SP45204はついにイベントデビューし公開されました。しかし６周走ったところで故障し動かなくなりました。原因はエンジンの遠心クラッチの摩耗です。太田庭園鉄道でかなり試運転を積んだ後だったので残念でした。心配していた３軸台車のR＝15曲線通過は２本目の車輪を外したのが功を奏したか問題ありませんでした。
引き込み線でエンジンを調べたところ遠心クラッチのライニングがすり減って地金が露出していました。またクラッチドラム内側も深さ１ｍｍほど摩耗していました。中古エンジンを使用しているので元々どの位ライニングが残っていたのか不明ですが、ここへきて寿命が尽きてしまったと思われます。クラッチは交換することにしました。更にクラッチにかかるトルクを減らすためゼロマックス無段変速機への入力軸の歯数をこれまでの13枚から25枚に増やすことにしました。これによりゼロマックス入力回転数を約半分に減らすことが出来、潤滑油粘性抵抗によるメカロスの削減にもつながります。
遠心クラッチはホンダから2500円で買うことが出来ました。ドラムは保有資材の事情でアルミを使っていましたが元の鉄製に戻します。
安価な数値制御工作機械による動輪スポークの削り出しは前回の報告のように頓挫しました。そこで必要な残り11個の動輪についてはフライス盤とターンテーブルで実施することにしました。太田 庭園鉄道 建設記 その２３ ED16電気機関車の改造（動輪）の報告の中で自作の割出し台を使ったスポークの削り出しについて述べています。この割出し台は目盛りはあるものの回転は手動で手に直接反力が作用するものでした。そこで習志野鐵道クラブの手回しハンドルが付いたターンテーブルをお借りしてフライス盤に乗せ加工させて頂くことにしました。
SP45動輪と大きさは異なりますが手元には次期製作機関車ライブスチームOK22のテンダの車輪があるためSP45は後回しにして、こちらを加工してみることにしました。
スポークの本数は12本で上下左右が対象なのでエンドミルの軌跡を決めるのは楽ですが加工に当たってはバックラッシを考慮した操作が必要です。またフライス縦軸に対しターンテーブルや車輪の芯出しも行います。
やってみて感ずるのは、やはり加工量の多さでしょう。CNC3018の場合切り込み深さが0.18ｍｍを超えると振動が激しかったのに対しフライス盤では0.8ｍｍでも大丈夫です。また送り速度は手動なのでなんとも言えませんが毎分20ｍｍ位は出ていたと思います。結果的に20倍位の生産性向上となりました。但し全て手動ですから付きっ切りで操作を続けなければなりません。
切削条件：
エンドミル直径 5.5ｍｍ（刃の振れや位置決めの誤差を考慮して6mm→5.5mm)
エンドミル回転数 890rpm
切り込み深さ 0.8ｍｍ
送り速度 約20ｍｍ/分
車輪材料 SS200
切り抜き一周長さ 37.1ｍｍ 12個所合計で445ｍｍ
1回の切込みによる12個所切り抜き時間 約1時間
加工部分厚み 7.1mm
車輪の大きさがSP45より小さく、それに伴って切削長さも短いのですが一日3時間ほど作業して3日で完成しました。
今回はエンドミル直径が大きく送りの反力によるエンドミルのたわみは少なかったと思われますがアナログの目盛りを何回も確認しながらの繰り返し作業は決して楽ではなくスポークの太さに多少ばらつきが出ました。次回からは途中の加工をすべてφ5ｍｍで行い最後に5.5ｍｍか6ｍｍで慎重に仕上げ加工を行う事で、もっとばらつきの少ないきれいな出来上がりにしたいと考えます。
また１本の加工を貫通するまで繰り返すことで刃物の移動による時間を減らし効率を
高めることも可能だと思います。
SP45の動輪はスポーク動輪です。とりあえずスポークなしのベタで製作しましたが、やはりスポークは魅力です。しかしSP45の動輪のスポークは11本あり抜き穴もその数だけ開けなければならず作業を何とか自動化したいものです。その１２１でお知らせした通り３万円ほどで購入出来る安い三次元彫刻機(CNC3018)では鉄の場合大変な時間がかかってしまい現実的ではありません。しかし何事もやってみなければ判かりません。何日かかってもいいから、という事で一個だけ実行に移してみました。
青い線は直径３mmのエンドミル軌跡を示しています。この座標をソフトに入力します。
上の写真は動輪をCNC3018のベッドに取り付けエンドミルによる切削を始めたところです。下穴が開いているのはエンドミルはドリルと違って穴を開けるのが不得手なのであらかじめその中心部にセンタとドリルを使って穴を開けておいたものです。この穴は切りくずの排出もしています。
切削条件：
エンドミル直径 2.6ｍｍ（刃の振れや位置決めの誤差を考慮して3mm→2.6mm)
エンドミル回転数 200rpm
切り込み深さ 0.18ｍｍ
送り速度 4ｍｍ/分
動輪材料 鋳物（元々は鉄アレイ）
切り抜き一周長さ 68ｍｍ 11個所合計で748ｍｍ
1回の切込みによる11個所切り抜き時間 4時間20分
748ｍｍ÷4ｍｍ=187分＝3時間7分ですが刃物の上下やスポーク間移動に時間を費やすため4時間20分かかります。
スポーク部の板厚は8.3ｍｍあり8.3mm÷0.18ｍｍ=46回、削る必要があり4時間20分×46回=約200時間、すなわち8日以上となります。実際私は３月半ばから４月半ばまで毎日昼間運用し先日CNC3018が故障したため、およそ30日目で未完成となってしまいました。
故障の内容はスピンドルモーターの端子が焼け基板も見た目はOKですが普段点灯のLEDが点滅となりPCがCNC3018を認識出来なくなりました。その他、運転中エンドミルが引っかかることによるエラーは数多くエラーの度にCNC3018が自身の位置を忘れてしまうため位置出しとリセットを繰り返しました。エンドミルはCNC用の1/8チャック（3.175mm)対応の物でタングステン製でしたが形状が一般のフライス刃と異なり細かいとげがたくさん出て居るような感じのものです。一方でプラスチックへの加工は良好でデルリンやアクリル板への複雑な形状加工は良好でした。
結論として鉄製の動輪のスポーク削り出しには時間がかかりすぎて向かないという事でした。ここに安価なCNC機によるスポーク削り出し計画は頓挫しました。
私による位置決め時の誤差やCNC自身による軌跡を逸脱するエラーが何回か起きました。エンドミルも精度が芳しくなくコレットチャックの精度もいまいちでした。では未完成品をどうするか。これは残りの11個も含めフライス盤とロータリーテーブルで加工する考えです。これについてもいずれ報告します。
現在はアクセサリの製作を行っています。これには「その１２１」で紹介したCNC3018三次元彫刻機が使われています。最初に作ったのは側面のナンバープレート、厚さ3ｍｍの白アクリル板に文字を彫り出しました。
次は側面の冷却風取り入れ口。これは彫刻機で彫ったものに二液硬化型樹脂を流し込み硬化後取り外すことで同じものを複数作る予定でした。しかし剥離用に噴霧するCRC556が樹脂の溶剤により突沸し泡が入ってしまうため石粉粘土に変更しています。
SP45完成後はいよいよライブスチームの製作です。そのライブで一番難しいのはボイラーです。高温と高圧力という２つの厳しい環境に耐え防食と熱伝導率の良さから材料は銅が使われます。接合はロー付けで行いますが、これが難しいのです。習志野鐡道倶楽部の先輩たちからは「やったことはあるが出来たことは無い」とその難しさを通告されていました。会社勤めの間にロー付けをやったのはたった一回、しかもうまく行きませんでした。経験のない私がロー付けなど出来るのだろうかと思っていた矢先、幸運が訪れました。所属している習志野鐡道倶楽部と交流のある某鉄道研究会のロー付け作業を見学させて頂ける事になったのです。
その鉄道研究会の作業所は以外にも自宅の近くにあり自転車で行くことが出来ました。
一周200ｍ程の５インチレイアウトの傍らに屋根付きの立派な作業場がありＬＰガス、アセチレン+酸素、酸洗いをするための容器+希硫酸、水道が整っていました。
この日は２台のボイラのロー付けが行われましたが両者とも既に９割が出来上がっていて火室下部の塞ぎやサイドステイ周辺の補強を行うとすぐ圧力試験を開始出来るところまで来ていました。
他組織の作業場なので写真をお見せ出来ないのが残念ですが、そのロー付けの様子は想像していたのとは少し違いました。まず作業台ですが流し台のような腰の高さの入れ物にコークスが敷き詰められ、その中で作業するのかと思っていたらコンクリ床にブロックを並べ耐火煉瓦を数個重ねた上だけでかなり開放的な感じでありました。
作業は二人一組で行い一人は大口径のLPガスバーナーで広い面積を加熱し、もう一人はアセチレンバーナーで局部的に加熱しながらロー材を差して行くもので鉄製蒸気管の溶接と同じような感じです。平岡幸三先生の著書ではアセチレンなど高温の火炎は絶対使わないとされていましたしロー材はあらかじめ切って材料に乗せておきローには炎を当てず材料を加熱して溶けるのを待つやり方でした。また既に付いている部分を加熱すると再溶解してしまう懸念を持っていましたが遠慮なくぼうぼうあぶっていました。
一カ所付け終わると酸洗いを行います。プラスチックの大容量バケツに希硫酸が用意されており３０分ほど漬けておきます。希硫酸はかなり長期間使えるそうで溶け出した銅イオンのため青い色をしていました。酸洗いが終わると水で良く洗浄し次のロー付けに移ります。
この日は何カ所かサイドステイを付け底板を付けると圧力試験がありました。全ての穴をふさぎ一カ所圧力計を付けて水圧をかけて行くプロセスは習志野鐡道倶楽部で定期試験を実見していましたが新造品の試験は初めてでした。
最初は全く圧が上がらず試験を断念。ロー付けを追加し再試験の繰り返しです。次第に漏れの処置が進むにつれて圧力は上がるようになりましたが相当時間を使ったため夕方となりこの日の作業は終了しました。不思議だったのは細い線で水が噴き出しているところにローを盛っても試験をやると同じところからまた洩る事がある点です。作業なさる方もロー棒でビードをかき混ぜるなどしてピンホールを潰しているのですが同じ場所から同じように噴出するのは理解できませんでした。
では自分はどうやればよいか。S氏の経験では風も大きく影響するというので作業場所としては実家の土間になります。ステンレス板は沢山あるので台所の流し台のような大きな皿を作りコークスなどを詰め作業台とします。熱源はとりあえずアセチレンはやめLPガスのボンベとトーチを３セット用意し３人掛かりで加熱します。そして何よりも作業しやすい簡便な設計とすることです。それには煙管とサイドステイの数を極力少なくすることが必要でしょう。
前頭部ボンネットの加工が出来たので今度は運転席とその屋根です。これも形状が難しく窓部分はポリカを切って寄せ集め屋根はデルリンの板を張り合わせて厚みを確保し外観はCNC彫刻機で削り出すことにしました。すべてをCNC彫刻機に任せると非常に時間がかかることから大まかな切削はフライス盤でマニュアル加工とし仕上げをCNCに分担させました。しかしCNCのプログラムの製作だけでも相当の手間がかかり彫刻も何昼夜かを要する大仕事になってしまいました。
前頭部が何とか出来上がりつつあり今後は全体の塗装に移ります。またエンジンの回転数を調節するダイヤルや無段変速機の減速比を変化させるためのレバーも取り付けます。細かいディテールは後回しにします。
