蒸気機関車のシリンダーと動輪

蒸気はどこから入って、どこへ出ていくか

上のモデルは、はじめから半分に切ってあります。まず「再生」を押してください。

ここでは、色がそのまま「押す力の強さ」です。濃い（暗い）ほど強く押しています。 色が見分けにくいときは矢印の向きを見てください。部屋に入っていく矢印なら、いま蒸気を入れているところ。出ていく矢印なら、使い終わった蒸気を捨てているところです。

• いま押している蒸気。濃いほど強い
• その途中
• 力を使い終わった蒸気
• 灰色の切り口＝動かない部品
• 黄色の切り口＝動く部品

ボイラーで作った蒸気は、上の管から蒸気室（弁が入っている箱）に入ります。ここはいつも蒸気でいっぱいです。

そこから滑り弁が開けた穴を通って、蒸気はピストンの片側だけに流れこみます。押し終わった蒸気は、反対側の穴から下の管へ出ていきます。

矢印が出るのは、道が開いているあいだだけです。

1 個の弁が、入口と出口を同時に切り替える

弁の外側のふちが片方の穴を開けた、まさにその瞬間に、弁の内側のくぼみが反対側の穴を出口につないでいます。入れる穴と出す穴が、いつも反対どうしの組になる。 だから弁は 1 個で足ります。

まん中の絵を見てください。弁のふちが、穴のふちより少しだけ外まで届いています。この「のりしろ」があるおかげで、蒸気を入れる穴が両方とも閉じている時間が生まれます。機械の言葉ではラップといいます。

閉じているのは入口だけです。出口のほうは、弁がまん中を通り抜ける一瞬しかふさがりません。蒸気を閉じこめておくのは入口の役目で、出口はできるだけ長く開けて、反対側の部屋を早く空にしたいからです。

1 まわりのあいだに起きる 4 つのこと

ここからは後ろの部屋だけを見ていきます。「再生」の横のつまみを動かせば、同じ順番をモデルでも追えます。

穴が閉じるのは、ピストンが行ききるよりだいぶ手前です。早く閉じるほど「ふくらむ」時間が長くなり、同じ量の蒸気でたくさん働けます。

前の部屋も、半周ずれて同じことをしています。だからピストンは行きも帰りも押されます。

弁はピストンより先に動く

弁を動かしているのは、動輪と同じ軸に付いた偏心輪です。クランクピンより先まわりした向きに付けてあります。

そのおかげで、ピストンが行き止まり（死点）に着いたときには、次に押す側の穴がもう開いています。着いてから開けたのでは間に合いません。ここを遅らせると、機関車は止まってしまいます。

この往復が、動輪を回している

主連棒は、片方のはしが車輪といっしょに円を描き、もう片方のはしはまっすぐにしか動けません。その食い違いを、棒が首を振って吸収します。そのとき出る横向きの力はクロスヘッドが受け止めます。

動輪は、すべらずに転がります。だから回った角度が、そのまま進んだ距離になります。枕木が後ろへ流れていくのは、本当にそのぶん進んでいるからです。

この機械には、勢いをためておく重い円板（はずみ車）がありません。

実物では、片側が行き止まりで力を出せないとき、反対側がちょうど一番強く押しています。だから、どこで止まっても動き出せます。連結棒が 2 本の車軸を同じ向きのまま結ぶので、どの動輪も同じように回ります。

自分で自分の弁を動かしている

外から指図している装置は、どこにもありません。回った結果が、次にどちら側へ蒸気を入れるかを決めている。 自分で自分を動かし続けているのです。

実物と変えたところ

• 偏心輪を台枠の外に出しました。 実物は内側で、外からは見えません。
• 排気管は下へ短く出しただけです。実物は煙突から吹きます。あの「シュッ、シュッ」は排気の音です。
• 大きさは実物のおよそ 10 分の 1 です。モデルが回る速さは、実物に直すと人が早足で歩くくらいにあたります。
• 反対側のシリンダーと弁は作っていません。 モデルの反対側にあるのは動輪 2 枚と連結棒だけです。視点を回しても 2 組目は出てきません。上の直角の図は、実物の話です。
• シリンダーが動輪の後ろに付いているので、このモデルは実物でいうバックの向きに走ります。

モデルの上に出ている印も開いてみてください。じゃまなときは「注釈」ボタンで消せます。