ユニバーサルジョイント工作をマスターしました

２０１２／８／３１　（金曜日）　晴れ午後一時雷鳴


このところ厳しい残暑が続いているが、工作好きの工作実習生は
暑さにも負けずに毎日工作に励んでいる。
先日完成したベニヤ・モーターボートの動力のモーターは
ホームセンターで売っていた乾電池式の電動ドライバーのものだが
とても力がでる。
その代わり発熱も大きく、かなり熱くなる。
その辺のことが気になって毎日モーターを回してその性能を
調べたりで遊んでいた。
あれこれと別のモーターを発電機にして発生する電力でパワーの
見当を付けているのだが、結局は何だかよくわからない。
でも、このモーターを取り付けるには軸と軸を真っ直ぐ繋ぐのは
なかなか難しい。　高さや左右のずれがあってはスムーズに回転はしない。
そこで軸と軸が多少ずれていたり、角度があったりしても平気で繋げる
「自在継手」を作ってみた。
取り付けるモータの軸の太さや、接続するものの長さが異なるために
いくつも作る必要がある。
これは小さな部品を組み合わせるので工作はなかなか面倒だが、
作るのはなかなか面白い。
いくつも作っているうちにコツも掴んでだんだんうまく出来るようになった。


↓　自由な長さにできる自在継手。　ユニバーサルジョイントって呼ぼうかな？



↓　こんな角度のある取り付けでも回転させられる。



自作小型ユニバーサルジョイントの回転の様子を動画でご覧ください。





このジョイントはよく回転を伝えてくれるが、振動や騒音がひどい。
よほど無理して回っているのだろうか？
そのことが気になって、取り付け角度による動作の様子を確認してみた。







やっぱり取り付け角度が大きくなるに連れて、余分な負荷がかかる。
結合部分のガタや摩擦が多くて回転するのに余分な負荷がかかってしまうのだ。
まぁ、ボール盤とヤスリで仕上げたのだからしかたがないか・・・・
僅かなパワーしか出ないスチームエンジンに使うのはちょっと心配だが
あまり角度をつけないで使うようにしよう。

明日から９月。
いよいよ秋になった。
スチームエンジンボートの船体工作に取り掛かろうかなぁ・・・・

カノコユリを舞台にメジロの演技

２０１２／８／２６　（日曜日）　晴れ


今日も暑い一日だったが、それでも真夏とはちょっと感じが変わってきた。
風通しの良い日陰は時折涼しい風が吹き過ぎて気持ちがよかった。
そんな作業場で、モーターの出力確認の工作をしていたが、この作業は
小さなモーターを発電機にして１秒間に２００回転（１２，０００ｒｐｍ）も
回すのでひどい騒音が出る。

「日曜日なのに何ていう音を立ててるの！　
　ご近所迷惑でしょう・・・　　今日はそんこと止めなさい！」

へーい、わかりましたぁ・・・・
この続きは明日のお楽しみ・・・ということで今日は工作はお休みにした。


でもなぁ・・・ブログも更新しないとアクセス件数が少なくなってランク落ち
していまうし・・・・・
というわけで先日撮影したカノコユリとメジロの写真をネタにブログを
更新します。










この写真は１０日ばかり前に撮影したものだ。
カノコユリはもうすっかり散ってしまい、枯れ茎だけになってしまった。
今年は工作にかまけて野鳥撮影実習は疎かになってしまった。
来年こそはきれいな花の写真を撮ろう・・・・

来年のことをいうと鬼が笑う・・・・あれっ、これはどんなときに使うんだっけ！？

操縦は下手だけどボートは快調に走りました － ベニヤ・モーターボート工作 －

２０１２／８／２３　（木曜日）　晴れ


出来上がったベニヤ・モーターボートを幼児用プールに浮かべていろいろ調整したり、
測定したりで時間がかかってしまったがいよいよ公園の池に浮かべて走らせて見る
ときがきた。
生まれた初めて作ったラジコンのモーターボート。
走らせたとたんに転覆、沈没・・・だ、なんてならないように・・・・・・


まぁ、その前に何でこんなボートを作り始めたかというと・・・・・・・・
元々はスチームエンジンの工作にある。
単純に、スチームエンジンを作ってボイラーを作って・・・動かしてみたら面白そうだ
ということで始めた工作が引き金だ。
それが、これを使って蒸気機関車を作って走らせたいとか、ボートを作って浮かべたい
とか、話がだんだん大きくなってこんなことになってしまった。

えっ、これはモーターボートじゃないか！　ですって！？

そうなんですよ、実はスチームエンジンで走るボートは全長９０ｃｍ余り図体の大きなもの
になってしまうのです。
いきなりこんな大きなものを作るのは心配なのでサイズを１／２に縮小したボートを試しに
作ってみたのだ。
素材は段ボール。
このときはただ船体だけ作ってみるつもりだったので段ボールで十分だと思っていた。
ところが出来上がってみると、思わぬ立派な船体に仕上がってしまった。
うーん、これを放っておくのはもったいない。　モーターを載せてラジコンを積んで走らせて
見たくなってしまった。
それが運の尽きとなって、今日までこんなおもちゃのために労力を費やしてきたのです。



↓　スチームエンジンボートを設計したのは３月の末だった。



↓　船体工作は初めてだ。　段ボールを切り貼りして１／２サイズの船体を作り始めた。



↓　４月３日。　段ボールの船体が出来上がった。



この後は旅行に出かけたり、野鳥撮影に出かけたりでちょっと中だるみだったが
いずれは必要になるであろうラジコンセットを注文したのがきっかけでまた工作を
再開した。


↓　８月８日　防水処理、塗装を終えてバラスト調整のため水に浮かべた・・・・ところが！



↓　ありゃー、水漏れがあったらしく船体の側面がぶわぶわになってしまった。



↓　修理しようと思ったが湿った段ボールはべにゃべにゃで使い物にならない。



↓　８月１０日　とうとう廃船に。　一度も走らせずに廃船とは情けない、トホホホ・・・・


そんなわけで段ボールで作ったボートは廃船となってしまった。
しかしこんなことで挫ける実習生ではない。
よーし、それでは今度はベニヤ板で工作してみよう。


↓　ベニヤ板は硬くて大変だ。　段ボールのように机の上で鋏とナイフでちょこちょこっというわけ
　　　には行かない。



↓　材料は鋸で切り出したりヤスリで整形したり、屋外での工作だ。



↓　８月１８日、念入りに防水処理をして、完成だ。



↓　８月２１日　幼児用ビニールプールで試運転。



↓　そして今日、８月２３日、ついに公園の池に浮かべて走行テストにこぎつけた。




初めて一人でラジコン操作してボートを走らせる。
ラジコンの操縦はなかなかうまくいかない。
そんな初心者なのに、カメラの操作までと欲張っている。
まぁ、周りには誰もいないから気兼ねすることはないから大丈夫だ。

そんなテストの様子を動画でご覧ください。

モーターには２５Ｗも供給している！ － ベニヤ・モーターボート工作 －

２０１２／８／２２　（水曜日）　晴れ


昨日のボート牽引力チェックのとき、モーターや電池が相当熱くなっていた。
手で触ったとき、やけどをするほどではないが、「あっ、熱い！」と
慌てて手を離す・・・という感じだ。
昔、ラジオ少年だった頃、工作したラジオやアンプの電源トランスが熱を
もち、不用意に触れて「あっちっち・・・・」を何度も経験しているが、
慌てて離してもやけどをしない程度なら８０℃ぐらいで問題は無いはずだが・・・
それでも電池４本（５Ｖ程）で回しているモーターがこんなに熱くなるとは
ちょっと心配だ。
そこでモーターに温度計を張り付けて温度を測ってみた。


↓　モータに温度計をテープで貼り付けた。



↓　運転時間は約１８分（ずーっと連続というわけではない）。



↓　温度計は大体７５℃を指していた。




そこでモーターに流れる電流を測ってみることにした、
先ずは机上でプロペラ空転状態で測定。

約２Ａ以上が流れている。　端子電圧は約５Ｖだから１０Ｗの電力が
供給(消費）されていることになる。


プロペラ空転状態のときの電流測定の様子を動画でご覧ください。






次に水に浮かべてプロペラが水中で回転するとき、モーターには
どのくらいの電流が流れているかを測ってみた。

電流は８Ａ以上、端子電圧は３Ｖちょっと掛かっているから
モーターに供給する電力は約２５Ｗにもなる。
これでは熱くなるわけだ・・・・・・

プロペラが水中で回転するときの電流測定の様子を動画でご覧ください。







こんなに電力を消費してモーターは唸りを上げて回転しているのだから
熱くなって当然だ。

だけどその割には牽引力（秤を引っ張る力）は僅か２００ｇしかない。
供給した２５Ｗはどこに行ったんだろう？
みんな熱になって消えてしまったんだな？
プロペラがいい加減だからただ水を、かき回してるだけなんだろうか？

ところでこれから作ろうとしている「スチームエンジン搭載ボート」は
このモーターボートの２倍のサイズがある。
重さも相当重くなるはずだ。
ところが肝心のスチームエンジンは０.２Ｗの電力を発電するだけのパワー
しか出ないのだ。
こんなエンジンで船を動かせるのだろうか・・・・・・
また難題が降りかかってきた。

ボートがどのくらいの力で引っ張るか確認してみました － ベニヤ・モーターボート工作 －

２０１２／８／２１　（火曜日）　晴れ


先日の水上テストでは引っ張る力の確認をしようと思ったときに
スプリングジョイントが破損してしまい、出来ず仕舞いだった。
今日は自在継手に換えたので大丈夫だ。


↓　引っ張る力を測るのにはこの秤を使った。　これは旅行中に増えた荷物でスーツケースが重量
　　　オーバーにならないように確認するための携帯型電子秤だ。　多分９９．９Ｋｇまで測れると
　　　思うけど・・・・　最低値は０．１Ｋｇ（１００ｇ）だ。




↓　秤を万力で固定。　秤の先に紐でボートと繋いだ。



最初の内はなかなかうまく測れなかった。
ボートが動き出すと弛んでいた紐がいきなり伸びて、秤にガックン・・・と
衝撃がかかり、秤がリセットされてしまうのだ。
そこでリモコンでの操作は中止して手動でモータースイッチを動かして
そーっと紐を引っ張るようにして計測した。


その時の様子を動画でご覧ください。







↓　もう一つのプロペラと換えてみたが、こちらは全然力が出なかった。



テストの結果では０．２Ｋｇ（２００ｇ）の力で引っ張ってくれた。
ただし、テスト中に電池が消耗していき、力はどんどん、落ちていく。
だからこのテストでは定量的な計測は難しいだろう。
外部電源から安定した電力を供給しなくてはね。

テストが終わったとき、電池（Ｎｉ－ＭＨ充電池）が相当熱くなっていた。
（手で触ったとき、おっ、熱い！　という感じ。　多分７０℃ぐらい？）
いったい、テストの時、電池の電流はどのくらい流れているんだろう？
今度はそれを計ってみよう。

自作した自在継手をボートに取り付けました － ベニヤ・モーターボート工作 －

２０１２／８／２１　（火曜日）　晴れ


月遅れのお盆も過ぎたのにまだまだ猛烈に暑い。
近くの町では３７．２度を記録したとか。
猛暑で有名になった熊谷を追い抜いて第１位に輝いていた。
そんな暑さの中でも工作実習生は頑張った・・・（あー、バッカだねぇ、まったくぅ）


↓　破損したスプリングジョイント（下）と自作した自在継手。



↓　ボートに取り付けたところ。



モーターの高速回転でも自在継手は具合よく回ってくれた。
今度はスプリングのように捻れる（捩れる）クセが無いので
モーター軸への固定がやりやすくなった。

モーター回転によるテストの様子を動画でごらんください。





さぁ、次は水に浮かべてテストだ。

自在継手を工作しました － ベニヤ・モーターボート工作 －

２０１２／８／２０　（月曜日）　晴れ


昨日、出来上がったベニヤ・モーターボートを幼児用ビニールプールに張った水に
浮かべてテストした。
最初の内はプロペラが元気に回転して勢いよく水をかき回していたが、そのうち
勢いが弱くなってついにはモーターは唸っているのにほとんど進まなくなってしまった。
原因はモータ出力軸とプロペラシャフトを結合している、スプリング式のフレキシブル
ジョイントの破損だった。
机上でプロペラを空回りさせているだけななら問題なかったのだが、いざ水の中で
プロペラを回してみるとかなりの負荷になるようだ。
スプリングとアルミでできたボスとの結合部のネジが削れてしまい、外れてしまったのだ。
まぁ、このジョイントが壊れるほどモーターが強力にプロペラを回していると思えば
嬉しいことだが、代わりのジョイントを何とかしなくてはならない。
よーし、自在継手（じざいつぎて）なるものを工作してみよう。
出来そうなものは何でも作る工作実習生だからね。


↓　有り合わせの材料を集めて準備した。



↓　結合部の二股（正式にはなんていうのかわかりません）を整形しているところ。





↓　十字ピン（正式にはクロススパイダというらしい）を切り出しているところ。



↓　十字ピンを整形中。



↓　出来上がった二股と十字ピン。



↓　中間部の二股と結合したところ。



↓　だんだん部品が出来上がっていく。



↓　出来上がった部品を組み合わせてみた。　壊れたスプリングジョイントと大きさはほとんど変わらない。



↓　軸に取り付けるためのボスを作るところ。　丸棒の中心に軸穴を開けなくてはならない。
　　　定規で中心線を引いても必ずズレる。　ピストンを作るときの経験からこの方法を編み出した。



↓　こんなに小さな丸棒でも真っ芯にマークが付けられる。　ただしセンターポンチを打つときに
　　　ズレてしまってはダメである。　ポンチを打つのは結構難しい。　練習あるのみ・・・・



↓　センターポンチの位置に軸穴を開ける。　このときも一気に開けてしまうと必ず上下の穴が
　　　ズレてしまう。　必ず、上から半分、下から半分と分けて開けなくてはならない。



↓　まぁ、このくらいに開けば上等だろう。　左はモーター軸用（2.4φ）右はプロペラシャフト用（3.1φ）
　　　旋盤があれば造作もないことだけど、ボール盤だけで真っ直ぐに穴を開けるのは至難の業だ。　



↓　二股とボスを組み合わせて半田付けで固定した。　接着面が広いから半田でももつだろう。



↓　ボスを軸に固定するネジ（３ｍｍホーローセットスクリュー）のネジ穴を切った。



↓　出来上がった全部品。



↓　組み立てた自在継手。　スプリングジョイント（全長32mm）より５ｍｍばかり長くなってしまった。



角度を付けて設定した軸をハンドドリルに咥えて回転させてみました。
こんなちゃちな自在継手ですが案外スムーズに回ってくれました。
テストの様子を動画でごらんください。






さぁ、明日はボートに取り付けてまた水に浮かべてみよう。

一つ山を越えたと思ったらまた山が現れた － ベニヤ・モーターボート工作 －

２０１２／８／１９　（日曜日）　晴れ


天気予報によると当地方は今日の降雨確率０％だそうだ。
出来上がったばかりのベニヤ・モーターボートをテストするには丁度いい。
朝食をさっさと済ませて先日ホームセンターから買って来た幼児用の
ビニールプールを膨らませて水を張った。


↓　幼児用のビニールプールを水槽にしてテスト開始だ。



↓　水遊びは楽しいよ・・・・・



↓　適当にバラストを積んで水に浮かべてみた。　前回の段ボールボートでバラストの感じは
　　　わかっていたので安定に浮かんでくれた。　段ボール船体での失敗も無駄ではなかった？





↓　さぁ、メカを乗せて浮かべてみよう。



↓　少し傾いでいる。　バラスト調整が必要だ。



↓　バラストは船底に積むので、調整の都度、メカを取り外さなくてはならない。



↓　ようやくまっすぐになった。



次は船が傾いたとき、また元のように戻るか復元力のチェックをした。
その時の様子を動画でご覧ください。

　



復元力はまぁまぁだ。
よーし、いよいよモーターを回して動かしてみよう。
その試運転の様子を動画でご覧ください。





最初のうちは勢いよく水をかいていたスクリュープロペラが
だんだん弱くなって、とうとう空滑りしているようになってしまった。
原因はモーター軸とプロペラ軸を繋いでいるスプリング式のジョイントだった。
強力なモーターでピッチの深い負荷が大きいプロペラを回したので
このジョイントに無理な力がかかってしまったのだろう。
取り付けボスとスプリングが外れてしまったのだ。








↓　壊れてしまったフレキシブルジョイント。



このフレキシブルジョイントでは重い負荷を回すことはできない。
本式の自在継手を買うか、または自作するか、だ。
まぁ、出来そうなものは何でも作る（作ろうとする）工作実習生だから
作ってみようかな・・・なんて気になっている。
でも小さなものだから難しいだろうなぁ・・・
あぁ、やっと一つの山を越えたと思ったらまた新しい山が現れてきた。
やれやれ・・・・

ベニヤ・モーターボートの船体が出来上がりました

２０１２／８／１８　（土曜日）　曇り午後は晴れ


ベニヤ板で作った船体も防水のために塗ったエポキシ樹脂接着剤が
艶々と輝いてなかなかきれいだ。
この上にペンキを塗ってしまうのがもったいないようだ。
しばらくはこのままで工作を続けよう。
昨夜一晩乾かしたのでエポキシ接着剤もほとんど実用強度に硬化しただろう。
今日はモーターやサーボを取り付けたボードを船体内に収める工作をした。
スタンチューブを通す穴を船体の中心に角度を付けてまっすぐ開けるのは
なかなか難しい。　細い錐を使って慎重に穴あけをした。


↓　スタンチューブの出口。　ほとんどガタなしで穴を開けられた。



↓　スタンチューブの船内側出口。



↓　モーターやサーボを取り付けたボードを固定する台。　ベニヤ船体だからフレームと平行に
　　　取り付けることができて、いくらかでも重心を低くすることが出来たはずだ。



↓　段ボール船体のときはこんな桁を渡してボードを固定していた。　この桁は厚さが１０ｍｍあり、
　　　それだけ重心は高くなっていた。



↓　ボードを搭載した。　




↓　取り付け位置が低くなった（低重心化）ため、モーターとプロペラシャフトを繋ぐフレキシブル
　　　ジョイントのホーローセットスクリューが回せない。　六角レンチをピンバイスに咥えて
　　　締め付けた。




↓　ラダーホーンとリンクの取り付け。　ラダーホーンを船体の中に収めたくてこんなリンクを
　　　かませた。




↓　スクリュープロペラとラダー（舵）の取り付け。




↓　ボードを搭載してサーボとリンクを繋いだ。　サーボとリンクの接続はアルミ板を加工して
　　　長さの調節ができるようにしてある。



↓　出来上がったベニヤ・モーターボート。　




↓　夕食後の自由時間。　ラジコンでサーボを動作させて確認してみた。




サーボの動きやモーターの回転の様子を動画でご覧ください。






さぁ、明日はいよいよ水に浮かべてバラスト調整をする。
前回の段ボールボートはこの段階で失敗している。
はて、どうなることやら・・・・

やっとベニヤ船体が出来上がりました - ベニヤ・モーターボート工作 －

２０１２／８／１７　（金曜日）　晴れ　夕方から雷雨　（ちょっとの間停電あり）


今日も暑かった。
何だかこの夏一番の暑さだったとか・・・・・
後もう少しで船体が出来上がると、工作に熱中していたのでその暑さもなんのそのだった。


↓　横からの圧力（胴体に直角にかかる圧力）に耐えるための補強と見てくれをよくするために
　　　船縁？（鍔？）を付けることにした。　材料は３ｍｍ厚のアガチス板だ。



↓　船体の形に合わせて切り取った。



↓　船体の形に合わせてヤスリで整形する。　何でも手作りの実習生式はヤスリ掛けは欠かせない。
　　　どこかの本屋で立ち読みした工作本にもヤ「スリ掛けは工作の基本」と書いてあった。



↓　内部を切り取って「鍔」の形に仕上げる。



↓　これも中側をヤスリで整形する。
　　　ジグソーなんて無くたって作っちゃう・・・（でも手間はかかるけどねぇ）



↓　船体と鍔。



↓　仮に乗せてみた。　これを接着剤で貼り付ける。



↓　船体と鍔の接着中。　ベニヤの船体は丈夫だから重しを乗せても大丈夫。




↓　船体の外側全体にエポキシ接着剤をコーティングした。
　　　塗り終わるのには相当時間がかかると思って６時間硬化タイプを使った。
　　　注意書きには５０分で塗り終わるようにと書いてあったが作業は１時間以上かかってしまった。　




↓　乾燥中のベニヤ船体。　実用強度に硬化するには１２時間以上かかる。



前回失敗した段ボールボートでは内部の防水に力を入れたが、これは問題だった。
外部からの僅かの漏水が段ボールを湿らせてそれが原因で外壁が崩れてしまったのだ。
そのとき、内部には全然水は漏れてこなかったが、外壁が壊れては意味がないのだ。
やっぱり外壁の防水が一番大事だと思う。
今回は接着剤をたっぷり塗って防水した。
これによって塗料の定着は悪くなるかも知れないが、塗料は剥げたらまた塗り直せば
いいと割り切った。
さぁ、明日は内装工事だ。