デジタル鉄道模型の話題
1. はじめに
読者の皆様は鉄道模型を博物館のジ オラマなどで一度はご覧になったこと が あ る の で は な い だ ろ う か． 最 近 NHK 教育 TV の趣味の番組でも取り 上げられるなど人気の広がりを見せて
いる．その鉄道模型をメカトロニクス として見たとき大きな変化が訪れてい る．外見は以前と同じでも，コントロー ラと車両内にマイクロチップが収めら れ，よりリアルな運転ができるように なってきた．主な機能は次のとおりで ある．
①同一線路上にて複数列車を独立に 制御 ②蒸気機関車音やディーゼル音 などのサウンド機能 ③パンタグラフ 上下動やドアの開閉のギミック ④機 関車の重連協調動作や路面電車のだん ご運転
これらを実現しているのが車両に搭 載されているデコーダと呼ばれるマイ クロチップなのである．では，その仕 組みを簡単にご紹介しよう．
2. デジタル鉄道模型の仕組み
元来鉄道模型は，左右のレールに＋，－の電圧をかけ，機関車や電車が左右 の車輪から集電してモータを回し，
モータの回転をギアで減速し車輪に伝 えて走る（図 1）．すなわちレールに かかる電圧を変化させることで，走行 速度を変化させ運転するものであっ た．個々の機関車を制御するのではな く，線路全体をコントローラから制御 するようなものなので，もし同じ線路 上に複数の機関車があれば，すべて同 じ方向に同じ速度で走り出すことにな る．同じ線路上に複数台の機関車を独 立に運転しようとするならば，区間を 絶縁して区切って，切り換えながら制 御しなければならず，複雑な配線ケー ブルを線路下に収めなければならな かった．
これに対して，デジタル鉄道模型（図 2）という分野が最近急速に普及し始 めた．
デジタル鉄道模型の基本をたとえて いうならば，コンピュータの内部構造 と似かよっている．コンピュータの構 造（アーキテクチャ）を図 3に示し，
比較する．コンピュータのバスが，レー ルに置き換わり，周辺機器が機関車や 客車や信号機，ポイントに置き換わっ たと考えるとわかりやすい．大きな違 いは，デジタル鉄道模型の場合，デー タが流れるバスである線路が，電源線 も兼ねているという点である．
実物の鉄道では，それぞれの列車に 運転士がいて，それぞれ独立に操縦し ている．これと同様に模型でも，それ ぞれの機関車にマイクロチップを載せ て，これがそれぞれの動力車を制御す
れば，同じ線路上の複数列車を独立に 運転することができるようになる．こ れがデジタル方式鉄道模型の基本原理 である．レールには常に一定の電源が 供給され，各車両のモータ，照明ほか へのエネルギー源となる．各動力車の モータにかかる電圧のコントロール は，コマンドをレール経由で受信した，
動力車上のマイクロチップが行う．こ のマイクロチップは，デコーダと呼ば れ（図 4），それぞれのデコーダには，
アドレスが割り当てられている．
たとえば，図 2で，コントローラか ら，アドレス 12 を指定して，「速度 5 で走れ」というコマンドが線路を介し て送られると，アドレス 12 のデコー タを積んだ，機関車 12 が反応して走 り始め，次第に速度を上げて速度 5 に なると一定速で走り続ける．現在のデ ジタル鉄道模型では，同じ線路上でス ペースさえ許せば何十台という動力車 を独立に制御できる．また，それぞれ の車両の複数の機能を独立に On，Off でき，たとえば，機関車の前照灯の On，Off，汽笛を鳴らしたり，電気機 関車のパンタグラフの上げ下ろし，急 ブレーキのきしり音を発生させたりと いった機能を働かせることができるよ うになっている．
3. ミニチュアワンダーランド
ドイツ北部の都市ハンブルグの，運 河沿いで倉庫が立ち並ぶ一角に，Min- iatur Wunderland と い う 鉄 道 模 型 テーマパークがある．模型の線路とジ オラマをまとめてレイアウトと呼ぶ が，おそらく世界最大級のレイアウト がこれであろう．鉄道だけではなく，風景作りにかなりの力が入れられてい る（図 5）．おびただしい数の線路上 の列車は，すでに説明したデジタル方 式で，コンピュータに接続されて自動 運転が行われている．まさにデジタル 鉄道模型の機能，特長を最大限生かし て い る 感 じ が す る．Miniatur Wun- derland に興味を持った読者は下記の Web ページをのぞいてみてほしい．
レイアウト上を走行する列車の先頭か ら撮ったビデオや，レイアウト上の見 所を見ることができる．ただし言語は ドイツ語である．
http://www.miniatur-wunderland.de/
anlage/video/zugmitfahrt/aktuell/
（原稿受付 2009 年 8 月 27 日）
〔伊藤高廣 九州工業大学〕
図 5 デジタル方式鉄道模型の大規模レイ アウト
図 2 デジタル方式鉄道模型
線路を用いてアドレスデータ，制御 データ，電源を供給，線路がバスの 役割
デコーダ 10
電源トランス コントローラ
12 機関車 10 デコーダ 機関車 12
図 3 コンピュータの基本構造
「バス」を介してデータをやりとり バス
CPU メモリ I ／ O
キーボード モニタ ハードディスク
図 4 サウンド機能を搭載したデジタル模型 機関車の内部
モータ
スピーカ
デコーダ 図１ 直流 2 線式の鉄道模型（模式図，左
右のレールが＋－）
122 日本機械学会誌 2010.2 Vol.113No.1095
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