JP5030516B2

JP5030516B2 - 弾薬装填装置

Info

Publication number: JP5030516B2
Application number: JP2006254411A
Authority: JP
Inventors: 純矢作; 正純吉澤; 謙二佐藤
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2008075942A

Description

本発明は、艦船等に装備される弾薬発射装置へ弾薬を装填する弾薬装填装置に関する。

誘導弾、ロケット弾などの弾薬を発射する弾薬発射装置には複数の発射筒が設けられており、これら複数の発射筒には、それぞれ予め弾薬が装填される。そして、必要時にこれら発射筒から弾薬を発射させるが、すべての発射筒から弾薬を発射させてしまった場合には、さらなる弾薬発射のために、これら発射筒に再度弾薬を装填しなければならない。

特に、艦船に装備される弾薬発射装置の場合には、戦闘中に甲板上で乗員が手作業で弾薬発射装置へ弾薬を装填すると、攻撃にさらされる危険があるため、装填装置により弾薬装填を行っていることが多い。

具体的には、弾薬を弾薬発射装置へ装填する装置として、電動シリンダや油圧シリンダを用いるものがある。

例えば、特許文献１に記載されている弾薬装填装置４０は、図５に示すように、弾薬２が乗員の手作業で収納される収納機構４４と、この収納機構に収納された弾薬２を上部に押し上げるために伸張する第１の油圧シリンダ４５と、第１の油圧シリンダの上部にあり、第１の油圧シリンダ４５により押し上げられた弾薬２を受け取る位置と受け取った弾薬２を上部の弾薬発射装置４６に装填する位置との間で旋回可能なマガジン４７と、マガジン４７に収納された弾薬２を押し上げて弾薬発射装置４６に装填するために伸張する第２の油圧シリンダ４８と、を備える。この弾薬装填装置は、艦船の甲板４９の下方内部に設けられており、乗員が甲板４９により保護されている区画において弾薬２を収納機構４４に収めると、弾薬装填装置４０が弾薬２を弾薬発射装置４６に装填してくれる。

特許文献２に記載されている弾薬装填装置５０は、図６に示すように、乗員の手作業で弾薬２が収納されるマガジン５２と、伸張するとマガジン５２を収納位置に移動させ収縮するとマガジン５２を装填位置に移動させる油圧シリンダ５３と、装填位置にあるマガジン５２を上昇させてマガジン５２に収納されている弾薬２を弾薬発射装置５４に装填する駆動機構５５と、を備える。この駆動機構５５は、油圧モータによりスプロケットとチェーンを介してマガジン５２を上昇させるものである。特許文献２の場合も、安全な区画において乗員が手作業で弾薬２をマガジン５２に収納すると、弾薬装填装置５０がこの弾薬２を弾薬発射装置５４へ装填してくれる。

また、特許文献３に記載されている弾薬装填装置６０は、図７に示すように、乗員の手作業で弾薬２が収納されるマガジン６２と、マガジン６２に収納された弾薬２の末端を押すスライド６４と、スライド６４を水平移動させるボールネジ６５と、このボールネジ６５を回転駆動する電動モータ６６と、を備える。この電動モータ６６がボールネジ６５を回転駆動させることで、スライド６４が弾薬２の末端を押して移動させ弾薬２を弾薬発射装置６７に装填する。
特開２００２−２８６３９９号公報「艦船用ランチャ」特開２００４−３１４８６８号公報「艦船用ランチャ」特開２００５−１７２３６３号公報「弾薬格納発射装置」

しかし、特許文献１及び２の弾薬装填装置は、油圧シリンダを用いる油圧式であるため、専用の油圧源や油圧供給ラインが必要となる。従って、このような油圧式の弾薬装填装置においては、これを装備するためのスペースが大きくなるため、艦船装備に求められている小型化、軽量化に限界が生じる。

また、特許文献３の弾薬装填装置は、電動モータを用いる電動式であるため、油圧式装置よりも構成が複雑になるため、油圧式装置よりも高い信頼性を得ることが困難である。

さらに、油圧式装置及び電動式装置は、それ自体安価なものではなく、装置を維持するのにもコストがかかる。

そこで、本発明の目的は、弾薬発射装置へ弾薬を装填する弾薬装填装置であって、油圧式装置よりも小型化、軽量化が可能となり、電動式装置よりも高い信頼性が得られ、油圧式装置及び電動式装置よりもコストのかからない弾薬装填装置を提供することにある。

本発明によると、弾薬発射装置へ加圧空気により弾薬を装填する弾薬装填装置であって、
弾薬が前方側に挿入され、弾薬を前方へ押し出すピストンが後方側に挿入されるエアシリンダと、
該エアシリンダに加圧空気を供給してピストンを前進させ、エアシリンダ内を減圧してピストンを後退させる弁ユニットと、を備え、
前記弁ユニットは、エアシリンダ内を減圧するエゼクタを有し、
該エゼクタは、加圧空気が供給されるノズルと、該ノズルからの高速空気流によって負圧が発生する負圧発生室と、を有し、
前記弁ユニットは、前記エアシリンダ内と負圧発生室とを連通させることで、エアシリンダ内を減圧する切換弁を有することを特徴とする弾薬装填装置が提供される。

上記弾薬装填装置では、エアシリンダを用いるので、油圧式装置よりも軽量化が可能になる。また、上記弾薬装填装置はエアシリンダにより構成されるので、電動式の弾薬装填装置よりも構成が単純になる。従って、電動式の弾薬装填装置よりも信頼性が高まる。さらに、上記弾薬装填装置はエアシリンダにより構成されるので、油圧式装置及び電動式装置よりも装置自体が安価であり、メンテナンスも簡単になり装置維持コストも低減される。
また、エアシリンダの作動のために加圧空気供給源と比較的小型のエゼクタだけを装備すればよく、エアシリンダ内を減圧するために専用の吸引装置を設ける必要がなくなり、その分、弾薬装填装置を小型化できる。なお、切換弁は、例えば電磁切換弁であるが、これに限定されない。

また、本発明の好ましい実施形態によると、前記弁ユニットは、加圧空気を蓄積する空気蓄積手段を有し、前記弁ユニットは、ピストンを前進させる時に前記空気蓄積手段に蓄積された加圧空気をエアシリンダへ供給する。

必要な加圧空気量を空気蓄積手段に予め蓄えておくことができる。従って、弾薬を装填する時に空気量が不足することがなく、弾薬装填を確実に行える。

本発明の好ましい実施形態によると、前記ピストンは、前記エアシリンダの後端部から取り外し可能であり、ピストンを取り外したエアシリンダの後端部から弾薬をエアシリンダ内に挿入可能である。

ピストンをエアシリンダの後端部から取り外すことができるので、弾薬を装填し終えたら、ピストンをエアシリンダから取り外して、エアシリンダの後端部から新たな弾薬をエアシリンダ内に挿入することができる。

上述のように、本発明のエアシリンダで構成された弾薬装填装置によると、艦船に装備されている弾薬装填装置に適用する場合には、艦船内に設けられている既存の空気管を加圧空気供給源として、比較的小型のエゼクタを用いて、エアシリンダを作動させることができる。従って、専用の加圧空気供給源を用いる必要がないので、その分、弾薬装填装置を小型化、軽量化でき、コストも低減される。

本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態による弾薬装填装置１０の構成を示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ線矢視図である。図１と図２において、装填された弾薬２を発射する弾薬発射装置４は、艦船の甲板６上に設けられており、発射筒ユニット４ａ、および移動装置４ｂからなる。

発射筒ユニット４ａは、複数（この例では８本）の発射筒８を有し、複数（この例では８本）の弾薬２を発射可能に格納する。また、図示しない制御装置により各弾薬２を識別し、発射制御するようになっている。

移動装置４ｂは、発射筒ユニット４ａを弾薬２を艦船外部に発射する発射位置と弾薬２を再装填する装填位置の間で移動し位置決めする機能を有する。発射位置は、例えば図１の破線で示す位置である。装填位置は図１の実線で示される位置である。発射位置は、複数の弾薬２を制御装置からの発射信号に応じて発射する位置であり、装填位置は、発射筒ユニット４ａの各発射筒８に新しい弾薬２を装填する位置である。

図１において、移動装置４ｂは俯仰支持駆動機構１２と旋回支持駆動機構１４とからなる。俯仰支持駆動機構１２は、発射筒ユニット４ａを図示しない駆動装置により俯仰駆動可能に支持する。旋回支持駆動機構１４は、発射筒ユニット４ａ（この例では発射筒ユニット４ａが支持された俯仰支持駆動機構１２）を旋回軸Ｚを中心に図示しない駆動装置により旋回駆動可能に支持する。

上述のような弾薬発射装置４に弾薬２を装填する弾薬装填装置１０が、図１に示すように、船体１６内に配置される。本発明の実施形態によると、弾薬装填装置１０は、艦船内に設けられている空気管１８を流れている雑用空気を利用したものである。雑用空気は、艦船に関する様々な用途に用いられる加圧空気である。この弾薬装填装置１０は、弾薬２が前方側に挿入され、弾薬２を前方へ押し出すピストン２３が後方側に挿入されるエアシリンダ２０と、エアシリンダ後端部を閉じる尾栓２２と、エアシリンダ２０に加圧空気を供給してピストン２３を前進させ、エアシリンダ２０内を減圧してピストン２３を後退させるように空気流を制御する弁ユニット２４と、を備える。

エアシリンダ２０の後端部に取り付けられる尾栓２２は着脱可能である。尾栓２２が取り外されて開放されたエアシリンダ後端部から弾薬２をエアシリンダ２０内に挿入することができる。引き続いて、エアシリンダ後端部からピストン２３をエアシリンダ２０内に挿入することができる。また、挿入したピストン２３はエアシリンダ後端部から自由に取り外すことができる。弾薬２のエアシリンダ２０への挿入、および、尾栓２２とピストン２３のエアシリンダ２０への着脱は乗員の手作業で行うことができる。このようなエアシリンダ２０は、例えば、円筒形状のエアチューブと、エアチューブ内に着脱可能に挿入されるピストン２３とからなるものでよい。

ピストン２３にはマグネットが内蔵されており、エアシリンダ２０の外側には磁気近接スイッチ（図示せず）が配置される。磁気近接スイッチは、ピストン２３のマグネットによりピストン２３の位置を検知するものであり、好ましくはピストン２３の最後退位置を検知できる位置に配置される。なお、磁気近接スイッチは、ピストン２３の複数の位置に対応して設けてもよく、例えば、ピストン２３の最後退位置と最前進位置を検知できるように２箇所に配置してもよい。

尾栓２２は、エアチューブ内の前方側に弾薬２が挿入され、後方側にピストン２３が挿入された状態でエアチューブ後端部を閉鎖できるものである。この尾栓２２には、弁ユニット２４から延びる空気管２６が接続され、この空気管２６を通して弁ユニット２４から供給されてくる加圧空気をエアシリンダ２０内に送り込むための空気供給口２８が形成されている。なお、この空気管２６を通して、エアシリンダ２０内の吸引減圧も行われる。

なお、弾薬装填装置１０は、船体１６内に設けられているので、弾薬装填装置１０から発射筒８へ弾薬装填を行う時には、船体壁に設けられた開閉扉４２が乗員のスイッチ操作などより開けられる。

図３は弁ユニット２４の構成を示している。図３に示すように、弁ユニット２４は、上述した艦船内の空気管１８に連通する空気取入口２９を有し、この空気取入口２９から空気管１８を流れる加圧された雑用空気を取り入れる。弁ユニット２４は、空気取入口２９から取り入れた加圧空気を蓄積する気蓄器３１と、気蓄器３１の下流に設けられた減圧弁３２と、をさらに有する。空気取入口２９と、気蓄器入口には、それぞれ第１の開閉弁３３と第２の開閉弁３４が設けられている。また、減圧弁３２とエアシリンダ２０との間には、空気を通す接続状態と通さない非接続状態とに切り換えられる第１の電磁切換弁３６が設けられている。気蓄器３１は、空気取入口２９から取り入れられた加圧空気を蓄積し、蓄積された加圧空気は、必要時に減圧弁３２を通ることで減圧されてエアシリンダ２０内に供給される。例えば、空気管１８を流れる加圧空気の圧力が５ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、この５ｋｇｆ／ｃｍ^２の加圧空気が気蓄器３１に蓄積され、必要時に減圧弁３２を通ることで３．５ｋｇｆ／ｃｍ^２に減圧されてエアシリンダ２０内に供給され、ピストン２３を前進させる。減圧弁３２を設けることで、雑用空気をピストン２３の動作に適切な圧力まで下げることができる。なお、気蓄器３１は空気蓄積手段を構成するが他の適切なもので空気蓄積手段を構成してもよい。

本発明の実施形態によると、弁ユニット２４は、エアシリンダ２０内を吸引減圧するためのエゼクタ３７をさらに備える。図４は、エゼクタ３７の原理を説明するための図である。エゼクタ３７は、図４に示すように、供給されてくる空気を噴射するノズル３７ａと、ノズル３７ａからの空気を外部に放出するディフューザ３７ｂと、負圧を発生させる負圧発生室３７ｃと、を有する。図４において、ノズル３７ａから噴射される高速気流によりベルヌーイ効果を生じ負圧発生室３７ｃに負圧が発生するようになっている。図３に示すように、エゼクタ３７のノズル３７ａは第２の電磁切換弁３８を介して空気取入口２９に接続され、負圧発生室３７ｃは第３の電磁切換弁３９を介してエアシリンダ２０に接続される。なお、ディフューザ３７ｂには消音器４１が接続される。

乗員がスイッチ（図示せず）を操作することで、動作信号が上述の第１及び第２の開閉弁３３、３４へ送られ、その開閉を制御することができる。また、第１、第２及び第３の電磁切換弁３６、３８、３９も同様に、乗員のスイッチ操作により動作信号をこれら電磁切換弁３６、３８、３９に送り、これらを接続状態又は非接続状態にすることができる。

上述の構成は、発射筒ユニット４ａの１つの発射筒８への弾薬装填のためのサブユニット２４−１であり、発射筒ユニット４ａの他の発射筒８に対しては、図３に示すように、上述と同様の構成を持つサブユニット２４−２，２４−ｎがそれぞれ設けられる。図２の例では、発射筒８が８本形成されているので、サブユニットも８つ設けられる。

次に、上述の構成を有する弾薬装填装置１０の動作について説明する。

弾薬発射装置４に新たな弾薬２を装填する場合に、まず、乗員が、手作業で、エアシリンダ２０の後端部に取り付けられている尾栓２２を取り外し、エアシリンダ２０内のピストン２３をエアシリンダ後端部から取り外す。そして、乗員が手作業で、エアシリンダ後端部から弾薬２をエアシリンダ２０内に挿入し、引き続いて、エアシリンダ後端部からピストン２３をエアシリンダ２０内に挿入する。これにより、エアシリンダ２０内にその前方側に弾薬２が収納されその後方側にピストン２３が取り付けられた状態になる。その後、乗員が、手作業で、エアシリンダ後端部を尾栓２２で閉じる。

一方、弁ユニット２４では、予め、第１及び第２の開閉弁３３、３４を開放して空気取入口２９から、空気管１８を流れる加圧空気を気蓄器３１に蓄積しておく。

上述の準備が完了したら、乗員のスイッチ操作により、開閉扉４２を開け、第２の開閉弁３４を開放し第１の電磁切換弁３６を接続状態にする。これにより、気蓄器３１に蓄積された加圧空気が第２の開閉弁３４、減圧弁３２、第１の電磁切換弁３６を通ってエアシリンダ２０内へ供給される。これにより、ピストン２３が前方側へ移動させられ、弾薬２がピストン２３によって押し出されて発射筒８へ装填される。なお、この時、第１の開閉弁３３を開けておいて、空気取入口２９から加圧空気を気蓄器３１に補給しながら、ピストン２３を前進させることもできる。

弾薬２を装填し終わったら、ピストン２３をエアシリンダ後端部まで後退させる。このピストン２３の後退は、次の手順で行う。

まず、エアシリンダ２０内を自然排気してエアシリンダ２０内を大気圧にする。例えば、乗員が所定のスイッチを操作することで、エアシリンダ２０に設けられた開閉孔が自動的に開放してエアシリンダ２０内を自然排気する。続いて、乗員のスイッチ操作により第１の電磁切換弁３６を非接続状態に切り換え、第１の開閉弁３３を開放し、第２及び第３の電磁切換弁３８、３９を接続状態にする。これにより、エゼクタ３７のノズル３７ａは加圧空気が流れている空気管１８に連通され、エゼクタ３７の負圧発生室３７ｃはエアシリンダ２０内に連通される。すると、空気管１８からの加圧空気がノズル３７ａからディフューザ３７ｂに向けて噴射され、ノズル３７ａからの高速気流により負圧発生室３７ｃに負圧が生じる。この時、エアシリンダ２０内は負圧発生室３７ｃに連通しているので、エアシリンダ２０内の空気が負圧発生室３７ｃへ吸引されてピストン２３が後退する。

そして、ピストン２３がエアシリンダ２０の後端部まで後退させられ、ピストン２３の最後退位置が磁気近接スイッチにより検知されると、その検知信号が第１の開閉弁３３と、第２及び第３の電磁切換弁３８、３９へ出力されて、第１の開閉弁３３が閉じ第２及び第３の電磁切換弁３８，３９が非接続状態にされる。

その後、乗員が、手作業で、尾栓２２を取り外してエアシリンダ後端に位置するピストン２３をエアシリンダ２０から取り外し新たな弾薬２をエアシリンダ２０へ挿入して次回の弾薬装填に備えることができる。

次に、弾薬装填装置１０の動力計画の一例について説明する。

（弾薬装填）
弾薬２の質量を２０ｋｇとし、ピストン２３の質量を５ｋｇとする。エアシリンダ２０内での弾薬２及びピストン２３の摺動による摩擦係数が０．３であるとすると、摺動力は７．５ｋｇｆである。ピストン２３の断面積を１３３ｃｍ^２とすると、最低必要作動圧力は、７．５／１３３＝０．０６ｋｇｆ／ｃｍ^２にすぎない。
供給圧力を、弁制御に余裕を持たせ、最大３．５ｋｇｆ／ｃｍ^２としておく。１ｋｇｆ／ｃｍ^２の駆動圧力を加えた場合の推力は、約１２５ｋｇｆである。
ピストンストロークを１６００ｍｍとすると、空気容積Ｖは、Ｖ＝１３３＊１６０／１０００＝２１．３リットルである。１回の弾薬装填に使用する空気量は、３．５ｋｇｆ／ｃｍ^２に換算すると、２１．３／３．５＝６リットルである。

（ピストン後退）
弾薬装填後、ピストン２３を後退させる場合に、約３秒間、エアシリンダ２０内を自然排気して減圧した後、５ｋｇｆ／ｃｍ^２の空気でエゼクタ３７を作動させ、エアシリンダ２０内を５秒間、０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２の負圧にする。この時の空気流量は毎分約６０リットルであるから、５リットルの空気消費である。

上述の例では、弾薬を装填しピストン２３を初期位置である最後退位置に後退させる１サイクルで消費される空気は、５ｋｇｆ／ｃｍ^２の元圧力では、６＊３．５／５＋５＝９．２リットルである。弾薬装填装置１０の１つのエアシリンダ２０に１つの５リットル気蓄器３１を設けるなら、約１５秒が作動サイクルタイムとなる。１サイクルの乗員の弾薬装填作業時間を２分とすると、１つのエアシリンダ２０に対して、２．２５分となる。８つのエアシリンダ２０では、１８分となる。供給空気は、９．２＊８リットル／１８分＝７３．６リットル／１８分＝毎分約４リットル以上でチャージする必要がある。また、気蓄器３１の容量は、８つのエアシリンダ分をまとめて４０リットルとしてもよい。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、エアシリンダ２０内の減圧を空気管１８に流れる加圧空気を用いて行っているが、気蓄器３１に蓄積されている加圧空気を用いて行ってもよい。また、実施形態の弾薬装填装置を艦船以外に装備された弾薬発射装置に適用してもよい。その場合には空気管１８を流れる加圧空気に代わる他の適切な加圧空気供給源を使用してよい。

本発明の実施形態による弾薬装填装置の構成を示す図である。図１のＡ−Ａ線矢視図であり、弾薬発射装置を示している。図１の弁ユニットの構成を示す図である。エゼクタの原理を説明するための図である。特許文献１に記載されている従来の弾薬装填装置を示す図である。特許文献２に記載されている従来の弾薬装填装置を示す図である。特許文献３に記載されている従来の弾薬装填装置を示す図である。

符号の説明

２弾薬、４弾薬発射装置、４ａ発射筒ユニット、４ｂ移動装置
６甲板、８発射筒、１２俯仰支持駆動機構
１４旋回支持駆動機構、１６船体、１８空気管
２０エアシリンダ、２２尾栓、２３ピストン、２４弁ユニット
２６空気管、２８空気供給口、２９空気取入口
３１気蓄器、３２減圧弁、３３第１の開閉弁
３４第２の開閉弁、３６第１の電磁切換弁、３７エゼクタ
３７ａノズル，３７ｂディフューザ、３７ｃ負圧発生室
３８第２の電磁切換弁、３９第３の電磁切換弁
４１消音器、４２開閉扉

Claims

弾薬発射装置へ加圧空気により弾薬を装填する弾薬装填装置であって、
弾薬が前方側に挿入され、弾薬を前方へ押し出すピストンが後方側に挿入されるエアシリンダと、
該エアシリンダに加圧空気を供給してピストンを前進させ、エアシリンダ内を減圧してピストンを後退させる弁ユニットと、を備え、
前記弁ユニットは、エアシリンダ内を減圧するエゼクタを有し、
該エゼクタは、加圧空気が供給されるノズルと、該ノズルからの高速空気流によって負圧が発生する負圧発生室と、を有し、
前記弁ユニットは、前記エアシリンダ内と負圧発生室とを連通させることで、エアシリンダ内を減圧する切換弁を有することを特徴とする弾薬装填装置。
前記弁ユニットは、加圧空気を蓄積する空気蓄積手段を有し、
前記弁ユニットは、ピストンを前進させる時に前記空気蓄積手段に蓄積された加圧空気をエアシリンダへ供給することを特徴とする請求項１に記載の弾薬装填装置。
前記ピストンは、前記エアシリンダの後端部から取り外し可能であり、ピストンを取り外したエアシリンダの後端部から弾薬をエアシリンダ内に挿入可能であることを特徴とする請求項１に記載の弾薬装填装置。