MORI Hiroshi's Floating Factory
Model Railroad Workshop
A&B Report
2010年 1月号
A Happy New Year !
／☆Go Back☆／
寒くなりました。庭園鉄道には少々厳しいシーズンですが、この時期は工場での作業が進みます。春に向けて、新しいものを作りましょう。
弁天ヶ丘線の工事は既に終了し（ほぼ完成し）、Ａ＆Ｂレポートが３カ月に１度、つまり季刊になって３号め、2010年１月号をお届けします（実は取りにきてもらわないと読めませんが）。この３カ月の間に、秋のオープンディが合計５回開催されました。弁天ヶ丘線はあと数ヶ月で廃線となりますので、オープンディは実質的にはこれらが最後になりそうです。今回のレポートは、突然の思いつきから研究・開発を始めたジャイロ・モノレールがメインです。
Ａ＆Ｂレポートでは、記録的な意味で主なニュースのみを取り上げています。より詳細な情報は、毎日アップされていた欠伸軽便の掲示板（過去2000件はサーバに保存されています）、または、新しくスタートした欠伸軽便のブログ（Construction in Waterloo）をご覧下さい。前者の掲示板は現在は書き込みはできません。１年間ほど閲覧のみ可能です。
本レポートの写真は、クリックすることで大きなものを見ることができます（ポップアップしたウィンドウはご自分で閉じて下さい）。
動画はYouTubeを利用しています（こちらが欠伸軽便のチャンネル）。
機関車製作部のトップページから、過去のすべてのレポートを見ることができます。
『庭園鉄道趣味』と『庭煙鉄道趣味』
一昨年と昨年に発行された『庭園鉄道趣味』と『庭煙鉄道趣味』です。わざわざ購入される方はごく少数かと思いますが、超マイナな本ですので書店やブックオフでは入手困難、しかもいつ絶版になるかわかりませんので、買える間は表示しておきましょう。今後、出版は予定していません。この２冊が最後です。
通常業務
年間を通して最も気持ちの良い季節は、当地では11月です。したがって、この時期に運行が一番多くなりますし、オープンディも集中的に開催されます。写真は、19号機DB81、２号機AB10、12号機AB20です。いずれも弁天ヶ丘線の主力機。特にトラブルもなく、よく働いてくれます。
次は、10号機インスペクションカー（またの名をカメラボーイ、あるいはレールバス）。そして、昨年のＪＡＭで展示したカブースとヘンリィ（またの名をレールスター）。
インスペクションカーの走行シーンの動画はYouTubeに沢山アップしましたが、主なものを以下に・・。
*MOVIE in YouTube*
*MOVIE in YouTube*
*MOVIE in YouTube*
そして、蒸気機関車です。20号機シェイと15号機コッペル。オープンディでも大活躍でした。
シェイを運転しながら撮影した動画を２つ。
*MOVIE in YouTube*
*MOVIE in YouTube*
コッペルを運転中の動画と、運転しているところを撮影してもらった動画です。
*MOVIE in YouTube*
*MOVIE in YouTube*
小さい機関車たち
この３カ月の間にも、何台かの機関車を入手しました。ほとんどは、45mmゲージか32mmゲージのものです。１枚めの写真は、Streamlinesが完成品とキットで発売していたシェイです。サイドにあるエアタンクのようなものが燃料のガスタンク。２枚めは、以前に製作したバグナル（アキュクラフトのMortimerを改造）で、7/8インチスケールです。
バグナルが走行中の動画がこちらに。
*MOVIE in YouTube*
これも、ジャンクで入手した機関車を直して、ちょっとお化粧をしたもの。エンジンは１気筒オシレーチングで、ボイラの上にあります（upper typeというようです）。屋根を取り付け、塗装をし直し、手書きのレタリングで、工業用車両の雰囲気にしました。意外によく走ります。
この機関車の動画がこちらに。
*MOVIE in YouTube*
このシェイは、ジャンクで入手したものに、キャブを取り替え、給油機を新設したもので、ＪＡＭでも展示しました。その後、まったく同じ機関車をもう１台入手し、Hyde Out Mountain Live Steamというメーカのものだとわかりました。もともとは固形燃料を使用するものでしたが、アルコールバーナを自作して走らせています。
シェイの動画がこちらに。
*MOVIE in YouTube*
ときには息抜きの軽工作が必要ですが、欠伸軽便では、明らかにそちらが主流になっています。「これを線路で走らせたい！」というものを見つけたら、マブチモータとギアを組み込んで、翌日か数日後にはもう走行テストです。１枚めの写真は、16mmスケールのＤＬで、ブリキのハンドメイド品をオークションで入手。２枚めは、クッキィの缶のジープ。それから、４枚めは、ボディだけジャンクで手に入れた（たぶん）ＯゲージのZephyrです（３枚めの写真は、このために自作した台車と駆動部）。
ジープの動画がこちらに。
*MOVIE in YouTube*
Zephyrの動画がこちらに。
*MOVIE in YouTube*
シングルドライバ
オシレーチングエンジンを使ってシングルドライバ（動輪が１軸の機関車のこと）を作る予定が以前からありました。エンジンは科学教材社のもので、井上氏設計のシングルドライバ（『模型とラジオ』に記事掲載）のためのパーツです（普通のエンジンよりシャフトが長いだけですが）。動輪と従輪は、いずれも、ＪＡＭのときアスターで購入したパーツ。あとはボイラだけでしたが、春にダブル・フェアリィを作ったときに余剰となったMamodの炙り式ボイラを使うことにしました（汽笛付きですし）。写真は、シャーシを作っている途中です。今回は珍しく、真鍮ではなく鉄板を使いました。ぐずぐずしていると錆びますが、加工自体は楽です。
この１枚めの写真が、ボイラ下部にセットしたバーナ（タンクと一体型）を覗き見ているところ。２枚めが、塗装をしたあと、３枚めは、上手く走ったので、ライトを２つ取り付けたところで、まさに奢った感じです（このライトは、電池内蔵で点灯する高価なパーツなのです）。大変よく走りました。Sindbatと命名し、前面にコウモリのバッジを取り付ける予定でしたが、肝心のバッジが見つからず、まだ取り付けていません。
2009年は、小さな機関車を何台も作りました。これまでで最も沢山金属加工をした年だったと思います。
シングルドライバの動画がこちらに。
*MOVIE in YouTube*
エトセトラ
３気筒直列のオシレーチングエンジンです。ジャンクで入手したものですが、届いてみると驚きのサイズ。こんなに大きなオシレーチングエンジンは初めてです。振動は大丈夫なのかな、と心配になりました。しかし、エアで回そうと思ってもどうしても動きません。順番に調べていくと、なんと、シリンダと擦れ合うベースの板に穴がありません。どうやら未完だったようです。しかし、ここだけが未完というのもちょっと不思議です。作り直していた途中でしょうか。とにかく、ベースに穴を開けてみたところ、無事に動きました。ただ、パワーはなく、なんとか回る程度で、振動が問題になるほど高回転しませんでした。もともとの設計に無理があるのではないでしょうか。
あとの２枚は、Biller Bahnというドイツのおもちゃで遊んでいるところ。以前から、オークションに出たものを少しずつ集めています。ゼンマイで動く機関車は４台で、ＳＬとＤＬ。あとは、貨車とオープンの客車たち。線路もポイントも沢山集めました。ターンテーブルやクレーンも最近入手しました。
３気筒エンジンの動画はこちら。
*MOVIE in YouTube*
Biller Bahnの動画はこちら。
*MOVIE in YouTube*
オープンディ
まずは、第９回を迎えるスペシャル・オープンディ（11月14日開催）です。朝まで雨でしたが、皆さんが集まった頃には（団長星野公男氏の魔力で）晴れ上がり、絶好の庭園鉄道日和となりました。今回のメインは佐藤氏の新作、ワシントン4-4-0です（１枚めの写真）。素晴らしい仕上がりに溜息が出る芸術品です。２枚めの写真は、木内氏製作のＤＬ、そして、３枚めは、我が社のAB20を運転する佐藤氏と愛犬のアル君です（お利口ですね！）。
小さいサイズのライブスチームも沢山集まりました（ライブ以外には、小池氏のプロペラカーや諸星氏のマッチ箱レイアウトが）。１枚めの写真は、和田氏が走らせていた列車です。アスターのグラスホッパ用の客車を改造したものです。２枚めは、井上氏の旧作のガーラット。素晴らしい走りっぷりでした。最後の１枚は、２年まえのＪＡＭで見せてもらった和田氏のＨＯゲージのドックサイド。小さいですが、ガス焚きのライブスチームなのです。嬉しいことに、これを１台譲っていただけることになりました。もともと、同じ和田ワークスの45mmゲージのドックサイドが、ライブスチームの最初の１台だったのです。この機関車には縁がありますね。残念ながら、ＨＯゲージの線路がないので、まだ走らせていません。走らせたら、また動画をアップしましょう。
秋のオープンディはこのほかにも何日か無事に開催されました。弁天ヶ丘線のオープンディは今期限りということで、参加された皆さん、いつもよりも余分に楽しまれた様子でした（どの日も夜間運転がありました）。その一部を動画でご紹介しましょう。
17号機Jackの運転風景を２つ。
*MOVIE in YouTube*
*MOVIE in YouTube*
AB10で、ガレージの中へ入っていくところ。
*MOVIE in YouTube*
AB20で、ポーチサイドへ到着するところ。
*MOVIE in YouTube*
AB20で、ガレージ内を通り抜けるところ。
*MOVIE in YouTube*
シェイがバラ駅を通過するところ。
*MOVIE in YouTube*
Jackが、西庭園、ウッドデッキ、石畳軌道を走るところ。
*MOVIE in YouTube*
ジャイロ・モノレールの開発
gyro monorailは、１本のレールの上を走る車両で、イギリスのBrennan、ドイツのScherl、ロシアのSchilovskyらが、1903〜1910年頃に発明・開発した技術です。実物大の車両も数台作られましたが、残念ながらいずれも実用には至っていません。その主な理由は、自立するためだけに相当なエネルギィが必要（特に貨物や客車などの全車両にジャイロが不可欠）であり無駄が多いことです。しかし一方では、高速で急カーブが曲がれる（乗員に遠心力がかからない）、線路の建設が簡単などの利点があります。
2007年のＪＡＭで、井上昭雄氏が挑戦されたテーマですが、その後も、ときどき思い出して、どうにかならないものか、と考えていました。それが、昨年の11月に突然ある発想を持ち、まず理論的に機構が解明できましたので、実験をすることにしました。ネットで調べても、どうやってバランスを取るのか、という最重要な部分については、詳しく書かれている資料はなく、最も参考になったのは、部分的ですが、運動方程式からの展開が書かれていた文献です。おそらく、今では誰もこの技術を正確に理解していないのではないかと思われます。というのも、それらの文章を書いた人は、「ジャイロが姿勢を安定させている」という言葉だけで納得し、そのさきの本当の理屈を知らないようなのです（文章の表現でそれがわかります）。同様の機能は、センサや電子回路によって今や容易に実現できるものですので、現代では実用的な価値は低いわけですが、考古学的な意味で、古い技術を発掘する作業は大変面白く、知的スリルの連続でした。今回、曲がりなりにも完成したモデルは、現在稼働するジャイロ・モノレールとしても、たぶん世界唯一だと思います。趣味的な楽しさは、まだまだ続くでしょう。
なにはともあれ、まずは、こちらの動画をご覧下さい。
*MOVIE in YouTube*
まず、理論を確かめるために、ホイール１つをマブチの280モータで回すジャイロを作り実験車に搭載しました。ホイールは真鍮製で直径は40mmです。スピン軸は垂直でも水平でも良いのですが、２号機からはすべて水平軸スピンとしました。１枚めの写真が２号機で、こんな簡単なものでも、バーの上に自立します（ただし、ちょっとした衝撃ですぐ倒れてしまいます）。
２枚めの写真は３号機で、ジャイロがバージョンアップしています。実験をするためには、設定を容易に変えられる機構が必要なので、各部が調整できる工夫をしました。３枚めでは、初めてホイールもモータも２機のツイン・ジャイロにしました。左右のジャイロは逆回転（モータ側から見ると同方向回転）しています。肝心なことは、ジャイロの歳差（すりこぎ）運動を阻害しないこと。さらに、ジャイロのジンバル（歳差運動をするフレームのこと）をポテンシャル的に不安定な設定にすることです。
しかし、このようにジャイロだけでは、そっと立たせれば立ちますが、走行させるとなると、安定範囲が狭すぎます。さらに安定性を求めるには、傾いたときに元に戻すような力（復元力）が必要になります。このため、研究はバランシング・システムの開発に移りました。最も簡単なのは、ウェイトをサーボモータで左右に動かすことです。実機でもこの方法を採用したデザインが存在しています。しかし、いろいろ試しましたが、模型ではこれが上手くいきませんでした。
最初の成功。２号機がバ−の上で自立しています。最後は電源を切り、倒れます。
*MOVIE in YouTube*
３号機が自立しているところ。これも最後は電源を切り、倒れます。
*MOVIE in YouTube*
同じく３号機が自立しているところ。後ろでウェイトを左右に動かしてバランスを取っています。
*MOVIE in YouTube*
この１枚めの写真は６号機で、ツイン・ジャイロにウェイトによるバランシングを行うタイプです。ウェイトを動かすのはマニュアルですから、傾きを見て、それを修正する操作をするわけです。ジャイロがあるため、動きは緩慢なので、このようなものでも立っていることは可能です。
２枚めの写真では、これに走行装置を加えて、線路上を走らせる実験をしました。ジャイロで２つ、バランシングで１つ、走行で１つ、合計４個のモータが必要なので、電池の数も増え、車重が増します。ここでは、サーボで左右に振るウェイトを電池ボックスにしています。しかし、まだまだ思いどおりの機能を発揮しません。
ここでもう一度、運動方程式に戻り、ついに画期的な方法を思いつきました。ジャイロのジンバルにサーボによって力を加えることです。ただ、ジンバルの動きを阻害するとたちまち倒れますので、必要なとき以外は抵抗なく動くことが条件です（これがけっこう難題でした）。３枚めの写真の奥が、６号機にジンバル制御サーボを組み込んだところです。サーボはラジコン用のものでギア比を変えるなどの改造をして多数試作しました。ちなみに、手前にあるのは７号機で、少し大きいホイールのジャイロを製作している途中で試したもので、垂直軸スピンタイプでした。このタイプは、調整が難しく成功しませんでした。
６号機は、バランシングはマニュアル操作ですし、電源を車両に載せていないなど、不完全なものでしたが、結果的にこの成功が最も大きなステップになりました。何分間でも自立させられるようになったのです。
６号機が線路の上で自立するシーン。リモコンでバランシング操作をしています。
*MOVIE in YouTube*
バランス・システムのメカニズムが決まれば、あとは、これを自動化することが目標になります。これは理論的には難しくはありません。ただ、ジンバルの変位ではなく、速度によってスイッチングする必要があるため、そのスイッチの機構にちょっとした工夫が必要です。具体的には、適度に滑るレバーを用いてスイッチを作動させます。なるべくアソビのないスイッチングが必要ですが、ジャイロの振動もあって、実現はけっこう大変でした。
１枚めの写真が、６号機に自動バランシング・機構を試作して組み込んだもの。これは上手くいきませんでしたが、方向性としては手応えはありました。
装置の重量がかさむようになり、もっと大きなジャイロが必要だと判断しました。それまでの280モータを使ったものでは、高回転を得るために電圧を上げなければならず、モータを２つも駄目にしました（軸受けが溶けてしまうトラブル）。２枚めの写真は、ホイールを50mm径にし、7.2Vの380モータを使用した新しいジャイロを製作しているところ。軽量化のためフレームをアルミを用いました。モータは、途中でチューンされたヒロボーの製品（模型飛行機用）に交換しました。
３枚めの写真が、そのジャイロが完成したところ。左にジンバル用サーボ。右にバランシング・スイッチを備えています。サーボの方は、コアレスを使ったタイプを改造しました。
新しいジャイロを載せた８号機の写真が１枚めです。これは、電源もすべて搭載している完全な自立系で、バランシングもオートマティックです。各所の調整が非常に難しく、特に、サーボの力と、スイッチングのタイミング設定に時間を取られます。しかし、この８号機で、初めて完全自立することに成功しました。約５分間ほど試しましたが、倒れることはありませんでした。
条件を変えて実験を繰り返しましたが、調整が上手くいったときには、横から押したり、片側にウェイトを載せても倒れません。ウェイトが載ると、そちら側を持ち上げて、反対へ傾き、バランスを取ります。そういった生き物のような動きを自動的にします。これは、理論どおりで、カーブの遠心力に対しても、自動的に抵抗します。ここがジャイロ・モノレールの特徴で、どんな急カーブでも、飛行機のように傾いて曲がるので、乗っている人は遠心力を感じません（テーブルのコーヒーなどもこぼれない）。用地を買収して高速鉄道を通すときには大きなメリットになるので、開発当時にはこの点をウリにしていたようです（実際に、インドとロシアで建設計画まで持ち上がったようです）。
２枚めの写真は、同じジャイロを改良したもので、まず、左右のジンバルの同調にギアを使い（これまではロッドでした）、またサーボモータとして、２機のマブチの260をジャイロの上部に取り付けました。ラジコンサーボ改造型では動作に限界があったためです。ジャイロのシステムとして、このサーボの機構は、スイッチングの次にクリティカルな重要部になります。
３枚めの写真は、新しいスイッチング・システム（黄色い部分）を組み込んだもの。このスイッチングは、単一接点なので、リレーを２機用いて回路を切り替え、サーボのコントロールを行います。
８号機が自動バランシング・システムで自立しているところ。
*MOVIE in YouTube*
同じく８号機。片側にウェイトを載せた実験（反対側へ傾きます）。
*MOVIE in YouTube*
自動バランシング・システムの開発にも成功したので、残すは各機構の精度を上げること、耐久性を増すことです（実は、ここが一番技術的に難しい）。これまでは、単に立つだけだったので、映像としてもインパクトがない（見る人が見れば、８号機の自立が一番凄いはず）と思い、走行試験を目的とした９号機の製作にかかりました。もともと、この大きさの車両を想定してジャイロを製作していました。これまでの実験的なものとは違い、金属製の恒久的なシャーシを作りました。ジャイロの２つのホイールの重量は約330gなので、理論的には車重は６kg程度までＯＫですが、安全率2.0を見積もって、３kgの車両をデザインしました。乗組員は、スカイ・クロラの主人公たちのフィギュアで、この飛んでいるようで這っているような乗り物に相応しいでしょう。
２枚めが現在の９号機です。その後も、数回スイッチング部の作り直しをしています。最初の頃に比べるとかなり安定した挙動になりました。装飾的な部分が未完ですが、機構的にはほぼ完成の域といえます。スペックとしては、全長440mm、幅200mm、車重3.0kg。ジャイロホイールは50mm径で168gのものが２つ。これを回すモータは380が２機。ジンバル用サーボは260モータ２機、走行用モータは260が１機。ジャイロ電源は7.2Vニッカド。サーボ用単3×4、リレー用単3×4、走行用単3×4。ヘッドライトも点灯。
初期の走行実験（まだ左右にふらつきます）。
*MOVIE in YouTube*
*MOVIE in YouTube*
停止状態での自立テスト（安定性が向上しました）。
*MOVIE in YouTube*
最も最近の走行実験（速度も増しました）。
*MOVIE in YouTube*
YouTubeにアップしたところ、主に海外（アメリカ、イギリス、ドイツ、フランス、イタリア、スイス、オーストラリア）から沢山のメールやコメントをいただきました。Brennanが最初にジャイロ・モノレールを博覧会で披露してから、ちょうど100年めになるようです。
研究・開発はこれで終わりではありません。まだまだ不充分な部分があります。解決しなければならない問題も多く、当分は楽しみが続くでしょう。現在は、さらに大型のジャイロを製作するため、設計と材料調達を行っています。途中経過は、こちらで順次報告する予定です。
雪の弁天ヶ丘線
暖冬の予報でしたが、寒波が襲い、12月後半と元旦に弁天ヶ丘線に雪が積もりました。あいにく、ロータリィラッセル車が出動するまでには解けてしまいました。これが最後の雪景色となるでしょうか。
雪には関係ありませんが、駅長の動画も沢山アップされていますので、ご覧になりたい方は、YouTubeのチャンネルで探して下さい。
新プロジェクト始動！
新プロジェクトは順調に進行しています。あと数ヶ月で弁天ヶ丘線は廃線となり、今年は新たな路線の建設が始まります。鉄道名は変わりませんが、路線名は変わります（名称は未定）。ということは、Ａ＆Ｂではなくなりますね。さてさて、どうなるのでしょうか。次回をお楽しみに・・。
／☆Go Back☆／
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)