スチールボール・ジェットコースター
プラスチックのコース上をスチールボールが高速で走る、スチールボールのジェットコースターです。
良く走るジェットコースターを作るには、良いコース材料を選別すること、コースを傷めずしっかり固定する固定方法の工夫が大切です。
ここでは、ホームセンター等で容易に入手可能な配線モール（室内配線保護用カバー）をコースとして使ったジェットコースターを作ってみました。
左の写真は、完成したジェットコースターです。奥の助走コースからスタートして、アップダウンコース、３つのループを越えて手前がゴールとなっています。 ボールがコースを走る様子は次の動画ファイルで見られます。
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(Windows Media形式のファイル：380kB)
コースの構成
本物のジェットコースターとは違って、左右方向に移動するようなコースはありません。作りやすさということから一方向にのみ走るコース構成としています。
コースは、助走コースからスタートし、アップダウンコース、小中大の３つのループコース、最後にアップダウンコースという構成にしています。
アップダウンは高さ約５０ｍｍで、コース傾斜度約１３°ですが、ほぼこの辺がちょうど良いようです。これ以上では、かなり厳密にコースの直線、水平を確保しないとボールがコースから浮き上がるため、コースから飛び出してしまいます。
ループは高さは、それぞれ１８.５ｃｍ、２１.５ｃｍ、２３.５ｃｍ（内径、頂点の高さ）です。
左図はイメージ図です。
アップダウン、ループの各コースをつなぎ合わせる形になっていますので、最初は、コースの数を少ないものから始め、後で追加したりすることも可能です。また、コース順序を変えた形で作ることもできます。＜拡大＞
コース部品の作成
必要な材料は下のリストを見てください。
モールの選択が重要です。室内配線の保護用として市販されている配線モール（配線カバー）のサイズは０号（幅１２.５ｍｍ、メーカーによりやや異なる）から３号、または５号（４１ｍｍ）があります。ここでは、比較的扱いやすい最も小さなサイズの０号を使用しています。
配線モールは、いろいろなメーカー製のものが市販されていますが、その断面をつき合わせてみて、断面サイズのバラツキの小さなものを選んでください。バラツキの大きなものを使うとつなぎ目で大きな段差ができてボールがうまく走らず苦労します。参照：「コース材の選択」
配線モールは、ここでは未来工業(株)「プラモールPML-0号」を使用しています。
モールの切断、曲げ加工が必要ですが、その際、注意するところは、
①切断は「直角」に、切断面のバリ等は取り除き、きれいにしておくこと。
②曲げ加工では、全体（一部に力がかかるような曲げ方をするとそこから折れてしまいますから注意）を少しずつゆっくり曲げれば常温でも可能です。温水等で加熱した状態で曲げると容易に曲げることができます。参照：「モールでループを作る」
| 品名 | サイズ | 数量 | 用途 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| プラモール | PML-0号（未来工業） | ６本 | ループ、アップダウンコースを作ります。 | プラモールの底面のみ（蓋の部分は使いません。 |
| パイプ | 直径５０ｍｍ、長さ５ｃｍくらい | ２個 | アップダウンコースを支えます。 | 塩ビパイプ、紙パイプなど |
| 固定金具 | 約４５ｍｍｘ２０ｍｍ | １９枚 | コースを固定します。 | |
| 木ネジ | ﾅﾍﾞ2.6φｘ10ｍｍ | ３８本 | 固定金具を留めます。 | |
| スチールボール | 直径１５ｍｍ | 任意 | ||
| 板 | 幅１７.５ｃｍ、長さ１８３.５ｃｍ | １枚 | コースの台 | ここでは、１ｘ４木材を２枚張り合わせています |
コースの組み立て
固定金具の取り付けがポイントです。図を参照して、所定の位置に正確に取り付けてください。これができればコースの取り付けは機械的に進めることができます。
なお、ループコース固定金具の位置が２６ｍｍずらせています。ボールの脱線を防ぐためには、ずらす距離はできるだけ小さいのが望ましいのですが、近すぎると交差している他方のモールにボールがぶつかりやすくなります。避けるためには、この辺(26mm)が限界のようです。＜拡大＞
コースの調整
コースの組立てが終わったら、ボールを走らせる前に、コースの点検が必要です。
①コース台は水平に
コースの直角方向に、コース台がわずかでも傾斜しているボールが脱線しやすくなります。水平器、なければ台にボールを置いて、転がる様子を見て水平になっていることを確認してください。
②直線性の確保
各繋ぎ目に定規を当てるか、目視で直線であることを確認してください。さらに、助走コースから、目を透かして全体として直線状にコースがつながっていることを確認してください。
③つなぎ目の段差を抑える
つなぎ目のずれはボールの脱線の原因になります。つなぎ目を指先でなでて見て段差の有無を確認し、段差の目立つところは、目の細かいサンドペーパー（５００番など）を使い、段差をできるだけ抑えてください。参照：「ボールと走行コース」
ボールを走らせる
助走コースを支えるもの（高さ５０ｃｍくらいのダンボール箱、椅子など）、終点でボールを受ける箱などを用意してください。ボールがアップダウンコースを越え、ループを乗り切るには、ループの途中で落下しないよう遠心力を出すスピードが出ている必要があります。スタートの位置（高さ）が重要です。だいたいループ高さの１.５～１.７倍くらいの高さからスタートさせる必要がありそうです。
| スタート高さ | ボールの走る様子 | 備考 |
|---|---|---|
| ２６ｃｍ以下 | アップダウンコース１を越えるがループ１で失敗する。 | |
| ３６～２７ｃｍ | ループ１を越えるがループ２失敗する。 | |
| ４０～３７ｃｍ | ループ２を越えるがループ３で失敗する。 | |
| ４１ｃｍ以上 | ループ３、アップダウン２を越え、ゴールまで到達する。 |
スチールボール・ジェットコースター資料編
ボールと走行コース
スチールボール（１５φ）を安定に走られるには、精度の高いレールを用意しなければなりません。
また、コースのつなぎが正確に作られていないとボールは、コース外へ飛び出してしまい、安定したボールの走行は望めません。コースのつなぎとボールの安定走行との関連を調べてみました。
横方向ずれのテストには、バーニア目盛りを確認しながら可動側アクリル板をずらせます。縦方向ずれのテストには、可動側アクリル板の下に紙（0.1mm）、アクリルフィルム(0.2mm)を敷いて調整しました。
実際には、横方向のずれと高さ方向のずれが複合しているわけですが、それらの影響は見ていません。
スロープを下るボールの速度
コースを走るボールはどの程度の速度で走っているのか測定してみました。
下の仕掛け（コース幅7.8mm、コース長1ｍ、15φ(14g)スチールボール）を使い、一定の高さから初速ゼロでスタートさせました。
上のデータを整理しつつ、こんな小さな実験だから、ロスと言っても目に見えるような形では出てこないだろうからスタート高さ(位置エネルギー）とボール速度（運動エネルギー）がほぼ一定の関係として出てくると予想していたのですが、出てきたグラフは二次曲線です。スタート高さに対し、速度の大きさは抑えられています。測定、読み取りミスがあるかなと思い何度もやってみたのですが、多少のバラツキはありますが、傾向は全く同じです。
この曲線は、ボールの回転、摩擦によるエネルギーロスの存在を表しているのでしょうか、それとも別の・・・？
コース材の選択
上でテストしたようにスチールボールを安定に走られるには、コースを精度高くつなげなければなりません。
二つの製品の仕上がり精度バラツキを調べてみました。走るボールが接するのは、高さと内側の幅になるので、その精度を確認します。下の図で、円の面積はサンプル数にほぼ比例させて表現しています。
未来工業製では、どれをとっても何ら手を加えることなしに走行可能範囲に収まっています。
100円ショップ製では、手を加えないでボールを走らせるのは難しい。幅7.6～7.8mmを中心に寸法の差の小さいものを選別するか、走行するボールへの衝撃を抑えるような処理（サンドペーパー、ヤスリ等で角を削る）が必要です。
ただし、本来の用途においては、これ位のバラツキは、まあ、あまり気にすることもないのだが・・。
コース固定材の選択
精度の高いモールも精度高く固定できなくては意味がありません。安価で穴あけ精度の良いプレートを見つけました。
モールでループを作る
モールは、塩化ビニール製です。モールは加熱すると容易に曲げることができます。沢山のループを作る場合は、加熱による方法が効率がいいです。
加熱は、熱湯につけるとかドライヤー等で加熱できます。部分的に曲げるには、ドライヤー加熱が簡単です。ただし、長いモールを均一に加熱するのは難しいですから避けたほうが無難です。
ループを作るなど、長いモールを加熱するには熱湯につける方法が簡単です。塩化ビニールは熱可逆性です。再加熱で元へ戻ります。
数本のループを作るのであれば、常温のままループ加工治具に当てて加工することもできます。曲げるときは、プラモールの両端を持ち、加工治具に当てながら、モール全体に力をかけてゆく感じで、ゆっくり曲げてゆきます。部分的に力が加わると、そこから簡単に折れ曲がってしまいます。
ループを作るとき、曲げ過ぎに注意してください。手を離したとき、半円状になる程度にしてください。手を離しても円状になっているのは、曲げ過ぎです。曲げ過ぎるとループに組み立てた時、モールにストレスが掛かっていないため、ボール走行時に横方向へのブレがひどくなりボールが弾かれてしまう場合があります。その時はコースの支えが必要です。
加熱槽は、プラダンで形を作り、水漏れ防止のシートで覆った簡単なもの、軽くて簡単に分解できる。多量のループを作っている間に温度が低下するので、温度計でしっかり管理する必要があります。投げ込みヒーター等で保温することも必要でしょう。曲げ加工治具は、直径１８５ｍｍ、高さ２７０ｍｍのゴミ箱で作ったものです。丸棒はモールを押さえるガイドです。正確に押さえるため、モールの高さ（１０ｍｍ）の隙間を作ってあります。
まとめ
誰にでも、組立てれば問題なくスチールボールを走行させることができるものができるようになりました。つなぎ合わせて１０～１２ｍのコースを作り、ボールを安定して走らせるのも難しくないようです。