(57)【要約】【目的】  鉄道を含む陸上貨物輸送の運営に新規なビジネスモデルをもたらし得る新規な該鉄道の運行方法に関する。【構成】  本線上を本質的に停車しないで連続走行する列車（母列車、マザートレイン）と、該連続走行する列車に対して走行中に結合また分離するはしけ車両（子列車、チャイルドワゴンないしスリップワゴン）とが存在し、地上（停止系）と車上（走行系）との間の貨物（ペイロード、乗客の場合もあり得る）のやりとりを地理的に分布したその都度の需要に応じて臨機応変に、かつ本質的に省エネルギー的に行う事を特徴とする。この様な運営において、該結合あるいは分離の操作を中庸かつ適切な衝撃をもって行い、その衝撃により母列車と子列車の成す系に与えられあるいは該系から奪われる運動エネルギー量に基づき管理実行する如く構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本線上の走行する列車（母列車、マザートレイン）と、該走行する列車に対して走行中に結合また分離するはしけ車両（子列車、スリップワゴンないしカウンタースリップワゴン）とより構成され、該結合あるいは分離の操作を中庸かつ適切な衝撃をもって行い、その衝撃により母列車と子列車の成す系に与えられあるいは該系から奪われる運動エネルギー量に基づき管理実行する如く構成された事を特徴とする、該無停車列車とはしけ車両による鉄道の運行方法。
【請求項２】
請求項１に規定される該運行方法であって、子列車の質量が母列車の質量より十分小さい事を前提に、母列車の質量を勘案せずに子列車の質量と母子両列車間の相対速度とのみに基づき該管理実行を行う如く構成された事を特徴とする、該無停車列車とはしけ車両による鉄道の運行方法。
【請求項３】
請求項１または２に規定される該運行方法であって、子列車の自身の質量がそのペイロードの質量より十分大きい事を前提に、ペイロードの質量を勘案せずに子列車の自身の質量と母子両列車間の相対速度とのみに基づき該管理実行を行う如く構成された事を特徴とする、該無停車列車とはしけ車両による鉄道の運行方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】  この発明は鉄道を含む陸上貨物輸送の運営に新規なビジネスモデルをもたらし得る新規な該鉄道の運行方法に関する。これにおいて、本線上を本質的に停車しないで連続走行する列車（母列車、マザートレイン）と、該連続走行する列車に対して走行中に結合また分離するはしけ車両（子列車、チャイルドワゴンないしスリップワゴン）とが存在し、地上（停止系）と車上（走行系）との間の貨物（ペイロード、乗客の場合もあり得る）のやりとりを地理的に分布したその都度の需要に応じて臨機応変に、かつ本質的に省エネルギー的に行う事を特徴とする。またマザートレインは停車しない事からあるペイロード（ないし乗客）にとっては搭載（乗車）時から脱載（降車）時まで走行しつづける事になり、従来方式の各駅停車的運行の各停車に付き合う事による時間的損失が全くない事から、さほどの速度を出さずとも目的地までにかかる時間は本質的に短縮される。ここで、キーテクノロジーは走行中の結合および分離の作業を所定の時間と移動距離との範囲内で安全確実に行う事、およびスリップワゴンがマザートレインと結合している短時間の間にペイロードないし乗客の移行を円滑確実に行う事、の両者である。ここでは後者はさておきつつも前者に関して新規な提案を行う。
【０００２】  相互に相当な距離をおいて設置される大規模な貨物ターミナルにて列車全体に荷役を実行し、荷役された列車はターミナル間を高速に移動する、という運営モデルは既に実施されて久しい。しかるに荷主の発生する場所が点状の大都市ないし鉱工業コンビナーの類いに限られていればこのモデルは比較的有益であるが、中小規模な荷主が殆ど満遍なく分布する空間、例えば典型的には農産物や畜産物、水産物を産出し、また肥料飼料燃料などの生産資材の需要がある所の、大都市や鉱工業コンビナートから見ればヒンターランドとなる２次元空間においてはこのモデルは巧く働かない。何とならば輸送の主要場面がターミナルと分布する荷主との間の自動車馬車人力等による陸路の２次元集配作業になってしまい、その場面での人的エネルギー的コストの方が勝ってしまい、その点に関しては鉄道の１次元高速大量輸送機能を生かす事が難しいからである。
【０００３】  スリップワゴンの思想とその実施はかつて米国東海岸の都市間鉄道輸送において見られた。これにおいて急行列車の最後尾に連結された客車（スリップワゴン）が途中駅通過に際して本列車（マザートレイン）から走行中に分離され、ブレーキ操作だけで該途中駅に到達停車した。スリップワゴンにはマザートレインの乗客数からすれば小数の乗客が乗り、その急行列車の運行をその少人数の客扱いのために遅延させまた停発車に必要なエネルギーを消費する事なく、しかしながら目的地に到達する事に関してはそれと同じ便の頻度や時間的便利さを享受した。しかしながらこの時代、地上（停止系）からカウンタースリップワゴン〈スリップワゴンとは逆の動作をするワゴン）でもって走行する列車に向けて乗客を送り込むと言う事はなかった。
【０００４】  走行中の列車に対して投げ込み投げ下ろし作業でもって郵嚢や鉄道事業のための書類や軽量資材を強引に授受する事は、同じく米国の西部山岳地帯では幅広く行なわれて来た。欧州や日本の様な人口密度の高い国とは異なり、該地域では１日１本ほどの上下列車が全ての命綱となる小部落が線路沿いに延々と分布している。乗客もない小さな駅や信号所、交換場などに中味が葉書数枚程度の郵嚢を授受するために数百トンの列車を停車発車させるの愚を避けんとすると、これは正解であったと言える。強引な投げ込み投げ下ろしの衝撃からペイロードを保護するために、砂袋が併用された。しかしばがら自動車の普及とともにこのような軽業も廃れて行った。
【０００５】  単線区間での閉塞の維持のためにタブレットを授受する事は、かつては運営上必須の事で、今でも信号が自動化されたとは言え同じ思想が堅持されている。このタブレットの授受もそれぞれに専用の投げ下ろしと奪い取りのバネ仕掛けの設備により列車を適宜減速させはするが停車させる事なく行われていた。
【０００６】  勾配区間においては上り坂の手前または途中で走行中の列車に後部から補助機関車（補機）を結合（走行結合）し、坂が終った頂点近傍でこれを離脱せしめる（走行開放）という運用は比較的最近まで各地の急勾配区間で行われていた。例えば丹那トンネル開通以前の御殿場前後、関ヶ原の前後、瀬野八本松駅間などである。補機の役目が押し上げるためだけなら目的列車と着脱される補機との間には押し引き可能な正規の連結機は不要であるとの技術思想もあったが、常用および非常制動を連動させなければ万一の場合に危険である事と、補機には下り坂では暴走防止のための引っぱり動作も期待せねばならない事から、貫通ブレーキまで含めて運転席から遠隔操作で自在に着脱出来る機構が実施された。ここで１つ注目しておきたいのは、鉄道においては閉塞と言う概念が天命であるにも係らずこの走行中の補機の着脱においては１区間に２列車存在し得る制御形態、すなわち閉塞が破られている状態が堂々と採用されている事である。
【０００７】  蒸気機関車は燃料の石炭より作用気体となる蒸気の元の水の方を、炭素の発熱量と水の蒸発潜熱に基づく単純計算で重量比５対９でもって激しく消費する。走行中に随所で給水出来れば別途給水車を増結する事なく数百キロを連続走行出来、走行距離の延長には給炭より効果がある。線路際に何キロメートルもの長い水路を置いて、繰り出せる匙つきの樋により水を拾い上げる機構が炭水車に設定され、営業上これが常用された長距離鉄道は、米国、オーストラリヤなどに見られた。
【０００８】  地球近傍の宇宙空間において、第一宇宙速度と第二宇宙速度の間の速度で運行する天然あるいは人工の天体は、運営上２つが結合する必要がある場合にはドッキングないしランデブーという動作をする。この場合、鉄道と違って、彼我ともに３次元自由空間に漂う６軸の自由度のある物体として、必要な制御はなかなか複雑である。しかし宇宙空間においては邪魔が入る事は先ず考えられないので位置と姿勢と速度の合わせ込みの制御は単純明快にニュートン力学そのものとなる。鉄道において走行中にランデブー動作をせんとすると、空間が１次元に縮退している事は単純化の視点で好ましいが、線路の不均一や風などに由来する擾乱は一定の注意を要する。しかし摩擦の少なさに鑑みて鉄道は路面上の自動車より遥かに良くニュートン力学を具現している。
【０００９】  宇宙空間でのランデブーと走行中の鉄道車両同志の走行結合は比較に馴染まない面も多いが、一方、破壊的衝突の回避と確実な結合の獲得との狭間における諸々の制御の綾と言う点では共通な物がある。宇宙空間では位置合わせの方が先立つ問題だが、鉄道においてはアプローチの手続きにおいては結合時の相対速度合わせに課題が絞られる事ができる。そこで、連結器は自動的に捕捉結合を行ってくれ、かつ適当に衝撃の機械的エネルギーを逸散せしめてくれるものとすると、ドッキングのコツは、恐る恐る及び腰で接近して同じ速度にしてから再度加速するよりは、はじめから意図的に適当に僅かにがちゃんとぶつけた方が、短時間で、従って短い走行距離のうちに結合を完遂する事ができる事に注目せねばならない。この手法は経験的に補機の活車（走行中、特に力行状態のままで）着脱を行って来た運転士には技として伝承されていたと考えられるが、そのノウハウを明示的に記述した古文書は見当たらない。地上において停車中の編成に別な編成を結合させる時には、汎用されるプロトコルによると、一旦数メートル手前で完全停止してから改めて微加速して微少な衝撃で結合する、という手続きであるが、これを走行結合に援用する事、すなわち一旦ある距離手前で同じ速度にしてから微加速して接近するのでは、かかる時間と走行距離の点で当該目的には受け入れ難い。
【００１０】  この意図的に僅かにがちゃんとやる手法の管理の指標には、速度差、生ずる力積、相対運動の運動エネルギーの逸散量、などが考えられるが、これらの内で最も本質的なパラメーターは衝撃を量的に正しくあらわすエネルギー逸散量であり、これは打楽器や撥弦楽器の演奏音量の評価モデルと共通である。速度差や力積ではカウンタースリップワゴンのペイロードの増減に由来する衝撃の増減を正しく反映出来ない。
【００１１】すなわちマザートレインとカウンタースリップワゴンの質量と速度を各々ｍ１，ｖ１，ｍ２，ｖ２とし、マザートレインの後尾からカウンタースリップワゴンが接近してドッキングするとすると、ｍ１はｍ２より有意に大、また結合寸前にはｖ１よりｖ２の方が僅かに大、と考えてよい。Ｖ３を力積の和は一定という条件から得られるドッキング後の速度とすると、【数１】
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であらわされる。そこでドッキングにより逸散する運動エネルギー△Ｅは、
【数２】
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となる。しかしながらｍ１がｍ２より遥かに大、すなわちマザートレインの方が大きくて重くて多少の衝撃では実質的にびくともしない、とするとこれは良い近似度において当初の差速Ｖ２−Ｖ１＝△Ｖとｍ２とでもって、
【数３】
2006213305.tif 000005
のごとく近似される。さらにカウンタースリップワゴン自身の質量が搭載可能なペイロードの総質量より遥かに大きいとすると、ペイロードの増減による変化分は無視する事が可能になり、ｍ２としては統計平均値、想定平均値を採用でき、ないし最も粗い近似では単純にその自重そのものを適用して良い。これは該車両が客車であり、ペイロードが乗客と手荷物のみである場合にはおおむね成立する。
【００１２】  そこで接近とドッキングの管理はこの逸散エネルギーが所定の範囲内に収まる様に管理される。すなわちその値は用いる自動連結器の連結動作を十分確実に励起実行せしめるだけは最低限なくてはならず、また勿論併設される衝撃エネルギーを吸収ないし逸散させるシステムすなわち緩衝システムの許容範囲内でなければならない。しかしこの値は設計上の自由度の範囲内にある。経験的な所見としては緩衝システムがその準備するストロークを行き切るまでに０．１秒から１．０秒までの時間を要し、かつその間の衝撃が軽い側すなわちカウンタースリップワゴンの側で最高値が０．０３ｇないし０．３ｇの加速度として経験される設計は、適切な物であり得る。しかしこの緩衝システムのストローク長と経験される加速度パターンは設計上の自由度の範囲内にある。
【００１３】  以上に述べられた方式を実施する場合の典型的な構成の例が図１に示してある。これにおいて、マザートレイン（１）とカウンタースリップワゴン（２）にはともに力行手段（３１、３２）と制動手段（４１、４２）が設けられ、また相互の接合部には図示せぬ自動連結器に併せて緩衝システム（５１、５２）が設置されている。相対速度センサ、対地速度センサ、制御用の組込み演算装置なども必須の搭載物であるが自明である事から図示してない。マザートレインの側の力行手段と構成は図示のごとく動力を集中した機関車客車形式である事も出来るが、また図示せぬもののそれを分散配置した電車形式あるいは気動車形式である事もできる。しかしカウンタースリップワゴンの方は比較的小さな車両に全ての機構を搭載しなければならない事から、単独の電動車または気動車の貨車または客車である事が非常に好ましい。もちろんこれを機関車に推された単独あるいは小数の客車または貨車として実施する事も出来、それは実施上の自由度の内に属する。
【００１４】  カウンタースリップワゴンではなく従来概念のスリップワゴン、すなわち走行中の列車の後尾から必要な貨物や乗客を載せた状態で分離して、マザートレインは通過してしまう駅に停車しサービスを終了するワゴンの場合は特に詳細な説明は要らないと思われるので省略するが、上記のカウンタースリップワゴンの動作が出来る車両は当然スリップワゴンの動作もできる事は自明である。
【００１５】  図２はこのようなスリップワゴンおよびカウンタースリップワゴンと無停車マザートレインの好ましい運用方式の１例を説明するダイヤグラムであり、横軸は時間（時刻）、縦軸は線路に沿った距離（位置）、斜の線は列車であり、その水平軸に対する角度が急な程速度が大である。右下がりの太線（６）は無停車マザートレインの軌跡であり、これは駅（６１）を停車せずに通過する。軌跡（６２）はスリップワゴン、同じく（６３）はここで論じたカウンタースリップワゴンを表す。すなわちスリップワゴン（６２）はマザートレイン（６）と地点Ａで分離し減速して駅（６１）に到達し停止するが、カウンタースリップワゴン（６３）はマザートレインが駅（６１）を通過の直後に出発し、加速して追いつき、地点Ｂでその後ろから接近し結合する。点線で囲った領域が各々の作業に必要な時空の断片であり、この例において特にカウンタースリップワゴンの場合は無停車マザートレインに対して急発進、急加速、急減速をもって後方から近づき接合せねばならないので相応の能力を必要とし、特に加速性能が悪いと駅から合流点Ｂまでの走行距離が激増する。別な見方で見ると、マザートレインは適当にややゆっくり目に走り続け、カウンタースリップワゴンはその能力一杯の加速性能にてにてこれに接近する、という運行が好ましい事になる。
【００１６】  運行形態はこれに限らない。図３の例においてはカウンタースリップワゴンは事前に駅を出発して合流点Ｂにてマザートレインの先頭部に、それに追いつかれる様に接合する。この例の特徴はカウンタースリップワゴンにマザートレインを大きく卓越する速度能力を必要とはしない事であるが、先頭部から接合して荷役ないし客扱いをする必要上、マザートレインには機関車客車形式は採用出来ず、先端部に運転席とともに貫通通路がある電車形式ないし気動車形式しか採用出来ない事である。
【００１７】  図４の例においては駅を事後に発車したカウンタースリップワゴンに対し合流点Ｂにおいてマザートレインが微減速して結合する。この例もカウンタースリップワゴンにマザートレインを大きく卓越する速度能力を必要とはしない事が特徴である。これらの他にも図説は省略するが先端部からスリップワゴンが加速離脱するモデルも可能である。若しスリップワゴンもカウンタースリップワゴンもマザートレインを成す編成も本質的に同じ動力貨車あるいは動力客車で構成する場合には、駅ごとに、  （ａ）マザートレインとなる編成をややゆっくり走らせておいて、スリップワゴンの役になる当番車両は先端部から加速離脱し、カウンタースリップワゴンとなる当番役の車両は後端部に加速結合する。  （ｂ）マザートレインとなる編成を十分な速度で走らせておいて、スリップワゴンの役になる当番車両は後端部から減速離脱し、カウンタースリップワゴンとなる当番役の車両は先端部に減速結合する。  の両モデルが考えられる。しかし搭載された貨物または乗客に常に駅間の時間に車両間の移動を義務付ける事が許されれば、マザートレインの編成が実在しない、すなわちスリップワゴンとカウンタースリップワゴンの２両だけが駅間を連結走行し、ある駅でカウンタースリップワゴンとして登場した車両は１つおいて先の２つ目の駅でスリップワゴンとして離脱する、というモデルが成り立ち得る。これらはいづれも実施上の自由度と理解される。
【００１８】  スリップワゴンないしカウンタースリップワゴンとなるはしけ車両は上りあるいは下りの各方向に関して中間駅ごとに各１輛、総計中間駅の数だけ用意すれば、ある駅でカウンタースリップワゴンとして結合して来た車両を次の駅の手前でスリップワゴンとして開放する事をくり返す事により、全体として過不足なく運用出来る。ターミナルについて来てしまった最後のカウンタースリップワゴンはマザートレインの逆方向の運行に用いる最初の駅用のスリップワゴンとして用いる事になる。
【００１９】  このほかに、環状線の運行においては内回りと外回り、ないし時計方向と反時計方向という区別が、上り下りと言う方向の区別に代って用いられる。この場合、ターミナルが顕在的に存在しない運行も可能で、マザートレインは各方向に将に可能ならば何日でも何年でも周り続ける運用が可能になる。
【００２０】図５に示す手法はまたある場合有益な実施例を与える。すなわちこれはダイヤグラムではなく線路のレイアウト図であるが、駅（７１）の通過線は町全体を一周する様な長さのループを成し、駅にはこの周回の前後を短絡する様に乗り場ないし荷役場をなし線路があり、これはほぼ直線コースを成す。これにおいて、マザートレイン（６）はこの周回する迂回路を一周するが、スリップワゴン（６１）は直進して駅（７１）に短時間停車する。自明のごとく、マザートレインが周回して戻って来る間に荷役ないし客扱いを済ませ、該ワゴン（６１）は再度出発してマザートレインにカウンタースリップワゴンとして再度結合する。本線のレイアウトをこのようにしておけば、時間の節約にはならないが大きな質量のマザートレインを停車また発車させるというエネルギーの損失は本質的に避ける事ができる。都市を周回して同じ駅に同じ方向から戻って来れる本線の例は、長春、ブレーメンなどに見られる。時間稼ぎをエネルギーロスを殆ど生じない様にして行うにはこのループ線の対局部（図中の最上部）に適切な高度をとっておき、手前半分が上り坂、後ろ半分が下り坂としておくのが好ましい。
【００２１】以上をまとめると、本発明とその実施は先ず本線上の走行する列車（母列車、マザートレイン）と、該走行する列車に対して走行中に結合また分離するはしけ車両（子列車、スリップワゴンないしカウンタースリップワゴン）とより構成され、該結合あるいは分離の操作を中庸かつ適切な衝撃をもって行い、その衝撃により母列車と子列車の成す系に与えられあるいは該系から奪われる運動エネルギー量に基づき管理実行する如く構成された事を特徴とする、該無停車列車とはしけ車両による鉄道の運行方法である事ができる。  さらに本発明とその実施は上記の運行方法であって、子列車の質量が母列車の質量より十分小さい事を前提に、母列車の質量を勘案せずに子列車の質量と母子両列車間の相対速度とのみに基づき該管理実行を行う如く構成された事を特徴とする、該無停車列車とはしけ車両による鉄道の運行方法である事ができる。  さらに本発明とその実施は上記いづれかの運行方法であって、子列車の自身の質量がそのペイロードの質量より十分大きい事を前提に、ペイロードの質量を勘案せずに子列車の自身の質量と母子両列車間の相対速度とのみに基づき該管理実行を行う如く構成された事を特徴とする、該無停車列車とはしけ車両による鉄道の運行方法である事ができる。
【００２２】  以上の説明により明らかにされたごとく、本件提案に基づけば巨大なターミナルでの集配と全面集中荷役という概念が捨象され、細かく配置されたローカル駅での小刻みな少量の貨物ないし少人数の旅客のローディング、アンローディングが需要のある都度臨機応変に、言い換えれば将に数分後に来る次のマザートレインにはしけ車両で即刻アクセスする、という形で行い得、鉄道の省エネルギー性を良く生かし、自動車による陸路輸送の必要を著しく低減する事でそのエネルギー効率の悪さが前面に出る事を防止し、かつ分布する荷主に可及的に平等な機会とコストで輸送サービスを提供出来るので時代に鑑みて効果は著しい。ここでマザートレインは何もターミナル間を韋駄天走りに走る必要はなく、ただいちいち停車しはしないという事の特徴により中庸な速度で運行しさえすれば鉄道サービスの高速性、省エネルギー性を生かしつつ場合によっては大量の輸送需要の発生への瞬時適応も可能な事業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の１つの好ましい実施例における構成を示すスケッチである。これにおいて、（１）マザートレイン（２）カウンタースリップワゴン（３１、３２）力行手段（４１、４２）制動手段（５１、５２）緩衝システム
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【図５】は本発明の好ましい１実施例における線路のレイアウトの例を示す。これにおいて（６）マザートレイン（６１）スリップワゴン（７１）駅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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