(57)【要約】【課題】通常時における弾薬の取扱い性や気密性を保持しながらも、異常時や有事において外部からの衝撃や容器内部の火薬類が発火した際には容器の破裂による破片の飛散数を少なくして周囲の被害を抑制することができる火砲弾薬用円筒状金属容器の提供。【解決手段】軸方向に所定長を有する円筒部本体が底部材と蓋部材により封止された火砲弾薬用円筒状金属容器であって、該円筒部本体は、該軸方向に平行な１つの直線状の溶接部で接合されることにより所定厚の金属板が円筒状の形態を呈するものとなっており、そして該溶接部の引張強度は、該容器本体を構成する金属板母材の引張強度の０．３〜０．７倍であることを特徴とする前記火砲弾薬用円筒状金属容器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に所定長を有する円筒部本体が底部材と蓋部材により封止された火砲弾薬用円筒状金属容器であって、該円筒部本体は、該軸方向に平行な１つの直線状の溶接部で接合されることにより所定厚の金属板が円筒状の形態を呈するものとなっており、そして該溶接部の引張強度は、該容器本体を構成する金属板母材の引張強度の０．３〜０．７倍であることを特徴とする前記火砲弾薬用円筒状金属容器。
【請求項２】
前記溶接部は、部分溶込み溶接、飛び石溶接又はスポット溶接により形成されたものである、請求項１に記載の火砲弾薬用円筒状金属容器。
【請求項３】
前記溶接部の引張強度は、前記容器本体を構成する金属板母材の引張強度の０．３〜０．５倍である、請求項１又は２に記載の火砲弾薬用円筒状金属容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火砲弾薬用円筒状金属容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
火砲弾薬用金属容器（以下、単に金属容器又は容器と称することもある）は、気密されたその内部に、製造後の火薬類である発射装薬や発射薬などを含む弾薬が一つ又は複数内装され、輸送、保管、さらには射撃時に至る間、内部の火薬を保護するよう機能する。
【０００３】
以下の特許文献１に記載されるように、りゅう弾砲用発射装薬等に使用される弾薬用容器とは、細かい粒状の発射薬を装填した複数個の発射装薬を梱包し、運搬し、弾薬庫に保管する際に使用する金属容器のことである。発射装薬をりゅう弾砲等の薬室に挿入する際には、弾薬用容器から発射装薬を取り出して使用する。一般に、りゅう弾砲用発射装薬や火砲用弾薬等に使用される梱包容器としての弾薬用容器は、運用面を配慮して一定以上の落下強度と気密性を有する構造となっている。特許文献１には、弾薬用容器の脆弱部についての記載は一切ない。
【０００４】
以下の特許文献２には、通常時における落下強度や気密性を保持しながらも、容器内部において火薬類が発火した非常時には容器の爆発を回避して周囲の被害を抑制できる弾薬用容器を提供することを目的として、有底円筒状の容器本体と、該容器本体の開口を塞ぐ蓋体とを有する弾薬用容器であって、前記容器本体の筒部は、金属長板が螺旋状に巻回されてその両側縁同士を接合することで、螺旋状に延在する接合部を有する円筒状に形成されており、前記筒部には、軸方向に延びる長孔が内外貫通状に穿設されており、前記長孔は、封止材によって封止され、該長孔及び該封止材の外面は金属製のカバー部材によって覆われていることを特徴とする弾薬用容器が開示されている。
【０００５】
以下の特許文献３には、衝撃や熱等を受けて収納された発射装薬が爆発したとき、収納容器を所定の脆弱部において破壊させることにより、破壊による開口面積をできるだけ大きなものにして圧力を効果的に開放し、それ以上激しい反応が起きにくくするとともに、破片の飛散を防止できる発射装薬の収納容器が開示されている。特許文献３に開示された収納容器は、螺旋状に巻かれた帯状金属板が溶接一体化されたものであるか又は予め筒状に形成されたものである筒体、該筒体の両端部を閉塞する底部材と蓋部材を備え、該筒体が、内周面及び外周面の少なくとも一面において長さ方向に形成された螺旋状の脆弱部を有している発射装薬の収納容器である。
【０００６】
従来の弾薬用容器では、容器内部に収納された発射装薬など弾薬が、外的要因である衝撃や熱により発火した場合、高い気密性を有する弾薬用容器内において火薬の燃焼反応が生じるので、容器内部の圧力が上昇して容器自体が爆発してしまい、周囲に多大な被害を発生させる。そこで、特許文献２と３では、金属長板を螺旋状に巻いて形成した筒部に、内外貫通状の長孔が脆弱部又は開口部として軸方向に穿設された金属容器、あるいは螺旋状に巻かれた帯状金属板に同じく螺旋状の脆弱部を有した金属容器が提案されている。しかしながら、これらの金属容器では、飛翔体が衝突した衝撃で容器本体に亀裂を増大させると、内部の火薬が反応し内圧が上昇したとき長孔の開放と同時に増大した開放部に沿って金属容器の破壊が進展して破片の数が増大してしまうという問題がある。
【０００７】
以下の特許文献４には、隣接する材料において接合部と一つの非接合部とが容器の長手方向と平行に配置され、二つ以上の非接合部を有する場合は積み重ねリングを介して複数の非接合部を有し、該非接合部はシリコーンシーラントやネオプレンシーラントで接着された金属容器が開示されている。かかる金属容器は、かかる非接合部を設けることで、内部の爆薬や推進薬や火工品が刺激を受けた場合に爆発的反応を回避することができる金属容器である。前記文献４に記載された金属容器は、容器内圧と容器外圧との圧力差で該非接合部が開放するものであるが、本体部と溶接部の強度については一切言及されていない。一般に溶接部の強度は本体に比べて同程度であるため、飛翔体が衝突した衝撃で容器本体に発生した亀裂が溶接部にかかったときその亀裂は溶接線を通過して進展するために破片の数の増加を抑制することはできないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２２６０３１号公報
【特許文献２】特開２０１３−４４４５４号公報
【特許文献３】特開２０１２−１７９３５号公報
【特許文献４】米国特許第７６２４８８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、通常時における弾薬の取扱い性や気密性を保持しながらも、異常時や有事において外部からの衝撃や容器内部の火薬類が発火した際には容器の破裂による破片の飛散数を少なくして周囲の被害を抑制することができる火砲弾薬用円筒状金属容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前記した課題を解決すべく鋭意研究し実験を重ねた結果、以下の構成によってかかる課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発明は、以下の通りのものである。
【００１１】
［１］軸方向に所定長を有する円筒部本体が底部材と蓋部材により封止された火砲弾薬用円筒状金属容器であって、該円筒部本体は、該軸方向に平行な１つの直線状の溶接部で接合されることにより所定厚の金属板が円筒状の形態を呈するものとなっており、そして該溶接部の引張強度は、該容器本体を構成する金属板母材の引張強度の０．３〜０．７倍であることを特徴とする前記火砲弾薬用円筒状金属容器。
［２］前記溶接部は、部分溶込み溶接、飛び石溶接又はスポット溶接により形成されたものである、前記［１］に記載の火砲弾薬用円筒状金属容器。
［３］前記溶接部の引張強度は、前記容器本体を構成する金属板母材の引張強度の０．３〜０．５倍である、前記［１］又は［２］に記載の火砲弾薬用円筒状金属容器。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る火砲弾薬用円筒状金属容器は、通常時における弾薬の取扱い性や気密性を保持しながらも、異常時や有事において外部からの衝撃や容器内部の火薬類が発火した際には容器の破裂による破片の飛散数を少なくして周囲の被害を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の火砲弾薬用円筒状金属容器の模式図である。
【図２】本実施形態の円筒部本体母材の引張強度よりも低い引張強度をもつ部分溶込み溶接の模式図である。
【図３】本実施形態の円筒部本体母材の引張強度よりも低い引張強度をもつ飛び石溶接の模式図である。
【図４】本実施形態の円筒部本体母材の引張強度よりも低い引張強度をもつスポット溶接の模式図である。
【図５】本実施形態の円筒部本体母材の引張強度と同等又はそれよりも高い引張強度をもつ完全溶け込み溶接の模式図である。
【図６】本実施形態の円筒部本体母材の引張強度よりも低い引張強度をもつ溶接線に亀裂が接触したときの亀裂進展の模式図である。
【図７】本実施形態の円筒部本体母材の引張強度と同等又はそれよりも高い引張強度をもつ溶接線に亀裂が接触したときの亀裂進展の模式図である。
【図８】実施例1と2の銃撃感度試験の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の弾薬用金属容器は、円筒状の金属容器本体1に蓋部材3と底部材4を有し円筒状容器本体1の軸方向に容器本体の母材よりも引張強度を下げた円筒部本体の軸方向に平行な１つの直線状の溶接部（溶接線）2で構成されている。容器の補強のために蓋部材3と底部材4間の容器本体1に補強リング5を入れている構造もある。また、底部材4を有さず蓋部材3が2か所ある場合もある。蓋部材3、底部材4、補強リング5は金属製であることが好ましく、材質は特に限定されない。
【００１５】
必要に応じて、例えば、図２と図４中12で、また、図３中12aで表される不溶接部には、シール材を施してもよい。シール材としては、例えば、接着剤一般、コーキング材、半田、ゴム材等が挙げられる。
【００１６】
容器本体容器本体の母材よりも引張強度を下げた溶接、すなわち、円筒部本体母材の引張強度よりも低い引張強度をもつ溶接部の溶接とは、溶接便覧に記載される部分溶込み溶接、飛び石溶接、スポット溶接等でありことができ、容器本体の接合部に不溶接部を残した溶接である。
部分溶込み溶接とは、図２に示す突合せ部の溶接において、母材の板厚方向の全領域にわたらない溶接、すなわち、金属容器本体母材の突合せ部10を溶接する際、突合せ断面の一部に不溶接部12を残して溶接部11にて溶接するものをいう。
【００１７】
また、スキップ溶接とも言われる飛び石溶接とは、図３に示すように、金属容器本体母材の突合せ部10を溶接する際、飛び飛びに一定区間に区切って溶接を行う溶接であり、溶接部11と不溶接部12aとが交互になるように溶接したものである。変形、残留応力を最も均一にすることができる溶接法である。溶接方向に複数個存在する不溶接部12aと突合せ部10の母材肉厚方向における不溶接部12bの両方の非接合部を有することは、亀裂の進展を誘導するために好ましい。
【００１８】
また、スポット溶接とは、図４に示すように重ねあわせた母材金属容器本体母材の突合せ部10を電極で圧着しつつ電流を流し、その電気抵抗熱を利用して金属を溶かして、溶接部11と不溶接部12とが交互になるように接合する溶接である。
【００１９】
不意の落下衝撃によって容器中央部が開くのを防止するために、飛び石溶接では、突合せ部の少なくとも３か所以上を溶接することが好ましく、スポット溶接では連続的にスポット溶接を施すことが好ましい。
【００２０】
これらの溶接方法に対して、容器本体よりも引張強度を下げない溶接、すなわち、円筒部本体母材の引張強度と同等又はそれよりも高い引張強度をもつ溶接部の溶接とは、溶接便覧に記載されるような完全溶け込み溶接であり、図５に示すように、突合せ溶接において母材の全厚にわたって溶着金属を溶け込ませる溶接のことである。金属容器本体母材の突合せ部10の全断面を溶接線11によって完全に一体化して溶接するものであり、一般に溶接部の引張強度は母材の引張強度と同等かそれ以上と考えられ、継手効率（＝溶接継手の強度÷母材の強度）は100％とみなすことができる。
【００２１】
本明細書中、引張強度の試験方法は、JIS Z 2241を参照している。例えば、熱間圧延軟鋼帯SPHC母材の引張強度は、270 N/mm2以上であり、一般構造用炭素鋼管STK400母材の引張強度は、400N/mm2以上となっている。本明細書中、前記した母材より引張強度を下げた溶接とは、接合面に不溶接部を持たせて接合面積を下げることにより、溶接部の引張強度を円筒状容器の軸方向の単位長さあたり、母材の引張強度の０．３〜０．７倍に低下させた溶接、好ましくは０．３〜０．５倍に低下させた溶接という。母材より引張強度を下げた溶接としては、前記したように、部分溶込み溶接、飛び石溶接、スポット溶接を単独で又はこれらを組み合わせで用いることができる。
【００２２】
本実施形態の火砲弾薬用円筒状金属容器は、容器本体母材よりも引張強度を下げた円筒部本体の軸方向に平行な１つの直線状の溶接部（溶接線）を有することで、図６に示すように、亀裂の進展方向を溶接線に沿って誘導し、破片の数の増加を抑制する機能と、容器の開放圧力を下げる機能の両者を発揮して、例えば、銃撃感度のような飛翔体の衝撃による亀裂進展の抑制と、引き続いて内部の火薬の反応による圧力上昇の抑制の両者を発現することができる。
【００２３】
容器本体に螺旋状の溶接線と脆弱部を有する従来技術の弾薬用金属容器では、数百m/sから1000m/sを超えるような高速で、当該容器に弾丸や高速破片が衝突した場合、弾丸や高速破片の飛翔体の衝突・貫通場所に衝撃波が生じ、そこを起点として放射状に容器へ亀裂が発生する。さらに衝撃エネルギーが引き金となって容器内部の火薬が反応し始め燃焼に移行すると容器内圧が急激に上昇し、金属母材に応力がかかり亀裂が進展すると同時に火薬が燃焼したガスによる圧力の上昇で螺旋状の脆弱部が開放し、容器の長さよりもはるかに長い開放断片が容器を周回するように開放する。螺旋状にあった長い開放断片に、かかる亀裂が進展するために、本体容器が破壊された際に発生する破片の数が増大する結果となる。
【００２４】
本実施形態の容器本体は、このような断片数の増加を回避するために、容器本体に螺旋状の溶接線や脆弱部を設ける代わりに、該円筒状容器の軸方向に平行な直線状の溶接部であって円筒状容器本体母材よりも引張強度を下げたものを設けている。かかる溶接部の引張強度を下げた溶接として、部分溶込み溶接、飛び石溶接、スポット溶接等を用いることで、平常時には容器内部の火薬は雨水等から保護されているが、異常時や有事には外部から高速の飛翔体が衝突した衝撃で容器に発生する亀裂の進展がなく、また、内部の火薬が反応・燃焼した際に開放される際に発生する破片の数が少なくなるという効果を奏する。
【００２５】
本実施形態の容器内部には、通常、火薬類、例えば、一個又は複数個の弾薬、例えば、発射薬が内装されており密閉されている（図示せず）。
火薬類、特に発射薬の燃焼速度は、圧力の0.6から1.2乗に比例して高くなる特性を持っている。密閉された内部の火薬類が燃焼を始めると、その燃焼ガスにより内部の圧力が上昇する。その上昇した圧力でさらに燃焼速度が上がり、短時間のうちに急激に爆発的反応へと移っていく。そのため密閉された弾薬用金属容器では、異常時に大きな被害が生じる恐れがある。
例えば、外部から高速の飛翔体が弾薬用金属容器に衝突した異常時の衝撃や外部火災による熱により内部の火薬が反応・燃焼した際に内部の圧力の上昇に耐えられなくなった容器が爆発して被害を大きくする恐れがある。
【００２６】
本実施形態の弾薬用金属容器は、図6に示すように金属容器本体母材10に応力21が働いて亀裂20の進展が溶接部11に接触したとき、容器本体接合部に本体母材よりも引張強度を下げた溶接を施すことにより亀裂の進展方向22を溶接部の方向へ誘導され、容器の軸方向へ強度を下げた溶接部が開放するため、容器本体母材の破片数を少なくしつつ安全に内圧を開放することできる。
他方、強度を下げない完全溶け込み溶接で接合された金属容器では、図7に示すように溶接部（溶接線）は容器本体母材と同等の引張強度をもつため、容器本体母材10に応力21が働いて亀裂20の進展が溶接部11に接触しても、その亀裂の進展方向22は溶接部11を通り越して進むために溶接部（溶接線）の方向に亀裂の進展を誘導することができず、亀裂個所から容器の内圧開放が始まり爆発的に破片数が増大し、安全に内圧を開放することができない。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例、比較例により具体的に説明する。
［実施例１］
図８に示すように、金属容器の軸方向に平行な部分溶込み溶接による溶接線2を有する金属容器の試験供試体30の中に、トリプルベース発射薬と焼尽容器とからなる発射装薬15kgを収容した。円筒状金属容器は、本体長さ1010mm、外径165mm、厚さ2.3mmのであった。溶接線も本体長さと同じ1010mmであり、蓋部材3及び底部材4の間は溶接されていた。金属容器本体の材質はSPHC JISG3131規格であった。
溶接部は本体厚さ2.3mmに対して0.7倍の1.6mmで部分溶け込み溶接を施したものであった。溶接部の引張強度は本体母材の引張強度の0.7倍であった。
【００２８】
この金属容器の銃撃感度試験を、STANAG 4241 （Bullet Impact Test）に従い実施した。火薬の入った金属容器は立てて溶接部は弾丸の入射方向から右へ９０度振って固定し、30m離れた位置から12.7mm徹甲弾を単発で試験供試体30へ向けて銃31で発射した。弾丸速度は850m/sであった。
弾丸は容器中央部に当たり容器と火薬を貫通し、内部の火薬が燃焼して金属容器の裂ける状況を高速度カメラ32で撮影して観察した。
高速度カメラでの観察の結果、金属容器に弾丸が貫通すると同時に前後2か所の貫通孔から白煙が吹き出し、やがて激しい炎に変わり溶接部が開放して火薬が燃焼しながら、開放した溶接部から飛び散り開放部周辺が炎に包まれていった。
燃焼がおさまって容器を調べると、本体は溶接部が大きく開放していたが容器の破片はなく、蓋の飛散もないため、破片数は容器本体のみの1個とカウントした。
【００２９】
［実施例２］
図８に示すように、金属容器の軸方向に入った飛び石溶接による溶接線2を有する金属容器の試験供試体30の中にトリプルベース発射薬と焼尽容器とからなる発射装薬15kgを準備した。円筒状金属容器は、本体長さ1010mm、外径165mm、厚さ2.3mmであった。溶接線を有する突合せ部も本体長さと同じ1010mmであり、蓋部材3及び底部材4間は溶接されていた。金属容器本体の材質はSPHC JISG3131規格であった。
溶接部は、本体厚さ2.3mmに対して0.7倍の1.6mmで部分溶け込みの飛び石溶接を施したものであった。飛び石の間隔は、溶接部60mmに対して非溶接部35mmのピッチで10か所と両端溶接した。溶接部の引張強度は本体母材の引張強度の0.45倍であった。
この金属容器の銃撃感度試験をSTANAG 4241 （Bullet Impact Test）に従い実施した。
火薬の入った金属容器は立てて溶接部は弾丸の入射方向から右へ９０度振って固定し30m離れた位置から12.7mm徹甲弾を単発で試験供試体30へ向けて銃31で発射した。弾丸速度は850m/sであった。
弾丸は容器中央部に当たり容器と火薬を貫通し、内部の火薬が燃焼して金属容器の裂ける状況を高速度カメラ32で撮影して観察した。
高速度カメラでの観察の結果、金属容器に弾丸が貫通すると同時に前後2か所の貫通孔から白煙が吹き出しやがて激しい炎に変わり溶接部が開放して火薬が燃焼しながら開放した溶接部から飛び散り開放部周辺が炎に包まれていった。
燃焼がおさまって容器を調べると、本体は溶接部が大きく開放していたが容器の破片はなく、蓋の飛散もないため、破片数は容器本体のみの1個とカウントした。
【００３０】
［比較例１］
金属容器の軸方向に平行して完全溶込み溶接による本体と強度を下げない溶接33を有する金属容器の試験供試体30の中にトリプルベース発射薬と焼尽容器とからなる発射装薬15kgを準備した。円筒状金属容器は、本体長さ1010mm、外径165mm、厚さ2.3mmであった。溶接線も本体長さと同じ1010mmであり、蓋部材3及び底部材4間は溶接されていた。金属容器本体の材質は、SPHC JISG3131規格であった。
溶接部は、本体厚さ2.3mmに対して同じ2.3mmで完全溶け込み溶接を施したものであった。溶接部の引張強度は本体母材の引張強度と同程度であった。
この金属容器の銃撃感度試験をSTANAG 4241 （Bullet Impact Test）に従い実施した。火薬の入った金属容器は立てて溶接部は弾丸の入射方向から右へ９０度振って固定し30m離れた位置から12.7mm徹甲弾を単発で試験供試体30へ向けて銃31で発射した。弾丸速度は850m/sであった。
弾丸は容器中央部に当たり容器と火薬を貫通し、内部の火薬が燃焼して金属容器の裂ける状況は高速度カメラ32で撮影して観察した。
高速度カメラの観察結果、金属容器に弾丸が貫通すると同時に前後2か所の貫通孔から白煙が吹き出しやがて激しい炎に変わり容器が爆発的に開放して火薬が燃焼しながら周辺全体へと飛び散り周囲が炎に包まれていった。
燃焼がおさまって容器を調べると容器本体は破片となって激しく破損しており蓋と破片が飛散していた、破片数は蓋も合わせて大小7個とカウントした。
【００３１】
［比較例２］
円筒状本体容器の軸方向に平行して直線状の溶接部をもつ本実施形態の容器と、従来技術の螺旋状に溶接され接合された容器とを比較するため、実施例１の部分溶込み溶接と同じ引張強度となる直線状の切れ目を、該螺旋状に溶接され接合された金属容器に適用した。該螺旋状に溶接され接合された金属容器は、本体長さ1010mm、外径165mm、厚さ2.3mmであった。溶接線も本体長さと同じ1010mmであり、蓋部材3及び底部材4間は溶接されていた。金属容器本体の材質は、SPHC JISG3131規格であった。該螺旋状に溶接され接合された金属容器本体に、溶接部に代えて、円筒状本体容器の軸方向に平行して直線状の本体長さと同じ1010mm長さの切れ目（穿孔部（非接合部）と非穿孔部（接合部）の反復）を入れ、切れ目の引張強度が本体母材の引張強度の0.7倍となるよう接合部と非接合部のピッチ（穿孔部と非穿孔部の長さ）をレーザー加工により調整した。
比較例２における螺旋状の接合部を有する容器に関しては、螺旋状の溶接部ではなく、上記切れ目の引張強度を測定した。容器胴体に脆弱部を設けているため、比較例１に比べ容器破壊後の破片数は２個と少なかったが、螺旋状の溶接接合部に脆弱部があっため、弾丸貫入時に金属缶に発生した亀裂と溶接線がつながり、実施例１より破片数が増加した。
【００３２】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の火砲弾薬用円筒状金属容器は、通常時における弾薬の取り扱い性、気密性を保持しながらも、異常時や有事において容器内部の火薬類が発火した際には容器の破裂による破片の飛散数を少なくして周囲の被害を抑制することができるため、安全に火薬類を輸送・保管・運用することが可能であり、火砲弾薬用容器として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
1    金属容器本体
2    円筒部本体母材の引張強度よりも低い引張強度をもつ溶接部
3    蓋部材
4    底部材
5    補強リング
10    金属容器本体母材突合せ部
11    溶接部
12    不溶接部
12a    飛び石溶接の溶接線方向の不溶接部
12b    飛び石溶接の母材肉厚方向の不溶接部
20    亀裂
21    応力
22    亀裂の進展方向
30    試験供試体
31    銃
32    高速度カメラ
【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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【図７】
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【図８】
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