材料-Materials-

丸棒
板
BB弾
3dプリンターフィラメント
接着剤
-オプション-
滑り止め用のゴム

重り

今回はボルト・輪ゴムで重りとします。

道具-Tools-

3dプリンター
レーザー加工機
鋸
箆
-オプション-
やすり

軸の設計

3DCADで設計し、印刷する・レーザー加工機で良い感じのサイズに加工する等が考えられますが今回はホームセンター等に売られているΦ10mm木製の丸棒を使用します。

大きさを考え、切断する

今回は150mm,225mm,300mmに切断します。
長さは2:3:4の割合が良いかと思われます。
当たり前ですが軸となる物が最も長くなるようにしましょう。

オプション

丸棒のC面を適当に取ります。
ただ、切断の際にバリが出ることがほとんどなので安全性の面でもやすり掛けはしましょう。
C面を取ることで組み立てがしやすくなるなどがありますがやらなくても良いです。
やる場合はやすりで適当に削ります。

台の設計

板をレーザー加工機で加工して台座を作成するために2dcad(今回はAutoCAD2024を使用)で設計します。

中央の穴を設計する

今回軸はΦ10mmの丸棒を使用するため、中央にΦ10mmの穴を描きます。

外径を決める

あまりにも外径が小さいと倒れます。
重心が外径の外に出なければ倒れることは無い為、Φ180mmで設計しました。
また、写真では寸法が記入されていますが白線が切断線となる為、dxfで出力すると余計に切ります。
なので実際にやる際は消しましょう

オプション

レーザー加工機で板を加工した場合加工場所が黒く変色します。
今回は真っ黒に変色した為見栄えを意識してやすりで少し削り、元の木の色ぐらいになるまで外径部分を削ります。
ついでにC面も取る人は取ってください。
穴部分は軸が入り見えなくなる為今回は省略しました。

ベアリングの設計

この装置の核となるベアリングをfusion360で設計します。

ボールを決める

今回は偶々家に有ったBB弾を使用します。
測った結果直径は約5.8mm前後でした。

基本の形の設計1

軸を入れるわけではないので適当な大きさで作ります。
今回穴部分はΦ10mmで設計を行います。
まず、高さ10mmの内径Φ10mm、外径Φ15mmの中空円柱を作ります。
その円柱を中心にさらに高さΦ10mm、内径Φ25mm、外径Φ30mmの中空円柱を作ります。

基本の設計2

高さ5mmの位置にボールが来るので、溝を作ります。
高さ5mm、円柱の中心軸から20mmの位置にボールよりちょっと大きめの6mmの溝を作る為、一周するように除去します。

組み立て

ベアリングは熱膨張・収縮を利用して組み立てますがめんどくさいので箆等を利用して力技で組み立てます。
保持器が特に脆いので壊さない様に入れます。

保持機の製作

今回は15mm~25mmの隙間にボールと保持器を入れます。
まず高さ7mm、内径Φ16mm、外径Φ24mmの中空円柱を作ります。
次に高さ4mm、中心軸から20mmの場所にΦ6の球を作り除去します。
その後3mmの方からボールを入れますが出ないようにするため、5.5mmの深さ3mmの穴をあけます。
今回ボールの数は6個でやります。
矩形状パターンでやると楽です。
保持器はこれで完成です。

接着できる形に設計・印刷

このままだと使えないので円柱2種をもう少し編集します。
まず2種類とも片方だけ高さを5mm伸ばします。
その後写真の様に接着剤を貼るための板状の部分を作ります。
特に寸法等は大きすぎor小さすぎなければ指定はありません。
今回は厚み3mm、28mm×6mmの板を張り付けたような形にしました。
印刷の際、頑丈に作りすぎると組み立ての時に面倒くさいので程々の強度になるようにしましょう。

オプション

保持機の無いベアリングも作れなくはありませんがテストで作ったものはすぐに回転が悪くなった上ボールを嵌めるのが大変なのでお勧めはしません。
また、1からの設計計算も大変なので保持器をお勧めします。
作りたい方は「アニュラスにおけるシュタイナーの円鎖」を解くことで設計できます。

組み立て


step1

台座に最も長い棒を差し込み接着します。写真1枚目
その後上端にベアリングを接着します。写真2枚目

step2

2番目に長い棒を先ほど接着したベアリングに取り付けます。
取り付けの際、棒が2:1になるような位置につけると揺らしやすくなります。写真1枚目
その後ベアリングを棒の長い方に接着します。
この際最初に取り付けたベアリングと出来るだけ同じ向きになるように調整しましょう。写真2枚目

step3

step2で取り付けたベアリングに最も短い棒を取り付けます。
この際1:1になるような位置につけます。

オプション

台座の裏にゴムシートなどを付けることで揺らした時の滑り止めとして使えますが台座の上に重りで代用も可能です。
今回は適当な重りを乗せました。

重りを試す+実際に動かす

組み立てのstep3で取り付けた棒の片方に重りを付けます。
重りはつける場所や重さで大きく動きが変わります。
今回制作した二重振り子は6g前後の重りで動きます。10gの重りを付けるとうまく回らなくなる等僅かな違いで動きが大幅に変わります。
今回は適当なボルトが6g前後だったので輪ゴムで括り付けました。

完成

自分が納得いくようになるまで回るようになれば完成です。
上手く回らない場合、僅かな違いが動きに影響するため、重りや位置は1g・1mmオーダーで変えてみましょう。
実際に作ったものを動かしたYoutubeリンクはこちらに
https://youtube.com/shorts/C5NFSRTLjls?si=GBXnkMqKLCPB_u5m