(57)【要約】      （修正有）【課題】点火薬の異常燃焼圧力を抑制して火管の破損を防止できると共に、発射薬の点火遅れや不発をも回避できる、発射薬点火用火管を提供する。【解決手段】火管２０は、先端部に弾丸が固定された薬莢の内部に充填された発射薬に点火するため、薬莢内後端に配設される。周壁に複数の貫通孔２２を有する中空筒状の火管体２１の内部に、棒状の点火薬２３が火管体２１の軸方向に沿って複数本充填されている。点火薬２１の総体積は、火管体２１の内部空間容積の２５〜７５％であり、火管体２１の内部空間には、軸方向に連続する空間Ｋを有することを特徴とする。また、点火薬２３の長さは、火管体２１の内部空間長さの４５％以上であり、点火薬２３のアスペクト比は１０以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に弾丸が固定された薬莢の内部に充填された発射薬に点火するため、前記薬莢内後端に配設される発射薬点火用火管であって、
周壁に複数の貫通孔を有する中空筒状の火管体の内部に、棒状の点火薬が前記火管体の軸方向に沿って複数本充填されており、
前記点火薬の総体積は、前記火管体の内部空間容積の２５〜７５％であり、
前記火管体の内部空間には、軸方向に連続する空間を有することを特徴とする、発射薬点火用火管。
【請求項２】
前記点火薬の長さは、前記火管体の内部空間長さの４５％以上であり、
前記点火薬のアスペクト比が１０以上である、請求項１に記載の発射薬点火用火管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機関砲などの中口径砲、戦車砲などの大口径砲等の弾薬に用いられる発射薬点火用火管に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にこの種の弾薬１は、図１に示すように有底筒状の薬莢１０と、薬莢１０の先端開口部に固定された弾丸１１と、薬莢１０内に充填された発射薬１２と、薬莢１０内後端（底部）に配設された、発射薬点火用の火管２０とによって構成されている。火管２０は、図２に示すように、周壁に複数の貫通孔（フラッシュホール）２２を有する中空筒状の火管体２１と、火管体２１の内部に充填された点火薬２３と、点火薬２３を点火するため火管２０の後端（底部）に配設された雷管２４とを有する。そして、雷管２４の発火によって点火薬２３が点火されると、火管体２１のフラッシュホール２２から点火薬２３の燃焼ガスが噴出され、発射薬１２が点火され、その燃焼ガスによって弾丸１１が発射される。従来では、粒状の点火薬が一般的に使用されている。
【０００３】
しかしながら、この種の火管では、火管先端部に異常燃焼圧力が発生して火管先端部が破損する問題があった。詳しくは、雷管の点火によって火管後端部から火管先端部に向かって伝播する点火薬の燃焼波が発生する。このとき、火管内に軸方向（燃焼波の進行方向）に連続した空間を有しない場合は、火炎が未燃点火薬によって遮られるため、燃焼波は、当該燃焼波より前方の未燃点火薬を圧縮しながら進行する。この結果、燃焼波が火管先端部に近づくにつれて点火薬の充填密度が増加する。さらに、点火薬には、点火薬の燃焼速度をｒ、点火薬周囲の圧力をＰ、係数をａ，ｎとした場合、ｒ＝ａ・Ｐ＾ｎで表される圧力依存性があり、点火薬の燃焼速度は点火薬周囲の圧力が増加すると指数関数的に増加する。そのため、点火薬の充填密度の増加と点火薬燃焼速度の増加とが相まって、火管先端側へ燃焼波が進行するにつれて、燃焼波近傍の燃焼圧力が増加する。最終的に、火管先端部では数百ＭＰａ以上の異常燃焼圧力が発生して、火管先端部が破損することがある。
【０００４】
一方、発射薬の異常圧力（差圧）の抑制や、低温使用時の発射薬への点火性能改善等を目的とした技術として、下記特許文献１〜５が提案されている。特許文献１では、火管先端側のフラッシュホールの孔径を後端側の孔径より大きくしたり、火管先端側のフラッシュホールの孔径を火管の長さ方向に傾けている。特許文献２では、火管体の内部に内筒を設けた内外二重構造として、内筒と火管体との間に点火通路を設けている。特許文献３では、火管長さを薬莢長さの０．３〜０．７倍とし、フラッシュホールのトータル孔面積を薬莢外周面の面積の０．０１〜０．０４倍とし、且つ火管外周面の面積１平方センチメートル当たりの孔数を０．３〜１．０個としている。特許文献４では、点火薬の長さを火管長よりも大きい棒状或いは管状形状として、点火薬を可燃性保持部に固定すると共に、火管を可燃性保持部の火管挿通用孔に通して配置している。特許文献５では、フラッシュホールを火管体の先端部に偏在するように設けられている。なお、特許文献１〜３には、棒状の点火薬を使用し得ることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３１１５９８
【特許文献２】特開２００１−３１１５９９
【特許文献３】特開２００１−３１１６００
【特許文献４】特開２００７−６４５８６
【特許文献５】特開２００９−９７７２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜５では発射薬の均一な燃焼等を図っているが、火管内の異常燃焼圧力による火管の破損については特に着目していない。特許文献１，３，５では、フラッシュホールの孔径や開口位置を調整するなどしているが、フラッシュホールを調整するのみでは火管内の異常燃焼圧力には対応できない。特許文献２では、火管を内外二重構造にして内筒と火管体（外筒）との間に軸方向の連続空間を設けているが、点火薬が充填されている収容空間には連続空間は存在しないので、火管内の異常燃焼圧力の解決には至らない。特許文献４でも、点火薬を火管体よりも長くしているのみであり、やはり火管内の異常燃焼圧力の解決には至らない。
【０００７】
一方、火管の破損を回避する方法として、単純には点火薬量を減少させる方法が考えられる。しかしながら、点火薬量を減少すると発射薬を点火させるために必要な点火薬燃焼ガス量が減少するため、発射薬の燃焼挙動が不安定となり、点火遅れの発生や不発の原因となる。
【０００８】
そこで、本発明者らは上記異常燃焼圧力の発生に起因する火管の破損を回避する方法を鋭意検討の結果、点火薬が充填される火管の内部空間において、点火薬の間に隙間を形成して点火薬燃焼波の進行経路を確保することで、上記課題を解決することができることを知見し、本発明を成すに至った。すなわち、本発明の目的は、点火薬の異常燃焼圧力を抑制して火管の破損を防止できると共に、発射薬の点火遅れや不発をも回避できる、発射薬点火用火管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そのための手段として、本発明は、先端部に弾丸が固定された薬莢の内部に充填された発射薬に点火するため、前記薬莢内後端に配設される発射薬点火用火管であって、周壁に複数の貫通孔を有する中空筒状の火管体の内部に、棒状の点火薬が前記火管体の軸方向に沿って複数本充填されており、前記点火薬の総体積は、前記火管体の内部空間容積の２５〜７５％であり、前記火管体の内部空間には、軸方向に連続する空間を有することを特徴とする。
【００１０】
このとき、前記点火薬の長さは前記火管体の内部空間長さの４５％以上とし、前記点火薬のアスペクト比（長さ／直径）は１０以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、点火薬を棒状（長尺状）に形成したうえで、その充填率を７５％以下とすることで、各点火薬間に隙間が形成されて軸方向に連続する空間が生じる。これにより、点火薬燃焼波の進行経路が確保されることで、未燃点火薬が燃焼波に押圧されることがなくなり、火管内において異常燃焼圧力の発生が抑制され、火管の破損が防止される。一方、点火薬の充填率を２５％以上としているので、発射薬の点火遅れや不発が発生することもない。
【００１２】
点火薬の長さが火管体の内部空間長さの４５％以上で、点火薬のアスペクト比が１０以上であれば、確実に軸方向に連続する空間を形成することができ、火管の破損をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】弾薬の断面図である。
【図２】火管の側断面図である。
【図３】火管の径方向断面図である。
【図４】破裂板ボンブ試験装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の代表的な実施態様について説明する。本発明の火管は、機関砲などの中口径砲や、戦車砲などの大口径砲等の弾薬において、弾丸を発射する発射薬に点火するため薬莢の内部に発射薬と共に配設されるものである。
【００１５】
図１に示すように、弾薬１は、有底筒状の薬莢１０と、薬莢１０の先端開口部に嵌合固定された弾丸（飛翔体）１１と、薬莢１０内に充填された複数個の発射薬１２と、薬莢１０内に配設された火管２０とによって構成されている。符号１３は、弾丸１１の外周面に設けられた弾帯である。火管２０は、薬莢１０の底壁の径方向中央部に螺合され、薬莢１０内の後端から先端側に向けて軸方向に延在している。
【００１６】
本実施形態の火管２０は、図２に示すように、先端及び後端が開口する中空円筒状の火管体２１と、火管体２１内の収容空間に充填された点火薬２３と、火管体２１の先端開口を閉塞する塞栓２５と、火管体２１の後端を閉塞する雷管支持体２６とを有する。なお、塞栓２５と火管体２１とを一体的に有する火管体、すなわち後端が開口する有天筒状の火管体を使用することも可能である。
【００１７】
火管体２１の周壁には、点火薬２３の燃焼ガスを外部に放出するフラッシュホールとして、複数個の貫通孔が穿設されている。火管体２１の材質は特に制限されず、従来からこの種の火管において使用されているいずれの材質も使用できる。例えば、鉄、真鍮、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属材料、パルプとニトロセルロースとを主成分とする焼尽性材料などが挙げられる。火管体２１の強度、加工性、及び取扱性を考慮すれば金属材料が好ましく、中でも鉄及び真鍮が好ましい。
【００１８】
塞栓２５は、点火薬２３を封止するため、火管体２１の先端開口部に螺合されている。塞栓２５も火管体２１と同様の材質であればよく、その形状も特に限定されない。具体的には、平板状、外面が凸となる円錐台状、円錐状、及び外面が凸となる半球状等の形状が挙げられる。外面が凸となる形状であれば、薬莢１０内に予め発射薬１２を充填した後から、火管２０を薬莢１０内に挿入する場合に挿入し易い。図２には、平板状の塞栓２５を図示している。
【００１９】
雷管支持体２６も、火管体２１と同様の材質とすればよい。雷管支持体２６は、火管体２１よりも一回り径大な有底円筒状であり、火管体２１の後端部に螺合されている。そのうえで、雷管支持体２６内の径方向中央部には、点火薬２３を点火するための雷管２４が配設されている。雷管２４は、電気信号または撃発衝撃によって発火する。
【００２０】
点火薬２３は、雷管２４の発火により瞬時に燃焼を開始することができる薬剤である。点火薬２３の材料としては特に制限されず、この種の火管において従来から使用されているいずれの材料でも使用できる。具体的には、ベナイト、黒色火薬、ボロン硝石、無煙火薬等から選ばれる１種又は２種以上が挙げられる。中でも、発射薬１２への着火性や取扱性を考慮すれば、ベナイト及び黒色火薬が好ましい。なお、ベナイトは、ニトロセルロース、硝酸カリウム、硫黄、木炭及びエチルセントラリットを含有する組成物である。
【００２１】
点火薬２３の形状は、少なくとも火管体２１の内径より長尺な棒状とする。棒状であればその断面形状は特に制限されず、円形や楕円形のほか、四角形や六角形などの多角形とすることができる。中でも、各点火薬２３の間に隙間（後述の連続空間Ｋ）を形成するためには、円形又は楕円形が好ましい。そのうえで、点火薬２３は、図２，３に示すように、火管体２１の内部空間へ火管２０の軸方向に沿って複数本充填される。
【００２２】
このとき、点火薬２３の充填率（点火薬２３の総体積／火管体２１の内部空間容積×１００）は、２５〜７５％、好ましくは３５〜７５％とする。これにより、各点火薬２３の間に隙間が生じ、火管体２１の内部空間（点火薬２３の収容空間）には、後端から先端に至る軸方向に連続する空間Ｋが形成される。点火薬２３の充填率が２５％未満では、発射薬１２への点火遅れや不発が生じる可能性がある。一方、点火薬２３の充填率が７５％を超えると、各点火薬２３の間に隙間が生じ難くなる。
【００２３】
また、点火薬２３の長さは、火管体２１の内部空間長さの４５％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上とする。点火薬２３の長さが火管体２１の内部空間長さに対して４５％未満では、火管体２１内に軸方向に連続する空間を形成し難い。点火薬２３の長さの上限は、火管体２１の内部空間長さに対して１００％である。
【００２４】
点火薬２３の直径は特に制限されず、火管体２１の耐圧強度、フラッシュホール２２の直径や個数、及び点火薬２３の組成等に応じて適宜設定すればよい。但し、点火薬２３のアスペクト比（長さ／直径）が１０以上、好ましくは２０以上、より好ましくは４０以上となるように設定する。点火薬２３のアスペクト比が１０未満では粒状に近くなり、火管体２１内に軸方向に連続する空間を形成し難くなる。
【００２５】
このような火管２０を備える弾薬１においては、雷管２４の発火によって点火薬２３が点火されると、火管体２１のフラッシュホール２２から点火薬２３の燃焼ガスが噴出される。これにより発射薬１２が点火され、その燃焼ガスによって弾丸１１が発射されることになる。このとき、火管２０内においては、各点火薬２３の間に隙間が形成されており、火管体２１の内部空間には軸方向に連続する空間Ｋを有する。したがって、点火薬２３が点火されても、その燃焼の進行経路が確保されているので、火管２０内において異常な燃焼圧力の発生が抑制され、火管の破損が防止される。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明の具体的な実施例等について説明するが、本発明はこれらに限られるものではない。点火薬には、ニトロセルロースを４０重量％、硝酸カリウムを４４．３重量％、硫黄を６．１重量％、木炭を９．１重量％、及びエチルセントラリットを０．５重量％含有するベナイトを使用した。そして、捏和（ねつか）、圧伸、裁断、及び乾燥の工程からなる公知の溶剤圧伸法を用いて、円形断面形状の点火薬を製造した。発射薬の寸法は、後述する実施例、比較例にあわせて直径Ｄ＝２〜５ｍｍ、長さＬ＝２〜３５０ｍｍとした。
【００２７】
火管体の寸法は内部長さ１０５〜４００ｍｍ、内部直径１２〜１７ｍｍとし、側面の厚みは５ｍｍとした。フラッシュホールの直径は３ｍｍとし、火管の長さ方向に２０ｍｍ毎に千鳥状に配置した。後述する雷管支持体と勘合するねじ部の長さは１２ｍｍとし、ねじのピッチは１．５ｍｍとした。また、塞栓と勘合するねじ部の長さは１２ｍｍとし、ねじのピッチは１．５ｍｍとした。火管体の材質にはＳ４５Ｃを使用した。
【００２８】
雷管支持体には電気発火式雷管を組み込み、雷管内には０．５ｇの黒色火薬を装填した。火管体と勘合するねじ部の寸法は上述の通りとした。雷管支持体の材質にはＳ４５Ｃを使用した。塞栓は円板状のものとした。火管体と勘合するねじ部の寸法は上述の通りとした。塞栓の材質にはＳ４５Ｃを使用した。
【００２９】
続いて、図４を参照しながら、破裂板ボンブ３１を用いた破裂板ボンブ試験について説明する。破裂板ボンブ３１は、金属製の破裂板３２の破断によって発射薬１２の燃焼を中断させるものであり、破裂板３２が破断するまでの圧力領域内における燃焼挙動を取得することができる試験装置である。ボンブ本体３３は有底円筒状に形成され、その底壁３４の内面中心部には火管２０が固着されている。ボンブ本体３３の開口端部には、その開口端部を塞ぐように破裂板３２が配置され、該破裂板３２はほぼ円筒状に形成された破裂板押え部材３６にてボンブ本体３３に固定されている。ボンブ本体３３内には容積が約９５００ｍｌ（直径１５０ｍｍ、深さ５５０ｍｍ）である燃焼空間３７が設けられ、その燃焼空間３７には発射薬１２が装填されている。また、火管２０の雷管には、電気ケーブル３８が配線されている。
【００３０】
ボンブ本体３３の周体３９の中間部には圧力変換器４０が取り付けられ、圧力変換器４０が燃焼空間３７に連通されている。そして、発射薬１２が燃焼した際の燃焼時間（ｍｓ）と燃焼圧力（ＭＰａ）との関係を圧力変換器４０を介してオシロスコ−プ（図示せず）にて計測した。点火信号時間を０とし、破裂板ボンブ内最大圧力値の１０％到達時間を点火遅れ時間として求めた。
【００３１】
破裂板ボンブ３１に充填する発射薬１２としては、代表的なＭ３０組成とした。具体的には、ニトロセルロースを２８重量％、ニトログリセリンを２２．５重量％、ニトログアニジンを４７．７重量％、安定剤を１．５重量％、及び消炎剤を０．３重量％含有する組成とした。発射薬１２は、捏和（ねつか）、圧伸、裁断、及び乾燥の工程からなる公知の溶剤圧伸法を用いて、７孔円形断面形状に製造した。各発射薬１２の寸法は、直径Ｄ＝１４ｍｍ、長さＬ＝１４ｍｍ、貫通孔の直径＝０．５ｍｍとした。そのうえで、表１に示す寸法の火管体及び点火薬を用いて、下記の要領で発射薬点火用火管を評価した。その結果も表１に示す。
【００３２】
［火管の破損の評価方法］
火管単体での燃焼試験を実施して評価した。火管の雷管支持体を万力で固定し、雷管の発火に必要な電流を与えて火管を燃焼させた。判定基準としては、火管体、雷管支持体、及び塞栓に変形・破損が無いものを良（○）とし、変形・破損が有るものを不良（×）とした。
【００３３】
［点火遅れの評価方法］
破裂板ボンブ試験で点火遅れを評価した。点火遅れ時間が２００ｍｓ未満のものを良（○）とし、２００ｍｓ以上のものを不良（×）とした。なお、火管単体での燃焼試験で破損が生じたものは未評価（−）とした。
【００３４】
【表１】
2014185792.tif 000003
【００３５】
表１の結果からわかるように、実施例１〜４では、点火薬間に連続した空間を有するため火管の破損が発生していないと共に、点火遅れ時間は２００ｍｓ未満に抑制されていることが確認された。
【００３６】
これに対し、比較例１は軸方向に連続する空間が無いため、火管先端部で異常圧力が発生して火管が破損した。比較例２では比較例１よりも点火薬の寸法を大きくしたが、比較例１と同様に火管が破損した。比較例３は比較例１よりも点火薬の長さを長くしたが、比較例１と同様に火管が破損した。比較例４は点火薬を少なくして火管の破損を回避できたが、点火遅れ時間が２００ｍｓ以上となり、点火性能が不十分であった。比較例５でも、比較例１と同様に火管が破損した。
【符号の説明】
【００３７】
１  弾薬
１０  薬莢
１１  弾丸
１２  発射薬
２０  火管
２１  火管体
２２  フラッシュホール
２３  点火薬
２４  雷管
２５  塞栓
２６  雷管支持体
３１  破裂板ボンブ
３２  破裂板
４０  圧力変換器
Ｋ  連続空間
【図１】
2014185792.tif 000004
【図２】
2014185792.tif 000005
【図３】
2014185792.tif 000006
【図４】
2014185792.tif 000007