01
10分の1秒で、また次へ
いま見ているのは、ガス圧作動式のライフルです。このモデルのもとになったのはAKMで、カラシニコフ銃の改良型です。全長は880mm、重さは空の弾倉をつけた状態で3.1kgです。このライフルのよくできたところは、次の弾を自分で込めることです。撃つたびに空薬莢を外へ捨て、新しい弾薬を込めて、またロックをかけます。そのための力は、発射のたびに出る高温のガスを少しだけ借りてまかなっています。
このモデルでは、連発射撃のなかの1発を追います。ハンマーが落ちてから、次にまた落ちるまでの流れです。ハンマーが撃針を打つと、小さな炎が火薬に火をつけます。火薬は燃えて高温のガスに変わり、このガスが弾丸を銃身の先へ押し進めます。そのガスの一部がピストンを後ろへひと押しし、ボルトキャリアもいっしょに下がります。そのあとばねの力で部品が前へ戻り、新しい弾薬を薬室に込めます。これで、次の発射の準備が整います。
この一巡りにかかる時間は約100ミリ秒、つまり10分の1秒ほどです。このペースなら、機構は毎分約600回動ける計算になります。これは部品が動く速さを表す数字で、実際に1分間で撃つ弾の数ではありません。弾倉に入るのは30発だけです。再生は、とてもゆっくりした速さで始まります。タイムラインをドラッグすると、発射の流れを追えます。チップをタップすると、その瞬間へ移動できます。ライフルの右側には、コッキングハンドルという取っ手が突き出ています。発射のたびに動くので、注目してみてください。
このモデルは、いくつかの点を簡単にしてあります。ライフルの中は、この話に関わる部品だけを描いています。ハンマーが落ちる時間と、ボルトキャリアが往復する時間については、正確な値を示す資料がありません。そのため、そこは慎重に見積もった値を使っています。画面の数値は、どれもモデルの中の時計をもとにしています。そのうち資料の裏づけがある時間は、2つだけです。サイクル全体の時間と、弾丸が銃身を通り抜ける約1ミリ秒です。中をのぞくには、断面表示をオンにしてください。
02
小さな炎と、たくさんのガス
すべては弾薬から始まります。長さは56mm、重さは16.2gで、1発に必要なものがひとまとめに詰まっています。薬莢の長さは約39mmで、中には1.6gの火薬が入っています。薬莢の底の真ん中にあるのが雷管で、真ちゅうでできた小さなカップです。弾丸は重さ7.9gで、中心に鋼の芯があります。この弾丸が、薬莢の先の開いた口に押し込まれています。
発射は、撃針が雷管をつぶすところから始まります。すると、雷管から小さな炎が出ます。炎は2つの小さな穴を通って薬莢の中へ入り、火薬に火をつけます。火薬は爆発するわけではありません。とても速く燃えるのです。燃えた火薬は、大量の高温のガスに変わります。
このガスはとても狭い空間に閉じ込められているので、圧力が一気に上がります。ガスはあらゆる方向を押しますが、動けるのは弾丸だけです。そのため、弾丸はすぐに動きだします。それでも圧力は上がり続け、約275MPaに達します。これは、まわりの空気の圧力（大気圧）の約2700倍です。1平方センチメートルあたり約2800kgの重さがかかっているのと同じです。
圧力のピークは、すぐにやって来ます。弾丸がまだ4cmから6cmしか進んでいないころです。そこから先は、弾丸の後ろの空間がどんどん広がり、火薬が出すガスでは埋めきれなくなります。そのため、圧力は下がりはじめます。チップをタップすると、ハンマーが撃針を打つ瞬間、弾丸が動きだす瞬間、圧力がいちばん高くなる瞬間を見られます。
03
後ろがしっかり閉じているわけ
弾薬の後ろには、発射を受け持つ部品が一列に並んで待っています。ハンマーはばねの力で前へ倒れ込み、撃針の後ろの端を打ちます。撃針はボルトの中に固定されずに収まっているので、打たれた勢いで先端が前へ飛び出し、雷管に当たります。前の章で見た一撃が、これです。
ここで、さっきの圧力をもう一度思い出してください。弾丸を前へ押す圧力は、薬莢も後ろへ押しています。だから、薬莢をその場に押さえておく部品が必要です。その役目を担うのがボルトです。ボルトの前端には、ロッキングラグと呼ばれる2つの突起があります。発射の前には毎回ボルトが回り、このラグを鋼のブロックにある2つのくぼみにはめ込みます。このブロックはトラニオンといい、銃身と、銃の本体であるレシーバーとのつなぎ目にあります。ラグがそこにはまっているあいだ、ボルトは後ろへ動けません。
ライフルの右側にはセレクターレバーがあります。位置は上から順に、安全、連発、単発の3つです。安全の位置では、引き金が引けなくなります。単発では、引き金を引いて離すたびに1発ずつ撃ちます。連発では、引き金を引いているあいだ撃ち続けます。このレバーは、断面表示で切り取られる側にあります。見るには、断面表示をオフにしてください。
このモデルは連発で動いています。連発のときは、もうひとつの部品が動きの順番を守ります。それがオートシアーです。オートシアーは、起きたハンマーを引っかけて止めておく部品です。ボルトがロックされ、ボルトキャリアがいちばん前まで戻ったときにだけ、ハンマーを放します。そのあと圧力が高いあいだ、ボルトはロックされたままです。ボルトが回ってロックが外れるのは、弾丸が銃身を出たあとです。チップをタップすると、ハンマーが撃針を打つ瞬間、弾丸が動きだす瞬間、ボルトのロックが外れる瞬間を見られます。
04
銃身の中の約1ミリ秒
銃身の長さは415mmです。弾丸はこの長さを約1ミリ秒、つまり1000分の1秒で駆け抜けます。速すぎて目には見えないので、タイムラインではこの部分を引き伸ばしています。スライダーをドラッグすると、弾丸を銃身に沿って動かせます。弾丸の速さと、弾丸の後ろの圧力を見てみましょう。
押す力がいちばん強いのは、最初のうちです。圧力ははじめの数cmでピークに達し、そのあとは下がっていきます。それでもガスは、銃身の端から端まで弾丸を押し続けます。銃口に着くころ、弾丸の速さは秒速約715mになります。これは音の速さの約2倍で、時速100kmで走る車の約26倍です。
銃身の内側は、つるつるではありません。らせん状の溝が4本刻まれていて、これをライフリングといいます。溝は右回りにねじれていて、240mm進むごとにちょうど1回転します。この溝が弾丸に食い込み、弾丸を回転させます。弾丸は銃身を通り抜けるあいだに約1回転半し、銃口に着くころには毎秒約3000回転しています。
火薬のエネルギーのうち、弾丸に渡るのは約4分の1から3分の1だけです。残りの一部は銃身や薬莢を熱し、別の一部は弾丸を溝に押し込むのに使われます。約40%は、弾丸のあとから勢いよく飛び出す高温のガスといっしょに出ていってしまいます。ただし、弾丸が銃身を出る少し前に、ライフルはこのガスを少しだけ借りて自分のために使います。そのしくみは、次の章で見ていきましょう。
05
次の弾を込める、ひと吹きのガス
銃口の近くには、銃身から斜め上へ抜けてガスブロックにつながる小さな穴があります。これがガスポートです。弾丸がまだその手前にあるあいだは、ここでは何も起こりません。弾丸が穴の前を通り過ぎてはじめて、高温のガスがポートから勢いよく上へ流れ込みます。ガスブロックの中で、ガスはガスピストンにぶつかります。
ガスピストンは、長いピストンロッドの先端についています。このロッドは、ボルトキャリアに固定されています。ボルトキャリアは、ボルトの上にかぶさるように乗っている細長い部品です。だから、ガスがピストンを後ろへ押すと、ロッドもボルトキャリアもコッキングハンドルも、いっしょに下がります。発射のたびにコッキングハンドルが動くのは、このためです。ガスが押すのは、ほんの一瞬です。すぐに弾丸が銃口を出て圧力が下がり、使い終わったガスは排気孔から抜けていきます。そのころにはボルトキャリアはもう動きだしていて、あとは惰性で最後まで下がります。
ボルトキャリアは、すぐにはボルトを回しません。最初の数mmは、ボルトキャリアだけが後ろへ滑り、ボルトはロックされたままです。ボルトキャリアの内側には、特別な形に削った溝があります。この溝が、ボルトの上側にある突起をとらえて、ボルトを約10分の1回転させます。すると前端のロッキングラグがくぼみから外れ、ボルトはボルトキャリアについていけるようになります。このときにはもう、弾丸は銃身を出ています。
今度は、ガスポートをふさいでみましょう。発射そのものはいつもどおりで、弾丸も銃身を出ていきます。でもピストンにガスが届かないので、何も動きません。空薬莢は薬室に残ったままで、ライフルは1発で止まります。次の弾薬を込めるには、コッキングハンドルを手で後ろへ引くしかありません。ポートが開いていれば、小さなひと吹きのガスがその仕事を代わりにやってくれます。
06
空薬莢は外へ、次の弾は中へ
後ろへ下がるとき、ボルトキャリアはボルトを引き連れていきます。そしてボルトが、空薬莢を薬室から引き抜きます。薬莢をつかんでいるのは、ボルトについたエキストラクターという、ばね付きの小さなつめです。このつめが、薬莢の底のまわりの溝に引っかかっています。下がる途中で、薬莢はエジェクターに当たります。エジェクターは、レシーバーの内側に固定された小さな出っ張りです。これが薬莢の左側をたたくので、薬莢はつめを軸にくるりと回り、右側の開口部から飛び出していきます。
下がるあいだに、ボルトキャリアはさらに2つの仕事をします。ひとつは、ハンマーを後ろへ回して起こし、次の発射に備えることです。もうひとつは、リコイルスプリングを縮めることです。このばねがボルトキャリアを受け止め、今度は前へ押し戻します。そのあいだに、弾倉の中のばねが次の弾薬を持ち上げ、弾倉の上端の縁に押し当てます。弾倉には30発の弾薬が、互い違いの2列で入っています。弾倉の仕事は、弾薬を持ち上げることだけです。
前へ進みながら、ボルトはいちばん上の弾薬をとらえ、弾倉から押し出して薬室へ送り込みます。エキストラクターのつめが、新しい薬莢の溝にカチッとかかります。それからボルトが、後ろから見て時計回りに回ります。ロッキングラグがふたたびくぼみにはまり、ロックがかかります。オートシアーがハンマーを放しますが、ハンマーはまずハンマーリターダー（撃鉄遅延装置）に当たります。これは、ハンマーの動きをほんの一瞬だけ遅らせる部品です。おかげで、ボルトキャリアが勢いよく前に戻りきったあと、ライフルが落ち着く間ができます。そして、次の発射が始まります。
ひと往復にかかる時間は、全体で約100ミリ秒です。まばたきには100ミリ秒から400ミリ秒かかるので、1サイクルはいちばん速いまばたきとほぼ同じ長さです。発射のたびに、ライフルは反動で後ろへ押されます。何も押さえていなければ、弾薬を込めたライフルは秒速約2mで後ろへ動きます。この反動の約4分の1から3分の1は、銃口から勢いよく出ていくガスによるものです。銃床は銃身の中心線より低い位置にあるので、反動で銃口も少し持ち上がります。チップをタップすると、1サイクルを身近なものと比べられます。
One cycle lasts about as long as the quickest blink.