C53(3Dプリンター)
2022.7.30
前回のC51と同様、KATOのC57(新)を着せ替えたデジタル製作のC53です。
すでに満足のいくC53がたくさん発売されていますが、それとは別に自分でも作ってみたかったというものです。市販書籍の図面を参考に、というか基本はほとんどトレースしてデジタル製作しました。
完成
一応C53のひとつのイメージに近づけるよう努力はしました。結果こうなってしまいましたが…色々なことがわかりましたので、次の機会にはもっと何とかしたいです。
製作についてはあとで簡単にふれます。
特に推しの特定機もないので、その後の形式とともに遊びやすいよう1960年頃まで活躍していたという想定にし、後期形と同様の改造を受けた前期形ということにしました。
前面に4枚の点検扉増設、前面手すりは1本タイプ、側面窓の保護棒は下方、キャブ天窓前方スライド改造、吊り天窓増設、低い大鉄デフレクター(裏横帯なし)、等です。
19号機のナンバーを作りましたが、19号機で吊り天窓の付いた写真は手持ちの中にはありませんでした。
C53のボイラーのサイズはD50とほぼ同じですから、細いC57の動力は楽に入りました。上側のダイキャスト部は切削なしの無加工です。
一部の動輪の移設があるので、軸受け部の一部を切削しますが大した加工ではないです。
前回のC51ではナンバープレートの歩留まりが悪かったのですが、今度は微妙にましになりました。
ライトは点灯式です。KATOのライトを差し込むだけですみます。
テンダーはD50のときに作った12-17形を無考証で流用しました。台車もKATOのD51の流用です。
側板のみ分割式に改造し、積層の縞模様がまったく出ないようにしました。そのままでは造形過程で表面の模様が非常に弱くなってしまうので、リベットの直径変更やモールドの厚み調整を行い、露光時間も試行錯誤しました。
(自分用メモ: 露光を短めにした方がベース部の膨張が少なくてリベットが飲み込まれないようにも思うが、実際は長めにしてしっかり出したほうがよい。モールド高さはモデル段階で増やしておく)
今は個人用の3Dプリンターでも細かいハンドレールノブの穴を潰さずに出せますので、ハンドレールと給水ポンプの排気管は真鍮線の差し込み式にしました。
そのほかの配管は造形時の一体モールドです。少し浮いていたほうが視覚的に効果的な箇所は、ボイラーとのツナギをあえて作らずにそのまま浮かせています。
相変わらず動力ユニットの採寸が不十分で、組み合わせ寸法が想定通りにならず修正に1週間ほどかかりました。シルエット上は実物図面の1/150に合っていますが、個別の部品レベルでいうと今も想定通りの組み合わせではありません。C51のときから続いている根本的な問題で、動力ユニットの採寸を再度全部やり直さない限り、この先はないように感じています。
最初の採寸も頑張ったのですが、自分に欠けている技術をまたひとつ認識させられています。
●作図にあたってのおもな参考書籍(書籍名のみ・一部)
・蒸気機関車設計図面集 原書房 ※C59、D51ほどではないがC53は図面多め
・蒸気機関車スタイルブック(旧版・新版) 機芸出版社
・蒸気機関車の角度 機芸出版社
・蒸気機関車EX Vol.37 2019 Summer イカロス出版 ※外見上の形態分類の解説が分かりやすい
その他自分で撮った45号機の写真などを参考に作図しています。
C53の3シリンダー機構については色々なご研究や考察があり、どの立場に視点を置いているかによっても(発達史感も含め)見解が変わります。
今回も製作の前に、論文など文献を数100ページ読み込みましたが、とても素人が安易に語れるようなものではないという印象です。連動テコのほか、動輪クランク軸のバランシングなども難しいのですね。素人には、大きく傾いた第二動輪のバランスウェイトからかろうじて伺い知れる程度ですけども。先人の苦労はもちろん、その後の研究の尊さにも感じ入るばかりです。
構造と造形についてのメモです。
作図と造形
KATOのC57(1次形)の動力に被せる構造です。C51ではボイラー部を3分割しましたが、C53は形態がシンプルなのでキャブも含めて一体化しました。
C57の製品と異なり、ランボードもボイラーと一体化しています。両者を動力ユニット上でぴったり合わせる技術がまだ私にはないためです。
C53の外形には難しいところがないため、構造が決まれば作図はすぐ終わりました。基本的な機器類は今までに製作済みなので、並べて配管でつなぐだけです。ゼロから作るとすればそれらもすべて新規になるので、それなりに手間がかかるかと思います。
造形単位ごとにサポートを立てて造形しました。
樹脂は引き続きxUltrat Black、3DプリンターはPhrozen Sonic Mini 4K、FEPフィルムはPeopolyです。FEPフィルムはまだまだ使えますが1年ぶりに張り替えてみました。
この樹脂は太いサポートを立てるより、細いサポートを3mm以下の間隔でたくさん立てたほうがよいとのことで、かなりビッシリと立てました。その代わり樹脂の性質から、結構ラフにベリべリともぎ取っても大丈夫だったりしますので、細かいところを除きサポートの除去は楽でした。
サポートを除去したところです。私は基本的には複数の部品を一度に並べず、1種ずつ造形するのですが、それでも1日で造形は終わりました。サポートの除去は2〜3時間ですみました。
こうして形ができる頃が一番嬉しいです。この先、組み立てが進むにつれて変なところがどんどん出てきますし、1週間くらいは遅れてきた硬化などで変形することがありますからね。
表示をOFFにしたはずの粗い網目板を、前面部だけOFFにし忘れていました。まあ、あまり見えないのでいいや…。
ちなみに積層ピッチはあまり細かくはせず、このプリンターではxy解像度と合わせて0.035mmにしています。
数ある失敗のひとつ
テンダー本体はこんな感じで、床板と前後妻板が一体化しています。
いつもは特に問題なく造形されていましたが、
結果は大失敗で、垂直であるはずの壁やハシゴがはっきりわかるほど歪んでいます。特に矢印の位置の凹みが激しいです。
逆さに造形されるので、面積の大きな床板エリアに差し掛かる前に、すでに歪んでいることになります。なんじゃあこりゃあ。
まるで造形途中に、FEPフィルムのテンションが変わったかのようです。
→はたと気づきました。
FEPフィルムの消耗を抑えるため、パーツごとに造形箇所を変えているのですけども、このパーツは端のギリギリに配置していました。
比較的長さのあるパーツなので、歪んだ後端はフィルムの端に近く、前端は中央に近くなっています。
剥離の際、フィルムの端に近いほう(A点)は片方向にしか伸縮しないため、どちらにも伸縮できる中央側(B点)と剥離の影響に差が出てしまったのだと思います。小さい部品なら端に置いても平気なのですが。
改めて、フィルムの中央に配置してやり直したら、それだけで解決しました。こういうところをケチってはダメなのかぁ〜(笑)。結果的に樹脂も電気も時間も無駄にしていますものね。
下廻り
第一動輪は軸受けの前側を1mm程度削って前方にずらしました。それに合わせて金属軸受けのツバを削ったり、上部にあるサスペンション(図にはありません)の折り位置をずらしたりとつじつま合わせを行いました。
他にもこういうことが要るんじゃないのと思われた方、はい、恐らくそれらも全部必要だと思います。
動輪押さえはブレーキシューのみ加工しました。第一動輪ブレーキシューを第二動輪ブレーキシューと背中合わせにして接着しました。
実物は第二動輪も少し後ろにずれていますが、色々と難しいので省略しました。フランジ間もすでにぎりぎりです。
第一動輪を前にずらしたので、モーションプレートの前側の固定穴が隠れて使えなくなります。
もっと前にあるランボード取り付け穴を利用し、モーションプレートの前方に取り付けボスを伸ばして固定しました。
シリンダーの弁室前側は、弓形の弁心棒案内と、連動テコの端のみ作っています。
第一連結棒体を伸ばす必要があるので、KATOの旧C57のサイドロッドの前側をカットして使いました。
長さは厳密に調べていませんけども、第一動輪はギヤ連動がなく、ロッド連動で転がるだけなので何とかなっています。
太さもクランクピン穴の直径も少し大きいので少々怪しいですが、何もないよりはましだと思い付けました。動輪もちゃんと転がっています。
製作については以上です。上廻りはもともとシンプルな形ですし、動力ユニットの加工箇所が少ないため、C51に比べてずいぶん楽でした。
以下は余談めいたことです。
デフレクターとデッキの幅について
さて、C53はもともとランボード部分の車幅(a)に比べ、デッキ傾斜部以前の車幅(b)が少し狭くなっています。
そのため、傾斜部にかかるタイプのデフレクターを付けようとすると、傾斜部とデフレクターの間に隙間ができてしまいます。
実物ではここをどうしているのか、これまであまり意識していませんでしたが、傾斜部の横幅を延長して埋めているのですね。
梅小路の45号機も現在は傾斜部の幅がランボードと同じ幅まで延長されていますが、初期の写真では設計図通りで狭いです。
私の手持ちの資料では、この後付けのデフレクターのサイズがよくわからなかったので、ワールド工芸の模型の寸法をそのままパクっています。
頭が回らないときの配管
使用しているCADはAutodesk Fusion 360です。
ボイラーの周囲を曲がりくねって走る配管は、補助面を作ってスケッチや3Dスケッチし、スイープやパイプ機能、または押し出しで作っていくものかと思います。
ただスケッチでは何か立体構造が捉えられないことがありまして、先に物体で作図用の土台を作ることがあります。
その土台はスケッチや押し出しなどで作るのですけども。
配管の経路となるエッジをクリックして選択したところ。
パイプ機能でエッジに沿った配管を作りました。端の断面に丸を描いてスイープしても同じですけども。
このまま浮かせるなら、あとはいくつか配管留めを作って終わりです。
ここでは一体モールド的にボイラーと結合するので、その結合帯をついでに作ります。
一度作った配管の表示をOFFにし、ソリッド編集モードからサーフェス編集モードに切り替えました。
先ほどの作図土台の配管に接する1面を残し、他を削除してしまいます。
他にもエッジをスケッチ面に「3Dジオメトリを取り込み」で取り込み、サーフェスモードで水平に押し出して面を作ったり、場合に応じて適当に面を作っています。
厚み機能で面の両側に適当に厚みを付けます。これで結合用の帯ができます。このあと多少の形を整えます。
単純な配管なら、パイプ機能で断面が四角いパイプを作ってずらしたり、あるいは配管の断面と一緒に結合部の断面も描いて一度にスイープしたりすることもあります。
ただ、曲がり方によっては変なねじれが起きることがあるので、ねじりたくないときにこんな風にしています。他にも方法はありますけども今のマイブーム。
最初に作った配管をONにし、適当に配管留めを作ってできあがりです。洗口栓が1個塞がりましたが気にしない(笑)。
他の配管をまたいだりくぐったり、経路の重ね具合を調整しながら作りたいときに、最初に立体の土台を作ると私の頭ではわかりやすいようです。
ただ、作図土台の面の取り方によってはきれいな曲線を描いてくれないことがあるので、そんなときは観念して空中に3Dスケッチで線を引いてつないでいます。