2003年10月号掲載)今回からは、ついに電動ガン最大の音である『ピストンの打撃音』の対策をはじめます。これは決して容易なことではありませんが、達成できたときの効果は『絶大』であるといえます。我々とともに、『電動ガンらしくない音の世界』へ踏み込んで行きましょう。ここでレポートした事柄が、ゲーマーの方々の更なるチューニングにお役立て頂ければ幸いです。図はシリンダーヘッドとピストンヘッドの一部を拡大し、動作を示したものである。ノーマル状態では、純正緩衝材とピストンヘッドの接触面は互いに平面のため、接触した瞬間に急激に抵抗が増大する。緩衝材の変形寸法もコンマ数ミリメートルしか無いものと考える。実質『衝突』しているに近い。接触してから停止するまでの時間は短いため、緩衝材の受ける力は必然的に大きい。この改善策として、緩衝材表面にチェッカリング状の凹凸を加工し、抵抗を徐々に増大させると共に、変形寸法を大きくする(軟らかくする)。これによってピストンが停止するまでの時間を長くし、全体の吸収エネルギーを大きくできると考える。吸収しきれないエネルギーを減らすことにより、打撃音を軽減することができると考える。前回は『ギヤノイズ』について対策を行いました。今回からは、ついに電動ガン最大の音である『ピストンの打撃音』の対策を行っていきます。『ピストンの打撃音』は、電動ガン最大の音であると同時に、最も『エアガンらしい音』であると考えます。言い換えると『ピストンの打撃音』こそが、『エアガンに撃たれていると認識する音』であると考えます。よって、『ピストンの打撃音』を軽減すれば、『エアガンに撃たれていると認識できない音』にすることができると考えます。それだけでなく、射撃している本人にとっても周りの音が聞こえやすくなり、反撃される可能性も激減します。ピストンの打撃振動は、電動ガン全体を振動させています。いうことは、あらゆる方向に音を発しているということにほかなりません。この振動は『命中精度』に良い影響は与えないでしょう。以上より、『ピストンの打撃音』(打撃振動)を小さくすることは、非常に重要なことなのです。●ピストン前進位置をノーマルと合せるために、純正緩衝材を潰したときと同じ寸法になるよう、凹凸加工した緩緩衝材と1.5mm程度にスライスした緩衝材を接着し使用する。●凹凸加工した緩衝材を2枚使うことにより、変形寸法を増やせるので、更なる効果を得られる可能性がある。緩衝材の向きの組み合わせで4種類、貼り合せの方法を含めるとさらに多くの組み合わせがあるが、頂点が正確に合うような製作や、耐久性を考えた接着は容易では無いだろう。■対策の効能グラフは、シリンダーヘッドとピストンヘッドが接触してからピストンが停止するまでの時間と緩衝材が受ける力の関係を概念的に示したものである。緩衝材と接触する前のピストン速度が同一として、横軸に時間、縦軸に緩衝材が受ける力をとると、力の変化を示す線と接触開始からピストン停止までの時間軸とに囲まれる面積は同一となる。同一質量で同一速度(同一のエネルギーを持っている)のピストンを停止させるために必要な、力と作用時間の積(力積という)は等しいからである。緩衝材の単位時間当たりの吸収エネルギーの上限は決まっていると考えると、緩衝材の変形エネルギーとして吸収できる量は、停止するまでの時間によって限定される。吸収しきれない分が打撃音を発生させていると考える。チェッカリング状の凹凸を加工することにより、ピストンが停止するまでの時間が長くなると、緩衝材が受ける力の大きさ(ピーク)が緩和されることで、より効果的なエネルギー吸収が行われると考える。●ピストンの打撃音対策の方法さて、ピストンの打撃音対策の重要性が分かったところで、具体的な方法を考えていきましょう。打撃音軽減法の考え方は、大別して以下の2通りと考えます。A.音になりにくくする。B.打撃エネルギーを小さくする。A.については、(1)純正緩衝材より適した緩衝材を使用する。(2)吸収エネルギーを大きくする。B.については、(1)運動エネルギー全体を減らす。(2)ピストンの運動エネルギーをBB弾の運動エネルギーに効率よく変換する。これらを踏まえて、各部品ごとに具体的な方法を考えていきましょう。今回は、『シリンダーヘッド』による打撃音対策を行います。ピストンが前進してシリンダーヘッド内側に貼られた緩衝材に接触し始めた時点の運動エネルギーのうち、緩衝材の変形エネルギーとして吸収しきれない分が外部に伝わり、フレームなどを振動させます。その結果、音(圧力エネルギー)として、放出されているのです。よって、緩衝材の吸収するエネルギーを大きくできれば、打撃音は改善されると考えます。シリンダーヘッドでできる打撃音対策は、以下の2項目と考えます。�@純正緩衝材より適した緩衝材を使用する。�A吸収エネルギーが大きくなるような形状にする。緩衝材というと『ソルボセイン』がよく知られています。HPより)とあるように、「ヨコ方向」に拡散させることが前提になっています。「ヨコ方向」に十分拡散させることができないエアガンのピストン/シリンダー部は、適切な使用条件とは言えないでしょう。困難であることと、耐久性が乏しいことなどが問題となります。この加工性の悪さや耐久性の問題は、『卵の割れないαGEL』等の高分子ゲルでも同様と考えます。純正緩衝材は、その性状から特殊合成ゴム『ハネナイト』であると考えます。この緩衝材は相当優秀であると同時に、耐久性もあります。カッターで切ることができ、さほど高価でもありません。今回調査した限り、量産品用の部品としては最適の材質と考えます。よって、今回は純正緩衝材を使用することにしています。緩衝材は単位時間当たりの吸収エネルギーに上限があります。今回使用する純正緩衝材の全体の吸収エネルギーを大きくするには、吸収時間を長くするのが妥当でしょう。吸収時間を長くするためには、緩衝材とピストンヘッドが接触している時間を長くする必要があり、そのためには接触している距離(ストローク方向)を長くする必要があります。言い換えれば、緩衝材の変形寸法を大きくするということです。現在、緩衝材とピストンヘッドの接触方法(ほぼ全面当りしている)では、コンマ数ミリメートルの変形寸法(板厚3mmの緩衝材の変形寸法)しかないものと想像します。この変形寸法を大きくできれば、打撃音を軽減することができると考えます。単純に緩衝材を追加すると、ピストン前進(停止)位置が後退してしまい、うまくコッキングできなくなってしまいます。つじつまを合わせるためには、シリンダーヘッドを追加緩衝材の圧縮時の厚さ分削り込まなければなりません。この加工は、パイプ部の固定のからみから容易ではなく、現実的ではありません。ピストン前進位置を、基本的に同一しながら、変形寸法を大きくするためには、圧縮時の厚さが純正緩衝材と同一になるような厚さの、変形しやすい(軟らかい)緩衝材を使用すれば可能です。変形しやすい『ハネナイト』が入手できれば良いのですが、現在入手が困難なので、純正緩衝材を追加工して変形しやすい緩衝材を作ります。緩衝材の打撃エネルギーを受ける面積を、全板厚で半分にすれば、概略で2倍は変形しやすい緩衝材となりますが、今回は一歩進んで、ストローク方向に変形しやすさの変化する緩衝材を作ってみましょう。ここでは、接触初期に軟らかく、接触後期(ピストン前進位置近く)には純正緩衝材と同等になる形を考えましょう。基本的には、ストローク方向で見たとき、断面積が増加するようにすればいいはずです。最適な形状は他にある可能性はありますが、今回は加工上現実的な、4角錐の集合体(チェッカリング状の凹凸)としました。この時、4角錐の高さは、素材寸法の制限より、2.5mm程度が限界となります。この寸法にすると体積で44%になり、強めに潰したときの寸法が純正緩衝材の1/2程度になると考えます。今回は、ピストン前進位置を想定して、強めに潰したときに純正緩衝材を潰したときと同じ寸法になるように、凹凸加工した緩衝材と1.5mm程度にスライスした緩衝材を各1枚使用しました。�@シリンダーヘッドによる打撃音対策に使用するもの。�Aシリンダーヘッド内側の緩衝材の外周部を、ドライバー(−)等を使用し、シリンダーヘッドからはがします。緩衝材の接着面を、ドライバー(−)等を使用し、シリンダーヘッドからていねいにはがします。(できるだけちぎれないようにしましょう。)�B緩衝材を取り外したVer.6用シリンダーヘッド1個、緩衝材2枚が必要です。ちなみに、『ハネナイト』のシートから円形に切り出す場合は、5円硬貨2枚ではさんで加工すると作業が楽です�Cまず、緩衝材の変形しやすさを確認しておきましょう。ピストン前進(停止)位置を想定し、緩衝材がどの位変形するか確認しておきましょう。10円硬貨2枚で緩衝材をはさみ、ノギスでくわえて潰してみて、どの位縮むか確認しておきましょう。ピストン前進位置を想定して、強めに潰したときに、何ミリメートルになるか確認しておきましょう。今回、この変形量を元に緩衝材を追加工します。ピストン前進位置(正確には、セクターギヤがピストンをコッキングし始める瞬間)で、純正緩衝材と同じ寸法になるように緩衝材を追加工します。セクターギヤがピストンをコッキングし始める瞬間に緩衝材がどの位変形しているか正確にはわかりませんが、強めに潰したときの寸法を基にした方が無難でしょう�D黒い緩衝材の表面は、ボールペンで線を引いても目立たないので、加工する面をペイントマーカーで塗っておきます。Ver.6用緩衝材を使用します。ペイントマーカーで塗った面が十分乾いたら、ボールペンで3mmの格子を描きます。このとき、緩衝材の中心に線が来るようにします。�Eボールペンで描いた線が、先端角度60度のV溝の底になる様に、緩衝材を切り込んでいきます。ボールペンで描いた2本の線の中央から、表面に垂直から30度傾けて、ボールペンで描いた線の真下まで切り込むということです。切れ味が良いカッターナイフの刃に、グリスなどを塗りながら、切り込むと作業が楽です。カッターの刃をぶれさせないように注意しましょう。このとき、三角定規を立てておき、60度の角をガイドにすると良いでしょう。切れ味の悪いカッターの刃では、作業性が悪いだけでなく、刃が引っかかったりして思わぬ方向に動く可能性があるため、非常に危険です。新品の切れ味が良いものを使用しましょう。ここでは、刃先の角度の小さい、OLFAの黒刃を使用しています。今回の作業では、露出している刃先が長いため、くれぐれも、手などを切らないように注意しましょう。4角錐の一方向の側面をすべて切り込み、続いて、90度回転させて、第2の方向の側面をすべて切り込んでから、逆側の側面を切り込んで、切り離していきましょう。先に切り離してしまうと、線を引いた面が無くなるため作業が困難になります。�Fちょうど、チェッカリング状の凹凸を形作ることになります。このとき、V溝の深さが、2.6mmであると、きれいに4角錐の頂点が並びます。頂点にはある程度の面積を残した方が良いでしょう。緩衝材の外周部は肉厚が小さくなるためたわみやすく、4角錐として加工することが困難です。外周部は、潰したときピストンヘッドの外側にはみ出してしまい、ピストンヘッドとシリンダーパイプの間に挟まってしまう可能性もあるので、切り取ってしまう方が加工は楽です。性能劣化も大きくはないと考えます�Gきれいに4角錐が並んだら、変形しやすさを確認しましょう。10円硬貨2枚ではさみ、ノギスでくわえて潰してみましょう。ピストン前進位置を想定して、強めに潰したときに、何ミリメートルになるか確認しましょう。追加工した緩衝材全体として、純正緩衝材を潰したときと同じ寸法になるように緩衝材をスライスして追加します�H緩衝材をスライスするときは、10円硬貨や紙、セロハンテープ等を組み合わせて、必要な寸法の隙間ができるような、カッターの刃の保持台を作りましょう。カッターナイフの刃に、グリスなどを塗りながら、緩衝材の外側から、カッターの刃をたわませないように注意して、ゆっくり慎重にスライスしていきましょう�IVer.6用でない緩衝材をスライスして使用する場合は、シリンダーヘッドのパイプ部に合わせて追加工する必要があります。Ver.6用緩衝材を型紙のように使って線を描いておき、丸刀と平刀の彫刻刀を用いて切り抜きましょう。切り抜いた破片から、詰め物部品も作りましょう�Jスライス緩衝材ができたら、変形しやすさを確認しましょう。凹凸加工した緩衝材とスライスした緩衝材の2枚を10円硬貨2枚ではさみ、ノギスでくわえて強めに潰したときに、純正緩衝材1枚を潰したときと近い寸法になっていることを確認します。セクターギヤがピストンをコッキングし始める瞬間に純正緩衝材がどの位変形しているか正確にはわかりませんが、強めに潰したときの寸法が、純正緩衝材1枚を潰したときの寸法より、0から0.5mm程度大きくなるようにするのが無難と考えます。ピストン前進位置でのピストンラックとセクターギヤのかみ合わせから、純正緩衝材1枚を潰したときの寸法より大きいのも小さいのも好ましくありません。寸法が大きい場合については、ピストンラックを加工することによって対応できます�Kピストンラックの後ろから2番の歯を削ります。ラックの後ろから2番の歯のうち、ピストンが標準の前進(停止)位置より5mm程度手前に位置するとき、セクターギヤが回転してきた場合にラックとかみ合うセクターギヤの1枚目の歯が干渉する部分を削る必要があります。ラックの後ろから2番の歯全体を削ってしまうのが良いでしょう。このとき、加工面に傷が残らないようにしましょう。傷があるとそこから割れ易いからです。この加工により、ピストンが標準の前進(停止)位置より5mm程度手前で止まってしまった場合でも、次のコッキング動作を問題なく始めることができるようになります。この手法は、ピストンが、短時間で先進端まで移動する必要のある『発射速度を速くするカスタム』で用いられています。�L変形しやすさに問題がなければ、シリンダーヘッド内側に接着します。シリンダーヘッド内側と緩衝材の接着面の脱脂をします。中性洗剤で洗浄しよく乾かします。ペイントマーカーが残っていたら、落としておきましょう。乾いたら、接着剤の使用法に従って、緩衝材を接着しましょう。クランプ工具と10円硬貨を使い、固定しておくと良いでしょう。ここでは、ポリプロピレン対応接着剤を使用しました。この接着剤は合成ゴム系接着剤で、『接着剤』というより『粘着剤』というような感じのものです。今回のように激しく打撃される緩衝材の接着には適していると考えます�M接着剤が乾いたら、ピストンヘッドを用いて、緩衝材を潰してみましょう。潰したとき、緩衝材の外周部が、外側にはみ出してピストンヘッドとシリンダーパイプの間に挟まってしまって、動きが悪くなっていないことを確認します。はみ出す部分は、切り取ってしまう方が問題は起きないでしょう�N追加工したシリンダーヘッドを組み込んで撃ってみましょう。打撃音が変化していることを実感できると思います。いえピストンの前進速度が速い部分が利用できなくなるので、効率は下がると考えます●ピストンの打撃音が減少!『シリンダーヘッドの緩衝部品追加工』によって、作動音が1.2dB小さくなるという結果になりました(約1割の減音)。『シリンダーヘッドの緩衝部品追加工』を行うことで、ピストンの打撃音は軽減されていると考えます。いえピストンの前進速度が速い部分を殺してしまうので、効率は落ちると考えます。今回の実験においては、明確な初速低下は認められませんでした。次回はメカボックス対策第3弾。測定場所は土の地面で周囲に音を反射する有害障害物の無い場所を選定。測定対象の音を出来るだけ正確に測定するために、反射・共振の影響が少なくなるよう、フローティングさせて測定している。測定位置はユニット上面中央。騒音計で取得したA特性フィルタ(耳の周波数特性に補正するフィルタ)補正済みの作動音をパソコンに取り込み、動作音2秒間の騒音レベル算出と周波数特性分析を実施。同時にオシロスコープの状態監視機能で環境騒音レベルが測定条件を満たすこと(測定レベルと環境騒音レベルの差が20dB以上あること)を随時監視している。今回はメカノイズを測定することを主な目的としており、また環境騒音の影響を極力少なくするためと機材の設置距離の制限から測定対象と騒音計の距離は25cmとした。3発分を切り出して重ねて表示している。ピストン打撃音の減少が認められる。ピストン打撃音の後の波形にも効果があるようだ。フルオートでは、ピストン打撃時に発生する振動の中でモータが回転し続けることで、ギヤをはじめ各部様々な干渉が起こるため、様々な複雑な音が発生していると考える。今回の対策により、打撃音とともに打撃振動も減少しているため、各部干渉によって発生する音が軽減されているものと考える。下はさらに1発分を拡大したもの。打撃音はピークが約1dB低減されている。(波形毎に1〜3dB程度の開きがある)対策前は打撃音の後の音に強弱の変化があるが、対策後は変化がより抑えられている。580Hzのピーク(�@)を最大に、950Hz(�A)、1550Hz(�B)にピークがある。基本的に突出している周波数成分が聞こえる音に強く影響することから、この3点について考えてみると、�@は約1dBの上昇、�Aは約3dBの減少、�Bは約0.5dBの減少である。対策前と比較し対策後では、音が低音域にシフトしたと言える。事実、聴感でも打撃音がソフトになった印象を受ける。(設定:FFTサイズ:2048、窓関数:Hanning)ピーク周波数(全周波数の中で最も大きな音圧レベル)より-20dB(10分の1)以下は無視できるため、切り捨ててある。