10特集

11特集 33の走行抵抗，走行時の風圧抵抗など，車両は様々な省エネ型都市交通システム「エコライド」

るために，コースター設計では一般的に式（2）を用

東京大学生産技術研究所 須田
泉陽興業株式会社 表

6点抵抗を受ける。これらの抵抗を考慮して速度を求め

義大，山口 大助
久紀，金山 泰雄，関口 明浩

7点

いている。しかしながら，摩擦係数や空気密度が温a*

度・気候等によって変化し，さらに非線形な要素をa+含むほか，車両重量は乗客数によって大きく変動す1. はじめにが高所まで引き上げられ，以後，線路を下ることでることなど，計算式には考慮されていない点も多くあり，これまでの経験則で補いながら設計している。

この四半世紀の間，モータリゼーションの発展に加速して走行する。ジェットコースターの車両は走伴い，我が国では多くの人口を抱える大都市を除い行のための動力やブレーキを持たず，レールの勾配て，公共交通の衰退が社会問題となってきている。とレール側に取り付けられた巻上げ機やブレーキに軌道系の公共交通システムは高額な建設費のため，よって全ての走行・停止が行われる。この車両の駆経営上の課題も抱えている。

動・停止方法を専門家の間では「地上一次」と呼ぶ。

{2lCDAqm2（2）一方，近年，地球温暖化対策の機運が高まり，単位人・単位 km を移動するにあたり，自動車に比べテムとしてスケールアップした「地上一次」の乗り物

V〔m/s〕
nて 1/9 の二酸化炭素排出量である鉄道に再び注目がである。

Vn+1〔m/s〕: n+1 点での速度

Vm〔m/s〕: n 点と n+1 点間の平均速度
Vn+1+VnVm=
2H〔m〕: n 点と n+1 点間の高度差

R〔m〕: n 点と n+1 点間軌道の曲率半径間高速鉄道や LRT などの軌道系の都市交通システ

エコライドが位置エネルギーを使ってビル街を走

ここで行する時の模式図を図 2 に示す。

ムの建設が積極的に行われてきている。自動車中心位置エネルギーによる走行区間の都市構造では，中心市街地の空洞化を招き，公共8駅インフラの維持の高コスト化が問題視されている。

: n 点での速度

S〔m〕: n 点と n+1 点間の線路長

h〔deg〕: n 点と n+1 点間の傾斜角

くりが望まれてきている。そのため，中心市街地内l: 動摩擦係数で短距離輸送を実現し，持続的に経営できる安価な

q〔kg/m3〕: 空気密度CD: 空気抗力係数

高齢化が急速に進んだ我が国においては，中心市街

6駅

地に住民を集め，便利で住み良いコンパクトな街づ

7駅

ブレーキ制御区間

公共交通システムが待ち望まれるようになってきた。

ワイヤによる巻き上げ区間

A〔m 〕: 車両の前方投影断面積

M〔kg〕: 車両重量g〔m/s 〕: 重力加速度の大きさ

2

本稿で紹介する「エコライド」
は現在開発中の新しい省エネルギー型交通システムで，上に述べた課題

図2

エコライド走行模式図

2に応える乗り物である。

エネルギー保存の法則とコースター（ R + M ）V }S

Vn2+2gH=Vn+12+ 2lg cos h+ ±エコライドはジェットコースターを公共交通シス集まっている。欧米やアジア諸国においては，都市

図3

図4

コースター車両の車輪構造

図5

ボデーフレーム下にあるブレーキフィン

ここで，エコライドの基本となっているジェット2. 「エコライド」の原理と特徴

コースターの技術を紹介する。

ジェットコースターの設計にあたっては，駅を発車して元の駅に戻ってくるためのエネルギー保存則

エコライドの原理は位置エネルギーを運動エネルギーに転換して走行することにある 1）。

2-1．ジェットコースターの原理と線路設計

図 1 に振り子の一般的に，ジェットコースターの車両自体には動持ち上げられた質f`a（位置エネルギー）

点は，最下点の B

6

点では位置エネルギーが運動エネル（2）移送装置ける速度と加速度を工夫している。

通常，ジェットコースターは駅でのブレーキを解力などは一切なく，高いところへ引き上げられた位原理を示す。あら
かじめ A 点までを考慮しつつ，乗客が楽しめるよう線路の各部にお置エネルギーを運動エネルギーに転換することで走D行する。

a7o*+
─fo+
（運動エネルギー）

標準的なジェットコースターは次の機械要素を組

いま，図 3 において A 点での高さを h1，B 点での高さを h2 とすると，B 点での走行速度 v はエネ（1）

ターは最初，チェーンやワイヤーロープにより車両（1）車両巻上装置に速度を同調させることを目的としている。

む構造をしている（図 4）。また下部フレームにはブレーキフィン（図 5），巻上げ時のフックと逆走防止園地のジェットコースターである。ジェットコースで求められる。実際には，走行時のレールと車輪とキフィンを両側から挟みこんで台車を進行方向に駆動させる仕組みで，補助的に台車の送り出しと次の造からなる。車輪は鋼管レールを 3 方向から抱え込
v2=2g（h1-h2）装置（図 6）は駅出発側にあり，ゴムタイヤがブレーみ合せて構成される。
車両は，客席部とボデーフレーム，車輪・車軸構

ルギー保存の法則よりギーに転換されて 図 1 振り子の原理速度を持つ。この原理を応用した身近な乗り物が遊放してから線路の勾配に従い自然に発進する。移送2-2．ジェットコースターの構成要素機構がある。

1213

特集 3

特集 3と機器はジェットコースターとほぼ同じであるが，となる。ここで，車両の重さ M を考えると，式（3）

使用目的が異なるため，設計の考え方が大きく変わより車両の軽量化が省エネルギーにつながることをる。表 1 にハイスペックの大型ジェットコースター

容易に理解できる。通常の鉄道車両は極端に軽量化とエコライドの設計諸元を比較する。
表1コースター移送装置（3）巻上装置

すると，地震や横風に対して弱くなり，横転する可能性がある。これに対して，エコライドはジェット+%%え込む構造としているので，脱線の危険性は非常に0.8 〜 1.2 m

1.5 m

車両重量 / 台

1 ton

2.5 ton

台車緩衝機構

2 次バネ無し

2 次バネあり巻上角度

20 〜 35°

8 〜 14°車両の軽量化には別の利点もある。それは車両を軌道勾配

最大 180°

最大 8°

100 km/h 超45 km/h

支えるレールの下部構造を小さく軽く造れることで最大走行速度

軌間

図6

エコライド

小さい。
3-2．低廉な建設費ある。線路を高架構造にすると，基礎や土木工事の許容加速度（上下）-1 〜 6 G

最大 1.5 G

許容加速度
（左右）

最大 1.0 G

最大 0.2 G

費用は全工事費の半分以上を占めるだけに，車両のフックに引っ掛け，電動機・減速機により車両を巻許容加速度（前後）

最大 1.0 G

最大 0.1 G

軽量化は建設費全体の低コスト化につながる。

上頂部まで引き上げる。その後，フックから外れ，外気温対策

常温

寒冷〜高温

ここで，消費エネルギー及び建設費についてエコ

降雪・雨天時運転休止

通常運転

衝突防止制御

2 重以上

3 重以上

ライドと他の交通システムを比較したものを図 8 と車両はコースへと送り出される。
（4）ブレーキ装置
コース上を走行してきた車両が駅で停止するよう，

表 1 からエコライドの開発課題を列挙すると以下

図 9 に示す 2）。
人キロ，CO2 排出量は 9 g-CO2/ 人キロで，鉄道の(1) 巻上角度，軌道勾配，走行速度，許容加速度等

1/2，バスの 1/5 となっている。

キ装置は線路の中央に配置され，ボデーフレーム下の数値から，エコライドはコースターと比べて一方，図 9 よりエコライドの建設費は 1 km あた

部のブレーキフィンをブレーキライニングで挟み込低速走行となり，台車や軌道構造は既存技術をり 15 〜 25 億円で，ミニ地下鉄の約 1/10，モノレーそのまま適用しても十分安全である

ル・新交通システムの約 1/5 となっている。

車体防振方式では不十分である。

''+#（-#-％）

'%%
%

鉄道

図8バス

自動車

エコライド

輸送に要するエネルギー量の比較

建設コストの比較（億円$ `b）

'*%
'%%
&*%
&%%%の通りである。

トコースターと同一の線路設計，減速制御方法，)%%*%せ，熱エネルギーとして放散させる。代表的なブレー(2) エコライドの許容加速度は小さいため，ジェッ)+,#%（&-#&％）

図 8 よりエコライドの消費エネルギーは 226.8 kJ/

ブレーキ装置は車両の持つ運動エネルギーを減少さむ構造をしている（図 7）。

,**#&（'.#(％）億円

巻上装置はチェーンやワイヤーロープを車両側の'*,,#(（&%%％）

'%%%
-%%

コースターと同じように鋼管レールを 3 方向から抱代表的な設計諸元の比較

単位：`? $人キロ

図9

エコライド

ミニ
地下鉄

モノ
新交通
レール システム

AGI

路線バス

建設費の比較

3-3．敷設の容易さ
エコライドは小型であるため，道路の中央分離帯や歩道上に敷設でき，交差点でも既存道路を拡幅せ(3) 公共交通では常時運行が前提であるため，気温・ずに曲ることができる。

天候・風等の自然条件の変動への順応性が広く実用時のエコライドの標準的な仕様を次に示す。

求められる。

・路線長： 10 km（最長）・輸送能力： 2,000 〜 2,500 人 /h

図7

エアブレーキ装置（5）ブロック制御（閉塞区間制御）
複数の編成が同一のコースを走行する場合，編成同士が追突しないよう，コースを巻上装置，ブレーキゾーンの前後で数箇所のブロックに分け，各ブロックには 1 編成のみ入れるように制御する。

3. 公共交通システムとしてのエコライ
ドの利点

・運転方式：無人運転

3-1．省エネルギー性・最小曲線半径： 15 m

車両に駆動装置を持たない交通システムにはケーブルカーやロープウェイ等があるが，その利点は車両自身を大幅に軽量化できることにある。

本稿では遊園地にあるジェットコースターの技術を活用した新しい概念の公共交通システムである

ときの仕事量 W は，X 〜 Y 間の距離を L，高低差「エコライド」を紹介した。現在，東京大学生産技術を H とすると，研究所千葉実験所の構内に敷設した実験線と試験車両（図 10）によりエコライドの基本性能を検証してエコライドはジェットコースターを公共交通システムとしてスケールアップした乗り物で，構成要素

W=lML+MH
l: 走行抵抗係数（但し非線形）（3）

図 10 実験線と試験車両

本研究開発は独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）及び経済産業省のご支援

4．おわりに重さ M のものを X 地点から Y 地点に移動させる

2-3．ジェットコースター技術のエコライドへの活用

・定員： 12 名 / 車両，2 両〜 7 両連結 1 編成いる。今後は更に研究・開発を進め，低炭素社会にの下で進められました。関係各位に深謝申し上げます。

参考文献
1）須田義大・表 久紀，省エネ型都市交通システム「エコライド」，日本機械学会誌 2010 年 3 月号，Vol.113，No.1096，p.203．
2）関口明浩・金山泰雄・表 久紀・須田義大・山口大助，省エネ

おける便利で快適な公共交通システム「エコライド」型都市交通システム「エコライド」の開発，第 11 回運動と振の実現を目指す。

動の制御シンポジウム講演論文集，pp.370-374．