3Dプリンターでサイクロン集塵機を作る-設計編2 掃除機の接手を作る-

2025年4月19日 00:47

第3回です。ペール缶底面を貫通し、サイクロンの上部から掃除機に繋げるパイプ部分を設計します。

継ぎ手部分を固定する方法を決める

ネジで上下から締め付けて固定

ペール缶の板厚を調べると、F等級で0.34mm厚、M等級で0.5mm厚のスチール製のようです。
正直ペラペラの薄板で、形状を工夫して缶自体の形を保っているようです。
この板に、縦にまっすぐ管が突き抜けます。ぐらぐら揺れるので、薄い板に垂直に固定する方法を考える必要があります。

ただの塩ビ管を挿す場合は、何か厚みのある板をつけて、接着剤で固定したり、シリコンシーリングで隙間を埋めたりする必要がありますが、3Dプリンターで作成するので、接着以外の方法を使います。

今回は、ネジを切って上下からサンドイッチするようにしました。
縦筒をボルトに見立てて、ペール缶の外側から雌ネジ（ナット）で固定します。

ペール缶にあける穴のサイズを決める

手持ちのホールソーで穴を開けるつもりなので、そのラインナップから穴径を決めます。

まず、掃除機を差し込む部分が、内径35.6mm、外径41.4mmです。
ここを変えずに行きたいので、40mmを超えます。
それより大きなサイズで、固定用のねじ切り部分があります。
この外周は管より太くなります。
外周より、+3mmくらい確保します。

ペール缶に空けた穴と管の外周に差があると、よこにズレます。それは面白くないので、下から穴径ギリギリのサイズの出っ張りをつけて、ズレないようにします（上記、49.6mm部分）

その出っ張りにぶつからないように、雌ネジの下部で押さえつけるので、雌ネジの最下部の内径は、穴より大きくなります（上記、51.1mm部分）

結果、45mmでは足りず、55mmでは空けすぎなので、50mmとしました。

ネジ部分を試作する

管が42mm、ペール缶の穴が50mm、下から支える部分がそれより大きい60mm（後で70mmに変更）とし、ネジ周辺を試作して問題無く固定できそうかチェックします。

ネジ周辺部分の試作

Z軸（上下）の0座標を、ペール缶底面として、上に外径42mm高さ20mmの円筒をつくり、下に60mmの支え部分を押しだします。

雄ネジのコピーを作って、雌ネジを生成する

ネジを作成する方法はいくつか有りますが、今回は3Dプリンタで造形するので、ある程度隙間のあるネジを作ります。
隙間のサイズは、ネジの直径によって変化します。M10程度なら5%くらいあると良いですが、今回の場合M45くらいあるので、3%にしました。（一度5%にしたら、大きすぎました）

円筒上部に、雄ネジを生成します。
その雄ネジを位置をずらさずにコピーします。「修正」「尺度」で、X-Y方向に1.03（3%）の不均一な拡張を行なうと、雄ネジよりちょっと大きな雄ネジコピーができます。

周囲に「外径ポリゴン」で六角形の雌ネジをつくり、同じく高さ20mmで押し出して六角ナット形状にしたあと、「修正」「結合」で、雌ネジから雄ネジコピー（3%拡張版）を切り抜きます。すると、元の雄ネジよりちょっと隙間のある雌ネジが出来上がります。

雌ネジの一番下は、ネジが不要です。押しつけてペール缶に固定する部分なので、ちょっと削りました。

雌ネジの一番下は、ペール缶を固定する密着部分です。
下から50mmの穴径ギリギリ（49.6mm）の出っ張りが出てくるので、締め付けたときにぶつからないように、50mmよりちょっと大きく、51mmの内径にしました。

試作品の印刷と固定テスト

ネジの隙間は丁度良いか、このネジで固定できるか、等を確認する為、この段階で一度プリントしてみました。

雌ネジの下側は、どうにも造形が粗くなります。円筒の内側で、かつ、ネジのような斜めの造形だと、円の反対側にノズルが飛ぶ為、こうなってしまうようですね。

ペール缶の底に見立てた、穴の空いた板を挟み込んで、ボルトナットでサンドイッチします。
ちゃんと固定できている事を確認し、まあ問題なさそうだ、ということで設計を進めることにしました。

掃除機の接手部分を結合する

過去に作成した、掃除機と丸ノコを繋ぐアダプターから、掃除機接合部分を流用します。

ドラッグ＆ドロップで取り込んでから、Z座標（高さ）だけ変更します。

サーフェースモデルの「ロフト」で繋ぐ

色々やっている間に穴の塞がった雄ネジに、再度穴を開け直し、掃除機の継ぎ手部分と結合します。
ソリッドモデルの「ロフト」では繋がらないので、サーフェースモデルの「ロフト」で、内側、外側を繋ぎます。

サーフェースモデルとソリッドモデルの中に空洞が出来るので、「作成」「境界塗りつぶし」を使って埋めます。

円筒の外側をまっすぐにする

このままだと、外側がくびれて、ここだけ薄くなるので、更に外側にサーフェースモデルで円筒をつくり、外径42mmのまっすぐな管にしました。

最後に、掃除機のノズルを差し込みやすくするのと、角が削れないようにするため、面取りをします。

ナット部分の造形を修正する

雌ネジですが、ただの六角形では回しづらいので、適当な面取りに加えて、ちょっと凹ませます。
試作品を手で回すとき、大きすぎて引っかかりが足りず、締め付けるのに手間取ったので、指をかけられるようにします。

木工で使う「ホールドダウンクランプ」用のノブや、ボルトに後付けする「フィットノブ」などの造形を参考にしています。