JP4499925B2 - 銃身のためのブランクと、そして該銃身を製造するための方法およびその銃身 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、金属棒からなる、銃身のためのブランクに関する。本発明はまた、銃身の製造方法と、そのような銃身とに関する。銃身の概念には、大砲の砲身も含まれる。本発明は、あらゆる種類の小火器、即ち、手動、半自動、または自動式小火器と、大砲などに応用され得るが、主として散弾銃の銃身のために開発されたものである。
【０００２】
従来技術と課題
例えば、ライフル、散弾銃、自動または半自動式の銃、大砲などのための公知の銃身は通常、圧延されるかまたは鍛造されたスチールの棒材からなるブランクから作られ、この棒材は、銃腔の形成のために穿孔される。
【０００３】
銃身の製造に関する重要な局面の１つは、特に銃砲が発砲されるときにおける強度である。したがって、銃身は、一定の装填火薬の点火時に生じる引張応力に耐えるために、適宜な厚さの壁を備えていなければならない。要求される壁の厚さのために、重い兵器になることもあり得るし、したがって、高価でかつ／あるいは扱い難いものになる場合もある。
【０００４】
公知の銃身の欠点の一つは、銃身が、棒材の縦方向における機械的特性が圧延／鍛造の後にその最良の値を示す棒材から作られることである。通常、疲労強度、切欠き値および延性は、横方向よりも縦方向において２０〜５０％高くなっている。これは主として、非金属吸蔵物の配向と、この非金属吸蔵物の破断効果の示現のためである。棒材は、製造されるとき、大体において縦方向に引き伸ばされ、そのため吸蔵物もまた同じ方向に引き伸ばされる。したがって、吸蔵物は大体において、縦方向に比して横方向により大きな面を示すことになり、そのために、疲労強度、切欠き値および延性が、横方向において縦方向に比してより小さくなるのであろう。
【０００５】
銃身の使用時、即ち、銃身の発射時に、銃身内に発生する、３５００バールの規模になることもある内部の過大圧力のために、銃身内に引張応力が生じることになる。したがって、応力分布は原則として円筒形の圧力容器と同様になるであろうが、縦方向の応力は銃の遊底によって、また弾丸または散弾によって取り除かれるという点において異なる。銃身自体では、実質的な応力は縦方向には発生しないであろうが、引張応力は、銃身の周囲に対する接線方向において、大きくなるであろう。したがって、公知の銃身においては、縦方向よりも横方向／接線方向において、より低い機械的特性を示すことが大きな欠点である。
【０００６】
この問題は、軽量化が所望されていると同時に、火器への装填量を増大させるという、当該技術分野における傾向によって、更に深刻なものとなっている。
【０００７】
ある種の狩猟では鉛の散弾から鉄の散弾へと変更するという、幾つかの国の決定を考慮すると、散弾銃における公知の銃身に関するもう一つの欠点は、銃腔内において、公知の銃身の耐磨耗性または硬度が低すぎるという点である。
【０００８】
発明の説明
本発明によれば、上記の問題は、請求項１にしたがった銃身のためのブランクを選択することによって軽減される。
【０００９】
本発明は、上記問題を理解の上で、かつ、請求項１にしたがって、適宜に１回以上の熱間加工工程において、鋼棒をそれ自身の縦方向軸を中心に繰り返し絞ることからなる、こうした問題の解決策に基づいている。熱処理後、絞られた鋼棒は銃身用のブランクとされ、銃腔の形成のため穿孔され、または連打されて、さらに任意に後処理される。
【００１０】
本発明の１側面によると、棒は、それ自身の縦方向軸を中心にして、螺旋角／ピッチ角４５°〜９０°で、好ましくは６０°〜８８°、より好ましくは７５°〜８７°で絞られる。この絞りは自動でも、手動でも行うことができる。本発明にしたがった絞りによって、吸蔵物は更に押しつぶされた、より多いが小さな障害物となる。絞り以前においては、主として棒の縦方向に配向されている吸蔵物は、むしろ代りに、主として棒の周辺部で棒の周りの接線方向に、配向されることになろう。そのため、吸蔵物は、棒の縦方向に配向されていた時に比して、この棒から作られる銃身の発砲と共に生じる接線方向の引張応力による破断の深刻な徴候となることはなくなる。したがって、棒が本発明によって絞られるとき、この棒の粘り強さおよび疲労限界は、接線方向または横方向において増大される。吸蔵物の配向が外周において最も接線方向になることは、引張応力がそこで最大になるので、好都合である。
【００１１】
本発明のもう一つの側面によると、本発明による絞りの後に、棒の極限破壊強度は約１〜５％増大され、延性（断面収縮）は約２０〜５５０％、切欠き値は約２０〜３００％、疲労強度は約３０〜５０％増大されることが可能になり、これらの値は、横方向における増大と、散弾銃の銃身のための従来の熱処理鋼とに関するものである。
【００１２】
極限破壊強度および降伏強度は補足的に、絞り後の熱処理によっても影響され得る。絞りによって粘り強さが改善されるので、材料が脆くなる傾向を生じることなく、鋼を熱処理して硬度および強度を増大させることが可能になる。代替の方法として、より硬質でかつより強い合金を選択することができる。強度のこのような増大は、耐磨耗性を改善することになり、したがって、製造される銃身の壁の厚さの減少に関連して、重量の軽減のためにも利用することができる。
【００１３】
更にまた、鋼は加工度が大きくなればなるほど、粘り強さと強度が増すということは、一般的に真実である。本発明による絞りによって、棒の寸法に影響を与えることなく、成形機械加工度を増大させることができる。機械加工の方向もまた、最も有利な方向、即ち、当該の武器の使用時に最も大きな負荷が生じる方向になる。
【００１４】
本発明の１つの側面によると、絞りは２つ以上の熱間加工工程で行われ、材料は、再結晶化が起こるように、これらの工程の間に回収することが許される。代替の方法として、絞りは、ゆっくりとなされるならば、単一段階で行うこともできる。幾つかの工程で絞りを行うか、または単一工程でゆっくり行うかの目的は、局所加熱を避けるためであって、もしそうでなければ、絞りが単一でかつ迅速な工程で実施される場合に、局所加熱が生じることがある。このような局所加熱によって、棒内に表面欠陥が生じることがあり、この表面欠陥は、連続的絞り作業時に、表面亀裂になり得る。連続的絞り作業中に、亀裂がさらに拡大すれば、棒がねじ切れることになろう。表面欠陥を形成する臨界限度は、それぞれの鋼等級によって異なる。
【００１５】
本発明を利用することによって、銃身は公知の銃身に比してより薄い壁厚にすることができるので、火器の充填量を増大させ、かつ／あるいは武器の重量を軽減することが可能になる。
【００１６】
棒の原材料として、銃身に適した、どのような鋼でも、合金鋼でも使用することができる。強度の観点よりすれば、粉末冶金合金、好ましくは急速凝固粉末冶金合金を用いることが特に有利である。今日、この種の合金は、その優れた強度のために、認定金属加工ツールでは広く行きわたっている。
【００１７】
好都合なことに、粉末冶金はまた、当該目的にふさわしい複合原料を提供する機会も与えてくれるであろう。したがって、銃身内において銃腔の内側を形成することになる部分のための材料としては、発射体による摩擦に対する強い耐性があるが、しかしまた、火薬ガス、火薬飛沫、および溶解したガスや火薬飛沫を含むこともある水分に対して優れた耐腐食性を有する、硬質でかつ耐磨耗性の材料が選択される。銃身の外側を形成することになる材料としては、その代わりに、大きな粘り強さと強度を有する材料が選択されることが好ましい。
【００１８】
本発明の更にもう１つの側面によると、銃身は、鋼材として有利な特性を備えていると同時に、粉末冶金に基づいて、いわゆるダマスコ技術を用いることによって、非常に装飾的な表面パターンを施されることがある。このような粉末冶金のダマスコ技術のうちで、特に好ましいものは、特許文書ＳＥ−Ｃ−９４００１２７−８に記載されている。
【００１９】
粉末冶金ダマスコ技術では、相当に異なる合金組成を有する、少なくとも２つの異なる鋼材、即ち、相当に異なる２種類のステンレス鋼であって、そのうちの少なくとも１つは粉末からなるものが用いられる。この２つの鋼材は、例えば、６００バールを超える圧力と１０００°Ｃを超える温度とで、熱間靜圧プレス成形、いわゆるＨＩＰ−ｉｎｇを行うことによって、一体化され圧密体になる。他の考えられ得る圧密技術は、押出し成形と、カプセル内における段階式粉末鍛造とである。いわゆる微粒化よって作られる粉末が、適宜に用いられるが、この微粒化とは、不活性ガスを用いて溶融金属の流れを小滴に分散させ、その後、小滴は不活性ガス内で粉末に凝固されるものである。その後、粉末は大きくても１ｍｍの粒子寸法になるように篩にかけられる。ＨＩＰ−ｉｎｇは、従来の熱間靜圧プレス成形によって実施することができ、また、そのうちの少なくとも１つは粉末である、互いに融合する２つの鋼材は、閉カプセル内に配置され、このカプセルは空気を抜かれて、熱間靜圧プレス成形される。従来から粉末冶金合金に関して行われていたように、カプセルは、プレート、即ち炭素鋼プレートから作ることもできるが、少なくとも一部分がステンレス鋼からなるカプセルであって、このステンレス鋼が最終製品の統合された一部を形成することになるカプセルも考えられる。また、例えば、ガラス、エナメルなどのような非金属の材料からなるカプセルも考えられ得る。
【００２０】
考えられ得る工程ラインは、いわゆる微粒化によって粉末を作り、カプセル、好ましくは鋼のカプセル内に、好ましくは予め選択されたパターンで、２品種以上の粉末を充填し、熱間靜圧プレス成形によって限界密度まで圧縮するか、または押出し成形するか、または圧密体に鍛造し、そしてその後に、連続成形機械加工を施して棒状にし、熱間加工工程で本発明にしたがって絞り、そして装飾的効果を発揮させるために酸で食刻する。
【００２１】
装飾的効果を達成するために、鋼材は、食刻の後に所望の対比効果を達成するのに充分な様々な組成のものから選択される。例えば、両方の材料がステンレス鋼ならば、これらステンレス鋼の一方は、比較的に高い炭素成分のステンレス鋼で、限られた耐腐食性を有し、したがって容易に食刻され、酸によって黒化するマルテンサイトからなり、他方のステンレス鋼は適宜に、高炭素成分のステンレス鋼であるマルテンサイトよりも食刻されにくい、より耐磨耗性である低炭素成分のステンレス鋼、例えば、オーステナイト、フェライト、またはフェライト−オーステナイトステンレス鋼、または最初に記したステンレス鋼よりも相当に低い炭素含有量を有するマルテンサイトステンレス鋼であり得る。本発明によれば、原則として、同じ種類の２つの異なる特性を有するステンレス鋼、例えばマルテンサイトであって、これら鋼の一方は他方と異なり１つ以上の物質と合金になっているか、または上記の物質、例えば、燐を相当により多量に含有していることを除いて、同じ組成を有するステンレス鋼を用いることもできる。その結果、一方の鋼は他方の鋼よりも相当に食刻されやすくなっており、こうしたこと全ては所望の対照的効果を達成するためになされる。
【００２２】
本発明のもう一つの側面によると、例えばスウェーデン特許明細書ＳＥ−Ｃ−９４００１２７−８に記されているように、異なる鋼材が層になって配置されている場合もあり得る。これによると、上述の複合技術のように、均質なコアとして棒の縦方向軸にそって耐磨耗性または硬質の鋼材を配置し、このコアの外側に２つ以上の鋼材の層を配置することが、特に好ましい。これらの外側の鋼材は概して強度が大きい。また異なる鋼材の層をほぼ同心の環として配置することも考えられる。更に異なる鋼材が、その１つ以上の鋼材がストランドを構成するか、または他の鋼材内で他のエリアを構成するように、互いに対して配置されることもあり得る。棒の様々なエリアにおいて、それぞれの用途に応じて、強度、耐磨耗性、硬度、粘り強さからなる所望の特性を与えるために、異なる幾つかの鋼材が選択され得る。
【００２３】
ダマスコ技術に関しては、銃身のためのブランクを構成することになる棒の絞りによって、銃身の表面パターンの範囲を追加することとなる。したがって、例えば、螺旋表面パターンを備えている銃身でも、あるいはランダムパターンまたは選択パターンと螺旋パターンとの組合せを備えている銃身でも、作ることが可能になる。
【００２４】
獲得され得る、機械的特性における改善効果を、添付の図面を参照して、１実施例として以下に説明する。
【００２５】
本実施例は、散弾銃の銃身に通例用いられている熱処理鋼から作られている３０ｍｍ丸棒に関する。図１には、所望のピッチ角／螺旋角を達成するために、絞り時に必要とされるメートル当たりの巻回の回数が示されている。図２は、ピッチ角の関数として延性が接線方向においてどの程度、増大しているかを示している。他の機械的特性のパラメータも同様に増大していると期待されるが、その特性にしたがってその程度は様々である。図３には、ピッチ角の関数として、絞り時に達成される、棒外周における接線方向の伸び百分率として測定された加工度が示されている。この加工度の増大の結果、吸蔵物の伸びが付加され、そのために、更に機械的特性が改善される。
【００２６】
図２および３においては、既に４５°のピッチ角で、多くの伸びおよび機械的特性の改善が達成されているが、更にピッチ角が増大すれば、さらにより良い結果もが得られるであろうことが示されている。８５°までのピッチ角では、材料は外周において１０００％も延びている。これは、本発明によって８５％まで絞られた３０ｍｍの棒においては、螺旋方向における機械的特性は１０ｍｍ棒の縦方向の特性に相当するであろうことを意味している。
【００２７】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなくて、請求の範囲内において変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 所定の螺旋角を達成するために、３０ｍｍの丸棒は何回、巻回して絞らなければならないかを示す。
【図２】 図１の棒に関する接線方向における延性の増大を示す。
【図３】 絞りによって達成される加工度を示す。

Claims (13)

1. 鋼棒からなる、銃身のためのブランクにおいて、前記鋼棒が、１回以 上の熱間加工段階においてそれ自身の縦方向軸の周りにピッチ角４５°〜９０°で繰 り返し絞られたことを特徴とするブランク。
2. 前記鋼棒がそれ自身の縦方向軸の周りにピッチ角６０°〜８８°で絞 られている、請求項１に記載のブランク。
3. 前記鋼棒がそれ自身の縦方向軸の周りにピッチ角７５°〜８７°で絞られている、請求項１に記載のブランク。
4. 前記鋼棒は粉末冶金によって製造された鋼材からなる、請求項１から３のいずれか1項に記載のブランク。
5. 前記鋼棒は複合材料、すなわち、該鋼棒の中心またはその周囲に配置されている、主として耐磨耗性の第１の鋼材と、該鋼棒中心部の外側領域および／または該鋼棒の周辺領域に配置されている、主として強度の高い第２の鋼材からなる、請求項１から４のいずれか１項に記載のブランク。
6. 前記鋼棒は異なる化学組成の少なくとも２つの鋼材から作られ、そのうちの少なくとも１つは粉末からなり、前記少なくとも２つの鋼材は圧密体を形成するように処理されており、前記圧密体は前記鋼棒を形成するために成形機械加工されており、異なる化学組成の前記２つの鋼材は、完成ブランク、すなわち完成銃身が食刻によって装飾的表面パターンを得るように、異なる食刻結果に食刻されうるように選択されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のブランク。
7. 主として耐磨耗性の第１の鋼材が該鋼棒の中心またはその周囲に配置されており、主として強度の高い第２の鋼材が該鋼棒中心部の外側領域および／または該鋼棒の周辺領域に配置されており、前記第２の鋼材は好ましくは第３の鋼材あるいは前記第１の鋼材と同じ種類の鋼材と交互に配置され、こうして少なくとも前記第２および第３（または第１）の鋼材は、完成ブランク、すなわち完成銃身が食刻によって装飾的表面パターンを得るように異なる食刻結果に食刻され得る化学的組成を有するように選択されている、請求項６に記載のブランク。
8. 鋼棒はそれ自身の縦方向軸の周りにピッチ角４５°〜９０°で１回以上の熱間加工工程において絞られ、その後に該鋼棒はその縦方向軸に沿って穿孔、または連打される、鋼棒から銃身を製造するための方法。
9. 前記鋼棒はピッチ角６０°〜８８°で絞られる、請求項８に記載の、鋼棒から銃身を製造するための方法。
10. 前記鋼棒はピッチ角７５°〜８７°で絞られる、請求項８に記載の、鋼棒から銃身を製造するための方法。
11. 少なくとも２回の熱間加工工程が実施され、該工程において前記鋼棒は絞られ、前記棒材は前記熱間加工工程の間に少なくとも部分的に再結晶化され得る、請求項８から１０のいずれか1項に記載の方法。
12. 前記絞りは単一の熱間加工工程で実施され、該絞りはゆっくりと行われる、請求項８から１０のいずれか1項に記載の方法。
13. 請求項１から７までのいずれか１項に記載のブランクから製造されたことを特徴とする火器用銃身。

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