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。

駅をレイアウトする その1

TMSに連載されその後シナリーガイドに収録された『駅をレイアウトする』は手放した号の記事と思ってましたが手元にありました。 改めて読むと一人旅を許された高校進学1年少し前に読み、見知らぬ土地のローカル駅に想いを馳せた頃を懐かしく思い出しました。

【生野駅】
原典は京大鉄道研究会の国鉄ローカル駅構内線形研究レポートで、同会所属員でTMSに寄稿されてたK氏(イニシャルにさせていただきました)が執筆されてます。 拙ブログ既公開記事と一部重複しますが筆者経験とレイアウト製作体験を合わせ、まとめ直します。 なお元記事は2段組なので、項目毎画像となる様に編集しました。


1.序
連載冒頭の序で(当時の)レイアウト製作事例を見ると、駅構内が軽視されており『空いたスペースにポイントやヤードをくっつけてオシマイが多い』と感じ、実感的な日本の駅をレイアウトする=作る為の情報として駅構内線形の類型化と解説を行うと書かれてます。


当時のレイアウトは16番でスペース制約が厳しかったのは確かです。 N主流の現在、駅構内線形が当時より進化したかは疑問、サイズダウン余裕は長編成化に使われ、実感的駅実現に振り向けられてる様に見えません。

実地踏査に基づくレポートなので当然ですが、数年後の旅でその正確さを体験で確認すると共に、日本型ローカル線駅はこうでなくてはならないと、深く心に刻みました。 それは40年以上経てレイアウト設計着手する際も記憶に残っており、露太本線に反映されてます。


2.ポイントのない駅
ミニレイアウトと複線電化(JR/私鉄問わず)レイアウトを除けば駅にポイントがあるのが普通です。 メインステーションとは別に第2の駅を設置する場合に参考になります。

記事によるとDC列車の増加に伴い古くからの駅の間に『気動車駅』としてこの類型の無人駅が数多く作られたとあります。 また、既にこの時代にローカル線の合理化が始まっており、交換施設撤去駅もローカル線雰囲気を盛り上げ面白いと提案されてます。

【『ローカル駅線形考 前編』より転載】
K氏記事交換施設撤去駅は元線形両側Y字ポイントの場合で、筆者は元線形両側右分岐の事例として上記線形を提案しました。

【『ローカル駅線形考 前編』より転載】
またレイアウトに多い勾配区間に第2の駅を設置するなら廃止スイッチバックが面白いと提案しました。 実際に線路敷設スペースなくとも痕跡だけ製作すればそれらしく見えます、10年すれば自然に戻りますからね。


3.列車対向する駅
列車対向可能な2線駅の類型化です。 安全側線有無、スプリングポイント採否を別にして、右分岐/Y字ポイントx2が一般的で左右分岐組合せは少ないと解説されてます。

メーカーから発売されてるレールセットは左右分岐組合せで、複線上下待避線4線駅に都合良い線形でローカル駅には似合いません。 実際は待避列車がポイント反位側線を使う信号所や信号所昇格駅に散見されましたが、筆者はローカル線レイアウト採用に否定的です。


4.貨物側線のある駅
類型化目的の項目と言っても良く、『普通貨物側線のある程度の駅では、列車が行き違いできる様になっている事が多いから、貨物側線だけの駅の数は少ない』と書かれてます。

筆者も旅先で貨物側線だけで対向施設のない駅を見た記憶がありません。


5.対向施設に貨物側線を加えた駅
記事に『北海道から九州まで全国津々浦々どこに行っても見られる日本の駅の最も普通の型』と書かれてる様に国鉄ローカル駅標準仕様がこの型で、半数以上だったと思います。

道路網が発達する以前の長距離輸送は国鉄の独壇場で、仮乗降場や信号所昇格駅等、貨物扱いしない駅も存在しましたが、ほとんどの駅に貨物側線と上屋がありました。

当社中山平駅は『ザ・ローカル駅』にこだわり、そのままの形でモデル化しました。 記事記載ありませんが『改札口前階段踏切とオフセットホーム』も必須条件だと考えてます。

オフセット対向ホームと貨物側線。貨物ホーム上屋のほかに野積上屋も、腕木式信号機の先に安全側線の教科書通りのザ・ローカル駅です。

【中山平駅設計図】
駅舎と貨物ホームは加工してますが、線路は全てユニトラック既製品です。 K氏は3.項で『腕木信号機と遷移転轍機、その先の砂利に隠れたレールは地方線区の一点景』と書かれてますが、ローカル線レイアウトは数あれど先行事例がほとんどないのは不思議でした。 


6.線路3本以上の駅
『駅をレイアウトする』の3線駅解説は待避線類型に絞ったアッサリした内容です。 K氏他の著作から手抜きは考えられず、恐らく60ページ元レポートからTMS記事化の際に割愛されたと推定しています。

3線駅には上下貨物列車待避、優等列車追越し、区間列車折返し、支線分岐と様々な3線必要な背景とそれに適した線形があり、この部分は筆者体験に基づいた3パターン分類の方が解り易いと思います。

【『ローカル駅線形考 後編』より転載】
対向ホーム間に3線を挟み、中央を貨物専用待避線とする3線駅で、記事には古い幹線に良くあったと書かれてます。 3線貨物待避線を持つ個人レイアウト先行事例がなかったので、生野駅に取り入れました。

【『ローカル駅線形考 後編』より転載】
2線駅対向ホーム外側に待避3番線を追加した線形で、3線駅に最も多い標準型です。 3番線は貨客待避の他に、終着折返しや次の仕業までの留置、分岐支線発着ホーム等様々な用途に使えるオールマイティです。

生野駅は線形A/B双方要素を合体した4線駅(機廻し込みで5線)です。

【『ローカル駅線形考 後編』より転載】
支線分岐の3線駅では線形Bの1/2番線本線でなく、2/3番線本線タイプも珍しくありませんでした。 見た目は線形Bに近いですがポイント定位/反位が違い、1番線ホーム有効長が2/3番線より短い場合もありました。[続く]


ではまた。

湖南電源⑱安全性保証回路 その後-3

前回更新に対し『おじさんK』さんから頂戴したコメントで、トンデモナイ勘違いしてた事に気付きました。 ラッチ回路オフ特性の22msecは電源+とGND間アルミ電解コンデンサの放電特性ではないかと指摘を受け、調べると正にその通りだったのです。

【前回記事より転載】
電源+とGND間にはメインボード・安全性保証回路に各100μF、計200μFを設置してあり、ラッチ回路オフ(=電源オフ)時にアルミ電解コンデンサに充電された電気(電荷)がPWM出力H時0.5A、L時0.03Aで放電する時間計算すると約60msecになりました。

つまり約1000倍長い電源オフ過渡応答特性を見てラッチ回路オフ特性と勘違いしてた訳で、お恥ずかしい限りです。 電気プロ読者の適切な指摘で助かりました、『おじさんK』さんありがとうございました。 ところでこの勘違いは重大な意味を持ってます。


★解った事
まず過電流検出しPWM出力H時TR94(TR93)がオンしてラッチ回路オフできても、PWM出力L時に電源+が長時間HなのでTR92がR93とC91時定数でオンしラッチ回路を再度オンさせる、つまり2値保持機能ラッチ回路がオンしっぱなしという笑うに笑えない話です。

【前回記事より転載】
勘違いはあっても前回記事の『電圧比較』『ピークホールド』『電流増幅』機能追加の有効性は変わりません。 しかし設計完了しながら先に進めなかったのには訳がありました。

KATOやTOMIXも0.47Ω金属皮膜抵抗使った過電流検出で保護回路動作させてますが、こんな大規模な回路使ってる訳がありません、どこかに見落としがあり突破口があるハズです。 この辺りは理屈でなく勘です。


それに勘違い発見で大きな疑問が生じました、このまま進めても良いのですが、疑問解明に突破口のヒントが隠れてるかも知れません、これも理屈でなく第六勘です(笑)


★大きな疑問・・・予備実験では何故動作した?
PWM出力に使用してる2SA1359を使った予備実験では出力電圧3Vで保護回路動作、常点灯想定の出力電圧1.2Vで非動作でした。 現在の回路ではデューティー100%近くでないと保護回路動作しないと解りました、何故予備実験では3Vで動作したのか解析しました。

回路図C92 100μFは本実験で電源+ノイズ除去予防措置として追加しました、予備実験はメインボードの100μFだけで電源オフ時応答時間半分、ここで2倍違います。
予備実験では1μF前後が適当と思われたC91に手持ちがなく10μFを代用し、本実験ではマージン確認した上で0.1μFと1/100の容量に変更しました。これが大きかったのです。

過電流検出でTR93がオンTR92がオフします。 PWM出力がLになると電源+がHなのでC91チャージをR93/C91の時定数で抜き20μsec後再度TR92がオンしてます。 予備実験は20μsecが100倍の2msecでした、①と②で200倍ラッチ回路がオフし難くなってます。
TR91に予備実験では高速スイッチング用2SA1359を暫定使用し、本実験では電流容量の大きいオーディオ用2SB1018を調達し使用しました、周波数特性10倍違います。 TR92がオフしてからTR91がオフする時間Toffはデータシートに掲載されてないので確定的な事は言えませんが、本実験の2SB1018が数倍長いと推定され、①~③で1000倍前後違います。

疑問解析結果で解った事を譬え話でまとめると以上の通りで、予備実験出力電圧3Vで保護回路動作したのは、部品定数選択による偶然の結果で動作確実性の保証がありません。

解決の方策は三つあり再び譬え話にすると以上の通りです。 この内対症療法②を除外すると、①か③になります。 ①はここまでやらなくてもできるハズの想いに加え、部品数が多く基板サイズと収納スペース確保に苦慮してます、そこで③の可能性を検証しました。


★新アイディア③の検証
アクセルを踏ませない、すなわち電源+の充電電荷のラッチ回路再度オンを防ぐには逆流防止ダイオードを追加すれば可能です。

Hyper-G逆起電力保護に使用したショットキーダイオードをラッチ回路出力に挿入しました、なおC92 100μFは除去しました。 ロスは約0.2V、各ノッチ最高速度が落ち微調整必要ですが、それはまた別の話です。

挿入ショットキーダイオード両側にプローブを付け電源オフ試験すると、電源+は1Vに低下するまで100msec掛かりますが、ラッチ回路出力はほぼ瞬時に0Vになり、電源+によるアクセル効果は除去されました。 これで保護回路動作すれば①の大規模回路は不要です。

恐る恐る出力電圧1.2Vショート試験すると保護回路動作しました。 前の電源オフ試験と横軸10倍違います、ラッチ回路出力はショート後数回バタついて0.5msecでオフしてます。 このバタつきが非常に気になります、更に出力電圧を安定発振下限値まで下げました。

安定発振下限値0.6V、20KHz強です、0.6Vは電源電圧5%でデューティー5%、約2.5μsec幅のパルスが並んでます。 ここで出力ショート試験すると保護回路が動作したりしなかったり懸念してた結果になりました。

保護回路動作時の応答特性です、ショート後ラッチ回路出力は何回もオンオフを繰り返してバタつき3.3msec後にオフしてます、保護回路動作しない場合はバタつき後に再オンしてると考えられます。 電源+のアクセル除去したのに何故こんな事が起きるのか?、残る要因はこれまで電源+にマスクされ計測できなかったTR91のToffしかありません。

【『安全性保証回路 その後-1』より転載】

2SA1359のHyper-G出力Toffは1.3μsec、予備実験は低損失重視でベース電流2倍にしたので2-2.5μsecと推定されます。 本実験2SB1018は周波数特性1/10なので10μsec前後と仮定して、本実験ラッチ回路オフし難さ3条件合わせ1000倍と推定しました。 ショットキーダイオード挿入でToff計測可能になったので計ってみました。

チョッと驚く結果、推定値3倍の30μsecでした。 ダイオード挿入前TR92が再オンするまで20μsecでした、それより長いToff30μsecではTR91が自分で自分をオンしてしまい、それがバタつきの原因と解りました。


★設計やり直し
TR91は電源オンでオンし過電流検出でオフするだけなので高速応答性より損失少ない方が良いと考え2SB1018を選定しました。 これが大失敗、電気一般は理解できても電源プロじゃないので仕方ありません。

2SA1359でラッチ回路動作確認予備実験しましたが、電流容量不足と2CHフルパワー時損失が大きく使えません。  ダイオード追加損失で後段回路見直し必須なので、低損失より高速応答性を重視し、2SA1386に置き換える事にしました。

【最終回路】・・・赤字更点。
TR91ベース電流減らしたのでR93/R94を5.6kΩ⇒10kΩに変更し、C91の0.1μF⇒1μF変更と合わせTR92再オン時定数を18倍にしました。 TR91変更と合わせラッチ回路再オンを防ぎバタつきをなくす対策です。

部品配置も再設計、発熱するベース抵抗影響を抑える様に工夫しました。 電源ライン青部でパターンカットしてショットキーダイオードを入れます。 2SA1386と1μFが不足部品、またまた秋月調達でトホホです。


ではまた。

KATO D51ナメクジ届きました

11月27日宅急便で荷物が届きました、予約注文のD51ナメクジです。

良く利用するこの通販店は送料無料下限金額が設定されてるので、いずれ必要になるTOMIX腕木式副本線用場内信号機1基同時発注でクリア、久し振りに製品リストチェックすると、KATOからスポート含む小物セットが発売されてたのでついでにポチッしてました。

外観は相変わらずのKATOクオリティ、早速レイアウト上でD51ファミリーに御対面です。 当社は蒸機入線整備を業務提携先の湖南工場へ委託しており、先日購入したハチロク2両もそのままになってます。


2年前6両入線整備に対しレイアウト制御法開発、今回はバーターで供給を約束したHyper-G高機能2CH湖南電源完成納入が遅れてるからで、ネジを巻き直さなければなりません。

生野駅留置線で長野式集煙装置付きとのツーショットです、外観が明確に差別化されたバリエーション展開は良い物だと感じます。

KATO新製品告知でスタイルブック確認するまで知らなかったのですが、確かにナメクジのキャブ屋根は標準型よりわずかに短くなってます。 製品特長明記は以前バージョンが標準型と同じだったからと思われます、知ってしまうと小さな差が気になるんですよね。

シルエットラインがクッキリする夕陽ライト当てて一枚、ナメクジドームとボイラーの接続ラインも美しく造形されてます。

部分レールクリーニング区間で走行させると、ロッド動きが見える低速からスムースに加速するKATOコアレスモーターの上質な走りです。 入線整備前で常点灯不能なので、明るくした南基台で低速走行写真撮影をしました、ヘッドライトは十分高輝度に点灯してます。

蒸機模型はそれが似合う風景の中でより引き立つと感じてます。 最近2回半世紀前のTMSを紹介しましたが、当時のカツミ16番D51と同価格で精巧で走行性能が格段に良い蒸機模型入手できる幸せを改めて感じます。


ではまた。