JPH06219879A - 遅延弾薬および遅延要素ならびに該弾薬を含む雷管 - Google Patents

遅延弾薬および遅延要素ならびに該弾薬を含む雷管

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JPH06219879A
JPH06219879A JP5321073A JP32107393A JPH06219879A JP H06219879 A JPH06219879 A JP H06219879A JP 5321073 A JP5321073 A JP 5321073A JP 32107393 A JP32107393 A JP 32107393A JP H06219879 A JPH06219879 A JP H06219879A
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ブリツト−マリー・エクマン
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ボー・カールツソン
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    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
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    • C06C5/06—Fuse igniting means; Fuse connectors
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    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 酸化剤としての酸化ビスマスおよび燃料とし
てのケイ素を成分に含む、ミリ秒および秒の範囲の遅延
を与える火工用遅延弾薬。火工用遅延弾薬を含む囲いを
有する火工用遅延要素、ならびにハウジング、該ハウジ
ングの一方の端に置いた着火手段、該ハウジングの他方
の端に置いた第二の爆薬のベース弾薬およびそれらの間
に置いた火工用遅延弾薬を含む雷管にも関する。 【効果】 火工特性に優れ、健康への悪影響が少ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ミリ秒および秒の範囲
の遅延を与えるための火工用遅延弾薬(pyrotechnic del
ay charge)に関する。
【０００２】
【従来の技術】火工用遅延弾薬は、多くの分野（軍事お
よび民生の両方）で使用され、例えば電気的に活性化さ
れた点火玉または導火線からの起爆信号と、推進弾薬の
着火または爆破用弾薬の爆発などの主要反応の誘発との
間に時間の遅れを作るものである。該弾薬の説明を、民
生の岩山破砕用の雷管(detonator) に関して下記でさら
に詳細に行う。
【０００３】火工用遅延弾薬の第一要件は、弾薬の燃焼
が、充分に定められ、安定した燃焼速度で行われ、時間
的分散度が小さいことである。燃焼速度は、環境条件ま
たはエージングの影響をあまり受けるべきでない。この
ため、ガス発生が少なく、出発原料、中間物質および最
終製品が安定した望ましい特性を有する燃焼が要求され
る。弾薬は容易に着火して、衝撃、振動、摩擦または静
電気にあまり過剰に反応することなく他の物質に良好に
着火移動すべきである。公称速度は、弾薬の少しの変形
で調節可能であるべきである。弾薬組成物は、その安全
な製造、調合および圧縮が容易であるべきである。弾薬
は高い単位重量当たりのエネルギー含量を有すべきであ
り、混入される成分はあまり高価であるべきでない。
【０００４】通常の火工要素(pyrotechnic element)
は、大体において、燃料および酸化剤から成ると言って
よく、従って、多くの物質が使用可能であるはずである
が、適する出発材料は、上述した要件により、その選択
が制限される。成分の選択は、各応用分野で確立された
いくつかの成分に決まってきている。例えば、主要な化
合物は、民生用の雷管で一般的な成分である。
【０００５】大多数の種類の起爆薬において、火工用弾
薬の量がたとえ比較的少量であっても、弾薬は毒性の物
質を含むべきではないという要求が高まっている。これ
は、製造中の問題を回避し、放出を少なくし、最終用途
の時点での暴露問題を少なくするためである。また、弾
薬の製造は、溶媒を使用することなく行うことができる
のが好ましい。火工要素において以前使用されたいくつ
かの成分、例えば重金属は、現在は使用できない。
【０００６】好ましい火工特性を有し、健康への影響を
少なくするという目的のために、多数の弾薬が提案され
ている。例えば、スウェーデン特許Ｎｏ．４４６１８０
および同Ｎｏ．４５７３８０には、主要な非毒性酸化剤
として特に酸化スズをベースとする弾薬が記載されてい
る。しかし、これらの弾薬は、時間調整および製造に関
する特性があまり充分でない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的
は、上述した弾薬の一般的要件を充分満たした遅延弾薬
を提供することである。特に、燃焼時間が安定していて
再現性があり、出発物質、中間物質および最終製品の特
性が適性である弾薬を提供することである。別の目的
は、毒性成分を含まない弾薬を提供することである。さ
らに別の目的は、水に不溶で、非吸湿性であり、水性媒
体中で混合または製造することができ、また、他の点に
おいても取扱が容易で安全である弾薬を提供することで
ある。さらに別の目的は、エネルギーが密であり、比較
的安価である弾薬を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、特許請
求の範囲で明らかである明確な特徴により達成される。
【０００９】本発明によれば、元素のケイ素および酸化
ビスマスを含む遅延弾薬が提供される。これらの成分
は、化学的に安定であり、ガスがあまり発生することな
く燃焼し、安定した残留物質を生じる。その結果得られ
る遅延時間は再現性があり、直線的で、分散度が少な
い。該弾薬は開始弾薬がなくても容易に起爆する。成分
は完全に非毒性である。また、成分は非水溶性で非吸湿
性であり、水中で製造可能である。成分は取扱が容易で
あり、安価である。また、成分は、他の点に関しても上
述した要件の適切な特性を示す。
【００１０】本発明の他の目的および得られる利点は、
以下の詳細な説明から明らかであろう。
【００１１】本発明の弾薬は、種々の火工の目的、例え
ば開始弾薬、発火弾薬または移動弾薬として使用できる
が、その主要な用途は、遅延弾薬としてである。本発明
の弾薬の適する燃焼速度は、１０〜２００ｍｍ／秒、好
ましくは１５〜１５０ｍｍ／秒、特に２０〜１２０ｍｍ
／秒である。民生用雷管に適用する場合は、弾薬による
遅延が１０〜３０００ミリ秒、特に２０〜２０００ミリ
秒のレベルであると好都合である。これらの弾薬を以
降、「速い弾薬」と言う。しかし、本発明は、燃焼速度
が１〜２０ｍｍ／秒、特に３〜１５ｍｍ／秒、すなわち
遅延が０．５〜１０秒、特に１〜８秒である遅い弾薬に
も適する。これらの弾薬を以降、「遅い弾薬」と言う。
点火雷管(primer)および着火弾薬の燃焼速度は、１５０
ｍｍ／秒以上、特に２００ｍｍ／秒以上であってもよ
い。
【００１２】本発明は、必須成分以外の成分を混入する
場合は特にそうであるが、作用または反応に関するどん
な理論にも制限されず、以下において、ケイ素成分は燃
料成分として、酸化ビスマス成分は酸化剤として記載す
る。
【００１３】ケイ素は、アモルファスでもよく、また
は、火工に関する通常の等級の結晶形であれば好まし
い。酸化ビスマスは、好ましくは三酸化二ビスマスであ
る。
【００１４】ケイ素および酸化ビスマスの相対量は、広
範囲に変えることができる。燃料が化学量論的に不充分
である混合物は、特に遅い弾薬の場合に使用してもよ
い。通常は、酸化剤に対して燃料成分が過剰であるのが
好ましい。ケイ素が反応して二酸化ケイ素を生成し、三
酸化二ビスマスは還元されて元素の形になるという前提
の下では、ケイ素が、化学量論的に必要な量（３：２）
に対して過剰であるのが好ましく、好ましくはモル比が
２：１、さらに好ましくは３：１より過剰である。その
モル比は６：１を越えるべきではなく、５：１を越えな
いのが最も良い。
【００１５】弾薬は、ケイ素を少なくとも１０重量％、
好ましくは１５重量％より多く、最も好ましくは２０重
量％より多く含むのが好ましい。しかし、その含量はも
っと少なくてもよく、例えば、１重量％付近まで下げる
ことができるが、２重量％以上が好ましい。これらの少
量のケイ素は、好ましくは、遅い弾薬に対して、または
他の燃料（例えば、ジルコニウム）を混入する場合に使
用する。三酸化二ビスマスの量は、３０重量％以上、好
ましくは４０重量％以上、さらに好ましくは５０重量％
以上であるべきである。
【００１６】これらの必須成分の他に、他の反応性およ
び／または不活性の火工用添加剤を混入して燃焼速度を
変えるか、さもなくば反応特性に影響を及ぼすことがで
きる。これらの添加剤も同様に、ガスの放出を起こすべ
きではない。添加剤の例としては、ジルコニウムおよび
ホウ素などの燃料または酸化鉄および酸化マンガンなど
の他の酸化剤または酸化ケイ素および酸化チタンなどの
より不活性な成分が挙げられる。
【００１７】そのような反応性添加物の量は、通常、全
体の燃料／酸化剤の関係が上記範囲内になるように選択
する。添加剤の総量は、５５重量％を越えるべきではな
く、好ましくは４５重量％を越えず、さらに好ましくは
３０重量％以下である。
【００１８】ジルコニウムは好ましい代替燃料であり、
特に、着火性および反応速度を高める。その量は広範囲
で変えることができるが、主として弾薬の所望の速度に
依存し、例えば、１〜５０重量％、特に３〜２５重量％
にすることができる。遅い弾薬は、１〜２０重量％、特
に３〜１５重量％の含量にすることができ、速い弾薬
は、例えば３〜５０重量％、特に５〜２５重量％の含量
にすることができる。点火雷管および着火弾薬は、高い
含量にすることができ、例えば、２５重量％以上であ
る。
【００１９】火工用添加剤以外の添加物も弾薬に混入し
て、例えば、自由な流動および圧縮性に関する粉末の特
性を改善することができ、あるいは、結合力の改善また
は顆粒化のためにバインダー添加物、例えばベントナイ
トなどの粘土鉱物またはカルボキシメチルセルロースを
混入することができる。これらの種類の添加物の量は、
一般に少量を保持し、例えば、４重量％以下、好ましく
は２重量％以下、さらに好ましくは１重量％以下でさえ
ある。より低いこれらの範囲は、この種のガス放出添加
物に適切に当てはまり、あるいは、有機添加物などの一
般のガス放出添加物だけでなく、塩素酸塩などの無機添
加物にも当てはまる。
【００２０】弾薬は通常、粉末状混合物であるのが好ま
しい。粒度を利用すると、燃焼速度に影響を及ぼすこと
ができる。混入する主要成分の粒度は、重量平均で、
０．１〜１００ミクロン、好ましくは１〜５０ミクロン
にすることができる。これらの値は、他の所望の火工用
粉末添加剤にも当てはめることができる。粉末成分また
は、好ましくは粉末混合物を顆粒状にすると、例えば調
合および圧縮を容易にすることができる。
【００２１】弾薬は、意図しない起爆には比較的反応せ
ず、乾燥状態で混合・製造することができる。しかし、
これは、液体状態で行うのが好ましい。液体は有機溶媒
でもよいが、成分が水に反応しないので、水性媒体、特
に水が好ましい。混合物は、液相から顆粒状にすること
ができる。
【００２２】既に示したように、弾薬はあらゆる種類の
火工用途、例えば着火弾薬、開始弾薬などに使用できる
が、好ましくは、特に民生用雷管における遅延弾薬とし
て使用し得る。これに関連して、弾薬は、雷管のハウジ
ングに直接、層状にして入れるか、周囲のハウジング要
素(housing element) にカラムとして収容し、それを雷
管のハウジングに挿入する。弾薬は、成分着火装置、例
えば起爆コード、低エネルギー導火線（例えば、Ｎｏｎ
ｅｌ、登録商標）または電気的に活性化された点火玉
と、機能上主要な弾薬、通常は第二爆薬のベース弾薬と
の間に置く。弾薬は充分な起爆能力を有し、たとえ特定
の先行する点火雷管がなくても通常の着火装置により着
火されるが、所望によりこれらの点火雷管を使用するこ
とができる。外に向かう先端では、弾薬を、所望により
移動弾薬を介して、第一爆薬に作用させるか、あるい
は、例えば、スウェーデン特許出願Ｎｏ．８４０４２０
８−４または同Ｎｏ．８８０３６８３−５（参考文献と
して本明細書に包含される。）に見られる型の第一爆薬
を含まない雷管では、直接第二爆薬を着火させることが
できる。
【００２３】上記弾薬は、一般にはプレス圧縮する。プ
レスの正確な圧力は、弾薬の長さ、要素の形状などによ
り変わる。適切な最終密度は、混合物の結晶密度の１０
〜８０％、特に結晶密度の２０〜６０％である。
【００２４】
【実施例】本発明を以下の好ましい態様によりさらに説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２５】実施例 一連の試験弾薬を、下記実施例に従って製造した。混入
する成分の粒度は、混合する前に、「Fisher Sub Seive
Sizer」法によって測定した。弾薬の混合は、少量のＣ
ＭＣをバインダーとして、水相（約４０〜５０重量％の
水）中で行った。混合順序は、酸化ビスマスの分散、溶
液状のバインダーの添加、続いてケイ素粉末の添加、最
後に他の所望による成分の混合物への添加であった。混
合は、集中混合機法(intensive mixer method)により行
った。混合後、弾薬をトレイ上で過剰に脱水して水分を
約７〜１０重量％にし、その後、０．８ｍｍメッシュの
篩布上で顆粒状にし、次いで、その顆粒を脱水して水分
含量を０．１重量％以下にした。
【００２６】弾薬を、内径３ｍｍ、長さ２０ｍｍのアル
ミニウムの遅延要素中で、約１０００ｋｐ／ｃｍ2 の圧
力により圧縮した。その要素を第一爆薬含有型の雷管お
よび第一爆薬を含まない型の雷管に挿入し、Ｎｏｎｅｌ
（登録商標）型の低エネルギー導火線により起爆させ
た。
【００２７】下記に示す燃焼速度の数値は、各弾薬に対
して少なくとも１０個の該雷管で測定した遅延時間に基
づいている。また、要素は、湿気のある温かい環境（＋
４０℃、相対湿度７５％）で保管した。次いで、上述し
たようにこれらの要素を雷管に挿入して試験発火させる
と、充分な機能を完全に維持し、燃焼速度の変化はほん
のわずかであったことを示した。
【００２８】実施例１ 試験弾薬を下記の仕様に従って製造した。下記の仕様に
おいて、％は重量％であり、粒度は平均粒径である。
【００２９】２８％のＳｉ（ケイ素）、粒度３μｍ ５％のＺｒ（ジルコニウム）、粒度２μｍ ６７％のＢｉ2 Ｏ3 （三酸化二ビスマス）、粒度５μｍ 燃焼速度の測定値は７６ｍｍ／秒であった。
【００３０】実施例２ 試験弾薬を下記の仕様に従って製造した。下記の仕様に
おいて、％は重量％であり、粒度は平均粒径である。
【００３１】３０％のＳｉ（ケイ素）、粒度３μｍ ２０％のＺｒ（ジルコニウム）、粒度２μｍ ５０％のＢｉ2 Ｏ3 （三酸化二ビスマス）、粒度５μｍ 燃焼速度の測定値は１００ｍｍ／秒であった。
【００３２】実施例３ 試験弾薬を下記の仕様に従って製造した。下記の仕様に
おいて、％は重量％であり、粒度は平均粒径である。
【００３３】４０％のＳｉ（ケイ素）、粒度３μｍ ６０％のＢｉ2 Ｏ3 （三酸化二ビスマス）、粒度５μｍ 燃焼速度の測定値は３５ｍｍ／秒であった。
【００３４】実施例４ 試験弾薬を下記の仕様に従って製造した。下記の仕様に
おいて、％は重量％であり、粒度は平均粒径である。
【００３５】３０％のＳｉ（ケイ素）、粒度５μｍ ２０％のＭｎＯ（酸化マンガン）、粒度４μｍ ５０％のＢｉ2 Ｏ3 （三酸化二ビスマス）、粒度５μｍ 燃焼速度の測定値は２０ｍｍ／秒であった。
【００３６】実施例５ 試験弾薬を下記の仕様に従って製造した。下記の仕様に
おいて、％は重量％であり、粒度は平均粒径である。
【００３７】３２％のＳｉ（ケイ素）、粒度３μｍ ６０％のＢｉ2 Ｏ3 （三酸化二ビスマス）、粒度５μｍ ８％のＳｉＯ2 （二酸化ケイ素）、粒度＜１μｍ 燃焼速度の測定値は１１ｍｍ／秒であった。
【００３８】実施例６ 試験弾薬を下記の仕様に従って製造した。下記の仕様に
おいて、％は重量％であり、粒度は平均粒径である。
【００３９】３％のＳｉ（ケイ素）、粒度３μｍ １０％のＺｒ（ジルコニウム）、粒度２μｍ ６０％のＢｉ2 Ｏ3 （三酸化二ビスマス）、粒度５μｍ ２７％のＴｉＯ2 （二酸化チタン）、粒度＜１μｍ 燃焼速度の測定値は９ｍｍ／秒であった。
【００４０】実施例７ 試験弾薬を下記の仕様に従って製造した。下記の仕様に
おいて、％は重量％であり、粒度は平均粒径である。
【００４１】５％のＳｉ（ケイ素）、粒度３μｍ ８％のＺｒ（ジルコニウム）、粒度２μｍ ６２％のＢｉ2 Ｏ3 （三酸化二ビスマス）、粒度５μｍ ２５％のＴｉＯ2 （二酸化チタン）、粒度＜１μｍ 燃焼速度の測定値は７ｍｍ／秒であった。
【００４２】実施例８ 試験弾薬を下記の仕様に従って製造した。下記の仕様に
おいて、％は重量％であり、粒度は平均粒径である。
【００４３】３％のＳｉ（ケイ素）、粒度３μｍ ９７％のＢｉ2 Ｏ3 （三酸化二ビスマス）、粒度５μｍ 燃焼速度の測定値は５ｍｍ／秒であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブリツト−マリー・エクマン スウエーデン国、エス−713 93・ノーラ、 ペー・エル・2543 (72)発明者 ボー・カールツソン スウエーデン国、エス−703 62・エレブ ロ、フレツズガータン・13

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸化剤としての酸化ビスマスおよび燃料
    としてのケイ素（Ｓｉ）を成分に含むことを特徴とす
    る、ミリ秒および秒の範囲の遅延を与える火工用遅延弾
    薬。
  2. 【請求項２】 ケイ素を２重量％より多く含むことを特
    徴とする請求項１に記載の弾薬。
  3. 【請求項３】 ケイ素を１５重量％より多く含むことを
    特徴とする請求項２に記載の弾薬。
  4. 【請求項４】 酸化ビスマスを３０重量％より多く含む
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の
    弾薬。
  5. 【請求項５】 添加剤として他の反応性および／または
    不活性の火工用成分を５５重量％以下の量で含むことを
    特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾薬。
  6. 【請求項６】 添加剤がジルコニウム（Ｚｒ）を含むこ
    とを特徴とする請求項５に記載の弾薬。
  7. 【請求項７】 ジルコニウムの量が弾薬の１〜４７重量
    ％であることを特徴とする請求項６に記載の弾薬。
  8. 【請求項８】 ジルコニウムの量が弾薬の３〜２５重量
    ％であることを特徴とする請求項７に記載の弾薬。
  9. 【請求項９】 燃料を化学量論量より過剰に含むことを
    特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の弾薬。
  10. 【請求項１０】 酸化ビスマスが三酸化二ビスマス（Ｂ
    ｉ2 Ｏ3 ）であることを特徴とする請求項１〜９のいず
    れか一項に記載の弾薬。
  11. 【請求項１１】 ４重量％以下の量のバインダーを含む
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載
    の弾薬。
  12. 【請求項１２】 バインダーがカルボキシメチルセルロ
    ースであることを特徴とする請求項１１に記載の弾薬。
  13. 【請求項１３】 成分が、重量平均で０．１〜１００ミ
    クロンの粒度を有する粉末状であることを特徴とする請
    求項１〜１２のいずれか一項に記載の弾薬。
  14. 【請求項１４】 成分または弾薬を顆粒状にすることを
    特徴とする請求項１３に記載の弾薬。
  15. 【請求項１５】 燃焼速度が１〜２０ｍｍ／秒であるこ
    とを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の
    弾薬。
  16. 【請求項１６】 燃焼速度が１０〜２００ｍｍ／秒であ
    ることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記
    載の弾薬。
  17. 【請求項１７】 混合物の結晶密度の２０〜６０％の密
    度を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか
    一項に記載の弾薬。
  18. 【請求項１８】 ケイ素および酸化ビスマスを含む遅延
    弾薬を収容する囲いを含むことを特徴とする、ミリ秒お
    よび秒の範囲の遅延を与えるための火工用遅延要素。
  19. 【請求項１９】 囲いが雷管のハウジングで構成される
    ことを特徴とする請求項１８に記載の要素。
  20. 【請求項２０】 囲いが実質的に円筒状の金属ケーシン
    グを含むことを特徴とする請求項１８に記載の要素。
  21. 【請求項２１】 弾薬が実質的に円筒状であることを特
    徴とする請求項１８に記載の要素。
  22. 【請求項２２】 弾薬の直径が１〜１０ｍｍであること
    を特徴とする請求項２１に記載の要素。
  23. 【請求項２３】 弾薬の長さが１〜１００ｍｍ、特に２
    〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項２１に記載の
    要素。
  24. 【請求項２４】 要素が請求項１〜１７のいずれか一項
    に記載の遅延弾薬を収容することを特徴とする請求項１
    ８〜２３のいずれか一項に記載の要素。
  25. 【請求項２５】 ハウジング、該ハウジングの一方の端
    に置いた着火手段、該ハウジングの他方の端に置いた第
    二の爆薬のベース弾薬およびそれらの間に置いた火工用
    遅延弾薬を含む雷管であって、遅延弾薬がケイ素および
    酸化ビスマスを含むことを特徴とする雷管。
  26. 【請求項２６】 遅延弾薬が請求項１〜１７のいずれか
    一項で規定したものであることを特徴とする請求項２５
    に記載の雷管。
JP32107393A 1992-11-27 1993-11-26 遅延装薬および遅延エレメントならびに該装薬を含む雷管 Expired - Lifetime JP3403787B2 (ja)

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