JP3877237B2

JP3877237B2 - 耐衝撃性電子式遅延電気雷管

Info

Publication number: JP3877237B2
Application number: JP15709496A
Authority: JP
Inventors: 緑坂元; 政明西; 剛村下
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JPH109799A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
破壊対象に複数の爆薬体を装薬し、これらを順次起爆する発破作業において用いられ、起爆遅延時間を高精度に制御するための電子式遅延電気雷管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発破器から供給された電気信号を受け、電気エネルギーをエネルギー蓄積手段に蓄積し、該蓄積エネルギーにより動作し、所望の遅延時間の後にスイッチングを行う電子式遅延電気雷管が知られている。これらの技術が開示されている公報として、例えば、ＵＳＰ４４４５４３５、ＤＥ３９４２８４２、特開平５ー７９７９７号公報等がある。これらの公報には、水晶振動子を用いた極めて起爆時間精度の高いものが提案されている。また、起爆時間精度は落ちるが、特開昭５８ー８３２００、特開昭６２ー９１７９９号等のように、ＣＲ回路、ＣＲ発振回路を用いた電子タイマー部を有した電子式遅延電気雷管も提案されている。
【０００３】
一方、これらの電子式遅延電気雷管は、耐衝撃性が重要な要素となる。なぜなら、衝撃により、電子タイマー部が破損すると、不発が発生するためである。
このため、電子タイマー部を衝撃から保護する構造が重要となるが、従来、これらに関する技術として、例えば、特開昭５７ー３５２９８、特開昭６３ー２９０３９８、実開昭６４ー３１３９８、特開６２ー１５３６９９号等が知られている。これらの公報では、電子タイマー部を雷管管体に挿入し、エポキシやエポキシとエラストマーの配合品で封止する構造やポリスチレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂で注型密封する構造、又はＯーリングで基板をケースに固定する構造、更には電子タイマー部を直接、プラスチックケースに挿入し、ケースと電子タイマー部の間に空隙部を有する構造等が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の技術では、孔間が接近するような発破パターンでは、電子タイマー部が破損するため雷管部に起爆エネルギーが送られず、結果として雷管部が不発で残る可能性が依然としてあった。
特に、トンネル掘削のため発破作業を行う場合において、心抜き部分のＶカットと呼ばれる破砕工法においては、破砕効果を上げるために隣接孔の孔底は近接するように穿孔され、孔底間が２０ｃｍ以下になることも少なくない。さらに言えば、削孔精度のばらつきによりＶカット以外の孔でも孔尻が近接する可能性は大きい。このような場合等においては、電子式遅延電気雷管が極めて大きな爆発衝撃を受けるため、前述の技術では、電子タイマー部の破損又は異常は免れず、結果として雷管部が不発として残る可能性が大きい。
【０００５】
従って、電子タイマー部の耐衝撃性をさらに上げることは、電子式遅延電気雷管の重要課題であった。
本発明は、かかる問題に対して、より耐衝撃性の高い安全な電子式遅延電気雷管を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、かかる問題に対して鋭意検討した結果、衝撃に対して耐力のある筒内に収容し、且つ電子タイマー部と筒壁との間隙に粘弾性物質を充填することにより、電子タイマー部の耐衝撃性が大きく向上することを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
即ち、本発明の一つは、エネルギー蓄積手段を有する電子タイマー部と雷管部とからなる電子式遅延電気雷管であって、該電子タイマー部が耐衝撃性を有する筒内に収容され、該筒内の空隙部分が、粘弾性物質で満たされていることを特徴とする耐衝撃性電子式遅延電気雷管である。また、第二の態様は、エネルギー蓄積手段を有する電子タイマー部と雷管部とからなる電子式遅延電気雷管であって、該電子タイマー部が耐衝撃性を有する筒内に収容され、該エネルギー蓄積手段の周囲のみが、針入度１０〜１００のゲル状物質、又は発泡性樹脂の保護剤で覆われており、且つ該電子タイマー部と該筒内の空隙部分が粘弾性物質で満たされていることを特徴とする耐衝撃性電子式遅延電気雷管である。
【０００８】
本発明によれば、電子タイマー部の耐衝撃性が向上するため、より孔間が近い状況下でも使用できる。
一般に、電子式遅延電気雷管が岩盤中で受ける衝撃は、水孔のように周囲から均質に衝撃圧を受ける場合と一方向から受ける場合が考えられる。
岩盤中では、電子式遅延電気雷管及び爆薬の周囲が常に均質な媒体で覆われていることは少ないので、多くの場合、爆源方向からの一方向衝撃を受ける。その衝撃は、爆源の薬量と岩盤の状況によってもことなるが、２０ｃｍの距離で、圧力にして３０MPa〜70MPa、数万〜数十万Ｇの加速度に達する。
【０００９】
こうした激烈な一方向衝撃下で電子タイマー部を保護するためには、少なくとも次の４つの条件が必要である。
まず第一に、電子部品および基板を保護する筒には、圧壊に対して変形しない構造が必要である。用いる材料の弾性率は少なくとも１０００ｋｇ／ｍｍ²以上であることが好ましく、例えば、鉄、銅、真鍮等の金属、ＦＲＰ等が上げられるが、加工性、及び材質の均質性の面から円筒状の金属がよい。また、筒の厚みは、筒の材料又は形状によってもことなるが、雷管が殉爆する領域までもたせる必要があることから、静水圧で３０ＭＰａ以上の圧力に耐え得るように設計する事が肝要である。筒の外径は１０〜３０ｍｍが適当であり、筒の厚みは、０．５〜２ｍｍは必要である。また、筒の円周方向又は長手方向にリブを設けると耐性が向上するので更に良い。
【００１０】
第二は、電子タイマー部を構成する電子部品を基板に固定することである。前述の如く近接孔では、数万〜数１０万Ｇの加速度が発生することから、電子部品をハンダで固定しただけでは、脱落してしまう。従って、基板と電子部品は、樹脂等の固定剤で一体化する事が必要である。かかる衝撃下で電子部品を固定するには、ＪＩＳ−ＡショアーＡ硬度で１０以上の硬度が必要である。硬度１０未満、すなわち針入度で硬度を評価するゲル領域に入ると、基板と素子の一体化効果が弱くなり、素子が基板より脱落してしまうからである。
【００１１】
第三は、電子タイマー部とケースとの衝突を防ぐ事である。従来技術に示すようなプラスチックケース内に電子タイマーをフリーに配置させる構造では、第一のケースの圧壊による原因と第三のケースとの衝突による衝撃によって、電子タイマー部は破損に至る。特に一方向から衝撃を受けた場合、電子タイマー部の自由度が高いと、電子タイマーがケースに衝突し電子タイマー部は２倍近くの衝撃を受ける事になる。従って、本発明では電子タイマー部が筒体に衝突しないように、介在物すなわち充填物を設けることが肝要である。
【００１２】
第四は、充填物の選定である。第二、第三の理由により、筒と電子タイマー部の間隙には充填物を配置する必要があるが、充填物は、粘弾性のあることが重要である。従って、弾性率の低い柔らかい材質がよい。弾性率が大きい（１００ｋｇ／ｍｍ²以上）場合には、筒に加わった衝撃が、そのまま電子部品に伝わり、素子が破損することがあり好ましくない。硬度としては、ＪＩＳーショアーＡ硬度で９０以下が好ましい。しかし、硬度が低すぎると、第二、第三の理由により問題が生じるので、最適な硬度は、ショアーＡ硬度で１０〜９０の領域である。好ましい材質としては、例えば、シリコンゴム、ウレタンゴム、シリコンゲル、ウレタンゲル等が挙げられる。
【００１３】
更に、水孔のように、電子遅延式電気雷管が水という非圧縮性の均質な媒体で覆われている状態では、全周から水中衝撃波を受ける。特に切り立った水中衝撃波は、筒、充填物を透過して電子部品に到達するため、衝撃感度の弱い電子部品は影響を受ける。本発明の電子タイマー部の場合、その影響を最も受けやすい電子部品は、エネルギー蓄積手段を構成する発火用コンデンサ及び水晶振動子である。
【００１４】
コンデンサの中でもアルミ電解コンデンサが特に弱い。電解コンデンサには、高い衝撃が加わると、貯まっている電荷を自己放電する現象が見られる。発火用コンデンサには、雷管部を発火するのに必要なエネルギーが保持されていることより、自己放電により電荷が失われると不発が発生することになる。
また、水晶振動子は、その振動モードにより、衝撃破壊レベルはことなるが、構造的に他の電子素子に比べて、耐衝撃性は低い。４MHzのＡＴ振動子で破壊レベルで７０００〜１００００Ｇである。しかし、水晶振動子の場合は、ＣＲ回路との併用により、精度は落ちるが、水晶破損後、ＣＲ回路に切り替える回路が考案されており（ＷＯ９５／０４２５３号）、発振手段の耐衝撃性を上げることは可能である。従って、コンデンサの耐衝撃性を上げることが重要である。
【００１５】
そのためには、コンデンサに到達する衝撃波を抑える必要があり、その手段として、部品の周囲に保護材を配置する。この保護材によってコンデンサの周囲に低密度の領域を作る。具体的には、コンデンサの周囲に、発泡性の樹脂を配置する。発泡性樹脂としては、ポリエチレンフォーム、ウレタンフォーム、ＰＶＣフォーム、ポリエチレンフォーム等が挙げられ、その発泡倍率は数倍から数十倍が適当である。これらの発泡性樹脂によれば、少なくとも０．０１ｇ／ｃｍ³〜０．２０ｇ／ｃｍ³程度の低密度層を構成することができる。
【００１６】
別法として、コンデンサの周囲に、ゲル等の粘性の高い物質層を設け、前記の電子タイマー部とケースの衝突を防ぐための粘弾性充填層とを合わせて２層構造にする。２層構造の構成は、前記のゲル状物質層の全周囲を前記の充填材を覆ってもよく、コンデンサのリード線を除く本体が、他の部品と離れて配置される場合には、他の部品のみ前記充填剤で充填し、コンデンサ本体の周囲を前記ゲル状物質で充填する構成でもよい。ゲルとしては、前述のシリコンゲル、ウレタンゲル等が適当であり、針入度で１０〜１００が適当である。針入度は、ＪＩＳＫ−２２２０に調度試験法として規定されており、総重量９．３８ｇ、１／４コーンの針を使用している。
【００１７】
さらに、粘弾性物質に気泡材を添加した物質を前記の保護材としてもよい。また、この気泡材配合粘弾性物質によれば、電子タイマー部と容器の空隙を埋める充填剤としても効果があり、前記の保護材と充填剤の２層構造を構成しなくてもよい。粘弾性物質に気泡材を添加した例としては、ＪＩＳショアーＡ硬度１０〜９０のシリコンゴム、ウレタンゴム等の粘弾性物質に粒径１０〜１５０ミクロン程度のシラスマイクロバルーン（ＳＭＢ）やガラスマイクロバルーン（ＧＭＢ）等を添加したものが良い。添加量は、体積比で１０〜５０％が適当である。添加量１０％未満では、衝撃波緩衝力が小さく、５０％より大きくなると、粘弾性への影響が大きくなり、また、製造時も流動性が悪くなるので好ましくない。
【００１８】
前記の構造においては、例えば、外径１０φ１６ｍｍＬのコンデンサの場合、保護材の厚みは０．５〜５ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍであり、長さは１０〜１５ｍｍ程度で、コンデンサの外筒のみを覆うのが良い。
また、コンデンサは、筒に対して並行に設置するのが好ましい。
更に、水中でスラリー爆薬を親ダイとして使う場合、衝撃を受けた時、爆薬中に存在する雷管には、周囲の水中衝撃波の数倍の圧力を受ける。従って、電子タイマー部は、爆薬内に入れないようにすることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１に本発明の耐衝撃電子式遅延電気雷管の一実施例を示す。電子タイマー部１は、金属製の円筒管６を含んだケース２に収納されており、雷管部３を有したキャップ４と嵌合部１５で結合されている。電子タイマー部１と金属製円筒管６との間隙には、粘弾性物質５が充填されている。
【００２０】
詳述すると、電子タイマー部１は、発火用コンデンサ９と水晶振動子８とＩＣを含む電子素子から構成され、これらの電子部品は、全て基板７に表面実装される。コンデンサ９の側面の周囲には、コンデンサ周囲保護材１０を配置した。保護材１０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。
【００２１】
基板７はガラスエポキシ製で、その入力側には発破器（図示せず）に接続された脚線１１が、キャップ４を通して接続され、その出力側は、雷管ストッパー１３を通して雷管部３の脚線１２が接続されている。脚線１１、１２及び発火用コンデンサ９、水晶振動子８等のディスクリート部品は、基板７を貫通して半田付けされる。更に、金属製円筒管の両端部には、ケースとキャップの一部が中ブタ部１６、１７を構成しており、金属製円筒管６が、爆発衝撃により圧壊するのを防止している。中ブタ部と円筒管６との嵌合長は最低３ｍｍ必要である。また、ケースには突起部１５が設けられており、電子タイマー部１を正常に保持し周囲に十分に粘弾性物質５が回るようになっている。基板７は、金属製円筒管６に対して垂直に配置され、衝撃により円筒管６が変形するのを補強している。
【００２２】
また、円筒管６の径を細くした場合には、基板７を細長くして、円筒に平行に配置することもできる。
更に、ケース２、キャップ４及び雷管ストッパーの材質は、プラスチックでよいが、弾性率１００ｋｇ／ｍｍ²以上の物がよい。たとえばポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ＡＢＳ等があり、より好ましくは、ナイロン６６、ポリアセタール等の弾性率２００ｋｇ／ｍｍ²以上のものである。また、金属製円筒管を外部に露出すると、運搬時、雷管部との衝突による暴発等が考えられるので、取扱い上、実施例で示す様に金属製円筒管の周囲をプラスチック等で覆うことが好ましい。キャップ４には、雷管部との嵌合部分に、抜け防止かかり１８を設けると良い。抜け防止かかり１８により、電子式遅延電気雷管が親ダイから抜けにくくなり、装填時の作業性が向上する。
【００２３】
また、電子式遅延電気雷管の製造上、電子タイマー部に至る入力脚線１１と出力脚線１２は、金属製円筒６に対して同方向から取り出されることが好ましい。なぜなら、そうすることによって、適当量の充填材を注入したケース２に、電子タイマー部を取り付けたキャップ４を押し込む事により、嵌合部１４でワンタッチで装着が可能となるからである。嵌合後に、樹脂を注入すると、注入口を設ける必要があり、また、エアーを巻き込みやすく好ましくない。
【００２４】
【実施例１】
上記の仕様に基づき、充填材を種々替えたときの水中、砂中衝撃試験結果を表１に示す。トナー爆薬は、スラリー爆薬１００ｇ使用し、衝撃印可後サンプルを回収し破損の有無を調べた。筒材としては、外径２７φ、厚さ１．７ｍｍのＳＴＫＭ鋼を使用した。
【００２５】
表中の数字は、衝撃印可時のコンデンサの降下電圧を示している。衝撃印可前の充電電圧は１３Ｖであり、降下電圧が少ない程良い。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、外部からの衝撃に対し、電子タイマー部の耐衝撃性が向上し、ユーザーにとって安全且つ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】本発明の耐衝撃性電子式遅延雷管の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１．電子タイマー部
２．ケース
３．雷管部
４．キャップ
５．粘弾性物質
６．円筒管
７．基板
８．水晶振動子
９．発火用コンデンサ
１０．保護材
１１．１２．脚線
１３．雷管ストッパー
１４．嵌合部
１５．嵌合部
１６、１７．中ブタ部
１８．抜け防止かかり

Claims

ケース内に収容された、発火用コンデンサからなるエネルギー蓄積手段を有する電子タイマー部と雷管部とからなる電子式遅延電気雷管であって、該電子タイマー部は該ケース内において耐衝撃性を有する弾性率１，０００ｋｇ／ｍｍ^２以上である円筒管の筒内に収容されており、該筒内の空隙部分が１０〜５０ｖｏｌ％の気泡材を含むＪＩＳショアーＡ硬度１０〜９０である粘弾性物質で満たされていることを特徴とする耐衝撃性電子式遅延電気雷管。
ケース内に収容された、発火用コンデンサからなるエネルギー蓄積手段を有する電子タイマー部と雷管部とからなる電子式遅延電気雷管であって、該電子タイマー部は該ケース内において耐衝撃性を有する弾性率１，０００ｋｇ／ｍｍ ^２以上である円筒管の筒内に収容され、該エネルギー蓄積手段の周囲のみが、針入度１０〜１００のゲル状物質、又は発泡性樹脂の０．０１ｇ／ｃｍ ^３〜０．２０ｇ / ｃｍ ^３の低密度層からなる保護材で覆われており、且つ電子タイマー部と該筒内の空隙部分が１０〜５０ｖｏｌ％の気泡材を含むＪＩＳショアーＡ硬度１０〜９０である粘弾性物質で満たされていることを特徴とする耐衝撃性電子式遅延電気雷管。
前記筒が金属の筒であって、その周囲がプラスチックで覆われていることを特徴とする請求項１または２記載の耐衝撃性電子式遅延電気雷管。
前記雷管部が、前記電子タイマー部を収容する筒と軸を共有にし、該筒部から突出する形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐衝撃性電子式遅延電気雷管。