JP5483037B2 - 在来線・新幹線相互乗入れシステム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道における技術のうち、在来線と新幹線の相互乗入れ方法に関する技術である。

鉄道の高速化を飛躍的に進展させた新幹線技術であるが、全国に整備された在来線とは全く異なる規格で建設されているため、在来線との間で相互乗入れをすることはできなかった。

このため在来線区間に新幹線軌道を走行可能な電車を運行させようとする場合、在来線の規格の車体の車両を別途製作し、尚且つ、新幹線軌道（標準軌）用の台車を取付け、さらに当該車両を運行する区間の在来線軌道（狭軌）を撤去し、標準軌の線路を敷設しなければならなかった（改軌）。

改軌の例として、盛岡−秋田間の秋田新幹線がある。長期間にわたり電車の運行が止まり、バスによる代行輸送がおこなわれた。さらに標準軌の軌道を走行できる普通電車用車両や保守点検用車両も新たに導入する必要が生じた。

在来線を改軌して新在直通を実施しても、在来線特急電車以上の速度での運行はできず、多大な時間とコストに見合う効果が得られたのか疑問である。

１．特開昭５４−４７２２１号公報 ２．特開２００３−１４６２１１号公報

１．鉄道技術研究会著 「よくわかる鉄道のしくみ」 株式会社ナツメ社 ２００９年３月１０日発行 ｐ１２〜ｐ８２，ｐ１５０，ｐ１５１，ｐ１８４，ｐ１８５ ２．佐藤芳彦監修 「プロが教える新幹線のすべてがわかる本」 株式会社ナツメ社 ２０１０年３月１５日発行 ｐ１０〜ｐ１５３

在来線を改軌することなく、新幹線と在来線に同じ電車を走行させ、相互乗入れを可能にすることである。

現在この問題を解決するために研究されているのが、軌間可変電車である。これは軌間可変装置により、車輪を車軸方向に移動させて、軌間の違いに対応させたものである。

但し、この軌間可変電車では、次のような問題点が想定される。
第１に、新幹線軌道上での走行中の車輪間隔の変動。第２に、在来線軌道上での走行中の車輪間隔の変動。第３に、軌間可変装置での不具合の発生。第４に、可変台車での不具合の発生。第５に、可変台車の機構が複雑であることによる、故障・耐久性等への懸念などである。

新幹線は時速３００ｋｍの時代である。事故が発生すれば被害は甚大である。開業以来無事故の記録にも傷がつく。前述した問題点は、脱線事故に直結する。また、軌道可変装置等で不具合が発生すれば、長時間にわたって運行が停止する事態が考えられる。

本発明では、現行の新幹線軌道の分岐区間の変更をおこなう。具体的には、新幹線軌道の分岐区間の内側（標準軌の基本レール内）に在来線軌道（狭軌）の規格による分岐器を設置する。（図２参照）
これにより、電車の進行方向を決定する分岐器は、在来線と新幹線で共通化させることができる。

但し、分岐区間においては、標準軌軌道を走行する車輪と狭軌軌道を走行する車輪が、相互に接触しないようにしなければならない。
このために本発明では、標準軌軌道の内側に設置する狭軌規格の分岐器に使用するレールの高さを、現行の新幹線軌道のレールの高さより下げ、段差を設けて接触を回避する。

具体的には、現行の新幹線の車輪のフランジの高さに、レール上で移動する踏面傾斜要因等を加味して、接触可能性がゼロとなる安全な高さを決定すればよい。

次に変更された新幹線軌道に対応する台車の改造である。従来の新幹線の台車に、分岐器に対応する車輪を増設し、新軌道用８輪式新幹線台車を製作する。（図１参照）
仮に前記段差を３０ｍｍとした場合、分岐器に対応する車輪は、新幹線の車輪の踏面より３０ｍｍ低い高さに踏面を設定すればよい。

新軌道用８輪式新幹線台車に取付ける分岐器対応車輪に求められる性能は、狭軌軌道上と標準軌軌道内の分岐区間を無事に通過させること（案内）、新幹線軌道の分岐区間では新幹線の車輪がレールから外れている間と在来線軌道で、車体重量を支えること（支持）である。

新幹線の１編成が分岐区間を走行するとき、Ｍ台車の全てが標準軌基本レールを外れることはないので、新幹線台車に増設する分岐器対応車輪に動力を伝達することは、必須条件ではない。

但し、在来線区間においては、新幹線軌道用車輪のブレーキシステムが使えないため、分岐器対応車輪にも安全性を考慮し、ブレーキシステムを装備しておくとよい。

次に在来線区間を走行する在来線規格車体の新幹線車両（ミニ新幹線）の動力についてだが、ミニ新幹線の８輪式新幹線台車と８輪式新幹線台車の間に、第３の狭軌専用Ｍ台車を新設する。（図３参照）

この狭軌専用Ｍ台車の動力により、ミニ新幹線の在来線区間での走行スピード（約１３０ｋｍ程度）を確保する。また、狭軌専用Ｍ台車の車輪は、分岐器対応車輪と同じ高さの踏面である必要がある。（仮に段差３０ｍｍ、新幹線車輪が８６０ｍｍの場合、９２０ｍｍとなる）

しかしながら、固定された８輪式新幹線台車と、８輪式新幹線台車の間にある狭軌専用Ｍ台車とでは、カーブや分岐区間において、車両の中心と狭軌専用Ｍ台車の中心点とは一致させられない。ゆえに、この差を吸収するために、狭軌専用Ｍ台車には左右にスイングする機能を持たせる必要がある。

狭軌専用Ｍ台車のスイング機能は、在来線区間を走行中は常にレールに接しているが、新幹線区間では分岐区間においてのみ、レールと接することになる。このため狭軌専用Ｍ台車のスイング機能は、新幹線区間では車両の中心軸上に固定されていて、分岐区間においてのみ解放されるシステムを付加する必要がある。但し、車両が本線から基準線を通過する場合であって、分岐区間の本線から基準線の間が全て直線で構成されている場合には、固定されたままであっても差し支えない。

また、ミニ新幹線の車両編成において、付随車が組み込まれる場合においては、狭軌専用Ｍ台車が不要であることは言うまでもない。
分岐器対応車輪の車軸に動力を伝達させる方法を採用する場合においても、狭軌専用Ｍ台車は不要である。

現在特急電車の運行する全ての電化された在来線区間に、新幹線との相互乗入れが可能なミニ新幹線を運行させることができる。
これにより、新幹線整備計画のない地域の地方都市からでも、ミニ新幹線により乗換えをおこなうことなく、大都市や首都の新幹線ターミナル駅に到達することが可能となる。新幹線の高速鉄道網の恩恵を、沖縄県以外の全国に波及させることができる。

コスト面からも非常に有効である。在来線区間の改軌等をする必要がないため、長期間にわたる運行の停止が不要となり、鉄道会社は当該区間の営業運転を続けられる。在来線区間においては、建設コストはほとんど不用と言ってよい。

相互乗入れの導入コスト全体をみても、新幹線車両の台車の交換と、新たなミニ新幹線車両の製造、新幹線軌道内の分岐区間の改修コストが主なものであり、整備新幹線の建設コストや新在直通（山形・秋田新幹線）のコストと比較しても大幅なコストが削減できる。

安全性の観点からも、現在研究されている軌間可変電車よりも有効である。前述したとおり、軌間可変電車よりも本発明の相互乗入れシステムの方が、圧倒的に脱線のリスクが小さい。
また、特開２００３−１４６２１１号公報の発明において指摘されている「通電」の問題もない。８輪式新幹線台車は機構が単純であるから、故障のリスクも低く製作コストも安価である。

鉄道の線路では、急カーブ等で脱線防止のガードレールが良くみられるが、在来線区間においては、例えば、急カーブ等で遠心力の働く側に、新幹線車輪に対応するレールを一本敷設すれば、ガードレールの代わりとして使用することも可能である。

在来線区間における特急停車駅の手前の区間や、頭端式ホーム等の線路の行き止まり区間に、新幹線車輪に対応した標準軌軌道を敷設すれば、８輪式新幹線台車のブレーキシステムを活用することが可能である。

新幹線区間においては分岐区間の狭軌線路、在来線区間においては新幹線車輪に対応するレール等により、各Ｍ台車のモーターを利用して、電力を取り出すことも可能である。

８輪式新幹線台車の正面図 新幹線の分岐区間の線路図（例） 相互乗入れミニ新幹線車両側面図

新幹線区間の分岐器の変更と車両の交換をいかにしておこなうかであるが、区間を区切って変更する。例えば、東京−大宮間で第１段階の変更をおこなうとする。

東京−大宮間の軌道を変更したら、８輪式新幹線台車を装備した新幹線車両を当該区間に運行する。大宮から先の区間は従来の新幹線車両を走行させ、リレー運行する。乗換えの手間は増えるが、長期間運行を停止させるよりは、はるかにメリットが大きい。

次に大宮−高崎間。このようにすれば、軌道の改修と新幹線車両の改造・新造を段階的に計画的に進められ、鉄道会社の負担も国家財政の負担も軽減することができる。

１ 新幹線基本レール
２ 在来線基本レール
３ 新幹線車輪
４ 分岐器対応車輪
５ 台車枠
６ 分岐器対応車輪支持台車枠
７ 軸箱組立
８ 新幹線車輪車軸
９ 分岐器対応車輪軸箱組立
１０ 分岐器対応車輪車軸
１１ 標準軌ノーズレール
１２ 狭軌ノーズレール
１３ ウィングレール
１４ リードレール
１５ トングレール
１６ 在来線規格車体の新幹線車両
１７ ８輪式新幹線台車
１８ 狭軌専用Ｍ台車
Ａ 本線
Ｂ 基準線
Ｃ 分岐線

Claims (3)

1. 新幹線（標準軌）軌道の分岐区間の最外縁部にある基本レール及びノーズレールの内側に、在来線（狭軌）軌道規格による分岐器を設置することで、在来線と新幹線の分岐区間の共通化を図り、尚且つ、標準軌軌道内に設置する狭軌軌道規格の分岐器を構成するレールの高さを、標準軌軌道用車輪の下限の高さより低く設定して構成するとともに、新幹線台車に標準軌軌道用車輪とは車軸の異なる分岐器対応車輪を増設した８輪式新幹線台車によって、標準軌軌道用車輪の在来線区間におけるレールとの接触を回避させることを特徴とする、在来線・新幹線相互乗入れシステム。
2. 請求項１に記載されたシステムに用いられる８輪式新幹線台車を装備した新幹線車両。
3. 請求項１に記載されたシステムに用いられる８輪式新幹線台車を装備した在来線規格の車両。

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