振り子式車両

振り子式車両とは、車体傾斜機構を搭載した鉄道車両である。

概要

381系 特急「ゆったりやくも」

Series 381 "Yakumo"

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目的で開発された技術。
日本では日本国有鉄道が1969年から開発を開始している。

カーブにおいて車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。欧米では最大0.12G（地球の重力の約1/8)であるが、日本ではさらに厳しく、新幹線で0.1G（地球の重力の1/10)以下、在来線では一般車が通常0.04G、特急型でも最大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型でも、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・近郊型は、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年に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、これは車体に作用する遠心力で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、車掌が酔い止めを持ってくるという一幕も見られた。

これらを受けて国鉄は1982年より改良を開始する事となる。

制御付き自然振り子

国鉄の分割民営化後、自然振り子を改良した「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北海道のキハ281系や智頭急行の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、振り子程ではないものの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、架線などの改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もあり現在広まりを見せている。
この方式を採用した車両としてはN700系やE5系・E6系、キハ261系などのJR車両以外にも小田急の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、「車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。

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。

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車体を回転させる。そのため台車枠と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る。

制御付き自然振り子では、自然振り子をベースに空気シリンダーでの車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車体傾斜を行っている。平凡な通勤電車でも搭載可能という簡易さ、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、振り子は車体重心をずらしてカーブの速度を上げることが目的ではない。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道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道強化と保線を受けている。この為、381系では軌道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る（例：福知山線・山陰本線「こうのとり」運用時）（※但し、「くろしお」の東海道本線・大阪環状線・阪和線区間は軌道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を境に振り子機構が働くようになっている。

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、軌道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の新型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能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で通過が可能となっているが、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223・225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、加速性能や最高速度の向上もあって和歌山駅～白浜駅間の所要時間は振り子式の381系に比べ数分の増加に抑えられている。

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、設備投資に大金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が最強」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系と485系との間の性能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、車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能格差が縮まっている事もあり、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能性もある（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）。

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TOMIXが381系やキハ187系、KATOが381系や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。

鉄道模型の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

キハ261系 特急「スーパー宗谷」

Series KiHa 261 ”Super Sōya”

• 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）
• 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（小田急電鉄）
• 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）

関連動画

関連項目

• 日本国有鉄道
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