JPH09167639A - 電線の爆発接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送電線、配電線等を爆薬の爆発によって接合
する際、爆発音を低減し、かつ爆発ガスや爆発に伴う飛
散物が周囲の人員や設備への危害を防止し、小型軽量で
長期間の耐用に適した装置を提供し、従来人里離れた山
間僻地で実施していた電線の爆発接合を、騒音公害や爆
発事故をなくし、市街地や鉄塔上又は地下の配設路でも
安全に実施可能とする。 【解決手段】 爆薬を爆発させ電線を接合する際、爆薬
と電線の接合部を準密閉状態で収納し、使用する爆薬の
種類とその量に応じる強度を設定した小型軽量の装置
で、爆発で発生した高圧ガスと爆発音響は、電線が容器
から外部に出る通路を通って、減圧・消音され排出或い
は伝播し、直近に危険はなく、又充分に減音され、従来
市街地や電線を敷設する鉄塔上や地下配設路では極めて
困難であった爆発の作業が、安全かつ騒音公害なく容易
に実施できる、電線の爆発接合装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、その内部で爆薬の
爆発圧力を利用して２本の電線の端部を接合する、所謂
電線の爆発圧接や、更に広範には金属やセラミックの爆
発加工を、従来安全確保や騒音公害を避けるため、人里
離れた山間僻地でしか行なうことが出来なかった作業
を、安全に、かつ爆発騒音を極端に低減して、市街地で
も実施できるようにするための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来爆発圧接や爆発加工（以後爆発圧接
等）を実施するについては、爆発圧接等を行なう材料と
爆薬を地上に置いて行なうか、”爆発消音装置の開
発”、「圧力技術」１９８８年３月、３７ページに記載
されるような、定置式の大型の爆発消音装置内で行なう
のが通例で、装置を任意の地点に運搬して利用すること
によって、作業の安全性や騒音による公害を避ける等の
利便を受けることは出来なかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】爆薬の爆発に伴って発
生する高圧ガスの膨張や、飛散物の発生、大音響等を避
けるために、主として鋼製の爆発室、爆発消音装置或い
は爆発容器等（以後装置）と呼ばれる、密閉或いは準密
閉状態に周囲から遮断した装置内で爆薬を爆発させるこ
とは行われてきた。ここで密閉と称する状態は、装置内
のガス等が装置の壁によって周囲から遮断されている状
態、準密閉とはほぼ密閉されているが、特定の僅かな気
体の通過出来る通路を設定している状態とし、本発明に
於ける準密閉状態とは、後に規定する状態とする。従来
の技術によると、爆薬の爆発が極めて大きい応力を装置
に与え、時には高速の固体飛散物を周囲に投射し、大音
響を発生する等の問題を解決するため、装置の壁を頑丈
に作り、かつ爆発源から出来るだけ離すようにするた
め、大型となることが避けられなかった。よって、装置
を電線の接続を必要とする電線架設作業をする場所に運
んでその利便を享受することは困難であった。この問題
を解決し、軽量、小型でありながら、上記の爆発に伴う
諸現象を制御して、可搬で安全な装置を開発するには、
以下の問題点がある。

【０００４】１）爆薬の特定の爆薬量の爆発に対して、
どれだけの爆発に伴う応力が発生し、それに対してどれ
だけの強度を装置の壁に与えればよいか、明確な指針が
存在しない。 ２）爆発に伴う大音響を抑制するには、強固な金属製の
容器内に爆薬を密閉して爆発させれば、爆発音響はほぼ
完全に抑制でき、外部には微かな音響しか伝わらない
が、そのような密閉容器を使用すると、爆発によって生
じた爆発ガスが容器内に閉じ込められ、容器を開放する
際に内圧によって急激に開くと共にガスが噴出し、作業
者に危険が及ぶ恐れがあり、また、電線の様に表面に細
かい凹凸があるものの一部を内部に導入しつつ密閉する
ことには困難がある。

【０００５】

【問題を解決するための手段】内部で爆薬の爆発を行な
う密閉若しくは準密閉容器を備えた装置において、a)容
器の垂直位置の略中心で上部と下部に２分割できるか、
容器の水平位置の略中心で左右に２分割出来る装置で、
b)分割される部分に電線を通すことが出来る２個の通路
を備え、c)通路は装置を分割した際に電線を装置から取
り外せる構造であり、d)電線を通すことが出来る通路以
外の部分は、爆薬の爆発によって生じる爆発ガスの漏洩
と爆発音響の伝播に対して密閉状態にあり、e)電線を通
すことが出来る通路は、装置内部に爆薬と電線の接合部
を収納する際、爆発ガスと爆発音響が電線と通路の間の
隙間を通過して装置外部に漏洩するが、その時２段以上
のガス及び音響の膨張過程を経ることが出来るように設
定される、ことを特徴とする電線の爆発接合装置とし
た。また、爆発に伴う容器の構造強度部分の受ける最大
応力が、構成する材料の抗張力の１／２以下であるよう
に強度を設定されることを特徴とする爆発接合装置とし
た。

【０００６】上記の各問題点につき以下の対策を講ずれ
ば、解決できると考えられる。各番号は上記問題点の番
号に対応する。 １）各種の爆薬について、その爆発速度と密度、単位爆
薬量当りの爆発に伴って発生するガス量は既知であり、
更にそれから発生する衝撃波が壁面に与える衝撃量も文
献から得ることが出来るので、その衝撃量に耐える構造
強度を有する装置を設計することは可能であり、特定の
電線を接合するのに必要な爆薬量を求めることも可能で
あるから、それらを満足しつつ小型軽量で可搬な装置を
開発することも可能である。 ２）密閉式とすることによって、内部に爆発によって発
生する高圧ガスが滞留する危険を避けるため準密閉式と
し、また、電線の表面が凹凸であることを利用して、電
線表面を伝って爆発ガスが内圧によって装置から自動的
に噴出させるようにして、装置開放時の危険を避ける。
また、電線表面を伝って爆発ガスが装置から噴出する通
路に、２段以上の膨張室を設け、それによって高圧ガス
の低圧化と爆発音響の消音の２つの機能を働かせて、危
険と大音響の２つの問題を同時に解決することが考えら
れる。

【０００７】まず、爆発時に発生する衝撃波によって装
置壁面に負荷される衝撃と、それに伴って装置に負荷さ
れる応力について検討する。図１は本発明による装置の
装置内に接合部と爆薬をその中央部に入れ、円筒形の装
置の壁面に１８０゜の位置に設けられた通路を通って電
線が装置の外に導かれている状況を示す断面図で、１は
爆薬、２は電線を接合するための金属管、３は電線、４
は装置の上部、５は装置の下部で、電線３に隠れて分割
部は見えないが、装置は４と５の２つの部分に分割され
て、接合後の電線３を装置から出せるようにしてある。
また、６は電線の通路、７は通路に設けられた複数の膨
張室８を隔てる隔壁、９は電気雷管、１０は電気雷管に
通電して起爆するための導電用の回路、１１は絶縁材で
ある。装置の形状は仮に円筒形としてあるが、例えば円
筒形の替りに多角形の断面を有する容器でも、球形の容
器についても、材料力学に関する基礎的な知識を有する
ものであれば、本発明明細書と材料力学の教科書等を用
いて、容易に適切な設計をすることが可能である。

【０００８】まず、爆薬１が爆発することによって装置
の壁面に負荷される衝撃応力とそれによって装置に負荷
される応力は、次の手続きによって求められる。一般に
爆薬の爆発によって発生する衝撃波の圧力は、距離の３
乗に反比例し、爆薬量に比例することが知られている。
そこで、どのような距離、どのような薬量についても衝
撃波圧力を容易に求められるようにするため、等価薬量
という観念を導入すると、等価薬量Ｚは次式で表わすこ
とができる。 Ｚ＝Ｒ／Ｗ^1/3 ・・・・・・・・・１） ここで、Ｒは爆薬中心からの距離；ｍ、Ｗは爆薬量；ｋ
ｇである。

【０００９】最初に装置胴部の半径方向への応力を求め
ることを考える。この場合、まず装置４または５の胴部
の内壁面に負荷される運動エネルギ等を求める必要があ
るから、Ｒは爆薬の中心から装置壁面までの距離、Ｗは
容器内で爆発させる爆薬の重量に相当する。容器の強度
を求めるについては、最終的にはその歪みまたは負荷応
力を知ることが要求される。静的圧力による負荷または
歪みについては、壁面に対する静的負荷圧力と、それに
よる容器の変形応力が釣り合う値を求めることによって
得られるが、衝撃圧力が負荷される場合は、それが過渡
現象であるため、静的釣合によって求めることはできな
い。このような場合、衝撃圧力によって壁面に与えられ
る運動エネルギと、その運動エネルギによって壁面が変
位し容器が変形することによって容器に蓄えられる変形
エネルギが釣り合う値を求め、その際の容器の歪みまた
は負荷応力を知る。その手続のためには、まず反射イン
パルスＩrを知る必要がある。広範な等価薬量Ｚの値に
ついて、米国政府刊行物のSupressive Shields(HNDM111
0-1-2)Jan.23,1978の3-15,16ページ、Fig.3-6に等価薬
量Ｚを横軸に,反射インパルスを薬量の1/3乗で割った値
Ｉ_r／Ｗ^1/3を縦軸にしたグラフが示され、計算した等価
薬量Ｚから容易にＩ_r／Ｗ^1/3を求めることが出来る。

【００１０】上記１）によって、等価薬量Ｚを計算し
て、その値に相当する反射インパルスＩ_rをＷ^1/3で割っ
た値を知り、それにをＷ^1/3を掛ければＩ_rを得ることが
出来る。ただし、同グラフの単位は等価薬量Ｚはｆｔ／
ｌｂ^1/3であり、反射インパルスを薬量の1/3乗で割った
値Ｉ_r／Ｗ^1/3の単位は、ｐｓｉ・ｓｅｃ／ｌｂ^1/3であ
るので、物理単位で計算するためには、ｋｇ−ｍ系に換
算する必要がある。換算後の単位は等価薬量Ｚはｍ／ｋ
ｇ^1/3であり、Ｉ_r／Ｗ^1/3はｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓｅｃ²／ｋｇ
^1/3であるが、この程度の換算は、技術計算に習熟した
当業者であれば、本発明明細書を参考にして容易に実施
できる。

【００１１】更に、反射インパルスＩ_rと圧力を負荷さ
れる材料の質量Ｍから式２）によって、系が与えられる
運動エネルギＫＥを誘導することができる。 ＫＥ＝Ｉ_r ²／２Ｍ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ２） 一方、装置円筒部分の歪みεによる変形エネルギΔＥｉ
は、３）式で表わされる。 ΔＥｉ＝２σεπＲｈｔ／２＝σεπＲｈｔ ・・・・・・ ３） ただし、σ；円筒に対する負荷応力、ε；円筒の歪み
率、Ｒ；円筒の内半径、ｈ；円筒の高さ、ｔ；円筒の肉
厚、π；円周率 これは円筒が薄肉であると仮定したものであり、また、
円筒の長さが径に対して余り長くない場合に適用できる
ものであるが、厚肉の場合や、径に対して長さが十分に
長い、例えば長さが径の３倍を越えるような場合には、
厚肉円筒の式を用い、更に長さが径の３倍を越える部分
については爆薬中心からの距離Ｒが変わり、圧力の負荷
方向が変わることによる修正を加える必要がある。しか
し、この程度のことは当業者であれば、材料力学の教科
書等を参考にして容易に修正できる。

【００１２】ここで、２）式によって得られる運動エネ
ルギＫＥと容器が変形することによって蓄えられるエネ
ルギΔＥｉは釣り合うとすれば、 Ｉ_r ²／２Ｍ＝σεπＲｈｔ と置くことができ、更に、 ε＝σ／Ｅy ・・・・・・・・・・・・・・・・・ ４） ただし、Ｅyはヤング率、鋼の場合、２．１×１０¹¹ｋ
ｇ・ｍ／ｓｅｃ²であるから、 σ＝［Ｉ_r ²Ｅy／２ＭπＲｈｔ］^1/2 ・・・・・・・ ５） が得られる。ここで、円筒の歪みεを求める場合は、σ
の値を式３）に代入することによって与えられる。

【００１３】以上は円筒形装置４及び５の胴部内壁面に
負荷される胴部の半径方向への応力またはそれによる歪
みを求める手続きであるが、次に装置の下部と上部に負
荷される運動エネルギによって胴部に垂直に負荷される
応力または歪みの求め方について説明する。基本的に
は、胴部内壁面への負荷と同等に扱って差し支えない。
すなわち、爆薬中心からの距離と薬量、底部と蓋部の質
量から運動エネルギＫＥを求めることについては変わり
はない。ただし、装置４の上部は装置５の下部と円筒形
胴部と装置４と５の結合部（図１には示されていない）
を介して一体であるので、装置４の上部と装置５の下部
は円筒形胴部と装置４と５の結合部を介して引張りあう
と考えればよい。つまり装置４の上部と装置５の下部に
かかる運動エネルギは、胴部と結合部の垂直方向への歪
みエネルギに変換されることになる。装置４の上部と装
置５の下部に付与される単位面積あたり運動エネルギＫ
Ｅは式２）から得られ、装置４の上部と装置５の下部の
質量をそれぞれＭ４、Ｍ５とし、簡単のためそれぞれに
対する反射インパルスＩrは等しいとすると、それぞれ
の単位面積当り運動エネルギＫＥ４とＫＥ５は、次のよ
うになる。 ＫＥ₄＝Ｉ_r ²／２Ｍ₄ ・・・・・・・・・・・・・ ６） ＫＥ₅＝Ｉ_r ²／２Ｍ₅ ・・・・・・・・・・・・・ ７）

【００１４】更に、装置４の上部と装置５の下部の受圧
部分の半径は胴部の半径と等しいから、受圧面積は共に
πＲ²である。従って、それをＫＥ₄とＫＥ₅に乗ずれば
各々の運動エネルギが与えられる。よって合計の運動エ
ネルギＫＥ_Tは、 ＫＥ_T＝πＲ²Ｉ_r ²（Ｍ₄＋Ｍ₅）／（２Ｍ₄Ｍ₅） ・・・・ ８） となり、それを支えるのは胴部及び結合部の変形エネル
ギであるから、胴部の垂直軸に直角な断面積をＡ、長さ
をＬ、結合部を仮に数本のボルトとし、合計の断面積を
Ａ’、長さをＬ’、それぞれの歪をεとε’、共通の垂
直方向への応力をσ_Vとすると、変形エネルギΔＥｉ
は、 ΔＥｉ＝Ｅ_yΣε_n ²Ａ_nＬ_n ・・・・・・・・・・・・・ ９） である。胴部に対する半径方向への負荷の計算と同様に
して、運動エネルギと歪みエネルギを等しいと置き、
４）を導入することによって、胴部と結合部の垂直方向
への応力σ_Vを求めることができる。

【００１５】ここで問題となることは、胴部には半径方
向の応力と円筒軸方向の応力が、同時に負荷されること
である。すなわち、負荷は３軸応力状態となる。３軸応
力が負荷され、かつ本発明で問題とする衝撃負荷状態の
場合、材料は容易に脆性破壊することが知られている。
しかし、経験的に負荷応力が使用する材料の抗張力の５
０％未満好ましくは３０％未満であり、設計が適切であ
れば、使用中に応力集中が発生するような疵を作らない
限り１０⁴回程度の寿命範囲で使用可能である。また、
上下平面とシリンダの交差部分が応力集中によって危険
な状態になるので、十分につなぎ部に大きな曲率を与え
るか、応力集中を緩和する工夫をして、脆性破壊を防止
する必要がある。具体的にどの程度の曲率が必要である
か、どの様な工夫によって応力集中を緩和できるかとい
うことについては、容器の形状、負荷の程度、要求され
る寿命、使用する材質等によって異なるので、一概に規
定することは困難であるが、材料力学に関する基礎的な
知識を有するものであれば、本発明明細書と材料力学の
教科書等を参考にして、適切な設計をすることが可能で
ある。しかし、どのような適切な設計をしても、使用中
に被った感知しない疵や、材料に潜在した欠陥によって
容器が破損することがあり得る。そのような事故に対す
る安全策として、容器が破損して飛散するようなことが
あっても人身、設備等に危害が及ばないように、例えば
頑丈な掩体中で実施するような配慮が必要である。

【００１６】以上、爆薬が密閉或いは準密閉装置内で爆
発した場合、発生する衝撃波によって装置が受ける応力
の求め方について説明したが、装置はそれ以外に爆薬か
ら発生する高圧ガスによって静的内圧を受ける。静的内
圧Ｐ_Sは、式１０）で得られる。 Ｐ_S＝ｆ・Ｗ／Ｖ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １０） ここで、Ｐ_S；発生内圧、ｆ；火薬力、Ｗ、薬量、Ｖ；
容器容積 これによって容器に負荷される内圧Ｐ_Sを知れば、材料
力学の教科書や本発明明細書実施例等を参考にして、内
圧が負荷される容器の歪みまたは応力を求めることがで
きるので、容易に容器強度の適、不適を知ることができ
る。ただし、殆どの場合、容器に負荷される内圧Ｐ_Sに
よる容器の歪みまたは応力は、ａ．で検討した衝撃によ
るそれより小さく、問題とする必要はない。問題となる
場合は、比較的容積の大きな容器中で、衝撃圧が低く、
ガス量が多い爆薬、例えばＡＮＦＯを爆発させるような
場合で、容器に対する静的応力が動的応力を上回る場合
がある。そのような場合は、静的応力に対処した設計を
するべきであるが、本発明による装置の場合は、対象と
する必要が内ので、ここでは具体的な例による説明は避
けるが、必要な場合は、当業者であれば上記の説明と適
切な爆薬に関する参考書及び本発明明細書を参考にし
て、容易に産出、設計することが出来る。

【００１７】次に、課題２）への対策として、密閉式と
することによる危険を避けるため準密閉式とし、電線表
面の凹凸を伝って爆発ガスが内圧によって装置から自動
的に噴出させるようにして、その過程に２段以上の膨張
室を設け、それによって高圧ガスの低圧化と爆発音響の
消音の２つの機能を働かせて、危険と大音響の２つの問
題を同時に解決し、かつ装置開放時の危険を避けるため
の、具体的な手段について図によって説明する。

【００１８】図１の電線の通路６は、金属管を２つ割り
にしたものをそれぞれ装置の上部４と下部５の左右に溶
接や機械的な手段で固着し、内部に金属製の半円形で電
線を通すための半円形の切り欠きを有する隔壁７を間隔
を置いて設け、隣り合う隔壁７の間には電線と、隔壁７
の隙間を通過した爆発ガス及び音響を膨張させるための
膨張室８を、１つの通路について２個以上設けた状況を
示している。通路６は概ね半分づつを装置上部４と装置
下部５に接合され、電線の接合部の爆薬１と金属管２を
装置内部に入れて装置上部４と装置下部５を併せて閉じ
た際に、電線３を装置外に導きつつ上部と下部が合わさ
って、片側につき１本の通路６を形成するようになって
いる。この電線を装置内部に導くための通路が、ガスの
排出路であり、音響とガス圧の低減を同時に図ると云う
着想は、通路にガスの膨張室を設けると言う工夫以外に
も、撚り線の電線を接合する場合、電線表面が凹凸を有
することから、それがガス通過の際に圧力損失を招き、
噴出圧力即ち速度を低下させ、音響を低減させる効果が
あることからも好ましい。膨張室の壁を形成する、電線
３を通すための隔壁７の半円形の切り欠きは、上下の通
路６が合わさった場合円形となるようにし、その円形の
直径は、電線の外径より０．１ｍｍより大きく、２．０
ｍｍより小さいことが好ましいが、排気抵抗を減らす必
要がある場合には、２．０ｍｍを越えても差し支えな
い。また、０．１ｍｍと云う下限には特別の意味はな
く、単に電線外径に誤差があっても、確実に電線を収め
て上下の通路を合せることが出来るようにと言う程度の
意味である。更に、通路の径が電線外径より２．０ｍｍ
以上大きいような場合には、膨張室の数を２室を越える
ようにして、爆発ガスの減圧と音響の低減を充分にして
から、装置外にガスと音響が排出されるようにすること
が好ましい。

【００１９】隣り合う隔壁７の間隔は、通路を膨張式の
消音機構と考える場合、消音効果に大きく影響するが、
その設定方法については、音響に関する専門書に詳述さ
れているので、当業者であればそれらを参考に容易に設
定可能である。ただし、電線の通路６は電線の通路であ
ると共に、ガスの排出路として考慮されているが、装置
の他の部分については、爆発ガスと音響の漏洩を防ぐた
め、密閉、或いは密閉に極めて近い状態にあることが必
要である。そのため、装置上部４’と装置下部５’及び
電線の通路６’の合わせ目には、ゴムやプラスチック等
の高分子材料や、炭素繊維、ガラス繊維やセラミック系
材料の無機質のガスケットや、機械的な入れ子構造によ
って密閉或いはそれに近い状態として、爆発ガスと爆発
音の漏洩を図ることが適当であるが、どの様なガスケッ
トや構造を採用するかについては、設計上の選択の範囲
である。

【００２０】結合フランジ１２は、結合ボルト１３によ
って、装置上部４と装置下部５を結合し、爆発応力に耐
えるためのもので、この図ではフランジと、ボルトを採
用しているが、他の方法、例えばバヨネットやクランプ
或いはピン等、通常機械的な結合に用いられるものが、
使用上の不便さがなく、強度的に既に説明した要件さえ
満たせば、どの様なものでも使用し得、その選択は設計
者の裁量の範囲である。

【００２１】図２は、図１に示す電線の爆発接合装置を
直角な方向から見た図である。それぞれの部品番号は図
１の部品に対応し、同じ番号に「’」を付けて区別して
ある。また、図１と図２では、装置は上下に分割される
ように描かれているが、これは単に描き方或いは装置の
置き方の問題であり、９０゜回転させて描くか置くかす
れば、装置は左右に分割されることになるので、分割す
る方向は本質的な問題ではない。敢えて云えば、仮に装
置を静置し易いように脚や台を付けるとすれば、その設
計や付けかたによって決まるものであり、これも設計者
の裁量の範囲にある。以下に実施例によってより詳細に
説明し、更に比較例と対比する。

【００２２】

【発明の実施の形態】

＜実施例１＞ 内部で爆薬１００ｇを爆発させて、直径
１８．２ｍｍのアルミニウム撚り線からなる電線を接合
するための電線の爆発接合装置を製作した。装置胴部の
上部４として、外径２３０ｍｍ、内径２００ｍｍ、高さ
１００ｍｍの抗張力が６０ｋｇｆ／ｍｍ²の高張力鋼製
の円筒を用意し、円筒の片側の開口部を厚さ１５ｍｍの
同材質の鋼材で塞ぎ、装置の天井部を構成した。円筒部
と天井部は、内半径２０ｍｍ、外半径３５ｍｍの円弧で
つながれるようにした。その結果、天井部の反対側の円
筒開口部の端から、天井の装置内側の距離は１２０ｍｍ
となった。円筒開口部には、外径４０ｍｍ、内径３０ｍ
ｍ、長さ２５０ｍｍのＳＳ４１鋼製の管を長手の軸に沿
って半分に割った形のものを２本、装置の中心から放射
状になるように互いに１８０゜の位置に配置して、半分
に割った管の一方の端を装置胴部に溶接して固定した。
装置上部４と装置下部５の円筒部の端の合せ目と、それ
ぞれに付随する半分に割った管の相手側の管との合せ目
には、互いに入れ子になるように、溝とそれに対応する
突起を設けた。

【００２３】また、半割にした管内部には、装置側の端
から１１０ｍｍ、７０ｍｍ、５０ｍｍ及び２７．５ｍｍ
の間隔で、厚さ５ｍｍで外径３０ｍｍ、内径１９ｍｍの
穴の開いた円板を半分に割ったものを仕切板として溶接
で取り付けた。その際、装置胴部の半分に割った管が取
り付けられた部分には、仕切板に設けられた半円の穴に
位置と径が合致するようにして、半円形の穴を開け、電
線の通路とした。装置天井部の中央には、直径１６ｍｍ
の通し穴を設け、外径を通し穴の径に合わせ、高さを天
井の厚さに合わせた弗素樹脂の栓をはめ込んで、両端か
ら外径４０ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの鋼製の穴
開き円板を当てがって、円板の縁を３ヶ所装置に点溶接
して固定した。弗素樹脂の栓には、その中心軸上に直径
３ｍｍ、長さ３０ｍｍで、両端にＭ３、Ｐ＝０．５の雄
ねじをそれぞれ長さ１０ｍｍにわたって設けた鋼製の軸
を通し、両端をナットで固定して、電気雷管に通電して
起爆するための電路とした。ただし、この電路は装置の
構成として必ずしも必要ではなく、雷管から出ている電
線は充分に細い（各１ｍｍ以下の被覆電線２本）ため、
接合しようとする電線に添わせて電線通路から装置外に
出し、通電のための平行ビニール被覆電線に結合して、
通電起爆してもよい。

【００２４】更に、装置の開放した側の端から板厚の中
心を３０ｍｍ離して、装置の端に平行に、内径２３０ｍ
ｍ、外径３５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの抗張力が６０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²の高張力鋼製の穴開き円板で、半径１４５ｍ
ｍの位置に等距離で直径２５ｍｍの穴を６ヶ所開けたも
のを、充分に開先をとってフランジとして強固に溶接し
た。天井中央部に電路を設けてないことを除いては同じ
ものを、装置の下部として製作した。外径１８．２ｍｍ
で直径２．６ｍｍのアルミニウム線３０本を直径２．６
ｍｍの鋼線７本の周囲に撚りあわせた電線で、長さ０．
６ｍのものを２本用意し、それぞれの端を外径２５ｍ
ｍ、内径１９ｍｍ、長さ１００ｍｍのアルミニウム管に
挿し込み、管の中央に突き合せた部分が位置するように
して、管の端の部分で塩化ビニールの接着テープで固定
した。更に、アルミニウム管の中央部に外径４９ｍｍ、
内径２５ｍｍ、長さ６０ｍｍの黒カーリット爆薬９５ｇ
を、外側を厚さ０．２ｍｍの紙筒に入れて取り付け、そ
の一端に６号電気雷管を同じくテープで固定した。その
ようにして組合わせた、電線とアルミニウム管、爆薬、
電気雷管を、電線が装置に取り付けた鋼管の仕切板に設
けた半円形の穴を通るようにして、爆薬が装置の中央に
位置するようにして装置下部に設置し、電気雷管の被覆
線の片方を装置上部の電路に、他方を装置本体に接続し
た。装置上部を装置下部に取り付け、フランジに設けた
穴に首下長１００ｍｍのＭ２４、Ｐ＝３の六角ボルトを
６本通し、ナットを締めて固定した。また、電線の通路
である半割の管は、上下が合って１本の管となるように
重ねあわせ、端の部分を締め金付きの鋼製の帯を巻き、
締め金を締めて固定した。

【００２５】装置を地上に置き、平行ビニール被覆電線
を電路と装置本体に取り付けて通電し、電気雷管を起爆
して爆薬を爆発させた。その結果、小さな、低い爆発音
が聴かれると共に、電線と電線通路の隙間から爆発ガス
が吹き出す擦過音が１秒程度聞こえ、２０ｍ離れた地点
で測定した音響レベルは、Ａ特性で４８ホンであった。
また、ガスが１秒程度の時間をかけて吹き出したことか
ら、吹き出し口である電線通路出口では、爆発ガスの圧
力は充分に減圧されていることが推測され、電線通路で
あり、かつ膨張室と消音室を兼ねる仕切板で区切られた
管はその目的を達していると判断された。ナットを弛め
てボルトを外し、電線をとりだしたところ、２本の電線
はアルミニウム管によって締め付けられて接合してい
た。爆薬量を１００ｇから６０ｇの範囲で変えて、その
ような実験を５８回繰り返したが、爆発音響は常に同程
度であり、装置には全く損傷が見られず、充分に実用性
があるものと判断された。

【００２６】ここで、この実験によって装置に与えられ
た負荷を求める。まず式１）から、等価薬量Ｚを求め
た。ただし、同表はＴＮＴ爆薬を基準としてあり、黒カ
ーリット爆薬の場合、爆発衝撃はＴＮＴの０．６倍程度
と考えてよいので、黒カーリット爆薬の薬量Ｗ_BCからＴ
ＮＴ換算相当薬量Ｗ_TNTにするには、その倍数を掛ける
必要がある。各種の爆薬をＴＮＴを基準とした薬量に置
き換えるについては、その爆薬の爆発エネルギのＴＮＴ
の爆発エネルギに対する比率を爆薬のエネルギに掛けれ
ばよく、各種爆薬の爆発エネルギ値は、爆薬に関するハ
ンドブックや、参考書から容易に知ることが出来る。 Ｗ_TNT＝０．６Ｗ_BC＝０．６×９５ｇ＝５７ｇ 爆薬中心から装置壁面までの距離Ｒは０．１ｍであるの
で、 Ｚ＝Ｒ／Ｗ^1/3＝０．１ｍ／（０．０５７ｋｇ）^1/3＝
０．２５９８ｍ／ｋｇ^1/3 この値をフィート−ポンドに換算すると、Ｚ＝０．６５
５２ｆｔ／ｌｂ^1/3となり、前述の米国政府刊行物の表
から、相当するＩ_r／Ｗ^1/3は０．４ｐｓｉ・ｓｅｃ／ｌ
ｂ^1/3であることが分る。これをｍ−ｋｇ単位に換算す
ると、３．５９×１０³ｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓｅｃ²／ｋｇ
^1/3である。これから反射インパルスＩ_rを得るには、Ｗ
^1/3を掛ければよいから、 Ｉ_r＝３.５９×１０³ｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓｅｃ²／ｋｇ^1/3×（０.０５７ｋｇ）^1/3 ＝１．３８×１０³ｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓｅｃ

【００２７】壁の厚さが１５ｍｍ、上半分と下半分のそ
れぞれの高さが１００ｍｍであり、簡単のため、装置上
下は一体のものと仮定すると、装置の円筒形胴部内壁の
面積Ｓは、０．１２６ｍ²、胴部の重量はフランジを含
めて約２８ｋｇである。従って装置の円筒形胴部内壁の
受ける衝撃Ｉ_r0は、 Ｉ_r0＝Ｉ_r×Ｓ＝１.３８×１０³ｋｇ・ｍ・ｓｅｃ／ｓｅｃ²・ｍ²×０.１２６ｍ² ＝１．７４×１０²ｋｇ・ｍ・ｓｅｃ／ｓｅｃ² であり、運動エネルギＫＥは式３）から、 ＫＥ＝Ｉ_r0 ²／２Ｍ＝（１．７４×１０²ｋｇ・ｍ／ｓｅｃ）²／（２×２８ｋ ｇ） ＝５．４０×１０²Ｊ 簡単のため、構造を薄肉円筒と考え、３）式と４）式か
ら、 ΔＥｉ＝σεπＲｈｔ ε＝σ／Ｅy σ＝（ΔＥｉＥy／πＲｈｔ）^1/2 であり、ΔＥｉ＝ＫＥであるから、Ｒは円筒の内外径の
平均を取ってＲ＝０．１０８ｍ、ｔ＝０．０１５ｍ、ｈ
＝０．２ｍより、 σ＝［５．４×１０²ｋｇ・ｍ²・ｓｅｃ×２．１×１０¹¹ｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓ ｅｃ² ／（π×０．１０８ｍ×０．０１５ｍ×０．２ｍ）］^1/2 ＝３．３４×１０⁸ｋｇ・ｍ／ｍ・ｓｅｃ² ＝３３４ＭＰａ＝３４．０ｋｇｆ／ｍｍ²

【００２８】即ち、装置胴部にかかる応力は３３４ＭＰ
ａ＝３４．０ｋｇｆ／ｍｍ² で、抗張力は６０ｋｇｆ／
ｍｍ²の鋼を使用したので、充分に耐えられることが分
る。簡単のため、装置胴部の壁面を構成する材料のみで
応力を受けるものとして計算したが、実際にはフランジ
が壁面を補強しているので、受ける応力はより低いと考
えてよい。厳密な計算を行う場合は、応力による材料の
変形に関する基礎知識を有する当業者であれば、材料力
学の教科書や参考書、有限要素法によるコンピュータプ
ログラムを利用して、容易に計算できる。

【００２９】ただし、フランジによる補強を考慮に入れ
ても、負荷が衝撃応力であること、繰り返し使用による
疲労に耐える必要があることを考えると、この程度の負
荷が与えられる場合には、抗張力が６０ｋｇｆ／ｍｍ²
以上の高張力鋼を使用することが適当であり、更に充分
な安全のためには抗張力１００ｋｇｆ／ｍｍ²を越える
超高張力鋼を使用することが好ましい。その際考慮に入
れなければならないこととして、抗張力８０ｋｇｆ／ｍ
ｍ²程度までの鋼では、溶接による接合が程度の難易こ
そあれ可能であるが、抗張力がそれ以上の場合、溶接に
よる抗張力の劣化が問題になることが多く、冶金的な接
合を避けて、機械的接合により強度を維持する必要が生
ずる。しかし、これも機械類の設計に習熟した当業者で
あれば、本発明明細書を参考にして容易に設計できる程
度のことである。

【００３０】次に、装置の天井部と底部への負荷とそれ
によって装置に負荷される応力について計算する。胴部
への応力を求めた場合と同様に、まず、等価薬量Ｚにつ
いて計算する。爆薬中心から装置壁面までの距離Ｒは
０．１２ｍであるので、 Ｚ＝Ｒ／Ｗ^1/3＝０.１２ｍ／（０．０５７ｋｇ）^1/3＝
０.３１１８ｍ／ｋｇ^1/3 であり、フィート−ポンドに換算すると、Ｚ＝０.７８
６２ｆｔ／ｌｂ^1/3となり、米国政府刊行物の表から、
相当するＩ_r／Ｗ^1/3は０.３ｐｓｉ・ｓｅｃ／ｌｂ^1/3で
あることが分る。これをｍ−ｋｇ単位に換算すると、
２．６９×１０³ｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓｅｃ²／ｋｇ^1/3であ
る。反射インパルスＩ_rを得るために、Ｗ^1/3を掛け、 Ｉ_r＝２.６９×１０³ｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓｅｃ²／ｋｇ^1/3×（０.０５７ｋｇ）^1/3 ＝１．０４×１０³ｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓｅｃ

【００３１】装置の天井部と底部は、共に厚さが１５ｍ
ｍ、内半径が１００ｍｍであるので、装置の天井及び底
面の面積Ｓ’は各々、０．０３１ｍ²、重量は約３．７
ｋｇである。従って装置の天井及び底面の受ける衝撃Ｉ
_r1は、 Ｉ_r1＝Ｉ_r×Ｓ’＝１．０４×１０³ｋｇ・ｍ・／ｓｅｃ・ｍ²×０．０３１ｍ² ＝３２ｋｇ・ｍ・ｓｅｃ／ｓｅｃ² であり、運動エネルギＫＥは式３）から、 ＫＥ＝Ｉ_r1 ²／２Ｍ＝（３２ｋｇ・ｍ／ｓｅｃ）²／（２×３．７ｋｇ） ＝１．４０×１０²Ｊ

【００３２】この応力或いは運動エネルギは、装置上半
分の胴部の天井との繋ぎ目からフランジまでの部分、ボ
ルトの引張り応力を受ける部分及び装置下半分の胴部の
底との繋ぎ目からフランジまでの部分に応力として負荷
され、負荷による変形エネルギとして一時的に蓄えられ
ることになる。また、上記の運動エネルギは天井又は底
の一方に与えられるものなので、装置全体の引張り応力
による変形量は上の２倍となる。胴部の断面積Ａは０．
０１ｍ２、長さＬは装置上部と下部を合わせて０．１６
ｍ、ボルトの断面積の合計Ａ’は０．００３ｍ²、有効
長さＬ’は０．０７５ｍであり、装置の胴部に受ける応
力とボルトに受ける応力は等しいから、各部分が同種の
材料からなるとすると、１１）式が成り立つ。 Ｅ_yε_n-1Ａ_n-1＝Ｅ_yε_nＡ_n ・・・・・・・・・・・・・・・・・ １１） また、胴部の断面積をＡ₀、ボルトの断面積をＡ₁とする
と、上記のデータから Ａ₀／Ａ₁＝１０１．３２ｃｍ²／２８．１４ｃｍ²＝３．
６ １１）から、 ε₁＝３．６ε₀ ΔＥｉ＝Ｅ_yΣε_n ²Ａ_nＬ_n＝Ｅ_y［ε₀ ²Ａ₀Ｌ₀＋ε₁ ²Ａ₁Ｌ₁］ ＝ε₀ ²Ｅ_y［Ａ₀Ｌ₀＋１２．９６Ａ₁Ｌ₁］

【００３３】胴部の引張応力がかかる部分の長さＬ₀は
１２５ｍｍ、ボルトの引張応力がかかる部分の長さＬ₁
は７５ｍｍであるから、 ΔＥｉ＝１．４０×１０²ｋｇ・ｍ²／ｓｅｃ²＝ε₀ ²×２．１×１０¹¹ｋｇ・ ｍ／ｍ²・ｓｅｃ²［０．０１ｍ²×０．１２５ｍ＋１３×０．００３ｍ²×０．０ ７５ｍ］ ＝８．７７×１０⁸ε₀ ²ｋｇ・ｍ²／ｓｅｃ² ε₀＝［１.４０×１０²／８.７７×１０⁸］^1/2＝４×１０^-4 ε₁＝３.６ε₀＝１.４４×１０^-3 となり、これから胴部にかかる引張応力σ₀とボルトに
かかる引張応力σ₁を求めると、 σ₀＝Ｅ_yε₀＝２．１×１０¹¹ｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓｅｃ²×４×１０^-4 ＝８.４×１０⁷ｋｇ・ｍ／ｍ²・ｓｅｃ²＝８４ＭＰａ＝８.６ｋｇｆ／ｍｍ² σ₁＝３．６σ₀＝２５２ＭＰａ＝２５．７ｋｇｆ／ｍｍ² であり、共に抗張力が６０ｋｇｆ／ｍｍ²の高張力鋼の
抗張力より充分に低く、耐えられる応力である。

【００３４】＜比較例＞ 同じ電線の接合実験を装置を
使用しないで実施した。爆薬を爆発させると、２０ｍ離
れた地点での音響は１３０ホンを越え、爆薬と接合する
電線の組み合わせ体を置いた、高さ約３０ｃｍ、直径約
２ｍの砂を積み上げた台から、砂が飛散し、接合された
電線は地上から２ｍの高さを飛んで約１５ｍ離れた地点
に落下した。この状況と比較して、装置の音響を低減さ
ると共に、爆発によって発生する高圧ガスの圧力を低下
させつつ装置内部の圧力を低減させる能力と、周囲の物
体や電線の飛散を防ぐ能力は充分にあると判断された。

【００３５】

【発明の効果】本発明による電線の爆発接合装置は、爆
薬の爆発音を周囲に騒音公害の影響を及ぼすことがない
程度まで低減でき、爆発接合した電線や、爆薬の周囲の
物体が飛散せず、小型、軽量のため作業が容易な装置で
あるから、例えば鉄塔上や地下配設路での電線接合作業
にも使用できる等、電線接合の作業効率、安全性及び経
済性を向上させて、電線の爆発結合作業の利用可能範囲
を拡大する効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置の概略断面図である。

【図２】本発明に係る装置の概略側面図である。

【符号の説明】

１ 爆薬 ２ 電線を接合するための金属管 ３、３’ 電線 ４、４’ 装置の上部 ５、５’ 装置の下部 ６、６’ 電線の通路 ７、７’ 通路に設けられた複数の隔壁 ８、 膨張室 ９、 電気雷管 １０、１０’起爆のための導電用回路 １１ 絶縁材 １２、１２’結合フランジ １３、１３’結合ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 正任 愛知県半田市岩滑西町２丁目31番地31 株 式会社スターシップ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部で爆薬の爆発を行なう密閉若しくは
   準密閉の容器を備えた爆発接合装置であり、 ａ．容器は分割でき、 ｂ．容器は電線を通すことが出来るの通路を備え、 ｃ．通路は、装置を分割した際に、電線を装置から取り
   外せる構造であり、 ｄ．電線を通す通路以外の部分は、爆薬の爆発によって
   生じる爆発ガスの漏洩と爆発音響の伝播に対して密閉状
   態にあり、 ｅ．電線を通す通路は、装置内部に爆薬と電線の接合部
   が収納する際に、爆発ガスと爆発音響が電線と通路の間
   の隙間を通過して装置外部に漏洩するが、その際２段以
   上のガス及び音響の膨張過程を経ることが出来るように
   設定される、ことを特徴とする電線の爆発接合装置。
2. 【請求項２】 爆発に伴う容器の構造強度部分の受ける
   最大応力が、構成する材料の抗張力の１／２以下である
   ように強度を設定されることを特徴とする請求項１記載
   の爆発接合装置。