スイッチの開状態を示し、「Close」は閉状態を示している。また、「蓄電」は、蓄電装置１２７が駆動エネルギー（点火エネルギーを含む）を蓄電している状態を示している。また、「強制放電」は蓄電装置１２７の両端を接地して、蓄電されている駆動エネルギー（点火エネルギーを含む）を強制的に放電させることを示している。さらに、「放電」は、蓄電装置１２７が起爆部１４に対して点火エネルギーを供給することを示している。また、図８における「機能・状態」の欄において、「蓄電」は、駆動エネルギーを蓄電装置１２７に蓄電し起爆制御電子回路１２０が動作している状態を示し、「放電」は駆動エネルギーを放電し起爆制御電子回路１２０が停止している状態を示している。また、「点火回路確認」は、点火回路確認装置１４５により点火回路１４１が正常か否かを確認する機能を示している。また、「点火」は、蓄電装置１２７を放電させて、起爆部１４へ点火エネルギーを供給し点火する機能を示している。以下、起爆部１４を点火させるまでの手順を、図８を用いて説明する。

［蓄電装置１２７に駆動エネルギー（点火エネルギーを含む）が蓄電されていない時］
爆薬ユニット９０（図２参照）において、起爆操作機５０から駆動エネルギー（点火エネルギーを含む）が送られていない場合（図２参照）、蓄電装置１２７には、駆動エネルギーが蓄電されていない（図６参照）。なお、蓄電装置１２７に駆動エネルギーが蓄電されていない場合、通電されていない状態であるので、防爆スイッチ回路３１は「Close」、起爆スイッチ回路１３８は「Open」であり、図８に示す［状態Ａ１］となる。［状態Ａ１］の場合に起爆操作機５０から駆動エネルギーが送られると、駆動エネルギーは、蓄電装置１２７に蓄電される。

［蓄電装置１２７に駆動エネルギー（点火エネルギーを含む）が蓄電された時］
蓄電装置１２７が十分蓄電されて所定の電圧に達すると、蓄電装置１２７は、レギュレータ１２８を経由して、ＣＰＵ１３１を含む起爆制御電子回路１２０の各部品へ電力を供給する。起動直後におけるＣＰＵ１３１は、起動後に確実に図８に示す［状態Ａ１］にするため、防爆スイッチ回路３１を「Close」、起爆スイッチ回路１３８を「Open」に制御する。なお、図８に示す［状態Ａ１］の場合から、仮に起爆スイッチ回路１３８が「Close」となって図８に示す［状態Ａ２］となっても、防爆スイッチ回路３１が「Close」であるため蓄電装置１２７は強制放電されて、点火エネルギーは放電されて、蓄電装置１２７から起爆部１４に供給されない（起爆スイッチ回路１３８の動作が無効とされる）。

［蓄電装置１２７に蓄電された点火エネルギーを起爆部１４へ供給する手順］
ＣＰＵ１３１は、図８に示す［状態Ａ１］の場合において、起爆信号を受信して起爆部１４の起爆を実行する場合、先ず防爆スイッチ回路３１を「Close」から「Open」に制御して、図８に示す［状態Ａ３］とする。この時、点火回路確認装置１４５により点火回路１４１が正常か否か確認する。続いてＣＰＵ１３１は、起爆スイッチ回路１３８を「Open」から「Close」に制御して図８に示す［状態Ａ４］にして、蓄電装置１２７から起爆部１４に点火エネルギーを供給する。これにより、点火エネルギーは蓄電装置１２７から起爆部１４に供給されて、起爆部１４は点火される。

図８に示すように、ＣＰＵ１３１は、蓄電装置１２７が蓄電されている状態（図８に示す［状態Ａ１］）から点火エネルギーを起爆部１４に供給して点火するためには、先ず防爆スイッチ回路３１を「Open」に制御して図８に示す［状態Ａ３］にした後、続いて、起爆スイッチ回路１３８を「Close」に制御して図８に示す［状態Ａ４］にする必要がある。このように、防爆スイッチ回路３１を追加することにより、防爆スイッチ回路３１を「Close」に制御している限り、意図せず起爆スイッチ回路１３８が「Close」になったとしても起爆部１４に点火エネルギーが供給されないので（起爆スイッチ回路１３８の動作を無効にできるので）、より高い安全性を備えることができる。

●［第２の実施の形態の構成、動作（図９〜図１１）］
第２の実施の形態の無線起爆雷管２Ｂの回路（図９参照）は、第１の実施の形態の回路（図６参照）に対して、放電スイッチ回路３２と、蓄電用スイッチ回路１３５（蓄電用スイッチに相当）と、起爆用蓄電装置１３６と、蓄電状態検出回路１３７と、が追加されている点で相違する。以下、相違点について主に説明する。図９は、無線起爆雷管２Ｂの構成を説明する回路ブロック図（起爆側受信アンテナ１１、起爆制御電子回路１２０Ｂ、起爆部１４）である。図１０は、起爆用蓄電装置１３６と回路用蓄電装置１２７Ｂを搭載している起爆制御電子回路１２０Ｂの外観の例を説明する斜視図である。図１１は、起爆制御電子回路１２０Ｂの各電子部品の状態と起爆部１４への点火エネルギーの供給と対応する機能又は状態について説明する図である。なお、第２の実施の形態では、ＣＰＵ１３１等を駆動する駆動エネルギーを蓄電する回路用蓄電装置１２７Ｂとは別に設けられて点火エネルギーを蓄電する起爆用蓄電装置１３６が、蓄電装置に相当している例を説明する。

放電スイッチ回路３２（放電スイッチに相当）は、図９に示すように、一方端が起爆用蓄電装置１３６に接続されて、他方端が接地されて、起爆用蓄電装置１３６に蓄電された点火エネルギーを起爆部１４に供給することなく強制的に放電する第２安全装置である。また、放電スイッチ回路３２は、通電されていない場合は閉状態となるノーマリークローズタイプであり、ＣＰＵ１３１で制御される。また蓄電状態検出回路１３７は、起爆用蓄電装置１３６に蓄電されたエネルギーに応じた信号をＣＰＵ１３１に出力する。またＣＰＵ１３１は、蓄電状態確認信号（制御信号）を受信すると、検出した蓄電状態を含む応答信号を、起爆側送信アンテナ１８を介して送信する。

回路用蓄電装置１２７Ｂには、図６に示す蓄電装置１２７と同様、整流回路１２６から駆動エネルギーが蓄電され、蓄電された駆動エネルギーは、レギュレータ１２８（定電圧回路）を経由してＣＰＵ等の電子回路の電源として使用される。また起爆用蓄電装置１３６は、一方端が起爆スイッチ回路１３８に接続され、他方端が設置され、後述するように、点火エネルギーを蓄電し、起爆部１４に点火エネルギーを供給する。

蓄電用スイッチ回路１３５（蓄電用スイッチに相当）は、一方端が回路用蓄電装置１２７Ｂに接続され、他方端が起爆用蓄電装置１３６に接続されている。また、蓄電用スイッチ回路１３５は、通電されていない場合は開状態となるノーマリーオープンタイプであり、ＣＰＵ１３１で制御される。これにより、回路用蓄電装置１２７Ｂは、ＣＰＵ１３１から制御される蓄電用スイッチ回路１３５を介して起爆用蓄電装置１３６に接続されている。

図１１は、防爆スイッチ回路３１、放電スイッチ回路３２、蓄電用スイッチ回路１３５、起爆スイッチ回路１３８、回路用蓄電装置１２７Ｂ、起爆用蓄電装置１３６の状態と、起爆部１４への点火エネルギーの供給が可能か否かと対応する機能又は状態を説明する図である。図１１において、「Open」は各スイッチの開状態を示し、「Close」は閉状態を示している。また、「蓄電」は、回路用蓄電装置１２７Ｂが駆動エネルギーを蓄電している状態、又は起爆用蓄電装置１３６が点火エネルギーを蓄電している状態を示している。また、「強制放電」は起爆用蓄電装置１３６の両端を接地して、蓄電されている点火エネルギーを強制的に放電させることを示している。さらに、「放電」は、起爆用蓄電装置１３６が起爆部１４に対して点火エネルギーを供給することを示している。また、「保持」は、放電スイッチ回路３２と、蓄電用スイッチ回路１３５と、起爆スイッチ回路１３８の各スイッチが「Open」であり、周りの回路から切り離されて、起爆用蓄電装置１３６の状態が保持されていること示している。また、図１１における「機能・状態」の欄において、「保管時」は、起爆雷管２Ｂが保管されている状態を示している。「蓄電」は、駆動エネルギーを回路用蓄電装置１２７Ｂに蓄電し起爆制御電子回路１２０Ｂが動作している状態を示し、「放電」は駆動エネルギーを放電し回路用蓄電装置１２７Ｂが停止している状態を示している。また、「保持」は、起爆用蓄電装置１３６の状態が保持されている状態を示している。また、「点火回路確認」は、点火回路確認装置１４５により点火回路１４１が正常か否かを確認する機能を示している。また、「点火」は、蓄電装置１２７を放電させて、起爆部１４へ点火エネルギーを供給し点火する機能を示している。なお、「設定なし」は、設定されていないスイッチ回路の組み合わせを示しており、本実施例において未使用である。以下、起爆部１４を点火させるまでの手順を、図１１を用いて説明する。

［回路用蓄電装置１２７Ｂと起爆用蓄電装置１３６に駆動エネルギー、点火エネルギーが蓄電されていない時］
爆薬ユニット９０（図２参照）において、起爆操作機５０から駆動エネルギー（点火エネルギーを含む）が送られていない場合（図２参照）、回路用蓄電装置１２７Ｂには、駆動エネルギーが蓄電されておらず、起爆用蓄電装置１３６には、点火エネルギーが蓄電されていない（図９参照）。なお、回路用蓄電装置１２７Ｂに駆動エネルギーが蓄電されていない場合、通電されていない状態であるので、図１１に示す［状態Ｂ１］となり、防爆スイッチ回路３１は「Close」、放電スイッチ回路３２は「Close」、蓄電用スイッチ回路１３５は「Open」、起爆スイッチ回路１３８は「Open」となる。［状態Ｂ１］の場合に起爆操作機５０から駆動エネルギーが送られると、駆動エネルギーは、回路用蓄電装置１２７Ｂに蓄電される。

［回路用蓄電装置１２７Ｂに駆動エネルギーが蓄電された時］
回路用蓄電装置１２７Ｂが十分蓄電されて所定の電圧に達すると、回路用蓄電装置１２７Ｂは、レギュレータ１２８を経由して、ＣＰＵ１３１を含む起爆制御電子回路１２０の各部品へ電力を供給する。起動直後におけるＣＰＵ１３１は、起動後に確実に図１１に示す［状態Ｂ１］にするため、防爆スイッチ回路３１を「Close」、放電スイッチ回路３２を「Close」、蓄電用スイッチ回路１３５を「Open」、起爆スイッチ回路１３８を「Open」に制御する。なお、防爆スイッチ回路３１が「Close」であれば、図１１に示す［状態Ｂ１］〜［状態Ｂ８］に示すように、放電スイッチ回路３２と蓄電用スイッチ回路１３５と起爆スイッチ回路１３８の状態にかかわらず、起爆部１４と起爆スイッチ回路１３８の間が接地されているため、点火エネルギーは回路用蓄電装置１２７Ｂから起爆部１４に供給されない（起爆スイッチ回路１３８の動作が無効とされる）。また、放電スイッチ回路３２が「Close」であれば、図１１に示すように、防爆スイッチ回路３１と蓄電用スイッチ回路１３５と起爆スイッチ回路１３８の状態にかかわらず、起爆用蓄電装置１３６が強制放電されるため、点火エネルギーは回路用蓄電装置１２７Ｂから起爆部１４に供給されない（点火エネルギーが起爆部１４に供給されることなく強制放電される）。また、ＣＰＵ１３１は、後述する「起爆用蓄電装置１３６に点火エネルギーを蓄電する手順」の前に、［状態Ｂ９］にして、点火回路確認装置１４５により点火回路１４１が正常か否かを確認する（図１１に示す［状態Ｂ９］）。

［起爆用蓄電装置１３６に点火エネルギーを蓄電する手順］
ＣＰＵ１３１は、図１１に示す［状態Ｂ１］の場合に、例えば蓄電開始信号を受信すると、図１１に示す［状態Ｂ１］から放電スイッチ回路３２を「Open」に制御した後、蓄電用スイッチ回路１３５を「Close」に制御して図１１に示す［状態Ｂ７］にして、起爆用蓄電装置１３６に点火エネルギーを蓄電する。この状態で仮に起爆スイッチ回路１３８が「Close」となっても、防爆スイッチ回路３１が「Close」であるので、起爆部１４に点火エネルギーは供給されない。

［起爆用蓄電装置１３６に蓄電された点火エネルギーを起爆部１４へ供給する手順］
ＣＰＵ１３１は、図１１に示す［状態Ｂ７］の場合に、例えば起爆信号を受信すると、蓄電用スイッチ回路１３５を「Open」に制御するとともに、防爆スイッチ回路３１を「Open」に制御して図１１に示す［状態Ｂ１３］にする。その後、ＣＰＵ１３１は、起爆スイッチ回路１３８を「Close」に制御して図１１に示す［状態Ｂ１４］にして、起爆用蓄電装置１３６から点火エネルギーを起爆部１４に供給する。これにより、点火エネルギーは起爆用蓄電装置１３６から起爆部１４に供給されて、起爆部１４は点火される。なお、図１１では「設定なし」とした［状態Ｂ１５］と［状態Ｂ１６］を用いて、以下のようにしても良い。起爆用蓄電装置１３６が蓄電されている状態（図１１に示す［状態Ｂ７］）の後、蓄電用スイッチ回路１３５を「Close」、防爆スイッチ回路３１を「Open」に制御（図１１に示す［状態Ｂ１５］）した後、起爆スイッチ回路１３８を「Close」に制御して図１１に示す［状態Ｂ１６］にして、起爆用蓄電装置１３６から点火エネルギーを起爆部１４に供給する。

図１１に示すように、起爆用蓄電装置１３６から点火エネルギーを起爆部１４に供給して点火するためには、ＣＰＵ１３１は、次の手順に従って各スイッチの状態を制御する必要がある。先ず、ＣＰＵ１３１は、放電スイッチ回路３２を「Open」に制御し、起爆用蓄電装置１３６に点火エネルギーを蓄電可能な状態にする。さらに、ＣＰＵ１３１は、蓄電用スイッチ回路１３５を「Close」に制御して、起爆用蓄電装置１３６に点火エネルギーを蓄電する。その後、ＣＰＵ１３１は、蓄電用スイッチ回路１３５と防爆スイッチ回路３１を「Open」に制御する。その後、ＣＰＵ１３１は、起爆スイッチ回路１３８を「Close」に制御する。このように、放電スイッチ回路３２を追加することにより、放電スイッチ回路３２を「Close」に制御している限り、起爆用蓄電装置１３６に点火エネルギーが蓄電されないので（点火エネルギーを起爆部１４に供給することなく強制的に放電するので）、意図せず起爆スイッチ回路１３８が「Close」になったとしても起爆部１４に点火エネルギーが供給されず、より高い安全性を備えることができる。また、第１の実施の形態と同様、防爆スイッチ回路３１を追加することにより、防爆スイッチ回路３１を「Close」に制御している限り、意図せず起爆スイッチ回路１３８が「Close」になったとしても起爆部１４に点火エネルギーが供給されないので（起爆スイッチ回路１３８の動作を無効にできるので）、より高い安全性を備えることができる。

●［本願の効果］
本実施の形態にて説明した無線起爆雷管では、防爆スイッチ回路（第１安全装置）と放電スイッチ回路（第２安全装置）を追加することで、より高い安全性を備えることができる（図６と図９参照）。

第１の実施の形態においては、防爆スイッチ回路３１を「Close」に制御している限り、意図せず起爆スイッチ回路１３８が「Close」になったとしても起爆部１４に点火エネルギーが供給されないので（起爆スイッチ回路１３８の動作を無効にできるので）、より高い安全性を備えることができる。

また第２の実施の形態においては、第１の実施の形態の防爆スイッチ回路３１による効果に加えて、放電スイッチ回路３２を「Close」に制御している限り、起爆用蓄電装置１３６に点火エネルギーが蓄電されないので（点火エネルギーを起爆部１４に供給することなく強制的に放電するので）、意図せず起爆スイッチ回路１３８が「Close」になったとしても起爆部１４に点火エネルギーが供給されず、より高い安全性を備えることができる。

本発明の起爆雷管（無線起爆雷管２、２Ｂ）は、本実施の形態にて説明した外観、構造、構成、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。特に、起爆制御電子回路１２０（１２０Ｂ）における各スイッチ回路は、開状態又は閉状態を切り替えるものであれば、半導体スイッチでも機械式スイッチ等でも良い。

また本実施の形態にて説明した無線起爆雷管２（２Ｂ）は、トンネルの掘削現場に限定されず、種々の現場の爆破に適用することが可能である。

１無線起爆システム
２、２Ｂ無線起爆雷管（起爆雷管）
１０第１ケース
１０ａ連結端部
１０ｃストッパー
１０ｄ壁板
１１起爆側受信アンテナ
１１ＸＸ軸用受信アンテナ
１１ＹＹ軸用受信アンテナ
１１ＺＺ軸用受信アンテナ
１２ＸＸ軸用コイル
１２ＹＹ軸用コイル
１２ＺＺ軸用コイル
１４起爆部
１５シート状磁性体
１８起爆側送信アンテナ
２０第２ケース
２０ａ連結端部
２６導電線
２８導電線
３０第３ケース
３１防爆スイッチ回路（防爆スイッチ）
３２放電スイッチ回路（放電スイッチ）
３６爆薬
３６Ａ親ダイ
３６Ｂ増ダイ
４０装薬孔
４１切羽面（被爆破個所）
４２洞床
４３洞側壁
４４洞天井
４５封止物
５０起爆操作機
５１中継装置
６０起爆操作機側送信アンテナ
６１補助母線
６２発破母線
６５起爆操作機側受信アンテナ
６６起爆操作機側受信アンテナ用ケーブル
９０爆薬ユニット
１２０、１２０Ｂ起爆制御電子回路
１２１、１２２、１２３同調回路
１２４３軸合成回路
１２５検波・復調回路
１２６整流回路
１２７蓄電装置
１２７Ｂ回路用蓄電装置
１２８レギュレータ
１３１ＣＰＵ（制御装置）
１３２ＩＤ記憶装置
１３３変調回路
１３４送信回路
１３５蓄電用スイッチ回路（蓄電用スイッチ）
１３６起爆用蓄電装置
１３７蓄電状態検出回路
１３８起爆スイッチ回路（起爆スイッチ）
１４１点火回路
１４２点火玉
１４３起爆薬
１４４添装薬
１４５点火回路確認装置
１５３配線パターン
１５４制御信号
１８２アンテナ部
５１１無線起爆雷管用アンテナ
５１２制御部
５１４起爆部
５１７ＸＸ軸用シート状コイル
５１７ＹＹ軸用シート状コイル
５１７ＺＺ軸用筒状コイル
５２１、５２２、５２３同調回路
５２４スイッチモジュール
５２５検波・復調回路
５２６整流回路
５２７電子回路駆動用蓄電装置（蓄電装置、回路駆動用蓄電装置）
５２８レギュレータ
５３１ＣＰＵ
５３２ＩＤ記憶装置
５３３変調回路
５３４送信回路
５３５蓄電用スイッチ回路
５３６起爆用蓄電装置
５３７蓄電状態検出回路
５３８起爆用スイッチ回路
５４１点火回路
５４２点火玉
５４３起爆薬
５４４添装薬
Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ１６状態
Ｄ１径
Ｄ２深さ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４距離

Claims

爆薬を起爆する起爆部を有する起爆雷管であって、
少なくとも点火エネルギーを蓄電する蓄電装置と、
前記蓄電装置に蓄電されている点火エネルギーが供給されると起爆する前記起爆部と、
前記蓄電装置と前記起爆部との間に設けられた起爆スイッチと、
前記起爆スイッチと前記起爆部との間に設けられて前記起爆スイッチの動作を無効にする第１安全装置と、
前記起爆スイッチと前記第１安全装置とを制御する制御装置と、
を有している、
起爆雷管。
請求項１に記載の起爆雷管であって、
前記第１安全装置は、一方端が前記起爆スイッチと前記起爆部との間に接続されて他方端が接地されている防爆スイッチである、
起爆雷管。
請求項２に記載の起爆雷管であって、
前記防爆スイッチは、通電されていない場合は閉状態となるノーマリークローズタイプである、
起爆雷管。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の起爆雷管であって、
前記蓄電装置は、前記点火エネルギーを蓄電する起爆用蓄電装置と、前記制御装置と前記起爆スイッチと前記第１安全装置を駆動する駆動エネルギーを蓄電する回路用蓄電装置と、を兼用している、
起爆雷管。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の起爆雷管であって、
前記蓄電装置は、前記制御装置と前記起爆スイッチと前記第１安全装置と第２安全装置を駆動する駆動エネルギーを蓄電する回路用蓄電装置とは別に設けられて前記点火エネルギーを蓄電する起爆用蓄電装置であり、
前記回路用蓄電装置は、前記制御装置から制御される蓄電用スイッチを介して前記起爆用蓄電装置に接続されており、
前記起爆用蓄電装置は、蓄電された点火エネルギーを前記起爆部に供給することなく放電するように前記制御装置から制御される前記第２安全装置を有している、
起爆雷管。
請求項５に記載の起爆雷管であって、
前記第２安全装置は、一方端が前記起爆用蓄電装置に接続されて他方端が接地されている放電スイッチである、
起爆雷管。
請求項６に記載の起爆雷管であって、
前記放電スイッチは、通電されていない場合は閉状態となるノーマリークローズタイプである、
起爆雷管。