(57)【要約】【課題】導爆線不要の起爆方法である、少ないマイクロ波出力により起爆可能なマイクロ波起爆用アンテナ、及びそれを用いた火薬カプセルを提供する。【解決手段】炭素繊維によって糸状に形成されたアンテナにマイクロ波を照射して前記アンテナ自身を高温にする事により起爆させる。火薬又は爆薬を充填したカプセル内に前記アンテナを前記火薬又は爆薬に接触するようにして配設することによりマイクロ波照射によって起爆可能な火薬カプセル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維によって糸状に形成されたアンテナにマイクロ波を照射して前記アンテナ自身を高温にする事により起爆させることを特徴とするマイクロ波起爆用炭素繊維製アンテナ。
【請求項２】
前記アンテナの炭素繊維フィラメント数は、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚ、炭素繊維の質量密度が１．８ｇ／ｃｍ３、目付け量（繊度ｔｅｘ）が８００ｇ／１０００ｍの場合、１５００乃至９４本とすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波起爆用炭素繊維製アンテナ。
【請求項３】
前記アンテナの長さは、前記マイクロ波の波長の略１／２の長さであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波起爆用炭素繊維製アンテナ。
【請求項４】
前記アンテナの長さ方向をマイクロ波の電界密度の大きな方向（偏波面）と一致させることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波起爆用炭素繊維製アンテナ。
【請求項５】
前記アンテナを、炭素繊維の接触点に電界エネルギーを集中させるために、炭素繊維よりなる複数の短糸状にし、それぞれを直列させ先端を接触させた構造とすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波起爆用炭素繊維製アンテナ。
【請求項６】
火薬又は爆薬を充填したカプセル内に炭素繊維によって糸状に形成されたアンテナを前記火薬又は爆薬に接触するようにして配設することによりマイクロ波照射によって起爆可能なことを特徴とする火薬カプセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波照射により被照射体を発熱させ、この被照射体を火薬や爆薬もしくは火薬や爆薬に点火するための雷管や導火線と接触させることにより起爆させるマイクロ波起爆用炭素繊維製アンテナ及びそれを用いた火薬カプセルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の土木工事、事業において発破による工法は広く用いられており、爆薬の起爆方法としては従来、可燃性の導火線に直接マッチなどを用いて点火する方法、あるいは雷管を用いて導爆線を敷設し通電により雷管に点火する方法がある。導火線に直接マッチなどで点火する方法は限られており、産業用火薬の起爆は雷管による方法が一般的である。
【０００３】
安全性、災害防止の観点から遠隔操作により雷管を点火しようとする方法が考案され、マイクロ波を用いて雷管に点火する方法は導爆線が不要である画期的な方法と考えられ、特殊な雷管を用いて試みられている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながらこの従来技術の場合、点火するのには大きなマイクロ波出力を要するという問題点があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２８０４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は上記従来のマイクロ波起爆用アンテナにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、導爆線不要の起爆方法である、少ないマイクロ波出力により起爆可能なマイクロ波起爆用アンテナ、及びそれを用いた火薬カプセルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明によるマイクロ波起爆用炭素繊維製アンテナは、炭素繊維によって糸状に形成されたアンテナにマイクロ波を照射して前記アンテナ自身を高温にする事により起爆させることを特徴とする。
【０００８】
前記アンテナの炭素繊維フィラメント数は、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚ、炭素繊維の質量密度が１．８ｇ／ｃｍ３、目付け量（繊度ｔｅｘ）が８００ｇ／１０００ｍの場合、１５００乃至９４本とすることを特徴とする。
前記アンテナの長さは、前記マイクロ波の波長の略１／２の長さであることを特徴とする。
前記アンテナの長さ方向をマイクロ波の電界密度の大きな方向（偏波面）と一致させることを特徴とする。
前記アンテナを、炭素繊維の接触点に電界エネルギーを集中させるために、炭素繊維よりなる複数の短糸状にし、それぞれを直列させ先端を接触させた構造とすることを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による火薬カプセルは、火薬又は爆薬を充填したカプセル内に炭素繊維によって糸状に形成されたアンテナを前記火薬又は爆薬に接触するようにして配設することによりマイクロ波照射によって起爆可能なことを特徴とする。
【００１０】
従来は、通常の金属材料では鋭敏なアンテナを構成することは不可能であったが、本発明は導電性を有しかつフィラメントが極端に細い炭素繊維でアンテナを構成することを最も主要な特徴とし、これにより少ないマイクロ波出力により起爆可能なマイクロ波起爆用アンテナを得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
炭素繊維で構成されたアンテナを用いる事により小出力のマイクロ波照射により雷管もしくは火薬や爆薬を起爆可能になるという効果がある。
発破工法での遠隔操作を可能にし、災害防止、安全性が向上するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明に係るマイクロ波起爆用炭素繊維製アンテナを実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１３】
炭素繊維製のアンテナをどのように構築すれば小出力のマイクロ波照射によって火薬や爆薬に点火可能となるか実験的に研究を行った。
【００１４】
マイクロ電子株式会社製の周波数２．４５ＧＨｚ、最大出力１．５ｋＷの出力可変のマイクロ波発振器を用いて試験体に照射した。導波管はＷＲＪ−２導波管でこれに湘菱電子株式会社製のマイクロ波電界強度が検証されている開口部が縦２４８．５ｍｍ横３１９．７ｍｍで長さが２００ｍｍのホーンアンテナを用いて照射した。また、試験体とホーンアンテナとの距離は５００ｍｍにて行った。
【００１５】
実験は簡易電磁遮蔽したチャンバー内で実施し、温度計測は日本電気三栄社製のサーモトレーサーＴＨ５１０４Ｒを用いて行った。アンテナの起爆能力は炭素繊維製アンテナで黒色火薬に点火することにより検証した。試験体は、硬質塩ビ板状に炭素繊維アンテナを配置したもの、及び、さらに固定した爆薬の黒色火薬導火線の先端をアンテナに接触固定させたもので行った。
【００１６】
マイクロ波中に置かれた導体には電流が流れることが判っているので当初種々の材質・太さの金属線に対してマイクロ波照射実験を行ったが、良好な加熱特性を得られなかった。
マイクロ波電界に置かれた物体は誘導電流のジュ−ル熱によって加熱されるが、マイクロ波によって発生する電流密度と抵抗、さらに熱容量が関係すると推定されたので、通常の導体ではなく極細導体を利用することとして、東レ株式会社製の高性能炭素繊維であるトレカ（登録商標）糸Ｔ７００Ｓを用いた。
【００１７】
このトレカ（登録商標）糸Ｔ７００Ｓの基本的仕様は、以下のようである。
フィラメント数・・・・・・１２０００
（目付け量）繊度ｔｅｘ・・８００ｇ／１０００ｍ
質量密度・・・・・・・・・１．８ｇ／ｃｍ３
（東レ、トレカホームページより抜粋）
【００１８】
この糸を太さ方向に２分割を繰り返し、炭素繊維フィラメント数１２０００本（１／１）から９４本（１２８分割）までの試験体を作成して照射実験を行い、１５００本（８分割）乃至９４本（１２８分割）の試験体の温度上昇が大きいことが判った。
【００１９】
東レ株式会社製のトレカ（登録商標）糸Ｔ７００Ｓを用いて炭素繊維フィラメント数約５００本の長さの異なる試験体を作成して照射実験を行い、繊維長さ５ｃｍ前後の試験体の温度上昇が大きいことが判った。これは２．４５ＧＨｚの波長１２．１ｃｍの約１／２であり、繊維両端を節とし中央部を腹とする振動に近いと考えられる。
【００２０】
東レ株式会社製のトレカ（登録商標）糸Ｔ７００Ｓを用いて炭素繊維フィラメント数約５００本の長さの異なる試験体で黒色火薬点火実験を行った。
黒色火薬はマイクロ波照射により加熱された炭素繊維により点火され、点火する時の電界強度の計測から炭素繊維の有効長さは電界密度の大きな方向（偏波面）と一致させ、さらにマイクロ波照射方向と垂直となるようにすることで出力が最小で済むことが判った。
【００２１】
次に、東レ株式会社製のトレカ（登録商標）糸Ｔ７００Ｓを用いて炭素繊維フィラメント数約５００本の長さの異なる試験体を中央で切断し、切断点において切り口を接触させた試験体においては接触点の温度上昇が著しいことが判った。また、急激な温度上昇の後、温度が低下し回復しない接触点が観測されたことから、発熱は接触点のスパーク現象によるものであると推定された。
【００２２】
東レ株式会社製のトレカ（登録商標）糸Ｔ７００Ｓを用いて炭素繊維フィラメント数約５００本の長さの異なる試験体を複数箇所切断し、切断点において切り口を接触させた試験体においては複数の接触点の温度上昇が著しいことが判った。なお、接触状態ではなく隙間が開いた状態では加熱されないことが顕微鏡観察によって確認された。
【００２３】
東レ株式会社製のトレカ（登録商標）糸Ｔ７００Ｓを用いて炭素繊維フィラメント数約５００本の長さの異なる試験体を複数箇所切断し、切断点において切り口を接触させた試験体において接触点に黒色火薬導火線を接触させて点火実験を行い、切断のない試験体と比較し小さいマイクロ波出力により点火可能であることを示した。
【００２４】
この時のマイクロ波電界強度は０．０７Ｗ／ｃｍ２であり、この値は上述した従来技術において特殊な雷管を用いて試みられたときの推定電界強度０．７Ｗ／ｃｍ２の１／１０であり、通常の黒色火薬を用いて点火していることを考慮すれば本願で開発した炭素繊維アンテナの特性が卓越していることが明らかである。
【００２５】
導火線や導爆線の敷設が不要となった場合の発破作業における最大の利点は火薬や爆薬を分散して多数の小爆発により対象物を爆破できることにある。
以下の実施例では、火薬もしくは爆薬を充填したカプセルに炭素繊維製アンテナを火薬もしくは爆薬に接触するようにして配設することにより、マイクロ波照射により起爆可能な爆薬あるいは雷管を実現した。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明による実施例での火薬もしくは爆薬を充填したカプセルに炭素繊維製アンテナを火薬もしくは爆薬に接触するようにして配設した火薬カプセルの断面図である。
図面符号１は火薬または爆薬、２は炭素繊維製のアンテナ、３はカプセルである。なお、カプセルは耐水性を有し、かつマイクロ波を透過性の良いポリエチレンなどが好適である。
【００２７】
炭素繊維製アンテナを用いた起爆装置を装着し、少量の火薬を充填した火薬カプセルを多数製作し、これらをコンクリート構造物にコンクリート中に多数配置する。当該構造物を爆破する際にはマイクロ波照射により照射範囲の火薬カプセルを爆破して逐次解体することができる。
１火薬カプセル当り爆破されるコンクリート体積を０．００１ｍ３程度とすると約１ｇ程度の黒色火薬の量が必要とされることが判った。このような少量の火薬による爆破においてはコンクリートの飛散は簡易シ−トで防護することが可能で爆発音も小さく都市土木現場においても利用可能であることが判った。
【００２８】
火薬カプセルはコンクリート打設時に流動することを防ぐために予め構造物の型枠内の鉄筋に取り付けるのが良い。火薬カプセル間隔と火薬カプセルの方向を設定することによって、マイクロ波照射により逐次爆破するのが容易となる。
【００２９】
多数の火薬カプセルを鉄筋に取り付けるのは手数がかかるので、火薬カプセルを糸で連結した紐状としておいて鉄筋に取り付けるのが良い。あるいは、製造工場において火薬カプセルが一定間隔に配置された棒状に加工しておいて鉄筋に取り付けるのが好都合である。
【００３０】
火薬カプセルの構造は最適長さの炭素繊維で太さが数百フィラメントの糸片を直接火薬中に封入した図１のような単純な形態から、一般的な雷管の白金線部分を炭素繊維製アンテナに置き換えた構造、上述した従来技術等に用いられた特殊な雷管のアンテナを炭素繊維製のアンテナとしたものなど適宜選択することができる。
【００３１】
尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
開発した炭素繊維アンテナを利用することにより、マイクロ波照射により導火線なしで起爆することが可能である。実用に供することが可能であることを実証するために、東レ株式会社製のトレカ（登録商標）糸Ｔ７００Ｓを用いて炭素繊維フィラメント数約５００本のアンテナを起爆装置として用いた少量の爆薬をコンクリ−ト中に埋め込み、外部からマイクロ波照射してコンクリ−トを爆破可能であることを確認した。
これにより発破工法での遠隔操作を可能にし、災害防止、安全性が向上した作業が行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本願の実施例によるマイクロ波起爆用炭素繊維製アンテナを備えた火薬カプセルの説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１        火薬または爆薬
２        炭素繊維製アンテナ
３        カプセル
【図１】
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