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台車交換による新幹線と在来線の直通運転
（北山敏和　JREA　1997/5　　アニメを追加しました。）

　この下にアニメソフト・フラッシュで作成したアニメを表示しています。
　インターネットは表示できますがタブレットの機種によっては何も標示しないのもあいます。

　1996/11のJREA誌の「日本の鉄道の将来について」の論文で金沢工業大学伊能教授はいくつか考えられる新幹線と在来線の直通運転方式の中で，台車交換方式の研究も行なう価値があるのではないかとのべている。筆者は過去に，本誌（1986.5）に旅客コンテナ方式を発表した経緯もあり，以前からこのテーマに関心があったので，伊能教授の提言について検討してみた。その結果，技術的にそれなりの見通しがある案を見いだせたので報告する。

台車は車体にどう繋がっているのか？

　台車は車体を安全に，乗り心地よく速ぶ役割を担ってる。そのために台車と車体は，上下方向，横方向，回転方向にはそれぞれ適度の自由度と減衰力のある柔らかい結合で繋ぎ，台車に大きな加速力と減速力が加わる前後方向だけはガタや弾性のない固い結合で繋いでいる。最近の電車用台車は軽量で構造の簡単なボルスタレス台車となったが，この台車では台車中心部の牽引装置と横方向にも復元力のある空気ばねでこの結合を実現している。
　また高速車両では車体や台車の揺れを抑制するため，さらに左右勣ダンパやヨーダンパで車体と台車を繋いでいる場合もある。その他,空気ばねの高さ調整弁の挺子，空気ホース類，モータ配線，制御用ケーブル等の渡り線が車体台車間で繋がっている。
　このように車体と台車間には多くの繋ぎ部分があり，列車がホームに停車中に台車を交換しようとしても，狭い場所なので人手による繋ぎ部分の着脱作業は困難である。従ってこの部分の車体と台車の構造を見直し，台車を自動的に着脱できるようにする必要かある。

台車の着脱を自動化する手段はあるのか（図1）？

　アダプタは結合すべきものの形状や規格が合わない場合に利用するものである。パソコンの周辺機器の接続によく用いられる手段であるが，鉄道でもタイプの異なる機関車の自動連結器と電車の密着連結器の連結に使用されている。
　車体からの台車の着脱を自動化するためにこのアダプタを導入する。台車から車体に機械的に繋がっているものはすべてアダプタの内側に繋ぎ，アダプタの外側を車体から着脱する。アダプタは車体幅の長さ，空気ばねの幅と高さ程度の大きさの底板のない箱型構造で，それを台車中心に一列に並んだ牽引装置と左右の空気ばねに覆いかぶせてすべて内側に繋ぐ。その他の車体と繋がっている機械部品もアダプタに繋ぐ。
　車体にアダプタを装着する際に，それを押し上げるだけで車体に容易にはめ込めるように，アダプタの前後の上縁をハの宇型にしておき，車体の底板にアダプタを挟みこむようなハの字型の受け金具を取付けておく。このハの字型の傾斜の効果で，車体と台車の位置が若干ずれていても正しい位置に取り付けられる。

アダプタの固定と渡り線の接続をどうするのか（図2）？

　さらにアダプタの車体への固定と渡り線の接続のために，アダプタの前後両面にキー穴付きカップラ（♀側）を設け，そこに車体側のキー付きカップラ（♂側）を押し付けカップラ両を密着させる。この時，円錐状の形状のキーをキー穴に挿し込むことでカップラ面の位置合わせが行なわれる。カップラ面には各渡り続のコネクタ部が並んでおり，押し付けることで接続される。これは電車の密着連結器で用いられている方法である。

台車交換はどのように行なうのか（図3）？

　車体をジャッキで支えてから空気ばねの空気を抜き，さらにカップラのキーを抜く。車体とアダプタの結合が外れ空気ばねが沈み，逆に荷重が減った軸ばねは伸びる。そして車体アダブ夕闇にこの差の隙間ができる。そこでトラバーサを横移動させて，台車を置換えて再度ラバーサを車体位置まで戻す。そしてキー付きカップラを結合させて渡り線を接続した後，車体側から空気ホースを通して空気ばねに空気を込めれば台車交換が完了する。

台車交換中の車体の支持はどうするのか（図3）？

　新幹線電車では台車間の車体中央部をボディマウント構造にして床下機器を覆った車体が用いられている。このボディマウントの底面の四隅を強化して，この４点をジャッキで支えて車体を支持する。この支持点は低いので，背の低いストロークの短いジャッキが使用できる。
空気ばねが車体荷重を支えている時にジャッキを突き出し，また空気ばねに空気を込めてからジャッキを引き下げる。このようにジャッキは単に車体荷重を保持するだけで車体を昇降させる必要はない。このため保持荷重が大きく，出し入れを速くできる単純なスクリューネジ式が使用できる。

新幹線と在来線の相互乗入れ駅の配線はどうなるのか（図4　アニメと同じ）？

　相互乗入れ駅の構内は新幹線と在来線の両方の列車が乗入れできる４線レール軌道とし,上り下りの相対式ホームの間にこれを３軌道敷設する。ホーム際の２軌道は駅の場外で新幹線と在来線につながる本線である。真ん中の１軌道は台車の交換と留置を行なうための上り線下り線共用の中線で両端とも行き止まり線である。
　列車がホームの正規位置に停車した時には，編成全部の台車がその上に載るようにトラバーサを設置する。列車の両端の先頭台車用のものを除き，トラバーサは隣り合う車両の連結器を挟んだ２台の台車を同時に載せられる長さとする。これは車両の約半分の長さとなる。このトラバーサが車両長のピッチで，列車の編成画数＋１基だけ並ぶ。
　トラバーサのピットは３軌道共通である。従ってこの３軌道の線路敷きは車両の約半分の長さのピットで分断された区聞か飛び飛びに続くことになる。各ピットの中には上り線用と下り線用の２基のトラバーサを設ける。それぞれの定位置は本線側であり，台車交換時のみ共用の
中線側に移動する。

中線での台車の移動はどうするか？

　東京都営や大阪市交で実用化された小断面地下鉄電車の電磁誘導式のリニアモータを応用する。そして地上側から台車を個別に制御できるように，リニアモータを地上側に配置しリアクションプレートを台車に取付けた地上一次式とする。また台車がどこにあっても制御できるように，中線軌道上とトラバーサ軌道上にリニアモータとセンサを並べて設置する。
　なおこのリニアモータは減速ブレーキは動作するが停留ブレーキの作用はないので，台車の定置位置に車輪のフランジを押さえるリターダを設ける。これはかつて貨車のハンプヤードの自動化で開発された技術である。
　今，下りの新幹線電車が到着し在来線電車として発車する場合を考える。分断された中線の軌道上には在来線台車を，先頭台車用には１台，中間台車用には２台ずつ前もって配置しておく。各台車は列車への装着位置から車両長の半分の距離だけ，下り方にずらせて定置する。
　トラバーサが新幹線台車を載せて中線まで運んできた時には，中線上では新幹線と在来線の台車が各々１編成分，2台ずつ交互に１列に並ぶ。この時，全台車を一斉に車両長の半分の距離だけ上り方に移動させると，トラバーサ上の台車は新幹線台車から在来線台車にすべて置換わる。それからトラバーサを下り線に戻し台車を車体に装着する。
　次に上りの在来線電車が到着すれば，今度は逆に全台車を下り方に移動させると，取り外したばかりの新幹線台車にすべて置換わる。しかし，同じ方向の列車が２本続いて到着することも想定して，中線の両隣には一編成分の台車を留置できる長さだけ延長しておく。上り方は新幹線用で下り方は在来線用である。

台車の位置と移動の管理をどうするのか？

　すべての台車の存在位置を管理するため，リアクションプレートの両脇に白１色と白黒の縞模様の帯をつけ，これを１個所２個のセンサで検知する。白１色は台車の有無検知用，縞模様は位置の計数用である。２本の帯の場所を左右ひっくりかえせば新幹線と在来線の台車の区別が判定できる。センサはリニアモータとリニアモータの間の中間に並べて置く。
　交換台車のトラバーサ上の位置決めには，装着する車体の正確な位置情報も必要である。このために本線側にも同様のセンサを設ける。

台車交換にかかる時間は何分か？

　列車到着後の各手順毎の所要時分を見積もると
　�@車体に接触するまでジャッキを突き出す：　5秒
　�A空気ばねの空気を技く：　　　　　　　　　　 　5秒
　�Bカップラをはずす：　　　　　　　　　　　　　　　5秒
　�Cトラバーサを中線に移動する：　　　　　　　20秒
　�Dリニアモータで台車を積み替える：　　　　 20秒
　�Eトラバーサを元の本線へ戻す:　　　　　　　20秒
　�Fカップラを押し付ける:　　　　　　　　　　    10秒
　�G空気ばねに空気を込める：　　　　　　　　 30秒
　�Hジャッキを引き下げる：　　　　　　　　        5秒
　この合計はたったの２分で具体的に検討すればさらに短縮できる時間もあり，通常の乗降のための列車の停車時分以内に台車交換できるだろう。

実用化のための技術的課題は何か？

　これまでの説明でわかるように，この方式は既存技術を組み合わせだけで，新たに研究が必要な未知の技術はない。あえてキーとなる技術ポイントを挙げれば台車のアダプタであろう。しかしこれは研究というより設計技術に属する事項である。
　２編成分の台車の位置と速度および１編成分の車体の定置位置をセンサしながら，多数のリニアモータ，リターダ，トラバーサ，ジャッキ等を，信号設備や列車のモニタ装置とも連動をとりながら，総合的に制御する技術も必要となるが，これは最新のコンピュータ技術や電子技術で十分対応できるだろう。さらにトラバーサの数だけレールの継ぎ目ができるがこの継ぎ目構造の研究等も必要となる。

　車両改造による直通運転方式として車輪の幅を変える研究もなされているが，この台車交換方式も将来の直通運転の論議の中で充分検討に値する方式と思われるので，ここに提案した次第である。

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