TR27台車の走行抵抗試験

 　車体製作の合間を縫って完成した台車の走行抵抗特性を測定しました。この台車は左右独立回転車輪を採用することで曲線通過時の差動滑りをなくすのに加え、軸距(ホイールベース)をスケールより短めにすることでアタック角をより小さくして横滑りによる走行抵抗を低減する工夫が加えられています。その仕組みの詳細は2021年12月19日の「鉄道用車輪の話　続編」を参照ください。

　すでに昨年仮組の状態で台車を押して曲線通過時の状況を確認したところ、良い感触が得られたので具体的な数値を測定しようと考えていました。どうせやるなら完全に台車が出来上がってからと思い、その方法を検討していたのでした。件の投稿で引用した1955年(昭和30年)頃の研究論文を読んで、当時の乏しい計測技術(機器)で速度や牽引力を記録する涙ぐましい努力に頭が下がる思いがしました。ならば鹿部電鉄で近代的な計測器が使えるかと言えば、唯一あるのはホームセンターで買った10kgフルスケールのバネばかりが1個だけ。正確な速度さえいまだに計ったことは一度もありませんでした。というわけで、大層なタイトルですが実のところ本当にいい加減な測定結果の報告です。せっかくなので鹿部電鉄の初号車たる2軸無蓋車も同じ条件で測定して比較の材料にしました。デ1は軸距が800mmで無蓋車と同じである一方、駆動系の抵抗があるので測定対象から外しました。

　走行抵抗はバネばかりを台車または無蓋車にワイヤーで引っ掛けて目盛りを読みます。手の引張り加減でその力は大きく変動しますが、感覚的に安定した平均値と判断した数字を記録します。速度は、一定(3~5m)の距離に目印を置き、スマートホンのストップウォッチを使って通過時間を測り、時速に換算します。停止状態から動き出す瞬間の起動抵抗、動き始めて速度1㎞/h前後で抵抗が安定する最小値、さらに3～6km/hの抵抗値を記録しました。手加減、手心満載の測定で、今どき流行りのデータ捏造、偽装のそしりがあればあえて甘んじます。

　とは言え、計測値をグラフにするとそれらしい走行抵抗特性曲線を得ることができました。これは手で押したり引いたりして得た感覚に合致するので全くのウソではありません。まず図1をご覧ください。TR27台車単体の直線、R5m、R4mの走行抵抗です。曲線部では走行抵抗が大きくなっており、独立回転車輪や軸距短縮の効果はそれほど顕著ではないように見えます。R4mの急曲線走行中の車輪を間近で観察するとやはり横滑りが起こっていることは明らかで、その影響を皆無にすることはできないようです。下の動画を参照ください。次に図2はTR27と2軸無蓋車の走行特性の比較です。両者の差として、無蓋車は両輪固定、軸距はTR27が500mm無蓋車が800mm、重量はTR27が70kg無蓋車が100kgです。直線部では独立回転車輪と軸距短縮の効果はないはずなので、この走行抵抗の差は重量または製作後10年の経年劣化によるものではないかと思われます。しかしR4mにおけるTR27の走行抵抗の増加は無蓋車に比べるとかなり小さく、目論見通りの結果になっています。

　上記の研究論文ではレール表面が濡れた状況で走行抵抗がどのように変化するかを調べていますが、明確な結論は得られなかったようです。一方でレールに潤滑油を塗布すると走行が滑らかになり、電車で曲線部を力行する時の速度が上昇することを経験しているので、この効果を定量的に把握しておくことは価値があり、今後機会を見て測定をしようと考えています。レールへ潤滑油塗布するとブレーキが効きにくくなる弊害もあり得失の検討に重要なデータになります。

キハの車体製作 構体部材の加工

 　いよいよ車体製作が始まります。台車完成の勢いが冷めないうちに、魚釣りも庭の草刈りにも目を瞑ってキハの製作に打ち込むことにしました。

　まずは□30の角型鋼管を組立てるに当たって素材の切断、穴位置のケガキ、穴明け、タッピングを行います。切断は昨年購入したチップソーを使用することにより正確できれいな断面を得ることができました。前に記した通り組立てはガセットを介したボルト結合なので、通し穴とネジ穴のピッチが合致するように寸法的に正確な加工をした治具をあてがってクランプで固定してからまずφ2の下穴を明けていきます。治具は構体となる角型鋼管にあけるネジ下穴用とガセットにあける通し穴用の2種類を用意します。これらの治具同士の穴位置が完全に合致していることは絶対条件で、加工中に治具が位置ずれを起こさないように注意することと、加工が終わった後穴同士の相互関係をノギスで確認することを忘れずに行います。最終的に02mm程度の誤差に抑えることを目標にすると組立てはスムースに進められるはずです。

構体の材料　　　　　　　　　　　　　　　　　穴あけ治具

　5月下旬から6月にかけて北海道にはないはずの梅雨で屋外作業は悩まされます。これは鹿部特有の山(駒ケ岳)と海(内浦湾)に起因する気象らしく前線による降雨ではないので本当は梅雨ではないのですが、毎年この時期ジトジトと雨やら霧の日が続きます。風がなければ軒先にテントを張ってこじんまりした作業はできますが、いつ降り出すかわからないので長尺材の加工や塗装は晴天の日を待つしかありません。

やっと来ました塗装日和

　台車を製作した時に塗料がネジ溝に廻って困ったので、下穴加工が終わったらタッピング(ねじ切り)の前に油性ペイントで塗装します。素材購入時に防錆目的でクリアラッカースプレーを吹いていましたが、部分的に赤錆が発生していました。サンドペーパーで錆を除去し、ペイント塗装まで数日間は屋内保管なので軽く防錆油を塗布しておきます。

タッピング完了

　塗料が乾燥したらタッピングです。ガセットを組立てるネジの総数は約150ヶ所あり、TR27台車の約3倍に上ります。スパイラルタップを使うので効率よく作業を進められるとはいえ、同じ加工の繰り返しはうんざりします。ただ漫然とタップを廻していると無意識に指や袖が工具に引っかかって無理な力が加わり、工具を折ってしまうことにもなりかねませんので、常に緊張感を持ち続ける必要があります。時々休憩を取りながら根気強く作業を続けました。

　組立て用のボルト(六角穴付きM5×10)は必要数に余分を見て予めネジ専門店で購入済なので、全部のタッピングが終わったらすぐ組立て作業に取りかかります。鹿部電鉄初のボギー車が線路際の障害物と干渉しないか(どの程度余裕があるか)や走行抵抗の測定をしなければならないので、まず両台車を繋ぐ台枠から着手します。枠組みの直角度や平行度は正確に出せるだろうか？台車はうまく首を振ってくれるか？ボギー車の走行音や乗心地は？布団の中で考えている内に心地よい眠りに落ちていきます。

小設計変更

 　車体製作の前にというか、製作中急に思いついて構造を変更することにしました。台車の両脇に側受けと称するプレートを取り付けて車体下部のローラーから偏荷重を受けることにしていましたが、このローラーを台車側に付けることによりメンテナンス性を改善します。メンテというより故障対策、ネジが緩んだリ潤滑剤が枯渇して動きが悪くなった時に車体の下に潜り込んでの作業はやりにくいし危険を伴うので対策を考えたわけです。

台車に側受けローラーを取り付けるよう設計変更

　台車は今後動力装置やブレーキ機構を組み込む予定があるので、車体をジャッキアップしておいて前後に引き出すことを考えていました。ジャッキアップの前に車内からボルトを緩めると心皿が取り外せる構造にしてあります。もしローラーをはじめ台車に不具合が発生した時はこうやって修理をしたり、下回りの改造や改良をすることが可能になります。

待避線(余談雑談) ハンドタップについて

 　金属材料などにネジを切る工具をタップと呼びます。一般的にネジ切りは機械加工によりますが、DIYではハンドタップが一般的です。呼び径の約80%径の下穴にタップ先端を差し込み、押し気味にハンドルを回すと雌ネジが削られていきます。

　中学校の技術家庭科の授業で先生が実演して見せてくれたのを覚えています。「半回転廻したら1/4回転戻して、また半回転する。」その時はなぜ1/4回転戻すのかわかりませんでした。就職して現場実習の時に職場長が同じことを説明してくれてその通りにするとアルミ合金製の大きな部材にネジ加工ができました。その時わかった1/4回転戻す理由は、時々戻してやらないことにはハンドルが重くなってタップを廻し続けることができないからでした。ところが最近手にしたタップは戻さなくてもどんどん廻せる優れものです。こういうものが半世紀前にあったのかどうか知りませんが、何年か前に知り合いから譲り受けたガラクタ工具類の中に混ざっていたので試しに使ってみたのでした。

左ストレートタイプハンドタップ　右スパイラルタップ
それぞれM6×1(呼び径×ピッチ)とM5×0.8

　ストレートタイプのハンドタップは一回転も廻すと切りくずが詰まってハンドルが動かなくなってしまうのに対して、スパイラルタップはらせん状の溝に沿ってそれが排出されるので連続的に加工ができるということを初めて体験して知った次第、機械技術者としてはチト恥ずかしい話です。一方向に廻し続けられるだけでなく、下穴に対する食いつきが良く、母材表面との直角度の保持も容易で作業能率が格段に高いと感じました。ただ芯の径がやや小さく、無理をすると折れやすいので注意深く作業する必要があるとのことです。キハの鋼製構体製作には数多くのタップ加工が控えており、能率向上が大いに期待されます。

　動画の後半にスパイラルタップが登場します。

TR27台車の仕上げ

 　4月になってようやく気候が落ち着き、屋外で電車作りの作業が出来るようになりましたが、良きにつけ悪しきにつけなかなか思うようにコトが運びませんでした。それでも台車にケリをつけないと楽しみな車体製作に移れないので、頑張って「台車完成!」と言えるよう面倒な仕事を後回しにせずこまごまとした作業を続けました。

　残っていたのは側受け部、心皿取付け部、、軸受カバーの製作および上塗り塗装(タッチアップ)です。

１．側受け

　心皿(センターピン)には市販の回転盤を使うことにして通販で入手済みでした。これはテレビ台の回転部とか工場の組立作業台などいわゆるターンテーブルと呼ばれる箇所に使われる部品で、上下の板金に円形の溝をプレス加工しベアリングボールを挟み込んでカシメ加工により一体化したものです。以前に回転椅子をDIY製作した時使用したところ、耐荷重は充分にありましたが椅子にもたれて偏荷重が加わると壊れはしないものの板金が変形して安定性が損なわれてしまいました。これをそのまま心皿として使用すると車体が傾いた時、つまり人が乗り降りしたり曲線通過で遠心力を受けたりした時にやはり変形してしまい安定性が失われる可能性が懸念されます。そこで車体下部の心皿両側にローラーを取り付けて偏荷重は台車のボルスターに取り付けた側受けにかかるようにします。台車が曲線で回転した場合にそのローラーが転がる部分をt6の鋼板で作ってあります。

２．心皿取付け部

　回転盤の上下2枚の板の隙間は10mmもありませんのでこれを直接台車と車体に取付けることは不可能ではないにしても、実際には上下分離などのメンテナンスが出来なくなってしまいます。そこで上下の板をネジ加工が出来る別の部材に固定しておき、車体内部の充分広いアクセススペースからボルトで台車の着脱が出来るようにしました。実は昨年台車の仮組立てをした段階ではこの部分の構造はまだイメージしかなく、庭が雪に閉ざされている期間に設計図面を作成したのでした。

心皿部の詳細設計図

　当初外注による部品加工を前提に検討していましたが、せっかくチップソーとボール盤を購入したのでこれらを有効利用して部品製作しようと再設計し直しました。台車の構成部材であるt6×32および□12の残材にネジ加工して回転盤に固定しますが、上にも書いたように回転盤の隙間がわずかしかないので六角ボルトの頭の厚さを3mmまで削り取りました。またスプリングワッシャーも入れられないため、貫通したボルトの先端にダブルナットを噛ませて緩み止めにしてあります。

心皿部詳細

　台車本体部品の加工の際には穴位置のケガキが不正確であったり加工時や組立時に位置ずれが発生したりで、ネジ穴とボルトが干渉して組立に支障が生じていました。これを防ぐために治具を作ってできるだけ正確な位置に下穴を明けることはもちろん、同じ治具を使ってボルトの通し穴の下穴も加工するという手法を採用しました。最初は少し面倒ですが、一個ずつケガキをする必要がないし、ボール盤作業も細かい気遣いをせずに進められるので結果的に効率よい仕事になりました。

３．軸受カバー

ボール紙製フランジボルト穴
位置決め用治具

　デ1の台車も軸受はピローブロックで、じっくり眺めると軸端がクルクル回るのが見えます。メタル軸受箱風のカバーを付けて隠そうと思いながらずっとそのままになっています。一度出来上がってしまうとわざわざそういう改造をするのが面倒くさいと思ってしまうのは私だけでしょうか。TR27も台車としてそれなりに使えるようになるとその二の舞になるような予感がしていたので、これではいけないと仮組した台車からピローブロックを取り出し、軸受カバーが取り付けられるようにネジ穴加工をしました。ピローブロックは鋳鉄製で基準になる面がなく、両面にボス(カラー)が出っ張っているのでスケールを当てて穴位置のケガキを正確に行うのはほぼ不可能です。そこでボール紙に正確にケガキ線を描き込み、ボスの外径にちょうど嵌まり込む穴を切り抜いた治具を作りました。ボール紙製治具をテープで固定し、ケガキ線の上からポンチを打ってネジの下穴を明け、ハンドタップでねじを切りました。この治具は捨てずに置いておきます。

　日車製の軽量気動車は起動時の摩擦抵抗を小さくするため当時としては珍しくコロ軸受を使用しており、軸箱端面には四角いフランジに円盤状のカバーが取り付けられています。外注加工すれば金属製の部品として作ることもできますがフライス工程が必要でかなり高価になりそうです。これは単なる飾りだと割り切れば木製で充分であり、過去に作った直接制御器の逆転器ハンドルに比べると形状は単純であり、ドリルレースで製作することにしました。t15×□80のフランジをクリ材の板から切り出し、中心にボスが通る大きな穴をホールソーで明けます。次にピローブロックのネジ穴加工に使ったボール紙製治具を当てがって四つのボルト穴を明け、角をR10に仕上げます。そこにφ70の炮烙状にドリルレースで削った円盤を接着すればそれらしくなり。ラッカーパテを塗ってサンドペーパー仕上げを3回位繰り返し、黒色ペイントを塗れば完成です。同じ治具でネジ穴と通り穴の位置出しをしたので何の干渉もなく取り付けることができるはずでしたが、木に竹を接ぐ例えの如く鋳鉄のピローブロックと木製の軸受カバーはなぜか穴位置が全然合わず、木工用丸ヤスリで一個ずつ拡大調整するはめになりました。8個作るのに仕上げ塗装を含めて実質5日ほどかかってしまいましたが出費はゼロ円で済みました。

軸受カバーの製作過程　　と　　　　　　　完成品　　　　.　

４．上塗り塗装

　仮組み後に製作した部品や相マーク代わりに貼り付けていたテープの跡、ボルトの頭、なぜか塗り忘れていた部分、雨に濡れて発錆していた部分などに黒色ペイントを塗ります。バネやバネ座などは組立分解作業の際に塗膜が剥がれていたので取り外し、上記の側受けや心皿部の部品も分解して塗り直します。

　軸バネやバネ座を取り出す分解の際には下フレームのみを取り外します。これ以外の部材を分解すると、苦労して合わせたネジ穴がずれたりペデスタルの平行度や隙間の具合が狂ったりしてしまうからです。

　最後に軸受カバーを取り付けてからメッキが光るボルト頭を黒色でタッチアップすると、昨年夏から作り始めたTR27はここに至って遂に完成を見ました。2台並べてしげしげ眺めると、いろんな困難があってなかなか効率的な作業ができなかったものの、時間をかけて丁寧に組立て、必要な部品を安易に省略しなかったことも幸いして非常に実感的な仕上がりになり、感無量の思いがこみ上げてきました。

　　　　　　 　　　遂に完成　　　　　　　　　　　　　　お見事！　自画自賛

　次はいよいよ車体の製作にとりかかります。

6kgレール終わった

 　15インチゲージの線路にはJIS規格(E 1103)で定められた最も軽量の6kgレールを使用しています。JIS規格で決められているのだからどこにでもある、いつまでもあると信じていたところ、ある日ネット上で6kgレールがなくなるとの記述を見ました。悪い冗談だと思いながらも気になったので複数の販売元に問い合わせたところ、すでに生産終了していて在庫もないとの回答が返って来ました。

2014年に購入した6kgレール

　実は手持ちのレールが残り1本になっていたので、エンドレスを全通させるために20本(線路長で55m分)手配しようと見積りまで取っていました。ところが当面キハ40000の製作に注力するため発注は先送りしていたのです。生産終了になることがわかっているなら見積回答時にひと言添えてくれてもよさそうに思うのですが覆水盆に返らず、どこかに在庫が残ってないか電話やメールで探すことにしました。最初にも書いた通り規格があってそれなりの需要があり、流通していると思っていたのに、やっと得た情報でも辛うじて数本どまりでした。ただこんな状況でかき集めても運賃ばかり高くついて現実的な解決には結びつきません。

　いよいよ6kgレールが入手できなかった場合は9kgレールで代替するかと腹を括りました。9kgレールの高さは63.5mm(6kgは50.8mm)、踏面の幅は32.1mm(同25.4mm)で見た目の違いは目立つほどではありません。ただし重量は1.5倍、5.5mの定尺で約50kgあるので曲げたり運んだりするには危険と人力の限界が立ちはだかります。半分の長さにすると扱い易くはなる代わりに、切ったり繋いだりの手間が増えます。6kgと9kgの継ぎ目の処理を考えなければなりません。レールベンダーの形状を変更するかもう一台作ることになるかもしれません。いつもの悪い癖で考えだすと眠れなくなってしまいます。

重量物の人力運搬には危険が伴います

　そんなところに朗報が飛び込んできました。ごく最近知り合いになった15インチゲージャーから「海外向け仕様の6kgレールの在庫情報があるが、少量販売してもらえないか交渉中」とのこと。探しても見つからないのにあるところには捌ききれないくらいの量が眠っているもので、しかも引き取り先がなければ再溶融してリサイクルされるのだとか。それはなんとしてでも手に入れたい、少々割高でもと考えていたにもかかわらずm当たりの単価は相場より3割以上安い、ただし千葉の工場経由になるので輸送費は高くなりそう。といささかの不安が残るものの、製造元の大阪製鉄および取扱商社である島田商会と交渉を続けてもらいました。よく聞くと、一本の長さは9.1m(30フィート)、継目穴のピッチがJIS規格と異なる(どうせ切って使うので「そんなの関係ねぇ」)、32本単位での販売が必須条件とのことでした。結局9.1ｍを5.5+3.6mに分割し、私が3.6mを、相手方が5.5mを各32本引き取ることで決着しました。3.6mは体力的に考えて私にとっては大変都合よく、全長も当初必要としていた量とほぼ同じです。先行して大量に仕入れていた6kg用ペーシとモール(継ぎ目板/ボルト)も無駄にしなくて済みます。ということで鹿部電鉄における6kgレールパニックは願ってもない幸運な結果に終息し、あとは着荷(6月)を待つばかりとなりました。

　今後15インチゲージ鉄道を新たに開設する場合は9kgレールを使用することになります。重い、曲げにくい、高くつくというデメリットは避けられませんが、最初からやるなら致命的な問題ではありません。既に6kgレールで敷設された線路に増設延長する場合は、上に書いたように継ぎ目やレールベンダー改造等の工夫が必要になります。

お断り

 　新しい投稿をしようとして作業中の様子をスマホで動画撮影しました。パソコンに取り込んで編集を始めたところ、「再生するには新しいコーデックが必要です」と文字が出て動画を再生することができません。調べるとスマホでは最新の方式でデータを圧縮保存しているのに15年以上使っているレトロパソコンにはそれを読み取る能力がないらしいことまではわかりました。それを可能にするコーデック(解凍アプリのようなもの)があって無料でダウンロードできると書いてありましたが、実行しても「このデバイスには対応していません。」と無情の反応が出てくるだけです。

　歳のせいだと思うのですが、こういうことをネットで調べようとすると見たこともない聞いたこともない難解な用語が次々と出てきます。同年代の高齢者の中ではこの世界にはまだ少し明るい方だと思っていましたが、現役時代に比べてデジタル分野の進化に追随する必要性が乏しいためか、今は書いてあることが全然理解できません。パソコンは新しいのを一台持っていますが、使い勝手が(私にとって)悪いので古いのをずっと使ってきました。こうやって老人は世の中から取り残され、どんどん自分の世界に閉じこもっていくのでしょうね。

　パソコンの移行をしなければならないと思うのですが、さて新しいパソコンからどうやってブログの原稿を書き込むのか、そんなことを調べるところから始まります。ブログの再開がいつになるかはお約束できません、悪しからず。