層成銃身について質問です。

シミズ 2018年6月12日 16:42 Topic 7 replies

よろしくお願いします。

GunProfessionals誌2018,4の｢ガンプロフィール｣のコーナーで、クリステンセンアームズのカーボンラップバレル仕様ボルト銃が紹介されていました。

その中で、｢カーボンバレルは温度が上がりにくい｣という旨の記述があったのですが、本当なのでしょうか？　熱伝導性の低いCFRPが巻かれているので、熱が篭るのではないかと思うのですが。
連射で過熱しやすいＡＲ系などにもカーボンバレルは用いられているので、熱の問題は無いのかも知れませんが、｢カーボンバレルは温度が上がりにくい」という理由について教えていただけないでしょうか。

カーボンバレルについて、もう一つ心配になるのが、強度が高くなりすぎてしまうのではないか？という点です。
ボア内が異常圧力になった場合、銃身の強度がほどほどであれば銃身が裂けることでエネルギーが放出されてレシーバーは破壊を免れるのですが、銃身の強度が高すぎると逆に後方へのリスクが高まりますよね。　CFRPはスチールよりも格段に引張り強度の高い素材だと思うのですが、この点は問題と見做されていないのでしょうか。製造工程の動画を見ると強度的に最も有利とされるＦＷ法で巻いてるようです。

Replies 7

シミズ 2018年6月12日 17:27 #1

もちろん、ほどほどの強度を目指して設計すればいいのでしょうが、他の要件とのバランスの問題です。　CFRPはスチールと段違いの引張り強度を持つ反面、ヤング率は大差無いようです。必要な水準の曲げ剛性が得られるだけのカーボンを巻くと、引張り強度は強くなりすぎてしまうのではないかと思うのですが。
ポル 2018年6月12日 22:38 #2

＞熱伝導性の低いCFRPが巻かれているので、熱が篭るのではないかと思うのですが。

寧ろ、熱伝導性が低いからこそ熱が篭らないと言えるかもしれません。

カーボンバレルは肉厚の薄いステンレス等の銃身に巻いて肉厚を持たせていますが、繊維が網目状に巻かれることで無数の縦穴が放射状に形成され、そこから熱が逃げて篭りにくいという理屈です。

＞銃身の強度がほどほどであれば銃身が裂けることでエネルギーが放出されてレシーバーは破壊を免れる

大抵のカーボンファイバーバレルは薬室部分までカーボンを巻いていませんが、この部分が裂けるのは一般的な銃身と同じです。

銃の構造や状況によっても裂け方がことなるため一概に言えませんが、薬室が裂けるとガスがレシーバーに到達してレシーバーを吹き飛ばしてしまう可能性が高いので、危険性は殆ど変わらないと思われます。
シミズ 2018年6月13日 01:29 #3

有難うございます。

銃身破裂について
~~htt://blog-001.west.edge.storage-yahoo.jp/res/blog-a8-d5/anhdfmokfgerjm/folder/1552577/57/64179757/img_0_m?1528813704~~
こちらの事故ではレシーバーは無傷で射手も大した怪我はしていません。
カーボンバレルだと、こういうことでは済まず、チャンバーやレシーバーが破裂して射手も大怪我をするリスクが高くなると思いますが、どうでしょうか。（異常腔圧のリスクと発生確率についてどのように考えるか、という問題でしょうか）

カーボンバレルのメリットとして命中精度の向上が挙げられているようです。
CFRPは振動減衰性の優れた素材なので、銃身の振動を抑える効果は高いでしょう。

そうであれば、軍･警察の狙撃銃にも採用されてしかるべきだと思いますが、そういう動きはあるのでしょうか。
シミズ 2018年6月13日 18:36 #4

CFRPの熱伝導性が低いというのは、事実誤認または時代遅れの古い知識だったかもしれません。

CFRPの熱伝導性･放熱性は資料よってまちまちで、汎用プラと同レベルの値を言っているものからアルミに近い値を言っているものまで様々あるようです。

しかし、以前に見たクリステンセンアームズのカーボンバレル銃のインプレで、「連射した直後なのにバレルに直に触っても全然熱くありません」といった発言が有り、それは放熱の面で逆にマズいんでないのか？と思ったのですが。
ポル 2018年6月13日 20:27 #5

＞カーボンバレルだと、こういうことでは済まず、チャンバーやレシーバーが破裂して射手も大怪我をするリスクが高くなると思いますが、どうでしょうか。

逆に銃身が耐えて弾とガスが最後まで抜ける可能性もあると思います。

こうした銃口付近で破裂するケースは、銃身内に弾や泥などの異物が詰まっていたところに次弾を発射したり、燃焼速度の遅い装薬で腔圧が限界を超えるといった原因が考えられますが、一般的には圧力のピークポイントは1インチ未満が殆どなので、カーボンバレルでリスクが高まることがあるとしても、それはレアケースではないでしょうか。

＞そうであれば、軍･警察の狙撃銃にも採用されてしかるべきだと思いますが、そういう動きはあるのでしょうか。

既に米軍でもプルーフリサーチ社のカーボンバレルがM4カービンやスナイパーライフルでテストされ良好な結果を出していますが、高コスト、大量生産できない（仕上げに数日～1か月以上）、振動の振副が一本ずつ異なることがある・・・といった品質の一貫性の問題など課題もあるので、積極的ではなくても可能性は無くはないかもしれませんね。

＞CFRPの熱伝導性が低いというのは、事実誤認または時代遅れの古い知識だったかもしれません。

銃身に使用されるピッチファイバーやPANファイバーはステンレスやスチールより熱伝導性が低いので、間違いではないと思います。
シミズ 2018年6月15日 13:09 #6

有難うございます。

個人的に、銃身にカーボンを用いるのは問題を感じます。
アルミの方がまだ信頼できるのはないかと思うのですが。

アルミも振動減衰性は高い金属なので、命中精度向上にも寄与するのではないかと考えられますし、放熱の面でも問題無いでしょう。

AR-10のプロトタイプは、内筒=チタン／外筒=アルミだったものの、強度に問題があってM14に敗れたということですね。強度に問題があったというのは、チタン内筒とアルミ外筒のどちらだったのでしょうか。

いずれにしても、AR-10は軽量化重視の肉薄銃身だったので強度不足になったのではないのかと推測します。精度重視で肉厚のアルミ外筒を被せた場合は、強度も問題無いかと思うのですが。

調べてみると、22LR用ではアルミスリーブ付銃身が売られているようですが、高速高圧のセンターファイア弾を用いるライフルで銃身にアルミを用いたものは有るのでしょうか。

あと、内筒と外筒の接合は焼嵌め以外に方法はあるでしょうか。
ポル 2018年6月15日 19:01 #7

＞アルミの方がまだ信頼できるのはないかと思うのですが。

アルミは熱膨張率が大きいので他の金属と合わせたときに精度を出し難いという問題があり、オートマチックファイアには不向きですが、大幅な軽量化が可能なのでリムファイア用バレルやボルトアクションのハンティングライフルには選択肢になりますし、ワルサーも.338ラプアまで対応するアルミジャケットのステンレスバレルを製造しています。

＞AR-10のプロトタイプは、内筒=チタン／外筒=アルミだったものの、強度に問題があってM14に敗れたということですね。強度に問題があったというのは、チタン内筒とアルミ外筒のどちらだったのでしょうか。

AR-10のプロトタイプはアルミとチタンのマズルブレーキと、アルミジャケット416ステンレスバレルだったと思います。

シリアルナンバー1002のAR-10の試射で銃身側面に穴が空くという事故がありましたが、銃身製造時に硫黄が多く混合されていたため筋となり、そこがひび割れて穴が広がったと報告されています。

また、この銃身はコスト高ということで、直ぐにスチールバレルへ変更されました。

チタンバレルはライフリングの製造が難しく、加熱が早いため数百発でライフリングが削れてしまうという銃身命数の低さが問題だと思われます。

＞あと、内筒と外筒の接合は焼嵌め以外に方法はあるでしょうか。

素材については私は専門外なので詳しくありませんが、圧入や遠心鋳造でコーティングする製造法も耳にしたことがあります。

また米陸軍がチタンナイトライドで粉末冶金を利用した銃身の研究に関心があるという話もありますので、チタンのバイメタルバレルが将来流通する可能性もあるかもしれません。