薬莢
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薬莢（やっきょう、英: Case英 ）は、銃砲の発射薬を詰める容器であり、これを用いると弾頭や火薬を銃砲へ迅速に装填する事ができる。また、発射薬が湿度や乾燥など環境の影響から保護する事も、薬莢の重要な役割である。
現代では、薬莢は真鍮や軟鋼などの金属で作られている場合が多いが、金属薬莢の利点は、発射時に発生する高温・高圧ガスの漏れを防ぐ事ができる点にある。
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[編集] デザイン
[編集] 銃用薬莢
現代の銃器は、雷管・発射薬・弾頭がセットになった薬莢を用いる製品が大半を占めている。
薬莢式の銃を発射すると、発射ガスの圧力で薬莢が膨らむ。膨らむことで薬室内部に張り付き、発射ガスを漏らさないよう密封する。これにより発生したガスを有効に利用することができる。
膨張して薬室に張りついた薬莢を容易に取り出せるように、薬莢底部にはリム（輪状の張り出し）が取りつけられており、ボルトに取り付けられたエキストラクターロッドと噛み合うようになっている。
一般的に利用されている薬莢には、発射薬に着火するための雷管の位置や種類によってバリエーションがある。
かつては、針打ち式(ニードルファイア系)、カニ目打ち式(ピンファイア系)、電気発火式(航空機関砲用など)といった多種多用な発火方式の薬莢が存在したが、現在一般的に利用されているのは、金属薬莢の底部中心位置に雷管を挿入し、これを叩いて発火させる方式のセンターファイア方式と、薬莢後端外周のリム部を中空構造として、その内部に雷汞などの発火薬を詰め、リムを叩いて発火させる方式のリムファイア方式である。
リムファイア方式は、その構造からリムの直径が薬莢直径より大きく、自動銃の弾倉をデザインする際に内部で整列させる事が難しい。また、リム内の発火薬を均一に詰める事がいまだに難しいため、不発が出る確率がセンターファイア方式より格段に高いなどの欠点がある。 しかし、単純な構造で大量生産に向いた構造で価格が非常に安いため、民生用途ではセンターファイア方式より広く普及している。
また、センターファイア方式の薬莢には、挿入される雷管のタイプによってベルダン式とボクサー式の2種類が存在し、欧州大陸の軍ではベルダン式が、英米系の軍ではボクサー式が使われており、日本では旧軍がベルダン式、自衛隊がボクサー式を使用している。
[編集] 砲用薬莢
大口径の砲では発射薬が多いこともあり、漏洩する以上の発射薬を用いて威力の問題を解決できたため、薬莢の採用は遅れたが、発射薬が黒色火薬から無煙火薬に進化し腔圧が上がってくると、しだいに薬莢が採用されるようになった。金属薬莢式の砲を莢砲（きょうほう）とよび、砲弾と火薬（薬嚢）が分離しているものを嚢砲（のうほう）と呼ぶ。莢砲はさらに、弾薬と薬莢が固定されている固定薬莢砲（完全弾薬筒）と、弾頭と薬莢が固定されていない分離薬莢砲に分けられる。工作精度の向上による気密性の向上もあって、現在では莢砲と嚢砲は並存している。
一般的に発射速度が重視される戦車砲や対戦車砲、高射砲、機関砲等で莢砲が多く、艦砲（特に主砲）などの大口径火砲では装填時の労力軽減と装薬量の増減による射程の調整が可能な嚢砲が多い。しかしながらドイツ海軍では口径28cmの艦砲でも莢砲を採用していたし、嚢砲の戦車砲も存在する。
榴弾砲やカノン砲の場合は口径や国によって方式がやや変わる。西側では口径105mm以下の比較的小型軽量な砲では目標までの距離に応じた量の火薬をその場で金属製の薬莢に装填した後に砲弾をはめ込んで装填する方式が主流であるが155mm以上の大口径砲の場合は薬嚢を使用する方式が主流である。これに対してソ連・ロシアでは少なくとも第二次世界大戦後に開発された口径122mm/130mm/152mmの火砲については薬莢を使用する方式が主流であるが、口径203mmの2S7ピオン 203mm自走カノン砲については不明である。
[編集] 製法
最初期の金属薬莢であるリムファイア式薬莢は、銅板を深絞プレスで形成する技術が確立された事で大量生産が可能となり、はじめて実用化された。
センターファイア式薬莢が発明された当時は、これを一体成型する技術は無く、薬莢基部だけを真鍮で作り、筒状に紙を巻いて糊付けした部品をはめ込む方法で製造されていたが、やがてプレス技術がこれに追いつき、一体成型された全金属製のセンターファイア式薬莢が実用化された。
第二次世界大戦中には一ヶ月の生産量が3億個を超えた国すらあり、製造速度の高速化が求められ続けて来た。 2000年以降の最新式の製造装置では毎分1千個の薬莢を製造できる装置すら存在するが、その製法は19世紀後半に確立されたものと大差はない。
薬莢基部に厚さが必要なセンターファイア式と、全て均等な厚さのリムファイア式の差はあるものの、素材を円盤状に打ち抜いて数回のプレスで円柱状に成型する段階までは両方式ともに同じである。
この後の工程では、リムファイア式はリム部の成型と発火薬の充填が行われ、センターファイア式ではリム部と雷管を挿入する穴を切削したり、ネックが絞られる場合は首絞プレスが行われる。
尚、工業技術が未熟な地域で密造される弾薬などは、金属の棒を規定の長さに切断してから旋盤で削って製造されている。この方法では大量生産の需要は到底満たせない上に、プレス加工によって製造された薬莢に比べて、脆く割れやすい薬莢になるため、低腔圧の拳銃弾程度までしか製造できない。
[編集] 材質
金属薬莢では発射薬が直接に封入されるため、発射薬と反応しない安定した材質が用いられた。伝統的に用いられている材質は冷間加工性に優れた真鍮など銅系の合金であるが、銅は比較的高価であり、亜鉛も産地が偏在しているため、より安価な軟鋼で軍用の薬莢を製造する事が試行され続けた。
しかし、20世紀前半までのプレス加工技術では軟鋼薬莢の製造は困難であり、多くの諸国では平時の演習などで使われた空薬莢の回収を兵士に求めており、特に資源に乏しかった日本軍では厳密な回収が求められ、薬莢を紛失した兵士が過酷な制裁を受ける伝統が存在した。
これとは対照的に、豊富な資源を誇る米軍は演習での空薬莢の回収をほとんど行わなかったため、日本や韓国の米軍演習場周辺では空薬莢拾いで生計を立てる人達がいたほどだった(ジラード事件を参照)。
第二次世界大戦下のドイツでは、銅の節約のために当時世界最高の水準にあったプレス加工技術を活かした軟鋼薬莢が実用化され、戦後ドイツの技術を得たソ連は、純鉄に近いほど柔らかな軟鋼素材でAK突撃銃用の7.62mmx39弾薬などを大量生産したため、旧共産圏の弾薬の多くは軟鋼薬莢が主流となっている。
旧共産圏製の軟鋼薬莢は、酸化し易い軟鋼を保護するため表面にコーティング材が塗られ、缶詰に入った状態で配備されるものが大部分である。これら軟鋼薬莢は安価であるため回収の必要も無く、雷管部も再充填の困難なベルダン式であるため、発射後に放置しておいても回収されて再利用される危険性は少ない。放っておけば自然に錆の塊と化して風化してしまうため、環境への負荷も小さい。
また、弾薬を軽量化する目的でアルミ系合金による薬莢の試作が行われ、この研究の過程でジュラルミンが発見された事も広く知られており、アルミ製薬莢は高価ながら現在でも使用されている。 その特性は真鍮よりも割れ易いため、全体を薬室が囲んでいる回転式拳銃用の弾薬や、低腔圧で知られるM1カービン用弾薬などに用いられた。
腔圧の低い散弾銃の弾薬は、薬莢底部のみ金属で作り、残りの前半部は厚紙やプラスチックで作られている。 最近では腔圧の高いライフル弾でも同様の薬莢が開発されており、民間市場にも出回っている。真鍮薬莢よりも軽量であるが、外力に対する耐久性に劣り（内圧に強いようだが柔らかい）、遠距離目標に対する命中精度も劣るようだ。
ドイツ連邦軍のレオパルト2や自衛隊の90式戦車などに採用されたラインメタル社の120mm滑腔砲では焼尽薬莢（しょうじんやっきよう）が採用されている。焼尽薬莢は発射薬の燃焼と共に燃え尽きて無くなってしまうニトロセルロース系素材、腔圧に耐えるために薬莢底部のみ金属素材で作られ、発射後は底部のみが排出される。
従来の戦車では撃ち殻薬莢の処理が問題となっていた。第二次世界大戦時の一部の戦車では給弾と排莢のための小ハッチが砲塔に設けられていたが、戦訓によりこれらが溶接されてふさがれると、戦闘中は空薬莢が床にゴロゴロ転がる事となり、戦闘行動に少なからず支障を来す事となった。戦後の戦車では、ソ連の戦車等に自動排莢装置と専用の小ハッチの設置が見られたが、これもNBC環境下での弱点になるとしてその後にふさがれてしまう。結局、空薬莢の問題は焼尽薬莢の採用まで解決できなかった。
[編集] バリエーション
[編集] ケースレス
薬莢は金属資源を消費し、排莢動作により連射速度を制限し、弾薬の重量を増加させて補給と携行に負担をかける。工作精度の向上と共に、薬莢を廃止してこれらの諸問題を解決しようとする試みがなされた。発射薬を特殊素材で固めて弾頭と起爆薬を張りつけたケースレス弾薬の研究が各国で行われた。
ケースレス弾薬の問題点の一つに、通常なら薬莢と共に排出される発射熱が薬室内に蓄積されて暴発を引き起こすコックオフ現象がある。
最も実用に近づいたのはドイツのダイナマイトノーベル社の弾薬と、ヘッケラー&コッホ社のG11アサルトライフルである。ドイツ連邦軍でも採用が決まりかけたが、コストや信頼性の面で難があり採用されずに試作のみに終わり、東西ドイツ再統一により計画は凍結された。
[編集] テレスコープ弾
ライフル弾は通常の弾薬と同様、薬莢の先端に弾頭を取り付けているが、ネックが絞られているため細くなっている部分が弱くなり、特にむき出しの弾頭が変形する可能性が拳銃弾よりも高い。
これらを解決するために研究されているテレスコープ弾というものがある。これは細い弾頭を太い薬莢に埋め込んで弾頭の後部・周囲に装薬を詰めるもので、弾頭がむき出しになっておらず、薬莢に細くなっている部分が無いために衝撃に強い。また全長が短くなるというメリットがある。
しかし発射の瞬間に弾頭が銃身内部に接触していないため命中精度が低くなるというデメリットがある。ただし、もとより弾頭が銃身に挿入されていないリボルバーやリボルバーカノンにはこのデメリットは意味を成さず、弾をばら撒く制圧射撃を旨とするために高い精度が要求されないSAWではさして問題視されない。
2007年11月現在テレスコープ弾を使用する制式銃は存在しないが、アメリカでM249に替わる新型機関銃が開発されている。薬莢の一部及びベルトリンクにをポリマーを利用することで軽量化を図っている。薬莢の太さは.50口径ほどで、弾頭は5.56mm NATO弾のものを流用している。発射機構はリボルバーカノンに似たもののようだ。
[編集] 歴史
[編集] 出現まで
前装銃（マズルローダー）の時代には、弾丸と火薬は銃口から別々に装填されていた。日本では木製の筒型容器に一発分の火薬と弾丸を組み合わせたものを携行し、装填の手間を短縮する方式がとられるようになり、これを「早合（はやごう）」と呼んだ。
欧州では歩兵の装備として一発分の火薬と弾丸をソーセージのように紙で包んだ薬包を使い、装填時にその一端を噛み破り中身の火薬と弾丸を装填する方法が19世紀中頃まで行われた。この紙製薬包は「パトローネ」または「パトロン」「紙はやごう」等と呼ばれた。今日包装用の褐色の紙を「ハトロン紙」と云うのはその名残である。
しかし、前装銃は伏せた状態や射撃姿勢を維持したままでの装填が困難であり、不発が生じた場合の対処に手間がかかる事から、火器が普及した17世紀頃から各種の後装式（ブリーチローダー）銃が考案されるようになった。
19世紀初頭までに英国のFerguson rifle、米国のM1819 Hall rifleなど、いくつかの実用的な後装式軍用銃が出現する時代が到来したが、依然として火薬と弾丸は別々の状態であり、後装式の形態も銃身後部を切断して独立した薬室とする形状のものであり、回転式拳銃と同様に銃身と薬室の繋ぎ目から漏れる発射ガスを放置するデザインだった(注:回転式拳銃が米国で特許を取得したのは1836年であり、これらの後装銃の出現より後の事である)。
[編集] 黎明期
1836年にプロシアでドライゼ銃が発明された。同銃は弾丸・発射薬・雷管を紙製のケースで包んだ薬莢を銃身後端から装填し、ボルトを銃身後端に密着させて閉鎖する仕組みと、後にボルトアクションと呼ばれる撃発機構を有し、完全ではないものの発射ガスの漏れを防ぐ事に成功した、最初の実用レベルの後装銃だった。
同じ年に、フランスのル・フォーショーによって、側面に小さなピンが突出した形状の全金属薬莢であるピンファイア式(薬莢から飛び出したピンの外観からカニ目打ち式とも呼ばれる)が発明され、これを用いる銃器が欧州から世界中に広く輸出されたため、日本にも多数現存している。
ピンファイア式は最初の実用金属薬莢となったが、発火薬を突くピンが露出しているため暴発の危険が高く、より安全に携行できる後発の薬莢が出現すると急速に衰退した。
1847年にはフランスのフロベールが、現代まで使われ続けているリムファイア式と呼ばれる一体型の金属薬莢を発明した。
翌年には米国でRocket Ballと呼ばれる弾丸内部に発射薬・雷管を収めた形状の弾薬が発明され、1854年からヴォルカニック式連発銃として、スミス&ウェッソン(S&W)社から販売が開始された。
しかし、Rocket Ballの構造には発射薬を増やせない限界があり、同社はリムファイア式の特許を買い取って、1858年からS&W No.1回転式拳銃用の弾薬として発売した結果、爆発的に普及した。
その後、大口径化した.44 Henryや、最初の実用機関銃であるガトリング砲用の.58 Gatlingなどのリムファイア式弾薬が製造されて大きな市場を得たが、無煙火薬の実用化と、より低伸性のある弾道を実現するための小口径化への流れの中で、より高腔圧の弾薬が志向されるようになると、薬莢基部を厚く作れない制約のあるリムファイア式は徐々に衰退し、現在では小口径のものだけが生き残っている。
一方、プロシアのライバルだったフランスでも紙製薬莢と後装式銃の開発が進められ、ほぼ完全にガス漏れを防いだシャスポー銃が1866年に採用され、紙製薬莢を使用する後装式銃は一応の完成を見たが、環境の変化に弱い紙製薬莢の欠点は克服されず、センターファイア式の金属薬莢が普及し始めると、置換されてその時代を終えた。
これら現在では消滅してしまったタイプの薬莢のうち、紙製薬莢・ヴォルカニック式・ピンファイア式の構造は、20世紀中盤に入ってから弾薬軽量化のために試作され始めた各種ケースレス弾薬のデザインで参考とされているものが散見される。
