JP2008531977A - 弾薬ケース - Google Patents

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Abstract

ケース及びキャップを含み、及び該ケースが、約10ft lbs/inより大きい室温ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料から形成される弾薬物品が提供される。あるいは、該ケースは、ポリフェニルスルホン、又はシロキサン修飾ビスフェノール-Aポリカーボネート又はビフェニル結合を有するビスフェノール-Aポリカーボネート又はビスフェノール-Aポリカーボネート及びアクリルエラストマーを含むブレンドから形成されてもよい。また、ポリマー弾薬筒ケース材料の粘弾性応答を、該材料を高モジュラスポリマーと混合させることによって向上させる方法も提供される。

Description

本発明は弾薬物品に関し、さらに詳細にはケースの少なくとも一部がポリマー材料を含む弾薬筒ケースに関する。
極端な性質の用途のために、弾薬筒の製造に用いられる材料は優れた機械的且つ熱的特性を示さなければならない。今日の世界における全ての口径の弾薬のための筒ケース製造のために流行している材料は金属である。黄銅が主要材料であり、続いて小量の鋼、及び限定量のアルミニウムである。弾薬筒ケースのためのポリマー材料の使用は、過去40年間に渡って広く調査されているが成功しているとは言えない。
黄銅、鋼、及びそれほどではないがアルミニウム筒ケースはいくつかの不都合を受け、その最も重要なものは重い質量及び腐食の心配である。アルミニウムは潜在的な爆発性酸化分解のさらなる不都合を有し、それによって低圧筒又は比較的厚いケース壁を許容することのできる用途にのみ用いられる。これらの問題により、弾薬筒ケース製造に望ましい材料は軽量及び腐食に不浸透性となり、弾薬用途における使用に好適な機械的特性を有する。多くの軽量ポリマー材料は腐食抵抗に十分であるが;今日まで、ポリマーは、それらの劣った機械的及び熱的特性が許容できない場合(例えば、ショットガンシェルがポリエチレン成分を含有する)の特定の弾薬用途のみに用いられている。
広い範囲の取扱い及び保存条件下での安定性は重要であり、筒材料における最も重要な機械的要求は点火中に経験する。プライマーを支持する筒土台末端における材料は、まずは機械的な破損無くプライマーにおける点火ピンの衝撃を吸収しなければならない。封入された発射剤の点火及び燃焼によって急速に膨張したガスが高圧をつくりだし、点火した銃器のバレルから発射体を発射する。弾薬筒ケースは爆発によって発生した圧力に耐えて含有しなければならず、ガス燃焼生成物をバレル開口部の方向にのみ膨張させ、噴出性動力学的エネルギーへのエネルギー転換を最大化させる。
銃器の筒チャンバーは筒の外側に密接して取り付けられ、それによって放射状方向に筒ケース壁の大部分を支持するが;多くの銃器では筒土台末端の一部がチャンバーから突出しており、それによって支持されない。点火中、応力プロフィールは筒ケースに沿って発生し、最大応力が土台末端に集中する。従って、筒土台末端は非常に大きな機械的強度を有さなければならず、材料強度のゆるやかな減少は該ケースに沿って発射体を受ける前端に向かって軸方向に許容される。
典型的な黄銅筒ケースが設計され、変化する機械的要求を反映するケース長さに沿った強度プロフィールを与え、最も強くて硬い材料を筒土台末端に配置する。黄銅及び他の材料では、強度プロフィールは該ケースの一つの末端からもう一つまでの熱処理条件を変えることによって容易に誘導されるが、これはポリマーでは選択できない。機械的強度プロフィールは、ポリマー弾薬筒ケースにおいてケース壁の厚みを変化させることによって達成することができるが;該ケースの外形が銃器チャンバーサイズを存在させることによって固定される場合、増加したケース壁の厚みはしばしば必要な発泡剤負荷を受け入れるのに不十分な内容量を有するケースを生じる。
多くの弾薬物品は、2種以上の個々の部品を含む筒ケースと共に設計される。各部品は典型的に個々の材料から製作され;高強度である通常の金属材料は筒ケース土台又は“キャップ”を含み、ポリマー又は他の材料は該ケースの残りを含む。例えば、市販のショットガン弾薬は、ポリマー頂部又は袂に連結された金属土台又はキャップを用いる。著しい量の金属がそのような弾薬筒に必要となるが、質量及び費用の節約は市場で許容されるのに十分となり得る。
弾薬筒の最も厳しい機械的要求は土台末端に集中され、ケースの頂部又は前部は数種の材料要求をさらに満たさなければならない。筒発射剤の燃焼により、非常に大量のエネルギーがほんの数ミリ秒で放出され、非常に高い応力及び歪み速度を生成する。ケース材料は適切な延性を有し、脆性破壊を受けることなく爆発の衝撃を吸収しなけらばならない。また、該材料は十分な剛性及び強度を有し、クリープ、流動、又は他の変形を回避しなければならない。
可塑性の弾薬筒を設計するために多くの努力がなされ、当技術分野の研究者は種々の材料を試験している。これらの試みに関わらず一貫した成功は達成されていない。
ケース材料の要求により、ポリマーケースの弾薬を開発する主要な問題は依然として好適なポリマー材料を同定することである。これまで試されたポリマー材料の全ては、それらの点火中に生成された衝撃エネルギーの吸収又はそれらの高温での機械的統合性の保持のいずれにおいても決定的に欠乏していると思われる。当技術分野における著しい改善は、少なくとも弾薬筒ケースの頂部又は前部として用いることのできるポリマー材料の同定である。
〔発明の開示〕
本発明では、筒ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが約10ft-lb/in(ASTM D256-00で測定)より大きい値の室温ノッチ付Izod衝撃強度、及び約4より小さい-40℃におけるノッチ付Izod衝撃値に対する室温におけるノッチ付Izod強度値の比を有するポリマー材料を含む物品が提供される。
本発明の第二の実施態様では、筒ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2つ以上の断片又は部分からなり、且つ該ケースの少なくとも1種の部分が約10ft-lb/in(ASTM D256-00で測定)より大きい値の室温ノッチ付Izod衝撃強度、及び約4より小さい-40℃におけるノッチ付Izod衝撃値に対する室温におけるノッチ付Izod強度値の比を有するポリマー材料を含む物品が提供される。
〔発明の詳細な説明〕
本発明の目的のために、ここで用いられている“弾薬物品”という用語は、すぐに銃器に装填されて点火される完全に集積された球状の弾薬を意味する。弾薬物品は発射体に適合する実弾、又は発射体を有さない中身の無い球でよい。弾薬物品はピストル又はライフル弾薬のいずれの口径でよく、また非致命的な球、ゴム弾を含有する球又は他の非金属性の発射体、多様な発射体を含有する球(ショット)、及び液体充填散弾及びカプセルなどの弾以外の発射体を含有する球などの他のタイプでもよい。弾薬物品は、公知のタイプ又は本開示に続いて開発されるデザインのタイプでよい。
図1を参照すると、本発明の実施で提供される弾薬物品10の典型的な実施態様のやや概略的な斜視図が示されている。弾薬物品10は、発射剤充填(示さず)、プライマー13、及び発射体14を保持する部品である筒ケース(又は簡単に“ケース”)12を含む。従って、筒ケース12は、点火後に無傷なままである弾薬物品の一部である。筒ケースは、一部品又は多部品の構成でよい。図1に加えて図2及び3を参照すると、本発明の一つの実施態様では、ケース12が2部分の構成からなり、該ケースの前部又は一部を含む“ケースレット”部分12a、及びプライマー13が配置されている筒ケースの密閉端を含む“キャップ”部分12bを含む。図入りの実施態様では、ケースレット部分12a及びキャップ部分12bは、ケースレット12aにおける拡張18の該表面におけるリブ16及び該キャップが該ケースレットに圧入されているときに共にスナップ適合するキャップ12bの内表面におけるリブ20によって共に保持される。図IAを参照すると、一部分のケース12'、プライマー13'及び発射体14'を含む弾薬物品10'が示されている。
ここで用いられている“高モジュラス”ポリマー又はポリマー材料という用語は、ASTM D790に従って測定すると少なくとも500,000psi、さらに好ましくは少なくとも750,000psi、及びさらに好ましくは少なくとも900,000psiの室温曲げ率を有するポリマー又はコポリマーを意味する。限定はしないが引張り係数、及び剪断率を含むモジュラスの他の測定も用いてよい。
“室温”という用語は当業者によく精通しており;通常は約23℃の温度を意味する。
本発明のポリマー材料の特性(例えば、衝撃強度)とは、有用な部品(例えば、弾薬ケース要素)に成形、形成、又は変形する直前にあるような原材料の特性が意味される。もちろん、該材料のある種の処理は特性測定(例えば、適切な外形の試験片は衝撃試験のために成形されなければならない)を必要とし得、標準的な方法論からの逸脱を意味することを意図しない。筒ケースなどの部品がある種の特性を有するポリマー材料を含むことを示すことにより、“成形したまま”の部品に存在する該材料の特性ではなく、該部品が形成された材料からの特性を意味する。原材料は純粋ポリマー又はコポリマー樹脂でよく、添加剤、改質剤、混合成分などの任意の組み合わせも含有してよい。
本発明の実施で提供される弾薬筒ケースに用いられるポリマー材料の必要な特性は、高い歪み速度で大量のエネルギーを吸収する材料の特性である。該エネルギー吸収特性の指標は、材料の衝撃強度又は曲げショックに対するその応答である。エネルギー吸収に用いられる最良の現在市場で入手可能なポリマー材料の一部は、ビスフェノール-Aポリカーボネートなどのアモルファス樹脂(例えば、防弾ガラス)及びエラストマー-修飾ポリアミドなどの半結晶質樹脂(例えば、スポーツ用品)を含む。ビスフェノール-Aポリカーボネートは商品名LEXAN(登録商標)141RでGEプラスチックによって提供されており;一つの該エラストマー修飾ポリアミドは商品名Zytel FE 8194 NC 010でDuPontによって提供されている。
成形樹脂の衝撃強度の従来の測定法は、Izod及びCharpy試験などの衝撃試験である。最も広く用いられているこのデータは、ASTM D256-00基準下で室温(約23℃又は73°F)において行われるノッチ付Izod衝撃試験のためのデータである。ASTM D256-00の全内容を参照としてここに組み込む。
ノッチ付Izod衝撃強度値がここで参照されるとき、これらは特に明記しない限りASTM D256-00基準、方法Aに従って測定される。本出願の記載及び請求項では、“ASTM D256”は特にASTM D256-00、方法Aを意味する。ASTM D256基準では、ここで与えられる各Izod衝撃強度値と関連してサンプル試験温度を示す(ASTM D256-00, “Determining the Izod Pendulum impact Resistance of Plastics”, ASTM International)。
所定のポリマー材料のために測定したIzod衝撃強度は、サンプル間及び試験間である程度の可変性を示すことが認識される。当業者は、ここに記載されるIzod衝撃強度値は正確ではないが、実際の実験値が許容される限度内にあるおよその平均値を意味することを理解する。
以下の試験パラメーターは、試験結果に著しい影響を及ぼし得るものとしてASTMによって同定される:加工技術に限定されないが、成形デザイン、成形条件、及び熱処理を含む試験片製作方法;ノッチ付の方法、ノッチ付道具の速度、ノッチ付装置のデザイン、及びノッチ付の質;ノッチ付及び試験の間の時間;ノッチ付下の試験片の厚み及び試験片の幅;及び環境条件(ASTM D256-00)。従って、所定の材料のIzod衝撃強度を個々の温度で比較するとき、試験片温度は衝撃強度測定間でのみ変化させることが好ましい。
以下の表は、エネルギー吸収用途に従来から用いられている2種の材料のための衝撃強度データを与える:
表I 選択された熱可塑性物質の室温ノッチ付Izod衝撃強度(ASTM D256)
Figure 2008531977
表1で同定している材料は、衝撃吸収における最先端のものを示しており、しばしば弾薬ケース用途に破損する。例えば、室温における筒ケース12のビスフェノール-Aポリカーボネートポリマーケースレット12a部分の破損が図4に説明されており、ケースレット12aはその軸に沿ってクラック15を有し、拡張18の一部は完全に不発となってケースリブから分離される。
エラストマー相の導入は従来の経路であり、熱可塑性材料のエネルギー吸収容量を増加させる。従って、ゴム充填ナイロンは2部分(キャップ及びケースレット)の弾薬ケースのプラスチック部分のために提案されるが、限られた成功を満たす。再び、点火中のポリマー及び金属の間の界面は破損のために重要な領域であり、報告はこの界面においてポリアミド612タイプの材料による問題を示していると考えられている。さらに、ポリアミド612材料の比較的低いガラス転移温度(約5O℃)は、これらの材料を急速な点火中に火気のホットチャンバーで軟化させる。さらに、ポリアミド612タイプの材料は、ポリマー構造の親水性性質により寸法及び機械的特性の不安定性傾向を示している。
上記ポリマー材料は点火中に毎回は破損せず、それらは多くの例で適切に実施されることに注目するのが重要である。例えば、Lexan(登録商標)PCから形成されたケースで行われる試験点火では、4種の該PCケースの3種が適切に実施され、1種が上記のように破損した。しかし、該用途の極端な性質のため、有用なポリマー材料はかなり多くの時間の間完全に実施されなければならない。好ましくは、ポリマー筒ケースは99%より多い実弾点火に耐え;さらに好ましくは99.9%より多く;さらに好ましくは99.99%より多く;さらに好ましくは99.999%より多い。さらに高い成功率が好ましく、最も好ましいシナリオは100%のケースが耐えることである。
従って、本発明の実施で重要なことは;1)当業者が弾薬筒ケースの高い歪み速度エネルギー吸収要求を満たし得るポリマー材料を正確に同定できる材料ガイドラインを提供すること、及び2)該ポリマー材料から該筒ケースを製作する方法を教示することである。
以下で確認されるのは、弾薬用途の要求に耐える材料の例であり、本発明の実施により弾薬物品を形成するのに用いられる。これらの材料の例は、限定はしないが、シロキサン-修飾ビスフェノール-Aポリカーボネート(S-PC、例えば、商品名Lexan(登録商標)EXL 9330でGeneral Electric Companyによって提供されている-GE Plastics、GE Plastics Datasheet、Lexan(登録商標)EXL 9330(5頁)(1997-2003));ビフェニル結合含有ポリカーボネート(B-PC、例えば、商品名Makrolon(登録商標)DP1-1848でピッツバーグPAのBayer Polymers LLCによって提供されている、Bayer Polymers Datasheet、Makrolon(登録商標)DP1-1848(4頁)(5/03付))、及びポリフェニルスルホン(PPSU、例えば、商品名Radel(登録商標)R-5700 NTでアルファレッタ(Alpharetta)のSolvay Advanced Polymers, LLC、GA、低温ノッチ付Izod衝撃のRadel(登録商標)R-5xxx Resins、Radel(登録商標)R 5700NT-5頁))を含む。上記GE、Bayer及びSolvay Advanced Polymersデータシートの全内容を参照としてここに組み込む。該ポリマー材料エネルギー-吸収容量は、ノッチ付Izod試験(ASTM D256、上記と同様に23℃の室温)で測定して表IIに与える。
表II 選択された熱可塑性物質の室温ノッチ付Izod衝撃強度(ASTM D256)
Figure 2008531977
高い歪み速度中に生成されるエネルギーを吸収するポリマー能力の標準的な測定は、室温ノッチ付Izod試験、ASTM D256である。表I及びIIに報告されているノッチ付Izod衝撃強度値は、PC及びPA612は明らかにS-PC、B-PC及びPPSUより優れていることを示している。それによって、S-PC、B-PC、及びPPSU筒ケース部品は多くの実弾点火を目に見える破損の兆候なく耐え、ポリマーケースの弾薬は従来の黄銅弾薬と等価に実施されるという予期せぬ結果となった。これはPC及びPA612材料を用いる初期の試みと対照的であり、筒ケース破損がしばしば観察される場合である。
理論によって縛られないことを望むが、上記材料の優れた性能はそれらの優れたエネルギー吸収挙動から生じるためであると考えている。適切な材料の効率的な選択に対する明白でない手掛かりは、それらの衝撃吸収特性を室温下だけでなく室温よりかなり低い温度でも調べることである。例えば、室温におけるノッチ付Izod値の比較は、PC及びPA612材料は上手く点火される材料であるS-PC、B-PC、及びPPSUより高い衝撃強度を有することが明らかとした。しかし、この状況は、衝撃強度データが室温以下で比較されるときとは個々の。
以下の表IIIは、室温よりかなり低い温度で測定した上記5種の材料のためのノッチ付Izod衝撃強度を列挙している。低温ノッチ付Izod衝撃強度値は室温データよりも容易には入手できない。その結果、表IIIで報告されたデータは、全ての材料に対して正確に同じ低温では得られなかった。
表I及びIIの室温Izodデータを表IIIの低温データと比較すると、明確な差が時折実弾点火を失敗したポリマーケース材料の群の特性と点火に耐えたケース材料の群の間で観察される。表IIIの最後の段は、低温で得たノッチ付Izodデータに対する室温で得たノッチ付Izod衝撃データの比の値を列挙しており;従って、この比の値は、冷却による衝撃強度損失の程度の指標である。不適切な材料は、低温に冷却されたとき(高い比の値)に過剰量のそれらの衝撃強度を失う。表IIIで提供されたデータは以下のデータシートから得られ、その全内容を参照としてここに組み込む:(1)Solvay Advanced Polymers、低温ノッチ付Izod衝撃のRadel(登録商標)R-5xxx Resins、Radel(登録商標)R 5700 NT、及び(2)工学ポリマー技術者によって提供される“A Guide to Polycarbonate in General”。弾薬筒ケースのために許容される材料は、冷却するとそれらの衝撃強度の実質的な量を保持するものである。驚くべきことに、弾薬筒ケースに好適なポリマー材料は、-40℃(又はそれ以下)で測定したノッチ付Izod衝撃強度に対する室温で測定したノッチ付Izod衝撃強度の比が4より小さい値を有するものである。
B-PC材料のための低温データポイントは-30℃で報告されることに注意する。これはASTM D256衝撃試験に参照されるMakrolon(登録商標)データシートで報告されるデータを反映する。ノッチ付Izod衝撃データは、以下のような代替試験方法、ISO 180-4:23℃で60kJ/m2、-30℃で55kJ/m2、及び-60℃で50kJ/m2で測定したこの材料を報告する。ISO及びASTM試験方法の間の正相関は存在しないが、所定の方法で測定されたノッチ付Izod値の比は各方法で比較可能である。B-PC材料のためのISOデータは、該材料が23℃〜-6O℃に冷却されたときに延性の著しい減少を受けないことを明らかにしている。実際、これらの温度で報告された衝撃強度の比は、4よりかなり小さい1.2の値を有する。これは、ASTM方法で測定した室温及び-4O℃における材料の衝撃強度比が著しく4より小さいという定性的な指標である。従って、該B-PC材料は、PC及びPA612材料を表IIIの比較で凌いでいるとしてPPSU材料に分類される。
S-PCのために提供されたデータは-40℃で収集しないが、この材料のためのデータがPC及びPA612材料より厳しい(より冷たい)条件で報告されており、前者は十分に後者よりも優れているために比較は有効であると考えられる。
表III 選択された熱可塑性物質の低温ノッチ付Izod衝撃強度(ASTM D256)
Figure 2008531977
本発明に基づいてポリマー筒ケース又はケース部品の製造に好適な材料を決定するためには、室温における衝撃抵抗並びに通常の使用温度よりかなり低い温度における衝撃抵抗の両方を考慮するのが重要である。
好ましくは、本発明の実施で提供される筒ケースに有用なポリマー材料は、約10ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有し、且つ約4より小さい-40℃におけるノッチ付Izod値に対する室温ノッチ付Izod値の比を有する。
さらに好ましくは、本発明の実施で提供される筒ケースに有用なポリマー材料は、約10ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有し、且つ約3.5より小さい-40℃におけるノッチ付Izod値に対する室温ノッチ付Izod値の比を有する。
さらに好ましくは、本発明で提供される筒ケースに有用なポリマー材料は、約12ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有し、且つ約4より小さい-40℃におけるノッチ付Izod値に対する室温ノッチ付Izod値の比を有する。
最も好ましくは、本発明の実施で提供される筒ケースに有用なポリマー材料は、約12ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有し、且つ約3.5より小さい-40℃におけるノッチ付Izod値に対する室温ノッチ付Izod値の比を有する。-4O℃におけるノッチ付Izod値に対する室温におけるノッチ付Izod値の比は、約3より小さく、又は約2.5より小さく、又はそれ以下でもよい。低い比の値は優れた低温衝撃性能を示し、従って本発明の実施に好ましい。
本発明で提供される筒ケースに有用な他のポリマー材料は、約10ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有し、且つ約3より小さい-40℃におけるノッチ付Izod値に対する室温ノッチ付Izod値の比を有する。約-40℃におけるノッチ付Izod値に対する室温におけるノッチ付Izod値の比は、約2.5以下でよい。再び、さらに低い比の値がより好ましい。
いずれにせよ、低温衝撃強度要求を約-40℃で測定されたIzod値に限定することを意図しない。明らかに、低温でも高い衝撃強度を保持する材料は弾薬筒ケースにおける使用に好適となり得る。従って、本発明の室温及び低温におけるIzod衝撃強度の比を決定するためには、低温衝撃強度は、ほぼ-45℃、又はほぼ-5O℃、又はほぼ-55℃、又はほぼ-6O℃の温度、又はさらに低温で測定してよい。従って、4以下の-45℃(又はそれ以下)におけるノッチ付Izodに対する室温におけるノッチ付Izodの比は、一般的に室温及び-4O℃の間で取った比も4以下であることを意味し;従って、いかなる該材料も本発明の実施に有用である。また、当業者は、好ましくはないが衝撃強度比が室温及び-40℃よりわずかに大きい温度で測定された値から決定され得ることを認識している。
本発明の一つの実施態様では、弾薬筒ケースが、約10ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有するポリマー材料からなり、-50℃におけるノッチ付Izod値に対する室温におけるノッチ付Izod値の比が約4より小さい。さらに好ましい実施態様では、弾薬筒ケースが、約10ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有するポリマー材料からなり、-50℃におけるノッチ付Izod値に対する室温におけるノッチ付Izod値の比が約3.5より小さい。さらに好ましい実施態様では、弾薬筒ケースが、約12ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有するポリマー材料からなり、-50℃におけるノッチ付Izod値に対する室温におけるノッチ付Izod値の比が約4より小さい。さらに好ましい実施態様では、弾薬筒ケースが、約12ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有するポリマー材料からなり、-50℃におけるノッチ付Izod値に対する室温におけるノッチ付Izod値の比が約3.5より小さい。
対応するデータの広い有効性のため、ノッチ付Izod衝撃試験は、本発明を記載する際に比較の基準としてここで用いる。しかし、Izod(非ノッチ付)及びCharpy試験などの他の試験方法が衝撃強度の測定を提供し、それによって本発明の実施に間接的に適用可能であることに注意する。実際の衝撃強度値及び、従って強度比は直接相関しないが、任意の衝撃試験方法で測定される室温及び低温(-40℃以下)における衝撃強度の小さい(約4又は5より小さい)比を有するポリマー材料は、場合によって本発明の実施で提供される弾薬筒ケースに有用となる。他の衝撃試験方法に付されるときの良好な低温衝撃強度保持を説明する材料はまた、ノッチ付Izod試験で同様の性能を示すべきである。従って、任意の標準衝撃試験手順を用いて測定される室温対低温の衝撃強度は、筒ケース性能のための材料を定性的に評価するのに用いることができるが、ノッチ付Izodデータは、材料が本発明のケース部品の基準を満たすか否かを決定するのにすでに有用でない場合はASTM D256で収集すべきである。
延性単独は、弾薬ケース材料として用いるための所定のポリマー材料の安定性を導く唯一の要因ではない。本発明の衝撃基準を満たす全ての材料が全ての弾薬用途に有用であると提案することを意図しない。本発明によって確立された材料衝撃要求は、クリープ抵抗、融解点及びガラス転移点などの熱特性、化学抵抗、不燃性、寸法安定性、特別な用途要求、チャンバー間の摩擦係数などのさらなる要因と関連して観察しなければならない。しかし、十分な延性の不存在、又は冷却による延性の過剰な損失は、該材料が十分なエネルギー吸収容量を有さず、点火によってそれに課せられる要求を取り扱うというケース材料として有用であることから所定の材料を失格させる。
有用なポリマー材料が単独成分材料であることはないが、ほとんどの場合にブレンド及び複数の成分のブレンドであることに注意するのも重要である。例えば、本発明の実施に有用であり、且つ複数の実施例で試験される材料の1種(S-PC)は、2種の主要な成分、簡単にはビスフェノール-Aポリカーボネート及びシロキサン-ポリカーボネートコポリマーのブレンドである。従って、本発明の実施で有用な材料はまた、上記ポリマーをある種の特性を向上させることを意図する他の成分と共に上記の延性要求を損なわないことに注意しながら混合することによって提供されるものを含む。
本発明のための材料は、ここで記載されている衝撃強度要求を満たす純粋なポリマー樹脂に限定されない。当業者は、種々の添加剤及び充填剤がしばしばポリマー材料に導入され、弾薬ケース材料にも用いることができることを認識する。添加剤は、限定はしないが、可塑剤、潤滑剤、成形剤、充填剤、熱酸化安定化剤、難燃剤、着色剤、相溶化剤、衝撃改質剤、離型剤、強化用繊維などの任意の組み合わせを含んでよい。また、添加剤は1種以上のポリマー又はコポリマーのブレンドに含まれることができる。
本発明で提供される有用な筒ケースの非限定例は、高モジュラスポリマー材料を本発明の衝撃要求を満たす樹脂材料と混合することによって製造され得る。高モジュラスポリマーは土台材料のクリープ及び粘弾性弛緩抵抗を向上させ、高温におけるその機械的保全性を改善する。該ポリマーは任意の割合で混合してよく、高モジュラス材料の量は得られたブレンドの延性が弾薬ケース材料として用いるのに十分となるようにバランスさせる。高モジュラス材料の量の非限定例は、約50質量%、さらに好ましくは約25%、さらに好ましくは約15%、さらに好ましくは約10%、さらに好ましくは約5%である。2.5%より少なく、1%より少なく、又はさらに0.1%より少ない量が、本発明の実施に有用となる機械的特性に十分な効果を有し得る。高モジュラス材料の下限はない。
本発明の弾薬物品の典型的な実施態様では、弾薬筒ケースレットがシロキサン-修飾ビスフェノール-Aポリカーボネート及び高モジュラスポリマー又はコポリマーのブレンドから射出成形される。
さらに別の実施態様では、弾薬筒ケースレットが、ビフェニル結合を有するビスフェノール-Aポリカーボネート及び高モジュラスポリマー又はコポリマーのブレンドから射出成形される。
これらの高強度ポリカーボネート系材料のいずれかを高モジュラス材料と混合することは、粘弾性弛緩特性の向上を達成するための方法の例である。
プラスチックの低温衝撃強度を向上させる一つの方法は、該プラスチックを柔軟なポリマー又はコポリマーと混合することである。従って、有用なブレンドの例は、ウィノーナのRTP Companyによって提供される材料、MNなどのアクリルエラストマーで合金化され、RTP 1899A X 83675として同定されるビスフェノール-Aポリカーボネートである。RTP 1899A X 83675のノッチ付Izod衝撃特性は以下のように報告される:23℃で26ft lbs/in、及び-40℃で17ft lbs/in(2005年3月4日にRTP Companyから得られた値)。
RTP Companyからのデータシートを参照としてここに組み込む。RTP 1899A X 83675材料の高温機械的保全性は、高モジュラスポリマー又はコポリマーの添加によってさらに向上し得る。ここに記載されているノッチ付Izod比要求を満たすこのタイプの混合材料は、本発明の実施に有用である。
当技術分野で公知な他の方法は、熱可塑性材料の低温衝撃特性を向上させるのに用いることができる。本発明の衝撃強度比要求は、ある種の公知なポリマー材料を改良することによって満たされ得る。熱可塑性ポリマーの低温衝撃強度を増加させるための方法は、限定はしないが以下を含む:
-該ベースモノマーを第二のモノマーと共重合させ、エネルギー吸収のために柔軟な結合を与える。シロキサン成分は、例えばポリカーボネートバックボーンにおけるブロックとして含まれ、S-PC材料における低温衝撃強度を向上させる。同様に、ビフェニレン結合を組み込んでいるモノマーは簡素なポリカーボネートバックボーンに導入され、優れた低温エネルギー吸収材料(B-PC材料)を生じる。
-衝撃改質剤をエラストマー混合成分などのベースポリマー樹脂にRTP 1899A X 83675 材料においてブレンド又は混合する。
-該ポリマー組成物を調合し、非ポリマー低温衝撃改質剤を含有させ、例えばPVCへのアジペート可塑剤の添加により低温性能を向上させる。
本発明の実施では、これら及び他の技術の任意の組み合わせを応用し、本発明の要求を満たす室温から低音におけるノッチ付Izod比を有する材料をつくることができ、それによって本発明で提供される弾薬筒ケースに好適な材料となる。再び、設計された衝撃特性単独では弾薬ケースにおける成功を保証するには十分でなく;さらなるポリマー材料要求、例えば上記のものが、弾薬成分を含むポリマー材料の成功に必要であるとして当業者に公知である。
本発明では、設計されたポリマー材料が弾薬筒ケースのいかなる部分をも含んでよい。発射体を確保する頂部末端と比較して筒ケースの底部又は土台末端におけるさらに厳格な機械的要求のために、2部分又は多部分の筒ケースが好ましくはその1部分が該ケースの土台を形成する高強度材料であってよく、例えば、土台は金属又はポリマー又はコンポジット材料を含んでよい。
混成ポリマー金属筒ケースは当技術分野でよく知られており、本発明の実施に好ましい。好ましい実施態様では、ポリマーケースレットが筒ケースの前部を構成し、金属製キャップが閉じた後部ケース部分を形成する。金属に対するプラスチックの割合は変えることができ、大量の割合のプラスチックが、質量減少を最大化させ、腐食抵抗を強化させ、及びプラスチックに固有な他の利点を提供するのが好ましい。存在する金属の量は、点火中に破損した筒を妨げるのに必要な最小の金属キャップサイズによって決定される。筒ケースにおけるポリマー材料の非限定例は、質量で約10%、さらに好ましくは約20%、さらに好ましくは約30%、さらに好ましくは約40%、さらに好ましくは約50%、さらに好ましくは約60%、さらに好ましくは約70%以上である。
一部の弾薬物品の外形は、比較的厚い筒ケース壁に耐えることができるようなものであり、さらに必要な発射剤チャージのための余地を与える。該物品のためのケースは1つの部分のポリマー構成でよいが、但し、該材料の厚みは弾薬用途の機械的要求に耐えるように設計され得る。本発明で提供される1つの部分のポリマー筒ケースは、本発明の機械的特性ガイドラインを満たすポリマー材料を含む。
材料選択は、ポリマーケース弾薬物品を首尾よく設計するという一つの特徴のみである。ポリマー筒ケース又はケース部品が望まれる場合、本発明の材料はポリマー部分外形の適切なデザインに沿って用いなければならない。明らかに、より厚いケース壁は、点火中のケース生存の見込みを改善する。先行技術に基づき、当業者は論理的な様式でケース外形及び配置を設計、製作、及び試験して、ポリマー部品デザインを最適化させることができる。同様に、弾薬は弾道性能に基づいて評価しなければならない。当技術分野の通常の技術によって、個人が発射剤タイプ及び充填などの適当な要因を変化させ、所定の用途のための弾道性能を最適化させるのが可能である。しかし、ここで開示されている材料特性要求は当技術分野の現状では知られておらず、弾薬の先行技術に関連して適用しなければならない。
ケース壁の厚み、従って材料選択に対する一つの状況的な限定は、ケース外形が既存の銃器において対応するチャンバー内形によって固定されることである。言い換えれば、新規ポリマーケース弾薬筒は適切にサイジングされ、既存の銃器チャンバーに適合しなければならない。さらに、ケース前部の最小直径は所定の口径銃器のために既存の発射体直径によって固定される。重要なことは、部品材料及び外形は共に性能を決定するが、部品デザインの柔軟性における限定は、ここに開示されているような熟練した材料選択を必要とする。
ケース外形限定は、チャンバーが選択された外法を有する筒を許容することができ、それによって、例えば、より厚いケース壁を可能にするような新規銃器システムを設計することによって回避され得る。ポリマーケース弾薬を収容するように設計され得る開発中の銃器システムの例は、ケースはめ込み式弾薬を点火するものである。非従来的な弾薬物品100の典型的な実施態様は実験的なケースはめ込み式弾薬であり、図5でやや概略的に示されており、これは発射体140を筒ケース120の内部に組み込んでいる。点火中、発射体は、筒の前部150における開口部を介するか、又は貫通を意図する薄いバリア160を貫通することによって筒ケース120を出る。バリア160はケースを形成するのと同じ材料から形成することができ、上記の本発明で提供される材料のいずれにもすることができる。そのような銃器の点火チャンバーは、原理的にはその全長に沿って筒ケースを完全に保持するように設計され、それによって一つの部分のポリマーケースデザインの潜在的な成功を増加させる。
本発明の一つの実施態様では、多部分の筒ケースを有する弾薬物品が提供される。該ケースはポリマーケースレット部分に連結されている金属製キャップ部分を含み、上記衝撃強度要求を満たす材料を含むケースレットを有する。該キャップは実弾プライマーを収容し、ケースレットに安全に連結されている。発射剤チャージは組み立てられたケースによって形成された内空洞に導入される。発射体は開口ケースレット末端に挿入され、接着剤で確保される。組み立てた弾薬物品を銃器チャンバーに充填して点火する。
発射体をケースレットの開口端に確保するための方法の他の非限定的な典型的実施態様は、以下の通りである:
1. 該ケースレットを、該発射体の少なくとも一部周囲で該ケースレットのポリマー材料を成形することによって形成する;
2. 機械的な障害によって該発射体を該ケースレットに確保する;
3. 超音波溶接によって該発射体を該ケースレットに確保する;
4. その場の成形及び接着剤の使用の組み合わせによって該発射体を該ケースレットに確保する;及び
5. 該ケースレットを発射体周囲に熱クリンピングすることによって該発射体を該ケースレットに確保する。
従来から公知のポリマー材料が好適であることは示されていないが、数種の金属が2部分の弾薬筒ケースのキャップ部分の製作に有用である。黄銅及び種々の鋼及びアルミニウム合金を含む種々の金属が用いられ、全てが満足に作用する。本発明の一つの実施態様では、筒ケースのキャップ部分が点火を機械的に耐えることのできる任意の材料からなってよい。非限定的なキャップ材料は、任意のグレードの黄銅、鋼及び鋼合金、アルミニウム及びその合金、セラミックス、コンポジットなどを含む。
本発明の好ましい実施態様では、ポリマーケースレットが、約10ft lbs/in(ASTM D256で測定)より大きい室温ノッチ付Izod値を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod値に対する室温におけるノッチ付Izod値の比を有する材料から射出成形される。ケースキャップは、アルミニウム、鋼、又は黄銅から製作され、プライマーを受け取るように設計される。アルミニウムは、黄銅又は鋼と比較したその低コスト及び軽量のために好ましいキャップ材料である。ケースレット及びキャップは安全に連結され、筒ケースを形成する。該ケースには発射剤チャージが充填され、発射体が開口末端に挿入されて確保される。続いて、組み立てた弾薬物品を銃器に充填して点火する。
多くの先行技術の方法は、弾薬筒ケースのキャップ及びケースレット部分を取り付けることが知られている。ケースレット及びキャップを取り付けるいかなる方法も許容されるが、但し2部品は安全に連結され、気体燃焼生成物は点火により組み立てられたケースから逃げることができない。可能な確保方法は、限定はしないが、リブ及び針などの機械的な連結方法、接着剤、その場の成形、熱クリンピング、超音波溶接、摩擦溶接などを含む。2部分又は多部分の筒ケースの各部分を確保するためのこれらの及び他の好適な方法は、本発明の実施で有用である。
多くの個々のタイプの弾薬物品が本発明で提供される。例えば、本発明の衝撃強度要求を満たすポリマー材料を用いて、銃器の種々の口径のための弾薬部品を製造してよい。非限定例は、.22、.22-250、.223、.243、.25-06、.270、.300、.30-30、.30-40、30.06、.303、.308、.357、.38、.40、.44、.45、.45-70、.50 BMG、5.45mm、5.56mm、6.5mm、6.8mm、7mm、7.62mm、8mm、9mm、10mm、12.7mm、14.5mm、20mm、25mm、30mm、40mmなどを含む。本発明の実施では、第一の工程が候補ポリマー材料を同定することである。ASTM D256を用いて収集された室温及び低温ノッチ付Izod衝撃データは、多くの市場で入手可能な材料として製造者及び卸業者から入手可能である。本発明の実施で材料を選択する一つの方法は公開データを見直し、約10ft-lb/inより大きい室温ノッチ付Izod衝撃強度を有する材料を同定することである。次に、-40℃以下におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温ノッチ付Izod衝撃強度の比を計算する。該比が4以下の場合、続いて該材料を本発明の弾薬筒ケースで使用するための候補として本発明で同定する。
室温又は-4O℃(又はそれ以下)のいずれか又は両方におけるポリマー材料のノッチ付Izod衝撃強度が材料提供者又は他の信頼できる出所から入手不可能である場合は、該材料をまずは定性的に評価することができる。本発明を実施する際、ASTM D256以外の衝撃試験方法、例えば非ノッチ付Izod、Charpy、又はISO 180/4A、180/1 A、又は180/4U試験によって測定される衝撃強度を調査する。これら又は他の衝撃試験を用いて、ある材料が室温から-4O℃に冷却されたときにその衝撃強度の大部分が保持されることが見出された場合、該材料は本発明の弾薬ケースを形成するのに適し得る。低温衝撃データが入手不可能な場合、高い室温衝撃強度(10ft-lb/inより高いノッチ付Izod又は別の衝撃試験による同等の高さ)を有する材料を低温で試験すべきである。一つはASTM D256によるノッチ付Izod試験を該材料において室温(23℃)及び-4O℃で行い、衝撃強度の比を計算して該材料が本発明のガイドラインを満たすか否かを決定する。
本発明を実施する別の方法は、既存のポリマー材料を改良して本発明で提供される衝撃要求を満たすことを含む。例えば、ポリカーボネートなどの高い衝撃ポリマーを加え、種々の組み合わせ及び量で任意の複数の他の材料と混合し、低温衝撃強度及び他の特性を向上させることができる。限定されない組成物は、室温及び-4O℃におけるノッチ付Izod衝撃強度のために製造及び試験し、衝撃強度比が4以下であるか否かを決定することができる。ある材料が本発明の衝撃強度要求を満たすことが見出された場合、該材料は本発明で提供される弾薬筒ケースにおける使用に好適であると考えられる。
本発明の実施では、例えば、一連のポリマーブレンドが、PCなどの可変量の高モジュラスポリマーを有する高い衝撃熱可塑物から調製される。0.1質量%〜25質量%で変化する反復量の高モジュラスポリマーを有するブレンドは、加熱押出などの公知の混合方法を用いて調製される。混合材料のサンプルを成形し、ASTM D256に従って23℃及び-40℃で衝撃試験する。室温及び低温における衝撃強度の比は、各混合組成物で計算する。高い室温衝撃強度(10ft-lb/inより大きい)を有するサンプルでは、最低の計算衝撃強度比を有するブレンドが最適量の高モジュラス材料を含有する。該比が約4より小さくなる場合、該材料は本発明の実施で提供される筒ケースにおける使用のための候補として同定される。この実施例で与えられる特別な材料は代表的なものであり、限定するものではない。当技術分野で公知の多くのタイプの添加剤を多くのベース樹脂と配合し、上記のように試験して、得られた材料が本発明の衝撃特性要求を満たすか否かを決定することができる。この方法は、本発明のケース材料を同定するための一般的な手順を説明している。
本発明の材料を用いて製造されるポリマーケース弾薬の試験は、完全に組み立てた実弾物品を点火することによって行う。第一に、ケース部品に有用として同定された材料を、標準的な方法及び装置(例えば、射出成形)を用いて成形し、ポリマー筒ケースレットを形成する。該ケースレットを、予め挿入されているプライマーを有する金属性キャップに連結する。生じた筒に発射剤チャージを充填し、そのタイプ及び量は当業者によって容易に決定され得る。発射体は筒の開口末端に挿入され、確保される。物品を試験点火のためにそのように調製する。いかなるサイズ、口径、又はタイプの弾薬物品も実弾試験のために組み立てることができる。
本発明の実施で提供される筒ケースは、例えば、射出成形、ストック形状からの機械加工、熱成形、圧縮成形、吹込成形、及び/又は押出などによって形成することができる。
本発明によって提供されるポリマーケース弾薬の試験点火は、製造された弾薬物品のサイズ又は口径に対応するいかなるタイプの銃器を用いても行うことができる。弾薬物品は、単発銃器、半自動銃器、又は自動銃器で試験点火することができる。弾薬は個別か、又は多数の弾薬物品を含有するクリップ、マガジン、又はベルトから点火してよい。弾薬物品は断続的に又は急速な連続的に点火してよく、点火速度は銃器の能力のみに限定される。
実施例1
4種の軽量ポリマー弾薬物品(.50-口径/12.7mm)を射出成形したS-PC(Lexan(登録商標)EXL 9330)ケースレット(場合lets)から組み立て、キャップを鋼合金から機械加工した(P20)。各キャップは予め組み込まれているプライマー(CCI #41)を有した。ケースレットはキャップ内部の対応する溝に適合するスナップ障害をつくる後部周辺の隆起を考慮して設計し、それによって該ケースレット及びキャップを安全に連結する。続いて、該筒に発射剤(220粒子のWC860)を充填した。発射剤の充填後、発射体(647粒子)を筒に挿入して接着剤を用いて取り付けた。
組み立てたケースレット外形を標準的な黄銅で成形した。
50口径の弾薬は、その前端の0.0016インチからその長さに沿って0.0039インチの最大厚みまでの壁厚を含む。
4種の弾薬物品を組み立てた後、該物品を発射体速度及びチャンバー圧力測定のために用意された.50-口径ライフル(Serbu BFG-50)の一発を利用して試験点火した。圧力及び速度は、黄銅弾薬を点火したときに得られるものに匹敵した。4種全ての筒ケースが点火を無傷で耐えた。
実施例2
実施例1で述べた手順を繰り返し、個々のケースレット材料を用いた。4種の軽量ポリマー弾薬物品(.50-口径/12.7mm)をB-PC(Makrolon(登録商標)DP1-1848)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。鋼キャップ、発射剤充填、及び発射体は実施例1で用いたものと同じにした。測定された圧力及び速度を黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、4種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例3
実施例1で述べた手順を繰り返し、個々のケースレット材料を用いた。4種の軽量ポリマー弾薬物品(.50-口径/12.7mm)をPPSU(Radel(登録商標)R-5800 NT)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。鋼キャップ、発射剤充填、及び発射体は実施例1で用いたものと同じにした。測定された圧力及び速度を黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、4種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例4
実施例1で述べた手順を繰り返し、別のケースレット材料を用いた。4種の軽量ポリマー弾薬物品(.50-口径/12.7mm)をPC/PMMAブレンド(RTP 1899A X 83675)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。鋼キャップ、発射剤充填、及び発射体は実施例1で用いたものと同じにした。測定された圧力及び速度を黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、4種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例5
実施例1で述べた手順を繰り返し、個々のキャップ材料を用いた。4種の軽量ポリマー弾薬物品(.50-口径/12.7mm)をアルミニウム合金(Al 7068)から機械加工したキャップ及びS-PC(Lexan(登録商標)EXL 9330)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。発射剤充填及び発射体は、実施例1のものと同一とした。測定圧力及び速度は黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、4種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例6
実施例1で述べた手順を繰り返し、個々のキャップ材料を用いた。4種の軽量ポリマー弾薬物品(.50-口径/12.7mm)を、黄銅(70:30)から機械加工したキャップ及びS-PC(Lexan(登録商標)EXL 9330)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。発射剤充填及び発射体は、実施例1のものと同一とした。測定圧力及び速度は黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、4種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例7
対照実験は実施例1で述べた手順で行い、本発明に記載されている材料仕様を満たしていないポリマーケースレット材料を用いた。4種の軽量ポリマー弾薬物品(.50-口径/12.7mm)を組み立て、鋼合金(P20)から機械加工したキャップ及びビスフェノール-Aポリカーボネート(Lexan(登録商標)141R)から射出成形したケースレットを用いた。発射剤充填及び発射体は実施例1のものと同一とした。4種の筒ケースの3種は点火を無傷で耐え;1種の筒はケースレットが軸破損を受け、さらにケースレットをキャップに固定した領域は完全に深刻であり、すなわち、該筒は2つの部分に爆発して破損した。
実施例8
10種の軽量ポリマー弾薬物品(.223-口径/5.56mm)を、S-PC(Lexan(登録商標)EXL 9330)から射出成形したケースレット及び黄銅(70:30)から機械加工したキャップを用いて組み立てた。各キャップは予め設置したプライマー(CCI#41)を有した。ケースレットは、キャップ内装に対応する溝に適合するスナップ障害をつくる下部分周囲に隆起を設計し、それによってケースレット及びキャップを安全に連結した。続いて、該筒に発射剤(23粒子のWC 844)を充填した。発射剤を充填した後、発射体(62粒子)を筒に挿入し、接着剤を用いて取り付けた。
弾薬物品を組み立てた後、該物品を、発射体速度及びチャンバー圧力測定のための機器を備えた半自動.223-口径ライフル(Bushmaster AR-15)を用いて立て続けに試験点火した。圧力及び速度は黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵した。10種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた(筒寸法に関してはMilitary specification MIL-C-63989C, Drawing 9342868参照)。
実施例9
実施例8で述べた手順を繰り返し、個々のケースレット材料を用いた。10種の軽量ポリマー弾薬物品(.223-口径/5.56mm)を、B-PC(Makrolon(登録商標)DP1-1848)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。黄銅キャップ、発射剤充填、及び発射体は実施例8で用いたものと同一とした。測定した圧力及び速度は黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、10種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例10
実施例8で述べた手順を繰り返し、別のケースレット材料を用いた。10種の軽量ポリマー弾薬物品(.223-口径/5.56mm)をPPSU(Radel(登録商標)R-5800 NT)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。黄銅キャップ、発射剤充填、及び発射体は実施例8で用いたものと同じにした。測定された圧力及び速度を黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、10種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例11
実施例8で述べた手順を繰り返し、別のケースレット材料を用いた。10種の軽量ポリマー弾薬物品(.223-口径/5.56mm)をPC/PMMAブレンド(RTP 1899A X 83675)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。黄銅キャップ、発射剤充填、及び発射体は実施例8で用いたものと同じにした。測定された圧力及び速度を黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、10種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例12
実施例8で述べた手順を繰り返し、別のケースレット材料を用いた。10種の軽量ポリマー弾薬物品(.223-口径/5.56mm)を、アルミニウム合金(Al 7068)から機械加工したキャップ及びS-PC(Lexan(登録商標)EXL 9330)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。発射剤充填及び発射体は実施例8で用いたものと同じにした。測定された圧力及び速度を黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、10種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例13
実施例8で述べた手順を繰り返し、個々のキャップ材料を用いた。10種の軽量ポリマー弾薬物品(.223-口径/5.56mm)を、鋼合金(P20)から機械加工したキャップ及びS-PC(Lexan(登録商標)EXL 9330)から射出成形したケースレットを用いて組み立てた。発射剤充填及び発射体は実施例8で用いたものと同じにした。測定された圧力及び速度を黄銅弾薬を用いて得られたものに匹敵し、10種全ての筒ケースは点火を無傷で耐えた。
実施例14
対照実験は実施例8で述べた手順で行い、本発明に記載されている材料仕様を満たしていないポリマーケースレット材料を用いた。10種の軽量ポリマー弾薬物品(.223-口径/5.56mm)を組み立て、黄銅(70:30)から機械加工したキャップ及びエラストマー修飾、高衝撃PA612(Zytel(登録商標)FE 8194 NCOlO)から射出成形したケースレットを用いた。発射剤充填及び発射体は実施例8のものと同一とした。10発のうち8発のみが点火を完全に耐えた。使用したケースの調査は頚部の著しい伸長又は延長を明らかにし、これは1つのサンプルでは発射体を確保し、第二のサンプルではケースレット/キャップ障害付近にクラックを確保する。
実施例15
200種の軽量ポリマー弾薬物品(.223-口径/5.56mm)を、ゴム充填ポリアミド(Zytel(登録商標)FE8194 NCOlO)から射出成形したケースレット及び黄銅(70:30)から機械加工したキャップを用いて組み立てた。各キャップは予め設置したプライマーを有した。ケースレットは、キャップ内装に対応する溝に適合するスナップ障害をつくる下部分周囲に隆起を設計し、それによってケースレット及びキャップを安全に連結する。続いて、該筒に発射剤(23粒子のWC 844)を充填した。発射剤を充填した後、発射体(62粒子)を筒に挿入し、接着剤を用いて取り付けた。
200種の弾薬物品を組み立てた後、該物品を7種の30発マガジンに装填した。弾薬は全自動.223-口径ライフル(M-4)を用いて試験する。該武器は空になるまで連続的に点火し、続いて素早くマガジンを交換した。該武器は試験終了前に満タンにした。調査は、筒ケースの過熱及びホットチャンバーにおける破損を明らかにした。
実施例16
軽量ポリマー弾薬物品(.223-口径/5.56mm)を、射出成形したゴム充填ポリアミド(Zytel FESI 94 NCOI 0)ケースレット及び黄銅(70:30)から機械加工したキャップから組み立てた。各キャップは予め設置したプライマーを有した。ケースレットは、キャップ内装に対応する溝に適合するスナップ障害をつくる下部分周囲に隆起を設計し、それによってケースレット及びキャップを安全に連結する。続いて、該筒に発射剤(23粒子のWC 844)を充填した。発射剤を充填した後、発射体(55粒子)を筒に挿入し、接着剤を用いて取り付けた。
全自動.223口径(5.56mm)M-4ライフルを用いて組み立てた弾薬を試験した。黄銅弾薬は全自動様式で点火し、筒チャンバーを加熱した。チャンバー温度は該チャンバーの外部にひもで取り付けた熱電対によっておよそ測定した。多くの黄銅弾を点火した後に、熱電対は250℃の外部チャンバー温度を示し、この実施例のポリマーケース弾薬の30発マガジンを素早く銃器に挿入し、2-3発一気に点火させ、ホットチャンバーにその後の弾を放置した。1分の加熱後、弾を点火すると銃器は深刻な弾詰まりとなった。調査は筒ケースがチャンバーで軟化して点火により崩壊し、チャンバーにケースがひっかかったことを明らかにした。従って、Zytel材料から製造したその後のケース弾は点火することができなかった。
本発明の弾薬物品及び該物品を製造するための方法の典型的な実施例の上記記載は、図解目的のためである。当業者に明らかな変形のため、本発明を上記の特別な実施態様に限定することを意図しない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載されている。
2部分の筒ケース、プライマー及び発射体を含む本発明の実施で提供される弾薬物品のやや概略的な斜視図(粉末又は発射剤充填は示さず)。 キャップ部分を有するケースのケースレット及びキャップ部分の両方を断面で示す、図1の筒ケース及びプライマーのやや概略的な爆破したときの斜視図。 ケースのケースレット及びキャップ部分の両方を断面で示す、図1の筒ケース及びプライマーのやや概略的な断面図。 点火で破損したビスフェノール-Aポリカーボネートから形成された筒ケースのやや概略的な斜視側面図。 非伝統的なケースはめ込み式弾薬物品のやや概略的な断面図。

Claims (63)

  1. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが、ASTM D256-00に従って測定すると約682.5J/m(約10ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  2. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが、2種以上の個々の成分を含み、少なくとも1種の該成分が、ASTM D256-00に従って測定すると約682.5J/m(約10ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  3. 前記ポリマー材料が、可塑剤、潤滑剤、成形剤、充填剤、熱酸化安定化剤、難燃剤、着色剤、相溶化剤、衝撃改良剤、離型剤、強化用繊維などの任意の組み合わせをさらに含む、請求項１又は２記載の弾薬物品。
  4. 前記ポリマー材料が、ブレンドされた又は共に混合された1種以上のポリマー又はコポリマーを含む、請求項１又は２記載の弾薬物品。
  5. さらに発射体を含む、請求項１又は２記載の弾薬物品。
  6. 発射体が、該発射体の周囲でポリマー材料を成形することによってケースに確保されている、請求項５記載の弾薬物品。
  7. 発射体が機械的障害によってケースに確保されている、請求項５記載の弾薬物品。
  8. 発射体が接着剤によってケースに確保されている、請求項５記載の弾薬物品。
  9. 発射体が超音波溶接によってケースに確保されている、請求項５記載の弾薬物品。
  10. 発射体が、その場の成形及び接着剤の組み合わせによってケースに確保されている、請求項５記載の弾薬物品。
  11. 発射体が、成形作用後の高温クリンピングによってケースに確保されている、請求項５記載の弾薬物品。
  12. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースがポリフェニルスルホンを含む、弾薬物品。
  13. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、且つ少なくとも1種の該成分がポリフェニルスルホンを含む、弾薬物品。
  14. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースがシロキサン修飾ビスフェノール-Aポリカーボネートを含む、弾薬物品。
  15. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、且つ少なくとも1種の該成分がシロキサン修飾ビスフェノール-Aポリカーボネートを含む、弾薬物品。
  16. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースがシロキサン修飾ビスフェノール-Aポリカーボネート及び高モジュラスポリマー又はコポリマーのブレンドを含む、弾薬物品。
  17. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、且つ少なくとも1種の該成分がシロキサン修飾ビスフェノール-Aポリカーボネート及び高モジュラスポリマー又はコポリマーのブレンドを含む、弾薬物品。
  18. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースがビフェニル結合を有するビスフェノール-Aポリカーボネートを含む、弾薬物品。
  19. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、且つ少なくとも1種の該成分がビフェニル結合を有するビスフェノール-Aポリカーボネートを含む、弾薬物品。
  20. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースがビフェニル結合を有するビスフェノール-Aポリカーボネート及び高モジュラスポリマー又はコポリマーのブレンドを含む、弾薬物品。
  21. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、且つ少なくとも1種の該成分がビフェニル結合を有するビスフェノール-Aポリカーボネート及び高モジュラスポリマー又はコポリマーのブレンドを含む、弾薬物品。
  22. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースがビスフェノール-Aポリカーボネート及びアクリルエラストマーを含むブレンドを含む、弾薬物品。
  23. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、且つ少なくとも1種の該成分がビスフェノール-Aポリカーボネート及びアクリルエラストマーを含むブレンドを含む、弾薬物品。
  24. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースがビスフェノール-Aポリカーボネート、アクリルエラストマー、及び高モジュラスポリマー又はコポリマーを含むブレンドを含む、弾薬物品。
  25. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、且つ少なくとも1種の該成分がビスフェノール-Aポリカーボネート、アクリルエラストマー、及び高モジュラスポリマー又はコポリマーを含むブレンドを含む、弾薬物品。
  26. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが、ASTM D256-00に従って測定すると約682.5J/m(約10ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマーブレンドを含むケースを含み;該ブレンドの含む少なくとも1種のポリマーが高モジュラスポリマーである、弾薬物品。
  27. 高モジュラスポリマーが、ASTM D790に従って測定すると少なくとも900,000psiの室温曲げ率を有する、請求項２６記載の弾薬物品。
  28. 高モジュラスポリマーが、ポリマー材料の全質量の約25質量%より少なく含まれる、請求項２６記載の弾薬物品。
  29. 高モジュラスポリマーが、ポリマー材料の全質量の約15質量%より少なく含まれる、請求項２６記載の弾薬物品。
  30. 高モジュラスポリマーが、ポリマー材料の全質量の約10質量%より少なく含まれる、請求項２６記載の弾薬物品。
  31. 高モジュラスポリマーが、ポリマー材料の全質量の約5質量%より少なく含まれる、請求項２６記載の弾薬物品。
  32. 高モジュラスポリマーが、ポリマー材料の全質量の約2.5質量%より少なく含まれる、請求項２６記載の弾薬物品。
  33. 高モジュラスポリマーが、ポリマー材料の全質量の約1質量%より少なく含まれる、請求項２６記載の弾薬物品。
  34. 高モジュラスポリマーが、ポリマー材料の全質量の約0.1質量%より少なく含まれる、請求項２６記載の弾薬物品。
  35. ポリマーケースレット及びキャップからなる2部分の筒ケースを含む弾薬物品であって、該ケースレットが約682.5J/m(約10ft lbs/in)より大きい室温ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有する材料を含む、弾薬物品。
  36. キャップ成分が鋼を含む、請求項３５記載の弾薬物品。
  37. キャップ成分がアルミニウム合金を含む、請求項３５記載の弾薬物品。
  38. キャップ成分が黄銅を含む、請求項３５記載の弾薬物品。
  39. キャップがマグネシウム合金を含む、請求項３５記載の弾薬物品。
  40. キャップがコンポジットを含む、請求項３５記載の弾薬物品。
  41. キャップがポリマーを含む、請求項３５記載の弾薬物品。
  42. ケースレットがその前端が閉じられていて、且つ発射体を含有しない、請求項３５記載の弾薬物品。
  43. ケースを含む弾薬物品を製造する方法であって、該ケースの少なくとも一部が、ASTM D256-00に従って測定すると少なくとも約682.5J/m(約10ft lbs/in)の室温ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度値に対する室温で測定されたノッチ付Izod衝撃強度値の比を有するポリマー材料から形成される、方法。
  44. ケースがポリマーケースレット及びキャップから組み立てられる、請求項４３記載の方法。
  45. ポリマーケース部分が射出成形によって形成される、請求項４３記載の方法。
  46. ポリマーケース部分がストック形状から機械加工される、請求項４３記載の方法。
  47. ポリマーケース部分が熱形成によって形成される、請求項４３記載の方法。
  48. ポリマーケース部分が圧縮成形によって形成される、請求項４３記載の方法。
  49. ポリマーケース部分が吹込み成形によって形成される、請求項４３記載の方法。
  50. ポリマーケース部分が押出によって形成される、請求項４３記載の方法。
  51. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが、ASTM D256-00に従って測定すると約819J/m(約12ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  52. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが、ASTM D256-00に従って測定すると約682.5J/m(約10ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約3より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  53. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが、ASTM D256-00に従って測定すると約819J/m(約12ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約3より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  54. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが、ASTM D256-00に従って測定すると約682.5J/m(約10ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約2より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  55. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが、ASTM D256-00に従って測定すると約819J/m(約12ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約2より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  56. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、少なくとも1種の該成分が、ASTM D256-00に従って測定すると約819J/m(約12ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  57. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、少なくとも1種の該成分が、ASTM D256-00に従って測定すると約682.5J/m(約10ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約3より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  58. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、少なくとも1種の該成分が、ASTM D256-00に従って測定すると約819J/m(約12ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約3より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  59. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、少なくとも1種の該成分が、ASTM D256-00に従って測定すると約682.5J/m(約10ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約2より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  60. ケースを含む弾薬物品であって、該ケースが2種以上の個々の成分を含み、少なくとも1種の該成分が、ASTM D256-00に従って測定すると約819J/m(約12ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約2より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を含む、弾薬物品。
  61. 少なくとも一部が、ASTM D256-00に従って測定すると約682.5J/m(約10ft lbs/in)より大きい室温(約23℃)ノッチ付Izod衝撃強度を有し、且つ約4より小さい約-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料から製作される、弾薬筒ケース。
  62. 弾薬筒ケース又は筒ケース部品の製作に使用するためのポリマー材料を選択する方法であって:
    室温で測定した該材料のノッチ付Izod衝撃強度を、約-40℃で測定したそのノッチ付Izod衝撃強度と比較する工程(共にASTM D256-00で測定);及び
    約4より小さい-40℃におけるノッチ付Izod衝撃強度に対する室温におけるノッチ付Izod衝撃強度の比を有するポリマー材料を選択する工程、
    を含む方法。
  63. ポリマー弾薬筒ケース材料の粘弾性応答を、該材料を高モジュラスポリマーとブレンドすることによって向上させる方法。
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