塩気留管の電流発火感度 に関す る考察

塩気留管の電流発火感度 に関す る考察

空 地 公 二*･吉 田 軌 夫*

1.

稀 有

亀気雷管の発火感度については従来よ り多 くの研究 者によって詮ぜ られてきたが,取扱 う対象が非常に細 い確横線 と.わずかの畳の点火薬であるという条件か ら各部位における温度の計測とか,発火の藤間の検出 とか,その測定技術において非常な田捲性があ り主 と して理絵計井によらざるを得なかった｡わが国におい ても木下は熱的過度現象 を静的なエネルギーの積分伍 に転換 した

のモチ

曲線 として知 られ ている)を用いて筒気雷管の発火感度や斉発性 につい て検討 したl ) ｡一方,赤碕2 ) ,加藤

らは雷棒線の抵抗 増加から温度 を逆井 し,実験的に点火の瞬間の温度を 求めた｡われわれはコンピューターを利用することに よって熱的過度現象 を解析 し.かつ適当な仮定 をたて て ミリセコン ド領域に おける点火薬 の 発火特性 を求 め.稚橋線および点火薬の称々の組合せにおいても容 易にその発火感度 をW. 起 し得る手法の開発にとり組ん だ｡

2.

屯 柵 上の温度分布について

旬棟の温庇上昇

鬼気雷管の屯棟に一定の砥流 を通屯することによっ て発生するジュール熱は砥椅温度 を上昇 させ,発生熟 点の相当瓜は点火薬の発火のために有効に消費 される ものと思われるが,確気雷管の脚線鰍 こ熱伝導によっ て移行する熱最も無視することはできない｡これは,

Sや木下 らが

曲線 と称 して電気雷管の起爆

ト ae一 一一 ‑メ

Fig.1 HeAtirL

gmodelofbridgewire

昭

和岨 申2 月2 E ) 交現

●F ]水化 邪推式灸i t火苑好火工瓜S F 死所 に必要な熱エネルギー と発火待時間 (

tiontime)

との関係を研究 した結果か らも

明 らかである｡しかし 電橋か ら脚線に移行する熟丘の

正放な伍は明らかでは ない｡これは現象が微小部分の

ことなので測定が不可 能に近いことと辞宕部分の状旗

が杷擬 し軽いことの理 由によるものと思われる｡このこ

とは理絵的に解明す る場合でも同様であるが. ここで

は熱伝導 姶 l )の教え ると

ころに従い簡単なモデルを考え,仮定 をたてて一 般式 を導びくことにし

た｡

まずモデル として第 )図に示すようなものを 考え次 の

仮定をお く｡ り 電摘発面か らの自然放熱 ( 対流輔射)

は無視す る｡

i i)脚線は温度

oの無限熟

容魚をもつ もの とする｡

i i i )熱伝導率の温

度依存性はないもの とする｡

この様にすれば次の熟伝帝方程式が成

一 意 ‑忘 ･普 立する｡

‑謡 ･ ‑ ‑

cp

2

α 0 ) / 2 L (

)

ただし各記号は次のものを変

わナものとする｡

0

:寵輪温度

Q:

蔵 恰 3部‑の流入熱免 1 :寵椿の熱伝導率

p ;寵椿の比熱

l

.価槍の密度

領

梅の断面横 a :電場の抵抗温度係数 L :両輪の

h長 さ

Rd :

I :

;包椿の初期抵抗 懸橋の粒径

(

1

通電穏統

を消去 し

l / Cp

レ= 0.24 t2R

C / SCpとおいて整理する

と次の

%

窓 + p (･･αo)

1 94‑

令.(

の

ラス変換を行なうと次のようになる｡

pe‑.雷 叫 1･a

e) ただし♪は‑ビサイ ド改葬子である｡

(5)式において境界条件 として

3‑0

:‑‑0;3‑

(5)

を考慮すれば次の解 を得ることができる｡

O‑孟 [1

･ 去(

^{. ) n ･ , ( 叫 卜 節 子 ･ . L 巾} , q )

･cIP(‑(

前 ^{了･ I ‑I) q ) ) ] (6)}

q= /( p‑ ya) /∫

( 花椿温皮を陰ずる場合には時間の極めて短いところ が問項 となるので

は非常に大きいと考えて展開を行 なった)｡

(6)のp‑西牧傾城 から表爾款の 1‑

開放供城にも どすためにはプt 7ムウィッチ積分を行なうのが通常で あるが.ラプラスの対函数安i ) から

卓

^{l i ･叫 (‑a .}

空( I

㌔/ 2) c

/7)

‑tr

/I /汀C RP(‑E r e /4t )

hF(脚 )‑(L 司 : dE )

芋at )･ I( I ) ) が得られているので これ らを用いることにより ( 6) 式の表丙故は次の形で得ることができる｡

0 = 1 /4( や( I )

L や( I )

F( I )

‑ 可: p ( I ) ^{･ F}

^{I ) dL}

ここに p( I )=叫 ( y aL )

町(I)⁼∑^uL

( I ) +

))

t)10

(7)

であ り

I, ( t , ‑(

･堕

諾 ± 雪

害 坦 ( l L

･I +∫) /I

/㌫

x司‑(2

叶霊妙)

/ 恥 ^{( I}

(面

前 ･I ‑

･ 乍

/ 訂

･司

‑(

I ‑ I ) 2 )

Yol.)I.No.2.1m

である｡

この

ウム合金鰍 こついて計井を行なうことにした｡なお故 紙は次のものを使用した｡

d=0.032‡11m

,2 Z =1

終られた結巣の例を第

回に示 した｡

一 I

∫

t L

■ 一

J } 一 ■ . I , A ■ ●

il･IJ)‑‑I)

Fig.2 Temperat

u

r

o

2.2

電流遮断

後の温度低下

ここでは一定懸絶を一定時開通屯 した後

.頚確を止 めた場合の f t l 橋井の 限度降下について

考える (もち ろん偲楠僻断枚の 温度降下 も同一に扱 う

｡

モデルは

l国 のものを考

えるとすると次の 方抱式が 成立ナ る｡ 昔 ‑

(8)

2.1

と同様の考え方で Cの慈雨散 をOとしく

式 を番 き換えるときは次の

式が得られる｡

ただし 〃 Oは 懸橋の初期温度 ( 通電を停止 したと

きの粒度)を牽わ ナものとする｡

pO‑boo‑R悪

く9)

式において境界条件 として ･‑I

0

を考慮すれば.次の解が得 られ

る｡

a‑00[L･克く^一･⁾車 P(‑(訴T

^{･Z ･･ T, q)}

･叫 ( ‑ ( 扇 可 ･L

lS) q) ) ] (1 0) q=

ラプラス

の対帝政安より

h

叫 (‑a /す) ‑q 行く a

/ 2 /丁)

が与えられているので

0

^‑

. 義( ‑ ) ) ‑( ‑ f c ( 莞 岩± ぎ )

IL･J/LiT

r ) ^{)] (日,}

白金‑イリジウム合金投について 得 られた 結果を第

図に示す｡

0 ○

1 け し 一 〇

J l * .i. ､ ト 1

I ̲ ‑

○

^{A .′}

I Q〜 l 一 一 一OP C○

･ . ･ 一･ ･

Chr り

Fig.3 TemperzLture‑timec

urveatCenterpoint olbridgewire(currentoq,temperat

ure dow

n.state) 3.

尭火感度の推定

におい

て油f t i 時の旬栖部の温度一時同曲魚が得 られたが

領気雷管の一特性である発火感度を推定する 場合に

は 使用される点火薬に関する情報が必要であ る｡加藤

は偲棉抵抗の爽洲からいろいろな太さの簡棒 線 と点火

確流の大きさとで発火時間および発火温度が どのよう

に異なるかを検肘 した｡しかし点火電流が大 きくなる

と発火温度が上昇することが納得できないと している｡

またf E横線が太 くなると発火温度が上昇す るという

データも斜た｡今回われわれは,最も普通に 得 ら

れる点火薬の発火特性 を用いることにした｡

現在一

般的な点火薬の発火特性 として,クルップ発 火点,示

差熱分析による発火点およびそれから計昇で 斜られ

る活性化 エネルギー等の伍は実軸 されている が,雷管

の発火の際必要 となるミリセコンド額城内に おける発

火点の情報は余 り見受けられない｡この点を 解決する

ために次の簡便法を採用することにした｡す なわちク

ルップ発火点執政から得 られる

秒点発火点 温度 とそ

の領域における括性化エネルギーを基 とし, 偲栖掛 こ

よる点火の時間額城にまで一次反応 として拡 張仮定す

ることによ り, ミリセコン ド領域における発 火温度 と待時間の関係を計井から求めた｡一例 とし

さてこ Pの特性を第

回に示 した｡ て

の情報を価気雷管の発火特性に結びつける場

合に考慮 しなければならな いことは,クルップ 発火点

Q

t ‑

t

l

ヽ t t

ヽ ヽ

̲｣

3 4

^&

g $ 1

〟s

''s

kJ

Fig.4 Tempemture‑ignitiontimecurve

oIDDNP (bycnJPPtest)

洗験が定温加熱を行なっているのに対 し,庵横線の 場 合はその加熱形態が時間 とともに上昇 してゆくため

. この加熱方式の速いをどう補正するかである｡点火薬 の発火は価横線からの熟移動によるものであるか ら正 式な計昇は

式 をさらに積分した式 を用いなけれ

ば 熱移動故は求められないが,ここでは温度一時閉

曲線 を‑次式で近似し定温加熱方式は電棒線加熱方式に対 し /7 倍になっているという考えで考姦ナることに した｡このように考えると第

国のようにf E l 機温度

‑ 時間曲線 と温度一点火待時間曲線 を重ね合わせるこ

と により,その屯梼点火薬の組合わせによる喝気雷管

の 発火特性 を推定することができ,寵穂溶断時

を知ることによって斉発性をも静ずることが可能 とな 間との弟

tE.

(

̲ o h

<JT

匂 t J ^{I I I I}

l I

I I

〇･1

0 L S I . 0 }. l 0 5. 0

4 . 0

‑

王 (

る｡ この図式解法の手駒 を改 めて示せば次の とお りで あ る｡

i) 目的 とす る確 帖のある適確確光における温度一 時 間曲線 を描 く｡

i i) 目的 とす る点火薬 の温庇一点火待時閉曲線 を抱 く｡

i i i ) その曲鍬 こ / 百 倍の抽正 を行な う｡

iv)

交わ る点の時r F I l 軸 の統みがその穂先館管の発火 待時間 となる｡

4.

*&

髄輪掛 こ油紙 した時 の

部 の温度 を紅接 に しか も瞬間的 に測定す るこ とは不可他に近 いこ とは約述の とお りであるが

価檎抵抗の変化 を追跡す るこ とによ っ て,その偲橋 の平均値的な ものについてはある程度 までの情報 を得 るこ とができる｡例 えば白金‑イ

ウム合金幾簡椀 に適確 した ときの抵抗変化のオ ッシF t グラムは第

図の とお Pであ るが,穏機の抵抗温度係 数 が判明すれ ばこのオ ッシt ,グラムよ り温度一時間曲

Fig.d Oscillogram ofbri

dgewireresistance

,

,X:

r

OI O. S fO )

10 5. 0 ( 0. 0

‑

l O ̀ J 5･ C )

刑g.7 AcLuaIrehlion between lem

pcraltJIe=and limeErom

oscillogram

V41 . 31 .No. 2 .l l T O 親 を描 くことができる｡文献

によれ ば淋材についての 物理的性質は第

表 のよ うに与

え られているので, こ の温度儒教 を用 いて抵抗変化分

よ り温腔 を迎辞 してゆ くと第

図のよ うな グラフが得

られ る｡

表

髄横線

'

の物

理的性' j r 赤晴 らはこの方 法 によって発火 の瞬 l 抑

こおける氾皮 を 推 定 した｡第

図および

図の理絵

式お よび爽洲 の 図 を対比 して見 る と比較的合致 す る部

分 と合致 しない 部分 があるが, これ は理給式 を噂 び く

際 に抵抗 の温皮 係款 が温度の一次式 であるとい う仮定

,熱伝導率の温 度依存性 がない とい う成定が含まれている

こ と,お よ び敵軽 として穏橋か らの白銀放熱 を無税 し

ていること な どが主 な原因 と考 え られ る｡ したがって

現在の とこ ろ正確 な実験 に とってかわ る

べ き冊報 を得 るこ とはな かなか田津 であるが, E l 安 を得 るためだけ

のものであ れ ば充分実用になるもの と考え られ る

｡ちなみに従来 の

方法で得 られ た奄涜発火感度 と本手法で糾た敷地 と を

比較すれ ば第 衷 2

表の とお りであ る｡

従来法 と本手法の比瞭 従 来 法 4. 8 m

l^I.9mS

試験 は

粒状 を点火薬 とした

C

型他見曾管

: ∴結i j

鶴橋 に適確 した と

きの温度上昇 につ いて理漁式 を導 きそれ の利用 され る

一例 をあげたが,炎際 にはその理 絵式が必ず しも正砲

に合致 しない ものもでてきた｡ こ れ らを解決す るため

には前提 ( 仮定)条件 をできるだ け少 な くしてよ り現

炎に近 い形 で方程式 を解かなけれ ばな らず,今後の研究課題 である｡

ともあれ,直径, 長 さ,材質な

どの異なる簡橋掛 こついて, また恐 々の 点火薬 について,その物性に関す るデータあるいは

測

定可能額

2)

亦鴫 i t

仙

銭L g学 会迎 合大 会

(]958) 5)

林 瓜乱 ｢ 肋辞･ T･ 淡 と過此I R 蝕J l 司拭科学杜

加雌 納 税 ;1火 払臥

4)

M えは 川' ド研介 ; r 払伝蛸 論J オ ー ム社

StudyOTLtheSemi tivityoEIgnitionoEElectricJII88tingCAP byK.SorachiandLYoshida

TheignitioncharacteristicsofelectricblastingcapshvetxerlStudiedbyJon

es,

Kinoshi

t A

t x t w

However

,

e ‑ wi

,

Inthispap

e

t

t

I i 一

Comparingtheresultsobtain

e d

8S t

(NipponKAyakuCo.,Ltd.OrioFacto

r y

‑ 38

‑ エ 兵火兆 換金 8 8