CHIYOU-WOODWORK

　　　　　　　　　　　　　　　　　　関連伝承玩具(2)

2.ガリガリとんぼ(ガリガリプロペラ) 支持棒の角や側面に溝を刻み、その先端にプロペラを自由に回るようにピンや釘で止めています。 擦り棒で角の溝(側面のときは溝の角)を擦るとプロペラが回ります。 うまく回したり、回る方向を変えるにはコツがあって、 ①支持棒を握り、親指などで棒の側面を押さえます。押す面によって回転方向を変えますが、押す位置や擦り方で振動を調整する必要があります。 ②擦り棒を握る指で支持棒の側面を押しながら擦ります。よく回り、押す面を変えると回転方向が変わります(図のa)。 ③断面のたて・よこ比の大きい支持棒を使い、溝の角を擦ります。指を触れなくてもよく回り、擦る角を変えると回転方向が変わります(図のb)。 こうした振動→回転変換の原理やメカニズムはいろいろ研究されています。 それらによりますと、 擦り棒で溝を擦ると、その先端のプロペラ軸で、直交する２つの方向の振動に位相差が生じ、そのリサージュ図形が楕円を描きます。この楕円回転により、プロペラが回ります。 これは高速度カメラやレーザー変位計による軌跡からも確認されています。 ②のように支持棒の一面を押さえる場合、押さえの無い面の方向では、擦り棒が溝に来ると支持棒が上がって、擦り棒はすぐに溝に当たります。一方、直交する押さえのある方向では支持棒は上がらないので、 擦り棒は少し遅れてから溝に当たります。これによって、押されている方向の振動成分と、それと直交する振動成分で位相差が生じます。 ③の支持棒が長方形断面の場合はたて、よこ２方向の固有振動数が異なり、溝を擦ると低い振動数のほうが位相が遅れて位相差を生じます。 なお、①では押さえた方向の固有振動数が高くなり、直交する振動と位相差を生じるとされています。 　ガリガリとんぼ 　　　　　　　 　回転方向の制御 　長方形断面支持棒のガリガリとんぼ 　　　 　 参考 1)里信純ほか：振動ー回転変換おもちゃ゛ぎりぎりがりがり゛の動作機構，信学技報，US，超音波　94(390)，45-52 (1994) 2)K.Nakamura et.al.：A Scientific Toy Using Vibrations，Proceedings of ICA2004．We．P1．12．　ppⅢ-2323-2324 3)太田博ほか：ガリガリとんぼの羽の回転に関する研究(第１報.第２報)，愛知工科大学紀要，第７巻　，pp1-14　(2010)　 4)藤井和成ほか：玩具゛ガリガリプロペラ゛の物理，関西大学工学会誌，Vol.13　No.3　(2006) 5)戸田盛和：「おもちゃの科学(1)」　日本評論社　(1995)

こぼれ話 アメリカ先住民が発祥のおもちゃといわれ、世界各地で広く親しまれています。アメリカではhooey stick、Gee Haw Whammy diddle などと呼ばれていて、"Hoony"、"Gee、Haw" の掛け声とともにプロペラの回転方向を変えるなど、マジック的にも楽しまれているようです。 このおもちゃは「参考」に示したように、物理教育でよく利用、研究され、また工学分野でも超音波モータの駆動やボルト・ナットの緩みの原因に関連して研究されています。 それにしても、「振動」が「回転」に変わることを最初に気づいた先人には、偶然かもしれませんが、感心するばかりです。 これは想像ですが、音を出すために木に溝をつけ、擦ったところ、たまたま先端に釘止めした小枝が回ったのかもしれません。似たものに「ギロ」や「棒ささら」といった楽器があります。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 関連伝承玩具へもどる