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小田急ＳＥ車から生まれた新幹線
(小田急3000形ＳＥの追憶 三木忠直 鉄道ファン 1992/7)
右下の新聞記事（朝日：昭和28(1953)/10/17）を見て小田急がＳＥ(Super Express)車設計を
鉄道技術研究所に依頼し、その成功が新幹線を生み出した。 新聞はクリックで大きくなる。
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傑作エンジン「誉」を装備する万能機として開発された海軍空技廠陸上爆撃機「銀河」、昭和I8年から終戦までに各型合計11,000機が生産された。
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1 まえがき top
筆者は戦前、横須賀市追浜にあった海軍航空技術廠(以下「空技廠」と略す)（1）で海軍機の研究に従事していた。
当時世界で冠たる戦闘機零戦なみの最高速度、渡洋爆撃機一式陸攻なみの航続距離、しかも1トン爆弾を持ち急降下爆撃、雷撃可能の万能ともいえる難しい性能を要求された陸上爆撃機を設計した。
本機は全性能を達成し、「銀河」(2) と命名されて、1100機製造された。米軍では世界最高速爆撃機とされ、「フランシス」という優美な名を与えていた。
戦勢が不利となり、制空権が低下し、パイロットの練度も落ちてくると、前線でいわゆる特攻作戦が編み出され、その極みともいえる案が空技廠に持ち込まれた。
一式陸攻の胴体につり下げて、先頭に大形爆弾を整備した小形機に乗って行く、いわば人間爆弾の案であった。
われわれ技術者の反対にもかかわらず正式に取り上げられ、試作命令が出された。
試験飛行ですべての要求性能が満たされたので、「桜花」(4)(5)と命名された。
戦争は常に死と隣合わせであるが、必死の機に乗り、散っていった多くの若桜を思うと、心の痛む日々であった。
戦後Ｂ-29を母機として胴体下につり下げられた子飛行機Ｘ-1Ａロケット機が航空史上初めての超音速飛行をしたが、この構想は「桜花」から採り入れられたのを知り、いささかの慰めともなった。
戦争の悲惨さが脳裏を離れず、私は戦後、戦争に関係する仕事にはつくまいと決心した。
そして、鉄道技術研究所に入り、飛行機で培われた技術を鉄道車両の軽量化、高速化に役立てる研究を進めた。
その研究の成果を実現することができたのが、このＳＥ車であった
2 生い立ち top
昭和28年10月17日付けの主要新聞に、「東京－ 大阪4時間半国鉄快速列車の設計成る」(6)というような見出しで設計図とともに、筆者の構想が大々的に報道された。
昭和26年9月講和条約調印、10月それまで禁止されていた日本の空をやっと日航 1番機が羽田から飛び立った。
昭和27年には航空機の製造禁止も解除された。日本がようやく暗い占領下から立ち直ろうとしていたころであったので、明るいニュースとして取り上げられたのであろう。
鉄道枝研――昭和62年の国鉄民営分割化で転換後は財団法人鉄道総合技術研究所――の創立は古く明治にさかのぽり、鉄道院→鉄道省→国有鉄道と変遷したが、発足時の仕事上での名称は研究所となっても、試験所的な性格が強く残っていた。
大塚誠之氏が所長として着任されてからは、研究者は鉄道技術の発展のために四六時中頭を働かせるべきであると、それまであったタイムカードを廃し、今でいうフレックスタイムのようなシステムにして自由な研究を奨励し、その成果の発表も積極的にし、また部外からの委託研究設計も受けるようにした。その表れが前記の新聞報道である。
当時、東京－大阪間は特急“つばめ”で8時間、最高速度95km/h、浜松以西は電化工事中（昭和31年11月完成）だったし、本来国鉄本社が考えるべき事柄だというので、相当な批判を受けた。
ところが、運輸省の方から画期的な構想に対して、研究補助金を出すから申請するようにとの通報があった。
そこで、日本鉄道車両工業協会で研究を受託し、「超高速車両委員会」を発足させた。
委員は鉄道研究所、国鉄工作局と車両メーカーの構成で約１年をかけた。
当初、電気機関車けん引の列車についても検討したが、将来の電気機器や駆動装置の改良発展を期待し動力分散方式の電車列車としてまとめたのが、昭和29年9月のことであった。
本案の車両は心皿間距離13.5m－幅2.8m・高さ3.2m、7両編成の連節車で、列車長100.9m、自重113.3t、電動機出力110ＫＷ×8、定員224名、最高速度は150km/hを目標とした。
空気抵抗は速度の2乗に比例するので、高速になると走行抵抗に占める割合が非常に大きくなってくる。
わが国では列車の空気抵抗を測定した例がほとんどなかったので、研究補助金をこの研究にあてることになり、東大の航空研究所で模型の風洞試験をすることにした。
筆者は海軍のときから親しくしていただいた谷一郎教授にお願いに行くと、戦後禁止されていた航空の研究がようやく解除になったばかりで、それまで休止していた風洞がこの研究費で動かせるようになるので、快く引き受けて下さった。
風洞試験については後述する。
小田急では新宿－小田原間を特急で100分の運行をしていたが、国鉄東海道本線のいわゆる湘南電車との対抗意識もあり、60分にしようとの目標で研究を進めていたところだったので、筆者の快速列車の新聞記事に注目していた。
前述の7両編成連節方式の電車列車の案を見て、これを特急として実現してみたいというので、昭和29年10月、小田急の担当責任者であった山本利三郎氏が関係社員の方々とともに港区浜松町の鉄道枝研を訪れた。
大塚所長のもとで筆者らと懇談の結果、特急として形状・性能など世界的水準を抜くものにしたいので、企画・設計全般について指導、援助をしてもらいたいとの要望に全面的に応じることに決定した。
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小田急軽量特急の構想図（昭和29/8/7)
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構体が完成すると荷重試験を行なった。飛行機では破断まで最大荷重をかけたが、車両ではその必要もないので、運用時に起こる垂直、ねじれ、圧縮などの荷重をかけ、主要部の応力測定を有限として強度を検討し、剛性、固有振動数も測定した。
応力測定には筆者の研究室の中村和雄君がわが国で初めて開発、した抵抗線歪計を使用した(試験の状況は本誌1992年4月号に紹介されている)。
荷重試験はその後の国鉄・私鉄の新設計の車両に必ず施行されるようになった。
国鉄技師長だった島秀雄氏はその著書(8)のなかで、このような研究か｢国鉄車両の車体構造の設計には非常に役立った」と評価している。
台車については本誌1992年5月号に紹介されているので、詳細は省略するが、すべて重量軽減を念頭に見直した。
台車枠は従来の鋳鋼では余肉がついて重くなるので、鋼板溶接構造にし荷重試験を行なって強度剛性を確認した。
高速走行時のばね下の振動は軌道劣化の原因となるので、とくにばね下部材の重量軽減に意を用いた。
車軸には中空軸を用いることを考え、実験まで行なったが、価格と磁気探傷の問題で割愛した。
車輪は直径を860→840mmにし、一体圧延形式とした駆動装置も軽量化を図って高速回転の中空軸電動機と平行カルダン方式を、制動装置にはわが国鉄道車両で初めてのディスクブレーキ(これも飛行機の着陸滑走距離を短くするための主脚用制動装置からの発想)を採用した。
ぎ装についても重量軽減を主眼とし、新しく設計し直したものが多い。
重量の大きな部分を占める腰掛については、旅客機のものを参考とすることを考え、当時の新鋭機ＤＣ-4を見学するため羽田空港へ行った。高林盛久君も同行したが、整備士はすべてアメリカ人なので、通訳のために筆者の妻も一緒に行ったことを思い出す。
そして、従来の約1/2の33kgに軽減した。
なお、最近の新幹線には旅客機用とほとんど同様なものが整備されている。
また、空調装置はまだ車両用の適当なものがなかったので、後の改造で整備された。以上のような設計方針により、重量は在来車に比べ約70％近くなり、重心もレール面上約1mと約200mm低くなった。
高速時にも非常に滑らかな乗り心地を示した要因であろう。
高速列車の非常制動のために車輪とレールとの摩擦によらない非粘着ブレーキとして飛行機の急降下時に用いる空気抵抗板スポイラの考えから、建築限界内で車両の屋根上に板を立てる風圧ブレーキの模型試験を行ない、空気抵抗を約3倍に急増できる結果を得た。
250km/hからの制動距離にすると約20％短縮し得るが、50km/h以下ではその効果が少ないので、ＳＥ車には考えなかった。 浮上式鉄道リニアの宮崎実験線ではこれを参考として、同様な風圧ブレーキの現車実験を350km/hで行なったが、非常に有効で500km/hからのブレーキ距離を類推すると、風圧ブレーキのない場合の約1/3に短縮できる効果を得た(10)。
そのほか、横風や斜風を受けた場合の風圧についても実験した。
また、風洞試験と走行試験から列車の長さによって変わる空気抵抗の項を加えた走行抵抗の式を確立した。
6 高速度試験(11) top
ＳＥ車は前述のように、世界の水準を抜く車両としてスタートし完成したが、小田急の線路は曲線が多く、最高速度の試験ができない。
そこで、山本氏の発案で国鉄の線路で試験をしようと話を進めた。
国鉄部内の反対が強く難航したけれど、将来を見通した首脳部 とくに運転局関係の英断によって私鉄の車で高速試験をするという空前のことが成立した。
そして、小田急と国鉄の間で相当細部にわたる契約書を取り交わした。
また、小田急では銀行の信託車両であるＳＥ車に事故でもあったら困るというので、特別な保険をかけた。
昭和32年9月20～26日、大船－平塚問で終列車後、大船駅前で夜鳴きうどんなどで腹ごしらえして、8両編成の試験列車に乗り込んだ。車内には計測機械が所狭しと至るところに並んでいる。
この試験のために鉄道枝研では車両の構造、振動、制動、空力、集電、軌道への横圧などの関係研究室がほとんど総動員で資料収集につくした。
速度は50～100までは20km/h、100以上は10km/hごとに上げて藤沢近くのロングレール区間で143km/hに達した。
振動、横圧など各測定結果を持ち寄り検討した結果、150km/hくらいまでは問題ないとの結論に達した。
これをもとに直線区間の長い函南－沼津間で27日には120km/hから上げていって145km/hまで出したが、走行状態は非常に良いので、さらに最高の150km/hまで上げようかと相談したが、国鉄側の最高指揮者であった石原米彦副技師長がもし何か故障でもしたら困るというので、やむを得ず断念した。
この速度が当時の狭軌の世界記録であった。
本年3月8日の「さよなら走行会1では最高100km/hくらいしか出さなかったようだが、35年も愛用されたとは思えない。
あの当時を偲ばせる乗り心地よい走りでさよならには惜しいように感じられた。 |
国鉄東海道本線における高速度試験のため、藤沢駅構内に待機中の3000形。新鋭ＥＦ58形がその横を通り抜ける。1957/9 写真：生方良雄
| 車体表面の境界層厚さ測定のため側窓から屋上へ伸ばされた節形ピトー管。写真：筆者 |
高速度試験では先頭部の風圧分布測定のため前面には1mm径の孔が10数ヵ所開けられた。写真：筆者 |
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7 おわりに top
以上、ＳＥ車の生いたちから世界記録までの概要を述べたが、この結果を土台にして、昭和34年国鉄では東京－大阪間6時間半の電車特急“こだま”を登場させた。
すなわち、その日のうちに往復できるので、車両の運用効率が非常によくなった。
国鉄技師長だった島秀雄氏は、「ＳＥ車は実用に入るとたちまち当時の電車の花形として、素晴らしい乗り心地と軽量、高速、高性能を誇る評判列車となった。
ＳＥ車で開発された機能・装置はその後の国鉄電車の改良標準形として大きな貢献をしたのである」と述べている(8)。
昭和32年5月には、鉄道枝研創立50周年記念として、銀座ヤマハホールで「超特急列車、東京－大阪間3時間への可能性」(12)と題して、講演会が開かれた。
ＳＥ車開発への高速車両の研究に加えて、軌道構造、信号の研究成果などを総介して、まとめ上げたもので、篠原武司所長の発案によるものであった。
例によって国鉄本社の相当な批判はあったが社会、一般の反響と期待は強く、『夢の超特急』という言葉が生まれた。
当時これからの交通はアメリカを見習って、飛行機と自動車だけという空気で東名高速道路も着工されようとしていて、鉄道斜陽論か盛んであった。
「レールをまくらに討ち死にする覚悟だ」といって就任し国鉄再建の先頭に立っていた十河信二総裁は講演会には出席できなかったため、御前講演(8)(13)を要望されて、詳しく聴かれ、とくに筆者の「コレ(3時間新幹線)をやらなければホントに国鉄は斜陽になってしまうのと違いますか！」(13)との言葉に耳を傾け、新幹線設計実施の号令が発せられた。
同年9月には前述のＳＥ車145km/h世界記録が樹立されて、東海道本線を広軌・標準軌別線にすれば最高速度250km/hは夢ではなく可能だとの裏付けが作られた。
1年余りの運輸省設置の調査会で検討の後、昭和34年4月東海道新幹線として正式に建設認可となった。
ＳＥ車は新幹線のルーツだといわれる所以である。
当時、日本は今日のような経済大国ではなかったので、大きな建設費の一部を世銀借款による案が佐藤栄作蔵相から出されたが、先進国の欧米でも実現していない最高速度250km/hの計画に難色を示した。
しかし、世銀調査機関が日本から提出したこれまでの多くの技術的資料などを検討した結果、昭和36年借款が成立した。
東海道新幹線ルートの一部をモデル試験区間として鴨宮－綾瀬間約30kmを早期に建設し、そこで昭和38年3月、筆者のＳＥ車の試験をもとにした計算のとおり、256km/hを当時の電車としての世界記録を樹立した。
そして、昭和39年10月、東海道新幹線は関通したのである。新幹線の成果を契機として、世界的に鉄道の高速化が幕開けとなり、｢Shinkansen」は高速鉄道の代名詞として世界各国で通用するようになった。 |
水ぬるむ多摩川にさしかかる3000形ＳＥ車。大きな話題をよんで登場した3000形は昭和32年7月から営業運転に投入され、小田急の新しい特急車として活躍を開始した。当初は8両編成3本が製造され、のちに1本が増価されている。登戸付近にて 1960/3 平野唯夫
落成後、小田急経堂検車区に入線した3000形。営業列車への投入を前に、各種試験や訓練が行なわれている頃である。この当時はまだ旧形車もかなり健在で、小田急最古参のデハ1100形も元気な姿を見せていた。1957/6/2 写真：戸井真雄
春爛漫の鶴巻温泉にさしかかる3000形。昭和43年には国鉄御殿場線乗入れ対策のため、8連4本が5連6本に組み換えられ、そのニックネームもＳＳＥに変更された。1988/4/1 写真：石井宏幸 |
その後、最高速度280km/hのフランスの新幹線ＴＧＶに乗る機会があった。
連節列車で重心を低くするため、床面を下げ連節部の台車のところで中央通路を傾斜面で上げた構造はＳＥ車とまったく同じなのには驚きを禁じえなかった。
本年3月8日のＳＥ車さよなら会で、新設計当時苦労をともにした山林秀幸氏(元小田急不動産㈱会長)から昭和40年ごろ新幹線見学のため、フランス国鉄総裁、技術首脳部か来日したとき、山本氏とともに会い、ＳＥ車のことを詳細に説明したということを聞いて、はたとひざを打ち納得した次第であった。
また、スベインの軽量特急列車として世界的に有名だった
TALGO (Train Articulated Light-weight Gは設計者 Oは出資者の名前の頭文字)は、設計者が奇しくも当初に述べた｢銀河｣によく似たドイツの爆撃機 Ju88の設計をした人なので、アルミ合金を多用した1軸関節列車の車両構造は飛行機の構造様式を採り入れた軽量車だった。
その出資者 Oriol 氏が関係者とともに昭和32年7月ころ筆者のところへ来訪された。
ちょうど試運転中のＳＥ車に案内し山本氏とともに会談した。
タルゴより乗り心地が良かったらしく目的の売込みの話は出ずじまいだった。
ともかく、ＳＥ車は日本をはじめ世界の超高速列車のパイオニアとしての地位を占めているので、そのモニュメントとして残しておきたいものだと考えていたが、小田急電鉄では5両編成を保存しておくとのこと、ご同慶の至りである。
ついでながら、筆者は前述のＳＥ車の設計から各種試験に至る研究を総合して｢高速鉄道車両に関する研究」(7)(9)と題した学位論文により、東京大学から学位を授与された。
また昭和51年11月にはこれらの研究と新幹線、モノレールの研究を総合して運輸大臣表彰、｢交通文化賞｣を受賞した。
首題は｢鉄道車両軽量化の技術体系の確立、新幹線車両の開発、都市モノレール実用化等への功績｣であった、
本橋をまとめるに当たり、古い資料を探していただいた山林秀幸氏、高林盛久氏に厚くお礼申し上げる。
〔参考文献〕
(1) 碇 義郎：『海軍空技廠』、光人社(1985)
(2) 大木主計：『丸メカニック特集銀河5､4』、潮書房(1980)
(3) 島津愛介：『爆撃機銀河』、河出書房(1988)
(4) 内藤初穂：『桜花』、文芸春秋(1985)
(5) 柳田邦男：『零戦燃ゆ(渾身篇)』、文芸春秋(1990)
(6) 三木忠直：『超特急列車(東京－大阪 4時間半)の構想」(『交通技術』)、交通協力会(1954/1)
(7) 三木忠直：『高速鉄道車両構造の軽量化』(『機械の研究』1961/3-6)、養賢堂
(8) 島 秀雄：『Ｄ51から新幹線まで』、日本経済新聞社(1977)
(9) 三木忠直：『高速鉄道車両の空気力学的諸問題』『機械の研究』1960/7-9)養賢堂
(10) 小田和裕：『浮上式鉄道電力ブレーキの開発』(『JREA32』 1989/12)
(11) ｢ＳＥ車世界記録20周年記念座談会｣ 『電気車の科学』1978/1、電気車研究会
(12) 篠原武司他：『東京一大阪3時間への可能性について』(『交通技術』 1957/8)、交通協力会
(13) 内橋克人：『続々匠の時代－国鉄技術陣』、サンケイ出版(1979)
付録 御殿場線の”あさぎり”
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“あさぎり”として御殿腸線で最後の活躍をする3000形ＳＳＥ車。
昭和43年の御殿腸線乗入れ改造工事にともない、前面形状や車体外板塗色の変更をはじめ、歯数比や車輪径、冷房装置などがリニューアルされた3000形は、この“あさぎり”を中心に“さがみ”、“えのしま”などの特急列車に、ある時は5両編成のままで、またある時は2本併結の10両編成で使用され、小田急ロマンスカーのダイヤを支えた。
しかし、平成3年3月に行なわれた”あさぎり”の20000形ＲＳＥ車およびＪＲ東海371系置換えにともない、ついに営業運転から退いた。
そして、翌4年3月にはお別れ運転が実施され、その栄光ある歴史にピリオドを打った。
右の写真
御殿場－足柄間にて 1991/2/26
白鳥洋一
下の写真
谷峨－山北間にて 1990/11/24
与野正樹 |
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