JPH04366399A - 延時レーザー起爆雷管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバーを介して
伝送されたレーザー光により起爆させる延時レーザー起
爆雷管、特に低エネルギーでも確実に起爆することがで
きる延時レーザー起爆雷管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から導火線を使用する工業雷管と電
流で起爆させる電気雷管とが、雷管として既知であった
が、近年光ファイバーを使用するレーザー起爆雷管が開
発されている。例えば、レーザー光により起爆する雷管
としてはＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネ
ット）レーザー発振装置で起爆する雷管が特開昭第６３
−２７３８００号に開示されている。上記特許文献に開
示されているレーザー起爆雷管は、図３に示すように、
光ファイバー２と接触する上部に装填された爆薬３を黒
色のレーザー光吸収物質を含む第２種クラスの高性能爆
薬とし、かつ下部に装填させた爆薬４の装填比重を前記
上部に装填させた爆薬３よりも高くし、拘束用壁５によ
って上部に装填された爆薬３の側面のみを囲む構成にな
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のレーザー
起爆雷管は、次の２点の問題点を有している。その１は
、起爆するために　２．５Ｊ程度の高いエネルギーを必
要とするため、レーザー起爆雷管を使用する発破現場で
実際的に取り扱えることのできる大きさのレーザー発振
装置では、そのレーザー光出力から見て、レーザー光で
同時に起爆させることのできるレーザー起爆雷管の斉発
本数は制限されることである。その２は、瞬発雷管とし
ての機能のみを有するため、使用範囲が限定されている
ことである。上記従来技術の問題点に対応して、本発明
は、低エネルギーのレーザー光により起爆し、かつ起爆
の延時機構を有する延時レーザー起爆雷管を提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【問題点を解決するための手段】本発明者は、研究の末
、爆薬の上部に酸化剤と還元剤を主とする混合物である
伝火薬を配することにより低エネルギーのレーザー光で
着火させ得ること、及び拘束用壁の上端面を外向き上方
に傾斜させることにより伝火薬及び延時薬から熱を伝播
させて拘束用壁内の爆薬を確実にかつ延時的に爆燃から
爆轟へ移行させ得ることを見出した。

【０００５】この知見に基づいて、本発明に係る次の特
徴を有する構成により、上記目的は達成された。即ち、
その特徴とは、上部開口が塞栓により閉塞された管状容
器と、レーザー光を伝送するために、塞栓を貫通して管
状容器に導入された光ファイバーと、管状容器内で光フ
ァイバーの端面より下に配置された、管状の長手方向壁
からなる拘束用壁を有する内管とを備え、拘束用壁の上
部端面は、上方に向かって開口面積が拡大するじょうご
状の環状面を形成して管状容器の内側壁面まで延在し、
管状容器内には光ファイバーの端面側から管状容器の底
部に向かって順次、伝火薬層、延時薬層、上部爆薬層、
及び下部爆薬層が装填されており、伝火薬層には、酸化
剤と還元剤とを主成分とし、その配合比率が５：５から
９：１の範囲の黒色、灰色、又は褐色を呈している混合
物からなる伝火薬が装填されており、光ファイバーの端
面は伝火薬層の上表面に対向しており、延時薬層には延
時薬が装填されており、その下層に位置する上部爆薬層
との境界面は管状容器の内側壁面と接する拘束用壁の上
部端面の上部周縁より下に位置し、上部爆薬層は内管内
に拘束用壁のほぼ下部端部まで装填された第２種クラス
の高性能爆薬からなり、下部爆薬層はその装填比重が上
部爆薬層の装填比重より大きくなるように装填された第
２種クラスの高性能爆薬からなる、ことである。

【０００６】以下に、本発明の構成を添付図面を参照し
てより詳細に説明する。図１は、本発明に係るレーザー
起爆雷管１０の模式的断面図である。レーザー起爆雷管
１０は、爆薬等を収容する容器として管状容器１２を備
えている。管状容器１２は上部に開口１４を有し底部が
閉塞された細長い管状の容器で、その断面形状は一般的
には円筒形であるが、特に制約はなく用途に応じ楕円形
、四角形等自由に設定できる。本発明で用いる管状容器
１２の材質は、銅、鉄、アルミニウム、強化プラスチッ
ク等から選定され、長さ、径、肉厚は、用途、爆薬量等
に応じて任意に設定できる。管状容器１２の上部開口１
４は、塞栓１６により緊密に閉塞されている。外部のレ
ーザー光発振装置からレーザー光を管状容器１２内に導
入するために、レーザー光発振装置に接続された光ファ
イバー１８が、塞栓１６のほぼ中心部に設けられた貫通
孔を貫通してほぼ管状容器１２の中心線に沿って管状容
器の上部空間に導入されている。塞栓１６が光ファイバ
ー１８を管状容器１２に固定して保持できるものである
限り、その材質及び寸法は任意である。

【０００７】管状容器１２内には、管状の長手方向壁か
らなる拘束用壁２０を有する内管２２が、光ファイバー
１８の端面２６より下方に配置されている。拘束用壁２
０の上部端面２４は、上方に向かって開口面積が拡大す
るじょうご状の環状面を形成して前記管状容器の内側壁
面２５まで延在している。上部端面２４の環状面の母線
の傾斜角は、水平面から上方に３０〜７０°の角度が好
ましく、最適には５５〜６５°である。内管２２を管状
容器１２とは別個の別体として形成し、それを管状容器
１２内に装着してもよく、又は管状容器１２と一体的に
形成してもよい。内管２２の材質は、鉄、ステンレス、
銅、アルミニウム、強化プラスチック等から選定し、拘
束用壁２０の肉厚及び長さは、薬室の内径、容積及び使
用する材質によって決定される。内径　４．５ｍｍの鉄
製の拘束用壁の場合は、肉厚が０．５ｍｍ　以上、長さ
が３０ｍｍ以上であれば良い。本発明で用いる光ファイ
バー１８については、特に限定が無く、石英、樹脂等の
材質の市販の光ファイバーが使用でき、コア径及びレー
ザー光発振装置から管状容器１２までの長さは任意であ
る。

【０００８】本発明に係るレーザー起爆雷管１０は、次
に詳しく説明するように、上述の管状容器１２内に、光
ファイバー１８の端面２６側から管状容器１２の底部に
向かって順次、伝火薬層３０、延時薬層３２、上部爆薬
層３４及び下部爆薬層３６を有する。伝火薬層３０には
伝火薬が装填されており、その上表面は光ファイバー１
８の端面２６に対向して接触しているか、又は僅かな間
隙を有して離隔している。光ファイバー１８の端面２６
と伝火薬層３０の上表面との間隙は、レーザー光の強さ
、光ファイバーのコア径に応じて任意に設定できるが、
好ましくは０〜１０ｍｍ、最適には４〜８ｍｍである。 最適の範囲の間隙では、より低いエネルギーのレーザー
光で着火することができる。伝火薬層３０の下には、延
時薬層３２が装填されており、伝火薬層３０と延時薬層
３２との境界面は、拘束用壁２０の上部端面２４の上部
周縁２８より上に位置している。延時薬層３２とその下
層の上部爆薬層３４との境界面は、拘束用壁２０の上部
端面２４の上部周縁２８より下に位置する。尚、延時薬
層３２と上部爆薬層３４との境界面が、上部周縁２８よ
り上に位置すると、延時薬層３２からスムーズに上部爆
薬層３４へ着火しないおそれがある。

【０００９】伝火薬層３０に装填する伝火薬は、酸化剤
と還元剤を主とし、酸化剤と還元剤の配合比率は、５：
５から９：１の範囲の黒色、灰色、又は褐色を呈してい
る混合物である。伝火薬が黒色、灰色、又は褐色を呈し
ていることにより、伝火薬は光ファイバー１８を介して
伝送されたレーザー光を殆ど反射せずにほぼ吸収し、そ
の吸収したエネルギーにより容易に着火する。黒色、灰
色、又は褐色を呈する伝火薬を調製するためには、酸化
剤としては金属の酸化物、例えば鉛丹、酸化第２銅、酸
化第２鉄、過酸化バリウム、クロム酸鉛等を使用し、還
元剤としては金属または合金の粉末、例えばケイ素鉄、
ケイ素、ホウフッ化カリウム、アルミニウム、３硫化ア
ンチモン等を使用する。酸化剤と還元剤の組合せの例と
して、例えば、 鉛丹−ケイ素鉄−３硫化アンチモン 鉛丹−ケイ素鉄−酸化第２鉄 鉛丹−ケイ素 鉛丹−ケイ素−ホウフッ化カリウム 酸化第２銅−アルミニウム 酸化第２鉄−ケイ素 過酸化バリウム−マグネシウム 等を挙げることができる。 延時薬層３２に装填する延時薬には、延時電気雷管又は
延時工業雷管に使用する既知の延時薬を使用する。この
種の延時薬は、伝火薬と同じく酸化剤と還元剤を主とす
る混合物からなり、その燃焼時間により遅発時間を維持
する。これに対し、伝火薬は、延時秒時が短く、着火性
が高い。伝火薬同様、延時薬に使用する酸化剤としては
、金属の酸化物、例えば過酸化バリウム、鉛丹、クロム
酸鉛等を使用し、還元剤としては金属または合金の粉末
等、例えばケイ素鉄、３硫化アンチモン等を使用するが
、その酸化剤と還元剤の混合比率は、伝火薬に比べて還
元剤を多く配合し、好適には１：９〜９：１である。

【００１０】延時薬層３２の下層には、第２種クラスの
高性能爆薬が、上部爆薬層３４として内管２２内に拘束
用壁２０の下部端部２９付近まで装填されている。第２
種クラスの高性能爆薬とは、Ａｎｏｎ．　Ｏｒｄｎ．　
Ｔｅｃｈ．　Ｔｅｒｍ　（１９６２），　２６７−Ｌ　
　で定義されている爆薬で、例えばＰＥＴＮ（ペンタエ
リスリトールテトラナイトレート）、テトリル（トリニ
トロフェニルメチルニトロアミン）、ＲＤＸ（トリメチ
レントリニトロアミン）、ＨＭＸ（シクロテトラメチレ
ンテトラニトラミン）、ＴＮＴ（トリニトロトルエン）
、ペントライト（ＰＥＴＮとＴＮＴとの混合物）等から
選択して使用する。第２種クラスの高性能爆薬と限定し
たのは、ＤＤＮＰ等の保安上危険な爆薬を除外するため
である。上部爆薬層の装填比重は　０．８〜１．４　の
範囲内に選定し、好ましくは　１．０〜１．３　の範囲
内にする。図２の如く拘束用壁内の上部爆薬層３４を多
層にし、下層に行くに従って順次装填比重が高くなるよ
うにすると起爆性能が一層向上する。上部爆薬層３４の
下層には、下部爆薬層３６が、その装填比重が上部爆薬
層３４の装填比重より大きくなるようにして装填されて
いる。下部爆薬層３６の装填比重が上部爆薬層３４の装
填比重より小さい場合には、爆轟が中断する可能性があ
り、下部爆薬層３６の装填比重を上部爆薬層３４のそれ
より大きくすることによりスムーズに下部爆薬層３６に
爆轟が転移する。下部爆薬層３６に使用する第２種クラ
スの高性能爆薬は、上部爆薬層３４と同様に、例えばＰ
ＥＴＮ、テトリル、ＲＤＸ、ＨＭＸ、ＴＮＴ、ペントラ
イト等から選択して使用する。その装填比重は、上部爆
薬層３４の装填比重より高くなるように１．０　〜１．
７　の範囲内に設定し、好ましくは１．２　〜１．７　
の範囲内とする。

【００１１】

【作用】本発明の上述の構成により、光ファイバーを通
してレーザー光発振装置からレーザー光が照射されると
、上部に装填された伝火薬が加熱、発火し、引き続き次
層の延時薬が発火する。伝火薬、延時薬の発火にり拘束
用壁内の上部爆薬層の爆薬が着火し、爆燃から爆轟に転
移する。上部爆薬層の爆薬の爆轟により最下部の爆薬も
爆轟に至り、これによりダイナマイト、含水爆薬などを
起爆するための十分な威力に達する。更に説明すれば、
上部に装填された伝火薬は低いエネルギーのレーザー光
により容易に着火して下層の爆薬層を順次起爆させ、一
方伝火薬層、延時薬層、上部爆薬層及び下部爆薬層の構
成により起爆作用の延時機構が形成される。更に、拘束
用壁の上部端面を外向き上方に傾斜させることにより、
伝火薬及び延時薬から拘束用壁内の爆薬への着火をスム
ーズにしている。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づきより具体的
にに説明する。 実施例１ 以下に説明するようにして図１に示す本発明に係る延時
レーザー起爆雷管を作製した。管状容器１２として、外
径６．５ｍｍ　、厚さ０．３ｍｍ　、長さ６５ｍｍの銅
管を使用し、その管状容器１２の底部に下部爆薬層３６
として、ＰＥＴＮ（１５０　メッシュパス）２００ｍｇ
　を装填比重　１．４０　で装填した。次に、外径５．
９ｍ、厚さ１ｍｍ、長さ３５ｍｍの拘束用壁２０を有す
る内管２２を管状容器１２の中に挿入し、内管２２の下
部端部を下部爆薬層３６の上表面に当接して設置した。 尚、内管２２の上部端面２４は、上方に開口面積が拡大
するじょうご状の環状面に形成されて管状容器１２の内
側壁面２５まで延在し、その面の母線は水平面に対して
外向き上方に４５°の傾斜をなしている。次いで、上部
爆薬層３４として、内管２２の中にＰＥＴＮ（１５０　
メッシュパス）　６００ｍｇ　を装填比重　１．２０　
で装填した。上部爆薬層の上表面３４は、拘束用壁２０
の上部端面のほぼ下部周縁に位置していた。次に、延時
薬層３２として、鉛丹、ケイ素鉄及び３硫化アンチモン
をそれぞれ重量比で６２．００　％、６．００％及び３
２．００　％の混合物からなる延時薬を　３００ｍｇ圧
搾して、装填した。

【００１３】更に、伝火薬層３０として、鉛丹、ケイ素
鉄及び３硫化アンチモンをそれそれ７１．４３％、２．
３０％及び２６．１９　％の混合物からなる伝火薬を　
２５０ｍｇ圧搾して、装填した。次にコア径０．４　ｍ
ｍ、長さ３０ｍの石英光ファイバー１８の一端をゴム塞
栓１４の貫通孔を介して管内に導入し、その端面２６が
伝火薬層３０の上表面に接するように固定して、本発明
に係る延時レーザー起爆雷管の実施例１を作製した。こ
のようにして得た実施例１の延時レーザー起爆雷管にＹ
ＡＧレーザー装置から３０ｍの長さの石英光ファイバー
１８を介してレーザー光を照射し、ＪＩＳＫ４８０６−
１９７８に規定されている鉛板試験により起爆性能を確
認した。　０．２０　Ｊと０．１５　Ｊとの照射エネル
ギーでそれぞれ５回ずつ試験を実施した結果、０．２０
Ｊでは全て完爆、０．１５Ｊでは１回のみが完爆であっ
た。 更に０．２０Ｊで同ＪＩＳに規定されている鈍性爆薬試
験を行なった結果、６号工業雷管と同程度の爆痕を得る
ことができた。

【００１４】実施例２ 石英光ファイバー１８の端面２６が伝火薬層３０の上表
面から６ｍｍ離れる位置に石英光ファイバー１８をゴム
塞栓１６で固定したことを除いて、実施例１と同様にし
て本発明に係る延時レーザー起爆雷管の実施例２を作製
した。このようにして得た実施例２の延時レーザー起爆
雷管について実施例１と同様にして起爆性能を確認した
。 　０．１５　Ｊの照射エネルギーで５回実験を行なった
結果、５回とも完爆であった。同ＪＩＳに規定されてい
る鈍性爆薬試験を０．１５Ｊの照射エネルギーで行なっ
た結果、６号工業雷管と同程度の爆痕を得ることができ
た。

【００１５】実施例３ 拘束用壁２０内の上部爆薬層を４回に分けて圧搾して多
層に装填し、下層から順番に装填比重が　１．２０　、
１．１５、１．０５、１．００になるように充填したこ
と以外は、実施例１と同様にして本発明に係る延時レー
ザー起爆雷管の実施例３を作製した。このようにして得
た実施例３の延時レーザー起爆雷管について実施例１と
同様にして起爆性能を確認した。　０．１５　Ｊの照射
エネルギーで５回実験を行なった結果、５回とも完爆で
あった。同ＪＩＳに規定されている鈍性爆薬試験を０．
１５Ｊの照射エネルギーで行なった結果、６号工業雷管
以上の爆痕を得ることができた。

【００１６】比較例１ 以下の方法により図３に示す従来型のレーザー起爆雷管
を作成した。外径７．６ｍｍ　、厚さ０．３ｍｍ　、長
さ５０ｍｍの銅管体１に、下部の爆薬層４としてＰＥＴ
Ｎ（１５０　メッシュパス）　２００ｍｇ　を装填比重
１．４０で圧搾して装填した。次に厚さ１ｍｍ、長さ３
０ｍｍの鉄製拘束用壁５を挿入し、上部の爆薬層３とし
て拘束用壁５の内側にレーザー光吸収物質であるカーボ
ンブラックを１重量％添加したＰＥＴＮ（１５０　メッ
シュパス）　６００ｍｇ　を装填比重１．１５で装填し
た。次にコア径０．４ｍｍ　の３０ｍの石英光ファイバ
ー２の一端をその端面が爆薬面に接触するようにゴム塞
栓６で固定して、比較例１のレーザー起爆雷管を作製し
た。このようにして得た比較例１のレーザー起爆雷管に
ついて実施例１と同様にして起爆性能を確認した。０．
２０Ｊの照射エネルギーで５回実験を行なった結果、５
回とも不爆であった。５回とも完爆させるには、２．５
Ｊの照射エネルギーのレーザー光が必要であった。

【００１７】比較例２ 上部端面２４が傾斜していない、即ち平坦な上部端面２
４を有する拘束用壁２０を用いたこと以外は、実施例１
と同様の構成で比較例２のレーザー起爆雷管を作製した
。このようにして得た比較例２について実施例１と同様
にして起爆性能を確認した。０．２０Ｊの照射エネルギ
ーで５回の実験を行なった結果、２回のみ完爆であった
。

【００１８】実施例と比較例との対比から、比較例１、
即ち従来のレーザー起爆雷管は、起爆するために　２．
５Ｊのレーザー照射エネルギーを必要とするのに対して
、実施例の延時レーザー起爆雷管は　０．２Ｊのレーザ
ー照射エネルギーで起爆できた。実施例１と比較例２と
の対比から、拘束用壁の上部端面を上方に向かって開口
面積が拡大するじょうご状の環状面にすることにより、
伝火薬及び延時薬から拘束用壁内の爆薬への着火をスム
ーズにできることが確認された。光ファイバーの端面と
伝火薬層の上表面との間に６ｍｍの間隙が存在する実施
例２のレーザー起爆雷管は、光ファイバーの端面と伝火
薬層の上表面とが接触している実施例１のレーザー起爆
雷管より更にエネルギーの低い０．１５Ｊの照射エネル
ギーでも起爆できる。鈍性爆薬試験の結果から、拘束用
壁内の上部爆薬層が多層でその装填比重が下層に行くに
従って順次高くなる装填構造の実施例３は、実施例１及
び実施例２のレーザー起爆雷管に比べて、上部爆薬層が
スムーズに爆燃から爆轟に移行し、より高い起爆性能を
有していることが確認された。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る延時レーザー起爆雷管は、
特定の構造の雷管容器に伝火薬層、延時薬層及び爆薬層
を多層に装填する構成により、従来のレーザー起爆雷管
に比べて格別に低いエネルギーのレーザー光で起爆し、
かつ起爆作用に対する確実な延時機能と高い起爆性能と
を有する。因って、本発明は、発破現場でのレーザー起
爆雷管の斉発本数を大幅に増加させて発破作業の効率化
に寄与し、高い起爆性能により起爆雷管の所要本数を減
少させることができ、かつ延時機構により発破作業の安
全性を高める効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る延時レーザー起爆雷管の
一例を示す模式的断面図である。

【図２】図２は、拘束用壁内の爆薬の装填構造を多層に
して、起爆性能を向上させた延時レーザー起爆雷管の一
例を示す模式的断面図である。

【図３】図３は、従来のレーザー起爆雷管の断面図であ
る。

【符号の説明】

１　　管体 ２　　光ファイバー ３　　吸収物質を含む爆薬 ４　　爆薬 ５　　拘束用壁 ６　　塞栓 １０　　延時レーザー起爆雷管 １２　　管状容器 １４　　上部開口 １６　　塞栓 １８　　光ファイバー ２０　　拘束用壁 ２２　　内管 ２４　　拘束用壁の上部端面 ２５　　管状容器の内側壁面 ２６　　光ファイバーの端面 ２８　　拘束用壁の上部端面の上部周縁２９　　拘束用
壁の下部端部 ３０　　伝火薬層 ３２　　延時薬層 ３４　　上部爆薬層 ３６　　下部爆薬層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上部開口が塞栓により閉塞された管状
   容器と、レーザー光を伝送するために、前記塞栓を貫通
   して前記管状容器に導入された光ファイバーと、前記管
   状容器内で前記光ファイバーの端面より下に配置された
   、管状の長手方向壁からなる拘束用壁を有する内管とを
   備え、前記拘束用壁の上部端面は、上方に向かって開口
   面積が拡大するじょうご状の環状面を形成して前記管状
   容器の内側壁面まで延在し、前記管状容器内には前記光
   ファイバーの端面側から前記管状容器の底部に向かって
   順次、伝火薬層、延時薬層、上部爆薬層、及び下部爆薬
   層が装填されており、前記伝火薬層には、酸化剤と還元
   剤とを主成分とし、その配合比率が５：５から９：１の
   範囲の黒色、灰色、又は褐色を呈している混合物からな
   る伝火薬が装填されており、前記光ファイバーの前記端
   面は前記伝火薬層の上表面に対向しており、前記延時薬
   層には延時薬が装填されており、その下層に位置する上
   部爆薬層との境界面は前記拘束用壁の上部端面の上部周
   縁より下に位置し、前記上部爆薬層は前記内管内に前記
   拘束用壁のほぼ下部端部まで装填された第２種クラスの
   高性能爆薬からなり、前記下部爆薬層はその装填比重が
   前記上部爆薬層の装填比重より大きくなるように装填さ
   れた第２種クラスの高性能爆薬からなる、ことを特徴と
   する延時レーザー起爆雷管。
2. 【請求項２】　　前記光ファイバーの端面とこの端面と
   対向する伝火薬層の上表面の距離が４〜８ｍｍであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の延時レーザー起爆雷管
   。
3. 【請求項３】　　前記上部爆薬層が、下層に行くに従っ
   て順次装填比重を高くした多層の爆薬層からなることを
   特徴とする請求項１に記載の延時レーザー起爆雷管。