ヘリカルサーバーの薦め

3Dプリンタおもちゃ(ビーダマン)薦めシリーズ
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ビーダマンをやっている人ならば一度は夢見るのが「詰まらずに連射しまくれるサーバー(マガジン)」

運悪く詰まったら致命的なガチで競技する人達はもちろん、ただ単に遊ぶ立場からしてもストレスフリーで連射できると爽快感があるし、きれいに流れるビー玉は見ているだけで楽しい

そんな夢に限りなく近づくため、最強といっても過言じゃないサーバー「ヘリカルサーバー」をガチで研究してみました。

背景

ビーダマン用のペットボトルサーバーとしては、オランジーナマガジンが詰まりにくくて非常に優秀なため主流だった。ある種の「シンデレラフィット」

とはいえ、ジャムるときはジャムるし、細かい問題点がないわけでは無い。

1発目がなかなか装填されない例

さらに、以前は発射の振動で攪拌できていたけれど、改造/自作機が発射のブレや衝撃を減らす方向に進化した結果、オランジーナサーバーではジャムってしまう場面が増加した

そんなわけで理想のサーバーを自作する人も現れだした。

電動サーバーを研究する人もいたけれど、電動は管理やメンテナンスが面倒だし何よりも重い1
それに加えて、そのころ2仙川会・川崎会のレギュレーション3で電動が禁止になった4事もあり非電動の高性能のサーバーが求められるようになったことが開発の背景。

ヘリカルサーバーの仕組み

これがヘリカルサーバーだ!

ヘリカルサーバーの仕組み自体はとっても単純
サーバーらしく径の広い投入口に投げ入れたビー玉が自動的に外周レール部分に沿って整列してくれる

あらかじめ整列されたビー玉が本体に流し込まれるので、詰まらずに連射できるというカラクリ。

さらに大量にビー玉を入れても、外周レール部分のビー玉が減ると、上に積まれたビー玉が自動的に崩れて5次から次へと整列してくれる。
これにより、ビー玉を50発以上適当に投げ入れるだけでも安定して連射できる

ガトリングコアによる連射もこの通り。

動画で見るとわかりやすいけど、今回開発したヘリカルサーバーはヘリカル下側と上側の段の部分に仕切りの壁がない
これにより2段目以上にある球は詰まることなく2週目に流れていく。ちょっとした発明。
通称「仕切り無しヘリカル」

中央引き込み式

外周にヘリカルの出口を設ける構造の方が設計が楽6だけど、中央に引き込んで、ヘリカルの中心部分から本体にビー玉が送られる構造の方が重心バランスが良くなるし、空間が少し広く使えるためビー玉の貯蔵量がわずかに増えるので、今回は中央引き込み式を採用した。

ヘリカルの中心に重心が来るので安定性が良い。

ビー玉を外周から中央へ持ってくるための部分は、ハクジョウさんが開発したダブルカラムマガジン7の仕組みを応用した形状を参考にさせていただいた。

分割式

これは好みの話になるけど、自分はヘリカルサーバーを「サーバー本体」「延長パーツ」に分割している。

延長パーツを付ける向きを替えることで、実戦用に貯蔵量を増やしたモードと、運搬用のコンパクトな収納モードに切り替えが可能。
特に収納モードが地味に便利だったりする。

電動との違い

可動部品が一切ないこともヘリカルサーバーの魅力の一つ。
過去に同じく連射を目的として電動の補助システムを作ったことがある。

正直、一見だとヘリカルサーバーは地味
見た目だけなら電動の一発ネタの方がウケは良い

だけど、信頼性に関してはヘリカルサーバーが別格
電池が弱ったり、詰まって壊れるということが絶対に起こらない。
運搬時にコンパクトで軽量だし、何も考えずに使えるのが最大の魅力。

設計のヒント~ココが大変ヘリカルサーバー~

上記の通り仕組み自体は簡単だけど、

正直書くと、最適なヘリカルサーバー目指して調整する難易度は非常に高い

直径ピッチ内側への傾斜中央への補給口の形と要素が多いうえに、これらをわずかに変えるだけでヘリカルの性能は(詰まりにくさ)大きく変わってしまう。
調整を誤ると、逆にやたらと詰まる地雷サーバーなんてものも簡単に出来てしまう8
そのため、『もっと最適な設計があるのではないか』『ここの角度を0.5度変えればジャムらなくなるのではないか』とった疑心暗鬼が際限無く生まれてくる
逆に、『引っかかる部分を削っていけばいいだろ』と軽い気持ちでヘリカルサーバーに挑戦してみると、削ったら削ったでまた別の部分が引っかかる賽の河原
原因は不明だけど、ビー玉同士が絶妙なバランスで橋を作り、空中等変なところで詰まることも多々ある。9

そのため一部からは「ヘリカル沼」と呼ばれ恐れられている。

そんなヘリカル沼に挑もうとする勇敢なチャレンジャーに向けて現時点での成果を公開してみる。

最適な直径

まず前提として、直径が大きい方が大量のビー玉を入れられるし投入もしやすい
ただ、大きすぎても取り回しが悪くなってしまうし、持ち運びが大変。

さらに円形のサーバーでは設計によっては運悪く外周上にビー玉がピッタリハマってしまうという最悪なケースも起こりうる

ハマってしまい詰まった例

17mmの球がハマってしまう直径は算出できるので、それより少し大きめの直径に調整するのがコツ。実際はビー玉の誤差の影響もあるので、理論値を元に試行錯誤必須だけど、ヘリカル設計の中では簡単なところ。

今回のヘリカルサーバーでは計算と実験の末に1週あたり11球直径76.8mm10に決めた

ヘリカルのピッチ・2段目送り機構

ヘリカル部分の終わりが特に詰まりやすいなら、あふれた球を2週目に送ってしまえという発想で生まれた「仕切り無しヘリカル」
決め手はうまく高さ(ピッチ)を調整すること

ビー玉の径と同じくらいに調整するのがコツ。
具体的には段の高さが15~17mmくらいになるように調整。

ただし、ここは0.1mm変えるだけでも性能が変わる

  • ピッチを高くした方が、中央へ送り込りこむ性能が高い
  • ピッチが低い方が、全体を回す力が強く、少量のビー玉を入れた時詰まりにくい11

という傾向がある。
どっちで調整するかは好みがわかれるところ。

内側への傾斜

「中央引き込み式」にするなら意識しないといけない部分。

傾向として角度を急にした方が中央へ引き込む力が上がる
角度が浅い方が回す力が強い

傾斜が1度でも機能することはするけど、最低でも5度以上はあった方が良さげ
注意点としては、傾斜を急にすればするほどヘリカル全体が高くなってしまう。
全体の重心や取り回し的意味でも程よい角度を見つける必要がある。

目安としては5~17度の間くらいに収まるはず

中央への送り込み

「中央引き込み式」における重要要素。それが中央へ取り込むための補給口の形
ヘリカルサーバーにおいて一番詰まりやすい部分。いかにビー玉を中央に引き込めるかが重要。

主な要素は「中央へのカーブ」「カーブの内側」「捕球口の高さ」「捕球口の幅」の4つ。

中央へのカーブ

外側のカーブは中央へ転がるビー玉が壁としてガイドにする部分。
ついでにヘリカルの段差部分の形。なので滑らかなカーブで構成。
実験結果からサイクロイド曲線12が安定

カーブの内側

現在は徐々に幅を狭くしていく調整がやりやすい直線にするのが主流。

捕球口の高さと幅

捕球口の高さと幅もかなり大事。
狭すぎるとうまく引き込まれずに引っかかるし、大きすぎても別の球が引っかかってしまう

傾斜やピッチによってベストなサイズは変わってくるけど、高さは1822mm程度、幅は25~32mm程度になると思われる。

これらの要素をうまく合わせてダブルカラムマガジンのように詰まりなく引き込める形状を組み立てる
力押しになるけど、計算で導くのは困難なので実機を作って試行錯誤するしかない

杯とヘリカルの分割

研究のためにヘリカルは複数作ることになるし、
競技台の角度によっては螺旋の向きを変えたい場合もあるので、ヘリカルと杯(外枠)は分割式にしておいた方が何かと便利

分割のおかげで外周を並品質ヘリカル部分を最高品質と分けて印刷出来るので、少し印刷時間の軽減ができる

最終的に形状が決まったら、覚悟を決めて13一体成形で印刷すると少し軽く出来る。
といっても、そもそも大量に入れたビー玉が重いし、ペットボトルジョイントでしっかりと固定出来るから、そこまでシビアに軽さを追求する意味はないかも。

滑らかな印刷必須

3Dプリンター印刷物の表面の段差によってビー玉が引っかかることもあるため、表面はなるべく滑らかにした方が良い
特にビー玉が通る螺旋部分の表面は滑らかな方が性能が明らかに上がる。

そのため、ヘリカル部分を印刷する当然3Dプリンタの印刷設定は最高設定必須。だから印刷に時間がかかる。

螺旋の方向

使用者の癖(右手で補充するか左手で補充するか14)に合わせて螺旋の向きを選べる。
水平でない、急斜面なフィールドでバトルする場合15ヘリカルの向きによってはうまく流れない事態も起こりうるので地味に重要な要素。

また、地球の自転による「コリオリの力(wikipedia)」の影響で、北半球で使うなら左回りの方が良いという説もある16
といっても、地球規模の話になるのでロマンはある考え方だけど、現実的にはヘリカルサーバーだと規模が小さすぎて、ほとんど影響は無いと考えられている。

ヘリカルサーバーの歴史

せっかくなので、先人たち設計で競い合ったライバルたちへの敬意をこめて、ヘリカルサーバーの歴史について触れておく。

むかしむかし

実戦向けヘリカルサーバーの元祖としてはスーパービーダマン現役時代PIの「ヘリカルマガジン」をサーバーにする改造が存在していた模様。(遅くても2001/10/21には存在)

しかしながら、これは今回のヘリカルサーバとは直接の関係はない。(この改造が存在していたことを後から教えていただいた。)

編心サーバーの開発

いっせいさんがつまり防止のために偏心させたアシンサーバーを開発。

ここで偏心サーバーの実例を公開してくださったことが、すべての始まりといっても過言じゃない。

ヘリカルサーバー始動

2021/7/24に行われた第1回仙川会

2021/7/24 ビーダマン大会@仙川ドリム参加レポ
前回の更新からかなり間が空いてしまったけど、久々の更新単純に忙しいのと開発・工作に重点を置いていたため。。 2021/7/24(土)、仙川のドリムさんで行われた ヨッシーさん(@yamazin_4wd)主催のビーダマン大会に参加してきま...

その際にハクジョウさんが「電動禁止」のレギュに対応するために、「アシンサーバーを円形状に配置する事」をコンセプトした初代ヘリカルサーバーを持ち込み、大会17で猛威を振るった。

仕切り無しヘリカル

そんなヘリカルサーバーを見せられたので、自分もコンセプトを真似して作ってみた
ただ、同じものを作ってもつまらないという逆張りで、ヘリカルの上段と下段の仕切りを無くす方向で設計。
結果的に2021年の夏休みをほぼすべてつぎ込み18、うまく高さ(ピッチ)を調整することで、あふれた球を2週目に送る機構を開発出来た。

2021/8/15 川崎会

2021/8/15 川崎会にて各自が開発したヘリカルサーバーを持ち寄り、どの方式がいいか本気で議論。
誰が読んだか「ヘリカル学会」

そんなヘリカル学会の興奮も冷めやらぬ、当日夜のオンライン2次会中に傾きを内傾きにしたヘリカル19を設計
ついでに杯と内側ヘリカルの分割構造を導入

現在のヘリカルサーバーの形状がひとまずまとまった。

群雄割拠

それからしばらくの間は、いろいろな人がヘリカルサーバーに挑戦していた
個性的な布幌ヘリカルサーバー手加工でヘリカルサーバーを作ろうとした猛者まで登場して、ヘリカルサーバー研究が一番盛り上がっていた時代

調整の難易度が想像以上に高いことが明確になり始めたのもこのころ。
第2回仙川会をあたりをピークに、ヘリカル研究者は減少の一途をたどってしまう

2021/9/25 ビーダマン大会@仙川ドリム参加レポ
また更新が空いてしまったけど、ありがたいことに熱い要望をいただいたので、久々の更新。主にこの会に参加するための準備としての機体設計に工数をとられてたため。 2021/9/25(土)、仙川のドリムさんで行われた、ヨッシーさん(@yama...

第1次オンラインヘリカル集中研究会

その後20から10月初頭まで、ヘリカルを研究し続けたハクジョウさん無振動で100発が全く詰まらないサーバーを目指し、オンラインで情報交換。

夜に理論を送り翌朝完成品による実験結果を送り付け合うという生活に突入。
互いに煽り煽られながら、プレッシャーをかけあう非常に有益だけど不毛な争い

その成果もあって「最適な中心へのカーブの設計」、「蓋の高さについて」「ピッチ(段の高さ)」についての設計が突き詰められていく。ついでに「高い方が振動大きくなるので攪拌されやすくなる」という傾向も判明。

この時点で流石に限界を感じ、『流石に無振動安定100発は無理21だけど、実戦で使うには十分な性能22になった。』として開発戦争はひとまずの終戦を迎えた。

第2次オンラインヘリカル集中研究会

もう研究している人はいなくなったと思われた2022年の3月末、ハクジョウさんがダブルカラムマガジンの機構を盛り込んだジャムりにくい機構を開発。
これが現時点の最終版23

煽られた24のと性能の進化に感動してヘリカル学会再開し、可変ピッチ25とかを試してみたけど、「下手にピッチを可変にするとピッチの境目で詰まりやすい。」ということがわかった程度で特に新成果は得られず現在に至る。

さいごに

というわけで、現時点でビーダマン用のヘリカル研究は行き詰っているので、何らかのブレイクスルーが欲しいという思いもあり、ヘリカルサーバーの紹介をしてみました。
これを読んでヘリカルサーバーに興味を持ってくれた人がいれば幸いです。

かなり本気で研究した以上、まじめに文章・情報を残したかった26ので、ちょっとした論文なら書けるレベルに文章量が増えてしまった27

正直、この文章を書いている瞬間も『もしかして、あの部分をああしたらもっと良くなるのではないか?』という妄想が止まらないのがヘリカルサーバーが沼と呼ばれる所以。
もし、『こうしたらいいのでは?』と思い付いく方がいたら、ぜひ沼に飛び込んでみてください

謝辞

最後になったけど、ヘリカル開発で協力してくれたハクジョウさんをはじめ、競い合った皆さん、きっかけの理論を提唱したいっせいさん、この場を借りてお礼申し上げます。

注釈
  1. 安定性的には重心は少しでも低い方が良いので、理論上はマガジンは軽い方が良い。[]
  2. 2021年の夏[]
  3. スタンダード部門。スマッシュトリガーと電動禁止。[]
  4. この記事を書いている2023年1月現在は、使用できるモーターに制限はあるけど電動も解禁する方向。[]
  5. 無振動でも崩れてくれるのが理想。現実的には発射の衝撃で崩れることが多い。[]
  6. 多分。[]
  7. 複列式弾倉。実銃でも使われる効率的に弾を詰める仕組み。[]
  8. わざわざ作ろうとしなくても研究中に大量に生まれる。[]
  9. これを利用することで、将棋崩しやジェンガのようなゲームもできる。詰まったヘリカルサーバーのビー玉を順番に取り除いていき、詰まりが解消しビー玉が流れだしたら負け。[]
  10. サーバーの外周側の内側(分割式)。ヘリカル側は直径76.5mm。[]
  11. 大量(50発以上)のビー玉を入れた場合ビー玉の自重で回す力が落ちてしまう。[]
  12. 本来の用途とは違うけど。[]
  13. 非常に時間がかかる。丸1日以上印刷時間がかかるケースも普通にある。[]
  14. 突き詰めると、どちらの手でも補充する事になる。[]
  15. 具体例:仙川会名物「ビリガン」[]
  16. 実際、コリオリの力の影響で北半球では台風は左巻き。[]
  17. スタンダード部門[]
  18. うっかり上げた試作品が妙に注目を集めてしまい引くに引けなくったというのもある。[]
  19. これまではモデリングの技術力の都合で「外周は外側傾き、中心へ引き込む部分のみ内側傾き」という構造だった。[]
  20. 厳密には2021/8/下旬[]
  21. 軽い振動を加えていいなら余裕。[]
  22. 実際仙川/川崎レギュの「レンタル部門」でスマッシュトリガーと並んで使用禁止パーツ入り。[]
  23. 厳密にはこれより後にハクジョウさんが大型ヘリカルを作成したけど、原理的な進化は無し。[]
  24. 半年弱ぶりに成果を送り付けてきた。[]
  25. 場所ごとにピッチを変える。[]
  26. SNS(twitter)だけでは流れてしまう。[]
  27. 実際論文に必要な要素はあらかた網羅してる。ここでは記載しなかった計算式寸法決定の推測の根拠・考察等を追記すれば普通に書けそう。[]

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