大人の科学.society

学研、大人の科学マガジンVol.10のスターリングエンジン。
うまく動いているし、撮影の道具も揃ったので、そろそろ撮影公開しようと思った先、まーた動かなくなった。
今度はよく見てみると、プッシュロッドの先のゴムパイプがディスプレーサー軸から外れてしまっている。
差し込んでみようと頑張ったが、ゴムパイプの先の方が裂けているみたいだ。これではさしこめない。
どうしようか悩んだ挙句、今度はセメダインで固定してやろうとしたら、セメダインの液滴が軸受けまで流れてしまい、アルミ板にくっついてしまって、収集がつかなくなった。
これはもうどうしようもない。一日何十回も回転させていた期間がひと月続いたのだから、弱いところの劣化も仕方がないだろう。とうとう、ご臨終である。
映像を公開したかったので、再度大人の科学マガジンVol.10を買い組み立てた。失敗をいろいろ重ねたし、スターリングエンジンの仕組みはだいぶ理解できていたので、今度は一発で動いた。
その２代目のスターリングエンジンの動く様子を下に掲載した。楽しんでもらえれば幸いである。

スターリングエンジン始動

スターリングエンジン30分後

スターリングエンジン1時間後

スターリングエンジン停止

スターリングエンジン、加熱冷却反転

学研、大人の科学マガジンVol.10のスターリングエンジン。
投稿が前後しますが、スターリングエンジンにバルブオイルをさしてみた時のお話です。
アマゾンで注文したお待ちかねのバルブオイルが届いた。
早速、ディスプレーサーの軸受けの部分にさしてみた。
その後何をとち狂ったのか、一番摩擦抵抗が大きいところは、支柱の回転板とプーリーをつないでいる軸の部分じゃないかと思い、プーリーを外して、軸にバルブオイルを塗ってみた。
そうしたら、全く動かなくなった。冊子の説明や記事をよみ、回転板のプッシュロッドとプーリーのリンク棒は、きっちり90度の角度になっていなくてはならないことが分かった。
この部分の調整が難しいから、プーリー、回転板の取り付け部分と支柱は、ふろくの最初から組み上がった状態でセットになっていたのではないか。
動かない原因は明らかにその部分なので、何度も何度もプーリーを動かしてみては回転するかどうか試行錯誤することになった。試行錯誤すること１時間、全然動いてくれないのである。
だんだん泣きたくなってきた。余計なことを考えてしまったために壊してしまったのではないかと後悔した。
これはもうだめだ、買い替えるしかないかかと思い、ヤフオクで「大人の科学 スターリングエンジン」で検索するとお一人出品者がいらっしゃった。競りを続けて入札額が10000円になったところで、ふと反省した。ここはやはり自分で何とかするのが学研の科学ではないかと。
ヤフオクの競りのお相手の方、ごめんなさい。値段をつり上げただけになってしまいました。出品者にはいいお年玉になったことだろう。
さらに根気よくプーリーの角度を調整し続けた。
調整してはマグカップの上に乗せることを何度も繰り返しているうちに、これまででは信じられないほどの高速回転を始めたのである。
こんなに速く回すことができるのか！大感動である。あきらめずに自分で調整してよかった。本当によかった。
その後、さらに高速に回すことができないかと、バランサーを取り付けたり、回転板に重りをつけてみたり、更につける位置をそれぞれ調節してみたり、プーリーの角度を微調整してみたりと、試行錯誤していった。一旦回り始めるとこれがどうしようもなく楽しい。
前の記事で書いたが、台所に置いておいて、煙草を吸いに行った時にちょっとづつ調整をして楽しんだ。
回っているところを見ていると、本当に見あきない。本当に面白いふろくだった。

摩擦のある部分の抵抗を抑えるオイルです。

学研、大人の科学マガジンVol.10のスターリングエンジン。
記事の時系列が逆だが、最初作ってみた時のことを投稿する。
スターリングエンジンを、冊子の手順に従って、順次組み立てていった。
ネジ留めを慎重に行うことに気をつけること以外にこれといって難しいところもなく、一旦組み上がった。
早速マグカップにお湯を入れて、回るかなと試してみたが、やっぱり動かなくなった。こういう工作をして遊ぶおもちゃが一回目で動くことの方が珍しいのだから、原因を考えてみた。
・ディスプレーサーにつながっているゴムパイプが少し曲がっている。ゴムパイプをもう少し押し込んでまっすぐにした。
・ディスプレーサーが斜めになっている。これは直ぐにはどうにかできることではないので、繰り返し回しているうちに、きちんと平行になった。
目に見える問題はそれくらいだったが、調整してもうまく回らない。
解説をよく読んでみると、シリンダーの空気漏れは致命的であると書いてあった。
上下のアルミ板は、とりあえずしっかり取り付けてあるようだ。
他に空気漏れをしそうな部分で、ダイアフラムもネジ留めでがあることに気がついた。
一旦シリンダーからアルミ板を外し、ディスプレーサーを外して、ダイアフラムのネジ留めがどうなっていたか見てみると、案の定仮止めの状態できちんと締まっていないのを見つかった。しっかりネジ留めをして、ディスプレーサーとアルミ板を再度見立てて（この作業が後々の命取りになったのだが）、おもむろにお湯の入ったマグカップの上に乗せてみた。
すると、弱弱しいが回転板が回り始めた。やったぁ！できた。
工作物は試行錯誤して動いた時が一番うれしい。
回転がとてもゆっくりなのは、その時はそういうものだろうと思っていた。
冊子の記事に性能を上げる工夫が載っていた。
そのひとつに、バルブオイルをディスプレーサーの軸にさすと性能があがるという記述があった。楽器屋で売っているとのことだが、近くに楽器屋はない。
仕方がないのでアマゾンで注文して、届くまでしばらく待つことにした。楽しみである。

スターリングエンジンを正面から見たところです。

 

スターリングエンジンを背面から見たところです。

 

スターリングエンジンを斜め上からみたところです。

学研、大人の科学マガジンVol.10のスターリングエンジン。
あれ、また、動かなくなった。せっかく映像の配信方法が分かったので、組み立てたり、遊んだりした報告を飛び越して、高速に回転しているスターリングエンジンの雄姿を撮影して公開しようと思った矢先である。
プーリーの位相差の調整もばっちりだったはずなので、他に原因を探してみる。そうすると、シリンダーのネジ留め部分からかけらがポロリと落ちてきた。割れて空気漏れを起こしているのだなとすぐに気がついた。口でその部分から息を吹き込んでみるとすかすかと空気が出入りしてしまっている。シリンダーの中は密閉されていなくてはいけない。当初ダイアフラムがきちんと固定されているかなどなどでアルミ板の取り付けを２～３回やり直していたのでネジ穴がもう脆くなっていた上に、高熱のマグカップで酷使したために割れてしまったのだろう。精密機械ではあるから、些細なことで動かなくなる。これまで楽しく遊んでいたのに、悲しみが込み上げてきた。このエンジンは見あきなくて本当に面白いのである。
さて、どうしようか。もうレアもののマガジンなので、買い直すとかなりお高くついてしまう。ここはやはり自分で何とかするのが学研の科学であると再度（再度というのは、以前も同じ心境になったことがあるから）思いなおし、漆喰のようなもので穴をふさいでしまえばいいと考えた。見た目は少々悪くなるが、機能は果たすはずだ。漆喰のようなもの、「磁界探知式鉱石ラジオ」を作っていた際、それに使用するために用意しておいた木工用ボンドが買ってあった。これで穴の周りを固めてしまえばいいはずだ。えーい、この際だから劣化して空気漏れしそうなところは、全部固めてしまえ。
ということで、まずは劣化の激しい下のアルミ板とシリンダーの隙間を全部木工用ボンドで隙間なく固めた。おもむろにお湯の入ったマグカップの上に乗せてみると、弱弱しく回り始めた。よかったぁ。助かったー。他に、空気漏れを起こしそうなところ、上のアルミ板とシリンダーの間、上のアルミ板とダイアフラムの間も固めてしまおう。
シリンダーの上下と、ダイアフラムの周りに木工用ボンドを塗り、少し乾かしてから再チャレンジ。猛スピードで回り始めた。やったー。ということは、これまでもわずかな空気漏れがあったということかな。オーリングだけでは密閉しきれていなかったわけだ。結果オーライ。ただ、色々いじったのでプーリーの位相差（90°）が少しずれてしまったと思う。学研の推奨しているこの位相差の90°（本来のスターリングエンジンの位相差も90°とされている）も、多少の個体差があると思われる。スターリングエンジンのようにのんきに気長に、試行錯誤して最適な位置を見つけよう。

スターリングエンジンに木工用ボンドを塗ったところです。

学研、大人の科学マガジンVol.10のスターリングエンジン。
スターリングエンジンって何だろう。面白いのかなぁ、あまり聞いたことないしと最初は半信半疑だった。
ところがこれがまた面白かった。昨年の年末に作ってから、今も台所の上で回し続けている。マグカップに入れたお湯がぬるくなると、またマグカップを電子レンジで温めては、動かし始めている。
私は家族の中の取り決めで、換気扇の近くでしか煙草を吸えない。初めはベランダだけ！と言われていたのだが、流石の暑さ寒さに負けてしまって、なんとか換気扇の近くで吸うことを許してもらっている。
で、換気扇は当然台所にある。煙草を吸っていると手持無沙汰だったのが、回転板がくるくる回っているスターリングエンジンを見ていると、なぜか心がほのぼのと楽しくなってくる。
時々煙草を吸いながら、プーリーの角度を微調整しては、もっと早く回るかな、もっと長い間廻るかなと試して続けている。
そんなスターリングエンジンのふろくでしたが、スターリングエンジンとはどういう代物かと言いますと、気体（今回は空気）は熱せられると膨張し、冷やされると収縮するという性質を利用し、シリンダー内の気体を熱することと冷ますことを繰り返すことで、回転などの仕事をさせるものです。加熱と冷却の繰り返しの動作は、その動作によって回転させている装置がそのまま繰り返しの動作をさせるようになっています。シリンダー内に隔壁を置き、暖められた空気に押し上げられ（押し下げられ）冷却する側へ気体を移動し、冷やされた空気に押し下げられ（押し上げられ）加熱する側へ気体を移動させることで、自分自身で加熱、冷却の繰り返し動作を行います。従って外燃機関になりますので、非常にエネルギー効率が高いエンジンになります。加熱冷却の温度差がエネルギーの源になりますので、特に加熱用の火などを使用しないでも、同じ動作をする仕組みが作れます。
そして、その大人の科学Vol.10の付録のスターリングエンジンは、その仕組みを使って、火を使わず、熱を出しているもの（例えばお湯とか）と、冷却するもの（氷、保冷材など）を使用して回転の仕事をさせる仕組みになっています。温度差があればよいので、寒い日には外出して、シリンダー下部を手のひらで温めるだけで温度差が発生しますので、回転を始めます。私は、寒いのは苦手なので、やったことはありませんが、マガジンには手のひらで回す様子を紹介しています。どこかのサイトで見つけたのですが、この付録は加熱冷却に20°の温度差があれば、回転するとのことでした。私は高速回転、長時間回転を目指して調整して遊びましたので、わずかな温度差を拾う実験はしませんでした。あまり強い加熱冷却をしないのんきな動作を試された方がいらっしゃれば、お知らせ頂くと嬉しいです。
たぶんこの解説だけでは、まだ意味不明だと思いますので、時系列ではありませんが、「作ってみた」「遊んでみた」の投稿記事を加えておき、最後にビデオ撮影したものを公開いたします。楽しみにしていてください。