JP6144551B2 - 電子式延時点火着火具および破砕、発破システム - Google Patents

Description

本発明は、迷走電流や導通点検用の直流電流に対して安全な電子式延時点火着火具およびこの電子式延時点火着火具を用いた破砕、発破システムに関する。

岩盤やコンクリートを破砕するためには、破砕対象物の強度と大きさ（体積）にあわせて、所定の深さまで穿孔し、破砕薬剤を込め、填塞し、点火してそのガス圧で破砕する。 破砕規模が大きくなると、複数の孔を穿孔し、各々に破砕薬剤を込め、填塞し、点火してそのガス圧で破砕する。
破砕規模が大きくなり、破砕薬剤の量が増えると、騒音や振動も大きくなる。
そのため、薬剤に点火する時間をずらすことで、騒音や振動を小さくすることができる。
例えば、１ｋｇ同時に点火すると、８０ｄＢの音と振動が発生する場合には、１０ｋｇを同時に点火すると、８６ｄＢの音と振動が発生する。
これに対し、１０ｋｇを１ｋｇごとに、数秒間隔（例えば、０．２５秒間隔）で１０回に分けて点火すると、８０ｄＢの音と振動が１０回感じられる。

ダイナマイト・含水爆薬を用いる発破工法では、電気雷管の中に延時薬（時間差を設ける導火線のようなもの）を入れて、２５ｍｓ間隔（ＭＳ段発式電気雷管、ＭＳ電気雷管）とか２５０ｍｓ間隔（ＤＳ段発式電気雷管、ＤＳ電気雷管）で時間差での爆破を実現している。
あるいは、導火管付き雷管の時間差（延時薬と導火管の伝播時間）での爆破を行う。
電子回路を組み込んだ雷管で時間差を実現することができる。

初期の電子式延時電気雷管は、例えば、特公昭５６−２６２８８号公報、特開昭５４−４３４５４号公報、特聞昭５７−１４２４９６号公報、特開昭５７−１４２４９８号公報、特開昭５８−８３２００号公報などで知られている。
これらの電子式延時電気雷管は、その内部には点火に必要な電力を溜めるコンデンサーと、点火までの秒時を決めるタイマーと、コンデンサーからの点火電力を通電するスイッチング素子とを備え、発破器からの直流電気エネルギーを受け入れる２つの接続端子を有する。
タイマー回路、スイッチング素子にはプラス・マイナスの極性があるので、発破器からの直流電流に対して、２つの接続端子の極性は結線時に合わせる必要がある。

次の世代の電子式延時電気雷管は、例えば、特許文献１などで知られている。
これらの電子式延時電気雷管は、発破器からの直流電気エネルギーを受け入れる２つの接続端子により、直列又は並列に接続される。
これらの電子式延時電気雷管は、タイマーＩＣなどからなる制御装置と２つの接続端子との間には、ブリッジ接続したダイオードを設ける。これは、結線作業において、発破器のプラス・マイナス極性に対して、直流電気エネルギーを受け入れる２つの接続端子の向きを常に合わせることが、発破現場では困難であるためである。もしも、ブリッジ接続ダイオードが無かったら、回路のプラス・マイナスが逆になっている電子式延時電気雷管は不爆となる。

次に、従来の電子式延時雷管の動作について述べる。
その動作電力は、発破器から供給される。発破器から供給された電力は、２つの接続端子、ブリッジ接続ダイオードを経て、電気雷管の点火用電力としてコンデンサーに充電される。コンデンサーの両端の電圧が上昇し、半導体電子部品（ＩＣ，ＭＯＳ−ＦＥＴ，トランジスタなど）で作られた電子回路が動作する電圧以上になると、電子回路の動作が開始される。
電子回路は基準時間（スタート時間）からの時間をカウントするタイマーと、点火用スイッチング素子とから構成され、コンデンサーの充電電圧や、時定数を決めるための他のコンデンサーの充電電圧などを基準としてスタート時間を決定する。

なお、特許文献１などで知られている電子式延時電気雷管の各回路をすべて並列とする電気発破用遅延回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。
この電気発破用遅延回路では、１電子式延時電気雷管当たりの必要電圧を１０Ｖとすると、理論的にはいくつつないでも、発火器の出力電圧は１０Ｖで良い。回路構成も、動作も、例えば、特許文献１などで知られている電子式延時電気雷管と同じである。
別な従来の電子式延時雷管では、２つの接続端子とは別の２つの制御用電線を用いて、充電完了・タイマー動作開始の信号を送っている（例えば、特許文献３〜９参照）。
しかし、実際には、回路を構成する電線の抵抗分によるロスなどで、計算値より高い電圧を、ユニット数に応じて調整しながら供給する。

特公平７−６５８８０号公報 特開２０１１−１６３７４６号公報 特公平８−１４４７４号公報 特許第２６３４８２４号公報 特許第２７１０４２８号公報 特許第２９８４０７０号公報 特許第３０５６７７８号公報 特許第３０８６２４４号公報 特公平８−１４４７４号公報

初期の電子式延時電気雷管では、図１２に示すように、電子回路に内蔵される、点火用の電力を溜めるコンデンサーの端子電圧がある閾値を超えたらタイマーが動作して電子点火する。
次世代の電子式延時電気雷管では、電子回路に内蔵される、点火用の電力を溜めるコンデンサーとは別に設けられた電圧判別回路・時定数回路を有し、ある閥値を超えたらタイマーが動作して電子点火する。
しかし、従来の電子式延時雷管では、図１３に示すように、電子回路を構成する部品のバラツキにより、時間精度の影響を受ける。
図１３は、電子部品のばらつきによるカウントのずれを示す。例えば、電解コンデンサーでは、規格値＋２００％、−５０％、一般電子部品では、規格値±２０％、高精度品±１０％等の事例が報告されている。

また、従来の電子式延時雷管では、導通点検が困難である。
また、従来の電子式延時雷管では、漏えい電流・誘導電流による誤爆の虞がある。
また、従来の電子式延時雷管では、接続のバラツキにより、動作が異なる、特に並列結線時には、不発残留の虞があるなどの問題がある。
また、従来の電子式延時雷管では、個々の電子式延時電気雷管をすべて直接結線とし、同じ電流値を供給するが、その回路内部のコンデンサーの両端電圧を基準時間（タイマーカウント開始）としているために、コンデンサーの電気容量の誤差や、回路抵抗の差異により、コンデンサーの充電電圧の誤差があり、それによりタイマー誤差を生じてしまう。
また、従来の電子式延時雷管では、個々の電子式延時雷管を直接結線とはせず、すべて並列結線すれば、コンデンサーの充電電圧のバラツキは低減できる可能性があるが、時定数を決める回路抵抗には誤差があり、やはりタイマー誤差を生じてしまう。

また、従来の電子式延時電気雷管を用いて発破を行う場合、結線漏れによる不曝を防止するためには、目視による結線確認だけでなく、導通点検が重要となる。
導通点検は、通常僅かな直流電流を流し、その両端の電圧を電圧計により読み取ることで行われる。
例えば、１個の電子式延時電気雷管の抵抗値が５Ωであり、１０個直列結線であれば５０Ωとなる。回路に１ｍＡの電流を流して計測すると、５Ωでは５ｍＶ、５０Ωでは５０ｍＶの電位差となるのを測定するわけである。
このとき、１０個を並列結線すると抵抗値は０．５Ωとなり、回路に１ｍＡの電流を流して計測すると０．５ｍＶとなる。

直接結線の場合は測定する電圧は加算的だが、並列結線の場合はどんどん端子電圧が小さくなるので、測定する電圧も極僅かとなる。そのため、デジタル抵抗計などを用いた導通点検を行ったとしても、並列結線の場合その個数が多くなると結線漏れを見のがす虞がある。
具体的には、１つの回路の抵抗が１ｋΩであれば、２個並列で５００Ω、４個並列で２５０Ωと数が少なければ区別が可能だが、１００個並列であれば１０Ω、１０２個並列であれば、９．８Ωと区別が困難になる。更に数が多く２００個並列であれば５Ω、２０１個並列であれば４．９８Ωと電気テスターなどでは区別は困難である。
抵抗測定を容易に行おうとすれば、測定電流を多く流す必要がある。しかし、電子式延時電気雷管から見れば導通点検用の直流電流も、点火用の直流電流も同じであり、あまり多くの電流を流すと、回路が動作し誤爆の虞がある。

本発明は斯かる従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、電子部品を構成する部品のバラツキによる時間精度への影響が極めて低い電子式延時点火着火具およびこの電子式延時点火着火具を用いた破砕、発破システムを提供することにある。

請求項１に係る発明は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に直列に接続される電気点火具と、外部から入力される前記電気点火具の点火に必要な交流電流を所定の電源電圧に変換する第１のコイル対と、外部から入力される制御信号を制御信号電圧に変換する第２のコイル対と、を有する電源トランスと、前記電源トランスの前記第１のコイル対により変換された前記所定の電源電圧を蓄積する第１のコンデンサーと、前記電源トランスの前記第２のコイル対により変換された前記制御信号電圧を蓄積する第２のコンデンサーと、前記第２のコンデンサーにより蓄積された前記制御信号電圧をデジタル制御信号に変換する点火制御回路と、前記デジタル制御信号を基準に所定の延時時間を計算して、前記第１のコンデンサーからの前記電気点火具の点火に必要な電力を前記スイッチング素子によって通電し、前記電気点火具の点火制御を行う主制御回路と、前記第１のコンデンサーに蓄積される電力の一部を前記主制御回路へ供給する安定した直流電流に変換する制御電源回路と、を備えることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電子式延時点火着火具において、前記電源トランスの前記第１のコイル対は、１次巻き線と２次巻き線との比率が、１：１０から１：５０の範囲となるように設定されることを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の電子式延時点火着火具において、前記電源トランスの前記第２のコイル対は、１次巻き線と２次巻き線との比率が、１：１から１：１０の範囲となるように設定されることを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に直列に接続される電気点火具と、電気点火具の点火に必要な交流電流及び交流電流制御信号を受電する一次側コイルと、前記交流電流を所定の電源電圧に変換して出力する二次側コイルと、前記二次側コイルに設けられ、前記交流電流制御信号を変換した制御信号電圧を前記二次側コイルから出力する中間タップとを有する電源トランスと、前記電源トランスの前記二次側コイルから出力される前記所定の電源電圧を蓄積する第１のコンデンサーと、前記電源トランスの前記中間タップから出力される前記制御信号電圧を蓄積する第２のコンデンサーと、前記第２のコンデンサーにより蓄積された前記制御信号電圧をデジタル制御信号に変換する点火制御回路と、前記デジタル制御信号を基準に所定の延時時間を計算して、前記第１のコンデンサーからの前記電気点火具の点火に必要な電力を前記スイッチング素子によって通電し、前記電気点火具の点火制御を行う主制御回路と、前記第１のコンデンサーに蓄積される電力の一部を前記主制御回路へ供給する安定した直流電流に変換する制御電源回路と、を備えることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電子式延時点火着火具において、前記電気点火具の点火が中止されたときに、前記点火用電源コンデンサーが蓄えた電力を放電する放電抵抗を、さらに備えることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電子式延時点火着火具を複数、直列結線で結線した電子式延時点火着火具群と、発破・破砕場所から離れた位置に配置され、前記電気点火具の点火に必要な電力を交流電流として供給した後に、点火制御に必要な時間基準となる制御信号を前記電子式延時点火着火具群に供給する点火制御装置とを備え、前記点火制御装置は、前記電子式延時点火着火具群の始端の前記電子式延時点火着火具と終端の前記電子式延時点火着火具とを接続してなることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電子式延時点火着火具を複数、直列結線で結線した複数の電子式延時点火着火具群と、発破・破砕場所から離れた位置に配置され、前記電気点火具の点火に必要な電力を交流電流として供給した後に、点火制御に必要な時間基準となる制御信号を前記複数の電子式延時点火着火具群に供給する点火制御装置とを備え、前記点火制御装置は、前記複数の電子式延時点火着火具群の各始端の前記電子式延時点火着火具と各終端の前記電子式延時点火着火具とを接続してなることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項６又は請求項７に記載の破砕、発破システムにおいて、前記各電子式延時点火着火具は、前記点火制御装置から、前記電気点火具の点火に必要な電力を受け取った後、時間基準となる制御信号を受け取り、その時間基準信号を元に点火秒時を制御することを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の破砕、発破システムにおいて、前記時間基準となる信号は１つ以上のパルス制御信号であることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の破砕、発破システムにおいて、前記各電子式延時点火着火具は、前記デジタル制御信号に応じて、前記電気点火具の点火までの時間を切り替えて点火することを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の破砕、発破システムにおいて、前記各電子式延時点火着火具の主制御回路は、前記デジタル制御信号の不受信時と、停止信号受信時とには、タイマー動作を停止することを特徴とする。

本発明では、点火制御装置からの交流電流を２つの入力端子に接続した電源トランスに供給する電子式延時点火着火具を構成するので、電子式延時点火着火具はすべて直列に接続され、電子回路による段発式点火（時間制御）への影響が極めて低い。
時間制御は、点火制御装置から供給される交流電流に重畳して供給されるので、個々の電子式延時点火着火具の電子部品の精度・誤差の影響を受けない。
また、本発明では、直接結線で交流電力により充電動作を行うので、直流電流式の電気テスターによって導通点検を行っても、回路が動作しない。そのため、安全な構造となっている。導通点検時の抵抗測定の精度を高めるために、測定電流を大きくしても、トランスの２次側に電力が供給されず、回路は動作しない。

また、本発明では、漏えい電流・誘導電流による誤爆の虞がない。
例えば、異なる地質による直流電位による誘導電流に反応しない。電車の線路などの直流電位による誘導電流に反応しない。交流電流による誘導電流に放電抵抗により蓄積しない。制御信号が無いので動作しない。
また、本発明では、直列結線で導通点検も容易で、誤動作の心配が無い。充電完了後に動作するので、数十％接触抵抗を生じても動作が安定である。

本発明の第一実施形態に係る電子式延時点火着火具のブロック図である。 図１の点火用電源コンデンサーに充電された電圧と充電時間との関係を示す図である。 図１の電子式延時点火着火具に対する点火制御装置からの供給波形を示す図である。 図１の電源トランスから点火制御回路が受け取る制御信号の波形（デジタル信号）を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る破砕、発破システムを示す概念図である。 本発明の実施例に係る電子式延時点火着火具のブロック図である。 図６の基本のプログラムフローを示す図である。 本発明の実施例に係る別の電子式延時点火着火具のブロック図である。 比較例１の電子式延時点火着火具のブロック図である。 比較例３の電子式延時点火着火具のブロック図である。 比較例４の電子式延時点火着火具のブロック図である。 コンデンサーの充電電圧を示す図である。 電子部品のばらつきによるカウントのずれを示す図である。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る電子式延時点火着火具１のブロック図である。
電子式延時点火着火具１は、図示しない点火制御装置に結線される電源トランス２と、電源トランス２に連絡する点火用電源コンデンサー３と、電源トランス２に連絡する点火制御回路４と、点火用電源コンデンサー３に連絡する制御電源回路５と、点火制御回路４に連絡する主制御回路６と、主制御回路６に連絡するスイッチング素子７と、スイッチング素子７と直列に配置される電気点火具８とを備える。

電源トランス２は、電気点火具８の点火に必要な交流電流及び交流電流制御信号を図示しない点火制御装置から受電後、交流電流を所定の電源電圧に変換すると共に、交流電流制御信号を制御信号電圧に変換する。
ここで、点火制御装置は、発破、破砕場所から離れた位置に配置され、点火に必要な電力を交流電流として供給した後に、点火制御に必要な制御信号を供給する発破器に相当する。図３は、点火制御装置からの供給波形を示す。
電源トランス２と点火制御装置との間には、発破母線、補助母線が敷設される。
点火用電源コンデンサー３は、電源トランス２から供給される交流電流を直流電流に整流して電気点火具８の点火と電子式延時点火着火具１の動作とに必要な電力を蓄える。図２は、点火用電源コンデンサー３に充電された電圧と充電時間との関係を示す。

点火制御回路４は、電源トランス２の二次側から供給される点火制御装置からの交流電流に重担されている点火制御に必要な制御信号（トリガー信号）を基準に起爆までの秒時を制御する。
制御電源回路５は、点火用電源コンデンサー３からの電子式延時点火着火具１の動作に必要な電力を主制御回路６へ供給する安定した直流電流に変換する。
主制御回路６は、点火制御回路４から受け取るデジタル制御信号を基準に所定の延時時間を計算し、点火用電源コンデンサー３からの電気点火具８の点火に必要な電力をスイッチング素子７によって通電し、電気点火具８の点火制御を行う。図４は、主制御回路６が受け取るデジタル信号を示す。

本実施形態では、点火制御回路４から主制御回路６が受け取るデジタル信号（制御信号の波形）に応じて、点火までの時間を切り替えて点火することができる。
図４のデジタル信号（制御信号の波形）は、主制御回路６の充電開始と共に１（Ｈｉ）となり、点火用電源コンデンサ３の充電が完了した後に、点火制御回路４から点火指令０（Ｌｏｗ）、１（Ｈｉ）、０（Ｌｏｗ）、１（Ｈｉ）、０（Ｌｏｗ）とのデジタル信号を受け取り、タイマー動作を開始する。
例えば、１０１０１０であれば、ＭＳ電気雷管（０．０１〜０．１秒（ミリセコンド）間隔のミリセコンド段発電気雷管）のようにタイマー動作、１０１０１０１であればＤＳ電気雷管（遅発時間の間隔を０．１〜１．０秒（デシセコンド）間隔とした普通段発電気雷管）のようにタイマー動作と、その動作モードを変更することができる。
制御信号の波形（デジタル信号）不受信時と、停止信号受信時には、タイマー動作を停止する。

図４の制御信号は、もし断線があればその瞬間１から０となり、０が維持される。再び１になることは無い。その場合は発破中止、タイマー動作停止と安全側に判定することができる。
また、制御信号に、１０１１１は発破中止などの定義を行い、制御信号でタイマーを安全に停止することができる。
このように構成された本実施形態に係る電子式延時点火着火具１では、電源トランス２が点火制御装置からの充電電力を、タイマー回路と信号制御回路とを構成する点火制御回路４及び主制御回路６に各々供給するので、プラスマイナスの概念が無く、どちら向きに接続しても良い。

また、電源トランス２は、充電と制御信号を１つの直列結線回路、すなわち２つの脚線のみで送ることができる。
なお、本実施形態では、発破、破砕に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、蒸気圧発生剤による破砕工法や産業用爆薬と火工品を用いる発破工法など、又は、電気点火式の打ち揚げ花火などに適用できる。

（実施形態２）
図５は、本発明の第二実施形態に係る破砕、発破システムを示す概念図である。
本実施形態では、破砕又は発破の現場に応じて、例えば、岩盤やコンクリートを破砕する現場、又は、ダイナマイト、含水爆薬を用いる発破現場において、所定の深さまで穿孔した孔内に破砕薬剤又はダイナマイト、含水爆薬を込め、填塞する際に、用いられる電子式延時点火着火具を、実施形態１に係る電子式延時点火着火具１とし、各電子式延時点火着火具１を直列結線で結線して電子式延時点火着火具群１０とする。

発破・破砕場所から離れた位置に配置された点火制御装置１５が、電子式延時点火着火具群１０の始端の電子式延時点火着火具１Ａと終端の電子式延時点火着火具１Ｎとを接続される。点火制御装置１５は、直列結線の各電子式延時点火着火具１に交流電流を供給する。定電流回路であるために、基本的には点火制御装置１５では、出力電流、電圧の調整は行わない。
また、本実施形態では、入力端子は省略してあり、電子式延時点火着火具群１０と点火制御装置１５とは、発破母線１１ａ，１１ｂ及び補助母線１２で結線されている。

そして、破砕、発破に際しては、点火制御装置１５が、電子式延時点火着火具群１０の各電気点火具８の点火に必要な電力を交流電流として供給した後に、点火制御に必要な時間基準となる制御信号を電子式延時点火着火具群１０に供給する。
本実施形態では、作業者が電子式延時点火着火具１のプラス・マイナスを気にすることなく結線し、破砕、発破を確実に行うことができる。
本実施形態では、ｎ個の電子式延時点火着火具１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・１Ｎを用いた場合について説明したが、破砕、発破作業では電子式延時点火着火具１を数十から数百個直列に繋いで用いられる。

（実施例）
図６は、本実施例に係る電子式延時点火着火具２０を示す。
電子式延時点火着火具２０は、例えば、図６に示すように、順次、次の電子式延時点火着火具２０に接続するための脚線２ｌ，２２を備える。脚線２ｌ，２２には、通常は細い平行コード（直径０．３ｍｍの単線銅線、塩化ビニル製被覆）を使用するが、汎用の電線、単線の電線２本も使用できる。高周波用の同軸ケーブルなどでも良い。
トランス２３は、１次巻き線２３ａ，２３ｂが脚線２ｌ，２２に接続され、２次巻き線２３ｅ，２３ｆは２つに分かれている。１次巻き線２３ａ，２３ｂと２次巻き線２３ｅ，２３ｆとの間にはそれぞれコア２３ｃ，２３ｄが配置されている。本実施例では、トランス２３は、１次巻き線２３ａ，２３ｂ、２次巻き線２３ｅ，２３ｆが独立する２組のタイプを使用した。

１次巻き線２３ａに対して、２次巻き線２３ｅの比率を電力用は１：１０から１：５０、望ましくは１：２０から１：３０に取ることによって、脚線２ｌ，２２に印加される電圧を低くしても動作が可能となる。この電圧が低いことは、感電の防止、漏電の抑止に対して非常に有効である。
１次巻き線２３ｂに対して２次巻き線２３ｆの比率を制御信号用とするため、１：１から１：１０、望ましくは１：３から１：８に取ることによって、制御に必要な電圧しか印加されない。それは部品点数の低減による信頼性の向上、コスト削減になる。また、このように巻き線を分けることによって、充電と制御信号を１つの直列結線回路、すなわち脚線２ｌ，２２のみで送ることができる。

トランス２３へ供給する交流電流は、低周波の交流電流２０Ｈｚ程度から高周波の交流電流１ＭＨz程度が使用できる。数百Ｈｚと周波数が高くなると、使用する電線も損失の少ない同軸ケーブルにする必要があるため、５０Ｈｚ，６０Ｈzから数ｋＨｚが望ましい。
その中でも、ＶＦＦケーブルなど市販の電線を発破母線として使用できる１００Ｈｚから１ｋＨｚの交流が望ましい。
トランス２３の２次側の供給可能最大電流が大きいほどコンデンサー２５への充電時間は早くなる。しかし、スイッチング用トランジスタ３０の万一の短絡故障などに備えるため、接続する電気点火具３１の最大不着火電流以下とすることが望ましい。

本実施例では４００Ｈｚの交流電流を使用し、トランス２３の最大供給可能電流を５０ｍＡと設計した。実際の使用条件では、発破母線などの抵抗損失、スイッチング用トランジスタ３０の損失もあるために、実測値は１０ｍＡ以下であった。瞬発電気雷管（北海道日油製）を接続しての試験では、３分以上通電しても不発火であった。
なお、この１０ｍＡとは、火取法発破の技術上の基準で、安全に抵抗測定に使用できる通電電流の最大値である。
トランス２３の２次巻き線２３ｅの電力用の巻き線の交流出力は、整流用ダイオード２４によって直流電流に変換し、コンデンサー２５へ点火と回路の動作に必要な電力を充電する。

コンデンサー２５は、コンデンサーの容量が大きいほど、点火電力を大きくできるが、電気点火具３１の点火に必要な電力以上の充電電圧と容量より決まる。コンデンサー２５は、コストとサイズとの関係より１，０００マイクロファラッド（μＦ）から１０，０００マイクロファラッド（μＦ）程度を使用する。充電電圧は８Ｖ程度以上、望ましくは１０Ｖ以上である。
コンデンサー２５へ充電された電力は、放電抵抗２６により、点火が中止されると迅速に放電される。
コンデンサー２５の容量が小さいほど充電時間は短くなり、容量が大きいほど充電時間が長くなる。放電抵抗２６は、抵抗が大きいほど充電時間に与える影響は小さくなるが、放電時間も長くなる。

放電抵抗２６は、少なくとも発破作業を中止した際に、１分から５分程度で２Ｖ程度まで放電可能な値とする。放電抵抗２６との組み合わせでは、４７０キロオーム（ｋΩ）以上が望ましく、１メガオーム（ＭΩ）から２．２メガオーム（ＭΩ）程度が適当である。また、定電圧ダイオード２７で、一定の電圧（リファレンス）にされる。
トランス２３の２次巻き線２３ｆの制御用の巻き線の交流出力は、信号整流用ダイオード３２によって直流電流に変換され、コンデンサー３３により脈流（リップル成分）を緩和し、制御用のデジタル信号へ変換する。放電抵抗３４はＨｉからＬｏｗ（１から０）への応答性を改善する。定電圧ダイオード３５は、過剰な電圧を吸収し、制御用ＩＣ２９の入力部２９ａを保護する。定電圧ダイオード３５の動作電圧は、制御用ＩＣ２９の制御入力部２９ａの定格電圧に合わせるため、通常５Ｖ又は３．３Ｖを使用する。

電源用ＩＣ２８は、コンデンサー２５に充電された電力の一部を電圧入力２８ａより受電し、制御用ＩＣ２９の動作に必要な一定の制御用ＩＣ用電圧出力２８ｂより電圧を出力する。
この電圧は、制御用ＩＣ２９が動作する電圧仕様により決定される。通常２．２Ｖから５Ｖ程度が多い。制御用ＩＣ２９において、２９ｃは電源＋、２９ｄは電源−を示す。
制御用ｌＣ２９は、不揮発作のプログラム、データー格納用メモリーを持ち、少なくとも１つ以上の入力信号回路と、少なくとも１つ以上出力信号回路を有する、小型のＣＰＵ（演算装置）であれば使用できる。例えば、ＰＩＣ、Ｈ８などの市販ＣＰＵが好適である。

制御用ｌＣ２９は、あらかじめ出荷前に、動作に必要なプログラムとデーターを書き込むことができる。図には示していないが、プログラム・データーの書き込みポートを設けておくことで、使用の直前に書き込むこともできるる。
プログラムフローは図７に示す。
制御用ＩＣ２９は、電源が供給されると、自動的に動作を開始する。制御入力部２９ａに供給される電圧を監視し、その変化をあらかじめプログラムされた内容と比較し、一致した場合に点火までのタイマーを起動する。あらかじめ定められた時間が経過しても入力信号が来ない場合、または入力信号が正規の物と一致しない場合は、タイマー動作は行わず、プログラム動作を停止する。これは、誤爆を防ぐ重要な安全機構である。

制御用ＩＣ２９は、タイマーを起動すると、そのプログラムにより定められた時間経過後に点火信号出力部２９ｂをアクティブとし、スイッチング用トランジスタ３０をＯＮ（導通状態）にする。すると電気点火式の点火具３１に、コンデンサー２５からの電力が通電され、点火する。
なお、トランス２３は、図８に示すように、ｌ次巻き線２３ａが共通で、２次巻き線２３ｅに中間タップ２３ｇがあるタイプとしても良い。

以上のように構成した本実施例では、電子部品を構成する部品のバラツキによる段発式点火（時間制御）への影響が極めて低い。
本実施例では、コンデンサー３３への充電が完了してから、制御信号に基づきタイマー動作するので、誤差は、小型のＣＰＵの微妙な動作速度の差程度になる。
また、本実施例では、直接結線で動作するため、導通点検が容易である。
例えば、交流信号しか受電しないので、テスターの測定電流が大きくても反応しない。

また、本実施例では、漏えい電流・誘導電流による誤爆の危険は無い。
例えば、異なる地質による直流電位による誘導電流に反応しない。
電車の線路などの直流電位による誘導電流に反応しない。
交流電流による誘導電流は、放電抵抗により蓄積しない。制御信号が無いので動作しない。
また、本実施形態では、直列結線で導通点検も容易で、誤動作の心配は無い。
例えば、充電完了後に動作するので、数十％接触抵抗を生じても動作が安定である。

また、本発明では、上記実施例の回路構成に限定されず、各種の電子部品に変更し適応できる。
例えば、制御用ＩＣ２９には各種の小型マイコンが使用できる。小型マイコンの他にもコンパレ一夕ーとタイマーＩＣを組み合わせることができる。例えば、通電制御用のスイッチング素子３０には、トランジスタに変えてサイリスタや電界効果トランジスタ、小型のリレーを用いることもできる。

（比較例１）
図９は、特許文献１の電子遅延式電気雷管において、電気的に絶対に必要な回路を抜粋したものである。
発破においては、当該電子遅延式電気雷管が必要数直列に結線される。脚線を経由して、ユニット数に応じた直流電圧が供給され、回路が動作する。
電子遅延式電気雷管の基本動作電圧が１０Ｖとすると、１０個では１００Ｖ、１００個では１，０００Ｖ、３００個では３，０００Ｖと、必要とする電圧が変わるので、発破器側で調整の必要がある。

脚線４ｌ，４２は、直列に結線され、発破器からの直流電圧をブリッジダイオード４３に供給する。ブリッジダイオード４３は、脚線４ｌ，４２の接続方向によらず、コンデンサー４４の上方がプラス、下方がマイナスとなるよう、電圧の向きを合わせる（いわゆる、交流の全波整流とは異なる概念）。コンデンサー４４は、このブリッジダイオード４３からの電流で所定の電圧まで充電される。
コンデンサー４４の両端電圧がある一定以上まで上昇すると、電源回路４６を経由して電力が電源入力４６ａから電源出力４６ｂへと供給され、電源＋４７ｃよりタイマー回路４７が動作を開始する。

電圧監視回路４５は、コンデンサー４４の電圧を監視し、プラス側の電圧入力４５ａ、マイナス側の電圧入力４５ｃからの電圧がある一定以上の電圧となればタイマーにトリガー信号４５ｂを送る。４７ｄは電源−である。
タイマー回路４７は、トリガー信号入力４７ａに受信すると、所定の秒時経過後、通電信号４７ｂを供給し、サイリスタ４８をＯＮとして、電気雷管４９にコンデンサ４４の電力を通電し、発火させる。

（比較例２）
特許文献２の電子式遅延電気雷管装置及び電子式雷管発破システムでは、比較例１の各回路をすべて並列とすることで、１つの電子遅延式電気雷管当たりの必要電圧を１０Ｖとすると、理論的にはいくつつないでも、発火器の出力電圧は１０Ｖで良い。回路構成も、動作も、比較例１と同じである。
しかし、実際には、回路を構成する電線の抵抗分によるロスなどで、計算値より高い電圧を、ユニット数に応じて調整しながら供給する。

（比較例３）
図１０は、特許文献３〜９の電子遅延式電気雷管を示す。
発破においては、当該電子遅延式電気雷管が必要数並列に接続される。接続は４線式で、コネクタ５０により接続される。
脚線４ｌ，４２は、コネクタ４４によって直列に結線され、発破器からの直流電圧をブリッジダイオード４３に供給する。ブリッジダイオード４３は、脚線４ｌ，４２の接続方向によらず、コンデンサー４４の上方がプラス、下方がマイナスとなるよう、電圧の向きを合わせる。コンデンサー４４は、このブリッジダイオード４３からの電流で所定の電圧まで充電される。

コンデンサー４４への充電を十分に行った後、充電完了・タイマー動作開始信号が、信号線５１，５２より供給される。
タイマー回路４３は、トリガー信号入力４３ａに受信すると、所定の秒時経過後、通電信号４３ｂを供給し、サイリスタ４８を０１１として、電気雷管４９にコンデンサ４４の電力を通電し、発火させる。

（比較例４）
図１１は、比較例１の電子遅延式電気雷管に分流抵抗を設けた例を示す。
比較例１，２，３では、電子延時式雷管の雷管が所定の時間で爆発する機能について、比較例として説明した。
次に、安全な発破作業を行うための導通点検（電気的につながっているか否か、切羽でも実施）・抵抗測定（発破回路の電気抵抗を測定、３０ｍ以上離れた安全な場所で実施）について説明する。

発破作業では、岩盤に複数の穿孔を行い、その内部に電子延時式雷管を取りつけた親ダイ（雷管付き爆薬）と増ダイ（増加爆薬）を装填し、填塞し、電子雷管の電線を接続して、通電し発破する。
発破作業後に不発の電子雷管、爆薬があると、非常に危険である。
そのため、確実に全数の電子雷管が結線（電気的に接続）されていることが発破を行う上での前提となる。
抵抗測定は、直列結線と並列結線では異なることは既に述べた。

ここでは、比較例１，２，３の場合の抵抗測定について、更に詳しく述べる。
比較例１，２，３に示したような、第２世代初期の電子雷管は、脚線４ｌ，４２は、ブリッジダイオード４３につながる。
そのため、複数直列結線して導通を確認するには、ダイオードの順方向降下電圧以上の電圧を印加する必要がある。これは、整流用のシリコンダイオードであれば０．６Ｖである。例えば、１００個の電子延時式雷管を直列結線し、導通点検するには１電子延時式雷管当たり２個のダイオードを介して導通点検するので、０．６×２×１００＝１２０Ｖの印加電圧が無ければ点検ができない。このような高電圧の抵抗計（テスター）を使用するのは非常に危険である。

比較例４では、抵抗５３を脚線４１，４２の間に入れると、ダイオードの順方向降下電圧に関係なく導通点検が可能になる。例えば、５Ωの抵抗を入れると、１００個の電子延時式雷管直列では５００Ωであり、１ｍＡの測定電流で有れば抵抗計の所要電圧も０．５Ｖである。
しかし、この方法では、点火制御装置から供給するエネルギーが抵抗にも消費されるので、点火制御装置が大型化する。例えば、コンデンサーを１０Ｖまで充電するためには、５Ω抵抗には２Ａもの電流が流れるので、２０Ｗ以上と非常に大きな耐電力の抵抗でないと焼けてしまう。１００個の電子延時式雷管直列では点火制御装置の供給電流も１０００Ｖ２Ａすなわち２０００Ｗと電気ストーブを遥かに超えるような物となってしまう。

そのため、抵抗はおのずと１ｋΩ以上とか高い値でなければならない。そうすると、電力的には有利となるが、市販の発破用テスターの測定可能範囲は２ｋΩ以下なので、２個直列としただけで測定できない。
この抵抗は、導通点検行為には有効だが、充電制御の為数ｋΩ以上であることが望ましいため、市販の発破テスターは使用できない。市販の電気用テスターでの導通点検となる。

１、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・１Ｎ、２０ 電子式延時点火着火具
２ 電源トランス
３ 点火用電源コンデンサー
４ 点火制御回路
５ 制御電源回路５
６ 主制御回路６
７ スイッチング素子
８ 電気点火具
１０ 電子式延時点火着火具群
１１ａ，１１ｂ 発破母線
１２ 補助母線
１５ 点火制御装置
２ｌ，２２ 脚線
２３ トランス
２３ａ，２３ｂ １次巻き線
２３ｅ，２３ｆ ２次巻き線
２３ｃ，２３ｄ コア
２４ 整流用ダイオード
２５ コンデンサー
２６ 放電抵抗
２７ 低電圧ダイオード
２８ 電源用ＩＣ
２９ 制御用ＩＣ
３０ スイッチング用トランジスタ
３１ 電気点火具
３２ 信号整流用ダイオード
３３ コンデンサー
３４ 放電抵抗
３５ 定電圧ダイオード

Claims (11)

1. スイッチング素子と、
   前記スイッチング素子に直列に接続される電気点火具と、
   外部から入力される前記電気点火具の点火に必要な交流電流を所定の電源電圧に変換する第１のコイル対と、外部から入力される制御信号を制御信号電圧に変換する第２のコイル対と、を有する電源トランスと、
   前記電源トランスの前記第１のコイル対により変換された前記所定の電源電圧を蓄積する第１のコンデンサーと、
   前記電源トランスの前記第２のコイル対により変換された前記制御信号電圧を蓄積する第２のコンデンサーと、
   前記第２のコンデンサーにより蓄積された前記制御信号電圧をデジタル制御信号に変換する点火制御回路と、
   前記デジタル制御信号を基準に所定の延時時間を計算して、前記第１のコンデンサーからの前記電気点火具の点火に必要な電力を前記スイッチング素子によって通電し、前記電気点火具の点火制御を行う主制御回路と、
   前記第１のコンデンサーに蓄積される電力の一部を前記主制御回路へ供給する安定した直流電流に変換する制御電源回路と、
   を備えることを特徴とする電子式延時点火着火具。
2. 請求項１に記載の電子式延時点火着火具において、
   前記電源トランスの前記第１のコイル対は、１次巻き線と２次巻き線との比率が、１：１０から１：５０の範囲となるように設定される
   ことを特徴とする電子式延時点火着火具。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電子式延時点火着火具において、
   前記電源トランスの前記第２のコイル対は、１次巻き線と２次巻き線との比率が、１：１から１：１０の範囲となるように設定される
   ことを特徴とする電子式延時点火着火具。
4. スイッチング素子と、
   前記スイッチング素子に直列に接続される電気点火具と、
   電気点火具の点火に必要な交流電流及び交流電流制御信号を受電する一次側コイルと、前記交流電流を所定の電源電圧に変換して出力する二次側コイルと、前記二次側コイルに設けられ、前記交流電流制御信号を変換した制御信号電圧を前記二次側コイルから出力する中間タップとを有する電源トランスと、
   前記電源トランスの前記二次側コイルから出力される前記所定の電源電圧を蓄積する第１のコンデンサーと、
   前記電源トランスの前記中間タップから出力される前記制御信号電圧を蓄積する第２のコンデンサーと、
   前記第２のコンデンサーにより蓄積された前記制御信号電圧をデジタル制御信号に変換する点火制御回路と、
   前記デジタル制御信号を基準に所定の延時時間を計算して、前記第１のコンデンサーからの前記電気点火具の点火に必要な電力を前記スイッチング素子によって通電し、前記電気点火具の点火制御を行う主制御回路と、
   前記第１のコンデンサーに蓄積される電力の一部を前記主制御回路へ供給する安定した直流電流に変換する制御電源回路と、
   を備えることを特徴とする電子式延時点火着火具。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電子式延時点火着火具において、
   前記電気点火具の点火が中止されたときに、前記第１のコンデンサーが蓄えた電力を放電する放電抵抗を、さらに備えることを特徴とする電子式延時点火着火具。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電子式延時点火着火具を複数、直列結線で結線した電子式延時点火着火具群と、
   発破・破砕場所から離れた位置に配置され、前記電気点火具の点火に必要な電力を交流電流として供給した後に、点火制御に必要な時間基準となる制御信号を前記電子式延時点火着火具群に供給する点火制御装置と、
   を備え、
   前記点火制御装置は、前記電子式延時点火着火具群の始端の前記電子式延時点火着火具と終端の前記電子式延時点火着火具とを接続してなる
   ことを特徴とする破砕、発破システム。
7. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電子式延時点火着火具を複数、直列結線で結線した複数の電子式延時点火着火具群と、
   発破・破砕場所から離れた位置に配置され、前記電気点火具の点火に必要な電力を交流電流として供給した後に、点火制御に必要な時間基準となる制御信号を前記複数の電子式延時点火着火具群に供給する点火制御装置と、
   を備え、
   前記点火制御装置は、前記複数の電子式延時点火着火具群の各始端の前記電子式延時点火着火具と各終端の前記電子式延時点火着火具とを接続してなる
   ことを特徴とする破砕、発破システム。
8. 請求項６又は請求項７に記載の破砕、発破システムにおいて、
   前記各電子式延時点火着火具は、前記点火制御装置から、前記電気点火具の点火に必要な電力を受け取った後、時間基準となる制御信号を受け取り、その時間基準信号を元に点火秒時を制御する
   ことを特徴とする破砕、発破システム。
9. 請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の破砕、発破システムにおいて、
   前記時間基準となる信号は１つ以上のパルス制御信号であることを特徴とする破砕、発破システム。
10. 請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の破砕、発破システムにおいて、
    前記各電子式延時点火着火具は、前記デジタル制御信号に応じて、前記電気点火具の点火までの時間を切り替えて点火することを特徴とする破砕、発破システム。
11. 請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の破砕、発破システムにおいて、
    前記各電子式延時点火着火具の主制御回路は、前記デジタル制御信号の不受信時と、停止信号受信時とには、タイマー動作を停止することを特徴とする破砕、発破システム。

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