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山本利三郎「今後の電車」委員会主査の電車の設計

　山本利三郎は1924（大正13）年九大電気科を出て国鉄（鉄道省）に入った。
　当時の国鉄は丹那トンネルの建設で東海道線が沼津まで電化された電化草創期で、彼は運転部門の電車、電気機関車の区所の幹部として電気車両の維持管理に長く携わった。
　当時の電気車両は故障が多くその対策に苦労する中で、彼は電気車両の技術的知識を高めていった。
　敗戦の年の1945年に国鉄を退職した彼は、これからは蒸気機関車から電車の時代だとの思いがあり、自らの体験と知識をもとにした著書「電気運転の話」を書き上げた。
　この本はもう古書店でも見つかりませんが名著だったようで、鉄道ピクトリアル No300(1974/12)の鉄道書300選に選ばれた。その書評を次に示す。

　戦後まもなく運輸省次官に昇進した下山定則は彼と同じ運転部門の1年後輩であった。
　下山は企画部門の経験が長く電気車両に携わった経験はないが、山本の電気車両への博学見識はよく知っていた。
　そして小田急に移籍していた山本を自ら立案した「今後の電車」委員会の主査に抜擢した。
　山本はその期待に応え、自らも出筆する形で「今後の電車」を纏めあげた。
　以下の論文はその頃に山本が科学朝日に「まだ伸びる電車のスピード」のタイトルで発表したもので、山本の電車設計についての考え方がよくわかる。
　そしてその考えを自らの第2の職場であった小田急で、鉄道技術研究所の三木忠直の協力も得ながら、当時としては画期的な小田急ＳＥ車を生み出し、それがさらに新幹線電車へと発展していった。
　山本はその後も死ぬまで各種鉄道誌に多くの鉄道技術論文を発表し続けている。
　これは最近ネットで国会図書館やCiNiiの論文検索ができるようになったおかげで知ることができ、以下の論文もそこから入手したものである。
　なお小田急ＳＥ車開発時の山本利三郎の活躍について、当時の小田急社長の安藤楢六が日経新聞の私の履歴書で記述しているので、それをこのページの末尾に掲載した。

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まだ伸びる電車のスピード （山本利三郎著　科学朝日　p21-23 1951/4） 1 アメリカ鉄道に強敵 2 レールとスピード 3 電車設計の現状 4 外国の電車 5 軽くて丈夫な電車 6 電車の自動車化 7 スピードはどこまで 付録　安藤楢六の私の履歴書

　戦後の輸送機関を振り返ってみると、どんな乗物でも乗れさえすればよかった。
　窓ガラスもドアも破れ放しの電車が寿司詰めの乗客を、時には連結器や屋根にまでも満載して走っており、また発火するという恐ろしいことも少なくなかった。
　輸送状況が好転するに従い、多少は待っても早くて気持ちの良い、しかも安全なものを選ぶようになって来た。
　いいかえると、速度と頻度と快適性、その上に安全性と云うものが、交通機関の将来の主目標となるものであろう。
　乗客の側からは、良い車を頻繁に高速度で運転して欲しいし、鉄道側から見れば建設費や経常費を少なくして、輸送量は増して、収入を多くしたいという相反する立場にあって、その妥協点を見出すのはなかなか困難なことである。

1 アメリカ鉄道に強敵 start

　アメリカの鉄道は立派だ。
　それに引換えてとのお小言は常に国鉄に浴びせかけられているが、アメリカでは海を越えてまで縦横に張り回らされた航空網があり、完備した飛行場には昼夜間断なく各地向けの定期便がまるで東京駅でみる列車のように発着し、一方発達したハイウエーでは大小様々の自動車が織るように走っている。
　バスの発達も目覚ましく大陸を横断するバスは、ディーゼルエンジンながら振動も音響も少なく、しかも時速100マイルくらいで走っていると云われている。
　料金も列車よりも安いというわけで、これらの強敵をもつ鉄道は悪天候でも欠航せず、疲れないということでやっと経営できるとの由であり、これらの点から立派な列車を走らせないといけないことになっている。
　日本ではどうかといえば、民間航空の再開が決定し、各地のバスも発達して、鉄道に脅威を与えている所であろうが、燃料や電力事情、さては道路状況が違っているので、今すぐアメリカ並になるとは考えられないが、この方向に向くことは予想もされ、またそれぞれ競争して立派になってゆくべきだと考えるのが至当であろう。
　これら航空機、自動車、鉄道を通じて考えると相違点のひとつに通路がある。
　速度や頻度が増すと交通路が問題となることは、大都市近郊の列車や交通量の多い道路ではよく経験されていることと思う。
　さて空は広く、道路は大抵の場合国家などで整備されているが、自ら造り自ら保守をしなければならない鉄道の悩みは深い。
　列車のスピードを上げて、快適な運転をするのに最も重要なものは線路である。
　同じような電車に乗っても、国鉄の線路と私鉄の線路では乗り心地がぜんぜん違うことは既に体験されたであろう。
　また、各私鉄などに比較すれば良いと思われている国鉄の線路でも、金のかかったアメリカの線路（１メートル当り60kg以上の太いレール、大きな枕木と、そして厚いバラストを使っている）には及ばないであろう。

2 レールとスピード start

　良い線路では列車の動揺も少なく、高速運転も安全であるし、列車がレールに与える衝撃にも耐えてゆかれるが、弱いレールでは列車の衝撃で傷められるので、レールの強さからも速度の制限を行わなければならない。
　日本の列車のスピードが低いのは狭軌であるばかりではなく、電化をすればまだまだスピードアップは可能であるが、レールの強度のために抑えられているのが現状である。
　国鉄では最近、辻堂−茅ヶ崎間で湘南電車の6両編成で時速110km余を記録したということであるが、これは将来のスピードアップのために貴重な資料を得たものといえよう。
　線路さえよくなればまだまだスピードアップは可能である。
　また電車を線路を傷めないような構造――軽くし、動力伝達方式を改良すれば相対的に弱い線路でも、強い線路とみなすことができる。
　ここに、車両として保線を楽にするよう十分考えを用いたい。

3 電車設計の現状 start

　電車の設計をする時に各部の強度が細かく計算される。
　しかしそれだけで寸法が決められるのではなく、必ず安全率、殊に疲労に対する安全率をみる。
　この数字は強度自体の細かい安全数字に比べて随分おおまかなものである。
　この平均値が小さくなるほど良い設計ができるはずであるが、現在では必ずしもそうでなく、その原因は車と線路と運転速度との三角関係からくる車両材料に対する負荷が明らかでないからである。
　負荷の程度がわからないから疲れ方も不明、従って無駄であるかも知れないが、大事をとって太く重いものを使っておく、といった調子になるのが現状のようである。
　その結果は、自重のために車も線路も無駄に疲労し、その車のコストを高め、鉄道の経営が苦しくなっているようにも考えられる。

4 外国の電車 start

　外国の電車の例を少し調べてみよう。
　スイスは曲線、勾配や水力発電が多い点で我が国と似ているが、そこでは20年来電車の軽量化が研究されており、座席当たりの重量は次のように激減している。

　わが国の現状は大体700kg見当であろうから約20年前の1932年頃に相当している。
　何故今まで軽くしなかったか、という訳は、ひとつには人口が多く電車が少なくて満載すること、従って車体弛みなどの例があったこと、二つには追突事故で木製車の死傷が大きく出た例があるので、鋼製化が一般的になったこと、などがあると思われる。

　この話は負荷による疲労の予測が従来通りとしての話であるが、もし在来以上に負荷の状態を明確にできれば、更に一段とよくなるのだが、これには先に述べた三角関係の線路、車両、運転のそれぞれが安定した状態になることと、その総合状態を掴むことが共に必要である。
　一言でいえば使用状態を明らかにすることが製作上大切であるが、在来の行き方は必ずしもそうでなく、例えば今までの鉄道法規では、線路の条件を決めるのに速度や電車荷重、殊にそのバネ下荷重（電車の重量のうちで、バネを介さないで直接レールにかかる重量のこと、現在の電車ではモータの重量の約1/2、歯車、車輪、車軸など）については殆どふれていないで軌道の構造を考えている。
　また運転は営業の直接の立場から車内の旅客設備について希望を述べても、速度その他の性能については製作者まかせで、できてから批評がでるくらいが普通のようである。
　よい電車を造り上げるには前に述べた三角関係を使用状況を中心として総合的に検討するのが今後の大切な問題で「使用者の注意深い眼」が根本である。
　本年の2月13日から文部省科学技術奨励費によって、在来車の小型、大型、およびゴムクイル車（中空軸に車軸を通し、そこから角を出して、角同士の間にゴムを入れ、モータの動力は中空軸の角、ゴム、車軸の角へと伝えられ、衝撃をゴムで吸収し、モータの全重量をバネ上重量としようというもの）とカルダン車の試験が小田急線で行われた。
　目的は上記三角関係研究を進めることにあり、わが国で初めての試みとして目下成績を整理中であるが、相当の実績が得られたようである。

　�A　暴風圧による転覆性は重心高さが同じでは増すが、在来の国鉄のガソリンカーのキハ41000（全長16.22m、自重20.3トン）の例までは経験があるし、さらに重心を下げることも車輪径、天井高さなどから考えられる。
　�B　新製費は新型のため一時は高くなるが、普及化すれば、また速度増加と重量軽減によって走行距離当たりでは下がるであろう。
　�C　耐久力は一応下がると見るのが妥当であるが、国鉄のガソリンカーや西鉄の200型（13m、22トン）が10年の使用予測がそれ以上となっている点から、案外使い方によってはもつのではなかろうか。
　次に軽量化の経済性について、P.M.Haenni の所説の要点を述べると、走行距離当たりの経常保守の節約は、重量軽減率を a ％とすると、電力費は a ％、車両保守費は0.75a ％、保線費は0.5a ％であるとしている。

7 スピードはどこまで start

　次に将来の高速化について考えて見よう。
　その前に現在の電鉄の表定速度（ダイア上で、距離と時間から割り出した速度）をみると、昨年夏では次のようにだんだん増加しており、秋には時速70kmをこえるものも現れてきた。

　しかし戦前に比べると下表のようにまだ及ばない。

　そこで現在の電鉄としての高速化を道を単に軌道を強化し、または車両出力を増すという在来の方式ではなく、軸重、バネ下重の軽減による車両、線路への衝撃減少の面から検討する。
　線路保守の要点はレール継目のバラストの崩れを防ぐことが普通である。
　国鉄在来型電車（自重一軸当り11.1トン）のバラストを弾きださない許容速度は運輸研究所によると次のようになる。

　また継目でレールを衝撃する量は、Kreissing の実験値から誘導を試みると次式が推定される。
Ｙ＝10.6（x・h・p・s・s／Ｒ）………（1）
但し　Ｙ＝衝撃量　m・kg
h＝継目隙間　mm
　　　p＝軸重　トン
　　　s＝速度　km/h
　　　x＝バネ下重／バネ上重
　　　Ｒ＝車輪径　mm
　上表の37kg軌道・90km/h許容速度をこの式に入れ、またＲと x を推定すると、その時の許容衝撃量は
Ｙ＝340h＝10.6（x・h・p・s・s／Ｒ）
Ｒ＝910mm として
s＝171／√p・x ……… (2)
　（2）式から37kgレールの比較的弱い軌道でも仮に軸重9トン、バネ下重1.5トンの車を造れば、大体の許容速度
s＝171／√9×(1.5/9-1.5)＝127
　即ち時速127km/hとなる。
　50kgレール軌道では
s＝213／√p・x＝158
　即ち時速158km/hとなり、この式は今後実験的に確かめられるべきであるが、概数は与えうると思われる。
　制動距離や加速力についても高速化と共に考えねばならないが、軽量化はいずれをも容易にする。
　このように軽量高速化することは、線路の保守改良費用を必要限度に止めながら速度を増し、立派な線路ではさらに高速化が可能なことを示しており、東京−大阪間6時間運転も単なる夢物語ではないことを示している。

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私の履歴書――小田急ロマンスカー
（安藤楢六、日経新聞　1980/7/31〜8/30　30回連載の22回）
小田急ＳＥ車は座席が転換式で2人ずつ前向きに座れるのでロマンスカーと呼ばれていた。

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