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10　東北、上越新幹線向け961型新幹線電車
(北山敏和　運転協会誌　1973/6) 

　全国新幹線網計画として、昭和50年(1975)頃に博多開業、その後、東北、上越新幹線の開業が予定されている。山陽新幹線の線路設備としては、260km/h運転が可能なように最小曲線半径が東海道新幹線の2,400Rから4,000Rに大きくなっているが、博多開業時点では東海道新幹線と同じ210km/h運転が行なわれることになっており、車両としても基本的には現在使用されている形式がそのまま博多まで乗り入れることになっている。

　しかし、東北、上越新幹線については、最初から260km/h運転が計画されており、そのほか、この線区は東海道、山陽とは各種条件が異なるため、まったく新しい新形式車が必要となる。そのための試作電車として6両編成の961電車が現在製作中で、今年の7月に完成する予定である。
以下、この電車の機能、構造等を紹介する。

１　基本構想

この電車の設計にあたり、次の点が考慮された。
�@　最高速度が260km/h以上であり、また、上越国境の勾配区間でも210km/h以上の高速運転が可能なこと。
�A　田端以北は50Hz電源となるので、50・60Hz両用の車両とする。
�B　寒冷地向けなので雪害・寒害対策を講じる。
�C　自動運転、事故時の処置の簡易化、自動検査、メソテナンスフリー等、車両の近代化をはかる。
�D　以上の対策を講じても車両重量が増えないよう車体および各機器の大幅な軽量化をはかる。

２　編成および運転性能  top

この電車は6両編成の全電動車ＭＭ’方式で博多寄りより1号車−6号車までで、1・2・6号車は座席車、3号車は食堂車、4号車は寝台車、5号車は器材積載車である。 　先頭の1・6号車には運転操作装置と非常電源のコンバータをもうけ、1号車のボンネット内には列車無線装置を、6号車のボンネット内には非常用のバッテリーをもうけている。2・4・6号車はパンタグラフを持ち、主に力行関係の機器を持っている。 1・3・5号車は電気ブレーキ関係の機器が取リつけられている。 　車両性能としては、最高速度260km/h、最急連続勾配として12‰が15km連続している上越線での”こだま”運転でも十分な性能が発揮できるよう現量産車に比べ50%増の2,200kW/ユニットの出力となっている。同じ260km/h運転の951形試験電車の2,000kW/ユニットに対し10%の出力増となっているが、951電車の場合”ひかり”運転での260km/h運転であるのに対し、961電車は各駅停車の”こだま”運転での260km/h運転を考慮したためである。すでに951電車により286km/hの最高速度記録が樹立されているが、961電車ではさらに高速での走行が可能である。

３　車体、ぎ装  top

車体は騒音対策、着雪防止、軽量化のため2.5−3mm厚の軽合金の外板からなるスカートの長いボディマウント構造である。 　床下機器は床下に直接取りつけるのではなく機器台粋の上に載せ、機器台粋が車体のスカートの下部に取りつけられる。機器台粋は全体で１個の機器のようになっており、容易に車体と機器台粋の分離が可能である。機器台粋を車体に取りつけてしまうと、すべての機器は車体の中に入ってしまう。 　機器台粋の下面には検修上点検が必要な箇所は機器間に金網または鉄板の引戸をつけている。しかし、従来車に比較して床下機器の点検作業がめんどうになるので、できるだけ各機器のメソテナンスフリー化をはかり、点検、調整が必要な部分は床上の配電盤に収めた。

　引通し線および機器間の制御線は、高度な列車制御方式のために膨大な電線量となるため、配線作業の簡易化、電線重量の軽減化のため、1.2mm径のケーブル配線を主体としている。主回路配線についても従来のWB電線に対してWL電線を使用することにより、軽量化および難燃化をはかっている。

　運転台は落着いた雰囲気を出すため前面パネルは黒色とし、それに合わせて計器類も黒色としてある。文字は白色、指針は赤色で統一した。表示燈類もプラント等の操作盤で使用されているユニット形のものとし、また、その配置についてもスイッチ類、放送装置、列車無線操作盤等を含めて、人間工学的に配置されている。乗務員の右前面にはミニコンピュータと連動したCRTがおかれており、運転操作上必要な情報がコンピュータを通じて表示されるようになっている。（CRT:Cathode Ray Tube:ブラウン管）

　前面ガラスは冷害雪害を考慮して、飛行機と同じ絶対に曇らず、また、着雪のないヒータ入りのガラスを使用している。客室は長距離乗車を前提として、居住性の改善をはかるため従来の一列 5人掛から 4人掛とし、座席間の肘掛も出し入れできる椅子を試作している。

　窓割りは、従来の二列一窓から、一列一窓として車体の強度を保っている。
　3号車に食堂関係、4号車に寝台、個室関係をモックアップ的にまとめてあるが食堂は厨房の近代化とその使用上の便利さ等に関連する車体構造、さらに食卓腰掛を含めたインテリアデザインのあり方を検討している。4号車の普通寝台は新幹線車体の幅が広く高さが低い点に合わせてクロス・ロングのコの字形配置の二段構成としている。

４　台車  top

台車の高速時の性能が260km/h運転の成否を決定する。 951電車は3年間にわたり各種試験を行ない、改良を加えて3種類の台車が開発されてきた。これらの台車はいずれも高速時に起こりがちな台車蛇行動の発生はない等、安定した走行性能を示した。 　しかし、高速運転時に軌道に与える影響、特に輪重の著大値の発生防止には、ばね下重量の軽減が必要であることが判明した。そのため961電車では、従来、輪輪で直接支えていた歯車装置の重量を、中空輪を用いることにより台車枠に装荷し、モータから車輪への駆動力は中空軸と輪輪の間を適当なたわみ継手で結ぶことによって伝達する方式となっている。

　ブレーキ時の滑走対策については、従来、鋳鉄の研磨子でタイヤ踏面を研摩する方式がとられていたが、951電車の試験によりアルミ合金の研摩子の使用によりレール−車輪間の粘着係数が上がることが判明したので、アルミ合金の研摩子としている。特にブレーキ時の滑走により発生するタイヤ踏面のフラットは新幹線騒音公害の一つとなっておりアルミ研磨子はその面からも期待される。

５　運転制御方式  top

運転室には従来の保安装置ATCと並んで運転制御を行なうためのミニコソピュータのATOMICが載せられている。このATOMICの機能は次の3点である。 �@運転制御の自動化、簡易化 　運転台にはATO切替スイッチがあり、この操作により次の3種類の運転操作方法が可能である。 マスコンハンドル操作によりノッチを指令する従来とまったく同じ手動運転、 マスコンのハソドル角度に応じて目標速度が乗務員の意志のもとに決定され、それに追随して列車が走行する定速運転、 マスコンを投入するだけで次駅まで完全に自動的に走行する自動運転、

　定速運転はマスコンを手前に引っぱれば、その角度に応じて目標速度が速度計に内臓された表示管で表示される。
マスコンを後ろにたおせば自動運転で、駅間の走行速度を調整して定時運転が行なわれる。駅停車は定位置停止制御により自動的に停車する。
定位置停止により従来に比べ１駅15秒の運転時分の短縮となる。

�A車両故障発生時の応急処置の簡易化
　車両故障発生時、従来、故障車両の配電盤まで行かなければ原因が不明であったが、CRTにより故障号車の状態を詳細に表示して、運転台にいながら原因究明ができるようになっている。また、従来、多かったパンタグラフ、主電動機の開放処置、サービス電源の切替等は、運転台からリモコン操作が行なえるようになっている。その他、車端開放器、プレーキコック類も床上に上げ操作の簡易化をはかっている。

�B車両状態の監視
　各車には、室内温度、車体振動量、プレーキシリンダ圧、モータの電圧、電流等を検知するセンサがついている。これらをサンプリング的にコンピュータに取り込みデータ処理を行なった後、CRTに表示して乗務員の車両状態の監視に役立たせる。特に異常な値についてはその発生内容、発生箇所、地点、速度等を自動的に記録しておき、検修業務に役立たせ、常により良い車両の状態の保持を可能にする。

６　力行方式  top

　カ行制御には現用車のタップ切替器方式にかわり、951電車で良好な性能を発揮したサイリスタ連続制御としている。サイリスタは2,500V、800Aの超大形の素子を使用し、また冷却方式として最新技術であるフロン冷却(素子をフロソ液体の中に入れ、フロン液の気化熱により素子を冷却する)を使用して装置の小形軽量化をはかっている。

　サイリスタ使用により電源側の高調波障害の心配があるので、951電車の各種試験結果よりトラソスの分割数を増やし、サイリスタの位相制御電圧の割合を少なくするのが好ましいのが判明したので、トランス分割数を951電車の4分割から961電車では8分割相当(実際は5分割であるが組合わせにより8分割相当となる)にしている。

７　ブレーキ方式  top

ブレーキについても粘着性能の向上のため、速度−粘着曲線に沿った連続制御を行なう方式とした。そのためまず機械ブレーキとしては従来の電磁直通制御方式に対して、電気のアナログ指令で制御する電気−空気変換方式としている。従がって従来の空気圧力の直通管は不要となり、全電気指令方式となりノッチ数に応じて引通し線を制御し、ユニットごとにもうけられているブレーキ受量器でアナログの電気パタンを発生している。 　電気ブレーキについてもサイリスタチョッパによる連続制御とし、プレーキの電空切昔時は電気ブレーキから機械プレーキに連続的に切り昔わって行く方式となっている。サイリスタチョッパについても素子として逆導通サイリスタを使用して素子数の低減をはかり、冷却方式としては力行用と同じくフロン冷却として軽量化をはかっている。

８　補助電源、サービス機器  top

　東海道山陽新幹線の60Hz、25kVの電気方式に対し、東北上越は50Hz、25kVとなる。この50Hzと60Hzの電源切替地点は田端となり、したがって、東北上越用の車両は50・60Hz両用車両としなければならない。（その後、東海道と東北上越の新幹線が分離されることになりJR 東の東北上越新幹線は50Hzに統一された。）

　ここで一番問題になるのは、冷房、プロワモータ等の補助電源である。現用車は60Hz区間のみ走行するのでトランスの3次巻線から直接補助電源を供給していたが、961電車では大形のMGを搭載し50Hz区間でも60Hz区間でも常に3相60Hzの補助電源を供給する方式とした。MGは比較の意味もあり、直流モータ方式とサイリスタモータ方式の二種類を試作している。

　冷房は屋根上の両端に2個取りつけ、ダクトで室内に送り込む半集中形で温度調整器の数も増やして室内を適温に保つようになっている。暖房は室内の一部にもうけられた機器室内での電熱器による温風ヒータと座席下部につけられた座席ヒータの2本立となっている。暖房器量は寒冷地対策として大幅に増強している。

　室内換気はトンネル内でも気密を保ちながら換気できる押し込み通風の連続換気とし、トンネル区間の多い線区でも問題のないようになっている。

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