Safety igniter

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火工品兵器（ｐｙｒｏｔｅｃｈｎｉｃ ｍｕｎｉｔｉｏｎ）の分野に関し、より詳細には爆発性兵器（ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｍｕｎｉｔｉｏｎ）の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の特定の主題は、外套形態の構造体と該構造体内の固体状炸薬とを備えた火工品兵器要素（ｐｙｒｏｔｅｃｈｎｉｃ ｍｕｎｉｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）用の安全点火器（ｓａｆｅｔｙ ｉｇｎｉｔｅｒ）であって、当該安全点火器は上記兵器要素が低速加熱処分処理（ｓｌｏｗ ｃｏｏｋ ｏｆｆ）に委ねられたときに上記炸薬の爆燃（ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ）なしで燃焼をもたらすことが企図された安全点火器である。
【０００３】
兵器が灯油（ｋｅｒｏｓｅｎｅ）もしくは推進火薬（ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ）の火炎、間接加熱などの熱起源の応力に委ねられと、火工品による反応が生じ得る。
ミサイル弾頭、爆弾（ｂｏｍｂ ｃａｓｉｎｇ）、貫通弾頭（ｐｅｎｅｔｒａｔｏｒ）および水中兵器（ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｍｕｎｉｔｉｏｎ）などの爆薬包含兵器要素は、高度の密閉性（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）の故に激しい爆破または爆燃反応に繋がり得る。
【０００４】
これらの反応を容認可能なレベルまで、すなわち危険な破片を放出しない単純な燃焼まで低下させるべく、オクトーゲン［ｏｃｔｏｇｅｎ］（ＨＭＸ）、ヘキソーゲン［ｈｅｘｏｇｅｎ］（ＲＤＸ）、ニトログアニジン、過塩素酸アンモニウム、トリアミノ・トリニトロベンゼン（ＴＡＴＢ）、オキシニトロ・トリアゾール（ＯＮＴＡ）および／またはアルミニウムが充填された不活性ポリマ結合剤もしくは活性ポリマ結合剤式の爆発性複合炸薬を、兵器の構造を解放するシステムと組合せて用いることは公知である。
【０００５】
上記解放システム（ｄｅｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）は所定圧力で開裂（ｂｕｒｓｔ）し得る保護キャップから成り得るが、該保護キャップは火工品による反応により生成された分解気体に対して放出面（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｕｒｆａｃｅ）を解放することにより安全弁として作用する。 更には、溶融性の構成要素、切断用コード、または、初期割れ目を用いるなどの他の技術も存在する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この安全性概念は、灯油タイプの激しい火炎に対しては完全に機能する。 この場合に兵器の壁部に対して且つ引き続き炸薬に対して非常な高温が伝導されることから、炸薬は温度が略々２００℃乃至２４０℃である爆薬自己発火温度を超えると直ちに構造体／爆薬界面にて燃焼により反応する。 燃焼気体は引き続き、放出面に対する経路を作り出す。
【０００７】
激しさが少なく更に長く続く応力の場合は、更に複雑である。
”低速加熱処分処理”応力は習用的に記述されており、兵器要素が数十時間後に火薬的に反応するまで該兵器要素を数℃／時間の割合で加熱する段階から成る。 これらの反応は非常に激しくなり得る、と言うのも、一定の場合においてこれらの反応は媒体内の火工品材料の核心部にて開始することから、熱分解により結合剤が分解して活性材料が化学的分解を開始するまでには時間が掛かるからである。
【０００８】
大口径の兵器（爆弾、貫通弾頭、水中兵器）では、多くの場合に核心部での起爆が観察される。 これは、爆薬が熱的に高度に絶縁されると共に材料内において発熱性分解が開始する結果である。 発せられた熱は外側へと放出され得ないので更なる内部温度上昇に繋がり、大規模反応（ｍａｓｓ ｒｅａｃｔｉｏｎ）まで分解が更に加速される。 反応温度は、容積が大きいほど低い。
【０００９】
この場合に反応の全体レベルを制限する上で、上述の如き単純な解放システムは不十分である。
低速加熱処分処理応力下で反応のレベルを制限すべく解放デバイスの近傍に、火工品兵器の主要炸薬の反応温度より低い温度で燃焼により反応する安全点火器を挿入することは公知であり、該点火器の燃焼は上記主要炸薬の爆燃なしでの燃焼に繋がる。
【００１０】
米国特許第５７８６５４４号および英国特許第２３１３６５３号は、点火火薬もしくは点火ペレットを備えたプラスチック管から本質的に成る安全点火器を開示している。 上記点火器は解放孔の近傍となる兵器要素の後部にて、炸薬から該点火器を分離する発泡体のリング内に埋設される。
【００１１】
上記管内に存在する点火ペレットは好適には、ホウ素およびクロム酸バリウムの混合物から成る。 しかし実際、クロム酸バリウムは特に有毒で発癌性であると共に、遺伝性の遺伝子損傷に繋がることが分かった。 更に、それは熱応力下で、これもまた高度に有毒な蒸気を発する。
【００１２】
点火ペレットの性質に関する他の解決策も提供されるが、真に十分なものは無い。
たとえばニトロセルロース−ニトログリセリンの二要素式の推進火薬に基づくペレットを用いると保存の間にニトログリセリンが移動し、結果的であるべき火工品的リスクを伴うという問題が在る。
【００１３】
故に当業者によれば、上述の機能を提供し得るが上記の如き不都合は示さないという安全点火器に対する要望が存在する。
本発明はこの問題に対する解決策を提供すると共に、本発明の主題は、外套形態の構造体と該構造体内の固体状炸薬とを備えた火工品兵器要素用の新規な安全点火器であって、当該安全点火器は上記兵器要素が低速加熱処分処理に委ねられたときに上記炸薬の爆燃なしで燃焼をもたらすことが企図された新規な安全点火器である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るこの新規な安全点火器は、該点火器がペントリト （ｐｅｎｔｒｉｔｅ）系の固体状組成物のブロックから成り、好適には該安全点火器が斯かるブロックのみから成ることを特徴とする。
斯かる安全点火器は特に、製造が容易であると共に兵器要素内への挿入が容易である。 単一ブロックは、プラスチック管などの不活性ハウジングを要しない十分な固有物理特性を呈する。
【００１５】
更に、このペントリト系の固体状組成物のブロックは当該兵器の通常使用に関する付加的エネルギに寄与する爆燃可能材料であるが、現在の技術状況に関する上記点火器の場合にはそうでなく、爆燃され得ない。 低速加熱処分処理に関しては安全点火器であり且つ兵器の通常使用に関しては爆薬であるという本発明に特有なこの二重機能は、特に好適である。
【００１６】
また、本発明に係る上記安全点火器の各構成要素は有毒でも発癌性でもなく、且つ、その燃焼蒸気はそれほど有毒でないことも銘記されたい。
現在の技術状況において、爆発性兵器に対する起爆中継体（ｐｒｉｍｉｎｇ ｒｅｌａｙ）としてペントリト系の固体状組成物を用いることは公知である。 しかし、たとえば国際公開第９９／５３２４６号は本発明の主題である安全点火器に関わりの無い用法を開示している。 この爆燃中継体の用途に依ると当業者に対してさえも、上述の安全点火器の機能においてこられのペントリト系組成物を用いることを想起させない。
【００１７】
本発明に関して”低速”加熱処分処理とは、０．５℃／ｈ乃至５０℃／ｈ の加熱処分処理と理解されるべきである。 好適には低速加熱処分処理は、１℃／ｈ乃至２０℃／ｈ、更に好適には２℃／ｈ乃至１０℃／ｈ、たとえば約３℃／ｈまたは４℃／ｈなどの加熱処分処理である。
更にペントリト ”系”組成物とは、最大含有量を重量で約９８％として、重量で≧５％ のペントリト含有量を有する組成物として理解されるべきである。 好適には、最大含有量を重量で約９８％として、ペントリト系組成物におけるペントリト含有量の重量は≧１０％、更に好適には≧２５％である。
【００１８】
本発明の好適な代替的形態に依ればペントリト系の固体状火工品組成物のブロックは、複合爆薬（プラスチック結合鋳造爆薬［ｃａｓｔ ｐｌａｓｔｉｃ ｂｏｎｄｅｄ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ］）である。 複合爆薬は、当業者により公知である。 それらは、鋳造してから重合により処理されたプラスチック結合剤を備えた爆薬組成物から得られると共に、ヘキソーゲン、オクトーゲンまたはペントリトなどの少なくとも一種類の爆発性の有機窒化炸薬を備えた炸薬含有プラスチック結合剤（ｃｈａｒｇｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｂｉｎｄｅｒ）から成る。 たとえば過塩素酸アンモニウムなどの他の酸化炸薬、または、たとえばアルミニウムなどの他の還元炸薬も存在し得る。
【００１９】
より詳細には本発明に係る安全点火器として用いられるペントリト系複合爆薬のブロックを調製するには先ず、 ペントリトおよび選択的には他の爆発性炸薬もしくは非爆発性炸薬に対し、重合可能液体樹脂および選択的には可塑剤が混合され、次に、得られたペーストは上記ブロックに所望される容積を有する鋳型内で鋳造される。 上記ペーストは引き続き重合される。 架橋剤、触媒または湿潤剤の選択肢および調節に従い、種々の特性を有する複合爆薬が得られる。
上記鋳型は、更に安全に作成することが望まれる上記兵器の固体状炸薬へと加工されるキャビティから成り得る。
【００２０】
好適な代替的形態に依れば上記プラスチック結合剤はポリウレタン製結合剤であり、その含有量は好適には上記複合爆薬の全体重量に関して重量で１２％乃至２０％である。 ポリウレタン製結合剤の中でも、水酸化ポリブタジエンとポリイソシアネートとの反応から得られたものが好適である。
また、特にシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）結合剤およびポリエステル結合剤などの他の種類の結合剤が使用され得る。
【００２１】
本発明の別の代替的形態に依れば上記ペントリト系の固体状火工品組成物のブロックは、圧縮爆薬であり、すなわち、圧縮により処理されたプラスチック結合剤を有する爆薬である。 基礎材料（鋳造されるべき火薬）は、当業者に公知の技術に従い熱可塑性プラスチックにより炸薬が被覆されるという細粒から成る。
【００２２】
上記熱可塑性結合剤が軟化し始める如き温度まで上記火薬を再加熱した後、該火薬は加熱された鋳型内に導入され、次に１０ ⁸ Ｐａ（１０ ³バール）程度の高圧下で圧縮が実施される。
【００２３】
本発明の別の代替的形態に依れば上記ペントリト系の固体状組成物のブロックは、たとえば、 ペントライト ２０−８０（ ペントリトが２０重量％でＴＮＴが８０重量％）およびペントライト ５０−５０の如きペントライト （ｐｎｅｔｏｌｉｔｅ）（ＴＮＴおよびペントリトの混合物）などの溶融鋳造爆薬（ｍｅｌｔ−ｃａｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ）である。
当業者に公知の溶融鋳造爆薬は、溶融されたＴＮＴなどの爆薬内の粒状爆薬から成る懸濁液を鋳型内で鋳造することで処理される。
【００２４】
本発明の別の代替的形態に依れば上記ペントリト系の固体状組成物のブロックはペントワックス（ｐｅｎｔｏｗａｘ）であり、すなわち、蜜蝋（ｂｅｅｓｗａｘ）または合成蝋などの蝋（ｗａｘ）の膜により被覆されたペントリトから本質的に成る組成物である。
【００２５】
たとえば水中で被覆する方法は、当業者に公知である。
重量による蝋の含有量は好適には２％乃至１２％である。 斯かる組成はまた、黒鉛および／またはアルミなどの添加剤も包含し得る。
上記ペントワックスの処理は、加圧機の鋳型内における冷間圧縮により実施される。
【００２６】
本発明に関し、上記ペントリト系の固体状火工品組成物のブロックは任意の形状を有し得る。
好適には、上記ブロックは円筒状形態で提供され、更に好適には概略的に２ｍｍ乃至５０ｍｍの直径を有すべく回転により生成された円筒の形態で提供される。
【００２７】
上記ブロックの直径は、該ブロックを構成するペントリト系の固体状火工品組成物の限界直径より小さく、等しくもしくはそれより大きくされ得る。
上記円筒は任意の高さを有し得る。 概略的には０．５乃至３の直径／高さ比率が利用されるが、好適には該比率は１の範囲または１より大きい範囲である。
【００２８】
驚くべきことに、上記兵器要素が低速加熱処分処理に委ねられるときの上記安全点火器の反応温度は上記ブロックの直径の減少関数であることから、所定組成および所定直径／高さ比率に対して上記安全点火器の反応温度を上記ブロックの直径の関数として極めて容易に事前設定し得ることが見出された。
この様に安全点火器の反応温度が特に容易に調節されることから、所定兵器の安全余裕度を改変する上で、または、異なる組成の炸薬を備えた兵器において同一組成を有する点火器を使用する上で、認識され得る利点が得られる。
【００２９】
本発明の別の主題は、概略的には金属製外套であり且つたとえば鋼鉄製外套である外套形態の構造体と、該構造体内の固体状炸薬と、たとえば上述のシステムの如く上記構造体を解放するデバイスと、当該火工品兵器要素が低速加熱処分処理に委ねられたときに上記固体状炸薬の爆燃なしで燃焼をもたらし得るこれもまた上述された本発明の主題である点火器とを備えた火工品兵器要素である。
【００３０】
上記構造体内に存在する上記固体状炸薬は、好適には爆薬である。 この場合に上記爆発性炸薬は好適には複合爆薬であるが、それはまた圧縮爆薬、たとえばＴＮＴ系溶融鋳造爆薬、または、蝋被覆爆薬などともされ得る。
上記構造体内に存在する上記固体状炸薬はたとえば、固体状推進火薬、好適には複合推進火薬などの推進用炸薬（ｐｒｏｐｕｌｓｉｖｅ ｃｈａｒｇｅ）とされ得ることもある。
上記炸薬が推進性であるか爆発性であるかに関わらず、上記安全点火器に依れば低速加熱処分処理状況において上記炸薬の爆燃を伴わないだけでなく上記兵器要素、上記構造体もしくは構造体断片の推進（ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ）を伴わずに燃焼をもたらし得る。
【００３１】
本発明の好適な代替的形態に依れば上記安全点火器は、燃焼気体の脱出を促進すべく上記構造体の解放を行う上記デバイスの近傍に載置される。
本発明の別の好適な代替的形態に依れば上記点火器は上記固体状炸薬内に少なくとも部分的に埋設される。 このため、たとえば上記炸薬内には上記点火器用のハウジングを加工し得る。 斯かるハウジングはまた、取出可能なコアを用いて鋳造することで上記炸薬の製造中にも生成され得る。 上記点火器は引き続き、上記ハウジング内に載置される。 選択的には、上記ハウジング内への上記点火器の保持を促進すべく接着剤接合が実施され得る。
【００３２】
また上記炸薬の製造の間においては、上記爆薬ペーストが鋳込まれた後であって重合される前に、該爆薬ペースト内に上記安全点火器を鋳造により挿入するのが可能であり且つ好適である。 故に上記ペーストの重合の後で上記安全点火器は、上記炸薬と完全に一体的である。
【００３３】
上記点火器はまた、上記炸薬内に少なくとも部分的に埋設されなくても良く、すなわち、上記炸薬から独立しても良い。 該点火器はたとえば、習用の結合を用いて上記構造体上に保持され得るか、代替的に、上記解放デバイスの近傍において気体の膨張のために挿入されたチャンバ内に載置された発泡体内に埋設され得る。
【００３４】
本発明に依れば、上記兵器要素が低速加熱処分処理に委ねられて温度が上記安全点火器の所定反応温度に到達したとき、該安全点火器は発火する。 上記点火器の燃焼から帰着する高温気体および粒子は次に上記兵器の炸薬の燃焼を開始し、該炸薬は上記兵器要素、構造体もしくは構造体断片の爆燃もしくは推進なしで燃焼する。
【００３５】
本発明の別の主題は、火工品兵器要素の外套形態の構造体１内に存在する固体状炸薬の爆燃なしで燃焼をもたらし得るプロセスであって、上記兵器要素は、上記構造体を解放するデバイスと、低速加熱処分処理の間において上記炸薬の反応温度より低い温度にて単純燃焼により反応してから上記炸薬の爆燃なしで上記燃焼をもたらす本発明に係る上述の安全点火器とを備えるプロセスである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
２つの添付図面に依ると上記兵器要素は、
略円筒状の金属製外套の形態である構造体１と、
上記兵器の閉塞を可能とする金属構成要素２と、
構造体１を解放するデバイス３と、
構造体１内に存在して該構造体１によりカバーされる固体状炸薬４と、
ペントリト系の固体状火工品組成物の円筒状ブロックから成る安全点火器５と、
気体の膨張のためのチャンバ６と、
を備える。
【００３７】
図１に示された代替的形態に依ると、円筒状安全点火器５は炸薬４内に完全に埋設され、該点火器の２つの円形平坦表面の一方はチャンバ６の壁部の一部を形成している。
図２に示された代替的形態に依ると、円筒状安全点火器５はチャンバ６内に載置され、
不図示のポリウレタン発泡体のリングにより係留される。
【００３８】
以下の非限定的例は、本発明、および本発明が提供する利点を例示する。
【００３９】
【実施例】
実施例１および実施例２
本発明に係るペントリト系複合爆薬の安全点火器 これらの２つの実施例に依ると、上記点火器は３０ｍｍの直径を有すべく回転により生成された円筒状ブロックの形態で提供される。 上記ブロックの高さは、実施例１に対しては１５ｍｍであり且つ実施例２に対しては３０ｍｍである。 点火器の質量は実施例１に対して１７ｇであり且つ実施例２に対しては３４ｇである。 これらの２つの点火器を構成する複合爆薬は、４０重量％のオクトーゲン、４４重量％のペントリト 、および、ポリオキシプロピレン・トリオールおよびイソフォロン・ジイソシアネートに基づく１６重量％のポリウレタン製結合剤から成る。
【００４０】
これらの２つのブロックを獲得すべく、粉末ペントリトおよび粉末オクトーゲンが先ず上記アルコールと混合されてから、上記イソシアネートが添加される。 獲得されたペーストは引き続き適切な容積を有する２個の鋳型内に流し込まれ、次に該ペーストは６０℃にて７日間に亙り重合された。
【００４１】
これらの点火器は、特に皮膚と接触した場合でもそれほどの有毒性を示さない。 また上記燃焼気体は危険ではない。 この点に関して唯一確認され得るのは眼球および呼吸粘膜の痛み（涙、咳）であるが、健康に関する中期および長期の後遺症は無い。
【００４２】
実施例３
本発明に係る貫通弾頭タイプの爆発性兵器要素 略円筒状の鋼鉄製構造と８５ｋｇの爆発性複合炸薬とを備えると共に２８５ｍｍの口径を有する重量２８０ｋｇの貫通弾頭であって、上記爆発性複合炸薬は、オクトーゲン、過塩素酸アンモニウムおよびアルミニウムを炸薬として、且つ、水酸化ポリブタジエンとイソフォロン・ジイソシアネートとに基づくポリウレタン製結合剤を架橋剤として含む貫通弾頭が、当業者に公知の習用技術により調製された。
【００４３】
この貫通弾頭は、第１には構造体を解放すべく開裂し得る保護キャップから成るデバイスを備え、第２には実施例１に依り得られると共に図１に概略的に示された構成に従う安全点火器を備えていた。
上記安全点火器は上記炸薬の調製の間に、上記爆薬ペーストが鋳込まれた後であって重合される前に該爆薬ペーストに挿入されたことから、該安全点火器は炸薬と完全に一体的である。
【００４４】
この貫通弾頭はまた、気体の膨張のために図１に従い位置されて２５０ｃｍ ³の体積を有するチャンバも備えている。
この貫通弾頭は、適切な加熱炉を用いて３．３℃／ｈの加熱処分処理に委ねられた。
【００４５】
温度が１４２±４℃に到達したときに上記安全点火器の発火が観察され、引き続き、上記構造体の断片化もしくは推進なしで上記兵器の炸薬の単純な燃焼反応が行われた。 １４２℃の値は、上記加熱炉内の異なる位置に設置された１０個の熱電対の平均値に対応する。
数値シミュレーションによれば、安全点火器が無い場合には、加熱炉の約２０８℃の温度にて未確認強度の反応が生ずることが示された。
【００４６】
実施例４乃至実施例６
本発明に係る水中用途の大口径爆発性兵器要素 実施例４
略円筒状の鋼鉄製構造と１５０ｋｇの爆発性複合炸薬とを備えると共に５００ｍｍの口径を有する水中用途（ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｕｓｅ）の爆発性兵器要素であって、上記爆発性複合炸薬は、ヘキソーゲン、過塩素酸アンモニウムおよびアルミニウムを炸薬として、且つ、水酸化ブタジエンとイソフォロン・ジイソシアネートとに基づくポリウレタン製結合剤を架橋剤として含む爆発性兵器要素が、当業者に公知の習用技術により調製された。
【００４７】
この兵器は、第１には構造体を解放すべく開裂し得る保護キャップから成るデバイスを備え、第２には実施例２に依り得られると共に図１に概略的に示された構成に従う安全点火器を備えていた。
上記安全点火器は実施例３に対して記述された如く炸薬内に挿入された。
【００４８】
この兵器はまた、気体の膨張のために図１に従い位置されて４００ｃｍ ³の体積を有するチャンバも備えている。
この水中用途の爆発性兵器要素は、適切な加熱炉を用いて３．３℃／ｈの加熱処分処理に委ねられた。
【００４９】
加熱炉の温度が１４７℃に到達したときに上記安全点火器の発火が観察され、引き続き、上記構造体の断片化もしくは推進なしで上記兵器の炸薬の単純な燃焼反応が行われた。
また、安全点火器を欠くこと以外は厳密に同一の兵器要素から開始した別の試験は、加熱炉の温度が１８８℃に到達したときに激しい燃焼反応に帰着し、構造体が断片化すると共にその断片は１５ｍの距離を超えて放出された。
【００５０】
実施例５および実施例６
これらの実施例５および実施例６の各々に対しては、以下の点を除いて実施例４と同一の爆発性兵器要素が調製された：
実施例５に対し、安全点火器は８０ｍｍの直径および８０ｍｍの高さを有し、
実施例６に対し、安全点火器は５ｍｍの直径および５ｍｍの高さを有する。
【００５１】
実施例４に対するのと同一の低速加熱処分処理試験の間において、加熱炉の温度が実施例５に対しては１３０℃かつ実施例６に対しては１７０℃に到達したときに点火器の発火が観察された。
いずれの場合にも点火器の上記発火に続き、構造体の断片化または推進なしで兵器の炸薬の単純燃焼反応が行われた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る２つの略円筒状の兵器要素の概略的長手断面である。
【図２】 本発明に係る２つの略円筒状の兵器要素の概略的長手断面である。
【符号の説明】
１…構造体２…金属構成要素３…デバイス４…固体状炸薬５…安全点火器６…チャンバ