JPH10154401A - 爆薬駆動フラッシュランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光が継続する間プラズマを圧縮する効率を
維持し、高輝度の発光を有効に放射させる、発光面積の
大きな爆薬駆動フラッシュランプを提供する。 【解決手段】 希ガス圧縮部と爆薬層部からなる爆薬駆
動プラズマ発生器を有する爆薬駆動フラッシュランプに
おいて、希ガス圧縮部の希ガスが爆轟により収束圧縮さ
れる構造であり、且つ希ガス圧縮部の容器の壁材のうち
少なくとも外表面壁材が光学的透過材質であり、該外表
面壁材を発光面として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、爆薬を利用したフ
ラッシュランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】爆発により発光するエネルギーを発光源
として利用する方法として、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｒｅｖｉｅｗ，２７ Ｐ．３３
（１９９４）に、爆薬で希ガスを圧縮し、プラズマ化さ
せ光源として利用できることが記載されているが、その
具体的方法等は記載されていない。特に爆薬駆動プラズ
マの温度としては２００００Ｋ程度になり、非常に強力
な光源として利用が可能であり、又１００ｎｍ〜７００
ｎｍの波長範囲が確認されており、真空紫外光から赤外
光域と幅広い光源として利用できるため種々のセンサを
妨害することにも利用が可能である。

【０００３】その具体的な爆薬による発光の例として、
図４に示すような爆薬２を用い飛翔板６を飛ばし、希ガ
ス４を圧縮して発光させ管壁から光を放出するアルゴン
フラッシュが検討されている。この場合、爆薬の爆轟エ
ネルギーは、周囲に散逸していくため飛翔板６の飛翔エ
ネルギーに有効に利用されず、飛翔距離が長くなるにつ
れ圧縮力が小さくなるため、発光の強度が徐々に減少す
る傾向が観測された。このため発光が継続する間、安定
的な高い発光強度を得ようとする場合には問題があっ
た。また、発光部分は希ガス層を圧縮する部分が一番温
度が高い箇所になるがその面積はその直径により制限が
あった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、爆薬で作ら
れたプラズマを利用したフラッシュランプにおいて、発
光が継続する間プラズマを圧縮する効率を維持し、高輝
度の発光を有効に放射させるフラッシュランプを提供す
ること及びその発光面積の大きな爆薬駆動フラッシュラ
ンプを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は以下のとおりで
ある。 １． 希ガス圧縮部と爆薬層部からなる爆薬駆動プラズ
マ発生器を有する爆薬駆動フラッシュランプにおいて、
上記希ガス圧縮部が、希ガスが爆轟により収束圧縮され
る構造であり、且つ希ガス圧縮部の容器の壁材のうち少
なくとも外表面壁材が光学的透過材質であり、該外表面
壁材を発光面として用いることを特徴とする爆薬駆動フ
ラッシュランプ。 ２． 希ガス圧縮部と爆薬層部からなる爆薬駆動プラズ
マ発生器を有する爆薬駆動フラッシュランプにおいて、
爆薬層部、希ガス圧縮部が中心軸より同心軸状に配置さ
れ、該爆薬層部には同心状発散爆轟波が発生するように
起爆する起爆手段が配置され、且つ希ガス圧縮部の容器
の壁材の少なくとも外表面壁材が光学的透過材質であ
り、該外表面壁材を発光面として用いることを特徴とす
る爆薬駆動フラッシュランプ。 ３． 円筒状爆薬層、希ガス層が中心軸より同心軸状に
配置され、起爆手段が該円筒状爆薬層の円筒内面に配置
された線状点火装置であることを特徴とする上記２の爆
発駆動フラッシュランプ。 ４． コーン状の爆薬層と希ガス層とが同心軸状に配置
され、起爆手段がコーン状爆薬層の収束部の端面近傍に
設置された点火装置であって、上記爆薬層のコーンの頂
角の２分の１の正弦値を、爆轟伝播速度に対する爆轟に
よる希ガス層の圧縮速度の比（圧縮速度／爆轟伝播速
度）で決まる値に近似させたことを特徴とする上記２の
爆発駆動フラッシュランプ。

【０００６】本発明は、希ガス圧縮部と爆薬層部からな
る爆薬駆動プラズマ発生器を有する爆薬駆動フラッシュ
ランプにおいて、希ガス圧縮部が希ガスが爆轟により収
束圧縮される構造であり、且つ希ガス圧縮部の容器の壁
材のうち少なくとも外表面壁材が光学的透過材質であ
り、該外表面壁材を発光面として用いる爆薬駆動フラッ
シュランプを用いることにより、発光が継続する間希ガ
スに対する圧縮力を維持し、プラズマ化した希ガスが放
出する光を有効に系外に放出することが可能になった。

【０００７】更に、希ガス圧縮部と爆薬層部からなる爆
薬駆動プラズマ発生器を有する爆薬駆動フラッシュラン
プにおいて、爆薬層部、希ガス圧縮部が中心軸より同心
軸状に配置され、該爆薬層部には同心状発散爆轟波が発
生するように起爆する起爆手段が配置され、且つ希ガス
圧縮部の容器の壁材のうち少なくとも外表面壁材が光学
的透過材質であり、該外表面壁材を発光面として用いる
爆薬駆動フラッシュランプを用いることにより、爆薬の
爆轟エネルギーを有効に利用し、発光状態を安定化する
ことが可能になり、発光面積の大きなフラッシュランプ
が得られるようになった。

【０００８】この発光の現象を図１で説明すると次のよ
うになる。点火装置３により爆薬２が起爆され、飛翔板
６が飛ばされる。それににより希ガス４が圧縮されプラ
ズマ化し、発光しはじめる。その光は、未プラズマ化の
希ガスを通り、全面の光学的透過材質１を通過して１８
０度全面に放出される。図４の場合は、飛翔板６が飛翔
するにつれ、飛翔速度が低下するため発光強度が低下す
る現象が観察されたが、この場合はその容器形状を半球
状にすることにより、圧縮が進むにつれ空間を絞ること
になり圧縮の効率を高め、速度の低下を補償する事が可
能となる。この場合を収束圧縮型のプラズマ発生器とい
う。図１のようなボイテンコ型プラズマ発生器は、他の
プラズマ発生器と比較し速いプラズマ速度が得られる構
造であり、圧縮効率が高いことから発光源として好まし
い。

【０００９】更には、光学的透過材質１よりなる球面
に、機軸中心部を通った光学的透過材質よりなる円筒を
配置し、流路部を設置し、発生したプラズマを導きプラ
ズマが発光している時間を延長させることも可能であ
る。この場合は、球面部と円筒部の間に隔膜を設けてお
くか、円筒部の末端に隔膜を設けておく。円筒部にも希
ガスを充填しておく。この場合は、円筒部に導き入れら
れたプラズマは爆轟エネルギーの供給がないため発光強
度は低くなるが、発光時間を長くしたい際に利用でき
る。

【００１０】又、この発光の現象を図２及び図３で説明
すると次のようになる。図２において点火装置を爆薬端
面に配置し爆薬２を起爆する場合、爆薬２が端面部より
伝爆するにつれ爆薬と希ガスの間にある隔壁８が爆轟に
伴い外周方向に拡張・飛翔する。それにより希ガス層７
が圧縮されプラズマ化し発光しはじめる。衝撃圧が隔壁
８を図の端面から他端の方向に押し出すにつれ、希ガス
の発光もそれに伴って移動していく。その光が光学的透
過材質１より全周に放出される。この場合飛翔した隔壁
８は光学的透過材質１にぶつかり、破壊を伴いながら移
動していく。この発光は、爆薬の爆轟が継続されながら
発光しているため、安定的な発光が得られる。この場
合、両端面から起爆することも可能である。

【００１１】更に図２において爆薬２が円筒状爆薬で、
該円筒状爆薬の円筒内面に線状点火装置を配置し、円筒
内面をほぼ同時に起爆することにより、希ガス層７を長
さ方向全体に渡って圧縮することが可能である。この場
合、爆薬の爆轟ガスは端面部分にロスが少しあるが、す
べて希ガス層７を外周部に向かって圧縮するように膨張
するため、図４のように散逸することが少なく爆薬の爆
轟エネルギーを有効に利用でき、安定的な発光が得られ
る。但し、円筒形の爆薬の内径が大きくなると円筒の内
径部分の面積が広くなり、線状点火装置の細線が多く必
要になるため、円筒の内径を最小にし、１本の細線で起
爆するほうが構造上好ましい。また線状点火装置を起爆
する電源が得られる場合は、点火装置を爆薬端面に配置
し爆薬２を起爆する場合と比較し、希ガス層７の圧縮面
が大きくとれる点でこちらの場合がフラッシュランプと
して好ましい。

【００１２】又この特殊な場合として、全体を球状にす
ることも可能である。その場合は、爆薬を希ガス層の中
に保持するため、光学的透過材質との間に保持治具で固
定する。点火装置は、球の中心に配置し、その点火リー
ド線を希ガス層、光学的透過材質を通して電源を供給す
る。この場合は、通常の点火装置が使用できる。図３の
場合は、コーン状の爆薬２の収束部端面近傍に設置され
た点火装置３により爆薬２が起爆されることにより、起
爆端面より希ガス層７が外周部に向かって圧縮される。
その際、コーンの頂角の２分の１の正弦値が、爆薬２の
爆轟伝播速度に対する爆轟による希ガス層７の圧縮速度
の比（圧縮速度／爆轟伝播速度）で決まる値に近似する
よう爆薬の種類と厚み、爆薬２と希ガス層７との間の隔
壁８の材質の種類と厚みを選択する。この爆轟伝播速度
と圧縮速度の比をもとめる簡便な方法としてガーネイの
式がある。発光面を最大に取る上で、理想的には希ガス
層７の圧縮面と光学的透過材質よりなる発光面とが平行
になるのが好ましい。図２の点火装置を爆薬端面に配置
し爆薬２を起爆する場合と比較して、最終的には全長に
渡って圧縮、発光が可能になるため圧縮発光面を広く取
ることが可能であり、フラッシュランプとしては好まし
い。但し、図２の点火装置を爆薬端面に配置し爆薬２を
起爆する場合に比較して、目的とする発光面積が十分に
得られれば、コーンの頂角の２分の１の正弦値を爆轟伝
播速度と爆轟による希ガス層７の圧縮速度の比を同一に
する必要はない。また、図２において点火装置として線
状点火装置を使用する場合と異なる点は、図３の場合点
火薬電源として線状点火装置を起爆するコンデンサバン
クのような大きな電源の必要がない点である。そのため
飛翔体等の一部に組み込むこと又は飛翔体よりの投下す
ることが可能になる。又この方法も発光は爆薬２の爆轟
が継続されながら発光しているため、安定的な発光が得
られる。

【００１３】このような中心部に配置した爆薬２を起爆
させその爆薬２の外周部にある希ガス層７を圧縮して発
光させる場合は、図４に比較し爆薬２の爆轟による継続
的なエネルギー供給下で希ガス層７が圧縮され、プラズ
マ化し発光しているため安定的な発光が得られるため好
ましい。爆薬プラズマはその波長が１００ｎｍ〜７００
ｎｍの範囲に渡るため低波長側まで放出させる場合は、
光学的透過材質１として低波長側の透過率の高いＭｇＦ
₂ ，ＣａＦ₂ ，ＵＶグレードの溶融シリカ、クリスタル
クォーツ等の無機物が利用できる。また、環境的に機械
的振動等で問題がでる場合は、プラスチック及び接着剤
等で補強することも可能である。ただし、使用するプラ
スチック等はその光の透過性を考慮して選択する必要が
ある。更に環境的に機械的振動が厳しい場合は、光の透
過性とのトレードオフを考慮し、プラスチックのみを選
択することも可能である。プラスチックとしては、アク
リル樹脂等がある。

【００１４】爆薬２は起爆装置で起爆できる組成であれ
ば良く、爆薬２の主材としてはペンスリット、ＲＤＸ、
ＨＭＸ等が利用でき、バインダ等を添加剤として用い、
圧搾・注型等の製造方法で成形する事が可能である。但
し、プラズマの衝撃圧が高くなれば発光温度が高くなる
ため、感度等の要求が条件として無いような場合、爆速
の高い爆薬を選択したほうが好ましい。また、線状点火
装置で起爆を行う場合は、起爆される爆薬側にペンスリ
ットのような粉体爆薬層を配置し、爆薬を２層にしても
よい。

【００１５】希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネ
オン、キセノン等が利用できる。発光した光は希ガスの
未発光部を通過する事になるが、アルゴンは７０ｎｍ以
下、ネオンは４０ｎｍ以下にしか吸収はなく、吸収波長
が低いのでその影響が無視できる。また希ガスは比熱が
低く高温に成りやすい点が好ましい。飛翔板６及び隔壁
８の材質としては、希ガスの圧縮上変形しやすい銅、ア
ルミニウム等の軟質の金属がが好ましい。更には、飛翔
速度の効率から比重の低いものがよく、その点よりアル
ミニウムが好ましい。

【００１６】光学的透過材質１と爆薬容器５の接合又は
光学的透過材質１と隔壁８又は飛翔板６のように異種材
質で希ガス容器を作る場合、シーリング勘合方法の採
用、無機又ガス容器を作る場合、シーリング勘合方法の
採用、無機又は有機の接着剤、ガラスメタルシール、銀
蝋接着等を使用することができるが、対象で選択する必
要がある。但し隔壁８と光学的透過材質１又は飛翔板６
の接合等が難しい場合、光学的透過材質１で全体の希ガ
ス容器を作り、爆薬２とその光学的透透過材質１の間又
はその希ガス容器の爆薬２側の内側に、希ガス容器の形
状に合う軟質金属の筒状の構造物を挿入してもよい。そ
の隙間が問題になる場合は、接着剤で固定することも可
能である。

【００１７】このフラッシュランプは、飛行機、ミサイ
ル、ロケット等の移動体にのせ投下し、パラシュート等
で空中に浮遊させながら発光させる事も可能である。ま
た、ミサイル、ロケット等の移動体の弾頭部に配置する
ことも可能である。弾頭部に配置する場合、光学的透過
材質１の保護カバー、緩衝材を設置する事も可能である
が、その際は点火信号と同期させ保護カバーを分離する
機構を設置する。更に小型の場合は、手投げ弾のように
人が携行し、投げる発光弾としても利用できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下実施例によって、詳細な説明
をする。

【００１９】

【実施例１】図１の構造の爆薬駆動フラッシュランプを
作成した。爆薬２として外径１００ｍｍのものを使用し
た。飛翔板６として２ｍｍ厚のアルミニウムを用いた。
光学的透過材質１として溶融シリカを用い、爆薬の容器
をそのストレート部分に挿入できるシール構造とし、接
着剤で固定する方法を用いた。爆薬の容器の壁に希ガス
挿入用バルブを付けた。希ガスとしては、大気圧のアル
ゴンを用い、約３０分間ガスを流し続け空気との置換を
した。爆薬としては、ＨＭｘ系の円柱状の爆薬を用い、
起爆装置と爆薬レンズを用いて円柱状の爆薬を起爆させ
た。そして、発光部前面に置いたＰＩＮ型シリコンホト
ダイオードにより、発光継続中安定な発光強度が確認さ
れた。このデータを基に輻射強度を求め、輝度温度に変
換した。温度への換算には、黒体輻射を仮定してプラン
クの式よりプラズマの輝度温度を算出した。その結果３
００００Ｋの輝度温度が算出された。なお、実験に先立
って基準光を爆発試験を行う際のフラッシュランプの位
置に配置し、フォトダイオードを校正した。

【００２０】

【実施例２】図２の構造の爆薬駆動フラッシュランプを
作成した。光学的透過材質１として、内径５２ｍｍのア
クリル樹脂の筒状のものを使用した。端面部と内筒は２
ｍｍ厚のアルミニウムで作製し、アルミニウムの筒とし
ては外径３２ｍｍのものを使用し、長さはアクリル樹脂
の筒、アルミニウムの筒共に３００ｍｍとした。アクリ
ル樹脂とアルミニウムの固定は、接着剤で行った。希ガ
ス挿入用バルブはアルミニウムの端面部に付け、希ガス
としては、大気圧のアルゴンを用い、約３０分間ガスを
流し続け空気との置換をした。爆薬はアルミニウムの内
筒にＨＭＸ系爆薬を注型し成形した。点火薬装置として
雷管を用い、爆薬の端面部より起爆した。光学的透過材
質１の側面にＰＩＮ型シリコンホトダイオードを置き、
安定な発光が確認された。この場合、約２５０００Ｋの
輝度温度が算出された。

【００２１】

【実施例３】実施例２の構成の爆薬駆動フラッシュラン
プを用い、起爆装置として線状起爆装置を使用して実施
した。細線としては０．１ｍｍの銅線を使用し、同心軸
上に配置し、その回りにペンスリットの粉状爆薬の層を
作り起爆した。電源としては、２０ｋＶ，４０μＦのも
のを用いた。ピンコンタクトで同心軸方向の圧縮状況を
確認したが、平行に近い圧縮が行われていることが確認
された。また、実施例２と同様な計測をし、この場合
も、約２５０００Ｋの輝度温度が算出された。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、爆薬プラズマの発光を用
い、発光が継続する間安定的で、約２５０００Ｋの光源
を用いた高輝度の光を放出するフラッシュランプが提供
されるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の爆薬駆動フラッシュランプの一例を示
す概要図である。

【図２】本発明の爆薬駆動フラッシュランプの一例を示
す概要図である。

【図３】本発明の爆薬駆動フラッシュランプの一例を示
す概要図である。

【図４】従来の爆薬駆動フラッシュランプの一例を示す
概要図である。

【符号の説明】

１ 光学的透過材質 ２ 爆薬 ３ 点火装置 ４ 希ガス ５ 爆薬用容器 ６ 飛翔板 ７ 希ガス層 ８ 隔壁 ９ 希ガス容器端面 １０ 隔膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希ガス圧縮部と爆薬層部からなる爆薬駆
   動プラズマ発生器を有する爆薬駆動フラッシュランプに
   おいて、上記希ガス圧縮部が、希ガスが爆轟により収束
   圧縮される構造であり、且つ希ガス圧縮部の容器の壁材
   のうち少なくとも外表面壁材が光学的透過材質であり、
   該外表面壁材を発光面として用いることを特徴とする爆
   薬駆動フラッシュランプ。
2. 【請求項２】 希ガス圧縮部と爆薬層部からなる爆薬駆
   動プラズマ発生器を有する爆薬駆動フラッシュランプに
   おいて、爆薬層部、希ガス圧縮部が中心軸より同心軸状
   に配置され、該爆薬層部には同心状発散爆轟波が発生す
   るように起爆する起爆手段が配置され、且つ希ガス圧縮
   部の容器の壁材の少なくとも外表面壁材が光学的透過材
   質であり、該外表面壁材を発光面として用いることを特
   徴とする爆薬駆動フラッシュランプ。
3. 【請求項３】 円筒状爆薬層、希ガス層が中心軸より同
   心軸状に配置され、起爆手段が該円筒状爆薬層の円筒内
   面に配置された線状点火装置であることを特徴とする請
   求項２記載の爆発駆動フラッシュランプ。
4. 【請求項４】 コーン状の爆薬層と希ガス層とが同心軸
   状に配置され、起爆手段がコーン状爆薬層の収束部の端
   面近傍に設置された点火装置であって、上記爆薬層のコ
   ーンの頂角の２分の１の正弦値を、爆轟伝播速度に対す
   る爆轟による希ガス層の圧縮速度の比（圧縮速度／爆轟
   伝播速度）で決まる値に近似させたことを特徴とする請
   求項２記載の爆発駆動フラッシュランプ。