Giants of the West

　友人から、活字金鋳造をやりたいと申し出があった。詳しく教えてくれとのことだったが、
「簡単なことだから一つだけ守れば良い」
と伝えた。

　彼は ”とれいん” 464号の記事を見て心配になったという。
「うまく行かないような気がする」
と言うのだ。その記事では型は片面だけで反対側は板で押していると言う。薄い型では出来るわけがない。
「こちらの言うとおりにすればできる、くだらない記事は無視されたい。」と強く念を押した。
　その一つだけ守るべきことは、「押し湯を十分にする」である。

　その号は博物館にあるので開いて見た。案の上、記事では融解した活字金をゴム型に板で押し付けている。粘土細工ではないのだから融けたのを押し込んでもダメだ。融けた金属の表面張力は極端に大きい。金属結合が強いからだ。水銀の粒がまん丸であるのを見ればわかる。シリコーン・ゴムの型は金属をぬらさないから、押し込んでも無駄な努力だ。10何回かの試作で台車枠2枚ができたそうだが、それでも奇跡に近い。写真2枚は、同号から転載した。

　二つの型の間に挟まれた空間に、融けた金属に圧力を掛けて押し込むしか方法はない。そのために遠心力を使ったり、水蒸気の圧力を使ったり、あるいは型を多孔質にして裏側を真空にしたりしている。大昔はそんな方法がなかったので、重力を使った。融けた金属の注ぎ口を高くするのだ。その分の圧力が、金属の表面張力に打ち克って、型の隅々まで押し込むのだ。高さは 10 cmほどでもかなり効く。金属は密度が大きいので、少し高くするだけで十分なのだ。活字金は固まるときに体積が縮まないので、高くしても問題が起きない。筆者は最高 30 cmほども、上げた。活字金を使う時は、まかり間違って湯口が先に固まっても、問題ないのだ。

　素晴らしいものができたと喜びの電話があった。指南した甲斐があった。同時に、この記事への不満を聞かされた。この筆者は一体何なのか。自称技師と言ってみたり、今回は「指導」と書いてあるではないか、と彼は怒る。確かに通読すると、そこには"サイエンス"が抜け落ちていると感じる。合金の性質、表面張力、ぬれなどの知見が全くない。これでは成功するのは困難だ。

　その号には、越後要介氏、佐野匡司郎氏、田野倉要介の素晴らしい工作法が紹介されているのに、あまりの落差に驚いてしまった。

　活字金は硬く、加工性が良い。フライスで削れるし、タップでネジも立つ。今野氏のブログにギヤボックスの蓋を鋳造で作られた件が紹介されている。うまい方法である。油が飛ぶから、ギヤボックスの底の部分には蓋が要るのだ。それを作るのは結構面倒だが、一つ作って型を取り、それを活字金で鋳物にすれば非常に良いものが簡単に大量にできる。採用したい。

　場合によっては、ギヤボックス全体を活字金で作っても問題ないだろう。そういう時には金型を作る方が良さそうだ。予熱しておかないと、最初のいくつかは失敗する可能性がある。冷えすぎるからだ。空気抜きの細孔もあると良いだろう。下手をすると押し湯で噴き出す可能性もあるから、理屈をよく考えて安全な構造の型を作るべきだ。

　人形とか、ストラクチュア関係の小物も活字金で作れば簡単だし、しかも丈夫である。シリコーン・ゴム型でも平気である。鉛では融解温度が高いので、壊れてしまう。３Dプリンタで原型を作ってゴム型を作り、それを活字金で複製するわけだ。かなり簡単にできそうである。
　今まで、活字金は比較的高価であった。しかし最近は値崩れしているから、いくらでも使える。この活字金の利用法をもっと考えるべきだ。

　先日のコメントでrailtruck氏からご指摘戴いた角倉氏の記事を開いて見た。昔読んだ覚えがあるが、忘れていた。
　角倉氏は活字金を使った鋳造の話をしているのだが、副題はどういう訳か、
”石膏型とソフトメタルで”　
とある。編集部は活字金とソフトメタルが同じものだと思っていたのだ。これは記事の価値を損なっている。ひどい話だ。きっと角倉氏は怒っていたに違いない。

　ソフトメタルは鉛を主体とする低融合金で、スズ、アンチモン、ビスマスなどを添加している。その後、スズを主体とするものもたくさん出てきたが、それは装飾に使うものが大半で、模型用は鉛主体のものが多い。名前通り、それほど硬くないことはご存じだろう。凝固に際して体積変化は大きい。ほとんどが縮む。

　角倉氏の記事は石膏型で、draft angle(抜き勾配)がないと不可能である。二つの石膏型の合わせ目に、剥がれるようにススを付けるところなど、時代を感じさせる。この記事では活字金で鋳込む他に、
”ルツボなどの便がある方は真鍮等でも構いません。”
とまで書いてある。すごい話である。できるだろうが、型の温度の設定などが難しい。簡単な型でなければ、遠心鋳造をしないと入らないかもしれない。

　押し湯の件は間違いなく書いてある。空気抜き穴も紹介してあり、素人ではない。しかし活字金は縮まないということをもう少し大きく書くべきである。
一般論で言うと、押し湯ではその湯口の部分が最後に固まるようにするのである。そうすると凝固時の収縮が、その湯口の内部で融けている金属が湯口を通って鋳型内に注入されて補償されることが、期待される。

　ほとんどの金属による鋳造では、湯口の円錐形の中に、大きな凹みができている。それが見えると、多分成功である。
　活字金ではそれが全くない。場合によっては少し膨れ上がる。ということは、湯口を無理やり急冷すると、圧力が鋳型の中に生じるわけだ。膨れると言っても大したことは無い。縮まないと表現したほうが間違いがないだろう。型の中に隅々まで注入されれば、何の心配もなく、素晴らしいものができる。

　角倉氏のは石膏型だが、シリコーンゴムを使えば、アンダーカット（Fig.1のB）があっても良いのだ。二回に分けてシリコーンを注型しなくても、一回でシリコーンゴムの中に埋没し、横からナイフでギザギザに切って、型を二つに分ければ良い。ギザギザが型のずれを防ぐだろう。空気抜きは、よく切れるナイフでV溝を付けても良いが、シリコーンゴム型を圧迫して隙間を無くすときに、何かのパウダを合わせ目に軽く塗るだけでも用は足りるだろう。

　実は今、上廻りがそれほど細かくできているわけではないイギリス型客車の台車を作ることを頼まれている。現状の台車はかなりひどいので、多少は良いものを作りたい。簡単に作れて線路追随性の良いものにする。暇を見て実行したい。

　台車枠にはネジを切って、枕梁を付ける。タップを立てるわけだが、うまく行くだろう。コメントの中に棒台枠を作りたいという話もあった。理論的には出来るだろうが、たくさん作るわけではないので、レーザ・カット、ワイヤ・カットを使うべきだろう。　

　コメントを戴いている。

　既存の模型雑誌に出ていた「ホワイトメタル」は、やはりソフトメタルのようですね。 
なんであんなに形が甘いのかと思ったら、収縮が第一要因なのですね。 
この一連の流れだとメーカーと言えど、押し湯を理解せずに作っていたのか、と思いました。 
遠心力や重力を使っていたら、ソフトメタルでもだいぶ出来栄えは違っていたのかもしれません。

　内容が、いま一つ掴み切れないが、おっしゃりたいことは分かる。鋳物の中に形が良くないものがあり、それが収縮によって角が出ていないということなのだろう。筆者は現代の日本製の部品を知らないので何とも言えないが、そういうものもあるのだろう。昔のことを言えば、床下器具のぼてっとした部品は押し湯が足りなかったのは明白だ。材料は活字金ではない安価な鉛合金を用いている。柔らかく、ニッパーで切ると、ねちっとする。活字金はぱちんと音が出て切れる。
　
　最近の部品は非常に細かくできているものが多い。それは遠心鋳造による。ホワイトメタルの部品はほとんどこの方法による。ゴム型を作る。円盤に放射状に作った原型をゴムに埋没し、ゴムを二つに分ける。原型を取り去り、その放射状の空洞部に遠心力で熔湯を流し込むと数秒で固まる。それをゴム型から取り出して、枝を切れば良い。枝の部分は融かして再利用している。
　この方法では圧力が大きくなるので、ゴム型の隅々まで湯が廻り、部品の角が完璧に出る。この遠心鋳造による方法は、ロストワックスによるブラス鋳物に比べ、はるかに安価である。

　900 ℃になればオレンジ色になり、非常に粘り気の少ない液体になる。
　粉状の金属はぎっしり詰めてスタートしても良いが、塊は注意が必要である。熱で膨張して坩堝を割る可能性があるので、必ず縦に入れて長さの変化を上に逃がすようにせねばならない。粉はこぼさないよう樋状のもので流し込む。

　900℃以上では 、ブラスの成分の亜鉛が揮発し、それが空気中の酸素と化合して白い粉をふくのでそれをステンレスのへらで取り除き、煉瓦の鋳型に流し込む。この時クランプで鋳型を締めて漏れないようにするのがミソである。ステンレスは熱伝導率が低いので熱くない。

　今回は平たい鋳型であるので、上に浮いたスラグが載ったまま固まってしまった。縦長の鋳型にするとその部分を容易に切り捨てられるが、圧力が高くなるので、隙間から漏れやすい。



　30秒も経てば完全に固まるので、それをバケツの水の中に投げ込む。これで500 g強である。ハンダも一緒に融けているので、快削性がある。

　ダライ粉は引き取り値が安いので、こうやってインゴットにしておくと高く買ってくれる。電気代が掛かるが、天気の良いときにやれば、太陽光発電の出力でタダでできる。　

　今回は量が少なかったのでこの炉を用いたが、大量にあるときは大きな 2 kg型を用いる。次回はそれを紹介しよう。

　慣性増大装置を付けたパシフィックにはウェイトが不足していた。持って帰る時にウェイトとかモータを捨ててしまったのだ。　　
　動力改装時に重いモータを火室に入れたので、前の方が妙に軽い。牽引力不足で、起動時のスリップが激し過ぎた。

　測定の結果 350 gの補重で前後のバランスが取れることが分かり、活字金からの鋳物クズを再利用して鋳造することにした。
　鋳型はアルミのビール缶を切り開いて巻き、針金で縛る。それを別の空き缶の中に立て、隙間に砂を詰め、湿らせる。それを水の入った容器に入れ、冷えやすくする。隙間が空くと漏れて損失が多いので、円筒の鋳型には餅焼き網を載せ、レンガのかけらで重しを掛ける。
　この程度でも深さ 35 mm程度なら問題なく湯を注げて、漏れることはない、

　湯の温度は融解点より20度程度高くする。高過ぎると固まりにくく漏れやすくなる。金網の上から注ぎ込むとあっという間に固まり、出来上がりだ。活字金は鉛のように体積が減らないので、真っ直ぐな鋳物ができる。ボイラ内の所定の位置にネジ留めする。 

　これに穴をあけてネジを切る。快削なのでネジ立ては簡単だ。わずかの接着剤を付けて緩み止めとする。

　これで機関車は前後のバランスが取れ、質量は 2.6 kgとなったが、まだ足らない。重心の位置にもう少し足してみよう。このテンダの等価慣性質量の204 kg というのは、この機関車にはいささか大き過ぎたようだ。慣性増大装置はまだ２台目で、経験が足りない。考えられる最大の等価慣性質量を実現するために、テンダの断面積が大きな形式を選んだが、パシフィックにはそれほど大きな値を必要としなかったようだ。

　当時はこの UP7000 (4-8-2) とUP5000（2-10-2）とを補機として使用するような勾配のあるレイアウトを考えていたので、複数欲しかった。この機関車の形が気に入っていたこともある。いかにもUPらしい形だ。

　もう１輌のロボゥの機関車の主台枠は鋳物で新製した。細かい細工をしているときに少し捻じれてしまい、戻すと折れそうになったからだ。太いネジ貫通孔を沢山あけ過ぎである。これはロボゥの欠点だ。主台枠は作り替えることにした。

　祖父江氏は中に補強を入れれば捻りに耐えるようになるので、実用になるとは言う。預けていた別の台枠が帰って来たものを見たら、なんと厚さ 5 mmの板を切ったものを3枚もはめ込んでハンダ付けしてあった。さらに軸箱護りが実物のように噛み合うようにしてあったのだ。これくらいやれば壊れないよ、ということであったが、もっと単純な解決がしたかった。

　その頃偶然に高岡の鋳物屋さんと知り合い、発泡スチロールで原型を作る鋳造法の話を聞いたので、お願いした。砲金で作って欲しいと言うと、配合を聞かれた。単に快削の砲金としか考えていなかったので、水道の止水栓をばらして送り、それで鋳造してもらった。
　この原型は鋳縮みを計算して作る。砂に埋めて固めたのち、熔湯を注ぐと発泡スチロールは蒸発して空洞になり、その空間が金属で置き換わるという手法だ。発生するガスは負圧にして吸い出すのだ。
　鋳物が出来上がったが、一部失敗して欠損したと言う。新たにやり直すにはもう一つ原型が必要なので、そのまま発送して貰った。台枠の後ろを切り離して削り、ブラスの塊を嵌め込んでハンダ付けしてから、縦フライスで切り出した。難しい仕事ではなかった。

　軸箱護りもフライスで削り出し、パイロットをガス火で焙ってハンダ付けした。シリンダはロボゥの製品だ。上廻りを載せ、高さを調整してネジで締めた。製品よりかなり重くなった。台枠が厚い鋳物になったからだ。しかもネジは細い M2 の止まり穴だから折れることはない。しかしタップは＃3まで使って奥までネジを切る必要がある。ガラはこういう仕事では威力を発揮する。

　テンダはロボゥのオリジナルだ。かなり重厚な感じであるが、好きな形ではない。台車は非可動の砲金鋳物なので、捨ててバネの利くKTM製に取替える。