東海道新幹線電車を2階建てにする

＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
INDEX 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

5 東海道新幹線電車を2階建てにする
（北山敏和　JREA　1977/8）

まえがき

　東海道新幹線は線路容量がすでに一ぱいになり昭和50年代には輸送力がパンクするだろうといわれている。これに対し新幹線電車を２階建にして輸送力向上がはかれないだろうか。２階建新幹線電車の可能性について追求する。

（追記　これは30年以上前の論文ですが、JR発足後の1994年にJR東日本で総2階建てのＭＡＸ（右）が登場した。これは一階建電車より4割定員が増えている。
ＪＲ東海の新型車のＮ700系は総一階建ですが、初期の０系より座席間隔が広がったので、定員は1割ほど減っている。）　

1.車海道新幹線のなやみ top

　昭和40年代は東海道新幹線の黄金時代であったといえる。39年開業当初は200km/h走行の未経験から生じる設備上のトラブルや初期故障のため、比較的事故も多かったが、40～42年にかけての事故防止対策の実施により急激に事故件数が低下した。そして高度経済成長の波に乗り輸送量も急速に増加してゆき、毎年ダイヤ改正により列車本数が増えてきた。又、44～47年にかけて編成両数も12両から16両編成となった。そして47年には岡山開業と続き、40年代は新幹線は高速、安全、確実な大量輸送機関といわれ、国鉄のドル箱路線として高成長を続けてきた。

　しかし、50年の博多開業の時点から、さすがの新幹線にもかげりが見え始めた。それは、
①　列車本数が線路容量一ぱいになり、今後の輸送量増大に対応が困難になり、このまままでは50年代中には輸送力がパンクする。このため第２東海道新幹線の話もあるが、その実現はかなり先になるだろう。
②　この２～３年事故が急激に増え続けている。昨年の場合は40年代の安定期に比べ５倍以上にもなっている。特に冬は関ケ原の雪害によるダイヤの乱れもある。
③　新幹線の騒音公害が社会問題となっている｡
④　国鉄運賃が高くなり航空旅客が増えた。成田空港が開港となり羽田の国内便が増えると、新幹線はさらにシェアを喰い込まれる恐れがある。

　これらの問題に対応する方策はないだろうか。このままでは新幹線もじり貧になってしまう。

2 東海道新幹線電車はモデルチェンジが必要か top

　飛行機の航空輸送は当初レシプロエンジンの小型のプロペラ機でスタートしたものが、30年後半にはフレンドシップ、YS11等のターボプロップ機となり、さらには幹線にはボーイング727ジェット機等が導入されスピードアップと定員増がはかられてきた。そして46～48年にかけてジャンボ機やトライスタの定員300～500人のエアバスが出現した。

　この飛行機のジェット化大型化は高速化と輸送力増強だけでなく、１人当りの消費燃料低減等にもつながり、運航費の低減にもなっている。そして結果的には運賃が相対的に安くなってきており航空旅客が急速に増え続けてきた。

　このように航空輸送が新機種の導入により成長してきたように、新幹線電車もそろそろモデルチェンジして新しく脱皮しなおす時期にさしかかっているのではなかろうか。

　新幹線電車も設計されてからすでに15年経ち、その間、事故防止や保安度向上のために手直し程度の設計変更は実施されてきているが、基本的には標準化による運転取りあつかいと保守の容易化のためすべて同一設計で造られてきた。

　同一設計の長所はすでにその効果を充分に発揮してきているが、新幹線が曲り角にさしかかった今、いつまでも標準化のみにとらわれて、15年前の技術レベルで設計された新幹線電車を造り続けるのは、再考せねばならない時期がきているといえる。それでは現在の技術レベルで新幹線電車を新設計すればどのようなメリットがあるだろうか。

①　機種の大型化により航空輸送が成長してきたように、新幹線電車にもスケールメリットが生かされないだろうか。新幹線電車の列車長、車体幅はこれ以上大きくできないから、定員を増やす手段としては客室を２階建にするしかない。２階建電車の構造については後にのべるとして、これで16両編成のひかりで1340入の定員が約2000人と50％近くの定員増がはかれる。
　車両数が増えないで輸送量だけが増えるのだから、運転士も車両保守要員も増やさなくてすむ。すなわち乗客１人当りのこの分の人件費は2/3に低減できる。さらに大きな利点として、すでに線路容量が一ぱいになった東海道新幹線の輸送量を約1.5倍に増やすことができ、第２東海道新幹線が完成するまでの輸送需要増大に対応可能となる。

②　新幹線でも運行管理面については数年前にコンピュータを導入したCOMTRACシステムを開発し、指令業務の近代化がはかられた。大型タンカー、化学プラント、発電所等の他の産業分野でも最新のエレタトロニタス技術を導入し、センターと端末との情報収集と集中コントロールの技術が実用化されている。しかしながら新幹線電車の場合は16両の多数の機器を動作させて1300人以上もの乗客を運んでいるにもかかわらず、昔どおりの乗務員のかんと技能にたよっている点が多く、トラブル発生時の処置に手間どっているのが実情である。又、乗務員の技能レベルも全般に低下してきた。
　そこで新幹線電車にも最新のエレクトロニタス技術を導入して、電車の制御と機器監視をシステム化し、異常時乗務員が的確な判断と行動がとれる方式とする必要がある。幸い、低価格で高信頼度のマイクロコンピュータの出現はモデルチェンジ車の車両制御への応用範囲を広げるものと思われる。

③　新幹線の最大の弱点は雪と騒音である。雪害については今冬も関ケ原地区の大雪のため連日ダイヤが大幅に乱れた。騒音公害についても名古屋で騒音訴訟の裁判まで行われている。これらの技術的問題の解決のため東北新幹線の小山に試験線をつくりその対策試験が計画されている。その技術成果は東北新幹線用車両だけでなく東海道のモデルチェンジ車にも適用できる。

④　その他、過去の新幹線電車の使用実績と故障経験をもとにして細部にわたるまで新幹線電車を見直し、信頼度の低い機器については新設計により信頼度を高め、保守に手間どっている部分については省力化技術を適用して、モデルチェンジ車を故障の少ない手のかからない車とする

３２階建新幹線電車を設計する top

　２階建車両としては近鉄のピスタカーやフランスの新形通勤客車が有名である。　ピスタカーは３両ユニットの１両だけが２階建であり輸送量増大よりも観光列車的色彩が強いが、フランスの新形通勤客車は編成全部が２階建になっており、明らかに通勤客の座席定員増を目的にしている。

　車両を２階建にする場合、屋根高さが高くならないようにするため、台車間の車体底面をレールぎりぎりまで下げる必要があり電動連(Ｍ車)のように床下に機器はぶらさげられない。従って現在全電動車編成の新幹線電車を２Ｍ２Ｔの４両１ユニット方式として編成内の半分の附随車(Ｔ車)を２階建として、床下機器類はＭ車に集中して取りつける。Ｔ車の２階建部分は台車間のみなので、定員を増やすために、車両長を現在の25mから28mに延ばし、台車間距離も広げる。その分Ｍ車の車体長以22mと短くしに4両の長さ100 mは現用車と同じとする。

　Ｔ車の２階建部分の長さを17mにすれば現用車と同じ２人＋３人掛けの１列５入掛の座席で、１階90入、２階90入の合計180人の定員となる。　１階床面を車両限界の20Omm近くまで下げれば、２階建車両になってもレール面からの屋根高さを4200mm程度にすることが可能で、車両限界高さ4500mm以内に充分おさまる。なお現在の新幹線電車の屋根高さは3975mmであり、この高さをあと200mm高くする程度で２階建にできるから車体重心高さもそれほど高くならないですむ。

　車両の両端の台車上部には長さ約５ｍのホーム高さと同じ高さの中階のフロアができるが、この車両は180人と定員が多いので乗客の乗降で混雑しないように、ここには充分広いデッキと側引戸をもうけ、又ここから１階、２階の客室への階段を取りつける。さらに号車に応じて、便洗面所、車掌室、売店、電話室、荷物室等のスペースにも利用する。又先頭車の場合には運転台にも使用する。
　Ｍ車はＴ車の車体長28mにくらべ車体長が22mと短くなるが、車掌室等はすべてＴ車の両端にもうけるので、Ｍ車の両端にはデッキのみをつけ、残りはすべて客室として座席を並べれば100人の定員となる。

　現在のひかり編成には供食サービスのため食堂車とピュッフェ車が各１両連結されているが、これに対し１両だけを２階建の食堂車とする。そして２階部分は全部テーブル席とし現在の食堂車のような側廊下はもうけない。従って４人掛のテープルを両サイドに並べられるので、食堂車定員も現在の42人から60人に増やすことが出来る。食堂車通り抜けの乗客の通路としては１階に側廊下をもうけ、さらに1階部分には食堂車用の調理室と、カウンタ付のピュッフェコーナーをもうける。ピュッフェコーナーについても現用車より広いスペースの確保が可能であり、編成の定員増に見合った供食サービスが１両の２階建食堂車でまかなえる。

　その他、中間車に定員の少ないグリーン車を連結したとして、この新形式の16両編成の定員を計算すると約2000人となり現在のひかり編成より650人定員か増える。このような２階建新幹線電車は定員増のメリットは大きいが、本当に電車として成り立つかどうか考えてみたい。

　以下この電車の主要な設計方針について記す。
①　電車方式はＴＭＭ’Ｔの４両１ユニット方式とする。
　Ｍ’は屋根上にパンタダラフをつけ、床下に高圧遮断器、主変圧器、主サイリスタ等の電力機器を取付ける。Ｍ車の床下には断流器、逆転器、コンプレッサ、ＭＧ、パッテリ等の制御機器を取付ける。
　当然Ｔ車には便所の下の汚水タンク等をのぞいては床下に機器は取付けない。これらの機器はすべて４両分の出力を持つもので、現用車の２両１ユニットの機器にくらべ出力が２倍必要となるが、電気機器の重量、寸法は一般に出力のルートに比例して大きくなることと、新しい技術である新絶縁材料や大電力用半導体素子を使用すれば、小形で大出力の機器の設計が可能になる。ちなみに主電動機の場合似現在の870 kgが出力を２倍にして1050kgの重量で、主変圧器の場合は現在の3300kgが出力を２倍にして3700kgで設計が可能である。

②　Ｍ車には交流回生ブレーキをＴ車にはディスク形うず電流プレーキを使用する。
交流回生プレーキを使用すれば電力料節減となるだけでなく、主抵抗器、主制御器等の発電ブレーキ用の電気機器が不要となり、その分車両の軽量化と床下機器ぎ装スペースの確保につながる。交流回生ブレーキには主変圧器や主サイリスタ等の電力機器を力行時と共用することになるが、力行時４両分の出力が必要なのに対し、回生ブレーキ時はＭ車２両分の出力を出せば良いだけなので回生ブレーキ使用にともなっての電力機器の出力増はなく、経済的な設計が可能になる。
　Ｔ車のディスタ形うず電流ブレーキは車輪のディスタに非接触でプレーキをかけるもので、すでに新幹線用軌道試験車で実用化されておりＴ車の機械ブレーキの摩耗防止には有効である。なおＴ車Ｍ車共、電気ブレーキ失効時のためのディスタプレーキは当然もうける。

③　電車の底面はフラット叱して雪のつきにくい構造とする。
　Ｔ車の底面は当然フラットな平面となる。Ｍ車の場合は床下機器は大きなブロックに集約化し、プロックと車体間およびプロック相互間は密着して取付ける。又両端のプロックは走行風による着雪を防止するため斜めにして風の流れをスムーズして着雪防止をはかる。この場合床下機器の点検は現在の床下に入って行うのとは異なり、ブロックの側面カパーをはずして実施することになる。
　その他台車部、車端部等への着雪防止も行い、冬期の関ケ原での徐行運転を防止する。

④　車両の軽量化を積極的に進め軸重は制限軸重の16t以下とする。
　車体は軽合金製にすれば、鋼鉄製に比べ１両約４ｔの軽量化となる。又車内設備のＦＲＰ化やアルミ化、電気機器類の新絶縁材料の使用、配線のケーブル化、多重伝送技術導入による引通し線削減、４両１ユニット化、交流回生プレーキの使用等により車両の軽量化を積極的に進める。
　床下機器が取付くＭ車はＴ車に比べどうしても重くなるので、Ｍ車は22mとＴ車の28mより車体長を短くしてＭＴ間の車体重量のバランスをとる。

　以上、東海道新幹線電車の２階建モデルチェンジ車の長所をのべてみましたが、私の浅学ゆえ検討不足もあり、問題点も多いかもしれれません。しかし欧州における最近の高速鉄道の技術レベルの向上には著しいものがあり、それに対し日本国鉄がドル箱路線であるがかげりが見えた東海道新幹線で、いつまでも15年前の技術の電車を走らせていていいはずはありません。　今後東海道新幹線の車両をどうしていくのか関係者の参考になれぱ幸いです。

top
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊