シマタの趣味ブログ-shiM4tA1's Hobby Blog-

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UMP45いじりPart16:純正ギヤ死す!オーバーラン対策にギヤ比を変えてみた

久しぶりのUMP45いじりシリーズ。

 

今回は、以前力技で解決した(かに思えた)オーバーラン問題についてもう一度掘り下げてみたいと思います。

 

 

前回行った対策と問題点

前回(Part13)では、セミオート射撃時にカットオフレバーが働いても、セクターギヤが回りすぎてピストンがかなり後退した位置で停止してしまう「オーバーラン」をなんとか解決しようと、セクターギヤにあるカム(カットオフレバーを動作させる効果のある部分)の形状をプラ板で変更し、セクターギヤがまだピストンを後退させている途中で電源をカットするという方法をとりました。

 

shim4ta1.hatenablog.com

 

この方法では確かにオーバーランを最小限にとどめる事に成功しましたが、カムはセミオート動作させる度にカットオフレバーとこすれる部分であり、POM等の素材ならまだしも、ポリスチレン製のプラ板ではすぐに摩耗して機能しなくなってしまいます。実際、まだ機能はしていたものの、2回サバゲーに持って行っただけでここまで摩耗していたので、あまり良い方法とは言えませんでした。

 

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黒っぽい線が見える部分が削れています

また、本来とは異なるタイミングでのカットオフは、セミオートオンリーで使用しているときは問題ないのですが、ユニットの停止タイミングが一定でないフルオートでの射撃後にセミオートに切り替えると、撃てなくなってしまうことが多発しました(フルオート射撃後のセクターギヤの停止位置が、ちょうどカットオフレバーを跳ね上げるタイミングと重なってしまった場合に起きる。いわゆる『セミロック』と同じ現象)。

オーバーラン対策へのアプローチ

ギヤのカム形状をプラ板を用いて変更する、というのはアプローチとしては間違ってはいないものの、セミオートで正しく動作させるにはフルオート動作時にトリガーから指を離すタイミングがシビアになって使いにくくなることやカムの強度・耐摩耗性の面から最適の方法ではない事がわかりました。

 

他に何か違ったアプローチはないか?そう考えた時、シマタの中にあったのはギヤ比の変更でした。

 

オーバーランの原因は、

 

1.モーターにかかる負荷が小さ過ぎてカットオフが働いても回転の勢いがすぐには止められない

 

2.セクターギヤの回転数が高すぎるために止まるまでに行き過ぎる量が多い

 

という事だと思います。

 

シマタのUMPの場合だと、マルイ製モーター 、マルイ製ピストン&スプリングとマルイと同じ18:1ギヤという、普通に考えたら正常に動作しそうなセットアップに、高効率の配線・コネクターにハイパワーなリポバッテリーを使用しているせいで、かかる負荷に対してのモーターの出力が大きくなり、これによってセクターギヤの回転数も上がったためにオーバーランが起きているわけです。

 

ですので、ギヤ比を変更することで負荷を増やす回転数を減らそう、と考えた訳ですが・・・ここで大きな疑問が湧きます。

 

同じ「ギヤ比を変える」というアプローチでも、

 

負荷を増やす→ギヤ比を18:1より小さくして(いわゆるハイスピードギヤに交換する)モーターにかかる負荷を増やす(Part13でオーバーラン問題の考察をした時、シマタはこちらを考えたのですが、ネット上には同じ考え方がなかったので自信がなく、記事の方には書くのをやめた、という過去がありますw)

 

回転数を減らす→ギヤ比を18:1より大きくして(いわゆるハイトルクギヤに交換する)セクターギヤの回転数を落とし、行き過ぎ量を減らす(ネット上ではこの対策方法がよく見受けられました。以前この情報に出会ったシマタは『それだと回転数は減るけど、負荷も減ってしまうからますます回転が止まりにくくなるのでは?』と考えていました)

 

という感じに、ゴールは同じなのにそこに至るプロセスが完全に真逆なのです!

 

いったいどちらを選べばいいのでしょう?

 

以前のシマタはいちいちパーツを揃えるのが面倒だったので応急処置としてギヤをプラ板で加工するという暴挙に出ましたが、今回は違います。

 

これを見てください!

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左:ZC スーパートルクアップギヤ(¥2,771)

右:ZC スーパーハイスピードギヤ(¥2,771)いずれもモケイパドックで購入

 

そう、ハイスピードがいいのかハイトルクがいいのかわからないなら、両方とも購入して調べてみればいい!

 

というわけで、今回はこの2種類のギヤの比較となります。

 

ついでに、純正モーターとマルイ製モーターとの組み合わせもやるので全部で4パターンです。

実験の結果

今回やる作業はギヤの変更とモーターの変更、つまり以前にやった作業なので、分解手順や細かい説明は省きます。詳しくは↓

shim4ta1.hatenablog.com

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では、パターン毎の結果を見ていきましょう。

 

っと、その前に。

 

ピストンが完全に前進している時

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まずはこの状態を覚えておいてください。ピストンがセクターギヤに触れていない時はこの位置で停止します。

 

①純正モーター&ハイトルクギヤ

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こちらはまあそうだよね、という感じの停止位置。純正モーターはトルク型で元々回転が非常に遅いので、そこにハイトルク(ロースピード)のギヤという組み合わせなのでやはりちゃんと止まります。しかしそれでもピストンは少しだけ後退していますし、何より物凄く発射サイクルが遅いです。動作は確実ですけど、使っていて快適ではないですね・・・

②マルイモーター&ハイトルクギヤ

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個人的に「ああ、やっぱりか・・・」と思った結果でした。純正18:1ギヤほどではないもののかなりオーバーランしており、給弾ノズルは完全に動作しきった後でした。マルイモーターは純正に比べてハイスピード型ですし、そこにハイトルクギヤによって軽〜い力で回せる環境を用意してしまえば、そりゃ通電していなくても惰性でたくさんピストンを後退させちゃうよね、という感じ。行き過ぎ量について考える際には、やはり通電終了前にどれだけモーター側に負荷がかかっているかを考慮に入れる必要がありますね。

③純正モーター&ハイスピードギヤ

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こちらはなんと①とほぼ同じ位置での停止。ハイスピードギヤなので当然①よりレスポンスやフルオート時のサイクルも上がっており、今回のケースにおいては①の完全なる上位互換となっています。考えてみると、トルク型モーターとハイスピードギヤって、ミニ四駆とかでも定番のセッティングですよね。やっぱりバランスが良いのかな?特にモーター交換によるサイクルアップを目指しておらず、レスポンスのみある程度確保したい時はこちらのセッティングが一番のオススメです

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ちなみにサイクルはおおよそ15.0rps(=900rpm)で、十分速いです。 

④マルイモーター&ハイスピードギヤ

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シマタの頭の中では大本命だったこちらの組み合わせ。結論から言うとそれなりにオーバーランしてますが、②の場合よりもオーバーラン量は少なく、給弾ノズルが後退位置から少しだけ前進しているくらいで止まる(純正18:1ギヤの時よりオーバーラン量が減った)ため、給弾ノズルの後退を早め前進を遅らせるはたらきのある「セクターチップ」を使用すれば十分使えそうです。

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BB弾が少し引っかかる程度のノズル前進量。セクターチップで対応できそう

サイクルもかなり上がるので、今回のケースではハイトルクギヤと組み合わせるよりオーバーラン対策効果およびその他のメリットは大きかったと言えるでしょう。

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ちなみにサイクルはおおよそ19.4rps(=1164rpm)。より良いレスポンス&サイクルアップの両方を求める人向けですね。次回セクターチップを入れるとして、シマタはこのセットアップで行きたいと思います。

考察と感想 

今回、なぜ②よりも④の方がより短い時間・少ないオーバーラン量で停止したのでしょうか。これに関しては「カットオフ前にモーターがどれだけのスピードで回っているか」 が関係していると考えられます。

 

②の場合、カットオフ前、つまりまだピストンスプリングを圧縮している最中でも、ギヤの減速比が純正18:1ギヤより大きいために、ピストンスプリングからモーター側に返ってくる力、すなわちモーターにかかる負荷が小さくなり、モーターの回転数は無負荷時の回転数により近い状態になります。無負荷時を100(%)、仮に純正ギヤの時を70くらいとすると、②の場合は90くらいになるとしましょう。

 

一方で、④の場合は減速比が純正18:1ギヤより小さいために、モーターにかかる負荷が大きくなります。回転数は50くらいになるとしましょう。

 

さて、本来の90%の回転数で勢いよく回っているモーターと、50%の回転数まで落とされているモーター、電源を切ったらどちらが早く回転をやめるでしょうか?当然、50%の方が先に止まりそうですよね。この「負荷の大きさによりモーターの回転数が異なる」という条件故に、④の方がオーバーラン量が少なかった、と考えられます。

 

この二つのケースで、もし無負荷回転、つまりピストンスプリングを圧縮する条件が無かったら、もしかしたら結果が違っていたのかもしれません。④の場合、ギヤ自体はハイスピードなので、セクターギヤが回る速さは②よりも速く、もしかしたらよりオーバーラン量が多くなってしまうかもしれないからです。

 

しかし実際にはピストンスプリング圧縮の負荷によりカットオフ直前のモーターの回転数に差が出ていたため、その条件とセクターギヤが回る速さとの「釣り合い」が今回の実験のポイントでした。そう、「釣り合い」ということは、例えばモーターのトルクがより大きく、回転数はマルイモーターと同じものを導入すると、また違った結果が出てくるかもしれないということです。つまり完全なる正解はなく、チョイスしたパーツの組み合わせ毎に実験を行い、自分なりの工夫を凝らさなくてはならないということですね。もし器械的に解決できない場合は、アクティブブレーキ機能のあるFCUなどの導入も考慮しなくてはならない、ということです。

 

さてここからは感想。

 

Part13の時からですが、結構難しい領域に踏み入ったな、と思いました。例えばシリンダー容量とインナーバレル長の関係のように、既に先人達の研究によって明確にデータ化がされている分野と異なり、オーバーランの問題はバッテリーの放電性能や配線の通電効率、モーターのトルクと負荷があるときの回転数、ギア比、ピストンスプリングの強さ、シリンダーはフルなのか加速なのかなど・・・「変数」が多すぎるために実際に組んで動かしてみないとどうなるか分からないですよね。

 

電動ガン オーバーラン」などで検索すると多くの方が「どうやったら器械的に解決できるか」頭を悩ませているのがわかります。こういうのを見ると、海外製電動ガンがメーカー純正状態で電子トリガー・FCU装備のモデルを増やしているのも頷けます。器械的にオーバーランを解決できなくても、アクティブブレーキをかけて程よい位置に停止させたり、あるいはレスポンスアップのためにプリコックしたりがプログラム次第で可能となれば、ハイサイクルモデルやオートストップ機構搭載モデルなどの新商品開発にかかる費用を抑えられるはずですし。

 

ただ、自分の中で「こうじゃないかな?」と思ったことがあっていたにせよ間違っていたにせよ、「考えて実行に移し、結果を得る」というプロセスは非常に重要なことですので、よい経験になりましたし、実験してみてよかったなと思いました。まあ、使い道のないハイトルクギヤが残ってしまいましたが(笑)。

 

→追記:ハイトルクギヤの使い道、数か月後に見つかりました(笑)。

shim4ta1.hatenablog.com

  

では、今回はこの辺で。

 

ノシ