鉄道模型
鉄道模型（てつどうもけい）は、一定の縮尺・軌間による鉄道車両・線路の模型をいう。
指先でつまめるようなサイズのものから、実物の数分の一で、乗用台車を牽引して跨って乗れる程度のものまで、実物のように動作をする列車模型と、その周りの情景を含め一般的に「鉄道模型」と呼ぶ。
当初は高価な趣味であったが、一般に普及するにつれて庶民の住宅事情を反映し小サイズの模型がより普及する傾向にある。かつてはブリキ製の玩具との境界はあいまいであったが、次第に決められた縮尺・軌間によって車両やレイアウト・ジオラマを製作して、コレクションしたり線路上を走行させて鉄道の情景を楽しむための規格が定められるようになった。
遊戯施設などで実物の鉄道の1/3サイズで製作され、客車の内部に乗車できるもの（イギリス：ロムニー・ハイス&ディムチャーチ鉄道、日本：伊豆修善寺虹の郷）や、鉄道車両の実物大試作モックアップなども模型ではあるが、一般的にはこれらを鉄道模型とはいわない。また、プラモデルや置物などのような走行させることができない列車模型も、鉄道模型とは区別される。
他の種類の模型と異なり、鉄道模型では車両と線路（軌間）が常に対となっている。縮尺によってサイズはさまざまであるが、ある程度の数の縮尺に集約されている。これは縮尺に規格を定める事で既製品を利用できるようにするためである。
イングランドにおいて19世紀初頭から生産されていた。当初はそれらは実物の宣伝用として製作されていた。
1862年、ロンドンのメイヤーズがカタログに蒸気機関車を掲載した。1898年、バセット・ロークが創業し、ドイツのビングなどを下請けにしてスケールモデルを供給しはじめた。バセット・ロークは1921年にOOゲージを発売した。
1835年、アドラー号と亜鉛製の人形と客車が販売された。1840年、最初のドイツ製の板金による鉄道模型の生産の記録が残っている。1886年、ビングが最初の製品を発売した。1887年、Schonnerが縮尺約1/22・軌間65mmと、縮尺約1/12・軌間115mmの蒸気機関車と客車と線路を発売した。
1891年、メルクリンがライプツィヒ・メッセに最初の鉄道模型を出品した。メルクリンは最初に0番、1番、2番、3番という名称の鉄道模型を生産した。1901年に雑誌上で初めて鉄道模型の標準化・規格化について議論され、1891年のメルクリンの規格を元にすることになった。
1922年にビングから0番規格の半分のサイズのOO番（OOゲージ）が発売され、Bing-Tischeisenbahn（ビング卓上鉄道）の名で展開された。当初はぜんまい式だったが1924年には電気式になった。1935年春にトリックスから、秋にはメルクリンからOOゲージ製品が発売された。
幕末に帝政ロシアのプチャーチンが来航し、蒸気で走る模型を披露したとの記録がある。また、ペリーが黒船で浦賀に来航した際に、幕府に蒸気機関車の模型を献上したとされる。嘉永6年（1853年）佐賀藩の精錬方であった田中久重が蒸気車の雛型（模型）を作った。桂小五郎がナポレオン号（山口県立山口博物館蔵）を持ち帰った記録もある。また、加賀の大野弁吉が蒸気機関車の模型を作った記録がある。これらの機関車は2003年に国立科学博物館で開催された江戸大博覧会で展示された。このように日本では実物よりも先に模型の方が完成した。これにより蒸気機関に関する理解が深まった。その後、鉄道省で教材として作られた。電気を動力とする鉄道模型は1890年の上野で東京電燈スプレーグ式電車が運転された第3回内国勧業博覧会において展示されたものと思われる。この模型は円形テーブルのうえに敷かれた軌道を手回しのダイナモで走らせるものであった。のちこの模型は日本のライブスチームのパイオニアである田口武二郎の父田口卯吉が入手したというこの模型は東京市に寄贈された。
明治後半には上野の菊屋や銀座の伊東屋に舶来の模型機関車が並べられるようになり、ドイツやアメリカから2番、1番、Oゲージ等の鉄道模型が輸入され、愛好者層を中心に徐々に普及した。関東や関西の百貨店は鉄道模型に力をいれるようになり三越で販売した国産の鉄道模型セットに入っていたトランス（製造関電機製作所）には三越のロゴマークをつけていた。戦前のメーカーは朝日屋 (大阪府)、関電機製作所、西尾音吉模型工場、千代田計器工作所など、そして現在も営業しているカワイモデルである。しかし当時の模型はぜいたく品であり富裕層の子弟の高価な玩具であった。なお関電機製作所ではアメリカやイギリスに輸出していた。
1924年創刊された『子供の科学』に本間清人が電気機関車の作り方、庭園鉄道のレイアウトなど模型製作記事を連載した。続いて山北藤一郎が電気機関車や電気関係の製作記事を連載した。そして子供の科学代理部（のちの科学教材社）によりモーター、車輪、レール、トランス等鉄道模型の部品の販売を開始し、さらに子供の科学展覧会を開催して鉄道模型の発展に貢献した。本間清人は『子供の科学』誌で「50mmゲージ」を提唱、これが日本における鉄道模型の標準軌間のさきがけとなった。この時代の縮尺であるが、発売された製品は足回りやパンタグラフは約1/40、連結器は1/20位で車体は各人の好みで1/21から1/30位と統一されていなかった。『科学画報』で「模範的電気機関車の作り方」を執筆した香西健は1/30・35mmゲージを採用。1927年日本橋三越で開催された子供の科学主催第一回模型の国展覧会でこの規格の電気機関車が最優等賞を獲得し注目を浴び、1929年に創刊された『鉄道 (雑誌)』はこのゲージを推進した。メーカーも追随して製品を発売するようになり、35mmゲージは戦前の日本の鉄道模型模型規格の主流となった。ミトイ会（35をもじった）という模型クラブがつくられ会場をかりてしばしば公開運転を行い。その様子がニュース映画に取り上げられていた。一方Oゲージ由来の32mmゲージを縮尺1/40-1/42で制作して楽しむ愛好者もいて、千代田計器工作所からは完成品も発売されていた。1938年『模型鉄道』誌上で湯山一郎が「模型鐵道の標準軌間」を発表した。この記事は、日本独自の道を行く35mmゲージと比べ軌間32mmのOゲージにすればアメリカ型もイギリス型も日本型も（縮尺は調整するが）同じ線路上に走らせることが出来るとしてOゲージの利点を説き、日本型の縮尺については1/45を推奨した。しかし35mmゲージ擁護派からの反発は両者の争いを生みそれは終戦まで続いた。また『科学と模型』に「16番ゲージ日本標準規格に就て」を発表した山崎喜陽も国賊非国民と攻撃をうけていた。
第二次世界大戦が終わると模型店には鉄道模型好きのアメリカ人将校達がやってきて手の込んだ高価な模型を注文し模型店は活況を呈するようになる。やがてOゲージ、HOゲージを輸出するようになり外貨獲得に努めた。天賞堂、カツミ模型店はアメリカ向け高級真鍮製品を手掛け高い評価を得ていた。またトビー模型店の欧州向け製品は当時欧州で大量生産されていたプラ製品に比べディテールや走行性能、美しい塗装など定評があった。他にもフジヤマ、ユナイテッド=合同、熊田貿易、オリオン等の外国型専門のメーカーがあった。1960年代になると16番ゲージが愛好者層を中心として普及していったが、日本型車両の製品はメーカーが輸出品中心もあり例えば天賞堂は1968年時点蒸気機関車は9600形のみ電気機関車は1966年時点EB10形、ED42形、EF15形、EF30形、EF62形という状況であった。また製品の優劣が激しく雑誌の製品紹介で「悪口をかかないのに苦労した」というできであった。時代は下り為替の関係で輸出が困難になる時代がくると国内市場にシフトするようになり日本型も質量とも充実してくるようになる。1980年代以降、Nゲージの普及により愛好者層が拡大し現在に至る。また、実物の軽便鉄道や産業用軌道を再現するナローゲージモデルを楽しむ愛好者もいる。
1945年にアメリカのH.P.プロダクツから縮尺1/120・軌間12mmの鉄道模型（TTゲージ）が発売された。後にイギリスや西ドイツでも展開された。1960年の初頭にイギリスのと西ドイツのアーノルトから軌間9mmの鉄道模型が相次いで発売され、後にNゲージとして発展することになる。
1972年、西ドイツのメルクリンから縮尺1/220・軌間6.5mmのZゲージが登場した。当時はこれ以上小さい模型はないという意味からZと名付けられたが、2008年に日本の栄進堂からさらに小さな縮尺1/450・軌間3mmのTゲージが発売された。
量産品ではなく、個人の製作した内部に動力を備えて自走する車両ではオーストラリアの愛好家が縮尺1/480で製作した記録がある。
鉄道模型には縮尺（スケール）や軌間（ゲージ）、電動式のものは電流・電圧などさまざまな規格が存在し、それら規格にもとづいて製品化されている。また、自作する場合はそれら規格に適合するように製作されることが多い。
鉄道模型の規格は軌間と縮尺の組み合わせにより決定される。
鉄道模型の規格はメーカーや鉄道模型の愛好者団体（NMRAやMOROPなど）により決められているので国・地域、メーカーなどにより違いが見られ、共通性があるが完全に同一ではない。各地域の規格は、軌間はメートル法とヤード・ポンド法での相違以外おおむね同一であるが名称や縮尺は互いに異なっている場合もある。本稿においては日本で慣用されている名称・軌間・縮尺を主に用いる。
規格の名称は日本やイギリスではゲージ、アメリカ（NMRA規格など）ではスケールと呼ばれるいる。
各規格は、原則として実物の標準軌（1435mm）を縮小したものである（スタンダードゲージモデル）。それ以外にも標準軌より狭い狭軌軌間を再現したナローゲージや広軌軌間を再現したブロードゲージも存在する。
ここでは規格呼称、標準となる縮尺（スケール）・軌間（ゲージ）、用例を記す。スケールは「ものさし」・「縮尺」のことであり、サイズは寸法である。日本ではメートル法が採用されているので分数表示が主流であるが、ヤード・ポンド法を採用しているアメリカでは、1フィート (304.8mm) を何インチにするかという表示法が用いられる。
イギリスではヤード・ポンド法とメートル法と組み合わせた1フィートを何mmとするかという表示法、mmスケールが用いられる。イギリスの鉄道模型の縮尺はmmスケールに基づくものが多い
当初は鉄道線路を構成する2本のレールの中心間距離で表されていたが、現在ではレールの頭部の内側の距離を表す。
実物を縮小するとゲージは好きなように決められるが、実際にはある程度の数の軌間に集約される。
原則として実物の標準軌（1435mm）を基準として縮小されたものが模型の標準規格である。日本や南アフリカなどでは実物は狭軌であるものの、市販されている模型は標準軌仕様とする場合が多い。フィンランドやアイルランドなどでは実物は広軌であるものの、市販されている模型は標準軌仕様とする場合が多い。
鉄道模型の一分野で、スケールモデルに対する用語である。初期の鉄道模型はこのタイプの製品が多く、アメリカでとくに盛んである。もともとは高級な模型であったが、クリスマスプレゼント用の大量消費時代が到来した1936年ごろ、ライオネルが発展可能なシステムを提示してから一挙にアメリカの標準模型として大衆化された。文字通り「tinplate」でブリキ製の鉄道模型を指す言葉であり、ハイレール (hi-rail) という言葉と同義である。背の高い中空レールを用いる玩具的鉄道模型であって、ハイ・フランジ車両が走るように作られており、中央三線式の集電方式が主流である。年少者のみならず大人の趣味としても認知され、大規模な交換会・スワップミートが数日にわたって開かれる。
Oゲージの場合、おおむね縮尺1/64 - 1/48であるが一定しない。小さく作れば大型機でも小半径を走らせることができるため、縮尺1/58としている製品もある。ティンプレートはOゲージが多いがアメリカンフライヤーではSゲージもある。これは当初より二線式を採用していた。
ヨーロッパや日本でも同様な製品についてトイトレインやティンプレートと呼ばれることがある。
日本ではOゲージや16番ゲージの短縮型（ショーティー）製品が該当するものとされている。
メルクリンやライオネルに代表される方式で、中央三線式を採用しているが、交流方式であることは必ずしも三線式であることを意味するわけではなく、少数ながら交流二線式や、直流三線式（後述）の鉄道模型も存在する。1930年代には効率のよい整流器や強力な永久磁石が民生用にはなかったので、直巻電動機と電磁石による方向転換装置（逆転機）との組み合わせが採用された。絶縁車輪を用いなくても良いので今でも根強い人気がある。
電子工学の進歩に伴い、多重制御方式（後述）を好むユーザーが増えてきたため、交流とは言えども正弦波ではない交流駆動の模型が増えている。
直流を得るには蓄電池あるいは小型の整流器を必要とした。自動車産業の発達したアメリカ合衆国では、セレン整流器が民生用として市販され始めたので、これを流用して「直流12 V」という規格が成立した。通常は左右のレールのみから集電する直流二線式が用いられるが、少数ながら直流三線式の鉄道模型も存在する。トリックスでは、直流二線式の「トリックス・インターナショナル」に対して、直流三線式の「トリックス・エクスプレス」が存在する。
直流二線式では、主に車両から見て右側にあるレールにプラスの電気が流れている時に前進する製品が多い。
直流方式の利点は、機械的な逆転装置なくして自由に前進後退を選べることであった。交流方式の直巻電動機の界磁を車載整流器で一定方向磁界とすれば（これを Polarized という）手元のスイッチひとつで進行方向を切り替えることができた。第二次世界大戦後は永久磁石の界磁となり、これは分巻電動機の一種であって模型車両の駆動用電動機として最も適しているとは言えないが、広く用いられるようになった。
現在のもっとも進んだ駆動方式では、電子制御でモーターの回転数を実物を模した加減速曲線で駆動し、Bemf（逆起電力）を測定して回転数を一定に保つ方式をとっている。また、永久磁石に吸着されない無鉄心型モーター（コアレスモーター）を採用し、逆駆動するウォームギヤとの組み合わせで押して動く（"Free-rolling mechanism" ）動力車が実用化されている。
12 V という電圧は先述のように自動車産業から派生したものであったが、線路が長くなると電気抵抗が無視できなくなり、電流値を減らして電圧降下を小さくすることができる高電圧化の論議が1980年代に始まった。24 V 化という動きもあったが、効率のよいモーターの採用とともにその声は聞こえなくなった。Oゲージ、Gゲージではレイアウトの規模が大きいので、12 V 車でも場合により16 - 18 V を採用することもある。
同一の線路上の複数の車両を個別に制御する方式の総称。車両の運転のみならず、警笛、前照灯・尾灯の点滅などもこの概念に含まれる。1960年代頃からは直流に交流を混ぜて流し、周波数によって識別する方式としてゼネラル・エレクトリックのアストラック（"Automatic Simultaneous Train Controls" 、ASTRAC）や交流と直流を同時に流す方式などがあったが、アナログ方式ではせいぜい数台が限度であった。三線式の線路を使用したメルクリンのデルタシステムもあった。デジタル式ではホーンビィのZERO-1やメルクリンのメルクリンデジタル等があった。他にCTC-16というデジタル式もあった。いずれも専用のデコーダを搭載するもので、一部を除き従来の車両と同じ線路上を走らせることはできなかった。
2000年代以降はデジタルコマンドコントロール（DCC）が世界的な標準になり、欧米ではあらかじめDCCの搭載を想定したコネクタを装備した車両が普及している。DCCでは理論上、アドレス長が10bitの場合、同時に1024台に指令を出すことができる。
鉄道模型が登場した頃は、手で押すものであった。時代の進歩とともに、ぜんまい駆動や蒸気による自力走行できるものになり、最終的に電気による外部からのコントロールが可能になった。
それは、乗ってコントロールする必要があったり、あるいは動き始めたら放置せねばならない蒸気駆動より、室内で楽しめるより小さな電動模型への進化であった。もちろん蒸気駆動はライブスチームとして特化した進化をとげたが、電動模型はより小さなサイズへと向かった。
初期の鉄道模型ではぜんまい式の動力の物が存在した。それらはスプリングモーターと称された。現在でも一部のブリキ製鉄道玩具に使用される。
当初は簡易なボイラーと単動首振りエンジンを組み合わせた、動き出したら水または燃料がなくなるまで走り続ける物が多かった。そのうちに実物と全く同等なつくりで、人間をのせた車両を牽いて走る模型が主流となった。これは給水、焚火、運転が実物どおりでタービン発電機やインジェクタまで装備するものが現れた。またアメリカで実用化された関節式機関車を、実物どおりのボールジョイントの給排気管で結ぶ模型も出現している。また、蒸気タービンで発電して電動モーターで走る模型も試作されている。
手軽に運転できる電動式模型の普及により一時期廃れていたが、1970年代半ば頃から一部の熱心な愛好者と彼らに支えられた新たなメーカーの参入により以前に比べよりハードルが低くなってきている。また、近年、各地で愛好者が集う運転会が開かれ、徐々に愛好者は増えつつある。
また、メルクリンなどの既存のメーカーも新製品を出しつつある。電子工学の進歩により、小型模型をラジオ・コントロールすることが可能になり、1番ゲージでは多くの人たちが楽しむようになった。2000年代に入るとイギリスのホーンビィからOOゲージの電熱蒸気機関車が発売され、外部から汽笛吹鳴までコントロールできる完成品も発売された。これらはライブスチームと呼ばれる、庭園鉄道の一分野として楽しまれている。
電動模型は、家庭への配電と同時に始まった。当時の電池は高価なわりに性能が低かったからである。交流による家庭への配電が開始される前に一部の地域では直流で配電されていた。
当初採用されていた蒸気あるいはゼンマイ式の二線式軌道に集電用の第三軌条を付け加えることにより電動化が実現された。二線式を採用するには車輪と車軸を絶縁しなければならないので、それまでに売った車両の改造をしなければならなかったが、実物に習い中央の第三軌条から集電すればそれまでの製品との不整合がなくなる。日本では実物に中央三線式の鉄道が存在しなかったため、このタイプの集電方式は玩具的であると嫌われたが、逆に欧米では本物と同じであるとして受け入れられてきた。
当初は直巻電動機を自作し変圧器または抵抗器で制御していた。抵抗器には食塩水を用いたものもあった。小型の電動機が模型用として発売されるようになると、それを納める動力車の大きさが決まってしまう。すなわち模型のサイズの小型化はモーターサイズの小型化の歴史でもあった。界磁コイルを軸の延長上に移したり、両軸モーターを作り車軸や台車間に納めたり、この時期の工夫は目覚しい。
界磁が電磁石の直巻電動機は、交流でも直流でも回転し、実物同様、機関車、電車の駆動には適する特性を持っていた。起動時に電流の2乗に比例して起動トルクが発生し、回転が上がると同時に電流が減少する。速度に応じて徐々に電圧を上げれば実感的な運転ができるわけである。しかし、進行方向の逆転には界磁の極性を反転させねばならなかった。ライオネル、メルクリンらは、電流を瞬間的に遮断することにより作動する逆転リレーなどを開発し市販した。しかし分岐器を通過する際に誤動作することがあり、モーターの回転による遠心力を用いた誤動作防止装置が一部の愛好者によって開発された。
1930年代になると直流駆動への試みが始まった。一部の地域では直流で配電されていたが、大部分の地域では交流による配電だった。アメリカ合衆国ではモータリゼーションにより自動車用の小型の整流器が民生用として発売されたのを受け、界磁電流をセレン整流器で整流して走行電流の極性を反転して逆行させる工夫がなされた。また電圧は自動車用の12 Vを標準電圧として採用した。
1940年代になると永久磁石を界磁にしたマグネット・モーターが市販されるようになった。これは、小型軽量で消費電力も少なかったが、分巻特性を持ち、与えられた電圧と回転数が正比例するものであった。すると、抵抗による電流制御よりも電子部品による電圧制御によるコントロールが望ましくなる。これはトランジスタ・コントローラの発達を促し、レオスタットを駆逐した。
マグネット・モーターは、停止時に界磁が電機子を吸着して動きにくくするコッギング（英語ではteethingという）が避けられず、機関車は手で押して動かすことは不可能であった。マグネット・モーターの軸を手で廻すとあたかもサイコロを転がすごとく、特定の位置で引っかかりを感じるが、直巻電動機を採用していたライオネル、メルクリンの機関車は、レールに手で押し付けて押せばモーターが回転する。また、最近ではコッギングがなくスムーズな走行でより大きなトルクが出せるコアレス・モーターやコッギングはあるが、より大きなトルクが出せるブラシレスモーターも普及しつつある。
モーターから車輪までの動力伝達にはウォームギヤが多用される。スパーギヤ、ベベルギヤの使用は少ないが、一部高級機種ではウォームギアの一種であるコースティング・ギヤの使用も認められる。それは前者では一段（少ない部品で）で大きなギヤ比を実現でき、また、モーター軸と駆動軸が直交することが省スペース化とモーターの配置上で大変便利だからである。しかし制動装置の無い鉄道模型で使用されるウォームギヤは安全性の観点から逆駆動できないものが多いため、特殊なクラッチを用いて歯車の自動切り離しをする手法も現れた。しかしこの手法は一過性のもので、製品に反映される性格のものではなかった。一方、コースティング・ギヤを使用した機種では逆駆動の問題は解決している。
マグネット・モーターの一種のコアレス・モーターは鉄心を持たないムービング・コイル型モーターでそれをスパーギヤで減速すると押して動く動力車ができる。しかし限られた空間に収められるギヤはギヤ比が1:4程度のものであり、あまりにも牽引力が小さく、最高速が大きすぎるものであった。1984年にコースティング・ギヤが開発され、高効率と静粛性を併せ持つ動力車の実現が可能になった。
これらの電動模型は同一線路上ではすべての動力車が同一の動きをするが、それでは不満足な愛好者は多重制御方式へと向かい、それはデジタルコマンドコントロールとして実現された。
一部の愛好者やメーカーによって内燃機関を搭載した鉄道模型が製造されている。生産数は少ないが熱心な愛好者の手によって伝承されている。内燃機関にはガソリンエンジンやグローエンジンを使用し、実物のガス・エレクトリック方式のように発電機を駆動して電気モーターで推進するものや、減速機を介して動輪を駆動するものが存在する。またレシプロ機関だけでなくガスタービンを動力としたものも一部の愛好者の手で作られている。
1940年代より、電気式蓄音機の出力をレールにつなぎ、車両に搭載したスピーカーから音を出す構造のものが存在した。その後改良され、1970年代には蒸気機関車のロッドの動きに同期してブラスト音を出すPFMサウンドが出現した。また、外部の音源からの音声信号を無線で飛ばし、車載の受信機で受信してスピーカーから再生するものもあった。1990年代にはデジタル式の音源を備えたものが普及している。2000年代以降、サウンド機能のあるDCCデコーダー以外にもカンタムサウンドやMRCシンクロサウンドボックスのように従来のアナログコントローラーを使用し、車載のデジタル音源から車両の電圧変化に応じて音を出すものがある。