(57)【要約】【課題】安価な費用でコイルを製作することができ、また、コイルの巻き数を大きくすると共に、電流の増幅過程での表皮効果による影響を少なくすることによって、電流増幅率を上げること。【解決手段】本磁気濃縮型爆薬発電機１Ａは、起動信号の付与により爆薬８を起爆させる雷管７を内蔵する金属筒６と、この金属筒６の外周に配置されたコイル２Ａとを有し、このコイル２Ａに先の起動信号として電流を流して増幅を行う。そのコイル２Ａを、断面形状が長方形状でこの長辺／短辺との寸法比が３以上の角型導体３Ａに絶縁皮膜を施した平角電線を用い、このコイル２Ａの断面の長辺が磁気濃縮型爆薬発電機１Ａの長手方向に一致するコイル軸に対して垂直となるようにコイル２Ａを金属筒６の外周に所定間隔介して巻き、当該コイル導体３Ａが金属筒６と対向する面を除き、コイル２Ａ間に絶縁性樹脂をモールドして構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
起動信号の付与により爆薬を起爆させる雷管を内蔵する金属筒と、この金属筒の外周に配置されたコイルとを有し、このコイルに電流を流して増幅を行う磁気濃縮型爆薬発電機において、
前記コイルは、断面形状が長方形状でこの長辺／短辺との寸法比が３以上の角型導体に絶縁皮膜を施した平角電線をコイル導体として用い、このコイル導体を、前記長辺が磁気濃縮型爆薬発電機本体の長手方向に一致するコイル軸に対して垂直となるように前記金属筒の外周に所定間隔介して巻き付け、このコイル導体が前記金属筒と対向する面を除き、当該コイル導体間を絶縁性材料で絶縁して形成されている
ことを特徴とする磁気濃縮型爆薬発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電中のコイルを爆薬により順次短絡することにより電流増幅を行い大電流パルスを発生する磁気濃縮型爆薬発電機に関し、特にパルス電流をパルス電圧に変換する装置やパルス電圧を電磁波に変換する装置と組み合わせることにより高出力の電磁波を発生させ、各種の分野での応用が可能な可搬型の電磁波発生装置等に用いられる磁気濃縮型爆薬発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気濃縮型爆薬発電機の動作原理を、図５〜図７を参照して説明する。図５において、１は磁気濃縮型爆薬発電機、２はコイル、６は金属筒、７は雷管、８は爆薬、１０は配線である。図示せぬ入力側装置から入力側の配線１０を介して流れて来た電流は、コイル２を流れて出力側の配線１０を介して図示せぬ出力側装置へ流れ、また、出力側装置から出力側の配線１０へ戻ってきた電流は、金属筒６から入力側の配線１０へと流れる。
【０００３】
ここで、コイル２に流れる電流をＩとし、コイル２のインダクタンスをＬとすると、コイル２にはＬ×Ｉの磁束が生じる。コイル２に流れる電流がピークに達したとき、雷管７を起爆させると同時に爆薬８も起爆し爆ごうを開始する。
これによって、図６に示すように、金属筒６が拡張し、コイル２を順次短絡して行くため、コイル２のインダクタンスＬは次第に小さくなって行く。一方、磁束保存則により、コイル２の磁束Ｌ×Ｉは一定に保持されるため、コイル２に流れる電流は時間とともに増幅される。
【０００４】
電流が時間とともに増幅される様子を図７に示す。上述したように電流Ｉが増幅される割合はコイル２のインダクタンスＬに概ね比例する。また、コイル２のインダクタンスＬはコイル２の巻き数に概ね比例する。従って、出力電流／入力電流で表される電流増幅率を大きくするにはコイル２の巻き数を大きくすればよいことがわかる。
また、磁気濃縮型爆薬発電機１のコイル２は、円筒状の金属を切削加工して製作し、その後、絶縁被膜を施す方法か、絶縁皮膜を有す円形導体の絶縁電線を巻く方法で製作されている。
【０００５】
上述の円筒状の金属を切削加工してコイルを製作した従来の磁気濃縮型爆薬発電機の断面構成図を図８に示す。但し、図８（ａ）は長手軸方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＺ１−Ｚ２断面図である。
図８において、１Ｂは磁気濃縮型爆薬発電機、２Ｂは金属筒を切削加工後に絶縁皮膜を付与して製作したコイル、３Ｂはコイル２Ｂの導体、４Ｂはコイル２Ｂの絶縁被覆、５は絶縁体、６は金属筒、７は雷管、８は爆薬、９はフランジである。
通常、筒の厚みの厚い金属筒は入手できないので、筒の厚みの薄いものを切削加工してコイル２Ｂを形成する。コイル２Ｂには大電流を流すため、導体３Ｂの断面が平角状で所定の電流耐力を有するように形成し、コイル２Ｂの配置を当該コイル断面の長辺が磁気濃縮型爆薬発電機１Ｂの長手方向と一致するコイル軸に対し、平行となるようにしてある。
【０００６】
次に、図９に、上述の絶縁皮膜を有す円形導体の絶縁電線を巻きコイルを製作した従来の磁気濃縮型爆薬発電機の断面構成図を示す。但し、図９（ａ）は長手軸方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ１−Ｙ２断面図である。
図９において、１Ｃは磁気濃縮型爆薬発電機、２Ｃは円形の導体に絶縁皮膜が付与された絶縁電線を使用して製作したコイル、３Ｃはコイル２Ｃの導体、４Ｃはコイル２Ｃの絶縁被覆、５は絶縁体、６は金属筒、７は雷管、８は爆薬、９はフランジである。コイル２Ｃには大電流を流すため、導体３Ｃの断面積は図８の平角状のコイル２Ｂの導体３Ｂと同じにする必要がある。
【０００７】
この種の従来の装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特開２００３−２９８３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の磁気濃縮型爆薬発電機には、次のような問題がある。磁気濃縮型爆薬発電機のコイルは円筒状の金属材料を切削加工して導体を製作し、その後、導体に絶縁皮膜処理を行い、更にコイル間に絶縁樹脂をモールドするため、製作費用が高価となる。仮に、肉厚の厚い金属筒が入手できたとしても、切削加工および絶縁処理に大きな時間と費用がかかるので、製作費用が高価となる。
【０００９】
更に、コイルに大電流を流すためコイル断面積が大きくなり、特にコイルの軸方向の寸法が大きくなるので、コイルの巻き数を多くできず、このため、出力電流／入力電流で表される電流増幅率を大きくすることができない。
また、絶縁被膜を有する円形導体の電線を用いてコイルを製作する場合は、安価に製作することができるが、上記で説明したようにコイルの断面積を大きくする必要があるので、コイルの軸方向の大きさが大きくなり、このため、コイルの巻き数を大きくできず、出力電流／入力電流で表される電流の増幅率を大きくすることができない。
【００１０】
更には、従来のコイルの構成では、電流が増幅される過程で、電流の立ち上がりが大きくなるにつれて電流の周波数が大きくなるので、電流が高周波電流となり、表皮効果の作用によって電流が導体の表面のみを流れることになって導体の抵抗値が高くなり、このため電流の増幅が阻害されることになる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、安価な費用でコイルを製作することができ、また、コイルの巻き数を大きくすると共に、電流の増幅過程での表皮効果による影響を少なくすることによって、電流増幅率を上げることができる磁気濃縮型爆薬発電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による磁気濃縮型爆薬発電機は、起動信号の付与により爆薬を起爆させる雷管を内蔵する金属筒と、この金属筒の外周に配置されたコイルとを有し、このコイルに電流を流して増幅を行う磁気濃縮型爆薬発電機において、前記コイルは、断面形状が長方形状でこの長辺／短辺との寸法比が３以上の角型導体に絶縁皮膜を施した平角電線をコイル導体として用い、このコイル導体を、前記長辺が磁気濃縮型爆薬発電機本体の長手方向に一致するコイル軸に対して垂直となるように前記金属筒の外周に所定間隔介して巻き付け、このコイル導体が前記金属筒と対向する面を除き、当該コイル導体間を絶縁性材料で絶縁して形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、コイルの断面の短辺がコイル軸方向に配列されるので、その分、コイルの巻き数が多くなり、出力電流／入力電流で表される電流増幅率を大きくすることができる。また、コイルの断面の当該コイル軸に対する垂直方向の辺を長く（長辺）することができるので、コイル導体の周長を長くとることができ、これによって高周波電流に対するコイル抵抗値を小さくすることができ、電流の増幅過程における表皮効果の影響を軽減することができる。更に、コイルに予め絶縁被膜が施された平角電線を使用するので、安価にコイルを製作することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明の磁気濃縮型爆薬発電機によれば、安価な費用でコイルを製作することができ、また、コイルの巻き数を大きくすると共に、電流の増幅過程での表皮効果による影響を少なくすることによって、電流増幅率を上げることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気濃縮型爆薬発電機の断面構成を示し、（ａ）は長手軸方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ２断面図である。
図１において、１Ａは磁気濃縮型爆薬発電機、２Ａはコイル、３Ａはコイルの導体、４Ａはコイルの絶縁被覆、５は絶縁体、６は金属筒、７は雷管、８は爆薬、９はフランジである。
【００１５】
本実施の形態の磁気濃縮型爆薬発電機１Ａが、従来の磁気濃縮型爆薬発電機と異なる点は、コイル２Ａとして、断面形状が長方形状でこの長辺／短辺との寸法比が３以上の角型導体３Ａに絶縁皮膜を施した平角電線を用い、このコイル２Ａの断面の長辺が磁気濃縮型爆薬発電機１Ａの長手方向に一致するコイル軸に対して垂直となるようにコイル２Ａを金属筒６の外周に所定間隔介して巻き、当該コイル導体３Ａが金属筒６と対向する面を除き、コイル２Ａ間に絶縁性樹脂をモールドして構成したことにある。
【００１６】
このような構成の磁気濃縮型爆薬発電機１Ａによれば、コイル２Ａの断面の短辺がコイル軸方向に配列されるので、その分、コイル２Ａの巻き数が多くなり、出力電流／入力電流で表される電流増幅率を大きくすることができる。
また、コイル２Ａに予め絶縁被膜が施された平角電線を使用するので、安価にコイル２Ａを製作することができる。
更に、コイル２Ａの断面の当該コイル軸に対する垂直方向の辺を長く（長辺）することができるので、コイル導体３Ａの周長を長くとることができ、これによって高周波電流に対するコイル抵抗値を小さくすることができ、次に詳細に説明するように、電流の増幅過程における表皮効果の影響を軽減することができる。
【００１７】
この表皮効果の影響の軽減効果を詳細に説明する。
図２（ａ）に、図１に示した本実施の形態のコイル２Ａと、図８及び図９に示した従来のコイル２Ｂ及び２Ｃの断面を流れる初期の電流分布を示す。初期の電流は直流に近く、周波数が低いため表皮効果の影響を受けず、電流は黒塗りで表現したように、コイル断面の内面全体を流れる。
図２（ｂ）に、各コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃにおいて電流増幅過程でのコイル断面内の電流分布を示す。電流の周波数は電流の増幅とともに増大し、最大５０ｋＨｚに達する。電流が流れる深さは、表皮効果の計算式（１）より、
δ＝｛２／（ωμσ）｝0.5…（１）
で表される。
【００１８】
ここで、ωは角周波数で２πｆ（ｆは周波数）、μはコイル導体（銅）の透磁率、σはコイル導体（銅）の導電率である。
ｆ＝５０×１０3、μ＝４π×１０-7、σ＝０．５×１０8を上式（１）に代入すると、深さδ＝０．３ｍｍとなる。つまり、電流はコイル表面とコイル表面から０．３ｍｍの深く下がった位置との間を流れることになる。電流の流れる断面積はδ×コイルの周長であるから、コイルの周長が長い方がコイルの抵抗値が小さいことになる。
【００１９】
図３に、コイルの周長の一例を示す。区分の２Ａは本実施の形態によるコイル、２Ｂは従来の円筒導体を切削加工して製作したコイル、２Ｃは従来の円形導体の絶縁電線を用いたコイルである。また、上から順に各コイル２Ａ〜２Ｃにおけるコイル形状、コイル断面積、コイル断面の周長比を示す。
初期の導体の断面積を同じにする場合、コイル２Ａでは従来のコイル２Ｂ，２Ｃと比較して、周長が２０％以上長くなり、コイル抵抗も２０％以上小さくなるので、電流の増幅過程における表皮効果の影響を受けにくくなり、このため、電流の増幅が阻害される割合がより小さくなる。
【００２０】
なお、コイル断面の長辺／短辺を３以上と規定したのは、本実施の形態によるコイル２Ａの巻き数が従来のコイル２Ｂ，２Ｃの巻き数より概ね２０％程度増えるため、コイル２Ａの抵抗値も２０％程度増加することを補償しなければならない。つまり、コイル２Ａの電流の増幅過程での表皮効果による抵抗値増分を２０％以上低減するためである。
【００２１】
（実施例）
次に、本実施の形態の磁気濃縮型爆薬発電機１Ａの実施例について説明する。
図１において、コイル２Ａの導体３Ａを縦１２ｍｍ、横２ｍｍの平角電線を用い、絶縁皮膜４Ａとしてポリエステル膜０．０３ｍｍとし、内径１５ｍｍ、ピッチ４ｍｍで７５ターンのコイルを形成した。コイル２Ａのインダクタンスは１００μＨであった。
ここでコイル２Ａの形成方法について説明する。まず、テフロン（登録商標）樹脂のような滑りの良い円筒樹脂上に接して平角電線を、その樹脂の軸方向に対するコイル断面の長辺が垂直となるようにテンションを調整しながら巻く。しかる後にエポキシ樹脂等の電気絶縁性のよい樹脂を流し込み、樹脂が固まった時点でテフロン（登録商標）樹脂の円筒を除去する。
このような磁気濃縮型爆薬発電機１Ａを作動させたところ、出力電流／入力電流で表される電流増幅率として５０倍を得た。
【００２２】
次に、本実施の形態の磁気濃縮型爆薬発電機１Ａとの比較のため、図８及び図９の従来の磁気濃縮型爆薬発電機を次のように製作した。
図８に示した従来の磁気濃縮型爆薬発電機において、コイル２Ｂの導体３Ｂを縦６ｍｍ、横４ｍｍとし、内径１５ｍｍ、コイルピッチ６ｍｍで５０ターンのコイルを形成した。コイル２Ｂのインダクタンスは７０μＨであった。この磁気濃縮型爆薬発電機を作動させたところ、電流増幅率として３０倍を得た。
【００２３】
図９に示した従来の磁気濃縮型爆薬発電機において、コイル２Ｃの導体３Ｃを直径５．５ｍｍの円形導体とし、内径１５ｍｍ、コイルピッチ７．５ｍｍで４０ターンのコイルを形成した。コイル２Ｃのインダクタンスは５０μＨであった。この磁気濃縮型爆薬発電機を作動させたところ、電流増幅率として２５倍を得た。
これらの電流増幅率の時間的特性を図４に示す。この図４において各曲線に、各コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃと同一の符号を付した。
以上説明したように、本発明の磁気濃縮型爆薬発電機１Ａによれば、安価な費用でコイル２Ａを製作することができ、また、コイル２Ａの巻き数を大きくすると共に、電流の増幅過程での表皮効果による影響を少なくできるので、電流増幅率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気濃縮型爆薬発電機の断面構成を示し、（ａ）は長手軸方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ２断面図である。
【図２】電流増幅過程における表皮効果の説明図である。
【図３】本実施の形態の磁気濃縮型爆薬発電機におけるコイルの周長の計算例を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る磁気濃縮型爆薬発電機と従来の磁気濃縮型爆薬発電機との電流増幅率の特性図である。
【図５】従来の磁気濃縮型爆薬発電機の構成を示す図である。
【図６】従来の磁気濃縮型爆薬発電機の作動を示す原理図である。
【図７】従来の磁気濃縮型爆薬発電機の電流増幅率の特性図である。
【図８】従来の磁気濃縮型爆薬発電機の断面構成を示し、（ａ）は長手軸方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＺ１−Ｚ２断面図である。
【図９】従来の他の磁気濃縮型爆薬発電機の断面構成を示し、（ａ）は長手軸方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ１−Ｙ２断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  磁気濃縮型爆薬発電機
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  コイル
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  コイルの導体
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ  コイルの絶縁被膜
５  絶縁体
６  金属筒
７  雷管
８  爆薬
９  フランジ
１０  配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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