電車の直流モーターを制御するために用いられる、カム軸式抵抗制御装置を3Dプリンターで自作してみます。カム軸式抵抗制御装置の仕組みと製作方法について、ご紹介します。

カム軸により開閉するマイクロスイッチ

カム軸に摺動して主回路における主抵抗器の切替えを行う接触器には、オムロン製のマイクロスイッチ Z-15GM2-B を使用します。カム軸の回転角に応じて、各スイッチのON/OFFの組み合わせが決まり、主抵抗器の抵抗値が決定します。

抵抗制御器の段数は16段階とし、カムと接触器を4組使用します。Z-15GM2-Bの定格通電電流は15Aなので、RS-540系モーターも駆動可能です。これで、5インチゲージ用主電動機の制御器としても使用できます。

3Dプリンターでカム軸を造形する

CADソフトで4連カムを設計し、3Dプリンターで造形してみました。画像のカム軸は、造形直後のサポート材がついた状態です。カム軸駆動用モーターとカム軸は強固に接合する必要があるため、タミヤ製ギヤ―ボックスに同封されている、プラスチック製のブラケットを取り付けるためのネジ穴をカム軸の端部に設けています。 ペンチを用いて、サポート材を除去するとこのようになります。カムの凹凸が見えるようになり、2進数状に変化していることを確認できました。

造形したカム軸と接触器(マイクロスイッチ)を並べてみました。カム軸の形状は概ね良好で、マイクロスイッチのローラーを押し当てながら、引っかかることなくに1回転させることができました。

ただ、カム軸によってマイクロスイッチを設計通りに開閉できるかを調べるには、カム軸とマイクロスイッチの位置関係が重要なので、各部品ををしっかりと固定できる土台が必要になります。

カム軸を土台に固定する部品を作る

ここからは、自作したカム軸やマイクロスイッチなどの、カム軸式抵抗制御装置を構成する要素を土台に接合するための部品を作っていきます。 まず、カム軸の固定に必要なブラケットを取り付けます。前述したように、カム軸の端部にはブラケットを固定するための穴が空いており、ブラケットはカム軸駆動用モーター(タミヤ製ギヤボックスの出力軸)との接続に使用します。

カム軸用の軸受とカム軸駆動用モーターの台座を、CADソフト「Design Spark Mechanical」でモデリングし、3Dプリンターにより造形します。 こちらがモデリングしたカム軸用の軸受です。ブシュを圧入し，カム軸と接続された六角シャフトを通して使用します。 こちらはカム軸駆動用モーターの台座です。タミヤ製 6速ギヤボックスHE を固定するために使います。

続いて、主抵抗器の切り替えを行う4個のマイクロスイッチをモジュール化しました。プラスチック角棒を組み合わせて製作した台座に、マイクロスイッチをネジで固定しています。