ちいさな工作室

もうひとつやっているＮナローの工作がひと段落しましたので、こちらを再開しました。
まずはエンジンのシリンダーから。丸棒を挽きました。

内径はたったの５ｍｍです。ボイラーの蒸気発生量が少ないので、こんなもんかな～と。その割りに外径が太いのは強度を狙ったわけではなく、首振りエンジンの細長い感じが好きになれないので太めにしただけです。

かなり間が空いてしまいました。安全弁やら弁装置も揃っていないのですが、エンジンもどうすればいいのか心配になってまして、いろいろと調べていました。初めてですから、簡単な首振りエンジンから作ってみようと思います。

首振りなら簡単そうとは言っても、どんな大きさにすれば良いのか検討がつきません。まあ、手持ちの材料で作れる大きさにしようということで、図面らしきものを描いてみました。エンジンのサイズが大きすぎると蒸気が足りなくて運転が持続しないでしょうし、小さすぎるとパワーが出ないのかな？　ボア（シリンダーの内径）とストローク（ピストンの行程長）のバランスはどうすれば・・・？

むか～し、バイクのエンジンをバラして遊んでいたことがあって、その時に設計によってパワーとトルクが変わるみたいなことだったような記憶がありますが・・・、やってみなけりゃわかりませんね！

仕切弁ふたつを組み立てました。ひとつがブロア用、もうひとつが加減弁になります。

真ん中の筒から左右の弁へパイプがつながっていて、右にのびたロッドを回すと弁が開いて蒸気が反対側（左方）の小さいパイプから吹き出します。コッペルの加減弁と同じスタイルですね。

筒の上の銀色のネジは仮止めで、ここには安全弁をつける予定です。

ツール紹介なんぞをしている間に、本番用の仕切弁パーツを作り続けていました。

１セットで７つもパーツがあり、それを２組。通風弁用と加減弁用にするつもりです。構造と寸法を同じにしたので、こういうのは一緒に作ってしまうほうが楽ではあります。
写真の左へ伸びるバーの先に弁を操作する小さいハンドルが付く予定です。


ライブに限らず何でもそうですが、組み立て終わって機能するかのテスト結果が出るまで、不安の毎日です・・・（といいつつ、明日から休みをとって旅行に行ってきます。もちろん弁の観察も！）。

銀ロウ付けの３点セット?、最後にパーツを保温する工夫です。

といっても、１個２００円くらいの耐熱レンガを５個買ってきただけです。上下左右・奥にレンガを置いて、手前だけ開くように並べます。パーツが大きければ、レンガの数を増やします。これで中に熱がこもって、また、少しくらいの風なら（小雨も？）防げます。

大きなバーナーなら要らないのでしょうが、カートリッジ式のバーナーだと必要でしょうね。

続いて銀ロウです。

ハンダにもいろんな種類があるように、銀ロウにもいろんな種類があります。なるべく低い温度で溶ける銀ロウの方が扱いやすいので、そんなのを探して使っています。

写真奥は糸状の銀ロウです。ＤＩＹ店で入手できます。φ0.8mm×300mm×3本で1,000円弱くらいだったかな？融点は650℃とあります。主にこれを使ってボイラーを組みました。
手前は昔買った板状の銀ロウです。「ハヤロウ」といって融点は620℃くらいとあります。ＤＩＹな東急ハンズや「コモキン」というメーカーのショップで買えます。ネットでも買えるようですね。お店で買うときは間違っても「ソウ・・」と言わないようにしないと？　これは金切りバサミで好みの形に切って使います。

ちなみにフラックスには銀ロウ用が必要です。

あまりに暑いので工作ペースも落ちてきました。
そこで、ロウ付けに使っている道具でも紹介します。手のひら位のパーツ用です。

ロウ付けは意外と難しくて私もさんざん失敗しました。でも、ほとんどの失敗の原因は熱量不足だと思います。パーツの熱を逃がさない工夫をすれば、それほど失敗せずに済みます。

写真は今回私が使ったガスバーナーです。1,000円ちょっとくらいでＤＹＩ店で売っているガスボンベ式ですね。ボンベは数百円です。太さ３センチ、長さ15センチくらいの真っ直ぐな炎がでます。ちゃんとロウ付け用と書いてあります。

料理にも使えると書いてありますが、室内で使う気にはならないですね・・・。
意外な轟音を発するのでちょっとびっくりでした。

かなり寸法の歪みがあってはめ合いが怪しかったりしてますが、そこは柔らかい銅のよいところ?で、ネジを強引に締め付けてボイラーがほぼ完成しました！
既に１回だけ火を焚いていますので、銅が焼けて少し金色になっています。その時の結果はまた後日・・・

後ろに突き出た水面計のつもりのシリコンパイプは役に立っていないので、そのうち根元の銅パイプから切り取ってしまうつもりです。水の表面張力は思ったより強くて、細い水管だと正常に機能しないみたいですね。中性洗剤でも混ぜればいいのかな？（まさか）

続いて火室を作りました。これも全てネジ止め式です。おかげで1.4mmネジの手持ちが無くなってしまいました。

歪みなくきちんと組めているように見えますが、実際はかなり歪んでいます。
現物合わせで銅（一部真鍮）の板材へノギスでケガいて、ポンチを打って穴をあけ、ケガキ線に沿って糸鋸で切るという、学生時代以来の工作方法を実践中・・・

実は、今まで作ってきたボイラーは”内”ボイラーです。ということは”外”ボイラーを作らねばなりません。

普通のボイラーは外側に水が溜まっていて内側に火室と煙管があります。私の作っているボイラーは内側に水を溜めて、外側に火室と（ひとつの大きな）煙管があるタイプなのです。内側の水を火で包み込むような感じですね。あぶり缶タイプとかポットタイプボイラーなどと言うようです。

火が外側にあるわけですから熱効率が悪く、ボイラー自体も熱くなるでしょう。少しでも熱効率を上げるために、内ボイラーを貫通する煙管を設けたりもします。私も３本煙管を付けてあります。

でも作るのは簡単です。外ボイラーはボイラーといっても密閉度を問われないので、普通の模型蒸気のボイラーを作る感覚で良いのかと思います。ということで、ｔ0.5mm銅板を丸めて普通に作りました。

ただ火に直接触れますからハンダ付けというわけにはいきません。かといってロウ付けだと板がふにゃふにゃになってしまいそうなので、全面的にネジ止めにします。結構面倒・・・

しかしまあ、銅は粘るので糸鋸で切っていると腕が疲れますね・・・。

パーツが揃ったので蒸気試験をしてみました。まだ安全弁が無いので、圧力計を見ながら手動で仕切弁を操作してボイラーの蒸気圧を調整してみます。

計算上はボイラーに約30ccの水が入りますが、満水にするとパイプから熱湯が噴出すので25ccだけ入れました。燃料は固形式で1.25gのカケラを8個用意しました。
各部のネジとパイプの接合部をチェックして、いざ、火入れ！固形燃料なのですぐに火力があがります。
待つこと２分、沸騰し始めたようです。仕切弁を少し開けると、ボッボッと熱湯が噴出します。小さいボイラーなのでしょうがないですかね。

しばらくして蒸気が勢いよく出始めたので、一度仕切弁を閉めました。ん～、弁から結構蒸気が漏れます。お漏らししながらも、給炭ならぬ給燃をしつつ圧力計をチェックしつつ様子を見ていると、圧力が1kg（0.1MPa）に達しました！

圧力調整のために仕切弁を開くと、勢いよく蒸気が噴出してみごと開通！
1kg（0.1MPa）といっても蒸気の勢いはすごいですね。40～50cmくらい吹き上げています。ちょっとびっくり。

1.25gの固形燃料は１分ちょっとで燃え尽きてしまうので、給燃しながら弁を開け閉め・・・。弁を開けすぎると圧力が下がってしまい、閉じると圧力が上がります。まあ当然というか、蒸気の発生量と排出量が丁度いいということでしょうか。この丁度いい蒸気量を使ってエンジンを動かせればいいのかな？

などと考えているうちに合計10gの燃料が燃え尽きて終了です。この間約12分。ボイラーが冷めた後で水の残量を計ってみると20cc弱消費したようです。

ちなみに弁操作と給燃に忙しくて写真はとれませんでした。
でも蒸気が出て喜んでいるようではまだまだ先は長いな・・・

ボイラーはＯＫっぽいので、次に移ります。

ライブスチームもどきの目標として、キャブからの操作でエンジンの回転を制御しようと思っています。それには色々な”弁”を機能させなければなりません。
安全弁、加減弁、仕切弁、もちろんピストン弁（バルブ）・・・。

まずは単純に蒸気を遮断するための仕切弁（というのかな）を作ってみました。写真のものです。先の尖ったバーがねじ込み操作でパイプへ押し付けられて、パイプから出てくる蒸気を遮断します。
できあがってしまえば、あっそう、くらいのパーツですが、蒸気の仕切りと漏れを防いで分解できてなるべく簡単にしかも小さく・・・ということで、Ａ４で３枚くらいの図案を描きました（笑）。

一番悩んだポイントは、弁を操作する細いバー部分からの蒸気漏れをどのように防ぐかでした。当初はＯリングを使っていたのですが、製作が難しくて構造が複雑になるために、うまく作動しませんでした。
そこで、一生分買い込んだシリコンチューブを試したところ、これがうまくいきました。やれやれ・・・

２重の逆止弁にシリコンチューブの抜け防止にステンレスの針金も巻いて、再々の圧力チャレンジ！　部屋へ水を撒いてばかりいると家族からクレームが出そうなので、場所を風呂場へ移して・・・。

0.1MPaまでは順調・・・、0.1MPaを超えると急にポンプが重くなってきますね。なんか”入っている”という感じです。慎重にポンピングをしていって0.2MPaまで到達・・・、異常は見られません。でも、ハンドポンプの逆止弁からジワジワと水が漏れています。
0.3MPa弱まで水を押し込むと、シリコンチューブがパンパンに張ってきました。ちょっと怖い感じです。水が漏れているので徐々に圧力が下がってきます。とりあえず記念撮影

何回か0.2MPa超まで入れてみて様子を見ましたが異常はありません。めでたく成功！ですね（たぶん）。

ある程度圧力をかけられることは分かりましたが、ハンドポンプから圧が抜けてしまうので、逆止弁を作ってみました。ハンドポンプは何らかのシール剤を塗って使うのかもしれませんが、あいにくそんなものは持っていませんので・・・。

逆止弁の構造は、普通は弁本体の中にボールが入っていて、そのボールが負圧でパイプに押し付けられて流れを止める仕組みです。ハンドポンプの逆止弁もそうなっています。
しかしボールを持っていないので、旋盤で削りだした小さな円錐で代用してみました。

精度を抜きにすれば、作るのは難しくありません。設計から始めて数時間でできました。強度の感覚が分からないのでネジ部を長めにしたところ、やたらと細長くなりました。まるで水筒のよう？
これをハンドポンプとボイラーの間につなげて、またまた水圧テストをしてみます。

考えたところ、水面計はボイラー端面へロウ付けしてしまったので、容易に作り変えることができません。なので、作り変えはあきらめました。とりあえず水面計を切り取ってシリコンチューブでパイプをふさぎました。

ということで、水圧テストその２です。
ポンプでボイラーへ水を入れていくと、今度は0.1MPaでも水漏れはありません。いい感じ
徐々に水圧を上げていって、0.3MPaになったところで・・・、水面計のチューブが突然抜けました！部屋に水しぶきが・・・！
シリコンチューブだと0.3MPaが限界なんだな～と、もう一度水圧を上げていくと、やっぱり0.3MPaくらいでチューブが抜けて部屋に水しぶきが・・・！

0.2MPaまで水圧を上げてそのままにしておくと、ボイラーには異常はありません。しかし！ハンドポンプの逆止弁からジワジワと水が漏れています。
ボイラー自体に異常は無いし、0.1MPaくらいで運転できればいいかなぁなんて思っているので、まあ、成功ですね。