(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムドラム（９）の外周部に無端蔓巻状のカム溝（９ａ）を有し、フレーム（２）に摺動自在に配置した遊底（５）の突起部（５ａ）を該カム溝（９ａ）に係合させ、回転駆動源（７）によつてカムドラム（９）を回転させることにより、弾薬（４）を保持した遊底（５）が前進行程を採り、遊底（５）が最も前進したときに弾薬（４）を砲身（１）内に装填して前方停止位置を採り、装填後に弾丸を発射し、発射後に遊底（５）を後退させる機関砲のカムドラム構造において、所定の質量を有するウエイト部材（１１）を、カムドラム（９）の内部に放射方向に位置させて複数個配置し、ウエイト部材（１１）の半径方向の移動をカムドラム（９）の案内部（９ｃ）によつてそれぞれ案内させると共に、ウエイト部材（１１）を内径方向に向けて弾性的に付勢する弾性体（１０）を配置し、弾性体（１０）の弾発力を、少なくとも機関砲の最大発射速度となるカムドラム（９）の回転速度に達する前に、遠心力を受けるウエイト部材（１１）によつて弾性変形させられる大きさに設定することを特徴とする機関砲のカムドラム構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関砲のカムドラム構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来の機関砲において、砲身に弾薬を装填する遊底をカムドラムによつて駆動するものが知られている。この種のカムドラムによつて遊底を駆動する場合、駆動開始後、カムドラムの回転速度が実質的に設定回転速度に達して遊底の駆動が安定化するまでに要する時間、つまり立ち上がり時間は、可及的に短いことが望まれている。これは、機関砲による弾丸の発射動作の開始後、短時間で設定したカムドラムの回転速度ひいては発射速度に達することが、命中精度の向上に役立つと考えられていることによる。
【０００３】
機関砲における立ち上がり時間は、カムドラム等の駆動される側の慣性モーメントと駆動するモータのトルクとで決まる。すなわち、駆動される側の慣性モーメントはできるだけ小さく、モータのトルクは大きいことが、立ち上がり時間の減少に有効である。しかしながら、小型・軽量化の観点からは、モータの容量はできるだけ小さいことが望ましい。一方、駆動側の慣性モーメントは、主としてカムドラムの形状及び質量によつて決まるため、従来、この慣性モーメントは駆動中に変動せず一定であつた。
【０００４】
また、駆動中のカムドラムに作用する負荷は、変動する。この負荷の変動に伴つてカムドラムの回転速度が変動する。特に、遊底が砲身の基端部を閉鎖している期間は、カムドラムの回転速度の大小に依存している。例えば、遊底が砲身を閉鎖している期間が短すぎると、腔圧の高い状態のままで砲身の閉鎖が解除されて危険である。この遊底による閉鎖期間の短縮は、発射速度が高い場合に生じ易い。すなわち、遊底が閉鎖している間はカムドラムで遊底を駆動する必要がないので、カムドラムの駆動トルクが遊底を駆動しない分だけ小さくなり、これに対応してカムドラムの回転速度が大きくなつてしまう。
【０００５】
この回転速度の変動を小さくするために、カムドラムの慣性モーメントを大きくすることが望まれるが、前記立ち上がり時間との関係及び機関砲に要求される小型、軽量という点で制限を受ける。
【０００６】
このように、従来の機関砲では、次の技術的課題を有していた。カムドラムの慣性モーメントが一定であるため、モータのトルクを小さくすれば立ち上がり時間が長くなる。また、遊底の駆動に要する力の変動によつてカムドラムの回転速度が変動し、閉鎖時間が短くなる傾向にある。更に、カムドラムの回転速度の変動が、振動の発生原因ともなつている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成は次の通りである。
請求項１の発明の構成は、カムドラム９の外周部に無端蔓巻状のカム溝９ａを有し、フレーム２に摺動自在に配置した遊底５の突起部５ａを該カム溝９ａに係合させ、回転駆動源７によつてカムドラム９を回転させることにより、弾薬４を保持した遊底５が前進行程を採り、遊底５が最も前進したときに弾薬４を砲身１内に装填して前方停止位置を採り、装填後に弾丸を発射し、発射後に遊底５を後退させる機関砲のカムドラム構造において、所定の質量を有するウエイト部材１１を、カムドラム９の内部に放射方向に位置させて複数個配置し、ウエイト部材１１の半径方向の移動をカムドラム９の案内部９ｃによつてそれぞれ案内させると共に、ウエイト部材１１を内径方向に向けて弾性的に付勢する弾性体１０を配置し、弾性体１０の弾発力を、少なくとも機関砲の最大発射速度となるカムドラム９の回転速度に達する前に、遠心力を受けるウエイト部材１１によつて弾性変形させられる大きさに設定することを特徴とする機関砲のカムドラム構造である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１，図２は、本発明に係る機関砲のカムドラム構造の１実施の形態を示す。先ず、図１を参照して機関砲の要部について説明する。フレーム２の前端の砲尾部には、砲身１の基端部が固着され、フレーム２内には、砲身１の中心軸線の延長線上を摺動自在として遊底５が配設されている。
【０００９】
フレーム２の上端部には、送弾部３が形成され、遊底５よりも下方には、円筒状のカムドラム９が回転自在に支持されている。カムドラム９は、軸受２０，２１を介して前後両端を回転自在としてフレーム２に支持したカムドラム軸８に中心軸線を合致させて固設され、回転駆動源であるモータ７によつて減速機構を含む変速部６を介してカムドラム軸８と共に回転駆動される。カムドラム９の外周部には、無端蔓巻状のカム溝９ａが形成され、遊底５の後端部から下方に突出する突起部であるローラ部５ａが、カム溝９ａに移動自在に係合している。しかして、カム溝９ａにローラ部５ａが係合する遊底５には、カムドラム９が１回転する間に、前進、前方停止、後退の各運動が連続的に与えられる。
【００１０】
そして、カムドラム９の内部には、それぞれ所定の質量を有する複数個（３個以上）のウエイト部材１１が、周方向に同一間隔を与えて配置される。各ウエイト部材１１は、図２に示すようにカムドラム９の内部に放射方向に複数（本例では４個）形成した溝状の案内部９ｃにより、それぞれ半径方向の移動が摺動案内されるように配置されている。
【００１１】
また、各ウエイト部材１１は、カムドラム９の内周面との間に所定の弾発力を与えて圧縮させて介装した弾性体であるばね１０により、カムドラム９の中心軸線方向に向けて弾性的に常時付勢されている。なお、ばね１０は、図１から分かるように各ウエイト部材１１に対し、中心軸線方向に複数個（本例では２個）配置されている。このばね１０の弾発力は、カムドラム９の非回転時には、カムドラム軸８に固着するカムドラム９の小径筒状部９ｂの外周面に各ウエイト部材１１が弾性的に押し付けられ、少なくとも機関砲の最大発射速度となるカムドラム９の回転速度になる前に、ウエイト部材１１の遠心力が打ち勝ち、各ウエイト部材１１が外径方向に向けて移動し、ばね１０が弾性変形するように設定されている。実際には、ばね１０の弾発力は、機関砲の最大発射速度付近となるカムドラム９の回転速度になることにより、各ウエイト部材１１が外径方向に向けて移動するように設定されている。
【００１２】
いま、カムドラム９の回転速度をＮ、ウエイト部材１１の遠心力がばね１０の弾発力に打ち勝つようになるカムドラム９の回転速度をＮ１、カムドラム９の最大回転速度をＮmax として、Ｎ＜Ｎ１の関係を充足する低速の回転域では、ウエイト部材１１はカムドラム９の小径筒状部９ｂに当接して中心軸線近くにあるので、カムドラム９の慣性モーメントは最小である。そして、Ｎ１＜Ｎ＜Ｎmax の回転域では、カムドラム９の回転速度Ｎの如何によつてウエイト部材１１の位置が変動する。すなわち、ウエイト部材１１は、カムドラム９の回転速度Ｎが下がると内径側へ、回転速度Ｎが上がると外径側へ移動し、これに伴つてカムドラム９の慣性モーメントが増減変化することになる。
【００１３】
次に、作用について説明する。
当初、各ウエイト部材１１は、ばね１０の弾発力を受けてカムドラム９の小径筒状部９ｂに当接し、中心軸線近くにある。図外の発射スイッチをＯＮにすれば、モータ７が駆動されて変速部６を介してカムドラム軸８及びカムドラム９が回転するので、ローラ部５ａがカム溝９ａと係合している遊底５が駆動される。図１に示すように遊底５が最も後退した状態で、図外の送弾機構が作動し、送弾部３からの弾薬４が遊底５の前方の装填準備位置に送られる。次いで、遊底５が前進行程を採り、遊底５の前進行程の終了に際し、遊底５によつて砲身１の基端部が閉鎖される。このようにして弾薬４が砲身１内に押し込まれ、遊底５が前方停止位置を採る状態で、図外の撃発装置によつて弾薬４を撃発することにより、弾丸が発射される。
【００１４】
弾丸が発射された後、砲身１内の圧力（腔圧）が安全な値に降下すると、回転するカムドラム９に駆動される遊底５が、前方停止行程から後退行程に移行する。この遊底５が前方停止位置を採る時間は、後述するようにカムドラム９の特に定常的な駆動時の回転速度Ｎの変動を小さくして、適正に得られる。このため、遊底５による砲身１の閉鎖時間は、砲身１内の圧力（腔圧）が安全な値に降下するための適正時間として確保することができる。遊底５の後退行程は、遊底５が薬莢を引つ掛けて砲身１から引き抜きながら行われる。この遊底５の前進、前方停止、後退の運動を生じさせるカムドラム９の回転により、遠心力を受ける各ウエイト部材１１が、カムドラム９の案内部９ｃによつて案内されながら、ばね１０の弾性変形を伴いつつ半径方向に適宜に移動する。
【００１５】
このようなカムドラム９の１回転に伴う遊底５の前進、前方停止、後退の運動に際し、各ウエイト部材１１の作用により、カムドラム９の立ち上がり時間及びカムドラム９の定常的駆動状態での回転速度の変化が、次のように得られる。
【００１６】
イ）カムドラム９の立ち上がり時間
カムドラム９の立ち上がり時間Ｔａは、概略、数式１のように表される。
【００１７】
【数式１】
0003658459.tif 000002
【００１８】
但し、    Ｋ：定数
Ｉｍ：モータ７の慣性モーメント
ＩＬ：負荷側の慣性モーメント
ＮＭ：モータ７の回転速度（ｒｐｍ）
ＴＭ：モータ７のトルク
よつて、負荷側の慣性モーメントＩＬつまりカムドラム９の慣性モーメント（ＩＬ）が小さくなると、立ち上がり時間Ｔａは短くなる。逆にカムドラム９の慣性モーメント（ＩＬ）が大きくなると、立ち上がり時間Ｔａは長くなる。
【００１９】
前述したように、カムドラム９の回転駆動の開始後、Ｎ＜Ｎ１の低速回転域ではカムドラム９の慣性モーメント（ＩＬ）は最小であり、Ｎ１＜Ｎ＜Ｎmax の回転域では、カムドラム９の回転速度Ｎが下がるとウエイト部材１１が内径側へ移動し、回転速度Ｎが上がると外径側へ移動し、これに基づいてカムドラム９の慣性モーメント（ＩＬ）が増減変化することになる。しかして、カムドラム９の回転速度Ｎが設定回転速度Ｎ0 に達して遊底５の駆動が安定化するのに要する時間、つまり立ち上がり時間Ｔａが、単に、カムドラム９及びウエイト部材１１の質量の総和としてカムドラムを形成するものと比較して短くなる。
【００２０】
ロ）定常的駆動時のカムドラム９の回転速度の変化
回転体のもつエネルギＥは、一般に、
Ｅ＝（１／２）Ｉω2 で表される。
ここで、回転体の慣性モーメントＩの値が変化すれば、外力のない場合、数式２が成り立つ。
【００２１】
【数式２】
0003658459.tif 000003
【００２２】
但し、    Ｉ：慣性モーメント
ω’：慣性モーメントを変えたときの回転速度
ω：変化前の回転速度
ΔＩ：慣性モーメントの変化量
この数式２から分かるように、機関砲において、カムドラム９の回転速度Ｎが下がつてウエイト部材１１が内径側へ移動した場合、カムドラム９の全体としての慣性モーメントはＩ−ΔＩに減少し、回転速度ω’はプラス側へ増大変化する。一方、カムドラム９の回転速度Ｎが上がつてウエイト部材１１が外径側へ移動した場合、カムドラム９の全体としての慣性モーメントはＩ＋ΔＩに増加し、回転速度ω’はマイナス側へ減少変化する。
【００２３】
しかして、遊底５の駆動に際し、立ち上がり時間Ｔａを経過してカムドラム９が定常的に１回転（０°〜３６０°）するときのトルクは、図３に示す曲線ＴＡのように変化する。但し、図３では、カムドラム９に設定回転速度Ｎ0 を与える場合のトルク値をゼロとしてある。このため、ウエイト部材１１を配置しない場合のカムドラム９の回転速度は、図４に示す実線Ａのように変化するのに対し、ウエイト部材１１を配置した場合のカムドラム９の回転速度Ｎの特性は、図４に示す破線Ｂのようになる。すなわち、ばね１０によつて付勢されるウエイト部材１１の配置により、カムドラム９の回転速度Ｎの増減変化が緩和され、カムドラム９の設定回転速度Ｎ0 により近い回転速度Ｎが得られる。機関砲の最大発射速度付近となるカムドラム９の回転速度になることによつて各ウエイト部材１１が外径方向に向けて移動するように、ばね１０の弾発力を設定すれば、機関砲の最大発射速度付近において、カムドラム９の回転速度Ｎの増減変化を緩和させ、発射速度が高い場合に生じ易い遊底５による閉鎖期間の短縮を、良好に防止することができる。勿論、ウエイト部材１１の質量及びばね１０の弾発力を適当に選定し、カムドラム９の立ち上がり時間中のカムドラム９の回転速度Ｎの増減変化をも緩和させることも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係る機関砲のカムドラム構造によれば、カムドラムの慣性モーメントが適宜に増減変化するため、カムドラムの立ち上がり時間を短くすることが可能になつた。このため、同じ立ち上がり時間の場合、モータを小さくすることが可能になる。加えて、カムドラムの回転速度の変動を小さくでき、遊底による砲身の閉鎖時間を適正に確保することが可能となり、安全性が増加すると共に、遊底の駆動が円滑となり、振動を減少することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１実施の形態に係る機関砲を示す断面図。
【図２】  図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】  同じくカムドラムの回転角度−カムドラムのトルク特性を示す線図。
【図４】  同じくカムドラムの回転角度−カムドラムの回転速度特性を示す線図。
【符号の説明】
１：砲身、２：フレーム、４：弾薬、５：遊底、５ａ：ローラ部（突起部）、７：モータ（回転駆動源）、９：カムドラム、９ａ：カム溝、１０：ばね（弾性体）、１１：ウエイト部材。
【図１】
0003658459.tif 000004
【図２】
0003658459.tif 000005
【図３】
0003658459.tif 000006
【図４】
0003658459.tif 000007