JPH0692879B2 - 発破器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば発破母線と、脚線橋が短絡された電気
雷管とをトランスで電磁的に連結して成る電磁誘導起爆
システムに使用される発破器に関する。

［従来の技術］ 電磁誘導起爆システムは、第１図に示すように発破器１
に連結された母線２と、電気雷管３の短絡された脚線４
とをトランスコア５で電磁的に連結し、発破器１より高
周波交流電流を回路に流すことにより、トランスコア５
を介して電気雷管３を起爆させるものであって、電気発
破作業の安全性の向上と省力化を目的としている。

第２図に同システムにおける連結部の詳細な図を示す
が、この連結部は、トランスコア6,7で形成される磁気
閉回路に、母線２と、電気雷管３の短絡された脚線４と
を結合するだけの構造となっており、この場合、雷管部
は完全に短絡された状態にあるので、静電気，迷走電流
に対する心配はない。

しかしながら、このようなシステムではトランスコアに
よる誘導電流を用いているため、トランスコアの特性に
よるエネルギーロスを特に大きく考慮しなければなら
ず、従って、電磁誘導発破を効率良く行うためには、高
電圧，高電流の高周波電流を瞬時に発破回路（連結部）
へ供給する能力のある発破器が必要となる。このため、
このシステムに用いられる発破器は、まず最初に乾電池
等より成る低電圧電源からの直流を交流に変換，昇圧
し、発破コンデンサーに貯えた後、発破時点において瞬
時にその電気エネルギーを高周波に変換すると共に、発
破回路に発破電源として供給しなければならない。

高周波変換の方法としては、従来、例えば第３図に示さ
れる特公昭38-22915号公報に記載事項のように、電源部
８より発破コンデンサー９に貯えられた電荷を、スイッ
チ10により放電させ、コンデンサー９およびコイル（コ
ア）11のインダクタンスＬにより過渡振動を起こさせる
方法がある。

また、第４図に示す特公昭49−22608号公報記載事項の
ものは、発破コンデンサー９に電荷が貯えられた状態
で、トリガー回路14によりシリコン制御整流器13を閉じ
ることによって、回路に一方向のパルス状の大電流が流
れコア15を挟んで雷管３側に誘導電圧を生じさせる構造
になっている。他に、文献［火薬と保安、16.5（198
4）］では自励発振方式による発破器も報告されてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 一般に、放電電流を高周波に変換することは、それが大
電流でしかも過渡的であるために難しく、同様に前記の
各方法は種々の問題を含んでいる。

例えば、第３図に示す方法では、CL回路により過渡振動
させる場合、最適な周波数を得るためには、コンデンサ
ＣおよびインダクタンスＬの種々の組み合せより求めな
ければならず、また、インダクタンスＬのバラツキのた
めに、振動状態が不安定となって、効率の悪い発破しか
できないという欠点がある。更に、一定のインダクタン
スＬを有するトランスを製造することが非常に困難なこ
と等を考えれば、この方法は全く実用的ではない。

また、第４図に示す方法では、一個の一方向のパルス波
を流すだけであるから、この一方向一個のパルス電流に
よりコア15を介して電気雷管３側に点火に必要な電気エ
ネルギーを与えるためには、大型で高価な低周波用のコ
アを用いなければならず、またこの低周波用のコアの代
りに高周波用のフェライトコアを使用する場合には、電
力伝達効率が極端に悪化することを覚悟して発破器出力
容量を常識では考えられない大容量のものにしなければ
ならない等、全く実用に適さない。

また、自励発振方式の発破器では、発破回路の負荷の影
響を受け易く、従って、母線長，雷管の脚線長および雷
管数によって発振周期およびオン／オフ比が大きく変化
し、トランスコアの周波数特性に基づく伝達効率の低
下、更には負荷によっては発振停止になるという問題が
あった。

［問題を解決するための手段］ 本発明者等は、上記の如き状況にある発破器の持つ問題
を解決すべく種々の実験，検討を行った結果、半導体ス
イッチング素子により構成されるスイッチング部と、半
導体駆動発振部とを別々に設けると共に、発振部が安定
に且つスイッチング部側からの干渉を全く受けないよう
に構成することにより上記問題点のない発破器が得られ
ることを見い出し本発明を完成した。

すなわち、本発明の発破器は第５図に示すように、DC-D
Cコンバータ16により低電圧直流（例えば乾電池から
の）を交流に変換させ昇圧し、さらに整流して、得られ
たコンバータ16からの高圧直流を発破スイッチ21を介し
て発破コンデンサー17に貯える高圧発生充電部22と、発
破スイッチ21を介して得られた発破コンデンサー17の放
電電流をスイッチングにより高周波に変換する高周波変
換部24と、そのスイッチング動作をさせる高周波信号発
生部23とから成っており、安定した発振状態を示す高周
波過渡大電流を出力部20に得ることができる。出力部20
には、例えば第１図に示すような発破回路を構成する母
線２を接続する。

高周波信号発生部23は半導体駆動発振部19を有し、高周
波変換部24はスイッチング部18を有する。

スイッチング高周波変換方式は、直流電圧をON,OFFする
だけなので、正弦波変換の場合と異なり、電力，電圧的
にも効率の良い高周波変換が可能で、また変換用半導体
も小容量、小型、且つ安価なもので良い等、種々の利点
を有している。また、この高周波変換部24のスイッチン
グ部18をプッシュブル出力構成にすれば高電圧出力が可
能で、発破母線および脚線が長い場合等、高負荷を伴う
回路にも対応できる。

更に、高周波信号発生部23は、C-MOS IC駆動のCR発振回
路を有し、このCR発振回路は、CL回路に比べて非常に発
振状態が安定である上に、小型化が可能で安価であると
いう利点がある。また、同発生部23には、発破コンデン
サー17からの過渡電流からCR発振回路に対して常に一定
の定電圧を供給できるツェナーダイオードと抵抗器とか
らなる安定回路、更には同発生部23がスイッチング部18
側からの負荷変動により干渉を受けないように、発振部
19とスイッチング部18との間に、C-MOS ICよりなるイン
ターフェイス回路が組み込まれている。

したがって、スイッチング部18に信号を送る半導体駆動
のCR発振回路は、発破回路の負荷の影響を受けないた
め、母線長、電気雷管の脚線長、あるいは雷管数の影響
を受けずに安定した発振状態を示す。

また、実際の発破現場では、発破母線は少なくとも100m
〜200m必要となる。一般に、周波数が高いと、インピー
ダンス増加による電力，電圧ロスが大きくなり、設計者
は、それを覚悟して出力部に大きな電圧をかけなければ
ならない。従って、インピーダンスの面から見ると、発
振周波数は、低い方が良いのであるが、フェライトコア
のエネルギー伝達効率特性とのバランスを考慮すれば、
ほぼ10kHz〜80kHzが適当である。

本発明に使用する半導体スイッチング素子としては、例
えばバイポーラ型パワートランジスタおよびパワーMOSF
ET等があり、特にパワーMOSFETは小型化に優れ、過渡現
象に強く、価格も安価であるので使用に適している。

［実施例］ 本発明を実施例に従い、以下に説明する。

乾電池とDC-DCコンバータ16を用い、約300Vまで昇圧し
て充電部22とし、発破コンデンサー17には400μＦの電
解コンデンサー，発生部23内の発振部19の安定回路は、
ツェナーダイオードと抵抗器とを使用し、インターフェ
イス部には発生部23内発振回路と同一のC-MOS ICを使用
した。また、スイッチング部18には耐電圧，耐電流性の
高いパワーMOSFETを使用した。

上記の如き仕様の本発明の発破器を用いて、発破母線長
が50m〜300m,電気雷管の脚線長が1.5m〜4.5m,斉発する
雷管数が５個〜200個、以上３種類の条件において、周
波数10kHz〜100kHzの範囲でシンクロスコープにより出
力波形を観察したところ、発振周期，波形等に変化がな
く、安定した発振状態の高周波が得られることが確認さ
れ、1.5m〜4.5mの脚線長の電気雷管を用いて、各々発火
試験を行ったところ、実用的に最低100発以上が完爆す
ることを確認した。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、発破回路側の負
荷に影響されずに安定した発振状態を示し、小型で安価
であり、しかも適当数の多数発破が行える実用的な発破
器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電磁誘導起爆システムの概略図、 第２図はトランスコアで電磁的に連結する連結部の詳細
図、 第３図は特公昭38-22915号公報記載の発破器回路図、 第４図は特公昭49−22608号公報記載の発破器回路図、 第５図は本発明の発破器回路図の一例、シングル高周波
変換出力回路構成を示す図である。 １…発破器、 ２…母線、 ３…電気雷管、 ４…短絡された脚線、 ５…連結器、 ６…Ｉ型トランスコア、 ７…Ｕ型トランスコア、 ８…バイブレーターコンバータを用いた電源部、 ９…発破コンデンサー、 10…スイッチ、 11…コイル、 12…電源部、 13…シリコン制御整流器、 14…トリガー回路、 15…トロイダルコア、 16…DC-DCコンバーター、 17…発破コンデンサー、 18…半導体スイッチング素子を用いたスイッチング部、 19…安定化高周波発振回路、 20…出力部、 21…発破スイッチ、 22…高圧発生充電部、 23…高周波信号発生部、 24…高周波変換部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発破母線に高周波電流を流し、前記発破母
   線と電磁的に結合された電気雷管を起爆させる発破器に
   おいて、スイッチングによって、前記高周波電流を発生
   する半導体スイッチング素子を有するスイッチング部
   と、前記スイッチング部にスイッチング駆動をさせるた
   めの信号を発生する半導体駆動のCR発振方式の信号発生
   回路を含む発振部とを具え、前記スイッチング部と前記
   発振部とが、それぞれ個々の回路を形成していることを
   特徴とする発破器。
2. 【請求項２】前記発振部は発破コンデンサの放電電気エ
   ネルギーを安定化して前記信号発生回路の電源要素とす
   る手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の発破器。
3. 【請求項３】前記半導体スイッチング素子は、パワーMO
   SFETであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の発破器。