PTWバレルについて
PTWバレルはアウターバレルとセットでご注文下さい。
SYSTEMA / P.T.W.における命中精度追求の方法論
<P.T.W.バレル・アッセンブリーの構成部品のご紹介>
エァーガンも銃である以上、最も重要視される性能は「命中精度」です。
この命中精度という性能は、銃自体が主として屋外で使用されることから、いざ計測するとなると様々な外的要因から、客観的な計測を難しくします。
実銃に比較し射程距離の短いエァーガンは、屋内での計測が可能である分多少は精度が高くなりますが、今度は発射エネルギーが微細であるために、計測の結果を分析する際には、原因の追求を難しくします。
今回は、当社製P.T.W.のバレル・アッセンブリーの構成部品の製造法をご紹介すると同時に、当社の命中精度追求に関する方法論をあわせてご紹介したいと存じます。
具体的に、当社では様々な物理的な要因の中から、以下の点に留意して命中精度を追及しています。
1. 使用されるBB弾の精度
命中精度を語る上で、弾の精度は不可避な課題です。
当社製BB弾は、量産品として可能な限り「極小の固体偏差」を実現するように留意して製造されています。
一般的なBB弾は、主原料バリウムに通常約20%の樹脂成分を混入した混合材料を、インジェクション成型後、研磨工程を経てコーティング処理で仕上げられ出荷されます。
単体単価が低いために、非常に多くの成型量を必要とするため、成型用金型の消耗が大きく、その結果大きくなったパーティングラインを消去するために研磨時間を長くするあまり、外径寸法が極端に小さくなっている製品を市場では多く見かけます。
流体力学上は、空気中を飛翔する球形のBB弾は、投影面積が小さければ小さいほど、命中率向上には有利となるはずですが、実際は完全無風を確保することが不可能なため、むしろ外径が小さくなることによる重量の偏差の方が命中精度には大きく影響すると感じます。
当社では、安全確保の観点から、0.2g BB弾を標準弾として長く採用しています。
ゲームや訓練以外の目的でP.T.W.をご使用いただける場合には、0.25gのBB弾をぜひお試しください。
P.T.W.の真の実力をご堪能いただけます。
余談ではありますが、当社では以下の要領にて、銃本体の命中精度検査に使用するBB弾をあらかじめ検査していますのでご紹介します。
<BB弾検査方法>
�� 外径検査
全5発の任意の5点間を外径測定→測定単位 1／100mm
�� ゲート付近のバリ検査
全5発のゲート口付近の研磨仕上がり程度をルーペにて確認
�� 100発の重量測定
任意の100発の重量を測定→測定単位 1／100g
�� 全体の仕上がり
全5発の仕上がりを目視にて確認
2. バレル構成部品
銃本体の構成部品中、命中精度に最も大きな影響があるのが、銃身(バレル)です。
エァーガンの世界では、BB弾と直接接触するインナーバレルのみが、命中精度に関係すると考えられているようです。
しかし当社は、さらにアウターバレル、チャンバーを含む包括的なアッセンブリーとして命中精度に対する影響を科学します。
その具体例の一つが、バレル・アッセンブリー全体の「制震性」です。
P.T.W.においては、ピストンの打撃力により振動している状態のインナーバレルを通過する第二弾以降のBB弾は、命中精度に少なからぬ影響を受けるものと推測し、通常別体のインナー、アウターそれぞれのバレルをできる限り広い面で接触させることにより、全体の重量により制震する構造をとっています。
この構造により、特にフルオート射撃時の命中精度の向上を実現しています。
また、この特殊構造を実現するために、以下に掲げる構成部品には様々な工夫と、高い工作精度を用いています。
a) アウターバレル
外径φ32、内径φ10、片肉11mmの肉厚油圧鋼管を押し出し成型した加工材料を、NC旋盤にて加工しています。
NC旋盤加工時には、押し出し成型鋼管にありがちな外径と内径の中心点のずれを補正するため、両センター支持加工で仕上げていることも特筆すべき点です。
通常の旋盤加工は、被削材料の外径を掴み加工をします。
しかし、この加工法では材料固有の、内外径の中心のずれは補正されません。
したがって、インナーバレルをアウターバレルに挿入しますと、インナーバレルは挿入可能であっても、外径に倣って加工されたチャンバー部分は材料の中心のずれが原因で、最悪入らない状況もあるのです。
何よりも、銃の基本寸法である銃身線がバレルの部分でずれているわけですから、命中精度を期待できないことは容易に想像できます。
一方、両センター加工はこれとは逆に、内径を加工原点として支持することで加工を行いますので、上記の問題は一切起こりえないのです。
さらに、当社のアウターバレルは、一度材料を機械にセットしますと、すべての加工を終えた状態、つまり完全なバレルの状態で取り出されます。
従いまして、二次加工、三次加工による材料セット時のずれがおきませんので、非常に優れた寸法精度維持を実現しています。
b) インナーバレル
押し出し成型により製造されるアウターバレル材料に対し、インナーバレルの材料は、より寸法精度の高い引き抜き製法により生産されます。
前述のように、バレル関係の構成部品には、一定の重量を要求する当社では、当初φ12mmの材料によりインナーバレルを設計いたしました。
しかし、より肉厚となった材料は、内径寸法の維持管理が難しく、従来のφ10mmに変更した経緯があります。
マルイ用カスタムバレルの製造の長い経験から、当社はインナーバレルに求められる特性として、伸直性を最重要課題としてまいりましたので、P.T.W.用バレル材料としては精度維持になんら苦労はございませんでした。
加工材料の保管方法は厳重を極め、決して立てかけるなどの愚を行わないことや、めっきなどの熱処理を避けることなども従来どおりです。
異なる点はただ一つ、アウターバレルの内径にあわせ、一本一本のバレルをセンターレス研磨仕上げにて勘合寸法を調整することです。
厳重な寸法管理を行っても、アウターバレルの材料の寸法は精度維持が難しく、インナーバレルの外径寸法を0.05mmピッチで基本は4種類、多い時には6種類の中から選択し組み立てています。
このような理由から、お客様それぞれの本体に組み込まれたインナー・アウターバレルは固有のセットとなり、それぞれ片方の交換は不可能となっているのです。
お客様がインナーバレルの交換をご希望いただいても、当社は、すべてアウターバレルとのセットにて出荷させていただく理由か゛ここにあります。
当社の命中精度実現のための概念や、実現ための方法論をご理解いただければ幸いです。
c) チャンバー構造
ノズルにより装填され、発射までの極僅かな時間、BB弾を正確に一定位置に保持する役目を担うチャンバー(特にチャンバーパッキン)も命中精度には大きな影響を及ぼす部品です。
当社独自の「ダイレクト・プル・ローディング・システム」は、たとえ給弾不良が起こっても、メインスプリングにより前身するピストンヘッドに押されたノズルにより、最終的には、強制的に給弾が行われますので、ギアトラブルはおきにくい構造である利点がある一方、BB弾をはじくようにチャンバー内に装填しますので、発射直前のBB弾の位置を一定に保つことは難しい欠点もあります。
この欠点を補うため、チャンバーパッキンのみならず、HOPパッキンをも積極的に利用する独自の構造(後述)を採用しています。
3. HOP構造について
a) HOP弾道
BB弾に回転を与えることで飛翔中に揚力を生ませるHOP理論は、現在ではとても一般的な技術です。
しかし、本来放物線を描くはずの弾道が、浮き上がりつつ前進する様は、ゲームで利用する際、ある程度の命中精度を犠牲にしても、単純に射距離を伸ばしたい場合など絶対的な飛距離を有利と考える状況においてのみ有効であり、弾道を制御することに慣れるためには多くの時間を必要とします。
また、回転方向を維持するため射撃の際には銃を正対させなければいけないことや、下向き射撃には相当の修正射撃が必要なことなどの操作上の制限は、訓練の際に大きな障害となりえます。
b) 当社のHOPの考えかた
0.2gの重量のBB弾を使用ことで、確実な安全を確保しなければならない状況において、当社の必要とする射程距離は最大30m以内であり、その際の命中精度こそ追及すべき課題なのです。
ですから、当社では優れた可変構造により様々な状況に対する対応力を優先するのではなく、射出圧力を高めた際に自然発生する、BB弾の下向き回転を「補正する」ための構造としてHOPを位置付けています。
従いまして、P.T.W.に備わっているHOP調整用のスクリューは、飛距離の調整やBB弾重量の変化に対応するものではなく、BB弾の生産ロットの違いによる外径寸法の僅かな差や、組み立て後の微調整のために備わっているのです。
4. シリンダーユニットに求められる性能
a) パワーと弾道
現在主流の重量弾よりも20%軽量な0.2g / BBは、高い命中精度を得ることはできないのでしょうか?
当社が出した結論は、「長い射程距離と命中精度はパワーで出す」ことでした。
このように書きますと、危険思想のように聞こえますが、現実は大きく異なるのです。
もちろん初速を計測する時のような、極端に短い距離では計測結果から算出されたエネルギー値は間違いのない事実であり、高い初速は大いに危険です。
しかし、10m〜20mの射距離を経た後の、いわゆる終速を測定すると、軽量なBB弾は、発射時のエネルギーを蓄える効率(エネルギー残存率)が悪いため、かなり低い結果となります。
それに対し、重量弾はこの逆の結果で、つまりは目標までの距離が長くなってもパワーロスの少ない、危険な弾であることがわかります。
しかし一方、同じ理由で軽量弾は、前進するためのエネルギーが不足し始めると、とたんに命中精度に影響が出てしまうのです。
つまり、命中精度を維持しつつ長い射程を獲得するためには、この前進エネルギーが不足するまでの直進距離を長くすることが必要になります。
当社が、難易度の高い作業を承知の上で、あくまでも軽量弾の使用とパワーの有る銃の開発にこだわる理由がここにあります。
P.T.W.はあくまでも訓練用の銃器ですから、訓練の状況にあわせ必要な射程距離は、事前にわかる状況においてだけ使用されます。
ですから、最適なパワーを持ったシリンダーユニットをセットし準備することが可能なのです。
このような状況に対する対応力のために、テイクダウンによる瞬時のシリンダー交換が実現されており、この構造により初めて高い安全性も確保できるのです。
b) 初速の安定化
命中精度悪いということは、着弾点が狙点に対し上下方向および左右方向にずれて刻まれることを意味します。
ベンチレスト射撃のように、射手の技量をある程度無視できる状況においては、左右方向のずれは前述のようにバレルの取り付け方法やバレルの工作精度そのものに原因がある場合が多いものです。
それに対し、上下方向のずれは、BB弾を撃ち出す力の偏差が原因であると考えます。
つまり、初速の安定した銃は、高い命中精度を実現すると換言できます。
SYSTEMAパーツ開発の様々な経験のすべては、P.T.W.のシリンダーユニットに息づいています。
リードバルブ式ピストンヘッド、圧縮用メインOリングとシリンダー内径の勘合寸法の管理、様々な潤滑のノウハウなど快挙に暇が在りません。
シリンダーユニットの交換が可能な構造という不利な条件であっても、P.T.W.はそれぞれの規定された初速に対し±2m / secという優れた初速の安定性を実現しています。
BB弾の飛距離による着弾点の偏差は、射手側からは掴みにくいものです。
しかし、命中精度にはとても大きな影響を及ぼすのです。
以上、長く当社における高い命中精度を実現するための概念と、実際の方法論をご紹介いたしました。
このように、目的を明確に把握し、実現するための方法論を考案し、具体的な作図・試作生産そして検査、検査結果の検証と分析という一連の作業は、開発行為における常識です。
当社は、実際の使用時における、具体的な効果の有無が商品力のすべてである、カスタムパーツの開発に端を発して今日にいたっています。
数多くのパーツ開発の過程で得られた、知識と経験のすべてで、P.T.W.は生み出されています。
SYSTEMA / P.T.W.を末永くご愛用いただきますよう心よりお願い申し上げます。
SYSTEMA Co.
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Please purchase a barrel as a set with an outer barrel
SYSTEMA’s methodology in our pursuit of precision for our P.T.W.
(An introduction to a component of our P.T.W. barrel assembly)
As an airgun is similar in design as a real firearm, one of the most important factors in performance is accuracy. When used outdoors, this performance of “precision” is greatly affected by various factors making it very difficult to measure in detail. As opposed to a real firearm due to the short range of an airgun it is possible to obtain measurements by testing indoors and thus make minute adjustments; on the other hand due to the relatively low discharge energy it becomes more difficult to pinpoint the problem.
At this time we would like to introduce our new P.T.W. Barrel Assembly as well as explain our methodology in our pursuit in improving accuracy (precision).
In particular, we looked into many physical factors to improve performance and in our research we wanted to focus on accuracy.
1. The precision of the BB when used.
When discussing this topic, focusing on the dynamics of the BB is unavoidable. Although our BB’s are mass produced we are able to maintain very strict control, therefore we can say that there is only a minor deviation to our BB production. In standard production BB’s the primary ingredient of Barium is coated with 20% resin through injection molding; is then reduced through an abrasion and polishing process, which is then packaged and shipped out. Due to the mass production of this cheap process with simple materials it requires mass quantities of molds; these molds in turn create parting lines which require an extensive abrasion process to remove hence we see many of our competitor’s BB’s where the outer diameter is smaller than they claim.
In the principle of hydrodynamics it is said that it is more favorable to have a smaller spherical plane for better performance, however as it is not possible to completely maintain an airtight seal prior to discharge we feel that the weight of the BB from the portion of the abrasion process becomes more important in affecting performance. For a very long time we have used the .2gram BB as the foundation of measurement from a safety standpoint. Other than for the purposes of Game Skirmishes or for training we recommend the use of 0.25gram BB’s. The true performance of the P.T.W. can be experienced with this weighted BB. Although we digress, when we test the accuracy of our P.T.W. we also test our BB’s as we would like to explain below.
Method of inspection of the BB’s
�� Testing the Outer Diameter
Of 5 rounds each must not deviate beyond 1/100mm
�� Inspection of the entry point of the gate
Out of the 5 rounds tested inspect all five resin pour entry points from the gate paying attention to the abrasion process using a magnifying loupe.
�� Measuring the weights of a 100 rounds
Measuring the weight of 100 rounds with no more than a discrepancy of 1/100gram.
�� Overall Finish
Confirming the overall finish of the test 5 rounds.
2. The Barrel Component
Of all of the components that make up a rifle the barrel has the greatest influence in accuracy. In the world of Airguns it seems to be believed that the inner barrel (which directly contacts the BB) is the only thing that influences accuracy. However we like to believe scientifically that it is the comprehensive integration of the Outer Barrel and the Chamber (which makes up the assembly) that influences accuracy. One example would be the vibration condition of the barrel assembly. For the P.T.W. the vibration that emanates as the Piston cycles causes the inner barrel to vibrate while the second (and subsequent) BB’s traverse, we suppose that has some influence in affecting precision; with the gap between the inner and outer barrels are minimized increases the surface contact we theorize that the vibration in the inner barrel is decreased hence increasing precision. In doing so, will improve precision especially in regards to full auto fire. In addition, in order to realize this special setup and to create these components require a tremendous level of technical expertise and inventiveness.
a) Outer Barrel
The Outer Barrel is processed out of a single steel tube pushed out through oil and cut using a CNC Lathe to a dimension of 32mm O.D. 10mm I.D., with 11mm of meat in between. Most notably in the process of pushing out the molded steel tubes it is common to see variances in Inner and Outer Diameters therefore it is important to process both sides evenly using the NC (numeric control) Lathe. In a normal lathe process excess material from the outer portion is shaved away. However with this method the variance of the central portion of the inner and outer diameters are not dealt with. Therefore, even if the inner barrel can be inserted into the outer barrel due to minute differences in the central part of the chamber (in a worst case scenario) would not allow the inner barrel through completely. It would be safe to assume that with the differences in the basic dimensions of the barrel that one could not expect to hit with precision. On the other hand, processing with both central portions as the origin; minute differences would not occur thus alleviating that problem. Furthermore, the design of our outer barrel processing system allows us to always receive a perfectly finished barrel once it is completed through this automated process. Therefore, in the second as well as during the third stage installation process one will not encounter any gaps; one can consistently experience the precise and superior dimensions of the barrel even when undergoing maintenance.
b) Inner Barrel
As opposed to the push through method in creating our outer barrels, our inner barrel manufacturing requires an extraction method which we require a higher degree of precision. As stated earlier the components used in our barrels must meet a specified weight to every 12mm of inner barrel of material. However, as the process required more material maintaining the inner dimensions we changed the specified weight to every 10mm of material. We used our experience from our design of our custom Marui inner barrels in production of our P.T.W. barrel; hence it was significantly easy to develop. As in our previous experience, we avoid application of heat treatments nor do we apply any plating; we also take extreme measure to ensure a thorough processing and safekeeping of our materials. The only difference between our production of the Marui custom barrels and for our P.T.W. inner barrels would be for each P.T.W. barrel we process they must be customized to each outer barrel therefore each and every barrel is custom adjusted using our center less abrasion and polishing process for a perfect fit. Regardless of strict measurements due to the materials used in the outer barrel it is often difficult to maintain a set measurement therefore when putting together the outer and inner barrels we must use between 4 to 6 different barrels of varying pitches each with a pitch tolerance of no more than 0.05mm. It is due to this reason that the inner and outer barrels are sold as one set; it is not possible to simply change out an inner barrel without any complications. Even if our customers simply wish to exchange the inner barrel we cannot do so as it is because of this reason that we ship out the barrels as one complete set (and not the inner barrel exclusively). We appreciate your understanding in our methodology for our pursuit of precision.
c) The structure of the Chamber
As the nozzle loads the BB during the short period of time awaiting the propulsion of the round the Chamber (in particular the Chamber Packing) has a great influence in governing accuracy. With our unique “Direct Loading System” even during an improper discharge the recoil from the main spring pushes the piston head through thus moving the nozzle which in turn makes it very difficult to damage the main gears (which is a strong point); however if this occurs it is difficult for the BB to remain in the standby position in the chamber packing (which is one of our weak points). In order to make up for that weak point, not only is the chamber packing but the hop packing requires extensive enhancements that are exclusively our design.
3. The structure of the HOP
a) HOP Trajectory
By introducing spin to the BB it adds lift to the round during flight which is considered a very general concept at this time. However during a game what should occur with the round is a parabolic orbit as the round spins and lifts; some accuracy is sacrificed in exchange for that slight bit more distance; simple desire to get maximum range in this context would require significant amount of time to perfect.
In addition, to maintain the direction of spin the correct position of the rifle would be required; firing the rifle in a downward angle would require significant training and may be one of the main obstacles that needs facing.
b) Our thought into the creation of our HOP
By using the 0.2gram BB we are able to test for accuracy with the maximum trajectory range of 30meters while maintaining a safe environment. Therefore, instead of focusing our attention on developing a reinforcement based on various situations we wish to focus on the Hop portion when the BB builds pressure and the downward spin upon discharge. The purpose of our P.T.W. HOP adjustment screw was not developed to control BB flight trajectory nor to adjust for the variances in BB weight; but it was designed to be able to allow for the differences in the BB production lots and able to make fine adjustments to allow for slight differences in the outer diameter.
4. Performance found in the Cylinder Unit
a) Power and Trajectory
Have you experienced difficulties in getting accuracy out of the 0.2g BB which is 20% lighter and considered the mainstream round? We concluded that accuracy and maximum trajectory can be achieved through power. Although it may appear to sound like a dangerous notion, it is quite a different reality. Of course when measuring muzzle velocity, it goes without saying that within a short distance the energy generated from powerful muzzle velocity can be very dangerous. However as the round surpass the distance between 10~20meters the discharged energy stemming from the use of lightweight BB’s is overall poor. In contrast, with the use of heavier weighted BB’s the loss of power as it traverses through the air is minimal, thus is considered a more dangerous round. On the other hand, with the same concept for a lightweight BB as the energy (that pushes forward) begins to weaken accuracy is affected. In other words, it is important to maintain the forward momentum energy while lengthening the distance to target. This is the reason why we insist upon the study and development of ways to maintain power with the use lightweight BB’s. The P.T.W. has been developed primarily as a training tool therefore the distance to target is adjusted according to the training situation. This is the reason why the cylinder unit is adjustable to suit the trainer’s needs. In order to deal with this specific need; easy take down and simple switching out of the cylinder unit is possible resulting in a revolutionary and safe design.
b) Stabilization of the muzzle velocity
Poor precision can be attributed to deviations between the vertical and horizontal tick marks from the sights to the target’s actual impact point. When firing from a bench rest the skills of the shooter is in less of a demand (as opposed to non-bench rest shooting), at which point any horizontal deviations (left or right) may be attributed to either poor workmanship in installation of the barrel or poor barrel craftsmanship. In contrast, any vertical deviations (up and down) from bench rest firing in our opinion could be attributed to the power of the BB discharge. In other words, a rifle with a steady muzzle velocity would yield a high probability of accuracy. The culmination of all of our experience lives in our P.T.W. Cylinder Unit. Everything from the lead valve, piston head, compression main O-ring, as well as the internal workings of the cylinder and even to the know how of the proper lubrication; has seen splendid achievements upon development in each area. Even with the disadvantageous notion of a removable cylinder unit we are able to maintain a safe muzzle velocity record of ±2m / sec. is hard to determine the impact point deviation from the perspective of the shooter. However when it comes to accuracy it has a very big influence.
In conclusion, we chronicled our pursuit of precision and our methodology that lead to our culmination of our research and development. We feel that it is common sense in our procedure of development; because in this way we are able to understand our purpose and to achieve our goals we think of our methodology, come up with detailed plans, make prototypes, inspect and analyze our prototypes that way we can achieve our goals. When we first started out we focused on what would be considered the true test for any manufacturer (custom upgrade parts) and we are able to continue to this day. All of our knowledge and experience in development of custom upgrade parts gave birth to our P.T.W.
We thank you for your continued support of our SYSTEMA / P.T.W.
SYSTEMA Co.