(57)【要約】【課題】モータを内蔵し、外部から走行用電力として直流または低周波数の交流電力を供給されて軌道に案内されて走行する模型車両では、車上の照明灯を走行用電力で点灯しているため、走行速度の調節に伴って灯火の明るさが変動する、走行用電源を切って停止させると灯火が消えてしまうという不自然さが不可避である。【解決手段】点灯用電力として、モータの回転を生起せずに照明灯を点灯できる高周波数の交流電力を走行用電力と同じ供給路で供給することにより、走行速度が変動しても、また停止しても照明灯の明るさを一定に保つ。該交流電力の周波数については模型車両の走行系にも外部のラジオ等の危機にも悪影響を及ぼすことがない最適値を選択する。【選択図】図１
2014094250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用の電気モータを持ち、軌道に案内されて走行する模型車両であり、
該模型車両の外部から、該軌道を経由して直流または低周波数の交流電気により走行用電力の供給を受けて走行する構成をとっている模型車両に対して、
走行用電力に比べ高い周波数の交流電気を、照明用電力として該走行用電力に重ねて軌道を経由して供給することにより、該模型車両に搭載された照明手段を点灯する装置であって、
該交流電気の発生のために、正弦波発生回路と電力増幅回路とを使用し、
該正弦波発生回路の出力電気の周波数が、該模型車両に内蔵された電気モータの電気インピーダンスの値が該電気モータの直流抵抗の値の５倍以上となる値であり、
同時に、該周波数が人の聴覚で感知される上限の周波数より十分高く、
同時に、該周波数が中波ラジオ放送の最低搬送波周波数より２チャネル分低い周波数に比べて１／３以下であるように選択され、
且つ、該走行する模型車両の内部の照明点灯回路に、直流または低周波数の交流を阻止するための回路素子を少なくとも１個内蔵させて用いることを特徴とする模型車両の点灯装置。
【請求項２】
前記正弦波発生回路の出力電気の周波数を５０ｋＨｚから１７０ｋＨｚの間の値に選定したことを特徴とする請求項１に記載の模型車両の点灯装置。
【請求項３】
前記正弦波発生回路として、２つの積分回路を直列に接続する形式のアナログ発振回路を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。
【請求項４】
前記電力増幅回路を、同じ正弦波電気入力によって位相が互いに逆の正弦波電気を生成するように構成された２つの電子回路を用いて構成し、
前記正弦波発生回路の出力電気を、該２つの電子回路にそれぞれ供給し、
該２つの電子回路のそれぞれの出力電気端子の間の出力電気を前記照明用電力として使用することを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。
【請求項５】
前期模型車両に搭載する照明回路として、ダイオードなどを用いて１方向の電流のみで動作し、逆方向の電圧印加に対しては実質的に絶縁状態となるようにした部分照明回路を偶数個用い、
該偶数個の部分照明回路が逆並列接続、又は該逆並列接続の組の集合となるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。
【請求項６】
前記軌道に案内されて走行する模型車両が、直流電気により走行用電気の供給を受けて走行する構成をとり、
且つ進行方向に応じて照明手段の点灯、消灯を選択制御する電子回路を搭載し、
該電子回路は、軌道に設置された２つの導体に印加されている該直流電気の極性に応じて動作するように構成された模型車両において、
該選択制御する電子回路として、半導体素子を用いて該流電気の極性に応じて開閉動作するスイッチング回路を用い、
該スイッチング回路は前記照明用高周波交流電気を整流して実質的に直流とした電流を開閉することを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。
【請求項７】
前記軌道に案内されて走行する模型車両が、直流電気により走行用電気の供給を受けて走行する構成をとり、
且つ進行方向に応じて照明手段の点灯、消灯を選択制御する電子回路を搭載し、
該電子回路は、軌道に設置された２つの導体に印加されている該直流電気の極性に応じて動作するように構成された模型車両において、
該進行方向に応じて点滅制御される照明手段は、実質的に該走行用電気の一部を用いて点灯されるように構成されており、
同時に、該模型車両の該進行方向に応じて選択する電子回路に印加される前記走行用電力に比べ高い周波数の交流電気を、
コイルを用いて実質的に絶縁するか、または、
コンデンサを用いて実質的に短絡するか、
のいずれかの手段により、該進行方向に応じて選択する電子回路で点灯、消灯を進行方向に応じて選択制御される照明手段に、該走行用電力に比べ高い周波数の交流電気が印加されないように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。
【請求項８】
前記正弦波発生回路の他に、直流または低周波数の交流電気による走行用電力の極性、振幅を制御する電子回路を備え、
該電子回路の出力電気と該正弦波発生回路の出力電気とを加算して、
照明用電力と走行用電力とを同一の電力増幅回路から出力することを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、モータを内蔵し、外部から走行用電力として直流または低周波数の交流電力を供給されて軌道に案内されて走行する模型車両に搭載されている照明灯を点灯する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  モータを内蔵し、外部から走行用電力として直流または実質的に１２０Ｈｚ以下の低周波数の交流電力を供給されて軌道に案内されて走行する模型車両としては鉄道模型、自動車の模型など多くの種類が生産販売されている。従来のこの種の模型では、図１９に示すように車両に供給する電力は直流又は低周波数の交流電源３により供給される走行用電力のみであり、車上の照明灯は該走行用電力で点灯されているため、走行速度の調節に伴って照明素子の明るさが変動する、走行用電源を切って停止させると照明素子も消灯してしまうという不自然さが不可避である。２１世紀に至り模型車両の照明灯に用いる部品が白熱電球から消費電力の少ないＬＥＤ（発光ダイオード）に交替され、また別の半導体素子を用いて供給される電力を分割し、モータが停止した状態でも照明に少量の電力を供給する方式の電気回路が一部の商品に用いられているが、照明の明るさに制約がある、他社製品との互換性が乏しいなどの欠点があり、現在に至るも根本的かつ一般的な解決手段は提供されていない。【０００３】  前記のような問題点を現在の技術の範囲で根本的に解決することが可能な手段と見なされているのは一般にＤＣＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれている方式である。これは車両に搭載されているモータを含む走行回路と点灯のための照明回路の両者に、ディジタル信号処理回路を内蔵するデコーダを挿入し、外部から供給する電力を一定電圧の直流又は低周波数の交流電力として、進行方向、走行速度などの走行制御、照明素子の点滅などの照明制御いずれも軌道を通して供給されるディジタル信号で行う形式のものである。しかし、この方式で要求されるデコーダは既存の模型車両、とくにそれらの走行回路に挿入するのが容易ではなく、ほとんど不可能とみなされる例が多い。一方、新製される模型装置に組み込むのは技術的には困難ではないが、コストの大幅な上昇が避けられない、従来の模型車両との互換性がないという欠点が不可避である。【０００４】  本発明は、点灯用電力として、モータの回転を生起せずに照明灯を点灯できる高周波数の交流電力を走行用電力と同じ供給路で供給することにより、走行速度が変動しても、また停止しても照明灯の明るさを一定に保つことが可能な技術を提供するものである。さらに本発明の技術は、これを適用するにあたって模型車両の走行回路には一切の改造または別の回路素子の付加が不要であり、そのため本発明の技術に対応していない従来の模型車両も同じ軌道を正常に走行することができる。また、照明回路に付加する回路素子は原則としてただ１個の小型のコンデンサまたはコイルのみでよく、狭い模型車両の内部にも実装が容易であり、またコストが安いという特徴を有する。【０００５】  模型の分野の最近の多様化には著しいものがある。特にプラスチック成型の適用による大量生産、低価格化、半導体電子素子の利用による高性能化には注目が集まっている。一方、古くからの趣味人の高齢化により、既存の模型の近代化、高性能化にも関心が高い。本発明は前記のような特徴を有するので、既存の模型のみならず、新規生産される小型の模型および低価格の模型に適用してより実感的な運転を満喫するのに最適な技術を提供するものである。【０００６】
【非特許文献１】ＴＭＳスタッフ著：「高周波點灯装置」、鉄道模型趣味、８４号、ｐｐ．２７２−２７４（１９５５年７月）、８５号、ｐｐ．３２５−３２７（１９５５年８月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  高い周波数の交流電気を、照明用電力として走行用電力に重ねて軌道を経由して供給することにより、走行状態に無関係に車上の照明を点灯する試みは、非特許文献１に記載されているように１９５０年代の米国において公知であった。しかし、非特許文献１では図２０のようなコイルとコンデンサから成るハートレー回路が紹介されているが、該図より知られるように、当時は高周波数の交流を発生するには、このような大型、高価格で、消費電力が大きく発熱が顕著な真空管を用いた回路によるほかはなかった。【０００８】  更に当時の技術の問題点として挙げられるのは、使用する周波数が高過ぎたことである。非特許文献１で紹介されている装置の出力電気の周波数は２２０ｋＨｚであった。その理由として、当時の電子部品の状況では使用するコイルとしては空芯のボビンを用いた手巻きコイルが不可避であり、また使用可能なコンデンサはペーパーチューブラーコンデンサ、マイカコンデンサに限られており、十分な電気容量を確保することが不可能だったことがあげられる。すなわち、当時の技術ではこれより低い周波数を選択することは困難だったのであった。【０００９】  しかし、図２０のような発振、電力増幅を同時に行う回路では一般に出力の高調波成分を除去しきれないことが多い。とくに上下対称の波形歪に由来する３次高調波の発生を避けるのは困難だったと思われる。発振周波数が２２０ｋＨｚの場合は３次高調波の周波数は６６０ｋＨｚとなり、中波ラジオ放送の最低周波数のチャネルの搬送周波数として用いられる５１５ｋＨｚより大幅に高い。従って当時用いられた回路では、使用に際して一部のラジオ受信機への雑音の混入があったのではないかと危惧される。【００１０】  こうした欠点が問題視されたため、この種の回路はその後顧みられることがなく、さらに上述のように半導体集積回路が自由に使用できる時代を迎えてＤＣＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）方式が商品化されたことにより完全に忘れ去られた状態となっている。【００１１】  しかし、模型車両の走行回路には一切の付加回路が不要であり、また照明回路に付加する素子は原則としてただ１個の小型のコンデンサまたはコイルのみでよいという特徴を有する前記方式の回路は依然として顕著な利点を保持している。本発明は該状況に鑑みて、最新の半導体電子回路技術を駆使することにより、波形歪の極めて少ない正弦波信号を発生し、またこれの周波数を技術の実情に即して最適な値に選定することにより従来の高周波点灯回路の欠点を完全に克服し、同時に既存のＤＣＣ方式に比べて簡便で小型低価格で、また既存の模型にも簡単に適用できる模型車両の点灯装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  上述の課題を達成するために、本発明の模型車両の点灯装置では、以下（１）〜（８）に示す構成としている。【００１３】（１）走行用の電気モータを持ち、軌道に案内されて走行する模型車両であり、該模型車両の外部から、該軌道を経由して直流または低周波数の交流電気により走行用電力の供給を受けて走行する構成をとっている模型車両に対して、
走行用電力に比べ高い周波数の交流電気を、照明用電力として該走行用電力に重ねて軌道を経由して供給することにより、該模型車両に搭載された照明手段を点灯する装置であって、
該交流電気の発生のために、正弦波発生回路と電力増幅回路とを使用し、
該正弦波発生回路の出力電気の周波数が、該模型車両に内蔵された電気モータの電気インピーダンスの値が該電気モータの直流抵抗の値の５倍以上となる値であり、
同時に、該周波数が人の聴覚で感知される上限の周波数より十分高く、
同時に、該周波数が中波ラジオ放送の最低搬送波周波数より２チャネル分低い周波数に比ベて１／３以下であるように選択され、
且つ、該走行する模型車両の内部の照明点灯回路に、直流または低周波数の交流を阻止するための回路素子を少なくとも１個内蔵させて用いることを特徴とする模型車両の点灯装置。【００１４】  （２）前記正弦波発生回路の出力電気の周波数を５０ｋＨｚから１７０ｋＨｚの間の値に選定したことを特徴とする請求項１に記載の模型車両の点灯装置。【００１５】  （３）前記正弦波発生回路として、２つの積分回路を直列に接続する形式のアナログ発振回路を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。【００１６】  （４）前記電力増幅回路を、同じ正弦波電気入力によって位相が互いに逆の正弦波電気を生成するように構成された２つの電子回路を用いて構成し、
前記正弦波発生回路の出力電気を、該２つの電子回路にそれぞれ供給し、
該２つの電子回路のそれぞれの出力電気端子の間の出力電気を前記照明用電力として使用することを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。【００１７】（５）前期模型車両に搭載する照明回路として、ダイオードなどを用いて１方向の電流のみで動作し、逆方向の電圧印加に対しては実質的に絶縁状態となるようにした部分照明回路を偶数個用い、
該偶数個の部分照明回路が逆並列接続、又は該逆並列接続の組の集合となるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。【００１８】  （６）前記軌道に案内されて走行する模型車両が、直流電気により走行用電気の供給を受けて走行する構成をとり、
且つ進行方向に応じて照明手段の点灯、消灯を選択制御する電子回路を搭載し、
該電子回路は、軌道に設置された２つの導体に印加されている該直流電気の極性に応じて動作するように構成された模型車両において、
該選択制御する電子回路として、半導体素子を用いて該流電気の極性に応じて開閉動作するスイッチング回路を用い、
該スイッチング回路は前記照明用高周波交流電気を整流して実質的に直流とした電流を開閉することを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。【００１９】  （７）前記軌道に案内されて走行する模型車両が、直流電気により走行用電気の供給を受けて走行する構成をとり、
且つ進行方向に応じて照明手段の点灯、消灯を選択制御する電子回路を搭載し、
該電子回路は、軌道に設置された２つの導体に印加されている該直流電気の極性に応じて動作するように構成された模型車両において、
該進行方向に応じて点滅制御される照明手段は、実質的に該走行用電気の一部を用いて点灯されるように構成されており、
同時に、該模型車両の該進行方向に応じて選択する電子回路に印加される前記走行用電力に比べ高い周波数の交流電気を、
コイルを用いて実質的に絶縁するか、または、
コンデンサを用いて実質的に短絡するか、
のいずれかの手段により、該進行方向に応じて選択する電子回路で点灯、消灯を進行方向に応じて選択制御される照明手段に、該走行用電力に比べ高い周波数の交流電気が印加されないように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。【００２０】（８）前記正弦波発生回路の他に、直流または低周波数の交流電気による走行用電力の極性、振幅を制御する電子回路を備え、
該電子回路の出力電気と該正弦波発生回路の出力電気とを加算して、
照明用電力と走行用電力とを同一の電力増幅回路から出力することを特徴とする請求項１または２に記載の模型車両の点灯装置。
【発明の効果】
【００２１】  前記のように構成された本発明の装置によれば、最新の半導体電子回路技術を駆使することにより従来同じ目的に用いられてきた回路の欠点を完全に克服し、技術の実情に即して最適な値の周波数を持ち、かつ高調波歪が少ない正弦波電力を用い、同時に、走行する車両には最小限の電子回路素子を追加することによって、既存のＤＣＣ方式に比べて簡便で小型低価格で、かつ既存の模型にも簡単に適用できる模型車両の点灯装置を実現することができ、実用技術として最適な装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】  本発明を適用するにあたって技術的に最も困難な対象は鉄道模型であると考えられる。なぜなら、鉄道模型では多数の車輛の連結運転が常態となっており、軌道を通して供給すべき電力が自動車模型などに比べ大きく、また該多数の車輛の間のバランスをとる必要がある例が多く、更に進行方向に応じて点滅しなければならない照明素子を搭載する例が多いためである。以下、本発明を鉄道模型に実施する例によって、図面を参照して詳しく説明する。以下に説明する技術によれば本発明を鉄道模型以外の模型に適用するのは容易である。【００２３】  （地上側の実施形態）
本発明を鉄道模型に対して実施すべき要素として、地上側すなわち電源側の要素と、車両側すなわち受電側の要素とがある。図１は、本発明の実施形態の一例を表す概念図であり、地上側の要素の詳細を表示している。一方、図１９は本発明を実施していない従来の形態の概念図で、同様に地上側の要素の詳細を表示している。両者を比較することにより本発明の原理が明確になる。【００２４】  図１及び図１９の模型車輛１は線路２の上を走行するものであり、走行用の電気モータと点灯用の照明手段を搭載している。直流または低周波数の交流電力源３は該車両を走行させる電力を供給する。図１９に示した従来の例では、照明用電力としては走行用電力の一部を流用するので、前記のように車両が停止した状態では照明も消灯してしまう欠点が不可避であった。【００２５】  本発明の実施例を表す図１に示した電源回路では、図１９に示した従来の例に加えて、地上側に車両の照明回路の電源となる高い周波数の交流電気の発振回路４、及び電力増幅回路５が加えられている。発振回路と電力増幅回路とを分離するのは歪の少ない高周波数の正弦波電気出力を得るのに極めて有効な方法である。【００２６】  さらに、本発明を実施するには、走行用の直流または低周波数の交流電力源３の出力と照明点灯用の高い周波数の交流電力源となる電力増幅回路５との相互干渉を防止するため、高周波交流電気に対しては高い電気インピーダンスをもち、直流または低周波数の交流電気に対しては低い電気インピーダンスをもつコイル６を用いて電力増幅回路５の出力端子を短絡し、また高周波交流電気に対しては低い電気インピーダンスをもち、直流または低周波数の交流電気に対しては高い電気インピーダンスをもつコンデンサ７を用いて直流または低周波数の交流電力源３の出力端子を短絡する必要がある。この場合、正弦波発振回路４で生成する交流電気の周波数をｆ０（ヘルツ）、コイル６のインダクタンス値をＬ（ヘンリー）、コンデンサ７の電気容量値をＣ（ファラッド）とするとき、コイル６の電気インピーダンス、
2014094250.tif 000003
の絶対値（オーム）は該周波数における線路上の模型車両の電気インピーダンスの絶対値より十分大きく、また該コイルの直流抵抗は該模型車両の電気抵抗値より十分小さくなければならない。同時に、コンデンサ７の絶縁は良好でなければならず、また該コンデンサの電気インピーダンス、
2014094250.tif 000004
の絶対値（オーム）は線路上の模型車両の電気インピーダンスの絶対値より十分小さい値でなければならない。実際に本発明を実施する電子回路を試作実験した結果によれば、５倍より大きければ十分大きく、また５分の１より小さければ十分小さいと見なしてよい。【００２７】  前記のコイル及びコンデンサの両方又は一方が前記の条件を満たさない場合は、図２に示すような解決策をとるべきである。すなわち、コイル６の電気インピーダンス値に不足がある場合は該コイルを代替するコイル６１及びコンデンサ７１から成る並列共振回路を用いるべきである。また、コンデンサ７の電気インピーダンス値に不足がある場合は該コンデンサを代替するコイル６１及びコンデンサ７２から成る直列共振回路を用いるべきである。この時、コイル６２又は６２のインダクタンス値Ｌ（ヘンリー）、及びコンデンサ７１又は７２の電気容量値Ｃ（ファラッド）は、
2014094250.tif 000005
の関係を満たすように選択しなければならない。【００２８】  実際に本発明を実施する電子回路を試作実験した結果によれば、電力増幅回路の内部保護回路が十分とみなされない場合には、該電力増幅回路を保護する電子回路素子として図３に示すように電気抵抗８及びコンデンサ９を挿入することが推奨される。該電気抵抗８は模型車両の脱線などにより電気的短絡が発生した場合の保護素子であり、該コンデンサ９は何らかの理由で電力増幅回路の直流バランスが崩れた時に該電力増幅回路及び模型車両の両者を保護するための素子である。【００２９】  （使用する周波数の上限値及び下限値）
一方、前記の正弦波発振回路４で生成する交流電気の周波数ｆ０（ヘルツ）の値には実用上重要な制約が課せられる。【００３０】  まず、周波数ｆ０（ヘルツ）の上限値は、中波ラジオに妨害を与えないという条件より、３次高調波３ｆ０（ヘルツ）が中波ラジオの搬送波の下限周波数５３１ｋＨｚより十分小さくなければならないことから決定される。実用的な目安として該搬送波の下限周波数より中波放送における２チャネル分すなわち１８ｋＨｚ低ければ安全とみなされる。従って、前記の正弦波発振回路４で生成する交流電気の周波数ｆ０の値は１７０ｋＨｚ以下に選択する必要がある。【００３１】  一方、前記の周波数ｆ０（ヘルツ）の下限値の制約条件は２つある。第１の条件は人の耳に聴覚上の妨害を与えないことである。この種の模型商品の重要な顧客である若年層の鋭敏な聴覚特性を勘案すると、該周波数ｆ０（ヘルツ）は３０ｋＨｚより大きいことが必要である。第２の条件は、周波数ｆ０（ヘルツ）の交流電気に対する線路上の模型車両の消費電力が、本来の走行用の直流または低周波数の交流電気の消費電力に比べて十分小さいことである。経験的には、５０分の１より小さければ十分小さいとみなしてよい。一般に使用される動力用モータの電気インピーダンスの位相角は４５度程度とみなされるので、該条件は周波数ｆ０（ヘルツ）における模型車両のモータを含む走行回路の電気インピーダンスの絶対値が該走行回路の直流抵抗の最低５倍、安全のため１０倍以上と読み替えられる。【００３２】  前記の下限値に対する２つの条件のうちの後者は、実際の模型車両の電気的特性を知ることによって決められる。現状で典型的な模型車両の例の走行回路の、入力電圧５ボルトにおける周波数５０ｋＨｚから２２０ｋＨｚでの電気インピーダンスの絶対値を実測した結果が図４である。１００１は１９７０年頃に生産されたＨＯゲージ鉄道模型のモータ商品の電気インピーダンス、１００２は１９９０年頃に生産されたＨＯゲージ鉄道模型商品の走行回路の電気インピーダンス、また１００３は１９９０年頃に生産されたＮゲージ鉄道模型商品の走行回路の電気インピーダンスである。１００１の電気的特性はそれ以前まで製造されてきた市販品の電気的特性と同等であり、また１００２及び１００３の電気的特性は現在の類似の市販品の電気的特性と同等であると見なされる。この結果より、ＨＯゲージ、Ｎゲージのいずれにも適用可能な周波数範囲の下限は５０ｋＨｚであることが知られる。この周波数の下限値は前記の聴覚特性から要求される周波数の下限値より十分に高い。【００３３】  前記に詳述したように、本発明の模型車両の点灯装置における正弦波発生回路４の出力電気の周波数は５０ｋＨｚから１７０ｋＨｚの間の値に選定されるべきものである。【００３４】  （電子回路の具体的な構成の例）
前記の正弦波発振回路４として用いることのできる電子回路形式には種々のものが考えられるが、周波数の変化が不要であること、高調波の発生が少ないことという要求条件を勘案すると、図５に例を示すような２つのアナログ積分回路を直列に用いる形式の回路が最適である。該形式の回路は正弦関数（サイン）及び余弦関数（コサイン）を解とする２階常微分方程式を表現する電子回路で、微分方程式の解を直接計算するアナログコンピュータに広汎に用いられていた電子回路である。該図５の１９はいずれもオペアンプ（演算増幅器）を表す。図５に記された回路素子の数値例は安価で入手性の良い市販の電子部品を用いて試作した電子回路の例を表すもので、該定数によれば発振周波数は約１１０ｋＨｚとなって前記の周波数の上下限の条件に適合する。【００３５】  オペアンプとしては市販の、２つの回路が封入された図６のような汎用オペアンプＩＣを用いることが推奨される。前記の図５では従来の慣習にしたがってオペアンプの電源回路及び交流バイパス回路が記入されていないが、実際には図６に示すように＋及び−の直流電圧Ｖｃｃ（ボルト）を印加し、それぞれの電源端子と接地との間に０．１μＦ程度のセラミックコンデンサを挿入しておく必要がある。なお、１１０ｋＨｚ数ボルトの出力電気を得るには、少なくとも７Ｖ／μｓ程度のスルーレイトを持つ中級品のオペアンプを使用すべきである。多くの市販品のオペアンプＩＣの動作する電源電圧Ｖｃｃの最大値は１５Ｖなので、実用的には１２ボルトから１５ボルトの間に設定することが推奨される。この範囲では前記の電子回路の高周波数交流の出力電圧は原理的に電源電圧にほとんど依存しない。なお、市販の汎用オペアンプＩＣには２つのオペアンプ回路が封入されている例が多いので、これを用いればオペアンプ回路は１つのＩＣで充足される【００３６】  一般に汎用オペアンプＩＣの最大出力電力は模型車両の照明を点灯するには小さすぎるので、電力増幅回路を用いて十分な電力を得る必要がある。図７にもっとも簡易でありながら十分な実用性を備えた電力増幅回路の構成例を示す。１９は図５の電子回路に用いたオペアンプと同種のオペアンプであり、これの出力端子に２０１、２０２の２つのトランジスタが接続されている。従って、直流電源電圧は１２ボルトから１５ボルトを選択することが推奨される。２０１はＮＰＮトランジスタで、日本製であれば２ＳＣ又は２ＳＤの名称を持つ品種であり、２０２はＰＮＰトランジスタで、日本製であれば２ＳＡ又は２ＳＢの名称をもつ品種である。いずれも数アンペアから１０アンペアの最大許容電流を持つ品種を用いる。それぞれのトランジスタには少なくとも２センチ四方程度以上の大きさの取り付け面をもつ放熱器を装着すべきである。【００３７】  しかし、前記の電力増幅回路では、ＨＯゲージ以上のサイズの模型車両に適用するには出力電圧が不足することがある。一般的な解決策は耐電源電圧の高いオペアンプＩＣとトランジスタとを用いて直流電源電圧を十分高い値に設定することである。しかし、耐電源電圧の高いオペアンプ、トランジスタは一般に高価である。そこで別の解決策として、図８に示す実施例のように、電力増幅回路として２つの同種の電子回路を��いて、正弦波発生回路の出力電気を該２つの電力増幅回路にそれぞれ供給するにあたって、該２つの電力増幅回路の出力電気として、位相が互いに正反対となる２つの正弦波電気を生成するような電子回路を構成して、２つの電力増幅回路のそれぞれの出力電気端子の間の出力電気を出力電力として使用する方法（一般にＢＴＬ回路と称されている）が推奨される。図６の例のようにオペアンプは一般に正相、逆相の２つの入力端子を選択して用いることができるように構成されているので図８のような電子回路を構成することは容易である。更に、前記のように市販の汎用オペアンプＩＣには２つのオペアンプ回路が封入されている例が多いので、これを用いれば２つの前段のオペアンプは１つのＩＣで充足される。【００３８】  一方、小規模なＮゲージの模型車両のような低電流、低電圧で動作する例では、前記電力増幅回路を簡易化することが可能となる。実施例を図９に示す。なお、前記した実施例も含めてプリント配線板への実装形態は任意であるが、該図９の実施例は小規模な１枚のプリント配線板に実装することが容易である。【００３９】  （車上側の実施形態）
次に、前記のような地上の電源回路に対応する模型車両上に搭載する電子回路について詳細に説明する。模型車両の照明素子には、室内灯、車外表示灯など運転中に常時点灯していなければならない照明素子と、ヘッドライト、テールライトなどの模型車両の進行方向に応じて点滅を制御しなければならない照明素子とがあり、それぞれ個別の電子回路を用いて対処する必要がある。また、照明素子の発光素子の種類としては。長く使われてきた白熱電球と最近主流となった半導体によるＬＥＤ（発光ダイオード）とがあり、それぞれに対応した電子回路を用いる必要がある。【００４０】  常時点灯する照明素子にＬＥＤ（発光ダイオード）を用いる場合の基本的な電子回路を図１０に示す。１２はＬＥＤである。一般にＬＥＤは順方向の電圧印加により発光するが、逆方向の電圧印加では発光しないのみならず、通常の半導体による汎用ダイオードに比べて逆方向の電圧印加に対して虚弱なので、保護回路として１３のように汎用ダイオードを直列に接続しなければならない。この保護用ダイオードとしては、最も安価に供給されているシリコンダイオードが適当である。この場合、ＬＥＤとシリコンダイオードから成る回路は、＋、−が変化する交流のうち順方向の電圧印加のみで導通してＬＥＤが発光し、逆方向の電圧印加に対しては絶縁且つ非発光となる。この接続方式では、地上の電源回路が図３のようにコンデンサ９を含む交流結合回路となっていると、０ボルトのレベルが変化して動作が異常になる。このため図１０に示すように、模型車上の電子回路はＬＥＤとシリコンダイオードから成る回路を２つ逆並列に接続された組として構成しなければならない。該構成ではそれぞれのＬＥＤが、＋、−が変化する交流電圧のいずれかの向きの電圧印加で発光するので放射される光量が倍加する。また、こうした２つの逆並列回路の組を２組以上並列に接続して用いるのは、地上側の電気容量の許す範囲で問題なく可能である。【００４１】  一般にＬＥＤは、正常に発光している条件では両端子の間の電圧は電流の多少の変化にかかわらず実質的に一定となる。これをＬＥＤの定格電圧と呼び、この条件を与える電流の代表値を定格電流と呼ぶことにする。ＬＥＤの定格電圧値をＥＬ、定格電流値をＩＬ、直列に挿入されたシリコンダイオードの順方向電圧（通常０．７ボルト程度）をＥＤとすると、この模型車両に供給される高周波の電圧の実効値ＥＯはＥＬ＋ＥＤより高くなければならない。実際にはＥＬ＋ＥＤの値は個々の模型車両により多様に変化するので、ＥＯ高目の値に選択し、個々の模型車輛には図１０に示すように直列の電気抵抗１１を内蔵させてＬＥＤへの供給電圧がＥＬになるようにする。この抵抗値は、
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なる式の計算結果より与えられる。ここでｎは並列に接続されている直並列回路の組数である。原理的には該計算式の分子の第１項は実効値ではなく波高値（実効値の１．４１倍）を用いるべきであるが、前記の回路法方式ではＬＥＤとシリコンダイオードから成る個々の回路には交流の一方に電流のみが流れるので発熱量が実効値からの計算値の１／２となるので、実効値を用いて計算しても問題がない。一方、一般にＬＥＤの動作は供給される電流の２０％程度の変化には鈍感なので、実際に使用する電気抵抗の抵抗値は厳密である必要はなく、安価な市販品から該計算結果にもっとも近い値の品種を選択すればよい。【００４２】  さらに、該点灯回路に模型車両の走行のための直流電流が流入すると照明素子の明るさの変化やちらつきの原因となるので、図１０に示すようにコンデンサ１０を直列に挿入して直流を遮断することが推奨される。該コンデンサの電気容量値は、高周波電源の周波数における電気インピーダンスが前記の直列の電気抵抗１１の抵抗値の１／３以下となるように選択することが推奨される。【００４３】  高周波電源から供給される電圧ＥＯが十分に高いときには、図１１に実施例を示すように模型車両上の１つの電流路に複数のＬＥＤを直列に接続して配置することが推奨される。このとき、直列の電気抵抗１１の値は、
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で与えられる。ここでｍは直列に接続されているＬＥＤの数である。前記のように、一般にＬＥＤの動作は供給される電流の２０％程度の変化には鈍感なので、使用する抵抗の値は厳密である必要はなく、安価な市販品からもっとも近い値の品種を選択すればよい。【００４４】  （既存の模型車両の改造による場合の実施形態）
次に、すでに車上の照明装置が走行電流の一部を流用して点灯するように構成されている既存の模型車両を、高周波の電源により動作するように改造する場合の実施例を説明する。図１２の例に示すように、ＬＥＤを用いた既存の模型車両の照明回路はＬＥＤ１２、直列抵抗１１及び極性一致のためのブリッジダイオード１６により構成されている例が一般的である。この電子回路は、高周波の電源の電圧が走行のための直流の電圧と同等であれば、該図に示すように  直列にコンデンサ１０を挿入するのみで高周波による照明手段に対応させることができる。該コンデンサの電気容量値は、高周波電源の周波数における電気インピーダンスが既存の直列の電気抵抗１１の抵抗値の１／３以下とすることが推奨される。【００４５】  一方、既存の模型車両には照明装置の発光素子として白熱電球を用いた例が多数存在する。こうした例では図１３に示すように、１個以上の電球１７を並列接続した例が多い。一般に白熱電球は２００ｋＨｚ程度以下の周波数の交流電気入力に対する動作はその電圧の実効値と同じ電圧の直流電気に対する動作と相似なので、このような模型車両に対しては直流を遮断するコンデンサ１０を挿入するのみで高周波交流の電源に対応することができる。図１３は個々の電流分流路が１個の白熱電球で構成されている例を示したが、２個またはそれ以上が直列に接続している場合でも取り扱いは同様である。該コンデンサの電気容量値は、高周波電源の周波数における電気インピーダンスが白熱電球による照明回路の電気抵抗値の１／３以下となるように選択することが推奨される。【００４６】  （直流の極性で点滅制御される照明への実施形態）
走行用電気として直流電気を用いる電気車、ディーゼル車などの鉄道模型車両では、供給される直流電気の＋、−の極性転換により前進、後進の制御を行うのが一般的な構成であり、車端に搭載されたヘッドライト、テールライトは、該直流電気の極性を検出することにより、進行方向に応じて点灯、消灯を選択制御される。しかし、照明手段の電源として高周波数の交流電気を照明用電力として該走行用電気に重ねて供給する本発明の構成では、高周波数の交流電気は該走行用の直流電気の極性と無関係なので、該ヘッドライト、テールライトが常時点灯したままとなってしまい不都合が生じる。従って、本発明の構成では、進行方向に対応する該直流電気の極性に応じて点灯、消灯を選択制御されるべきヘッドライト、テールライトのための電子的手段が必要となる。【００４７】  前記の条件に対する根本的な解決方法となる電子回路であって、電気機関車、ディーゼル機関車のような車両の両端にヘッドライト、テールライトを搭載した模型車両において使用される電子回路の構成例を図１４に示す。点灯、消灯を選択制御されるべきヘッドライト１２１及びテールライト１２２は高周波電気により点灯されるので、常時いずれかが点灯している。点灯、消灯の選択制御にはトランジスタ２０３、２０４から成る双安定のスイッチング回路（フリップフロップ回路）を用いる。該スイッチング回路は直流電気で動作するので、点灯のための高周波交流をブリッジダイオード１６を用いて実質的に直流電気に変換しなければならない。また、動作を安定に保つためコンデンサ１０により直流電気を遮断しなければならない。また該構成例ではヘッドライト、テールライトにはＬＥＤを用いているので、図１２の実施例と同じく電流調整のための直列抵抗１１が必要となる。該構成例の方式は本発明においてヘッドライト、テールライトを進行方向に応じて点灯、消灯を選択制御するための代表的な方式とみなされるもので、直流電気の供給のない停車時には  ヘッドライト、テールライトの選択においては停車以前の状態が維持される。【００４８】  前記の図１４の構成例のようなヘッドライト及びテールライトを高周波電気により点灯し、それらの点滅を直流電気により行う方法は理想的であるが、多くの電子部品から成る電子回路が必要でありコストが高く、またＮゲージのような小型の模型車両では車上への搭載に工夫が必要となる。一方、実物の鉄道車両では停車するとヘッドライトを消灯する例が多い。さらに、テールライトは光量が少ないので、停車中に消灯しても大きな不自然感がない。これらの観点より、高周波の交流電気は室内灯など常時点灯されるべき照明のみに使用し、点灯、消灯を選択制御されるべきヘッドライト及びテールライトは、従来の模型車両と同様に走行用の直流電気で点灯することと割り切ると、模型車両に搭載される電子回路には、従来の電子回路に高周波の交流を遮断又はバイパスするための簡易な電子部品を付加するだけの簡単な回路構成が使用可能となる。【００４９】  図１５に、点灯、消灯を選択制御されるべきヘッドライト１２１及びテールライト１２２としてＬＥＤを用い、従来の模型車両と同様に走行用の直流電気で点灯する形式の電子回路の構成例を示す。従来の電���回路に高周波の交流を遮断するコイル１８を直列に付加したものとなっている。また、直列のダイオード１３は単にＬＥＤの保護素子としてのみならず点灯、消灯を選択制御する素子として必ず挿入しなければならない。なお、走行用の直流電気は電圧の変動が激しいので、電流調整には直列抵抗ではなく定電流ダイオード１４を用いるべきである。この時、定電流ダイオード素子は逆方向の電圧印加に対しての電気抵抗値が小さな値となるので、双方向の直流で動作させるために図に示すように２つの素子を逆直列に節属して使用しなければならない。【００５０】  図１６に、点灯、消灯を選択制御されるべきヘッドライト１２１及びテールライト１２２としてＬＥＤを用い、従来の模型車両と同様に走行用の直流電気で点灯する形式の電子回路の別の構成例を示す。図１５と類似の電子回路であるが、コイルに替えてコンデンサ１５を発光素子と直列ダイオードに並列に接続して高周波の電気をバイパスしている。該回路構成によれば高周波電力を少し消費するが、流れる電流値は定電流ダイオードで制限されるので小さな値であり、実用上コイルより小型で安価なコンデンサを用いることが可能となる特徴を有している。【００５１】  図１７に、点灯、消灯を選択制御されるべきヘッドライト１７１及びテールライト１７２として白熱電球を用い、従来の模型車両と同様に走行用の直流電気で点灯する形式の電子回路の構成例を示す。直列のダイオード１３は点灯、消灯を選択制御する素子として必ず挿入しなければならない。従来の電子回路に高周波の交流を遮断するコイル１８を直列に付加したものとなっている。この構成では定電流ダイオードのような電流制限素子を用いないので図１６に示したようなコンデンサによるバイパス回路は用いることができない。【００５２】  （地上側の別の実施形態）
図１８に、前記の図１又は図２もしくは図３の構成とは異なる地上側すなわち電源側の要素の構成例を示す。前記の図１又は図２もしくは図３の構成は地上側に、模型車両が走行するための直流電力を供給する既存の直流電源３に、模型車両の照明回路の電源となる高い周波数の交流電気の発振回路４、及び電力増幅回路５を付加する構成をとっていた。これに対して図１８の構成では、走行用、照明用のすべての電力を同一の電力増幅回路５から供給することにより、図２のコイル６、コンデンサ７、電気抵抗８、コンデンサ９のような直流電源と高周波交流電源との間の正常なインタフェースを保つための付加回路素子を省略することが可能となっている。また、図には示されていないが直流電源、高周波交流電源を商用交流電源（我が国なら１００ボルト５０又は６０ヘルツ）で動作させるための回路が共通とすることが可能な特徴を有する。この構成の回路では、走行用電気の電圧及び極性を調節する電気回路３は加算回路（一般にオペアンプの入力部）２１を動作させられる程度の微弱な電気を制御する小規模な回路で良く、小型で経済的な総合電源が実現できる。【００５３】  以上に詳細に説明したとおり、本発明はモータを内蔵し、外部から走行用電力として直流または低周波数の交流電力を供給されて軌道に案内されて走行する模型車両に搭載されている照明灯を点灯する装置に関するもので、最新の半導体電子回路技術を駆使することにより、波形歪の極めて少ない高周波数の正弦波信号を発生し、またこれの周波数を技術の実情に即して最適な値に選定することにより従来の高周波点灯回路の欠点を完全に克服し、同時に既存のＤＣＣ方式に比べて簡便、小型且つ低価格で、また既存の模型にも簡単に適用できる模型車両の点灯装置を提供することを可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明における模型車両の点灯装置の第１の実施例を示す概観図である。
【図２】本発明の第１の実施例において走行用電源と照明用電源との相互干渉を排除する回路素子の特性を改善した実施例の概念図である。
【図３】本発明の第１の実施例において電力増幅器の保護回路を負荷した実施例の概念図である。
【図４】現在用いられている鉄道模型用の動力装置の高い周波数の交流に対する電気インピーダンスの実測された例である。
【図５】本発明において正弦波発生回路として使用することが推奨される２つの積分回路を直列に接続する形式のアナログ発振回路の一例の図である。
【図６】本発明の電子回路に使用するに適当な市販のオペアンプ集積回路の内部構成と外部の付加回路の概念図である。
【図７】本発明において電力増幅回路として使用することが推奨されるコンプリメンタリ方式の電子回路の１例の図である。
【図８】本発明において電力増幅回路として使用することが推奨される電子回路の１例で、図７に表された回路を２つ、いわゆるＢＴＬ接続で用いる回路の概念図である。
【図９】本発明を小規模な模型車両に適用する場合に適当な小規模な電力増幅回路を用いる実施例である。
【図１０】本発明を実施する車両に搭載され、常時点灯される照明素子に用いる電子回路で、照明素子にＬＥＤを用い、設計当初から本発明に対応するように配慮された実施例である。
【図１１】図１０と同じ目的に用いる電子回路で、照明素子に用いるＬＥＤの数を増加させるために変形された電子回路の実施例を表す。
【図１２】本発明を実施する車両に搭載され、常時点灯される照明素子に用いる電子回路で、照明素子にＬＥＤを用い、既存の車輛を本発明に対応するように改造する場合の実施例である。
【図１３】本発明を実施する車両に搭載され、常時点灯される照明素子に用いる電子回路で、照明素子に白熱電球を用いる場合の実施例である。
【図１４】本発明を実施する車両に搭載され、車両の進行方向に応じて点滅を切り替えられる照明素子に用いる電子回路で、半導体素子を用いて該進行方向に応じて点滅動作するスイッチング回路を搭載し、照明用高周波交流電気を整流して実質的に直流とした電流により照明阻止を動作させる構成の実施例である。
【図１５】本発明を実施する車両に搭載され、車両の進行方向に応じて点滅を切り替えられる照明素子に用いる電子回路で、照明素子にＬＥＤを用いる場合の実施例である。
【図１６】本発明を実施する車両に搭載され、車両の進行方向に応じて点滅を切り替えられる照明素子に用いる電子回路で、照明素子にＬＥＤを用いる場合の別の実施例である。
【図１７】本発明を実施する車両に搭載され、車両の進行方向に応じて点滅を切り替えられる照明素子に用いる電子回路で、照明素子に白熱電球を用いる場合の実施例である。
【図１８】本発明における模型車両の点灯装置の第２の実施例で、正弦波発生回路の他に直流または低周波数の交流電気により走行用電力の極性及び振幅を制御する電子回路を備え、照明用電力と走行用電力とを同一の電力増幅回路から出力する構成の実施例である。
【図１９】本発明を実施しない従来の模型車両の例を示す概観図である。
【図２０】１９５０年代に米国などで用いられた、高周波数の交流電気で照明回路を点灯させる電子回路の例である。
【符号の説明】
【００５５】１、                模型車輛
２、                線路
３                  直流または低周波数の交流電気の電源
４、                高い周波数の交流電気の発振回路
５、                電力増幅回路
６、６１、６２、    コイル
７、７１、７２、    コンデンサ
８、                電気抵抗
９、                コンデンサ
１０、              コンデンサ
１１、              電気抵抗
１２、１２１、１２２  ＬＥＤ（発光ダイオード）
１３、              ダイオード
１４、              定電流ダイオード
１５、              コンデンサ
１６。              ブリッジダイオード
１７、１７１、１７２  白熱電球
１８、              コイル
１９、              オペアンプ（演算増幅器）
２０１、            ＮＰＮ形トランジスタ
２０２、            ＰＮＰ形トランジスタ
２０３、２０４      ＮＰＮ形トランジスタ
２１                加算回路
１００１、          １９７０年頃のＨＯゲージ鉄道模型のモータの電気インピーダンス
１００２、          １９９０年頃のＨＯゲージ鉄道模型のモータの電気インピーダンス
１００３、          １９９０年頃のＮゲージ鉄道模型のモータの電気インピーダンス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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