鉄道の腕木式信号機

イギリスの腕木式信号機の腕は、2つの部分から構成されています。1つは、さまざまな角度で回転する木製または金属製の腕（または「ブレード」）、もう1つは、夜間に表示を行うためにランプの前を移動する色付きレンズを保持する眼鏡です。通常、これらは1つのフレームに統合されていましたが、一部のタイプ（例えば、腕が中央で回転する「宙返り」信号）では、腕と眼鏡は別々でした。腕は最も制限された側面では水平に突き出ており、他の角度は制限の少ない側面を示しています。イギリスの複線では、信号柱は一般的に線路の左側に設置され、腕木は常に左を向き、眼鏡とランプは柱または人形の右側にあります（ただし、上象限信号の場合は柱または人形の左側）。視認の問題により、複線支線では柱がもう一方の線の右側に設置される場合があり、単線では線路のどちら側にも設置される可能性があります。北米の信号機は右向きで、ヨーロッパ大陸の一般的な路線と同様に、複線支線では上り線と下り線がイギリスとは逆になっている。

アームの位置に応じて、適切な色のレンズは、オイルランプ、ガスランプ、または低電圧で動作する白熱ランプのいずれかによって背面から照らされます（この目的のために白色LEDクラスターもテストされています）。緑色の光が必要な場合は、通常、青色のレンズが使用されました。オイルランプの主に黄色を発する炎と組み合わせると、緑色が生成されます。結果として得られる色が黄緑色に見えないことが重要でした。これは、「注意」の遠方の信号と混同される可能性があるためです。後に電気ランプを使用する信号では、緑色のレンズが使用されました。オイルランプから電気ランプに切り替えた信号の中には、正しい色を維持するために元の青色のレンズに黄色の電球を使用したものや、1996年から英国鉄道の西部地域で、12ボルト5ワットの電球が取り付けられましたが、オイルウィックの炎の色温度に近い明るさを生成するために10.7ボルトで供給され、暗闇で正しい赤色または緑色の外観を提供しました。

イギリスのほとんどの鉄道では、下象限式腕木信号機が採用されており、腕木は水平の「危険」表示から水平から最大60°下まで下がって「安全」表示に切り替わった。本線と支線または側線では外観に違いがあった。一部の鉄道会社の路線では、3面式腕木信号機が主流であり、これらは中間の「注意」表示も備えていたため、3枚のレンズが付いた眼鏡が取り付けられていた。1911年、メトロポリタン線が初めて上象限式腕木信号機を採用したが、このアイデアはアメリカ合衆国から持ち込まれたものだった。

1948年の国有化後、英国鉄道は上象限腕木式信号機を標準化し、すべての地域が徐々にその方式を採用し、下象限信号機を置き換えた。しかし、西部地域は実績のある下象限腕木式信号機を維持し、円形の色付きガラスを備えた重厚な鋳鉄製の眼鏡が、以前の薄い縁取りのある鋳鉄製の眼鏡フレームと成形された色付きガラスを最終的に置き換えた。これらの信号機では、主腕は4フィート（1.2m ）の長さで、補助腕は3フィート（0.91m ）、その他の補助腕は2フィート（0.61m ）の長さであった。レール面から26フィート（7.9m ）より高い位置に設置されていた以前のGWRの5フィート（1.5m ）の腕は、 4フィート（1.2m ）に変更された。交換された信号機はすべてエナメル鋼製で、適切な腕の色、すなわち「停止」腕は赤地に白帯、「遠方」（注意）腕は黄色のシェブロンに黒のシェブロンが付いていました。どちらのタイプも裏面は白で、必要に応じて黒帯またはシェブロンが付いています。西部地域の最後の「呼び出し」、「入換」または「警告」腕は、赤白赤の水平ストライプが付いた2フィート（0.61m ）で、夜間は光が弱く、進行状態では適切な黒文字C、S、またはWがバックライトで照らされ、そのモードでは緑色のライトが表示されました。停止表示は、一般的に夜間は月のような白色でした。現在はすべて撤去されていますが、英国の保存鉄道で例を見ることができます。2020年現在、ネットワークレールの西部地域には腕木式信号機はごくわずかしか残っておらず、LED信号が腕木式信号機の大部分を置き換えています。       

腕木式信号機の信号柱の製作に一般的に使用された材料には、木材、格子鋼、鋼管、コンクリートなどがあった。イギリスのサザン鉄道は、信号柱に古いレールを再利用することが多かった。

ドイツの腕木式ホーム信号は、イギリスの腕木式信号とは外観が全く異なり、赤い縁取りのある白い腕が1本または2本と、その先端に小さな円盤が付いています。また、夜間運転時に信号の位置を示すカラーレンズが付いており、腕は支柱の右側を向いています。ドイツの腕木式遠方信号は、黒と白の縁取りのある黄色の円盤1枚と、（オプションで）黒と白の縁取りのある細い黄色の矢印型の円盤1枚で構成されています。円盤と矢印の両方に、夜間運転者を補助するためのカラーレンズが付いています。これらのタイプの信号は、ドイツの信号方式を採用している他の国々でも見られました。

イギリスの信号機には、下象限式と上象限式の2種類がある。下象限式信号では、腕が下方向に回転して、比較的緩やかな（「オフ」と呼ばれる）表示を示す。上象限式信号は、その名の通り、腕が上方向に回転して「オフ」を示す。

1870年代には、イギリスのすべての鉄道会社が腕木式信号の使用を標準化し、当時は例外なくすべて下象限型でした。^{[ 3 ]} 1920年代以降、旧GWR路線を除いて、イギリスでは上象限型腕木式信号が下象限型信号をほぼ完全に置き換えました。 ^{[ 4 ]}上象限型信号の利点は、信号線が切れたり、信号アームが雪などで重くなったりした場合、重力によって信号が安全な「危険」位置に下がる傾向があることです。下象限型信号では、その逆が起こり、実際には「危険」を示すべき信号が「オフ」になってしまう可能性があります。そのため、信号アームが回転する軸の反対側にある眼鏡ケースは、このような事態を防ぐために十分な重さが必要です。^{[ 5 ]}

現在のイギリスの慣例では、上象限型と下象限型の両方の腕木信号は、「オフ」表示を表示するために水平面から45度の角度で傾けられていることが義務付けられている。^{[ 6 ]}

イギリス初の鉄道腕木式信号機は、下象限の3つの位置に操作できる腕を備えていました。時間間隔システムと併用して使用され、腕が水平になっている場合は「危険」、45度下向きに傾いている場合は「注意」、腕が垂直になっている場合（腕が支柱内に隠れている場合）は「進行」を意味しました。絶対閉塞システムが時間間隔操作に取って代わるにつれて、垂直表示は徐々に廃止されました。グレート・ノーザン鉄道は、1876年1月に吹雪で信号腕がスロットに凍り付いてしまい、列車が誤って「進行」を示す信号を通過した事故の後、支柱から離れた場所に設置された「宙返り」信号機を最初に導入した会社でした。^{[ 7 ]}

後に開発されたのが、上象限三位置腕木信号機である。これは、当時標準であった下象限二位置腕木信号機と区別するために、上象限で動作した。腕が45度上向きに傾いているときは「注意」を意味し、腕が垂直位置にあるときは「クリア」を意味する。このように、1本の腕だけで3つの指示を伝えることができ、同じ柱に遠く腕木を設置する必要もなかった。英国では三位置腕木信号機が早期に廃止されたため、下象限二位置信号機が上象限二位置信号機に広く置き換えられるようになった。^{[ 8 ]}

赤色は、ほとんどの背景色に対して視認性が高いため、信号機の腕木の色としてすぐに選ばれました。腕木の視認性を高めるため、通常は縞模様や点などの対照的な色のマーキングが施されます。腕木の裏側は通常、白地に黒のマーキングが施されています。

背景とのコントラストが特に低い場合、視認性を向上させるために、アームの後ろに照準板（通常は白色に塗装）を設置することで、十分なコントラストを確保できます。あるいは、信号機の背後にある橋台の一部を白色に塗装することもできます。

1872年以降、遠方信号腕木（下記参照）は、先端に「魚の尾」状の切り込みを入れることで区別されるようになった。当時、すべての信号腕木はまだ赤色に塗られていた。1920年代になると、イギリスの鉄道会社は、遠方信号腕木を赤色の停止信号と区別しやすくするために黄色に塗り替え始めた。遠方信号に使われていた赤いレンズも同時に黄色に変更された。しかし、一部の国では、遠方信号腕木を赤色で塗る慣習が今も残っている。

先端が尖った形状の3つ目のタイプの信号機は、（英国では使用されていないが）信号が自動的に作動することを示すためによく用いられ（自動閉塞信号システムなど）、多くの場合、信号が「通過許可」であり、最も制限的な状態を示している場合でも低速で通過できることを示す。

ほとんどのタイプの信号機では、信号機が「オン」（最も制限的な）位置にあるときに表示されるライトの色は、信号機自体の色に対応しています（例えば、停止信号は赤、遠方信号は黄色）。信号機が「オフ」位置にあるときは、緑色のライトが表示されます。

世界各国では、さまざまな目的のために、異なる形状や色の信号手旗信号機が使用されていた。

停止信号とは、最も制限的な表示が「危険」（停止を強制する）である信号のことです。停止信号は、交差点、分岐器（北米では「スイッチ」）、踏切、可動橋、プラットフォーム、閉塞区間などを保護するために使用されます。

特定の信号所は、各運行路線上の 1 つ以上の停止信号を制御する場合があります。英国の伝統的な機械式信号システムを備えた地域では、信号所が各路線を制御する停止信号 2 つを備えているのが一般的です。列車が最初に到達する停止信号は、ホーム信号と呼ばれます。最後の停止信号は、スタート信号またはセクション信号と呼ばれ、通常は分岐器などを過ぎたところにあり、前方の閉塞区間への進入を制御します。ホーム信号とスタート信号の間の距離は通常かなり短く (典型的には数百ヤード)、列車が前方の区間が通過するまで待機しても、前の区間まで線路を完全に塞ぐことなく待機できます。

ドイツのホームセマフォ信号機（Hauptformsignale）は、上腕が90度（水平）の位置にある場合は危険表示を、45度（斜め）の位置にある場合は進行表示をすることができます。ホーム信号機には、減速（40  km/h）での進行表示を行うことができる下腕が追加されている場合もありますが、これは必須ではありません。

前方の停止信号を事前に知らせる信号（最も制限的な位置にある場合でも停止を強制しない信号）は、遠方信号と呼ばれます。この用語は英国で生まれ、英語圏全体で使用されています。北米など一部の地域では、遠方信号と接近信号の両方の用語が一般的に使用されています。

走行中の列車を停止させるには長い距離が必要となるため、遠方信号機は、対応する停止信号機への進入路上に、その路線を使用する最も制動性能の低い列車の制動距離以上の距離を確保して設置しなければならない。これは特に高速路線において重要である。かつては、遠方信号機の設置位置を決定する際に視認距離を考慮するのが一般的であった。そのため、遠方信号機は対応する停止信号機からの制動距離よりも近い位置に設置することができた。

遠方の信号が「注意」になっている場合、運転士は最初の場内信号が「危険」になっていると想定し、場内信号に到達する前に列車を停止させるように速度を調整しなければならない。遠方の信号が「進行」になっている場合、運転士は同じ信号所が制御するすべての停止信号が「進行」になっていることを認識している。

これは連動装置によって強制されます。信号所によって制御される関連するすべての停止信号が「進行」を表示しない限り、遠方の信号機は「進行」の位置を取ることができません。

イギリスの信号とは異なり、ドイツの国内信号にはすべて遠方信号があり、これらは両方とも同じレバーで操作される。

信号所が近接している場合、停止信号と遠方信号は同じ支柱に取り付けることができ、ステーション2の遠方信号はステーション1の始動信号の下に配置されます。2つの信号は「スロット」構造になっており、停止信号が「クリア」状態になった場合にのみ遠方信号が「クリア」状態になります。両方の信号は夜間には点灯し、「危険」表示は黄色の上に赤色で表示されます。

この配置では十分な制動距離が確保できない場合は、「外側」と「内側」の2つの距離標識が用いられ、外側の距離標識はスターターの手前の停止信号の下にも設置されます。例外的な状況では、信号を通過するために3つの信号ボックスのクリアランスが必要となる「トリプルスロット」の距離標識が用いられる場合もあります。

ニューサウスウェールズ州では例外的に、特に運転士に停止位置を指示する外側の場内信号機において、同じ信号所から制御される場内信号と遠方信号が設置される。

入換信号や補助信号も腕木式信号機の形で存在し、主信号機よりも腕木と灯火が小さい。これらの信号機は、水平線が入った円盤状のものもあり、円盤を45度回転させると進行方向を示す。

北米では、初期の腕木式信号機は列車指令信号として使用され、^{[ 11 ]}機関士に「19指令」または「31指令」の電信を受け取るために停車すべきかどうかを示す目的で使用されました。

列車指令信号は通常、駅舎または信号塔に設置され、高い共通の支柱に反対方向を向いた信号アームが取り付けられていました。これらは、自動閉塞信号腕木（米国発祥）によって補完され、1880年代には空気圧式、1890年代には自動電動式腕木が将来有望視され、第二次世界大戦まで製造が続けられました。米国が発明・製造した2アーム下象限電気ガス式腕木と3ポジション上象限電気式腕木は、英国（例えば、ロンドン・ヴィクトリアのECMLやその他一部の地域）で実験されましたが、広く採用されることはありませんでした。

鉄道式の腕木式信号機は、船舶の航行を制御するため（例えば旋回橋など）、また道路交通を制御するため（例えば踏切など）にも使用されてきた。