趣味の鉄道模型

鉄道模型でボールベアリングに中国製を使わないことを推奨しているblogがありますが、本当に中国製ボールベアリングの品質は悪いのでしょうか。

私自身は個人的には日本製の確率が高いと推定されるNSK(もしくはISC:NSKマイクロプレシジョン)製を好んで使用しています。(十数年前に購入したNSKマイクロプレシジョンの箱にはMADE IN JAPANの記載があります)

私の持っている測定器でボールベアリングの評価をできるのは外径測定のみですので、とりあえず測定してみました。

なお、使用したマイクロメータは購入後一度も校正したことがないので、多少測定値がずれている可能性があります。

どれも外径3mm内径1mmのものです。

中国製はある方からいただいたもので、Aとbで別々に入手されたものです。

NSK製のは2019年に入手したもので生産国は不明ですが、NSKもしくはNSKマイクロプレシジョンは国内に生産工場がありますので日本製であることを期待しています。

NMB製のは容器に1992年の記載があり、MADE IN THAILANDと書かれています。

NMB製の方がNSK製よりも玉の数が多いですね。(NSKのは新しいのでコストダウンしたのか?)

中国製のは内外輪が太く、玉があまり見えません。

このサイズのボールベアリングの許容誤差は知らないのですが、中国製よりも日本のメーカ製の方が公称寸法の3mmに近いようです。

中国製のボールベアリングは、すべり軸受を作るよりもコストが安かったりするので、特に精度を要求されないものであれば選択肢としてありかなと思います。

録音はカメラ内蔵のマイクを使用しています。

ギアボックスを持つ指の大きさで分かると思いますが、高効率ギヤの方が大きいため、少し離れて撮影しています。(それに伴いマイクも離れています)
ナイロン製と推定されるギヤボックスに振動が反響しているのでしょうか。

それとも、私の組立方が悪いのでしょうか。

以前にも少し書いていますが、動輪から回転可能(セルフロックが外れた)な1条ウォームを作るため、色々と製作してもらいました。

以下の写真のものを製作してもらいました。

C53(流線)を作るにあたり、2011年に作ってもらったのは1条の進み角10°のウォームです。

3条ウォームを作ってもらった会社に問い合わせたところ、製作可能なウォームの最小歯底径は1.5mmということでした。

モジュール0.4、歯底径1.5mmでウォームを作ると進み角は約10°になります。

セルフロックが外れる限界は10°のようですが、実際には動輪側からは回りません。

2015年に再度挑戦で細いウォームを作れる会社を探し、モジュール0.4、歯底径0.67mm、進み角20°のウォームを作ってもらいました。(�@)

動輪側から回すことは可能でしたが、時々ひっかかりのようなものがあり、満足な出来ではありませんでした。

一旦、1条はあきらめて、2条で22.5°、25°、30°のウォームを作ってもらいました。

進み角が大きいこともあり、特に30°のは動輪側からの回転がスムーズでした。
写真で見ると、進み角の違いによるウォーム径の違いが分かります。

しかし、2条ゆえに減速比が稼げないため、実際に使うことはあきらめました。

2019年に3条ウォームを作ってもらった会社に再度問い合わせたところ、歯底径0.5mmで検討するとのことでしたので、製作を依頼しました。(�A)
ウォームホイール側の形状も変えたこともあってか、動輪側からの回転も割とスムーズになりました。

ただ、ウォームが非常に細く、強度の不安があったので、材質を変更し、焼入を施したものをつくってもらいました。(�B)

さらにもう少し強度を上げたく、歯幅を太くしたもの(�C)を作ってもらいましたが、写真で見ると前のとあまり変らないように見えますね。

ウォームホイールは全てヘリカルギア(はすば歯車)として製作してもらっています。

進み角が大きいので、理屈上はヘリカルよりもスパイラルギア(ねじ歯車)の方が良いのではないかと思いますが、モジュールが小さいですし、スパイラルギアはややこしく高価そうなので、ヘリカルギアにして、できるだけ歯車の厚みを薄く(1.2〜1.4mm)しています。

実用上の差はほとんど無いのではないかと考えています。

高効率ギヤは効率向上のため特別な歯形で作られているそうなので、私の一条ウォームと比較してみました。

私にはどういったところが一般的な歯車と違うのか分かりませんでした。

まず、ウォームの比較です。(上が高効率ギヤ、下が私の一条です)

多分、燐青銅と思われます。

正直なところ、私には通常のインボリュートとの歯形の違いがよく分かりません。

歯の側面は鏡面ではなく、切削痕のようなものが見えます。

私の一条用のは特に指定していないので通常のホブ切りと思われます。

但し、転位していますので、通常のインボリュートと若干形状が異なるかもしれません。

当初から一条ウォームを作りたかったのですが、動輪から回転できる一条ウォームは非常に細く、どこに問い合わせても製作可能というところはありませんでした。

そこで、とりあえず、三条ウォームを作製しました。(2001年)

モジュール0.4、進み角20°、ウォームホイール32枚歯のものです。

動輪から回転できます。

三条なら進み角がある程度大きくても普通のウォームとして作ってもらえます。

2010年頃にスパイクモデルのコースティングギャー(二条、M0.4、進み角21°19')を参考に二条のウォームを作ってもらえないか何社にも問い合わせましたが、作れるところは見つかりませんでした。

2011年に、一条ウォームでできるだけ進み角の大きな(9.2°)ものを作ってもらいましたが、当然のことながら、動輪からの回転はできませんでした。

2015年に一条ウォームの進み角20°のものを作ってもらえましたが、設計通りの歯底径0.2mmではなく0.8mmで妥協しました。

これのウォームホイールは歯底径が大きくなった分、先端を短くしてもらいました。

実際に組んでみると、動輪側から回りはするものの、引っかかりが大きく使えませんでした。
二条なら歯数が多い分歯底径を小さくできると考え、進み角30°、歯底径0.6mmのウォームを作ったもらいました。(2018年)

2019年に一条ウォームで歯底径0.5mmのものを作ってくれるところが見つかりました。

ウォームの歯底径が大きい分、ウォームホイールの歯の径を転位で小さくする方法で作成し、良好な結果を得ることができました。

一条ウォームは本来の設計通りには作れていませんが、実用上問題なしとして使用しています。

ゆうえんこうじ氏のblogで私の二条ウォームを使われていることが書かれ、dda40x氏がそれについて言及されています。

ホイールの歯形に問題があるように書かれていますが、今回の測定での効率を見る限り気にするほどの影響は無さそうです。

私のウォームの測定結果を見ると進み角で効率が決まっているような感じです。

高効率ギヤは、多分、進み角は20°ちょっとと思うのですが(間違っていたら申し訳ありません)、この進み角で考えると、私のウォームよりも効率が良いですね。

効率を上げるために色々と工夫されているようですが、現物を目視しても私にはよく分かりませんでした。

なお、今回の測定においては全ての歯車に二硫化モリブデン入のオイルを塗布してあります。

測定には誤差がありますので、今回の場合は3回測定し、平均値をデータとしています。

この測定方法は、インターネットで探しても、小型モータの専門書を見てもほぼ出てこないのですが、私が勝手に考えたのではなく、私が勤務先(松下電器産業 精密モータ事業部)でモータの設計をするようになった時に教えてもらった方法で、事業部内では普通に使われていました。(当時はフォースゲージではなく、ばね秤を使用していました)

2022年の第21回国際鉄道模型コンベンションのクリニックにてモータの特性測定方法の解説がありましたが、ほぼ同じでした。(この方は、マブチモーターに勤務されていたそうです)

効率は、使用したモータ(maxon RE16S)の特性(実測)と、今回測定した歯車の出力から算出しました。

歯車の減速比と歯車出力の回転数から入力のモータの回転数が分かります。

モータの回転数が分かればその回転数でのモータの出力トルクが分かります。

モータの出力エネルギーは回転数×トルクに定数を掛け合わせた値となります。

一方の歯車の出力エネルギーも歯車出力の回転数×トルクに定数を掛け合わせた値となります。

したがって、歯車の効率は、歯車の出力エネルギー/モータの出力エネルギー×100(%)で算出しています。

高効率ギヤの使用例をいくつか見かけるようになりました。

どのようなものか興味を持ち、入手し、特性を測定してみました。

集電や、動輪の回転負荷等を避けて可能な限り減速機そのものの特性を見るために、車輛に組み込まずに、モータからの出力をギヤセットに繋ぎ、その出力軸の出力を測定することにしました。

比較のため、スパイクモデルのコースティングギャー(減速比2:30)とIMONの蒸機機関車用のギアボックス(減速比1:30)、安達の蒸機用ギアボックス(減速比1:30)も同等の条件で測定しました。

条件を揃えるため、どれも同じモータ(maxon RE16S 実測で無負荷回転数:約7400rpm、起動トルク:約5.2mNm)を使用しています。

結果は以下の通りです。

高効率ギヤとモータを接続するジョイントは、推奨(?)の六角ナットを使用したものと、IMONのシリコーンチューブを使用したもので測定しました。

特性にある程度の差が出ることを期待していたのですが、ほとんど変りませんでした。
ただ、負荷トルクが大きくなるとシリコーンチューブの方は回転数の落ち方が大きくなっています。

もっとトルクの大きなモータを使用し、大きな負荷をかければ差が出てくるのではないかと推測します。

効率は、さすがに高効率ギヤを名乗るだけあって約70%の非常に高い値が出ました。

ここでいう効率は、歯車の出力エネルギーをモータの出力エネルギー(すなわち歯車への入力)で割った値です。

最大のトルク(回転数が0になるトルク)は減速比3:23(約1/7.67)にもかかわらず、減速比1:30のIMONの歯車に迫る値が出ています。

高効率であるが故の結果でしょう。

スパイクモデルのコースティングギャーは色々と問題点が指摘されていますが、それでも50%近い効率が出ており、それなりに優秀だと思います。
IMONのギアボックスには従来からの仕様(モジュールは0.3と少し細かい)のウォームギアが入っているので効率は期待していませんでしたが、効率20%以上となかなか優秀と思いました。(C11に組み込んでの機関車の効率は約9%でした)

安達の蒸機用ギアボックスは低トルクでは効率が悪いものの、高トルクではIMONのギアボックスよりも良い結果でした。

モータとの接続は同梱のゴムジョイントを使用しています。

歯車の回転負荷が大きめで、トルクの小さいときにその影響が大きく出ているように思えます。

2024/1/8 安達の歯車を追記

以前、日本型1/87 12mmゲージの線路の規格は明確に決まっておらず、分岐器を作る際に試行錯誤で寸法を決めました。

現在は、線路の規格が決まっているのでその寸法に従って作れば良いのですが、整理のため、どのように寸法を決定するのかを書いてみたいと思います。
間違いがありましたら、ご指摘いただければ幸いです。

現在、線路の規格が決まっていない13mmゲージを例に説明します。

線路と、輪軸の寸法は一対ですので双方について検討が必要です。

• 輪軸側の寸法

13mmゲージでもJMと呼ばれる規格が制定され、輪軸寸法は決まっています。

ただ、16.5mmゲージの輪軸を流用して13mmゲージに改軌した場合の寸法は規格がありませんので、皆さん試行錯誤で改造されています。

線路との関係で輪軸の寸法で重要なのはバックゲージ(B:Back to Back)、チェックゲージ(K:Ckeck Gauge)、車輪厚(N)あたりになります。

JM規格では、B=11.5(-0.2)、K=12(-0.2)、N=2(+0.1)  ()内は公差

NMRAのHO準拠の寸法の16.5mmゲージ輪軸の場合は、N=2.8ですがそれ以外は決まっていません。

ここでは、チェックゲージをJM規格に合わせてK=12としておきます。

NMRAのHOの車輪のフランジ厚は0.76mm(max)ですので、B=12-0.76=11.24となります。

経験的に11.2〜11.3mmにされていることが多いので、おおむねチェックゲージを合わせることと一致します。

• 線路の寸法

13mmゲージでは線路の寸法が明確に規格としては決まっていません。

ゲージ(G)は、13mmとすることに問題は無いと思いますが、分岐器の特にフログ部分の寸法に検討が必要です。

以上から、13mmゲージで、NMRA HO輪軸改軌とJM規格双方が走れる分岐器のフログの寸法は、

F<1mm

S<11.2mm

C>12mm

を満足すれば良いと考えられます。

また、C=S+Fなので、仮にF=0.9、S=11.1とすれば、C=11.1+0.9=12 となりますが、Cに余裕がありません。

F=0.95、S=11.15とすればC=11.15+0.95=12.1mm 非常に公差が厳しいですが、数値上は何とか収まりそうです。
基本レールとガードレールの隙間は考慮していませんが、輪軸のフランジが通れば特に問題ありません。

日本型12mmゲージも過去の経緯によりバックゲージが10.6mmと10.4mmの2種類があり、双方の輪軸の通る線路規格は公差の厳しいものとなってしまっています。

13mmゲージも車輪厚の異なる輪軸(実際にはフランジ幅の違いが問題)を通すには分岐器にかなりの精度が要求されるということになります。

現実には分岐角の大きな分岐器ならフランジウェイ(F)の値をもう少し大きくしても車輪の落ち込みはありませんので公差を緩くしても実用上の問題は無いと思います。

以前にSergentカプラーを紹介しましたが、製造、販売していたところがなくなってしまって入手できなくなっていました。

最近、PROTOTYPE COUPLERSというところがSergentカプラーを引き継いだような商品を販売するようになりましたので、購入してみました。

右と中央はSharon式の連結器で、長さ違いです。

左はSergentカプラーには無かったカプラーポケットで、Kadeeの711や、MicroTrainsの1025のカプラーポケットに似た形状です。

このようなパッケージで送られてきました。

送料はなんと0円でした。(何かの手違いではないかと思います)

荷物のトラッキングを見るとアメリカからネーデルランド(オランダ)を経由し送られています。

4月3日以降、トラッキングは全く変化無しなのですが、いきなり、4月11日に到着しました。

輸送に17日を要していますので、空輸としては遅いですが、送料0円なので仕方が無いですね。

家のポストに入らないからということで手渡しでしたが、受領印等は要求されず、普通郵便と同じ扱いなんでしょうかね。

「HO」の呼称について本blogに書きましたが、他の情報に埋もれてしまう可能性があるため、私のWWWのページに転記しました。