3次元CAD（3D-CAD）で、「らせん構造のモデリング手法」を読者の方よりご質問頂き、らせん構造であるバネをモデリングしました。「アルキメデスのらせん水車」の「らせん」のモデリングの方法を追加でご質問頂きましたので、今回は「アルキメデスのらせん水車」の「らせん」部分のモデリングに挑戦してみます。今回も無料3次元CAD（3D-CAD）である「OneSpace Modeling PE」を利用しモデリングします。
無料3次元CAD（3D-CAD）のOneSpace Modeling PEの入手は＜3D-CADフリーソフトOneSpace Modeling PE＞をご覧下さい。3次元CAD（3D-CAD）であるOneSpace Modeling PEが無料で配布されている今のうちにどうぞ。
( 1 ) らせんの軸をスケッチする（下書き線の選択）
らせんの中心軸となる線をスケッチしたいと思います。その際らせんの中心軸は実体の無い仮想線となりますので、「下書き線」にてスケッチします。右の列のメインメニューから「2D作成」を選択し、タスクパネルを開きます。タスクパネルの上の方で「図形」又は「下書き線」を選択できるので、ここで「下書き線」を選択します。
( 2 ) らせんの軸をスケッチする（線の種類の選択）
らせんの中心軸を鉛直方向にスケッチしたいと思いますので、タスクパネル上から直線の種類から「鉛直」選択します。
( 3 ) らせんの軸をスケッチする（線の開始点の決定）
らせんの中心軸はスケッチ平面の原点(0,0)から鉛直に直線をスケッチしたいと思います。画面の左下の方にある「ユーザー入力行」に 「0,0」 と入力し、キーボードの「Enter」キーを押します。すると中心軸の開始点が決定されます。
注意したいのは数字の間の点はピリオドではなくコンマ「,」です。
( 4 ) らせんの軸をスケッチする（線の終点の決定）
3次元（3D）の立体が表示されるワークプレーンにマウスをもってくると、決定された開始点から鉛直方向に直線が伸びます。ここで直線の終点を決めたいと思います。今回は開始点から距離100としたいと思います。画面左下の「ユーザー入力行」に「100」と数値を入力しキーボードの「Enter」キーを押します。入力する距離は任意で構いません。作図をする上で見やすい長さが良いと思います。
( 5 ) らせん軸のスケッチ
3次元（3D）の立体が表示されるワークプレーンに、らせんの中心軸となる線がスケッチを確認します。
( 6 ) らせん軸のスケッチ終了
らせんの中心軸のスケッチが終わりましたので、ここでスケッチをいったん終了します。スケッチを終了するには3次元（3D）の立体が表示されるワークプレーンの左下にある緑のチェックマークをマウス左ボタンでクリックします。
( 7 ) らせんの輪郭をスケッチする（図形を選択）
らせんの輪郭（プロファイル）となる図形をスケッチしたいと思います。右の列のメインメニューから「2D作成」を選択し、タスクパネルを開きます。タスクパネルの上の方で「図形」又は「下書き線」を選択できます。らせんの輪郭（プロファイル）は3次元（3D）の実体となりますので「下書き線」ではなく、「図形」を選択します。
( 8 ) らせんの輪郭をスケッチする（2Dコパイロットの選択）
らせんの輪郭（プロファイル）、すなわち、らせん部分の断面の形を決めるのですが、アルキメデスのらせん水車のらせん部分を想像すると恐らく長方形ではないかと思います。タスクパネルの「2Dコパイロット」から長方形を選択します。
( 9 ) らせんの輪郭をスケッチする（長方形の開始点）
らせんの輪郭（プロファイル）の長方形の一点（開始点）を決めたいと思います。らせんの中心軸上に開始点を置いてみたいと思います。中心軸上にあるジオメトリ（幾何学的な立体図形）は実際どうなるのか想像がつかないのですが、ここで試してみようと思います。果たしてジオメトリ（幾何学的な立体形状）となるのでしょうか？
マウスをらせんの中心軸の開始点（0,0）に合わせます。 マウスの横に表示される「U:0 V:0」を確認し、マウスの左ボタンをクリックします。これでらせんの輪郭（プロファイル）となる長方形の開始点が決まりました。
( 10 ) らせんの輪郭をスケッチする（長方形の終点）
次に、らせんの輪郭（プロファイル）となる長方形の開始点の対角に有る点（終点）を決めます。らせんの輪郭（プロファイル）となる長方形の大きさは横に50、縦に2の大きさにしたいと思います。長方形の開始点の座標は、先程（0,0）としたので、終点の座標は（50,2）になります。画面左下の「ユーザー入力行」に「 50,2 」と入力し、キーボードの「Enter」キーを押します。
( 11 ) らせんの輪郭
これで、らせんの輪郭（プロファイル）となる長方形のスケッチが完了しました。先程( 6 )の手順では、 らせん軸のスケッチを終了した際は、（3D）の立体が表示されるワークプレーンの左下にある緑のチェックマークをマウス左ボタンでクリックしました。らせんの輪郭（プロファイル）のスケッチを終了する際、チェックマークをクリックしても良いのですが、実はチェックマークをクリックせずに次の作業に移れます。今回はこの作業を省いて、直接次の作業に移りたいと思います。
( 12 ) らせんの立体化（形状の選択）
右の列のメインメニューから「自由曲面」を選択し、タスクパネルをスライドさせ「形状追加」の項目にて「スパイラル」を選択します。
( 13 ) らせんの立体化（形状の選択）
タスクパネルでスパイラルを選択すると、スパイラルの詳細を設定するダイアログが表示されます。
( 14 ) らせんの立体化（軸の指定）
ここでスパイラルの「軸」を決定します。ビューポート（図形を表示している部分）にマウスを移動し、下書き線でスケッチした、らせんの中心線を指定しクリックします。
( 15 ) らせんの形状エラー
するとエラー表示です。「軸は回転させるプロファイルの外部になくてはなりません」とあります。すなわち、回転させるプロファイル（輪郭）は軸の外側でなければならず、軸上にプロファイル（輪郭）が重なってはならないとの事です。軸を交差した（挟んだ）プロファイル（輪郭）もジオメトリ（幾何学的な立体形状）を成しません。
手順( 9 )で中心軸上でのジオメトリ（幾何学的な立体形状）がどのようになるか想像がつかないと書きましたが、ジオメトリを構築することが出来ないとの結果を得る事ができました。
（ 16 ）らせん形状作成の中止
この、らせんの輪郭（プロファイル）では、ジオメトリ（幾何学的な立体形状）を構成することができない事が確認できたので、このらせんの設定をいったん終了する。タスクパネルの上部にある赤いバツのマークをクリックする。
（ 17 ）らせんの輪郭の削除 （2D削除の指定）
画面上部のツールバーから、「2D削除」を選択する
（ 18 ）らせんの輪郭の削除 （削除する図形の指定）
らせんを構築する事ができなかった、らせんの図形を指定します。ビューポート（図形を表示している部分）上で削除する図形の外側を一度クリックすると、マウスに追従する様に四角い線が表示されます。
（ 19 ）らせんの輪郭の削除 （削除する図形の指定）
マウスに追従している四角い線で、削除する図形を囲むようにマウスをクリックします。
（ 20 ）らせんの輪郭の削除の終了
2D削除の作業を終わらせます。ビューポート（図形を表示している部分）の左下の緑色のチェックマークをクリックします。
（ 21 ）らせんの輪郭を描き直す（輪郭の形状の指定）
右の列のメインメニューから「2D作成」を選択し、タスクパネルをスライドさせて表示します。タスクパネル上部に「図形」と表示されているのを確認し、（「下書き線」が選択されていたら、「図形」を選択します。）2Dコパイロットから「長方形」を選択します。
（ 22 ）らせんの輪郭を描き直す（長方形の開始点の指定）
先程、軸上に輪郭（プロファイル）の一部があった図形では、スパイラルの形状を構築する事ができませんでした。そこで今回はらせんの軸から少し離れた部分から長方形を描き始めたいと思います。らせんの軸より距離5離れた部分、y横方向に5、すなわち座標では(5,0)の部分から描き始めます。画面左下の「ユーザー入力行」に「5,0」と入力します。
（ 23 ）らせんの輪郭を描き直す（長方形の終点の指定）
らせんの輪郭（プロファイル）の終点を決めます。らせんを構築できなかった輪郭（プロファイル）の終点は(50,2)としましたが、ここでは気分を変えて、輪郭（プロファイル）の厚さを5にします。（先程と同様に2でも問題なし。）ビューポート（図形を表示している部分）上でマウスを動かし、マウスの横の表示が「U:50 V:5」と表示されるのを確認しマウスをクリックします。なお画面左下のユーザー入力行に「50,5」と入力しても構いません。どちらの方が手間がかからないでしょうか？今回はビューポート（図形を表示している部分）上で選択してみました。
（ 23 ）らせんの輪郭のスケッチ終了
ビューポート（図形を表示している部分）の左下の緑のチェックマークをクリックし、スケッチを終了します。
（ 24 ）らせんの立体化（形状の選択）
右の列のメインメニューから「自由曲面」を選択し、タスクパネルをスライドさせ「形状追加」の項目にて「スパイラル」を選択します。
( 25 ) らせんの立体化（軸の指定）
タスクパネルでスパイラルを選択すると、スパイラルの詳細を設定するダイアログが表示されます。ここでスパイラルの「軸」を決定します。ビューポート（図形を表示している部分）にマウスを移動し、下書き線でスケッチした、らせんの中心線を指定しクリックします。
( 26 ) らせんの立体化（軸の指定）
ここでスパイラルの「軸」を決定します。ビューポート（図形を表示している部分）にマウスを移動し、下書き線でスケッチした、らせんの中心線を指定しクリックします。
( 27 ) らせんの立体化（ピッチの指定）
らせんの軸を指定した後、ダイアログの軸の項目が「定義済み」と変更されたのを確認し、次にらせんのピッチ（間隔）を指定します。
( 28 ) らせんの立体化（ピッチの指定）
今回は、らせんのピッチ（間隔）は50にてモデリングしようと思います。ダイアログのピッチの入力欄に50と入力しキーボードの「Enter」キーを押します。
( 29 ) らせんの立体化（回転数の指定）
らせんのピッチ（間隔）を指定した後、ダイアログのピッチの入力欄が黄色から白に変わったと思います。ピッチ（間隔）が定義されました。次にらせんの回転数（巻き数）を指定します。
( 30 ) らせんの立体化（回転数の指定）
今回は、らせんの回転数（巻き数）を10にてモデリングしようと思います。ダイアログの回転数の入力欄に10と入力しキーボードの「Enter」キーを押します。
( 31 ) らせんの立体プレビュー
らせんの回転数を指定した後、ダイアログのピッチの入力欄が黄色から白に変わったと思います。続いてらせんがどのようにモデリングされるか形状を決定する前に、プレビューにて確認したいと思います。プレビューで立体の形状が納得いかなければ、ダイアログに入力した数値を変更し形状を変更する事ができます。ダイアログの下の方のプレビューボタンをクリックします。
( 32 ) らせんの立体プレビュー
プレビューのボタンを押すとビューポートに緑色の半透明の立体が表示されます。ここで立体の形状を確認します。
( 33 ) らせんの立体の決定
らせんの立体が、アルキメデスのらせん水車のらせん部分である事が確認できましたので、スパイラルの形状を決定します。ダイアログの上の方にある緑のチェックマークを押します。
( 34 ) らせんの立体の決定
スパイラルの形状が決定されると、ビューポイントの立体が灰色にて表示されました。
( 35 ) ワークプレーンの削除
らせんの中心軸や輪郭（プロファイル）を作図したワークプレーン（作図平面）が、緑の太線にて表示されいます。作図作業は終わりましたので、これを削除したいと思います。画面上部のツールバーより「3D削除」を選択します。
( 36 ) ワークプレーンの削除（削除するオブジェクトを指定）
マウスをビューポート（図形を表示している部分）上の削除したいワークプレーンw1の上に移動します。ワークプレーン（作図平面）が緑色から灰色に変わります。
( 36 ) ワークプレーンの削除（削除するオブジェクトを決定）
削除するワークプレーン（作図平面）の上でクリックすると、ワークプレーン（作図平面）がビューポート（図形を表示している部分）から消えます。なお、左側の「構造一覧」からも「w1」が消えました。
( 37 ) ワークプレーンの削除作業の終了
ワークプレーン（作図平面）の削除の作業を終了する為に、ビューポート（図形を表示している部分）の左下の緑色のチェックマークをクリックします。
( 38 ) らせんの完成
これで、作業は完了です。立体の大きさや向きを回転させながら、形状を確認してどんな形状になったか見てみましょう。
( 39 ) アルキメデスのらせん水車のらせん
無料3次元CAD（3D-CAD）であるOneSpace Modeling Personal Editonでも、らせんをモデリングできました。
（参考）
以前、アルキメデスのらせん水車の様なものを作った経験があります。参考までに写真の一部を公開。ただし、これは水を搬送する水車ではありません。
らせん部分をどうやって作るかというと、小さな輪をいくつも作り、一部を切断し引き伸ばして、別の輪を溶接して繋げているんですね。だから3次元CAD（3D-CAD）でモデリングした際、らせんの輪郭（プロファイル）が長方形で良かったのです。
アルキメデスのらせん
無料3次元CAD（3D-CAD）「OneSpace Modeling Personal Editon」
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