- 本論文はフィクションであり，実際に提出したものではありません。
- 本論文はパロディを多く含みます。手順以外はウソがあります。また平成６年当時のまま掲載していますので，時事風俗など一部お見苦しい点がありますが，ご笑覧頂ければ幸いです。
- 手裏剣製作は，研究で使用する試験片を作成する技術向上のために行ったものであり，大学及び教授公認ではありません。
- 本論文を読むことによって生じたいかなる損害も補償しません。すべて自己責任でお願いします。
- 専門用語に関しては，最後に「用語集」を載せてあります。そちらについてもご一読下さい。
旋盤による棒手裏剣の製作
機械工学科 鈴木博之
【序論】
一般に旋盤は円柱等の単純な回転体を製作するのに用いられるが，複雑な工程を持つものについては，職業的勘や経験に頼ることが多く，その一般的理論はほとんど確立していないと言ってもよい．そこで本論文では，製作の難しい根岸流棒手裏剣の製作を通して旋盤の的確な使用と知識を得ることを目的とする．
【工作物の形状と寸法】
今回製作する手裏剣は，一般に知られている紅葉型の手裏剣ではなく，棒手裏剣と呼ばれるもので，鋭利な先端を離れたターゲットに衝突させ，死に至らしめるものである．古来より武道家の多くは山に籠もり修行を積んで来たが，動物性蛋白を摂取する目的で狩りを行った．その時に用いたのが棒手裏剣であり，従って手裏剣は武道家の必修科目であった．しかし，今ではその意義は薄れ，数人の武道家が趣味で投げる程度となってしまったが，現代の銃社会においてはその必要性が強く叫ばれることであろう．
【材料】
今回製作する手裏剣の材料としては，軟銅や構造用銅，ステンレスが望ましい．いずれも適度な比重を持ち，切削しやすい材料である．真論やチタンも捨て難いが，やはり経済性を優先し銅かステンレスを用いることにする．また，アルミニウムはその軽さのため，あまりオススメできない材料である．
材料を入手する方法は以前より研究されており，次の3つの方法を採用した．
(1)かう最もスタンダードな方法である．今回購入したのは直径13mmのステンレス製丸棒で，表面はピーリング(表面処理)なしであった．価格は1m当たり約700円である．
(2)もらう
解体屋にコネがないと難しい方法である．今回もらってきたのは，車載ジャッキを上昇させるクランクロッドで，材質は軟銅である．直径は12〜15mmで，押出加工の後2カ所を直角に曲げ，表面に錆止めの塗装が施してあるので，曲がっている所を避けて使用する．価格は無料(タダ)である．
(3)ひろう
最も経済的かつ安直な方法である．この方法はDr.HD(Tohokugakuin Univ.)の提唱する方法で，簡単に言えば工場に落ちている材料を拾う，というものである．この方法の注意点として，拾う際には躊籍せず，何げなく拾う事というのが挙げられる．というのも，工場の先生に発見される(バレる)確率は，袷う人の挙動に依存するということがDr.HDらによって明らかにされているからである．ただし，この方法は材料を選べないという欠点を持っている．
以上の3つの代表的な方法の他に，裏技として次の二つを紹介する．
裏技(1)工場の先生からもらうこれは工場の若い先生から密かに入手するという方法である．ただし若い先生というのが大きなポイントである．なぜなら年配の先生は必ず使用目的を尋ねてくるので，相応の回答を考えておかないと，答えに窮してしまうからである．(年配の先生よりは若い先生の方が話が通じる，ということが最近H.Suzuki(Tohokugakuin Univ.)らによって明らかにされている)．この方法もまた，材料を選べないという欠点を持つ．
裏技A試験片の余りをつかう
さらなる裏技として，試験片の余りを使用した．というのも筆者は(本物の)卒業研究においてアルミニウムの試験片を製作しているが，その一本の長い棒から必要な数だけ試験片を切り出すと，20〜30cm程余るからである．ただし，この方法は完成した棒手裏剣があまりに軽量なので，実用的でないという欠点の他に，卒研の先生に発見される(バレる)と叱責される(おこられる)という危険もあるので注意されたし．
【形状と寸法】
根岸流棒手裏剣の形状と寸法を図1に示す．
図１．形状と寸法
【工具】
今回使用した工具は，片刃バイトとセンタドリルで，補助的な工具として真鍮製のジグ(治具)を作製した．工具及びジグの寸法を図2に示す．
図2．工具及びジグ
【製作手順】
(1)直径13mm以上，長さ170mmの丸棒を用意する．(図3)
図3．
例えば，直径13の丸棒が必要であれば，それ以上の直径を持つ材料を用意して，直径13まで外径切削して使用するのが常識である．なぜなら外径切削することによって表面の錯を落としたり，曲がりを修正することが出来るからである．しかし今回は材料がステンレスであり，全面にテーパをかけることから，直径13の丸棒を購入し使用した．
また後に心出し用の穴をセンタドリルで開ける必要上 必要な寸法プラス10mmで全長170mmとした．
(2)センタ穴を開ける(図4)
図4．
丸棒を短くチャッキングし，センタドリルでセンタ穴を開ける．550rpm程度の回転数で，切削油を用いて穴を開ける．
こちらが後端となる．
(3)チャック部を外径切削する(図5)
図5．
次に丸棒を反転し，図のように30mm以上出してチャッキングし，直径13になるまで外径切削する．必要ならば数回に分けて切削する．送りは最小にするとよい．この工程により，チャック部を作る．材料は購入した状態では曲がっていたり，錆びを生じていたりするので，そのままでチャッキングすると寸法の信頼性に欠ける．そこで，正確な円柱に削り，そこをチャツキングするのである．
こちらが先端となる．
(4)丸棒全体の直径を13とする(図6)
図6．
工程Bで外径切削した部分を図6のようにチャッキングし，心押合で心出しし，直径13まで外径切削する．
丸棒を外径切削する場合，チャック部から離れるに従って「ぶれ」を生じ，そのままでは正確な切削が出来なくなる．丸棒が「片持ばり」となっているからである．そこで，心押し台を用いて「両端支持ばり」にし，ぶれを防ぐのである．
この工程により，直径13の丸棒が出来ることになる．
(5)後端を20mmだけ外径切削する(図7)
図7．
この工程は別にしなくても構わないが，最後の工程でノギスを使う手間が1回省けるので，後々楽である．
心押台にバイトがぶつかる場合(これによると思われる傷でポロポロの心押合をよく見かけるが)，深くチャッキングして直径12で10mmほど外径切削してからあらためて図7のようにチャッキングするか，剣先バイト等で少し切削するとよい．そこまでこだわる理由は，丸棒の中心を重要視するからである．
(6)先端部をテーパ切削する(図8)
図8．
まず，刃物台を左に6.8°傾ける．次に材料を反転し，先端を50mm以上出してチャッキングする．テーパ切削の場合自動送りは使えないので，手送りとなる．ステンレスの場合，回転数を上げ(1020rpm程度)，半径方向の切り込みを小さくし(0.3mm程度)，ゆっくり一定の速さで手送りする．逆に，軟銅のような材料では，回転数を下げる(250rpm程度)とよい．半径方向の切り込みは大きくても構わないが，ゆっくり手送りし，最後に仕上げ切削する．
(7)第2テーパ部をテーパ切削する(図9)
図9．
刃物台を右に4.8°傾ける．次に工程(6)で先端から50の位置に線が出来ているはずなので，その線を基準にし，その線から正確に30mmの位置にマーキングする．この2線に届くようにテーパ切削する．
この工程ではぶれを生じやすく，仕上がりに悪い影響を及ぽすことが多い．そこで出来るだけ深くチャッキングし，回転数を250rpm程度に下げて切削するとよい．
(8)第3テーパ部をテーパ切削する(図10)
図10．
工程(6)で切削した先端部にジグをかぶせ，ジグをチャッキングする．後端に心押台を差し込み，中心をとる．刃物台を右に1.5°傾け，工程Fで切削した第2テーパ部の線に届くまでテーパ切削する． (9)第4テーパ部をテーパ切削する(図11)
図11．
残りの部分をペンチではさんで折るか，糸ノコで落とし，切り口をグラインダで仕上げて完成である．
【トラブル・シューティング】
旋盤作業においては，様々なトラブルが発生する．作業を円滑に進めるためにはトラブルを発生させるような行動を極力避け，またトラブルが発生したとさは迅速に対処することである．
以下に，発生しがちなトラブルとその対処法を挙げる．
(1)簡単なトラブル
- 摩擦音が鳴る
→ 回転数を下げる
- 工作物がぶれ，表面に波模様ができる
→ 深くチャッキングするか，両端を支持する
- 工作物の表面にはがれたような跡が発生する
→ 最後に0.05mm程度の仕上げ切削をする
→ 切削油を用いる
- 半径方向の寸法が狂う
→ バイトの先端が工作物の中心にくるように，高さを調整する．
→ 刃物台にバイトをしっかり取り付ける
- 工作物に切り屑がからみつく
→ 切り屑を連続で発生させないように，時々送りを止める
→ からみついてしまったら，作業を中断して，手で直接触らずに取り除く
- バイトの刃が欠けてしまう
→ 半径方向および軸方向の送りを小さくする
→ 切削油を絶えず補給する
→ 折れてしまった場合は，グラインダで研ぎ直し，工作物に残った刃を取り除く
- 工作物が曲がってしまう
→ ゆっくり丁寧に作業することを心掛ける
→ 曲がってしまった場合は，あきらめる
【旋盤作業におけるマーフィーの法則】
(切り屑の一般法則)
- 切り屑は，必ず作業者の方向に飛んでくる
- 切り屑は，露出している部分を狙って飛んでくる
- 皮膚に付着した切り屑は，その内部エネルギー(熟)を全部放出しないと，離れてはならないとされている
- 連続で発生する長い切り屑には，工作物にからみついて作業を邪魔することが義務づけられている
- 手で直接切り屑に触れると，必ずやけどか，切り傷を負う
- 切り屑を捨てる際，アルミと鉄とに分けて捨てるが，アルミの屑箱にはアルミの空き缶が必ず入っており，鉄の屑箱にはスチール缶が入っている．
- 工場の先生のプロ意識を上手にくすぐると，依頼していたものが速攻で完成する
- 年配の先生は上手にあしらい，若い先生には上手に取り入ると作業がはかどる
- 工場のテリトリーは決して侵さない
- 作業している時間よりも，職員室で高校野球を見ている時間の方が長い
- 解放しているときに限って雨が吹さ込み，書類や材料を台なしにする
- 錆びは，工場の先生の手の形に沿って発生し，指紋まで見分けられる
- 一人では絶対運べない
- 試験片を切り出した余りは別な形に加工され，学生にとって有効に使われる
- 仕上げ切削のときに限って，自分自身の切り屑で傷がつく
- 誰でも一本や二本は折る．気にしないことだ
【考察】
工作機械として最も多く用いられる旋盤による棒手裏剣の製作を通して，本論文では旋盤の使い方，効率的な使用法，技術的な手法，限界，材料，法則等に関して学んだ．工作機械はやはり動かしてみないと分からないことが多く，理論よりも経験が先行する傾向にある．バイトを折ってしまったり，切り屑でケガをしてみて初めて慎重に作業するようになる．従って，失敗を恐れず数多くの作業を通して経験を積むことが，旋盤に精通する道であろう．
また，本論文では製作した棒手裏剣の使用法にはあえて触れていない．本論文の目的外であるということもあるが，その技術はいわゆる「秘伝」に属するものであり，むやみに人に伝えるものではないからである．本論文を読めば棒手裏剣の形を盗むことは出来るが，秘伝を盗むことは出来ない．秘伝は門外不出であり，秘伝を盗む者は殺される覚悟を要するというのは，今も昔も武道の世界では変わらぬ所である．
【謝辞】
根岸流棒手裏剣を製作するにあたり，機械工場の先生方に多大なるご迷惑をおかけしました．特に，バイトを何度折ってもいやな顔ひとつせず直して下さったＫ先生にはおわぴと，感謝申し上げます．そしてなによりも，本研究に関して惜しみない協力と指導をして下さったDr.HDには，感謝の印としてステンレス製の棒手裏剣3本を進呈します．身の危険を感じたときにでも役立てていただければ幸いです．
【参考文献】
- 「絵とき 機械工学のやさしい知識」 オーム社発刊 小町弘・吉田裕亮共著
- 「図解 機械材料」 東京電機大学出版局発刊 打越二禰著
- 「機械工作法l＝ 共立出版株式会社発刊 橋本文雄・朝倉健二著
【完成品】
上から順に，ステンレス，鉄，アルミ。
別の角度から。ステンレスはピカピカ，鉄は若干の錆びが，アルミは白っぽい。
【用語集】
- 旋盤
金属を加工する工作機械の一種で，円柱状の加工を専門に行う。
- 材料
加工容易性と経済性，重さを考えて選ばないと，後で大変。理想はステンレス。しかしステンレスは加工性が悪いので，鉄か真鍮が現実的かも。鉄は錆びるので手入れが必要。真鍮は非常に加工しやすいが，独特の匂いがあるので敬遠される。アルミは軽すぎてダメ。
気合を入れてステンレスを大量購入したはいいが，とにかく削るのが大変で，作業を始めてすぐに後悔したという苦い経験が・・・。
- ピーリング
表面処理。表面がツルツルしていればピーリング済み。棒手裏剣の場合，ピーリングされていても，どうせ削ってしまうのであまり意味はない。ちなみに顔の表皮を溶かす美容法をケミカルピーリングと言うけど，あれと同じ。 - 試験片
鈴木は金属材料の塑性変形を研究していたので，アルミ製の試験片を大量に作る必要があった。圧力をかけてつぶしたり，高速で飛ばして壁にぶつけて変形させたり。そのためだけに作られる実験用のピースの事。
- テーパ
「傾き」の事。旋盤はテーパ加工が苦手。テーパ加工したければ，すべて手作業で削らねばならない。棒手裏剣は全面テーパ加工だからもう・・・。
- バイト
パートタイムジョブの事ではなく，金属を削るための刃。当然削る対象の金属よりは硬い。削る対象の金属が，ステンレスのように粘りっこい材料だと，あっと言う間過熱して切れ味が落ちてしまう。その都度研ぎ直しになるんだよね・・・。
- センタ
中心。回転体の加工は，中心が大事。中心がブレたら，正確な加工など不可能。剣も正中線からブレたら切れないでしょ。
- チャック，チャッキング
材料を「掴む」事。旋盤は三つの爪で材料をがっちり掴む。掴みが甘いと「ちゃんと掴めバカモンが」と怒られるでしょ。
- 冶具(ジグ)
テーパ加工した部分は，チャックはできない。そのため，テーパ部分にキャップのように円筒状のジグをかぶせ，ジグをチャックする。つまりテーパ部分をチャックするための補助部品。真鍮などの加工しやすい材料で作る。
- φ
「ファイ」と読む。直径の事。単位はmm。 - 外径切削
円筒状の材料であっても，実際は数10マイクロメートルの単位でブレていたり曲がっていたりする。そのため一旦外周全てを削り，正確な円筒にしてから加工に入る。棒手裏剣の場合，どうせ全面テーパ加工せねばならなかったので，初めからφ13の丸棒を買ってきた。そのため外径切削は行わなかった。
- 切削油
金属を削ると，摩擦と加工によりものすごい熱が発生する。その熱を冷まし，摩擦を減らす意味で切削油を塗りながら削ることになる。熱で油は蒸発するわ，回転している材料から熱い油が飛び散るわで，旋盤作業は汗まみれ，油まみれの過酷な労働である。
- 両端支持ばり，片持ちばり
「ばり」とは梁(はり)の事(「ヤン」ではない)。垂直の柱に対して，水平の梁というが，それと同じ。
「両端支持」とは，材料の両方をがっちりとホールドした状態。
「片持ち」とは，材料の片一方だけをホールドした状態。当然こちらは，ホールドしていない方がブレる事になる。
テーパ加工は，チャックする部分がない加工なので，手順を工夫しないと片持ちばりになってしまい，正しく削れないのです。
- ノギス
長さを測る道具。0.1mm単位まで計測できる。
- 送り，自動送り
自動送りとは旋盤の機能で，自動でバイトを左右に動かす機能。ねじ山を切るにはこの機能が必要。
旋盤の自動送りは左右だけなので，テーパ加工の場合はバイトを手回しで送らねばならない。表面を美しく仕上げるには，かなりの熟練を要する。
- rpm
revolution per minitsの略。つまり毎分の回転数。材料は径によって回転数を変える必要がある。