１kg程度の物を上下に振動させるマシンを作りたい

質問

下記のような機構を作りたいのですが、DIYは割と好きという程度のスキルしかなく、機械系のことは全く経験や知識がありません。
・重さ１kg～２kg程度、サイズは最大で30＊30＊30cm程度のものを、
・物を下から支えつつ揺らすのではなく、物の上部で吊る形で（吊るといってもブラブラしては動かしにくいので、物の上部に取手のような部分を設けてそこで固定したいという意味）、
・１秒間に２～４往復程度、幅１～５cm程度で上下に動かす（振動させる）
・複雑な動きをさせたいわけではなく、単純に垂直な上下運動さえ出来れば良い。ただし上下幅や振動の速さは調節できるようにしたい
・上下動により機構全体が暴れて騒音がひどくなる場合は、重りで対応か、大きな作業台に固定。まあそこはあとで適宜考える。
私が思いつく市販品で一番近いものは、レシプロソーです。木材か金属で適当な枠を作って、そこにレシプロソーを歯を下に向けて縦に固定して、その歯の部分に揺らしたいものをくくり付けるような形で固定すれば、とりあえず試作一号にはなると思うのですが、それでは余りに不安定になりそうなので、もっと良い方法があればご教示いただければと思います。よろしくお願いします。
ちなみに性的な目的ではないです… 鍋＋上下動でチャーハンが作れるか試したい、みたいな目的と思っていただければと思います。

回答No.6

noname#252332

おまけ２。重力加速度ということに付いて解説しておきます。映画スピードの前半で起きたようにエレベーターを釣っているケーブルが切れてブレーキも効かず落下するとき、エレベーターと中に乗っている人は重力加速度9.8m/s2というまったく同じ速度でどこまでも落ちてゆきます。中の人は体重が0kgになったように感じますが浮くわけではない。浮くとすれば彼が宇宙飛行士のように軽く床を蹴った時です。

　すべての物体は自由に落下させると空気抵抗の影響を除いて重力加速度9.8m/s2という等しい加速で落ちてゆきます。

　鍋の中の米粒も、鍋が自由落下するかぎりは鍋とまったく同じ重力加速度で落下するので、すべての瞬間の落下速度は鍋と米粒は同じです。米が自分で床を蹴らない限り、米が鍋から浮くことはないのです。周富徳の炒飯のように鍋から米が浮くには、重力以上の力、モーターかバネかの力で鍋を積極的に下向きに加速してやる必要があります。つまりレシプロソーでやるなら鍋をぶらさげるのではなくノコギリに固定する必要があるということです。

　昔、炒め物をもうすこしマシに自作できないかとネットで調べたところ、素人だけど科学的に研究して実践している人がいました。彼によると、コンロの火力の不足は材料を少なくして補う、鍋返しは必須ではなくよくかき回せばそれでよい、とのことで、なるほどと感心したことでした。いまちょっと探しましたが同じページが出てきません。連続して鍋を振っていると火に当たらず温度が下がってしまいますね。

回答No.5

CINDER

https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/221005287850/?KWSearch=%e3%83%95%e3%83%83%e3%82%af&searchFlow=results2products

回答No.4

lumiheart

恐らく、回答１さんの構造で所謂いろり鍋をぶら下げるんだと思います
https://www.nanbu.jp/SHOP/irori10.html
回答１さんの図を流用させて頂きました

問題は鍋をぶらさげるフック
http://www.fnw.gr.jp/irorihonpo/shopping/jizaikagi/nabekake.html

本件のような上下に高速で揺動する機構でこのフックのような金具では
鍋が落下する危険性があります

鍋の中は高温の油とごはん　＜ ヘタすると火傷
試作実験とは言え落下の危険性のないように

ご安全に
https://www.kepco.co.jp/energy_supply/supply/ichiisenshin/approach/goanzenni.html
https://www.ecoo-online.jp/employee-column/iron-scrap/20190425/

回答No.3

noname#252332

おまけ。速度が調整できることも必要かもしれませんが重要なキーワードはギアドモーターです。歯車を入手することは簡単でも軸受けを精度よく自作するのは簡単ではありません。ギアドモーターはモーターに一体にギアが組み込まれており、ギアドモーターを正しく選べば当方が求める回転速度とトルクがその軸から直接得られます。

　ところでチャーハンの鍋の動作とは鍋に乗ったチャーハンを上下させることではなく、鍋からチャーハンが浮き上がって混ぜられることが必要です。チャーハンが鍋から浮き上がるには重力加速度以上の加速度で鍋が上昇から下降に転じる必要があります。毎秒4回同じ速度で上下するだけではなく、上昇を極めた付近で速度が最も早くなり高速に下降に転じるという運動が必要ではないかと心配になりました。レシプロソーの全開速度ほどならチャーハンも混ざるかもしれません。実は目的は炒飯ではないかもしれませんが。性的な目的で上下する器具は人力ですがジョージクルーニがバーンアフターリーディングという映画の中で発明しました。

お礼

再度のご回答ありがとうございます。上昇下降が転じる地点で加速度が必要というのは、感覚的には理解していましたが、確かにそうですね。難しいんでしょうか…。まあ、一号機を試作してから検証すればいいのかもしれません。い、いえ、本当にチャーハン的な目的なんです…　上下動させたいというのは、ご賢察の通り、容器と内容物が接触する時間を短くして、擬似的に浮遊した状態を作りたいという動機です…

回答No.2

noname#252332

必要な性能は2kgを0.05m上下させるために回転運動にクランクを付けるとして、必要な起動トルクは
2kg×(0.05/2)m=0.05kgfm=0.49Nmです。機械的ロスもあり安全率を見るとこの2倍以上か。
回転数は
4往復/secは240rpm。

　マキタのレシプロソーのカタログを見ましたがストロークは32mmで不足。ノコギリでストロークが50mmもある製品が有りますか？　速度は0～38回/secだそうですが、これでは4回/sec付近で安定に制御するのは困難で、低速では起動トルクも不足するでしょう。引き金の引き具合を調整するネジでも作るのでしょうが、低速でおそらく起動できない。安く簡単に試せても失敗する可能性は高いと私は思います。

https://www.orientalmotor.co.jp/products/detail.action?hinmei=SCM560JA-5%2BDSCD60JA&seriesCd=EG00
　趣味の工作には過剰ですが成功を計算できる例として、50Hz地域でも4往復/秒まで調整できて回転数を制御できる例です。起動トルクはギア比を掛けると低速時1.5往復/秒では理論値ぎりぎり、高速時4回/秒では5倍の余裕が有ります。モーターとコントローラーで2万5千円ほどだそうです。軸に2.5cmのクランクを付ける工作は必要です。

https://auctions.yahoo.co.jp/search/search?auccat=&tab_ex=commerce&ei=utf-8&aq=-1&oq=&sc_i=&exflg=1&p=%E3%82%AA%E3%83%AA%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%82%BF%E3%83%AB%E3%83%A2%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%83%BC&x=0&y=0
　私ならこんな手段で探すと思います。

お礼

おお…そういう計算が必要なのですね。ありがとうございます。
すみません、実は重量は最大１kg、上下幅は最大２cmでも一号機としては構わないのですが、なんとなく最大希望を書いてしまいました。しかし余裕はあった方がいいので参考になります。スピードコントロールモーターというキーワードが手に入り良かったです（レベル低くてすみません…）。ご教示いただいたタイプのモーターとクランクのことをしばらく調べてみようと思います。ご回答ありがとうございました。

回答No.1

ohkawa3

レシプロソーを選択するのは、的確だとおもいます。しっかりした台にレシプロソーのテーブルを固定すれば、上下動を発生させる駆動源として十分な性能があると思います。
気になることは、下側に取り付ける対象物の左右の動きをどのように規制するかということです。
機械設計として考えれば、対象物の動きをガイドする機構を先に考えて、その後駆動源とその結合方法を選択するのが一般的と思います。レシプロソーの直動部分が、対象物の動きをガイドするだけ十分な能力があれば、お考えの方法は十分に成立すると思います。

お礼

まさに！図に描いて頂いた通りのことをしたいのです！ありがとうございます。
私が思い浮かべていたレシプロソーは銃のように持つタイプだったのですが、図に描いて頂いたいわゆるジグソーのタイプの方が台に固定しやすそうです。
市販の電鋸でパワーが足りそうなのであれば、左右のブレの制動のアイデアは私にはありませんが、とりあえず試作してみるのがいいのかもしれませんね。ありがとうございます！