煤式自動連結器

亀師匠から受注していた、3出力パワーパックをふたたび作ります。いや、もっと前に作ってって言われてたんだけど…冷房も暖房もないわが工房はとにかく夏はアカンので、最近ようやくまともに過ごせるようになったところ。

以前作ったときからもう10年も経つのか…

3出力パワーパックの製作(その1)

亀師匠から注文が入りました。「外国車も走らせられるようにパルス式じゃなくて、引き込み線などに応用が利くように3系統の出力を持つパワーパック」という内容です。 運転会で酷使しても大丈夫なように、高出力、高耐久性を重視した仕様にします。 あると嬉しい電圧計・電流計を備えていますが、スイッチ部分を除いた回路自体は極めてシンプル。ユニバーサル基板の上はがら空きです。電源はいつもどおりノートパソコンのACア…(以下略)

で、10年経ったんだけど、回路構成は10年前のままで作ることにしました。なにも進歩していない? いやいや昔ながらのトランジスタ制御こそが注文内容なんですよ。どんな車両にもやさしいところが。

ちょっと違うところといえば出力。前回は運転会用に3Aまで出せるようにしていたけれど、今回は家庭用ということで最大2Aまでとして下面の強制空冷ファンは実装しません。電流計もDC2Aのものにしました。まー2Aもめったに出さないんだけどねー。

ACアダプタは東芝のパソコンのものではなく汎用的な12V2Aのアダプタを使うためジャックの形状も2.1mm標準DCジャックに変更。12Vのアダプタを使うので、Vbe=0.6Vのため最大でも11.4Vまでしか出せないのですが、師匠の使い方なら「12Vのフルスピードでグリングリン走らせる」なんてことはないので大丈夫だと思います。もちろん電圧の高いアダプタを使えばもっと高電圧出せます。あんまり意味ないと思うけど。

さて、ようやくすべての材料が揃いましたよー。勤務地が新大阪から京都駅付近になって大阪市内に行くのに通勤定期券が使えなくなったので日本橋の共立エレショップに行く電車代が惜しいというセコい理由から、秋月電子通商で全部買っちゃいました。ケースはモノタロウで。中の部品は仕様さえ合っていればいいんだけど、ツマミやトグルスイッチは触って感触を確かめたかったところ。これが通販の弱点だよね。

ケース・ACアダプタ・電圧計・電流計。製作費用の6～7割はこの4大部品の価格。でもケースは妥協したらダサくなるし、計器はやっぱり針が動くほうが見ていて心が躍るからアナログなのです。

さらに前回の設計図は当然紛失しているので新たに作りました。だいたい前回どおりだと思うんだけど…

これを印刷して、計器の大穴部分だけくりぬいたものをケースに貼り付け。

さあ、まずはケースを加工していきましょー。加工といってもいろんな大きさの穴をあけまくる&面取り作業なんですケドね。

回路図ができたのであとは実際に作っていけばいいのですが、いつもユニバーサル基板を目の前にしてうーんうーんと実体配線に悩むので、今回は新兵器を導入することにしました。

「PasS」という、かなり古いけれど使いやすそうなソフト。

PasS(Parts Arrange Support System)は、ユニバーサル基板上等に電子部品を実装し、配線を行うための部品配置図や配線図を作成するための補助ソフト(基板エディタ:電子CAD)として開発しました。趣味での電子回路製作や、学校等の 電子回路関連の教材・レポート作成等にも活用することが可能です。

• 部品や基板を記号ではなく実際のイメージで簡単なマウス操作で配置し配線できます。
  部品・基板を記号ではなく実際のイメージで配置し配線できます。
  配置配線処理は主に表面より行いますので、回路図を見ながら効率的に作業を行うことができます。
  配線の種類は、「裏面配線」、「表面配線」、「裏面被服配線」「表面被服配線」の4種類です。
  「基板外形線」で、基板の形状を設定することができます。
• 組立図などの作成に便利です。
  作成した実装図のイメージは、クリップボード経由で他のアプリケーションに絵として引き渡すことが可能ですので、組立図などの作成に便利です。

これをWindows10上で動かすのではなく、VMware12で動かしているWindows XP機にインストールしました。

ちなみに回路図を書くのも「EScad」というこれまた古ーいソフト(もはやウェブサイトも存在しない)をありがたく使わせてもらっているのですが、やはりWindows10上ではちょっと不具合が出るため、VMware12で動かしているWindows XP機にPasSと同じくインストールしています。

「カウンタIC 4017を使って3灯式信号機用の回路を作る。(その3)」の続きを読む。

さて、いちいちSW2を手で操作して黄や緑にするのは現実的ではないので、一定の周期で14番ピンにパルスを送るようにしてみましょう。SW2を取り去って、555の3番ピンから4017の14番ピンにパルスを流し込むようにしてみました。

タイマIC 555はいろいろあるのですが、どんなものでもいいと思います。手元にはNE555っていうのがあるので、それを使います。555の7番ピンに入る抵抗、6番ピンから2番ピンを経由して電解コンデンサにつながる抵抗、電解コンデンサ、この3つの数値でパルスを発生させる時間が変えられます。

• タイマーIC、555発振回路
• タイマーIC 555にまつわる計算

抵抗はいずれも100kΩ、コンデンサは10μFで計算すると、パルス周期は2.079秒という結果でした。これをもとに手持ちの部品をかき集めて、回路を組んでみました。視覚的にパルスの発生を見たかったので、LEDに1kΩの抵抗をつけ、電源電圧は5Vにしました。

ブレッドボードは使ったことないし、持ってないし、よくわからないので、今回もいつもと同じ空中回路です。5番ピンについているコンデンサは、0.01μFのものがなかったので0.1μFにしましたがまったく問題なしでした。

実際の時間を測ってみると2.2秒くらいの周期でパルスが出ています。いくつか部品を変えてみましたが、いずれも計算結果より10%増しくらいの時間でパルスが出ます。

小型のレイアウトなら2.2秒周期でもいいかもしれないけど、1周するのに10秒以上かかるようなレイアウトならもう少し長い方がいいかも。R2(7番ピンから2・6番ピンにつながっている抵抗)を200kΩにすればパルス周期は約3.5秒。最低でもこれくらいの時間があったほうがいいかなぁ。半固定抵抗や可変抵抗にしておけば、いろいろ試すことができておろしろいかも。

ついでに5灯式の回路も考えてみました。

基本的には3灯式と同じなんですけど、5灯式信号機は上から黄・黄・赤・黄・緑の順にならんでいるので、黄(Y1)・黄(Y2)・赤(R)・黄(Y3)・緑(G)として回路図を見てくださいね。

立ち上げ直後やリセット後はもちろん「停止」現示のRのみですが、次は「警戒」なので2番ピンからの電流でY1とY3を同時に点灯させます。次は「注意」なのでY3だけを光らせますが、ダイオードでY1に電流が行かないようにしておきます。次は「減速」なので7番ピンからの電流でY2とGを点灯させます。最後は「進行」のGのみ点灯なのでY2に電流が流れないようにダイオードでつないでいます。ダイオードを2個通る場合もあるのでLEDの輝度がばらつかないかっていう懸念はあるのですが、たぶん大丈夫かなーと勝手に思っています。

5灯式信号機のときは、14番ピンへのパルスは2.2秒でちょうどいいかな。あまり長いと信号が緑になる前に列車が1周してくるなんてことがあるかもしれません。

「複々線に5灯式信号機をつけたら、見ごたえあるだろなぁ。」なんて考えておきながら、そんな壮大なレイアウトを作る予定はないので、とにかく3灯式信号機を完成させないとネ。

以前、大量にチップLEDを買っておきながら、ずっと放置していた信号機の制作。なぜか急にやる気が出てきて、作ってみる気になりました。しかしなんでだろ、動機がわからないや。

今年の夏は本当に久しぶりに青春18きっぷを買って、純鉄道旅行をしたことによって熱いパトスがほとばしった、とかかな。

巷には「TNOS(TOMIX Traffic model New Operation control System)」というトミックスの新しい制御システムがあるようですが、そんな大きな野望ではなくて、ただ単に「信号機が光ったらいいよね」レベルの閉塞信号機ごっこです。でもその気になればきちんと閉塞の仕組みも作れるのかもしれない。(線路に印加された電圧を検知して赤から緑に変わるような出発信号機も作ってみたいけど、これは今後のネタということにしましょう。)

既製品の信号機と同じように動作させるつもりだけど、既製品の気にいらない点は、とにかく見た目が不満。あと価格がちょっとしんどいかなぁ。

TOMIXもKATOも信号機が大きくてやたらと肉厚なところが、どうしてもがまんできないのです。それで以前(ってもう10年前?!)に

1608サイズ チップLEDで3灯式信号機を作る。

1608(1.6mm×0.8mm)のチップLEDも買っておいたので、3灯式信号機でも作ってみましょう。素材はグリーンマックスの3灯式信号機を使います。今回の加工内容は先輩方がすでにやりつくしていることなので気が楽です。参考にしたウェブサイトは、「3灯式信号機をチップLEDで試作」。信号機自体の加工はだいたいこのサイトのとおり。 ダミーとしては良くできているグリーンマックスの3灯式信号機。まずはφ0…(以下略)

こんな感じでグリーンマックスの3灯式信号機にチップLEDをくっつけて信号機を作ったことがありました。でも回路部分を何も作らずに、そのまま熱が冷めてしまって…

10年たっても技術力は変わらないので、マイコンとか使えません。古典的な方法ではあるけれどタイマIC 555で周期的にパルスを作って、カウンタIC 4017で現示の色を切り替えていき、「赤→黄→緑、リセットを踏むと赤」になるようにしたいと思います。

555でパルスを発生させる部分は後回しにして、まずはメインの4017周りの考察をしてみましょう。

手持ちの74HC4017(C-MOS)を使おうと思います。これは出力電流を25mAくらいまで流せるようなので、チップLEDを駆動させるのにトランジスタや駆動用のICは必要なさそう。

4017の使い方で参考にしたサイトはこちら。

• 10進カウンタ⁄デコーダIC 74HC4017
• 鉄道用LED信号機システムの自作

回路は、とりあえずこんな感じでいいかな。

真ん中あたりにあるSW2っていうスイッチをオンオフするたびに、信号機の現示の色が赤から黄、黄から緑になります。(この検証をするんだったらSW1もSW2も、押しボタン式がいいと思う。レバガチャでもいいとは思うけど、ちょっと美しくないかな。)

緑になったあとは、緑を点灯する4番ピンとともに13番ピンにも導通することでカウントアップを途中で止めてその状態を保持するので、その後SW2をいくらオンオフしても緑のままです。緑から赤にはならないですぞ。

右の方にあるSW1をオンにすると、15番ピンへ導通してリセットされ、赤になります。緑からも黄からもとにかく赤になります。これを一般的なスイッチではなく、センサーによって車両の通過を感知するようにすればいいってわけですね。(実はこのセンサーの仕組みを考えることがいちばん頭を使うところかもしれない。外光の遮断を検知するのか、反射光を拾うのか、接触センサか、磁石か、などなど。)

同様にSW2の部分を1つ先・2つ先の信号機に連動させるように組み合わせると、ガチの閉塞信号機のシステムを作ることができます。大変だけどね。

ということで、ここまでが信号機回路の基本的な部分です。次回はもう一歩、踏み込んでみましょう。