パンタグラフ

パンタグラフ（ギリシャ語のπαντ-  「すべての、あらゆる」とγραφ-  「書く」に由来し、元々は筆写に使われていた）は、平行四辺形に基づいて接続された機械的な連結装置で、1本のペンで画像をトレースする際の動きが、2本目のペンに同じ動きを生み出す。最初の点で線画をトレースすると、もう1本のペンに固定されたペンで同一の拡大または縮小コピーが描かれる。同じ原理を使用して、彫刻、鋳造、彫刻、フライス加工などの分野で、さまざまな種類のパンタグラフが他の形式の複製に使用されている。

古代ギリシャの技術者であるアレクサンドリアのヘロンは、著書『力学』の中でパンタグラフについて記述している。^[1]

1603年、^[2] クリストフ・シャイナーはパンタグラフを使用して図を複写し、拡大縮小しました。27年後、この発明について「パンタグラフの技法は、平行四辺形を直線状に描くためのものである」（ローマ 1631年）で書いています。パンタグラフの片方の腕には小さなポインターが付いており、もう片方には描画器具が付いており、ポインターを図上で動かすと、別の紙に図のコピーが描かれました。ポインター腕と描画腕の連結部の位置を変えることで、作成される画像のスケールを変えることができます。

1821年、ウィリアム・ウォレス教授（1768-1843）はパンタグラフの実用性を向上させるためにエイドグラフを発明しました。^[3]エイドグラフは固定点を平行四辺形の中心に再配置し、狭い平行四辺形を使用して機械的利点を向上させます。

パンタグラフの本来の用途は、線画をコピーしたり拡大縮小したりする ことでした。現代版は技術的なおもちゃとして販売されています。

彫刻家はパンタグラフの3次元版^[4]を使用する。これは通常、片方の端が固定点に接続された大きなブームで、このブームの任意の点に2つの回転する指示針が付いている。針を調整することで、さまざまな拡大率または縮小率を実現できる。この装置は、現在ではモデルをスキャンしてさまざまな材料と任意のサイズで作成できるコンピューター誘導ルーターシステムに大きく取って代わられているが、[ 5 ]発明 家で^蒸気の先駆者であるジェームズ・ワットが発明し、 1836年にベンジャミン・シェヴァートンが完成させた。シェヴァートンの機械には回転するカッティングビットが取り付けられており、有名な彫刻の縮小版を彫ることができた。^[6] 3次元パンタグラフは、モデルとコピーの位置を入れ替えることで彫刻を拡大するのにも使用できる。^{[7] [8]}

コインの大きなレリーフデザインをコインの必要なサイズに縮小するために、別のバージョンが今でも広く使用されています。 ^[9]

1890 年代、電子増幅が利用できるようになる前、蓄音機や蓄音機のディスクがシリンダーより優れていた点の 1 つは、大量のディスクを迅速かつ安価に刻印できることであった。1890 年代、マスターシリンダーのコピーを製造する唯一の方法は、シリンダーを成型するか (時間がかかり、初期のコピーは非常に質が悪かった)、2 台の蓄音機のホーンをくっつけて音響的に音をコピーするか、2 台をゴム管でつないで (1 台の蓄音機で録音し、もう 1 台でシリンダーを再生する) ことであった。マスターシリンダーをコピーする代わりに、複数の蓄音機で演奏を同時に何度も録音して、各シリンダーをマスターコピーにするという方法もあった。エジソン、ベッティーニ、レオン ダグラスらは、カッティング針と再生針を機械的にリンクし、シリンダーの「山と谷」の溝を機械的にコピーすることで、この問題を (部分的に) 解決した。成形がいくらか改善されると、成形されたシリンダーがパンタグラフ マスターとして使用されました。これは 1898 年にエジソンとコロンビアによって採用され、1902 年 1 月頃まで使用されました (コロンビアのブラウン ワックスはその後成形されました)。ニュージャージー州ニューアークのUnited States Phonograph Companyなどの一部の企業は、小規模な企業にシリンダー マスターを供給し、パンタグラフで複製できるようにしました。パンタグラフは 1 日に約 30 枚のレコードを生産でき、マスター 1 つあたり最大約 150 枚のレコードを生産できました。理論上は、マスターと複製が逆方向に実行され、レコードが逆方向に複製される場合、パンタグラフ マスターは 200 または 300 枚の複製に使用できます。理論的には、録音の摩耗していない/摩耗が少ない部分を複製に使用することで、パンタグラフ マスターの可用性を拡張できます。Pathéは、1923 年まで垂直カット レコードのマスタリングにこのシステムを採用しました。直径 5 インチ (130 mm)、長さ 4 または 6 インチ (100 または 150 mm) のマスター シリンダーを高速で回転させ、そこに録音します。このようにしたのは、結果として得られるシリンダーの音がかなり大きく、忠実度が非常に高かったためです。次に、シリンダーを複製パンタグラフのマンドレルに配置し、レバーの端にある針で演奏します。これにより、音がワックス ディスク マスターに転送されます。ワックス ディスク マスターは電気メッキされ、コピーの打ち出しに使用されます。このシステムにより、忠実度が多少低下し、ゴロゴロとした音がしますが、比較的高品質のサウンドが得られます。エジソン ダイヤモンド ディスク レコードは、ワックス マスター ディスクに 直接録音することで作成されました。

数値制御(NC および CNC) やプログラマブル ロジック制御(PLC)などの制御技術が登場する前は、フライス盤でフライス加工される複製部品の輪郭を、フライス カッターを「点をつなぐ」(「数字で」) 方式で動かして描くことはできませんでした。切削工具の動きを制御する唯一の方法は、器用なスキルを使用して手動で位置を調整するか (人間の正確さと精度には当然限界があります)、カム、テンプレート、またはモデルを何らかの方法でトレースし、カッターがトレース スタイラスの動きを模倣するようにすることです。フライス加工ヘッドがパンタグラフに取り付けられている場合は、テンプレートをトレースするだけで複製部品を (1:1 以外のさまざまなスケールで) 切断できます。 (テンプレート自体は通常、工具と金型の製作者が工具室の方法を使用して作成し、これにはダイヤリングによるフライス加工と、それに続くやすりやダイグラインダーのポイントによる手作業での彫刻が含まれます。) これは本質的には、ペンを備えたパンタグラフで文書を複製するのと同じ概念ですが、金属、木材、プラスチックなどの硬い材料の機械加工に適用されました。 パンタグラフフライス加工と概念的に同一のパンタグラフルーティングも存在します (CNC ルーティングも同様です)。トーマス・ブランチャードが開発したコピー旋盤であるブランチャード旋盤は、同じ基本的な概念を使用していました。

NC、CNC、PLC、およびその他の制御技術が業界全体で開発され普及したことにより、フライス盤の動きを制御する新しい方法が生まれました。つまり、プログラムからアクチュエータ (サーボ、セルシン、リードスクリュー、マシンスライド、スピンドルなど) に情報を送り、その情報に従ってカッターを動かすという方法です。今日、ほとんどの商業機械加工は、このようなプログラム可能なコンピュータ化された方法で行われています。家庭で機械加工をする人は手動制御で作業することが多いですが、コンピュータ制御も家庭レベルに達しています (商業用のものほど普及していないというだけです)。したがって、パンタグラフ フライス盤はほぼ過去のものとなりました。現在でも商業的に使用されていますが、その数は大幅に減少し、ますます減少しています。工作機械メーカーが新品で製造することはなくなりましたが、中古機械の小さな市場がまだ存在しています。パンタグラフの拡大縮小機能（調整可能なアームの長さによってスケールが決まる）については、CNC ではコンピュータがプログラム情報にほぼ瞬時に適用する数学的計算によって実現されます。スケーリング機能（およびミラーリング機能）は、G コードなどの言語に組み込まれています。

製図に似た別の用途では、パンタグラフは、ペンの代わりに回転カッターを備えたパンタグラフ彫刻機に組み込まれ、ポインターの端には、あらかじめカットされた文字入りのプレート（「コピー」と呼ばれる）を固定するためのトレイがあり、ポインターがそれに沿って進み、パンタグラフを介してカッターがパンタグラフアームに設定された比率で「コピー」を複製します。一般的な比率の範囲は、最大 1:1、最小 50:1（縮小）です。このようにして、機械工は数字や文字を部品にきれいかつ正確に彫刻できます。パンタグラフは現代の彫刻ではもはや一般的には使用されておらず、コンピューターによるレーザー彫刻や回転彫刻が好まれています。

電気機関車や路面電車で使用される、トロリ線との電気的接触を維持し、線から牽引装置に電力を伝達する装置は、「パンタグラフ」とも呼ばれます。

1890年の米国国勢調査で使用されたハーマン・ホレリスの「キーボードパンチ」はパンタグラフ設計であり、「パンタグラフパンチ」と呼ばれることもありました。^[10]

このメカニズムを採用した 19 世紀初期の装置はポリグラフであり、これは元の手紙が書かれたとおりにその複製を作成します。

1886年、エドゥアルト・セリングはパンタグラフをベースにした計算機の特許を取得しましたが、商業的には成功しませんでした。^[11]

ロングアームキルティングマシンのオペレーターは、レーザーポインターを使用してパンタグラフ、紙のパターンをトレースし、キルトにカスタムパターンを縫い付けることができます。^{[引用が必要]}デジタル化されたパンタグラフの次には、コンピューター化されたマシンがあります。^{[引用が必要]}

リン・ボイド・ベントンは、活字デザイン用のパントグラフ彫刻機を発明しました。^[12]この機械は、単一のフォントデザインパターンをさまざまなサイズに拡大縮小できるだけでなく、デザインを圧縮、拡張、傾斜させることもできます（数学的には、これらはアフィン変換の例であり、これはPostScriptを含む今日のほとんどのデジタルタイポグラフィシステムの基本的な幾何学的操作です）。^[13]

リチャード・ファインマンは、 「底辺には十分な余地がある」という講演の中で、ツールをナノメートル規模に縮小する方法としてパンタグラフの例えを使いました。

• オートペン – 署名やサインを自動的に行うデバイス
• レタリングガイド – テキストを書くためのテンプレート
• 平行移動リンク機構 - 6節直線機構
• スピログラフ – 幾何学的描画装置

ウィキメディア・コモンズには、パンタグラフ (計器)に関連するメディアがあります。

• パンタグラフ Java アプレット
• mathworld.wolfram.com の Pantograph
• パンタグラフの作り方
• 建物ファサードアクセスシステムで使用されるパンタグラフクレードル 2014-01-01 にWayback Machineでアーカイブ
• パンタグラフの仕組み
• R&I 業界スクラップブック パート 2: パンタグラフ時代 (クリスティン ハフ著)