JPH067040B2

JPH067040B2 - 電磁加速装置

Info

Publication number: JPH067040B2
Application number: JP63073263A
Authority: JP
Inventors: 秀明柏井; 明中村
Original assignee: BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
Current assignee: BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPH01247996A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、火薬利用の火器・火砲類に替わる兵器、ある
いは高強度材料の試験評価、新材料の生成、加工等の分
野に応用可能な電磁力利用型の超高速加速装置、即ち電
磁加速装置に関するものである。

（発明の概要）本発明は、被加速物体を電磁力を利用して超高速で加速
可能な電磁加速装置において、損傷しやすい入口部分の
電極レールを容易に交換可能にし、連続的な発射操作を
可能にしたものである。

（従来の技術）高圧直流電源をエネルギー源とし、平行に配置された２
本の導体製電極レールのうちの一方からその間に挟んだ
電機子を介して他方のレールに通電すると、レール及び
電機子の周辺に磁界を生ずる。この磁界と電機子を流れ
る電流の相互作用によって、電機子はフレミングの左手
則に従ってローレンツ力と称される電磁力を受ける。

従って、この電機子に加速させたい物体を接合させてお
くと、電機子又は電機子がプラズマ化された導電性気体
の移動に伴って被加速物体も超高速で移動する。

これが電磁加速装置、あるいはレールガン等と称される
ものの基本原理で、この原理を活用し、従来の火薬又は
高圧ガス等を利用した加速装置では実現できなかった超
高速加速を得ようとする研究が広く行なわれはじめた。

第６図及び第７図は従来の技術になる電磁加速装置のレ
ール構造を示す断面図で、第６図(IEEE TRANSACTION ON
MAGNETICS,VOL. MGA.18,No1.JANUARY 1982.P.94)は被
加速物体やこれに接合する電機子が加速に伴って通過す
るいわゆる加速路となる細長い穴の断面形状が円形の場
合、第７図(IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS,VOL. MGA.
22,No6.NOVEMBAR 1986.P.1739)は矩形の場合のそれぞれ
代表的な例である。いずれも外周の締付構造体以外の部
材は、上下左右対称に配置されている。

第６図において、装置の中心部に平行となるように２本
組みで上下に配置され相対する内面に円孔面を形成され
た細長い導体製の電極レール１は、五角形断面の支持絶
縁体３によって背面から支えられ、かつ一隅に円孔面が
形成されている左右の菱形の絶縁レール２によって仕切
られている。そして、これら導体及び絶縁体のレール
１，２及び支持絶縁材３は、支持絶縁材４で上下から挟
まれて一体化されており、更にこれらの強度保持材は別
の締付部材５を介して多数のボルト６及びナット７を用
いて強固に締付られている。なお、前記導体及び絶縁体
のレール１，２の内側に加速路となる断面が円形の細長
い筒口８が形成される。

同様に、第７図は、Ｔ字型をした導体製の電極レール１
と同じくＴ字型をした絶縁レール２で加速路としての矩
形断面の細長い筒口８が形成され、これらのレールは別
の支持絶縁材４によって上下から支えられ、締付部材
５、ボルト６及びナット７を用いた第６図と同様の締め
付け要領で強固に固定されている。

かくして、これらの加速路の端に位置する入口に電機子
を接合させた被加速物体をあらかじめ挿入し、あるいは
別途用意されたばねや空気圧を利用した初速附与装置を
用いて入口に投入して一気に通電すると、電機子は固体
のまま、あるいは一部乃至全部がプラズマ化されて電磁
力を受け、これに接合された被加速物体は加速され超高
速で移動することになる。

しかしながら、従来の電磁加速装置に於いては、２本の
導体製電極レールとして、加速路の入口部分から終末部
分までそれぞれ一体に形成されたものが用いられてい
た。

（発明が解決しようとする課題）ところが、２本の電極レールと電機子等の接触部位に
は、通電に伴い短絡現象としての高温の電孤（プラズマ
アーク）が発生するため、レールは激しく加熱されると
ともに、いわゆるアークにさらされる加速路の摺動部、
特に入口部附近には溶融した電機子材の堆積やえぐれが
発生してしまう。そのため、入口部分を除いた部分の損
傷は極めて軽微なため、繰り返し使用が可能な状態であ
るにもかかわらず、入口部分の電極レールは耐久性が悪
いため、１〜数回の発射で全面的にレールを交換せざる
を得ないのが現状である。

従って、耐アーク性に優れた材料（タングステン、ニッ
ケル等）を使用すると損傷の程度は低くて済むが、電気
抵抗が大きいのでジュール損による発熱から電気エネル
ギーのロスが生じ効率が悪くなる。また、材料費が高価
で加工も難しい欠点を持つ。また、レール全体を交換す
るのは時間と労力がかかり、全体の整列性の確認等、次
に実験するまでの手間がかかる。従って、連続して何回
も発射したいときには、不向きである。

そこで本発明は、加速装置全体の耐久性を向上する実用
的な手段としてレールの構造面からこの課題を解決する
ことを目的としている。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は、加速路を形成す
る平行に相対置された複数本の導体製電極レール間に電
機子及び被加速物体を摺動自在に設け、前記電極レール
を通して前記電機子に通電することで電磁力により前記
電機子及び被加速物体を加速する電磁加速装置におい
て、加速路を形成する平行に相対置された複数本の電極
レールを入口部分とそれ以外の部分に分割して構成し、
当該入口部分のレールを交換自在な構造としている。ま
た、付随する絶縁体、被加速物体及び電機子も交換用導
体レールと同時に交換し、損傷の大きい部位全体を簡易
に取り替えることにより、連続的に発射可能とすること
ができる。

（作用）本発明の電磁加速装置においては、安価な易加工性の良
導体（銅、アルミ等）を最も損傷の大きい入口部分のレ
ールに用い、１回もしくは数回発射通電する毎に速やか
に交換できる構造とすることにより、複数本の電極レー
ル及びこれを橋絡する電機子からなる回路全体の電気抵
抗等の回路定数を常に一定にし、繰り返し使用の際、安
定な速度が得られると共に安価は材料により回路を構成
することができる。また、安価な電気良導体（Ｃｕ，Ａ
ｌ）を用いて、大きな電磁加速力が得られる。さらに、
被加速物体及び電機子を交換用導体として交換自在な電
極レール部分に組み込むことにより連射可能な装置とす
ることができる。

（実施例）以下、本発明に係る電磁加速装置の実施例を図面に従っ
て説明する。

第１図(A),(B)は本発明の第１実施例を示す。この図に
おいて、装置中心部に平行となるよう２本組みで上下に
配置され相対する細長い導体製の電極レール１は、入口
部分とそれ以外の部分とに分割されている。すなわち、
電極レール１は、本体レール１Ａ（交換しない部分）
と、入口部分となる交換用レール９との連結構造となっ
ている。本体レール１Ａ及びこれに連結された交換用レ
ール９は、内部に加速路としての筒口８を形成するよう
に支持絶縁材3,4で支えられ、本体レール１Ａは支持絶
縁材3,4に一体化されている。交換用レール９は支持絶
縁材3,4で位置規制を受けるが、支持絶縁材3,4に対して
フリーである。前記交換用レール９には取付けビス１４
を設けるための大径の穴及び取付ビスを挿通させるため
の小径の貫通穴が形成され、大径の穴の内周面には交換
用レール９を着脱するのに使用する雌螺子１５が形成さ
れている。また、本体レール１Ａの接合端面には取付ビ
ス１４と螺合する雌螺子穴１６が形成されている。そし
て、交換用レール９は取付ビス１４を貫通穴に挿通し本
体レール側の雌螺子穴１６に螺着することにより本体レ
ール１Ａに連結固定される。

銅、アルミ、燐青銅等の導体箔、導体板、単線、撚線、
編組み等の電機子１２は、第１図(B)のように入口部分
となる交換用レール９を橋絡するように筒口８内に摺動
自在に配置され、同様に摺動自在な被加速物体１３の背
面に接合させている。この状態で、両電極レール１間及
び高圧直流を通電することにより、電機子１２及び被加
速物体１３を超高速加速、すなわち発射することができ
る。

１回もしくは複数回の発射操作により交換用レール９が
損傷した場合、取付ビス１４を外し、交換用レール９の
雌螺子１５を利用して交換用レール９を外し、新しい交
換用レールと交換する。この交換作業は極めて容易に行
うことができる。

なお、筒口８の断面形状は、矩形の他に、円形、楕円形
等としてもよく、レール１や支持絶縁材3,4の断面形状
も適宜変更できる。さらに、支持絶縁材3,4が一体とな
っていても良い。

第２図(A),(B)は本発明の第２実施例を示す。この図に
おいて、平行に相対する細長い導体製の電磁レール１
は、入口部分とそれ以外の部分とに分割され、本体レー
ル１Ａ（交換しない部分）と、入口部分となる交換用レ
ール９との連結構造となっている。本体レール１Ａ及び
これに連結された交換用レール９は、内部に加速路とし
ての筒口８を形成するように絶縁レール２及び支持絶縁
材３で支えられ、本体レール１Ａは絶縁レール２及び支
持絶縁材３に一体化されている。前記交換用レール９は
絶縁レール２と支持絶縁材３で位置規制されるが、これ
らに対してフリーである。交換用レール９の接合端面に
は雌接合穴１８が形成され、該雌絶合穴１８の内周にコ
イルばね１８Ａが配設されている。また、交換レール９
の反対側の端面には、交換用レール９を着脱するのに使
用する雌螺子穴１９が形成されている。本体レール１Ａ
の接合端面には、雌螺子穴２０が形成され、該雌螺子穴
２０に雄接合部（ガイドピン）１７が螺着され、本体レ
ール１Ａに対して固着されている。そして、交換用レー
ル９の雌接合穴１８を本体レール１Ａ側の雄接合部１７
に嵌め込めば、雌接合穴１８と雄接合部１７との間に介
在するコイルバネ１８Ａの働きで、両者は電気的に接続
されるとともに機械的に連結される。

電機子１２及び被加速物体１３の１回もしくは複数回の
発射操作後、交換用レール９が損傷した場合、これを引
き抜いて新たな交換用レールを装着する。この交換作業
は極めて簡単である。

なお、筒口８の断面形状は、円形の他に、矩形、楕円形
等としてもよく、レール１や支持絶縁材３等の断面形状
も適宜変更できる。さらに、支持絶縁材３と絶縁レール
２が一体となっていても良い。

第３図(A),(B)は本発明の第３実施例を示す。この図に
おいて、平行に相対する細長い導体製の電極レール１及
びこれを支持する支持絶縁材３は、入口部分とそれ以外
の部分とに分割され、本体レール１Ａ（交換しない部
分）及び本体側支持絶縁材３Ａと、入口部分となる交換
用レール９及びこれに付随する交換側支持絶縁材３Ｂの
連結構造となっている。本体レール１Ａ及びこれに一体
の本体側支持絶縁材３Ａの内側、及び交換用レール９及
びこれに一体の交換側支持絶縁材３Ｂの内側は、加速路
としての筒口８となっている。そして、前記本体側支持
絶縁材３Ａ端部の外周には雄螺子２１Ａが刻設され、前
記交換側支持絶縁材３Ｂにはその雄螺子２１Ａに螺合す
る雌螺子穴２１Ｂが形成されている。交換側支持絶縁材
３Ｂの外周は例えば八角ナット状であり、この外周形状
を利用して交換用レール９及び交換側支持絶縁材３Ｂの
本体レール１Ａ及び本体側支持絶縁材３Ａに対する取り
付け、取り外しを容易に行うことができる。支持絶縁材
３Ａの外側にはさらに支持絶縁材４が配置されている。

電機子１２及び被加速物体１３の１回もしくは複数回の
発射操作後、交換用レール９が損傷した場合、交換用レ
ール９及びこれに付随する交換側支持絶縁材３Ｂを外し
て新たな交換用レール及び支持絶縁材を装着する。ま
た、交換用レール９及び交換側支持絶縁材３Ｂで形成さ
れた筒口８内に予め電機子１２及び被加速物体１３を配
置しておき、１発射する毎に電機子、被加速物体内蔵の
交換用レール９及び交換側支持絶縁材３Ｂを取り替る構
成としてもよい。

なお、筒口８の断面形状は、矩形の他に、円形、楕円形
等としてもよく、レール１，９や支持絶縁材３Ａ，３Ｂ
の断面形状も適宜変更できる。

上記第３実施例では、本体側支持絶縁材３Ａと交換側支
持絶縁材３Ｂとを螺子で螺着くしたが、螺子を省略し
て、凹凸の嵌め合い構造としてもよい。

第４図は本発明の第４実施例を示す。この図において、
平行に相対する細長い導体製の電極レール、これを支持
する絶縁レール及び支持絶縁材は、入口部分とそれ以外
の部分とに分割されている。すなわち、本体レール１Ａ
（交換しない部分）、本体側絶縁レール２Ａ及び本体側
支持絶縁材３Ａと、入口部分となる交換用レール９、こ
れに付随する交換側絶縁レール１０及び回転式支持絶縁
材３Ｃの連結構造となっている。そして、本体側支持絶
縁材３Ａの接合部の側方に延長する連結片３Ｐに対し
て、回転式支持絶縁材３Ｃの接合部の側方に延長する連
結片３Ｑが、回転用ピン２２で回転自在に連結されてい
る。

発射時は、回転式支持絶縁材３Ｃを第４図の矢印Ｘのよ
うに回転させて、交換用レール９を本体レール１Ａに連
結した状態に設定する。また、交換時は第４図のように
回転式支持絶縁材３Ｃを開き、損傷した交換用レール９
及びこれと一体の交換側絶縁レール１０を回転式支持絶
縁材３Ｃから外し、新しい交換用レール及び交換側絶縁
レールを支持絶縁材３Ｃに装着する。

なお、筒口８の断面形状は、円形の他に、矩形、楕円形
等としてもよく、レールや支持絶縁材の断面形状も適宜
変更できる。

第５図は本発明の第５実施例を示す。この図において、
平行に相対する細長い導体製の電極レール、これを支持
する絶縁レール及び支持絶縁材は、入口部分とそれ以外
の部分とに分割されている。すなわち、本体レール１Ａ
（交換しない部分）、本体側絶縁レール２Ａ及び本体側
支持絶縁材３Ａ，４Ａと、入口部分となる交換用レール
９、これに付随する交換側絶縁レール１０、交換側支持
絶縁材１１及び蓋式支持絶縁材４Ｂの連結構造となって
いる。そして、本体側支持絶縁材４Ａに対して蓋式支持
絶縁材４Ｂはヒンジ部２３により開閉自在に連結されて
いる。

発射時は、蓋式支持絶縁材４Ｂを第５図の矢印Ｙのよう
に回転させて、交換用レール９を本体レール１Ａに連結
した状態に設定する。また、交換時は第５図のように蓋
式支持絶縁材４Ｂを開き、損傷した交換用レール９及び
これと一体の交換側絶縁レール２Ｂ等を蓋式支持絶縁材
４Ｂから外し、新しい交換用レール及び交換側絶縁レー
ル等を蓋式支持絶縁材４Ｂに装着する。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の電磁加速装置によれば、
電機子及び被加速物体の移動、発射を繰り返し行う場
合、損傷を受けやすい入口部分のレール又はレールとこ
れに付随する部材を容易に交換でき、効率の良い装置の
利用を図ることができ、連続的な移動や発射が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図(A)は本発明に係る電磁加速装置の第１実施例を
示す正面図、同図(B)は同側断面図、第２図(A)は本発明
の第２実施例を示す正面図、同図(B)は同側断面図、第
３図(A)は本発明の第３実施例を示す正面図、同図(B)は
同側断面図、第４図は本発明の第４実施例を示す斜視
図、第５図は本発明の第５実施例を示す斜視図、第６図
は従来の電磁加速装置の１例を示す正面図、第７図は他
の従来例を示す正面図である。１…電極レール、１Ａ…本体レール、２…絶縁レール、
２Ａ…本体側絶縁レール、3,4…支持絶縁材、３Ａ，４
Ａ…本体側支持絶縁材、３Ｂ…交換側支持絶縁材、３Ｃ
…回転式支持絶縁材、４Ｂ…蓋式支持絶縁材、８…筒
口、９…交換用レール、１０…交換側絶縁レール、１２
…電機子、１３…被加速物体、１４…取付ビス、１７…
雄接合部、１８…雌接合穴、２１Ａ…雄螺子、２１Ｂ…
雌螺子穴、２２…回転用ピン、２３…ヒンジ部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加速路を形成する平行に相対置された複数
本の導体製電極レール間に電機子及び被加速物体を摺動
自在に設け、前記電極レールを通して前記電機子に通電
することで電磁力により前記電機子及び被加速物体を加
速する電磁加速装置において、前記複数本の電極レールを入口部分とそれ以外の部分に
分割して構成し、当該入口部分のレールを交換自在な構
造としたことを特徴とする電磁加速装置。
【請求項２】前記複数本の電極レールが絶縁体で支持さ
れており、該絶縁体は前記入口部分のレールに付随する
部分とそれ以外の部分に分割され、前記入口部分のレー
ルに付随する部分の絶縁体は当該入口部分のレールと一
体となって交換自在である請求項１記載の電磁加速装
置。
【請求項３】前記交換自在な入口部分のレール及び絶縁
体で形成された加速路に、電機子及び被加速物体を配置
した請求項２記載の電磁加速装置。