今回のカスタム考察紹介は思い切ってガスブローバック式のエアソフトの作動原理を紹介したいと思います。
ちなみにガスブローバック方式なら外部タンク、CO2などのなんらかのガスを使うのはほぼ全部同じです(固定ガスは別)。
執筆時点ではこれからガスブロの夏本番前に皆さんのガスブロの購入、メンテナンス、カスタムの参考になればと思い紹介することにしました。
また作動原理が説明しやすくて分解しやすいガスブロハンドガンが手に入ったのも紹介しようと思ったきっかけです。
まずはガスブロのスライド側の作動メカニズムから紹介していきます。ちなみに長モノのガスブロでも作動原理はほぼ同じでハンドガンのスライド部分の役割がボルトになっているだけです。
ガスブロの基本動作
皆さんがよく知っているガスブロの動きを細かく見ていきましょう。
その前にガスブロのスライドの各部品の名称を紹介しておきます。
簡略図で下手くそですがイメージだけで結構ですので見ておいてください(作動に関係のない部品は省略しています)。

これを踏まえて動作を見ていきます。
廃莢ポートを見たいので上の図と向きが逆ですが同じ状態です。

トリガーを引くと弾が発射されブローバックが開始されます。

ここでのポイントは、まだブローバックの後退量が少なくノズルがチャンバーに残った状態になります。
次にブローバックが最後まで後退した状態になります。

ここでのポイントは、ステップ2で残っていたノズルも後退していることです。

ここでのポイントはスライドと共に前進するノズルの下に付いている棒の部分がマガジンの弾を押してチャンバーに弾を装填します。

図のような感じで弾はノズルの一部に押されチャンバーのスロープを登っていきホップパッキンに抑えられます。

この一連の動きでステップ1と同じ状態に戻ります。

これがガスブロの基本的な一連の動作(発射ーブローバック後退ーブローバック前進ー給弾ーブローバック前進完了)になります。
次にガスの流れ動きに注目して動作を見ていきましょう。
ガスの流れと動作
発射準備完了状態でトリガーを引くとハンマーが起きてバルブノッカーがマガジンのバルブを押します(このメカニズムは次回で紹介)。
マガジンのバルブが押されマガジンのガスがスライドに入っていきます。
ここから少し詳しく説明します。
紹介するメカは謂わゆる負圧式と呼ばれているモノで現在のガスブロのほとんどのものがこの負圧式を採用しています(実際には、負圧というよりも差圧で動いている、某WA社の機械式は少し違う)。
弾が発射される工程
スライドに入ったガスは、注入口からノズルを通って次の図の位置にガスが流れます。

ちなみにガスの入り口にある黄色のフローバルブとは次のような形状になっておりガスの流れの向きを変えています。

実際のフローバルブ

実際のエアソフトガンでのガスの流れは次の写真のようになります。

この状態では弾に掛かるガスの圧力はパスカルの原理(閉じた空間内の圧力は一定になる)によりマガジン内の圧力と同じになりその圧力がホップに咥えられている弾に掛かります。
バレル内は基本的に大気圧なのでガス圧>大気圧より弾にガス圧×弾の表面積分だけの力が作用します。
その力によって弾は発射されます。
この時はまだマガジンからガスが供給されている状態が続くので、弾がバレルから飛び出る前の圧力状態は次のようになります。

ただしこの状態では、まだブローバック動作はしません。
理由はノズル内のフローバルブによって弾への流路以外は、全て塞がれていてガスが流れないからです。

この蓋が閉まっている状態が基本的には弾がバレルから完全に飛び出すとガスブロのキモになるメカニズムが働いてブローバックが始まります
本当はもっと複雑な圧力分布になっていて弾がバレル内に残っている途中からブローバックが始まります。
発射側からブローバック側へのガスルート切り替え
まず弾がバレルから完全に出た状態の圧力分布を紹介します。

弾はバレルから完全に出て行ってしまったのでマガジンから供給されるガスを塞ぐ蓋(弾)がなくなったことによって解放されるので圧力が急激に下がります。
当然ながらガス流路より外のが超広いので外の気圧、つまり大気圧レベルまで下がります。
これが信じられないかもしれませんがいくらマガジン内の圧力が高くても大気の量と比べると極々少量なのでガスを噴射しても一瞬で圧力は下がります。
ただしマガジンからのガス供給はまだ止まっていないのでガスは出続けます。
この状態での圧力、分布とガスの流れを図にすると次のようになります。

ここで流体の面白い特性が利用されていて、それがベルヌーイの法則によって圧力分布に変化が発生します。
ベルヌーイの定理は簡単に言えばある流れにおいて圧力と流速の二乗の半分を足し合わせた値は常に一定になります。
$ P+\frac{V^2}{2}=一定 (Pは圧力)$
つまりバレル内にガスが流れ続けているとそのガスの流速が大気の空気速度より速いのでガスの流路の圧力が下がります。
そうすると緑色の部品のピストンカップ側の圧力は大気圧とほぼ同じなので低圧になったフローバルブが圧力差によって動き始めます(本当はピストンカップにガスが漏れて大気圧より圧力が高い)。
この動き始めのタイミングを決めているのがフローバルブの形状とフローバルブスプリングの役割になります。
ここでもしフローバルブスプリングが強すぎるとフローバルブが動かなくてブローバックしません。
この時の状態を図にすると次の状態になります。

動き始めたフローバルブが最後まで動くと今まではブローバック側へのガスの蓋の役割をしてたのが解除され逆にバレル側へのガスの流れを止める蓋の役目に変わります。
実際にノズル内に組まれたフローバルブを後ろ側から見てみましょう。フローバルブを棒で押すと動きます。

この時の状態を図にすると次のようになります。

図のようにフローバルブが最後まで動くとブローバルブ、ピストンカップによって閉じた区間ができるのでパスカルの原理が作用し赤色部分はマガジン内のガスと同じ圧力になります。
今度はこの圧力がピストンカップに掛かり、圧力によって発生した力がピストンカップを始めとしたスライド一式を動かし始めます。
この時にスライドに発生する力は力=ガス圧P×ピストンカップ面積になりブローバックを強烈にするため各社が鎬を削ってピストンカップの大径化を目指しています。
東京マルイさんの最近のものやKSCさんのシステム7は直径15mmの円形ですが海外製ですと異形ピストンカップなどを使い少しでも面積を増加させる努力が伺えます。
これでわかるようにブローバックを強烈かつ安定化させるにはガス圧を上げるか、ピストンカップを大きくする以外に今のところ方法はありません。
特に日本ですと使えるガスがほとんど決まっているので基本的にピストンカップを大きする方向に進化しています(CO2は、ガス圧が上がる)。
実際の海外製のブローバック関連部品

もし皆さんがブローバックが鋭いものがお好みでしたらこのピストンカップが大きいものを選びましょう。
実際にはほとんどのエアガンがピストンカップ径を記載していませんがスライド後部のカタチを見て大きそうなモノを探してみるのも楽しいかもしれません(一般的にスライドの幅と高さが小さいと不利でCZ75みたいなのが典型的な難しいモノだけどKSCさんは頑張って入れている、だから壊れやすい)
ブローバックの後退の作動
話を戻してピストンカップに力が作用することによってスライドが次のように動きます。

ここでガス圧によってフローバルブはバレル方向に対しての蓋の役割をしたままピストンカップが圧力によって発生する力によって移動することによりピストンカップに付随するすべての部品、つまりスライド一式が移動します。
この時にノズルはフローバルブが受ける圧力によってピストンカップとは反対方向に力が働くのでノズルは移動しません(ノズルリターンスプリングが伸びる)。
アウターバレルもカム機構によって多少動きますが基本的にシャーシと繋がっているの大きく移動しません(ショートリコイルのギミック)。
それに伴ってスライドとアウターバレルの間にあるリコイルスプリングが縮みます。
次が最後の工程になります。
ブローバックの前進の作動
このままピストンカップごとスライドが移動していくとピストンカップの位置がノズルの後端からはみ出ます。またシャーシ側の機構によりここでマガジンからのガスの供給がストップします(メカニズムは次回に説明します)。
この時の状態を図にしてみます。

ここでスライド内のガス圧は、すべて抜けて大気圧状態になります。
実際のモノだとこの状態です。

ガス圧によって縮んだり伸びたりしたバネが元に戻ろうとします。
フローバルブは、フローバルブスプリングが伸びて元の位置に戻る。
ノズルは、ノズルリターンスプリングが縮むことによって元の位置に戻る。
スライドは、リコイルスプリングが伸びることによって前進し元の位置に戻る。
これでブローバックが完了して一連の動作が終わり最初の状態になります。

これがガスブロのスライドの動作の仕組みです。長モノも全く同じ原理でスライドではなくてボルトの部分にこの機構が入っていて作動しています。
まとめ
ここまででブロバック式エアソフトガンの作動の基本を説明しました。
メカニズムの作動の順番をまとめると








実際には各ステップが明確に分かれて作動しているのではなくて一部の作動がダブリながら同時に作動しています。しかも部品同士の隙間から弾が発射中にも関わらずフローバルブからガスが漏れてピストンカップ側に流れていき少し圧力が上がります。
そうすると弾がバレル内を通過中にも関わらずバレル内の圧力分布によってフローバルブが動き始めてピストンカップと圧力差が発生してバルブが切り替わってブローバックが弾がバレルから出る前に始まってしまうこともあります。
よって弾がバレル内にまだ存在しているのにも関わらずフローバルブが差圧によって動き始めます。

フローバルブが動いて穴がガス注入口を跨ぐとピストンカップへもガスが流れ圧力差がさらに大きくなりフローバルブが一気に動いて切り替わります。

これが弾が発射される前にブローバックが始まるメカニズムになります。
こういう時は少しフローバルブスプリングを強くすることにより切り替えタイミングを遅くして弾がバレルから出るまでガスを発射側に供給し続けると初速が上がります(必ず法律を守こと)。
逆に初速が高くて燃費が悪い場合はフローバルブスプリングを弱くすると発射側へのガス供給量が減って初速が下がり少しだけ燃費が上がります。
ちなみにフローバルブによって発射側のガスとブローバック側のガスルートがきっちり切り替わるのでフローバルブスプリングの強弱はブローバックに影響を与えません。
変化するのは初速と燃費になります。
それぞれ蓋の役割をする部品たちはスムーズな作動のために敢えてきっちりと気密が取っていないので(可動部品なので隙間が必要)ガスブローバックエンジン内の圧力分布はもっと複雑になります。
この辺の可動部品をきっちりと気密を取ると性能が上がるのですが、あまりにもタイトにすると逆に動きが渋くなることがあるので注意です。
機密の簡単な取り方としては少し大きめのサードパーティのピストンカップを使ってみるのが手っ取り早いです。
ブローバックの調整はリコイルスプリングに依るところが大きく、リコイルスプリングを強くすればブローバック抵抗が増えてスライドの後退スピードが遅くなったり燃費が悪くなる代わりにスライドの戻りは速くなります。
逆にリコイルスプリングを弱くしすぎるとスライドの戻りスピードがあまりにも遅くなり、下手したら途中で止まりますのでバランスに注意してください。
こんなところでスライド編を終わりにします。
次回はフレーム、シャーシ側のメカニズムを紹介します。

個人的なお勧めで私はエアソフト本体やパーツ関連の多くをアマゾンのプライム会員に入って購入しています。
意外と本体、パーツ共にラインナップが充実していて最安値では無いもののそこそこの低価格で安定的に購入できるので重宝しています(小物だと買いに行くのがめんどくさいので重宝)。
多くの商品が配送料無料、お急ぎ便無料になり速ければ次の日に到着します。さらに会員になると映画、アニメ、音楽、書籍なども多くの作品がフリーで見れます。
月間プランだと月600円からで年間プランだと年で5900円でかなりのお得で会員は対象商品購入(エアソフト関連も大抵、対象になっている)でポイントが還元されます。
まずは無料体験からお勧めします。
コメント