航空機から投下する徹甲爆弾もＡＰ（アーマー・ピアシング）と略記されますが、このテキストでは砲弾だけを論じています。
ところで1944-10のレイテ沖海戦を生き残った乗員たちの証言を総合しますと、米空母の艦上機から緩降下で投弾されたAP爆弾とSAP（半徹甲）爆弾が、日本のポスト・ユトランド型戦艦の上面装甲を何発も貫徹したのではないかと思えまして、私はいまだにモヤモヤしています。それらの戦艦のバイタルパーツ装甲は、自艦と同じ口径の徹甲砲弾が落ちてきても防禦できる――というのが建前でした。航空爆弾の自由落下の終速が、戦艦の主砲弾の初速を超えることはないはず。ならばそのAP/SAP爆弾はいったいどんな特殊な構造・素材だったのだろうと興味が尽きないのですが、このレイテ海戦当時のAP/SAP爆弾の「図面」と細部スペックに関しましては、今日まで、公開資料に接した覚えがありません。
誰かご存知の方がいらっしゃいましたら、教えて欲しいと思います。
例によって、プロジェクト・グーテンベルグさま、上方の篤志機械翻訳助手さまはじめ、皆様に深く御礼を申し上げます。
図版はすべて省略しています。
以下、本篇です。（ノー・チェックです）
書名：徹甲弾の開発（その改良に関する提案を添えて）
著者：カルロス・デ・ザフラ（Carlos de Zafra, M.E.）
公開日：2010年8月25日［電子書籍番号 #33535］
最終更新日：2021年1月6日
言語：英語
制作：オンライン分散校正チーム
*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍『徹甲弾の開発（その改良に関する提案を添えて）』開始 ***
徹甲弾の開発
（その改良に関する提案を添えて）
カルロス・デ・ザフラ 工学修士
ニューヨーク大学講師
1915年
歴史的背景
近代戦の科学が求める要件を満たす砲弾の製造は、まず理論に大きく依存した長年にわたる実験の連続によって、今日の高度な段階にまで到達した。他の工学分野に比べ、初期には理論の比重が特に大きかったと言える。
木造軍艦の時代においては、当時使用されていた鋳鉄製の球形弾の実際の物理的性質については、ほとんど考慮されていなかった。装甲を貫徹する能力は砲そのものに依存しており、砲弾は木という抵抗の極めて弱い素材にしか対峙しなかったため、衝突によって変形したり物理的に影響を受けたりすることは実質的に皆無であった。至近距離で砲門を交える戦闘では、砲の威力だけで敵艦を完全に貫徹できたし、遠距離においても、衝撃による砲弾自体の物理的状態の悪化（現代の状況と比べれば衝撃は微々たるものであった）を招くことなく、相当な損害を与えることができた。
全木造艦の時代、砲は滑腔砲であり、今日と同様に弾の大きさや重量によって名称が分けられていた。すなわち、3ポンド砲、6ポンド砲、4インチ砲、10インチ砲などである。
砲弾の漸進的な発展を概観することは、現代の難問を克服する上での複雑さをより完全に理解するのに有益かつ有効である。
滑腔砲では球形弾が使用された。これは決して砲身にぴったりと適合するものではなかった。発射時には、弾と砲身の間からガスが急速に漏れ、相当量の火薬圧力が失われた。これは当然の結果である。なぜなら、弾と砲身の接触面はせいぜい円周上の線接触にすぎず、高温の燃焼ガスの下で摩擦によって瞬時に摩耗・消失してしまうからである。この接触面の摩耗をなくす最も明白な方法は、接触面積を増やすことである。そうすれば弾の周囲をガスが逃げるのを大幅に抑え、弾背後のガス圧力が高まり（それによってより大きな推進力が得られ）、弾に高い初速・大きな運動量・ひいては高い貫徹力が与えられることになる。しかし、接触面積を増やすことは弾の形状変更を必要とし、空気中を飛翔する際の命中精度に悪影響を及ぼす難問を生み出した。
初期の弾が効果不足であったという認識が、まず最初に「手持ちの材料から最大の成果を引き出すこと」の重要性に気づかせたわけではない。初期の木造障壁を貫徹するのに何の困難もなかったからである。
ところが、軍艦の側面に鉄道レールやボイラー用鉄板、錨鎖などを装甲として取り付ける保護手段が導入されると、同じ距離でそれまで極めて有効であった旧来の丸弾はほとんど役に立たなくなったことが明らかになった。装甲はまだ粗雑なものであったが、装甲艦は木造の敵艦に平然と接近し、直ちに降伏を要求し、拒否すれば即座に破壊するという戦術を取ることができた。この事実を最も確実に証明するには、アメリカ南北戦争の海軍史を参照すれば十分である。
こうして世界最大級の産業戦争──砲と装甲の戦い──が始まった。この戦いは、国際的な平和と繁栄の年月を貫いて絶えず続けられており、万国が軍縮し永遠の平和が到来するという理想郷の日が来るまで、あるいは無期限に継続する運命にあるものである。
初期の発展
球形弾から長円形（長軸方向）弾への変更に伴い、それ以前には存在しなかった飛行精度の確保に関する困難が生じた。長円形弾は飛行中に横軸を中心として転倒したり回転したりするほか、よろめいたり、コルク抜き状の螺旋軌道を描いたりすることが判明した。これは致命的な欠陥であり、早急な対策が必要であった。
ジャイロスコープの原理、すなわち高速で適切な軸の周りを回転する物体は任意の姿勢を保持するという原理はすでに知られており、この原理を何らかの実用的な形で砲弾の開発・改良に採用することが望ましいと考えられた。砲弾にその長軸の周囲で高い回転速度を与えることができれば、長軸を弾道の垂直面と一致させるという目的が達成できると信じられた。
近代ライフル砲および長円形弾の発展に向けた最初のステップの一つは、小銃分野におけるいくつかの改良に由来するものである。アメリカ陸軍のリチャード・デラフィールド大佐が著した『1854年、1855年、1856年のヨーロッパにおける戦争技術に関する報告書』には、本題に関して最初に重要な言及がなされている。小銃の弾丸は鉛製であり、望ましい形状に容易に成形できた。最適な弾丸形状や、銃身のライフリングによる回転を与える原理については意見が大きく分かれていた。以下に、当時採用された初期の形態と方法のいくつかを示す。これらは検討に値するものである。
【図1】
フランスやその他の一部では「ティージュ（tige）原理」が用いられた。これは弾丸の底部を強制的に拡張させ、銃身およびライフリング溝に適合させるもので、銃尾部に取り付けられた火薬の上に突き出たピンの上に弾丸を打ち付ける方式であった（図1）。このために、弾頭を覆うことができるよう凹状の装填棒頭を使用する必要があった。
【図2～図7】
イギリスのエンフィールドライフルでは、弾丸底部に中空のカップまたは円錐形の空間を設けた形態が用いられた（図2および図3）。火薬の圧力によってこのカップが弾丸内に押し込まれ、弾丸が膨張してライフリングに食い込む仕組みである。クリミア戦争では鉄製カップが使用されたが、時折鉛のリングを切り離して銃身内に残してしまうため廃止され、木製またはパピエマシェ製の固形カップ（図4）に変更された。図5および図6はフランスおよびロシアが使用した中空底部弾丸で、火薬が直接底部に作用してライフリングへの膨張を起こすものである。
セバストポリのロシア軍は第四の原理も使用した。これは、円筒部の固形弾に2つの短い突起（ラグ）を設け、銃身に切られた2本の溝に噛み合わせる方式である。その比例は図7に示されている。
【図8～図13】
前述の形態の変形である図8および図9は、クリミア戦争でサルデーニャ軍が使用した。同軍は図10のような固形球弾を用いた滑腔マスケットも併用していた。フランス軍のズーアーヴ部隊は、図11のような固形円筒円錐形で溝付きの弾丸をティージュライフルで使用した。
1856年のオーストリアライフルは、図12のように「円筒部に2本の深い溝を切り、火薬の爆発によって溝間の部分が内側に寄せられると同時に外側に押し出されて（アップセットされて）銃身およびライフリング溝を埋める」固形円筒円錐弾を使用した。図13はザクセン軍が用いた同一原理である。
【図14～図18】
当時、各国が使用したその他の形態は図14、15、16、17、18に示されている。しかし、どれが最良の形態であるかは未決の問題であり、どの国も完全に満足していなかった。
ここで留意すべきは、この時期まで後装式ライフルは十分に完成しておらず、上記のすべての弾丸は前装式ライフル用であったということである。後装式銃は2世紀以上前から知られていたが、まだ信頼性が低く、扱いにくく、全体的に不完全であった。
【図19 ランカスター砲】
砲弾に望ましい回転運動を与えるために大砲の構造に採用された初期の方法は、砲弾自体の初期方法と同様に興味深い。重ライフル砲は1856年にクロンシュタット攻撃に対して導入された。セバストポリのイギリス砲兵は図19に示すランカスター砲を使用した。この砲の腔線断面は8インチと8・5/8インチの楕円形で、腔線は砲身全長にわたってこの楕円断面が約4分の1回転する形で生成されており、断面の中心は常に砲の長軸と一致していた。これにより連続した楕円筒が形成され、砲口部では長軸が垂直面にあり、砲尾部に向かって徐々に水平になる、すなわち砲身全長にわたって4分の1回転のライフルツイストが施されていた。
砲弾は図20に示す形状・大きさの鍛鉄製シェルであり、セバストポリの塹壕で発見された実物を測定して確認されたものである。
【図20】
この砲の包囲戦における使用は決して満足できるものではなく、射撃精度も射程も特別なものではなく、他のタイプに比べて砲身が破裂する故障が多かった。しかし、この原理自体は好意的に受け止められ、研究・改良が進められた。
重砲にライフル原理を応用するもう一つの方法は、弾の円筒部側面にほぼ球面の一部を鋳造で付加し、砲身にそれに対応する溝を設け、約20フィートで1回転するようにしたものである。これは固形マスケット弾の原理（図7）とほぼ同様であるが、突起の形状が異なり、添付の図21に示すように弾の形状・大きさ（ほぼ実寸）が与えられている。
この方式の砲は、1856年にフランスがバルト海作戦のために装備した砲艦の多くに採用され、4門装備のものと2門装備のものが存在した。
【図21】【図22】
砲身の断面は直径6・1/2インチの円形で、図22に示すように2本の溝が切られており、砲身全長にわたって6メートルで1回転のツイストが与えられていた。
図23および図24は「非常に特異な形状の鋳鉄製砲弾で、明らかにライフル溝の代用品として意図されたもの」である。直径約4インチの円筒形で、扁平な球形頭部から3本の螺旋状開口が円筒内部の空洞に通じており、円筒部には溝が形成されていた。
【図23】【図24】
現代の大砲
これらの最も初期の例から、砲の開発は徐々に進展し、今日では初期には想像もできなかったエネルギーと射程を持つ「築造砲（built-up gun）」の時代に到達した。現代の築造砲は口径16インチ、全長約50フィート、重量124トン、42度仰角での最大射程20.9マイル、弾道最高高度5・3/4マイル以上という性能を達成している。砲弾も、数ポンドのものから、上記の大砲に使用される1トン（2,240ポンド）の巨大な塊へと大型化している。砲口で与えられるエネルギーは6,408フィート・トンに達し、砲口での鋼板貫徹厚は33.8インチ、3,500ヤードでは27.5インチである。砲口初速は1,975フィート毎秒、無煙火薬の装薬量は640ポンドである。薬室内の最大許容圧力は37,000ポンド毎平方インチである。
現代の大砲は要するに築造砲であり、図25に模式的に示すように、砲身を各種の圧力に耐えるよう強化するため、複数のフープまたは筒を重ねて縮嵌（シュリンクフィット）または嵌合して構成されている。
【図25 13インチ後装ライフル砲（全長40フィート）】
【図26】
砲弾に旋動を与えるのは砲身内の「ライフリング」である。図26は8インチ砲の断面で、ライフリングの寸法を示している。ライフリングは「溝（groove）」と呼ばれる螺旋状に削られた部分と、隣り合う溝の間の「陸（land）」という部分から成る。これらの溝に噛み合うため、砲弾には通常銅製の「回転帯（rotating band）」が取り付けられるが、これは後述の「砲弾の製造」の項で説明する。
砲弾の分類
砲弾は、口径、使用する砲の種類、材質などによって分類され、アメリカ陸軍では砲弾梱包に以下の方式で標識されている。
{ 鋳鋼
インチ口径 { ライフル砲用 { 鋳鉄
{ 臼砲用 { 普通鋼 { 実弾（Shot）
{ 徹甲弾 { 榴弾（Shell）
{ 破裂型徹甲弾（Rendable A.P.）
空重量（ポンド）
キャップ付きまたは無し
または
キャップ付きで底部カバー溝付き
または
キャップ無しで底部カバー溝付き
底部 } 信管
先端 }砲弾の製造
徹甲弾の製造はすでに高い発展段階に達しているが、本書では以下に提案する改良法が材料の化学的性質ではなく物理的性質に影響を与えるものであるため、徹甲弾の製造に限定して説明する。これらの改良法は、現在製造されている砲弾の耐力が受ける応力を上回るすべての砲弾に適用可能である。
徹甲弾が果たすべき機能は、少なくとも自らの口径に等しい厚さの装甲板を、自身が破壊されることなく完全に貫通し、その後に効果的に爆発できる状態を保つことである。
以下は陸海軍規格からの抜粋である。
材料および加工
（アメリカ陸軍兵器局 第20条）
砲弾は鍛鋼製でなければならず、健全で、亀裂、継目、その他の欠陥があってはならない[1]。
[1] 斜体は著者によるものであり、著者の設計および製造法が改善対象とする欠陥を指す。
底部プラグは鍛鋼製で、鍛造後または焼戻し後に焼なましされ、継目、亀裂、その他欠陥がなく、以下の物理的性質を有するものとする：
- 弾性限界 50,000～60,000ポンド
- 引張強さ 90,000～100,000ポンド
- 伸び率 18％
- 断面収縮率 25％
砲弾は熱処理前に機械仕上げを行い、可能な限り規定寸法に近づけ、必要に応じて許容誤差内で最終仕上げを行って規定寸法に合わせる。
円筒形引張試験片は、茎部直径0.505インチのものを用いる。部材がこの寸法に仕上げられる厚さが不足する場合は、検査官が最大の実用的寸法を決定する。伸び測定を行う場合は、ゲージマーク間長さ2インチの試験片を用いる。
キャップ装着
（アメリカ陸軍兵器局 第21条）
必要に応じて、すべての鋼製砲弾には先端に軟鋼製キャップを装着する[2]。キャップは承認図面に示された寸法とし、焼戻し前に砲弾頭部に旋削する溝によって、兵器局長が満足する方法で固定する。
[2] 口絵参照。
キャップ用鋼材は、引張強さが60,000ポンド毎平方インチを超えず、破断後伸びが30％以上、断面収縮率が45％以上の標準試験片（測定点間2インチ、直径0.505インチ）でなければならない。キャップは砲弾に装着する前に完全に焼なましされ、亀裂その他すべての欠陥があってはならない。
孔、亀裂等の検出試験
（アメリカ陸軍兵器局 第27条）
弾道試験用サンプル選定のため検査官にロットが提出された後、最終納入前に、砲弾内部に500ポンド毎平方インチの水圧を1分間加える。この試験で孔、亀裂、または不健全さが現れた砲弾はすべて不合格とする。
引張試験
（アメリカ陸軍兵器局 第28条）
鍛造後、砲弾は最低1,200°Fで焼なましを行う。焼なまし後、検査官が各ロットから無作為に選んだ2％の砲弾の底部または底部延長部から接線方向試験片を採取する。
同一ロット内の砲弾の引張強さの差は、最高値と最低値の間で20,000ポンド以内とする。
化学試験
（アメリカ陸軍兵器局 第30条）
本規格で製造される砲弾の各溶解炉ごとに、金属の完全な化学分析を行う。
破断寸前の初期ひずみ検出試験
（アメリカ陸軍兵器局 第31条）
最終処理後、弾道試験受領前に、すべての徹甲実弾（A.P. shot）は約40°Fまで冷却し、その後兵器局長の指示により180～212°Fの湯浴に急に浸す。十分に加熱された後、砲弾を軸を水平にして40°F以下の冷水浴に半分まで浸し、短時間後に180度回転して反対側も同様に浸す。その後、水浴から取り出す。
この試験は検査官立会いのもとで行い、最終処理から本試験提出まで少なくとも3日間を置く。榴弾についてはこの試験は不要である。
弾道試験
（アメリカ陸軍兵器局 第32条）
各ロットの砲弾は以下の弾道試験を受ける。
最終処理後、全ロットを弾道試験に提出した際、検査官はロットを代表する3発を選定し、その他のロットと同様に仕上げ・検査・納入する。
(a) 徹甲実弾（Armor-piercing shot）
標準重量まで砂詰めしたキャップ付き実弾2発を、木材裏打ちに兵器局長が満足する方法で固定した硬質面クルップ装甲板（厚さ口径の1～1.5倍）に対し、下表に示す相当速度で発射し、弾が無傷で板を貫通し、その後有効に爆発可能な状態であることを要求する。
2発とも上記試験を満たせばロットは合格とする。
1発が不合格の場合は、残りの1発を同一条件で追加発射し、これが合格すればロットは合格とする。追加発射も不合格の場合はロットは不合格とする。
口径 弾重量 板厚 貫徹必要速度
4インチ 33ポンド[3] 4インチ 1,930 ft/s
5インチ 2,295 ft/s
4.7インチ 45ポンド[3] 5インチ 2,220 ft/s
5インチ 58ポンド 5インチ 2,005 ft/s
6インチ 2,320 ft/s
6インチ 106ポンド 6インチ 1,950 ft/s
8インチ 2,450 ft/s
8インチ 316ポンド 8インチ 1,760 ft/s
10インチ 2,100 ft/s
10インチ 604ポンド 10インチ 1,745 ft/s
12インチ 2,020 ft/s
12インチ 1,046ポンド 12インチ 1,730 ft/s[3] キャップ無し重量
中間厚さの場合は速度を内挿で決定する。
(b) 徹甲榴弾（Armor-piercing shell）
標準重量まで砂詰めしたキャップ付き榴弾2発を、木材裏打ちに兵器局長が満足する方法で固定した硬質面ハーヴェイ処理装甲板に対し、以下の厚さ・速度で発射し、弾が無傷で板を貫通し、その後有効に爆発可能な状態であることを要求する。
- 5インチ・6インチ榴弾：板厚3インチ
- 8インチ榴弾 ：板厚4インチ
- 10インチ榴弾 ：板厚5インチ
- 12インチ榴弾 ：板厚6インチ
衝突速度：
5インチ約1,420 ft/s、6インチ約1,220 ft/s、8～12インチ約920 ft/s
[4] 規定速度を与える火薬量は試験直前に決定し、適正重量の鋳鉄弾を発射して測定する。その装薬量を試験弾に適用する。
(c) 12インチ甲板貫徹榴弾
標準重量まで砂詰めした榴弾2発を、衝突角60度となるよう傾斜させた4.5インチニッケル鋼製防御甲板を木材で裏打ちしたものに、完全に貫通するのに十分な衝突速度で発射する。あるいは、陸軍省が同等の効果があると判断する代替弾道試験を課すこともある。
（続き）
ニッケル鋼製防御甲板板は平炉法で製造され、ニッケル約3・1/4％を含有し、リンは0.06％以下、硫黄は0.04％以下とし、すべての点で最良の成分組成でなければならない。
板は油焼入れまたは水焼入れ後、焼なましを行い、板全体を同時に同一処理とする。
最終処理後に引張試験を行い、各板から縦方向試験片を1個採取する。引張強さは最低80,000ポンド毎平方インチ、2インチでの伸びは最低27％を示すものとする。
曲げ試験は次の通りとする。板から切り出した試験片を冷間で、試験片厚さの1倍以下の直径の曲げ型に折り曲げても亀裂を生じてはならない。曲げ後の両端は平行でなければならない。試験片寸法は長さ12インチ、幅1・1/2インチ、厚さ1インチとする。
検査官の判断により、中空ドリルで採取した1/2インチ角の試験片に置き換えてもよい。この場合、冷間で180度完全に折り曲げ、外表面に破断の兆候があってはならない。
(d) 12インチ魚雷榴弾（Torpedo Shell）
標準重量まで砂詰めした榴弾2発を、砲または臼砲から薬室圧力約37,000ポンド毎平方インチで砂尻に発射し、構造的強度を試験する。
発射によって榴弾が著しく変形せず、かつ有効に爆発可能な状態であればロットは合格とする。
いずれか1発でもこの試験に合格しなければロットは不合格とする。
以下は1907年4月22日付「アメリカ海軍省 艦艇用装甲板および付属品に関する通達・規格」からの抜粋である。本来は別の主題に関するものであるが、製造者が直面する一見矛盾する要求を明らかにする目的でここに引用することをお許し願いたい。
（第60項）装甲板の受領弾道試験は、可能な限り以下の表に厳密に従って実施する。海軍省は、必要と判断した場合には指定以外の口径の砲を使用する権利を留保する。
クラスA装甲の試験では、キャップ付き徹甲弾を用い、下表に示す衝突速度で3発の衝撃を与える。
キャップ付き弾重量 砲口径 板厚 衝突速度（ft/s）
ポンド インチ インチ
105 6 5 1,451
105 6 6 1,648
105 6 7 1,836
165 7 6 1,464
165 7 7 1,631
165 7 8 1,791
260 8 7 1,459
260 8 8 1,603
260 8 9 1,741
510 10 9 1,458
510 10 10 1,568
510 10 11 1,676
870 12 11 1,424
870 12 12 1,514第1弾は板の中央付近に着弾させ、残り2弾は局の指示する位置に着弾させる。ただし、いずれの着弾点も他の着弾点または板縁から使用弾の口径の3.5倍以上離すこと。
この3発の衝撃において、弾またはその破片が板および裏打ち材を完全に貫通してはならず、また板縁または他の着弾点に至る貫通亀裂を生じてはならない。
以上のことから、装甲板と徹甲弾の両方を政府に納入する製造者は、
「自らが製造した装甲板を完全に貫通し、かつ自身は破壊されない徹甲弾」と、
「その徹甲弾に耐える十分な厚さの装甲板」の両方を同時に作り出さねばならないという、一見矛盾した要求を課せられていることがわかる。
砲弾のキャップ装着
砲弾にキャップを装着することは、先端部に比較的軟らかい金属の円錐または塊を被せることである。アメリカの陸海軍では軟鋼が使用されている。キャップの正確な機能については諸説がある。
一部の権威は「潤滑金属として働き、砲弾の通過を助ける」と主張し、他は「砲弾本体の着弾前に装甲板に最初の衝撃を与え、分子構造を不安定にして抵抗力を弱める」と主張している。
斜め着弾試験ではキャップ付き弾が明らかに優れていることが証明されており、少なくともこの場合には、キャップは裸の弾頭では得られない「板への食い付き」を確保できることを示している。裸弾は跳ね返されるからである。
いずれにせよ、キャップ付き砲弾は全体としてキャップ無しより優れており、後述する改良と併用すればさらに有利となるため、キャップ装着は推奨される。
砲弾底部から所定の距離に回転帯用の溝（band-score）を旋削する。7インチ未満の砲弾には通常純銅が使用されるが、それ以上の大口径では純銅97.5％＋ニッケル2.5％の合金が用いられ、装着前に焼なましされる。粗回転帯は引抜き管または円筒鋳物から切り出した固形リングで、溝に慎重に打ち込むか、好ましくは油圧で圧入し、最終的に所定の寸法・形状・仕上げに旋削する。
これらの回転帯はすでに説明した通りであり、後述する徹甲弾の改良は、砲弾がライフリングによって与えられた高い回転速度で長軸周りに回転しながら装甲板に衝突する際に受ける応力の研究に基づいている。
著者が作成した以下の表は、各種砲弾の回転速度を示している。
（表略 要約すると、小口径では毎分15,000回転を超えるものもあり、大型海岸砲でも毎分3,540～6,660回転に達する。クルップ砲ではさらに高い。）
表からわかるように、一部の回転数は極めて高い。装甲板への衝突時に生じる物理現象は瞬時に起こり、発生する力は機械的に記録することが不可能なほど大きい。しかし、砲弾内の応力については理論的に解析可能である。
まず、もし砲弾が長さ20口径で、鋼よりねじり応力に弱い材料で作られ、上記のような高回転で衝突した場合、ねじれが明瞭に現れる。
仮に長さ20口径の砲弾Aが、完全貫通を阻止する厚さの装甲板Bに衝突しようとしているとする（図27）。
衝突により接触面の摩擦で回転が止められようとするが、砲弾が長いため、先端部は底部に減速影響が伝わる前に停止する。結果、先端は止まっても底部はまだわずかに回転を続け、理論的には砲弾を一連の円盤の集合と見なすと、静止時には長軸に平行な線cdが、衝突後は各円盤が前の円盤に滑りながらねじれ、底部に伝播するまでにdeのような位置になる。
現在の砲弾鍛造法の欠点は、金属の繊維（結晶粒）が鍛造時の伸び方向、すなわち長軸に平行に流れることにある。そのため、材料に生じた欠陥も長軸に平行に伸びる。もし完成弾に発見されなかった欠陥が残っていれば（実際に時折ある）、その方向が圧縮力と反力によって楔を打ち込んだのと同じ効果を生み、隣接する材料を分離させる。
著者は、縦1/4断面を切断した際にオジーブ部に長手方向の欠陥が露わになった徹甲弾を所有している（図28）。
したがって、砲弾設計においては2つの大きな力に対処する必要がある。
1つは圧縮力で、これまで底部が先端に押し寄せてオジーブ部付近で砲弾が破壊されることが認識されており、最大の注意が払われてきた。
もう1つはねじり力（torsion）であり、少なくとも著者が知る限り、これまではほとんど考慮されてこなかった。これは重要でないからではなく、調査者らが船舶軸や工場動力伝達軸などでは常識的に考慮される反力を、ここでは見落としていたためである。
著者は、衝突の瞬間、砲弾内の金属はプロペラ軸と同様の応力状態（ただし圧縮応力の強度ははるかに大きい）で物理的不安定状態になると主張する。
砲弾が3.5口径程度の長さしかないからといって、20口径の理論弾と同じ応力が生じないわけではない。ただ強度が異なるだけである。
25口径飛行ごとに1回転する砲弾では、砲弾内の任意の微小単位面積・質量も同じ距離で1回転し、その軌跡は単位面積が長軸から離れた距離を半径とする螺旋となる（表面なら砲弾直径が螺旋直径、ピッチは25口径）。
衝突時、その単位面積は螺旋の延長線（理論弾のed方向）に進もうとするため、各円盤要素が次の円盤要素に沿ってed方向に押し寄せる。
したがって砲弾は、単に前進する先端の巨大な圧縮応力に耐えるだけでなく、本体が最大の一体性を保つよう設計されなければならない。ねじり応力はed方向に作用し、これに抵抗するにはde方向に反力が働くよう設計する必要がある。
著者はこれを「ツイスト鍛造（twist forging）」によって解決することを提唱する。
すなわち、金属の繊維をねじり応力線と一致させ、かつ同一方向に螺旋リブを設ける（添付特許参照）。
これにより、各円盤が後ろの円盤に押しつけられるのを強化し、螺旋リブとねじれた繊維によって砲弾全体のエネルギーを衝突点に効率的に伝達できる。
さらに、鋼塊に欠陥があってもねじることによってその大きさが縮小され（ロープの撚りと同様）、完成弾に螺旋方向の欠陥が残っても、圧縮応力は欠陥を飛び越えるか隙間を縮める方向に働くため、従来のように楔状に開くことはない。
最終的に、一体性の向上は貫徹力の向上、すなわち完全貫徹率の向上を意味し、結果として装甲板の厚さを増さざるを得なくなる。
米国特許 第863,248号 1907年8月13日登録
発明者：C. de Zafra
発明の名称：砲弾（PROJECTILE）
出願日：1906年12月10日
【図1】【図2】【図3】
証人：[判読不能]
発明者：カルロス・デ・ザフラ
代理人：ヘンシー・ゴフ
アメリカ合衆国特許庁
特許第863,248号
発明者：カルロス・デ・ザフラ（ニューヨーク市、ニューヨーク州在住）
発明の名称：砲弾（Projectile）
特許登録日：1907年8月13日
出願日：1906年12月10日 出願番号：347,055
特許請求の範囲書
関係者各位に通知する。
私、カルロス・デ・ザフラは、アメリカ合衆国市民であり、ニューヨーク州ニューヨーク市に居住する者であるが、砲弾に関する新たな有用な改良を発明した。その内容は以下の通りである。
本発明は、改良型爆発榴弾またはその他の砲弾、特に内部に縦リブで補強された砲弾に関するものである。
また、そのような砲弾を製造する方法にも関する。
本発明の目的は、最大の強度および貫徹力と、最大の炸薬装填容量とを兼ね備えた砲弾を提供することにある。本発明は、砲弾の金属繊維（結晶粒）を底部から先端まで螺旋状に走らせるとともに、内部に同一方向に走るリブを設けることによって達成される。これらのリブは砲弾底部から始まり、内部空洞の最先端で終わる。
図面において、
図1は砲弾の側面図で、金属繊維の流れを点線で示す。
図2は内部リブを示す縦断面図。
図3は図2の3-3線における横断面図である。
各種砲弾や榴の内部に直線状の縦リブを設けることによって破裂傾向は大幅に低減されるが、飛行中の回転慣性により、衝突時に横方向のせん断・破壊応力がリブ自体にかかる欠点がある。
本発明の目的は、リブを砲弾の回転軌跡と一致させることにある。こうして砲弾先端が装甲板に食い込んだ際に、回転の急停止による応力が、金属繊維および螺旋リブに沿って受け止められる。これにより、砲弾壁のせん断傾向が著しく低減され、先端が装甲に埋没した状態で後部がねじり切れる傾向に対する抵抗力が大幅に向上する。
図中同一文字は同一部を表す。
A：砲弾本体 B：信管 B’：通常の方法で底部付近に固定される回転帯
砲弾の空洞部は、底部から前方先端まで伸びる空洞Cから成る。この空洞の壁には、底部から空洞先端まで螺旋状に走るリブDが設けられている。図では空洞全長に対して1/4回転のピッチを示しているが、本発明の範囲を逸脱することなく、より多いまたは少ないピッチを用いてもよい。
1/4回転としたのは、あくまで図面上の都合であり、より大きなピッチでは図2の断面図でリブ全体が一度に見えなくなるためである。
図1に示すように、金属の繊維もリブDと同じピッチ（本例では砲弾後端から先端まで1/4回転）で螺旋状にねじられている。
このような砲弾を製造するため、著者は以下の方法を最も好ましいと考えるが、これに限定するものではない。
まず、固形鍛造用の鋼塊を鋳造する。鍛造の前、中、または後に、鋼塊の一端を固定し、他端を適当な回転把持機構で所望の角度だけ回転させることによってねじる。これにより、金属繊維が任意に定めた螺旋方向・ピッチで流れる「ツイスト鍛造」が得られる。
次に、金属繊維と平行（好ましくは一致）する方向に螺旋リブを形成するが、これは現代砲のライフリングと同様のボーリング加工で可能である。
別の方法として、まずリブを前後直線状に、金属繊維もリブと平行に直線状に形成した砲弾を作り、その後再加熱して鍛造する際に後部を把持具で固定し、前端を回転させることによって、繊維と内部リブの両方に所望の螺旋ねじりを与えることもできる。
いずれの方法でも、砲弾の繊維と螺旋リブは互いに平行となり、衝突時の反力（回転速度と弾道速度の合成ベクトルに沿う力）を最も効果的に受け止めるよう、ピッチは適切な計算によって予め決定される。
上記製造法は本出願では請求していない。これらは別出願の対象とする。
請求項
- 長手方向に空洞を有する砲弾であって、該空洞の壁に、空洞底部から前方端まで螺旋状に延びる縦リブを設けたことを特徴とする砲弾。
- 長手方向に空洞を有し、該空洞の前方端が尖頭状である砲弾であって、該空洞の壁に、空洞底部から尖頭部まで螺旋状に延びる縦リブを設けたことを特徴とする砲弾。
- 材料の繊維が、砲弾底部から先端まで螺旋状にねじられていることを特徴とする砲弾。
- 材料の繊維が、砲弾底部から先端まで螺旋状にねじられており、中央空洞を有し、該空洞の壁に空洞底部から尖頭部まで螺旋状に延びる縦リブを設けたことを特徴とする砲弾。
1906年12月6日、2名の証人の面前で本明細書に署名する。
発明者：カルロス・デ・ザフラ
証人：エミリオ・ベラーリ、エマ・ロデリック
参考文献
- ORDNANCE AND GUNNERY（BRUFF）
- TEXT BOOK OF ORDNANCE AND GUNNERY（INGERSOLL）
- REPORT ON THE ART OF WAR IN EUROPE 1854-1855-1856（アメリカ陸軍リチャード・デラフィールド大佐）
- JOURNAL OF THE U.S. ARTILLERY
- THE SCIENTIFIC AMERICAN
- アメリカ海軍省兵器局規格
- アメリカ陸軍兵器局規格
【挿絵：デ・ザフラ改良型徹甲弾】
*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍
『徹甲弾の開発（その改良に関する提案を添えて）』終了 ***
《完》