信号機：工学、歴史、未来の革新

背景

信号機（通称：ストップライト）は、交差点での車両の流れを、停止、減速、進行の視覚的指示によって制御します。右左折許可の表示も可能です。手動操作やシンプルなタイマーで固定シーケンスを実行するもの、また高度な電子制御器で交通密度と時間帯に基づきリアルタイムにフェーズを調整するものがあります。交通工学者はこれらの装置を用いて渋滞緩和とドライバー・歩行者の安全性向上を図ります。

最初の照明式信号は1868年ロンドンに登場。手動操作のガス灯とセマフォアームを備えていましたが、間もなく爆発し、警官1名が犠牲になる悲劇が起きました。最初の電気式信号は1914年クリーブランドに設置され、変化をブザーで警告する機能が追加されました。ニューヨーク市が1918年に最初の三色（青、黄、赤）信号を導入し、ロサンゼルスではライトにゴングとセマフォ標識を組み合わせました。

現代システムは3つのサブシステムで構成されます：信号灯スタック、支柱またはアーム、電子制御器。スタックは通常、縦に3つの灯火（下から青、黄、赤）を配置し、色盲ドライバーにも判別しやすくしています。各灯火にはフレネルレンズを備え、多くはバイザー（遮光板）を装着して光を集束し、明るい条件下での視認性を向上させています。制御器は防水ボックスに収納され、灯火シーケンスを制御し、路面センサーで車両流を検知する機能を持つこともあります。

原材料

信号スタックのハウジング/ボディは通常、耐食性アルミニウム製。一部メーカーは成形ポリプロピレンを使用。レンズ材は着色ガラスまたはプラスチック。長寿命ランプ（通常は高輝度放電灯またはLED）が研磨金属リフレクター内に装着。バイザーはアルミニウムまたは成形プラスチック製。支柱は亜鉛メッキ鋼または繊維強化プラスチックで強度と耐久性を確保。制御器は鋼またはアルミニウム製エンクロージャに収納され、スイッチ、リレー、タイマーなどの専門部品サプライヤーから調達したコンポーネントを内蔵。配線は銅線に厚手のネオプレンまたはプラスチック絶縁被覆。

製造工程

信号機はメーカー工場で組み立てられ、現場で設置されます。

1920年デトロイトに設置された、米国初の三色四方向信号機。（ヘンリー・フォード博物館蔵）

20世紀初頭の道路は自動車向けに設計されておらず、馬車、自転車、歩行者が共存していました。初期の交通整理は警察官の手信号に頼り、頻繁な混乱を招いていました。1920年代、発明家モーガン・ギャレットがセマフォ式アームと中間位置（現代の黄色に相当）を備えた自動システムを導入し、ドライバーが変化を予測できるようにしました。ギャレットの設計は後にゼネラル・エレクトリックが買収し、電気式三灯四方向信号を生産しました。

信号スタックの製造

• ハウジング、レンズドア、球ドアを高圧鋼型でダイカスト成形。溶融アルミニウムを約2,000psiで注入、約15秒で冷却。時間当たり約30個を生産。
• 冷却後、スタンピングダイでトリミング、検査、バリ取り。ドアを精密加工してフィットさせ、ヒンジピンとスプリングラッチで組み立て。塗装スタックは洗浄、塗装、オーブン乾燥。
• 最終組立エリアでランプ、ホルダー、リフレクター、レンズを取り付け。ステンレス留め具で固定、防水ガスケットでレンズをシール。配線は中空ハウジング内を通って取り付けポイントへ。

制御器の製造

• 制御器ハウジングを鋳造または板金加工し、トリミング、機械加工、塗装。内部に制御基板のマウントポイントを設置。メーカーは電子部品を社内で組み立てるか、専門サプライヤーに外注します。

支柱の製造

• 支柱は鋳造、スピニング、または板金加工で中空構造にし、内蔵ジャンクションボックスを設けます。装飾的なディテールで地域の建築様式と調和させたり、一部設置では鋼ケーブルで交差点上空にスタックを吊り下げたりします。

設置

• 地下導管で制御器と各信号支柱を接続し、電線を引き込みます。制御器へ電力を供給。路面センサーがある場合は制御器へ接続。支柱をボルト固定し、信号スタックを取り付け。全コンポーネント間で配線接続。各灯火を微調整し、制御器タイマーを工学仕様に設定し、複数回のテストサイクルを実施。

品質管理

製造は工業生産で一般的な標準検査と統計的品質管理に従います。設置は機関の電気検査官が審査し、米国電気コードおよび関連する連邦、州、地方条例への準拠を確認。登録専門技術者が計画を承認し、交通制御装置が国家基準を満たすことを保証します。

将来展望

コンピューティングの進歩により、信号機はますますインテリジェントになります。遠隔操作で緊急車両が進行方向の青信号を指示可能に。都市全体のネットワーク化された制御器が交通流を同期させ、渋滞を緩和し、ピーク時に車両を迂回させます。新技術には速度警告装置やリアルタイムインシデント検知があり、安全性と効率性をさらに高めます。