(57)【要約】  本発明は、機械的なポイント衝撃信管（１０１）を補完するように動作可能な電子信管（２００）を記載する。電子信管（２００）は、電圧発生回路（２１０）、マイクロコントローラ（２２０）、圧電センサ（２６２）、発火回路（２８０）及び安全ロックアウト回路（２９０）を含む。発射体（５０）が最適な角度で標的に衝突すると、機械的なポイント衝撃信管（１０１）が作動され；衝突角度が斜めである場合、機械的なポイント衝撃信管が無効にされ得るが、圧電センサ（２６２）は発火回路（２８０）をトリガするように動作可能である。安全ロックアウト回路（２９０）は、ｎチャネルＦＥＴ（２９２）がオフになったときに所定の遅延時間後にのみ発火回路（２８０）が動作可能であることを確実にする。マイクロコントローラ（２２０）はＴＩＭＥ−ＯＵＴ信号も生成し、これによって、爆発に失敗した発射体を自爆させる。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発射体の信管であって：
電力を供給するセットバック発電機；
電子発火回路に結合されている衝撃センサトリガ回路及び安全ロックアウト回路；並びに
撃針と一列に配置される電気起爆筒；
を備え、標的に対する前記発射体の衝突時に、前記衝撃センサトリガ回路が、前記安全ロックアウト回路に応じて、前記電子発火回路に発火信号を送信して前記電気起爆筒に点火し、該電気起爆筒は更に前記撃針を作動して刺突起爆筒に点火するように動作可能である、信管。
【請求項２】
前記撃針は、該撃針が前記刺突起爆筒に点火することを可能にするよう前記発射体の進行方向に対して前方方向には適合しないが、後方方向には適合し、それによって、前記電気起爆筒が点火されるときに、推力が生成されて前記撃針を前記刺突起爆筒に対して作動する、請求項１に記載の信管。
【請求項３】
前記安全ロックアウト回路は、ｎチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含み、そのドレインはシリコン制御整流子（ＳＣＲ）のゲートに接続されており、ソースは接地に接続されており、それによって、前記発射体が戦術的距離を推進された後で、前記セットバック発電機が発生させる電圧パルスＶｉｎが所定の低いレベルに低下するため、前記ｎチャネルＦＥＴのゲート電圧ラインに印加される電圧がもはや前記ｎチャネルＦＥＴを導通状態に保つことができず、前記ｎチャネルＦＥＴはオフになり、その結果、前記安全ロックアウト回路が非アクティブ化され、次に、前記発火信号が前記ＳＣＲの前記ゲートに送信されて該ＳＣＲをオンにし、該ＳＣＲはこれに応答して前記電気起爆筒に点火するように動作可能である、請求項１又は２に記載の信管。
【請求項４】
前記衝撃センサトリガ回路は圧電センサを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の信管。
【請求項５】
マイクロコントローラであって、該マイクロコントローラにおいて設定される所定のクロック周期に従ってＡＲＭ信号、圧電イネーブル（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＥＮ）信号及び圧電クリア（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ）信号を出力するマイクロコントローラを更に備える、請求項４に記載の信管。
【請求項６】
前記マイクロコントローラにおいてフラグを出力設定するとともにＴＩＭＥ＿ＯＵＴ自爆信号を出力するスピンロスセンサを更に備える、請求項５に記載の信管。
【請求項７】
前記衝撃センサトリガ回路はゲートつきＤラッチを含み、該衝撃センサトリガ回路の出力が前記ゲートつきＤラッチのクロック（すなわちＣＬＫ）入力に接続されており、前記ＰＩＥＺＯ＿ＥＮはＤ入力に接続されており、前記ＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ信号はクリア（すなわちＣＬＲ）入力に接続され、ＰＩＥＺＯ＿ＴＲＧはＱ端子において出力される、請求項５又は６に記載の信管。
【請求項８】
前記圧電センサの出力は電圧比較器の非反転端子に接続されており、一方で分圧器からタッピングされる基準電圧は反転端子に接続されている、請求項４〜７のいずれか一項に記載の信管。
【請求項９】
前記マイクロコントローラは、前記電圧比較器において前記基準電圧を駆動するように動作可能なデジタル−アナログ（ＤＡＣ）信号を出力する、請求項８に記載の信管。
【請求項１０】
前記ＤＡＣ信号は、高いレベルから比較的低いレベルに時間変化するため、前記圧電センサの感度は前記発射体がその標的に近づくにつれてそれに応じて増大する、請求項９に記載の信管。
【請求項１１】
前記ＡＲＭ信号は前記ｎチャネルＦＥＴの前記ゲート電圧ラインに接続される、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の信管。
【請求項１２】
前記ＡＲＭ信号は高−低信号を含む、請求項１２に記載の信管。
【請求項１３】
前記電子発火回路はＯＲゲートを含み、前記ＰＩＥＺＯ＿ＥＮ信号は、前記ＰＩＥＺＯ＿ＴＲＧ信号又は前記ＴＩＭＥ＿ＯＵＴ信号を前記ＯＲゲートに入力して前記発火信号を生成することを可能にする、請求項７〜１２のいずれか一項に記載の信管。
【請求項１４】
セーフアームアセンブリユニットであって、該セーフアームアセンブリユニット上で前記刺突起爆筒が回転可能であり、それによって前記発射体が最小砲口安全距離を推進された後で、前記刺突起爆筒が前記撃針と位置合わせされる、セーフアームアセンブリユニットを更に備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の信管。
【請求項１５】
発射体の信管を制御する方法であって：
圧電センサの信号及び安全ロックアウト回路を電子発火回路に結合することであって；
前記電子発火回路は、電気起爆筒に衝撃感知モードで点火するように動作可能であり、該電気起爆筒は更に撃針を作動して刺突起爆筒に点火するように動作可能である、結合すること
を含む、方法。
【請求項１６】
前記圧電センサの前記信号を前記電子発火回路に結合することは、前記信号を送信してシリコン制御整流子（ＳＣＲ）のゲートを制御することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
安全ロックアウト回路を前記電子発火回路に結合することは、ｎチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電圧ラインを制御することを含み、ｎチャネル電界効果トランジスタのドレインはシリコン制御整流子（ＳＣＲ）のゲートに接続されており、ソースは接地に接続されており、セットバック発電機からの電圧パルスＶｉｎによって供給される前記ＦＥＴのゲート電圧は、前記ｎチャネルＦＥＴをオンにするほど最初は十分に高く、それによって、前記発火信号が接地に下げられて前記電子信管回路を安全化し；所定の時間後に前記発射体が戦術的距離に達すると、前記ＦＥＴゲート電圧は低くなりすぎて前記ｎチャネルＦＥＴを導通状態に保つことができず、上記ｎチャネルＦＥＴはオフになり、その結果、上記安全ロックアウト回路が非アクティブ化され、次に、前記発火信号が前記ＳＣＲの前記ゲートに送信されて該ＳＣＲをオンにし、該ＳＣＲはこれに応答して前記電気起爆筒に点火するように動作可能である、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
マイクロコントローラであって、該マイクロコントローラにおいて設定される所定のクロック周期に従ってＡＲＭ信号、圧電イネーブル（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＥＮ）信号及び圧電クリア（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ）信号を出力するマイクロコントローラによって、前記発火回路を更に制御する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記マイクロコントローラがＴＩＭＥ＿ＯＵＴ自爆信号を出力するように該マイクロコントローラにスピンロス信号を入力することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記圧電センサの出力によって提供されるクロック信号、及び前記マイクロコントローラからの圧電クリア（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ）信号に応答して前記ＰＩＥＺＯ＿ＥＮ信号をラッチしてＰＩＥＺＯ＿ＴＲＧ出力信号を提供することを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記圧電センサの出力電圧を基準電圧と比較することを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記マイクロコントローラは、前記基準電圧を駆動するように動作可能なデジタル−アナログ（ＤＡＣ）信号を出力する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＤＡＣ信号は、高いレベルから比較的低いレベルに時間変化するため、前記圧電センサの感度は前記発射体がその標的に近づくにつれてそれに応じて増大する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＡＲＭ信号を前記ｎチャネルＦＥＴの前記ゲート電圧ラインに接続することを更に含む、請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＡＲＭ信号は高−低信号を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記発射体が最小砲口安全距離を推進された後で、セーフアームアセンブリユニット上に前記撃針と一列であるように配置される前記刺突起爆筒を回転させることを更に含む、請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記撃針は、前記刺突起爆筒にポイント爆轟モードで点火するように動作可能であり、前記電子発火回路は前記電気起爆筒に衝撃感知モード又は自爆モードで点火するように動作可能である、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発射体の電気機械式信管に関する。特に、本発明は、機械的なポイント衝撃機構を補完するための衝撃感知・自爆機能部を有する電子発火回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、兵器の砲身から発射される砲弾１０は、図１に示されているように、カートリッジケース２０、本体３０、及びノーズコーン４０からなり、これらは長手方向軸１２に沿ってこの順で配置されている。ノーズコーン４０内に収容されている信管（図示せず）は、発射体が砲身の砲口から離れて所定の距離を推進されるまで安全であることを確実にする安全装置であり；換言すると、発射体は、最小安全砲口距離にわたって推進されて初めて安全解除される。従来の機械的な信管をここで例示する：発射体が砲身を通って推進されてから、スピン作動されるロックがアンバランスロータを解放する。ロータの回転速度は、ピニオンアセンブリ及び近接アセンブリによって調整され、それによって、所定の遅延時間の後、発射体が戦術的距離に達した後で、ロータが回転してその安全解除位置になり、ロータの刺突起爆筒が弾頭（ＰＤ）ピンと位置合わせされる。ロータは、安全解除されると、アーミングロックピンによってこの安全解除位置に保持されたままとなる。ノーズコーンが設計角度又は最適角度で標的に衝突すると、すなわちそのようなポイント衝撃モードの間に、衝撃力によって、ロータが取り付けられているセーフアームアセンブリユニットが前方に押しやられ、次いでＰＤピンが刺突起爆筒に点火する。刺突起爆筒は更に、発射体の本体内に配置されている伝爆薬３２及び／又は爆破装薬３４に点火することができる。
【０００３】
幾つかの発射体には、セーフアームアセンブリユニットとノーズコーンとの間に配置されている機械的な自爆機構がある。機械的な自爆機構は、発射体がその標的から外れ、柔らかい地面に落ちるか又は見通し角で地面に落ちて非常にゆっくりと停止した後で刺突起爆筒に点火する第２の安全装置である。機械的な自爆機能部は、発射体のポイント衝撃による爆発の失敗後、ばね式の自爆（ＳＤ）撃針を刺突起爆筒に対して解放するのにスピン減衰機構を用いることができる。本出願人が所有しているスピン減衰自爆信管が特許文献１に記載されている。
【０００４】
上記のポイント衝撃爆轟（ＰＤ）機構及び自爆（ＳＤ）機構は、機械的部品の正確な動きを必要とする。場合によっては、発射体は斜角で標的に衝突し；これは都市地形において遭遇する場合が多いが；幾らかの角度で配置されている本体プレートを有して特別に設計されている装甲車両は斜めの標的面にも遭遇する。斜角での衝撃は多くの場合にＰＤ機構及び／又はＳＤ機構に損傷を与える可能性がある。市街戦（ＭＯＵＴ）による「Weapon Effect_MOUT_B0386」において示唆されているように、都市地形において用いられる発射体の約２５％が動作不能になる。爆発しなかった発射体は危害を及ぼすため、新たに開発される爆発物装置は自爆機能を有することが必要となる。
【０００５】
Action Manufacturing Companyに譲渡された特許文献２の手法では、発射体において用いる低電流マイクロコントローラ回路が記載されている。特許文献２には、信管回路の正確なタイミングを計るシステムも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，２３７，４９５号
【特許文献２】米国特許第７，７２９，２０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、配備された後のほとんどの発射体が衝撃及び／又は自爆トリガによって爆発することを確実にする高い信頼性の新たな信管システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下では、本発明の基本的な理解を提供する簡単な概要を提示する。この概要は本発明の広範な概略ではなく、本発明の重要な特徴を特定することを意図するものではない。むしろ、この概要は、以下の詳細な説明に対する前置きとして本発明の発明の概念の幾つかを包括的な形態で提示するものである。
【０００９】
本発明は、９５％以上の信頼水準で約９９％以上の高い信頼性を有する電気機械式信管を提供しようとするものである。これは機械信管及び電子信管回路によって達成される。
【００１０】
１つの実施形態では、本発明は、発射体の信管であって：電力を供給するセットバック発電機；電子発火回路に結合されている衝撃センサトリガ回路及び安全ロックアウト回路；並びに、撃針と一列に配置される電気起爆筒を備え；標的に対する上記発射体の衝撃時に、上記衝撃センサトリガ回路が、上記安全ロックアウト回路に応じて、上記電子発火回路に発火信号を送信して上記電気起爆筒に点火し、電気起爆筒は更に上記撃針を作動して刺突起爆筒に点火するように動作可能である、信管を提供する。
【００１１】
別の実施形態では、本発明は、発射体の信管を制御する方法であって：圧電センサの信号及び安全ロックアウト回路を電子発火回路に結合することであって；上記電子発火回路は、電気起爆筒に衝撃感知モードで点火するように動作可能であり、電気起爆筒は更に撃針を作動して刺突起爆筒に点火するように動作可能である、結合することを含む、方法を提供する。１つの実施形態では、圧電センサの信号を電子発火回路に結合することは、圧電出力信号を送信してＳＣＲのゲートを制御することを含む。
【００１２】
撃針の１つの実施形態では、撃針は、当該撃針が上記刺突起爆筒に点火することを可能にするよう上記発射体の進行方向に対して前方方向には適合しないが、後方方向には適合し、それによって、上記電気起爆筒が点火されるときに、推力が生成されて上記撃針を上記刺突起爆筒に対して作動する。
【００１３】
安全ロックアウト回路の１つの実施形態では、安全ロックアウト回路は、ｎチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含み、そのドレインはシリコン制御整流子（ＳＣＲ）のゲートに接続されており、ソースは接地に接続されており、それによって、上記発射体が戦術的距離を推進された後で、上記セットバック発電機が発生させる電圧パルスＶｉｎが所定の低いレベルに低下するため、上記ｎチャネルＦＥＴのゲート電圧ラインに印加される電圧がもはや上記ｎチャネルＦＥＴを導通状態に保つことができず、上記ｎチャネルＦＥＴはオフになり、その結果、上記安全ロックアウト回路が非アクティブ化され、次に、上記発火信号が上記ＳＣＲの上記ゲートに送信されて当該ＳＣＲをオンにし、当該ＳＣＲはこれに応答して上記電気起爆筒に点火するように動作可能である。
【００１４】
衝撃センサトリガ回路の１つの実施形態では、衝撃センサトリガ回路は、圧電センサ、ゲートつきＤラッチ及び電圧比較器を含む。
【００１５】
信管の別の実施形態では、信管はマイクロコントローラ及びスピンロスセンサを含む。スピンロスセンサの出力はマイクロコントローラ出力の入力に接続されており、一方でマイクロコントローラは、ＰＩＥＺＯ＿ＥＮ信号、ＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ信号、ＡＲＭ信号、ＴＩＭＥ＿ＯＵＴ信号及びＤＡＣ信号を出力する。１つの実施形態では、ＤＡＣ信号は電圧比較器の基準電圧を駆動し；ＤＡＣ信号は、発射体がその標的に近づくにつれて高いレベルから比較的低いレベルに変化することができる。また別の実施形態では、ＡＲＭ信号は、ｎチャネルＦＥＴのゲート電圧ラインに接続され；ＡＲＭ信号は高−低信号であるものとすることができる。
【００１６】
本発明を、添付の図面を参照して本発明の非限定的な実施形態によって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】既知の発射体の構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による発射体を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、図２に示されている発射体のノーズコーンの内部に配置されている電気機械式信管の切欠き斜視図である。
【図２Ｂ】安全位置及び安全解除位置間の種々の回転段階における、図２Ａに示されている信管において用いられるセーフアームアセンブリユニットの後面図である。
【図２Ｃ】安全位置及び安全解除位置間の種々の回転段階における、図２Ａに示されている信管において用いられるセーフアームアセンブリユニットの後面図である。
【図２Ｄ】安全位置及び安全解除位置間の種々の回転段階における、図２Ａに示されている信管において用いられるセーフアームアセンブリユニットの後面図である。
【図２Ｅ】安全位置及び安全解除位置間の種々の回転段階における、図２Ａに示されている信管において用いられるセーフアームアセンブリユニットの後面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による、図２Ａに示されている電気機械式信管に実装される電子信管システムのブロック図である。
【図３Ａ】本発明の別の実施形態による、図３に示されている信管システムにおいて用いられる発電・電圧調整回路を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の別の実施形態による、図３に示されている信管システムとともに用いられるコントローラを示す図である。
【図３Ｃ】本発明の別の実施形態による、図３に示されている信管システムとともに用いられる衝撃感知トリガ回路を示す図である。
【図３Ｃ１】本発明の別の実施形態による衝撃感知トリガ回路を示す図である。
【図３Ｄ】本発明のまた別の実施形態による、図３に示されている信管システムとともに用いられる発射・安全ロックアウト回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、本発明の１つ又は複数の特定の実施形態及び代替的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。しかし、当業者には、そのような特定の詳細を伴うことなく本発明を実施することができることが明らかであろう。詳細の幾つかは、本発明を不明瞭にしないために長々とは説明しない場合がある。参照しやすいように、複数の図に共通の同じであるか又は同様の特徴を参照する場合は、図を通して共通の参照符号又は一続きの符号が用いられる。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態による発射体５０を示している。電気機械式信管１００が発射体５０のノーズコーン４０内に配置されている。図２Ａに示されているように、電気機械式信管１００は、機械信管１０１及び電子信管回路２００を含む。電気機械式信管１００は、ハウジング１０４、及びハウジング１０４上に作られるフレーム１０６を含む。ハウジング１０４は、セーフアームアセンブリユニット１１０及び撃針１５０を包囲している。電子信管回路２００を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）２０４が、セットバック発電機２０２及び電気起爆筒２９５とともにフレーム１０６に取り付けられている。電気起爆筒２９５は、撃針１５０の上部に位置合わせされている。図２Ａにおいて分かるように、セーフアームアセンブリユニット１１０は保持ばね１１２によって後方へ付勢される。ハウジング１０４のベースが開口部を有し、ここに伝爆薬３２が取り付けられている。
【００２０】
ハウジング１０４内では、アンバランスロータ１１４、ピニオンアセンブリ１１６及び近接アセンブリ１１７が回動する。ロータ１１４は、刺突起爆筒１２０及びアーミングロックピン１２２を含む。ロータ１１４は、図２Ｂの後面図に示されているように「安全」位置に取り付けられているため、刺突起爆筒１２０は撃針１５０とは位置合わせされていない。ロータ１１４を「安全」位置に保つために、セーフアームアセンブリユニット１１０は、デテント１１８、及びデテントに対して作用するばね１１９を含む。この「安全」位置では、デテント１１８は延びてロータ１１４を回転しないようにロックする。発射体５０は、砲身を通って推進されるときに、その長手方向軸１２の周りでスピンし、遠心力がデテント１１８に対して作用してデテント１１８をばね１１９に対して後退させる。図２Ｃは、デテント１１８が部分的に後退しているところを示し、一方で図２Ｄはデテント１１８が完全に後退したところを示す。図２Ｂ〜図２Ｄにおいて分かるように、ピニオンアセンブリ１１６は、振動してピニオンアセンブリ１１６の回転を周期的に遅延させるように動作可能な近接アセンブリ１１７に係合し、それによって、発射体５０が最小安全砲口距離を越えて推進された後で、ロータ１１４がその「安全解除」位置に回転し、すなわち、所定の遅延安全時間後に；「安全解除」位置になり、刺突起爆筒１２０が図２Ａにおいて分かるように撃針１５０と位置合わせされる。図２Ｅに示されているように、ロータ１１４はアーミングロックピン１２２によってこの安全解除位置に保持されたままとなる。ノーズコーン４０が、そのようなポイント衝撃爆轟モード中に設計角度又は最適角度で標的に衝突すると、衝撃力によってセーフアームアセンブリユニット１１０が撃針１５０に対して前方に突き刺され、それによって刺突起爆筒１２０を作動させる。撃針１５０は、理解されるように、電気起爆筒２９５によって作動されると、刺突起爆筒１２０が撃針１５０に対して突き刺されるため前方方向には適合しないが、後方方向には適合する。このように、刺突起爆筒１２０の起爆によって、更に、発射体５０の本体３０内に配置されている伝爆薬３２及び／又は爆破装薬３４に点火する。
【００２１】
図３は、本発明の一実施形態による電子信管回路２００の機能ブロック図を示している。図３に示されているように、電子信管回路２００は、少なくとも発電回路２１０、マイクロコントローラ２２０、スピンロスセンサ２４０、衝撃センサトリガ回路２６０、発火回路２８０及び安全ロックアウト回路２９０を含む。
【００２２】
図３Ａに示されているように、発電回路２１０は、少なくともセットバック発電機２０２、ダイオードＤ１、電荷貯蔵コンデンサＣ１、Ｃ２及び電圧レギュレータ２０８を含む。セットバック発電機２０２はフレーム１０６に取り付けられている。発射体５０が兵器の砲身内で発火されるとすぐに、セットバック発電機２０２内での磁石の変位によって電圧パルスＶｉｎが発生する。ＶｉｎはダイオードＤ１によって整流され、次に電力が２つの電荷貯蔵コンデンサＣ１、Ｃ２に貯蔵される。ツェナーダイオードＤ２及びレジスタＲ１がコンデンサＣ１、Ｃ２の両端に設けられている。ツェナーダイオードＤ２は、コンデンサＣ１、Ｃ２へのピーク電圧を制限し、一方で約１メガオームのＲ１は、発射体５０の爆発が失敗した場合にコンデンサＣ１、Ｃ２が例えば３０分以内にゆっくりと放電することを可能にする。貯蔵コンデンサＣ１からの最初に放電される電圧Ｖｃａｐは高すぎるため下流のデジタル回路が用いることができない。したがって、Ｖｃａｐは電圧レギュレータ２０８によって調整され、電圧レギュレータ２０８は、例えば約３．３Ｖである調整された電圧Ｖｃｃを供給する。電圧レギュレータ２０８は低電圧ドロップアウト及び低静止電流タイプのものである。コンデンサＣ３が、電圧レギュレータ２０８の安定した動作を維持するように設けられている。
【００２３】
図３及び図３Ｂにおいて分かるように、調整された電圧Ｖｃｃはマイクロコントローラ２２０に供給される。マイクロコントローラ２２０は低出力８ビット混合信号マイクロプロセッサである。マイクロコントローラ２２０は、その電力消費を減らすように発振器２３０によってそのスリープモードから周期的に作動される。マイクロコントローラ２２０は時間管理を行い、幾つかの安全阻害ラインを制御し、その機能は、電子信管回路２００の他の構成要素を説明するときにより明らかとなるであろう。１つの実施形態では、マイクロコントローラ２２０はＡＲＭ信号を出力し；別の実施形態では、マイクロコントローラ２２０はデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）信号を出力する。
【００２４】
図３Ｂを再び参照すると、スピンロスセンサ２４０は、マイクロコントローラ２２０の入力に接続されている。図３Ｂ１は、その電気接点Ａ１、Ａ２、Ａ３を有するスピンロスセンサ２４０を示している。発射体５０が砲身内で推進された後で、スピンロスセンサ２４０は高い初期遠心加速を受け、これは、発射体５０が砲口から出るときに、遠心加速がゆっくりと低下する前に最高に達する。高遠心加速に応じて、スピンロスセンサ２４０内のボール２４１がチャネルに沿ってばね２４２に対して径方向に摺動させられる。図３Ｂ１に示されているように、ボール２４１の移動によってＡ１、Ａ２及びＡ３において電気接点が閉じる。最大の加速を受けた後で、ボール２４１に対する遠心力は徐々に低下し、ばね２４２はそれに応じてボール２４１をその非作動位置に向かって戻し、それによって、ボール２４１が、逆に、すなわちＡ３からＡ２へ、次にＡ１の位置に戻るように電気接点を閉じる。安全上の考慮から、Ａ１電気接点が二度目に作動されて初めてＡ１信号がマイクロコントローラ２２０にフラグを設定する。それに応じて、マイクロコントローラ２２０は実質的に９秒〜３０秒後に自爆ＴＩＭＥ＿ＯＵＴ信号を出力し、それによって、発射体が配備されてから爆発に失敗した後で、ＴＩＭＥ＿ＯＵＴ信号が発射体５０の自爆を開始することができる。マイクロコントローラ２２０は、ＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ信号、ＰＩＥＺＯ＿ＥＮ信号及びＡＲＭ信号も出力する。ＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ信号は、圧電出力信号が電子信管回路２００によって処理される前に図３Ｃ又は図３Ｃ１に示されている圧電センサ２６２の状態をクリアするためのものである。ＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ信号に対して相補的な圧電イネーブル（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＥＮ）信号が、衝撃の感知中に圧電センサ２６２の出力が発火信号を生成することを可能にするように提供される。１つの実施形態では、ＡＲＭ信号は高−低パルスであり、電子信管回路２００が過ったノイズによって作動されないことを確実にする。
【００２５】
図３Ｃは、本発明の別の実施形態による衝撃センサトリガ回路２６０を示している。図３Ｃに示されているように、圧電センサ２６２は、電圧比較器２６４の非反転（＋）端子に接続されており、一方で基準電圧は反転（−）端子に接続されている。基準電圧は、レジスタＲ３及びＲ４によって形成される分圧器において調整された電圧供給Ｖｃｃをタッピングすることによって供給される。発射体５０が衝撃を受けると、圧電センサ２６２が発生させる電圧ノイズが基準電圧よりも一時的に高くなり、したがって電圧比較器２６４の出力が高くなる。図３Ｃに示されているように、電圧比較器２６４の出力はＤラッチ２７０のクロック端子に接続されている。それに応じて、Ｄラッチ２７０のクロック端子における上昇パルスに伴って、Ｄラッチ２７０のＤ端子におけるＰＩＥＺＯ＿ＥＮ信号入力がＱ出力を高くする。次に、圧電感知トリガ（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＴＲＧ）信号が発火回路２８０に送信される。別の実施形態では、マイクロコントローラ２２０によって、ＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ信号はＤラッチ２７０のクリア（すなわちＣＬＲ）入力端子となり、一方でＰＩＥＺＯ＿ＥＮ信号が衝撃感知をイネーブルにする。
【００２６】
図３Ｃ１は、本発明の別の実施形態による衝撃センサトリガ回路２６０ａを示している。衝撃センサトリガ回路２６０ａは、図３Ｃ１に示されているように基準電圧がこの場合はマイクロコントローラ２２０からのＤＡＣ出力によって駆動される以外は、前述の回路２６０と同様である。１つの実施形態では、ＤＡＣ出力は、経時にわたって高いレベルから比較的低いレベルに変化する。これは、発射体５０がその標的に近づくにつれて衝撃センサトリガ回路２６０ａがより感度が高くなるという点で有利である。試験によって、電子信管回路２００は、機械的なポイント衝撃爆轟モードが無効である間に発射体５０がそれらの標的に斜角で衝突するとしても衝撃を検出することが可能であることが示されている。他の利点は、衝撃センサトリガ回路２６０、２６０ａの応答時間が機械的なポイント爆轟応答時間よりも短いことである。
【００２７】
図３Ｄは、本発明の他の実施形態による発火回路２８０及び安全ロックアウト回路２９０を示している。発火回路２８０では、マイクロコントローラ２２０からのＴＩＭＥ＿ＯＵＴ信号出力及びＤラッチ２７０からのＰＩＥＺＯ＿ＴＲＧ出力がＯＲゲート２８２に接続されている。ＯＲゲート２８２の出力は、シリコン制御整流子ＳＣＲのゲート電圧ラインを駆動するように動作可能である。図３Ｄに示されているように、ＳＣＲゲート電圧ラインは安全ロックアウト回路２９０に接続されている。
【００２８】
図３Ｄに示されているように、安全ロックアウト回路２９０はｎチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２９２を含み、そのドレインはＳＣＲゲート電圧ラインに接続されており、ソースは接地に接続されている。ＦＥＴ２９２のゲートは分圧器に接続されており、ツェナーダイオードＤ４はセットバック発電機２０２によって電圧パルスＶｉｎが供給される。正のＦＥＴゲート電圧によってＦＥＴ２９２のゲートチャネルが導通し；その結果、ＳＣＲゲート電圧が接地に下げられ、これによって電子信管回路２００が安全解除されるまで安全ロックアウトが提供される。ＦＥＴ２９２のゲートにおける電圧は、発射体５０がその標的に向かって推進されるにつれて低下する。ＦＥＴ２９２のゲートにおける電圧が低すぎてＦＥＴ２９２を導通状態に保つことができず、ＦＥＴ２９２がオフになると、電子信管回路２００は安全解除される。ＯＲゲート２８２の入力におけるＰＩＥＺＯ＿ＴＲＧ信号又はＴＩＭＥ＿ＯＵＴ信号は、ＯＲゲート２８２の出力を高にし、ＳＣＲに発火信号を提供する。ＳＣＲゲートにおいて発火信号がＳＣＲをオンにし、次いで、電荷コンデンサＣ１、Ｃ２に貯蔵されている電気エネルギーＶｃａｐが送達されて電気起爆筒２９５を始動させる。
【００２９】
安全ロックアウト回路２９０の別の実施形態では、マイクロコントローラ２２０からのＡＲＭ信号は、ｎチャネルＦＥＴ２９２のゲート電圧ラインに接続される。ＡＲＭ信号は高−低信号である。電子信管回路２００が安全解除される前は、ＡＲＭ信号は高く、ｎチャネルＦＥＴ２９２のゲートにおけるこの強制電圧によってｎチャネルＦＥＴ２９２が導通状態となり、ＳＣＲのゲート電圧ラインが接地に下げられる。電子信管回路２００が安全解除されると、ＡＲＭ信号は低になり、ｎチャネルＦＥＴ２９２はオフになるため、発火信号がＳＣＲゲートに送信されてＳＣＲをオンにし、それによって、電荷コンデンサＣ１、Ｃ２に貯蔵されている電気エネルギーＶｃａｐが送達されて電気起爆筒２９５を始動させることが可能となる。
【００３０】
別の実施形態では、衝撃センサトリガ回路２６０は機能的に独立している。これが、例えばマイクロコントローラ２２０の故障又は誤動作の場合の本発明の電子信管回路２００のフェイルセーフ機能である。図３Ｃから分かるように、調整された電圧供給ＶｃｃはＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲライン及びＰＩＥＺＯ＿ＥＮラインの双方に結合され；したがって、ＰＩＥＺＯ＿ＥＮラインは発射体５０が配備されるとすぐに常にイネーブルにされる。
【００３１】
図２Ａから、機械信管１０１が、ロータ１１４、ピニオンアセンブリ１１６、近接アセンブリ１１７及び撃針１５０等の多くの精密部品の移動を伴うことが認識されるであろう。例えば、発射体５０は、硬い標的に斜角で衝突すると、跳ね返る可能性があり、その間に、発射体５０の本体３０がその標的に対して叩き付けられる可能性がある。幾つかの場合、この結果として撃針１５０が刺突起爆筒１２０の中心からオフセットされ、すなわち刺突起爆筒１２０の中心からずれる可能性がある。フレーム１０４もずれる可能性がある。他の場合では、機械信管１０１の構成要素がずれて動作不能になる可能性がある。刺突起爆筒１２０のずれは、伝爆薬３２との火薬系列に影響を及ぼす可能性がある。発射体５０の本体内の爆破装薬３４は伝爆薬３２の後方の或る距離にあるため、伝爆薬３２のいかなるずれも爆破装薬３４の爆轟に影響を及ぼす可能性がある。電子信管回路２００の応答時間は機械信管１０１の応答時間よりも速いため、機械信管１０１のいかなるオフセット又はずれも生じる前に発火信号をトリガするために衝撃センサトリガ回路２６０、２６０ａが設けられる。衝撃センサトリガ回路２６０、２６０ａがトリガし発火回路２８０が応答するのは、発射体５０が硬い標的に斜角で衝突した後の１０００分の１秒の間であり；本発明の電子信管回路２００はこれを達成するように設計されている。行った試験から、本発明の電気機械式信管１００の全体的な信頼性は、９５％以上の信頼水準で約９９％以上に高まる。
【００３２】
特定の実施形態を説明及び図示したが、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に対する多くの変化、変更、変形及びその組み合わせが可能であることが理解される。本発明の範囲は次に添付の特許請求の範囲に規定され、明細書及び図面によって裏付けられる。
【図２】
2014512503.tif 000003
【図２Ａ】
2014512503.tif 000004
【図２Ｂ】
2014512503.tif 000005
【図２Ｃ】
2014512503.tif 000006
【図２Ｄ】
2014512503.tif 000007
【図２Ｅ】
2014512503.tif 000008
【図３Ｂ】
2014512503.tif 000009
【図３Ｂ１】
2014512503.tif 000010
【図３Ｃ】
2014512503.tif 000011
【図３Ｃ１】
2014512503.tif 000012
【図３Ｄ】
2014512503.tif 000013
【図１】
2014512503.tif 000014
【図３】
2014512503.tif 000015
【図３Ａ】
2014512503.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月1日(2013.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発射体の信管であって：
電力を供給するセットバック発電機；
電子発火回路に結合されている衝撃センサトリガ回路及び安全ロックアウト回路であって、該衝撃センサトリガ回路は圧電センサを含む、衝撃センサトリガ回路及び安全ロックアウト回路；並びに
撃針を作動させるように実質的に同軸に一列に配置される電気起爆筒；
を備え、標的に対する前記発射体の衝突時に、前記圧電センサが、前記安全ロックアウト回路に応じて、発火信号を生成するとともに前記電子発火回路に送信し、前記電気起爆筒に点火し、該電気起爆筒の爆轟は更に前記撃針を作動して刺突起爆筒に点火するように動作可能である、信管。
【請求項２】
前記撃針は、該撃針が前記刺突起爆筒に点火することを可能にするよう前記発射体の進行方向に対して前方方向には適合しないが、後方方向には適合し、それによって、前記電気起爆筒が点火されるときに、推力が生成されて前記撃針を前記刺突起爆筒に対して作動する、請求項１に記載の信管。
【請求項３】
前記安全ロックアウト回路は、ｎチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含み、そのドレインはシリコン制御整流子（ＳＣＲ）のゲートに接続されており、ソースは接地に接続されており、それによって、前記発射体が戦術的距離を推進された後で、前記セットバック発電機が発生させる電圧パルスＶｉｎが所定の低いレベルに低下するため、前記ｎチャネルＦＥＴのゲート電圧ラインに印加される電圧がもはや前記ｎチャネルＦＥＴを導通状態に保つことができず、前記ｎチャネルＦＥＴはオフになり、その結果、前記安全ロックアウト回路が非アクティブ化され、次に、前記発火信号が前記ＳＣＲの前記ゲートに送信されて該ＳＣＲをオンにし、該ＳＣＲはこれに応答して前記電気起爆筒に点火するように動作可能である、請求項１又は２に記載の信管。
【請求項４】
マイクロコントローラであって、該マイクロコントローラにおいて設定される所定のクロック周期に従ってＡＲＭ信号、圧電イネーブル（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＥＮ）信号及び圧電クリア（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ）信号を出力するマイクロコントローラを更に備える、請求項３に記載の信管。
【請求項５】
前記マイクロコントローラにおいてフラグを出力設定するとともにＴＩＭＥ＿ＯＵＴ自爆信号を出力するスピンロスセンサを更に備える、請求項４に記載の信管。
【請求項６】
前記衝撃センサトリガ回路はゲートつきＤラッチを含み、該衝撃センサトリガ回路の出力が前記ゲートつきＤラッチのクロック（すなわちＣＬＫ）入力に接続されており、前記ＰＩＥＺＯ＿ＥＮはＤ入力に接続されており、前記ＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ信号はクリア（すなわちＣＬＲ）入力に接続され、ＰＩＥＺＯ＿ＴＲＧはＱ端子において出力される、請求項４又は５に記載の信管。
【請求項７】
前記圧電センサの出力は電圧比較器の非反転端子に接続されており、一方で分圧器からタッピングされる基準電圧は反転端子に接続されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の信管。
【請求項８】
前記マイクロコントローラは、前記電圧比較器において前記基準電圧を駆動するように動作可能なデジタル−アナログ（ＤＡＣ）信号を出力する、請求項７に記載の信管。
【請求項９】
前記ＤＡＣ信号は、高いレベルから比較的低いレベルに時間変化するため、前記圧電センサの感度は前記発射体がその標的に近づくにつれてそれに応じて増大する、請求項８に記載の信管。
【請求項１０】
前記ＡＲＭ信号は前記ｎチャネルＦＥＴの前記ゲート電圧ラインに接続される、請求項４〜９のいずれか一項に記載の信管。
【請求項１１】
前記ＡＲＭ信号は高−低信号を含む、請求項１０に記載の信管。
【請求項１２】
前記電子発火回路はＯＲゲートを含み、前記ＰＩＥＺＯ＿ＥＮ信号は、前記ＰＩＥＺＯ＿ＴＲＧ信号又は前記ＴＩＭＥ＿ＯＵＴ信号を前記ＯＲゲートに入力して前記発火信号を生成することを可能にする、請求項６〜１１のいずれか一項に記載の信管。
【請求項１３】
セーフアームアセンブリユニットであって、該セーフアームアセンブリユニット上で前記刺突起爆筒が回転可能であり、それによって前記発射体が最小砲口安全距離を推進された後で、前記刺突起爆筒が前記撃針と位置合わせされる、セーフアームアセンブリユニットを更に備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の信管。
【請求項１４】
発射体の信管を制御する方法であって：
圧電センサの信号及び安全ロックアウト回路を電子発火回路に結合することであって；
前記圧電センサは、前記安全ロックアウト回路に応じて、発火信号を生成するとともに前記電子発火回路に送信し、電気起爆筒に衝撃感知モードで点火し、該電気起爆筒の爆轟は撃針を作動して刺突起爆筒に点火するように動作可能であり、前記電子起爆筒は前記撃針と実質的に同軸に一列に配置される、結合することを含む、方法。
【請求項１５】
前記圧電センサの前記信号を前記電子発火回路に結合することは、前記信号を送信してシリコン制御整流子（ＳＣＲ）のゲートを制御することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
安全ロックアウト回路を前記電子発火回路に結合することは、ｎチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電圧ラインを制御することを含み、ｎチャネル電界効果トランジスタのドレインはシリコン制御整流子（ＳＣＲ）のゲートに接続されており、ソースは接地に接続されており、セットバック発電機からの電圧パルスＶｉｎによって供給される前記ＦＥＴのゲート電圧は、前記ｎチャネルＦＥＴをオンにするほど最初は十分に高く、それによって、前記発火信号が接地に下げられて前記電子信管回路を安全化し；所定の時間後に前記発射体が戦術的距離に達すると、前記ＦＥＴゲート電圧は低くなりすぎて前記ｎチャネルＦＥＴを導通状態に保つことができず、上記ｎチャネルＦＥＴはオフになり、その結果、上記安全ロックアウト回路が非アクティブ化され、次に、前記発火信号が前記ＳＣＲの前記ゲートに送信されて該ＳＣＲをオンにし、該ＳＣＲはこれに応答して前記電気起爆筒に点火するように動作可能である、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
マイクロコントローラであって、該マイクロコントローラにおいて設定される所定のクロック周期に従ってＡＲＭ信号、圧電イネーブル（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＥＮ）信号及び圧電クリア（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ）信号を出力するマイクロコントローラによって、前記発火回路を更に制御する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記マイクロコントローラがＴＩＭＥ＿ＯＵＴ自爆信号を出力するように該マイクロコントローラにスピンロス信号を入力することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記圧電センサの出力によって提供されるクロック信号、及び前記マイクロコントローラからの圧電クリア（すなわちＰＩＥＺＯ＿ＣＬＲ）信号に応答して前記ＰＩＥＺＯ＿ＥＮ信号をラッチしてＰＩＥＺＯ＿ＴＲＧ出力信号を提供することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記圧電センサの出力電圧を基準電圧と比較することを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記マイクロコントローラは、前記基準電圧を駆動するように動作可能なデジタル−アナログ（ＤＡＣ）信号を出力する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＤＡＣ信号は、高いレベルから比較的低いレベルに時間変化するため、前記圧電センサの感度は前記発射体がその標的に近づくにつれてそれに応じて増大する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＡＲＭ信号を前記ｎチャネルＦＥＴの前記ゲート電圧ラインに接続することを更に含む、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＡＲＭ信号は高−低信号を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記発射体が最小砲口安全距離を推進された後で、セーフアームアセンブリユニット上に前記撃針と一列であるように配置される前記刺突起爆筒を回転させることを更に含む、請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記撃針は、前記刺突起爆筒にポイント爆轟モードで点火するように動作可能であり、前記電子発火回路は前記電気起爆筒に衝撃感知モード又は自爆モードで点火するように動作可能である、請求項２５に記載の方法。
【国際調査報告】
2014512503.tif 000017
2014512503.tif 000018
2014512503.tif 000019