月刊ポピュラーサイエンス/第04巻/1874年3月/イギリスの鉄道における電気信号の仕組み

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イギリスを旅行したことのあるアメリカ人のほとんどが、クラパム・ジャンクションを知っていると言っても過言ではない。それは、6つ以上の裸のような砂利敷きのプラットフォームで、待合室や軽食室などの便利な設備はほとんどなく、複雑とまでは言わないまでも、イギリスで最も重要な鉄道駅の一つを形成している、驚異的な場所である。ある方向に向かうある会社の列車でプラットフォームに到着すると、同じプラットフォーム上で右に曲がったり、3ヤード歩いたりすることで、誰も知らない方向に向かう全く別の会社の列車の座席を確保することができる。この交差点で一度でも道を譲ったり、迷ったりすると、イギリスの西に行きたいと思っていたのに、急に南に連れ去られたり、その逆になったりすることがある。旅するロンドンっ子でさえ、本能的に「ジャンクション」を恐れているのである。もしあなたがイギリス旅行の必須アイテムであるブラッドショーを手にして、列車の停車駅リストの中にクラパム・ジャンクションを見つけたとしても、それ以上は行かないでほしい。運命を誘惑してはいけない。むしろ諦めることだ。車内のクッションに身を任せ、ブラッドショーを窓から投げ出して、暇なときにこの金額を計算してみてほしい。24時間の間に平均して800本の列車（特別列車、長距離、回送の機関車は言うに及ばず）がクラパム・ジャンクションを通過し、A列車が発車してからB列車が入線するまでに約2分の間隔があるとしたら、B列車がA列車の最後尾に突っ込む可能性はどのくらいあるだろうか?

考えられないほどの確率である。なぜなら、「閉塞」システムが完全に機能しているからである。この「閉塞」システムとは何か?この疑問に答えることが、この記事の目的である。

イギリスで鉄道旅行をするということがどういうことなのかを理解するためには、この記事のためにいくつかの事実を重要な順に覚えておく必要がある。

昨年の初め、イギリスには約15,500マイルの鉄道が走っており、以下のように分布している。イングランドとウェールズが11,000マイル、スコットランドが2,500マイル、アイルランドが2,000マイルで、290社がこれらのマイルを共有している。イングランドで言うところの停車場（駅）は、分岐点や側線を含めて、全王国で約10,000ヵ所あり、そのうち6,000ヵ所は旅客駅で、鉄道の約2マイルに1ヵ所の割合になるが、ロンドンとその近郊だけでも150ヵ所以上の駅があるので、実際にはそうではない。当然のことながら、イギリスの鉄道システムの大きな中心はロンドンである。どんな手段を使ってでもロンドンへの経路を確保できる会社はすべてそうしているし、公衆にとって最も魅力的な経路を提供しようと努力している。そのためには、大多数の会社は、必然的に、ロンドンに終着駅を持つ大企業の路線を利用しなければならない。そのためには、数多くの支線、分岐点、側線が必要であり、列車の「移動」や分岐器の調整が必要であり、効率的な信号システムが必要であり、支線、分岐点、側線の信号や分岐器を管理する人たちには、どれほどの注意、堅実さ、仕事への取り組みが求められるかを想像してみてほしい。例えば、1,387マイルの線路を持つイギリスのGreat Western線を例に挙げよう。この路線は、自社のシステムに加えて、ブリストル・エクセター、南デヴォン、北ウェールズなどの主要なシステムと連携しており、さらに多くのマイナーなシステムがあり、それらの交通を自社の交通と同様に提供しなければならない。これらの路線では、毎日、列車が特急速度で走っており、その最終目的地はロンドンである。さて、イギリスでの特急速度とは、平均時速47¾マイルということで、世界の他の鉄道会社で達成される速度よりも、おそらく10マイル以上も速い速度である。実際、Great WesternとGreat Northernの路線では、この速度を超えている。前述のシステムでは、ロンドンからスウィンドンまでの77¼マイルを87分で停車せずに走り、1時間に53¼マイルのペースを維持している。グレート・ノーザンでは、ロンドンからピーターバラまでの76¼マイルを90分で走り終える。信号係のちょっとした間違いや仲間の調整漏れで、特急が間違った路線に入ってしまい、先日ウィガンで起きたような恐ろしい大惨事になってしまうのである。

私が提案した上記の小計では、クラパム・ジャンクションを1日に約800本の列車が定期的に通過していると述べた。あなたはプラットホームに立っている。列車があなたの前を通り過ぎる。時計を取り出し、秒針が回っているのを確認すると、それが60になる前に、Whish-h-h-bang-Plunge-2番目の列車が、最初の列車に追いつこうと、外に飛び出した。しかし、それはできない。1分に1本の割合で列車が通過しても、何の心配もしない。彼は時間とは関係ない。彼の任務は、2つの列車の間に一定の不変の間隔を維持することであり、それを実行している。どのようにしているのか?もし読者が私についてきてくれれば、信号区間の中を見ることができるだろう。

確かに大した場所ではない。全体としては、2流の海辺の小屋のようなもので、4本の柱に取り付けられており、駅に入ってくるすべての列車と、駅から出てくるすべての列車が、この詰所に向かって全力で突進し、詰所とその住人を粉々にしてしまうような配置になっている。実際には、この信号区間は、ある距離を置いて、ある線が他の線と合流するところを一望できるように設置されている。私たちの区間の内部は、劇場の家具のないプライベート区間に、機械工の所有物が間違って入れられているようなものだ。壁に印刷された「信号係の注意をそらさないようにお願いします」という注意書きを見て、周りを見渡してみると、ざっと見た感じでは、信号係の仕事はさぞかし楽しいだろうと感じた。窓から列車を眺めているだけでワクワクしてきる。仕事はそれほど大変ではないようであるし、仕事の内容（実のところ、かなりの量であるが）は特に興味深く、電気電信の仕組みを完全かつ正確に知ることと無縁ではなさそうである。詰所の中に入って左側の壁には、目線と同じ高さの小さな黒檀のハンドルがいくつもある。技術的には「キー」と呼ばれているが、英語の鉄道用語では「ピストンキー」や「プランジャー」と様々に呼ばれている。これは、アメリカの大規模なホテルのベッドルームに備え付けられている小さな「呼び鈴」の電鈴の原理を応用したもので、駅間の「アップ」と「ダウン」を電信で伝えるものである。これらの「プランジャー」の上には電鈴が設置されており、この電鈴が鳴ることで、列車の接近と出発、その性質（旅客か貨物か、特急か特別列車か）、そして、同じ路線を2つ以上の会社が運営している場合には、どの会社に所属しているかを知らせることができる。イギリスの鉄道会社が列車を区別するために普遍的に採用している習慣は、機関車の緩衝板に搭載されている特定の円盤やライトに加えて、私たちの鉄道会社でもそうだと思うが、分岐点や駅に近づいたときに一定回数の汽笛を鳴らすことである。信号所の電気信号も同様のシステムが採用されているが、汽笛の代わりに電鈴が鳴らされるだけである。プランジャー」を押すたびに、電流が「上り」または「下り」の他の駅に送られ、そこで電鈴やゴングが鳴る。通電回数を変えることで、信号の符号が形成される。例えば、以下のようになる。

1回 「鍵」の押し下げ 感謝

2回 押し下げ　旅客列車

3回 　 　　貨物列車

4回　　　 　特別列車

5回 　　　 　障害物用信号

などがある。もちろん、この符号は自由に変更することができ、拍子や繰り返しの回数を変えることで、1つの電鈴で15種類の明確で重複しない信号を送信することが可能である。この電鈴によって、鉄道の2つの駅、信号所、ゲートハウスの間に完全な通信手段が保たれているのである。

今説明しようとしている「閉塞」システムの基本原理は、同じ方向に進む列車は、信号員の区間が離れている距離よりも他の列車に近づくことはない、というものである。この距離はイギリスの線路では状況によって異なるが、信号員が適切に信号を出し、機関車の運転手がそれに従う限り、一つの列車が他の列車にぶつかることは単純に不可能である。説明のために、BとEの間の鉄線路線にあるB、C、Dと呼ぶ3つの信号区間を考えてみよう。A駅からの特急がBに到着し、Eに向かって旅を続けようとしており、普通の列車が25分ほど先行していて、Dの側線に「分かれる」または「出て行く」のに十分な時間があるとする。列車がCの信号所を通過すると、そこにいた信号員がBの信号員に「線路に異常なし」と電報を打つ、つまりB駅とC駅の間の「上り」線には列車がいないことを意味する。Cの信号員は、Dから「ラインクリア」の信号を受け取っていれば、特急の通過を許可するが、そうでなければ、それに応じて信号を表示する。ここで、特急がまだBとCの間にいて、同じ方向に近づいてきた別の列車がBの信号員に先に進む許可を求める汽笛を吹いたとする。これは、Cの信号員が線路に問題がないと電報で伝えるまで拒否される。同じ計画が、列車が通過しなければならないすべての信号区間で実行される。それが、時速55マイルで走る「特急」であれ、25マイルのペースで悠々と走る「貨物」であれ、どんな性質のものであれ。唯一の違いは、1時間に走る列車の数が非常に多い場合、ロンドンのメトロポリタン鉄道や地下鉄鉄道のように、信号区間をより近くに設置することである。この路線では、これまでに重要な事故は起きていない。

しかし、私たちの信号区間には、プランジャーや小さな電鈴の他にも注目を集めるものがある。非常に目を引く4つのおもちゃ（慎重にこの言葉を使っている）は、特にリリプトンの鉄道、人形の家、おもちゃの信号員を連想させるものとして私を驚かせたが、これは機関車の運転手を誘導するために信号員が線上に信号機を設置することを指示するために使われるミニチュアの電気式信号機である。「閉塞」システムの原則は、後続の2つの列車が同じ区間を同時に同じ方向に進むことは許されないということだが、それならば、列車が出発した駅や停車場で、その列車が走行中の区間から退去するまで危険信号を表示し、維持しなければならない。これを効果的に行うためには、この信号機を、列車が近づいてくる信号員の管理下に置き、機械的、電気的を問わず、列車が到着するまでこの信号機を消すことができないようにしなければならない。イギリスのほとんどの鉄道路線で、運転手を誘導するために使われている信号は、腕木式信号機の腕を上げたり下げたりして、「危険」と「異常なし」を示すものである。この巨大な屋外信号機を電気で作動させることができれば、このシステムは完璧なものとなるが、電気の力には限界があるため、これらの屋外の信号機を確実に作動させるのに十分な力を生み出すことは、まだ達成されていない。そのため、屋外の腕木式信号機のミニチュアである小型の電気機器に頼る必要がある。この機器は、区間内の信号員に屋外信号をどのように表示するかを、信号員自身が出すべき信号を表示することで指示する。電鈴・シグナルに打撃を与えるのと同じ原理で、ミニチュアの腕木式信号機のアームを下げて "オール・クリア "を知らせる。電磁石の線に電流を流すと、鉄心が磁石に変わり、信号線を引っ張ると信号柱の大きなロッキングレバーに作用するのと全く同じ作用を、ロッキングレバーに及ぼすことになる。電流が止まったときには、カウンターウェイトによって、通常の鉄道信号機と同じようにアームを「危険」に戻す。つまり、ミニ腕木式信号機は、電流が流れている間は「異常なし」の状態だが、電流が止まった瞬間に、重力の作用でアームが「危険」まで飛んでいくのである。一方の駅の信号を電流の作用以外に下げることはできず、他方の駅の電池の持続的な作用以外には、その信号を「オールクリア」に保つことはできないのである。したがって、この信号は、列車が近づいてくる信号員の唯一のコントロール下にある。この小型信号機を昇降させる装置は、線路上の大型信号機を昇降させるスイッチハンドルやレバーと外観や構造が似ていることから、「スイッチ」と呼ばれている。電気的な構造は「プランジャー」と全く同じである。ハンドルを左右に倒すことで、電池と電線が接続され、電流が流れて信号が下がるという仕組みである。

私たちの信号区間には、この小型の「スイッチ」が4つあったが、私たちにはこのように見えた。スイッチのハンドルを私たちに一番近いところに置くと（オン）、電流は流れず、小さな信号は「危険」になっていたが、私たちから一番遠いところに置いてオフにすると、電流が流れ、小さなアームが下がって「異常なし」になった。電流が流れていないとアームが下がらないので、スイッチハンドルをオフにして初めて「オールクリア」の信号が出たのである。同様に、スイッチハンドルをオンにすると、電気の流れが一気に止まり、信号は「危険」に飛んだのである。したがって、「異常なし」の信号は、小さなスイッチを意図的にオフにしたときにしか出すことができず、故意にも偶然にも、この目的を達成するための他の手段はないのである。機械的にも電気的にも、どんな事故もこの小型危険信号を変えることはできない。私たちの信号区間の男は、隣の区間の信号を唯一かつ完全にコントロールしており、自分の区間の信号を妨害したり変更したりすることは不可能だった。これが、英国の主要鉄線路線で見事に採用されている「閉塞」システムである。次にイギリスの鉄線路線を旅して信号区間を通過する際に、読者が「閉塞」システムの発明者であり、これらの規則を策定した土木学会のウィリアム・ヘンリー・プリース氏と、それに忠実に従う個人である信号員に感謝の念を抱くことができるように、私たちはこのような指示を与える。

説明

1. いかなる列車や機関車も、その列車が進もうとしている区間の電気信号が完全に消えていない限り、あなたの区間を通過することはできません。 2. 列車が、あなたが保護している線路の区間に入ったとき（規則4に基づく）、あなたは次の駅に向かって、電鈴を2回叩いて、"列車が来るので準備してほしい "という意味の信号を出す。

3. 列車や機関車が自分の区間に近づいたり到着したりした場合、電気信号機に異常がなければ、すぐに電鈴で次の駅に先回りして信号を送る、このように。

2拍　旅客列車が到着した場合

3拍　貨物列車が到着した場合

4拍　特別列車または機関車が到着した場合

4. この信号は、対応する駅がスイッチハンドルを「オン」にすることで確認され、それによってあなたの駅の電気信号が危険にさらされ、すでに区間内にある列車に続くいかなる列車からも線路が保護される。

5.あなたは電鈴を1拍戻すことでこの信号を確認する。

6. 列車が到着したとき。Down/Upとすると、その駅の信号員がスイッチハンドルを引いてオフにすることで、危険信号が消え、列車の到着を知らせ、線路がクリアになる。

7. 電鈴を1回鳴らすことで、このことを確認する。

8. 線路に障害物があり、遮断しなければならない場合は、電鈴を5回叩き（これは繰り返さなければならない）、電気信号を危険に上げ、障害物が続く限り維持しなければならない。

9.確認されるまでは、いかなる信号も完了したとはみなされない。

この記事は、アメリカの鉄線路線における信号システムを全く知らずに書かれたものなので、私たちのシステムがイギリスのシステムとどの程度比較できるのかを述べることができないことをお断りしておく。