小田急電鉄 50000型 VSE車の製作



★2018年 6月14日追加記載: ヘッドライト、テールライトの進行方向による切り替え回路搭載の改造

   
模型仲間の電子工学専門家W氏により設計・製作された、電池を電源としたヘッドライト、テールライトの自動切換え回路
   を盛り込みました。
   これにより、レールへの供給電圧の極性が変わることで前後のヘッドライト、テールライトの自動切り替えが行えます。
   従来通り、車両に通電しなくとも、電池電源SW、ONで室内灯と前照灯が点きますので、パワーパック無しでもフィールド
   での撮影ができます。

下記写真はW氏ご提供の資料に、VSEの改造内容を記入(赤字)したものです。
写真中央の基板が切り替え回路です。


レールの電圧検出には、先頭台車に新たに設けた集電ブラシから基板へ。


車体床下中央に収められた基板。若干の既存配線の“切った張った”作業
で成功。運転が楽しみになります。

小田急電鉄 50000型 VSE車の製作−1

◆2011
年 12月 23日記載
初めて日本型車両を作ることにしました。
今まで日本型については全くの不勉強で、形式や技術的系統など、トンと分かりません。
そんな中、何か日本型を作りたいなと色々漁りました。
京成の新型スカイライナー、近鉄のアーバンライナー、世田谷線のデハ300型などが候補に上がり、資料を集めたり、実車に乗ったり
しましたが、私のフルスクラッチ製作の対象なる基準にピンと来るものがありませんでした。
そんな中、最近「小田急ロマンスカー 小田急電車の全て」(三栄書房刊)と云う本を書店で見かけ、50000VSE車というものが、
技術的にも興味ある試みを行っていることを知り、俄然模型製作の意欲を刺激されました。

知人から頂いた資料や、購入雑誌

フルスクラッチ製作に踏み切ったポイント
@
 デザインの洗練性。最近氾濫しているお面だけのデザイン電車ではなく、内装も含め斬新性に富んでいる。
A
 Oゲージではまだ製品化されていないこと。クマタが別形式のロマンスカーを製品化しましたが、当面この50000型の計画は
  なさそう。
B
 操舵連接台車、車体傾斜装置等の機構が盛り込まれていること。

私の基準は
@
 デザインに特徴があること
A
 世界中でまだ製品化されていないこと
B
 技術的な特徴を持っていること(たとえ失敗に終わってもいいから)
ですので、立派に該当するものと勝手に素人判断をしました。

模型化に当たってのポイント(やってみないとうまくいくかどうかわからないところもありますが)。
@
ゲージは32mmとし、スケールは1/40 とする。
 本来OJゲージ(24o)、1/45で作るところですが、私個人として32mm24mm2種類のインフラを持つのは大変です。
 さりとて、1067mmのナローゲージの感じを少しでも出したいという気持ちも排除できません。言って見ればこの矛盾する
 事を妥協させる手段としての選択です。

車体をOスケール( 1/45)で作って、32mmゲージ軌間とすると、図の青字のように股広の下周りになってしまいます(図は1/40相当で書いてあります
ので、軌間が36oになっています)。
スケール 1/40 の場合、1067mm ナローを忠実に表現するには、軌間は 26.7mmになります。それを32mmOゲージ線路で対応させるわけで、
実車空間に逆算すると 1280mm(赤字で書いた線路) となり、多少のナロー感がでます。
車体は最大幅約 70mmで、アメリカ型等と類似していて、模型運転上車両限界面で支障はありません。


A
車体傾斜機構の模型化
模型として簡易的な方式を組み込みたいと考えています。

B
動力システム
吊り掛け方式。車軸軸受けには全てボールベアリングを装填。
吊り掛け方式の機構を作るのは初めてです。

車輪の準備
先頭車の運転台の下の台車は実車762mm、その他は860mm径です。模型としては夫々、19.05mmと 21.5mm です。
19.05mm
はカツミ模型店で非絶縁のみ入手出来ましたので、片側のみ自分で絶縁化の加工を行います。
21.5mm
径の車輪は下記図面を描いて、近所の加工業者に委託し、一個 650円で作ってくれました。
絶縁化と、フランジ周りの断面形状仕上げは自分で行います。
下右の写真は業者から上がってきた21.5mm真鍮車輪とカツミ模型店で購入した19mm車輪です。



先頭台車の19mm車輪と、それ以外の台車の21.5mm車輪



モーター、ギアなどの入手
いつもの秋葉原ジャンク品を購入。但し、3V仕様なので、ダイオードで電圧降下させて使うことにします。
どの位のトルクが出るかやってみないと分かりませんが、実車と同じ16軸を動力化しますので、ボールベアリングの効果と相まって
問題なくいけると計算根拠もなく読んでいます。

                3個 500円也。                     これ全部で 50円!!。 とんだ見っけものでした。
  

内径2oのベアリング 一個95円也。                降圧用ダイオードは頂き物。                       吊り掛け用ピニオン。
  


これでお膳立てが出来ました。完成まで1年掛かるか、2年掛かるか?

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小田急電鉄 50000型 VSE車の製作−2

◆2012
年 1月 5日記載

車輪ユニットの製作

加工屋さんから上がって来た車輪のフランジに“R” 付けをボール盤で行いました。

非絶縁側車輪を車軸に直接半田付けやネジ止めとしました。
問題は絶縁側の処理です。

先頭車のトレーラートラック用に購入したカツミの19mm車輪の場合。
車輪側:既存のM4をさらってφ4穴とする。
車軸側:ネジ外形をφ⇒φ3.7に削る。
軸と穴の間に絶縁紙を挟んで接着剤と一緒にねじ込む。
軸端はボールベアリングの内径2oに合せた加工(ボール盤でヤスり)。





21.5mm
径車輪の絶縁化
車輪側の穴を3.2mm径に広げ、絶縁紙を接着剤と一緒に巻き込みます。
実際には次に述べる吊り掛けモーター等を組み込んだ後行います。


手前の車輪ユニットの左側が絶縁処理したもの。
後ろの吊り掛けモーター付きの車輪(左側)はギアの下に絶縁処理部が隠れています。
どちらも右側の非絶縁側は車軸に車輪を半田付け。




吊り掛けギアユニットの製作。

ピニオンギアをモーター軸に圧入。2o⇒1.5mm径変換用スリーブ製作。
車輪側のギアは22mm径、直径で0.5mm径削り込んで車軸(φ3o、内径2oのパイプ)に通す。
軸の構成は、2oステンレス棒⇒3oパイプ⇒4oパイプ(モーターホルダーに固定)。
中央の穴は注油用。


車輪側のギアはM1.4ネジ2本で車輪に固定。接着剤は使っていない。これもクラブの知人のアイデアを真似ました。
絶縁側の車輪の車軸側には絶縁確保用にプラワッシャーを挟んでいる。
  

以上の様にして実車と同じ16軸の動力ユニットを含めて合計22軸完成。構造はシンプルですが、数が多いので大変でした。


初めて作った吊り掛け動力、どの位パワーがあるのかチェック。
25/1000
の勾配を作り、800gのウエイトを載せても、3Vで楽々登りだせました。
水平ではかなりの起動加速で引き出せました。台車が出来ればボールベアリングで荷重を受けられるので、
もっと軽く起動出来ると思います。上回り1車体400g以下で作れば余裕で走れそうです。

次は台車フレームの製作にかかります。

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小田急電鉄 50000型 VSE車の製作−3

◆2012
年 117日記載

台車フレームの製作
スケール通りですと4o厚位の板から切り出す必要がありますが、現実的に無理なので、
1mm
厚の板をフレーム形状に切り出し、上端にフレームの板厚感を出すため2o角材を半田付けしました。
これで合計3o厚となり、台車を上から見るとそれらしく見えます。
そして、軸箱からの荷重を受ける積層ゴムのサスペンションが入っているフレーム両端の円柱状の部品を
真鍮カラー(外形8mm、内径4o、秋葉原西川ネジ店で購入)を流用して作り、半田付けしました。
この時に使用した冶具が下記写真です。


こんな感じです。


先頭台車のみ、排障器等が取りつくため、フレームの片方が伸びています。
真鍮カラーとフレームとを入れ子にして半田付けして組み立てました。


実物のサスペンション部分はこの模型では固定されていますので、他の場所でイコライジングを
図る必要があります。
クラブの方のアイデアを頂き、ボルスターそのものを柔軟な構造としてその役割をさせることとしました。
どの位の剛性が適当か分かりませんので試行錯誤のつもりで作りましたが、0.3mmリン青銅板を使い、
10mmの板で両側フレームを締結しました(片方は半田付け固定、他方はM1ネジ止め)。


更に、その梁中央に3o幅の物を直角に半田付けし、両サイドのフレーム反りかえり防止の補強としました。


以上の方法で、以下のイコライジングが可能となりました。
左写真:2o角材で片側を持ちあげ。                     右写真:20gの重りを載せると、リン青銅の梁がたわんで、1mm分以上変形。
  

軸箱の製作です。外形5oのベアリングを挿入しますので、内径5o、外形6oパイプと、1.5mm厚帯材2枚を重ねて左写真の様に
半田付けします。この帯材の部分は実車では積層ゴムが入っていて、台車の揺れ止めダンパーの役割をするそうです。
これを、軸箱の数相当に切り出します。切り出しにはフライスを使いました。
右写真中の右下二つが分離後追加工して出来た軸箱です。
 

先行して一台だけ仮組して見ました。軸箱には所定のベアリングが入っています。車輪の絶縁化と吊り掛けのギア取り付けの都合上、ギアの配置が配置が絶縁側
にまとめられています。
また車輪の外周とフレーム内側とが接触しない様、フレーム側を少し削ってあります。
これは、1800mm曲線通過時、車体のスカート内側に台車が当たらないようにするため、フレーム幅を抑制したためです。
さあ、あと10台車も作らないといけません。全て部品は44個作らなくてはならず、動力車一台作るのに比べ、編成物の面倒なところです。
 

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小田急電鉄 50000型 VSE車の製作−4

◆2012
年 129日記載

台車の量産
全部で11台車製作します。部品もこんなに沢山。


台車枠の組み立てには冶具を作りました。締結梁のネジ止め側を固定して冶具に取り付け、反対側は台枠に梁を半田付けします。


先頭台車の仮組み立て。フレームのネジ止めを外し、車軸にベアリングを嵌めます。        1/40図面の上に載せた先頭台車。
その後、フレームを組み立て、ネジ止めして完成。
  

先頭台車車輪は他の台車に比べ、これだけ小さい。


11
台車のユニット組み立て完了。
数が多いので、作業が大変です。ここまでですでに部品点数は500点を超えました。

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小田急電鉄 50000型 VSE車の製作−5、−6


小田急電鉄 50000型 VSE車の製作−5
◆2012
年 29日記載

台車のディテール作りです。
11
台車、車輪は44個あるので全てその掛け算した数だけ作らなくてはならず、編成物は大変です。
ロストワックスをおこすのも費用的に大変なので、しこしこ作ります。

空気バネ受けの台車側面の張り出し部品の製作には写真の様な簡易冶具を作りました。
また空気ばねは、「飾りワッシャー」と云うのがぴったり。これの下に真鍮ワッシャーを追加してそれらしく。
  

空気ばね受け台座は台車フレームに半田固定。台車中央のボルスター上に0.5mm厚の空気ばね受け柱
を固定する板を挿入。
空気ばねのキノコ状柱はこの板に半田固定し、台車フレームにはネジで固定。車輪組み込みや分解が
出来るようにしました。


先頭台車は連接台車ではなく、空気ばねが直接台車枠についています。
但し、これもネジを外すことで空気ばね座ごと外せ、台車分解・組み立て時に必要です。


ネジを外すと、右写真のように台車分解のネジが見えてくる。
空気ばね支えの柱の根元には補強用の梁が付いています。面倒でしたが、72個半田付けしました。
ここは完成後も連結部の幌の隙間から良く見えますので手を抜かないことに。
   


図面とちらちら比較します。大分実車の感じが出て来たでしょうか?
   

初めての試み、車体傾斜機構を入れます。
空気ばねの上面に、図面にある両手を広げたような腕を載せることになります。
さあどんな具合にできることやら。





小田急電鉄 50000型 VSE車の製作−6

 2012220日記載

台車にブレーキ関係の部品を取り付けます。
この台車は近代的なユニット・ブレーキの構造になっています。車輪の片側締め付けですからのので、車輪の
数だけ、44組、そのユニットが必要です。

上から、ブレーキシリンダー、下段左から ブレーキ・シュー、左ブレーキ・シュー・支持部品、取り付け台、
右ブレーキ・シュー・支持部品、です。

先行の1台車について、ブレーキ・シュー及びシリンダーと車輪を組み込んだ状態。


ブレーキシリンダー取り付けをあと10台車加工しなくてはいけません。



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小田急電鉄 50000型 VSE車の製作−7

◆2012
年 3 1日記載

台車が完成に近づいてきましたが、連接部分に客車本体をどの様に載せるか、今のうちに検討しておかないと
いけません。
この電車の特徴である、高い位置にある空気ばねに客車重量を載せる支持方法は普通の連接車と異なります。
更にその空気ばねの圧力を変えてバネ高さを変え、車体に傾きを与えるという傾斜システムを導入しています。
模型でもその機構を簡易的にでも入れたいと考えていますので、なおさらこの段階で検討しておかないといけません。

支持枠の製作。0.8mm厚の板を使い、一枚だけマスター代わりに製作し、残り17枚はそれを型紙として
ケガキました。


2枚の間に4o幅の帯材を挟んで半田付け。実車は台車の内部まで構造部が下に入り込んでいる。
枠下のパイプは台車と結合させる回転中心となる支持ピン。


先行して作った二つの枠。空気ばねの上にこんな風に乗っかる。車体はこの枠に結合されることになります。


車体支持方法の検討のための造作作り。


車体両端の支持ピン間は345mmの長さ。ボール紙で作りました。


左写真:左台車にはボルスター中央のピンの外側で連結。  
中央写真:反対側台車では車体は支持枠下端で結合。重量は空気ばねで受け、台車のボルスターから完全に浮いて離れています。
       しかし枠下のピンはボルスター中央のダボに入り連結し、ダボ内側で回転できます。
右写真:左写真に対し、左側に連結されることになるボディを支える支持枠を組み込んだ状態。
   

車体傾斜システムの組み込み。カーブに入って台車が車体に対して回転すると、支持枠が台車空気ばねに対して回転変位するので、
空気ばねの受け部にクサビ状の受けを付けて片側を持ちあげるようにします。
右写真の手前側が楔の上にせり上がり、支持枠が傾いた状態。
    

その後更に検討を加え、楔の角度をもっと緩くして、スライドしやすくしました。
楔は2o角材。空気ばね間53mm2oせり上がりで、実車並みのの傾斜です。
どうも模型としては傾きの迫力がいまいちです。1.5倍には強調したいところです。
ただ、通過曲線半径1800mmでは3oのせり上がりをさせるためのクサビ傾斜がきつく、うまくいくかどうか?
もう少し検討が必要です。
 

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小田急電鉄 50000型 VSE車の製作−8

◆2012
年 3 14 日記載

車体傾斜システムの検討を続けます。
空気ばね上の傾斜部を金属同士で摺動させる方式では台車を回転する力が大きくなるため、回転ローラーで
受ける構造を検討しました。
構造は図の如くのものです。最終的には最大段差を3o、平たん部の高さを1.0mmにし、最低部は0mmとしました。
ローラーは手持ちの樹脂製φ6o(内径2o)のものを使用。回転軸は2oのステンレス棒材を使います。
半径1800mmでは左右の受けのローラーの段差は2.5mm前後となり、車体の傾斜角度は約2.5°となります。
模型としてはもっと欲張りたいところですが、台車への回転力の影響をこれ以上増やさないためにこんなところで
妥協します。

試作は2mm角材と1mm厚板材とを半田付けしましたが、残り9台車分は3o角材から切り出して作りました。

 

摺動方式に比べローラー方式は動きがスムーズです。しかし、ローラーが傾斜面を登って行く時、台車を回転させ、
脱線させる作用ともなるので、注意が必要です。
  

その脱線に対する余裕具合を感覚的に確認しました。
500
g程度の重りを台車上に載せ、1800mm曲線を動かして見て問題はありませんが、右写真の様に、手前左車輪
がカーブ外側に寄っているのが分かります。これは台車が回転力を受けているためで、フランジで頑張れる範囲なら
脱線の心配はありません。500X21kgの目方の客車相当の物でも大丈夫そうなのでこれで進める事にします。
 

先頭車の無動力台車(車輪径760mm)も小田原側のみ同様の方式で車体傾斜システムを組み込みました。
但し、この台車の取り付く部分は運転席の下で、天井高を維持する為に台車と客室床面との隙間の余裕が
少ない状態です。模型ではこの6oφローラー部分が客室床上に顔を出すことになりそうですが仕方ありません。
 

そろそろ、編成全体の整理をしておかないと、とんでもないミスを犯しそうです。
10
両の編成と、絶縁側の定義、傾斜システムの楔の向き、先頭車の新宿側と小田原側との区別など、まとめました。
風のマークは車体傾斜システムの楔の向きを表しています。


編成全体の図面も模型の原寸大で作りました。



吊り掛け動力の取り付けと仮配線を行い動作チェックです。
モーターは写真の様に台車下の構造物のシルエットを模したもので挟み込みました。ダイオードはモーターへの電圧降下用のものです。
車輪からの集電は絶縁側のみ、洋白板のバネにより、車輪踏面の汚れ落としを兼ねたものとしました。
 

370gの重りを載せ、80/1000を軽々登って行きます。



以上の構造で本当に走行上問題ないかどうか確認する為に、テスト用編成を作りました。
近々開催される例会で本格的にテストするつもりです。


小田原寄りの先頭車(1号車)の台車取り付け部分。   その後ろの2号車との連接部分。2号車の車体傾斜を受け持ちます。
  

1800mm
曲線で、この程度の傾斜です。
  

右の小田原寄り先頭車の後部を、連接台車のピンの外側に挿入し、その上から2号車を傾斜装置コロをクサビに載せながら連接台車中央のピン穴に挿入します。


先頭台車の取り付け部。



速度検知の部品を取り付け、台車周りのディテール加工はこんなところで一区切りです。11台車、10車体分の傾斜機構などの半田付け作業が終わりました。
台車は電気的にも独立しているので、フレームの塗装と正式配線を済ませても、上に載せる車体の工作には支障が無いものと考えています。




3
17日からの新ダイヤも入手し、実車観察の準備を整えています。



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