Rolling laser detonator detonator

【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１４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２
０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３
２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ＰＥ
ＴＮ（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）、Ｒ
ＤＸ（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２
０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32.00 ％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 mm、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ＹＡＧ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ＰＥＴＮ（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30mm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、2.5J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

フロントページの続き (72)発明者 鷹野 幹雄 東京都北区赤羽北２−22−10−1002 (72)発明者 宮嶋 俊和 神奈川県大和市南林間９−１−10 (72)発明者 佐藤 俊文 神奈川県相模原市相模大野５−18−９ (56)参考文献 特開 昭63−273800（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−123299（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl. ⁶ ，ＤＢ名) F42B 3/113