Ａ級増幅ヘッドフォン・アンプ・パーツセットの製作
コミケットで入手した黒羽音響技研さんのＡ級増幅ヘッドフォン・アンプの組立の記録です。
・「シャーシーの製作」
2009年9月21日：
再設計したシャーシーに細かい加工が必要なことが分かり、手持ちの手持式トリマーでは加工精度に不安があるため、トリマーテーブルを使うことにしました。
使うと言っても手持トリマーしか持っていませんので自作しました。
また大きなデュポンコーリアン板をカットする際の卓上丸鋸盤も精度に不満があったので、加工用にスライディング・テーブルを自作することにしました。
治具の自作などは、ややこのページの本筋とは違うので、治具のページの方に移すことにしました。
しかし、こう加工の為の小細工にのめり込んでいては、オーディオ・マニアではなくて自作マニアと言われたとしても否定できません。
2009年11月19日：
設計を更にやり直しました。
電源トランスと整流回路を前面パネル側に移動させ、回路基板は背面パネルに接近させることにします。
音量調節100kΩアッテネーターも背面の入力端子の直近に配置して、調整後の音声信号を回路基板の入力ランドに至近距離で入力することにします。それならシールド線は不要かもしれません。
前面パネルからアッテネーターまでは延長シャフトで接続します。
重量のある電源トランスが前方にあることで、前面パネルの電源スイッチの切替の手応えも安定しそうです。
ショットキー・バリア・ダイオードのブリッジを取り付けるヒートシンクは何年も前にジャンク屋で手に入れたものをカットして使うつもりです。
放熱フィンがデザイン上のアクセントになりそうです。
原寸大方眼紙上で使用する部材を当てがいながら制作物の構成を考えている間がたいそう面白い期間です。
本業の合間を縫っての設計や制作ですが、間が空くだけに工程や構成の見直しをする機会は充分にあるのはメリットと言えなくもありません。
図の右側の数枚がボツ案です。
Ａ級増幅アンプなので、基板面からの熱の処理を考えると小型ケース内に密閉することも考えものなので、その放熱も考えておく必要があります。
2009年12月21日：
456mm X 282mm のデュポンコーリアン板１枚をスライディング・テーブル上でカットして228mm X 282mm の板２枚にし、これを天板、底板にします。
切りしろ分の減りは現物合わせで調整します。
困ったことは丸鋸の歯は超硬チップ・ソウだったのに、カット作業の後半で切れが鈍ってきたことです。
デュポンコーリアンは石粉をメタクリル樹脂で固めたものですが、その石粉が石英か長石かは知りませんが砥石として働いて超硬を鈍らせてしまったのではないかと思います。
おかげで材料の送りにムラが出て、切り口にやや縞が出来てしまいました。（ヤスリで修正）
（そう言えばデュポンコーリアン板って仕上げ用の人工砥石に質感が似ています）
もう１つ困ったことは、元の大判のデュポンコーリアン板はスピーカーやアンプの下に敷くことを想定してか切断面が切りっ放しではなくて、頂点を丸め、辺を滑らかに仕上げてあります。
２つにカットしたものは切断面が角張ったままで、これではアンプに仕上げた時に天板・底板の左右がアンバランスになります。
切った片割れの１枚をガイドにして、もう１方の頂点をローラーベアリング付きトリマーで丸め、かつヤスリで辺を滑らかに仕上げました。自作しておいたトリマーテーブルが役立ちました。
カットした底板の上に主要パーツの実物を並べ、紙上計画通りにゆくか再検討します。
問題はデュポンコーリアン板には木ネジ、タッピングビスが効かないことです。どうやって底板や天板を強度高く固定するべきか悩みどころです。
またＡ級増幅アンプなので、内部に熱がこもらないよう背面に隙間を確保したいのですが、その背面パネルの選択も考えものです。
電源スイッチも13mm の厚さの前面パネルにどう付けるか、思案のしどころです。そもそもまだデザイン的に合う電源スイッチを入手していません。
部品の実装上で問題になるのは、やはりシャーシーが13mm のデュポンコーリアン板ということです。
パネル取付用の部材はそんな厚さを想定していません。せいぜい厚さ3mm が限度でそれ以上は取付けナットが浮きます。
かつ、厚いだけではなくこの素材は硬度が高く刃物のエッジを鈍らせる石粉が練り込まれ、あまつさえ粘り強いという特性があります。
極力、加工箇所は減らしたいところです。
通常のアンプ・シャーシーの加工では入力＆出力端子の他には、電源コード入口、ヒューズソケット、電源スイッチ、電源ランプの為の４つの穴を開けます。
秋葉原のパーツショップを散策していると良いものを見つけました。
電源コネクターとヒューズソケットが一体となったコネクターです。裏面を見るとパネルには四角い穴を１個開ければ良いようです。
またスイッチレバーが半透明の樹脂（ポリカーボネイト？）で青色LED を仕込んだ電源スイッチもありました。スイッチレバーもゴツくなくデザイン的にも秀逸です。
これで本来４つ開けるはずの穴が２つで済みます。
スイッチレバーから横に漏れた青色LED の光がスイッチ穴周辺の白色デュポンコーリアン材の内部を照らす効果も期待できます。実は電源ランプの穴は開けずに、内部からデュポンコーリアン材を通してLED で照らす案も考えたいた程です。（参考の内部照明の例）
なお電源スイッチは東急ハンズで見つけた建築用Ｌ型金具に取付けて底板に固定し、前面パネルに開けた細長い穴からレバーの先端部を覗かせればおしゃれに仕上がりますし、デュポンコーリアンの板厚による取付困難の問題も解決します。
頻繁に使用されるパーツだけに電源スイッチの取付け強度についてはずっと懸案でした。
2009年12月28日：
実装部品を表・裏パネルと底板に当てがいながら、使い勝手、ノイズ的な配慮、部材同士の干渉、放熱も考えながら推敲してきましたが、ようやく配置図が完成しました。楽しいプロセスでした。
やはり実物を用いると発想が広がります。当初、全部の部材が揃わないうちに考えていたのとはだいぶ配置が変わりました。
ボリュームつまみと、フロント・パネルまでの延長シャフトは横浜ベイサイドネットで手に入れたもので、特につまみはこのショップ・オリジナルの砲金製の150g もあるずしりとした手応えのものです。
冬の休日中にデュポンコーリアン材や鋼材の実際の加工作業に入ります。
2010年1月1日：
音質確認の際に使ってみたくて試作したバッテリー式電源です。
アルカリ乾電池12本使って、1.5 X 12=18V ですが、無負荷では20.2V 出ています。
A級動作なので長時間の駆動が出来るものではないですが、試してみたかったのでジャンクパーツを集めて作ってみました。ケースは百円ショップで買ったカード収納箱です。
・・・長時間の使用に堪えるものでしたら、これをシャーシ内にトランスとケミコンを外して替わりに入れてもいいかな、と企んでいることは内緒です。
重要な記事修正：
これまで「デュポンコーリアンには木ネジ、タッピングビスが効かない」と信じ、そう書いてもきました。
以前、デュポンコーリアンのバッフルにスピーカーをタッピングビスで取付けようとして、ねじ山がデュポンコーリアン素材を砕き、穴周辺の表面の方から貝殻状の破片になって浮き上がってきたという苦い失敗をしていたからです。
このことがどうしても気になって、今日デュポンコーリアンの端材を使ってタップ立ての実験をしました。
2.5mm の下穴を開けＭ３用タップを油を塗って立ててみますとスムースに雌ねじが切れて、Ｍ３ボルトもちゃんと止まります。
どうやら以前のタッピングビスの使用で穴周辺組織を砕いたのは、正規のタップではなくタッピングビスで強引に穴を開けたことによる誤った作業の仕方によるものではないかと考えられます。
こうなると作業の進め方どころか、シャーシーの構造設計も考え直さねばなりません。（デュポンコーリアンの辺にトリマーで「ホゾ」を切って、などという加工さえ当初は思い詰めていました）
13mm 厚のデュポンコーリアン材にタップ立て可能なら、ずいぶんと構造設計の柔軟さは増します。
側面パネルの固定
2010年1月17日：
入手したデュポンコーリアン材の切断面が正確な直角ではなかったり、寸法的に若干均一ではなかったりとの問題が有り仮組みには手間どりましたが、ようやく加工方針が定まりました。
コーナークランプでシャーシー四隅の直角を確保し、その状態で部材に穴開け加工を施すことにします。
コーナークランプを新たに入手し、底板の上に鉛筆で四面の側板を配置すべきガイドラインを描き、側板固定用のＭ４タップの為のリード穴3.3mm をルーターで開けてから四面の側板をコーナークランプで締め込みました。
この状態で底板に固定してリード穴から更に3.3mm ドリルを相手の部材まで通し、そこにタップを立てます。
2010年2月10日：
コーナークランプの使い方を練習してから、側板同士を適切な直角関係に保持し、あらかじめ押え側の板に開けておいた3.3mm リード穴を通して3.3mm ドリルでタップを立てる側の部材に下穴を開けます。
その後、押え側の板の3.3mm リード穴は4mm ドリルで拡げておきます。
タップを立てる部材はグラつかないよう、ワークメイトでしっかり固定し、M4 タップに切削油を付けてメネジを切ります。
途中で反転して抜き取ってはタップの側溝に詰まった切子を爪楊枝で除きながら注意深く作業します。
デュポンコーリアンとは言え、やはり切削油を付けた方が作業はスムースでした。
メネジの穴の中に切削油が付着したままで良い訳ないので、パーツクリーナーのノズルを穴の底まで差し込んでからスプレーし、穴の内部に残った油脂分を一気に除去します。
このサイズのパーツクリーナーで、２００数十円程度でした。
M4 ボルトで仮組しました。これは背面になる予定のパネルです。
メネジによる組立強度も充分という感じでした。
2010年2月23日：
底板への前後左右パネルの固定が完了しました。
最初に４枚の側板の切断面の直角を厳密に出しておけば余計な微調整に手間どることもなかったのですが。
側板は全てM4 ボルトの25mm 長のものでワッシャとスプリングワッシャで強固に固定しました。
なかなかの強度と重量です。
フロントパネルと左右側板の間の隙間には電源用ブリッジダイオードを取付ける放熱器をカットして入れるつもりです。
むろん、ダイオードを固定するのは片側のみで反対側にはダミーとして装飾用に入れるだけです。
手持のジャンクの放熱器はサイズが大きすぎ色もアルミ色のままで安っぽいので秋葉原で探したところ、ちょうど側板の高さと同じ70mm の黒色放熱器がありましたので、これを使います。
白一色のアンプのサイドにこの放熱器の黒いフィンはデザイン上でも引き立ちそうです。
音量ボリューム用軸受けとヘッドフォンジャックの固定
2010年2月26日：
フォーンジャックと電源スイッチとは建築用Ｌ型金具に取付けて底板に固定しますが、3mm 厚鋼鉄は予想以上に硬くて粘り強く、フォーンジャック用9mm 電源スイッチ用12mm の穴を開けるのに手間が掛かってしまいました。
（それだけ丈夫でないと「建築用」としては逆に問題とは思いますが）
東急ハンズの建材売場にはやや幅広のアルミ製Ｌ型金具もありましたので、そちらの方が加工がしやすいと思います。
画像のようにスイッチ類を仮付けし、パチパチと操作してみましたが、これなら組み上げても手触りがよさそうです。
余分な突出部をカットして、底板に固定する為のタップを立てて下拵えをします。
2010年3月2日：
せいぜい3mm 程度のパネルを想定した端子類や軸受けを13mm もの板厚のデュポンコーリアンに取付けるには、パネルに彫り込みを入れねばなりません。
止まり穴加工に使われる直径15mm の木工用フォスナービットを使います。
ボール盤でまず3mm の道孔を通し、ついでパネル裏面からフォスナービットで必要最小限の深さに彫り込みを入れました。
最後に軸受け(10mm)、フォーンジャック(9mm)を通す孔を貫通させます。
前面パネルに音量ボリューム用軸受けを仮止めし、横浜ベイサイドネットのショップ・オリジナルのシャフト エクステンション・バー セットを使ってアッテネーターを仮設置してみました。
なお、延長シャフトとアッテネーター軸との接続にはセットに付属のものでなくフレキシブル・ジョイントを使いました。昔はどこのパーツ屋にも置いてあった部品ですが、秋葉原中探しても見付からず、ようやくラジオセンター2Fの内田ラジオアマチュアショールームで見つけたのですが、そこで聞いてみると最近は部品メーカーが作っておらず、これはようやく入荷したロット分とのことでした。
余談ですが、この内田ラジオアマチュアショールームの創設者の故内田秀男さんという方は米国より先にトランジスタと同じ鉱石増幅器を作っていたというとてつもない電子技術者です。
現在は奥様やご家族の方達がお店を運営しておいでです。古いラジオや無線機の間にマッキントッシュの管球アンプが普通に並んでいたりする愉快なお店です。
2010年3月7日：
フォーンジャック取付け用Ｌ型金具の底板にM4 のタップでメネジを開け、前面パネルとシャーシ底板に当てがって位置を合わせてシャーシ底板に取付用のM4 の穴を開けます。
この後、正面からのヘッドフォンプラグのアクセスを配慮して、前面パネル裏を ルーターで削り込み、取付け位置をさらに5mm 前進させました。
Ｌ型金具をシャーシ底板に取付るM4 ボルトはビスカッターでギリギリの長さに全長を詰めてフォーンジャックと干渉しないようにしておきます。
ビスカッターはワイヤーストリッパーに付いていたものですが、性能は充分です。
Ｌ型金具にフォーンジャックを取付け、Ｌ型金具はシャーシ底板にM4 ボルトで固定し、前面パネルにはヘッドフォンプラグの外周が入る15mm の穴を掘り込ん穴の周りにテーパーを付けてて、見栄えを確保しました。
2010年3月18日：
前面パネルにレバー操作用の角穴を開け、電源スイッチを取付けるＬ型金具にタップを立て、M4 ボルトでシャーシ底板に取付ます。
角穴は平ヤスリ一本の手作業で開けましたが、薄いパネルと違って13mm 厚さの素材となると穴の内面の平行度や粗さ、段差がもろに目立ちますので手が抜けません。
レバーを操作しても前面パネルと干渉しないことを確認しました。
フォーンプラグの抜き挿し、電源スイッチの入り切りの際に前面パネルには力を加えないというポリシーはこれで実現できました。
放熱器の固定とシャーシー内部の放熱
2010年4月2日：
悩んでいるのが放熱器の取付け方です。
電源のブリッジ・ダイオードに付ける放熱器をデザインを兼ねてやや大型のものを誂えました。
上にアップした単体放熱器を半分にカットしたところフィンがぴたりと側板と前面パネルの間に嵌まりました。
ただこのまま固定してしまうと内部の熱を逃がす隙間がありません。
金属シャーシーならシャーシーに内部の熱が伝わってそこから空中に放熱も出来ますが、デュポンコーリアンは熱の良導体ではありません。発生した熱は中にこもりっぱなしです。
ましてやアンプ基板はA級増幅回路なので常時放熱しています。どこかに内部の暖まった空気を逃がす窓を開けねばなりません。
側板の長さを5mm 短くし、また放熱器をカラーで側板から5mm 浮かせることで5mm 幅の排熱路を設けて、シャーシーに内部の熱を自然対流任せで逃がすことにしました。
効果のほどは不明ですが、密封するよりはマシと思います。
放熱器は側板内面にタップを立ててM3 ボルトで固定しますが、それだけでは横からの力に弱そうなので、放熱器の底面にもタップを立てて底板からM3 ボルトで固定すれば強度的にも丈夫になると考えます。
最初に、放熱器にM3 タップ用の下穴2.5mm 径ビットをボール盤を使って垂直に２箇所の穴を開け、その放熱器を側板の取付位置にしっかりと当てがいました。バイスで締め付けて位置がずれないようにします。
放熱器に垂直に開いた穴をリード穴として使い、側板内側にタップ用の下穴を開けます。
タップ用下穴が側板表面まで突き出さないようにうる為のストッパーが東急ハンズにありました。
金属リングをイモネジでビットに固定するものです。こういう便利なアタッチメントがあることを最近まで知りませんでした。
ストッパーがあるので、放熱器に開けたガイド穴に2.5mm ビットを当てがって無造作に側板までタップ下穴を開けます。
狭い位置で太いドリル本体は入らないので、ビットはフレキシブル・シャフトの先に付けています。
側板の所定の位置のタップ下穴が開いたら、放熱器を外しこちらの2.5mm 穴を3mm 穴に拡げておきます。
側板は一旦取り外して、上の工程で開けた下穴にM3 タップを立てます。
M3 ボルトと5mm 金属カラーで放熱器を側板から浮かせて取付けました。
放熱器の前面パネル側先端部分を底板からタップを立ててM3 ボルトで固定しました。
横から指で放熱器を押しても動かず、強固に取付けられました。
これで側面に排熱路が確保できました・・・が、効果の程は分かりません。
ただ、このように放熱器を内側に落とし込むと、外側から見てアンプとしての見栄えも悪くはありません。
2010年4月4日：
ヒューズソケット一体型電源コネクターの取付穴を背面パネルに開けます。
長方形を基本とする角を丸めた穴なので、自作トリマーテーブルにて数分で加工数了してしまいました。
ピタリとはまる治具があるといかにも工作は楽です。
楽過ぎて記録の撮影をする間もなかった程です。
電源コネクターを仮付けしたところです。
入力コネクターは背面で配線のハンダ付けする都合上、パネルの外側から落とし込んで取付けます。
ネクターのネジ部が最大5mm 厚のパネルまでにしか対応できないので、13mm 厚デュポンコーリアンの表面から8mm 落とし込みます。
中心位置に3mm 直径のガイド穴を貫通させてから、フォーンジャックの取付の際に使った直径15mm の木工用フォスナービットを使って落とし込みました。
外側周辺部は指が触れる箇所でもあり、軽くペーパーを掛けておきました。
残った5mm 厚の穴の底部の3mm 直径の中心穴は入力コネクターのネジ部を通す為10mm に拡げておきます。
背面パネル内側です。
ぎりぎりでラグとナットが止まっています。
樹脂の絶縁ワッシャは背面パネル自体が絶縁材なので不要とも思いましたが、ケーブル接続時の加圧のクッションにもなりそうなので付けたままにしました。
アッテネーターと延長シャフトと音量ツマミを仮付けしてみました。
入力コネクター直近にアッテネーターが位置しますので、配線はツイステッドペアに捩って行えばシールド線は不要と考えます。
ある程度の先行きの目鼻が付きましたので、天井板を乗せてヘッドフォンを格好だけ接続してみました。
せっかくですので、大きな画像でアップします。
完成時にはほぼこのままの外観になります。頭の中で考えていた完成イメージとそう変りはありません。
・・・それにしても、タカチあたりのカッコいい出来合いのアルミケースでも採用しておけば、こんな苦労しなくてもよかったのですが。
同人サークル「瀬」
檸檬児
'2010-4-4