(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電熱化学カートリッジにおいて、
放電端と後端部とを有するチューブを備え、
このチューブは、
絶縁層と、
十分な電流密度が与えられたときにスレショルド温度にまで加熱されるように配置された、前記絶縁層の内部面上のヒューズ層であって、前記ヒューズの断面領域は後端部から放電端に向かって減少している、前記ヒューズ層と、
前記絶縁層の外部面上の導電層と、
前記後端部において前記ヒューズ層と電気接触している高電圧電極と、
前記チューブの容積を実質的に満たす発射薬と、
を備えることを特徴とするカートリッジ。
【請求項２】
前記絶縁層は、前記ヒューズ層のある部分が発射薬に点火したときに、前記絶縁層が点火付近で破壊され、使い尽くされたヒューズの前記部分からは前記導電層をもはや絶縁しないよう、十分薄いものである請求項１記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記導電層は、前記高電圧電極と前記導電層との間のアークを防止するため、前記放電端から、前記後端部から十分離れた位置まで、延長されている請求項２記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記後端部に最も接近した前記導電層のエッジを覆うような絶縁ジャケットを更に備える請求項３記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記高電圧電極と前記絶縁層の一部を実質的に覆うような絶縁支持体を更に備える請求項４記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記ヒューズ層は、前記後端部から前記放電端へ延長している複数のストリップを備え、各ストリップの幅は、前記放電端に向かって先細にされている請求項５記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記ヒューズ層は銅を備える請求項６記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記発射薬は、水中のゲル化剤によって浮遊されるアルミニウム粒子を備える請求項７記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記発射薬は、水中のゲル化剤によって浮遊されるアルミニウム粒子と硝酸アンモニウムを備える請求項７記載のカートリッジ。
【請求項１０】
外部ケーシングの内部で互いに束ねられた請求項２による複数のカートリッジを備え、単一の高電圧電極が全ての前記ヒューズ層と前記後端部において電気的に接触しているカートリッジ。
【請求項１１】
前記導電層は、互いに実質的に電気的に接触している請求項10記載のカートリッジ。
【請求項１２】
前記発射薬は、水中のゲル化剤によって浮遊されるアルミニウム粒子を備える請求項11記載のカートリッジ。
【請求項１３】
前記発射薬は、水中のゲル化剤によって浮遊されるアルミニウム粒子と硝酸アンモニウムを備える請求項12記載のカートリッジ。
【請求項１４】
前記電極と前記外部ケーシングとの間の電気接触を防止するため、前記単一の高電圧電極を実質的に覆うような絶縁支持体を更に備える請求項12記載のカートリッジ。
【請求項１５】
電熱化学カートリッジを形成する方法において、
銅と積層された絶縁シート上に、先細の幅を有する複数の並行ヒューズストリップをエッチングする段階と、
前記ヒューズストリップが前記チューブの内側の長さ部に沿って走るように前記シートをチューブに形成する段階と、
チューブの外部面の実質的な長さ部を導電物質で覆う段階と、
前記ヒューズストリップに、それらの幅広の端部において、高電圧電極を接続する段階と、
前記チューブを発射薬で満たす段階と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記電極に最も接近した導電物質の端部を絶縁物質で覆う段階を更に備える請求項15記載の方法。
【請求項１７】
前記発射薬は、水中のゲル化剤によって浮遊されるアルミニウム粒子を備える請求項15記載の方法。
【請求項１８】
前記発射薬は、水中のゲル化剤によって浮遊されるアルミニウム粒子と硝酸アンモニウムとを備える請求項15記載の方法。
【請求項１９】
複数の前記チューブを外部ケーシング中で互いに束ねる段階を更に備える請求項15記載の方法。
【請求項２０】
前記チューブが前記ケーシングの全ての容積を実質的に満たすように前記チューブを形づくる段階を更に備える請求項19記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は、発射薬の制御された点火手段及び方法、更に言えば、ピストルやそれと同様のものに使用するのに適した電熱化学カートリッジであって、遅燃焼発射薬の点火がテーパー（先細）ヒューズの電気作動によって制御されるような電熱化学カートリッジに関する。
従来の技術
ピストルの弾丸へ、若しくは、ロケットやそれと同様の形態における発射体へ、スラストを効果的に配送することは、発射薬の点火の制御に依存する。燃焼発射薬のエネルギーが、問題の時間内、即ち、弾丸（発射体）が発射薬からスラストを被る時間内、に配送されるようにすることが望まれる。しかしながら、全ての発射薬を完全且つ即時に爆発させると、ピストルを破壊させ、また、スラストも最大とはならない。弾丸に作用する圧力は実質的に一定で、これによって、所定の内腔圧力許容度（bore pressure tolerance）に対して最大の加速度を達成することが望ましい。
従来の技術によれば、従来のカートリッジにおける発射薬の点火や燃焼は、発射薬粒子の幾何学的配列によって制御されていた。固体発射薬粒子の形状、大きさ、及び、孔あけの度合いは、一旦発射薬がヒューズによって点火されると、燃焼の速度を制御する。しかしながら、これらのファクタは、カートリッジへ詰められその後弾丸へ配送され得るエネルギー密度を制限する。例えば、従来使用されていた、従来の発射薬RDXは、１立方センチメートルあたり約1.8グラムの密度を有する。これは、一般に、3/8インチ（約0.953cm）の直径と1/2インチ（約1.27cm）の長さを有した円筒形ペレットにペレタイジングされ、且つ、孔あけされている。この結果、ミリ秒の時間目盛において制御された燃焼に必要とされるペレタイジング形態では、RDXは、１立方センチメートルあたり約１グラムの密度を有する。更に、一般には、減感（desensitizing）溶剤を発射薬に付加して、燃焼を更に遅くし、制御する。この減感溶剤は、RDXの元の密度の約半分にまで密度を減少させる。
従来のカートリッジにおける変形として、バルク液発射薬カートリッジ（bulkliquid prepellant cartridge）があり、ここでは、感度はより少ないが、きき目はより弱い液体発射薬が、全密度で負荷される。ここで、燃焼速度は、粒子の大きさによってではなく、気体燃焼生成物と不燃焼液体との間の接触面を表す「テイラー  バブル」の成長によって制御される。不幸にも、バルブの発生は、不安定成長に加えて乱流体動力（dynamics）を含むため、再現できない。
従来のカートリッジに代わるものとして、従来、発射薬の燃焼を電気によって開始させ、且つ、制御することが試みられている。このようなカートリッジは、従来の化学カートリッジが行うものよりも、非常に多くの衝撃力を配送する可能性を有している。なぜなら、より大きなエネルギー密度をカートリッジに詰めることができ、また、電流によって与えられた付加された制御によって、スラストを、より適時に、且つ、一定の形態で、弾丸へ配送することができるからである。
電流制御下で発射薬を燃焼させるための従来知られた１つの方法は、発射薬に埋め込まれている１つ若しくは２つ以上の細管内の電気アークを生じさせることを必要とする。明るさは電流を介して制御され得ることから、幾つかの測定制御は、点火された発射薬上に衝突する輻射の強度によって与えられる。しかしながら、制御の度合いは、化学的発生：電気的供給エネルギーの比に反比例的に依存する。一方の極端な手段は、従来のピストルであり、その発射薬はアークを用いて点火される。これは、高い効率を生み出すが、発射薬によって全体的に決定される燃焼速度を有する。もう一方の極端な手段は、全てのエネルギーが電気的に与えられる。これは、圧力パルスを完全に制御するものであり、低分子重量の不活性発射薬の選択を可能にし、また、高速の達成を可能にする。しかしながら、弾丸の運動エネルギーを生成するために電気エネルギーが使用される効率は非常に低い。
電気的に制御される設計の多くは、従来の液体発射薬カートリッジと幾つかの同じ問題、即ち、カートリッジに含まれる距離における乱混合及び延焼の動力における固有の非再現性、を被る。このことは、電気エネルギーの供給は容易に制御されるが、この制御はこれらの設計においては伝播燃焼フロント（propagating combustion fronts）、プラズマ放電、電気射出スプレイのランダムな動力によって取り消されること、を意味するものである。
例えば、従来の他の方法によれば、２つの反応素子を備えた発射薬は、電気アークを用いて局部的に点火され、気化し、その後、１つの噴霧素子の霧を他の素子へ局部的に噴霧する。このような多数の局部化された噴霧タイプの注入は、カートリッジを通ずる反応の伝播制御を可能ならしめる。しかしながら、適当な混合を得るための電気入力の必要性が、このシステムにおいて重要であり、従って、エネルギーは有効ではない。更に言えば、噴霧動力はランダムであり、信頼性がないため、このシステムは、確実なものではなく、また、複雑なものとされ、このため、２つの素子間の混合度が変動してしまう。
また他の従来の方法では、Goldstein等に付与された米国特許第4,974,487号に記述されているように、弾丸は、内腔の長さに沿った異なる長手方向位置であって、また、内腔の後部のカートリッジに配置されているような、複数のプラズマジェット源によって、内腔に沿って加速される。プラズマジェットは、各端部に電極を有している放電細管に配置された低い分子重量誘電体で開始される。プラズマは、そのエネルギーの抵抗性散逸を通じて圧力を構築し、また、流体を貫通し、この流体もまた、弾丸を推進する圧力フロントに貢献するよう気化され得る。欠点として、このデバイスは、プラズマのランダムの且つ非再現的な動力と、そのプラズマと流体との混同という問題を被る。細管へ配送される電流は制御され得るが、圧力の構築を解除する際のプラズマの動作、流体とのプラズマの混合、及び、その結果として生じる流体の素子の気化は、非常に無秩序であり、問題がある。更に、上述した他の代替例とも共通するが、必要なプラズ流量を達成するために大量の電気エネルギーが必要とされる。
Goldstein等に付与された米国特許第5,072,647号に記述された関連デバイスでは、弾丸は、水素のような高圧ガスに応答して加速され、この高圧ガスは、プラズマ放電によって開始された水と金属粒子とのスラリーの発熱反応で発生される。プラズマ放電に印加された電力を増加させることによって弾丸がピストルの内腔の下方に加速することから、水素ガスの圧力は維持される。しかしながら、この設計もまた、前述した米国特許第4,974,487号に関連するプラズマ動力の問題を被る。
Leeに付与された米国特許第5,052,272号では、電気パルスが金属ワイヤに印加され、ワイヤを水中のアルミニウム粒子のスラリーへ破裂させ、これによってスラリーを点火する。電気エネルギーはスラリーを通じて流れ続け、これによって、反応を増加させる。これらの手段によって、アルミニウム−水の混合物は、問題とする時間中に実質的に反応する。しかしながら、一旦点火電流の放電が開始されると、反応の速度を制御するために電流を用いては何もされない。アルミニウムと水素の発熱反応は、反応フロントの位置や速度を考慮することなく、放電電気パルスによって進められる。更に、カートリッジのすべての発射薬は、一旦反応され、他の前述したデバイスを悩ますような延焼の動力と同じ問題を引き起こす。
電熱化学カートリッジの一般的な概念は、ピストルやロケットやそれらと同様のものの弾丸へスラストを効果的且つ適時に配送するという点については、従来のカートリッジに比して非常に有望であるが、電流を使用して発射薬の点火を制御するための確実な手段が必要である。特に、乱動力に関連する問題を防止し、理想的な電気エネルギー配送効率を有し、確実に動作するカートリッジが必要とされている。更に、このようなカートリッジは、比較的簡易で、且つ、組立が費用効果的であること所望される。
本発明は上の及び他の必要を扱うのに有益である。
発明の概要
本発明は、テーパーヒューズを有した改善された電熱化学（ETC）カートリッジを提供するものであって、このカートリッジは、高エネルギーの遅延燃焼化学発射薬の燃焼を点火し、制御するために電気を使用する。グラウンド接続された導電性の外部面を有した長く、細いチューブには、実質的に満杯に発射薬が詰められており、これは、チューブの内部面の長さ部に走る固体金属製ヒューズの抵抗性加熱、若しくは、溶融燃焼によって、局部的に燃焼され、この燃焼はチューブのフロント放電端から後端部へ漸進的に進む。発射薬は、弾丸（発射体）を推進させるために放電端を通じて逃れる圧力を生成する。ヒューズ物質の断面領域は、放電端に向かって先細になっており、チューブの後端部で接続された高電圧電極と導電性外部面との間の電気パルスの放電によってヒューズ物質を通じて付与された所定の電流が、先ず、より小さな断面領域を有したヒューズ物質を加熱し、燃焼するようにされている。点火フロントは、このように、放電端で始まり、ヒューズが点火温度、及び／又は、燃焼に到達したときに、後端部に向かって進む。
チューブの細い形状は、乱混合の動力の問題なしに、燃焼するヒューズ物質によって局部的に発射薬を完全燃焼することを確実ならしめるという利点がある。発射薬は、ヒューズ物質の点火速度と比較すると遅い燃焼であるため、チューブの放電端から後端部への点火フロントの進行は、ヒューズによって完全に制御され、発射薬の秩序立った燃焼を提供する。これは、全ての発射薬が一度に反応した場合に発生するであろう過度の圧力による、また、小さな領域の発射薬を点火するためにプラズマだけが使用された場合の確立論的な延焼による、望ましくない効果を効果的に除去する。
発射薬は、好ましくは、金属と水のような酸化体とのスラリーであり、このスラリーは、ヒューズの燃焼速度に比して遅く燃焼するが、高発熱性であって、高温及び高圧で低原子重量ガスを生成する。
ヒューズ物質と、チューブのグラウンド接続された外部面との間の絶縁層は、発射薬がヒューズ物質の抵抗性加熱によって点火温度にまで局部的に点火されたとき、若しくは、ヒューズ物質が燃焼したときに、局部的に破壊されるよう、十分に薄い。使い尽くされたヒューズ物質（もし使い尽くされていない場合にはこのヒューズ物質は電気エネルギーを徐々に使い尽くす）は、それ故、グラウンド接続された外部面に短絡され、より多くの電気エネルギーを、使い尽くされていないヒューズ物質に与えることを可能にする。
単一のこのようなチューブは、カートリッジとしての役割を果たすこともあるし、また、多数のこのようなチューブをケーシング中に互いに束ねてより幅広のバレルガン（ピストル）のためのカートリッジを与えることもできる。カートリッジの構造は、単一であり、費用効果的である。カートリッジの性能は信頼性のおけるものである。なぜなら、このカートリッジは、乱動力によって変動しやすい流体タイプの点火フロント伝播に頼るものではないからである。
本発明の目的は、電気を使用して遅延燃焼発射薬の燃焼を点火、制御し、秩序立てられた、信頼性のある方法で、途方もなく大きなスラストを弾丸（発射体）へ適時に配送するような、電熱化学カートリッジを提供することである。
本発明の更なる目的は、細い形状の発射薬含有チューブにおいて電気的に制御されたテーパー固体ヒューズを用いて、発射薬の燃焼を完全に制御することにより、従来技術で問題とされていた乱混合、及び、延焼に関連する問題を防止したカートリッジを提供することである。
本発明の他の目的は、カートリッジにおいて、薄い絶縁層を、ヒューズ物質と、ヒューズの燃焼若しくは発射薬の燃焼によって破壊される導電性外面との間に含んで、点火フロントがカートリッジの長さ部を効果的に進むようにすることである。
本発明の他の目的は、製造が簡易且つ費用効果的であるカートリッジを提供することである。
本発明の上の及び更なる目的、特徴、及び利点は、添付図面とともに特別の実施例の以下の詳細な記述を考慮した際に明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
本発明の上の及び他の態様、特徴、及び利点は、以下の図面に関連して提供された本発明の以下のより特別な記述からより明らかなものとなるだろう。
図１は、本発明によるカートリッジを使用したピストルの断面図。
図２は、本発明による長い単一管カートリッジの断面図であって、ここでは、長い中央部分はぎざぎざの中断部によって表示されているように省略されている。
図３は、自身の上にエッチングされた金属層を有しているような長い絶縁シートの透視図であって、ここでは、ぎざぎざの中断部によって表示されているように長い中央部分は省略されている。
図４は、本発明の一実施例によるカートリッジに使用する管の透視図であって、ここでは、ぎざぎざの中断部によって表示されているように長い中央部分は省略されている。
図５は、本発明の他の実施例による多重管カートリッジの端部を示す図。
図６は、図５の多重管カートリッジの部分断面図。
発明の実施形態
以下の記述は、本発明を実施するために現在考えられている最良の方法である。この記述は、限定的な意味で受け取るべきではなく、単に本発明の一般的な原理を記述することを目的としてなされているものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定されるべきものである。
図１は、ピストル４における、本発明によるカートリッジ２の使用法を示す。カートリッジ２における発射薬の点火時に発生された高圧ガスが、ピストル４の外へ弾丸６を進ませる。導電性リード線７、８は、高電圧電源９からカートリッジヒューズへ電気点火電流を与える。リード線７は、カートリッジの後部で導電電極に接続され、一方、リード線８は、金属製の導体であるピストルの外部面の一部に接続され得る。電流路は、このため、点火パルスを、リード線７を通じてカートリッジの後部の電極へ、カートリッジのヒューズ物質を通じてカートリッジの導電性ケーシングへ、その後、ピストルの金属製バレルへ、そして最終的にリード線８へ、放電させるために存在する。また、リード線８は、グラウンドに接続されていてもよく、電流路は、ピストルの金属製外部表面からグラウンドへ案内してもよい。
以下に詳細に記述された本発明の１つの実施例によれば、図１に示されているような幅広のバレルガン（ピストル）に使用するためのカートリッジは、互いに束ねられた、複数の細い、発射薬が満たされた、点火チューブを備える。小さな内腔のピストルでは、カートリッジはそのようなチューブを１つだけ備えていてもよい。
図２を参照すれば明らかなように、本発明による電熱化学カートリッジ10は、管状であり、長く、細い形状を有している。このカートリッジは、図においては、長い部分を表示するカートリッジの中央部分をぎざぎざの中断部とすることにより、中央部分を示さないように、表示されている。カートリッジは、放電端12と、後端部14を有しており、ガン（ピストル）バレルから発射される発射薬は、カートリッジの放電端から力を受ける。カートリッジは更に、絶縁層16と、この絶縁層の内部表面上のヒューズ18と、絶縁層の外部表面上の導電層20を有する。発射薬24は、実質的に、チューブの容積を満たす。
発射薬は、好ましくは、次に述べるようなもの、即ち、水素のような低分子重量ガスを発生し、更に特別なものとして、金属、若しくは、酸化体と組み合わされた金属水素化物を備えるようなものである。最も特別なものとして、発射薬は、ゲル化剤を含む水中に浮遊された粒子形態のアルミニウムであり、アルミニウムが動いてしまうことを防止する。このような混合物は、約1000℃〜2000℃の範囲で点火されるものであり、これは、このような温度範囲をヒューズ物質中で達成することによって達成され得るものであって、これは一般には、この温度範囲で融解若しくは破裂するような金属製物質である。硝酸アンモニウムを、混合物に付加して、スレショルド点火温度を約300℃〜400℃の範囲に低下させることも有用である。このような混合物を使用することにより、金属ヒューズ物質を破裂させることなく点火を達成することが可能である。
カートリッジ10は長いため、一端でのみ点火された場合に、発射薬が放電端から後端部へ燃焼するのに必要な時間は、ヒューズ物質を破裂させるための時間フレームに比して長い。しかしながら、カートリッジは、発射薬の完全な横断燃焼がこの問題の時間に比して短い時間中に発生するに十分に細いものである。発射薬の長手方向の燃焼は、このように、ヒューズ18を、加熱、及び／又は、燃焼することによって制御される。
発射薬点火のために、ヒューズ物質をある特別の温度まで加熱すること、若しくは、破裂させることは、電流密度とヒューズ物質における電流の付与時間との臨界結合を達成することによって達成される。電流は、高電圧電極26によって付与されるものであり、この高電圧電極は、好ましくは、カートリッジの後端部14に配置され、ヒューズと電気接触している。電流は、電極26を介し、ヒューズ物質を通じて、電気グラウンドに接続された導電層20に流れ、また、ヒューズは、図に示されているように、放電端12で接触している。ヒューズ18の断面領域は、後端部14から放電端12に向かって次第に細くされており、所定の電流のために、ヒューズ物質中の電流密度は、放電端12に向かって増大するようにされている。この結果、電気エネルギー密度は、ヒューズにおいて先ず、放電端に向かって臨界スレショルドを達成し、ヒューズの局部加熱、若しくは、破裂、及び、発射薬の局部点火を引き起こし、その後、他のファクタの中の、テーパーの度合い、使用されるヒューズ物質、および利用可能な電流に依存して、制御された方法で後端部に向かって進む。
絶縁層16は、放電端以外のカートリッジの長さ部分について、ヒューズ18をグラウンドポテンシャルにある導電層20から分離するものであり、ヒューズ18と導電層20は、絶縁層の端部の周囲で接触する。高電圧が電極26に印加されたとき、電流は、ヒューズ物質を通じて、導電層へと流れる。ヒューズ物質の断面領域は放電端で最も小さいことから、電流密度は、放電端で最も高くなり、これにより、このヒューズ物質を、より急速に、できるかぎり、破裂温度にまで加熱させ、発射薬を点火する。発射薬が、金属ヒューズ物質の融点若しくは沸点のような非常に高温でのみ点火するようなタイプの場合には、この物質は、溶融、即ち、気化状態に変えられ、局部的に破壊される。発射薬が、金属ヒューズ物質の融点や沸点のいずれよりも低い温度で点火するようなタイプの場合には、ヒューズ物質は、局部的に点火された発射薬の爆発力によって局部的に破壊される。
最も小さな断面領域のヒューズ物質は、局部的に破裂、若しくは、破壊されることから、以下に記述されているように、それは効果的に電気点火回路から除去され、電流密度は、破壊された部分に直ぐ隣接するヒューズ物質において、その最大値を達成する。破壊された部分に直ぐ隣接するヒューズは、破壊された部分が有するものよりもわずかに大きな断面を有するが、ヒューズの他の残りのいずれの部分よりも小さな断面領域を有する。この方法では、使用されないヒューズ物質における最大電流密度の位置、従って、点火フロントは、漸進的に、放電端から後端部へ移動する。
本発明によれば、隣接したヒューズ物質の局部破壊に伴って発生する隣接したヒューズ物質の燃焼、若しくは、発射薬の局部燃焼の時に絶縁層16が崩壊するほどに、その絶縁層16は十分に薄くなければならない。この方法では、ヒューズ物質の点火フロントは放電端から後端部へ進むため、絶縁物質は、それに沿って破壊され、使用されないヒューズ物質の端部は、外部導電層と接触して配置されて連続電流を可能とするか、或いは、その導電層と十分接近して配置されて電流のアーク、従って、発射薬の連続点火を可能とする。
本発明は、これにより、ヒューズ物質が破裂したときに、それが一般的には高抵抗で残存するという問題を避け、これによって、電流によって堆積された電気エネルギーのほとんどを減少させて、他の使用されないヒューズ物質の気化を妨げ、若しくは、防止するという利点を有する。絶縁層は、ヒューズ物質の燃焼時に局部的に破壊されることから、使用されないヒューズ残余は、導電層20の新たに露出された部分に短絡され、したがって、気化フロントからの電気エネルギーを弱らせない。
図２に更に示されているように、導電層20は、電極26が配置されたカートリッジの後端部にまで完全に延びていないことが望ましい。このことは、ヒューズを包囲しそれ故本発明の有効性に反するような、電極から直接的に導電層へ向かう可能な電流アークを防止する。アークに対する絶縁を付加するために、絶縁ジャケット28を、導電層の端部上に設けることもできる。絶縁支持体30は、高電圧電極26とカートリッジの端部を包み込んで、ガン（ピストル）バレルや他の対象物から電気的に隔離し、アセンブリ全体を支持する。
より詳細には、ヒューズ18は、絶縁層16の内部面の全体を覆うような隣接層を備えていてもよく、ここで、このヒューズ層の厚みは、後端部から放電端へ向かって減少している。また、ヒューズは、絶縁層の内部面の長さ部に沿って設けられ、また、円周周囲に等しく離間されているような、複数の平行ストリップを備えていてもよく、各ストリップの幅は、後端部から前端部に向かって減少しているが、その厚さは同じままである。ヒューズ物質は、十分な電流密度が印加されたときに、抵抗で加熱し、且つ、最終的に破裂するように、従来より知られているいずれかの金属製物質を備えていてもよく、また、前記物質が受け入れやすいような従来より知られているいずれかの方法（蒸着、押出し、エッチングを含むが、これに限定されるものではない）によって、絶縁層の内部面に取り付けられていてもよい。
同様に、導電性物質20は、いずれかの十分に導電的な金属を備えていてもよく、蒸着、押出し、エッチング、及び、包装を含むよく知られた多数の方法のいずれかによって、絶縁層16の外部面に付与されてもよい。
本発明の好ましい実施例は、図３を参照して理解され得る。ここには、銅層52で積層されたKapton絶縁のシート50が示されている。このシートは、図面においては、長く、図示されていない中央部分を表すシートの中央部をぎざぎざの中断部によって示しているように、長いものである。銅の積層は、従来よりよく知られた回路ボードエッチング技術を使用してエッチングされて、一端から他端へ向かって先細になっている複数の平行ストリップ54を備えたパターンを生成している。Kapton絶縁の厚みは、好ましくは、約５ミリメートルであり、銅の積層の厚みは、好ましくは、約１ミリメートル〜約３ミリメートルの範囲である。銅ストリップ54は、バンド56、58によって両端におてい連続的に接合されている。バンド56は、カートリッジの端部を備えるものに配置されており、高電圧電極へ接続するために使用され、一方、バンド58は、カートリッジの放電端を備えるものに配置されている。バンド58は、シートを構造的に支持する役目を果たすが、本発明には必要ではなく、代替物として、銅ストリップ54が、そのようないずれのバンドによっても接合されずに、Kaptonシートの端部へ延長されていてもよい。
放電端のバンド58の存在は、テーパーヒューズストリップ54の効果に反するものではない。点火温度を達成するための臨界電流密度は、バンド58ではけして発生しないが、これは、ストリップが最も細い、バンド58の直前の、実質的に放電端の付近で発生する。上に述べたように、局部点火が最も細い幅のこの位置で達成されると、ヒューズ物質が破壊され、ストリップ中の隣接するヒューズ物質は、外部導電面と接触した状態とされる。バンド58は、その後、電気回路から効果的に除去され、プロセスの残りには寄与しない。
積層され、エッチングされた絶縁のシートは、端部60と62を接合することによって長いチューブに形成されている。この結果生じたチューブ100は、図４に示されているように、長く細いものであり、図では、長く、省略された中央部分を表すチューブの中央でぎざぎざの中断によって表示している。チューブ100は、放電端102と、後端部104を有する。チューブは、Kapton絶縁層106を備えており、また、このKapton絶縁層106の内部面上にはヒューズストリップ108が設けられ、これら各ヒューズストリップの幅は、放電端102に向かって先細になっている。チューブは、例えば、Kapton絶縁シート50を円筒形の心軸の周囲に巻き付けることによって形成されている。それは端部60、62において、接合部110に沿って付与された、接着性Kaptonテープ長手方向ストリップ、若しくは、そのようなものによって接合されている。
チューブは、例えば、約0.013mm（.005インチ）の厚みを有したアルミニウム箔のシートでオーバーラップすることによって付与された導電層112を有する。この箔層112は、好ましくは、電極から導電層への電流の直接のアークを防止するために、チューブの後端部104から約10センチメートルで終極し、終縁層の領域114を露出したままとする。箔層112のエッジは、更に、箔エッジ上のチューブの円周周囲でKapton絶縁の接着性ストリップ116、若しくは、そのようなものを包むことにより、電極からエッジへのアークを防止するために絶縁されている。図では明確のために省略されているが、導電性箔は、放電端の端部を越えて延長する長さを有しており、この放電端の端部は、放電端の周囲で包まれるべき、且つ、チューブの内部面上のヒューズ物質と接触して位置付けられるべきフラップとしての役目を果たし得る。また、銅テープの分離部分が、チューブの上部エッジの周囲に取付けられ、内部のヒューズ層を外部導電層と接続する。
本発明の他の実施例によれば、幅広いバレルガン（ピストル）については、図４に示されているような複数のチューブを、ケーシングにおいて互いに束ね、単一の高電圧電極を設ける。このような複数のものは、ケーシング中にしっかりと詰めるのが好ましく、この結果、これらのチューブは、円筒形ケーシングの全ての空間をしっかりと且つ実質的に満たすような形状とされる。
図５は、チューブとチューブの間に実質的に開いた空間を有さないように、複数のチューブをケーシング中へしっかりと詰めるための、一つの形態を示す端面図である。ケーシング150は、49個のチューブを含み、その中の48個のチューブは、台形のような断面を有する形状とされており、１個のチューブ152は、円筒形形状とされている。チューブの形状は同じである必要はないが、軸的に対象の形状を維持することが望ましい。132mmの直径の弾丸（発射体）については、上述したような、エッチングされた銅積層Kaptonシートは、先ず、約0.75インチの直径の円筒形心軸の周囲に巻き付けられて、３つのヒューズストリップ108を有してもよい。円筒形チューブは、その後、それらを適当な形状の心軸にスライドさせることにより、台形のような、若しくは、他の断面を有する形状とされる。
複数のチューブカートリッジ200が図６に部分断面図で示されており、ここでは、束ねられたチューブ202は断面では示されていないが、ケーシング204、高電圧電極206、及び他の素子は断面で示されている。カートリッジ200は、後端部208と放電端210を有する。ケーシング204は金属製であり、構造支持体を与え、また、チューブ202の導電面のための電気グラウンド接触を与える。ケーシング204中へ挿入することによる、チューブ202の束の圧縮及びわずかな変形が、それらが金属シェルケーシング204に対して圧縮された際に、良好なグラウンド接続を確実なものとする。カートリッジの部分212における図に見られるような拡がりの変形がこの接続を与えるが、カートリッジの動作を著しく弱めることはない。
好ましくは、General  Electric  Co.から利用できるLexanポリカーボネート、若しくは、高モジュラスポリウレタンから形成された、先細のカップ形状の絶縁体214は、必要な電気的絶縁破壊長さ部をチューブ202の後端部の位置を越えて延長することに加え、高電圧電極206をグラウンドに接続されたシェルケーシング204から絶縁する。絶縁体214の形状は、電極の外部エッジに加えて、カートリッジの内部との接触面に高圧ガスシールを提供する。
カートリッジ200は、図５に示された形状に従って心軸上に束を備えたチューブ202を先ず形成することによって構築され得る。これらのチューブは、その後、互いに束ねられ、束ねられたチューブの後端部は、ボウル形状の銅電極206内に含まれる溶融はんだのプール中に浸漬される。はんだが冷えた後、絶縁体カップ214は、束の後端部の電極上に接着され、このアセンブリは、５インチのピストンシェルケーシング204中に挿入され、これらのチューブと絶縁体カップカートリッジの後端部で圧縮して、前述したシールを形成する。５インチのピストルシェルは、除去可能な後部ベースプレートを有するように圧延によって変形され、このプレートは所定の位置にねじ戻される。接着剤は、従来知られているようにカートリッジを更にシールするために使用され得る。後部スチールベースプレートがその後、絶縁性カップと電極上の、ケーシングの後端部中へねじ込まれる。発射薬が、放電端から所望のレベルまでチューブに付加される。発射薬は、一般には、50％の水と、約３ミクロンの平均粒子直径を有する50％のアルミニウム粉末と、少量のゲル化剤の混合物である。アルミニウム粉末粒子の大きさと形状は、燃焼速度を制御するために変更することができ、特に、１ミクロンの厚みより小さなアルミニウムフレークが使用される。更に、硝酸アンモニウムをスラリーに付加して、点火スレショルド温度を実質的に低下させることもできる。最後に、カートリッジは、薄いアルミニウムカップを所定位置に押しつけ、コーキングすることによって、前端部からシールされる。
高電圧、電流の電力が、従来のピストルで見られるような燃焼ピンホールのようなものを通じて、電極に付与される。電源は、誘電子、コンデンサバンク、単極発生器、爆発によって駆動されるマグネト流体力学力、若しくは、回転フラックス圧縮機である。好ましくは、約５ミリ秒の継続時間の電流パルスを配送することができ、120,000〜500,000アンプの範囲のピーク電流を達成するような、コンデンサバンクが使用される。
この明細書に開示された発明は、特別の実施例とその用途とによって説明されているが、特許請求の範囲に記述された本発明の範囲を逸脱することなく、この発明には当業者によって多くの変形と変更がなされ得る。
【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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