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。

TOMIX電気設計の検証 その2

前回の続きです。 いやーっ、驚きました、度肝を抜かれ目が点になりました。


4.TOMIX N-1001-CLの分解調査Part-2
4-1.基本の『き』さえできてない回路設計
最初にシステムブロック図作成の為、各部の電圧を計測しました。

ACアダプタージャックを挿入しDCジャック入力電圧を計測すると12.13Vでした。 DCジャックプラスが電源スイッチ、マイナスがGNDに接続されていると誰しも思います。

ところが、電源スイッチ入力を計測すると10.16V、何だろこの電圧は???

電源スイッチ出力はオフ時オープンのハズなのに計測すると0V、念の為導通試験すると0Ω、なな何と電源スイッチが電源側でなくGND側に入っているのです。 小学校の理科実験で乾電池使う時はスイッチをプラス側に入れると教わりましたよね、その逆です。

アルミ電解コンデンサマイナス端子も10.16V、この値自体に意味はなく、浮かせたGNDがたまたまこの電圧になってるだけです。 ADアダプターを挿すだけ電源スイッチオフでも、TCS出力及びサイドコネクター4端子全てがこの電圧(電位)になってます。


電源スイッチオフ時はGNDかオープンが回路設計の鉄則です。 電源スイッチオフ時に機器外部出力端子に電圧が出てる製品が他にあれば持って来てみろ!と言いたいです。

改めで太鼓判押します、TOMIXの電気設計は出鱈目です!


4-2.珍妙な保護回路でポイント切替性能を落とす愚かさ
怒りと言うより呆れ果てて電源スイッチオン、付属機器接続用TCS出力を計測しました、予想は12.13Vと0Vです。 ところがここでも見事に予想を裏切ってくれました。

TCS出力プラス端子は入力より0.27V低い11.86Vでした。 0.27Vはおよそショットキーダイオードの順電圧(Vf)です、多分アレと基板裏面を見ると答えがありました。

DCジャックからのコネクタ入力(+12V)の右に黒いチップ部品が実装されてます、逆接防止ダイオードです。 20年程前までACアダプター電源ジャックに中プラスと外プラスが混在しており、破損防止の為に電源別売製品で良く使われていました。


TOMIX制御機器はACアダプターセット販売です、仮に仕様外ACアダプター使って壊してもユーザー責任、製品保証対象外です。 0.27Vは小さくありません、不要な部品コストかけて電圧落とし、ポイント切替性能を悪くしてるだけです。

続いてTCS出力マイナス端子、これも0Vではありません、5.2mVの微小電圧を計測しました、サイドコネクターマイナス端子も5.2mVです。 左下に見えている金属皮膜抵抗にいや~な予感がしました。

思った通りGNDを金属皮膜抵抗0.18Ωで浮かせてました。 この抵抗両端電圧で電流検出し保護回路動作が目的です。 5.2mVと0.18Ωから無負荷時のボード電流は29mAと解ります、1.25Aアダプター仕様で機器最大出力1.2Aの差50mAがボード消費電流分です。


試みにDCフィーダー出力をショートさせました脱線想定です。 パイロットランプが緑から赤に変わり、DCフィーダー、TCS出力、サイドコネクター全てオフになります。 電源スイッチを一旦オフしない限り復帰しません、保護回路機能は合格です。

保護回路の相方を探すと、裏側のパワートランジスタが回路を遮断していました。 検出系はその下のダイオードです。 ポリスイッチなら部品1個、0.08Ω前後で電圧ロス半分以下、パイロットランプ保護回路動作表示にこんなダサい方法しか知らないんですか?、ここも不要な部品コストかけて電圧落とし、ポイント切替性能を悪くしてるだけです。


4-3.システムブロック図作成
テスターだけでN-1001-CL基本回路構成は解りました。 上位機種はPWM制御に加速・惰行・ブレーキ・無線伝送付加で基本は同じと推定されます。 30年前回路から不器用にコピペした様な超ユニーク回路、動作しますが無駄が多く設計センス悪過ぎです。

N-1001-CLの回路ブロック図です、解析は写真撮影含めて3時間ほど、見易い図面作成に倍近くかかりました。 最初に解析した様に、左下回路出口に電源スイッチが入ります、プロでなくとも電子回路工作される方ならこんな設計しませんよね。


★過電流保護回路動作説明
①全消費電流がおよそ1.5Aに達すると、金属皮膜抵抗0.18Ω両端電圧がが0.27Vとなり、過電流検出ショットキーダイオードをオンさせます。
②検出ダイオードがオンするとパワートランジスタをオフさせ回路を遮断し、パイロットランプ赤を点灯させます。(緑は回路遮断で消灯します)
③パイロットランプ赤が点灯すると保護回路をラッチし、電源スイッチオフされるまでその状態を保持します。

【TOMIX商品企画会議】・・・HPより
筆者はTOMIXの精密金型加工技術、成形技術、塗装・組立技術は高くN車両品質も良いと評価しています、当然制御機器や新システム機器も企画会議が開かれているハズです。 しかし回路設計技術者と品質保証技術者が会議に出席してるとは思えません。 電子機器は仕様だけ国内で決め、設計・生産・品質保証を《一貫して中国メーカーに丸投げ》してるのではないでしょうか?、そう考えない限り理解できません。


《余談》
回路ブロック図書きながら『自分のレイアウト製作放ったまま、オレ何やってんでだろ』って思いました。 でも、この実態を知った以上書かずにはおられません。


ではまた。

TOMIX電気設計の検証 その1

筆者8/31投稿記事、

の中で、計測結果を基に『N-1001-CLは欠陥製品です。』と断じました。 純正ポイントスイッチを使い純正ポイントを確実に切り替える事ができない電気設計だからです。


1.その後の調査で判明したTOMIXポイント切替の実態
その後の調査結果を最初に報告します。

【筆者所有のTOMIX N-1001-CL】
冒頭記事へ頂戴したコメントの中に気になる情報がありました。


Tommyさんからいただいたコメントです、『以前、とあるレンタルレイアウトでは、TOMIXレール&制御システムながらしっかり転換できているので、どのような対策を取ったか聞いたことがあります。 結果としては、パワーユニット内に電解コンデンサが内蔵されているのを、その容量を倍増する改造を行ったとのことでした。』(抜粋)


それに対し筆者は、『 あの波形、電流供給能力不足のドロップと理解しましたが、電源から供給できないのでパワーパックがコンデンサ切替をやっていた訳ですね。 確かにそうすれば走行列車速度に影響がなくある意味なるほどねです。 その前提であの波形を見ると4700μFの放電特性に見えます。』(抜粋)とコメントを返しました。


Tommyさんが「しっかり転換できるのは不思議と感じ、レンタルレイアウト屋さんは「改造しないと使えない」と考えていた事が明白で、筆者が指摘するまでもなくTOMIX制御機器ポイント切替に問題ありと認識しているユーザーが多いと確認できました。


そこで、TOMIX製その他の制御機器スペックを調べてみました。

左上ベーシックなN-600だけ常点灯機能なし出力1A、N-1001-CLを含めその上位機種全て出力1.2A、『TCS出力端子、ポイント用サイドコネクター付き』と完全同仕様です。 相違はワンハンドル制御、マスコン/ブレーキ等、無線伝送の付加機能だけです。


8/31記事でTOMIXパワーパック上位機種はKATOと同じ2Aクラスの前提で記載しましたが間違いでした。 9/13付けで訂正文を追記しました、調査不足をお詫び致します。


『TCS出力端子』がアクセサリー用12V、『ポイント用サイドコネクター』がコンデンサポイント切替出力です。 つまりTOMIX制御機器は全て同じ方式のポイント切替です。

【TOMIX『ポイント用サイドコネクター』ポイント切替電圧波形】
それがどれほど危うい設計かご理解いただく為、動作不可能0.9Aと確実動作1.1Aを電圧換算して重ねました。 確実動作に寄与しているのはヒゲの先端わずか6msec、11.28V出力は、ポイント配線コードと接点抵抗でソレノイド入力が10.7Vへ低下しています。


『ポイント延長コード』使用時は更に電圧低下しポイント切替確実性が失われます。 TOMIXのお粗末なポイントスイッチ設計背景も理解できました、コンデンサ切替式動作不可能領域なので、ON時間が30msecでも100msecでもほとんど関係ないのです。


8/31記事で『N-1001-CLは欠陥製品です』と書きましたが訂正します、『TOMIXのポイント用サイドコネクター搭載機器は全て欠陥製品です』

TOMIXとKATOのポイント配線コードです。 目視はKATOが少し太い程度ですが、触感はかなり違いKATOは硬くTOMIXは柔らかです。 両社ソレノイド電流はTOMIXが1.52AでKATO 0.68Aの2.2倍です、当然電流容量を考慮した設計が必要ですが、両社コードは1A定格だと思います。 両社DCフィーダーコードも同仕様、これは問題ありません。


総体的にKATO電気設計は手堅く、部品選定、確実性、安全性、どれも納得できますが、TOMIX電気設計は動けば良しの手抜きです。 手抜きだけならオモチャで済ませますが、ユーザーを騙して迷惑を掛け負担を強いるやり方を筆者は糾弾しています。


2.装着できるのに使えない!ポイントスイッチN-W

ダブルクロスポイントは複線エンドレス相互乗り入れに良く利用され、TOMIXはソレノイド2個入りです。 KATO製と異なり中央菱型部線路が無電区間なので高速通過しないと停止する、半ば欠陥製品です。 この情報はぎっしゃさんから頂戴しました。

ダブルクロスポイント切替用の純正ポイントスイッチです、ポイント2個構成の片渡り線にも推奨しています、特徴注記にある様に別売専用電源が必要です。 2万円以上もする高級制御機器『ポイント用サイドコネクター』に装着可能なのに動作しないのです。


ポイント1個さえ満足に切替不能な『サイドコネクター』に2個同時切替などできる訳がありません。 筆者が『ダメな製品は基本設計からやり直さない限りダメ』と言ったのはこの事です。 電気が苦手でも使えるレールと機器を提供してあげたのだから、これ必要と言われた製品を買いなさいがTOMIXの経営姿勢の様です、ユーザーを舐めてます。

ユーザーを舐めている極みがコレです、TOMIX自身が延長コードで離れたポイント切替不確実を暗に認めています、ユーザークレームを数多く受けているハズです。


TOMIXは筆者が欠陥製品と断じた全制御機器サイドコネクター改善手段を複数持っています。 Tommyさんコメントの容量倍増も有効で、TOMIXが4700μF⇒10000μF変更する原価は10円程度です。 それをせずこんな製品売り付けるのがTOMIXのやり方です。


製品定価¥4,800、箱の中は多分コンデンサ・ダイオード・金属皮膜抵抗・ポリスイッチだけ、ACアダプタ込みのメーカー調達原価は500円以下です。 購入価格の大部分は、ケース金型代(約200万円)、開発人件費償却と宣伝広告費、全く馬鹿にした話です。


3.N-10010CL分解調査Part-1
ここまで明確にTOMIXにダメ出しをした以上、どんな設計をしているのかN-1001-CLを分解調査し設計検証する事にしました。 TOMIXもまさかストレージオシロを持ち出し設計解析する元電子回路設計者が現れるとは思ってなかったでしょう。

四隅のゴム足の下に上下ケース固定ネジが隠れています。 ここでムッ、法律で義務付けられた原産国表示はMADE IN CHINA、中国製が何でも悪いとは言いません、しかし。

HPの《企画、設計、生産、管理、販売、サービスに至るまで一貫したシステムで、日本製の高い精度を保った製品を仕上げています》、確かに国内生産とは書いてないけれど、そう受け取れる(受け取らせたい)表現です。 こんな所にも経営姿勢が現れます。

ゴム足を外して4本のネジを抜きケースを開けました、基板止めネジ3本と電源コネクタを抜いた状態です。 基板は速度調整ボリュームで表ケースに固定されています。


基板は部品実装密度スカスカのたったこれだけ、現代の電子回路技術は進んでおりKATOも同じです。 基板とケースサイズは人間工学的な操作性で決められています。

速度調整ダイヤルゴムカバーとダイヤルを取り外すと、速度調整ボリュームの軸が現われます。 穴底の六角ナット外しにはソケットレンチヘッドが必要かと思いましたが、大型ピンセットで回りました、基板と表ケースが分離します。

外した基板表面の実装部品は操作系とパイロットランプ程度です。 筆者コメント通り4700μFのアルミ電解コンデンサが現れました、電気の素養があれば放電特性から容易に想像できる事です。 次回電気的検証でTOMIX電気設計を解剖します。


ではまた。

露太本線倉元駅の「それから」

南基台設計が一段落した処でチョイと一服、露太本線倉元駅がその後半世紀近く、どんな経緯を経て今どうなっているか?、思考ゲームをしてみました。 現在は何の変哲もない小さなJR駅に、国鉄時代からこんな物語があったと楽しんでいただければ幸いです。


★1970年(想定時代)

【仮完成の倉元駅舎】
数年前の鉱山閉山で貨物扱廃止になりましたが、上下各11本の旅客列車、補機連結開放の貨物列車、通過優等列車を合わせ、日に40本以上が往来します。 閉塞業務・出改札と手小荷物扱・補機誘導など駅務は山ほどあります。 信号掛は8ヶ所のポイント、8基の信号を操作しタブレット鞄を持って200m以上先の駅舎まで日に何度も往復します。

【山形秋田県境想定の倉元駅時刻表】
朝6時の下り夜行急行通過から夜11時の上り夜行急行通過まで、日中6名、宿直2名体制で14人の国鉄職員が倉元駅に勤務していました。 週6日9H交替勤務+宿直1回、1日休みのシフトです。 ちなみに当時の国鉄従業員数は46万人でした。 


★1975年(無煙化)
倉元から蒸機の煙が消え、旅客・貨物列車は統括制御可能なDD51牽引になりました。 重貨物は重連運転でしたが倉元で連結開放する必要がなく機関車駐在所は廃止され、それに伴い倉元駅勤務国鉄職員は11人に減員されました。

【DD51牽引貨物列車】
この時代に一気に進んだ主要路線電化は露太本線南部県庁所在地までに留まり、全線電化計画は中止されました。 山陰本線や関西本線の様に輸送力増強必要性が低く、トンネル改修等を国鉄財政状況が許さなかったのです。 当時の国鉄従業員数は43万人でした。


★1980年(自動閉塞導入)
露太本線に自動閉塞が導入され、腕木式信号機は色灯式信号機に置き換えられました。 倉元駅ポイント操作は駅舎に変更され、老朽化した信号所建屋は取り壊されました。

国鉄貨物輸送量は長距離輸送花形だった1970年からほぼ半減、貨物列車は3割減りました。 倉元駅勤務国鉄職員は7人になりました、日中3名、宿直1名、週6日9H交替勤務+宿直1回、1日休みは10年前と変わりません。 当時の国鉄従業員数は41万人でした。


★1986年(国鉄分割民営化前夜)
翌年4月の国鉄分割民営化により露太本線はJR東日本管轄になる事が決まってました。 まだ日に数本のDD51牽引客車列車が残っており、DC化は進みましたが出力が低い旧型も多く、倉元はスイッチバック駅として機能を果していました。

廃止された機関車駐在所バラスト跡が残るだけで、建屋類は全て取り壊され構内はガランとしてます。 上り出発線ポイントも撤去され両渡り線と構内本線分岐のシンプルな線形に変わりました。 鉱山跡地は放置され、荒廃を深めながら自然に還ってゆきます。

【倉本駅手小荷物扱窓口】
倉元駅では相変わらず国鉄職員7人が駅務に就いています、この年宅急便に市場を奪われた手小荷物扱が廃止されました。 当時の国鉄従業員数は28万人まで減ってました。 そして1987年4月1日、身分は国鉄職員からJR東日本社員に変わっても、倉元駅の日常に大きな変化はありませんでした。


★1992年(スイッチバック廃止)
夜行急行を除く客車列車廃止と山岳線区用強力エンジン搭載の新型DC投入により、25‰(想定)勾配のこの線区でスイッチバック必要性が消滅しました。 本線上に島式ホームの新駅が建設され、切符販売業務民間委託により常駐JR職員が居なくなりました。

【廃止されたスイッチバック】・・・長崎本線本川内2002年
民営化されたJR合理化策がこんな山の中まで及んできたのです。 旧駅構内跡地は国鉄清算事業団管理になりましたが、利用価値が低い上にバブル崩壊が重なり、一部が駐車場と保線車両待機所として使われただけで、長期間更地で放置されました。


★2017年(現在)
それ以降現在まで25年間、倉元駅は民間委託廃止、生野管理下の完全無人駅になった事以外変化はありません。 夜行を含め急行が全廃され、2時間毎運転DC特急の一部が生野停車する様になりましたが、倉元駅は停車列車が1本減り通過列車が増えただけです。

【2017年の倉元駅イメージ】
これと言った観光資源もないありふれた山間の小駅です。 利用者は1970年から半減、通学高校生の姿が目立ちます。 かつてここがスイッチバックだった痕跡が残っており、時折廃線マニアが写真を撮りに訪れます。


今年はJR発足30年、国鉄消滅30年です、現在JR7社(貨物含む)従業員数は11.7万人、1970年の約1/4です。 時代の要請、分割民営化以外選択肢はなかったと理解しつつも、遠い日の待合室で聞いた通票閉塞機操作音と指差確認の声を懐かしく思い出します。


[註] 公開資料により時代考証しましたが、あやふやな部分はご容赦ください。


★満開の蕎麦の花と実りつつある稲

9月3日法事で茨城へ行った際、稲刈りが始まっているのにビックリしました、当地と1ヶ月以上違います。 この時期蕎麦の花が満開になります。 

畑や休耕田に撒かれた蕎麦が白い花を付け、黄金色の稲穂と斑模様を作っています。


ではまた。