ライフリング

ライフリングとは、銃身の内面に加工された螺旋状の溝のことで、発射体に回転を与えて空気力学的安定性と精度を向上させるものです。また、そのような溝を作ることを指す動詞でもあります。

ライフリングは、ねじれ率で測定されます。ねじれ率とは、ライフリングが 1 回転するのにかかる距離で、1 を基準とする比率で表されます (例: 1:10 インチ (25.4 cm))。距離が短い/比率が低いほど、ねじれが速く、回転速度が速くなり (発射体の安定性が高くなります) ます。

弾丸の長さ、重さ、形状の組み合わせによって、ジャイロスコープ的に安定させるために必要なねじれ率が決まります。球状の鉛の球のような短くて直径の大きい弾丸用の銃身では、48インチ（122cm）に1回転といった非常に低いねじれ率が求められます。^[1]超低抗力の80グレイン0.223インチ弾（5.2g、5.56mm）のような長くて直径の小さい弾丸用の銃身では、8インチ（20cm）に1回転以上のねじれ率が用いられます。^[2]

銃尾から銃口にかけてねじれ率を増加させるライフリングはゲインツイストまたはプログレッシブツイストと呼ばれます 。銃身の長さに伴ってねじれ率が減少するのは、銃身を移動する際に弾丸を確実に安定させることができないため望ましくありません。^{[3] [4]}

フレシェット砲のような極端に長い砲弾を安定させるには、非現実的なほど高いねじれ率が必要となるため、代わりに空気力学的に安定させることが多い。空気力学的に安定させた砲弾は、滑腔砲身から発射しても精度が低下することはない。

マスケット銃は滑腔銃で、大口径の武器であり、比較的低速で発射される球状の弾薬を使用します。コストが高く、精密な製造が非常に難しく、銃口から簡単かつ迅速に装填する必要があるため、マスケット銃の弾丸は銃身に緩く収まります。その結果、発射時に弾丸が銃身の側面で跳ね返ることが多く、銃口から出た後の最終的な着弾点が予測しにくくなります。狩猟など、精度がより重要になる場合は、銃身に近いサイズの弾丸とパッチをよりぴったりと組み合わせることで、この問題に対処しました。精度は向上しましたが、それでも長距離の精密射撃には信頼できません。

火薬自体の発明と同様に、銃身のライフリングの発明者もまだはっきりとはわかっていない。直線の溝は少なくとも1480年から小火器に適用されており、もともとは火薬の残留物を収集するための「煤溝」として意図されていた。^[5]

ヨーロッパで記録されている最も古い螺旋溝付きマスケット銃の銃身の試みは、 1498年のウィーンの銃工ガスパール・コルナーと1520年のニュルンベルクのアウグストゥス・コッターによるものである。一部の学者は、15世紀末のコルナーの作品では直線の溝しか使用しておらず、コッターの助けを得て初めて実用的な螺旋溝付き銃が作られたと主張している。^{[6] [7] [8]}ライフル銃の主なインスピレーションは、ねじれた羽根で回転を与えると発射体がはるかに速く正確に飛ぶことに気づいた弓兵とクロスボウ兵から来たため、これよりも以前にも試みがあった可能性がある。

本物のライフル銃は 16 世紀に遡るが、手作業で彫刻する必要があり、そのため 19 世紀半ばまで普及しなかった。製造工程が手間と費用がかかったため、初期のライフル銃は主に裕福な狩猟愛好家によって使用された。狩猟愛好家は銃を何度も素早く発射する必要がなく、精度の向上を高く評価していた。ライフル銃は手入れが難しく、弾丸の装填にも多くの課題があったため、軍人には人気がなかった。弾丸の直径がライフル銃に食い込むほど大きい場合は、銃身に押し込むために大きな木槌が必要だった。一方、挿入しやすいように直径を小さくすると、弾丸はライフル銃に完全には食い込まず、精度が低下した。

黒色火薬によるライフリングを使用した最初の実用的な軍用兵器は、クイーン・アン・ピストルのような後装式銃であった。

最高の性能を得るには、銃身のねじれ率は、発射が予想されるあらゆる弾丸を回転安定させるのに十分な程度でなければならないが、それより大幅に高くてはならない。直径の大きい弾丸は、半径が大きいほどジャイロ慣性が大きいため、安定性が高くなるが、長い弾丸は後方重心が高く、空気圧が作用するアーム (「レバー」) が長いため、安定させるのが難しくなる。ねじれ率が最も低いのは、丸い弾丸を発射するための銃口装填式銃器である。これらの銃器のねじれ率は 1/72 インチ (180 cm) 程度か、それよりわずかに長いが、一般的な多目的銃口装填式ライフルでは、1/48 インチ (120 cm) のねじれ率が非常に一般的である。 M16A2ライフルは、 5.56×45mm NATO SS109 弾丸と L110 曳光弾を発射するように設計されており、1 インチ 7 インチ (18 cm) または 32 口径のツイストがあります。民間のAR-15ライフルは、古いライフルでは 1 インチ 12 インチ (30 cm) または 54.8 口径、新しいライフルのほとんどでは 1 インチ 9 インチ (23 cm) または 41.1 口径のものが一般的ですが、M16 ライフルと同じ 1 インチ 7 インチ (18 cm) または 32 口径のツイスト レートで作られているものもあります。一般的に、より長く、より小さい直径の弾丸を発射するライフルは、より短く、より大きい直径の弾丸を発射する拳銃よりもツイスト レートが高くなります。

ツイスト レートを表すには、次の 3 つの方法が使用されます。

伝統的に言えば、最も一般的な方法は、ライフル銃身内で弾丸が 1 回転するのに必要な「移動」(長さ) でねじれ率を表します。この方法では、異なる直径の銃身を比較した場合にねじれ率が比較的遅いか速いかを簡単に直接的に理解することはできません。

2 番目の方法は、弾丸が 1 回転するのに必要な「ライフル移動」を口径または銃身の直径で表します。

$${\displaystyle {\text{twist}}={\frac {L}{D_{\text{bore}}}},}$$

ここで、 はボア直径で表されたねじれ率、は発射体が 1 回転するのに必要なねじれ長さ (mm または in)、 はボア直径 (ランドの直径、mm または in) です。 ${\displaystyle {\text{twist}}}$${\displaystyle L}$${\displaystyle D_{\text{bore}}}$

ねじれ移動量とボア径は、一貫した測定単位、つまりメートル法 (mm)またはヤードポンド法 (in) で表す必要があります。 ${\displaystyle L}$${\displaystyle D_{\text{bore}}}$

3 番目の方法は、ボア軸に対する溝の角度を度単位で測定して報告するだけです。

後者の 2 つの方法には、ねじれ率を比率として表現するという固有の利点があり、異なる直径のボアを比較する場合でも、ねじれ率が比較的遅いか速いかを簡単に理解できます。

1879年、英国ロンドンのウーリッジにある王立陸軍士官学校（RMA）の数学教授ジョージ・グリーンヒル^{[9]は、鉛芯弾の最適なねじれ率を計算するための}経験則を考案しました。この近道は弾丸の長さを使用し、重量や先端の形状を考慮する必要がないことです。^[10]今日でも使用されている 同名のグリーンヒルの公式は次のとおりです。

$${\displaystyle {\text{twist}}={\frac {CD^{2}}{L}}\times {\sqrt {\frac {\mathrm {SG} }{10.9}}}}$$

ここで、は 150 (銃口速度が 2,800 f/s を超える場合は 180 を使用)、はインチ単位の弾丸の直径、はインチ単位の弾丸の長さ、は弾丸の比重(鉛芯弾の場合は 10.9 で、方程式の後半部分は相殺されます) です。 ${\displaystyle C}$${\displaystyle D}$${\displaystyle L}$${\displaystyle \mathrm {SG} }$

の元の値は150 で、弾丸の直径と長さがインチで与えられると、1 回転あたりのねじれ率をインチで表​​します。これは約 840 m/s (2800 ft/s) の速度まで有効です。この速度を超える場合は、 180 の を使用する必要があります。たとえば、速度が 600 m/s (2000 ft/s)、直径が 0.5 インチ (13 mm)、長さが 1.5 インチ (38 mm) の場合、グリーンヒルの式では 25 という値が得られ、これは 25 インチ (640 mm) で 1 回転することを意味します。 ${\displaystyle C}$${\displaystyle D}$${\displaystyle L}$${\displaystyle C}$

安定性とねじれ率を決定するための改良された公式には、ビル・デイビスとロバート・マッコイによって開発された ミラーねじれ則^[11]とマックジャイロプログラム^{[12]が含まれます。}

不十分なねじれ率が使用されると、弾丸は偏向し、その後回転し始めます。これは通常、「キーホール効果」として見られ、弾丸が斜めに当たったときにターゲットに細長い穴を残します。弾丸が偏向し始めると、弾丸は歳差運動しながらランダムな方向に逸れ始めるため、精度の望みは失われます。

逆に、ねじれ率が高すぎる場合も問題を引き起こす可能性があります。過度のねじれは銃身の摩耗を加速させる可能性があり、高速と相まって非常に高いスピン率も引き起こし、弾丸ジャケットの破裂を引き起こし、高速スピン安定化弾が飛行中に分解する原因となります。単一金属製の弾丸は、スピン率のために飛行中に分解するほどの飛行速度とスピン速度を実質的に達成することはできません。^[13] 無煙火薬は、スピン安定化弾の銃口速度を約1,600 m/s (5,200 ft/s) にすることができ、滑腔戦車砲に使用されるより高度な推進薬は、約1,800 m/s (5,900 ft/s) の銃口速度を生み出すことができます。^[14]必要以上に高いねじれは、精度に関してより微妙な問題を引き起こす可能性もあります。弾丸内の不一致、たとえば質量の不均等な分布を引き起こす空隙は、スピンによって拡大される可能性があります。小型の弾丸にも問題があり、銃身と正確に同心かつ同軸でライフリングに入らない可能性があり、過度のねじれにより精度の問題が悪化します。

ライフル銃身から発射された弾丸は、弾丸の銃口速度と銃身のねじれ率に応じて、毎分30万回転（5 kHz ）以上で回転することがあります。

単一の軸を中心に回転する物体の スピンの一般的な定義は、次のように記述できます。${\displaystyle S}$

$${\displaystyle S={\frac {\upsilon }{C}}}$$

ここで、は回転物体内の点の線速度（距離/時間の単位）であり、この測定点が回転軸の周りを回る円の円周を指します。 ${\displaystyle \upsilon }$${\displaystyle C}$

発射銃身のライフリングに一致する弾丸は回転しながら銃身から出てきます。

$${\displaystyle S={\frac {\upsilon _{0}}{L}}}$$ ここで、は銃口速度、はねじれ率である。^[15]${\displaystyle \upsilon _{0}}$${\displaystyle L}$

たとえば、ねじれ率が 1/7 インチ (177.8 mm)、銃口速度が 3,050 フィート/秒 (930 m/s) の M4 カービンの場合、弾丸の回転数は 930 m/s / 0.1778 m = 5.2 kHz (314,000 rpm) になります。

回転速度が速すぎると弾丸の設計限界を超え、遠心力によって弾丸が飛行中に放射状に崩壊する可能性がある。^[16]

円形の断面を持つ銃身は発射体に回転を与えることができないため、ライフル銃身は非円形の断面を持つ。通常、ライフル銃身には銃身の全長にわたって 1 つ以上の溝が設けられ、内歯車に似た断面を持つが、通常は角が丸い多角形の形状をとることもできる。銃身は断面が円形ではないため、単一の直径で正確に表現することはできない。ライフル銃身は、銃身径(ライフリングのランドまたは高点間の直径) または溝径(ライフリングの溝または低点間の直径) で表現されることがある。薬莢の命名規則の違いが混乱を招くことがある。たとえば、.303 ブリティッシュの弾丸は、実際には.308 ウィンチェスターの弾丸よりも直径がわずかに大きいです。これは、「.303」がインチ単位の銃身直径 (弾丸は .312) を指し、「.308」がインチ単位の弾丸直径 (それぞれ 7.92 mm と 7.82 mm) を指すためです。

形状は異なるものの、ライフリングの共通の目的は、弾丸を正確に標的に届けることである。弾丸に回転を与えることに加えて、銃身は弾丸が銃身を移動する間、弾丸をしっかりと同心円状に保持する必要がある。これには、ライフリングがいくつかのタスクを満たす必要がある: ^[4]

• 発射時に弾丸が押しつぶされて銃身が満たされるような大きさにする必要があります。
• 直径は一定でなければならず、銃口に向かって大きくなってはなりません。
• ライフリングは、溝の幅や間隔の変化など、断面の変化がなく、銃身の全長にわたって一貫している必要があります。
• 弾丸によって材料が摩耗しないように、銃身に対して垂直方向に傷が付かず、滑らかでなければなりません。
• チャンバーとクラウンは、発射体をライフリング内外にスムーズに移動させる必要があります。

ライフリングは、薬室のすぐ前方から始まっていない場合がある。薬室の前にライフリングのないスロートがある場合があり、その場合は薬莢をライフリングに押し込まずに薬莢を装填できる。これにより薬莢を薬室に装填するために必要な力が軽減され、未発射の薬莢を薬室から取り出したときにライフリングに弾丸が詰まったままになることが防止される。スロートの指定直径は溝直径よりいくらか大きくてもよいが、ライフルの発射時に高温の火薬ガスが銃身内部の表面を溶かす場合は、使用によって拡大されてもよい。^[17] フリーボアとは、スロートより前方にランドのない滑腔銃身の溝直径の長さである。フリーボアにより、弾丸は静止摩擦から滑り摩擦に移行し、回転運動量の増大による抵抗に遭遇する前に直線運動量を得ることができる。フリーボアにより、弾丸が銃身を下って移動し始める前の内部弾道の最小容積段階で初期圧力ピークを減らすことで、推進薬をより効果的に使用できる場合がある。ライフル銃身よりフリーボア長が長い銃身は、パラドックスなど様々な商品名で知られている。^[18]

あらかじめ穴を開けた銃身にライフリングを施す初期の方法は、2 つの固定された四角い穴に、希望するピッチの螺旋に正確にねじられた四角い棒に取り付けられたカッターを使用することでした。カッターが銃身内を進むと、ピッチによって決まる一定の速度でねじれました。最初の切り込みは浅く、繰り返し切り込むにつれてカッターの先端は徐々に広がりました。刃は木製のダボの溝に差し込まれ、必要な深さになるまで紙片を徐々に詰めていきました。この工程は、溶けた鉛の塊を銃身に流し込み、それを取り出して、エメリーと油のペーストと一緒に使用して銃身を滑らかにすることで完了しました。^[19]

ほとんどのライフリングは次のいずれかによって作成されます。

• 工具で一度に 1 つの溝を切断する(カットライフリングまたはシングルポイントカットライフリング)。
• 特殊なプログレッシブブローチングビット（ブローチングライフリング）を使用して、1回のパスですべての溝を切削します。
• 「ボタン」と呼ばれる工具を銃身に押し込んだり引いたりして、一度にすべての溝を押し込むこと（ボタンライフリング）。
• ライフリングの反転イメージを含む心棒上で銃身を鍛造し、多くの場合薬室も鍛造する（ハンマー鍛造）。
• ライフリングの反転イメージを含むマンドレル上でバレルプリフォームをフロー成形する（フロー成形によるライフリング）
• 化学反応やレーザー光源からの熱などの非接触力を利用してライフリングパターンをエッチングする（エッチングライフリング）
• 薄い金属板にライフリング溝の模様を機械加工し、その板を銃身の内腔に折り込む（ライナーライフリング）

溝は切り抜かれた空間で、結果として生じる隆起はランドと呼ばれます。これらのランドと溝の数、深さ、形状、ねじれの方向 (右または左)、およびねじれ率はさまざまです。ライフリングによって与えられた回転は、発射体の安定性を大幅に向上させ、射程と精度の両方を向上させます。通常、ライフリングは銃身に沿って一定の速度で行われ、通常、1 回転を生成するために必要な移動距離で測定されます。時折、銃器にはゲイン ツイストがあり、これはチャンバーから銃口に向かって回転率が増加するものです。製造上のばらつきがあるため、意図的なゲイン ツイストはまれですが、わずかなゲイン ツイストは実際にはかなり一般的です。ねじれ率の低下は精度に非常に悪影響を与えるため、ライフリングされたブランクから新しい銃身を機械加工している銃工は、多くの場合、ねじれを注意深く測定し、差がどんなに小さくても銃口端でより速い速度を設定します。

初期の銃器は、銃口から薬室へ弾丸を押し込むことで銃口から弾丸を装填していた。ライフル銃身でも滑腔銃身でも、銃身を密閉し、銃の命中精度を最大限に高めるためには、良好な嵌合が必要であった。弾丸を装填するのに必要な力を軽減するため、これらの初期の銃では小さめの弾丸と、弾丸と銃身壁の間の隙間を埋めるための布、紙、または革製の当て布が使用されていた。当て布は詰め物として機能し、ある程度の圧力密閉を提供し、弾丸を黒色火薬の装填物の上に載せ、弾丸を銃身と同心に保った。ライフル銃身では、当て布には弾丸ではなく当て布が彫刻されているため、ライフル銃の回転を弾丸に伝える手段も提供していた。発射時に膨張して閉塞し、銃身を密閉してライフリングに噛み合う中空ベースのミニエー弾が登場するまでは、パッチは弾丸をライフリングに噛み合わせる最良の方法でした。^[20]

後装式銃器では、発射体をライフリングに収める役割は薬室のスロートによって担われます。次はフリーボアで、これはライフリングが始まる前に発射体が通過するスロート部分です。スロートの最後の部分はスロートアングルで、ここでスロートはライフリングされた銃身に移行します。

スロートは通常、弾丸よりわずかに大きいサイズになっているため、装填された薬莢の出し入れが容易であるが、スロートは銃身の溝の直径に可能な限り近いサイズにする必要がある。発射すると、弾丸は薬室からの圧力を受けて膨張し、スロートに収まるように閉塞する。弾丸はその後スロートを下り、ライフリングにかみ合って刻印され、回転し始める。弾丸を刻印するにはかなりの力が必要であり、銃器によってはかなりのフリーボアがあり、これにより発射ガスが弾丸を刻印する前に膨張できるため、薬室の圧力を低く抑えることができる。フリーボアを最小にすると、ライフリングに入る前に弾丸が変形する可能性が減り、精度が向上する。^{[21] [22]}

発射体がライフリングに押し込まれると、ランドが発射体に押し込まれるため、発射体はライフリングの鏡像を呈する。このプロセスは彫刻と呼ばれる。彫刻は、ランドや溝などの銃身の主な特徴だけでなく、傷や工具の跡などの小さな特徴も呈する。銃身の特徴と発射体の彫刻との関係は、法医学的弾道学でよく使用される。

現代のライフリングで最も一般的に使用される溝は、かなり鋭いエッジを持っています。最近では、初期のタイプのライフリングへの回帰である多角形ライフリングが、特にハンドガンで人気になっています。多角形の銃身は、ランド（溝は切り取られた空間であり、結果として生じる隆起はランドと呼ばれます）の鋭いエッジが減少することで銃身の浸食が減少するため、耐用年数が長くなる傾向があります。多角形ライフリングの支持者は、速度と精度が向上するとも主張しています。多角形ライフリングは現在、CZ、Heckler & Koch、Glock、Tanfoglio、Kahr Arms（Pシリーズのみ）のピストル、およびデザートイーグルに見られます。

野砲では、 1970年代初めにジェラルド・ブルのスペース・リサーチ・コーポレーションのデニス・ハイアット・ジェンキンスとルイス・パラシオ^[23]がGC-45榴弾砲用に開発した射程延長型フルボア（ERFB）コンセプトでは、ブールレットを小さな突起に置き換え、両方とも砲身のランドにぴったりと収まるようにした。^{[24] [25]}これらの発射体を発射できる砲は射程距離が大幅に伸びたが、これは精度が大幅に（3～4倍）低下することで補われ、NATO軍には採用されなかった。^[26]サボ付きの砲身より狭い砲弾とは異なり、ERFB砲弾はフルボアを使用するため、より大きなペイロードを使用できる。例としては、南アフリカのG5やドイツのPzH 2000などがある。ERFBはベースブリードと組み合わせることができる。

ゲインツイストまたはプログレッシブライフリングは、ゆっくりとしたツイスト率から始まり、銃身​​に向かって徐々に増加するため、弾丸が銃身の先端部に入った後の最初の数インチの移動中に、発射体の角運動量の初期変化はほとんどありません。^[27]これにより、弾丸は基本的に乱されず、薬莢口に対してまっすぐになります。銃身の先端部でライフリングと噛み合った後、弾丸は銃身を下って推進されるにつれて、徐々に加速された角運動量にさらされます。理論上の利点は、回転速度を徐々に増加させることにより、トルクがより長い銃身の長さに沿って伝達され、熱機械的応力が、銃身の他の部分よりもはるかに早く摩耗する銃身の先端部に主に集中するのではなく、より広い領域に分散されることである。ゲインツイストライフリングは、アメリカ南北戦争（1861-65年）の前と最中に使用されました。コルト陸軍および海軍のリボルバーは両方ともゲインツイストライフリングを採用していました。しかし、ゲインツイストライフリングは均一ライフリングよりも製造が難しく、そのため高価です。軍隊はゲインツイストライフリングをさまざまな武器に使用してきました。 20mm M61バルカンガトリング砲は、現在の戦闘機や大型機に使用されている。A10サンダーボルトII近接航空支援ジェット機に使用されている30mmGAU -8アベンジャーガトリングガン。この用途では、低い初期ねじれ率を使用してチャンバー圧力を下げ、銃身を軽量化することで、発射体が銃身を離れた後に十分な安定性を確保します。市販の製品ではほとんど使用されていませんが、スミス＆ウェッソンモデル460（エクストリームベロシティリボルバー）でよく使用されています。^[28]

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• 銃器用語集
• ミラーねじれ率

ウィキメディア・コモンズには、ライフリングに関連するメディアがあります。

• IHMSAシューターによるバレル製作に関する記事
• 世界クラスの競技用バレルメーカーLiljaによるバレル製造に関する記事
• Lilja によるライフリングの製作と測定に関する記事。ボタンライフリングマシンの写真付き。
• 2016年6月22日にWayback Machineにアーカイブされた記事。ガンドリリング、リーマ加工、ライフリング、仕上げを含むライフル銃身製造プロセスに関するものです。
• 6mmBRのバレルに関する記事
• ボアスラッギングチュートリアルは、2006年6月18日にWayback Machineにアーカイブされ、実際のボアと溝のサイズを決定し、適切な弾丸の直径を選択する方法について説明しています。
• 弾丸の回転速度の計算 - 回転速度と安定性
• リボルバー、ピストル、ライフルの弾薬の一般的なライフリング寸法