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先日完成した椅子と重箱ドブを公園に持って行き、月の観察をしました。
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自作した椅子は剛性が高くて快適です。しかも何といっても座面の高さが無段階に変えられるのでとっても便利。

ただ、気流が悪くて詳細の観察が難しかったのと、蚊の集団攻撃にあって集中できなかったのが残念。
でも土星やその近辺の恒星を楽しむこともできました。
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天体観察の後はいつものようにシュート練習。
あと2kg減量したい、、。

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今回自作した椅子は荷重の受け方が特殊である為、一部の部材には座る人の体重(今後Wと表現します)の3倍もの荷重が作用します。

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先回紹介した動的な係数3を考慮すると60kgx3x3=540kgfもの力に、、。これは大変です。
星の観察中に椅子が壊れてしりもちをつくなんてことになりかねないので、BoeingやAirbus等でも使われている航空機設計のトラディショナルな方法(Free Body Diagram)で各部材荷重を表現し、強度上厳しい場所を明確化しました。

それが下の図です。
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上の図で面圧の位置を修正しました。(10/6)

余談ですが、自動車のメーカーがカタログにコンピュータを使ったFEM(有限要素法)解析結果とか言ってカラフルな応力分布図を載せていますが、間違っているものもよく見かけます。前述のFree Bodyがしっかり理解できて正しくコンピュータに入力しなければならないのですが、これがなかなかできない。構造屋として飯を食っている人でもFree Bodyを自在に描ける人はそれほどたくさんいないほど難しいことですので。

荷重が明確になれば強度評価は可能ですが、木材の許容値(どれくらいまでの荷重に耐えられるか)についてはなかなかデータが見つかりません。

でもそれなりの方法で検討してみたので、結果を次回披露しますね。

ようやく星の観察用椅子が完成しました。
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この椅子には重箱ドブと異なる桁違いの荷重が作用します。(どーんと座る衝撃荷重倍数3を考慮する必要があるので)
単に体重を支えるだけでしたら荷重倍数を考慮してもたいしたことが無いのですが、この椅子の座面の高さを自由に変えられるというコンセプトは、構造的にかなり無理をしている為、強度の成立を目指すのが大変なのです。

ざっと計算したところ、座面の取付ボルトには300kgfの力が働き、座面の前脚とのコンタクト部には500kgfオーバーの荷重が作用するということが判りました。

ともあれ、色々強度改善したので今のところ大丈夫そうな気がしています(もちろん強度計算していますけど)。

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この椅子は簡単に折りたためますし、たたむとクッション部とその他の2部品のみになるので、公園に運ぶのも容易です。


今日は晴れていたのでいつものように公園に行き、まずはバスケのシュート練習。
3週間以上も続けている為、シュートタッチも戻ってきました。

その後は公園の北端の暗がりに行って木星と土星の観察です。
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木星はかなり低空だったのであまり細かい把握はできませんでしたが、SEB/NEBやSTBの複雑な感じはよくわかりました。アイピースはライカズーム&アッべバーローの約200倍。

土星はそのアイピースで神秘的な姿を堪能。
今日は公園のベンチに座って観ましたが、もうすぐ自作の椅子が完成するので、より良い姿勢で観察に集中できそうです。

そして仕上げは再びシュート練習。
充実した夜遊びでした。

写真はニコン1によるもの。暗がりで手持ちだったのでこれが限界です。

昨日、壊れたところに小さな角材(廃材)を接着し、再度勢いを付けて座ってみたところ、問題は生じませんでした。
補強材は繊維の方向をき裂と直角にしました。
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片方の補強材にはピンが殆ど刺さっていないことから荷重は壊れた本体が未だに受けているようです。
その証拠に本体に昨日発生したき裂は座る度に進展していました。
補強材はき裂の開き留の役割です。

ただ、椅子の前部は亀裂の発生部位が圧縮荷重部となる為、これ以上のき裂進展は見込まれません。
補強材が剥がれないように気を付ければ、これで成立する見込みです。

これから細かい修正を施し剛性を高めていきます。

先日座面が壊れた椅子ですが、左右の荷重分担を均等にするとか曲げ剛性を大幅に上げるといった対策は施しましたが、結合ピン周りの面圧強度アップをあまりしなかった為、またまたき裂が発生しました。

下が椅子にクッションも載せたところ。
座り易くなっています。
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普通に座るだけなら壊れませんが、勢いを付けると駄目でした。
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き裂は左右の取付部のいずれにも入っており、材料強度のばらつきは無く、工作精度も良かったようです。
金属で補強すれば簡単ですが、もう少し考えてみる予定です。

壊れた椅子の座面組立の改修方法をまとめてみました。

まずは荷重を均等に負荷するために左右通しボルトの適用。
それから穴周りの面圧強度向上を目論み穴径の拡大と板厚増加させます。
強度は穴径と板厚に比例します。

この構造の曲げ強度向上のために座面の高さも上げます。
曲げ強度は高さの3乗に比例するので高さ2倍で8倍の強度アップ。

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椅子は人が勢いよく座る場合があります。そうすると椅子の動的応答の検討が必要になりますが、それはちょっと面倒なので、航空機の設計等に用いられる加速度を安全側の計算として用いることとします。その係数は3g。座る人の体重の3倍です。
私の体重の場合は3倍にすると約200kgになります。大きめの関取クラス。結構重いですね。

週末に工作を始める予定です。

破壊モードを決定する前にもう一度周りの状況を見てみました。(基本動作)
まずは破壊部の反対側から、、。
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端面をよく見るとき裂が繊維に沿っていないことが判ります。
赤矢印で示したように荷重がこの棒(座面支持部)に対して斜めに作用しています。
荷重の方向は変化しませんから棒が回転しているようです。

今度は座面支持部を支える全脚部を見てみます。
まずは壊れていない支持部の受け側。
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おっと、座面支持部が殆ど接触していませんね。
多分座面がねじれちゃったのでしょう。
こんな感じに、、。
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ちょっと絵が下手ですが、右側の絵のように曲げ捩り変形していたようです。
これにより荷重が座面の右側に集中し、結果として荷重が集中した右側の支持部が壊れちゃったようです。

もう一つわかったことがあります。
それは応力集中。
木にボルトを通すために鬼目ナットを入れているのですが、その形状がとげとげなのです。写真のように、、。
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これにより木に傷をつけるとともに荷重が一点に集中的に作用してしまいます。
弱くなった部分に荷重が集中すれば壊れますよね。

これで破壊状況を把握することができました。
この状況は荷重負荷試験の時のお尻が感じたものと同じです。(曲げ捩り変形と右側支持部の破壊)。

ここまでわかれば対策は簡単です。
次回は対策案を紹介します。

そして今週末には対策案に沿って製作し強度試験を行った結果を示す予定です。

まず、破壊状況を見てみます。
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き裂が木の繊維に沿って発生しており、左側のピン挿入部の上下が派手に壊れています。
そして下部が直線ではなく曲がっていますね。

座面支持はもう一か所あるのでそこも見てみました。
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荷重負荷試験前の製造時に支持ピン固定の為のナットを挿入する際に生じた水平方向のき裂が残っていますが、そこが破壊した形跡はありません。上の写真の奥に破壊した部分がボケて写っていますが、水平のき裂は同じ位置ですね。

椅子の各部を細かく点検しましたが、他に壊れているところはありませんでした。支持部の前脚側にも特に傷っぽいものも無し。

破壊した場所は一か所ですので、その部分に作用した荷重の釣り合いを考えてみます。
これは構造解析の専門用語でFree Bodyと呼ぶのですが、その前に椅子全体に作用する荷重を示します。
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Wは座る人の重量で、赤い矢印2つが支持部に作用する力です。
こんな絵を描かなくても支持部には重量による下曲げが作用することは明白ですけどね。

じゃあ、これらを基にFree Bodyを描いてみます。
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なーんだ、座面の下曲げ荷重に耐えきれずに繊維に沿ってき裂が生じただけじゃん。って感じですね。
と思ったら見落としている点がありました。

それについては次回。

重箱ドブのプロトタイプ(第一回試作品)の材料は全て破棄する予定でしたが、快適な星の観察の為の機材の試作品に活用することにしました。
何ができるのかは次回以降のお楽しみ。
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写真はその機材の運搬状態。全長は60cmで重量は800g。公園にドブを持って行く時は組み立てたドブの内部に入れる予定です。
木材にあいている穴はドブの試作の時に使ったものでこの機材には関係ありません。

新品の材料から製作しても1000円以下でできると思います。
明日は安全対策を考えます。壊れちゃうと危険なので。

重箱ドブはコンパクトかつ軽量ですが接眼部が低い為、低空の天体の観察が大変です。
そこで折り畳み式のキャリーボックスの上に載せて運用することにしました。
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上の写真が運搬及び天体観察状態。
一見無造作にボックス天板の上にドブを載せているだけのように見えますが、天板に穴をあけてドブの脚に取り付けた木ネジを入れて固定しています。
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上の写真の赤い矢印が木ネジで、黄色い矢印が天板の穴です。

これにより雑に振り回してもドブが落下することはありませんし、バネを使ったバランスシステムによる鏡筒転倒モーメントも問題となりません(ひっくり返ることはありません)。

キャリーボックスが軽量の為若干揺れますが、ドブも軽量ですし、揺れはすぐに収まるので大丈夫でしょう。
次に晴れたら公園で試してみます。

先日製作した木製のコリメート撮影用アダプタに重い2インチのアイピースを嵌めて持ち上げても問題ありません。(写真は空中に持ち上げている様子を撮ったのですが、床が写っていないのでよくわかりませんね。すみません。)
黒いネジが写っていますが、それらはアダプタ同士をつなぐだけで、アイピースの固定には使っておらず摩擦のみで固定されています。
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木は面に力を加えられると若干縮みますが、反発力があって押し返します。その力によってアイピースをしっかり固定できるのです。スポッと嵌った感じが凄く気持ちいいです。

市販の金属製アダプタにはネジでアイピースを固定するところに薄い金属が入れてあり、その金属の剛性を利用してしっとりとしたアイピースの固定を達成していますね。
木製だとそのようなパーツ無しで大丈夫です。

木だと少しずつへたってくるので、その場合は上の写真の人差し指にあるように遮光シートを貼ってヘたった板厚分を補填します。

持ち運び・保管はアダプタをばらしても良いのですが、下の写真のように畳むこともできます。
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チープな工作によるコリメート撮影用アダプターは総工作時間1時間と少しで完成しました(塗装の乾燥時間除く)。
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2つの四角形状の部品のそれぞれをカメラ及びアイピースに被せます。
固定はネジ等を用いず摩擦のみです。
アイピースである2インチのライカズームはしっかりしており、カメラのニコン1は軽量であるので、とても安定しています。
この剛性感はちょっとした自慢なので、是非触って頂きたいです。
材料費は300円ほど。埋め込みナットが最も高価でした。

重箱ドブにEthos 21mm等の重いアイピースを付けても運用できることが判りましたが、接眼筒が若干お辞儀をしますので、そのサポートを取付けました。
使い勝手はイイ感じ。
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軽量のバルサ板を切って編み棒で取り付けています。
もちろん取り外し可能。
バルサ板は面圧強度が著しく低いので、取り付けには細いネジを使うことができません(許容面圧強度は取付ネジの径に比例するので)。
ですからそこそこ径のでかい編み棒を切って使用しました。

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