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弾丸は運動エネルギーを持つ発射体であり、銃身から発射される銃弾の構成要素です。弾丸は銅、鉛、鋼鉄、ポリマー、ゴム、さらにはワックスなど、さまざまな材料で作られており、狩猟、標的射撃、訓練、戦闘などの特殊な機能を含む、さまざまな形状と構造で作られています（意図された用途に応じて）。弾丸は空気力学的に優れているため、先細りになっていることが多いです。弾丸のサイズは、ヤード・ポンド法とメートル法の両方の測定システムで、重量と直径（「口径」と呼ばれる）で表されます。[ 1 ]弾丸には通常、爆発物は含まれていませんが[ 2 ] 、衝突と貫通時に運動エネルギーを伝達することで、意図した標的に命中したり損傷を与えたりします。
弾丸という用語は、初期フランス語に由来し、「小さな球」を意味するboulle ( boullet )の縮小形です。 [ 3 ]弾丸は単体でも入手可能ですが (前装式銃やキャップアンドボール銃の場合) [ 4 ]、多くの場合、推進剤とともにカートリッジ(弾薬の「ラウンド」) としてパッケージ化されています。カートリッジは、弾丸(つまり発射体)、[ 5 ] 、ケース(すべてをまとめているもの)、推進剤 (発射体を発射するためのエネルギーの大部分を提供するもの)、および雷管 (推進剤に点火するもの) で構成されています。カートリッジは、マガジン、クリップ、またはベルト(速射式自動銃の場合)に保持されます。口語では、弾丸という言葉がカートリッジのラウンドを指すのによく使われますが、弾丸はカートリッジではなく、カートリッジの構成要素です。 [ 6 ]弾丸という用語の使用（カートリッジを説明する意図の場合）は、カートリッジとそのすべてのコンポーネントが具体的に参照されている場合に混乱を招くことが多い。
銃声（つまり「銃口音」）には、超音速の弾丸が空気を突き抜ける際に、鞭のような大きな破裂音が伴うことが多く、ソニックブームが発生します。弾丸の飛行段階ごとの速度は、断面積密度、空力プロファイル、弾道係数などの内在的要因と、気圧、湿度、気温、風速などの外在的要因に依存します。 [ 7 ] [ 8 ]亜音速カートリッジは音速よりも遅い速度で弾丸を発射するため、ソニックブームは発生しません。つまり、.45 ACPなどの亜音速カートリッジは、サプレッサーを使用しなくても、.223 Remingtonなどの超音速カートリッジよりもかなり静かにすることができます。[ 9 ]
銃器から発射された弾丸は、射撃練習や動物や人を負傷させたり殺したりするために使用できます。死因は、失血や重要臓器の損傷、あるいは血液が肺に入った場合の窒息などです。銃器のような装置から発射されるのは弾丸だけではありません。BB弾はBBガンから、エアソフトペレットはエアソフトガンから、ペイントボールはペイントボールマーカーから、小さな石はスリングショットから発射されます。また、フレアガン、ポテトガン（およびスパッドガン）、テーザー銃、ビーンバッグ弾、グレネードランチャー、フラッシュバン、催涙ガス、RPG、ミサイルランチャーもあります。
多くのカートリッジで使用される弾丸は、音速よりも速い銃口速度で発射されます[ 10 ] [ 11 ]。これは、 20 ℃（68 °F）の乾燥空気中で毎秒約343メートル（1,130フィート/秒）です。そのため、近くの人が発砲音を聞く前に、標的までかなりの距離を移動することができます。
レミントン223のようなライフル弾は、24インチ（610mm）の銃身から軽量の害獣駆除用弾丸を発射し、銃口から最大4,390キロメートル毎時（2,730mph ）の速度で発射されます。9mmルガー拳銃の弾丸は、わずか2,200キロメートル毎時（1,370mph ）の速度にしかなりません。同様に、AK-47の銃口速度は約2,580キロメートル毎時（1,600mph ）です。[ 12 ]
真の銃の最初のものは、中国で火槍（陶器の破片を発射する竹筒）から発展し、1288年頃に金属製の手持ち大砲が発明され、元王朝がモンゴルの反乱軍に対して決定的な勝利を収めるために使用されました。大砲は1326年に、ヨーロッパの手持ち大砲は1364年に登場しました。初期の発射体は石で作られていました。やがて、石では石の要塞を貫通できないことが発見され、発射体としてより密度の高い材料が使用されるようになりました。手持ち大砲の発射体も同様の方法で発展しました。手持ち大砲の金属球が鎧を貫通した最初の記録は1425年です。[ 13 ]メアリー・ローズ号 の残骸（1545年に沈没、1982年に引き揚げ）から回収された砲弾はさまざまなサイズで、石製のものもあれば鋳鉄製のものもあります。[ 14 ]
手持ち式カルバリン銃と火縄銃の 開発により、鋳造鉛弾が発射体として使用されるようになった。当初の丸いマスケット銃の弾丸は銃身の内径よりも小さかった。最初は火薬の上にただ乗る形で銃身に装填されていた。後に、弾丸と火薬の間、そして弾丸の上に何らかの詰め物が使用され、弾丸を所定の位置に固定した。[ 15 ]これにより、弾丸は銃身内で火薬にしっかりと固定された。（弾丸が火薬にしっかりと固定されていないと、銃身が爆発する危険性があり、「ショートスタート」と呼ばれる状態になった。）[ 16 ]
そのため、旧式の滑腔銃身のブラウン・ベスや同様の軍用マスケット銃では、装填は容易でした。しかし、初期の先込め式ライフル銃では、弾丸が銃身の溝に噛み合うように、弾丸の周りに革や布を巻き付けて装填していました。特に銃身の内腔が以前の発射で汚れている場合は、装填はやや困難でした。こうした理由と、ライフル銃には銃剣が装着されることが少なかったことから、初期のライフル銃はマスケット銃に比べて軍事目的で使用されることは稀でした。
18 世紀前半以降、イギリス、アメリカ、フランスではさまざまなタイプの細長い弾丸の実験が行われていたが、19 世紀前半には弾丸の形状と機能に明らかな変化があった。[ 17 ] [ 18 ] 1816 年、バイエルン軍のジョージ・ライヒェンバッハ大尉は円錐円筒弾薬を使用したライフル壁マスケット銃を発明した。[ 19 ] 1826 年、フランス歩兵将校のアンリ・ギュスターヴ・デルヴィーニュは、球形の弾丸がライフル溝に引っかかるまで押し込まれる急な肩を持つ尾栓を発明した。しかし、デルヴィーニュの方法では弾丸が変形し、精度が低かった。 1855年、第1アメリカ竜騎兵連隊の分遣隊がパトロール中に、カリフォルニアとアリゾナの国境沿いのピマ族インディアンと鉛と金の弾丸を交換した。 [ 20 ] [ 21 ]
角弾の起源は文明の黎明期にまで遡り、投石器に使用されていました。これらは通常、銅または鉛で作られていました。角弾の設計で最も注目すべき例は、ジェームズ・パクルとカイル・チュニスによるもので、彼らは特許を取得し、パクル銃の一種に短期間使用しました。黒色火薬時代の初期の使用は、不規則で予測不可能な飛行パターンのため、すぐに中止されました。
デルヴィーニュは弾丸設計の開発を続け、1830年までに円錐円筒弾の開発に着手した。彼の弾丸設計はフランソワ・タミジエによって改良され、「カヌルール」として知られる「ボール溝」が追加され、空気抵抗が弾丸の重心の後ろに移動した。[ 22 ]タミジエはまた、漸進的ライフリングを開発した。ライフル溝は銃尾に向かって深く、銃口に向かって進むにつれて浅くなる。これにより、弾丸が徐々に溝に成形され、射程と精度が向上する。[ 23 ] [ 24 ]
最初に尖った、あるいは「円錐形」の弾丸が作られたのは、 1832年にイギリス陸軍のジョン・ノートン大尉が設計したものであった。ノートンの弾丸は、蓮の髄で作られた中空の底部を持ち、発射時に圧力で膨張して銃身のライフリングに噛み合うようになっていた。[ 25 ]イギリス兵器局は、それまでの300年間球形の弾丸が使われていたため、これを却下した。[ 26 ]有名なイギリスの銃職人ウィリアム・グリーナーは、1836年にグリーナー弾を発明した。グリーナーは、楕円形の弾丸の中空の底部に木製の栓を取り付け、弾丸の底部がより確実に膨張してライフリングに噛み合うようにした。試験ではグリーナー弾の有効性が証明されたが、2つの部品で構成されているため製造が複雑すぎると軍が判断し、却下した。[ 27 ]
1844年にルイ＝エティエンヌ・ド・トゥーヴナンによって開発されたカービン・ア・ティージュは、デルヴィーニュの設計を改良したものであった。このライフル銃の銃身には、特殊な槊杖を用いて弾丸をライフリングに押し込むための圧入栓が銃身後部に備えられていた。精度向上には成功したが、清掃が困難であった。
軟鉛製のミニエ弾は、フランス陸軍大尉のクロード＝エティエンヌ・ミニエによって1847年に初めて導入されました。これはデルヴィーニュの研究の改良版でした。弾丸は円錐形で、後部に空洞があり、木製の栓の代わりに小さな鉄製のキャップが取り付けられていました。発射されると、鉄製のキャップが弾丸の後部の空洞に押し込まれ、弾丸の側面が広がり、ライフリングを掴んで噛み合います。1851年、イギリスは702インチのパターン1851ミニエライフルにミニエ弾を採用しました。1855年、ウェストバージニア州ハーパーズフェリーの米国兵器廠の機械工ジェームズ・バートンは、弾丸の底部の金属カップをなくすことでミニエ弾をさらに改良しました。[ 28 ] [ 29 ]ミニエ弾が広く使用されるようになったのはクリミア戦争（1853～1856年）が最初でした。アメリカ南北戦争（1861～1865年）の戦場での死傷者の約90%は、ライフル銃から発射されたミニエー弾によるものであった。[ 30 ]ネスラー弾と呼ばれる同様の弾丸は、滑腔銃用に開発された。[ 31 ]
1854年から1857年にかけて、ジョセフ・ウィットワース卿は一連のライフル実験を行い、とりわけ小口径弾の利点、特に細長い弾丸の利点を証明した。ウィットワース弾はライフルの溝に機械的に適合するように作られた。ウィットワース・ライフルは政府に採用されることはなかったが、1857年から1866年にかけて競技用や射撃練習に広く使用された。1861年、WBチェイスはマスケット銃用の改良型弾丸設計をエイブラハム・リンカーン大統領に提案した。ポトマック川上空でチェイス弾と丸い弾丸を交互に発射した際、リンカーンはチェイス弾が同じ高度から発射された場合、3分の1以上遠くまで飛ぶことに気づいた。リンカーンは試験を推奨したが、それは行われなかった。[ 32 ]
1862年頃、W.E.メトフォードは弾丸とライフリングに関する徹底的な一連の実験を行い、螺旋が徐々に大きくなる軽ライフリングと硬化弾という重要なシステムを発明した。その結果、1888年12月、リー・メトフォード小口径（.303インチ、 7.70mm）ライフル、マークIがイギリス陸軍に採用された。リー・メトフォードはリー・エンフィールド の前身である。[ 33 ]
ライフル弾の歴史における次の重要な変化は、1882 年にトゥーンのスイス陸軍研究所所長のエドゥアルト・ルービン中佐が銅被覆弾を発明した時に起こった。これは、銅被覆の中に鉛の芯を持つ細長い弾丸である。また、口径は小さめ（7.5 mm と 8 mm）で、ルベル モデル 1886 ライフルの無煙火薬弾薬に採用された8 mmルベル弾 の前身である。高速で発射された鉛弾の表面は、後方の高温ガスと銃身内の摩擦によって溶けることがある。銅は融点が高く、比熱容量が大きく、硬度も高いため、銅被覆弾はより高い銃口速度を可能にする。
ヨーロッパにおける空気力学の進歩は、尖頭弾の開発につながった。20世紀初頭までに、世界のほとんどの軍隊は尖頭弾への移行を開始した。これらの弾丸は、より遠くまで、より正確に飛翔し、より多くの運動エネルギーを伝達した。尖頭弾と機関銃の組み合わせは、戦場における殺傷力を飛躍的に向上させた。
スピッツァー弾は、底部がボートテール形状で流線型に設計されていました。弾丸の軌道において、高速で空気が弾丸の上を通過すると、弾丸の先端に真空状態が生じ、弾丸の速度が低下します。流線型のボートテール形状は、先細りの先端の表面に沿って空気が流れるようにすることで、この形状抵抗を低減します。その結果得られる空力的な利点は、現在ではライフル技術における最適な形状とみなされています。スピッツァー弾とボートテール弾を組み合わせた最初の弾丸は、発明者のジョルジュ・デサルー大尉によって「ボールD」と名付けられ、1901年にフランスのルベルM1886ライフル用の標準軍用弾薬として導入されました。
バリスティックチップ弾とは、弾頭の先端にプラスチック製のチップが付いたホローポイントライフル弾のことです。これにより、弾丸の形状が流線型になり、空気抵抗が軽減されるため、外部弾道性能が向上します。また、ジャケット付きホローポイント弾のように機能するため、終末弾道性能も向上します。さらに、フルメタルジャケット弾以外の弾薬の給弾が困難な銃器でも、よりスムーズに給弾されるという副次的な効果もあります。
弾丸の設計には、主に2つの課題があります。まず、銃身内で銃身と密着してシールを形成する必要があります。しっかりと密着しないと、推進剤のガスが弾丸から漏れ出し、効率と精度が低下します。また、弾丸は銃身を損傷したり過度に汚したりすることなく、また弾丸自体を変形させることなく、ライフリングに噛み合う必要があります。弾丸が変形すると、精度も低下します。弾丸は、過度の摩擦なくこのシールを形成できる表面を備えている必要があります。弾丸と銃身の間のこれらの相互作用は、内部弾道学と呼ばれます。表面の不完全さが射撃精度に影響を与える可能性があるため、弾丸は高い基準で製造されなければなりません。
弾丸が銃身から出た後に弾丸に及ぼす物理現象は、外部弾道学と呼ばれます。飛行中の弾丸の空力特性に影響を与える主な要因は、弾丸の形状と銃身のライフリングによって生じる回転です。[ 34 ]回転力は、弾丸を空力的にもジャイロスコープ的にも安定させます。弾丸の非対称性は、回転することでほぼ相殺されます。しかし、最適値を超える回転速度は、小さな非対称性を拡大したり、場合によっては飛行中に弾丸が分裂したりするため、メリットよりもデメリットの方が大きくなります。滑腔銃の場合、弾丸の向きに関係なく空力特性が似ているため、球形が最適です。これらの不安定な弾丸は不規則に回転し、精度は中程度ですが、空力形状は何世紀にもわたってほとんど変化していません。一般的に、弾丸の形状は、空力特性、内部弾道特性、終末弾道特性の要件の間の妥協点です。
終末弾道特性と阻止力は、弾丸が物体に衝突した際に何が起こるかに影響を与える、弾丸設計の重要な要素です。衝突の結果は、標的物質の組成と密度、入射角、そして弾丸の速度と物理的特性によって決まります。弾丸は一般的に、貫通、変形、または破砕するように設計されています。特定の物質と弾丸の場合、衝突速度がどの結果になるかを決定する主要な要因となります。
弾丸の形状は多種多様です。鋳型を使えば、地域の法律で許可されている限り、自宅で弾丸を製造して弾薬を再装填することができます。ただし、手作業による鋳造は、鉛の塊から鋳造する場合に限り、時間とコストの面で効率的です。鋳造弾や被覆弾は、多くのメーカーから市販されており、手作業での装填に適しており、多くの場合、鉛の塊やスクラップから弾丸を鋳造するよりも便利です。
近年、メーカー各社は、従来の鍛造や鋳造では不可能な、精密で再現性の高い形状を実現するために、コンピュータ数値制御（CNC）加工を利用した弾丸設計を導入している。これらの設計では、流体変位の操作、制御された膨張の誘発、または着弾時の弾丸の回転を促進することを目的とした、放射状の溝、圧力空洞、または先端部の形状変更など、特許取得済みのプロファイルが特徴となっていることが多い。
注目すべき例の 1 つは、Lehigh Defense が特許を取得した設計で、機械加工された溝が油圧を伝達して大きな創傷腔を作り出し、一貫した終末性能を保証します。これらの弾丸は多くの場合、一体構造で、拡張と障壁貫通が重要な狩猟や自己防衛の状況で使用されます。[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]
ボールの推進は、いくつかの方法で行うことができます。
黒色火薬を使用する銃、つまり前装式銃の弾丸は、従来は純鉛 から鋳造されていました。これは、450 m/s (1,475 ft/s)未満の低速弾には適していました 。現代の銃で発射される、やや高速の弾丸には、鉛と錫のより硬い合金、または活字鋳造用の鉛（ライノタイプを鋳造するのに使用）が非常に適しています。さらに高速の弾丸には、被覆鉛弾が使用されます。これらすべてに共通する元素である鉛は、非常に密度が高いため、一定体積に対して大きな質量、ひいては大きな運動エネルギーが得られることから広く使用されています。また、鉛は安価で入手しやすく、加工しやすく、低温で溶融するため、比較的容易に弾丸を製造できます。
毒弾は、ストラスブール協定（1675年）という早い時期から国際協定の対象となっていた。1868年のサンクトペテルブルク宣言は、 400グラム未満の爆発性弾丸の使用を禁止した 。[ 43 ]ハーグ条約は、戦争で使用する特定の種類の弾薬を禁止している。これには、毒弾[ 44 ] [ 45 ]や拡張弾[ 46 ] [ 47 ]が含まれる。ジュネーブ条約の付属議定書である1983年の特定通常兵器条約の議定書IIIは、民間人に対する焼夷弾の使用を禁止している。[ 48 ]
弾丸の種類には以下のようなものがあります。
ギボンライフル。