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センターファイア（またはセンターファイア）とは、銃器で使用される金属製カートリッジの一種で、雷管が薬莢底部（つまり「ケースヘッド」）の中央に位置している。リムファイアカートリッジとは異なり、センターファイアの雷管は通常、ケースヘッドのくぼんだ空洞（雷管ポケットと呼ばれる）に装着される別部品であり、カートリッジを再装填することで交換可能である。
センターファイアカートリッジは、一部の小口径を除いて、リムファイアカートリッジに取って代わりました。今日の拳銃、ライフル、ショットガンの大部分はセンターファイア弾薬を使用していますが、.17口径、.20口径、.22口径のリムファイア拳銃およびライフルカートリッジ、少数の小口径/ゲージショットガンシェル（主に害獣駆除用）、およびさまざまな銃器アクション用の少数の旧式のリムファイアおよびピンファイアカートリッジは例外です。
雷管のない初期のセンターファイア弾薬は、1808年から1812年の間にジャン・サミュエル・ポーリによって発明されました。[ 1 ]これはまた、最初の完全一体型カートリッジであり、カートリッジ自体を使用した閉塞方式を採用していました。別のセンターファイア弾薬は、1829年にフランス人のクレメント・ポテによって発明されました。 [ 2 ] [ 3 ]しかし、ポテは1855年までその設計を完成させませんでした。アメリカのスティーブン・ヴィンセント・ベネ将軍は、内部雷管式のセンターファイアカートリッジを開発し、1868年からアメリカ陸軍兵器部に採用され、最終的に1880年代半ばに段階的に廃止されました。[ 4 ]
センターファイアカートリッジは、ベアトゥス・ベリンジャー、ベンジャミン・ウリエ、ガスティンヌ・レネット、スミス＆ウェッソン、チャールズ・ランカスター、ジュール・フェリックス・ジェヴロ、ジョージ・モース、フランソワ・シュナイダー、ハイラム・ベルダン、エドワード・ムニエ・ボクサーによって改良されました。[ 5 ] [ 3 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
センターファイアカートリッジは、厚い金属製の薬莢が多少乱暴に扱っても損傷しないため、軍事用途において信頼性が高く、リムファイアカートリッジを落としたり挟んだりした場合、突出したリム内の爆薬が衝撃で起爆する可能性が高くなるため、取り扱いがより安全です。センターファイアカートリッジの底部はより頑丈であるため、より高い薬室圧力に耐えることができ、その結果、弾丸の速度とエネルギーが向上します。センターファイアカートリッジの薬莢は複雑で高価な製造工程を必要としますが、リムファイアカートリッジのリムのどの角度部分が撃針によって叩かれるか不確実であるため、起爆薬をリム内に均一に分配するために必要な回転工程を回避できるため、爆薬の取り扱いが簡素化されます。大口径のリムファイアカートリッジはセンターファイアカートリッジよりも多くの量の起爆薬を必要とし、必要な量によって点火工程中に望ましくないほど高い圧力スパイクが発生する可能性があります。雷管爆薬の量を減らすと、リムファイアカートリッジの点火信頼性が大幅に低下し、不発や遅発などの不具合が発生する可能性が高くなります。[ 9 ]
規模の経済は、さまざまなセンターファイアカートリッジ口径に対応する交換可能なプライマーによって実現されます。高価な個々の真鍮ケースは、プライマー、火薬、弾丸を交換すれば再利用できます。ハンドロードの再利用は、6.5×54mm マンリッヒャー・シェーナウアーなどの旧式または入手困難なセンターファイアカートリッジ、あるいは.458 ロットなどの 弾薬が高価な大口径カートリッジを使用するライフルにとって利点となります。一部の空薬莢の前部は、同様のベース形状を持つ旧式またはワイルドキャットカートリッジとして使用するために再成形できます。.22口径より大きい現代のカートリッジは主にセンターファイアです。大口径リムファイアカートリッジに適したアクションは、需要が製造コストを上回らなくなるまで人気が低下し、旧式となりました。
センターファイア弾薬の特徴は、カートリッジ底部中央のくぼみに挿入された、主爆薬を収めた金属製のカップである雷管です。銃の撃針は、カップとアンビルの間の爆薬を押しつぶし、高温ガスと白熱粒子のシャワーを発生させて火薬に点火します。[ 10 ] ベルダン式とボクサー式のカートリッジ雷管はどちらも「センターファイア」とみなされ、雷管レベルでは互換性がありません。ただし、全体の寸法が同じであれば、同じ銃でベルダン式またはボクサー式のどちらの雷管のカートリッジも発射できます。[ 11 ]
装填済みの薬莢を見ただけでは、この2種類の雷管を区別することはほぼ不可能ですが、発射済みのベルダン式薬莢には2つ（またはそれ以上）の発火孔が内部に見えたり、触ったりすることができ、発射済みのボクサー式薬莢にはより大きな単一の発火孔が見えたり、触ったりすることができます。ベルダン式雷管は製造コストが安く、米国以外で製造された軍用放出品の弾薬によく見られます。
1868年にスティーブン・ヴィンセント・ベネによって発明された[ 12 ]これは、カートリッジの底部内部に配置され隠されています。
ベルダン式雷管は、ニューヨーク出身のアメリカ人発明家ハイラム・ベルダンにちなんで名付けられました。ベルダンはベルダン式雷管の最初の改良型を発明し、1866年3月20日に米国特許第53,388号で特許を取得しました。小さな銅製の円筒が薬莢のシェルを形成し、雷管キャップは弾丸とは反対側の薬莢の閉じた端の外側のくぼみに押し込まれました。薬莢の端、雷管キャップの下には小さな通気孔と、薬莢から作られた小さな乳首状の突起または点（これは後にアンビルとして知られるようになりました）があり、撃針が雷管をアンビルに押し付けて推進薬に点火できるようになっていました。このシステムはうまく機能し、推進薬を装填した薬莢を使用する直前にキャップを取り付けるオプションと、薬莢を再装填して再利用するオプションを提供しました。
実際には、外側から雷管キャップを押し込むと銅製の薬莢が膨張し、銃の薬室に薬莢を確実に装填できなくなるという問題が生じた。ベルダンは、薬莢を真鍮製に変更し、雷管キャップを薬莢に取り付ける方法をさらに改良することでこの問題を解決した。これは、1868年9月29日に取得したベルダン雷管に関する2番目の特許（米国特許第82,587号）に記載されている。ベルダン雷管は、機能的には今日まで基本的に変わっていない。
ベルダン式雷管は、キャップロック式雷管に似たもので、感圧性の爆薬が入った小さな金属製のカップです。現代のベルダン式雷管は、ベルダン式薬莢の「雷管ポケット」に押し込まれ、薬莢の底部とわずかに面一になるように収まります。雷管ポケットの内側には、カップの中央に接する小さな突起「アンビル」があり、通常、アンビルの両側には2つ（またはそれ以上）の小さな穴が開いており、雷管の発火が薬莢内部に届くようになっています。ベルダン式薬莢は再利用可能ですが、使用済みの雷管の取り外しは、ボクサー式雷管の薬莢よりも困難です。使用済みの雷管は、通常、油圧、ペンチ、またはレバーを使って底部から引き抜くことで取り外す必要があります。新しい雷管をアンビルに慎重に装着し、火薬と弾丸を装填します。
1880年代から1940年代にかけて、多くの小規模なヨーロッパの軍隊は経済的な理由から弾薬を再装填しており、そのため、オーストリア式またはウィーンのジョージ・ロス工場が1902年に特許を取得したことにちなんで名付けられたシステムを採用した[ 13 ]。ただし、このシステムは1880年代前半から中頃まで知られており、金床の中央に単一の火孔があった。
一方、イギリスのウーリッジにある王立兵器廠のエドワード・ムニエ・ボクサー大佐は、弾薬筒の雷管キャップの設計に取り組んでおり、1866年10月13日にイギリスで特許を取得し、その後1869年6月29日に米国特許91,818号としてその設計の米国特許を取得しました。
ボクサー式雷管はベルダン式雷管と似ていますが、アンビルの位置が大きな違いです。ボクサー式雷管では、アンビルは独立した鐙状の部品で、雷管カップに逆さまに収まり、撃針がカップに食い込んで感圧性の点火剤を押しつぶす際の衝撃に十分な抵抗力を提供します。薬莢底部の雷管ポケットの中央には、単一の発火孔があります。この位置はカートリッジの性能にはほとんど影響しませんが、使用済みの雷管をリロードのために取り外すのが非常に容易になります。薬莢の開口部から発火孔を通して中央の棒を1本押し込むだけで、2ピースの雷管が雷管カップから排出されます。その後、アンビルを含む新しい雷管をリロードプレスまたは手工具を使用して薬莢に押し込みます。ボクサー式雷管は、米国で製造された民間向け工場製弾薬で広く使用されています。
ボクサー式雷管弾薬は、感圧性化合物に加えて雷管が2つの部品から構成されているため、製造工程がやや複雑ですが、より複雑な雷管を数億個単位で生産する自動機械の登場により、実際的な問題は解消されました。雷管の製造工程には追加のステップが1つ必要になりますが、薬莢の製造、使用、再装填はより簡単です。
初期の雷管は、寸法や性能が様々でした。規模の経済が弾薬メーカーに利益をもたらす分野では、ある程度の標準化が進んでいます。米国市場向けのボクサー雷管は、用途に応じて様々なサイズがあります。雷管の種類とサイズは以下のとおりです。
使用例：
プライマーのサイズは、カートリッジのプライマーポケットに基づいており、標準タイプは大径または小径で入手可能です。プライマーの爆発量は、カートリッジの設計で必要とされる点火エネルギーの量に基づいています。標準プライマーは、少量の装薬または燃焼の速い火薬に使用され、マグナムプライマーは、大型カートリッジまたは重装薬で使用される大量の装薬または燃焼の遅い火薬に使用されます。ライフルプライマー、ラージプライマー、およびマグナムプライマーは、より高温で強力で、かつ/またはより長く持続する炎を供給することにより、火薬に供給される点火エネルギーを増加させます。ピストルカートリッジは、現代のライフルカートリッジよりも小さいことが多いため、ライフルが必要とするよりも少ないプライマーの炎で済む場合があります。ピストルプライマーとライフルプライマーの物理的な違いは、プライマーケースの厚さです。ピストル弾薬は通常、ほとんどのライフル弾薬よりも低い圧力レベルで作動するため、プライマーカップは薄く、柔らかく、点火しやすい一方、ライフル弾薬のプライマーは厚く、丈夫で、撃針からのより強い衝撃が必要です。[ 16 ]ピストルとライフル という名前にもかかわらず、使用されるプライマーは銃器ではなく弾薬に依存します。.221 Fireballや.454 Casullのような高圧ピストルカートリッジにはライフルプライマーが使用されるものもあるが、.32 ACP、.380 ACP、9mm Parabellum、.38 Special、.357 Magnum、.44 Magnum、.45 ACP などの低圧ピストルおよびリボルバーカートリッジ、そしてレバーアクションライフルにも使用される .32-20、.44-40、.45 Colt などの従来のリボルバーカートリッジには、依然としてピストルプライマーが装填される。ただし、ライフルのみで使用されるカートリッジはほぼすべてライフルプライマーを使用する。この例外として、.458 SOCOMと.50 Beowulfがあり、それぞれラージピストルスタンダードプライマーとラージピストルマグナムプライマーを使用する。
現代の散弾銃弾（特殊な.22口径リムファイア式「スネークロード」またはバードショットカートリッジを除く）はすべてセンターファイア式です。これらは、ボクサー式雷管をベースにした大型の専用雷管を使用しており、雷管にはアンビルが内蔵されており、撃針と雷管カップの変形によって主爆薬が圧縮されます。
ショットガンの雷管は、現代の黒色火薬銃の一部で雷管点火システムの代替として使用され、場合によっては実際のカートリッジとしても使用されます。特に6mmピペットがそうです。[ 17 ]
プライマー作動式またはピストンプライマー式カートリッジは、空のカートリッジ内に推進剤を封じ込めるために空薬莢の形をしたプライマーを使用するか、場合によってはボルトを解除して武器を作動させるためのピストンとしてプライマーを使用します。これらのタイプの弾薬はめったに使用されず、主にスポッティングライフルで見られます。[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
雷管の製造と挿入は、小火器弾薬製造において最も危険な部分である。敏感な雷管化合物は、有名な英国の弾薬会社Eleyの創設者を含む多くの命を奪ってきた。現代の商業的な製造現場では、作業員と製造装置の間に保護シールドが使用されている。[ 22 ]
初期の雷管は、 19 世紀の雷管に使われていたのと同じ雷管水銀を使用していた。 黒色火薬は、分解時に放出される高温の水銀によって効果的に点火できた。水銀雷管の欠点は、無煙火薬の装填で明らかになった。雷管水銀は、保管中にゆっくりと分解し、確実な点火に必要なエネルギーが残らなくなるまで続いた。[ 23 ] 黒色火薬は静電気放電のようなわずかなエネルギーでも点火できたため、経年劣化による点火エネルギーの低下は黒色火薬の装填の問題とは認識されていなかった。無煙火薬は、点火により多くの熱エネルギーを必要とすることが多かった。[ 24 ]残った雷管成分が古い雷管内で飛び散ると、 不発や遅発が頻繁に起こるようになった。雷管成分が撃針の落下に反応しなかったり、火薬に点火する前に消えたりすると、不発となる。ハングファイアとは、撃針が落下してから銃が発射されるまでの間に、目に見えるほどの遅延が生じる現象です。極端な場合、この遅延は不発と誤解されるほど大きく、作動機構が開いている最中や、銃が不適切な方向を向いている状態で弾薬が発射される可能性があります。
白熱粒子は、一次爆発ガスが火薬粒を加熱した後、無煙火薬に点火するのに最も効果的であることがわかった。砲弾には、雷管で点火するための少量の黒色火薬が含まれていることが多かったため、白熱炭酸カリウムは無煙火薬を通して火を広げることになる。[ 25 ]塩素酸カリウムは雷酸水銀雷管混合物に添加されていたため、白熱塩化カリウムは小火器カートリッジで同様の効果を発揮する。
雷酸水銀を含む雷管混合物は、発射後に銃身と空の薬莢に金属水銀を残します。水銀は、黒色火薬の装填物では主に煙の付着物に吸収されました。無煙火薬の装填物では、水銀が真鍮薬莢の内側を覆い、無煙火薬の装填物の高い圧力により、水銀が真鍮結晶間の粒界に押し込まれ、そこで亜鉛と銅のアマルガムを形成して薬莢を弱め、再装填に適さなくなりました。米国陸軍は、平時に発射済み薬莢を兵器廠で再装填できるようにするために、1898年に水銀雷管混合物の使用を中止しました。[ 26 ]フランクフォード兵器廠のFA-70雷管は、塩素酸カリウムの感度を高めるためにチオシアン酸鉛(II)の酸化剤として塩素酸カリウムを使用し、研磨剤として三硫化アンチモンを使用し、少量のトリニトロトルエンを使用しました。[ 27 ]これらの腐食性プライマーは、カートリッジが発射された後、銃身内に塩化カリウム塩の残留物を残します。これらの吸湿性の塩結晶は、湿度の高い環境から水分を保持し、錆を引き起こします。[ 28 ] これらの腐食性プライマーは、発射後に銃身と機関部を注意深く清掃しないと、銃に深刻な損傷を与える可能性があります。
民間の弾薬メーカーは 1920 年代に非腐食性プライマーの提供を開始しましたが、軍用弾薬のほとんどは、信頼性が確立された腐食性プライマー混合物を引き続き使用していました。[ 29 ] さまざまなメーカーが使用するさまざまな独自のプライマー配合により、米国が7.62×51mm NATOカートリッジの製造用の非腐食性プライマーの軍事仕様を発行するまで、かなり異なる点火特性が生じました。 [ 30 ]ピカティニー兵器廠で開発された PA-101 プライマーは、約 50% のスチフニン酸鉛と、少量の硝酸バリウム、三硫化アンチモン、粉末アルミニウム、テトラジン化合物を使用していました。[ 27 ] 米国のほとんどのメーカーは、ボクサープライマーの民間生産に PA-101 軍事規格を採用しました。[ 31 ] その後、メーカーは、標準的な歩兵用武器に必要なよりもはるかに大きな火薬容量を持つ民間の長距離または大型獣用カートリッジの均一な点火のために、より強力なマグナムプライマーを提供しました。
プライマーに使用されるその他の爆薬には、アジ化鉛、過塩素酸カリウム、またはジアゾジニトロフェノール（DDNP）などがあります。1990年代後半に市場に登場した新しい製品は、古いプライマーに含まれる鉛やその他の重金属化合物への懸念に対処するための鉛フリープライマー（緑色の弾丸を参照）です。重金属は少量ですが、非常に細かいすすの形で放出されます。一部の屋内射撃場では、毒性のため重金属を含むプライマーを禁止する方向に動いています。鉛フリープライマーは当初、通常の非腐食性プライマーよりも感度が低く、水分に対する感度が高く、それに伴い保存期間が短くなっていました。 導入以来、鉛フリープライマーは初期の鉛フリープライマーと比較して性能が向上しています。[ 32 ]米国国防総省が実施した鉛フリープライマーと鉛ベースのプライマーを比較したテスト（約2006年）では、7.62×51mm弾薬で使用した場合、2種類のプライマーの信頼性に（当時）大きな違いがあることが明らかになりました。これらの試験では、鉛フリープライマーは鉛系プライマーほど信頼性が高くないことが証明されました。鉛フリープライマーは爆発時の最大圧力の点で性能が劣り、結果として着火不良につながりました。プライマーの信頼性が最優先事項であるため、非腐食性代替品の普及率はまだ低いままです。鉛フリープライマーのほとんどは、ロシア（MUrom？）または韓国（PMC）から供給されています。
ヨーロッパや東欧の軍用弾薬や余剰弾薬には、腐食性またはやや腐食性のベルダン雷管がよく使われます。これは、過酷な条件下でも確実に作動し、現在使用されている非腐食性雷管よりも保管寿命が長いためです。現代のボクサー雷管は、ほぼ常に非腐食性で非水銀です。雷管の種類に基づいて腐食性または非腐食性の特性を判断するには、腐食性弾薬の製造の最終ヘッドスタンプ日付を考慮する必要があります。 [ 33 ]