JPS6235040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はパルス状点火入力電圧に対し所定の
遅延時間経過後に、電気雷管を遅延爆発させる電
子式遅延電気雷管に関するものである。

従来、遅延電気雷管としてJIS、K4807に規定
された段発電気雷管は、電気点火装置（白金線）
と装薬との間に延時薬を施こして爆発時間を遅ら
せるものであつた。しかしこの延時薬の配合管理
及び装填量の管理は大変で、延時時間の精度も悪
いのが一般的であつた。近年土木技術の向上に相
俟つて延時雷管の時間精度向上が叫けばれるよう
になつた。延時薬による延時雷管の精度は設定延
時時間に対し±３〜４％が限度であつた。

このような点より工業的に安価で時間精度が良
い延時雷管を供給すると言うことで一部の研究者
から電気回路を用いた延時雷管が提案されてい
る。例えば特公昭和48年―23887号、特開昭和54
年―43454号公報に示すものである。しかしこれ
ら従来の電気延時手段はアナログ電圧による延時
においては印加電圧及び温度変化等で時間精度が
異なり、延時薬によるものと大差がない、しかも
部品のバラツキ等を加味すると実用に供する製品
の量産は困難であつた。

時間精度を要求すると一般的には、水昌発振子
もしくはセラミツク発振子等の発振子を発振回路
に用い、その発振出力を分周することにより精確
な計時を行なうのが普通である。このような計時
手段は電気雷管の延時には次のような不具合いな
点が有り実用的でない。即ち、水昌発振子等によ
る発振は、電圧による固体の機械的撓み振動を用
いたものであり、一定の振動周波数数に立上るま
での時間が、低周波用発振子で数100ミリ秒、高
周波用発振子で数10ミリ秒と、以外に長い時間を
要するものが普通である。

従つて点火用電気エネルギー印加時から正確な
延時を行なおうとすると、水昌発振子を利用した
延時手段では、立上り安定時間が誤差となり、段
発発破では安心して使用できるものとなり得ない
この立上りの不安定時間を無くそうとすると、水
昌発振回路部を別電源等であらかじめ振動励起し
ておく必要がある。しかしながら雷管を段発点火
する場合、点火電気エネルギーは各雷管に一斉に
印加され、順次爆発させるものであるから、水昌
発振回路の給電線が先に爆発する雷管によつて爆
発消失し安定に電力を供給することは実際上不可
能である。しかも通常の電気雷管は二線式給電で
あり、三線式給電となると配線施設費が増加し得
策でない。

水昌発振子による発振周波数をより高周波、例
えば数10MHz以上とすると、確かに立上りの不
安定時間は短かく数ミリ秒となるが、遅延時間計
時のための分周回路の段数が多く必要となり、こ
れを構成する集積回路部分の価格が高くなること
は免れない。

この発明では、以上の点から装置の小型化、低
価格化及び信頼性を満足するものとして水昌発振
方式に替えて、コンデンサの充放電繰返しによる
発振段と分周回路とを組合わせてなるデジタルタ
イマー回路により遅延パルスを発生する電子式電
気雷管を提供することにある。

特にこの発明ではコンデンサと抵抗器による充
放電は、組合わせるコンデンサの特性と、容量値
及びスイツチ用能動素子（トランジスタ、サイリ
スタ等）の特性により精度が左右されることを熟
知することによりなし得るものである。つまり、
一般に過渡的な状態における充放電サイクルの誤
差はコンデンサの容量が大きいほど大きく、誤差
を極力少なくするには、コンデンサの容量は小さ
い方が望ましい、しかしながら回路部分をエポキ
シ等の樹脂で封止すると、浮遊容量及びコンデン
サ端子間容量が変化が大きく影響し、コンデンサ
抵抗器の充放電発振周波数を一定に決め難くな
る。よつてコンデンサの容量を必要以上に小さく
することなく、組合わせる能動素子の放電電流範
囲内とすることにより幅広い遅延時間を設定でき
るようにした。

実施例 １ 第１図はこの発明の実施例１を示し、廻り込み
防止回路１１が順方向に直列接続されたダイオー
ド１２，１３、同様に順方向に直列列接続された
ダイオード１４，１５が互に並列に接続されて構
成され、ダイオード１２，１３の接続点と、ダイ
オード１２，１３の接続点とがそれぞれ入力端子
１６，１７に接続され、ダイオード１３，１５の
接続点と、ダイオード１２，１４の接続点とが端
子１８，１９にそれぞれ接続される。この結果、
端子１６，１７と発破器の正側、負側との接続が
入れ替つても、端子１８に必ず正電圧が得られ、
また端子１６，１７間が発破により短絡されて
も、端子１８，１９間に接続された電源用コンデ
ンサ２１の電荷が端子１６，１７側へ放電しない
ようにされてある。

入力端子１６，１７間に入力されたパルス状電
力は電源用コンデンサ２１に平滑、蓄積される。
端子１８に定電流源用接合型電界効果トランジス
タ２２の一端が接続され、このトランジスタ２２
の他端及びゲートはプレーナ型定電圧ダイオード
２３を通じて端子１９に接続される。トランジス
タ２２及びダイオード２３の接続点に得られた一
定電圧はＣ―MOSよりなる発振及び分周用集積
タイマ回路２４の電圧端子に印加される。タイマ
回路２４には発振周波数決定用の抵抗器２５及び
温度補償型セラミツクコンデンサ２６が接続さ
れ、更に誤計数防止用にリセツト用コンデンサ２
７がタイマ回路２４のリセツト端子に接続されて
いる。このリセツト端子２７は遅延時間調整時の
繰返しテストを速やかに行うため、コンデンサ２
７の電荷を放出するためのダイオード２８を通じ
て端子１８に接続される。

端子１８には遅延パルス出力供給用スイツチ素
子としてサイリスタ２９のアノードが接続され、
サイリスタ２９のカソードは負荷、つまり電気雷
管の点火用抵抗線３１を通じて端子１９に接続さ
れ、ゲートはバツフア用抵抗器３２を通じてタイ
マ回路２４の出力端子に接続されると共に雑音吸
収用セラミツクコンデンサ３３を通じて端子１９
に接続される。なおタイマ回路２４としては三菱
電機株式会社製M5B482P又はM0251P、東京芝浦
電気株式会社製Tc5043Pなどを用いることができ
る。

この構成において発破器（図示せず）より端子
１６，１７間に第２図Ａに示すように電源印加パ
ルスが印加されると、電源用コンデンサ２１の端
子１８，１９間の電圧は第２図Ｂに示すように平
滑され、これがトランジスタ２２、ダイオード２
３で第２図Ｃに示すように一定電圧とされてタイ
マ回路２４の電源端子に印加される。よつてタイ
マ回路２４が動作を開始し、抵抗器２５、コンデ
ンサ２６の時定数で決まる周期で発振を開始す
る。その発振波形は例えば第３図Ａ，Ｂに示すよ
うなものであり、コンデンサ２６の容量が大きい
と第３図Ａに示すように周期T₁が長くなり、コ
ンデンサ２６の容量が小さいと第３図Ｂに示すよ
うに周期T₁は短かくなる。この発振信号はタイ
マ回路２４内のカウンタで計数され、その計数値
が所定値に達すると、つまりセツトアツプ時間に
なるとタイマ回路２４の出力端子よりセツトアツ
プ信号が発生し、サイリスタ２９がオンとされ
て、電源コンデンサ２１の電荷がサイリスタ２９
を通じて第２図Ｄに示すようにパルス状に負荷３
１に与えられる。電源印加パルスを印加してか
ら、負荷３１へパルスが印加されるまでの時間τ
が遅延時間となる。

抵抗器２５、コンデンサ２６のCR充放電によ
る発振は、コンデンサ２６に充電した電位が組合
わせたスイツチ用能動素子のしきい値電位に達す
るとONし、コンデンサ２６の電荷を急速に放電
し、再び前記スイツチ用能動素子がOFFとなり
充電を再開、この繰返しにより発振継続し、第３
図に示したような発振波形が得られる。コンデン
サ２６の充電電荷は短絡時、即ち前記スイツチ用
能動素子がONの時においても、コンデンサ２６
の内部抵抗により完全に放電されることが無く、
スイツチ用能動素子のOFFしきい値に達すると
再び充電されるのが通常である。特にコンデンサ
２６の容量が大きい場合には、放電電流が大電流
となりスイツチ用能動素子のON抵抗のバラツキ
が非常に大きな誤差要因となる。又、スイツチ用
能動素子のしきい値電圧の温度ドリフト及び電源
電圧ドリフトも発振周波数変動として特に大きな
誤差要因となる。

この発明は従来不安定要素が多く実用的でない
と考えられていたCR充放電繰返し発振回路を再
現性良く安定に使用できるようにしたものであ
る。従来バイポーラ型トランジスタ及びサイリス
タ等の能動スイツチ素子は温度電圧等でしきい値
電位がドリフトすることが知られていた。CR充
放電発振は一般に周波数安定性に難があり、重要
な分野では使われていない。しかし、Ｃ―MOS
回路素子（相補型電界効果トランジスタ）は低消
費電流であり、しかもＰチヤンネルとＮチヤンネ
ルの電界効果トランジスタが相補的に働き、特に
ＰチヤンネルとＮチヤンネルの電界効果トランジ
スタのしきい値電圧は互いに逆の温度係数を持つ
構造となるために従来の能動素子に比べ安定性が
格段に向上した、更に電源電圧の変動によるしき
い値電圧の変化は、従来のバイポーラトランジス
タによるスイツチ回路に比べ電圧変化素子である
所から内部のＰ、Ｎ各チヤンネル電界効果トラン
ジスタの抵抗変化は無関係となりほゞ電源電圧の
1/2に固定される。

この発明ではこのような従来の能動素子に比べ
安定性が向上したＣ―MOS回路素子によるタイ
マ回路２４を用いることにより、広い温度範囲及
び入力パルス電圧範囲において安定で、なおかつ
再現性良く動作させることができ、又、従来定電
圧回路としては抵抗素子と定電圧ダイオードが用
いられていたが、これでは電圧により電流が変化
するため動作が不安定となり、電源用コンデンサ
に蓄えられたエネルギーが不足する欠点があつ
た。これを改良するため定電流素子として電界効
果トランジスタを用いることが考えられるが、
MOS型電界効果トランジスタと定電圧ダイオー
ドの組合せではある程度の定電流効果が得られる
消費電流が大きいため、電源用コンデンサに蓄積
されたエネルギーが不足する欠点は解決されなか
つた。

そこでこの発明のように定電圧回路に接合型電
界効果トランジスタと定電圧ダイオードを組合せ
ることにより、上記のような欠点が解決されるこ
とを考えた。すなわち接合型電界効果トランジス
タ２２のドレーン電流が温度変化に対し安定とな
る領域にゲート、ソース間電圧を設定し、微少定
電流電源として温度変化に対し比較安定な5V近
傍のプレナー型定電圧ダイオード２３を組合せる
ことにより、タイマ回路２４の作動を安定させ、
秒時精度を向上させ、かつ消費電流を1mA以下
としたため電源用コンデンサ２１の容量を小さく
することができ、出力パルスエネルギーを大きく
することが可能となつた。

また回路消費電流の少ないＣ―MOSのタイマ
回路２４を用いたことにより発破器（電気エネル
ギー源）を特別大型とすること無く、積層乾電池
等を利用でき、また電源印加パルスはタイマ回路
２４の電源電力と負荷３１の点火エネルギーとに
共用するが、電源コンデンサ２１の容量を大きく
することが無い。

電気雷管の点火は通常瞬間的な電気パルスエネ
ルギーで行なわれる。過渡的な状態において発生
するパルス幅の短かい雑音に対しサイリスタ等の
スイツチ素子は弱い。電源印加パルスを印加した
時においては、例えば第４図Ａに示すように電源
印加パルスに雑音が重畳し、これが第４図Ｂに示
すように電源コンデンサ２１の両端電圧にもパル
ス幅の短かい雑音が多数現われることが多々有り
サイリスタ２９のゲートをオーブン状にしておく
と、このパルス雑音で誤まつてONし、負荷３１
に出力エネルギーを供給するおそれがある。

このようなおそれをなくすには電源印加パルス
印加時に、サイリスタ２９のゲート端子を高速ス
イツチング素子で短絡してやればよい。例えば第
５図に第１図と対応する部分に同一符号を付けて
示すように、高速スイツチング型トランジスタ３
４のベースが端子１８にコンデンサ等のインピー
ダンス素子３５を通じて接続され、コレクタはサ
イリスタ２９のゲートに、エミツタは端子１９に
それぞれ接続される。電源印加時はスイツチング
トランジスタ３４がONしてサイリスタ２９のゲ
ートが短絡され、不安定時間Ta（第４図）経過
後トランジスタ３４をOFFとしてサイリスタ２
９のゲートを受動状態とする。このようにして電
源印加パルスの立上り等で発生する雑音に対して
も、安定に動作する。なお第５図にはコンデンサ
２１及びトランジスタ２２の接続点と端子１８と
の間にダイオード３６が挿入されている。

この発明による電子式電気雷管を用いると、従
来遅延薬を施した遅延雷管に比し安定で時間精度
の良い小型で安価な遅延雷管を構成することがで
きる。遅延パルス発生回路部３７と雷管を一体化
した形で構成する場合は、Ｃ―MOS発振回路と
分周回路とが一体化した型のLSIと、チツプコン
デンサ、チツプ抵抗等とミニモールドTYPE、ト
ランジスタ、サイリスタ、ツエナダイオード、電
界効果トランジスタとを組合わせハイブリツド構
成とすることにより小型で電気雷管管体内に納め
た形状で構成することが可能であり、従来一般的
に使用されていた遅延雷管とすることができる。
遅延パルス発生回路を電気雷管に組込んだ構造例
を第６図に示す。すなわち一端が閉塞された管体
３９内に添装薬４１が挿入され、次に内管４２に
入れられた起爆薬４３が挿入され、これに対し間
隔を僅かおいて、第１図又は第５図に示した遅延
パルス発生回路を組込んだパルス発生部４４が管
体３９内に挿入される。パルス発生部４４の起爆
薬４３側に点火用抵抗線よりなる負荷３１が配さ
れ、その負荷３１上に点火薬４５が付けられてい
る。パルス発生部４４の外端より脚線４６が外部
に導出されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による電子式電気雷管の中の
遅延パルス発生回路の一例を示す接続図、第２図
はその動作の説明に供するための波形図、第３図
は発振波形の例を示す図、第４図は電源印加パル
ス印加時の雑音を示す図、第５図はこの発明の遅
延パルス発生回路の他の例を示す接続図、第６図
は遅延パルス発生回路を電気雷管に組込んだ構造
図である。 １１：廻り込み防止回路、１６，１７：入力端
子、２１：電源用コンデンサ、２４：発振分周用
タイマ回路、２９：サイリスタ、３１：負荷、３
９：管体、４１：添装薬、４２：内管、４３：起
爆薬、４４：パルス発生部、４５：点火薬、４
６：脚線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力端に廻り込み防止回路を介し接続された
   電源用コンデンサと、その電源用コンデンサの端
   子間に結合され、定電圧ダイオードと接合型電界
   効果トランジスタからなる定電圧回路と、その定
   電圧回路の定電圧出力によつて駆動されるCR発
   振回路及びその発振回路の発振出力を計数するカ
   ウンタ回路を含むタイマ回路と、を具備し、前記
   タイマ回路のセツトアツプ信号によつて点火用遅
   延パルスを電気点火装置に出力することを特徴と
   する電子式遅延電気雷管。