イロン樹脂・金属からできていて、プラスチフィッシャーテクニックの空気圧学習キット１．はじめに産業界では油圧機器等がアクチュエーターとしてあらゆる分野で重要な役割を果たしておりますが子供たちを対象にした玩具や教材の分野ではモーター駆動が圧倒的優位で空気圧や水圧を利用した商品はペットボトルロケット他ごく一部を除いてあまり見当たりません。そんな中でフィッシャーの空気圧キットは子供たちが遊びながら空気圧を学ぶことができる数少ないキットでないかと思いますので簡単にご紹介します。２．フィッシャーテクニックのブロックの特徴フィッシャーテクニック fischertechnik は子供たちがいろいろな機械や構造物を組み立てながらその構造や原理が学習できるブロックキットとして、1965 年にドイツにおいて開発されました。今日に至るまでそのブロックの優れた特徴によって玩具というより技術教育教材として高い評価を得ていて欧米の企業や学校で技術教材として広く活用されています。主な特徴を挙げると ①ブロックの接続が強固レゴをはじめ一般的なブロックは凹面と凸面を直線的にはめ込む構造になっておりますがフィッシャーのブロックは凸面を凹面に対してスライドさせて固定する構造になっているため、外れにくく、構造的に強固になっています。また 6 面すべてを使いますので立体的な構造物を作るのに適しています。 ②ブロック自身が構造的に頑丈ブロックは３種類の素材、プラスチック・ナック製のブロックに引張り強度の大変強いナイロン樹脂の接続部分が差し込まれ、さらに接続部分が外れないように本体部分とは金属のアンカーボルトで固定されています。この構造によって世界で最も丈夫なブロックといわれています。 ③部品の種類が多彩で本格的ブロックだけでなく、歯車やねじなどさまざまな部品が４５０種以上用意されておりますので工具や機械などの基本的な機構を再現できるようになっており精度の高いミニチュアマシンを組み立てることが可能です。 ④手動からシーケンサ制御まで組み立てたモデルを手で動かすことはもちろん、モーターで動かしたり、リモコンで制御したり、パソコンでプログラムを組んで制御したりあるいはシーケンサで制御できるようにもなっており、利用者のレベルに合わせて幅広い制御方法が用意されています。また商品ラインも大きく分けて小学低学年対象のベーシックシリーズ・高学年以上対象のアドバンスシリーズ・教材的要素の強いプロフィシリーズ・コンピューター制御ロボットシリーズ・工業高校以上対象のトレーニングキットの 5 ラインに分かれています。フィッシャーのブロックキットの中で空気圧を利用したキットとしては「空気圧作動キットⅡ」と「空気圧ロボット組立キット」がります。３空気圧作動キットⅡ ３－１キット内容「空気圧作動キットⅡ」はプロフィシリーズの 1 種でコンプレッサーを組立て圧縮空気を手動バルブで制御して製作モデルを動かすキットです。使用している手動バルブは吸気孔・排気孔およびシリンダーとの接続口 2 箇所の４／３WAY タイプです。ブロック数は４００個以上、８種のモデル組み立て可能なキットになっています。バス・電車のドアに代表される空気圧開閉ドアのミニチュアモデルで、つりドアはラック＆ピニオンをシリンダーで動かして開閉できるようになっています。 ③角材押し出し機３－２製作モデル ①コンプレッサーの組立このキットではまずコンプレッサーを組立てた後コンプレッサー、シリンダー、逆流防止弁、手動バルブを使っていくつかの空気圧に関する基本的な実験を行うようになっています。そして空気圧のメカニズムが理解できた所で８種類の空気圧作動機械を順番に組み立てて行きます。コンプレッサーで作られる圧搾空気圧は 1.5 バール位です。組み立てられる空気圧機械の何点かを簡単に説明します。この機械は左右に取付けた２本のシリンダーがブロックの角材を押さえ、同時にもう１本のシリンダーで押していきます。今度は角材を押さえていたシリンダーの圧が開放されると同時に押し出していたシリンダーが元の位置に戻り、改めて次の押し出し体勢に移ります。この動作を繰り返すことで角材を一定の割合で押し出していきます。 ④ショベルカー ②空気圧開閉ドア２本のシリンダーでショベルの上下動を、もう１本のシリンダーでショベル自身の開閉をコントロールしています。 ⑤パイプ敷設機これは１本のシリンダーがパイプを挟むグリッパーの開閉を、他の２本のシリンダーがグリッパーの上下動をつかさどるようになっています。キットではこれら以外に「カタパルト」、「プレス加工ターンテーブル」、「ブルドーザー」、「大型ショベルカー」を組み立てることが出来るようになっています。いずれも手動バルブで動かすのですがメカのみでなくそれぞれの動きにリアルティがあります。 ①自動ドアドアのスイッチを押すとドアが開き、ドアを通り過ぎた後、光電センサーを横切ると自動的にドアが閉じるようになっています。シリンダーをダブルアクションシリンダーとして利用してドアを開閉しています。 ②ソーティングマシーン（白黒選別機）４空気圧ロボット組立キット４－１キット内容「空気圧ロボット組立キット」では手動バルブに代えてソレノイドバルブ（電磁バルブ）を使ってシリンダーへの空気の流れを電気的に制御できるようになっています。ダイアグラム方式の専用のソフトウエアを使うと簡単にプログラムが作れるようになっています。また Visual Basic 版ソフトもあります。電磁バルブの仕様は３／２WAY 、９VDC／１３０ｍA です。またキットに含まれるブロックを使って色々な駆動機構も作れるようになっています。４－２製作モデルこのキットで組み立てられる空気圧ロボットモデルは次の４種類です。フォトトランジスターへの反射光のアナログ値の強弱によってワークを白と黒に区分しています。送り出し装置でワークが一つずつ送り出され、判別装置で白黒を判別し、仕分け装置により左右のストッカーに区分されます。仕分け機構は 2 本のシリンダーを使用して仕分け棒を左右に動かして振り分ける機構になっています。 ③グリッパーグリッパーはワークを掌握するハンド部分とワークを運ぶ回転部分から成り立っています。ハンド部分はシリンダーの前後運動でワークをつかむようになっています。軸にばねを使うことで空気圧がかかっていないときはハンドが開いた状態になるようにしています。回転部分はシリンダーの前後移動を、歯車を用いて回転運動に変えています。 ④プロセスセンター 3 つのシリンダーを用いた、工場の生産ラインを模したマシンです。ワークが一つ一つ送り出されプレスされた後、ラインから排出されるようになっています。装置はワークの押し出し装置、回転盤、プレス加工、排出装置からできていて、回転盤以外はシリンダーで動作します。このキットでは以上４種のモデルを組み立てることで電磁バルブとシリンダーのいろいろな組み合わせが学べるようになっています。またインターフェイスには４個の出力しかありませんのでそれ以上の電磁バルブを使用する必要があるときには別売の拡張インターフェイスを増設すれば入出力数を２倍に増やすことが可能です。５終わりにここではフィッシャーテクニックの空気圧キットについてその製作例を中心に紹介してきました。実際にバルブを制御してシリンダーを動かしてみるとモーターの動きとは異なる高速移動が体感できますので子供たちのとっては新鮮で興味深い体験になると思います。空気圧について手軽に学んでいただける教材として小中学生にうってつけではないかと思っております。また工業高校生以上であればマイコン学習の制御対象として利用するのもお勧めです。