Mk.20

Code-Name : Exhaust Pilebunker

杭加速と圧縮空気排気。

一つ一つは単なるだが、2つ合わさればとなる。

炎となったエグゾーストパイルバンカーは無敵だ!!

2021年夏、突如として発令された「スイカ割り工作コンテスト」

どうやら、スイカを割る機械をつくればいいらしい…


昨年の水鉄砲自作コンテストではエグゾーストキャノンのメカは封印したが、今回ばかりはそうもいっていられない。

開発コードネームは「エグゾーストパイルバンカー」8年間の構想を経て、ついにあのガジェットを開発する時が来た。

■開発コンセプト

その後、3DCADを用いた詳細設計をへて、ついに成立性のある設計が確立しました。スイカ割り工作コンテストに挑むにあたり、巴波重工のコンセプトは「一撃で、確実に、鮮やかに」。一撃必殺の決戦機械で、パワフルながらしっかり割れてしっかり食べられる。そんな機械を開発する。

ではどんな機構で行くか。実はアイデア自体はすでに何年も寝かせておいたものがある。


そのコードネームはエグゾーストパイルバンカー」

全人類の至近距離専用一撃必殺兵器「パイルバンカー」の駆動機構としてエグゾーストキャノンを適用。圧縮空気の力で強力に杭をドライブするとともに、余剰の圧縮空気を杭先端から排気する。

2013年頃より耐ゾンビ兵器として銃弾が利かない対象用に検討を進めていた本装置だが、機構面での課題があり実現はしなかった


しかし、今は違う。


自分には今までのエグゾーストキャノン開発で確立した新たな機構アイデアや、転職で手に入れた新たな設計テクや機械部品のレパートリーがある。これらを集結させ、今再びエグゾーストパイルバンカーを構想した時、一つの実現可能な機構が見えてきた。これならいける!!


強力な杭のインパクトでスイカに亀裂を導入し、さらに杭から放たれる圧縮空気で内部からスプリット。完成すれば一撃で、確実に、そして鮮やかに、スイカを割ることができるはず!!

巴波重工 | UZUMA HEAVY INDUSTRIESとして第20機目のエグゾーストキャノンMk.20又の名をエグゾーストパイルバンカー。

7年ぶりのフルメタルキャノン開発がついに始動する。

■設計

今回のアクションを整理すると次のとおり。

①圧縮空気充填

②発射トリガー

③圧縮空気がパイルに急速供給され加速開始

④加速された杭が終端に到達、急停止

⑤杭の先端から余剰の圧縮空気が排気


①②③までのアクションは二重筒式のエグゾーストキャノンそのもの。一方従来にないアクションである④⑤をいかに再現するかが機械設計のポイントとなる。

ということでまずは紙ベースで機構を検討。

その後、Fusion360を用いて3D詳細設計。ちなみに今回始めてスケッチベースのトップダウン設計を取り入れている。

以上の検討を経て、成立するメカが確立した。

エグゾーストパイルバンカーの構造図は上記の通り。装置は主として次の部品から構成される

・ラジアルインテークバルブ(以下RIV)

パイルのスイッチングを担当。外部エアで制御され、ONになるとエアチャンバ内の圧縮空気をパイルユニットへ高速で供給する高速大容量バルブ。

・パイルユニット

シリンダーとピストンそしてパイルからなるメインユニット。余剰圧縮エアの排気を行うため、パイル内部は空洞となっている。

・シールブッシュ

パイルのセンタリング、摺動保持、シーリング、ダストシール、そしてパイルユニットとエアチャンバの固定を担う重要部品。

・インパクタ

対象部と相対する衝突体。パイルと同じく中空であり、周方向に排気口を有する。このインパクタを介して圧縮エアが開放される。

・エアチャンバ

圧縮空気の保持を担う。

では実際のアクションを見ていこう。

1.圧縮空気導入

エアチャンバおよびラジアルインテークバルブ(以下RIV)に外部から圧縮空気を供給する。ここで黄色い矢印が圧縮空気の流れ、赤の矢印が圧縮空気によって生じる荷重の向きを表している。

圧縮空気が導入された段階では、すべてのピストン、パイルはこの位置で固定され、動き出すことはない。

2.RIVバックチャンバー減圧

装置の発射トリガーとしてRIVユニットのバックチャンバーを急減圧する。これによってRIVピストンには右向きの荷重が発生し、急速に右へ加速を始める。

3.RIV全開→パイル加速開始

やがてRIVのピストンは右端に到達し、これによってエアチャンバの圧縮空気はRIVユニットを介して急速にパイルユニットへ流れ込む。

こうしてパイルには瞬間的に左向きの荷重が発生。加速を開始する。

4.パイル加速

RIVを介した圧縮空気の流入により、猛烈な加速を受けながらパイルが左へと飛び出す。

5.パイル停止&圧縮空気排気

パイルが左端に到達すると、パイルおよびパイルシリンダー双方に設けたポートが接続。チャンバー内部の余剰圧縮空気がパイル内部、インパクタを通って瞬間的に大気へ開放される。ここでパイルはシリンダー左端の圧縮空気をさらに圧縮し、これがエアクッションとして作用することで、衝突することなく停止する。

以上がエグゾーストパイルバンカーの動作原理である。RIVユニットの減圧をトリガーに、すべてのアクションがシーケンシャルに展開。杭加速と圧縮空気排気が同時に展開するいまだかつて無い設計となっている。

そして地味に最重要項目なのが5の停止アクション。エアクッション機構無しで高速のパイルを受け止めた場合、間違いなく装置は自壊してしまう。実際、過去に製作したエグゾーストキャノンにおいても、メインピストン停止時の衝撃で部品が降伏、変形する事例は少なくない。今回はパイルに速度を与えるのが主目的であり、その運動エネルギーは従来機と比較して圧倒的に大きく、何らかの対策は必須であった。

今回設計した機構はエアシリンダーのエアクッションとほぼ同様であるが、大きく異なるのが蓄積された圧縮空気を更にピストンで圧縮する点である。通常のエアクッションは大気圧の空気を圧縮して反力を得るが、今回のような大エネルギーのパイルを停止させるためには必要な停止長が大きくなりすぎる。これを圧縮空気とすることで反力を飛躍的に高めることができ、装置のコンパクト化が可能となっている。

エアクッション部の設計にあたっては、パイルが獲得した運動エネルギーがすべてクッション部気体の断熱圧縮に使用されるとして、その際の気体の体積変化から停止長を求めている。

■製作

いよいよ製作である。旋盤、フライス盤、ボール盤、溶接機、はたまた3Dプリンターと、使えるツールは全部使って気合でやっていく。