2017年3月27日月曜日

空気パワーで宙に浮くボール

以前、ドライヤーでスチロール球を浮かせたり、
吸い上げたりする実験をやったことがありますが、
今回 マブチモーターでドライヤー代わりの送風機を作ってみました。
勿論、ドライヤーより送風量は少ないですが・・・

プロペラはネットで検索したのですが、
適当なものが見つからなかったので、自作しました。
収めるケースの内径より、ほんの少しだけ小さく ベニヤ板を円形に切り
台形の板を12枚、エポキシ系接着剤で貼りました。
(幅15mm、厚さ2mmの板を使用しています。
念のため完全に乾燥するまで1日放置しました。)
中心の円柱にはモーター軸が きつくおさまる穴を開けています。

ケースはセリアで買った、4個100円の容器です。
黄色い筒状のものは、セリアで買った「タコ糸」が巻かれていたパイプです。
内径15~16mmです。ホットボンドで接着しました。
タコ糸パイプの代わりに
ジューシーケース(内径 約22mm)、
ダイソーのハンダケース (内径 約13mm)
も試してみましたが、
タコ糸パイプ > ハンダケース > ジューシーケースの順で
飛び方が良いように感じました。

モーターはマブチRE-260RAです。
(FA-130RA、140RAでも浮きましたが、260RAの方が より高く浮きました。
RE-280RAは260RAと同様に高く浮きましたが、
260RAの方が数十円安いので、260RAにしました。(笑))

 ①を②のモーター軸に差し込みました。

モーター固定用の板を切り出し、

組み立てたところです。
穴の空いた板は動くようになっています。
(かなりキツく動くくらいにしておいた方がよさそうです。)

④の大きな穴に、モーターを差し込み、
土台の板に貼り、電池、スイッチを接続しました。


裏にはすべり止めシートを貼りました。

 ⑥
浮かすものは
セリアで買った、スチロール容器(上部1cmをカット 約120mmφ)
紙風船(約120mmφ) 、スチロール球(30mmφ)

50mmφのスチロール球を3/5程度にカットし、中をくりぬいて、子供を乗せてみました。
頭は球からはみ出ると、浮き方が不安定になるので、内側へ倒しています。
手の部分はスポンジシートで作りましたが、
手をほんの少し球から出すと、回転します。
球の周囲にはセロファンを星形パンチでカットして貼りました。

24mmφ、15mmφ、爪楊枝で雪だるまを作りました。
足の黒いところは、網戸用のゴムですが、
適度な重さのあるものなら何でもOKと思います。

浮かぶとこんな感じです。



ビデオで撮ってみました。


この装置、電源電圧によって、モーター回転数が変わるので
送風量が変化し、浮き方も変わってきます。
今回、乾電池2本を使用しましたが、電圧が2.6V以下になると
浮き方が悪くなってしまうので要注意です。
(映像は電圧2.8Vの状態です。)

長時間使用する場合は
電源アダプター等を利用するなど、
電圧を一定にした方がいいかも知れません。

Facebookお友達の村田直之さんが、
手回し発電機で素晴らしい装置を作っておられます。

実は、私もこの映像を拝見して、感動し これを作った次第です。
村田さん、ありがとうございます♪


これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)


2017年3月18日土曜日

ひっぱり発電機 (ブンブンごま発電)

先日(2017年3月12日)、加古川で開催された
ファラデーラボに参加させて頂きました。
ファラデーラボ創立6周年記念企画、
1部は四ケ浦弘先生の
「実験でたのしむ宮沢賢治・サイエンスファンタジーの世界」がテーマで、
様々な実験を交えながら、また宮沢賢治の文章も解説して頂きながらのお話は
とても楽しく、四ケ浦先生マジックにかかったように引き込まれてしまい、
あっと言う間の2時間でした。



第2部では大西清美さんに「タケコプター」の作り方を教えて頂きました。
それぞれのパーツの竹を人数分準備して下さっていました。
準備はかなり大変だったと思いますが
おかげでとても楽しく作って回すことが出来ました。
大西さん、ありがとうございました♪
右の紐を引っ張ると、上のプロペラが回転し
その後自動的に紐が巻き取られ、何度も繰り返し楽しめます。

ちょうど、小さい頃にやった「ブンブンごま」のような感じです。
(写真はwikipediaより)
結構、高速で回転するので ひょっとして発電出来るのでは?
と思って、作ったのがこれです。
大西さんに教えてもらった「タケコプター」とは形が異なってしまいましたが、
一応、竹素材(ダイソーのまな板)を使っています。

私が作ったものは、固定磁石の上で、コイルが高速回転することで
発電しLEDが光る仕組みです。

① コイル
100均のソーラーゆらゆら人形から取り出したものを使用しました。
0.05mmφ程度の細い線が巻いてあります。
(当初、0.1mmφのポリウレタン銅線を数百回巻いたものでやりましたが
光り方はあまりよくありませんでした。
ソーラーゆらゆらのコイルは数千回くらい巻いてあるのでしょうか?)
 コイルは切れやすく、慎重にプラスチックから外し
両端に0.2mmφのポリウレタン銅線をハンダ付けしました。

線の細いところは、セロテープでコイル本体に貼り付け・・・
これで切れる心配は要りません。

下側のCDにネジ留めしました。
かなりの遠心力がかかるので、ネジ留めしておけば
吹っ飛ぶ心配は要りません。
(ナットとネジは接着剤で固定)

 ネジはM1.4を使用。
日本ではあまり売ってないようだし、売ってても高価ですが
ここだと安く購入出来ます。

CDの中心に2mmシャフト用のギアをネジ留めしました。
(シャフトを通す目的のみで、ギアの役割はありません。)

② LED
上側のCDに穴を開け、
 赤・青・緑・黄・ピンク・黄緑の6色のLEDを差し込み
接着剤で固定しました。

 各列のLEDを逆向きの並列接続にし、コイルに接続しています。
逆向きの並列接続にする目的は、
一つのコイルにLEDを2個接続できることの他、
逆起電力によって、LEDが壊れることを防ぎます。
(LED1個のみ接続だと、LEDは逆起電力により、徐々に壊れていきます。)

③ ①と②を貼り合わせ
 ①と②のCDの間に板を挟んで貼り合わせ
2mm×10cmのシャフト差し込みました。
コイル3個は一方に寄っているので、バランスが悪いです。
バランスの悪いまま、高速で回転させると、
かなりガタガタとガタついてしまうので、
おもりなどを挿入して、バランス調整しておいた方がいいかも知れません。

④ 磁石
板に穴を開け、ダイソーの12mmφのネオジム磁石を埋め込みました。
3個×4ヵ所=計12個使用しています。
(ネオジム磁石1個でも光ますが、光り方は悪いです。)

持ち手部分を取り付けました。
③を④に差し込んで、紐を取り付けました。

強い遠心力がかかるので、回転部分はしっかり作っておいた方が
吹き飛ぶ心配は要らないと思います。

動画を撮影しました。

今回、磁石4ヵ所、コイル3か所です。
コイルを片側に寄せているのは、
LEDが光る場所を均等にしたかったからです。


完成後、
この仕組みでの発電方法を作られてる方がおられないかと調べてみたところ、
懇意にさせて頂いてるジャンクホビー工房の有馬さんが作られてました。
さすが有馬さん!! いつも凄いです。
有馬さんの作品はコイルと磁石ではなく 
ステッピングモーターを使っての発電方法のようです。

ケニスからは、ブンブンこまに磁石を取り付け、
外部に設置したコイルの近くで回転させて、
LEDを点灯させるものが発売されているようです。



これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)


2017年3月10日金曜日

ダイソーのネオジム磁石を使った「連続ガウス加速器」

またまた、「自動連続ガウス加速器」です。
好きですね~(^^;

前回の2つの「連続ガウス加速器」は
10mmφの球形のネオジム磁石を使用しましたが
日本製のものは1個300円以上します。
また磁石を剥がすためにトルクの大きなモーターを使用しましたが
モーターも4000円程度かかりました。

そこで、磁石もモーターも もう少し安く仕上げたい!と思い、
ダイソーの磁石で挑戦!!

今回の装置は
ダイソーのネオジム磁石(カラフルマグネット、6mmφ×3mm円柱)
を使っています。


前回の10mmφに比べると、吸着力が弱いので、
磁石を剥がすためのモーターを小型にすることが出来ました。
こちらで購入しました。送料込みで350円くらいです。
(送付までに2~4週間かかります。)

左側の発射装置と右側の受け皿 分離型にしました。

<左側の発射装置>

レール上の磁石は6mmφのストローに入れてから土台に貼っています。
磁石とストローはUVレジンで接着しました。
5mmφの鋼球もAliExpressで安く購入出来ます。
例えばこちら、50球で100円以下(送料込み)です。

銅パイプの上を鋼球が通過すると、
リレーがオンとなりモーターが回転し、磁石を引き離します。

基板です。
回路はほぼこちらに記載の通りです。

電源は3.7Vリチウムイオン充電池を2個直列にしています。

剥がされた磁石は水色のストロー(9mmφ)を通って
レールに落ちます。

当初、銅パイプの上を鋼球が通過しても、
数回に1回はリレーがオンにならないときがありました。
リレーは一定以上の電流が一定時間以上流れないとオンになりません。

今回は鋼球が軽いために、オンになりにくいのかも知れません。
リレーのコイルの両端に、1μFのセラミックコンデンサを入れたり、
アルミパイプを導電性の良い、銅パイプに変えてみたり、
銅パイプをお酢で磨いたりしてみましたが、
最終的には、アルカリ乾電池(当初5個使用)を
リチウムイオン充電池(3.7V×2個)に変更して、ほぼ問題解決しました。
(試行前に銅パイプを酢で磨いておくと、完璧に作動します。)

<右側の受け皿>
後半に記載の通り、磁石によって飛ぶ距離が変わるので、
受け皿が移動できるようにし、レールは伸縮式にしています。

ファンタ2Lペットボトルを切って受け皿にしましたが、
そのままでは、鋼球が跳ねて、外へ飛び出してしまいます。
その飛び跳ね防止に、ダイソーのゴムボールを半分に切って置きました。

ゴムボールを置くと より一層 飛び跳ねそうな気がしますが
意外にもこれで飛び跳ねが抑えられます。
滑り止めシートなども飛び跳ね防止に有効でした。

動画で撮影しました。

前回までの10mmφの球形ネオジム磁石に比べると
磁石の体積は8分の1です。

ネオマグのHPに掲載されているボール型ネオジム磁石
10mmφ5mmφを比較してみると
表面磁束密度・・・10mmφ 632mT 、5mmφ 430mT 
吸着力・・・・・10mmφ 1.33Kgf 、5mmφ 0.32Kgf 

ガウス加速器は空間磁束密度や吸引力で比較した方がいいのかも知れませんが
それらは距離によって変わるし掲載もされていないので、
表面磁束密度と吸着力をチェックしてみました。
吸引力も吸着力と同様に10mmφと5mmφでは大きく違うと思います。
さらに、吸引する相手が、鉄板ではなく磁石同士になるので、
その差はさらに大きくなりますね。

土台のストローに入れた6mmφ×3mmの円柱のネオジム磁石ですが、
左のように1個だけ入れた方が、鋼球が勢いよく飛び出します。
吸引力は2個、3個と増やす方が大きくなると思うのですが、不思議です。

磁石同士がくっついているところがネックなのでしょうか?
6mmφ×3mm×2個ではなく、6mmφ×6mm 1個にすると
もっと良く飛ぶのかも知れませんが、そのサイズの磁石が手元になく
試していません。いずれ購入してやってみようと思います。
もし、この理由をご存知の方がおられたら
教えて頂けると嬉しいです。
どうか宜しくお願いします。


今回使用したダイソーのカラフルマグネットは、
赤、紫、緑、金色にコーティングしたものとなっています。
上の装置で100回ほど繰り返すと、
②のようにコーティングが剥がれてきます。
数百回 繰り替えずと、③のように磁石が消耗します。

①のコーティングされた状態では勢いが弱く飛ぶ距離が短いですが
(色によっても違います。紫が一番飛びにくく金色は結構飛びます。)
②の状態になるとよく飛ぶようになります。
③ではよく飛んだり、飛ばなかったりで 
受け皿にうまく入らない確率が大きくなります。

①の新品の磁石の場合の動画です。
上の動画に比べて、飛ぶ高さも距離も短いです。


これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)