時計を作ろう

LEGOで脱進機を作りました。

実に様々な機構を極めて容易に作ることができます。

マインドストームというシリーズの中から、ギアなどの機構部を失敬して、作ったものです。

子供の情操教育用に4kg程まとめ買いしましたが、結局私専用になってしまいました。

■デファレンシャル振子

二つの振り子をデファレンシャルギアで連結したものです。

前代未聞の機構です。(極めて僅かに製作されたものは存在します)

実に面白いことに、二つの振子間には緩やかながらも同期化力が働いていることを発見しました。

安定平衡点(平衡位相)も二ヵ所発見しました。

まずは動作の様子を動画でご覧ください。安定平衡点(平衡位相)は 0deg です。一番手前に脱進機とデファレン シャルギアがあります。

この後続く動画をご覧になるときにはぜひとも脱進音を聞いてください。

位相のずれや同期化の様子が非常に明快にわかります。

振子間の微妙な固有周期の違いを原因として、僅かにズレが増えていきますが、またいつの間にか位相が揃っ てしまいます。じっくりと振子の動きを観察していると、遅い方が加速し、早い方が減速する様子が解ります。

音を聞いてください。明らかに同期化力が観察されます。

ちなみに、デファレンシャルギアは、主に自動車の駆動輪に取り付けられている特殊なギアです。

左右の駆動軸の回転数差があっても駆動力を伝達することができます。

デファレンシャルギアの動作を理解するために動画をご覧ください。

脱進機部分のクローズアップ動画はこちら。

次は輪列の動画です。

この動画では起動時の位相差は180degですが、最終的な安定平衡点(平衡位相)は0degになりました。位相変化 の推移をデファレンシャルの動きで観察することができます。

前述動画の安定平衡点(平衡位相)は 0deg ですが、180deg の場合の動画はこちらです。

他にもいくつかの実験を行ったところ、同期化力には限度があり、脱調しない周期差まで二つの振子を調整する 必要があることがわかりました。

時計界では「レゾナンス」「デュアリティー」と称され、極めて稀にしか製作されたことがない機構です。

今回、同期化までは確認できましたが、その結果歩度がどうなるのか、外乱に対する耐性がどうなるかなど、興 味が尽きない機構です。

諸兄の追試を望みます。そして新たなる発見を祈念します。

■ホイール脱進機

デファレンシャル振子の実験後、輪列を利用してホイール脱進機を作りました。

ホイールが水平に回転します。上部のゴムはヒゲゼンマイ代りです。

回転抵抗を極限まで小さくするため、ホイールはゴムで吊って浮いた状態です。

動作中の写真なので、ホイールに取り付けたアンカーピンはブレて写っていません。

動画はこちら。

こちらはクローズアップ。

ホイールの振り角が一定していませんので時計としての精度は甚だ疑問です。

もう少々まともなものを、と考え改良型を作りました。パワーリザーブ延長改造です。

手法は以下の通り

・　テンワの慣性モーメント増加　　　　ホイール2個重ね

・　ヒゲのバネ定数低減　　　　　　　　ゴム３本直列

・　振り角拡大

・　重錘懸架の動滑車化

ゴムが長くなったため、そびえ立つタワーが壮観です。　動滑車化した重錘は、レゴ界では禁じ手である社外部 品の利用、1kg鉛の重錘です。

脱進機のカム・ロック部も最適化しました。　ホイールアンカーピンを叩く位置、脱進機構の重量配分、ゴム長と ホイール位置、ゴムへのプリテンション付与量、芯ブレ対策など各種調整を追い込んだところ、パワーリザーブは 約3時間弱までに至りました。

動画はこちら。

こちらはクローズアップ。