JP5294717B2 - 無鉛弾 - Google Patents
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Description
しかしながら、鉛の環境への危険はよく知られており、射撃後の未回収の鉛含有弾丸から鉛が土壌にしみ出すことにより、土壌さらには地下水の汚染が懸念される。
特許文献1では、タングステン、繊維、バインダーを含む高密度体の小火器弾薬への応用を開示している。また、特許文献2では、タングステン等の重い成分と金属合金又はプラスチック等結合成分からなる高密度弾丸を開示している。特許文献3では、タングステン等の重い成分とスズ等の柔らかい材料からの混合圧填で作られる高密度体からなる弾丸を開示している。
請求項2に係る発明は、空力弾丸を規定する外表面と内部空間を規定する内表面とを有する被甲と、引っ張り強度32MPa〜45MPa、伸び40%〜49%、密度7.3g/cm 3 のスズ合金から成り、前記被甲の内部空間内に装填される充填材と、先端が円錐形状を為し、前記充填材が装填された前記内部空間内に圧入される弾心とで構成され、前記充填材は、前記弾心の圧入によって前記弾心の先端部と前記被甲の内部表面との間に流れ充満することを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4の何れか記載の無鉛弾において、前記無鉛弾は、徹甲弾又は訓練弾であることを特徴とする。
(第一実施形態)
図1は、本発明に係る無鉛弾を小火器用弾丸である口径12.7mmの徹甲弾又は訓練弾(以下、弾丸10と称する)に適用した例を示す。
弾丸10は、被甲12を持つ。被甲12を規定する内部表面14を有し、その空洞に、無鉛材からできた充填材16が装填され、さらに弾心18が挿入、圧入され、充填材16は弾心18の先端部と被甲12の内部表面14の間に流れ充満する。尾部26において被甲12の開口部は弾心18の後方にカシメられる。被甲12の外表面20は空力形状を有する。典型的には、外表面20は一般的に円筒状であり、先細りテーパーのついた前端部22と、本質的に一定直径の中央にある体部24とを持ち、尾部26は体部24に対し直角である。
図2は、本発明に係る無鉛弾を小火器用弾丸である口径12.7mmの曳光弾30に適用した例を示す。
曳光弾30は、被甲12を持つ。被甲12は空洞を規定する内部表面14を有し、その空洞に、無鉛材からできた充填材16が装填、圧入され、さらに曳光剤32、着火剤34が圧填される。さらに、曳光弾30は塞板36挿入後、被甲12の円筒端部がカシメられる。被甲12は、銅、銅−亜鉛合金又は、丹銅被覆鋼板から製造される。充填材16は、25MPa〜120MPaの引っ張り強度を有する鉛以外の金属で製造される。
図3は、本発明に係る無鉛弾を小火器用弾丸である口径12.7mmの徹甲弾又は訓練弾(以下、弾丸40と称する)に適用した例を示す。
弾丸40は、弾心18の先端に平面42を有した構造を示す。弾丸40は、被甲12を持つ。被甲12を規定する内部表面14を有し、その空洞に、無鉛材からできた充填材16が装填され、さらに平面42を有する弾心18が挿入、圧入され、充填材16は弾心18の先端部と被甲12の内部表面14の間に流れ充満する。尾部26において被甲12の開口部は弾心18の後方にカシメられる。被甲12の外表面20は空力形状を有する。典型的には、外表面20は一般的に円筒状であり、先細りテーパのついた前端部22、本質的に一定直径の中央にある体部24を持ち、尾部26は体部24に対し直角である。
スズ合金、アルミニウム合金を使用した場合、鉛と比較して弾丸の質量、加工性、コストは同等である。ただし、アルミニウム合金の場合は、図2に示す曳光弾30では、アルミニウムの密度が2.7g/cm3であり、鉛の密度が11.3g/cm3と比較して、かけ離れ、しかも図1に示す弾丸10に比べて使用する容積が大きいので、弾道性能が確保されないという欠点がある。アルミニウム合金は、図1に示す弾丸10に有効である。
一般的な金属材料を密度順に並べると次の通りである。
金19.3>タングステン19.3>鉛11.3>銀10.5>ビスマス9.8>銅8.9>=ニッケル8.9>鉄7.9>スズ7.3>亜鉛7.1>アルミニウム2.7(単位:g/cm3)
これらの金属の中で、鉛の引っ張り強度に近いものは、金、銀、スズ、アルミニウムがある。ただし、金、銀は、高価なため量産での使用は不可能となる。
スズの密度は、7.3g/cm3であり、鉛の63%であるが、弾丸の内部に使用する容積は0.408cm3 (徹甲弾、訓練弾)と全体容積の1割以下であるので、質量変化が弾道性能に与える影響は少ない。スズ合金は、スズに混ぜる金属の量を変えることにより、その引っ張り強度を調整できるという特徴がある。例えば、スズにアンチモンを2%程度混ぜることにより、硬鉛と同等の引っ張り強度の合金を得ることが可能である。
アルミニウムの密度は、2.7g/cm3と鉛の24%であるが、スズと同様弾丸の内部に使用する容積は0.408cm3(徹甲弾、訓練弾)と全体容積の1割以下であるので、質量変化が弾道性能に与える影響は少ない。
鉛、スズ、スズ合金、アルミ合金の引っ張り強度は、表1に示すとおりである。
機関銃弾は、命中性能を確保するため、軸方向に回転をしながら飛翔する。軸方向に回転することにより、機関銃弾は真っ直に飛翔し、その結果、狙った位置に当たる。軸方向に回転していないと、機関銃弾飛翔形態が不安定になり、途中で前後の回転やふらつきを生じ、狙った位置に当たる前に横にそれたり、地面に落下したりする。充填材16に使用する金属の強度が弱いと、機関銃弾の発射衝撃や、砲身に刻んだライフルによって弾丸に与えられる回転による加速度で、充填材16が流動性を発揮し、本来の目的である粘着性が出なかったり、弾心18の移動、被甲12の破壊を引き起こしてしまう。そのため、鉛を充填材16として使用する場合は、純度の高い鉛より少し強度の強い硬鉛を使っている。
鉛:スズ:アルミニウム:タングステン=1:6:1:50
材料単価は、鉛とアルミニウムは殆ど差がない。スズは鉛の6倍、タングステンは50倍と高価である。
弾丸内に使用する容積が小さい訓練弾、徹甲弾の場合は、材料費が鉛の5〜6倍程度であっても、弾丸としてのコスト上昇率は2〜3%である。アルミニウムを用いれば、コストアップはない。タングステン−バインダーを使うと、タングステン−バインダーの混合工程等の費用もかさみ倍以上のコストになる。
(実施例1)
SnにCu、Ni、Geが入った市販の鉛フリーハンダ(Sn100C(NIHON SUPERIOR社 Sn100C))を、図1に示すように、充填材16として12.7mm弾(徹甲弾・訓練弾)を製造した。この合金の引っ張り強度は、32MPa、伸びは49%である。充填材容積は0.33cm3であり、硬鉛の場合3.7gとなる。本発明者は、Sn100Cを先端が少し細い形状に加工して弾丸を組み立てた。被甲12を受臼の中に入れ、被甲12の中にSn100Cを入れ、弾心18を入れ、弾心18を所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は137MPaで行った。組み立て後の訓練弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、Sn100Cの被甲12内での圧填及び展延性もよく、鉛と遜色がなかった。
純度の高いアルミニウムJIS 1070、引っ張り強度 70MPaを、図1に示すように、充填材16として12.7mm弾(徹甲弾・訓練弾)を製造した。アルミニウムは先端が少し細い形状に加工して圧入した。被甲12を受臼の中に入れ、被甲12の中にアルミニウム充填材16を入れ、弾心18を入れ、弾心18を所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は137MPaで行った。組み立て後の訓練弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、アルミニウムの被甲12内での圧填及び展延性もよく、鉛と遜色なかった。
純度の高いアルミニウムJIS 1100、引っ張り強度 90MPaを、図1に示すように、充填材16として12.7mm弾(徹甲弾・訓練弾)を製造した。アルミニウムは先端が少し細い形状に加工して圧入した。被甲12を受臼の中に入れ、被甲12の中にアルミニウム充填材16を入れ、弾心18を入れ、弾心18を所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は137MPaで行った。組み立て後の訓練弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、アルミニウムの被甲12内での圧填及び展延性もよく、鉛と遜色なかった。
SnにZnが9%入った市販のSn―Zn合金を、図1に示すように、充填材16として12.7mm弾(徹甲弾・訓練弾)を製造した。この合金の引っ張り強度は32MPa、伸びは49%である。充填材容積は0.33cm3であり、硬鉛の場合3.7gとなる。本発明者は先端が少し細い形状に加工して弾丸を組み立てた。被甲12を受臼の中に入れ、被甲12の中にSn―Zn合金を入れ、弾心18を入れ、弾心18を所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は137MPaで行った。組み立て後の訓練弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、Sn―Zn合金の被甲12内での圧填及び展延性もよく、鉛と遜色がなかった。
純度の高いアルミニウムJIS 1050、引っ張り強度 80MPaを、図1に示すように、充填材16として12.7mm弾(徹甲弾・訓練弾)を製造した。アルミニウムは先端が少し細い形状に加工して圧入した。被甲12を受臼の中に入れ、被甲12の中にアルミニウム充填材16を入れ、弾心18を入れ、弾心18を所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は137MPaで行った。組み立て後の訓練弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、アルミニウムの被甲12内での圧填及び展延性もよく、鉛と遜色なかった。
純度の高いアルミニウムJIS 3003、引っ張り強度 120MPaを、図1に示すように、充填材16として12.7mm弾(徹甲弾・訓練弾)を製造した。アルミニウムは先端が少し細い形状に加工して圧入した。被甲12を受臼の中に入れ、被甲12の中にアルミニウム充填材16を入れ、弾心18を入れ、弾心18を所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は137MPaで行った。組み立て後の訓練弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、アルミニウムの被甲12内での圧填及び展延性もよく、鉛と遜色なかった。
SnにZnが9%入った市販の合金を、図2に示すように、充填材16として12.7mm弾(曳光弾)を製造した。この合金の引っ張り強度は65MPa、伸びは40%である。充填材容積は1.18cm3であり、硬鉛の場合13.4gとなる。Sn−Zn合金を先端が少し細い形状に加工して弾丸を組み立てた。被甲12を受臼の中に入れ、被甲12の中にSn−Znを入れ、鋼製杵で充填材16を所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は98MPaで行った。その後方に曳光剤を圧填して曳光弾を組み立てた。組み立て後の曳光弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、Sn−Zn合金の被甲12内での圧填及び展延性もよく、鉛と遜色がなかった。
SnにCu、Ni、Geが入った市販の鉛フリーハンダ(Sn100C(NIHON SUPERIOR社 Sn100C))を、図2に示すように、充填材16として12.7mm弾(曳光弾)を製造した。本発明者は、Sn100Cを先端が少し細い形状に加工して弾丸を組み立てた。被甲12を受臼の中に入れ、被甲12の中にSn100Cを入れ、所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は98MPaで行った。充填材16の上から曳光剤32、着火剤34、塞板36を組み立て、組み立て後の曳光弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、Sn100Cの被甲12内での圧填及び展延性もよく、鉛と遜色がなかった。
現在使用している硬鉛(Pb99%、Sb4%)、引っ張り強度25MPaを使用して徹甲弾・訓練弾を組み立てた。硬鉛を被甲12の中に入れ、弾心18を入れ、弾心18を所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は137MPaで行った。組み立て後の訓練弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、硬鉛の圧填及び展延性もよかった。
金属の中では比較的柔らかい銅を使用して徹甲弾・訓練弾を組み立てた。使用した銅の引っ張り強度240MPaである。銅は先端が尖った形状に加工して圧入した。圧入の圧力は235MPaで行ったが、組み立て後の訓練弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、弾心18の周り及び先端部に隙間が発生した。
純度の高いアルミニウムJIS 6063、引っ張り強度 210MPaを充填材16として12.7mm弾(徹甲弾・訓練弾)を製造した。アルミニウムは先端が少し細い形状に加工して圧入した。被甲12を受臼の中に入れ、被甲12の中にアルミニウム充填材16を入れ、弾心18を入れ、弾心18を所定の圧力で圧入する。圧入の圧力は235MPaで行った。組み立て後の訓練弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、弾心18の周り及び先端部に隙間が発生した。
現在使用している硬鉛(Pb99%、Sb4%)、引っ張り強度25MPaを被甲12の中に入れ、鋼製杵で圧入後、曳光剤を圧填する。圧入の圧力は98MPaで行った。組み立て後の曳光弾を軸方向に切断して断面を観察したところ、硬鉛の圧填及び展延性もよかった。
砲外弾道計算は、
弾の直径:Dcm
弾の質量:Gg
弾の初速:V0m/sec
射角1.1°としてコンピュータに入力して計算を行った。計算には、空気中の音速Vam/secと弾の存速Vpの比率をMach数を Vp/Vaとした場合、Mach数と空気抗力係数(弾の形状による空気抵抗を示す係数)は下記の値を使用した。
Mach 0〜0.4 =0.23
0.4over〜0.75=0.34
0.75over〜0.9=0.38
0.9over〜1.3=0.42
1.3over〜1.65=0.38
1.65over=0.3
なお、空気中の音速は空気密度に依存するので、弾の高度により変化するものとして算出した。
各計算結果の相違は弾の質量の違いにより生じてくることになる。
表中の射距離とは銃口からの距離を示し、例えば実施例1の場合、銃口の高さが1mで銃身の角度が水平に対し上向きに1.1°で射撃した場合射距離100mでは、弾の銃身の位置での地面からの高さに比較し、2.88mであり、そのときの弾丸の速度は821m/secであることを示している。
実施例7〜8は1000m位置で、420m/sec、9.62m、比較例4では466m/sec、10.32であった。
12 被甲
14 内部表面
16 充填材
18 弾心
20 外表面
22 前端部
24 体部
26 尾部
28 テーパ部
30 弾丸(曳光弾)
32 曳光剤
36 塞板
34 着火剤
42 平面
Claims (5)
- 空力弾丸を規定する外表面と内部空間を規定する内表面とを有する被甲と、
引っ張り強度70MPa〜120MPa、伸び13%〜50%、密度2.7g/cm 3 のアルミ合金から成り、前記被甲の内部空間内に装填される充填材と、
先端が円錐形状を為し、前記充填材が装填された前記内部空間内に圧入される弾心と
で構成され、
前記充填材は、前記弾心の圧入によって前記弾心の先端部と前記被甲の内部表面との間に流れ充満する
ことを特徴とする無鉛弾。 - 空力弾丸を規定する外表面と内部空間を規定する内表面とを有する被甲と、
引っ張り強度32MPa〜45MPa、伸び40%〜49%、密度7.3g/cm 3 のスズ合金から成り、前記被甲の内部空間内に装填される充填材と、
先端が円錐形状を為し、前記充填材が装填された前記内部空間内に圧入される弾心と
で構成され、
前記充填材は、前記弾心の圧入によって前記弾心の先端部と前記被甲の内部表面との間に流れ充満する
ことを特徴とする無鉛弾。 - 空力弾丸を規定する外表面と内部空間を規定する内表面とを有する被甲と、
引っ張り強度70MPa〜120MPa、伸び13%〜50%、密度2.7g/cm 3 のアルミ合金から成り、前記被甲の内部空間内に装填される充填材と、
先端が平坦形状を為し、前記充填材が装填された前記内部空間内に圧入される弾心と
で構成され、
前記充填材は、前記弾心の圧入によって前記弾心の先端部と前記被甲の内部表面との間に流れ充満する
ことを特徴とする無鉛弾。 - 空力弾丸を規定する外表面と内部空間を規定する内表面とを有する被甲と、
引っ張り強度32MPa〜45MPa、伸び40%〜49%、密度7.3g/cm 3 のスズ合金から成り、前記被甲の内部空間内に装填される充填材と、
先端が平坦形状を為し、前記充填材が装填された前記内部空間内に圧入される弾心と
で構成され、
前記充填材は、前記弾心の圧入によって前記弾心の先端部と前記被甲の内部表面との間に流れ充満する
ことを特徴とする無鉛弾。 - 請求項1乃至請求項4の何れか記載の無鉛弾において、
前記無鉛弾は、徹甲弾又は訓練弾である
ことを特徴とする無鉛弾。
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