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大型蒸気機関車： C62 2 B 北海道形
実車プロフィール
1948年に完成したC62形は、東海道本線・山陽本線沿線の各機関区に分散配置され、既存のC59形と共通運用で 運転が開始された。
東海道時代に除煙板につばめマークを取り付け人気を集めた2号車は、北海道の函館本線で運行されていた対本州連絡急行、特に急勾配と急曲線が連続する長万部駅 - 小樽駅間の通称・山線区間での重連運用に投入された。
1972年秋に2号機は動態保存先の梅小路蒸気機関車館へ転属となった。 本来は現存最若番車を保存する方針だったが、ツバメマークによる人気から、C62形では1号機が現存していたにもかかわらず、2号機が選定された。
模型プロフィール
メーカー ： KATO
品名 ： C62 2 北海道形
品番 ： 2017-2
車両番号： C62 2
発売日 ： 2011年11月25日
入手日 ：2011年11月28日
定価 ： \11,550.-
分解調査
● このモデルは、先に発売されたD 51-498 （品番：2016-1）に続く、次世代型動力ユニットの第４弾であり、D 51-498 と同様にコアレスモータを採用ており、この形式の定着をはかっている。
● コアレスモータを搭載する新動力機構採用により、消費電流がきわめて少ない上に、滑らかな低速走行を実現している。
● 同じC62形ではあるが、次世代型動力ユニットの第２弾として、2007年12月に発売された C62 東海道形（品番：2019-2 ）では、KATOの技術力を結集し、随所に新しい試みが盛り込まれているが、今回はそれを発展させているようである。
● また、製品品番が 2017 と 2019 の様に、発売時期順と逆転しているのも、何かいわくが有りそうである。 通常、KATOさんは発売時期順に品番を振っているが、もしかして、商品の企画時点で品番を付与したのではないかと想定すると、その裏側にある開発シナリオを勘ぐりたくなるのである。 例えば、企画当初は、コアレスモータで開発を始めたが、技術的課題やコスト、調達などの問題で、なかなか商品化の「 GO ! 」が出ず、止むなく通常型のモータ、それもより小型のもので、急遽企画されたのが2019 の C62 東海道形ではないだろうか？ その後、技術陣や経営陣の努力によって当初計画したコアレスモータの目途が付き、念願の新型D 51-498 （品番：2016）を発売する事が出来、さらにC62形 （品番：2017）も当初の企画どうりに発売できるようになったと想定すると、あの有名なNHKの “プロジェクトX” のシナリオにもなりそうな気がするのだが ・・・・・・・・。 すると、品番が 2018 の未発表の車種が有ることになる！ ムム・・・・・・・！ まだ開発中なのか、あるいは “ボツ（・・・・・沈没のこと）” になってしまったのか？
● ナックルカプラー装着。 ヘッドライト点灯。
● 主要諸元は次の通りである。
| 連結面間距離 | 149.0 mm |
先輪車軸荷重 | 6.0 gf | 動輪車軸荷重 | 59.9 gf | ギャ比 | i = 30.0 |
| 車体全重量 | 87.9 gf | 従輪車軸荷重 | 2.0 gf | テンダー車軸荷重 | 20.0 gf | 動輪直径 | D = φ11.4 mm |
なお、先輪車軸荷重には、バネ力も含む。
● まず動力部を取り出す。 ボイラとキャブ、およびランボードとの別体化は東海道形と同様であり、標準化されたようである。
● 動力ユニットを四方から眺めてみよう。 コアレスモータを前方に、ウォームとフライホイールは後方に配置し、コンパクトにまとめてある。 東海道形と比較すると、厳つさが和らいでいる様な気がします。 フライホイールは前後に二つ配置されている。 一つ増えました。
● シリンダブロックの別体化や、サイドロッドの分割、ブッシュの装着方向などは東海形を踏襲しているが、ギヤの無い動輪の軸構造は、８角棒に変更されている。
● 全部品を分解してみよう。
● 左右のフレームの表側と裏側です。 東海形の形状は踏襲されていますが、D 51-498 から採用された動輪を押しつけている板バネの機構が新しく採用されています。
なお、写真のホワイトバランスがコントロール出来ていません。 オートのままですが、同じ照明をつかっているのですが、光の当たり具合によって色合いが変わってしまっています。
● 次にロッド関係ですが、シリンダブロックとサイドロッドの分割や、ブッシュの装着方向などは東海形を踏襲しているが、ギヤの無い動輪の軸構造は、８角棒に変更されている。
● ウォーム回りは、東海形からD 51-498方式（2016-1）に変更されている。 寸法を当たると、2016-1のD 51と全く同じであり、部品を共通使用している！・・・・と思っていたら、ウォームのネジのリード方向が逆になっていました。 左ネジになっていました。 左ネジのウォームに初めてお見に掛りました。
● さらに、モータも一緒であった。 モータ支持部材には 2016 の刻印もあった。 ただし、お尻の刻印マークは “５” でり、 D 51は “12” であった。 これは製造ロッド番号なのか仕様区別なのか判断が付かないが、外観上は同一に思えた。 良く見ると、モータと支持部材との組付け方向はD 51と逆であったが、動力ユニットへ組付けた場合には、モータの組付が前後逆向きになるため、赤色のリード線が右側のフレームに接続するように組込まれるのは同じとなるのである。 線路の右プラスが前進となるようにするためである。
● 伝達部のギヤも、D 51モデルと同じであり、ライトユニットも同じであった。 品番も2016である。 電灯色にするためのプリズムが無いのではと思ったら、なんと煙突の下にありました。
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● 次に動力伝達機構のイラストを左に示す。 ただし、この下絵となった写真は、左側のフレームの内側を撮影し、左右を逆転させる横反転の処理を実施しています。 従ってウォームのねじれ角が逆になっています。 この様な処理をしたのは、他のモデルと比較できるように、左方向が前側になるようにするためです。
● ウォームギヤのトルクは、ウォームホイールに伝達され、ウォームホイールの裏側に成形されている小ギャと、それと噛合うアイドラギャを介して第３動輪に伝達されます。 第３動輪はトラクションタイヤを履いているため、ここで主に牽引力を発揮します。 そして、第１動輪と第２動輪はサイドロッドによって駆動されています。
● 歯車の構成と諸元もD 51モデルと同じであった。 動輪の大きさは、さすがに同じ部品を使用することは出来なかった様である。
● 動輪を１回転させるために必要なモータ回転数、即ち減速ギヤ比は、 ギヤ比 i = 21×20/14 = 30.0 である。
● なお、サイドロッドは分割されているため、各動輪とはガタの少ない連結となっています。 また、動輪を組込む時には、ギヤ連結との位相合わせの苦労が無くなりましたね。
● 動輪押さえは、先台車や従台車とセットになる構造が定着してきているようです。 またドローバも押し込んで連結させる方式になって来ました。
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● テンダーについても、D 51モデルと同じ構造であった。 内部に大きな空間が確保されており、サウンド用スピーカのスペースとの事らしい。 そして、ライトユニットを装着すれば、バックライトも点灯可能であることも同じである。
● 次世代型動力ユニットの第４弾であるこのモデルは、同じC62形の第２弾モデルで実施出来なかった項目についても、第３弾のD 51-498 での実績をもとに、仕様や部品の共通化を伴って実現されているのである。
● このモデルによって、次世代型動力ユニットは完成し、あらたな小型蒸気機関車へのチャレンジ（2012年発売のC56型）の礎になったものと思われる。
（ 2013.7.26 〜 28 分解調査 7.29 記述追加 ）
関連情報
- ◆ KATO製 D51-498A号機の動力特性の解析 （ 2018/8/7）
- 「新解析法の修正」（2018/8/5）にて報告した方法で解析した結果を報告する。
- ◆ KATO製 C62北海道形 C62-2B号機の動力特性 （ 2018/6/18 ）
- 空転特性の調査を追加実施するとともに、動力特性ももう一度測定し直した。
動力特性
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今回、走行中のモータ端子電圧とモータ回転数を検知する測定方法を工夫したので、この測定法によって動輪のスリップ率やモータ回路の電圧降下量のデータを測定した。
このモデルは、車体中央部と運転室側の２個のフライホイールを持っている。 このため、モータ回転検知のための白黒マークは、どちらのフライホイールにペイントするか迷ったが、センサの取り付けやすい運転室側のフライホイールにペイントすることにした。 下左の写真。 ペイント状態を右の写真に示す。 また、センサ類を装着したC62-2号機の外観を下右に示す。 さらにこのあと、速度測定用の光ゲート遮断のために、車体前面に遮断部材を貼り付けた。
測定実施日： 2015/9/6
速度特性：
車速・電圧特性と電流・電圧特性は従来からの測定と同じである。 但し、データ量は半分にし、グラフの大きさも小さくしている。 先回のデータと殆ど同じと判断出来るであろう。 今回、新たに加える事が出来るようになったデータも追加して示す。
このC62-2号機の電圧降下量は一般的な値のようである。 電流値との関係もバラツキは大きいが比例関係にありそうな傾向である。 また、電圧が９ボルトを超えるあたりから、特性がすこしガヤガヤしてきている。 速度はダウンし、電流はアップしている上に電圧降下量もアップしている。 電流値が上がっているのでどこかの抵抗が増え、そのために速度が下がってしまったようである。 電流がアップしたため、回路の電圧降下を大きくなり、モータの回転数を落とす要因ともなているのかな？
以前の測定は９ボルト手前までしか測定していないので、以前はどうだったのかは判明出来ない。
牽引力特性：
牽引力特性として牽引力と車速、牽引力と電流のグラフは従来からの測定と同じである。 こちのデータも先回のデータと殆ど同じと判断出来るであろう。 ただ、測定中に３回もトラクションゴムが車輪から外れてしまった。 このため、ゴムが外れて時の測定値は、異常値を示しているはずであるが、特定出来なかったのそのまま表示させている。 このためだけではないが、バラツキがやや大き目となって少し暴れているデータとなっているのである。
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出力と効率：
上記の牽引力測定データを基にして、右に示す様に、出力と効率のグラフを追加する。 2016/11/28 追記
今回興味を持って観察していた電圧降下を示すグラフをみると、電圧降下量はほぼ一定値を示している。 牽引力が変化しても、電流値が変化しても、また速度が変化してもほぼ一定と見る事ができる。 速度特性の場合は、あたかもモータ回路にある抵抗値があるかのようなデータであったが、牽引力測定時でのデータでは、今回も否定されてしまった。
スリップ率のパターンは電気機関車の場合と傾向は同じと判断した。 摩擦係数としてグラフ化すると所謂μカーブを表示している。 トラクションタイヤの脱落によりデータがバラバラになってしまっている。 その脱落状態を下の写真に示す。 右側動輪が２回、左側動輪が１回発生した。
測定終了後、車輪を分解してトラクションゴム関係の寸法を測定した。 装着されていたゴムは、外径がφ10.2、幅 1.0、厚さ 0.2mm であった。 ゴムをはめる溝は、外径がφ10.8mm 、外側のフランジ径がφ11.3mm あった。第１と第２の動輪径はφ11.4mm であった。 トラクションゴムは、その内径がφ9.8mm になるので、溝にはめた場合には径で1mm の緊迫力を与えている事になるが、このゴムタイヤが脱落すると言うことは、この程度の緊迫力では弱いと言うことと判断する。
このモデルの純正品は、Z02-0503 タラクションタイヤφ９ である。 幸いこのパーツを所有していたので、それを取り出して見たが、装着されていたものよりも小さいのである。 そういえば、C62-36号機でも同じ様か事を経験していたね。
ここではたと手を止めた。 このまた、純正品のタイヤと取り換えても、確かに緊迫力はアップするが、装着後の外形は、10.8 + 0.2 + 0.2 = 11.2mm となり、たの動輪よりも小さくなってしまうではないか？ もう一度関係寸法を測定したが間違いなかったので、厚さ 0.3mm のC11用のゴム Z02-0047 を装着することにした。 ゴムの幅が少し大きいがなんとかはまっているので良しとした。 装着後の外形は、φ10.3〜10.35 であった。
後から気が付いたが、純正品の寸法でも良かったのではないかと考えるようになったが、面倒なので交換したままである。 このモデルは第１動輪を板バネで押さえる構造で、さらにサイドロッドが分割式である。 即ち、動輪がイコライザー的な動きが出来るので、動輪の径が多少異なっていても線路上にピタリと接触させる事が出来るのである。 すると、金属製の動輪のスリップ率とゴム製のトラクション動輪のスリップ率が異なっても、その差を動輪の径で修正しているのではないかと勘繰ったのである。 もしそうであれば、高等技術を駆使していると感心するのであるが・・・・・・。 真実は如何に？
（ 2015/9/7 追記 ）
*******（以下は 2013/8/26 追加時のもの） *********
ここに示す動力特性の測定は、安定化電源を使用した自動測定システムにて実施する。 測定実施日： 2013/8/26
暖機運転：
動力特性を測定する前に実施した暖機運転の経過も、自動的に測定した。負荷が掛った状態で走行させ、その時の速度と電流の変化を記録する。 モータなどが温まってきて、特性が安定すまでの目安を見る事が出来る。
およそ３分後には一定になっているようである。 安定するのが早い。 これは鉄芯の無いコアレスモータの特徴かも知れない。 そして、バラツキはほとんど無く安定した特性を示している。
この測定は、最初に条件を設定した後は、全て自動で測定されており、途中での操作は一切実施していない。 設定条件は、重り車両重量 85.1グラム、走行抵抗 0.85 グラム、勾配は sinθ= 0.0886 、供給電圧は 7.2 Volt 、であり、駆動側の負荷は 16 グラム、制動側の負荷は -14 グラムであった。
速度特性：
次の速度特性を測定した。 スケール速度の80Km/h を出すには、 4.5 Volt 必要であり、一般的なNゲージ車両である。 速度特性のバラツキは殆んどなく、かつ一直線であり、低速側の特性も素晴らしい。 なんとおよそ 15Km/h のカタツムリのような走行も可能である。
データは、以前測定した結果と殆んど同じである。 電流値のバラツキは少し大きい様に見えるが、電流値そのものが非常に小さいことに注目しよう。
牽引力特性：
次に牽引力特性を測定した。
この牽引力-車速特性は、まったく素晴らしい。
ブラボー KATO ！
と叫びたくなるようなデータである。
この自動測定システムでは、一つのパラメータで120点の測定データを、10〜20分かけて取り込んでいる。 従って多くの場合は、今まで見てきたようにデータがバラツクのが当然かのようなグラフを示してきた。
しかし、このグラフはあたかもひつつの線図で描いたかのように、データのプロット点が重なっており、なおかつ、自分が理想的と考えている特性線図の上にぴたりと重なっているのである。 牽引力-電流特性線図も同様に綺麗な特性を見せている。
このことは、この車両の動力特性が安定しており、いつでも同じ値を示すという “精密機器” の領域まで向上していると言えよう。 これはKATOの技術力と製造レベルの高さを示しているのではないでしょうか。 ブラボー KATO！
動輪荷重が約60グラムで、粘着領域での牽引力が約20グラムもあり、大型蒸機としては充分な力と言えよう。 ウォームギヤに掛る力が逆転する遷移点は、- 2〜-3グラム付近と小さく、伝達機構の摩擦抵抗が小さい事を示している。
もし、C62形で重連させるなら、C62-36号機とは無理であるが、MICRO ACEのＣ62-2A 号機であれば可能の様である。 でも、MICROには適切な重連カプラーが無いし、しかも、同じ２号機どうしではおかしいので何か細工が必要であるが・・・・・・。 どちらかを３号機にしておけばよかったと反省するが、もう一台買い足すのが手っとり早い気がするが・・・・・・・・・。 資金不足なり・・・・・・・・・（結論！）。
（ 2013.8.26 追記 ）
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速度特性：
動力車の速度特性を測定する。 最近改良した傾斜式の測定台を使用して動力特性を測定した。 まず、単機走行状態での測定を行った。 モータ単品での電流・電圧特性はまだ分解していないので測定していない。
およそ 4Volt でスケール速度が 80Km/h と標準的な設定となっている。 低速では、驚く事に 1Volt 前後から動きだしているのである。 そしてゆっくりと、かつスムースに走行していのは感激である。
牽引力特性：
動力車の牽引力特性を測定する。 粘着領域での牽引力はおよそ 20 グラムであり、制動領域ではＳ字特性を示していた。 消費電流も小さく、安定したデータを示している。
この特性を測定する時、電圧を一定にすることを条件としてきたので、何時ものようにパワーパックのダイヤルを微調整していたが、今回はやけに変化が大きい事に気が付いた。
なお、ギクシャク走行の原因は、このＳ字特性ではないかと考えていたが、今回のデータで、直接的な原因ではない事がはっきりした。 この車両でも明らかなＳ字特性を示しているのに、走行はスムースであり、ギクシャク走行の兆候は無い。
ギクシャク走行する車両では、このＳ字特性の部分でギクシャク走行が発生しているのは確かであるが、それが原因ではない様である。
追加の実験として、パワーパックのダイヤルの微調整を止めた場合の測定を実施してみた。 一度設定したダイヤルをそのままにして、牽引側から制動側までの負荷を変更し、電流と速度と共に、電圧も測定したのが、次のデータである。
およそ15グラムの牽引力状態での速度を40Km/hにダイヤルをセットして、傾斜台の角度を変えていった。 すると、平坦路状態では、130Km/h、下り坂状態では、160Km/hものスピードとなってしまった。 この間、電圧は最初の 4Volt からグングン上昇し、160Km/hのスピードが出た下り坂状態では、7.7Voltまで上昇している。
また、Ｓ字カーブの間は、速度がダウンするのに合わせて電圧も低下するが、その後速度が再び上昇するのにもかかわらず、電圧は低下を続けている。 これは、非常に興味のある現象である。
電流は、一定電圧の場合と少し異なるが、似たような値を示している。 これは、モータのトルクは電流と比例するとの事象を証明している様である。 この電流と電圧の動きを見ていると、Ｓ字カーブの間の動作メカニズムを解明するヒントとなりそうである。
不思議に思ったこと：
車両を線路にセットする前に、ダイヤルを調整して電圧を 4 Volt に設定し、DIRECTIONスイッチを中立に戻して車両を線路上にセットした。 そして、前進側にスイッチを入れた途端に、車両は猛然と走り出してしまった。 電圧がはね上がっているのである。 あわててダイヤルを戻したが、この現象について、はじめは理解できなかった。 パワーパックは定電圧装置という頭があったのである。
なお、この測定に使用していたパワーパックは、TOMIXの N-1000-CL でした。 そして、手持ちの他のパワーパックでも走行させてみましたが、この様な状態が発生していないので、世に言われているコアレスモータとパルス制御式パワーパックの相性の問題と判断しています。
この相性の問題にかんする詳細な実験報告については、 ⇒ KATO C62 2 とパルス制御式パワーパック を参照下さい。