Nゲージ鉄道模型工作 ー 紙細工機関車にも集電ブラシ取付した ー

２０２４年７月２５日（木曜日）　晴れ夕方雷雨

　ひょんなことからNゲージ鉄道模型工作に手を出してしまいました。
　オイらはマイコン工作（ＡＲＤＵＩＮＯ・ＥＳＰマイコン）が好きで
最近ではＰＷＭでモーターの回転数を制御したり、サーボモーターを
制御したりして実験？を繰り返していました。
　そのモーターつながりで「Ｎゲージ模型電車」をマイコンで運転を制御
することに興味を覚え、たまたま親友が「鉄っちゃん」だったのでこんな
ことになってしまったのです。
　オイらも子供の頃は電車や汽車などメカの塊を見たり乗ったりするのは
大好きでした。（男の子ならだれでもこういうものに憧れる・・・）
　しかし、大人になってからは関心も薄れて、まさか今頃また鉄ちゃん
もどきの真似事をするとは思いもしませんでした・・・（後悔先に立たず）

　さてそんなわけで模型の汽車や電車は何でも良い・・・線路の上を
走れば何でもいいと、メカだけの「動力台車」というものを購入しました。

　しかし、やっぱり動力台車はちょっと情けない・・・それじゃ紙細工で
ボディを作って被せればいいじゃん！　とこんな紙細工機関車にしました。

 

　　塗料でお化粧するつもりですがまだ忙しくて？！紙細工のまま・・・・

　この紙細工機関車に集電ブラシを取り付けました。

 

　集電ブラシ工作は２度目ですから少しは要領よく作業ができました。
　でもこんな工作でも朝から夕方までかかってしまいました。

 

　屋根にＬＥＤ回路を乗せて集電ブラシの動作確認です。

 

　集電ブラシからは安定的に電源が供給されてきます。

 

  　ＬＥＤが点灯するか、確認テストをしました。
　　進行方向によって赤、青が切り替わります。
　　ＬＥＤの点灯も安定しています。

　　
　紙細工でヘッドライトや尾灯を作って取り付けてやろう。
（お化粧はもうちょっと待ってね・・・）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）

 

Nゲージ鉄道模型工作 ― ブラシで集電する方式に変更してみた ー

２０２４年７月２１日（日曜日）　晴れ

　気迷ってNゲージ鉄道模型工作を始めてしまいました。
　齢八十過ぎの老人には相手が小さ過ぎてとても大変です。
　でも会社勤め（同僚だった）の頃からの親友Ｏ君の「鉄っちゃん趣味」
にお付き合いのつもりで頑張っています。
　
　にわか鉄っちゃんのオイらには「あの電車はどうだ・・・」とか
「この機関車はこうだ・・・」とかにはあまり興味はありません。
　ただ電子回路工作の延長でサーボモーターを回したりしてモーター
には興味があります。
　そんな電気（電子）工作の一環として楽しんでいるのです。

　先日から模型機関車の前照灯や尾灯を点灯してみようと動力台車
から電力を取り出す工作をしていますが、それがなかなか大変で
とうとう動力台車を壊してしまいました。
　仕方がないので新しいものを購入して工作を続けています。
　購入したものには（ハンダ付けとか分解など）手をつけないように
します。(機構が複雑で調整は微妙、素人では対応できない）
　でも、どうしても前照灯、尾灯ぐらいは点けてみたい・・・・・
　そこで、むき出しの車輪にブラシを接触させて電力を取り出すように
してみました。 
　これなら動力台車にハンダ付けや分解をしなくてすみます。

　図面を書いてみました。
　あんまり役にたちません。（ほとんど「現物合せ」で工作しました）

　手持ちのバネ板（リン青銅板）とプリント基板で部品を作りました。

　バネ板（ブラシ）をハンダ付けしました。

 

 

　台車を当てて車輪とブラシの接触具合を確認しました。

　
　　動力台車にブラシを取り付けた枠を固定しました。
　　この状態で台車をレールに乗せて走らせてみました。
　　やっぱりブラシの接触が負荷になって台車の走行速度は若干遅くなりました。
　　でもそんなに気になるものではありませんでした。
　　そこでダミーの負荷（前照灯や尾灯、室内灯のつもり）を組み立てました。

 

　レールに乗せて走らせてみました。

　　

　反時計周り（前進方向）では赤ＬＥＤが点灯します。
　白色ＬＥＤは無極性なので前進でも後進でも点灯します。

　

　後退（後進）では青ＬＥＤが点灯します。

 

　ＬＥＤの点灯は安定していてチラチラや滅灯はありませんでした。
　実験は何とかうまく行きました。
　いよいよ本番の「紙細工小型機関車」にブラシを取り付ける工作を始めます。

　　　　　　　　　　　　　（続く）

Nゲージ鉄道模型工作 ー 紙細工車体の機関車走行テスト ・その後問題が発生ー

２０２４年７月１６日（火曜日）　雨

　２軸の動力台車に紙細工の車体をかぶせて小型の機関車のように
工作しました。
　鉛筆の罫書線跡や接着剤の汚れなどで汚らしい車体ですが、後日
塗装してきれいにしたいと思っています。

　屋根貼りは大変でした。　何度もやり直してやっとここまで来ました。

　

 

　２軸動力台車に被せました。

 

　小さな赤い客車を引かせて走らせてみました。

 

 紙細工ボディの機関車は未塗装でみすぼらしいですが、
赤い客車を引っ張って軽快に走ってくれました。
その動画をご覧ください。

 

 

 

　　走行状態は概ね良好でした。
　　そこでヘッドライトやバックライトを点灯させる電源を取り出そうと、
　露出している金属電極にワイヤをハンダ付けしました。

　　配線を錘に巻き付けて処理。

　また紙製車体をかぶせて走らせてみました。

　ガっビーン！！！　台車が動きません！　どうしたんだろう？？？
　テスターで左右の車輪間の導通を確認したところ、断線状態です。
　モーターへの給電回路のどこかが接触不良になったのでしょう。
　それを修理するために台車を分解しました。
　その記事は次回記事にアップいたします。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）

Nゲージ鉄道模型工作 － 小型動力台車は壊れてしまいました ー

２０２４年７月１８日（木曜日）　晴れ

　小型の（２軸）動力台車（TM-TR07)はついに壊れてしまいました。
（壊してしまったが正しい表現です）
　原因は台車に被せたカバーに前照灯や尾灯を取り付けて点灯させて
みようと「集電電極」に電線をハンダ付けしたことです。
　
　最初は０.８φのビニール電線を集電電極の中央部にハンダ付けしました。
　その結果、台車はまったく動かなくなってしまいました。
　それを修理するために初めての分解をしました。
　ハンダ付け箇所を動作への影響を少なくするために集電電極の端っこに
し、かつ電線をイヤホンに使われている細いものに替えました。
　集電電極全体をアルコールを浸み込ませたティッシュペーパーで清掃して
組立を始めました。
　組み立てはとても大変でしたが何とか組み上げました。

　悪戦苦闘の末、組立は完了しました。
　テスターによる導通テストは良好でした。

 

　レール上を走らせてみました。
　動きはあまりスムーズではありませんが何とか走ってくれました。
　しかし・・・・・

 

　ここに来ると停止してしまいます。
　手で押して走らせるとまたここまで来てここで必ず止まってしまいます。

　　念のために別の正常な台車を走らせてみると、スムーズに動いて何度も
　周回して走ります。
　　
　　何とかして台車を修理しようと何度も分解、組立を繰り返しました。
　　そして走らせてみるのですが安定した走りはしません。
　　何度も車輪を取外したので車軸を押さえるプラスチック製の小さな部品
　（指で押し込んでパチッと止める部品）がグラグラするようになってしまい
　ました。
　　もう修理は諦めます。
　　新しい台車を注文しました。　今度はもう分解はしないようにします。
　　でも、機関車には前照灯や尾灯を付けてみたいです。
　　何とか集電する方法を考えてみます。
 
　　　　　　　　　　　　（続く）　　

Nゲージ鉄道模型工作 ― 台車を分解して調整してみたけど ー

２０２４年７月１７日（水曜日）　曇り時々雨

　紙細工の機関車ケースができたので動力台車に被せてレールを走らせました。
　紙細工機関車は案外順調に走ってくれました。
　そこで、機関車に飾りの前照灯や尾灯を付けてみたくなり、その電源線を
ハンダ付けしました。

 

　電源コードは長めにしたので錘に巻き付けて仮止めして、再びレールに乗せて
走らせてみました。
　電源ＳＷをＯＮにしても機関車は動きません。　あれ、どうしたんだろう！？
　車体を触ったり、押したりしても全然うごきませ。
　左右の車輪にテスターをあててその間の導通をチェックしました。
　「断線状態」です！　車輪部分を動かしても断線のままです。　わーっ、壊れて
しまった！！！

　こんな太い（０.８φコード）線をハンダ付けしたから集電部分の接触が不良に
なったんだろう。
　台車を分解して修理してみよう・・・・というわけで大冒険の旅？を始めました。

　先ず、電気の流れ（電流の流れ？）経路の確認をしました。

 

　

　ふーん、なるほど・・・こうなってるんだ。

 

　どうせやるんからばらばらにしてみよう。
　モーター部分を開けてみた。

　車輪も外してみた。

　台車だけになりました。

 

　集電に関するのはこの部品です。

　いい加減な感じで曲げて車輪に強く押しつけるようにしました。
　これを分解とは逆の手順で組立てました。

   修理を終えた機関車を走らせてみました。
　動くようになりました。
　しかし、動く速さはとても遅いです。
　集電ブラシと車輪の摩擦が大きいのでしょう。　モーターもかなり温かくなります。
　もう一度、調整のやり直しです。
　（この間は夜遅くまでの作業で焦っていて写真などは撮る余裕がありませんでした。）

　　　　　　　　　　　（続く）

ハードウェア制御サーボモータの実験（完結編）

２０２４年６月１３日（木曜日）　曇りのち晴れ

　今から１０年以上も前に工作した「サーボモータ」をもう一度作ってみました。
　当時、何かの工作雑誌に掲載されていた記事の回路を真似して手持ちの部品で
組立てましたがうまく動作せず、失敗に終わってしまいました。
　今回はジャンク歯車を組み合わせて減速機も自作してみました。
　多分前回工作の失敗点だろうと思われる「ポテンショメーター」部分も慎重に
工作しました。
　回路は「ブレッドボード」を使って組み上げました。
　ブレッドボードはＩＣやコンデンサ、抵抗器、配線コードなどの部品を差し込
んで組み立てていくので回路の変更は自由自在・・・実験にはとても便利です。

　回路を組み上げて動作させてみましたがやっぱりうまくいきません。
　そこで回路の動きをオシロスコープで観察してみました。
　（以前の工作の頃もオシロスコープを持っていましたが、ブラウン管式の
２チャンネルで原因追及まではいきませんでした）
　今のオシロは波形をパソコンのディスプレイに表示させるもので４チャンネル
（カラー表示）の高性能（私にとっては・・・）を持っています。
　念入りに調べた結果、取り付けてあったＴＴＬーＩＣのＳＮ－７４７３
（Ｊ／Ｋ フリップフロップ）に問題があることがわかりました。
　これを同じＪ／Ｋ フリップフロップのＳＮ－７４ＬＳ７３に変更してみたところ
エラーが無くなって正常？に動作するようになりました。
　以前の工作の失敗原因はここだったかも知れません。

　それから調整を繰り返してやっと何とか動作するようになりました。
　サーボモーターの動きは超スローモーションでとても実用になるようなものでは
ありませんが工作したものが動作してくれてとても嬉しいです。

　そこで今回の工作を取りまとめて完結編としてご報告いたします。

 

　コントローラの回路図です。
　タイマーＩＣ ５５５で極狭いパルスを発振（約３０Ｈｚ）させ、その
パルスで単安定マルチバイブレータ（ＳＮ７４１２１）をキックして
可変長パルスを発生させます。
　（この可変長パルスが「指示パルス」になります。）　　

　　制御回路は入力された指示パルスの長さ（幅）とポテンショメータの抵抗値で
　パルス幅が変化する追従パルスの長さを比較し（Ｅx－Ｏｒ（排他的論理和）の
   ＳＮ－７４８６で）、ポテンショメータに結合されたモーターを正回転、逆回転
させて両者のパルス幅を同じになるようにモーターの回転を制御します。

　　モータードライブ回路は制御部からの信号でモーターを正回転方向に回したり
　逆回転させたりします。

　　実験中の様子です。

 

　  指示パルス幅　＞　追従パルス幅　の場合は追従パルス幅が広がるように
　モーターを正回転させます。
　　これによりモーターに結合されているポテンショメータの抵抗値は「大きく」
　なり、追従パルスの幅（長さ）は大きくなっていきます。　　

　　指示パルス幅　＜　追従パルス幅　の場合は追従パルスの幅（長さ）が短く
　なるようにモーターを逆回転させます。
　　これによりポテンショメータの抵抗値は小さくなり、追従パルスの幅は短く
　（狭く）なって行きます。　

 

　指示パルス幅　＝　追従パルス幅　になるとモーターを回転させる電源はＯＦＦに
なり、モーターは停止します。

　　

　実験の様子を動画にしました。
　どうぞご覧ください。

　
　

　ハードウェアだけで制御するサーボモーター工作は難しかったけど、
とても面白かったです。
　ソフトウェアで制御するものは細かいところまで調整ができて高性能？
なものができることでしょう。

　あの小さなマイコン（マイクロコントローラ）の高機能で便利なこと・・・
　時代がハードからソフトに移っていく理由がわかったような気がします。
　これで「ハードウェアで制御するサーボモーター工作」を完結といたします。

　こんな独りよがりで拙いブログ記事にお付き合いくださった皆様、応援を
誠にありがとうございました。
　これからもどうぞよろしくお願いいたします。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　何でも工作実習生

ジョウビタキは故郷へ帰ったのかな・・・

２０２４年４月７日（日曜日）　晴れ

　時どき庭にやってきて可愛い姿を見せてくれたジョウビタキ（♀）は
最近は姿を見せなくなってしまいました。
　時折初夏のような陽気のこの頃、ジョウビタキは故郷に帰っていった
のかも知れません。
　ちょっと寂しいような、ほっとしたような気持ちです。

　

　アネモネの花と記念撮影

 

　レンギョウの切り株に止まっていました。

 

　ユスラウメの花をバックにポーズを取ってくれました。

 

　ジョウビタキは大体毎年のように姿を見せてくれます。
　また冬になったら来てくれるかもしれません。
　それを楽しみに、冬が来るのを待ちます。

　（まだ夏も来てないのに冬を待ってるオイらです(笑い））

画面のボタンを押してＬＥＤをＯＮ、ＯＦＦさせる

２０２４年４月４日（木曜日）　曇り

　先日から「プロセッシング（ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ）」というシステムの
勉強を始めた。
　その手始めとしてマイコンから送られてきたデータ（光度センサーによる
周囲の明るさ）によって表示されている円形の大きさ（直径）と塗潰された
色が変化するというプログラムを組んでみた。
　「プログラムを組む」何て大きなことを言っているが、Ｗｅｂサイトに掲
載された諸先輩方の資料の真似をしているだけ・・・・・
　でも、それがちゃーんと動作してくれた時はとても嬉しかった。
　このプログラム工作で少しは勉強して、ちょっとだけプロセッシングのこと
が理解できた。
　そこで今回は画面の「ボタン」を押したらマイコンの「ＬＥＤ」が点滅する
プログラムを組んでみた。
　これもやっぱり諸先輩方のプログラムを参考にしたが、前回のようなまるっ
きりの真似ではなく、プロセッシングのリファレンスを読んで内容を理解しな
がらプログラムを組んでみた。

　今回の工作の概要です。
　プロセッシング・プログラムが表示した「ボタン」を押すと、
それに対応したデータがマイコンに送信され、それを受信した
マイコンはデータの内容によってボタンに対応した「ＬＥＤ」を
点滅させるというものです。

　　マイコンはＥＳＰ３２ＷＲＯＶＥＲです。
　　プログラムはＡＲＤＵＩＮＯ－ＩＤＥで構築してあります。

 

  プロセッシングの表示には「赤ボタン」「青ボタン」の二つがあります。
　赤を押すと「赤ＯＮ」「青ＯＦＦ」が表示され、青を押すと「赤ＯＦＦ」
「青ＯＮ」が表示されます。
　ボタンを押す都度、そのボタンに対応したデーターがマイコンに送信され
ます。　データを受信したマイコンは受信したデーターに従ってＬＥＤを点
灯させます。

　実験の手順

 

　その実験の様子を動画にしてみました。

　この実験でボタンの作り方、アクセスの仕方、データー送信の仕方などの
勉強をしました。
　また、プロセッシングでは「漢字（日本語文字）」が表示できることも
知りました。
　次は折れ線グラフの表示に挑戦してみようと思っています・・・・・
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（果たしてどうなることやら）

プロセッシングを動かしてみた

２０２４年３月２７日　（水曜日）　晴れ

　マイコン（ＥＳＰ８２６６）に気圧や気温、湿度を測定するセンサーを
取り付けて計測し、その結果をＷｅｂブラウザーに表示するプログラムを
作った。
（Ｗｅｂサイトに掲載されている、諸先輩方の記事を参考にして
（正確には「真似」ですけど・・・）悪戦苦闘の末、やっと出来上がった）

　パソコン・モニタに画面が表示されたときはとても嬉しかった・・・
　しかし、見慣れてくると何かものたりない。
　データが数値で表されるだけ・・・
　「更新」ボタンを押さないとデータが更新されない・・・

　これを刻々と変化するデータをリアルタイムで表示し、かつ変化の
様子を折れ線グラフで表示するようにしてみたい気持ちになった。
　そこでまたＷｅｂサイトを検索して参考になる記事を探してみたところ、
「プロセッシング」というものがあることを知った。
　サンプル・プログラムを動かしてみるとなかなか面白い。

　こんなシステムを作ってみたい・・・・と作業を開始した。

 

　ところがなかなか難しい。
　数値データを元にそれを折れ線グラフにして表示するなんてオイらには
難し過ぎて手に余る。

　いろいろ参考にした記事の中に、円（丸い輪）を描いてその円の直径を
データ（数値）で変化させるというものがあった。
　これは数値を折れ線グラフ化するより簡単そうだった。

　先ずこれでプロセッシングというものの実習をしてみることにした。

 

センサーには手持ちのＣｄＳ（硫化カドミューム）光度センサーを取り付けた。　

　ＣｄＳ光度センサー。　この上を遮光して出力を変化させた。

　実験の様子です

 

　何とかうまく動作してくれた。
　これで少し、プロセッシングのことがわかった。
　プロセッシングのプログラムとマイコンの間のデータの送受信方法も
何とか理解できた。

　プロセッシングって面白い！
　今度は「ボタン」を作ってマイコンを操作する実験をしてみよう。

セロジネの花が咲きました

２０２４年３月２２日金曜日　（晴れ）

　部屋の温室？に置いてある寒さに弱い草花の
花芽も大分大きくなりました。
　この頃は花芽もつけなかったセロジネも今年は
幾つもの花芽をつけてくれました。

　

そのセロジネが開花してくれました。

　日当たりの良いところで撮影してみました。

　この頃、庭に飛んでくるジョウビタキがやってきました。

ジョウビタキは冬の間だけ日本にやってくる渡り鳥（冬鳥）です。
人懐っこくてとても可愛い野鳥です。
春になって暖かくなったら故郷（大陸方面）に帰って行きます。
庭にはいつまで遊びに来てくれるかわかりません。

セロジネの花をバックに記念撮影をしました。