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山梨リニア実験線 アメリカのリニア アメリカの高速鉄道 新聞に見るリニアと高速鉄道 疑惑のリニア 超電導磁石
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アメリカの高速鉄道（High-Speed Rail: Another Golden Age?）
（原文：Scientific American 1995/9、訳文：北山敏和 日系サイエンス 1995/11）
著者 Tony R. Eastham カナダのオンタリオ州キングストンにあるクイーンズ大学の電気・コンビューター工学科の教授である。
彼の研究上の関心分野は先端的な陸上交通システム、電子運転システム、機械や電磁気デバイスの設計などである。
1994～1995年に東京大学の交通工学の客員教授として来日した。 |
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日本の〝弾丸列車” ：新幹線の最高速度は275km/hである。写真は、東京から大阪に向かう列車が東京の西100kmの地点、富士山の近くを通過する光景である。東京と大阪を結ぶ線は1964年に完成した。
誰もが無意識に新幹線に抱く敬愛をこめて、私はそれを見つめていた。
光の扇(富士山）を背にして、音と物をまき散らす流星が怪物のようにぬっと姿を現した。
かっては連日、たえまなく鉄道が論じられていたと言えば（アメリカの）読者は驚くかもしれない。
しかし鉄道旅行の黄金時代は、随筆家のモーレイ（Chris-topher Morley）がSaturday Review of Literature紙に寄稿していた1935年がその絶頂期であったといえよう。
毎日、数10本の列車がニューヨークのグランドセントラル駅から、シカゴやセントルイスなどに向けて発車していた。
大規模な鉄道網が全国に広がり、人、食料品、原料および工業製品が輸送された。
英国のゴールデンアロー号、ヨーロッパのオリエント急行そしてアメリカのゼファー号のような列車は、スピード、馬力、快適さだけでなく当時の先進技術の実例になっていた。
それから60年たち，高速道路に加え航空旅行も世界中に普及した。
この２つの輸送機関は成長を続けてきたが、今後もさらに発展していくように見える。
この発展に関して疑問が起こる。巨大な亜音速の旅客機と”快適な”高速道路を走る新型自動車の世界で、鉄道旅行の役割は何なのだろうか？
多くの先進国では、その答えは鉄道が重要な役割を果たすだろうということである。
これらの地域は今まで自動車を当てにしていなかった社会であり、システムと技術の改良により、鉄道輸送を劇的に発展させてきた。
現在ヨーロッパとアジアの多くの地域では、200～600kmの旅では飛行機より鉄道の方が好まれている。
新技術による高速鉄道の利用は数10年前に始まっており、将来はより先端的な磁気浮上列車（リニア）も戦列に加わるだろう。
鉄製レールと鉄製車輪の鉄道は現在､時速300kmまでの速度で運転されているが、リニアは10年以内に時速400～500kmの運転を目指して開発と試験が行われている。
アメリカの高速鉄道計画は失敗続きで進歩に取り残されている。
都市間と通勤を合わせた鉄道旅客輸送のシェアは現在、全輸送人・キロの2％以下になっている。
鉄道貨物は今なお、それなりの輸送をしているが、ここでもトラックが支配的な輸送機関になっている。
しかし、大都市近郊の高速道路における交通渋滞とハブ空港におけるビーク時の飛行制限に、アメリカの交通輸送は脅かされているという認識が高まりつつある。
交通輸送と経済成長を維持するには鉄道、航空および道路の問でバランスのとれた共同輸送が必要である。
このようなことから鉄道の再生が提案されてきている。数100km離れた都市聞の大量輸送に関して、鉄道の技術改良、システム設計研究、ルート調査および計画実施に参加する事業者の評価に、これまで数千万ドルが費やされてきた。
見直される鉄道 top
アメリカ以外ではこの種の研究は長い経験の積み重ねで成功している。
たとえば日本では、1964年に有名な新幹線が東京～大阪間で開通した。
その後、運転速度は時速210kmから時速270kmになり、東京～大阪間553kmの所要時間は当初の4時間から2時間30分に短縮されている。
新幹線の延長はいまや、東北地方の盛岡から九州の博多までの2045kmになっており毎年2億7500万人を運んでいる。 同時に技術開発も続いており、進行中のプロジェクトの中には、JR東日本の｢21世紀を目指した最先端のスーパー列車(STAR21)｣があり、試作車が時速425kmの最高速度を達成している。
しかし、世界一速い営業列車はフランスのTGV(Train a Grande Vitesse)である。
TGV大西洋線の最高運転速度は時速300kmである。
パリがTGVネットワークの中心になっており、北に向かってリールと英仏海峡トンネルヘ、西にツールとルマンヘ、そして南にリヨンヘと伸びており、さらにスイスまで運転している。
1992年にスペインのマドリード～セビリア間にTGVが導入され，1998年には韓国のソウル～プサン間にもTGVが走ることになっている。
また、ドイツも高速列車ICE(lnter City Express)を持っており、現在この列車はハノーバー～ビュルツブルグ間とマンハイム～シュツットガルト間を時速250kmで走行している。
日本やフランスと同様に、ドイツの方式も踏切を無くして列車の運行制御に新技術を用いることで、安全性を極限まで高めながら専用軌道を走行している。
スウェーデンの高速列車のX2000は幾分違った方法を採用している。
この列車はストックホルム～イエテボリ問456kmで時速220kmの最高速度を達成しており、曲線では車体を強制的に傾ける車体傾斜装置を使うことによって、既存の線路で高速を実現している。
この装置は列車が高速で曲線を通過する時、乗客に作荊する不快な遠心力を軽減するものである。
イタリアの高速列車ETR450も、ローマ～フィレンツエ開で同様の運転をしている。
北米では、高速鉄道は大部分が机上の研究であり、それと世論を喚起するためにヨーロッパの技術のデモンストレーションに限られている。
ピッツバーグ～フィラデルフィア間、サンフランシスコ～ロサンゼルス～サンディエゴ間、ダラス～ヒューストン～サンアントニオ間のような回廊地域には、高速鉄道が適切であるという報告書は数多く出されている。
しかし１つも建設されていない。
それは採算がとれそうもないため連邦政府も州政府も補助金を出すのを渋っているからである。
アメリカ旅客鉄道公社（アムトラック）は最重要路線である北東回廊ルートの改良を計画している。
このルートの一部分であるワシントンD.C.～ニューヨーク間はすでに列車が時速200kmで走っており、競争相手のエアー・シャトル便より多くの乗客を輸送している。
議会がこの予算を認めれば、1999年完了予定の線路設備の改良後は、新式列車はボストン～ニューヨーク～ワシントンD．C．間を時速225kmの速度で走るだろう。
アムトラックとの契約を目指しているのは、TGV、X2000およびICE／フィアットの技術である。
リニア（浮上走行）の登場 top
高速鉄道の導入が有望な理由の多くは既存鉄道を技術改良することで対応できることにある。
すなわち、高速鉄道プロジェクトの大半は既存の地上設備を十分使いこなすことによってコストダウンを図っている。
これは高速鉄道に代わる革命的な交通機関であるリニアにはない利点である。
リニアとは磁力で車両を支持し、案内し、推進する技術の日本語である（英語はマグレブ）。
まったく新しい地上設備を必要とすることから、リニアは巨大な輸送需要が見込めるルートでのみ実現の可能性がある。
そこでは大きな収入が見込めるので、高価な高架式の走行路の建設もコストの面からは許されるのである。
この障害があるため、リニアは長い揺藍期を過ごしてきた。
最初の概念設計はおよそ30年前に、ブルックヘブン国立研究所の二人の物理学者によって発表された。
パウエル（James R.PoweH）とダンビー（Gordon Danby）が、超伝導磁石で浮上した時速500km（300マイル）の列車を想定したのである。
しかしそれから10年後、その研究開発のすべてがほぼ完全に日本とドイツに移動した。
そこではそれぞれ、政府と民間の資金によって技術的に異なる方式に発展した。
リニアでは，走行路に沿って配置した推進コイルに交流電流を流し、そこに車両の磁石を封じこめる波動磁界を作る。
推進コイルに流れる電流の周波数を変えることによって速度を制御する。
要するに車両の磁石と走行路の推進コイルが１つの同期リニアモーターを構成し、回転運動に代わって直線運動を生み出しているのである。
浮上方式は２つある。
１つはいわゆる磁気反発式で、パウエルとダンビーが最初に提案し、その後日本に継承されている方式である。
これは車両に超伝導磁石を搭載し，車両の走行により走行路上の地上コイルに電流を誘導させる。
この相互作用であたかも走行路上を浮上走行する航空機のように車両は約15cm浮上する。
日本の“リニアモーターカー”は低速では車輪で走行し時速約100km/hから浮上する。
もう１つはドイツで開発された磁気吸引式である。
車両に搭載した従来方式の電磁石（常伝導磁石）が、走行路の下面に取り付けられた強磁性体によって上向きに吸引される。
この方式は本質的に不安定であり、車両の磁石と走行路の間の空隙を1．5cmに保つには正確な制御が必要である。
しかし、静止中でも車両を浮上させておける利点がおり、長距離の高速鉄道だけでなく都市交通や通勤輸送にも使用可能である。
世界で最初に実用化されたリニアはこのタイプで、1984年に英国のバーミンガム空港のターミナルと最寄りの鉄道駅間に低速シャトルとして完成している。
日本の磁気反発式は鉄道総合技術研究所が大手企業と共同で開発を進めている｡
試験車の１つにML500Rがあるが，これは1979年に九州につくられた延長7kmの宮崎実験線で、リニアの世界記録である時速517km/hを達成している。
山梨県に建設中の延長42.7kmの、システムの実証を兼ねた試験線で1997年から後継試作車による試験走行が開始される。
複線上で実用車の断面をもつ車両の時速500kmでのトンネル通過試験を含めて、実用化に必要な試験が行えるようになっている。
プロジェクトの推進派は2005年までに東京～大阪間にこの方式を完成させたいと願っている。
ドイツの磁気吸引方式リニアである「トランスラピッド」の開発は、1960年代の後半からリニア開発共同出資会社が進めてきた。
1980年代初めにエムスラントに実験線が建設された。
直線の両端にループをもった変則的な８の字形をした、延長31kmの走行線は，実物大の車両が運転時と同じ状態で走れるようになっている。
先行試作車のTR07は時速400～450kmの速度を定常的に出し，ほぽ5年間にわたる耐久試験が行われている。
ドイツ政府は最近ベルリンとハンブルグを結ぶ新線にこの方式の採用を決定した（注）。
新線の完成は2005年頃の予定である。
（注）2009年時点でドイツ国内のこの計画はまだ進んでおらず、代わりに中国上海の空港アクセス交通として2003/12に実用化されている。）
アメリカのリニア：そがれた活気 top
アメリカでは1960年代後半から70年代半ばまでの数年間、フオード・モータース社、スタンフオード大学およびマサチューセツツ工科大学で短期間の研究がなされただけで、リニアの開発は放棄された。
しかし1980年代後半になってリニアが再び注目されるようになり、宇宙開発技術の中から極低温、パワーエレクトロニクス、空気力学、制御および車両工学といった関連技術をリニアに応用するために、政府によるリニア調査会（National
Maglev Initiative）が発足した。
目標はアメリカの需要と条件に合う第２世代のリニア方式の設計であった。
研究を支えていた民間部門に開発意欲が起こらないまま1994年にこの政府資金はつきてしまった。
その間に４つの革新的な磁気浮上方式が設計された。
どれも製作には至らなかったが、この研究からいくつか興味深い発想も生まれている。
その中には同期モーター推進の新方式と、車両と軌道間の空隙をさらに大きくする超伝導磁石方式などがある。
1994年からはアメリカのリニアの研究開発は再び以前の低水準に戻った。
これはリニアが社会の変化の犠牲になった例である。
20～25年前は，リニアは600kmまでの人口過密地帯を結ぶ技術として最適であると考えられた。
それは石油燃料のコストと有効利用に関心が集まっていた時期であり、時速450～500kmのリニアは航空輸送に十分対抗できると見られていた。
ここで注意すべきことは最高速度がリニアより幾分低い“車輪とレール”の列車が存在するということである。
この従来方式の鉄道高速化は多くの場合より経済的に実現できる。
20～30年前には車輪とレールの実用上の最高速度は時速250km程度と考えられていた。
しかし高速鉄道は運転速度が時速300kmに達するまでに技術が進歩してきた。
これらは車輪とレールの相互作用、空気力学そして高速走行時に架線から集電する技術が進んだからである。
さらに衝撃的なのは車輪式の列車がなんと時速520kmの速度で走ったことである。
これはリニアの最高記録を僅かだがオーバしている。
この速度で旅客列車が走ればよいと主張する人はいないが、時速350kmは技術的にも経営的にも可能であると考えられる。
このようにリニアの速度と到達時分の利点は以前ほど魅力的ではなくなっている。
最適な速度の車輪とレール方式に対して、リニアの速度向上効果は20～30％程度であろう。
航空輸送に勝てるような大きな輸送需要があるルートに対し、高速鉄道でなく基本的に新しいこの輸送技術をあえて選択する余地を持つ国はいくつあるだろうか。
もちろん、より高速のリニアであれば魅力が増す。
しかし、このレベルの速度の主たる限界要素の１つは空気力学である。空気抵抗に打ち勝つのに必要な出力は速度の3乗で増加し、最も大きな騒音源の風切り音は出力の6乗で増加する。
列車のすれ違いやトンネルヘの進入、進出時に引き起こされる動力学的な問題は速度とともに大きくなる。
この対策として真空あるいは半真空のチューブ内にリニアを走らせることが提案されている。
世界に広がる高速鉄道 top
ニューヨーク、ロサンゼルスそして海の向こうの都市をこのようなチューブで結んだ究極の世界全体の輸送方式が数年前に提案されている。
最高速度は時速2,000km/h以上であり、地球の引力を車両の加速と減速に利用して、駅と駅の間を下って上るようになっている。
トンネルの建設と保守のコストを考えると、この構想は夢物語に終わってしまうと最後に記されている。
ニューヨーク～ロサンゼルス間の所要時間を２時間にするには数10年かかるだろうが、リニアにとっても車輪とレールの鉄道にとっても重大な変化がこれから起こるだろう。
10年先には長距離のリニアの営業路線が実現するかもしれない。
一方、高速鉄道の速度と快適性は着実に高まっていくだろう。
ヨーロッパでは高速鉄道網が徐々に広がっていくだろう。
同時に日本の整備新幹線の完成と韓国、台湾および中国の新線を含め、アジアでさらに多くの高速鉄道が建設されるだろう。
新しい高速鉄道技術では、アメリカは明らかに先導者ではなく追随者である。
しかし、アメリカ政府は北東回廊のプロジェクトを始めることで、鉄道旅客輸送の再生が必要であることに気づくに違いない。
たぶんそのためには新たな石油危機か、経済成長を妨げるような道路や空港の混雑といった何らかの要因が必要だろう。
テレビ会議とその他の通信手段は旅行の必要性を減らし、時間と金を節約するだろう。
しかし、そのような通信手段でビジネス旅行の伸びが鈍るという確実な保証はない。
ハイテク列車はアメリカにもやってくる。それには必要性と、より好ましい経済環境があるかどうかが条件である。
通信は次善の策で，最善の策ではない。
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時速300km/hでの車輪走行と浮上走行
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八リソン(John A.Harrison)著 パーソンズ・ブリンカーオフ・クエイド＆ダブラス社
高速鉄道とリニアの比較 リニアの２つのタイプ
| 高速鉄道 |
リニア |
| 近い将来、時速330km/hが計画されている |
営業運転での最高速度は時速400km/h |
| 高速化のために曲線のない新線が必要だが、都市部での低速走行では既存の線路が使用できる |
地上設備の新設が必要。建設費は高速鉄道よりﾌ高いが、保守費はたぶん低い |
| 時速260kmの速度での騒音レベルは線路から25m離れた場所で85～90デシベルである |
騒音レベルは同一速度の高速鉄道と同じかそれ以下、車輪騒音がないため低速ではより静か |
| 40年間の営業実績がある |
高速で営業中の路線はない |
| 座席当たりのエネルギー消費量は磁気浮上鉄道の最高速度の場合と同等である |
全体的にエネルギー消費は高速鉄道より少ない |
| 出典：アメリカ議会技術評価局 |
高速鉄道より加速力が大きく、急な勾配を登ることが可能 |
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新しい鉄道は高速、超高速、磁気浮上（リニア）の3種類に分けられる。
高速鉄道はアメリカのアムトラックの北東回廊のように、従来の“鉄の車輪とレール”の技術を用い、最高速度は時速200～240km/hの範囲である｡
超高速鉄道は時速290～350kmの範囲で、車輪とレールの改良技術を用いている。
高速での乗り心地が快適であるように、曲線の少ない線路が必要である。
フランスのTGV、ドイツのICE、日本の新幹線などはすべて超高速鉄道である。
リニアは既存の鉄道とはまったく異なる。
これは走行路に沿って車両を浮上、案内、推進させるのに電磁気力を用いる。
目標速度は時速320～500kmである。
ドイツのトランスラピッドと日本のMLUが高速磁気浮上技術の実例であるが、ドイツ方式が中国上海の空港アクセスで現時点では世界で唯一実用化された。
これをさらに拡大するのか、高速鉄道にするのか中国の今後の動向が注目されている。
磁気浮上の特徴は同期リニアモーターの使用で、走行路の推進コイルに電気を供給して、そこに回転力ではなく推力を生じさせることにある。
高速の磁気浮上方式には磁気吸引式と磁気反発式の２つがある。
ドイツのトランスラビッドで用いられている磁気吸引式（上図の左）は、車両に取り付けた電磁石と走行路の下側の磁石の吸引力を利用している。
日本のMLUに用いられている磁気反発式（上図の右）は超伝導磁石を基本にしており、これで磁気吸引式より10倍大きい空隙を生みだしている｡空隙が大きいと、走行路の施工精度を緩くできる利点がある。
しかし現時点では磁気反発式は磁気吸引式より乗り心地が悪いため、さらに研究開発が必要である。
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