教育ブロックIQ KEYで自由研究してみました。アラフォーが、


1.テーマ

教育ブロックIQKEYで、ハッピーセットチョロQのギミックを再現する!

2.研究

調査1【車体の制作】


対象のチョロQは直進と90度旋回を繰り返している。
後輪について…後輪は2つ、ゴムタイヤがついている。
前輪について…前輪は1つ、ゴムタイヤがついていない。
出たり入ったりする棒について…棒が出入りする仕組みを知るため、チョロQを分解しようとしたが、開けることができなかった。

検証1-1【旋回の仕組み】

同様の車体の制作。前輪については、ゴムタイヤがついていなかったことを考えると、地面との摩擦を小さくすることで滑らかに旋回する役割であることは明らか。摩擦が小さければタイヤでなくてもよいと考える。



棒が出ているときの旋回能力の検証。

結果1-1【旋回の仕組み】

棒が出ると地面にぶつかり、それによって後輪の片方が地面から浮き、旋回を始める。

 

検証1-2【回転運動→平行運動】



回転運動を水平運動に変換するためにクランク機構を利用。

つっぱり棒が地面にぶつかったあと、後ろに滑ってしまい、車体を持ち上げることができない。

後方にバーを取り付け、つっぱり棒が後ろに滑るのを抑えるようにした。
つっぱり棒が役割を果たし、車体が定期的に傾き、旋回するようになった。

地面につっぱる時間が短すぎて約15度/1つっぱりしか旋回しない。
旋回角度を増やすためには、つっぱっている時間を長くしなければならない。

クランクを回しているギアカプセルをクラウンギア(ギア比1:2)からウォームギア(ギア比1:50)に変更。

結果1-2【回転運動→平行運動】

棒がつっぱっている時間が長いほど大きく旋回する。

クラウンギア ギア比1:2  →1つっぱりあたりの旋回角度→約15度
ウォームギア ギア比1:50→1つっぱりあたりの旋回角度→約360度

調査2【ギア比と旋回角度の関係】

旋回角度90度を目指すためには、ギア比を1:12ぐらいにしなければならないという仮説が立つ。
(クラウンより6倍遅く、ウォームより4倍速い)
「使用できるギア(ギア比)」

   
クラウンギア(1:2) ウォームギア(1:50) インターナルギア(1:3)

「3種類のギアの組み合わせで作れるギア比」
A ウォームギア x クラウンギア (減速方向)
→ ギア比2:50 = 1:25
→予想旋回角度180度

B クラウンギア x インターナルギア(減速方向)
→ ギア比1:6
→予想旋回角度45度
C ウォームギア x インターナルギア(加速方向)
→ ギア比3:50 =1:16.7
→予想旋回角度120度

ともに、目標の1:12にはなっていないが、3つとも試してみる。

検証2【ギア比と旋回角度の関係】

 



A ウォームギア x クラウンギア (減速方向)→ ギア比2:50 = 1:25→予想旋回角度180度



B クラウンギア x インターナルギア(減速方向)→ ギア比1:6→予想旋回角度45度



C ウォームギア x インターナルギア(加速方向)→ ギア比3:50 =1:16.7→予想旋回角度120度

結果2【ギア比と旋回角度の関係】

A ウォームギア x クラウンギア (減速方向)→ ギア比1:25→旋回角度180度(予想的中!)
B クラウンギア x インターナルギア(減速方向)→ ギア比1:6→予想旋回角度45度(予想的中!)
C ウォームギア x インターナルギア(加速方向)→ ギア比1:16.7→旋回角度150度(予想の125%)

ギア比と旋回角度は、ほぼ比例関係にあることがわかった。

調査3【つっぱり棒の長さと旋回角度の関係】

棒がつっぱっている時間を長くする方法として、棒の長さに着目。
検証2-B(ギア比1:6)を基本として、いろいろ試してみる。

検証3【つっぱり棒の長さと旋回角度の関係】

 



A ストレートバーにカプセル(小)を付けて少しだけ伸ばす(長さ約1.1倍)



B ストレートバーにカプセル(大)を付けて少しだけ伸ばす(長さ約1.2倍)

結果3【つっぱり棒の長さと旋回角度の関係】

A ストレートバーにカプセル(小)を付けて少しだけ伸ばす(長さ約1.1倍)→旋回角度60度
B ストレートバーにカプセル(大)を付けて少しだけ伸ばす(長さ約1.2倍)→旋回角度90度!

棒を長くすると、つっぱっている時間が長くなり、旋回角度を増加した。

3.感想

この研究を通して、簡単そうな動きでも実際に作ってみると、たくさんの計算や試行錯誤を通してつくられていることが改めてわかりました。そして、どんな問題にも失敗を恐れず挑戦する楽しさを知りました。ほかにも色々なおもちゃのギミックを教育ブロックIQ KEYで再現していきたいです。

4.お世話になった人や場所

・息子 Eくん(5才)・天才男子 Tくん(小4)・マクドナルド