振り子式車両単語

フリコシキシャリョウ

振り子式車両とは、体傾斜機構を搭載した鉄道車両である。

概要

曲線に差し掛かった際に車両を傾斜させて遠心力を緩和し、曲線の通過速度を向上させる的で開発された技術。
日本では日本国有鉄道1969年から開発を開始している。

カーブにおいて内で観測される遠心力は乗客の安全のために基準値がある。欧では最大0.12G(地球重力の約1/8)であるが、日本ではさらに厳しく、新幹線で0.1G地球重力の1/10)以下、在来線では一般車が通常0.04G特急でも最大0.08G以下に抑えるよう定められている。全員着席が前提で前述のとおり基準の緩い特急でも、さらなる速度向上のためには振り子機構を使用する。立ち客がいる通勤・近郊は、乗客全員が足元をすくわれて転ぶような事態になるかもしれないため導入はできない。

自然振り子

1970年に登場した591系で得られたデータを元に1973年381系として登場し営業運転を開始したのが日本における振り子式車両の出発点である。

381系で採用された方式は「自然振り子」と呼ばれるもので、これは体に作用する遠心力車両を傾ける方式であった。曲線に進入してから傾斜が開始されるため動作が不安定で、乗客の中には酔う人も現れ、が酔い止めを持ってくるという一幕も見られた。
※もっとも、乗り物酔いの発生は振り子機構だけの問題でもなく、軌の問題も関係する。伯備線などは軌強化により酔いの緩和が図られている。後述。

これらを受けて国鉄1982年より良を開始する事となる。

なお、振り子式車両の評判が一部で未だに良くないのはだいたい381系のせいである。だがこの381系、未だに現役だったりする。

制御付き自然振り子

国鉄分割民営化後、自然振り子を良した「制御付き自然振り子(制御振り子)」が登場。元々は電車用に開発されたものだったが、JR四国によって気動車でも実用化されし2000系に搭載された。

この制御付き自然振り子は車両に搭載された装置がATSの地上子からの情報で位置を確認し、曲線進入前から車両を傾斜させていく方式である。
この制御付き自然振り子はその後JR北海道キハ281系智頭急行HOT7000系などでも採用されている。

空気ばね式

ただ、制御付き自然振り子はコスト面で割高である為、一定の速度向上を達成出来る「空気ばね」方式が登場した。
空気ばねの傾斜は制御付き振り子ほどの傾斜はなく最大でも2°程度にしかならないが、架線などの良も不要であり振り子機構を搭載するよりも安く抑えられる事や、最新式の振り子式車両にはかなわないものの381系と同程度の曲線通過性が発揮できるなどのメリットがあることから、現在まりを見せている。
この方式を採用した車両としてはN700系E5系E6系キハ261系E353系などのJR車両以外にも小田急50000形などがある。

前述の通り空気ばね式車両には振り子機構はついていないが、「簡易振り子式」と呼ばれることがある。これは、「体傾斜といえば振り子式」のイメージしか頭にない人たちにも理解してもらえるために、誤用を承知で敢えて名付けられた俗称である。

技術

自然振り子系では、重心より少し上の高さに置く仮想の軸を中心に体を回転させる。そのため台車体の間に大規模なスライド装置を搭載している。一般的には円弧形のレールとその上を動くコロで構成されており、レールの端や円弧形状は台車周辺の観察で容易に確認することができる。
JR北海道では凍結への備えから、コロの代わりにベアリングを使用したベアリングガイド式を採用している。キハ283系の増備がないのは、この機構の生産ができなくなったことが理由という噂があったが、2019年に18年ぶりに登場した産振り子式車両のJR四国2700気動車は、ベアリングガイド式制御付き自然振り子を採用したため、単なる噂にすぎないことが立された。

制御付き自然振り子では、自然振り子をベース空気シリンダーでの体傾斜を併用している。車両連結部やデッキに立つとその音を微かながら聞くことができる。

空気ばね式振り子は制御装置で片側の空気ばねのみを高圧にすることで体傾斜を行っている。平凡な通勤電車でも搭載可という簡易さ、質量の大きい台車が不要なことから、設備全体のコストが抑えられるようだ。

誤解されることがあるが、振り子は体重心をずらしカーブ速度を上げることが的ではない。むしろ自然振り子系では遠心力につられて重心が外に移動している。よって振り子機構が動作するカーブでは軌に大きな負担が掛かっており、たとえローカル線でも厨スペックの軌強化と保線を受けている。この為、381系では軌強化を受けていない線区に入った場合は振り子は作動しないようにされていたが、一部では振り子の傾斜を5°から3°に変更する形で対応している(例:福知山線山陰本線こうのとり」運用時)。381系は振り子機構を停止した場合のカーブの通過速度が本則通りでしか認められておらず、本則+10km/hの運行が認められている287系などとべて逆に不利になってしまうため、その差を埋めるために取られている措置と考えられる(※但し、「くろしお」の東海道本線大阪環状線阪和線区間は軌強化されていないが、振り子機構は稼働している)。
なお、381系では時速50kmをに振り子機構が働くようになっている。

乗り物酔いとの関係

自然振り子の381系では乗り物酔いが起こる、とされている。乗り物酔いの原因は体傾斜機構(振り子)と言われる事も多いが、2000年代4000人を対とした自然振り子・制御付き自然振り子・非振り子車両を使用した調では、非振り子よりも振り子式車両のほうが酔いやすいが、原因は体傾斜機構ではなく左右の低周波振動とされている(非振り子式車両では高周波振動が起こりやすく、制御付き自然振り子を含む振り子式車両では低周波振動が起こりやすい)。この低周波振動は制御付きであっても曲線形状と一致しない体傾斜では左右の低周波振動を生じさせるため、制御付き自然振り子も乗り物酔止めの特効とは必ずしもならない。また、急曲線が多く軟弱な軌保守管理が緩いと左右の低周波振動は生じやすい。伯備線・・・
また、振り子の度を調節した場合でも、乗り物酔い善よりも乗り心地悪化のほうが影として大きく、振り子を停止して0°とすると特急列車としての乗り心地の及第点をあげられないレベルに低下する(北近畿特急の振り子復活はこの辺りも関係する)。

また、2016年1月時点で381系一運用についている伯備線乗り物酔いが発生するのは381系よりも「構造物とバラスト軌」「ポイント」「カーブの軌狂い」が理由とされており、保守コスト面から解決が難しいと言われている。このため、伯備線空気ばね式を投入しても乗り物酔いは発生する可性がある。

問題点・停滞

曲線の多い線区での大幅なスピードアップに貢献した振り子式であるが、上述した通り乗り心地に難があり、軌に与える負担も大きいことから高価な車両費用のみならずメンテナンスコストもかかる。

それゆえ最近では、振り子車両が導入されている線区でも追加導入が行われなかったり、振り子車両そのものを非振り子式であったり振り子機構のない空気ばね式の新車両で置き換えてしまう事例も起こっている。

紀勢本線では初代振り子車両である381系のうちアコモ編成を2012年3月17日以降に置き換え、非振り子式の287系が導入されている(置き換えられた編成は福知山に転出)。低重心化による曲線通過性の向上によって半径400mの曲線でも381系と同じく本則+20km/hで通過が可となっているが、カントの設定により異なることや営業運転では乗り心地への配慮もあって、前述のカーブにおいては223225系と同じ本則+10km/hの設定で運行されている(その他のカーブにおいては条件により速度設定がいくらか異なる)。しかし、加速性最高速度の向上もあって和歌山駅間の所要時間は振り子式の381系べ数分の増加に抑えられている。
また、JR東日本在来線一振り子式車両が運用されている特急あずさ」系統の新車両空気ばね式車両が予定されている(但し、JR東日本JR他社とべそこまで振り子式車両には熱心ではないとされている)。

かつては路線によっては30分・1時間単位の大幅短縮が行われたことや、設備投資に大を投じる余裕があった時代であることから「カーブの多い路線には振り子電車最強」のイメージが今も強く残っている。特急「くろしお」で見られたような381系485系との間の性差が大きかったことも原因の一つにあげられる。しかし、前述のような社会情勢の変化や低重心化、体傾斜装置の開発など技術の進歩により振り子式車両と非振り子式車両の性格差が縮まっている事もあり(和歌山駅~新宮間の所要時間差を例にあげると、381系485系較した場合停数の違いはあったものの実に3060分もの所要時間差が生じていたが、381系287系683系との較では10分前後の差でしかなくなっている)、急カーブが連続するような余程の線区でない限りは非振り子式の導入が進む可性もある(もっとも、その鉄道会社の財務状況的に振り子を入れられない場合もあれば、会社が振り子に懲りて非振り子に切り替える場合もある)。

但し、JR四国の路線では、線形が著しく悪いため、2600系で導入された空気ばね式の体傾斜装置では空気容量の確保に問題ありとして、結局従来の制御付き振り子車両の導入をせざるを得なかったということもあるため、以後も棲み分けが行われるのかもしれない。

鉄道模型では・・・

当然ながら鉄道模型においても振り子式車両は製品化されている。NゲージではTOMIX381系キハ187系KATO381系885系などを製品化している(その他のメーカもHOT7000系などを製品化している)。
TOMIX製品では他の車両製品同様となっており振り子を再現する事はされていないが、KATO製品では振り子機構を搭載している為曲線で振り子が作動する様子が再現されている。

鉄道模型世界でも振り子を再現したい、という人はKATO製品を走らせてみるといいだろう(TOMIX製品などでも改造すれば振り子を再現出来るが自己責任でどうぞ)。

大百科に記事のある振り子式車両

形式/会社 自然振り子 制御付き 空気ばね
591系日本国有鉄道
381系JR西日本
キハ281系JR北海道
キハ283系JR北海道
キハ261系JR北海道
E351系JR東日本
E353系JR東日本
383系JR東海
283系JR西日本
キハ187系JR西日本
HOT7000系
智頭急行
883系JR九州
885系JR九州
小田急50000形
小田急
名鉄2000系
名古屋鉄道
N700系
JR東海JR西日本
E5系JR東日本
E6系JR東日本
2000系JR四国
8600系JR四国

関連動画

関連項目

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振り子式車両

38 ななしのよっしん
2017/03/20(月) 04:38:23 ID: jEkJhBk43a
>>28
>高速化でを出した和歌山県が文句を言う可性もある。
それはどうだろうか。
現に287系を導入したときも地元自治体と報道の関心は、
もっぱら阪和道の4線化と和歌山県知事選だったし、
挙句の果てはFGTやミニ新幹線の導入とかいう妄想を述べるだけで
よほど現実的な振り子式車両導入に対しては話題にすらあがっていない。
39 ななしのよっしん
2017/05/16(火) 11:08:15 ID: 5oWXDjeFfV
こないだ初めて振り子に乗った(四国8000系)けど
実にスリリングでちょっとクセになりそう
40 ななしのよっしん
2017/07/17(月) 19:44:23 ID: zqfBX+VVUP
>>39
そうかそうか……初心者向けだと伯備線のやくもとかもオススメだよ。
数少ない制御なしの自然振り子絶景で感間違いなしだよ♪
41 ななしのよっしん
2017/08/03(木) 20:48:19 ID: 5oWXDjeFfV
な…何の初心者かな。絶叫マシン

まぁぶっちゃけ北のほうで気になる場所とかツタヤ図書館くらいしか思いつかないしなぁ
42 ななしのよっしん
2017/09/25(月) 21:32:57 ID: J4At0POxUM
まさかJR四国振り子式車両を新製するとはねぇ・・・
43 ななしのよっしん
2017/09/27(水) 21:35:28 ID: 4v6CUt5Ksw
>>42
その理由が「先行して導入した空気ばね式の新土讃線で試しに走らせたら空気の供給が間に合わず傾斜システムが耐えられなかったから」だもんなぁ。
懐にやさしいシステムだから振り子捨てて空気ばねに変えたのに土讃線の山岳区間に通用しなくて、結局振り子に逆戻りというね…
44 ななしのよっしん
2017/10/22(日) 16:25:25 ID: CjvFFLxy1v
振り子式列車コロ式は小化・低重心化が困難で、防装置が複雑など欠点が多かったが、
後に開発されたベアリングガイド式は、振子時の摺動抵抗の低減、振子装置の小化、防装置の簡素化などを達成し、JR四国8000系JR北海道281系の試作から採用された

と聞いて気になったけど
空気式は別として
ベアリングガイド式はコロ式と較して
メンテナンス製・導入コスト台車の重量等は僅かながら良くなったって事?
45 ななしのよっしん
2017/11/17(金) 18:34:56 ID: OB4i2/IFKo
>43
となると空気バネ式は土讃線のような山岳路線には向かないという事になるよなぁ。
でもJR東のE353が投入されるあずさ等の走行区間の大半は山岳区間になるけど、それでも四国の2600系みたいに立った問題がなかったから投入されるという事になるよね。 

どういうこっちゃ。 
46 ななしのよっしん
2017/11/27(月) 21:09:12 ID: WxWx9S//Dr
>>45
E353系電車
空気バネによる性低下をモーター電気ぶち込んで解決したように、
コンプレッサーを大化して電気ぶち込めば解決する問題。

2600系気動車
コンプレッサーを大化するのはスペース的に厳しいし、
仮に出来たとしてもディーゼルエンジンの出でそれを動かす必要があるので、
強化のためにさらに強(大)なディーゼルエンジンを積むか、
不足により勾配区間でギア1段下げて鈍行になるかの2択。

ここまで来ると当然ながら設計段階からやり直しでコストガンガン嵩むので、
もはや何のために空気バネ方式にしようとしたのか分からなくなってくる。
47 45
2017/12/01(金) 21:09:42 ID: OB4i2/IFKo
>>46
レス感謝します。

つまり山岳区間での空気バネ式車両における問題の解決方法はコンプレッサーの強化(大化)と、その上での動の賄い方がポイントって事OKですかね?
電車(E353系)の場合なんとかクリアしたけど、気動車ではスペースエンジンとの兼ね合いの都合で電車以上に厳しい問題になっている、と。

だとしたら現状だと山岳区間を通る気動車特急車両空気バネ式を採用するのは余程の技術革新でもければかなり難しい話と言う訳か・・・。
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