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排気ガス排出ノズル自動戻し装置の製作の続きです。

リンクの加工をしようかと思っていたのですが、電気系の部品が揃ったので、先に電気回りを仮組みして動作確認することにしました。


今回の電気系は、基本的には買った部品をほぼ数珠繫ぎにするだけなので、公開なしで作るならば、わざわざ回路図を書いたりしない規模のものです。
が、みんカラのブログに書くにどうにも説明しにくいので、せっかくなので回路図を描いてみました。


ざっくり説明すると、上側左から、
・AC100VからDC27Vを作り出すスイッチング電源、
・プッシュスイッチを押すと、ある程度時間が経ってから駆動を始めるための遅延タイマー、
・モーターとリンクとを結合したりフリーにしたりする電磁クラッチ、
・27Vから12Vを作り出すDC/DCコンバータ、
・電磁クラッチを先に繋いで、確実に繋がったのちにモーターを回し始めるための遅延タイマー、
・下に移って最後にモーター
です。
残りの下側のものは、リンクを縮めてノズルアタッチメントを引き込んだときに、電源を切るための仕掛けです。リミットスイッチを並列に2つ使って、リンクの両アームともに手前に引き込まれたときにだけ電源が切れるようにしています。


まずはこのコンセントに近い側からスイッチング電源までの作成を始めました。

ケーブルを適当な長さに切っては被覆を剥き、メインスイッチ、リミットスイッチにはんだ付けをして、分解・組立のためにギボシ端子をつけて、そこまで完成です。タイトル画像の通りです。
リミットスイッチはこういうやつです。

AC100Vにもそのまま使えます。スイッチを押すレバーにコロが付いているタイプ。


リミットスイッチの動作の様子がこちら。

最初にメインスイッチをONにすると、27Vが出力されます。まずはすぐにメインスイッチをOFFにしていますが、ゆっくり0Vに戻っているかと思います（これは電源に負荷になるものを付けていないために、コンデンサに蓄えられた電荷が抜けるのに時間を要しているからで、実際にはすぐに0Vになります）。
次に、リンクが手前に引き込まれてきて、リミットスイッチが押された様子を模擬して、手で押してみています。片方だけ押しても電源は切れませんが、両方ともに押したときに電源が切れているのがわかるかと思います。

思った通りの動作ができていますね。ひとまずちょっと進みました。


次にその直後にあたる回路図の上側真ん中辺りの遅延タイマー周りの作成に移りました。

プッシュスイッチは、それを押すことで遅延タイマーに開始のトリガー信号を与えるためのものです。

この左側ですね。仕様を見るとトリガーは3〜24Vと書かれているので、27V電源をそのまま使ってしまうとオーバーしてしまいます。そこで、抵抗を2つ使って分圧することにしました。中2の理科で習うやつですね。

この抵抗のところをそのまんま空中配線で作ったものがこちら。

はんだ付けはちょっと下手くそですがしっかり付いていると思います。


これに熱収縮チューブの被覆を被せて、プッシュスイッチを付け、右上のDC入力とも接続したものがこちらです。


テスターでおかしくないか何度も確認して問題なさそうです。

よしよしできたと思って繋いでみると、‥‥‥‥、何故だかこの遅延タイマーが動かないのですよ。トリガー配線を抜き、DCに27Vをかけるだけにしても動きません。
何でだろう?? （あれ??? 配線おかしくて壊したか?）
3桁の7セグメントの表示も点かないのですよね。別の12V電源を繋いでみても、やっぱり動きません。正確にいうと、別電源を繋いだときは一瞬だけ7セグメント表示が点いて、その後点かなくなりました。

何か勘違いをしていないか!? それともこのタイマーが初期不良品なのか?? う～ん、進まなくなってしまいました。


前回部品を載せたときにはなかった回路図右上の遅延タイマーも入手（これは2つの可変抵抗で時間調整をするアナログ式）していたので、



今日中に電気系は全系完成できると思っていたのに‥‥‥‥残念。

IoT系機材もいろいろ安く手に入る世の中になりましたので、家中の温度・湿度を把握できるように、タイトル画像のWifi接続の温湿度計を使っています。
これは、1個500円くらいのものです。

大きさは、7 x 2 x 2 cmくらいで、ちょっとしたところにも忍ばせておきやすい小さなものです。

最初は試しに一個だけ買ってみたのですが、なかなか良いので各部屋の温湿度計をモニタしたくなって買い足して行くうちに、6個になってしまいました。

この画面はiPad横向きの場合の表示ですが、どこにいても、家中各所の温度を把握できます。外出中でもスマホから確認できます。
個体差も小さく精度も良さそうで、安くてお勧めです。
なお、家のエアコンもスマホで外から操作可能なので、温度を確認してエアコンを操作するなんてこともできます。

温度一覧を見ると、部屋間の温度が不均一なのが良くわかりますね（これについては部屋間での空気の流れがイマイチ悪いので、空気を積極的に流す装置の導入を別途検討中です）。

で、で、そのうちの2個は、空調的には屋外扱いのガレージと355の車中に置いています。

ガレージは居室空間とは気密的にも断熱的にも完全に分離していますが、ガレージはそれ単体で断熱材で囲まれた構造になっています。シャッターの断熱性能は悪いですが、それ以外の壁については、外断熱の途切れ問題の対策をした関係で、二重に断熱材が入っています。結果的に居室よりもおごったことになっています。

それもあるかもしれませんが、ガレージの温度変動がすごく小さいんですよね。外なのに。

昨日1日のガレージ内収納棚に置いた温度変化はこちらです。


昨日の宇都宮の朝の最低気温は2℃でした。うちの第一種換気の外気取り込み温度を朝見たときに2℃だったので、実際の外気温がです。そんな外気温なのに、ガレージ内の温度は14℃を下回る程度にしか下がっていないのです（上がる方も17℃程度と、3〜4℃程度しか変動していません）。
もちろん、ガレージを暖房するなどということはしていません。これはおそらくは、土間コンと地面に蓄熱された熱によって、ガレージ内が暖められているためでしょう。壁は十分な断熱性能を持っているので、その熱を逃さないのだと思います。熱容量の大きな地面は、巨大な時定数をもっていると思われ、少し前の平均気温に倣っていると思われます。
シャッターには隙間もあるので、温度一定というわけにはいかないようですが、外気温の影響をあまり受けないようです。

さらにそのガレージの中に置いてある355の社内の温度変化がこちら。

当たり前といえば当たり前ですが、さらに変動が緩和されたような結果ですね。

ガレージはなんだかんだ言っても外気温くらいになるんじゃないかなと思っていたので、思わぬ嬉しい誤算です。

実際、毎朝インプレッサに乗るとき、最初から車が暖かくて全然寒くないのですよ。

リンク部材を入手し穴位置の墨付けをしたところでしたが、

穴開けをしようにも穴サイズが決まらないことには穴の開けようもありません。平日に製作作業はなかなかやれませんが、リンク設計の細部をちゃんと考えて、穴サイズを確認するところまでやりました。

まず、タイトル画像はリンクとリンクとを繋ぐ軸部分の構造を示していますが、縦に貫くオレンジの棒がM6のボルトを示していて、緑と黄色の板とその軸の間の濃い青がベアリングを示しています。

軸のボルトをそのまま固定するところでは、φ6mmの穴を開けることとなり、ベアリングを入れるところにはφ17mmの穴を開ける必要があります。すなわち、リンクの厚み方向の上下関係、ボルトの向きによって、開ける穴サイズを変える必要があります。そこで、改めてリンクの重ね方を見直しました。

それが、こちら。

一番重要な修正点は、真ん中あたりのリンクが交差するところです。
以前に載せた図では、ボルトの出っ張りが当たってしまうので、1箇所だけボルトの向きを上下逆にし、ボルトの頭をリンクの板に埋め込む変更を加えています。

この図を基にして、穴サイズをリンクに書き込んでみたものがこちら。

結構いろいろになりますね。
これをバラして並べたものがこちら。

これを見てこの通りに穴を開けていけば良さそうですね。

実際の加工は、気が向いた休みの日にやります。ベアリングの固定方法とか塗装順とか、まだモヤモヤしているところもありますが、やりながら考えるかな。

今日はとても澄んだ空気のとても良い天気でしたね。ドライブも良かったのですが、今日は、何となく家でのんびり過ごす日にすることにしました。天気がいいので、お昼は中庭で食べることにして。

何となくのんびりデーにしたので、あまり排気ガス排出ノズルアタッチメントを動かす装置の製作はしていないのですが、ちょっとだけやりました。


昨日のブログで書いた通り、リンクの駆動回りを設計してみると、シャフトが10mmほど短いのです。板、ベアリング、電磁クラッチの厚みを考慮すると、どうしても必要そうなのですよね。


それでシャフトを延長するための加工をしました。

加工するにしても、壊れたときのメンテを考えると、組み付ける部品を脱着可能な状態にしておきたいところです。

そこで、このシャフトの先端から何とか穴を開けて、別の細いネジを使って延長部材をネジ止めすることにチャレンジすることにしました。

なお、シャフトを長いものに交換できないかとも思いましたが、ほぼ同じと思われる減速機を分解してみたところ、ギヤとの嵌合部にギヤスプラインが切ってある特殊なものだったので諦めました。


それで、シャフトに穴を開けると言っても、シャフトのきっちりセンターから真っ直ぐに掘り進める必要があるので、そんなに簡単でもありません。

そこで、まずは真っ直ぐ穴を空けるためのドリルガイド的な治具を作りました。
材料は、M6の長ナット

と、M3用の長いスペーサ

です。
M3用長スペーサをM6長ナットの半分程度挿し込んで、3mmドリルを挿し込んで穴を開けようという作戦です。

M3用の長いスペーサの外径は5.5mmあり、そのままでは微妙にM6の長ナットに入らないので、まずはM6の長ナットの穴を5.5mmドリルで若干拡げました。それでスペーサを挿し込んだものがこちら。


反対側は、普通にM6ナットになっていて、シャフトにねじ込むことができます。


これをM6シャフトにねじ込んでドリルを挿すとこういう感じになります。なお、モーターの中に切粉が入らないように、ビニール袋で養生しています。


遊びが0.1mmでちょうどいい感じです。
これで、加熱しすぎないようにちょっとずつ穴を開けました。

開け始めはこんな感じ。

ばっちりセンターが出ていますね。

少し掘り進めたところです。


時間かけて十分な深さまで掘りました。



この先に、Dカットした6mm径の何かを取り付けようと思います。それを何でどうやって作るかは、まだいくつか思い描いている段階なので、また追々に。

それから、リンクの棒部分の材料も入手済です。5.5mm厚のMDF板です。

カット精度が欲しかったので、カットサービス付きのところでネットで買いました。

MDF板は、木の粉を樹脂で固めた木とプラの間みたいな素材ですが、木のように加工性が良く変形も少ないのでこれにしました。強度もあまり必要ないと思うので、十分かなと思います。塗装で仕上がりが決まると思いますが、どうするかは後で考えます。

穴開け位置の墨付けまでやりましたが、今日は、ここまでです。


回転軸に使うベアリングも入手済。




今日はゆっくりしたかったので、ほぼほぼシャフトに穴を開けたくらいしか作業していませんが、来週以降にぼちぼち続きを作ります。

排気ガス排出用のノズルアタッチメントを自動でホームポジションに引き戻す機構を作るための部品が、ぼちぼち集まってきました。

まずはそもそも、どうやって引き戻すのかです。
伸縮・回転できるリンクが伸びている状態から縮めるためには、

固定側手前の黄色で示した板側に注目したとき、

この2本の青のリンクをそれぞれ赤の矢印のように黄色の板に近づくように回せば良いことがわかります。

別の見立てをすると、黄色の矢印の間隔が開くように青のリンク間を回しても良いです。黄色の板と青のリンクはフリーに動くようにしておき、青のリンクを相対的に回すということです。
青のリンクが黄色の板に近づくと、物理的に当たるようにしておけば、

まだ近づき切れていない反対側が動くこととなるので、

両方のリンクが手前に完全に近づくまで引き込むことができます。こうすれば、モーター1個だけで実現できますね。

で、ざっくりと設計をしたのがこちら。

紫が上の図で言うと向かって右側のリンクで、青が左側のリンクです。両リンクともにベースの黄色の板の上側にするのは前回のブログで書いた通りで、紫と青とをピンクで示すモーターで動かそうという作戦です。
黄色の板とモーター軸はベアリングで自由に動くようにしておきます。


ということでこれで行くことにして、主にネットで注文して部品が集まりつつあります。


◆まずは減速機付きモーター


軸がM6のボルトになっているタイプです。
本体は641円でした。


回転速度は2rpmなので、

30秒で1回転(360°)することになります。
最も引き伸ばしたときのリンク間角度は30°程度で、最も引き込んだときは160°くらいになると思いますので、その差は回転角度にして130°くらいです。なので、だいたい10秒くらいで引き込むくらいの速度で動くことになります。もっと遅くても全然いいと思いますが、まあそんなもんかなぁと、エイヤ。


◆お次は今回のキーパーツ電磁クラッチ

どうやって作ろうか悩んでいるときにネット徘徊して見つけたもので、これが間違いなく今回のキーパーツです。

中心軸と白のギヤの間を電気のオンオフで繋いだりフリーにしたりできる電磁クラッチです。

日本の天竜丸澤というメーカのもののようですね。おそらくは複写機の中の搬送系の部品ではないかと思われますが、詳細不明です。通常は市場に出回るものでもないと思いますが、中国工場から何らかの事情で市場流通品になったのでしょう。

こちらは本体253円でした。
スペックは24V定格で3W、保持力は0.25Nmのようです。これで十分かどうかはさっぱりわかりませんが、やってみてから考えることにしましょう。

さて、なぜこの電磁クラッチがキーパーツかというと‥‥。

車で出掛けるときには、ノズルアタッチメントを手で動かしてマフラーエンドにピタリと合わせ、車で出掛けた後には自動でホームポジションに戻って欲しいというのが、そもそもやりたいことです。後者のためにリンクの軸に駆動系を直接付けてしまうとどうなるかというと、減速機が持つセルフロック特性によって、リンクが回らなくなってアタッチメントを手で動かせなくなってしまうわけです。
そこで、最初は駆動系のどこかに物理的に噛み込むものをつけ外しするかなぁと、メカ機構をアレコレ考えていました。なかなかそういうカラクリを作るのも難しかったりするので、何かいい手はないかと考えているときに、昔のCVTって電磁クラッチだったよなぁと思い付きました。そういえばカーエアコンのコンプレッサでも電磁クラッチ使っているし、電磁クラッチがいいんじゃん(!!!)と。


◆電源ユニット

電磁クラッチがDC24V仕様なので、ACから24Vに変換するスイッチング電源ユニットも買いました。

電力量はいらないので、1A出力のコンパクトなものを適当に選びました。

本体337円でした。
すでにケーブルをはんだ付けしていますが、裏側はこんな感じです。

安い製品ですが、仕上げは綺麗ですね。


◆DC-DCコンバータ

モーターは12V仕様なので、24Vだけではなく12Vも必要です。スイッチを一元化したいとかあるので、別電源を用意するのではなくDC-DCコンバータを使って、24V電源から12Vを作ることにしました。


そんなに容量はいりませんが、60Wまでいけるなかなかのものがあったのでそれにしました。

これは本体250円でした。


◆遅延タイマー

出掛けた後にホームポジションに戻る動作をどうやって開始させようか少し考えまして、遅延タイマーを使うことにしました。
ノズルアタッチメントを手で動かしてマフラーエンドに寄せたついでに、トリガースイッチを押しておけば、適当な時間が経った後にホームポジションに戻ってもらう作戦です。


これは本体337円でした。



さて、まだ全部の部品が集められているわけではありませんが、一部動作確認を始めています。

まずは何と言ってもキーパーツの電磁クラッチのテストですね。電源は買った24V電源を使います。
電源電圧を計ってみると27.6Vありました。あれれ～、定格より3.6Vも高いですね～、15%アップか。まあ日本メーカの電磁クラッチだし、多少定格を越えても壊れないだろうと踏んで、そのままテストすることにしました。

まずは繋いでみて、負荷がかかったときの電圧は、やっぱり27.6Vでした。

電気を流すとカチッと音がしてクラッチが繋がります。

次に電流チェックです。

流れる電流は、135mAくらいですね。3.7W消費していることになります。定格超えの電圧をかけてしまっているので、そんなものででょう。本番では24Vくらいになるように降圧しようかな。

クラッチが掛かっている様子はこちらです。

電気を流すとちゃんとロックしますね。

これをこういう感じで使う予定です。

上のざっくり設計のピンクと肌色がこうなります。

でも実は、シャフトの長さ(50mm)が足りないんですよ〜。10mmほど足りません。
そこを何とかするのが最初の難関になりそうです。

タイマーはまだ試してもいないし、他にも入手中のものもあるのでまた今度にします。

《続く》