前回までに説明した方針にて、次のような図面を作成しました。まずは4線用のもの。
こちらは２線用のもの。基本寸法は4線用のものと同じで、橋梁部分を間引いたものとなります。
これらの図面をもとに、部品の図面を作成作成します。実物では、左右の橋脚部分と橋梁部分とをガセットで繋げる構造になっていると理解していますが、そのあたりは組み立てやすさ、強度を優先した簡易的な構造としました。もちろん、見た目にも違和感のないように配慮しています。
以下が4線用のSignal Bridgeの部品の図面となります。
そしてこちらが2線用のSignal Bridgeの部品図面です。
これらの図面からdxf形式に落としたものを業者に渡すと、レーザカットしたステンレスの部品が出来上がりますので、あとは組み立てるのみです。
これらのSignal Bridge用のガセット・プレートを打ち出すための図も以下の通りに用意しました。上半分が4線用のもの、下半分が２線用のものとなります。
次回は、これらを実際にどう組み立て行くかをイラストにて紹介いたします。
Signal Bridgeのプロタイプは決まりましたので、あとはその図面を元に粛々と設計するのみです。本物の寸法を参考にしつつ、レイアウトの建築限界や線路配置をもとに、妥当な寸法を決めてゆきました。
悩んだのが、ガセットの構造の表現です。実物では次のように、ガセットの両面に、L字鋼を互い違いにしてリベットで固定しているのが一般的と思われます。
街の中を見回してみると、送電線の鉄塔とか、携帯電話の基地局とか、いたるところにこの構造を見つけることができます。そして、この立体感はそれなりに目立つので、これを表現できないかと考えました。
しかしながら、レーザーカットでできるのは、板を寸法通りに切断することで、深さ方向の加工はできません。となると、このL字鋼の構造を表現するには、別に部品を切り出して、取り付ける必要があります。そこまですると、ガセットの表のL字鋼、ガセット、ガセット裏のL字鋼、という、立体的な構造を表現する必要があり、部品点数も増え、組み立ても面倒となります。
これは、もともとの方針の一つであった、「レーザーカットを使って簡単に作る」、ということに反します。L字鋼の表現はあきらめ、レーザーカットした板に、リベットを打ち出した板を貼り付ける、という簡略化した設計にする、という結論としました。
dda40xさんのレイアウトは、高効率の駆動システム、低抵抗車輪を中心とした、「走り」に関する様々な技法を総合的に統合したものを見せる、という点に一番の主眼が置かれていると思っています。そこで一番の主役となるのは、それらの技法を取り込んだ車輛群であり、今回作成するSignal Bridgeは、基本的には脇役だと考えます。その脇役に過度の労力をかけるのは得策ではないと考えます。
もちろん脇役だから手を抜いてよいということではなく、１）実物の構造や寸法に則った設計となっていること、２）簡単に作ることができ、頑丈であること、３）仕上がりがすっきりしており、レイアウトに置いたときにさりげない存在感を示すこと、が重要と考え、設計を進めました。
ずいぶん時間が経ってしまいましたが、dda40xさんのレイアウトのSignal Bridgeを設計した話を書いておきます。
こちらが当初レイアウトに置いてあったプラスチック製の信号橋です（写真はdda40xさんのblogから拝借しました）。
2つのプラスチック製の信号機を組み合わせたものなので、接合部が弱く信頼性がないということに加え、下の赤い矢印のところがトラス構造となっていないのがおかしいというのがdda40xさんのご指摘で、ステンレスのレーザカットを使って、頑丈で、構造上正しいものを作ろう、ということで設計を始めました。
早速、参考になる資料を探そうと、Pennsylvania鉄道の図面を検索してみると、次のような図面が出てきます(http://www.trainweb.org/s-trains/photos/projects/signal_b.gifより借用）。
上記のSignal Bridgeの模型は明らかにこの図面をもとに作ったものと思われます。そして、Pennsylvania Railroadの正式な図面のように見えます。Standard Railroad of the worldを標榜したPennsylvania Railroadが基本的な構造上の間違いをするとも思えず、釈然としなかったので、実際はどうだったのだろうということをまず確認することとしました。実物の画像がないかとGoogle検索してみると、このBlogのPRR Main Line Survey 2009というシリーズに、旧PRRのMainlineのSignal Bridgeを記録した12回のシリーズを見つけました。ただ、このシリーズの画像は、ほぼ真正面から撮影したものなので、それはそれで貴重な情報ではあるのですが、実際にSignal Bridgeがどういう構造になっているのか、よくわかりません。
これを手掛かりに、いくつかの場所に目星をつけ、ストリートビューでようやく見つけたのがこれです。
これを見ると、実物のSignal bridgeの左右の支柱の構造は、プラ製のものとは全く異なることがわかります。プラ製の製品ものはL字型の材料を組み合わせた構造になっていますが、実物は、H型の構造を作っています。
これを理解して先ほどの図面をよく見ると、確かになるほど、と納得できるところがあります。要はこのプラ製品はリサーチ不足だったということなのでしょうね。
さて、先ほどのストリートビューを見ればわかる通り、後ろに新しいSignal Bridgeが控えています。これは2019年7月の撮影のものですが、古いものはほどなく撤去されたようで、最新のストリートビューを見ると、新しいものしか残っていません。Pennsylvania Railroad時代からつい数年前まで使われていたということですから、長寿だったということが言えると思います。
さて、先ほどの図面を探している最中に、別の図面を見つけました(http://prr.railfan.net/standards/standards.cgi?plan=61940–より借用)。
この構造のSignal Bridgeがないかと、ストリートビューで探したのが次のものです。
こちらはPSCが製品化したものもあり、最初に見つけたSignal Bridgeに比べて、L字型の鋼材を組み合わせた、作りやすい構造になっていると思われましたので、こちらをベースに設計することとしました。
つらつらと書き連ねてきた橋の設計の話題は今回が最終回です。
今回Blogの記事を書くにあたって、図面を描き始めたころのデータを確認したところ、2015年6月という日付が記録されていました。最終的に図面が完成したのが2016年10月なので、一年ちょっとかかったことになります。実力相応といえばそれまでですが、もう少しさっさと仕上げられれば、というところです。
週末にわずかな時間をとれるかとれないか、という状況が続いていたのがこれだけ時間がかかった根本的理由ですが、作図をするよりも基本的な橋の知識や実物を調査して考えている時間の方が長かったというのもあります。アイソメトリック図の作図も、門構のところの描き方を考えているのに時間がかかったというのもありました。
ただ、これだけ時間をかけていると、さすがの私でも隅から隅まで構造が頭の中に入ってきましたので、レーザーカットの部品ができ、だいたい組みあがった橋をdda40xさんに見せていただた時の第一印象は「あぁ、図面通りだ」ということでした。
以前平岡幸三氏のライブスチームに対する思想というエントリで紹介した氏の言葉の中に
ここまできっちり設計してしまうと、できあがった時の姿は細かいところまで想像できるという。
というくだりがありました。私ごときがこんなことを書くのもどうかと思いますが、この言葉の意味するところがちょっぴりわかったような気がしました。
前回書いた通り、DXFデータをdda40xさんにお渡しして私の役目はほぼ終わったかなぁ、と呑気に構えていたのですが、加工業者からの連絡で次のような対応をすることになりました。
データファイルの分割
前回掲載した図の通り、加工する板の厚さごとにすべての部品をまとめた２つのDXFファイルを渡しました。材料の無駄を省くという意味もありましたが、加工業者の手間が省けるだろうと考えてのことでした。
ところが、「これだけ大きいと、加工機械で読みこめない」と言われました。そんなことがあるのかというのが第一印象でしたが、加工機械では一度に扱えるメモリ容量が違うのだろうと思い直し、部品ごとにデータを分けて改めて渡しました。結局最初からそのようにした方がよかった、ということですね。
レーザー加工の制約
すでにこちらに書いた通り、8mmの板に細いスリットを開けることはできないと言われました。詳しい理屈はわかりませんが、板の厚みがある場合は長時間レーザーを照射する必要があり、カットの幅が広がるため、ということのようです。
従って、この8mmの板については、接着ということになりました。時間があったら、もう少し位置決めを確実に行えるような構造を考えたかったところです。
そのほか、天板および門構の細かいトラスは、随分と加工に手間がかかったようです。レーザーカットは、外形をざっくりと切るのは得意でも、あまりに細かい部品を多数作るのには向いていないのかもしれません。
ここまでで書ききれなかったことをつらつらと連ねてみたいと思います。
部品の検証
技術の進展で、CADのデータを渡せばそのままのものを加工業者が作ることができるようになりました。今回も、DXFというフォーマットに落として加工業者に渡しました。こちらの意図をデータの中に完全に反映することができるため、便利な時代になったと言えばそのとおりなのですが、一方で渡すデータに設計側がすべて責任を持たなければならない、ということでもあります。
素人の設計の悲しさで、あちらを直してはこちらを直す、ということを繰り返しつつ作図してゆきましたので、設計した部品が最終的に正しく組み立てられるか、ということについて、神経を使って検証を進めました。組み立てを自分が行うのであれば、どこか間違いがあっても自分の責任で後始末すればよいのですが、今回はdda40xさんが組み立てられるので、なおさらです。
一例は、部品のはめ合わせのためのスリットとタブの位置の位置関係の検証があげられます。業者に渡すデータを作成した後、まっさらのCAD図面にタブとスリットで組み合わせる部品を置いて、位置関係が正しいかを確認する作業を行いました。集中力が必要な作業であったため、休み休み行いましたが、これだけで1日を費やしました。
部品をひとまとめに
dda40xさんほかと話をしている中で、小さな部品についてはひとまとめにしておいた方がよい、ということになり、そのようにしました。レーザーカットした後に、加工業者はそれらを「拾い集める」という作業が入り、これが一苦労なのだそうです。作る側いにとっても事情は同様で、部品が細かく分かれていると、作業の合間に行方不明になったりということあり得ると思います。
ということで、最終的に次のようなデータを作成して、渡しました。
まずこれは、t0.8の部材。
これは、t8.0の部材。中に見える四角いものは、路盤の格子を組むための治具です。
あとは、部品が出来上がるのを待っていればよかったのですが、そう簡単には行きませんでした。
ガセットを貼った最終的な完成は次のようになります。細部がわかるように、大きめの画像としていますので、ご興味のある方はクリックして拡大してみてください。
参考にした書籍を紹介しておきます。いずれもdda40xさんからお借りしました。
これは、鉄道模型における橋のバイブルとでもいうべき本です。橋の基本や、模型化した作り方が多く載せられています。お借りした本は赤い表紙で、ここに紹介されたものの旧い版と思われます。
悩んでいた路盤の構造は、この本に出ていた一枚の図解が大変参考になりました。
以下のサイトも参考としました。
bridgehunter.com
このサイトは、全米にある橋を記録しようという巨大なサイトで、今回参考にした橋も掲載されています。鉄道の橋だけでなく、道路の橋も含まれているため、検索時に工夫が必要です。
historicbridges.org
このサイトは、名前の通り、歴史的に価値のあると思われる橋を掲載しています。基本としたBlissfieldの橋もこの中に掲載されています。
このほか、Google Stree Viewが役立ちました。本来であれば現地に行かなければならないところ、橋の構造やディテールの解明に役にたちました。インターネット時代ならではの模型作りかもしれない、というようなことを思っています。
次は橋の側板を構成する部品です。縦の細かいトラスのみ表現し、あとは８ミリの厚板を切り抜いたのみです。実物はすべて細かいトラスの部材が使われていますが、そこまで表現しても組み立てが複雑となり、精度の両面からも不安があるため、模型化ということで単純にしました。
トラスははんだ付けで固定しますが、８ミリの厚板、次に説明する最後の部品については、接着とということとなりました。これは、設計の最終段階で変更した点です。もともと８ミリの厚板にもスリットを設ける設計をしていましたが、厚板に幅の小さなスリットをレーザーであけることはできません、という連絡が加工工場からあったためです。
これらが組み付けられた時点で、次のようになります。
最後に、外側の部品を貼り付けて、
橋の全容が現れます。
この後、ガセットを貼り付ければ、最終的な完成形となります。
路盤が完成したところで、鉄橋の全体を構成してゆきます。各々のパーツにはタブとスリットが切ってあり、レーザーカットでは1/10mmの精度が出せるとのことなので、差し込むだけで位置関係が正確に出るようになっています。また、部品を容易に差し込めるよう、タブは面取りがしてあり、またスリットはタブのサイズよりごくわずか大きめにしてあります。
なお、ここからの図は、部品の配置の関係をわかりやすいように示したものであり、実際の組立順序を示すものではありませんので、ご了承ください。
まずは、鉄橋の全体を構成する部品は次のようになっています。
これらが一体となると、橋の全体像が見え始めます。
次は、橋の天板のトラス構造と左右の柱をつなぐトラス構造です。後者については、立体感を持たせたかったのですが、レーザー加工で立体感を持たせる部品を作るのが困難であり、また、橋の中の構造となるので、シルエットだけ見えればよいかと思い、今回はここでとどめました。
組み付けた後です。
門構（ポータル）のトラス構造を組み付けます。橋の2つと中の2つのトラス構造はデザインを変えてあります。本来これらの2つのトラス構造は別々の部品を用意すべきなのですが、今回は簡略して、どちらについてもXを構成する部分については同じ部品で構成するようにしました。
ここまでの部品が構成された状態が下記となります。
余談ですが、この橋の奥に位置する門構部分のアイソメトリック図を描くのは非常に大変でした。一度すべての部品を同一のレイヤー上において作図し始めたのですが、途中から部品の上下関係がこんがらがってしまい、放棄しました。結果、すべての部品を異なるレイヤーに置き、特定の2つの部品のみを表示し、その上下関係に注目し不要な線を消してゆくという作業を丹念に行いました。従って、まだ間違いが潜んでいるものと思われます。
そうはいっても、実感的な図ができ、個人的には満足しています。本来は強力な３D-CADがあれば簡単なのでしょうが、あいにくとそれだけの投資をする余力もなく。。。
基本寸法が決まった後、部品の図面を描いては調整を行う、ということを繰り返してゆきました。その経過を細かく説明てもあまり有用とは思えませんし、そもそも言葉では伝えにくいと思いますので、アイソメトリック図でどういう橋を設計したかを紹介したいと思います。
まず路盤は、お菓子の箱の仕切りに見られるような構造としました。下記の部品を組み合わせて、
次のような構造を作ります。効率よくかつ直角が正しく出るように、レーザーカットして作成した部品の空いたスペースに、治具を作成しておきました。
この路盤の構造がよくわからずにかなりの期間悩んでいたのですが、参考となる資料を見つけ、簡単なトラス構造を表現することとし、下記のような部品を組み立てることとしました。この解像度ではわかりにくいかもしれませんが、仕切りには突起を用意しておき、これらの突起を使って簡単に位置決めできるように、各部品の端に切れ込みを入れておきました。
ここまで組み立てると、次のような構造が出来上がります。橋の側板とつなげる肩の張り出しは、実部ではカーブを描いていたりしているのですが、レーザーカットで単純に組み立てられるように簡素化しました。
