JP2845348B2 - デジタル遅延装置 - Google Patents

デジタル遅延装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、非電気爆発開始システムとの使用のため
に、電子的な遅延タイミングを使用する爆発装置に関す
る。
背景及び関連技術 爆破操作は、通常は、地球の中に、例えば、砕かれる
べき岩石又は鉱石物体の中にドリルで開けられた試錐孔
の内部に置かれた爆発性爆薬の時系列的に時間を定めら
れた爆発を含む。一般に、1以上伝達ラインが、それぞ
れの試錐孔内に位置付けられた個々の爆破する爆薬を爆
発させるための信号を送るために中央開始点から配備さ
れる。これらの伝達ラインは、複数の“支線(downline
s)”に接続された1以上の幹線から成って良く、そし
てこれらの支線は幹線から試錐孔中に通じていて、時々
雷管と呼ばれる起爆装置に開始信号を伝達し、そしてこ
の起爆装置は、爆発に際して、試錐孔内の主な爆発性爆
薬を爆発させる衝撃波を発生させる。各々の試錐孔内の
時系列的な爆発のタイミングは、鉱石及び岩石の所望の
破砕及び移動を達成するためにきちんと制御しなければ
ならない。試錐孔の爆発の間の時間間隔は、所望の結果
を達成するためにはミリセカンドの程度であり、そして
開始信号が起爆装置によって受け取られる時間と起爆装
置の爆発との間に遅延を与えることによって達成され
る。一般には、隣り合う試錐孔の間には少なくとも8ミ
リセカンドの遅延が必要とされ、そしてかなりもっと長
いミリセカンドの遅延がしばしば使用される。
非電気爆破システムにおいては、必要とされる遅延期
間は、花火の遅延組成物を含む雷管(爆破キャップ)及
び/又はインライン信号伝達キャップの使用によって得
ることができる。当該技術においては良く知られている
ように、これらの遅延組成物は、制御された速度で燃焼
して、入って来る爆発信号の受領と、試錐孔中の主な爆
発性爆薬に又はもう一つの長さの信号伝達ラインに爆発
信号を移す、キャップ内の一次爆薬の爆発との間に予め
選ばれた遅延、例えば、25、50、250又は500ミリセカン
ドを与える、キャップの爆発導火線内の一つの長さの材
料(material)を与える。雷管中のこのような花火の遅
延の付与は、異なる遅延期間を有する一対の雷管を利用
する装置を述べているSpraggsらの米国特許第3,987,732
号中で説明されている。しかしながら、このような花火
の遅延は、燃焼時間におけるそしてそれ故、所望の遅延
間隔における固有の変動を示す。結果として、与えられ
た雷管に伴う正確な遅延期間は、製造許容差に依存する
範囲内で変動する。実際問題としては避けることができ
ない組成上のそして製造上の変動から生じるこの燃焼時
間変動は、試錐孔爆薬の遅延された点火に伴う時間ばら
つき又は不正確さを導く。点火時間の変動又はばらつき
は、乏しい岩石破砕そして多分爆破ゾーンの外側での損
害を結果としてもたらす可能性がある。時系列的な爆発
の間の時間が非常に短い、例えば、最小8ミリセカンド
又はその近くである場合には、燃焼時間変動から生じる
時間ばらつきは、プログラムされた間隔に近づき又はそ
れを越えさえして、かくして隣り合う試錐孔の順序が乱
れた爆発をもたらす可能性がある。
慣用の爆発コードは、騒々しくそして破壊されたコネ
クタ及び類似物から破片及び破片を投げ飛ばす傾向があ
り、これは、信号の前の伝達ラインを切断し、それによ
って所望の爆破パターンを乱す可能性がある。伝達ライ
ンにおけるこれらの不利益は、既知の非破壊信号伝達ラ
インの利用によって克服することができる。この一つの
タイプは、一般に“衝撃波管”と呼ばれそしてThureson
らの米国特許第4,607,573号中で説明されている。他の
非破壊伝達ラインは、Thuresonらの米国特許第4,757,76
4号中に説明されたような低速度信号伝達管を含む。衝
撃波管及び低速度信号伝達管(“LVST管”)は、一般
に、その内部表面の上を適切な爆発性(衝撃波管)又は
爆燃性組成物(LVST管)の薄い層でコートされている中
空のプラスチック管から成る。このような信号伝達管内
の爆発性又は爆燃性組成物の開始に際して、衝撃波、炎
前面又はその他のような衝撃信号が伝達される。この衝
撃信号は、主な爆薬の時間を定められた爆発を開始させ
るために、信号伝達及び雷管を爆発させるために利用す
ることができる。
上で示したように、信号伝達ラインにおける花火の遅
延デバイスの使用は、当該技術において知られている。
例えば、信号伝達管のための花火の遅延装置は、1988年
5月10日にBartholomewらに発行された米国特許第4,74
2,773号中に示されている。この特許は、予め選ばれた
燃焼時間を有する形作られた花火の遅延組成物を含む遅
延要素から成る遅延組立体を、信号伝達管中で、使用す
ることを要求する。Bartholomew特許の3欄、49行から
始まって述べられているように、信号伝達管は、遅延組
立体の向かい合う端の中に受け入れられそして遅延要素
の向かい合う端に接続されている。この組立体に接続さ
れた伝達管の1本から入って来る衝撃信号は、遅延要素
の時間を定められた燃焼を、それの一端から出発して、
開始させる。遅延要素の燃焼時間は、利用される遅延組
成物に依存して、9ミリセカンド〜10秒又はもっと長い
範囲にわたる可能性がある(4欄、11〜15行)。燃焼が
遅延要素の一端から他端へと進む時に、予め選ばれた遅
延期間は経過してしまい、そして燃焼する遅延要素は、
他の外へ出る信号伝達管に点火する。結果として、遅延
装置によって接続された伝達管を通る信号の伝達のタイ
ミングにおける選ばれた遅延が達成される。Bartholome
w特許の花火の遅延組立体は、4欄、38行から始まって
説明されているような、種々の反応性化学化合物から成
る遷移及び遅延化学組成物を用いる。
花火の遅延を含む電気的に開始される起爆装置の使用
は、勿論、起爆装置遅延の燃焼時間の固有の変動に関す
る限り、非電気的に開始されるシステムに関して上で述
べたのと同じ問題に曝される。即刻の起爆装置又は電子
的にタイミングを取られた起爆装置と組み合わせた電気
的爆破順序付け機械の使用は、正確な試錐孔から試錐孔
への時間遅延を与えることができるけれども、このよう
なシステムにおいて使用される非常に多数の雷管のすべ
てを信頼性をもって点火するためには数百ボルトの電位
を要求し、そしてこのような電圧は、現場の作業者に時
々致命的な安全上の危険を持ち出す。他方、個々の電気
雷管の点火のためには比較的小さい量のエネルギしか必
要としないので、その結果、静電気、地電流、電線によ
って誘導される電流、ラジオ周波数若しくはマイクロ波
ソース又は比較的低エネルギの電磁気ノイズのソースに
よって、早過ぎる又は意図しない爆発が引き起こされる
可能性がある。更に、大きな爆破パターンにおける電気
雷管の相互接続は極めて複雑である可能性があり、そし
て計算の誤りは、1以上の起爆装置キャップの爆発の仕
損じをもたらし、これが、確かに爆発した爆薬によって
引き起こされた廃石の山の中の爆発していない主な爆発
性爆薬という非常に危険な状況をもたらす可能性があ
る。
1992年12月22日付けの米国特許第5,173,569号は、起
爆装置内に配設された電子的にタイミングを取られた遅
延回路の使用によって、入って来る非電気信号の到着に
応答して起爆装置の出力爆薬の爆発における予め選ばれ
た遅延の達成を可能にする、非電気爆破システムにおけ
る使用のための電気遅延起爆装置(雷管)を述べてい
る。この特許は、変換器、例えば、ブースタ爆薬の爆発
によって発生される圧力波に応答する圧電要素の使用を
詳述しているが、この、ブースタ爆薬は、例えば衝撃波
管から入って来る非電気衝撃信号によって爆発させられ
て、起爆装置のそしてそれによってこの起爆装置によっ
て取り扱われる爆発性爆薬の爆発のために予めセットさ
れた、リゾットステートで制御された時間遅延を与える
電子回路に電力を供給する。引用によって本明細書中に
組み込まれる米国特許第5,173,569号の開示は、変換器
を加圧することによって発生させられた電力が、遅延回
路構成を開始させそして運転するために、並びにブース
タ爆薬を作動させる、即ち爆発させるために必要とされ
る電力のソースである装置を開示している。変換器の加
圧によって利用可能なエネルギーの限られた量が、達成
することができる遅延の継続時間を必然的に限定する。
米国特許第5,173,569号の装置は、変換器を作動させる
ためにブースタ爆薬を必要とした。入力伝達ラインが変
換器を信頼して活性化するのに十分なエネルギを有する
場合には、例えば、入力伝達ラインが低エネルギ爆発コ
ードである場合には、ブースタ爆薬を省略することがで
きる。
発明の要約 総括的には、本発明は、インライン又は穴の下の使用
に適した出力爆薬を含む遅延装置、例えば遅延起爆装置
を提供するが、この装置は、一つの実施態様において
は、活性化された変換器から受け取る信号による作動に
際して遅延回路に電力を供給するために使用されるエネ
ルギソース例えば電池手段を含む回路機構を利用する。
電池手段又は類似物は、遅延の長期の継続時間のために
さえ遅延回路に電力を供給するために十分なエネルギを
与えるように設計されるが、電池手段からの利用可能な
エネルギは、短絡又はその他の機能不全の場合において
さえ、電池手段のエネルギ出力が、出力爆薬を爆発させ
るのには不十分であるように限定される。本発明のうち
もう一つの実施態様においては、遅延装置は、1以上の
出力伝達ラインを出力爆薬の近くに保留し、それによっ
て出力爆薬の爆発が1以上出力伝達ラインに点火するた
めの1以上の出力ライン保留手段を含む。
詳細には、本発明によれば、非電気衝撃信号によって
活性化される爆破開始システムにおける使用のための電
気的遅延装置、例えば遅延起爆装置が提供される。この
遅延装置は、入力伝達ラインに連結されるような寸法に
作られそしてそのような形状に作られたその一端を有す
るハウジング手段、例えば管状の電気的に伝導性の本体
を含んで成る。この入力伝達ラインは、例えば衝撃波管
のような入力伝達管で良く、又はそれは、低エネルギ爆
発コードでも良い。いずれにせよ、この入力伝達ライン
は、入力非電気衝撃信号を伝達することができる。前に
述べた一端と反対の端で閉じられていて良いハウジング
手段は、(i)伝達ラインからの衝撃信号を受け取りそ
して衝撃信号を電気出力信号に変換するために、伝達ラ
インに対して信号通信関係に配設された信号変換手段、
及び(ii)出力伝導手段を有する遅延手段を含む電気回
路を有する。この電気回路は、それから電気出力信号を
受け取りそしてそれに際して選ばれた時間間隔を数え始
める信号変換手段に接続されている。この時間間隔が経
過すると、電気出力信号は、電気回路によって出力伝導
手段に伝達される。本発明の遅延装置は、(iii)ハウ
ジング手段の中に入れられ、そして電気回路の出力伝導
手段にそして出力爆薬に接続された電気的に操作可能な
点火手段を更に含んで成る。この点火手段は、電気回路
から電気出力信号を受け取ると活性化されて出力爆薬を
爆発させる。
本発明の一つの面によれば、前記電気回路は、電気出
力信号の電気回路による受け取りに際して選ばれた時間
間隔を数えるための電力を電気回路に供給するための、
電気回路に接続された電池手段を含む。
本発明のもう一つの面は、電池手段の電力出力が、出
力爆薬を爆発させるのに十分に点火要素を活性化させる
のには十分であることを提供する。
本発明のもう一つの面においては、前記電気回路は、
サイクルを発生させるための電力をそれから受け取るた
めに電池手段に接続されたサイクルを発生させるための
発振器、サイクルを数えるために発振器に接続された計
数器、及び計数器に初期値を予めロードするための手段
を含んで成る。前記エネルギ貯蔵手段に接続された電圧
制御器が存在しても良い。
本発明のなおもう一つの面によれば、ハウジング手段
は、出力爆薬の近くに1以上の出力伝達ラインを保留し
て、それによって出力爆薬の爆発がその中に配設された
1以上の出力伝達ラインを点火させることができるため
の1以上出力ライン保留手段を含んで成ることができ
る。本発明のまだもう一つの面は、ハウジング内に配設
され、そして入力伝達ラインから受け取られる衝撃信号
によって爆発させられて、信号変換器によって受け取ら
れる衝撃信号を増幅するように位置付けられたブースタ
爆薬の包含を提供する。
本発明のその他の面は、電気出力信号を、時間間隔の
計数を開始させる第一信号及び時間間隔の終わりに点火
要素を活性化させる第二信号に変換するための手段を含
んで成る電気回路を提供する。本発明のその他の面は、
(a)入力衝撃信号を電気エネルギに変換するための変
換器、例えば圧電発電機、及び(b)変換器から電気エ
ネルギを受け取りそして電気出力信号としてエネルギ貯
蔵手段からの放出の目的で電気エネルギを貯蔵するため
に、変換器に接続されたエネルギ貯蔵手段、例えば貯蔵
キャパシタを含んで成る信号変換手段を提供する。
上述の実施態様のどれもが、それに連結された入力伝
達ライン、例えば入力伝達管、例えば衝撃波管、又は低
エネルギ爆発コードを含んで良い。幾つかの実施態様
は、ハウジングによって保持されたプログラミング手段
を含んで良い。このプログラミング手段は、遅延回路の
時間間隔の継続時間をプログラムするのに効果的であ
る。必要に応じて、このプログラミング手段は、ハウジ
ングの外部からアクセス可能で良く、そしてプログラミ
ング手段を遅延回路に接続し、それによって遅延回路の
時間間隔の継続時間をプログラムすることができるイン
ターフェイスコネクタを更に含んで良い。このインター
フェイスコネクタは、誘導ピックアップ手段から成るこ
とができる。
本発明の方法の面は、伝達ラインから受け取られる入
力非電気衝撃信号の付与と出力爆薬の爆発との間に時間
遅延を挿入することを提供する。この方法は以下のステ
ップを含んで成る。(a)入力衝撃信号を第一電気信号
に変換するステップ。このステップは、衝撃入力信号に
よって圧電発電機を加圧することによって実施すること
ができる。この入力信号は、必要に応じて、それを使用
することによって増幅して、今度は圧電発電機を加圧す
るブースタ爆薬を爆発させることができる。(b)第一
電気信号を発振器に伝達するステップ。(c)第一電気
信号に応答して発振器によって発生されるサイクルの数
を数えるステップ。このステップを実施するための電力
は、必要に応じて、電池手段から供給することができ
る。(d)サイクルの数の予めプログラムされたカウン
トの完了に際して第二電気信号を発生させるステップ。
(e)第二電気信号を電気的に操作可能な出力爆薬に伝
達して、出力爆薬を爆発させるステップ。必要に応じ
て、本発明の方法は、出力爆薬のエネルギを使用して1
以上の出力伝達ラインを点火して、1以上の出力信号を
発することを更に含んで良い。
本発明のこれらの及びその他の面は、その目的及び利
点と一緒に、本明細書の一部を形成する添付する図面を
参照して、本明細書中で以後に一層十分に説明されそし
て特許請求される構造及び操作の詳細において明らかに
なるであろう。
図面の簡単な説明 図1は、それに連結された衝撃波管入力伝達ラインを
有する、本発明の遅延起爆装置の一つの実施態様を示
す、部分的に断面の略図である。
図1Aは、図1の起爆装置の絶縁カップ及びブースタ爆
薬部品の、図1と比較して拡大されているスケールでの
図である。
図1Bは、それに連結された低エネルギ爆発コード入力
伝達ラインを有する、本発明の遅延起爆装置の第二の実
施態様を示す、部分的に断面の部分略図である。
図2は、それに取り付けられた入力伝達ライン及び出
力伝達管を含む、本発明の遅延装置の一つの実施態様を
示す略断面図である。
図2Aは、図2の遅延装置の低エネルギブースタ起爆装
置及びそれへのある種の接続部品の、図2と比較して拡
大された図である。
図2Bは、図2の遅延装置の出力起爆装置及びそれへあ
る種の接続部品の、図2と比較して拡大された図であ
る。
図2Cは、図2の実施態様の構造を示つ略ブロック図で
ある。
図2Dは、それに取り付けられた入力伝達ラインを含
む、本発明の遅延装置のもう一つの実施態様を示す、図
2のものに対応するが切り欠かれた部分を有する略断面
図である。
図2Eは、本発明に従って、例えば、図2、2C及び2Dの
実施態様において利用可能な遅延回路の一つの実施態様
の略ブロック図である。
図3は、本発明の点火及び電子遅延回路機構の主な部
品を図示する略ブロック図である。
図4は、本発明の典型的な実施態様の電子計数及びプ
ログラミング回路機構を図示する略ブロック図である。
図5は、図4の回路機構と共に使用可能な付加的なプ
ログラミング回路機構を図示する略ブロック図である。
図6は、全体として図1のものに対応するが、図1の
図式的な箱の描写の代わりに圧電発電機30の図式的な構
造的な描写を示す略部分図である。
図7は、図6と比較して拡大されたスケールでの、一
層詳細な図式的な描写で示されたそれの圧電発電機部品
を有する、図6の部品の略分解図である。
図8は、図6及び7の圧電発電機の一層詳細な図式的
な図の、図7と比較して拡大されたスケールでの図であ
る。
発明の詳細な説明及びその好ましい実施態様 多重爆薬爆破システムにおける個々の爆発性爆薬の開
始のタイミングの正確さは、鉱石及び岩石の所望の破砕
を達成するために、そして爆破ゾーンの外側の構造物に
対する爆発の影響を減らすためにきちんと制御しなけれ
ばならない。個々の爆薬の開始のタイミングの正確さ
は、爆発で誘発される衝撃波の必要とされる分配を与え
ることによって爆発の有効性を支配する。本発明は、非
電気的多重爆発性爆薬爆破操作における信号伝達ライン
を通しての爆発信号の伝達及び個々の爆発性爆薬の開始
のタイミングをきちんと制御するために使用することが
できる遅延起爆装置を提供する。
さて図1を参照して説明すると、穴の下の爆薬を爆発
させる際の使用のための本発明の広がった範囲のデジタ
ル遅延起爆装置1の一つの実施態様が示されている。図
示した実施態様においては、遅延起爆装置は、図示した
ケースにおいては衝撃波管10から成る適切な入力伝達ラ
インに連結されている。しかしながら、その他の非電気
信号伝達手段例えば爆発コード、低エネルギ爆発コー
ド、低速度衝撃波管及び類似物も使用することができる
ことが理解されるべきである。一般に、任意の適切な非
電気衝撃信号伝達手段を用いることができる。当業者に
は良く知られているように、衝撃波管10は、その内側壁
が爆発材料によってコートされている中空プラスチック
チューブから成り、その結果、点火に際して、低エネル
ギ衝撃波が管を通って伝播される。例えば、Thureson
ら、米国特許第4,607,573号を参照せよ。衝撃波管10は
アダプタブッシュ14によって適切なハウジング12にはめ
込まれているが、ハウジング12はアダプタブッシュ14の
回りでクリンプ16、16aにおいてクリンプされて、衝撃
波管10をしっかりと掴みそしてアダプタブッシュ14と衝
撃波管10の外側表面の間に環境上の保護シールを形成す
る。ハウジング12は、ブッシュ14及び衝撃波管10を受け
る開いた端12a並びに反対の閉じた端12bを有する。ハウ
ジング12は、電気的に伝導性の材料、通常はアルミニウ
ムから作られていて、そして好ましくは慣用の雷管、即
ち起爆装置のサイズ及び形である。衝撃波管10の区分10
aは、ハウジング12内に延びそして帯電防止絶縁カップ1
8のすぐ近くで、又はそれと隣接接触して端10bで終わ
る。
絶縁カップ18は、図1A中に最も良く見られるように、
当該技術において良く知られたタイプのものであり、そ
して半導体材料、例えば、炭素が充電されたポリマー状
材料から作られていて、その結果それは、衝撃波管10の
内部に沿って移動する可能性がある何らかの静電気を放
散するために地面への経路を形成する。例えば、Gladde
nの米国特許第3,981,240号を参照せよ。低エネルギブー
スタ爆薬が帯電防止絶縁カップ18の隣に位置付けられて
いる。図1A中に最も良く見られるように、帯電防止絶縁
カップ18は、当該技術において良く知られているよう
に、薄い破壊可能な膜18bによって入り口室18aと出口室
18cとに分割されている全体として円筒状の本体(これ
は、通常は、ハウジング12の開いた端12aにより近く位
置付けられたより大きな径を有する円錐台の形である)
から成る。衝撃波管10の端10b(図1)は、入り口室18a
内に受けられている(衝撃波管10は、明瞭な図示のため
に図1A中には示さない)。出口室18cは、衝撃波管10の
端10bとブースタ爆薬20の間に空気スペース又は隔離を
与える。操作に際しては、衝撃波管10を通って移動する
衝撃波は、膜18bを破壊し、そして出口室18cによって与
えられた隔離を横切り、そしてブースタ爆薬20に衝突し
そしてそれを爆発させるであろう。
ブースタ爆薬20それ自体は、その内部に小量の一次
(primary)爆薬24、例えばアジ化鉛が押し付けられて
いて、そして第一クッション要素26によって閉じられて
いるカップ様形状のブースタ爆薬シェル22から成る。絶
縁カップ18と一次爆薬24との間に位置付けられている第
一クッション要素26は、製造の間にその上に課される圧
力から一次爆薬24を保護する。
典型的には0.03インチの厚さである非伝導性緩衝帯28
が、ブースタ爆薬20と圧電発電機30の間に位置付けられ
ていて、圧電発電機30をブースタ爆薬20から電気的に絶
縁する。
アダプタブッシュ14、絶縁カップ18、第一クッション
要素26及びブースタ爆薬20は、図1A中に示すように、好
都合にはブースタシェル32中に嵌められていて良い。絶
縁カップ18の外側表面はブースタシェル32の内側表面と
伝導接触していて、そして前記内側表面は今度はハウジ
ング12と伝導接触していて、衝撃波管10から放出される
何らかの静電気のための電流経路を与える。一般に、ブ
ースタシェル32はハウジング12中に挿入され、そしてハ
ウジング12はクリンプされて、その中にブースタシェル
32を保留し並びにハウジング12の内容物を環境から保護
する。
再び図1を参照して説明すると、キャパシタ34が圧電
発電機30に接続されていて、貯蔵のために発電機30から
電気出力を受け取る。キャパシタ34は、35ボルトで評価
して10マイクロファラッド単位で良い。その直列抵抗
は、それが圧電発電機30から受け取るであろう1〜2マ
イクロセカンドの長さのパルスの速い立ち上がり時間に
適応するために好ましくは低い。
電池手段36がキャパシタ34の次に位置付けられてい
て、そして電池手段36の隣にはタイミングモジュール38
があり、その次には電気的に作動された点火手段40が位
置付けられている。第一クッション要素26の類似である
第二クッション要素42が、第一クッション要素26と同じ
目的のために、出力爆薬44と電気的に作動された点火手
段40との間に挿入されている。出力爆薬44は、その爆発
がこのような起爆装置がそれに置かれる通常の目的であ
る、投げられた(cast)ブースタ爆薬、ダイナマイトな
どを爆発させるのに十分な衝撃力を有する一次爆薬44a
及び二次爆薬44bから成る。タイミングモジュール38の
出力に接続されている点火手段40は、活性化される時
に、一次爆薬44aを爆発させ、この一次爆薬44aが今度は
二次爆薬44bを爆発させる、即ち、点火手段40は出力爆
薬44を爆発させる役割を果たす。点火手段40は、ブッシ
ュの比較的低い固有抵抗及びハウジング12とのそれの接
触のための、点火手段40による出力爆薬44の不注意な爆
発を防止する役割を果たす、好ましくは非伝導性のブッ
シュ(図示しない)内に位置付けられている。
ハウジング12内に含まれる部品は、部品を保護するた
めに注封材料内に適切に包まれていて、そして機械的衝
撃又は電気的信号による爆発又は損傷の機会を最小にす
る。ハウジング12がアルミニウム又はその他の電気的に
伝導性の材料から作られているという事実がまた、ブー
スタ爆薬20又は出力爆薬44を不注意に活性化する可能性
がある電気的信号及び機械的衝撃の両方に対して内部部
品を遮蔽することを助ける。電気的に伝導性のハウジン
グ12は、電気的に敏感な部品の回りにファラデーケージ
を形成することによって、潜在的に損害を与える電界の
高度な減衰を与える。ハウジング12のサイズ及び形状
は、上で記したように、現在使用されている産業標準の
起爆装置サイズを2倍にするように好ましくは選ばれ
る。
操作に際しては、図1のデジタル遅延起爆装置1は、
衝撃波管10を経由して圧力入力パルスを受け、そしてこ
れがブースタ爆薬20を爆発させ、その爆発性出力はかく
して衝撃波管10によって伝達された圧力入力パルスの増
幅である。圧電発電機30は、ブースタ爆薬20の爆発によ
って伝達されるエネルギを受け、そしてこのエネルギを
電気エネルギに変換する。この電気エネルギは貯蔵キャ
パシタ34中に貯蔵され、そしてその一部はタイミングモ
ジュール38のタイミング回路を作動させるために使用さ
れそして、予め選ばれた間隔の経過の後で、点火手段40
を刺激して出力爆薬40を爆発させる。電池手段36は、タ
イミングモジュール38の遅延タイミング回路構成を動か
すために必要な電力を供給するために使用される。その
タイミングサイクルの完結に際して、キャパシタ34から
の貯蔵されたエネルギは、電気的に活性化された点火手
段40に付与され、それによって一次爆薬44a及び二次爆
薬44bを爆発させる。かくして、遅延起爆装置1は、多
数の爆薬を所定のタイミングパターンで爆発させるべき
爆発パターンにおいて必要とされるであろうような爆発
性爆薬の開始における非常に正確に制御された遅延を与
えるために用いることができる。遅延の電気回路制御
は、慣用の花火の遅延によって得ることができるものよ
りもずっと正確に遅延を可能にし、そして電池を動力に
したタイミング手段は、圧電発電機30がタイミング回路
に電力を与えそして点火手段40を刺激する両方のために
電力を供給しなければならないと仮定した場合に得こと
ができるであろうよりもずっと長い遅延の選択を可能に
する。
さて図1Bを参照して説明すると、その中では図1の実
施態様の部品と同一の部品はプライム符号の付加以外は
同一に番号を付けられていて、そして本発明の代わりの
実施態様は、その一部だけが図1B中に示されている起爆
装置1′から成る。この実施態様においては、図1の実
施態様の衝撃波管10は、低エネルギ爆発コード46から成
る伝達ラインによって置き換えられていて、そしてコー
ド46は、その一部46aがブッシュ14′及び爆発コード46
と協力してクリンプ16′、16a′によってハウジング1
2′内にシールされるように、ハウジング12′の開いた
端12a′に位置付けられたアダプタブッシュ14′内に装
着されている。爆発コード46のエネルギ出力は、遅延起
爆装置1′の部品を破壊せずにそれ故それが作用するの
を防止するために十分に低く、しかし低エネルギ爆発コ
ード46の爆発出力によって与えられる入力衝撃信号が、
増幅の必要性なしで、直接に圧電発電機30′に作用する
ようにせしめるのに十分に高く選ばれる。発電機30′
は、低エネルギ爆発コード46からの衝撃波に応答して電
気エネルギを発生させるが、これは貯蔵キャパシタ34′
中での貯蔵のために伝達される。結果として、図1の実
施態様のブースタ爆薬20が図1Bの実施態様から省略さ
れ、図1Bの実施態様においては必要がない絶縁カップ18
もまた省略される。他の点では、図1Bの実施態様の他の
部品、それらの配列及び操作は、図1の実施態様と関連
して論議したものと同じであり、そしてそれ故その図示
及び説明を繰り返す必要はない。全体として、図1Bの実
施態様においては、圧電発電機30′を刺激するために必
要とされるエネルギは、低エネルギ爆発コード46から来
る衝撃波から直接引き出される。
図2は、インライン遅延装置210としての本発明のも
う一つの実施態様を示す。この実施態様においては、ハ
ウジング212は、何らかの適切な誘電材料例えば合成有
機ポリマー(プラスチック)、例えばポリエチレン又は
その他の熱可塑性材料から作られて良く、そしてそれ
は、その中に形成された適切な空洞中にインライン遅延
装置の他の部品を含む。ハウジング212はまた、入力及
び出力伝達ライン、即ち、入力衝撃波管214及び出力衝
撃波管216を受けそして接続する役割を果たす。以下に
一層詳細に説明するように、適切な入力穴(番号を付け
ない)がハウジング212中に形成され、そして入力衝撃
波管214を受けそしてしっかりと保留する。入力衝撃波
管214は、その内側表面に爆発性粉末層214a(図2A)が
コートされている中空プラスチックチューブから成る。
入力衝撃波管214は、ブースタ爆薬226の隣でハウジング
212内で終わる。
低エネルギブースタ起爆装置218(図2及び2A)は、
その内側に帯電防止カップ22、第一クッション要素224
及びブースタ爆薬226が配設されている起爆装置シェル2
20を含む。図示した実施態様においては圧電発電機228
から成る変換器、及び図示した実施態様においては一対
の導管230a、230bから成る第一伝導手段が、ハウジング
212内の低エネルギブースタ起爆装置218の隣に装着され
ている。起爆装置シェル220は、ブッシュ231の回りにク
リンプされているが、ブッシュ231内には入力衝撃波管2
14が受け入れられて衝撃波管の端を低エネルギブースタ
起爆装置218内の所定の場所にしっかりと保留するのを
助けている。加えて、入力衝撃波管214を受け入れる入
り口穴(図2)の180度戻りベンド形状は、入力衝撃波
管214をハウジング212内で所定の場所に堅く保持するの
を助ける歪除去を与える。装置の工場組立てにおいて通
常実施される、ハウジング212内の入力衝撃波管214のこ
の配置は、入力衝撃波管214をハウジング212から移動さ
せようとする機械的な力の傾向を阻止する。
図2A中に最も良く見られるように、ブースタ爆薬226
は、第一クッション要素224によって帯電防止カップ222
から分離されているが、第一クッション要素224の機能
は、ブースタ起爆装置218の工場組立の間に、ブースタ
爆薬226を起爆装置シェル220中に挿入するために使用さ
れるスチールビンの圧力を分配することである。この圧
力の分配は、製造プロセスの間のブースタ爆薬226の爆
発の機会を減らす。第一クッション要素224は、その中
に形成されそしてブースタ爆薬226をシールするための
薄い破裂可能な膜(番号を付けていない)によって閉じ
られた中央開口224aを有する。中央開口224aは、入力衝
撃波管214によって配達される衝撃信号のためのブース
タ爆薬226への低抵抗経路を与える。
帯電防止カップ222は、その中央部分を横切って延び
る薄い破裂可能な膜222aを有する円錐台の形であり、そ
して膜222aに接触して入力衝撃波管214の端が据えられ
ていて、入力衝撃波管214の端とブースタ爆薬226との間
に空気ギャップ、“隔離”を与えている。帯電防止カッ
プ222は、起爆装置シェル220の側部と接触し、そしてシ
ェル220に対して入力衝撃波管214を通って移動する何ら
かの静電気放電を接地して、ブースタ爆薬226を早まっ
て爆発させる静電気帯電の可能性を減らう役割を果た
す。
緩衝帯225が、ブースタ起爆装置シェル220と圧電発電
機228の間に備えられている。緩衝帯225は、誘電材料で
ありそして圧電発電機228を起爆装置シェル220から電気
的に絶縁する役割を果たす。
かくして、圧電発電機228は、ブースタ爆薬226のすぐ
近くに、それらの間にシェル220及び緩衝帯225だけを挟
んで位置付けられている。圧電発電機228は、伝導体と
圧電セラミックの多重の交互する層から成り、そして金
属層が並列に相互連結されて圧電発電機228の出力ター
ミナル(図示しない)を形成している。導管230a、230b
は、圧電発電機228の出力ターミナルを、図示した実施
態様においてはデジタル遅延モジュール232(図2及び2
C)で与えられる遅延モジュールに接続している。図2C
を参照して説明すると、デジタル遅延モジュール232
は、エネルギ貯蔵キャパシタ234、引き金回路236、遅延
回路238、及びその上に装備されたプログラミングイン
ターフェイス手段242を含む。エネルギ貯蔵キャパシタ2
34は、図示した実施態様においては、35ボルトで評価し
て約3マイクロファラッド単位である。その直列インピ
ーダンスは、圧電発電機228によって発生される1〜2
マイクロセカンドのパルスの速い立ち上がり時間に適応
するために好ましくは低い。
図2及び2Bを参照して説明すると、デジタル遅延モジ
ュール232の出力は、第二伝導手段によって出力起爆装
置248の点火要素246に電気的に接続される。図示した実
施態様(図2及び2B)においては、第二伝導手段は一対
の導管244a、244bから成り、そしてそれらの端は点火要
素246(図2B)内に埋め込まれてブリッジワイヤ245によ
って接続されている。図2B中に最も良く見られるよう
に、出力起爆装置248は、出力爆薬254のすぐ近くで出力
起爆装置シェル250内に位置付けられた点火カップ247内
に含まれる点火要素246を含む。導管244a、244bは、シ
ェル250の首が狭まった部分(番号を付けていない)に
よって所定の場所に保持されているブッシュ251によっ
て出力起爆装置シェル250内に保留されている。第一ク
ッション要素224と同一の第二クッション要素252は、点
火要素246に隣接しそしてそれを出力爆薬254から分離し
ている。第二クッション要素252は、第一クッション要
素224の中央開口224aと同じ機能に役立ちそして出力爆
薬254をシールするために薄い破裂可能な膜(番号を付
けていない)によって同様に閉じられている中央開口25
2aを含む。
ハウジング212の出力起爆装置248の隣の端は、出力起
爆装置248の近くに1以上の出力伝達ラインを保留する
ための複数の出力ラインを保留手段を供給するように形
作られている。図示した実施態様においては、これらの
出力ライン保留手段は、出力ライン穴256とクリート258
の組み合せによって供給される。出力ライン穴256は、
入り口の口256a及び出口の口256bを有する。クリート25
8は、全体として鉤の形であり、柔軟なリップ258aに終
わり、そして出力ライン穴256の出口の口256bの隣に位
置付けられそしてそれらと整列されている。かくして、
出力ライン穴256及びクリート258は、協力して図示した
実施態様における出力ライン保留手段を提供する。図2
中にはただ2つのこのような出力ライン保留手段しか図
示していないけれども、2よりも多いこのような出力ラ
イン保留手段を備えることができることが理解されるで
あろう。例えば、図示した実施態様においては、4又は
更に6のこのような出力ライン保留手段を、ハウジング
212の周辺の回りに均等に間隔を空けて並べることがで
きるであろう。
出力衝撃波管216は、衝撃波管216を平らにしそしてシ
ールするシール216bによって環境に対して閉じられそし
てシールされている末端216aを有する。適切な起爆装置
キャップ(図示しない)が、衝撃波管216の離れた端
(図示しない)の上にクリンプされていて、そして爆発
性爆薬内に据え付けることができ、又はキャップがそれ
に接続されている別の信号伝達チューブを点火するため
の信号増幅及び伝達キャップとして利用することができ
る。明らかに、任意の適切な長さの出力衝撃波管216を
用いることができ、そして出力衝撃波管216が表面伝達
ラインから成ろうと又は穴の下のラインから成ろうと遅
延装置210は表面上に留まることができる。その代わり
に、例えば、穴の下の爆発するキャップのために正確な
遅延期間を与えるために、それを瞬間的な爆発するキャ
ップと関連して使用する時には、遅延装置210を試錐孔
内に置くことができる。衝撃波管216の離れた端(図示
しない)に取り付けられた起爆装置キャップ(図示しな
い)の遅延期間を示すために、期間付け札216cが衝撃波
管216の末端216aの近くに取り付けられている。図示し
た実施態様においては、期間付け札216cの上の題語“期
間ゼロ”は、衝撃波管216の離れた端に取り付けられた
起爆装置キャップは遅延期間を持たないこと、即ち、そ
れはゼロ期間又は瞬間的な爆発キャップであることを示
す。明らかに、特別な爆発パターンのデザインに依存し
て、衝撃波管216の離れた端の起爆装置キャップは、所
望の場合には、電子工学的に制御された時間遅延期間を
持つことができ、そしてこれは期間付け札216c中に反映
されるであろう。米国特許第5,173,569号中に述べられ
たタイプのデジタル遅延起爆装置キャップは、正確なキ
ャップ遅延期間を与えるであろう。
衝撃波管216は、末端216aから短い距離を置いて管を
それ自体の上に曲げ戻して衝撃波管216中にループ又は
輪を形成し、そして管のこの輪を穴256の入り口の口256
a中に上向きに無理に入れそして出口の口256bを通して
無理に出して口256bを越えて突出させることによってハ
ウジング212に容易にかつしっかりと取り付けられる。
関連したクリート258の下のそのリップ258aの近くに衝
撃波管の輪をもってくるための衝撃波管の折り重ねを可
能にするのに十分な距離を突出するように輪を前進させ
る。次に、衝撃波管の重なり長さを、図2中の番号を付
けていない矢印の方向に下向きに引っ張り、管の輪を柔
軟なリップ258aを過ぎて上向きに引っ張り、そしてかく
してループにされた衝撃波管216を図2中に示すように
クリート258内にしっかりと据える。付加的な出力伝達
管は、同じやり方でハウジング212の他の出力ライン保
留手段に確保することができる。衝撃波管216の(そし
てハウジング212に同様に取り付けられた任意のその他
の出力伝達ラインの)出力起爆装置248への近接は、出
力起爆装置248の爆発が接続された出力伝達ライン中の
出力信号を始めることを保証する。出力起爆装置248と
点火要素246の組み合わせは、電気的に爆発可能な出力
爆薬を与える。
任意の適切な電気的、光学的又はその他のプログラミ
ングインターフェイス手段から成って良いプログラミン
グインターフェイス手段242は、ハウジング212の外部か
らプログラマブルであり、そしてインターフェイスコネ
クタ262によって代表される任意の適切な手段によって
デジタル遅延モジュール232に接続することができる。
ハウジング212中にプログラミングウインドウ268が形成
されていて、このウインドウに対して適切なプログラミ
ングインターフェイス手段242(図示しない)、例えば
手で保持されるプログラマを置いて、遅延装置210のプ
ログラミングを実施してそれのために選ばれた遅延期間
を与えることができる。プログラミングウインドウ268
と適切な整列をしてのプログラミングインターフェイス
手段242の設置及び保持をガイドするためにねプログラ
ミングウインドウ268の周囲の回りにガイドうね268aが
形成されている。
インターフェイスコネクタ262は、任意の適切なコネ
クタ手段、例えば、ハンダ付けされた電線から成って良
く、これは、図示した実施態様においては、プログラミ
ンインターフェイス手段242をデジタル遅延モジュール2
32に接続して、遅延モジュール232中への特定の時間遅
延の入力を可能にする役割を果たす。この機能を実施す
るために必要な電力及びプログラミング信号は、良く知
られたやり方で、プログラミングインターフェイス手段
の一部を構成するピックアップコイル中の誘導によって
移動させることができる。このようにして、プログラミ
ングインターフェイス手段242は、ハウジング212中の1
以上物理的開口を要求する外部ピン又は金属の伝導性手
段を持つ必要がない。これは、環境のそして漂遊の電界
効果に対するハウジング212及びその内容物の完全性を
確保するのを助ける。
デジタル遅延モジュール232のプログラミングを光学
的経路を経由して実施すべきである場合には、プログラ
ミング機能を行うために必要な電力を供給するために、
長い保存寿命を有する小さな電池例えばリチウム電池が
供給される。電池の電圧及び容量は、電池から利用でき
るエネルギが故障の場合に点火要素246の引き金を引く
ために十分ではないことを確実にするように選ばれる。
典型的な実施態様においては、ハウジング212は、低
エネルギブースタ起爆装置218又は出力起爆装置248を不
注意に作動させる可能性がある電気信号及び機械的衝撃
に対して内部部品を遮蔽する非伝導性ポリマーから作ら
れている。電気的妨害に対する遮蔽有効性を増すため
に、伝導性部材(図示しない)をハウジング212の壁内
に入れて、磁界及び電界の高度な減衰を与え、それによ
って、電気的に敏感な部品の回りにファラデーケージを
形成することによって、プログラミング回路を含む内部
回路機構を保護することができる。その代わりに、ハウ
ジング212は、回路機構部品のために遮蔽を与える半伝
導性材料から成っても良い。
これらの部品の組立は、形状が全体として円筒状で良
い、ハウジング212中に形成された適切なくぼみ内に部
品を注封材料によって封入することによって実施するこ
とができる。好ましくは、入力伝達ライン例えば衝撃波
管214が、工場で設置されそしてハウジング212内にシー
ルされるであろう。かくして、本発明の遅延装置は、そ
れに取り付けられた適切な長さの衝撃波管214(又はそ
の他の適切な入力伝達ライン)だけを備えることができ
る。このような場合には、出力伝達管、例えば図示した
出力衝撃波管216への接続は、必要に応じて現場で作る
ことができる。その代わりに、入力及び出力の両方の伝
達ラインを、工場で設置し又は現場で組み立てることが
できる。
設置された部品をカバーしそしてシールするために、
カバー(図面中には図示しない)をハウジング212のた
めに備えることができる。ハウジング212の組立におけ
る最後のステップとして、複合クリップ、超音波溶接、
溶媒接合、超音波頭付け、又は接着剤によってカバーを
所定の場所にしっかりと止めて、環境から保護された湿
気を通さない囲いを供給することができる。
図2及び2Cの遅延装置210の操作を図2、2C及び2Eを
参照して説明するが、図2Eは遅延モジュール232の回路
機構の一つの実施態様の詳細を示す。入力衝撃波管214
の点火は、衝撃信号を低エネルギブースタ起爆装置218
に配達し、そこではそれは帯電防止カップ222及び第一
クッション要素224の膜を破裂させて、ブースタ爆薬を
衝撃しそしてそれを爆発させる。圧電発電機228は、ブ
ースタ爆薬226の爆発によってそれに配達された衝撃エ
ネルギを電気エネルギに変換するが、この電気エネルギ
は、導管230a、230bを経由してデジタル遅延モジュール
232に配達される。デジタル遅延モジュール232は、圧電
発電機228からそれに配達された電気エネルギをキャパ
シタ234中に貯蔵する。図示した実施態様においては、
圧電発電機228及びエネルギ貯蔵キャパシタ234は、それ
ぞれ、変換器及びエネルギ貯蔵手段を構成し、そしてこ
れらが一緒に本発明の信号変換手段を構成する。キャパ
シタ234中に貯蔵された電気信号は、一つの実施態様に
おいては、2つの目的のために使用される:デジタル遅
延モジュール232の電子的なタイミングの動力供給及
び、現在の遅延の後での、点火要素246の点火。更に詳
細には、キャパシタ234中に貯蔵された電気エネルギの
電圧が選ばれた敷居値よりも高い時には、遅延モジュー
ル(図2C)の論理及びタイマー部分が活性化される。
図2Eを参照して説明すると、圧電発電機228によって
発生された第一電気信号は、ステアリング(steering)
ダイオード266を通して、電気エネルギを貯蔵するキャ
パシタ234に伝達される。キャパシタ234で所定の最小電
圧に達した時に、電圧調節器277が作動して、圧電発電
機228によって発生された電力だけの部分を、発振器27
8、計数器280及びパワー−オンリセット(power−onres
et)回路282のタイミング回路に供給する。シリコン制
御整流器(“SCR")284は、タイミング間隔の終わりに
計数器280によって作動されて、それによってキャパシ
タ234中の残りのエネルギを、図示した実施態様におい
ては、導管244a、244bによって与えられる第二伝導手段
に供給する。
図2Eの操作の間にパワー−オンリセット回路282は、
計数器280にインターフェイスコネクタ262(図2及び2
C)からの計数情報を予めロードし又は、プログラミン
グインターフェイス手段例えばプログラミングインター
フェイス手段242を含まない本発明の実施態様(図示し
ない)においては、計数器に初期の予めセットされた計
数値を予めロードする。この予めのロードは、キャパシ
タ234が圧電発電機228から電気信号を受けた時点で起き
る。同時に、発振器278がパルス(又はサイクル)を発
生し始め、これらのパルスは計数器280によって計数さ
れる。発振器278からのパルスによって作動された計数2
80が予め選ばれた数例えば1に到達すると、予めプログ
ラムされた遅延期間が終了しそして作動信号はSCR284に
送られる。作動信号はSCR284を伝導状態に置くが、この
伝導状態は、それがキャパシタ234中の電気エネルギ
を、図示した実施態様においては、第二伝導手段を与え
る導管244a、244b及びブリッジワイヤ245に伝えること
を可能にし、そして第二伝導手段は点火要素246を爆発
させそしてそれによって出力爆発254(図2B)を爆発さ
せ、それが、今度は、起爆装置248の近くに保留された
衝撃波管216を点火する。
出力爆薬254を爆発させるために必要とされるエネル
ギのキャパシタ234からのSCR248への到着は、計数器280
が発振器278からのパルスをパワー−オンリセット回路2
82から最初に予めセットされた量からある値、例えば1
まで数えるために必要とされる時間と本質的に等しい間
隔だけ遅れさせられるように見える。
本発明のその他の実施態様においては、時間遅延をプ
ログラムするためのエネルギを供給するために、電池を
回路中に含めることができる。なおもう一つの実施態様
においては、電池エネルギはまた、時間遅延をプログラ
ムするためばかりでなく、遅延回路に電力を供給するた
めにも使用することができる。しかしながら、本発明の
すべての実施態様において、出力爆薬(図2B中に図示し
た実施態様中の項目254)の点火は、変換器(図2A中に
図示した実施態様中の圧電発電機228)から発せられる
エネルギによって電力を供給され、そして電池又はその
他の貯蔵エネルギソースによってではない。利用される
電池又はその他の貯蔵エネルギソースは、出力爆薬を爆
発させるためには不十分な電力のものである。これは安
全要因を与える。何故ならば、圧電発電機は、実質的に
ブースタ爆薬(図2A中に図示した実施態様中の項目22
6)又は図2Dの実施態様と関連して以下に述べる爆発コ
ードの爆発によってそれに課される衝撃信号によってだ
け作動されるように設計されるからである。かくして、
変換器(例えば、圧電発電機228)は、荒い取り扱い、
普通の若しくは荒い使用法において落とされる若しくは
衝撃を与えられることによって、又は近くの爆発、例え
ば、隣の試錐孔中での爆発によってそれに課される機械
的ショック又は振動が、変換機を作動せしめないであろ
うほど十分に低い感度のものである。かくして、変換器
は、点火要素(図2B中に図示した実施態様においては項
目246)を点火するのに十分な電力を発生させ、そして
それによって出力爆薬(図2Bの実施態様中の項目254)
を点火して、実質的にブースタ爆薬(図2Aの実施態様中
の項目226)による入力衝撃信号又はその増幅信号によ
ってだけ出て行く信号を発生させる。
かくして、出力爆薬(図示した実施態様中の出力爆薬
254)のタイミング取りと点火の両方のために、圧電発
電機、例えば図示した実施態様の圧電発電機228から誘
導される電力を使用する代わりに、電池又はその他の適
切な貯蔵エネルギソースが装備される場合には、遅延回
路は、圧電発電機のエネルギ出力から誘導される信号に
よって作動されるシリコン制御整流器(SCR)スイッチ
を通してそれを通して接続されたソース例えば電池によ
って電力供給される。時間遅延をプログラムすること及
び遅延回路に電力供給することの両方のための電池電力
の利用を示す本発明の実施態様は、図3中に図示されて
いる。電池電力の利用は、圧電発電機が電力の単独のソ
ースであると仮定した場合に得ることができるであろう
ものよりもずっと長い遅延期間の供与を可能にする。
本発明の操作の一層の詳細は、圧力入力パルスを低エ
ネルギブースタ起爆装置218に配達するための入力衝撃
波管214を図式的に示す図2C中に図示されている。低エ
ネルギーブースタ起爆装置218は、爆発して、圧電発電
機228の上に圧力パルスを発生させるために使用される
増幅された信号を供給する。エネルギ貯蔵キャパシタ23
4、引き金回路236及び遅延回路238は、デジタル遅延モ
ジュール232の一部である。圧電発電機228は、低エネル
ギブースタ起爆装置218からそれに課される圧力に応答
して第一電気信号パルスを発生させる。この第一電気信
号は、引き金回路236及び遅延回路238によって引き続い
て使用されるためにエネルギ貯蔵キャパシタ234中に貯
蔵される。遅延回路238は、遅延回路238中にプログラム
された時間間隔が経過した後で引き金回路238を作動さ
せる。引き金回路236は、エネルギ貯蔵キャパシタ234中
に貯蔵された電気エネルギが第二電気信号として点火要
素246に流れ、それによって出力爆薬254を発射させて、
出力爆薬254のすぐ近くに保留されている1以上の出力
伝達ライン例えば衝撃波管216を開始させるのに十分に
大きな圧力出力パルスを発生させるようにせしめる。
必要に応じて、遅延回路238は、インターフェイスコ
ネクタ262及びプログラミングインターフェイス手段242
を通して、プログラミングウインドウ268に対して置か
れそしてガイド縁278a(図2及び2C)によってそれに対
して向けられた任意の適切な外部手段(図示しない)と
通信する。外部プログラマ手段からの信号は、任意の適
切な良く知られた技術によって符号化され、インターフ
ェイス手段242及びインターフェイスコネクタ262を経由
して遅延回路238に電力供給しかつ遅延情報をパスさせ
る。例示のために、外部プログラマ手段とインターフェ
イス手段242との間に連絡を与えるための手段として、
赤外エミッタ260a及びレシーバ260bを図2中に示す。
図2Dは、本発明のもう一つの実施態様を示すが、その
中では、図2及び図2Cの実施態様のものと類似の項目
は、プライム符号の付加をして図2のものと同一の番号
を付けてある。同一の部品は同一の番号を付けてある。
図2Dの実施態様においては、遅延装置210′に接続され
た入力伝達ラインには、図2及び2Cの実施態様の入力衝
撃波管214及びブースタ爆薬226の代わりに使用される低
エネルギ爆発コード214′が装備されている、図2Dの図
示した実施態様においては、爆発コード214′は、図2
の実施態様の衝撃波管214と同じやり方でハウジング212
中に装着されているが、起爆装置シェル220′によって
規定された室215内の圧電発電機228の反対に面する近く
で(in opposite−facing proximity to)終わる。圧電
発電機を作動させるために必要とされる衝撃入力信号
は、この実施態様においては、低エネルギ爆発コード21
4′によって直接に供給される。この低エネルギ爆発コ
ードは、インライン遅延装置210′のハウジング212の本
来の姿の保存を確保するために十分に低い爆発の堅い
(solid)爆発性コア214a′を有する。それにもかかわ
らず、爆発コード214′は、圧電発電機228を直接に励起
して、出力爆薬(図2D中には図示しない)を爆発させる
ために必要とされる電気信号を発生させるのに十分な電
気エネルギをもたらすのに十分な爆発力を有する。圧電
発電機228は、エネルギ貯蔵キャパシタ234(図2D中には
図示しない)中に貯蔵されている電気エネルギを発生さ
せることによる低エネルギ爆発コード214′の爆発によ
って発生された爆発衝撃波によって供給される入力衝撃
信号に応答する。上で特別に述べた以外の図2Dの実施態
様のすべての部品は、図2中に図示したものと同一であ
りそして正しく同じやり方で機能する。それ故、それら
を図2D中に図示すること又はそれらの機能の説明を繰り
返すことは必要ではない。
かくして、本発明の上で述べた実施態様は、入力伝達
ラインによって運ばれる衝撃入力信号(炎前面、圧力
波、爆発(explosionなど)即ち非電気信号と、例え
ば、一群の多重の試錐孔における各々の試錐孔に1以上
の出力伝達ラインによって伝達される出力衝撃信号との
間に正確な時間遅延を与えることが理解されるのであろ
う。加えて、上で述べた信号ラインコネクタ実施態様
は、短い時間増分において調節可能な、現場でプログラ
ム可能な遅延起爆装置を提供し、それによって、ただ一
つのタイプのインライン遅延装置だけを在庫し、そして
爆破場所で異なるインライン遅延を実施して使用すれば
良い。
図3は、図1の実施態様のタイミングモジュール38又
は図2の実施態様のデジタル遅延モジュール232におけ
る使用のために適切な電気タイミング回路の例を図式的
に詳細に示し、そして上で述べたように、この電気タイ
ミング回路と共に、必要に応じたインターフェイスコネ
クタ262を用いることができる。図1中にも図示されて
いる図3の要素は、両方の図において同一の番号を付け
ているが、対応する要素はまた図2〜図2Dの実施態様に
おいても一般に見い出すことができることが理解される
であろう。圧電発電機30は、上で述べたように、例えば
ブースタ爆薬20(図1)または低エネルギ爆発コード46
(図1B)の爆発によってそれが加圧される時に電流を発
生させる。発電機30からの出力エネルギは、ステアリン
グダイオード48を通過しそして貯蔵キャパシタ34中に貯
蔵される。キャパシタ34が到着した電圧は、抵抗器52及
び54によって分割されてシリコン制御整流器(“SCR")
56を作動させる。一度作動されると、SCR56は、電池手
段36からの電力を、発振器60、プログラム可能な計数器
62及びパワーオンリセット(“POR")回路64を含むタイ
ミング回路に供給せしめる。事前設定されたタイミング
間隔が完了すると、SCR66がプログラム可能な計数器62
によって作動されて、それによってキャパシタ34中に貯
蔵された電気エネルギが点火手段40に流れるように解放
する。
図3のタイミング回路の操作の間に、POR回路64は、
プログラム可能な計数器62に計数情報をプレロードし、
計数器62を初期事前設定計数値で設定する。このプレロ
ーディングは、SCR56の作動に際して、即ち、キャパシ
タ34が圧電発電機30から電気入力を受け取った時点で行
われる。同時に、発振器60はパルス(又はサイクル)を
発生し始め、そしてこれらのパルスは計数器62によって
数えられる。発振器60からのパルスによって作動された
計数器62が事前選択された数、例えば1に到達すると、
事前プログラムされた遅延期間が消滅し、そして、作動
信号がSCR66に送られる。この作動信号は、SCR66がキャ
パシタ34中の電気エネルギを導管40a、ブリッジワイヤ4
1及び導管40bを経由して点火手段40に導き、それによっ
て出力爆薬を爆発せしめる。導き状態にSCR66を置く
(出力爆薬44は図3中には示されていないが図1中には
示されている)。
点火手段40における貯蔵キャパシタ34からのエネルギ
の到着及び出力爆薬44の結果としての爆発は、それ故、
プログラム可能な計数器62がPOR回路64によって確立さ
れた初期事前設定量からある値、例えば1まで発振器60
からのパルスを数えるために必要とされる時間と本質的
等しい間隔だけ遅延される。この配列は、非電気の圧力
タイプの信号、即ち、適切な伝達ライン例えば衝撃波管
10(図1)又は爆発コード46(図1B)によって本発明の
遅延起爆装置に供給される衝撃入力信号のための正確な
時間遅延手段を提供する。プログラムされた遅延は、非
常に小さな装置間の変動しか持たないであろう。結果と
して、一群の多重試錐孔における各々の試錐孔の時間遅
延爆発における変動は対応して非常に小さいであろう。
回路機構のプログラム可能性は、単一のタイプ又はモデ
ルの本発明による遅延起爆装置を異なる遅延の実行のた
めに使用することを可能にする。かくして、単一の在庫
品目を、一連の全体の選ばれた遅延期間の高度に正確な
起爆装置を供給するために使用することができる。
図4は、図3の回路機構のもっと詳細に版であるが、
その中には、発振器60、プログラム可能な計数器62及び
POR回路64のために適切な典型的な回路機構の幾らかの
詳細が示されている。図3中に図示した図4の要素は、
両方の図において同一の番号を付けている。
図3に関連して上で述べたように、圧電発電機30の作
動に際して、電流が、ステアリングダイオード48を通っ
て流れ、貯蔵キャパシタを充電し、そして抵抗器52及び
抵抗器54によって形成される電圧分割器が、SCR56に引
き金信号を与え、この信号は電池手段36からの電力をタ
イミング回路機構に付与せしめる。図4を参照して説明
すると、プログラム可能な計数器62は、両方ともに典型
的には良く知られているモノリシック計数器例えば産業
標準部品番号40193で良い第一計数器62a及び第二計数器
62bを含むように見える。図4は、種々の部品及びコネ
クタを指示するために標準的な命名法を示し、例えば、
VDDは電力でありVSSは接地である。POR回路64は、抵抗
器110、キャパシタ111、シュミットトリガ緩衝装置133
及びインバータ112を含む。その代わりに、発振器回路
は、当該技術において良く知られているように水晶発振
器から作り上げることもできる。いずれにせよ、それへ
の入力電圧の付与に際して、POR回路64は第一計数器62a
をプレロードする。一度電池手段36からの電圧が増加し
て敷居致設定を越えてしまうと、第一計数器62aは、発
振器60からの各々の入力パルスによって減少(decremen
ting)し始める。計数器がゼロを過ぎて減少する時に、
SCR66への出力が作動され、そして貯蔵キャパシタ34中
のエネルギが点火手段40に供給される。
操作の遅延面を達成する多くの既知の方法が存在し、
そして図4は、タイミングの仕事を達成するであろう一
つの例示の回路を示す。図4の回路は商業的に入手でき
る部品から成ることができ、そして図示した本発明の特
定の実施態様は、品目例えば計数器62a及び62b、並びに
107〜133の番号を付けた部品を単一の相補形金属酸化膜
半導体集積回路(“I.C.")106の上に組み入れる。
発振器60の回路は、タイミング抵抗器107、タイミン
グキャパシタ108及び商業的に入手できるLM555タイマ10
9から成る。プログラミング回路機構は、ステアリング
ダイオード114〜117及び123〜126、並びにヒューズ118
〜121及び127〜130を利用する。
一度上で述べたようにSCR56が引き金を引かれると、
電池手段36から遅延回路機構に電力が供給される。POR
回路64のキャパシタ111は、結節点135で明らかな電圧に
よって抵抗器110を通してゆっくりと充電される。一度
キャパシタ111での電圧が結節点135の電圧の三分の二の
レベルに達すると、緩衝装置133が結節点137の信号を低
い状態から高い状態に切り換える。結節点137は低く保
持されるけれども、計数器への事前設定入力は活動状態
であり、入力のそれぞれのセットP1〜P4で明らかな信号
を計数器62a及び62b中にロードせしめる。この時点で、
抑止信号結節点138は高く保持されて、発振器60が機能
するのを防止する。一度結節点137が低から高へ切り換
わると、発振器60と計数器62a、62bの両方が使用可能に
されそして機能し始める。
結節点139での発振器60の出力は、計数器62aをその事
前設定値から直接に減少させる。計数器62aがゼロを過
ぎて減少する時に、結節点140は低くパルスされそして
第二計数器62bが1カウント減少するように引き金を引
く。計数器62bがゼロを過ぎて減少するまで、このやり
方で操作が続く。この時点で、計数器62bからのボロー
出力が低く切り換えられ、インバータ131によって結節
点141で高い状態(a high)に反転させられ、そしてSCR
66を作動させて、上で述べたように貯蔵キャパシタ34中
のエネルギを点火手段40に供給せしめる。
図4中に図示した回路のプログラミングは、ピン6〜
13に電圧を付与することによって行われる。この電圧付
与は、ヒューズ118〜121及び127〜130を通る電流流れを
生み出す。結節点139に接続されたピン3は、実際の発
振器振動数の測定を可能にするために備えられている。
この測定の使用によって、発振器60を特定の振動数に正
確に調整する繁雑さなしで、極めて正確な遅延間隔をプ
ログラムすることが可能である。
一般に当該技術において良く知られているように、ヒ
ューズ118〜121は、16までの整数によって割られるよう
に第一計数器62aをプログラムする。同様に、ヒューズ1
27〜130は第二計数器62bをプログラムする。この構成に
おいては、第一計数器62aは、発振器60のLM555タイマ10
9からある数のサイクルを受け取った後で信号を出力す
るであろう、即ち、発振器60から受け取られた事前にプ
ログラムされたサイクル又はパルスの数だけ計数器が逆
に数えた時に信号が出力されるであろう。第二計数器62
bは、第一計数器62aの出力からその入力を受け取る。第
二計数器62bへの入力は、ヒューズ118〜121によってプ
ログラムされたように本質的に割られるであろう。当該
技術において良く知られているように、これらのヒュー
ズの状態は、計数器62a及び62bの計数プログラムを決定
する。
計数器操作の間に、発振器60からの出力パルスは、ヒ
ューズ118〜121及び127〜130によってプログラムされた
ように、第一計数器62a及び第二計数器62bの両方によっ
て割られるであろう。例えば、第一計数器62aが6から
逆に数える(又は割る)ようにプログラムされていて、
そして第二計数器62bが8から逆に数えるようにプログ
ラムされている場合には、48パルスが発振器60によって
発生されそして両方の計数器によって逆に数えられた後
で、SCR66が作動されるであろう。
図4中には2段階計数器回路(計数器62a及び62b)が
示されているけれども、当該技術において良く知られて
いるように、より長い時間遅延又は改善されたプログラ
ミング分解(resolution)のために追加の段階をカスケ
ードにすることができる。
図4のプログラミング部分は、並列接続が使用されそ
してヒューズがすべて同時に燃えるという点で単純であ
る。これは装置の工場のプログラミングに関しては困難
をもたらさないけれども、必要とされる外部接続の数は
現場におけるプログラミングを禁止する。遅延起爆装置
の現場でのプログラム可能性が望まれる場合には、現場
環境におけるプログラミングが可能である点まで外部接
続の数を減らすために、追加のプログラミング回路機構
を利用することができる。このような追加の回路機構の
例を図5中に図式的に図示するが、この図においては、
二重の4段階の静的シフトレジスタ、標準部品番号4015
が図示され、そして種々の部品及びコネクタを指示する
ために標準的な命名法が示されていて、例えば、VDDは
電力であり、VSSは接地であり、CKA及びCKBはそれぞれ
区分(segments)A及びBのためのクロックであり、DA
及びDBはそれぞれ区分A及びBのためのデータであり、
そしてQ1A〜Q4A及びQ1B〜Q4Bはそれぞれ区分A及びBの
ためのデータ出力である。図示されたSCR202〜209は、
プログラミングのために適切なヒューズ(図4中に示さ
れた)を選ぶために使用される。これらのSCRの作動
は、必要とされるデータラインをシフトレジスタ201中
に逐次ロードすることによって行われる。商業的に入手
できる4015シフトレジスタが図5に図式的に示されてい
るが、好ましい実施態様は、これらの機能を図4のI.C.
85の上に含むであろう。一度必要とされるプログラミン
グSCRが活動状態になると、高い信号がSCR210に付与さ
れる。この高い信号は、選ばれたSCR(202〜209)を通
してプログラミング電圧を供給し、そして図4中に図示
された関連するヒューズを焼き切る。図5の回路を利用
することによって、プログラミングのために必要とされ
るピンの数は、計数器のために使用される段階の数とは
独立となる。
本発明の実施においては任意の適切な変換器を用いる
ことができるけれども、効果的なタイプの圧電発電機
を、図6、7及び8中に図式的に示す。これらの図にお
いては、図1及び1Aにも示されている要素は、両方の組
の図において同一に番号を付けてある。
圧電発電機30は、薄いピエゾセラミック材料の多重層
51の積み重ねから成るピエゾセラミック材料積み重ね50
を含む。積み重ね50は、適切なプラスチック(合成有機
ポリマー材料)ハウジング53の上に支持され、このハウ
ジング53を通ってターミナル68a及び68b(図7)が延び
ている。ブースタ爆薬20からの出力エネルギは、実質的
に直接に負荷分配ディスク70(図1又は1A中には図示し
ない)衝突し、そして負荷分配ディスク70は、今度は、
このエネルギをブースタ爆薬20から、圧電発電機30の積
み重ね50の一つの実施態様を構成する適切な薄いピエゾ
セラミック材料の多重層51に均等に伝達する。
図8の図式的な描写中に最も良く見られるように、ピ
エゾセラミック材料層51は、垂直な(vertical)層とし
て積み重ねられていて、そして各々の層の反対の面は、
各々の層又は要素51の間に挿入された電極層72a及び72b
の使用によって並列に接続されている。一つの実施態様
においては、本発明の圧電発電機は、内側接続から形成
される図8で印したような別個の正及び負電極と共に、
各々約20ミクロン厚さの84の活性層を使用する。この構
造は、その他は匹敵するモノリシックなピエゾセラミッ
ク構造体から得ることができるものよりもずっと大きな
出力エネルギレベルを与える。
図6、7及び8を合わせて参照して説明すると、プラ
スチックハウジング53及び負荷分配ディスク70は、本発
明の好ましい構造においては、ブースタ爆薬20の出力衝
撃波及びそれに伴う物理的圧力から最大の利益を得るこ
とに寄与する。圧電発電機30の積み重ね50は、プラスチ
ックハウジング53の滑らかで平らでかつ堅い表面53a
(図7)に装着されている。表面53aは、ブースタ爆薬2
0の爆発によって発生する衝撃波前面に対して実質的に
平行で、そして衝撃波移動の方向に対して垂直である。
更にブースタ爆薬20の出力衝撃波から最大の利益を得る
ためには、負荷分配ディスク70を、ブースタ爆薬20の出
力端と圧電発電機30の入力面に対して実質的に平行にそ
してそれらの間に配設して、ブースタ爆薬20の出力衝撃
波エネルギを圧電発電機30に均等に伝達しそして分配す
る。これはまた、圧電発電機30を操作不能にするであろ
う圧電発電機30の早過ぎる破壊(shattering)を防止す
るのを助ける。ターミナル68a及び68bは、タイミングモ
ジュール38への望ましい電気接続を確立するために電極
層72a及び72bに電気的に接続されている。プラスチック
ハウジング53及び負荷分配ディスク70はまた、意図しな
いそしてランダムな機械的な力、電気的な帯電のなどに
対して圧電発電機30を絶縁するのに役立ち、そして圧電
発電機を所望の位置に維持することを助けるのに役立
つ。
本発明を好ましい実施態様に関して示しそして説明し
てきたけれども、本発明に関する当業者に明らかである
種々の変更及びその他の改変は、本発明の精神及び範囲
内に横たわるように思われる。例えば、入圧圧力信号
は、衝撃波管に限定される必要はなく、他の非電気圧力
伝達デバイス例えば低エネルギ爆発コード、又は低速度
衝撃波管、又は圧電発電機に到達して要求される電気信
号を出力するために必要とされる入力圧力を生み出すこ
とができる衝撃エネルギの任意のその他のソースから誘
導することができる。更に、上で述べたタイミング回路
はまた、当該技術においては良く知られているように、
間隔のタイミングを取るその他のやり方から成っても良
い。
本発明をその好ましい実施態様に関して詳細に説明し
てきたけれども、上述の説明を読むと、開示された特定
の実施態様の変更が当業者には思い浮かぶであろうこと
及びこのような変更を添付の請求の範囲の範囲内に含め
ることが意図されていることが理解されるべきである。
フロントページの続き (72)発明者 ドーマン,マーク・デイ アメリカ合衆国コネチカツト州06026イ ーストグランビー・ノースメインストリ ート149 (72)発明者 ミクナ,リチヤード・ジエイ アメリカ合衆国コネチカツト州06098ウ インステツド・アパートメントエイチ 8・ナンニドライブ(番地なし) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F42C 11/06

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端が非電気衝撃入力信号を伝達すること
    ができる入力伝達ラインに連結されるような寸法及び形
    状に作られたハウジング手段を含んで成る、非電気衝撃
    信号によって活性化される爆破開始システムにおける使
    用のための電気的遅延装置であって、 (i)伝達ラインからの非電気入力衝撃信号を受け取り
    そしてこの衝撃信号を電気出力信号に変換するための、
    伝達ラインに対して信号通信関係に配設された信号変換
    手段と、 (ii)出力伝導手段を有する遅延手段を含む電気回路と
    を具備し、 電気回路は、電気出力信号を受け取り且つ選ばれた時間
    間隔を数え始めるように、信号変換手段に接続されてい
    て、上記時間間隔が経過すると、電気出力信号を出力伝
    導手段に伝達し、 電気回路は、電気出力信号とは独立して、選ばれた時間
    間隔を数えるために電力を供給するための電池手段を含
    み、 (iii)更に、電気回路の出力伝導手段にそして出力爆
    薬に接続された電気的に操作可能な点火手段であって、
    電気回路から電気出力信号を受け取ると活性化されて出
    力爆薬を爆発させる点火手段を具備する ことを特徴とする遅延装置。
  2. 【請求項2】電池手段の電力出力が、出力爆薬を爆発さ
    せるのに十分に点火手段を活性化させるのには不十分で
    ある請求の範囲第1項の遅延装置。
  3. 【請求項3】更に、入力伝達ラインを含む請求の範囲第
    1項の遅延装置。
  4. 【請求項4】信号変換手段が、(a)衝撃入力信号を電
    気エネルギに変換するための変換器及び(b)変換器か
    ら電気エネルギを受け取りそして電気出力信号としてエ
    ネルギ貯蔵手段からの放出の目的で電気エネルギを貯蔵
    するために、変換器に接続されたエネルギ貯蔵手段を含
    んで成り、そして電気回路が、(c)サイクルを数える
    ための電力を電池手段から受け取るために電池手段に接
    続された、サイクルを発生させるための発振器、(d)
    発振器に接続された計数器、及び(e)計数器に初期値
    を予めロードするための手段を含んで成る請求の範囲第
    1項の遅延装置。
  5. 【請求項5】遅延起爆装置を含んでなり、ハウジング手
    段が前記の一端と反対のそれの端で閉じられた管状の電
    気的に伝導性の本体を含んで成り、そして請求の範囲第
    1項に記載の項目(i)、(ii)及び(iii)がハウジ
    ング内に囲われている請求の範囲第1項の遅延装置。
  6. 【請求項6】ハウジング内に配設され、そして入力伝達
    ラインから受け取られる衝撃入力信号によって爆発させ
    られて、信号変換手段によって受け取られる衝撃入力信
    号を増幅するように位置付けられたブースタ爆薬を含
    む、請求の範囲第1項の遅延装置。
  7. 【請求項7】更に、入力伝達ラインを含む請求の範囲第
    6項の遅延装置。
  8. 【請求項8】ハウジング手段が、出力爆薬の近くに1以
    上の出力伝達ラインを保留して、それによって出力爆薬
    の爆発がその中に配設された1以上の出力伝達ラインを
    点火させることができるための1以上出力ライン保留手
    段を含んで成る、請求の範囲第1項の遅延装置。
  9. 【請求項9】ハウジング手段内に配設され、そして入力
    伝達ラインから受け取られる衝撃入力信号によって爆発
    させられて、信号変換手段によって受け取られる衝撃入
    力信号を増幅するように位置付けられたブースタ爆薬を
    含む請求の範囲第8項の遅延装置。
  10. 【請求項10】ハウジング手段によって保持され、遅延
    装置の継続時間をプログラムするプログラミング手段を
    更に含む請求の範囲第8項の遅延装置。
  11. 【請求項11】プログラミング手段がハウジングの外部
    からアクセス可能であり、そしてプログラミング手段を
    遅延回路に接続し、それによって遅延回路の時間間隔の
    継続時間をプログラムすることができるインターフェイ
    スコネクタを更に含む、請求の範囲第10項の遅延装置。
  12. 【請求項12】インターフェイスコネクタが誘導ピック
    アップ手段から成る、請求の範囲第11項の遅延装置。
  13. 【請求項13】インターフェイスコネクタが光学連結手
    段から成る、請求の範囲第11項の遅延装置。
  14. 【請求項14】入力ライン保留手段によって保留された
    入力伝達ラインを含む、請求の範囲第8項記載の遅延装
    置。
  15. 【請求項15】出力ライン保留手段によって保留された
    1以上の出力伝達ラインを更に含む、請求の範囲第14項
    の遅延装置。
  16. 【請求項16】入力伝達ラインから受け取られる非電気
    衝撃入力信号の付与と出力爆薬の爆発との間に時間遅延
    を挿入するための方法であって、 (a)非電気入力衝撃信号を第一電気信号に変換するス
    テップ、 (b)第一電気信号を発振器に伝達するステップ、 (c)電子タイマを用いることによって、第一電気信号
    に応答して発振器によって発生されるサイクルの数を数
    えるステップ、 (d)サイクルの数の予めプログラムされたカウントの
    完了に際して第二電気信号を発生させるステップ、 (e)第二電気信号を電気的に操作可能な出力爆薬に伝
    達して、出力爆薬を爆発させるステップ、及び (f)第一電気信号とは独立してステップ(c)の計数
    を実施するために電力を供給するステップ を含んで成る方法。
  17. 【請求項17】電子タイマが電池手段によって電力供給
    される、請求の範囲第16項の方法。
  18. 【請求項18】出力爆薬によって発生されるエネルギに
    よって1以上の出力伝達ラインを点火して、1以上の出
    力信号を発するステップを更に含んで成る請求の範囲第
    16項の方法。
  19. 【請求項19】衝撃入力信号によって圧電発電機を加圧
    することによってステップ(a)を実施することを含
    む、請求の範囲第16項又は第17項の方法。
  20. 【請求項20】圧電発電機に伝達される衝撃入力信号を
    増幅して、圧電発電機を加圧するブースタ爆薬を爆発さ
    せることを含む請求の範囲第16項又は第17項の方法。
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