JP4744454B2 - ジャケット付きワンピース型コア弾薬 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、旋条付きの銃身から発射されてスピンが安定した発射体に関するものであり、さらに詳しくは小火器弾薬に関するものである。

発明の背景

歴史的に見ると、小径の発射体は鉛合金あるいは鉛含有コアから作られてきた。鉛は、その展延しやすい性質（極めて低いヤング率）のために成形しやすい金属であり、また、この材料からなる発射体コアは、旋条付きの銃身から発射される発射体に関連した高い刻印応力の下で容易に変形する。これらの材料特性の双方とも、発射体設計についての利点をもたらすとともに、良好な精度特性と低い銃身磨耗性とを可能にする。

しかしながら、ワンピース型（単一部材からなるタイプ）の全鉛製発射体に関連した銃身汚染を緩和するために、銅−亜鉛合金（光輝黄銅としても既知である）製ジャケットが、図１に示すように導入された。これらの発射体ジャケットは、側方輪郭が充分薄く、また、刻印応力の下で適切に変形するための延性が充分あり、旋条からスピンを伝達するとともに、発射体が銃口を離れたときの発射体の完全性をなお保持する。これらツーピース型（二部材型）発射体は、主として狩猟及びいくつかの軍事的用途のために今日なお製造されている。

発射体設計へのさらに別の発展によって、図２におけるような銅製ジャケット銃弾がもたらされたが、この銃弾には、発射体の前方部分における尖頭形状の焼入鋼製貫入体部分と、この貫入体部分の後部における円筒状鉛製コアとが備わっている。この鉛には強度を増大させるためにアンチモンが混合されてもよい。このジャケットによれば、貫入体要素及びコア要素の２つが一体化していっしょに標的へ到達することと所望の内部弾道特性をさらにもたらすこととが可能になる。このようなスリーピース型（三部材型）発射体の形式は、一般に「ボール」弾薬と称されている。この設計によって、全鉛製コア発射体にわたる終末弾道効果が改善されており、また、極めて堅い貫入体のために堅い標的の貫入度を増大させることが可能になる一方で、鉛／アンチモン合金製コアのために良好な精度と許容できる銃身磨耗性とが依然として可能である。

今日、使用されているＮＡＴＯ（北大西洋条約機構）用の５．５６ｍｍで最も一般的な小発射体直径の歩兵用兵器はすべて、比較的、製造が容易であり、製造コストが低く、性能の信頼度があり、人体における衝撃についての高い死亡率のために、現在のところこのようなツーピース型コア発射体を特徴としている。ボール発射体の貫入度は金属板及び他の堅い標的においては優れているが、寒冷な天候条件下での製造ロット受入試験の間にＮＡＴＯ規格の鋼板製標的に発射されると、その性能は時にはほとんど余裕がない。このように、現在の設計は貫入度についてはその設計限界にある。

近代において、鉛は、極めて毒性の強い材料であることがわかってきており、また、ガソリン及び塗料に使用することは、これら２つの商品を除いて既存含有鉛と名付けるために、禁止されてきた。加えて、釣り用の鉛錘の無造作な紛失によって何トンもの鉛が毎年、水系へ入って来ており、これらもまた、環境及び食物連鎖における毒性作用のために多くの地域において禁止されている。その上、製造過程では、発射体製造施設の環境で働いている人々が、潜在的な健康上の危険を引き起こす鉛及び／又は鉛粉塵にさらされるおそれがある。

これらの同じ健康上の懸案事項は、小直径弾薬の製造から鉛の除去を義務付けるために世界中の政府関係機関に通じるものである。この趨勢は軍事用製品とともに商品に適用されているが、無数の技術的課題が軍事用製品についてのこの推進を遅らせてきた。鉛の除去についての１つの目的は、射撃手の呼吸区域における空中浮遊汚染物質を減少させることである。

第１の課題は、鉛についての適切な置換材料を発見することである。鉛は、あまり高価ではなく、また、極めて柔らかく、容易に成形される金属であって、製造目的のためにはほとんど理想的なものである。

鉛はまた、高密度材料であり、弾道学者にとって極めて有利なものである。所定形状についてより重い発射体は、より遠くまで移動するとともに、より長い距離でその速度をより良好に維持する。

歩兵戦士の目的は敵の能力を奪うことであり、このことはほとんどの場合、標的への運動エネルギーの伝達によって達成される。したがって、同一の衝突速度で命中すると、より重い発射体は、より軽いものよりも多くのエネルギーを所定の標的へ伝達する。

明らかなことであるが、無鉛発射体は、理想的には、それが置換を追求する鋼・鉛含有ボール状発射体と同一の銃口速度及び質量を有するべきである。ほとんど同一の質量の無鉛発射体を有することに対する他の明らかな利点は、同一の外部弾道特性を維持する要件に関連している。他の点では、現行のすべての兵器照準システムでは、置換、再加工あるいは広範囲の再調整が要求されると思われ、また、存在している弾道射撃表はもはや通用しないと思われる。このことは、世界中におけるかなりの規模である大部分の軍隊に容認できない兵站的負担を負わせ得る。

発射体のためのコア材料としての鉛を置換することは、簡単な事柄ではなかった。過去において考慮された先の発射体設計では、鉛の機械的性質及び物理的性質を、匹敵する外部弾道特性が達成されるように維持することはできなかった。例えば、その速度及びエネルギーを維持する発射体の性能は、その断面密度によって測定され、また、その発射体直径の平方で割られた発射体質量に比例している。このように、より低い質量あるいは密度の発射体では、その速度及びエネルギーはより高い質量あるいはエネルギーの発射体のようには維持されない、ということがわかった。このことによって、所定の発射体直径については、より低い密度材料から構成される発射体は鉛充填発射体と同一の質量がもはや維持されない可能性がある、という結論が導き出される。

発射体における鉛を置換する最近の取り組みは、ポリマー結合剤あるいは金属結合剤が含まれたタングステンのような高密度粉末金属に焦点が合わされてきている。しかしながら、これらの置換材料は、製造の安定性、精度及び経済性についての所望の規格及び達成目標のすべてをまだ満たす必要がある。

多くの相異なる材料及びいくつかの材料の組み合わせが、無毒性発射体の製造において鉛製コアについての置換材料として考慮されてきた。鉛の置換材料として銅が使用されている米国特許第６，０８５，６６１号を参照されたい。

検討されている別の解決法は、鉛をビスマスのような他の高密度金属で置換することである。ビスマス金属は鉛の材料特性に類似した材料特性を所有する。ビスマス散弾を利用する散弾銃の弾薬もまた、市販されているが、この金属の密度は鉛のたかだか８６％にすぎず（９．８ｇ／ｃｍ^３対１１．４ｇ／ｃｍ^３）、そのため、外部弾道特性に関する懸案事項が生じている。ビスマスに関する他の２つの問題は、原材料の高いコストと世界中におけるその供給の相対的希少性とである。

鉛は、水鳥及び他の狩猟鳥のための散弾銃散弾のような小球状にされた発射体の形態で、何年にもわたって使用されてきた。鉛の散弾が禁止された場所では、鋼の散弾が時には使用されてきた。しかしながら、硬度が高いことと密度が極めて低い（７．５ｇ／ｃｍ^３対１１．４ｇ／ｃｍ^３）こととによって、鋼は、減少した終末弾道効果と増大した銃身摩耗性とのために、発射体材料として使用するためにはあまり好ましい選択ではない。

鋼製小球散弾の製造業者は、同一の標的及び類似の距離について鉛よりも直径が少なくとも２サイズ大きい鋼製散弾を使用することを提言している。このことによって、パターン密度（１射撃当たりの小球の数）を減少させることで有効性がさらに減少し、それによって、移動標的における命中の確率が減少する。弾薬製造業者は鋼製散弾とともに使用するための新しくて改善された添加剤を開発しているが、この弾薬は多くの散弾銃の銃身に過剰な摩耗と過度の損傷とを引き起こすように思われる。

タングステン及びビスマスは、合金形態においてさまざまな商業的及び軍事的な発射体設計における成功の程度を変化させることが試みられた２つの高密度材料である。高密度の劣化ウラン・タングステン合金は両方とも、タンク弾薬のための長い棒状の運動エネルギー貫入体について使用されてきた。タングステン−ナイロン及びタングステン−錫は、小直径の発射体のためのワンピース型発射体コアの所望形態を達成するために、進歩した粉末冶金法に依存する２つの周知な組み合わせである。

ジャケット付きのタングステン−ナイロンあるいはタングステン−錫の粉末冶金によるワンピース型コア発射体の設計の目的は、２つの部品が占有するのと同一の体積を維持するために、それらが置換する鋼成分及び鉛成分の混成密度と同等である実際の密度が備わった新しい材料を作り出すことである。この新しい単一部材は、銅製発射体ジャケットの内側に「差し込み状」置換部品として嵌まり込み、また、どのようなものであれ、高いリズムの発射体製造機械類あるいはカートリッジ組立機械類が存在すれば、どのような変化も要求されないという利点を有する。

これらの粉末冶金の概念についての１つの不利益は、そのプロセスがそれ自体を、別の部品の内側に嵌まって極めて精密な許容差を維持する必要がある構成要素の製造に充分に役立たせないということである。この問題についての理由の一部は、最適密度を達成するためにこれらの粉末冶金部品に要求されることが多い焼結プロセスに関連した不規則収縮によるものである。

通常は、この許容差問題は、研磨のような焼結部品における製造後作業を実行することによって容易に克服することができる。明らかなことであるが、これによってコストが増大するとともに製造リズムが減少し、好ましくない。

加えて、タングステンはまた、獲得するのにコストがかかるとともに比較的希少な供給状態にあり、製造するのがかなり高価であるとともに価格変動を受ける。この戦略的要素を有する国家（あるいはそれらの隣国）を巻き込む拡大した武力衝突あるいは経済衝突の場合であって、そのような衝突の間にいずれか一方が非友好的であるかあるいは思いやりがないときには、潜在的な調達課題も存在している。

明らかに、鉛についての任意の置換材料は、原材料の確実な供給を保証するためにできるだけ豊富であり、且つ、歩兵用発射体が今日では必需品とみなされているので製造するためにできるだけ経済的であるべきである。置換成分は、製造コスト及び発射体組立コストを減少させるために単一部材から作られるのが好ましい。最後に、この新しいコア材料の製造プロセスは、現在の高い製造速度と存在する発射体組立施設における能力とを保証するために、どのような製造後プロセスも要求されるべきではない。

上記のことから、発射体コアを作るための主要材料としての鉛の使用を不要にするかあるいは減少させるために、過去においていくらかの試みが行われたことは明らかである。これらの取り組みにもかかわらず、これまで誰も、無鉛材料から申し分がないかあるいは経済的な発射体性能を達成しなかった。

これによって、材料競争相手の領域がかなり減り、また、ある主要な技術的課題が解決されるならば、実際にはワンピース型の全鋼製コアが深刻な競争相手であるということが結論付けられる。

ワンピース型鋼製コア発射体の大きい利点は、堅い標的におけるその増大した貫入性能である。鉛製コアの質量が同等の鋼の質量によって置換されたので、ＮＡＴＯ規格の鋼板の貫入度は、容易に且つ一層広い範囲においてさえ達成されている。これによって、従来のボール状発射体に関連したほとんど余裕がない貫入性能問題が解決されている。旧型（現行のツーピース型コア設計）のボール状発射体及び新型（ワンピース型鋼製コア）のボール状発射体に直面している技術的課題は考察されると思われ、また、その結果としての解決はこの新規な発明の根拠である。

発射体の技術的課題１（剥離）
現行の小直径の歩兵用発射体における高い刻印応力による、短い鋼製貫入体の後方端部での環状接触面におけるジャケットに作用する過剰な剪断力のために、時には「発射体剥離」が引き起こされることがある。発射体剥離は局部的な剪断力が発射体ジャケット材料の最大引張り強さを超えるときに起き、また、発射体は銃口を出るときに粉砕される。

発射体剥離が起きると、発射体は、銃口を出るときに完全性を失い、その弾道が知られていないために、直ちに安全を脅かす重大な危険因子になる。剥離の結果は、銅製発射体ジャケット、鉛製コア及び鋼製貫入体の飛翔中における分離であり、このことは、近くで訓練あるいは戦闘を行っている友軍にとって致命的な事故に通じるおそれがあるため、極めて望ましくない。

発射体剥離は、短い鋼製貫入体における尖頭状部分の後方端部の直径が鉛製コアにおける円筒状部分の後方端部の直径を超えるときに起きることが知られてきた。その影響は、発射体の刻印プロセスの間に増幅された銅製ジャケットの内側において鋭利な切縁が発生することの１つである。

発射体の技術的課題２（減少した貫入度）
発射体剥離の問題への１つの可能な解決法は、発射体の製造後焼きなましを実行することである。この熱処理は、製造の間に銅製ジャケットの中に生じた残留応力のいくらかを除去するように作用する。しかしながら、この解決法によれば、焼きなまし処理によって短い鋼製貫入体の硬度が減少するとともにＮＡＴＯ規格の鋼板製標的における貫入性能がとりわけより低い温度で減少するため、貫入性能における負の効果があるという、他の問題が引き起こされる。

発射体の技術的課題３（断片化）
従来のボール状弾薬に関する別の周知の不利益は、弾道におけるゼラチン状標的に衝突したときに多くの破片に断片化するその傾向である。弾道ゼラチンは、終末弾道性能を確立するために人間の組織のための模造品として広く使用されている物質である。非断片化性発射体についての要件は、１９０７年のハーグ条約（Ｈａｇｕｅ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）第４章に起因し、戦場における敵対兵士に不要な苦痛を引き起こすように計画された発射体あるいは材料を禁止するものである。禁止発射体の一例は、過剰な苦痛を引き起こすと判定された、悪名の高いダムダム弾（Ｄｕｍ−Ｄｕｍ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ）である。

人間の組織の中における発射体の断片化は、運動エネルギーが発射体から標的まであまりにも急速に伝達されることと、その結果として生じる過剰な曲げモーメントがすでに応力のかけられた発射体に作用する結果である。発射体が空気を離れて、人間の組織のような極めて高い密度の媒体の中へ入ると、その安定性はたちまち損なわれて、急速に転がり回り始める。これは、運動エネルギーを標的まで伝達する良好な手段であるが、転がり回る発射体が原形を保っていないときには、従来のスリーピース型発射体（ボール状）弾薬によくある事例であるが、敵に過剰な傷害を引き起こす。

従来のボール状発射体の内部は１つの鋼製構成要素と１つの鉛製構成要素とから構成されているので、この発射体は通常、この鋼／鉛界面で屈曲するとともにそこで銅合金製ジャケットを剪断する。この界面は、そこが破断するまで屈曲させ、次いで、戦闘の後に兵士から除去することが極めて困難である極めて小さい破片として鉛を人間の組織の中へ分散させるヒンジとして作用する。いくつかの国は、このような断片化性発射体の歩兵兵士による使用を制限しあるいは排除することを考慮している最中であるが、今日まで、信頼性のある解決法は確認されなかった。

ジャケット付き全鋼製コアの備わった発射体の技術的課題１及び２への解決法
焼きなましは、より低い温度においても堅い標的の中での貫入度が改善されたワンピース型全鋼製コア発射体には必要がない。コアの前方部品と鋼部品との間に懸念すべき界面がもはや存在しないので、剥離はもはや、ワンピース型全鋼製コア発射体についての懸案事項ではないが、堅い鋼製コアは容易に変形することがなくて、発射体が鋼の中を縦断するときにその後の銃身の過熱をもたらす極めて増大した摩擦を引き起こすため、他の問題が生じる。

ジャケット付き全鋼製コアの備わったワンピース型発射体の技術的課題３への解決法
ジャケット付きワンピース型鋼製コア発射体は、曲げモーメントが作用する「ヒンジ」が存在しないので、高い曲げモーメントの影響を受けることがない。ワンピース型鋼製コア発射体が組織の中で転がり回ると、それは原形を保ち、したがって、戦闘の後に比較的容易にその位置特定及び除去をすることができるので、ジュネーブ条約（Geneva Convention）あるいはハーグ条約（Hague Convention）に違反しない。より長いワンピース型発射体が無数の小さい破片に破断されることなく一層急速に転がり回るので、それはまた、エネルギーを迅速に伝達するとともにより人間的な方法で敵を無力化する極めて良好な働きをする。

ジャケット付き全鋼製コア発射体の技術的課題1（増大した応力）
堅いワンピース型鋼製コア発射体の内部に関する主な短所は、発射体刻印力が突然、劇的に増大することと、発生した機械的応力が、発生した非常に大きい摩擦力によって早すぎる銃身摩耗を引き起こすことである。

発射体の外側接触面は「弾帯」と呼ばれることがある。これは、兵器の旋条に直接接触するとともに銃身から発射されたときに弾性変形を受ける発射体の区域である。従来のボール状発射体では、銅製ジャケットの下側の鉛製コアが弾帯のすぐ下にある。柔らかい銅製ジャケットと展延性のある鉛製コアとは、これらが容易に弾性変形するとともにこれらの金属についてのポアソン比にしたがって軸方向圧縮の下で長手方向にわずかに長くなるので、弾帯についての理想的な材料である。

スピンが安定した従来の発射体を銃身から発射する過程では大型の円筒が小型の管に押出成形されていることが必要であることを想起すべきである。この管は、らせん状ねじれのある溝部と平坦部とを備えており、その円筒を銃身の内側で回転させ、それによって飛翔の間における安定性を保証する。このことは発射体の長さ対直径の比に影響されやすいスピンが安定した発射体の原理である。

今日の最新型歩兵用小直径発射体における応力は、極めて高い銃口速度とこれに関連した極めて速いスピン速度とのために、非常に大きい。現行の発射体は、機械的設計において可能であることの限界にあり、したがって、品質及び性能を保証するために製造は継続的に監視しなければならない。いくつかの場合には、銅製発射体ジャケットの製造に関連した金属成形処理によって、発射体の完全性をわずかに減少させる残留応力が引き起こされる。このことは、鉛が柔らかくて極めて容易に変形するとともに摩擦力が通常は扱いやすいので、普通は鉛含有発射体についての扱いやすい問題である。ワンピース型鋼製コアを導入すると、発射体設計を補強することができるが、他の問題を引き起こす。

ジャケット付き全鋼製コア発射体の技術的課題２（銅被覆）
ワンピース型全鋼製コア発射体に起因する過剰な摩擦加熱によって、兵器の耐用年数が容認できないほど短くなる、銃身の内側表面（及び存在するときには銃身ライニング）の機械的摩耗が加速されることがある。その原因は、銃身加熱が最大である箇所でジャケット材料の蓄積を引き起こす、銃身の内側における銅製発射体ジャケットの局部的な表面溶融である。この現象は「銅被覆」として既知であり、銃身の内部における摩擦力を減少させることによって解決しなければならない。

最新型の歩兵襲撃用兵器の多くには、銃身寿命を伸ばすために、銃身の内側に金属ライニングがある。典型的には、その優れた堅さと機械的摩耗に対する抵抗性とのために、クロムが選ばれている。クロムには、銅がクロムの中で溶解しないので銅製ジャケット付き発射体の移動のための平滑な表面をもたらすという付加的な利点がある。しかしながら、銅と鉄との原子親和力のためにクロムは鉄の中で溶解するので、機械的摩擦がクロムの銃身コーティングを損なうような水準まで増大すると、露出した鉄表面に銅被覆が急速に起こり始め得る。

ジャケット付き全鋼製コア発射体の技術的課題３（増大した分散度）
銅被覆が起こり始めると、結果としての蓄積によって、旋条の平坦部及び溝部の内径が露出表面で減少するので、発射体は、より一層局部的な応力を引き起こす制限区域を通過しなければならない。この問題は、銃身が「銅被覆除去」剤で完全に清浄にされないときには、多くの発射体がその銃身を通って発射されるため、悪化し続け得る。銅被覆によって、適切な発射体スピンの途絶かあるいは発射体の完全性の全損さえも、銃身の内側かあるいは兵器の銃口を出るときかのいずれかで、しばしば引き起こされる。銃身の銅被覆に起因する飛翔中におけるこの付加的な不安定性あるいは「発射体の横揺れ」は、精度の減少と射撃手にとって容認できない標的の命中確率の減少とともに、標的における衝撃分散の顕著な増大にもつながる。

全鋼製コア発射体における摩擦力を減少させ、それによって、銅被覆及び剥離を減少させる明らかな手段は、発射体直径を単に減少させることによるものである。しかしながら、減少した発射体直径に関連したスピンが安定した小発射体直径を実行すると、他の潜在的な問題が生じることがある。

不完全にスピンされたジャケット付き全鋼製コア発射体の技術的課題４（鍵穴化）
旋条からの適切な発射体スピン伝達が途絶すると、「鍵穴化」あるいは横揺れの顕著な角度での衝突の証拠が示されるということが、紙の標的における発射体衝突によって明らかである。このことは、小火器弾薬にとっては極めて望ましくない作用であるが、その理由は、実際には堅い標的の貫入度は、発射体が標的材料に衝突すると直線的に移動することはもはやないため、このように減少するからである。

不完全にスピンされたジャケット付き全鋼製コア発射体の技術的課題５（バロッティング）
発射体が銃身の旋条の内側で適切にスピンすることができないときは、それは、バロッティング（銃身の内側における制御はずれの横揺れ運動）を呈するとともに、銃身の平坦部及び溝部に損傷を与える。これが起きると、銃身はもはや役に立たなくなり、精度が低下するとともにジャケット剥離が生じるおそれがあるため、取り替えなければならない。

これらの上記諸問題の多くは、現存している従来型ボール状コア構成要素のためのワンピース型置換材料として鋼あるいは他の堅い材料を選択することから起きる。

ジャケット付き全鋼製コア発射体の技術的課題６（後方端部の閉鎖）
従来型鉛製コアボール状発射体の基部を適切に閉鎖することは複雑な事柄ではないが、その理由は、鉛が容易に変形するからであり、また、発射体閉鎖作業の間に銅製ジャケットによってその上に付与された最終形態へ鉛が即座に付着するからである。このことは全鋼製コアでははるかに困難であるが、その理由は閉鎖作業の間にそのコアが変形することができないからである。

ジャケット付き全鋼製コア発射体の技術的課題７（増大したチャンバ圧力）
全鋼製コア構成要素の選択に起因する別の設計上の課題は、カートリッジの発射の間に生じた兵器チャンバ圧力が増大していることである。最大チャンバ圧力値は、明らかな安全上の理由のために商業用及び軍事用の弾薬では厳格に調整されている。生じた弾薬チャンバ圧力が発射の間に所定限界を超えると、最悪の事例として破局的な銃身故障が起きることがあり、あるいは、いくらよく見ても、繰り返された高圧力サイクルによって、金属部品の加速的疲労と兵器の早すぎる摩耗とがもたらされ得る。

容認できるチャンバ圧力を維持しながら最大銃口速度を達成するという課題は、従来型ボール状弾薬において充分に理解されている。全鋼製コア発射体が受けた増大した圧力は、先に説明された増大した旋条刻印応力に直接関連している。

さらに、兵器チャンバ圧力と発射体刻印応力とを減少させる明らかな手段は、発射体の外径を単に減少させることによるものである。これは、全鋼製コア発射体とともに従来型発射体に当てはまるが、発射体の刻印力と、したがって発射体スピンの均一性とが減少しているため、直径の減少によって、標的における精度の比例的減少が生じる。発射体の直径が所定限界を超えて減少すると、発射体のバロッティングが起きることがある。明らかなことであるが、単に発射体直径を減少させることは、高いチャンバ圧力、過剰な発射体応力あるいは銃身摩耗を排除するための容認できる解決法ではない。

それゆえ、
１． 鉛を含有していなくて、
２． 好ましくは鋼から作られたワンピース型コアを有し、
３． 堅い標的の中における改善された貫入性能のために適したコアを有し、
４． 銃身摩耗についての工業的且つ軍事的な仕様書要件に適合し、
５． 制御されたチャンバ圧力をもたらし、
６． 要求された精度をもたらし、
７． 発射体の完全性を維持し、
８． 飛翔中の安定性を維持し、且つ、
９． 極めて短い距離であっても弾道ゼラチンの中に衝突したときに断片化しない
ジャケット付きの無毒性発射体を提供することが望ましい。本発明は、このような目的を果たす。

次に、本発明はその一般的形態においてまず説明し、次いで、図面を参照しながら特定の実施形態に関して詳述する。これらの実施形態は、本発明の原理とその実施の方法とを明らかにすることを意図している。本発明を、その後、その最も広くてより具体的な形態でさらに説明し、また、この明細書を完結させる固有の特許請求の範囲のそれぞれで規定する。

発明の概要

本発明は、一般には無毒性で改善された性能の小直径のジャケット付き発射体に関するものであり、詳しくは１２．７ｍｍ発射体直径までのジャケット付き発射体に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、その長さの少なくとも一部についてジャケットに周縁で連続状に接していない中間部分あるいは中心部分がある中実の中心コアを備えるジャケット付き発射体に関するものである。この領域におけるジャケットは、この領域におけるジャケットに適用された刻印力に対する抵抗がほとんどないという意味で、コアによって「支持されていない」。この支持の欠如は、コアの中間部分における一部の内部で起きている。刻印が発射の間に発射体のジャケットに沿って展開されるにつれて、中間部分に重なるジャケットのための支持が次第に増大する。このようにして、応力の断続的展開が最小限にされる。

本発明の好ましい変形例によれば、この中間部分は、テーパーが付けられているか、あるいは形状がほぼ円錐台状である。さらに、好ましい実施形態では、ジャケットとコアとの間に、中間部分あるいはコアの円錐台状部分の表面に沿って間隔あるいは隙間が設けられている。この隙間は、円錐台状の中心部分を包囲しており、また、それ自体、テーパーが付けられている。発射体コアの円錐台状部分には、円錐角としての円錐の夾角に関連する半円錐角があるのが好ましく、この半円錐角は、０．７°〜１．３°であり、一層好ましくは０．７°〜１．０°であり、さらに一層好ましくは直径が５．５６ｍｍについては約０．８５°〜０．９５°であり、理想的には０．８５°である。

本発明の最も好ましい実施形態によれば、テーパー状の包囲用隙間には空気が満たされている。しかしながら、このような隙間は、小火気発射体の中への混入物と相溶性があるとともに銃身の中における旋条によるジャケットの刻印の間にジャケットの支持にほとんど寄与しない任意の圧縮性物質、例えば、発射体の中間部分の少なくとも一部にわたって刻印力への抵抗の小さい部分だけをもたらす任意の圧縮性物質で満たされてもよい。

本質的なことではないが、本発明による発射体には、炭素鋼からなる鋼製コアが備わっているのが好ましい。この鋼製コアの材料は、ロックウェルＣ硬度計において少なくとも４５の硬度が必要である。このコア材料の代わりの一例は、タングステンあるいは任意のタングステン合金であってもよい。ジャケット材料は、旋条付き銃身を通して発射されるときに刻印されるのに適した光輝黄銅から構成されているのが好ましい。光輝黄銅ジャケットは例えば、およそ９０％の銅と１０％の亜鉛とから構成されている。

発射体のコアは、前方部分が尖頭状の前方端部を有しており、その前方先端で切り詰められていてもよく、次いでテーパーが付けられるかあるいは円錐台状にされた部分が続き、前方方向に突出した頂点へ向かってテーパーが付けられたワンピースからなっているのが好ましい。尖頭状前方端部の後方端部と中間部分／円錐台状部分の前方端部との間の接合部は、これら２つの部分の間における比較的平滑な移行区域、例えば突条あるいは棚状部のない移行区域が設けられているのが好ましい。

中間部分の後方には、この領域において一定の円直径があるのが好ましいより短い円筒状部分があり、ジャケットがコアに実質的に接している発射体コアが設けられている。この接触は絶対的に完全なものでなくてもよい。例えば、コアの円筒状表面は、溝が付けられていてもよく、さもなければ、弾帯機能が損なわれない限り、小さい隙間をもたらすように形成されていてもよい。この円筒状領域は、コアの最終の、後方の、内向きテーパー状の端部−「ボートテール」へ向かって後方へ延びている。コアの円筒状部分は中間部分の長さの３分の１未満であるのが好ましく、３０％未満であるのがより好ましい。コアの後方の、内向きテーパー状の、円錐状ボートテール端部には、約８３°の半円錐角があるのが好ましい。発射体のジャケットは、このような内向きテーパー状の端部に重なっており、また、好ましくは、コアへのジャケットの効果的な取り付けを保証するためにコアの最終端部表面の上へ広がっている。

同一の発射体質量を達成する（標的における同等の終末弾道性能のための銃口運動エネルギーの要求水準を保持する）ために、本発明の好ましい実施形態によって作られたワンピース型全鋼製コアは、従来の鋼製貫入体及び鉛製コアで仕上げられた対応ボール状弾薬よりも長い。本発明による発射体の長さは、対応する発射体直径の、図３による従来型曳光弾薬とほぼ同一の長さであるのが好ましい。さらに、本発明の発射体は、対応する標準弾薬と同一の全長を有するカートリッジをもたらして、本発明の発射体が現存する非改造兵器において機能することを可能にするために、カートリッジケーシングの中へ嵌め込まれている。

前述したことは、本発明の主要な特徴構成とその任意の状況のいくつかを要約している。本発明は、図面とともに好ましい実施形態の説明によって、さらに理解することができよう。

好ましい実施形態の説明

図４、図５及び図６に示されるように、本発明の好ましい実施形態によれば、発射体には、銅合金あるいは光輝黄銅からなるジャケット１１の内部に収容された全鋼製コア１２が設けられている。発射体の尖頭状前方端部分１０によって、兵器チャンバへの供給中に兵器構成要素に巻き込まれる角度がない平滑な表面を呈することで、兵器弾倉及び／又はベルトからの発射体供給が促進される。コア１２には対応する尖頭形状があるが、しかしながら、コアは、製造の人為的結果として発射体の前方先端に随意の小さい空隙を残すために、前方部分で切り詰められていてもよい。

尖頭状前方端部１０から後方へ延びているのは、全鋼製コア１２の円錐台状部分１４が組み入れられている中間部分であり、円錐台状部分１４には小さい半円錐角、例えば約０．８５°の角度がある。この小さいテーパー角によって、尖頭状前方端部と円錐台状部分１４との接合部１７は、これらの表面がそれらの接合箇所で完全に整合している必要はないものの、比較的均等に一体化された接合部１７であるということが容易に保証される。

円錐台状部分１４における小さい円錐状テーパーの存在によって、部分的に円筒状のジャケット１２は、円錐台状部分１４の外面が発射体ジャケット１１の内面に連続的に接していなくて、ジャケット１１がコアに直接隣接しているときにはジャケット１１に設けられ得る支持部が除去されている。このように、前記の好ましい実施形態には、発射体ジャケット１１と円錐台状部分１４とを分離してこれら２つが発射体の中間部分にわたって連続状に接しないようにする隙間１５が存在している。この好ましい実施形態では、ジャケット１１とコア１２との間の隙間１５は空気が満たされている。

分離の開始点は、図５において、コア１２の尖頭状前方端部１０と中間部分との間の接合部に一致するように示されている。この点はジャケット１１の尖頭状前方端部とジャケット１１の円筒状部分の開始点との間における接合部のわずかに前方であり、それによって、隙間１５が形成されている。

コア１２の短い円筒状部分１６は円錐台状部分１４から後方へ延びている。ジャケット１１は、この部分が主要な弾帯区域として作用するように、この領域でコア１２に接している。円筒状部分１６全体にわたって、ジャケット１１は発射時に充分に刻印される。短い円筒状部分１６の後方には、後方にテーパーが付けられた端部分１３であり、その外観上の相補的円錐角は約８３°、すなわち半円錐角が７度である。

その鋼フォーマットにおける発射体コア１２は、堅い標的の改善された貫入度を支援するために、その鋼型式では、硬化ＡＩＳＩ１０３８鋼あるいはロックウェルＣ硬度計において４５以上の硬度がある他の堅い材料から作られているのが好ましい。この発射体のジャケット１１は延性のある銅／亜鉛合金あるいは約９０％の銅と１０％の亜鉛とを含有する光輝黄銅から作られているのが好ましい。この好ましい実施形態の弾帯区域及び場合によってはあらゆるところにおけるジャケット１１の厚さは、従来のボール状発射体ジャケットのそれよりもわずかに厚く、例えば標準的な５．５６ｍｍのボール直径ものについては０．５５９ｍｍであるに対して、この新規な５．５６ｍｍ直径のものについては０．６３５ｍｍである。ジャケット１１の壁は一定の厚さである必要はない。より厚い銅合金製ジャケットは、摩擦を減少させるために付加的な特別のコーティングあるいは他の特別な処理をする必要がなく、また、堅い鋼製コア１２と銃身との間における摩擦減少用媒体として作用する。

この発射体は、尖頭状前方端部１０、短い円筒状部分１６及び後方にテーパーが付けられた端部分１３に沿ったワンピース型コア１２と直接接触しているジャケット１１で組み立てられている。しかしながら、介在している中間部分１４の円錐台状形状と、ジャケット１１の形状が特にその内面でほぼ円筒状であるという事実とによって、コア１２の発射体ジャケット１１と円錐台状部分１４との間に小さい間隔あるいは隙間１５が存在している。円錐台状部分１４の半円錐角は、５．５６ｍｍ直径について０．８５°〜０．９５°であるのが好ましいものの、０．７°〜１．０°の範囲であってもよい。この隙間１５によって、銅製ジャケットの材料は、刻印が付く間に、且つ、中間部分の少なくとも前方部分の下における、曲がることがないほど堅い鋼製コアからのどのような重大な干渉によっても破断することなく、可塑的に流れることができる。ジャケット１１の変形度は、容認できるチャンバ圧力値を維持するために充分なものでなければならないが、安定性のために必要な発射体へのスピンの伝達を妨げるほど大きいものではない。コア１２のテーパー状部分１４についての許容できる角度の範囲もまた、飛翔中の発射体の精度を保証するために重要であるが、これは関係する唯一の因子ではない。

円錐台状部分の角度の値は、角度が大きすぎると支持されない尖頭状前方端部分１０がもたらされ、それによって、発射体が銃身の中に適切に嵌まらないことがあるために、付加的に重要である。このことは、飛翔中における発射体の横揺れの増大と標的における精度の減少とにつながることがある。円錐台状部分１４の角度の値が小さすぎると、隙間１５は小さすぎることによって、増大した発射体刻印力が引き起こされる。

さらに、円筒状の平行部分１６の長さが円錐台状部分１４の長さよりも短いことは、極めて好ましく、実質的に短いのが好ましい。その理由は次のとおりである。

コア１２の短い円筒状部分１６の長さのより長い円錐台状部分１４に対する比は、飛翔中における発射体の安定性を維持するために重要である。この比は３分の１未満であるのが好ましく、より好ましくは０．３未満で０．３〜０．１の範囲にあり、最良の結果が得られたのは５．５６ｍｍの発射体では約０．２の比のときである。円筒状の平行部分１６が長すぎると、過剰なチャンバ圧力と銃身磨耗とが起こり得る。この部分１６が短すぎると、発射体は銃身の旋条の中で滑り、飛翔中の安定性が減少し、その結果、精度に悪影響が及ぶ。

（コアの円筒状部分１６全体にわたる）主要な弾帯区域として作用するジャケット付き発射体の部分は、旋条に連続状に接するのに対し、コア１２の円錐台状部分１４はそれが旋条に接する間にジャケット１１に対する支持を部分的に且つ次第に与えるだけである。刻印力は円筒状部分１６全体にわたって最も強い。

ジャケット１１と円錐台状部分１４との間におけるテーパー状の隙間１５は、それによって発射体が、堅い鋼製コアに起因する極めて向上した終末弾道性能とともに、容認できる内部及び外部の弾道性能特性を有することができるので、本発明の重要な面である。このテーパーがあることで、刻印力の漸増的蓄積によって、標的における良好な精度を維持しながらもっぱら容認できる応力を保証することができる。

他の設計が試みられ、そこでは隙間１５は、機能的ではあるが満足すべき標的精度がほとんど達成されない円筒状あるいは他の非円錐形状のものであった。テーパー状あるいは円錐状の中間部分の好ましい使用には、適切な性能がもたらされる限り、本発明の範囲から他の形状が除外されることはないが、この好ましい実施形態には円錐台形状が組み込まれている。

ジャケット付きの発射体は、銃身の旋条の起縁部におけるその始動位置から旋条の下方へ進むように始動するので、それは旋条の平坦部及び溝部において徐々に且つ次第に刻印される。刻印の正確な開始位置は円錐台状部分１４の長さに沿ったどこかで起き、また、刻印は、それが短い円筒状部分１６に充分に接するときに充分に徹底的なものである。この特徴は、さまざまな小発射体直径の兵器プラットフォームが相異なる平坦部及び溝部の直径を有するので重要であり、また、さまざまな磨耗の状態において見ることができる。本発明の発射体を使用すると、これらの相違を調整することができる。

隙間１５は空いていてもよく、又は物質あるいは材料で占められていてもよい。隙間１５を占めるために選択された材料は、高価でなく、製造しやすく、容易に圧縮することができ、したがって、刻印の圧縮作用の間に発射体ジャケット１１に悪影響をもたらす傾向がないものであるが好ましい。さもなければ、そのような材料は、ジャケット１１が刻印によって変形されるとそれを破断させるおそれがあるからである。空気は最も満足すべき物質であることがわかった。他の気体を採用することができ、又は圧縮性あるいは刻印可能な固体もまた採用することができる。

したがって、この明細書において言及が「空隙」あるいは「隙間」になされるとき、これは最も一般的な意味においてコア１２とジャケット１１との間の領域を指すことを意図している。どのような材料がその空間を占めるにしても、それがジャケットへの支持を初めはほとんどあるいはまったくもたらさず、発射体が発射の間に旋条に係合するときに発射体が適切に対応することができる限り、それは容認することができるとする。

本発明の発射体の長さは、図３における対応する発射体直径を有する従来型の曳光弾薬のそれとほぼ同一の長さであるのが好ましい。さらに、本発明の発射体は、対応する標準的直径のものと同一の全長を有するカートリッジをもたらすように、カートリッジケーシング内に嵌め込まれるのが好ましい。このことによって、本発明の発射体は現存する非改造兵器で機能することができる。長くされた発射体は、カートリッジ内への発射体の収容深さを侵すことになるが、それにもかかわらず、曳光弾薬のものと同じように、充分な空間によって、所望の性能を達成するために効果的である充分な推進薬装入を維持することができる。しかしながら、カートリッジケースの内側における推進薬の過剰な圧縮を回避するために、適切な推進薬を選択する時、留意しなければならない。

後方にテーパーが付けられた部分１３（ボートテール部分）の後方面の接合部での半径は、コア１２の基部にわたって銅合金製ジャケット１１が適切に嵌まることができるように、充分に大きくなければならない。その半径が小さすぎると、ジャケット材料は接合しないかあるいは適切に塞がない。このことは、高圧推進薬気体が２つの構成要素（コア１２及びジャケット１１）の間に浸透するという結果を招き、発射体が銃身をはなれるとすぐに発射体の剥離を引き起こし、発射体が銃身の旋条によってもはや支持されないこととなる。

この新しい発射体の開発の間にいくつかの試験が行われたが、それらには、２つの主要コア部分１４，１６の角度及び長さのさまざまな組み合わせが含まれる。円筒状部分１６の長さが長すぎるときには、高いチャンバ圧力（３８０メガパスカル（Ｍｐａ））が測定された。これはＮＡＴＯ仕様限界を超えており、危険であるおそれがある。最終的な構成によって約３３０Ｍｐａの圧力がもたらされた。

いくつかの試験が、円錐台状部分１４の最適角度を確立するためにも行われた。第１の試験は、ＮＡＴＯ試験仕様あたり、約９０分間に２０００回だけ発射された後における容認限界を超えて摩耗した銃身をもたらす結果となった。第２の試みでは、設計取り組みの数ヶ月の後に。その角度はわずかに増大し、また、円筒状部分１６の長さは減少した。このとき、銃身は４０００回発射された後に過剰に摩耗したものになった。

第３の、そして上首尾の試みでは、弾帯領域における鋼製コア１２の直径と円筒状部分１６の長さとはわずかに減少した。この変化によって、ＮＡＴＯの銃身摩耗性能要件に合格した発射体は５０００回の後でも発射された。鋼製コア１２の弾帯部分１６の直径がさらに減少したときには、標的における精度は実質的に減少した。

これらの試験はＮＡＴＯ規格を満たすことに関するものである。それらは、最小の機能性を表わすものではなく、他の軍事的用途あるいは商業的用途のためのそのような規格よりもはるかに下回っていてもよい。

結論
上述したことは、本発明がどのように適用されるかということとどのように使用するかということとを示す特定の実施形態の記載を構成したものである。これらの実施形態は単に代表的なものである。本発明は、その最も広くて一層特別な観点において、特許請求の範囲でさらに説明されるとともに定義されるべきものである。

一体型ジャケット付き鉛コアの備わった従来技術のＭ１９３型発射体の断面図を示している。 前方の鋼製貫入体部分が組み入れられている従来技術のＳＳ１０９型あるいはＣ７７型の発射体の断面図を示している。 より長い従来技術のＣ７８型曳光発射体の側面図を示している。 本発明による発射体のためのコアの側面図を示している。 本発明による完全な発射体の断面側面図を示している。 図４におけるものと同じような側面図であり、本発明による発射体の中心コア部分と後方端部分とについての好ましい角度寸法を表わしている。

Claims (23)

1. 長さによって区画された前方端部及び後方端部を有するジャケット付き発射体であって、
   ａ）尖頭状前方部分および円筒状部分を有する刻印可能なジャケットと、
   ｂ）前記ジャケットの尖頭状前方部分に接する前方部分、中間部分、当該中間部分から後方に延びる円筒状部分を有する中心コアと
   を備え、
   前記中間部分が、前記コアからの充分な支持によることなく前記ジャケットに刻印することができるよう該中間部分の少なくとも一部にわたって前記ジャケットと連続状に接しておらず、前記円筒状部分が前記ジャケットと接している状態にあり、
   当該発射体が旋条付きの銃身から発射されたときにジャケットの漸増的刻印を可能にするよう、前記中間部分が、当該発射体の前記前方端部へ向かって先細になるようにテーパーが付けられており、前記中間部分の長さの少なくとも一部に沿って前記ジャケットと前記コアとの間にテーパー状の間隔を提供する、発射体。
2. 前記テーパー状の間隔は、前記ジャケットと前記コアとの間に、前記コアの前記中間部分における長さの少なくとも一部に沿った充分な環状の隙間を提供する、請求項１に記載の発射体。
3. 前記ジャケットは、前記中間部分の長さの少なくとも一部に沿って、前記間隔の長さに渡り、前記中間部分にて支持されていない、請求項２に記載の発射体。
4. 前記環状の隙間が、前記ジャケットと前記中間部分の全長との間に存在する充分な環状のテーパー状隙間の形態にある、請求項２に記載の発射体。
5. 前記中間部分が円錐台形状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発射体。
6. 前記コアの前記円錐台状部分の半円錐角が０．７°〜１．０°である、請求項５に記載の発射体。
7. 前記コアの前記円錐台状部分の半円錐角が０．８５°〜０．９５°である、請求項５に記載の発射体。
8. 外面を有し、前記コアの前記中間部分から後方へ延びている、前記コアの短い前記円筒状部分を備え、
   前記ジャケットと前記円筒状部分の前記外面とが、前記円筒状部分の長さにおいて互いにほぼ連続状に接している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発射体。
9. 前記コアの前記円筒状部分が前記中間部分の長さの３０％未満である、請求項８に記載の発射体。
10. 前記隙間が圧縮性媒体によって占められている、請求項２〜４のいずれか一項に記載の発射体。
11. 前記圧縮性媒体が空気である、請求項１０に記載の発射体。
12. 前記中心コアが、炭素鋼、タングステン、炭化タングステン、タングステン−ナイロン化合物、タングステン−スズ化合物及びこれらの混合物からなる群から選択された材料から主として構成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発射体。
13. 前記中心コアの硬さが、ロックウェルＣ硬度計において少なくとも４５である、請求項１２に記載の発射体。
14. 前記コアが、前記中間部分の前方に取り付けられた前方部分を備え、前記前方部分が、その表面の少なくとも一部にわたって尖頭形状を有しており、前記前方部分と前記中間部分との間の接合部によって比較的平滑な移行区域がもたらされている、請求項１に記載の発射体。
15. 前記円筒状部分の後方に位置付けられた前記コアの内向きテーパー状の端部分を備える、請求項１４に記載の発射体。
16. 前記コアの後方にテーパーが付けられた前記端部分が約７度の半円錐角を有する、請求項１５に記載の発射体。
17. 前記ジャケットの材料が光輝黄銅を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の発射体。
18. 光輝黄銅製の前記ジャケットが約９０％の銅と約１０％の亜鉛とを含む、請求項１７に記載の発射体。
19. 光輝黄銅製の前記ジャケットが、同様の直径である従来型ボール状発射体に標準的に使用されたものよりも厚い、請求項１８に記載の発射体。
20. カートリッジを形成するためのケーシングであり、標準的な火器の中へ嵌め込まれるように寸法が決められている前記ケーシングと、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の発射体との組み合わせであって、
    前記発射体の全長が、同様の直径である従来型ボール状発射体の全長よりも長く、前記発射体が、前記ケーシング内に嵌め込まれた場合に、同一の直径のケーシングを有する標準的な火器に嵌め込むのに適した長さのあるカートリッジをもたらす、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の組み合わせ。
21. 前記カートリッジが毒性成分のないものである、請求項２０に記載のカートリッジの形態でのケーシングと発射体との組み合わせ。
22. 前記カートリッジが鉛のないものである、請求項２０に記載のカートリッジの形態でのケーシングと発射体との組み合わせ。
23. 前記中心コアが中実のワンピース型コアである、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のジャケット付きの発射体。

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