JPH09210937A

JPH09210937A - 溶損評価装置

Info

Publication number: JPH09210937A
Application number: JP8046588A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kitagawa; 喜久北川; Kazuki Shigeyama; 和基茂山; Akifumi Imanishi; 顕史今西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】各種の試験を各種電極材料及び絶縁材料にて
実施し、観察することが可能であり、簡易的に耐溶損特
性に優れる電極材の研究開発及び選定作業が行える電極
材溶損評価装置を提供するものである。【解決手段】電源8 と、電源8 に一端側が接続されて
アーマチャのボア3 を形成するように相対して隔離され
た一対の電極部材1,2 と、一対の電極部材1,2 を絶縁す
るために一対の電極部材1,2 間に介装される一対の電極
間絶縁部材とを備え、前記一方の電極部材1 はアーマチ
ャのボア3 に沿って延在する一枚の導電レール1 であ
り、前記他方の電極部材2 はアーマチャのボア3 に沿っ
て複数の導電性部材4 が点在する分散型電極部材2 であ
る電極材溶損評価装置。前記電極間絶縁部材には、ボア
3 に面する部分に供試用絶縁材料12が組み込まれてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種試験を各種電
極材料にて実施し、観察することが可能であり、簡易的
に耐溶損特性に優れる電極材の研究開発及び選定作業が
行える電磁加速装置用溶損評価装置に係わり、特に一方
の電極部材として導電レールを、他方の電極部材として
複数の導電性部材が点在する分散型電極部材を有する溶
損評価装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】秒速数ｋｍの速度に物体（飛翔体）を加
速する方法としては従来より火薬銃やヘリウム・水素な
どを利用した軽ガス銃がよく知られている。これらは燃
焼や爆発により生成されるガスや圧縮ガスの膨張力を利
用して物体を加速するものである。このために、ガスの
圧力変動を伝える速さ、すなわち音速の制限を受けるこ
とになる。火薬銃による加速は高々２，０００ｍ／ｓｅ
ｃまでが限界である。

【０００３】そこで、近年電磁力を利用した加速装置が
注目され、盛んに研究されている。このような電磁加速
装置について、図３及び図４により説明する。まず始め
に、図３により、電磁加速の原理を簡単に説明する。電
磁加速装置は、電源と、二つの電極５１，５２と、飛翔
体５３と、導電性物質であるアーマチャ５４とを備えて
いる。電源により、図示矢印方向に電流Ｉをアーマチャ
５４を経由して電極５１，５２に流すと、電極５１と５
２の間には、右ネジの法則に従い紙面の手前から向こう
側に磁場Ｂが発生する。その時、アーマチャ５４を流れ
る電流Ｉと、この磁場Ｂとの間には、今度は「フレミン
グの左手の法則」に従い、この磁場Ｂとアーマチャ５４
を流れる電流Ｉに垂直な方向に電磁力Ｆが働く。アーマ
チャ５４及び飛翔体５３は、電磁力Ｆの方向に加速され
る。そして、電極５１，５２に沿って飛翔体５３が射出
されるのである。

【０００４】この時のアーマチャ５４としては、金属を
溶融してプラズマ化したものや、飛翔体５３が導電性の
ものであれば、アーマチャを兼用したものを用いること
が可能である。しかし、飛翔体の速度を超高速にまで加
速するためには、飛翔体をできるだけ軽くすることが重
要であるので、アーマチャ５４も固体金属では無く、ア
ークプラズマが用いられることが一般的である。

【０００５】この様な電磁加速の原理を応用した具体的
な装置としてレール型電磁加速装置が、図４に示されて
いる。図４（ａ）は電磁加速装置の加速管の断面図であ
り、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＥ−Ｅ断面図であり、
ボルト５８は省略している。

【０００６】レール型電磁加速装置の加速管は、通常、
二つの電極５１、５２であるー対の電極用導電レール５
１，５２と、ー対のレール絶縁材５５，５６と、絶縁材
５９，６０と、上下アンビル６１，６２と、Ｏ−リング
６３と、及び複数のボルト５８とにより構成される。前
記一対の導電レール５１，５２及び前記ー対のレール絶
縁材５５，５６はアーマチャのボア（加速通路）５７を
形成するボアコンポーネントである。前記ー対のレール
絶縁材５５，５６は、前記ー対の導電レール５１，５２
が短絡しないように区切っている。また、絶縁材５９，
６０は、導電レール５１，５２とアンビル６１，６２間
に挿入され、一対の導電レール５１，５２が導電性のア
ンビル６１、６２を通じて短絡しないようにしている。
上下アンビル６１，６２は、図４（ｂ）に示すように、
アーマチャのボア５７の沿って前記ボアコンポーネント
を支持するためにボア５７の軸方向に連続した上下のケ
ーシングである。

【０００７】そして、導電レール５１，５２に通電した
とき、一対の導電レール５１，５２間に作用する相反発
する電磁力やボアコンポ−ネント内に発生する高圧力プ
ラズマによる力によってボアが変形するのを防止するた
め、上下アンビル６１，６２をアーマチャのボア５７の
沿って複数のボルト５８によって強力に締めつけてい
る。さらに導電レール５１，５２とレール絶縁材５５，
５６の接触面にはそれぞれ０−リング６３を配設しプラ
ズマが漏れるのを防止している。なお、導電レール５
１，５２は電磁加速管外の電源に接続されている（電源
に接続されている側を以下ブリーチ側という）。電源よ
り大電流が供給されると、金属箔（アルミ箔等）材料が
プラズマ化し、プラズマアーマチャを得る。そして、電
磁加速管において、プラズマ化された材料を加速し、ブ
リーチ側とは反対側の射出口からプラズマ材料を射出す
る。

【０００８】このような電磁加速装置は、プラズマ化さ
れた材料の温度が高いため、導電レール５１，５２やレ
ール絶縁材５５，５６内面の材質が溶損しプラズマアー
マチャに取り込まれ飛翔体重量の増加が生じるという問
題を有している。この為に、現状では飛翔体をプラズマ
化して重量の軽量化を図ったにもかかわらず、飛翔体速
度が充分上昇せず、およそ５〜６ｋｍ／ｓｅｃで加速効
率が減少し、１０ｋｍ／ｓｅｃの速度領域までの安定し
た加速は未だ達成されていないというのが実状である。

【０００９】上記問題点を解決するために、あらかじめ
ガス銃などで加速しておいた飛翔体を電磁加速管内に挿
入して更に加速する２段式の加速方法等が検討されてい
る。しかし、これは、要求される速度まで飛翔体を加速
するには、水素ガス等を使用した２段式軽ガス銃が必要
であり、設備が大がかりになる上に非常な危険が伴うと
いう問題を有している。そのため、現状は、ボア５７を
円形にしてリーマ切削加工でボア径を大きくし、溶損に
よる内面の傷を取り除く手法が最も多く用いられてい
る。しかし、この方法も金属製の導電レールとレール絶
縁材により構成されたボア内面を長手方向で精度良く広
げていくのは、非常に困難な作業である。

【００１０】従って、このような電磁加速装置の問題を
根本的に解決するために、導電レールや、レール絶縁材
の溶損の実体を詳しく把握し、溶損の無い若しくは、極
めて小さな導電レール、及びレール絶縁材の開発が最も
望まれるところとなった。溶損の無い若しくは、極めて
小さな電極用導電レール、及びレール絶縁材の開発をす
る為には、溶損の無い若しくは、極めて小さな電極材料
及び絶縁材料を探索することが大変有益である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、導電レ
ール、及びレール絶縁材の材料探索の為の従来の装置は
無く、今までは２本のレールより構成される実際の電磁
加速装置により飛翔体の加速試験を行い、その後加速管
を分解、解体して目視もしくは顕微鏡等で断面観察を行
なっていた。

【００１２】本発明は、上記問題を鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、各種の試験を各種
電極材料及び絶縁材料にて実施し、観察することが可能
であり、簡易的に耐溶損特性に優れる電極材料及び絶縁
材料の研究開発及び選定作業が行える溶損評価装置を提
供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の溶損評価装置は、電源と、該電源に一端側が
接続されてアーマチャのボアを形成するように相対して
隔離された一対の電極部材と、該一対の電極部材を絶縁
するために該一対の電極部材間に介装される一対の電極
間絶縁部材とを備え、前記一方の電極部材は前記アーマ
チャのボアに沿って延在する一枚の導電レールであり、
前記他方の電極部材は前記アーマチャのボアに沿って複
数の導電性部材が点在する分散型電極部材であることを
特徴とする。また、前記電極間絶縁部材にはボアに面す
る部分に供試用絶縁材料が組み込まれている。

【００１４】更に、前記分散型電極部材は、前記アーマ
チャのボアに沿って複数点在する導電性電極棒と、該電
極棒間及び前記電源とを電気的に接続しながら該電極棒
を前記アーマチャのボアに対して垂直に露出するように
支持する導電性支持部材と、前記アーマチャのボア側に
露出している前記電極棒間に配設され、前記電極棒間を
絶縁する絶縁部材と、前記電極棒の通電電荷量を測定す
るためのロゴスキーコイル等のコイルとを備えている。
そして、レール形状の電極材料の溶損状況を評価する場
合は、前記電極棒のアーマチャのボア側への露出面は、
球面になっている。

【００１５】

【発明の作用及び効果】本発明のように、一枚の導電レ
ールと、分散型電極部材の両方を電極として有する溶損
評価装置は、２本のレールを用いた電磁加速装置若しく
は、分散電極を有する電磁加速装置のどちらの種類の電
磁加速装置に使用するための電極材料であっても試験を
行うことができ、開発に寄与する。また、記電極間絶縁
部材のボアに面する部分に、供試用絶縁材料が組み込ま
れていると、電極材料のみならず、絶縁材料の研究開発
及び選定作業を行うことができる。

【００１６】更に、本発明における分散型電極部材を有
すると、電極棒を取り外すだけで、溶損の大小を観察す
ることができ、加速管全体を試験の度に分解、解体する
必要がなく試験の手間を少なくすることが可能となる。
また、ロゴスキーコイル等によって、加速試験（評価試
験）後の電極捧部での通電電荷量の測定をすることが可
能であるので、通電電荷量に対する電極棒の重量変化の
観察が可能となる。そのため、通電電荷量別の重量変
化、位置別の重量変化、通電電荷量や位置が一定の場合
の材料別重量変化等の各種の試験ができる。即ち、重量
変化を測定することで、溶損の大小を定量的に観察する
ことができる。加えて、一枚の導電レールによって、材
料別に導電レール全体の耐久性の観察ができる。このよ
うに、本発明の溶損評価装置は、各種試験を各種電極材
料にて実施し、観察することが可能であり、簡易的に耐
溶損特性に優れる電極材の研究開発及び選定作業が行え
る。

【００１７】そして、電極棒のボア側への露出面が球面
になっていると、電荷の集中が生じず、レールを模擬し
た精度の高い評価を実施することができる。ちなみに、
ボア側への露出面に角のある形状であると電荷が集中し
すぎるので断面が角形の電極棒ではレール形状の電極材
料の溶損状況を評価するには問題がある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図１（ｂ）は本発明の溶損評価装置にお
ける加速管の断面図であり、図１（ａ）は、図１（ｂ）
のＡ−Ａ断面図である。図１において、符号１及び２は
一対の電極部材、３はボア、８は電源である。

【００１９】前記一対の電極部材１及び２は、アーマチ
ャのボア３を形成するように相対して隔離されており、
その一端側が前記電源８に接続されている（以下、電源
８に接続されている側をブリーチ側という。）。前記一
対の電極部材１及び２の一方１は、前記アーマチャのボ
ア３に沿って延在する一枚の導電レール１であり、他方
２は、前記アーマチャのボア３に沿って複数の導電性部
材４が点在する分散型電極部材２である。

【００２０】前記分散型電極部材２において、４は導電
性電極棒、５は導電性支持部材、６はロゴスキーコイ
ル、７及び１０は絶縁部材である。導電性電極棒４は、
前記アーマチャのボア３に沿って複数点在する。導電性
支持部材５は、電極棒４を前記アーマチャのボア３に対
して垂直に露出するように、且つ、取り外し可能に支持
しながら電極棒４間及び前記電源８とを電気的に接続し
ている。ロゴスキーコイル６は、前記電極棒４の通電電
荷量を測定するために設けられている。絶縁部材７は、
前記アーマチャのボア３側に露出している前記電極棒４
間を絶縁するために前記電極棒４間に配設されている。

【００２１】前記絶縁部材７は、本実施例において、ボ
ア３を形成しつつ電極部材１及び２間を絶縁するための
電極間絶縁部材と一体となっているが、別体であっても
よい。また、前記電極間絶縁部材のボア３に面する部分
には、供試用絶縁材料１２が組み込まれている。この供
試用絶縁材料１２は、図１（ａ）に示すように、ボア３
に沿って延在する一枚のレール形状をしている。尚、図
１（ｂ）に示されている絶縁部材１０は、電極部材１及
び２をケーシング内に収納する際に、ケーシングと電極
部材２とを絶縁及び固定するためのものである。図１
（ａ）においては導電性電極棒４の配置を明確にするた
めに絶縁部材１０の記載を省略している。

【００２２】そして、レール形状の電極材の溶損状況を
評価する場合は、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すよう
に、前記電極棒４のアーマチャのボア３側への露出面
は、球面になっている。図２（ｂ）は、電極棒４の先端
が絶縁部材７からボア３側に突出している場合であっ
て、飛翔体がアーマチャを兼ねているプラズマアーマチ
ャの場合である。図２（ｃ）は、電極棒４の先端がボア
３側に突出しないように絶縁部材７と面一に並んでいる
場合であって、固体の飛翔体をアーマチャによって加速
し、射出する場合である。

【００２３】上記構造の本発明の溶損評価装置は、陽極
側に導電レール１、陰極側に電極棒４を採用し、評価装
置のブリーチ側を金属箔９等で短絡して大電流を放電す
ると、金属箔９はプラズマ化する。そしてプラズマは、
加速管のブリーチ側とは反対側の他端側（以下、射出側
という）に向かって加速する。電極棒４ではロゴスキー
コイルによる通電電荷量を測定する。

【００２４】このような溶損評価装置によると、分散型
電極部材２からは、例えば、同種材料間であれば、通電
電荷量及び／又は電極棒の位置別に電極棒の重量変化を
測定できる。異種材料間であれば、通電電荷量及び位置
が同じ場合の材料別変化量を測定できる。即ち、重量変
化を測定することで、溶損の大小を定量的に観察するこ
とができるのである。加えて、一枚の導電レール１によ
って、材料別に導電レール全体の耐久性の観察ができ
る。また、分散型電極部材の電極棒を取り外し可能にし
ておくと、電極棒を取り外すだけで、溶損の大小を観察
することができ、加速管全体を試験の度に分解、解体す
る必要がなく試験の手間を少なくすることが可能とな
る。

【００２５】電極棒はー般的に図２（ａ）に示すように
断面が角型形状のものを用いることが多い。このような
角を有する電極棒の場合、円１１内に示されるような角
部に電荷が集中し、その他の箇所に比べ溶損量が著しく
大きくなる。実際の加速装置のレールを考えた場合、加
速前のレール面は非常に滑らかであり電荷の集中は考え
られない。すなわち、角のある形状は、電荷が集中する
ので、角のある電極棒を用いて、実際の加速装置のレー
ルの溶損状況を評価するには問題がある。そこで、レー
ル状の電極材料の試験の場合には、図２（ｂ）及び図２
（ｃ）に示す滑らかな球面を有する電極棒４を使用し
た。このように球面を有すると電荷の集中が生じず、レ
ール材を模擬した精度の高い評価実験が実施できる。

【００２６】このように、本発明の溶損評価装置は、各
種試験を各種電極材料にて実施し、観察することが可能
であり、簡易的に耐溶損特性に優れる電極材の研究開発
及び選定作業が行える。

【００２７】更に、前記電極間絶縁部材に、供試用絶縁
材料１２が組み込まれているので、電極材料のみなら
ず、絶縁材料の研究開発及び選定作業を行うことができ
る。尚、この供試用絶縁材料１２は、図１（ａ）に示す
ように、ボア３に沿って延在する一枚のレール形状のも
のでもよいし、前記電極間絶縁部材のボア３に面する部
分に、ボア３に沿って複数の溝を設け、溝別に異なる種
類の絶縁材料を組み込み、絶縁材料別、位置別の溶損を
評価するようにしてもよい。また、前記電極棒４のよう
な形状の供試用絶縁材料１２を電極間絶縁部材内に取り
外し可能に支持しながら組み込んでもよい。この場合
は、供試用絶縁材料１２が電極間絶縁部材から取り外し
可能であるので、供試用絶縁材料１２を取り外すだけ
で、溶損の大小を観察することができ、加速管全体を試
験の度に分解、解体する必要がなく試験の手間を少なく
することが可能となる。

【００２８】最後に、現在電磁加速装置としては、図４
に示すように一対の電極部材がそれぞれ連続した一枚の
導電レールからなるレール型電磁加速装置の他に、一対
の電極部材がそれぞれ分散電極を有するレールからなる
レールガン型電磁加速装置（平４−３８９７）がある。
これは、電磁加速の効率に大きな影響を与えるプラズマ
アーマチャの電流分布の制御の容易さと放電後のボア内
面の損傷修復が容易に行えることなどを主目的とした電
磁加速装置である。従って、本発明のように、連続した
１枚の導電レールからなる電極部材１と、複数の導電性
部材が点在する分散型電極部材２の両方を電極として有
する溶損評価装置は、連続した導電レールを用いた電磁
加速装置若しくは、分散電極を有する電磁加速装置のど
ちらの種類の電磁加速装置に使用するための電極材料で
あっても試験を行うことができ、開発に寄与することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の溶損評価装置を示す図であり、図
１（ｂ）は断面図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ
−Ａ線断面である。

【図２】本発明実施の溶損評価装置における電極棒を示
す図である。

【図３】電磁加速の原理を説明する図である。

【図４】電磁加速装置を示す図であり、図４（ａ）は断
面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＥ−Ｅ線断面で
ある。

【符号の説明】

１電極部材２電極部材３ボア４電極棒５導電性支持部材６コイル７絶縁部材８電源１２供試用絶縁材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源と、該電源に一端側が接続されてア
ーマチャのボアを形成するようにして相対して隔離され
た一対の電極部材と、該一対の電極部材を絶縁するため
に該一対の電極部材間に介装される一対の電極間絶縁部
材とを備え、前記一方の電極部材は前記アーマチャのボアに沿って延
在する一枚の導電レールであり、前記他方の電極部材は
前記アーマチャのボアに沿って複数の導電性部材が点在
する分散型電極部材であることを特徴とする溶損評価装
置。
【請求項２】前記電極間絶縁部材には、ボアに面する
部分に供試用絶縁材料が組み込まれていることを特徴と
する請求項１に記載の溶損評価装置。
【請求項３】前記分散型電極部材は、前記アーマチャ
のボアに沿って複数点在する導電性電極棒と、該電極棒
間及び前記電源とを電気的に接続しながら該電極棒を前
記アーマチャのボアに対して垂直に露出するように支持
する導電性支持部材と、前記アーマチャのボア側に露出
している前記電極棒間に配設され、前記電極棒間を絶縁
する絶縁部材と、前記電極棒の通電電荷量を測定するた
めのコイルとを備えていることを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載のいずれかの溶損評価装置。
【請求項４】前記電極棒のアーマチャのボア側への露
出面が、球面になっていることを特徴とする請求項３に
記載の溶損評価装置。