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Grasshopper pendulum clock  グラスホッパー振り子時計 mini  [ものづくり]

やっと動きました。

早かったでしょうか?意外とすんなり動いてくれました。
微妙な調整はまだですが・・・

グラスホッパー001.JPG
こんな感じです。
振り子はまだ出来てませんので、前のを仮止めしています。

錘は、天体望遠鏡のバランスウエイトです。


こんな感じに動きます。

エアコンの風の音より心地よい?優しい音色を奏でます。
前のものより小さいので、かちっとしたハリのある音ですかねっ?

movは


ちなみに、グラスホッパー部分の検証はこんな感じです。

振り子がとりつけてられないので、すごく早く動きますね。
音は工事現場かな?ぁ?

movは


さて、なんでそんなにグラスホッパー:Grasshopperなの?と疑問に思われた方もおられるでしょうか。


じつは、これギネスにも載っている「Burgess Clock B」という時計にも使われている方式なのですね。
もちろん現代風にすごい工夫(おもに材料)がされていますが、構造は至って簡潔です。
(30秒ごとにくるくるっとばねを動かしたり・・ガンギ車を動輪歯車?から分離するところとか手が込んでますが。
 →ハリソンさん?バージェスさん?の設計、
理論?は「HESKIN 2nd WEBSITE MAR 2011 2.3.」で確認できるかと?リンク可か不明ですので名前で検索下さい)


グラスホッパーの発明者は、
John Harrisonさんで、作品は多くはないのですが、
5つほど、H1~H5として経度賞との逸話をご存知の方もおられると思います。
実際にはグラスホッパーはH1~H3までで、H4、H5は携帯型時計ですね。


確か、映画?ドラマ?があったような???
1970年代で振り子の温度による周期ずれをなくすのにバイメタルとか、振り子時計で考えませんよね???


ところで、H1はぱっと見た感じグラスホッパーなの?という感じで、
真鍮の玉が左右に揺れるユニークな形ですが、これは船に乗せて揺れの影響をなくすための工夫です。
左と右の軸付近に、足を左右に分離しているのです。

本当にその時計で航海をしたらしいのですごいですね。
うーん、足元にも及びません。


今度は何作ろうかな~?
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続きです。 グラスホッパー振り子時計 [ものづくり]

途中ですが、音が大きいのでギアの噛み合わせはもう少し?? というところでしょうか?


movは

今度はいつになるかわかりませんので、さわりまででした。


駆動系は一応動くみたいなので、あとはグラスホッパーの調整ですね。

これがなかなか・・・うーん
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小型化 グラスホッパー 振り子時計 [ものづくり]

頭がパンクしそうなので、息抜き?で今日はモノづくりです。
(考えごとが多いのも・・・とっ、いいわけ?です。最近めまいが・とこれは寝不足なだけです)

以前、CNCをご紹介した時に、ギアが写っていたので気付かれたかもしれませんが、
やっと振り子時計の分がそろったところで、工作開始?です。
もうかれこれ、10ヵ月ですね!

小型01.JPG
こんな感じです。

パーツはそれほど多くはありませんが、・・・
前のものが結構大きかったので、小型化したかったのですね?
ちなみに前のものはゴリゴリと糸鋸で切り出しました。

小型02.JPG
以前の時計と比較です。
だいたい1/2位でしょうか、脱調が怖いのでガンギ車自体はあまり小型化していません。
また、歯数も同じ?ですので、振り子の長さは変わらないですね。
(歯数を減らす→回転数が増える→振り子を短くできる。
ということで、もっとよく考えればよかったですか?トホホ、逆に考えていました)

まあ、1分1回転で、秒針代わり(回転逆ですが)でいいのかな、とまたまた言い訳?
8/40×8/32×8/24=1/(5×4×3)=1/60です。
ん?別にガンギ車の歯数は速度には関係なかったですね、笑


小型03.JPG
ギアの噛み合いを確認中というところです。
エスケープメントはグラスホッパーの原理そのままで、とりあえず制作予定です。

うーん、

完成はいつになることやら???
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職人のものづくりでしょうか? [ものづくり]

前回でもお話しましたが顕微鏡とか何やらかにやらの改造で、アルミをゴリゴリ、ガリガリと切ったり穴開けたりするわけです。
そんなこんなで、丸いものをつかむのに左手がっ、
悲鳴を上げ始めてから結構になりまして、

右手はかなり前にド・ケルバンの腱鞘炎で手術してますので、
左手も手術はやめて~っと・・・


旋盤用のスクロールチャックが使い勝手がいいのです。
ロータリーテーブルとかがいいのですがお高いので中古で3インチの小さいチャックが、
重さもちょうどいい感じっと。


さて、ご存知の通りアルミは柔らかいのですが、
粘りっ気があってカスが詰まるとすぐドリルがボキっと・・・
小径タップとか折れると泣けてきますよね。

当然チャックも動きが悪くなってしまってお掃除です。

分解すると、すごく作りが良くてびっくり。
思わずカメラをとってパチリです。

スクロールチャック01.jpg
北川鉄工所と呼ばれる老舗のメーカーものです。

特に、
スクロールチャック02.jpg
ギア?部分とか、うーん美しい、と思うのは変でしょうか?

気が付いたのですが、
スクロールチャック03.jpg
チャックの上の丸いポッチはグリスアップの穴だったのですね。
当然知っておられたでしょうね、すみません。

ものづくりの奥深さを知りましたというお話でした。


注)手に持って加工に使用したスクロールチャックはおそらく精度が出ませんので、
再度旋盤に取り付ける事は控えるべきと思われます。
注意事項に叩かないで下さいとあるので、挟んで鉄鋸でギーコギコとしたりしたら・・・
まねをされる場合、最悪、破損して怪我をすることがあるかもしれませんので、ご注意を。
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ステッピングモーターといえば CNC(Computerized Numerical Control) ですか? [ものづくり]

マスクパターンが、4つありましたので気付いた方もおられましたでしょう?

こんな感じに死蔵していたケースに組み込んで、
CNC02.JPG

頂いたスライドテーブル(大きくてどうしようかなと思案していたのですが)を、
壊れたフライスモーター部分と組み合わせまして。
CNC01.JPG
のような形になりました。
ブラシレスモーターはいいですね。誘導ACモーターに比べて体感で5倍くらいの力が出ます。
特に低速が強いです。


とりあえずZ軸は置いておいて(手動でも・・・)


定番のMACH3でと思ったら???

肝心のパラレルポートは何処???
CNC__01.JPG
で、マザーボードをみると、

CNC__02.JPG
何やらLPTの文字が。

どうやら標準のパラレルポートがあって一安心です。


InkscapeのGコードプラグインでギア(ギヤ?)を試し彫りです。


movは下です。



さすがに4mmのポリカーボは一回では削れませんでしたので(左のひしゃげた方です)、
1mm程度を何回か往復して・・・単純にスピンドルの回転をあげればいいのですが。音がうるさいので。
CNC04.JPG

未調整ですが、さすが光学用?のスライドテーブルですね。精度が高く往復してもずれません。
結果、
CNC05.JPG
のようなギアが出来た次第です。

あっ、真ん中の軸忘れてましたねっ、笑
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ステッピングモータ って? Stepper motor Pulse motor [ものづくり]

ステッピングモータについてお話していません?でしたので補足です。
(ご存知の方は読み飛ばして下さい。
○リエンタルモーター様が詳しいですね。リンクフリーではありませんのでしたので伏せ字ですみません)


基本原理は、
ステッピングモータ.gif
のように順番に電磁石の起動している位置を動かすことで中心の磁石=軸を回転させます。

以前のブラシモーターとの違いはというと、
ブラシ(整流子)が無いということと、磁石が軸についているということでしょうか?
ですが、ステッピングモーターも外部(内部につけることも可能ですが)にブラシをつけるとにた感じすることは出来ますし、
ホール素子とか磁力でスイッチするとブラシレスモーターとなるのでしょう?


上の図では4個の電磁石で1回転しますから1ステップ90°ということでしょうか?

市販のステッピングモーターは1ステップ1.8°が普通ですから、360/1.8=200で、
200個の電磁石が入っている・・・わけはありませんね。
作るの大変そうですし。

実際のステッピングモーターを分解すると、
ステッピングモータ.jpg
写真のモーターは1ステップ3.6°のものですが電磁石は4個です。

肝心なところは、軸の前後にずれた鉄の歯車と、電磁石の所の出っ張りです。
歯車の間に磁石が入っていて前の歯車がN極とすると、後の歯車がS極になるように作られているのですね。
そして歯の幅分ずれていることで、歯の数の磁石があるのと同じ作用を示すのです。

うまいこと考えたものです。

電磁石とどうやって引き合う(退け合う)か?ですが、

1ステップ3.6°とするためには、
隣り合う電磁石が、3.6°ずれている(この場合90+3.6°)位置に出っ張りを持っていけばいいのです。
そして出っ張りの幅は、歯車1つ分(小さいと効率悪そうです)より大きく、
2つ分より小さいくないといけません?

角度さえちゃんとしていれば構造は意外と簡単なのでした。
そして、結構パワフルです。
写真のモーターは、4×4cm×3cmですが1.5kg/cmものトルクがある?のです。
(12V160mA、静止トルク750g/cm)

ちなみにラジコンでよくある、
RS-380PHは適正負荷100g/cm、
停動トルク=950g/cm、でなんと14Aらしいです???
回転数はステッピングモータは・・・ですが。
なので380K10~380K300 のようにギヤダウンすると・・・


さて、モーターが単純な分、動かすために何かしらの工夫が必要です。

前日のようにモーターどうしを結線すると動かせますが・・・

手動でする場合、スイッチを順番に入れたり切ったりすればできます、
(ロータリースイッチを分解して作ると面白いですよ)
ステッピングモータードライバ.JPG
ですが普通は?こんな風にトランジスター4っつを並べて電気的に切り替えます。

一般的に使う場合には、ドライバICを使うのでしょう。
(PICとかのときにはノイズ対策でトランジスタを並べる方が好みです、
電気もあまり気になりませんしね)

ちょうどジャンク箱にSLA7052Mという石がありましたので、
試作しました。
ステッピングモータードライバ00.JPG
な感じです。
残念ながら10V以上必要なので、望遠鏡のドライバとして使用すると電池が大変そうです。

ついでに、感光基板もありましたので、
ステッピングモータードライバ01.JPG
部品面と、
ステッピングモータードライバ02.JPG
銅箔面です。

ちょっと古い感光基板でしたのでパターンが粗いのはご勘弁、笑

何かの参考になるかもしれませんのでマスクパターンをアップしておきます。
SL7052M_PCB_DSUB9P.png
150×100mm用です。
部品面ですから、裏返すのをお忘れなく。
上の写真とは異なり、Dsubで基板から引き出せるようにしました。

Full/HalfとSyncは使用しないことが多いのでGNDにおとしてあります。
このためノイズに弱いかもしれません。
(この手のトリガークロック動作物は1点アースを守らないと頻繁にエラーが出ますので・・・)
必要でしたらパターンカットで対応願います。

下は部品図で定数はマニュアル等でご確認下さい。
SLA7052M_部品.png

あっ、いつものようにマスクは自由にお使い下さい。
ちょっと古い石ですから入手が大変そうですが・・・(メーカーでは保守品?みたいですね)
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こちこちこっちん、お時計さん。Ⅱ [ものづくり]

アクリル作品を見ていたら、色々皆さんされているようで、
動画のご紹介がまだのようでしたので、再々?登場のミジンコホッパーさんです。


アクリルではなく、ポリカーボなのでクラックが入りやすいと思うのですが、
いまだに現役で働いてくれます。

残念ですが、動作が不安定な鉄琴オルゴールは修理中で、外してあります。
(問題点はわかっているのですが、そこが難所で、とほほなわけです)

音声も入れましたので、優しい音色が伝わるでしょうか?
周りの車の音がうるさいかなぁ?
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そんな、ガバナァ~ぁ [ものづくり]

お久しぶりですね、

梅雨も終わりそうですが、じめじめした日が続き蒸暑くてバテばてなdumboです。


大方のかたがご想像している通り、ものづくりにはまってまして、

初めは、ミジンコ二号を調整していたのですが、振り子の周期の問題かなぁと、思いっ切って他のものに改造していたのでした。

さらに改造していたものが、うーんでして、さらに違うものへと変身です。


今日のお題は、オルゴールです。
オルゴール.jpg
よく見なれたものはこんな感じでしょうか?

一応名称を、
オルゴール000.jpg
つけておきましょう。

ゼンマイの力でシリンダについているピンが、クシ (comb)を弾いて音を出すのですね。


さて、これを自作するには色々あるでしょうが、
初め出来たものが、
オルゴール02.jpg
上みたいなものです。


シリンダー部分は、
オルゴールのシリンダー.jpg
な、感じです。


振り子時計では、エスケープメントが調歩取りをしていましたが、
オルゴールではガバナー (Governor)という部分が担っています。

初めは、遠心クラッチで、
ガバナー01.jpg
な、感じです。
というのもウォームギアを動かすのが大変でして・・・
ギア比がかせげないので、プロペラよりもっと制動力を求めてということです。

ところが、音がうるさくて、肝心の音楽が聞こえません。
クラッチ>ギア>=音楽、なところでしょうか?

そこで、
ガバナー02.jpg
ブラシでやってみると、
クラッチ=ギア>=音楽、となりました。
一応、ゴムとかスポンジを使ったのですが・・・

さらに消音化を求めて、
ガバナー03.jpg
アルミニウムと、磁石を組み合わせた、磁力クラッチ?(渦電流によるブレーキ効果)となりました。
ギア>=音楽>>クラッチ、ですね。


前後しますが、
オルゴール01.jpg
全体像はこんな感じで、小さな鉄琴がリサイクルされました。
(写真の、クラッチ部分はVer.2ですね)


振り子時計と組み合わせると、
時報振り子時計.jpg
何とも、個性的な時計の完成です。

まだまだ、調整を必要としていますがねっ。

Grasshopper Escapement グラスホッパー [ものづくり]

grasshopper escapementとは、
Grasshopper.gif
こんな感じに二つのカギが交互に、押す、引くを繰り返して振り子を駆動します。
バランスが適切なら、ほとんど音を出すことなく動きますので効率はいいのでしょう。
さぞかし理知に富んだ方が考え出されたのでしょうね。


色々やってきましたので、
日本語で解説されているところもないようですし、忘れやすいdumboのメモ代わりにコメントしておきます。



緑色のつめ?かぎ?足?部分の重りがまず重要です。
重すぎると、足が固定されてしまって、
Grasshopper000.png
な感じに、錨型脱進機:Anchor escapementと変わりなくなってしまいます。
このときはガンギ車に足をぶつける様に動くので、音がうるさくなってすぐにわかります。
一応、動きますけど・・・ねっ


次は、なぜ足がガンギ車から離れるかです、
Grasshopper-Escapement3.png
実際に作ってみて解ったのですが、反対の足がガンギ車を止め、
さらに振り子が進む力で引き離されるのですね。
初めは重りが引き離す原動力かと思っていたのですが、重くすると↑みたいなことに・・・


最後は、安定動作のためのからくりです、
Grasshopper-Escapement2.png
ガンギ車から足を引き離したあと、
足を止めるストッパーがある程度弾性を持っていて、振り子が動く力を妨げないようにしているのでした。

振り子の等時性は、ある程度ふり幅が少ないことで発揮されますのでその範囲に収める目的もになっているのでしょうか?


いろいろとこみいったお話でした。
(何かの参考になるかなぁ???)

ミジンコホッパー? [ものづくり]

ミジンコさんをエスケープメントにしてみました。
ミジンコ.png
こんな感じです。

うーん、コントラストがないので見づらいですね。

ミジンコmove.gif
肝心のエスケープメント部分はこんな感じです。
前のエスケープメントの形を改造しただけでした?

解ります?
やっぱり見づらいですね、すみません。


6/23)追加、背景を板にして撮りなおしました。
ミジンコホッパー.jpg
と、

ミジンコmove.gif
です。

かえって、アラが目立ってしまいました???
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