火器用カートリッジおよび作成方法

本発明は火器用カートリッジに関し、詳細には弾薬用ケーシングに関する。

火器の分野において、弾薬カートリッジ(弾薬シェルとも呼ばれる)は、点火されると弾丸を銃身から標的に向かって押し下げる粉末を含有する。先行技術のカートリッジ、特に小型武器とともに使用するためのカートリッジは、通常鍛造黄銅から作られたケーシングを備える。通常無煙の粉状カートリッジである推進薬は、ケーシング内に含有され、ケーシングの基部における凹部内に設置された雷管上の銃の尾栓の撃針に衝突することによって発火される。

本発明に関するカートリッジは、本明細書では基端部と呼ばれる実質的な閉端、および口部と呼ばれることが多い反対側の開口端を有する、概ね円筒形のケーシングを備える。推進薬がケーシングの凹面の中に入れられた後、口部の開口端は弾丸を受領し、弾丸を適所に保持するために必要に応じて弾丸の周りでケーシングに襞を寄せる。ケーシングの基端部は、通常ケーシングを銃の点火装置上の柄によって係合できるようにキャネルアすなわち溝を有する。基端部は、カートリッジが銃身の薬室に挿入される深さを制限する止め部として働く、より大きい直径のフランジ部を備えることが多い。

鍛造金属(通常カートリッジ黄銅)のケーシングから構成された先行技術のカートリッジでは、雷管を保持する基端部は、弾丸を保持するスリーブ部と一体である。通常カートリッジが形成される金属加工工程に起因して、スリーブ部は内部が先細である(開口端の直径がより大きい)。基部付近の壁の厚さは、口端部の壁の厚さの数倍であってもよい。場合によって、ケーシングは弾丸を捕捉する開口端部付近の直径が低減される。

典型的なカートリッジの基部の外表面は凹部を有し、その内部に少量の衝撃に敏感な粉状爆薬を含有する撃発雷管を含有する。通常雷管は基部の中央にあり、点火工程中に凹部の端部によって支持される内部アンビルを備える。推進薬に点火するために、点火された雷管ガスが基部を通過してケーシングの凹面の中に入ることができる、通気孔または点火口と呼ばれることが多い基部を通る小さい通路が存在する。

カートリッジは、意図されたように銃身の薬室の中に必ず滑合する。カートリッジは、通常ケーシングの基部のリム内に溝を把持するために1つまたは複数の爪を有する、尾栓(スライドまたはボルトと呼ばれる)によって挿入されて適所に保持される。銃の尾栓内で撃針が雷管に衝突すると、推進薬は爆発によってガスに変化し、弾丸をカートリッジから銃身の穴部に押し下げる。この工程では、爆燃した推進薬ガスの圧力はカートリッジのケーシングを半径方向外方に膨張させ、望ましくはケーシングが滑合する隙間領域を通ってガスが漏れないように薬室で封止を生成する。次いでケーシングは弛緩することが望ましく、ほぼその元の寸法まで半径方向内方に動き、使用済みカートリッジのケーシングを容易に取り除くことができる。ケーシングは、キャネルアを引き寄せる尾栓が収縮する行為により、または尾栓の後方への動きと連携してケーシング上に加圧されたガスの力により、薬室から取り除かれることが多い。尾栓領域から取り出された後、ケーシングは雷管および装薬を交換し、新しい弾丸を設置することによって再利用されることが多い。

優れたカートリッジは多くの特徴を有する。カートリッジはまさに論じたように爆燃したガスの圧力に耐えるように十分に強くなければならない。カートリッジは、弾丸を点火中に銃の薬室で封止を作成するように構成されるべきである。カートリッジは、火器内に置く前に起こり得る手荒な取り扱いに耐えることができ、再加工および再装弾できることを含み、著しい耐久性および完全性を有するべきである。カートリッジは耐食性であるべきである。従来、黄銅合金のカートリッジが良好に機能していた。

一般的に広く使用される従来のケーシングの黄銅は、様々な鉄およびアルミニウムの合金に比べて、また当然のことながらプラスチックに比べて高額な合金である。しかし鋼、アルミニウム合金およびプラスチックなどの代替材料は、通常把握された上記の特性の不足に起因して市場であまり好まれないことが認められた。

他の発明者らが、カートリッジ用の種々の代替構成および材料について説明している。例えば以下の通りである。カートリッジはプラスチックまたは黄銅以外の金属から全体または一部を作成されてもよい。ケーシングはプラスチックまたは紙から作成されてもよく、(散弾銃用シェルに共通するように)金属床に取り付けられてもよい。ケーシングは、雷管に走る基部内の通路の中に挿入される、ニップル端部を有するスリーブの形に作成されてもよく、ニップルは、2つの部品を一緒に保持するために半径方向に末広がりである。参考のために以下の公報を参照されたい。Milbankによる米国特許第125,830号、Hornによる米国特許第3,688,699号、Shochkoによる米国特許第3,765,297号、Andersonによる米国特許第3,977,326号、Hornによる米国特許第3,688,699号、Dittrichによる米国特許出願公開第2007/0214992号および第2008091245号、ならびにNeugebauerによる米国特許出願公開第2014/0224144号。前述の種類のケーシングおよびカートリッジのすべてとは言わなくともほとんどが市場に存在しないことに基づいて、さらなる改良が必要とされていることは明らかであるはずである。

より低コストのカートリッジ、具体的には大量に使用される小火器のカートリッジが常に望まれている。またカートリッジの性能の改良が引き続き常に望まれている。例えばカートリッジのあらゆる特定の口径に対して、その中に装薬が含有される容量を最大にすることが概して望ましい。点火後に銃から放出される使用済みのケーシングを収集することが経済的および環境的理由から望ましい。ケーシングが黄銅またはプラスチックから作成されている際、これは基本的に視覚的または光学的手段の使用を意味する。さらに同じ外観を有する異なるカートリッジ、例えば装薬の異なる装填を有する同じ大きさのカートリッジも必要とされている。

幻像で示された弾丸を備えた典型的な先行技術のカートリッジの斜視図である。

先行技術のケーシングの基端部の部分断面図である。

雷管を伴う本発明のケーシングの分解図である。

図3に示されたケーシングの一実施形態を通る断面図である。

ケーシングを通る長手方向の断面図である。

図5に示された基部のより詳細な断面図である。

スリーブをどのように基部に固定するかを示す、図5のケーシングを通る長手方向の部分断面図である。

ニップルの先端における面取りを示す、スリーブの長手方向の部分断面図である。

代替実施形態のスリーブを示す、図7Aと同じ図である。

封止領域を示す、基部内のスリーブの長手方向の部分断面図である。

スリーブのニップルの唇部の一部の長手方向の断面図である。

代替構成の唇部を示す、図7Dと同じ図である。

隔壁の周りに周波を有するスリーブを備えた、ケーシングを通る長手方向の断面図である。

隔壁内に1つの波を有するスリーブの長手方向の断面図である。

隔壁内に2つの波を有するスリーブの長手方向の部分断面図である。

代替の波を有するスリーブの長手方向の断面図である。

ニップル付近の空間を示す、基部および隣接したスリーブの部分断面図である。

ケーシングのスリーブの形成の異なる段階を示す図である。

先行技術で公知の雷管の斜視図である。

雷管が基部の凹部の中にどのように圧入されるかを示す、ケーシングの基部の部分断面図である。

雷管が基部の凹部の中にどのように挿入されるかを示す、図14と同じ図である。

本発明のケーシングの長手方向の断面図である。

先行技術のケーシングの長手方向の断面図である。

本発明の一目的は、重量が軽く、製造が経済的であり、耐食性であり、取り扱いによる損傷に耐性があり、現在使用中の雷管に適合し、使用後の再装填に適するように改良された、火器に使用されるカートリッジを提供することである。さらなる目的は、使用済みのケーシングを磁石で寄せ集める改良ができるために、磁石によって引き付けられたケーシングから構成されたカートリッジを有することである。本発明の一目的は、先行技術のカートリッジと同等またはそれより優れた、具体的には小型銃用のより低コストのカートリッジを作成することである。

本発明の実施形態では、火器用カートリッジはケーシングを備える。一実施形態では、ケーシングは、スリーブの一端における隔壁から延在し、基部を通る通路内に締結される、中空ニップルを用いて基部に固定されるスリーブを備える。スリーブの反対側の長手方向端部は円筒形であり、弾丸または他の閉鎖物を保持するために口部を備える。通路内の凹部は雷管を受領する。スリーブの隔壁は基部の第1の表面と接触し、または近接して配置される。ニップルの終端部は、凹部の肩部を封止係合する唇部として末広がりである。ケーシングの一実施形態では、ニップルの長さに沿って通路内に2つの封止が、1つは隔壁付近に、もう1つは唇部/肩部に存在し、それらの封止はニップルの周囲に先細の円筒空隙によって離間される。

本発明の別の実施形態では、唇部を備えるニップルの終端部は、ケーシングの長手方向の断面図では、特殊な形状を有する。すなわち(a)唇部の第1の側面は肩部と接触し、肩部は好ましくはケーシングの長さに対して90度に走り、(b)第2の側面(雷管に面する)は丸みを帯び、リムの外側の唇部においてニップルを通るより近い通路(点火口)より薄い。唇部の第2の側面は、雷管のアンビルの足によって好都合な方法で接触され、点火口の直径を増大させることができる。

本発明の他の実施形態では、隔壁は基端部と嵌合する側面上に1つまたは複数の窪みを有し、好ましくは長手方向軸およびニップルを中心として1つまたは複数の円形波またはリッジが存在する。波は、窪みおよび隔壁と隔壁に接触する基部の表面との間の空間、ならびにスリーブの装薬を保持する凹面内の隆起領域を生成する。隔壁はニップル以外に基部に締結または連結されない。したがって波は、弾丸の点火に関連した圧力の過渡中に隔壁を半径方向に膨張させて、薬室の穴部と封止接触し、そうでなければ早期故障をもたらすはずである応力を減らすことができる。ケーシングの一実施形態は、当接する隔壁と同じ直径を有する表面を備えた基部を有し、キャネルアは該基部面から離間される。

別の実施形態では、ケーシングは、冷間加工すると磁気を帯びる特殊な性質を有するオーステナイトステンレス鋼から作成される。スリーブは、第1の硬度および第1の浸透率の円筒口の壁部、より低い硬度および浸透率の隔壁、ならびにさらに低い硬度および浸透率のニップルを有する。したがって基部に固定されたスリーブを保持する唇部を形成することができる一方で、ケーシングの円筒部は磁石に引き付けられ、それによって使用済みのケーシングの回収が促進される。また基部は、好ましくはスリーブのあらゆる部分より低い硬度を有するアルミニウム合金から作成される。

前述の実施形態の異なる組合せが有益である。また本発明は、上に説明された所望の特徴を有するケーシングおよびカートリッジの作成方法を含む。

本発明のケーシングを有するカートリッジは、本発明の目的を実現させる。ケーシングは、置換型である先行技術の黄銅カートリッジのケーシングより強い。ケーシングは、燃焼がより遅い装薬を使用できる増大した容積を有する。ケーシングは極めて耐久性があり、疲労破壊に耐性がある。ケーシングを再装填することができ、従来のカートリッジより何倍も点火することができる。前述および他の特徴および利点は、以下のより詳細な説明および関連した図面から十分に理解されよう。

説明 図1は、中心長手方向軸Cを有する先行技術のケーシング19の斜視図であり、ケーシングは、ほとんどの場合は基部23と一体化した円筒形スリーブ状部21を備える。スリーブ21は開口端または口部33を有する。弾丸23は幻像で示されており、推進薬がケーシングの内部空洞内に置かれた後、スリーブの口部52に摩擦保持される。従来の9mmのカートリッジでは、弾丸はスリーブの端部内で約0.19インチ(4.8mm)の深さに設定される。

図2は、馴染んだ通りに黄銅から作成されたケーシングと同様の、ケーシング19Aの底端部を通る長手方向の部分断面図である。基部23Aは端部に円筒凹部27Aを有し、円筒凹部27Aは圧入された雷管を受領するように形作られる。通路29Aは点火口または通気孔と呼ばれることが多く、凹部27Aとケーシングのスリーブの内部凹面31Aとの間を走る。ケーシング19Aの一部21Aは、口部から遠ざかり基部23Aに近づくにつれて厚さが増加する円筒外表面壁を有する。このような厚さの変化は、使用される製造工程の制限に通常起因し、また弾丸を点火中にケーシングの内側に発生する高圧に起因する変形または損傷に耐えるために、基部に近い壁の強度を増加させる必要があることもある。同様に円筒部が基部と接する、丸みを帯びた内部角部15Aが存在する。他の発射物および閉鎖物は装薬をケーシング内に含有させるために使用されてもよく、例えば詰物はいわゆる空砲内に使用されてもよい。この説明では、ケーシングのあらゆる閉鎖物は、用語「弾丸」の範囲内に収まるものとする。

図3は、雷管47と組み合わせた、本発明のケーシング20の一実施形態の分解図である。ケーシングは、2つの嵌合した片、すなわち長手方向軸Cを中心とするスリーブ22および基部24から構成される。通路30は、スリーブのニップル28を受領するために基部を通って走る。基部の近位端では、通路は、圧入で円筒雷管47を受容するためにより大きい直径、すなわち凹部32を有する。基部24はキャネルア46を有し、これは抽出溝とも呼ばれる。

図4は、スリーブ22のニップル28の変形により基部24に固定されているスリーブ22から構成された、組み立てられたケーシング20の長手方向の部分切取図である。図3および図4の両方を参照すると、基部と嵌合する前に、スリーブ22は細長い円筒部および弾丸を受領し保持するように形作られた第1の端部52を有する。端部52はケーシングの口部と呼ばれることが多い。スリーブの反対側の端部では、ニップル28は内方に走る隔壁26から伸びる。基部と嵌合する前に形成されるので、ニップル28は開口端54を有する。ニップルが通路30内に入るように2つの部品22、24が嵌合されると、ニップルの開口端は唇部34を形成するために外方に裾を広げられ、それによってスリーブが基部に保持される。

本発明の一部の態様は、ケーシングおよびその構成要素の機械的構成に関し、材料は性質の望ましい独自の組合せを必ずしも有さない。本発明の実施形態の機械的構成は、スリーブおよび基部がそれぞれを形作る方法、ならびにスリーブおよび基部が互いと嵌合する方法を含む。要するにスリーブは、ほぼ一定の厚さの円筒壁部、任意選択で波(環状リッジ)を有する隔壁部、および唇部を形成するために基部内で外方に裾が広がり、それによってスリーブが基部に保持されるニップルの終端部を有する。唇部は、雷管を支持するように適した表面形状を有する。本発明のケーシングは、同じ外部の大きさの先行技術のケーシングに比べて勝る内部容積を有する。

前述の特徴を有するカートリッジおよびケーシングは、様々な材料を使用して作成できるが、本発明の実施形態は特殊な性質および性質の組合せを備えた材料に関与する。要するに本発明の実施形態は、硬化され磁気を帯びたオーステナイトステンレス鋼から作成されたスリーブを備え、基部はアルミニウム系合金などの軟質金属から作成される。

本発明の機械的態様は、まず以下の説明に結集されている。本発明のケーシングは、異なる材料および材料の組合せから作成されてもよい。好ましくは以下により詳細に論じるように、スリーブはマルテンサイト微細構造を有するオーステナイトステンレス鋼から作成され、基部は鍛造アルミニウム合金である。

図5は、長手方向軸Cを中心としたスリーブ122および基部124から構成されたケーシング120を示す。スリーブ122は、弾丸を受領するための開口端152、厚さtを有する円筒壁138、および基部の表面に近いスリーブの端部の大部分を閉鎖する隔壁126を有する。また図6および図7も参照する。別の要素番号と下2桁を共有する番号を有する異なる実施形態の要素は、同名であり、実質的に同じ機能要素である。

図6における基部124の部分断面を参照すると、基部は周方向陸部、すなわち肩部144を有し、通路130の凹部132は通路156に移行する。肩部144の表面は好ましくは長手方向軸Cに垂直であり、必要に応じて傾斜する。唇部134が肩部144と係合することにより、スリーブを基部に保持する助けとなり、唇部は、ニップルの外側と通路156の穴部との間にどのような空間が存在しても、その空間への雷管領域からの流れを防ぐまたは抑制するために肩部で封止を形成する。

ケーシングを製造中、スリーブのニップル128は基部の通路130の中に置かれ、唇部134を形成するために、図7における幻像および矢印Dによって示されたように、肩部144を係合するために半径方向外方に裾を広げられる。好ましくは図7Aに示されたように、ニップルの先端は、ニップルが基部の通路の中に挿入される前に大きく面取りされる。別法として、先端はニップルの穴部内を面取りすることによって薄くなってもよい。面取りおよび形成の工程により、唇部は外方にすなわち中心線Cから半径方向に離れるにつれて厚さが低減する。図7Cを参照されたい。図7Dおよび図7Eはニップルの一部および唇部の実施形態の形状の長手方向の断面を示す詳細な断面である。唇部34は連続した湾曲である表面を有する。唇部434は、湾曲した内部および外部を有する表面、ならびに表面277上の平面を有する。

本発明では、スリーブを長手方向の断面で見ると、好ましい唇部は、雷管のための凹部を有する基端部の方向に面する、唇面上に湾曲した表面部を有する。その反対側は基部の通路内の肩部上に封止を設ける。言い換えると、好ましいスリーブは、ニップルが全体または一部が湾曲している表面と組み合わされた基部の通路を進み始める位置より、唇部リムまたは外縁部が薄い唇部を有する。外縁部がより薄く第2の表面が湾曲している利点は、図15に関する以下の説明で理解されよう。

好ましいスリーブは、特に所望の形状および封止効果のある末広がりにしやすいニップルを備える。ニップル先端部または終端部を面取りし、末広がりにする間に伸ばすことにより、所望の構成が達成される。また以下に説明されるように、効果的な封止は、好ましい材料の選択および組立工程からももたらされ、それにより基部内でニップルの長さに沿って異なる性質が生じる。具体的には、ニップルの先端部はスリーブの残余部より柔らかいことが好ましく、これは高い硬度、高い応力、および磁気特性の所望の組合せを有する。

図14および図15に関連して以下に説明するように、後続の製造ステップにおいて、雷管は凹部132の中に圧入され、凹部132はこのような配置を容易にするために面取り部142を有する。雷管は内部アンビルを有し、その足はスリーブの唇部上に着座する。

その上で唇部の裾が広げられる肩部は、好ましくは基部およびケーシングの長手方向軸に対して90度であるが、代替実施形態では肩部は円錐台形状である。このような場合、薄いリム唇部は長手方向軸に対して90度である表面として存在してもよい。本発明のさらなる代替実施形態では、唇部は実質的に一定の厚さを有する。この実施形態を実行するために、最初に形成されるとき、ニップルはその終端部に面取り部が少ない、またはなくてもよく、裾を広げる間または唇部を形成する工程の間に、ニップルの端部の材料を寄せ集め、そうでなければ1つまたは複数の成形工具により適切に加工される。

本発明の一実施形態では、ニップルを通路156の中に滑り込ませてもよく、唇部134と関連した第1の封止のみが存在する。好ましくは通路156の穴部内で、より好ましくは隔壁付近でニップルと基部との間に第2の封止が存在する。

図7Cは、望ましい第1および第2の封止を有するケーシングの一部を示す。第1の封止41は唇部34と基部の肩部との間で環状に走る。位置39における第2の封止は実質的に円筒形である。先細のニップルまたは図7Bに示されたニップルに関するニップルが通路の中に加圧され、ニップルの終端部が末広がりになると、ケーシングは非常に薄い空隙43、すなわち1つの表面が別の表面に詰め込まれていない領域を特徴とする。空隙43は、図示するために大きさが非常に誇張されており、第1の封止付近でニップルを囲み、先細の薄壁が円筒形状を有する傾向がある。空隙43を有することにより、確実に優れた封止を位置39に達成させ、基部の通路156の中に加圧されると、ニップルの端部が正確に配置され、唇部34を作成するために適切に形成できることを確実にする役に立つ。

2つの離間した封止を有するケーシングを構築する1方法では、通路156は一定の直径であり、ニップルの外側は先細である。図9のスリーブ222を参照すると、ニップル228の外表面は隔壁126から離れるにつれて内方に角度Bで先細である。角度Bは0度〜10度であり、好ましくは1度〜3度である。ニップル(最も隔壁に近い)の基部の直径は、表面136における通路156の開口に関連した大きさにされるので、0.002〜0.005インチ(0.05〜0.13mm)の締まりばめまたは圧入が存在する。

図7Bは代替スリーブの実施形態422を示し、スリーブ422はニップル428上を包囲するリッジ445を有し、その目的は第2の封止39の形成の完成度を高めることである。リッジは中間部を有する。ニップルは別法として先細であってもよく、または外径が実質的に一定であってもよい。さらに他のスリーブの実施形態では、ニップルはニップルの長さに沿って直径が段階的に変化してもよい。

ケーシングの別の実施形態では、通路156は図6に示されたように、角度BBで先細であるので、穴部の直径は基部の表面136付近がより大きい。このような通路を有する基部とともに使用されるニップルは、実質的に一定の直径であってもよく、または同じ角度もしくは角度BBより小さい角度で先細であってもよい。この実施形態では、第2の封止は、表面136から離間され、唇部封止付近であってもよい位置における圧入によって形成される。

上述されたように、第2の封止がないケーシングの別の実施形態では、ニップルの外部および通路156の穴部の相対的形状は、ニップルの長さに沿った圧入がなく、終端部に唇部のみがあってもよい。あらゆる実施形態において、ニップルの周囲または唇部位置に有機または無機封止剤を必要に応じて使用してもよい。

ニップルの穴部は真っすぐであっても先細であってもよく、好ましくは、ニップルはスリーブの円筒部の厚さとほぼ同じ厚さの壁を有する。図7および図11に示されたように、ニップルの穴部は、ケーシングの点火口であり、隔壁およびスリーブの凹面に近づくほど直径が増加し、すなわち図9では角度Bと一致する。但しBは1〜5度である。このような円錐形状は全体を通して雷管からの高温ガスが装薬に送達される方法を強化する。

図5〜図8を再度参照すると、スリーブ120の隔壁は基部の表面136に接触し、または近接している。基部の表面136は平坦でケーシングおよび基部の長手方向軸Cに垂直であってもよい。別法として表面136は凹んでいてもよいので、表面136は平面D(軸Cに直交する平面である)に対して0〜5度、好ましくは約3度の傾斜角度Aで中心付近が窪んでいる。図6を参照されたい。

隔壁と当接する基部の外径は、好ましい実施形態では、スリーブの真っすぐな円筒部の直径と同じ直径である。そうでない場合は、基部の外部と銃の薬室との間に周囲空間が存在することになり、スリーブの外「縁部」または「角部」、すなわち領域140、240は、優先的にまたは早期に引張または曲げ過負荷または疲労破壊しない可能性がある。これは周囲空間に変形することに関して、領域140、240に支持がないことに起因する。本発明の好ましいケーシングは、スリーブの隔壁およびそれと一体型の円筒壁(例えば壁138)と同じ直径の面(例えば表面236)を有する基部を備える。したがって具現化するケーシングは、隔壁から軸方向に離間されたキャネルア(抽出溝)を有する、すなわちこれは基部内で包囲するチャネルである。この種の構成は、抽出溝を画定するために隔壁に隣接した低減された直径を有するケーシングに匹敵する。

まさに記載された目的を実行するために、また外見的理由から、縁部または角部140、240と隔壁、表面136との間の隙間は最小であるべきである。その周囲に達する助けとなる1方法は、基部の表面236と隔壁226の合わせ面との間に図11に示されたような角度Aを有することである。図11の実施形態では、基部の表面は角度Aで凹み、隣接した隔壁の表面は中心軸Cと直交する平面D内に置かれる。したがって隔壁は基部の端部の表面に対して半径方向に傾斜すると言われる。それにより、隔壁と通路230に隣接した基部224の表面236との間の空間260が小さくなる。

本発明のケーシングが推進薬および弾丸と嵌合し、火器の薬室の中に挿入されると、ケーシングは薬室の中に滑合するべきである。例えば隙間は、約0.386インチ(9.8mm)の外径を有する典型的なカートリッジの各側面上の数千分の1インチであってもよい。弾丸の点火中、円筒壁を銃の薬室に対して半径方向外方に押し付ける、大きく上昇した内圧が存在する。本発明の実施形態では、ケーシングは、推進薬の爆燃中に半径方向外方に弾性的に変形し、その後火器の薬室から使用済みのケーシングを容易に除去できるために十分であるように、ほぼその元の寸法に弾性的に戻る。しかし外方への膨張が存在する際、スリーブの隔壁が円筒壁と接する周囲位置140に過剰応力を生成する可能性がある。位置140で損傷する傾向を、(a)位置140で屈曲半径を十分に小さくすること、および(b)円形波250またはリッジを隔壁上に提供することのどちらか、または両方によって軽減することが、分析および実験を通して発見された。

半径に関して、約0.012インチ(約0.3mm)の厚さの壁を有するスリーブの実施形態については、位置140における平均屈曲半径は好ましくは約0.12インチ(約32mm)未満であり、より好ましくは約0.05インチ(1.27mm)未満である。半径がより大きいと、ケーシングをより損傷させる傾向がある。さらにより好ましくは、半径は内表面における測定で約0.008インチ(0.2mm)、外表面における測定で約0.020インチ(2mm)であり、平均半径は約0.014インチ(0.36mm)である。別の好ましい実施形態では、平均半径は材料の厚さの約2倍未満である。

図8は基部224と嵌合するケーシング220の図である。ニップル228は、基部224の通路230のより小さい直径の通路部256内で長手方向に走る。ケーシングの隔壁226は、本明細書では波と呼ばれる円形リッジを備える。図9は、スリーブ222が基部224と一緒に係止される前のスリーブ222の長手方向の部分断面図である。図面は、ケーシング120のスリーブおよび基部と同様だが、隔壁226内に波250が存在するスリーブ222および基部224を示す。円形または環状波250は、長手方向軸Cおよびニップル長を中心とする。図9におけるように長手方向の断面で見ると、波250は、波250が半径方向に走る際に隔壁に不規則な外形を与える。

好ましい隔壁は、(a)(基部に面する)隔壁の外側上に窪みを作成し、(b)基部の当接面と係合することによって抑制されない、波を有する。波は、隔壁の外表面上の環状窪みまたは中空258を画定する。隔壁は、好ましくは一定の厚さであり、基部の端部において表面236に接触し、または非常に近づき、もしくは近接し、波は隔壁と表面236との間の空隙を画定する。推進薬がケーシング内で爆燃するとき、波の存在により、スリーブの円筒側壁が隔壁に接する領域240でフォン・ミーゼス応力が低くなる。装薬が点火されると、ケーシング内の高ガス圧力により波が弾性的に変形し、または平らになると考えられる。これにより、隔壁および位置240における隣接したスリーブの円筒部の両方の外周が、その中にカートリッジが位置付けられる薬室の穴部に接触するまで増加することができ、それによってケーシングと薬室の穴部との間に銃身ガスが流れるのを阻止する封止を一瞬で作成する。本発明では、基部面上にリッジまたは係合特徴がなく、隔壁は表面236に対して半径方向に動くことができる。好ましくは、前述の小さい屈曲半径が領域240に波と組み合わされて存在する。

波が隔壁と基部の端部の当接面236との間に生成する空隙は、いかなる小さい空隙であってもそれに加えて、隔壁と基部の当接面との間のあらゆる傾斜の違いのために領域内に存在する。

スリーブが波を有する本発明の一列では、スリーブの0.010〜0.012インチ(0.25〜0.30mm)の厚さの円筒壁の直径は、約0.39インチ(9.9mm)の直径であり、波250は約0.23インチ(5.8mm)の平均直径を有し、隔壁の平均内表面から約0.002〜0.050インチ(0.05〜1.27mm)、より好ましくは約0.002〜0.010インチ(0.051〜0.25mm)の寸法hを突出させる。突出hは波の高さと呼ばれてもよい。

図10は2つの波を有するスリーブ222Aの一部を示す。2つの波250Aは隔壁226A上を環状に走り、ニップル228Aの長手方向軸Cを包囲する。図10Aはニップル328および隔壁326を有する別のスリーブ322の一部を示し、ここには波のさらに別の実施形態が存在する。断面において、波350によって提供される窪み358はニップルで始まり、隔壁面が基部(図10Aには示されていない)の当接面により接近する点まで外方に走る。

要するに本発明の本態様の概念では、ケーシングは基部に面する表面上に1つまたは複数の窪みを備える隔壁を有する。他の隔壁構成が、本発明の本態様の目的を達成することがあり、該波の第1の隔壁面はスリーブの凹面の中に突出または突起し、隔壁の第2の反対側の面は関連した窪みまたは中空を有する。

図13は、キャップ49の凹面内にアンビル51を有するキャップ49を備える、馴染みのある雷管47の斜視図である。アンビル51は頭部57および3つの足60を有する。破線円として示された外周CAが存在し、これは足60の内部境界を画定する。図14は、図において矢印で示されたようにケーシング20の基部24の凹部32の中に挿入される雷管47を示す。図15はケーシングの基部の凹部内に完全に位置付けられたキャップを示す。上に説明されたように従来の製造ステップでは、スリーブ22のニップル28の端部は外方に裾が広げられているので、得られる唇部34は凹部32の底部で湾曲した環状面を表す。雷管が完全に挿入され、撃針が雷管に衝突すると、アンビルの足60は唇部の表面に接触する。

唇部34の外縁部またはリム35は、図7C、図7D、および図7Eに関して論じたように、唇部の残余部より薄い。図15を参照すると、アンビルの頭部57とキャップ49の内壁との間に空間53が存在し、ここには大量の起爆物質(図示せず)が雷管製造業者によって置かれる。火器の撃針がキャップの表面55をアンビル51の頭部57の方向に変形させると、雷管の物質が爆発する。アンビルの足は唇部34によって支持される。加えられた力に応答して、アンビルの足はケーシングの中心線Cに対して外方に突き出る傾向がある。点火されたカートリッジの区画は、多くのアンビルの足が発火工程中にある程度外方に突き出していることを示す。唇部の湾曲面はアンビルの足に対する支持を増強すると考えられる。

所与の外部形状のカートリッジについては、本発明は、より大きい直径の点火口に、同じ外部形状の先行技術の一体型カートリッジに比べてより大きい容積のケーシングを提供することができる。図16および図17は、本発明に従って作成されたケーシング20の内部構成と先行技術の一体型の黄銅ケーシング21を比較しており、それぞれは内部空洞が同じ長さLI、LPのそれぞれを有する。

本発明は、雷管のアンビルの足に優れた支持を提供する際に、凹部32の底部における陸部の幅をより小さくすることができる唇部34の形状によって支援されるケーシング20内で、点火口29の直径VIを先行技術のケーシング21内の点火口29Aの直径VPに比べて増加させることができる。

ケーシング20は、先行技術のケーシング21内の点火口29Aの直径VPに比べて、増大された直径VIを有する点火口29を有する。唇部34の形状の支援により直径を増大させることが達成され、それにより雷管のアンビルの足に優れた支持を提供する際に、凹部32の底部における陸部の幅をより小さくすることができる。スリーブ22の点火口は、アンビルの足の最内部境界の直径DAより直径が大きい。直径DAは、雷管のアンビル51の足60の最内部に接する円CAの直径である。図13を参照されたい。好ましいケーシング22では、足60の一部は、図16において矢印Mによって示されたように中心線Cに沿って適切に拡大して見る際に目に見える。比較すると、足の縁部ではなくアンビルの頭部のみが、同じ方法で見たときに図17に描かれたように、例示的先行技術のカートリッジ内に見える。点火口の直径が増大することにより、雷管領域からスリーブ22の凹面31の中に入る高温ガスの連通を改善させ、これは凹面内の装薬をより好ましく爆燃させる助けとなる。

カートリッジの黄銅より高い強度を有する鋼が本発明のケーシング内に使用されてもよいので、より薄いケーシングの壁が有益である。本発明の例示的ケーシングは、約0.010〜0.012インチ(0.25〜0.3mm)のほぼ均一の壁の厚さtを有する。これは、例示的な先行技術のケーシング21の平均の壁の厚さ0.027インチ(0.59mm)より約0.0.15インチ(0.381mm)以上薄い。したがってケーシング20の平均内径D1はケーシング21の平均直径DPより大きく、組み立てられたカートリッジの装薬特徴に対して、ケーシング内の容積は約4〜15パーセント多いことがある。一般にカートリッジの製造者は、弾丸が置かれるとケーシングの凹面31、31Pを満たす装薬を使用する。概して弾丸の速度および反復率を高める銃身内で時間変化に対するある特定の望ましい圧力に達するために、より少量の高い燃焼率の装薬を有することに比べて、より大量の低減された燃焼率の装薬を有することが望ましい。本発明により、その望ましい結果が可能になる。試験は銃身の出口において弾丸の速度がより高い反復率を示しており、その結果弾丸の標的がより正確になる。

前述の機械的特徴を含む本発明の概念では、スリーブは鉄合金(例えば鋼)、また好ましくは鉄、アルミニウム、および銅基を有する他の合金から作成されてもよい。まさに上に記載されたように、本発明のケーシング/カートリッジの最良の性能は、スリーブの材料が高い強度を有するときに達成される。

好ましくは本発明のケーシングの例示的スリーブは、マルテンサイトの微細構造を形成するために十分に冷間加工されたオーステナイトステンレス鋼の1種から作成され、それによって同じ鋼でその焼きなまし状態に比べて鋼が選択的に硬化し、かつ磁気を帯びる。基部に好ましい材料はT6テンパーにおける7075鍛造アルミニウム合金である。

好ましいオーステナイトステンレス鋼は、AISI304ステンレス鋼合金である。優先的に使用されることがある他の合金には、AISI302、AISI308、およびAISI347が含まれる。前述および同じ挙動をする合金のケーシングは、焼きなましをすることなく冷間加工条件に使用される。選択した合金は、成形性、耐食性、および強度の望ましい組合せを有する。それらの合金を焼きなましした状況では、合金は磁気を帯びておらず、冷間加工されると磁気を帯びる。好ましい材料では、材料内に存在する変形誘起マルテンサイト(強磁性相)が冷間加工され、焼きなましされず、それにより材料が一般の磁石により有利に引き付けられる。本発明の好ましい合金は特等に入る。例えばオーステナイトステンレス鋼、AISI316は、冷間加工されると磁気を帯びない。AISI400シリーズのステンレス鋼は加工またはマルテンサイトの存在に関わらずフェライト系であり磁気を帯びている。

好ましい材料のケーシングが自動または半自動火器から発射されて地上に散乱すると、使用済みのケーシングは、永久磁石または一般的な電磁石で領域を一掃することによって回収されてもよい。黄銅、アルミニウムまたは非鉄のケーシングと比較されたい。

またAISI304合金を加工することにより硬化され極限強度を増し、合金が冷間加工されないときよりスリーブの壁の厚さを軽減できる。好ましくはAISI304のスリーブ材料は少なくとも「4分の1の硬度」であり、これは少なくともほぼロックウェルC(「Rc」)30の硬度、および約125,000プサイ(重量ポンド毎平方インチ)(6X10⁶N/m²)の関連した極限引張強度を有する。これは、ロックウェルB83〜92の硬度および約75,000プサイ(3.6X10⁶N/m²)の極限引張強度の一般的な焼きなましで鍛造されたAISI304材料の棒または細片に匹敵する。より好ましくは、AISI304材料は、その硬度が約Rc40より大きく、極限引張強度が150,000プサイ(7.2X10⁶N/m²)を越えるように加工される。

好ましくは、スリーブはアイレット機(トランスファー成形)で形成され、鋼の平坦な円盤から始まる。円盤は、図12におけるステップ(a)〜(e)によって示されたように、形状を変えるために連続して加工される。ケーシングの基部の中に挿入されるための状況にあるスリーブは、ステップ(e)に示されている。図12のステップ(e)の図示を参照すると、本発明の典型的なスリーブは図12に示されたように、上部/ニップル位置N、隔壁位置B、中点円筒部位置M、および口端部位置Eを有する。形成ステップを通して後部を加工すると、中間形状の対応する位置をほぼ同定することができる。

表1は、各段階の磁気特性および最終段階(e)の硬度分布を示す。加工の進行とともに、浸透率(緩やかな「磁化」)が増加した(ミュー単位で測定した)ことがわかる。同様に硬度が中点Mおよび口端部Eで著しく増加したことがわかる。HVN(200gm負荷を使用するビッカース硬度値)単位の硬度は口端部で最も高く、400HVNを超える。周知のように硬度の増加は降伏/極限強度の増加に関連し、その特性は、スリーブの壁、すなわち円筒部においてニップルに比べてより高い応力を有することが望ましい。

好ましくは、本発明のケーシングのスリーブは、少なくとも2ミュー、より好ましくは少なくとも3ミューである浸透率を有するオーステナイトステンレス鋼である。本出願では、このように少なくとも2ミューの特性を有する鋼は磁気を帯びていると言われている。このような磁性条件のスリーブから構成されたケーシングを永久磁石または電磁石で引き付けることができ、これは使用済みのケーシングの回収および/または取り扱いのために極めて有益である。

ケーシングの磁気の程度、すなわち浸透率(より適切な相対浸透率)をASTM規格A342−Method第6番に従ってミュー単位で測定することができる。The Severn Gage(米国アラバマ州AuburnのSevern Engineering Co., Inc.)と呼ばれる測定装置を使用してもよい。

口部まで広がるスリーブの円筒部Eは、最も硬くなり、それに応じて磁気を帯びる。また隔壁も強く磁気を帯びている。それに比べて、スリーブのニップル部はあまり加工されずあまり硬化されないことが望ましく、それによりニップル部の基部との圧入係合が促進され、唇部を用いてニップル部を基部内に捕捉する。あらゆる所与の内圧に対するニップルの平均応力は、直径が小さいことによりスリーブの円筒部内より低くなる。またニップルは小さく基部内に埋められているので、ケーシングが磁気回収具に引き付けられることはあまりないはずである。ニップルはあまり硬くないので、ニップルの終端部は半径方向外方により裾を広げやすく、所望の優れた封止接触をより良好に達成することができる。末広がりの唇部を作成するために冷間加工することにより、唇部の硬度および浸透率を増加するが、通路156、256内の唇部から隔壁に向かって走る長手方向のニップル部、具体的には図7Cにおける空隙43付近の長手方向のニップル部の対応する特性は変わらない。

したがってケーシングおよびスリーブの一実施形態は、ニップルにおける浸透率および硬度が少ないスリーブを備える組合せであり、ニップルは唇部および雷管凹部の肩部から隔壁および口端部にスリーブを有する隔壁に走る。

基部はスタンピング、加圧形成、または機械加工によって形成されてもよく、鋳造はあまり好ましくない。基部は、好ましくは鍛造されたアルミニウム合金、好ましくはT6テンパー条件の合金鍛造された7075合金から作成される。この合金は強度が高いので、雷管を十分に保持し、ニップルが変形される製造過程中の力に十分に耐える。アルミニウム基部は、陽極酸化され、異なる型のカートリッジを区別するために色コードに着色されてもよい。別法として、アルミニウム合金基部は無電解のニッケルリン金属で被覆されてもよい。例示的アルミニウム合金基部は、70〜98の範囲のロックウェルB硬度を有する。基部は、ニップルの変形および尾栓によって掛けられる力に耐える十分な強度を有する。

本発明の概念では、口部を含むスリーブの円筒部は最高の強度および硬度を有し、基部の通路を備えたニップルの大部分は強度および硬度が低く、基部は最低の硬度を有する。この組合せは上に述べた一部の理由、またさらに基部が柔軟であるため、例えば鋼の基部または先行技術の鋼のケーシングに比べて、カートリッジ/ケーシングを把持し取り出す火器部の摩耗または寿命の低減を軽減させるという理由で有利である。

本発明の概念では、基部は別法としてカートリッジの黄銅、他の黄銅、および金属がケーシングの材料より硬くない鋳造の亜鉛基部合金などの他の金属から作成されてもよい。本発明のさらに他の実施形態では、銃の部品の前述の摩耗が要因でない場合、鋼合金またはセラミックを基部に使用してもよい。

本発明は、本明細書に説明された新規の特徴を有するケーシングを備えるシェルまたはカートリッジを含む。具体的にはシェルは、雷管をケーシングの基部の凹部内に圧入すること、口端部を通って装薬をスリーブの凹面の中に入れること、および弾丸をスリーブの口部に押圧し襞を寄せることによって形成される。これらのステップは、すべて先行技術のケーシング、例えば黄銅のケーシングを作成するために使用されてきた機器と同じ種類の機器を使用して行うことができる。本発明は小口径のカートリッジに関して説明されているが、本発明を大口径のシェルに適用してもよい。

また本発明は、説明された方法を使用して、本明細書に説明された特徴を有するケーシングおよびカートリッジを作成する方法を含む。ケーシングは、スリーブおよび基部の2つの片を互いに嵌合させる自動機械を使用して、また(a)スリーブの口部内に適合し、隔壁の外縁部が基部の面に接触し、もしくは近接するように、ニップルを基部の通路の中に押し付けるために、基部を保持している間にニップルおよび隣接した隔壁を圧迫する工具を使用して、ならびに(b)雷管の凹部内に適合し、ニップルの終端部を半径方向外方に裾を広げ、凹部の底部で肩部に押し付ける唇部(唇部は好ましくは環状の屈曲面を有する)を形成するために、ニップルの終端部上で軸方向に圧迫する工具を使用してスリーブおよび基部から組み立てられてもよい。その後カートリッジを形成するために、ステップ(c)では、雷管は、基部の端部で凹部の中に加圧されるので、雷管のアンビルの足が唇部の表面に接触し、または非常に接近し、ステップ(d)では、装薬がスリーブの凹面の中に入れられ、またステップ(e)では、弾丸がスリーブの口部の中に加圧され、口部は好ましくは弾丸上で襞を寄せられる。

スリーブおよび基部の独自の特徴は、本発明に驚異の利点を提供する。ケーシング/カートリッジは、先行技術のケーシングより軽い重量、低いコストおよび高い性能を提供される。同時にケーシング/カートリッジは、取り扱い中に耐久性を有し、再装填することができる。

本発明は、明白および暗黙の変形および利点を有し、いくつかの実施形態に関して説明し図示されている。これらの実施形態は例示であり制限するものではないと考えるべきである。空白に図示された物品の配向に関する用語のあらゆる使用は、理解を促すためのものであり、物品を異なる配向にすることがあっても限定されるべきではない。「好ましい」またはその変形などの用語のあらゆる使用は、望ましいが必ずしも必須ではない特徴または組合せを提案する。したがってあらゆるこのような好ましい特徴または組合せを欠く実施形態が、以下の特許請求の範囲内に収まることがある。当業者は、特許請求に係る本発明の精神および範囲から逸脱することなく、説明された本発明の実施形態の形および詳細に様々な変形を行ってもよい。