ミニ四駆考察的妄想、ワッシャやビス、ナットの厚みを測定、ワッシャの役割や使う意味について考えてみる。

 

TOYz BAR☆ミニ四駆・ワッシャの効果と使用方法を考えてみる

ミニ四駆で使われるワッシャは、6mm径ワッシャ、4mm径ワッシャ、スプリングワッシャが代表的なものと思います。ワッシャの働きや使い方について考えてみました。

ワッシャやFRPステーの厚みは何ミリ?

FRPステーをミニ四駆に組み付けるときにワッシャなどの厚みを知っていると、組み立てる前にワッシャを含んだ厚みを予測できます。したがって、組みなおしの回数が減りますし、ちょっとしたスキマ調整をしたいときにも適切なワッシャを選ぶことができます。
TOYz BAR☆ミニ四駆・ワッシャの効果と使用方法を考えてみる

というわけで、まずはワッシャの厚みを測定してみました。

6mm径ワッシャの厚み…0.4mm

TOYz BAR☆ミニ四駆・6mm径ワッシャの厚さを測定

4mm径ワッシャの厚み…0.3mm

TOYz BAR☆ミニ四駆・4mm径ワッシャの厚さを測定

スプリングワッシャの厚み…0.6mm

TOYz BAR☆ミニ四駆・スプリングワッシャの厚さを測定

ナットの厚み…1.5mm

TOYz BAR☆ミニ四駆・ナットの厚さを測定

ビス頭の直径…3.4mm、ビス頭の高さ…1.3mm

TOYz BAR☆ミニ四駆・ビス頭の直径を測定
TOYz BAR☆ミニ四駆・ビス頭の高さを測定
TOYz BAR☆ミニ四駆・ビス頭の高さを測定

FRPステーの厚み…1.6mm(FRPマルチ補強プレートにて測定)

TOYz BAR☆ミニ四駆・FRPステーの厚みを測定

ワッシャの効果と使い方についての妄想

それでは妄想の世界へ…ワッシャは何のために使うんでしょう?ということで、あれこれ考えてみたものの、やっぱり「ビスが材料に当たる面積を増やす」ということなんでしょう。なんて当たり前な…という感じですけど、絵で描くとこんな感じになります。
TOYz BAR☆ミニ四駆・ワッシャありなし、サイズ別のFRPステーへの影響

左からビスだけ、4mm径ワッシャ、6mm径ワッシャをイメージしています。先のデータから考えると、固定面積は以下のようになっているはずです(ワッシャがたわなければ、の理想値です)。穴は厳密には2mmではありませんが、計算が簡単なので2mmとしています。

  • ビスのみ…1.7*1.7*3.14-1*1*3.14=5.9平方mm
  • 4mm径ワッシャ…2*2*3.14-1*1*3.14=9.4平方mm
  • 6mm径ワッシャ…3*3*3.14-1*1*3.14=25.1平方mm

というわけで、見た目のイメージよりも6mm径ワッシャの固定面積はかなり大きくなり、FRPステーなどを大きな面積で支えることができることがわかります。

実際にミニ四駆のパーツにかかる負荷はわかりませんので、もしかしたらビス単体で使用しても十分、6mmワッシャなんて不要という可能性もあります。そういえば、こんなことを聞いたことがあります。

 


レーシングマシンってのは
ゴールした直後に壊れるぐらいが
いいマシンなんだよ。

 

レーシングマシン(実車)の部品を作っている方から聞いた話ですが、パワーを上げて軽くしていけばだんだん壊れやすくなるものです。高価な部品を使ってさらに耐久性を上げたら、さらに詰めたセッティングを求めるような世界だそうです。

レースが終わってもブンブン走れるようなマシンは安全マージン見すぎ、もっとパワーや軽量化などを詰めるべき、ということでした。すごい世界だ…。

そういった意味ではワッシャを抜いてFRPステーへの負担が上がることを知りつつ、軽量化重視(或いは軽くしておいてマスダンパー付けるとかありますよね)という話もあるかと思います。

趣味で遊ぶ話なので、我が家的にはこんな感じでどうかな?

  • FRPステーが反る可能性が低く固定点数が多い場合はワッシャー省いてもいい
  • ローラーやポールなど一点に力がかかる場合は6mm径ワッシャ
  • トラスビスを使うときはワッシャは不要
  • それ以外は4mmワッシャ

不思議な部品、スプリングワッシャーの効果と使い方

スプリングワッシャーはビス&ナットが緩みにくくするためのワッシャです。普通のワッシャと違い完全なリング状になっているのではなく、一か所切れていて上下に広がっています。
TOYz BAR☆ミニ四駆・スプリングワッシャ

ネジとナットがなぜ固定できるかというと、ネジ山に摩擦力があるので、それが締めこまれた力によって材料の反発力によって回らなくなるのではないかと妄想しています。でも、それだと固い材料や振動の多い=材料がたわんで反発力が変化する場合は緩みやすくなっちゃいます。

そこでスプリングワッシャの登場となります。スプリングワッシャは、材料の反発力だけでなく、自分のスプリングとしての力でビスとナット間を広げてくれます。これによって摩擦力がネジ山に発生します。
TOYz BAR☆ミニ四駆・スプリングワッシャの効果

この力のおかげでスプリングワッシャなしの状態よりも緩みにくくなるのではないかと思います。また、緩み始めた時でも、スプリングワッシャが伸びきるまでは押さえつける力が持続しますので、走行中に分解せずに帰ってこれる可能性が高くなると考えられます。

そんなわけで、ローラー、ポール、そして外部からの力がかかってグネグネっと動きやすい取り付けのFRPステーには、スプリングワッシャを使用するのが安全と言えます。

緩み防止としては他にもダブルナット、ロックナットを使うという方法もありますので、使用場所によって使い分けるのもよさげです。

ちなみに皿ビスは接触面積が大きくていいよ

来月にはいよいよステンレス皿ビスセットが発売されます。皿ビスは、ザグリ加工をしてからビスを通すわけですが、皿ビスの円錐部分がFRPステーに当たるので、接触面積が大きくなります。材料が薄くなることもあるので、どのワッシャ相当という言い方は難しそうですが、なんとなくは4mmワッシャぐらいの効果がありそうです。

絵で描けばこんな感じですが…円錐の面積の求め方を忘れてしまいました。
TOYz BAR☆ミニ四駆・皿ビスの接触面積

現在組んでいるミニ四駆には、FRPマルチ補助プレートでアンダーガードを作ろうと思っています。元々、2枚重ねでビス頭を隠す予定だったのですが、皿ビスが発売されるといことで、皿ビスを使って1枚で組んでみることにしました。

耐久性については、まあ、走らせてみて考えることにします。

先日仮組したミニ四駆のワッシャ見直し

というわけで、先日仮組したソライヌ構造(ロングノーズ)なミニ四駆のワッシャ使用位置を見直してみました。

複数のビスで固定してあまり衝撃で動かなさそうなところは4mmワッシャにしました。ここならなくてもいいかな?
TOYz BAR☆ミニ四駆・ワッシャ使用箇所の見直し・FRPサブプレート

フロントのポールには六角マウントの下にスプリングワッシャを入れました。
TOYz BAR☆ミニ四駆・ワッシャ使用箇所の見直し・19mmオールアルミベアリングローラ

リヤのローラーにも六角マウント上にスプリングワッシャを1つ入れています。またFRPと当たっている部分には6mmワッシャを入れました。
TOYz BAR☆ミニ四駆・ワッシャ使用箇所の見直し・9mmベアリングローラ、六角マウント

下側も忘れずに、ですね。
TOYz BAR☆ミニ四駆・ワッシャ使用箇所の見直し・9mmベアリングローラ

 

今日の一言二言三言

 

  • 6mmの皿ビスも発売してくれないかな。
  • 4mm径頭の低頭ビス発売してくれないかな。
  • 軽量なトラスビス発売でもいいけど長さはいろいろ欲しいな。

 

先日チラっと紹介した低頭ビスですが、頭が4mm径のものもあり、それを使えば固定面積を増やすためのワッシャがなくても、という便利ビスです。そういった意味では、ミニ四駆キットに入っている「トラスビス」なんかもそのまま使えるケースが多いかもしれません。トラスビスにも長さのバリエーションが欲しいですよね。

 

ミニ四駆カテゴリのタグ解説

子供たちがミニ四駆を始めたので父も一緒に始めました。前世紀はトルクチューン+プラローラーぐらいでどれくらい速くなるかな?とかやっていましたが、今もニッチに楽しんでいます。
タグでちょっとわかりにくいものがありますので説明付きでリンク貼っておきます。
  • 子供ミニ四駆 小学3年生と年長さん(2016.01現在)のSiSO-Jr.1とSiSO-Jr.2のミニ四駆活動記録です。特に幼稚園児のSiSO-Jr.2がどれくらいできるのかというあたりは他の親御さんの参考になるかも。
  • 調律ミニ四駆 手軽に入手可能な道具と簡単な工作レベルで作った素組みミニ四駆(ノーマルモーター、追加パーツ無し、ほぼ改造無し)はどれくらい速くなるかな?と大げさに研究中。
  • 妄想ミニ四駆 ミニ四駆について考察をするふりをしながら妄想にふけっています。でも、もっともらしい説明がされている有用かもしれないっぽい情報もあるかもしれません。
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コメント一覧

  1. わたべ より:

    私もワッシャーを入れた方がFRPのダメージが少ないと思い画像の最後の様にワッシャーをいくつか挟んだら厚さの分、六角の長い物体にビスが入らなくなり走行中分解されるようになってしまいました(六角がなめてるだけかもしれませんが)
    あとスプリングワッシャーの使い方でわからないことがあるのですが、一度使ったスプリングは潰れますよね。それをまた使う場合手で元の状態にねじってから使うべきなのですかね?反発力が必要だからと手で戻してるのですが正しい使い方なのか疑問です

    • SiSO より:

      わたべさん>
      六角マウントですが、自分のミニ四駆はまだ走らせていないのでこれからです。息子たちのミニ四駆も同じように組んでいますが、安定して分解することはないです。おっしゃるとおり、六角マウント側かビスが舐めてしまっているかもしれません。もし、長さが許容できるのであればスプリングワッシャではなく、ダブルナットにするのも手かもです。
      スプリングワッシャを組みなおすときは、今のところ戻さずにそのまま組んじゃっています。確かに手で戻した方がいいような気もします。グネグネやっていると反発力が弱まるような気もしますし悩ましいですよね。ちょっと調べみようかな。

  2. フロンテ@CマグナムTRF より:

    ワッシャーはFRPやカーボン保護の意味もありますが、やっぱりズレ防止のために摩擦力UPですかね(ネジ穴のほうがネジより大きいため)

    六角ナット?はネジを入れてみてガタがないかチェックしたほうがいいかもですねぇ

    そして誤字発見?(・ω`・)っ「計量化重視」

    • SiSO より:

      フロンテ@サイクロンマグナムTRFさん>
      なるほど、ワッシャの効能については力の分散ばかりに目が行っていましたが、摩擦力アップですか。いいヒント、ありがとうございます。そこからもう少し妄想的考察を進めてみたのですが、摩擦力アップというよりも、ワッシャのエッジがFRPプレートにちょっと食い込んで固定力アップ=大きいワッシャの方が固定力が高いのかな、という考え方もあるかもしれません。
      誤字指摘、ありがとうございます。早急に修正します。

  3. きららR より:

    SiSOさん、ご無沙汰しております。
    2足のロボットの時はいろいろお世話になりました。
    ミニ四駆、楽しそうですね。
    Labは毎日楽しく拝見させていただいています。
    私はなぜか今一人ラジコンブームです。

    皿ネジは位置決め効果もありますので、ビシッと位置を出したいパーツにサラグリして使うとよいと思います。

    SiSOさんのミニ四駆の全貌が少しずつ明らかになってきてるので最終的にどうなるかワクワクです。

    • SiSO より:

      きららRさん>
      ぅわおぉ!お久しぶりでず、コメントありがとうございます。お元気ですか?皿ねじ、皿部分で位置決めになりますので、ビシッと位置決まりますよね!それだけに慎重に加工しなくちゃですよね。
      ミニ四駆の方はオリジナリティある構造満載になりそうですが、本当に効能があるのか、既に疑問と言いますか不安を感じながら進めています。のんびりペースですが、じっくりしっかりと仕上げていこうと思います。

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