(57)【要約】【課題】ホプキンソン棒法を用いることによって圧力履歴を制御可能な火薬の衝撃感度の試験方法及び試験装置を提供する。【解決手段】火薬の衝撃感度の試験方法は、ホプキンソン棒法の基本原理を利用しており、火薬３０に印加する所望の最大圧力と所望の印加時間に基づいて、衝撃棒５０の衝突速度と長さを設定する工程と、衝撃棒５０を入力棒１０に衝突させる工程と、出力棒２０のひずみデータを取得する工程と、ひずみデータに基づいて火薬３０の圧力履歴データを取得する工程と、圧力履歴データと火薬３０の反応の有無とを関連づける工程とを備える。【選択図】図１
2015075351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力棒と出力棒の間に配置された火薬の衝撃感度の試験方法であって、
火薬に印加する所望の最大圧力と圧力を印加する所望の印加時間に基づいて、衝撃棒の衝突速度と長さを設定する工程と、
衝撃棒を前記入力棒に衝突させる工程と、
前記出力棒に伝播した透過波の推移を示すひずみデータを取得する工程と、
前記ひずみデータに基づいて、前記火薬に印加された圧力の推移を示す圧力履歴データを取得する工程と、
前記圧力履歴データと前記火薬の反応の有無とを関連づける工程と、
を備える火薬の衝撃感度の試験方法。
【請求項２】
ホプキンソン棒法により火薬の衝撃感度を評価するための試験装置であって、
所定の軸心に沿って一直線上に順次配置され、互いに離間した衝撃棒、入力棒及び出力棒と、
前記入力棒と前記出力棒の間に配置される火薬と、
前記入力棒の端部と前記出力棒の端部が挿入される円筒拘束部と、
前記出力棒に取り付けられるひずみゲージと、
前記衝撃棒を前記入力棒に衝突させるための射出装置と、
を備える試験装置。
【請求項３】
更に、前記入力棒に取り付けられるひずみゲージを備える
請求項２に記載の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火薬の衝撃感度の試験方法及び試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートなどの構造物に高速で貫入し、構造物の内部で起爆する火薬では、貫入時の衝撃で火薬が反応しないこと、すなわち、火薬の衝撃抗たん性を確保することが重要である。そのため、火薬の衝撃抗たん性を把握するために、火薬の衝撃に対する反応のしやすさ（以下、「衝撃感度」という。）を予め評価しておく必要がある。
【０００３】
従来、火薬の衝撃感度の試験方法として、落つい感度試験、落球感度試験及びカードギャップ試験などが知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】防衛庁規格  火薬類安全性試験方法  ＮＤＳ  Ｋ  ４８２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
火薬に印加される圧力の推移（以下、「圧力履歴」と称する。）が火薬の反応に影響を与えるという知見がある。そのため、火薬の衝撃感度の試験方法として、圧力履歴を制御することによって衝撃感度を定量的に評価できる試験方法が望まれている。
【０００６】
しかしながら、カードギャップ試験以外の試験では、複数の火薬の衝撃感度を相対的に評価するに留まり、衝撃感度を定量的に評価することができない。また、カードギャップ試験では、火薬が反応する最低衝撃圧力を計算できるに留まり、圧力履歴を任意に制御することができない。
【０００７】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、ホプキンソン棒法を用いることによって圧力履歴を制御可能な火薬の衝撃感度の試験方法及び試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る火薬の衝撃感度の試験方法は、ホプキンソン棒法の基本原理を利用するものである。衝撃感度の試験方法は、火薬に印加する所望の最大圧力と所望の印加時間に基づいて、衝撃棒の衝突速度と長さを設定する工程と、衝撃棒を入力棒に衝突させる工程と、出力棒に伝播した透過波の推移を示すひずみデータを取得する工程と、ひずみデータに基づいて、火薬に印加された圧力の推移を示す圧力履歴データを取得する工程と、圧力履歴データと火薬の反応の有無とを関連づける工程とを備える。
【０００９】
本発明の第１の態様に係る試験方法によれば、衝撃棒の衝突速度と長さを変更することによって、最大圧力と印加時間を自由に調整することができるため、火薬ごとに衝撃感度を定量的に評価することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る火薬の衝撃感度の試験装置は、ホプキンソン棒法により火薬の衝撃感度を評価するための試験装置である。試験装置は、衝撃棒と、入力棒と、出力棒と、火薬と、円筒拘束部と、ひずみゲージと、射出装置とを備える。衝撃棒、入力棒及び出力棒は、所定の軸心に沿って一直線上に順次配置される。衝撃棒、入力棒及び出力棒は、互いに離間している。火薬は、入力棒と出力棒の間に配置される。円筒拘束部には、入力棒の端部と出力棒の端部が挿入される。ひずみゲージは、出力棒に取り付けられる。射出装置は、衝撃棒を入力棒に衝突させる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る試験装置によれば、衝撃棒の衝突速度と長さを変更することによって、最大圧力と印加時間を自由に調整することができるため、火薬ごとに衝撃感度を定量的に評価することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係る火薬の衝撃感度の試験装置は、第３の態様に係り、入力棒に取り付けられるひずみゲージを備える。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る試験装置によれば、入力棒を伝播する入射波の推移を示すひずみデータを取得することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ホプキンソン棒法を用いることによって圧力履歴を制御可能な火薬の衝撃感度の試験方法及び試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】衝撃感度試験装置の構成を示す断面図
【図２】火薬の衝撃感度の試験方法のフロー図
【図３】入力波のひずみデータと透過波のひずみデータの一例を示す波形図
【図４】透過波のひずみデータから変換された圧力履歴データの一例を示す波形図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
（衝撃感度試験装置）
実施形態に係る衝撃感度試験装置１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、衝撃感度試験装置１００の構成を示す断面図である。
【００１８】
衝撃感度試験装置１００では、ホプキンソン棒法の基本原理が利用されている。ホプキンソン棒法とは、材料の高速変形特性（弾性係数や降伏応力のひずみ速度依存性など）を測定するための周知手法である。
【００１９】
衝撃感度試験装置１００は、入力棒１０と、出力棒２０と、火薬３０と、円筒拘束部４０と、衝撃棒５０と、射出装置６０と、処理部７０と、を備える。
【００２０】
入力棒１０は、火薬３０に衝撃を印加するための棒状部材である。入力棒１０は、棒状に形成される。入力棒１０は、中心軸ＡＸに沿って配置される。入力棒１０の第１端部１１は、円筒拘束部４０に挿入されている。入力棒１０の第２端部１２は、衝撃棒５０と対向している。入力棒１０は、金属によって構成することができる。例えば、入力棒１０としては、マルエージング鋼ＹＡＧ３００（耐力１９１２ＭＰａ）によって構成される丸棒（長さ２０００ｍｍ、直径２０ｍｍ）を用いることができる。但し、入力棒１０の材料及びサイズは任意に設定可能である。
【００２１】
入力棒１０には、入力棒側ひずみゲージ１０ａが取り付けられている。入力棒側ひずみゲージ１０ａは、衝撃棒５０が入力棒１０に衝突した際に、衝撃棒５０から入力棒１０に伝播する応力波（以下、「入射波」という。）を計測する。入力棒側ひずみゲージ１０ａは、入射波の推移を示すひずみデータを処理部７０に出力する。
【００２２】
出力棒２０は、火薬３０に印加された衝撃が伝播される棒状部材である。出力棒２０は、棒状に形成される。出力棒２０の直径は、入力棒１０の直径と同じである。出力棒２０は、中心軸ＡＸに沿って配置される。出力棒２０の第１端部２１は、円筒拘束部４０に挿入されている。出力棒２０は、金属によって構成することができる。例えば、出力棒２０としては、マルエージング鋼ＹＡＧ３００によって構成される丸棒（長さ２０００ｍｍ、直径２０ｍｍ）を用いることができる。但し、出力棒２０の材料及びサイズは任意に設定可能である。
【００２３】
出力棒２０には、出力棒側ひずみゲージ２０ａが取り付けられている。出力棒側ひずみゲージ２０ａは、衝撃棒５０が入力棒１０に衝突した際に、入力棒１０から火薬３０を透過して出力棒２０に伝播する応力波（以下、「透過波」という。）を計測する。出力棒側ひずみゲージ２０ａは、透過波の推移を示すひずみデータを処理部７０に出力する。
【００２４】
火薬３０は、入力棒１０と出力棒２０の間に配置される。火薬３０の厚みは、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることができる。火薬３０の直径は、入力棒１０及び出力棒２０それぞれの直径と同じである。火薬３０の外周は、円筒拘束部４０によって囲まれている。円筒拘束部４０の両端部には、入力棒１０の第１端部１１と出力棒２０の第１端部２１が挿入される。円筒拘束部４０は、中心軸ＡＸに直交する径方向において火薬３０が変形することを抑える。これにより、入力棒１０から衝撃が加えられた場合、火薬３０を中心軸ＡＸ方向に圧縮できるため、火薬３０に高圧を印加することができる。火薬３０が反応した場合には、円筒拘束部４０の両端から火炎や爆風が発生したり、入力棒１０及び出力棒２０が円筒拘束部４０から飛び出したりする。従って、火薬３０の反応の有無は、オペレータの目視によって容易に判断可能である。
【００２５】
衝撃棒５０は、入力棒１０に衝撃を与えるための棒状部材である。衝撃棒５０は、棒状に形成される。衝撃棒５０は、中心軸ＡＸに沿って配置される。衝撃棒５０の直径は、入力棒１０や出力棒２０の直径と同じである。衝撃棒５０は、射出装置６０に収容されている。衝撃棒５０は、入力棒１０の第２端部１２と対向する。衝撃棒５０は、金属によって構成することができる。例えば、衝撃棒５０としては、マルエージング鋼ＹＡＧ３００によって構成される丸棒（長さ２５ｍｍ〜７００ｍｍ、直径２０ｍｍ）を用いることができる。但し、衝撃棒５０の材料及びサイズは任意に設定可能である。
【００２６】
衝撃棒５０は、射出装置６０から射出されると入力棒１０に衝突する。これにより、入射波が入力棒１０を伝播し、透過波が出力棒２０を伝播する。この際、入射波と透過波それぞれの大きさは、衝撃棒５０が入力棒１０に衝突する速度に比例する。また、入射波と透過波それぞれのパルス幅は、衝撃棒５０の長さに比例する。
【００２７】
射出装置６０は、衝撃棒５０を収容する円筒部材である。射出装置６０の基底部には、所定量の射出用火薬６０ａが配置される。射出用火薬６０ａとしては、黒色火薬を用いることができる。射出用火薬６０ａの燃焼ガス圧によって衝撃棒５０は入力棒１０に向かって飛び出す。本実施形態では、射出用火薬６０ａの量と衝撃棒５０の速度とは関連づけられており、所望速度にするための火薬量は調整可能であるものとする。
【００２８】
処理部７０は、入力棒側ひずみゲージ１０ａから入力波の推移を示すひずみデータを取得する。処理部７０は、出力棒側ひずみゲージ２０ａから透過波の推移を示すひずみデータを取得する。処理部７０は、透過波の推移を示すひずみデータに基づいて、火薬３０に印加された圧力の推移（すなわち、圧力履歴）を示す圧力履歴データを取得する。処理部７０は、圧力履歴データと火薬３０の反応結果とを関連付けて記憶する。火薬３０の反応結果は、火薬３０の反応の有無を目視したオペレータが入力すればよい。
【００２９】
（火薬３０の衝撃感度の試験方法）
次に、衝撃感度試験装置１００における火薬３０の衝撃感度の試験方法について、図面を参照しながら説明する。図２は、火薬３０の衝撃感度の試験方法のフロー図である。図３は、入力波のひずみデータと透過波のひずみデータの一例を示す波形図である。図４は、透過波のひずみデータから変換された圧力履歴データの一例を示す波形図である。
【００３０】
まず、ステップＳ１０において、火薬３０に印加する所望の最大圧力と所望の印加時間に応じて、衝撃棒５０の衝突速度と長さを設定する。最大圧力は衝撃棒５０の衝突速度に比例する。圧力の印加時間は衝撃棒５０の長さに比例する。本実施形態では、衝撃棒５０の速度と長さを変更することによって、最大圧力と圧力の印加時間を所望の値に自由に調整可能である。
【００３１】
次に、ステップＳ２０において、射出用火薬６０ａを燃焼させて、衝撃棒５０を入力棒１０に衝突させる。この際、オペレータは、火炎や爆風が発生したか否か、或いは入力棒１０及び出力棒２０が飛び出したか否かを目視することによって、火薬３０の反応の有無を確認し、確認結果を処理部７０に入力する。
【００３２】
次に、ステップＳ３０において、図３に示すように、入力棒１０を伝播する入射波のひずみデータと、火薬３０を透過して出力棒２０を伝播する透過波のひずみデータを取得する。
【００３３】
次に、ステップＳ４０において、図４に示すように、透過波のひずみデータに基づいて、火薬３０に印加された圧力の推移を示す圧力履歴データを取得する。圧力履歴データは、次の式（１）に基づいて求められる。式（１）において、Ｅ０は出力棒２０の縦弾性係数であり、εＴは透過波のひずみである。
【００３４】
Ｐ＝Ｅ０×εＴ      ・・・（１）
次に、ステップＳ５０において、圧力履歴データと火薬３０の反応の有無とを関連づける。関連づけされたデータは、処理部７０の内部メモリ、或いは外部メモリに保存することができる。
【００３５】
火薬３０について以上の工程を繰り返し行うことによって、火薬３０の衝撃感度を定量的に評価することができる。
【００３６】
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３７】
（Ａ）上記実施形態では、火薬３０の反応の有無を目視したオペレータが反応結果を処理部７０に入力することとしたが、火薬３０の反応の有無の入力は自動的に行うこともできる。具体的には、火薬３０の反応があった場合、反応ガスが円筒拘束部４０内部に残留するため、圧力履歴データにおいて圧力Ｐが降下しにくいという現象が起こる。そのため、処理部７０は、圧力Ｐがスムーズに０まで降下しない場合には、火薬３０の反応有りという結果を入力することができる。
【００３８】
（Ｂ）上記実施形態では、入力波、透過波及び圧力履歴それぞれの波形が台形波である場合を例示したが、三角形波や矩形波などであってもよい。これらの波形は、衝撃棒５０の衝突速度と長さを変更することによって任意に調整可能である。
【００３９】
（Ｃ）上記実施形態では、衝撃感度試験装置１００は、入力棒側ひずみゲージ１０ａを備えることとしたが、入射波を検出する必要がなければ入力棒側ひずみゲージ１０ａを備えていなくてもよい。
【００４０】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１０      入力棒
１０ａ    入力棒側ひずみゲージ
２０      出力棒
２０ａ    出力棒側ひずみゲージ
３０      火薬
４０      円筒拘束部
５０      衝撃棒
６０      射出装置
７０      処理部
１００      衝撃感度試験装置
【図２】
2015075351.tif 000003
【図４】
2015075351.tif 000004
【図１】
2015075351.tif 000005
【図３】
2015075351.tif 000006