自然落下方式の製作

2015/11/3

 

 

上から自然にボールが落下する方式で、ちょっとビジュアル的にボールが落ちるのが見えたら面白いなと考えていました。

 

200mm×200mm×6tの正方形のMDF材を2枚用意して、ボールが通る穴をあけました。

 

Φ200mmの丸板MDF材を用意して、ボールが通る穴を1個あけました。四角の板は塩ビパイプ、ギヤボックスを取り付けるMDF材です。

 

正方形の板に先ほど用意した板を木工用ボンドで接着します。そこにサドルバンドで塩ビパイプを取り付けます、また、タミヤギヤボックスNo.93も取り付けます。

 

横から見たところ。

 

板の四隅にスペーサーを取り付けます。

 

ギヤボックスのシャフトに取付金具で丸板を取り付けます。丸板は時計方向に右回転し、左側の塩ビパイプから入ったボールは、丸板の穴に入り、そのまま回転し、あとから取り付ける塩ビパイプに入りボールが落下して発射部に行きます。回転速度との関係で、丸板の穴は1個から2個にしました。

 

製作に夢中になり、製作途中の写真を撮るのを忘れてしまいましたが、ボールを捕球する部分以外はこのようなイメージになりました。発射部はツーローラータイプとしました。

 

上下に動かしたい為、台を作って蝶ナットで取り付けました。

 

あとから取り付けた塩ビパイプが下の方に見えます。ここにボールが入り発射部に行きます。この時点で上の方をどうしようかと考え中。

 

ツーローラータイプの発射部、これは色々と悩みました。これもMDF材でベースを作りL型金具でモーターを固定しました。案外、しっかりと組み立てられたので、このイメージはずっと使えるかな？

 

発射部の方は見えてきたので、ボールを捕球する部分の製作に取りかかります。100円ショップでバケツを買ってきました。

 

Pカッターで切っていきます。

 

こんな感じです。

 

Φ150mmの丸板MDF材を用意して穴の切り込みを3個あけます。それをシャフトの上の部分に取り付けます。この穴の数に関しては自然落下速度と回転速度の関係がわからずカットアンドトライです。でも下にあるΦ200mmの丸板は2個穴なんですね。上の丸板も2個穴にして下の丸板と90°違うように取り付けてボールが移動するところを見せようと思っていたのですが重心が高くなり、また下のΦ200mmの丸板はギヤボックスのシャフトだけで止まっているので平行が出ず、ぶらぶらと動くのでこのアイディアはダメですね。

 

この上の部分にバケツを置いてみます。とりあえず、テープで固定して手で押さえます。

 

こんな感じです。重心が高いですね。この高さは、卓球台のネットの高さと発射部の高さをあわせたので、こうなりました。

 

バケツの中のボールは、こんな感じで回っています。

 

Φ200mmの丸板は、時計方向に回転しています．．．

 

穴がボールに近づいてきて．．．

 

ボールが穴に入り、下の塩ビパイプの穴へ行こうとしています。

 

ツーローラータイプの発射部を取り外してボールが落下するか確認、こんな感じでボールが出て行きます。

 

しかし、バケツの中でボールが穴に引っかかって途中でモーターが止まることがあり、何が原因なのか考えてみます。

 

このバケツにはボールが約60個入り、動作するか確認したところ、どうやらギヤボックスのトルクが足りず止まってしまいました。電源は定電圧直流電源を使って電圧と電流をモニターしています。このモーターはマブチモーター FA-130で適正電圧1.5V ですが3Ｖに設定すると円盤の回転が速くボールが落下しません。そこでボールの数を少なくして約1Vで回転させていました。その速度がちょうど自然落下速度と釣りあっていましたが、やはりボールの数が多くなると重たくなりトルクがいるようです。

 

そこで、もう少しトルクが出るギヤボックスに交換しました。左がタミヤ製4速ギヤボックスNo.110、右が使っていた3速ギヤボックスNo.93です。

 

交換したところ、L型金具で取り付けました。

 

トルクはアップしましたが、やはりバケツの中でボールが落下するとき、塩ビパイプのところでボールが引っかかってしまいますね。当初から気になっていたのですが、自然落下速度と回転速度との関係がわかりません。ただ、この方式では限界のように感じました。ちなみにボールをバケツ満杯に入れるとモーター電圧が1Vの時に消費電流は約380mA、ボールが少なくなって負荷が軽くなると約220mAでした。最終的に乾電池駆動を考えているので、330mAはしんどそうですね。回るのかな？また、2Vのときに1回転するのに約2.2秒、穴が3個なので約0.7秒でボールが出て行く計算になります。この0.7秒毎にボールが出て行くタイミングはちょうど、そんなものかな？と思います。P=ωTより、T=P/ω、トルクTは電力Pを角速度ωで割ると出てきますが、トルクを求めてもよくわかりません。

 

ツーローラータイプの発射部も、重たそうですね。架台もちゃんと作っていないので、振動で揺れました。

 

自然落下方式は、ボールのピッチ速度を考慮すれば使えると思います。しかしながら最初にボールをポリバケツに入れる際、塩ビパイプの穴と円板の穴が一致した状態で止まっている時、ボールを入れると落下してしまう欠点があるのでそこを回避する方法を考えないといけません。やはりボールのピッチ速度を速くしたいので自然落下方式には限界があるようです。次のバージョンでは、ボールを押し出していく方式で考えてみます。

 

アイディアとしては、面白いと思ったんだけどなぁ～、難しいなぁ～

 

 

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