Nゲージレイアウト国鉄露太本線建設記

運転よりシナリー重視コンセプトで、昭和40年代後半の風景再現を目指しレイアウトを製作中です。映像・画像を交えながら、製作記に加え、随想や旅行記も発信します。2016年9月より延伸線建設に着手しました。

フィーダー設置に関する計測結果まとめ

今回は一連の計測結果をまとめ、具体的な事例で解り易く解説します。

【本シリーズ表紙画像】
計測は全て完了?、いえ一つだけ残ってます。 KATOフィーダー配線はメーカーデータ引用で、当社幹線配線半分弱の芯線数で同じ配線抵抗は変です、確認するしかありません。


6-1.KATOフィーダー配線抵抗(cont.)
本シリーズの熱心な読者『PIN』さんから下記情報提供を受けました。

【本シリーズ記事より転載】
コレは全く疑う余地なしです、有効値3桁ですから、当社使用テスター100倍精度の抵抗計で計測したスタティック(静的)データです。 しかし実際の使用条件に近い本シリーズ計測法、20kHz PWM電源1A負荷電流の条件で同じになる保証がないのが電気の世界です。

で、またまた無駄な買い物、送料無料のヨドバシさんで助かります。 ちなみにTOMIXフィーダー延長コード1.5mに対しKATOは0.9mです。 KATOがケチなのではなく、フィーダーは矢鱈と延長する物ではないのメッセージ、KATO企業姿勢の表れと理解してます。

コネクターハウジング切開手術で電極チップを取り出しました。

TOMIXと同じ計測法、電極チップ抵抗半田付けで10.80Vに合わせます。

テスタークリップを電源側電極チップに繋ぎ替えると0.15V高い10.95Vになりました。

配線抵抗計算すると0.17Ω/mになりました、0.2mm芯線24本の当社幹線配線の1.8倍、半分弱の芯線数11本なので好成績です。 この結果によりTOMIXはKATOの1.7倍(0.29/0.17)と解りました、ただし販売フィーダー延長コードの配線抵抗は2.9倍(0.43/0.15)です。


8.計測結果まとめ
ここまで実施してきた計測の結果をまとめます。 それがどの様な意味を持つのか解り易い(を心掛けます)解説を付け加えます。


8-1.レール抵抗
N用には各社洋白製の高さ約2mm(80番)のレールを使っており、断面形状が違います。

KATO/Pecoを計測し同じ結果、未計測ですがTOMIXも同等だと思います。 0.345Ω/mの意味はフィーダーに12.0V給電した場合、そこからジョイナーもポイントもない2m離れた線路上の1M6連室内灯付き列車(消費電流0.5A)に0.345V低い11.655Vが給電されます。


この差を感知できる人はまず居ませんが、ジョイナー/ポイント接触抵抗とその経年劣化で電圧低下は次第に増大し、2M12連室内灯付き列車(消費電流1.0A)では2倍になります。


8-2.ユニジョイナー接触抵抗
ユニトラックは62mm整数倍、ファイントラックは70mm整数倍のレールシステムで、ジョイナーで接続して使用します。 ジョイナーは金属と金属の篏合で接触抵抗があります。

ユニジョイナー新品時はレール75mm相当の0.076Ωですが、3.2倍/8年、3.7倍/30年に増加してました。 3.2倍はレール240mm相当なので、S248 10本の直線の見かけの長さは2.48mでも、給電抵抗や補助フィーダー必要性考える場合は倍近い4.88mになる事を意味します。


またレール塗装やバラスト撒布は、ジョイナー接触抵抗劣化にほとんど影響しないと解りました。 ジョイナー接触抵抗は、多分最初の約2年で2倍、4-5年で3倍に達し、以降緩やかに増加する特性だと8年/30年データから推定されます。 なおTOMIX未計測ですが、KATOよりパチンと嵌るので初期値は小さいかもしれませんが、経年劣化は同じと推定されます。

この8年経過と30年経過の計測値は単純に比較できません。 挿抜やジョイナー材質変更の影響が不明だからです。 しかし計測結果が示す様に、敷設後8年でジョイナー1ヶ所がレール240-280mm相当の接触抵抗を持ち、電気的には倍以上の長さになる事は確実です。


8-3.ポイント内切替SW接触抵抗
Pecoは大昔の16番ポイントと同じで、適切にギャップを設置しないと切替時にショートが発生します。 TOMIXは開通方向のみ給電する完全選択式、KATOは非開通内側レール開放式でこの問題を回避し使い易くしてますが、その為のSWがポイントに内蔵されてます。

【KATOポイント内切替SW】・・・本シリーズ記事より転載
ポイント切替レバーでトングを直進/分岐どちらの内側レールに接続するかSWを切り替えてます。 基板銅箔とSW接点は電気を良く通しますが軽い接触で、接触抵抗を無視できるほど接触圧を高くする事ができません、小型で非力なソレノイドで動作させてるからです。

当社延伸線に敷設し非通電新品同様4番ポイントの計測結果は0.12Ωでした、レール350mmに相当し、126mmの4番ポイントが給電抵抗としては476mm相当になります。 この接触抵抗も経年劣化があり、8年経過従来線4番ポイントは1.4倍のレール490mm相当でした。

【TOMIXポイント内接点と切替SW】・・・本シリーズ記事より転載
完全選択式は外側レールも切り替える必要がありSW2個(黄丸)、これだけで接触抵抗2倍です。 KATOの丸ポツ接点回転式に対し、長スパン板バネスライド式の貧弱構造は耐久性の低さと度外視します。 更にKATOは半田付けのレール接続8ヶ所がバネ接点です。


6ヶ所はリン青銅板バネで接触圧を確保できますが半田付けより高い接触抵抗があります。 酷いのは中央のコイルバネ、バネ材はリン青銅より導電率が低く細くて長い、この2ヶ所だけで0.1Ωありそうです、従って新品でもKATOの3倍以上、経年劣化も大きいハズです。

TOMIXポイント内部接点/SWの接触抵抗を控え目にKATOの3倍と仮定すると、140mmのポイントが給電抵抗としては1190mm相当になります。 経年劣化をKATOの1.4倍に対しコレも控え目に1.6倍と仮定すると、140mmのポイントが1950mm相当になってしまいます。


ポイント開通線だけ運転可能で補助フィーダー設置不能な大型ヤードが経年劣化すると、KATOよりジョイナー接触抵抗低くても、ポイント1ヶ所が2m以上相当になり、通過毎に速度低下する現象が発生してるハズです、思い当たる方はポイント内部抵抗が原因です。

【『TOMIXの電気設計は出鱈目です!』より転載】
そう考えるとJAM2017に出展されてたこの装置、切替動画からソレノイドに過大な負荷を与えてるのではと疑問符コメントしましたが、内部SWをリレーに置き換えてるので、KATOより切替SW接触抵抗が低いスグレモノです。 ただし4ヶ所のSW接点を引き出すと同時に、バネ接触の8ヶ所全て(特にコイルバネ2ヶ所)のジャンパー線半田付けが条件です。


8-4.フィーダー配線抵抗
単線フィーダー1ヶ所、複線フィーダー各1ヶ所の場合はOKですが、キャブコントロールで電気区間を区分する場合や長大エンドレスに補助フィーダーを設置する場合は、フィーダー延長コード配線抵抗に留意する必要があります。

外観や手触りで解りますが、太いKATOに対し細いTOMIXは1.7倍の配線抵抗でした。 またフィーダー延長コード市販品はKATOの0.15Ω/0.9m、レール435mm相当に対し、TOMIXは0.43Ω/1.5m、レール1.25m相当で2.9倍になってました。 これかなり影響します、電圧低下による速度低下改善目的で設置する補助フィーダーが配線で電圧低下するからです。

KATOはフィーダー分岐コネクターと延長コード方式です。 電源近くのメインフィーダーは直接、遠い補助フィーダーは延長コード1/2本使用接続が一般的用法ですが、長さ的に不要でも赤丸延長コードで配線長を揃えると補助フィーダー効果が100%発揮できます。


当社はこの考え方せずに3mも差があり、使用配線の低い抵抗に助けられて0.3Ω、KATO延長コード2本分に収まってますが、決して望ましい状態ではありません、面倒放置です。

【TOMIXフィーダー分岐コード】・・・通販店製品紹介ページより
TOMIXのフィーダー分岐コード方式はユーザーフレンドリーです。 分岐側各1.5m、共通側約0.3mで配線抵抗0.52Ωになりますが、メイン/補助両フィーダー給電抵抗が同じなので問題が起きません、3mあれば届くしね。 ただし補助フィーダー2ヶ所以上は要注意です。

例えば補助フィーダー2ヶ所で赤丸延長コード使えばメイン/補助間の給電抵抗差0.09Ωで許容内ですが、延長コードがないと0.52Ωで補助フィーダー設置効果の1/3を失います。 仮に配線2本分違えば多少マシな程度、3本分違えば効果ゼロになるのでご注意ください。


以上計測結果のまとめでした。 次回最終回で補助フィーダー必要性をどう判断するか、どこに設置し配線をどうすべきかについてまとめます。


ではまた。

ユニジョイナー経年劣化問題その後⓬

いやーっ驚きました、手配ミスで部品調達が遅れ場繋ぎにチョチョイと書いた記事の注目度です。 千回近い更新で半数以上レイアウト製作サブカテ注目度1位になってますが、そのほとんどは更新18時間後0時過ぎリランキングです。 前回更新は夕方1位、21時には鉄道カテゴリでも1位、難しい電気の話より、レイアウトその物の方が注目度高いんですね。

【本シリーズ表紙画像】
ただタイトルに『生野駅設計と製作』と書きながら、設計だけで終わってしまい誇大広告になってしました、『生野駅の製作』は本件片付けたら詳説します、注目度高いですから。


7.当社使用線材配線抵抗
本来なら調達したTOMIXフィーダー延長コードの配線抵抗を計測し6-2.項を完結したかったのですが、入手が遅れ後回しになりました。


7-1.当社使用線材
メーカー純正延長コードはコネクター化され便利ですが非常に高価、当社ではコネクターの根元で切って電材屋/職人さんご用達量販店で購入した線材を半田付けし延長してます。

一番上の赤青バラバラの太い配線は、当初ポイント/信号機/照明の全て12Vで、コントロールボードからの幹線に使用してました。 後にポイントを純正15Vに変更し、その幹線にも使用してます。 二番目が電材屋調達の3A容量線で、フィーダー延長コード使用品です。


三番目は模型店でもボビー用として小口販売してる配線で、筆者は電材屋の計り売り利用です、細いのに3A容量線より割高です。 一番下は狭い場所を通す必要がある例えば街灯柱パイプ等の補助配線に使ってます。 0.22mmポリウレタン線を限定的に使用にしてます。


7-2.計測精度向上の工夫
線材の配線抵抗は非常に小さく、計測法を工夫しないと信頼性のある結果を得られません。 レールではできなかった方法で計測しました。

最初に計測したフィーダー延長用3A容量線で解説します。 線材計測なので負荷抵抗に半田付けしジャンパー線を使いません。 その近くにテスターワニ口クリップを接続すれば誤差はクリップ接触抵抗だけです、これも相殺できます。 抵抗計測値は10.8Ωです、真値は10.75-10.84Ωにあり、両端電圧を10.80Vに合わせても1A±4.6%の計測誤差を含みます。

電源供給側は被覆を剥いて半田上げし、そこに電源クリップとテスタークリップを接続します。 こうすると電源/テスター双方のワニ口クリップ接触抵抗影響を排除し、線材電圧差=抵抗値を正確に計測できます。


7-3.フィーダー延長コードの配線抵抗
前項セットアップで計測しました。

テスターを抵抗計から直流電圧計に切り替え電源オン、正確に10.80Vに合わせます、これで電流が1A±4.6%になりました。 計測コードは湖南電源フィーダー線予備の2.0mです。 

テスタークリップを電源供給側に繋ぎ替えた電圧計測結果は0.22V高い11.02Vでした。

結果は0.11Ω/m、KATO純正フィーダー延長コードより約15%高い配線抵抗でした。 実際に切って繋ぐ際、細い線と繋ぐ印象はなく、同等か少し太目の印象でした。 確認するにはKATOフィーダー延長コード調達/計測しかありませんが、さすがにそこまでは・・・です。


7-4.12V/15V幹線の配線抵抗
最初から計測予定でしたが前項の結果から余計興味が湧きました。

10m単位販売で一部使用した残材コードです、計測用に切るのは勿体ないのでこのまま計測します。 長さが違えば足して2で割ればOKです。

両端の被覆を剥いて半田上げし、一端を抵抗に半田付けして10.80Vに合わせました。

テスタークリップを繋ぎ替えると0.63V高い11.43Vでした。

嫁さんのメーター尺借りて長さ計ると7.5mと5.7m、計算結果は0.95Ω/mでKATOと同等、被覆は厚いですが電線規格としては同一ではないかと推定できます。 KATOはフィーダー配線抵抗を重視し、高規格品を使用してるかもしれません。 TOMIXは?興味津々です。

この配線なら写真拡大で芯線数解るとやってみました、24本でした。

線径は0.2mm、安物デジタルノギスですが、LED配線で使う0.22mmポリウレタン線と指先の触感は同じで0.2mmは間違いありません。 『PIN』さんが気にされてた断面積を計算しました。 断面積は半径自乗x円周率なので、以下の通りです。
0.1x0.1x3.14x24=0.75㎟
『PIN』さん情報によるとKATOフィーダー線はφ0.2mmx11本、線材は軟銅線で同じハズなので、本数倍以上で同じ配線抵抗とは考えられず変です。 線材メーカー情報に間違いなくても計測条件不明です、20kHz PWM電源計測でないのは確実で、やはり確認か~です。


6-2.TOMIXフィーダー配線抵抗(cont.)
発注ミスで入手が遅れてたTOMIXフィーダー延長コードが11月4日午後に届きました。

当社使用線材は数十円/m、コネクター付き純正品は1桁上の価格です。

開梱してコネクターハウジングをニッパーで注意深く切除、電極チップを取り出します。

電極チップを抵抗に半田付け、電極チップに電源とテスタークリップを接続して10.80Vに合わせます、ハラハラドキドキ、ハウマッチです。

テスタークリップを電源側電極チップに繋ぎ替えた計測値は0.43V高い11.23V、予想以上の計測結果で再度計測しましたが同じでした。

TOMIXは1.2A電源なのでフィーダー配線電流容量がそれ以上なのは確実です。 でも電流容量クリアすれば細い方が使い易いと、例えば1.5A容量線を選んだ様です。 配線抵抗の影響には無頓着、動けば良いのポイント同様のオモチャ設計です。 KATOの1.3-1.5倍の予想は大きく外れ0.29Ω/mでした、レール(勿論2本)抵抗0.345Ω/mに迫る値です。


今回は計測だけ、次回まとめます。


ではまた。

歳は取りたくないね!生野駅設計と製作

筆者ミスによりTOMIXフィーダー延長コード手配が遅れ、計測と記事作成が間に合いませんので、今回はショートリリーフ更新です。

【ループ線を駆け上がり峡谷鉄橋へ】


1.歳は取りたくないね!
まずは失敗談です。 湖南電源安全性保証回路再製作がほぼ完了、残るは細部半田付け仕上げと繋ぎ込みになった9月中旬の話です、視力に自信がなくあるモノを発注しました。

【過去記事より転載】・・・ヨドバシ製品ページより
取り寄せ品は最低1週間は掛かるので、それまでに放置してたユニジョイナー経年劣化問題の原因解析と対策進めるかと軽い気持ちで着手、でも奥が深く嵌ってしまいました。 1ヶ月経過した頃には『これは発注エラーかな』と思いましたが気に留めませんでした。

【前号より転載】
で今回の発注、遅くも2日午前に届くハズなのに来ない、記事に穴が空くと窓口に問い合わせると9月発注と今回発注はキャンセルされてました。 原因はカード有効期限の入力ミスでカード会社承認が得られなかったから、視界が歪む眼病で5と6見間違いミスでした。


すでに老眼初期症状の50代読者も多いかと思います。 いずれほぼ確実に白内障になります、筆者は4-5年前に手術しましたが、その際視界が歪む加齢黄斑変性が発見されました。 今日は高齢男性宿命と言える前立腺肥大の泌尿器科受診、歳は取りたくないですね。


2.生野駅設計と製作
拙ブログに度々登場するメインステーション生野駅ですが、製作過程写真をほとんど残してなく、設計・製作についての解説はしてませんでした。

線形と構内設備を初期の記事で紹介しただけでしたので、図面とわずかな写真に新撮画像を加え紹介します。 筆者が何にこだわったかというお話で、巧拙や優劣とは無関係です。


2-1.設計
生野駅設計には半年近い時間を掛け、何十回も図面を書き直しました。 昭和40年代国鉄亜幹線急行停車駅の雰囲気再現にこだわったからです。

[2021.11.20訂正]ホーム有効長868mmはスロープ含みません。
➊簡単に精度高く敷設可能な既製品で設計しました。 国鉄にはその路線最長列車を規制する本線有効長があり、亜幹線では300mが多かった様です。 スケール換算2mは全く無理なので半分弱140mに相当する930mmにしました。 中山平も笠松も当然930mmです。

【根室本線上厚別駅】・・・極端例
➋本線有効長300m路線のホーム長は大規模駅で9-10両分、小駅や信号所昇格駅は4-5両分も珍しくなくラッシュ時運転蒸機列車がホームからはみ出すのは良くある事でした。 輸送力増強長編成化で目一杯ホームが近郊路線や私鉄らしさなら、本線有効長に対して短いホームが国鉄ローカル線らしさです。 とは言えスペースは限定、6両分の868mmにしました。

【KATO製品紹介ページより】
また雰囲気に合う駅舎はKATOローカル駅舎しかなく、この製品は駅舎ベースに一体化されたKATOローカルホーム組合せ使用前提設計です。 26mm幅ホームは跨線橋設置不能で、近郊型ホーム幅と高さで両端を2mm低くして嵩上げ表現するには大改造が必要でした。

【TOMIX製品ページより】
➌個人レイアウト長手方向標準は1800mm-2400mm、この制約下の4両-6両編成走行には、駅両側ポイントは全て同方向分岐、その先は90度カーブにするしかありません。 何を優先するかは製作者専権なので否定しませんが、駅両端ポイントが180度になるTOMIXカーブポイント使えば実現可能です。 筆者は現実感のある風景を作りたいと考えてるだけです。

【生野駅設計図】・・・機関庫横保線車両側線は製作時追加
線路配置にこだわった最終案です、1本の本線が5本に別れ再び1本に収束します。 本線駅端ポイントは通過列車の制限速度を60km/h以上にする為、構内ポイントより番手の大きい分岐角の小さな物が使われてました、線形変化を与えるコレを再現したかったのです。

しかしユニトラック4番/6番組み合わせ使用は面倒な問題が起こりました。 一つは2/3番線間隔が広い事で、コレはもっけの幸いと融雪溝設置で解決、もう一つは線路長が合わず、1/2番線S64、3番線S29x2で合わせ込みました。 4番線有効長確保して機廻線設置には2度分岐とR315/15度を使い、ここはアッシュピットに見立てたスライドレールを使いました。


4/5番線間が中途半端な線路間隔になるので、当初はここに給水給炭、詰所群配置案でしたが、駅全体バランスが崩れるので砂や灰置場とし(後に時計塔設置)、留置線有効長を犠牲にしてその外側に移動しました。 

【建設中の生野駅左方カーブ】
駅左方は駅端踏切S62Fを介しR718/R481/R348で75度、一般的な線形にするしかありませんでしたが、緩和曲線とその先の短い(S64x2)直線で更に続くカーブの不自然さを薄める工夫をスペースを使い行ってます。 御覧の様に水田は硬質フォームと工作材の畔製です。

せめて片側は駅端ポイント即カーブを避けたかったので、S62F+S186の後、R718/15度で直進トンネルの旧線形が、煙害軽減の緩勾配新トンネル開通のシナリオで設計しました。 なお生野トンネル入口位置や商店配置は製作時に周囲バランスを見て変更してます。

【生野駅右方】
生野駅だけなら有効長300mm延長可能ですが、笠松は930mmが限界、中山平は間延びしてしまいます。 それにこのトンネルを出て駅に近付く列車のローカル線らしい風情が失われます、筆者の自己満足に過ぎなくても趣味とはそんな世界ではないでしょうか。

【中山平貨物側線側】
当時の国鉄駅生野には安全側線や貨物側線があり必要不可欠です。 しかし実現には膨大なスペースが必要で、得る物と失う物を秤に掛け断念し、中山平で実現する道を選びました、合わせ技一本で納得したのです。  


書き出してみると意外なボリュームでとても製作秘話(笑)まで手が回りません。 後日稿を改めてにします。


ではまた。