ビー玉の加速

質問

ビー玉を転がして色々な仕組みを動かすピタゴラスイッチのようなギミックを作ろうとしているのですが、ビー玉を加速する方法（機構）がどうしてもわかりません。
というのも、ジェットコースターのようなループを３連以上作ろうと思っているのですが作る条件として高さが25cmほどに限られていて、ビー玉を高い位置から転がすことができません。そのため、ビー玉を加速しなければならないのですが、ピッチングマシンの原理は他の人が採用しているので、なるべく避けようと思っています。
ビー玉はギミックの中を循環するので、ひとつのビー玉を処理しても、次のビー玉がくるとまた処理できなければなりません。
どうかみなさんの知恵をお貸しください。無茶なアイデアでも結構です。
宜しくお願いします。

回答No.14

noname#104477 · ベストアンサー

taco-busさん、こんばんは。
しかし面白いニックネームですね（笑）
それはさておきもう少し詳しく説明しますと

>>蝶番を使う理由はなぜですか？

答え：板バネの代わりに鉄板にビー玉を弾く為のアクション動作をさせるためです。
例えば30ミリ×70ミリの鉄板2枚で構成されている蝶番を考えてください。開くと140ミリ×30ミリ、閉じれば70ミリ×30ミリ、と言う形状です。

これの片方を装置にしっかりと固定し、もう片方にはコイルバネをネジなどで取り付け、又バネの反対側は装置に固定します。これで蝶番がビロ～ンとなりますね。モーターで圧縮されたバネが戻る時のエネルギーで蝶番をピン！と戻し、それによってビー玉を弾くのです。

つまり板バネは手に入りにくいので蝶番とコイルバネで同様な動きをさせると言う訳ですね。

又、Ｌ形バネというのは例えば長さ10センチの弾力がある針金の中央を直径5ミリ位にコイル状に数回巻いた物です。このバネは巻いた部分がねじれる力を利用しています。
但しこれを使うには蝶番の軸が本体から少なくとも10ミリ位は出ていなければなりません。この軸にコイル状の部分を被せ伸びている針金の部分を折り曲げて鉄板を弾くと言う訳ですね。コイルバネよりは場所を取りません。

なお文章中の数字はイメージを抱きやすくする為で必ずしもこの通りの必要はありません。

お礼

すみません、回答が遅れてしまいました。
詳しい説明ありがとうございます。イメージはだいたい掴めました。
今のところパチンコの機構にするかコンベアかこの機構にするか検討中です。皆さんのおかげでいいものが作れそうです。本当に有難うございました。

回答No.13

noname#104477

又又々‥こんばんは（笑）

＞板ばねの値段の相場が全くわからない上にあまり‥

確かに言われてみればおっしゃる通り、値段もそうですが手に入れるのが難しいかも知れません。

ではこんなのは如何ですか、つまり板バネの代わりに蝶番とコイルバネを使うのです。
具体的に蝶番の片方を固定し、動く方にコイル又はＬ形のバネを取り付け、これの弾力でビー玉を弾きます。動力源はNo.12と同じ方式です。これの利点は部品が安価で手に入れやすいこと、ホームセンターで簡単に買えます。

コイルばねの場合はネジなどで片方は筐体に、もう一方は蝶番に固定します。
余談ですが先ほど１rps位の回転数と言ったのは早すぎるとビー玉が板の上で落ち着く前に弾いてしまい、そのタイミングによって、例えばビー玉が浮いている時に弾いても効果が弱いと想像できるからです。

又蝶番の形ですが最適な物が無ければ鉄板などを取り付け、形を補正する必要が有るかも知れません。

お礼

度々の提案ありがとうございます。そして返事が遅れて、すみません。
＞具体的に蝶番の片方を固定し、動く方にコイル又はＬ形のバネを取り付け、これの弾力でビー玉を弾きます。
このイメージがよくわかりません。L形のバネというのは板ばねのようなものでしょうか？蝶番を使う理由はなぜですか？
想像力が乏しいもので、全く”？”の状態です。よろしければもう少し詳しい説明を聞かせてください。
本当に申し訳ありません。

回答No.12

noname#104477

No.11です、又々お邪魔虫（笑）
ところでこんなのは如何ですか

つまり弾力の充分に有る板バネの一端を固定し、他方をモーターの軸に取り付けた金具でグーと曲げ、エネルギーを蓄え、金具が外れた時のバチン！と戻る動きでビー玉を弾き飛ばす。
これに使うモーターは１rps位の回転数でトルクが充分にあるギアードモーターが望ましい。例えば自動車のワイパーモーターなど‥‥ＤＣ12ボルトですが。

これの特徴は機構部がゆっくり動くにも関わらずビー玉は非常に勢い良く弾き出されることです。
つまり機構部の耐久性と性能を両立させた方式と言えるでしょう。

お礼

＞No.11です、又々お邪魔虫（笑）
そんなことないですよ。続々と新しいアイデアを有難うございます。
コイルばねだと場所をとるし、コンベアでも場所をとるので少し悩んでいたのですが、板ばねのアイデア、すごくいいですね。しかし板ばねの値段の相場が全くわからない上にあまり扱った経験がないので、これに決定というわけにはいきません。すこし調べてみてから考えようと思います。
本当に有難うございます。

回答No.11

noname#104477

No.9です、毎度お邪魔します。
先ほどの粘着テープの代わりに突起物を多数付けるのは如何でしょう？

つまり幅20ミリ高さ15ミリ位の板を50ミリ間隔で取り付けこれを高速で回転させます。
前後方向には充分な強度を持たせ、板がビー玉を前に押し出す構造にします。又高速で回転する為ビー玉を上に弾き飛ばす事も有るでしょうから上部にはそれを防ぐ為の板を付けます。

また転がってくるビー玉を確実に捕らえて加速する為にコンベアーの高さは微調整できる構造が好ましいと思います。
なお上で書いた数字はあくまでも想像で実際は実験で決めるのがベストかと思います。

お礼

三度目の回答、本当にありがとうございます。
実はkurokuboyさんの前の粘着テープの回答をいただいた時に、粘着テープのかわりにフックをとりつけようかと思いついたのです。しかし、ビー玉が弾き飛ばされるかもしれないので無理かなと思っていたのですが、調節機構をつけることによりなんとか実現しそうです。今のところこの機構にするかバネの機構にするか、考えた上で決めようかと思っています。
本当に幾つものアイデアを出していただきありがとうございました。

回答No.10

noname#60878

下のNo7です。
昔、類似のディスプレイのメンテをした経験からアドバイス。

無人で連続運転となると、やはり、かなり信頼性が必要です。10秒間隔で玉を発射しても、半日連続運転すれば、4320発になります。コースをはずれて落下する玉も出るでしょう。これがうまく転がって発射機の所へ合流するくふうが必要でしょう。この部分、うまく見せられれば、失敗する玉が多少あっても、かえって観客は面白がって見てくれます。玉は、多少大目にして、発射機の近くでいくつか溜まるようにしておくと安心です。
連続して長期間使用すると、レールの特定の部分に力がかかり、コースの歪みが出ます。じゅうぶんな強度を取った上で、ある程度調整できるようにしておく必要があります。
設置環境で、ホコリの進入、観客にケースを叩かれるなど外来の振動の影響も考慮する必要があるかもしれません。常設でなければ、水平に設置できるように水準器と調節機構等組み込むのが良いかもしれません。
玉の傷みや汚れが支障することがあるので、予備を用意して、点検項目に入れておく必要があります。
一定時間、玉がチェックポイントを通らない(失敗が連続する。あるいは発射が正常でない場合。)時にアラームするか、全体の運転を止めるようにしておくと良いです。

まあ、メカ物の信頼性と価格は密接に関係しますから・・・

お礼

二度目の回答ありがとうございます。
＞まあ、メカ物の信頼性と価格は密接に関係しますから・・・
そのとおりです。予算が少ないため、こればかりはなんとも・・・。あまり細かいところまで凝れないのが実際のところです。
玉が落下してもフォローする仕組みやある程度のゆがみの調節機構など、取り入れたいと思います。
とても為になることを教えていだだき本当にありがとうございました。

回答No.9

noname#104477

Ｎｏ．４です、ビー玉に限るとのこと分りました。

ではこんなのは如何ですか、つまり粘着力を使うのです。
具体的には通路に幅20ミリ長さ200ミリ位の穴をあけ、その穴に当たらないようにベルトコンベアーのベルトをほぼ平らになるように取り付けます。

そのベルトの表面にガムテープなど粘着力の強い物を貼り付け高速回転させます。つまりビー玉がベルトに掛かるとその粘着力でベルトに貼り付き、ベルトコンベアーで加速され終端まで行くと切り離される、という仕掛けです。

ポイントはやはりビー玉の速度が落ちる所が良いかと思います。
低コスト、玉の材質を選ばない、仕掛けが簡単、などのメリットがあります。

お礼

二度目の回答ありがとうございます。
確かにアイデアはなるほどと思いましたが、粘着物は取り扱いがやっかいで、埃やごみ等により加速度のばらつきや、コンベアからの切り離しの調節が粘着度の変化により不便な面が出てくると思われます。粘着物の交換も必要となってくるでしょう。もしかしたら二、三十分運転するとコンベアに乗らないということもあるかもしれません。
せっかくのアイデアですので一度試してみて、考えようと思います。
一つの質問に多くのアイデアを寄せていただき、本当にありがとうございます。

回答No.8

bullfrog

>ガウスの加速器ですが、磁石球のと鉄球を使用するようですが、鉄球はビー玉と交換できるのでしょうか？

どうしてもビー玉なのですね。であれば、無理です。鉄球のように磁石につくものでなければなりません。

ビー玉であれば、フレミングの左手の法則を利用したレールガン（リニアモーター）もダメですよね。
（ちなみに、こんな感じで簡単に作れます　http://web.kyoto-inet.or.jp/people/ebisan/liner.htm）

となると、エアコンプレッサを使うか、バネを使うか、ゴムを使うか……。円筒に放射状に弾性のある板を取り付けて、板が何かに引っかかるようにして……パチン！という方法もあるでしょう。これであれば、モーターで単純に回せばいいのではないかと思います。

バネにしろゴムにしろ板にしろ、「バチン！」では衝撃があって不安ですから、ピンボールで最初にはじく球のように、球を引き寄せておいて……エイッ！の方が良いかもしれませんね。

お礼

補足ありがとうございます。
参考URLとても面白かったです。レールガンがこんなに簡単に作れるとは知りませんでした。この原理は覚えておくと後で役に立ちそうな気がします。
今のところはピンボールのバネの機構をつくり、カムとモーターで発射間隔をを調整しようと考えております。
ありがとうございました。

回答No.7

noname#60878

装置を製作する目的は？　予算は？　耐久性や信頼性は？　ギミックに操作者は付きますか？　無人で連続運転ですか？
玉を打ち出す速度に関しては、バラツキはどの程度許容されますか。玉の速度については、微調整は必要ですか？　玉の発射間隔はどのぐらい必要ですか？

構造が簡単で信頼性の高い方法は、

バネではじく。
パチンコ台(昔の手動式)やスマートボールのように、ゆっくりとバネを引いておいて、この戻る力を利用します。バネを引く部分は、ツメを付けた円盤や切り欠きのある歯車を使用するのが簡単で確実でしょう。この部分、見せる演出がいろいろ可能でしょう。玉を１個づつ供給する機構は、発射するピストンで兼用できるでしょう。
発射間隔をかなり短く(数発/秒 程度)できます。装置は小型にできますが、玉の速度を大きくしようとすると玉に加わる衝撃が大きくなり割れる怖れが出てきます。玉の速さにバラツキが出る。玉の速さの調節がしにくい。衝撃音がします。

空気圧で押し出す・・・・エアガンですね。
筒の中に玉を入れ、圧縮空気を送り込む。銃身の長さを長くすると、(加速する時間が長くなるので)圧力はあまり上げなくても玉の速度を大きくできます。銃身はある程度は曲げても支障ありません。玉を銃身の先から落し込む(火縄銃方式)なら構造は簡単だが、発射間隔が長く必要。銃身の後ろから入れる(拳銃方式)なら、発射間隔をかなり短くできるが、尾部を閉鎖する機構が必要。いずれも、(玉が複数あるならば)玉を１個づつ供給する機構が必要。玉の速さの調節は容易。ただし、玉と銃身の寸法精度によっては、玉の速さにバラツキが生じる。発射音自体は小さいが、空気圧を供給するコンプレッサが・・・

電磁的に加速する。
リニアモーターと呼ぶかレールガンと呼ぶか・・・
玉が鉄とかの磁性体であれは、多数のコイルを並べて移動する磁界を作るなどの方法で任意の速度に加速することができます。速度の調節が簡単で、速度のバラツキが小さい。音が静か。コースの途中でも加速が可能なので循環式の装置に最適。機械的な運動部分が無いので整備不要で長期間動作。減速動作も可能。装置が大げさで運転コストも高い。ただし、装置として動きが無いので、見ても面白くはないと思います。

ついでに実用性はかなり？だけど面白い装置のネタを。

サーカスのシーソーの原理？
大きな錘を指定の25cmより低い高さから落下させます。この下に腕の長さを左右違えたシーソーを置きます。腕の長い側の上に玉を置き、腕の短い側に錘を落下させると、玉は25cmよりも高く上がります。運動の速さを変えるしくみとしては、動滑車や輪軸なども使えます。運動エネルギーとして見るならば、この部分だけでも面白いのでは？？

お礼

回答ありがとうございます。
予算はあまりかけられません。ある程度の材料はそろっているのですが、例えば機械を取りつけ、それに何万もかけるだとか、そういうことはできません。安上がりが条件です。　耐久性は特に必要ありません。信頼性はほとんど無いのは困りますが、そこそこあればいいです。　ギミックに操作者は付かず、　無人による連続運転を行います。
玉を打ち出す速度は所定のループが成功さえすればよいので、特にバラツキは絞らないつもりです。そのため微調整も要りません。玉の発射間隔は５秒～１０秒ぐらいだと考えています。
バネではじく・・・これは結構いいかも知れません。見ている方も面白いですし、構造もシンプルでいけそうです。
空気を利用する方式ですがコンプレッサは考えてみるとやはり場所も取りますし、騒音やお金もかかりそうなので、無理かなと思い始めています。
シーソーも面白そうです。ぜひ考えてみようと思います。
一つの質問にたくさんのアドバイスを頂き、本当にありがとうございます。

回答No.6

noname#215107

棒をモーターで回転させ、それではじくのはどうでしょうか？
これなら、単純な回転機構だけを作ればよいので、シンプルな構造になります。
あまり衝撃が大きいと、ビー玉が割れる可能性もあるので、材質などは工夫する必要があると思います。
また、射出方向を一定にするためのガイドを設置することも必要でしょう。

もう一つ、ジェットコースターのように、高いところまで持っていくというのはどうでしょうか。

お礼

朝早くの回答、ありがとうございます。
はじくアイデアは使えそうです。じっくり考えてみようと思います。ありがとうございました。

回答No.5

bullfrog

ガウス加速器なんてどうでしょうか。
http://www2.hamajima.co.jp/~tenjin/ypc/ypc046.htm

お礼

朝早くの回答ありがとうございます。
ガウス加速器、初めて知りました。URL大変参考になりました。
ガウスの加速器ですが、磁石球のと鉄球を使用するようですが、鉄球はビー玉と交換できるのでしょうか？
回答に質問と、本当に申し訳ありません。

回答No.4

noname#104477

アイデアだけいくつか

この問題は原理的に外部からエネルギーを与える必要が有ります。方法としては

１、通過するビー玉にコンプレッサーからの高速の空気を吹き付ける。特に速度が落ちる場所が良い。

２、長方形の板を十字に組み、中心をモーター軸に取り付け高速回転させ、そこにビー玉が転がり込むと回転力で大きな速度が得られる。外側に弾き飛ばされないように壁を付けることはいうまでも無い。これも速度が落ちる場所に付けるとコントロールしやすいかも。

３、直流モーターの原理を使う、つまりフレミングの左手の法則を利用する。具体的にはビー玉の代わりにアルミなどの金属球を使い、通路に二本の金属レールを置き、その上下に永久磁石を配置する。
ここでレールには直流電圧を掛けておき、アルミ球がその上に乗ると球自体に電流が流れ磁石との相互作用により加速される。電流や磁石の向きを逆にすると減速してしまうから要注意。詳しくはフレミングの左手の法則をお調べください。

４、パチンコ玉などの鉄球を使う。上から見て球の通路の左右に同じ周期で回転する円盤を配置し、その円盤の外側に鉄球を挟むようにN　Sの永久磁石を取り付けて磁力線で鉄球捕まえて引っ張り加速する。

まだまだ考えられるがとりあえず4種類をご検討ください。

お礼

回答ありがとうございます。
実は転がすのはビー玉と決められていて、磁場を作る方法も考えたのですが、やはりビー玉ですのでどうしようにも。。。
1と2のアイデアはいただいておきます。特に2は機構が簡単で済みそうなので考えてみます。
１つの質問に対して４つもアイデアを出していただき、本当にありがとうございました。