20系 寝台特急 日本海
KATO製 3081 EF70 1000 ＋ KATO製 10-1352 20系寝台特急「日本海」7両基本セット ＋ 10-1353 20系寝台特急ナハネ20 6両増結セット 、いずれも 2016年10月 のロットです。
買ってからずっと押し入れの肥やしになってましたが、やっとこさ整備が終わって出場することができました。
牽引機は EF70 1000番台 の設定です。 本当は ED75 700番台 にしたかったのですが、買いそびれてしまいました。
青森寄り緩急車は、平面ガラスの ナハネフ20 の設定です。この車両は、向かって右半分が車掌室で、左半分は乗客が自由に入れる展望室になってます。 車掌さん、車掌室と反対側の自動ドアを閉めるとき、どうしてたんでしょうね？
最近の KATOさんの製品には珍しく、行先表示が印刷されてなくて白っペタだったので、全車両ステッカーを貼り付けました。
EF70 1004 区名札は『敦二』です。
さて、この写真を見て間違いに気づいたあなたはスゴイ。 実はこれ、中間台車が上下逆さまに付いてます。 整備してるときに何か違和感があったのですが、今この写真を見てやっと判りました。 どうやら整備中に分解したときに、組み間違えたようです。 ゴメンナサイ。m(_ _)m
大阪寄り先頭車、カニ21-14。
1号車、ナロネ21-138。
2号車、ナハネ20-318。
3号車、ナハネ20-114。
4号車、ナハネ20-110。
なんと退屈な編成です。
5号車、ナハネ20-129。
6号車、ナシ20-9、食堂車。
やっと退屈な編成から脱却。
7号車、ナハネ20-137。
8号車、ナハネ20-147。
再び退屈編成が続きます。
9号車、ナハネ20-123。
10号車、ナハネ20-321。
11号車、ナハネ20-315。
12号車、青森寄り先頭車、ナハネフ20-2。
ナハフ20 からの改造車で、小窓がたくさん並んでます。
20系全ての形式に言えることですが、窓の並びが1か所だけピッチの広い部分があるんです。 この部分の床下にはどの形式もユニットクーラーが搭載されてるので、おそらく冷房ダクトを通してるのでしょうか。
なんと機関車を入れて14両編成です。 アクリラインの2連には収まりきらないので、ナハネ20 を2両ほど端折って並べることにします。
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EF70 1000番台 （カプラー ジャンパ編）
さて今回は、KATO製 品番3081 FE70 1000 に、ジャンパホースを取り付けます。
これが整備前の姿。
ジャンパホースは、銀河モデルさんの N-301 エアーホース、ロストワックス製です。 それと、同じく銀河モデルさんの N-509 区名札セット 電機・DL用。
使う道具はいつも通り、マイクロナイフと精密セラミック砥石です。
まずはスカート部品を取り外して、
3箇所のジャンパコックをマイクロナイフで荒削りします。 余計なところを削らないように気をつけて。
次に精密セラミック砥石使って研削していきます。
砥石の先は斜めに削り落として少し球面状に仕上げておいて、必ず球面を使って研削します。 砥石の角が当たってしまうとキズが残ってしまうので、砥石を当てる角度は常に確認しながら作業します。
#400 で出っ張りを削り落として、#1200 で表面を磨く感じです。
表面は平らになりましたが、よく見ると色ツヤの違いが残っています。
色ツヤを揃えるために、コンパウンドを使って磨いてみましょう。
つまようじの先を少し平らにして、タミヤコンパウンド粗目を少し付けて、円を描くように擦ります。
さてどうでしょう。
うーーん、少しは良くなりましたが、コンパウンドでは粒子が細かすぎるんでしょうか。なかなか思うように磨けません。 今回はこれくらいで手を打ちましょう。
次回はもう少し違う方法を考えます。
標準付属のナックルカプラーに交換し、スカート部品を機関車に取り付けて、ネットの写真を参考にして、それらしい位置にポンチを打ちます。 ポンチと言っても、画鋲の先で押さえつけるだけです。
ブレーキ管はカプラーの首振りを考慮して、取り付け位置を調整してください。
エアーホース用3カ所は φ0.4、電気暖房用2カ所は φ0.3 で穴を明けます。
エアーホースの足は予めカットしておきます。1mm 〜 1.1mm が適当です。
エアーホースの曲げ方ですが、この小さな部品を手で持って曲げようとしても、思った方向に曲がってくれません。 そういう時はコック本体を把握して作業するとうまくいきます。
ラジオペンチの先にビニールテープを巻いておくと部品にキズを付ける事なく、しっかりと把握できます。
スカートにセットして、曲がり方を確認。
さて、2本ある元ダメ管ですが、ネットの写真をみると、向かって右側はホース付きとホース無しの時期があるようでして、ホースを切るのももったいないし、ごちゃごちゃしてる方がカッコいいので、ホース付きにしておきます。
次は電気暖房用ケーブルを作ります。
以前のED751000番代の時には真ちゅう線を使いましたが、真ちゅう線は硬くてとても曲げにくかったので、今回はφ0.25の銅線を使いました。 作業性は良好です。
一旦スカート部品から外して塗装して、再び取り付けると、こんな感じです。
元ダメ管コックは白、ブレーキ管コックはグレー、その他はラバーブラックを塗ります。 照明がヘタクソでゴメンナサイ。
部品をスカートに取り付ける時に、ピンセットなんかを使うと塗装が剥げたりします。 こういう時にも、ラジオペンチの先にビニールテープを貼っておくと優しくしっかりと掴めます。
完成しました。 いい感じです。
写真では判りにくいですが、区名札は『敦二』です。 銀河モデルさんのステッカーには同じ区名札で2種類のサイズが用意されてますが、小さい方のサイズでないと収まりません。
車番は『EF70 1004』を選びましたが、特にこだわりはありません。 4種類あるナンバープレートの中で、一番スッキリと仕上がってたからです。
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EF70 1000番台 （前照灯編） その2
さて、問題の逆方向前照灯のチラつきですが、ネットではいろんな方々が研究されてまして、中でも iruchan さんの「KATO DD54の前照灯回路の改良～常点灯対応，逆向き点灯防止～：craftな毎日：SSブログ 」ページがとても参考になりました。 ありがとうございます。
それによりますと、前照灯基板にもともと付いてあった抵抗とコンデンサーは時定数からして、スナバ回路というよりもLEDの電流制限回路と解釈した方が良さそうですね。 そこでまず、適切な時定数を調べてみることにします。
部品箱の中に室内灯用テープLEDから外した150Ωがたくさん余っているので、とりあえずそれを使ってテストです。
抵抗とコンデンサを半田ゴテで取っ替え引っ替えすると基板を傷めそうなので、セロテープを使って仮配線で調べることにしました。
まず、セロテープの粘着面に銅線とチップ抵抗を載せて・・・
表を向けるとこんな感じです。 アキシャルリード抵抗の出来上がり。
もともと付いてあった560Ωの上に ”おんぶ” させて貼り付けて150Ωを並列接続します。
この状態で線路上に乗せで走らせてみたところ、チラつきがかなり抑えられていることがわかりました。 機関車ボディーをかぶせて前照灯を観察しても、ほとんど判らないくらいです。 時定数の調整でチラつき問題はなんとかなりそうです。
合成抵抗値を計算してみると、1 / *1 ≒ 118Ωとなります。 しかし、もともとのコンデンサーの容量が判っていないので、ここから先は攻めようがありません。
ならばここは、iruchan さんの教えに基づいて、100Ω＋1μF で試してみましょう。
それでは、基板に付いている抵抗とコンデンサーを外しにかかりますが、ここで室内灯用テープLEDの抵抗を外すために買っておいた、エンジニアの "SMDピンセット" なるものを初めて使ってみます。
このピンセット、先は細くて良いのですが、根本が急に分厚くなていて少々使いずらそうだったので、あらかじめグラインダーで整形してあります。
まずは、前回に引越したコンデンサーを外して、
次はチップ抵抗。
良い感じですね。 チップ部品をしっかりと掴めます。
チップ部品を外す時は、このピンセットでつかんで軽く上向きに引っ張りながら、チップ部品の両方の電極に同時に半田ゴテを当てると、簡単に取り外せます。
抵抗は 100Ω に交換。
引越してきたコンデンサーを外したついでに容量を計測してみると、運良く 1μF だったので、そのまま元通りに取り付けて完成。
さて試運転。
おおっ！ なんと！！
逆方向のLEDを見事に消灯できました。 チラリとも光りません。 これはミラクルです。
運転フィーリングにも問題ありませんし、時定数はこれで決定です。
iruchan さんのスナバ回路は、コンデンサー蓄電式常点灯前照灯にも効果があることがわかりました。
ということで、最終的な常点灯前照灯の回路図はこのようになります。
EF70 1000番台 (前照灯編) も無事に完結することができました。
最後に、今回使った部品たちです。
ポリウレタン線、ポリイミドテープ、抵抗100Ωです。全て秋月電子さんで揃いました。
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*1:1 / 560) ＋ (1 / 150
EF70 1000番台 （前照灯編）
寝台特急 日本海 の牽引機、KATO製 品番3081 FE70 1000 です。 出場前なのでまだナンバープレートも付いていません。 出場前の整備として、今回は前照灯を常点灯に改造することにします。
さて、前照灯を常点灯にするには、ショットキーバリアダイオードと、コンデンサーと、定電流ダイオードを、片側に1セット、両エンドで2セット追加する必要があります。
機関車のカバーを外して電子部品を追加するスペースを探しましたがこの機関車、まったく隙間がありません。 天井裏のリブで前照灯基板を押さえつける勢いの設計になっています。 それでも隙間を探して天井裏と基板をにらめっこしていると、かろうじて見つけた隙間が、天井裏に空いた丸い穴の部分と、おもりに出来ている2か所の窪んだ部分のみです。
しかし、定電流ダイオードは 500mW パッケージなので、そこそこ大きさがあって、見つけた隙間にはとても入りきれません。 それでも諦めずに空間を探し続けて・・・
見つけました！ 広大な空間を！！ 運転室の後ろです。
この部分、下のギヤーボックスが台車の動きに振られて揺動しますが、黒い樹脂枠までは侵入して来ません。 ここに電子部品を収めることにします。
回路図はこのようになります。 赤色のコンデンサーは元々スナバ回路を構成していたでしょうから、取り外してモーターの近くに移設します。 プリントパターンは赤色の2か所でカットします。 緑色の回路が追加になるので、3個の素子を片側のスペースに納めることになります。 LED の電流制限には通常は CRD（定電流ダイオード）を使いますが、CCR（定電流源IC）なるものが秋月さんから売られていて CRD よりも安いので、これを使ってみます。
CCR ですか？ ”雨を見たかい” という曲が昔ヒットしてましたね．．． 歳がバレました (^-^;
黒い樹脂枠を外すには、まず前照灯基板を外す必要があります。 この基板の外し方、ググってみましたが見つけきることができず、ちょっと苦労しました。 結局、おもりの出っ張りの部分の基板を少し持ち上げて基板を右方向に押してやると、おもりの引っ掛かりから外すことができました。
基板が外れると黒い樹脂の枠は簡単に外れます。
黒い樹脂枠が外れたら、常点灯回路を組み立てます。 まず、台の上に両面テープを貼って、その上にポリイミドテープを裏向きに（粘着面を上に）して貼り付けます。 その上に、収める部分の広さに合わせて電子部品を配置します。
左から、コンデンサ 1μF、CCR 15mA、ショットキーダイオード です。素子の向きに注意して貼り付けてください。
反対側エンドは部品配置も逆になります。 回路図をよく見て配置してください。
電線は、その辺の適当な電線の心線をほぐした銅線を使います。 真ん中の CCR の右側につなぐ電線は、前照灯基板まで配線するために、ポリウレタン線を使います。 ポリウレタン線は絶縁被膜が施されていますが、溶けた半田を当てることで簡単に被膜を除去できます。 半田付けする部分はあらかじめ予備半田しておきます。
銅線をテープの上に貼り付けて、手早く半田付けします。 ポリイミドテープは耐熱性があるので、手早く作業すれば溶けずに済みます。 電子部品が逃げるようでしたら、爪楊枝で垂直にかるく押さえながら半田ごてを当てると、上手くできます。
さて、悟鉄道仕様の常点灯室内灯には 10μF（1608サイズ）のコンデンサを使いますが、今回はスペースの都合で 1μF（1005サイズ）を使ったので、容量が足りてるかどうか電圧波形を確認しておきます。
アクリライン用常点灯電源につないで、砲弾型電球色LEDを灯もしてみました。 デューティー比15％のパルス波を供給するとコンデンサの両端にかかる電圧波形は、やはり若干のこぎり波になっています。 電流制限素子が抵抗の場合は、こののこぎり波が影響するのでしょうけど、CCR ならば問題ありません。 電圧の低い部分でも 9V あるので、LED と CCR の順方向電圧をクリアしているからです。 ためしに、デューティー比を変化させてみても明るさは全開のままでまったく変化しません。 さすが定電流素子です。
常点灯回路の組立てができたら黒い樹脂枠の空間に両面テープで貼り付けます。 おもりに接続する銅線は、樹脂枠の下から（写真では上から）内側に回します。 ポリウレタン線は樹脂枠の上から（写真では下から）配線します。
樹脂枠の内側は、おもりに接触するように燐青銅版を曲げて、銅線をはさみ込んで貼り付けます。
車体に組み込むとこんな感じです。
さて次は前照灯基板の改造に取りかかります。 使われているライトユニットは、3070-1G EF56 1次形 ライトユニット です。
改造個所は次のとおり。
① パターンカット 2か所。
② ポリウレタン線を繋ぐためのランドを新設 2か所。
レジストを剥がして半田メッキします。
③ 念のために、必要か所をポリイミドテープで絶縁します。
④ コンデンサを取り外して片側の電極に銅線をつなぎ、抵抗の近くに移設します。
コンデンサに繋いだ銅線は裏側へ廻して、
モーター電極の真ん中の足にはさみ込みます。 余った銅線はカットしてください。
”コ”の字形の部品を組み付けるとこんな感じです。
ポリウレタン線はおもりの上のセンター付近を通しますが、おもりの上部にも念のためにポリイミドテープで絶縁処理しておきます。
前照灯基板を組み付けて、ポリウレタン線をランドに半田付けしたら出来上がりです。 ポリウレタン線はちょっと長い目にして、最初に見つけた天井裏の空間でたぐっておきます。
機関車の車体カバーを取り付ける前に試験点灯を行いました。 LED の順方向電圧を計測すると 2.9V だったので、CCR の消費電力は、( 12V － 2.9V ) × 0.015A ＝ 0.1365W となります。 プリント基板への実装だったら基板が熱を拡散してくれるのでしょうけど、樹脂の上に両面テープ貼りなので 136mW の発熱ってどんなものか？
悲しいかな取付位置の関係で、CCR に直接指を触れることができません。 とりあえず30分ほど連続点灯させてみましたが、今のところ両面テープが剥がれたり樹脂が溶けたりすることはありませんでした。
車体カバーをかぶせて完成しました。 停車時も走行時も常に明るさ全開です。
しかし、・・・・
ここで問題が発覚。
走行時に逆方向前照灯でちらつきが発生します。 どうやらスナバ回路がうまく機能していないようです。 しかも、常点灯回路を構成したおかげでその分、ちらつきもパワーアップしているようです。
さてこの問題は今後の宿題にするとして、今回は一旦これで終わりとします。
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テープLEDを使った室内灯を常点灯化する その3
さて今回は、テープLED式室内灯の過去記事を回路図を使って説明します。
下の図がテープLED式室内灯 試作1号車の回路図です。
シンプルにテープLEDとブリッジダイオードだけの構成です。
PWM電源が線路に供給されると、電圧が12Vの時だけLEDチップが点灯して0Vの時は消灯するので、短い周期で点滅します。 しかし点滅の間隔は肉眼では判らないくらい短いので、見た目には点灯しているように見えます。
PWMパワーパックのスロットルを全開にするとデューティー比（パルス幅 ÷ 周期）は100％になって、LEDは点きっぱなしの点灯状態になるのですが、その状態では室内灯としては明るすぎますが、偶然にも車両が動き出す前くらいのデューティー比でちょうど良い感じの明るさになってくれます。 ところが、車両のスピードが上がるにつれて室内灯も明るくなってしまうんです。
そこで、TOMIX純正の常点灯仕様の室内灯と同じように、ブリッジダイオードで整流した後にコンデンサーで蓄電して、停止時でも走行時と同じ明るさに保つように改善したのが試作2号車です。
テープLEDに 10μF のコンデンサーを追加して、電流制限抵抗を 1kΩ に付け替えてみます。
コンデンサを追加することで、蓄電された電圧が赤色の波形のようになって、デューティー比が変化しても常にピーク電圧がLEDテープにかかるようになるので、停車時でも走行時の明るさを保つ効果があります。 しかしその分、明るくなりすぎるので、電流制限抵抗を変更しています。 これが常点灯のしくみです。
ところが電流制限抵抗の値を探っていたところ、新たに見つかったのがダイオードの逆回復時間の問題です。
一般の整流ダイオードでは逆回復時間が数μsあるので、パワーパックのPWM波形が 12V から 0V に立ち下がった後も逆回復時間の間ダイオードが導通状態になってしまうことで、試作2号車のコンデンサに蓄えられた電気がコンデンサの無い試作1号車の方に逆流し、試作1号車の室内灯の明るさに影響してしまいます。
そこで、ブリッジダイオードをショットキーバリアダイオードに変更して対策を施します。
フルブリッジのショットキーダイオードが見つからなかったので、ハーフブリッジを2個つなぎます。 これで逆回復時間の問題は解決しました。 電流制限抵抗の値をいろいろ探った結果 4.7kΩ に落ち着きました。
実電流を測ったところ、1両あたり 1.4mA です。 テープLEDを2モジュール使っているので、実際にLEDチップに流れる電流は 0.7ｍA となります。
交換した 4.7kΩ の抵抗に流れる電流も 0.7mA なので、消費電力は 0.0007^2 × 4700 ≒ 0.0023W です。 発熱量としても全く問題ないでしょう。
そして、「テープLEDを使った室内灯を常点灯化する その2」 で製作した室内灯の実電流は、1.2mA でした。 こちらはテープLEDを5モジュール使っているので、LEDに流れる電流は 0.24ｍA で、抵抗の消費電力は、0.00024^2 × 15000 ＝ 0.000864W でした。
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アクリライン用 常点灯電源 その2
参考までに、アクリライン用常点灯電源の回路図をアップしておきます。
PWM基板は、秋月電子さんの ”ＰＷＭ（スイッチング方式）ＤＣモーター速度可変キット” [AE-555PWM] です。
ACアダプタは DC12V を使いますので、PWM基板の制御回路にも直結が可能です。 よって ”POWER” 端子と ”LOGIC” 端子の両方に並列接続します。
この回路はセンタープラスのACアダプタの例です。ACアダプタに極性を合わせてください。
リバーススイッチは、双極双投（DPDT）On-Off-On タイプを使います。RSコンポーネンツで、1-1634200-7 | ロッカースイッチ TE Connectivity 黒 | RS Components を購入しました。
運転用のパワーパックも簡単に自作できそうですね。
※注意事項
この電源装置は Nゲージ用パワーパックのような過電流に対する安全装置を実装していません。もしも通電中に脱線等によるショートが発生した場合には、過熱発火して火災の危険がありますので、常に正常点灯を確認しながら運用してください。
当装置の使用によって発生した損害については当方は一切責任を負いません
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20系 寝台特急 日本海 （室内灯編）
KATO製 20系 寝台特急 日本海 に、テープLED式常点灯室内灯を取り付けます。
寝台客車の車内って寝室で区切られている関係で、300チップ/5m のテープLEDでは、配光が届かない区画が発生します。 そこで、20系寝台用に新たに 600チップ/5m のテープLEDを手配しました。
LEDチップの密度が2倍になるので、配光が当たらない区画は発生しません。 しかし、寝台区画ピッチとLEDチップのピッチが微妙に違うので、それがどれだけ影響するか気になるところ。
車両1両あたり、テープLEDを5モジュール（LED15個分、長さ12.5cm）使います。 20m級客車なら天井にピッタリ収まる長さです。
チップコンデンサー 10μF を追加。 電流制限抵抗を 15kΩ に変更。 ショットキーブリッジダイオードを取付け。 常点灯仕様を13両分を一気に作ります。
床下への配線は、いつも通り妻板の内側に銅線を貼り付けます。
床下の集電板は、こんな形状にしました。
寸法はこんな感じで。 組立てた時にこの角度になるので、折り曲げる時は長さが長くなるように角度を加減してください。
この寸法は、KATO 20系 日本海 専用の寸法です。 他の形式には合わないので注意してください。
テトラの t0.1燐青銅板にケガキを入れて一気に切り出します。
工作用ハサミしか持っていないので、それで切り出すと、すごくカールしてしまいます。 そこで、カッティングマットの上で精密ドライバーの柄でシゴいて平らに伸ばします。 3次元的にカールしているので、ドライバーを当てる角度も斜めにします。
切り出す幅は2mmです。 少しでも広くなると床下に収まらなくなるので注意が必要です。
1両分なら寸法を決めずにアドリブで折り曲げてしまいますが、13両分だと図面化して作った方が勝負は早いです。
中間車の組立ては、集電板の方からはめ込むのがやり易いですが、カニ21 と ナハネフ20 はそうはいきません。
先に丸顔の方のテールランプをはめ込んでから、反対側の集電板をはめ込むことになりますが、そのまま ”がしゃん” とはめ込むと、集電板が折れ曲がったり、妻板内側に貼り付けた銅線がめくれたりします。
そこで集電板と妻板の間に、両面テープの裏紙を挟んでからはめ込んでみました。 すると、驚くほどスムーズに組立が出来ます。
完成しました。 ナロネ21 は室内の樹脂色が影響して、少し暗く感じます。 気になる人は抵抗値を変えて調整してください。
カニ21 は ナロネ21 と同じ室内色ですが、こちらは逆に、電源車らしい色と明るさになって、ちょうど良い感じです。
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テープLED式室内灯の作り方はこちら。
