新幹線500系電車900番台

開発の背景

JR西日本の所管する山陽新幹線は東海道新幹線ほど鉄道のシェアが高くなく、航空路線に対抗するため列車の速度向上が不可欠だったことが、この電車の開発の背景としてある。そのため、JR西日本では1990年（平成2年）に新幹線高速化プロジェクトを立ち上げ、技術的検討を行ってきた。目標速度は350km/hであり、その技術的検証を実車により行うことを目的に製造された。

歴代新幹線唯一の“900番台試作車”

この電車は将来量産車が500系として登場することを前提として製造されたため、形状等がかなり違うものの500系の試作車という扱いになっている。そのため、純然たる試験車両として9XX形を名乗ることはなく、また量産車とは形態がかなり異なるため量産先行車としての（500系）9000番台を称することもなかったため、歴代新幹線車両の中では唯一“試作車”としての900番台となっている。一般的に在来線車両の場合、900番台の試作車は量産車登場後に量産車化改造などを行い営業運転で使用されるケースがほとんどであるが、その開発目的の特殊性および、外観や編成両数などの量産車との余りに多い相違点から、営業運転に就くことは最初から考慮されておらず、試験を終えると500系量産車就役前に廃車となった。

設計上の基本方針

WIN350は、将来の16両編成運転時に想定されるあらゆる技術的問題点の検証を可能とするため、最低6両編成が必要であるとの結論により、6両編成で製作された。また、環境に対する配慮がWIN350の開発目的の最重要項目の一つであることから、各車とも車体形状の変更など、あらゆる仮設ができる構造としている。
JR西日本の経営上、高速化に対するニーズが非常に大きいため、早期に営業用量産車の投入が可能なよう、未解明な技術は使用せず、既に確立されている技術を基本に開発が行われた。しかし、将来の高速車両のための技術開発も必要であることから、翼型パンタグラフや台車へのアクティブサスペンションなどの取付けも考慮している。機器構成も、量産車でも同じ部品を使用することにより、設計作業を効率化し、早期の量産車投入に資するよう配慮されている。

車両の概要

主回路制御方式は、300系と同じGTOサイリスタ素子によるVVVFインバータ制御である。量産車では4両で1ユニットとされたが、WIN350は6両編成であることから3両を1ユニットとした全電動車方式である。編成は、博多方から1号車とし、500-901 (M'1C)  - 500-902 (M'1p)  - 500-903 (M1)  - 500-904 (M2)  - 500-905 (M'2p)  - 500-906 (M2C) である。
車体形状は、試験車であり営業用には使用しないことから、高さを大幅に縮めて車体高3,300mmとしており、300系と比べて35cmも低い。最大幅は3,380mmで、高さよりも幅の方が広いという平たい車体である。ただし、車体高さによる影響を調べるため、屋根上に模擬屋根を仮設することも可能だった。
車体構造は、アルミニウム合金の大型押し出し形材を使用したアルミハニカム構造を採用しており、軽量化を図っている。床下の機器は車体の床に取り付け後、塞ぎ板でカバーされており、本体の構造も含めて300系に近い構造である。車体は、窓や扉の段差の騒音への影響を調査するため、窓のほとんど、または全くない車両と窓をフル装備した車両（4号車）を設定している。側扉は、3号車と4号車に1対ずつ設備する。先頭部の形状は両端で異なる形状とし、比較検討ができるようにしている。1号車は極力平滑化したタイプ、6号車はさらに先頭部の勾配をなだらかにして、運転台部をキャノピー状に張り出させた形状である。
台車は、軸箱支持方式の異なる3種類（901と905がWDT9101、902と906がWDT9102、903と904がWDT9103）を装備している。電動機の軽量化ともあいまって、100系に比べて約4割の軽量化に成功している。台車では、曲線で空気バネにより車体を傾斜させる制御と、アクチュエーターによって振動を防ぐ制御の2種のアクティブ制御の試験を行なった。電動機はWMT923とWMT924の2種、歯車比は2.64である。
パンタグラフは、3種3基を搭載 (901, 902, 905) できるようにしていたが、集電性能の向上ではなく、低騒音パンタグラフの試験・開発が主な目的である。走行試験は2基または1基のパンタグラフを上げて行われた。

試験の経過

1992年4月の落成後、博多総合車両所に配置され、6月8日に試験走行を開始した。編成番号はW0となった。さらに6月22日からは、地上設備を350km/h運転対応に整備した小郡（現・新山口） - 新下関間で高速試験を開始した。8月8日には、同区間で当時国内最高速の350.4km/hを達成し、基本的な性能面では350km/hでの運転に支障がないことが確認された。8月下旬からは、300km/h速度域での騒音関係の試験とアクティブサスペンション関係の試験を実施した。
騒音低減のため、後のN700系において採用される全周幌（通称：成田幌）が試験されたが、耐久性などの問題から量産車には採用されなかった。

集電装置周囲の変化

低騒音形パンタグラフの開発に当たっては、ドイツ・シーメンスのシングルアーム型パンタグラフ（初代V型）に翼型舟体を搭載して試験を行った。しかし、負の揚力によって走行中に折りたたまれるという事態も発生した。量産車に採用される翼型パンタグラフの他に、後に700系で採用されるシングルアームパンタグラフ（2代目V型）も試験され、耐久試験も行われていた。しかし、高速度領域における騒音低減効果が小さいため、採用されなかった。
集電装置からの騒音を低減するため、新造時には300系に似た箱型のカバーが搭載されていた。集電装置からの騒音は低減できたものの、カバーが大きくなったために、カバーそのものから発せられる騒音とトンネル微気圧波が増加した。その後、カバーから発せられる騒音を減らすために、集電装置の前後をできるだけ長いスロープとしたカバーが試験された。これを使用することによって、ひし形パンタグラフの場合でも300km/hにおいて環境基準を満たすことができたが、重量増加という問題が解決できず、低騒音形パンタグラフを使用することによってカバーの小型化・軽量化を図る方向に方針転換した。
量産車で採用された碍子カバーの他にも、700系で採用された側面にディフレクターを追加したタイプも試験された。

車両の保存

1995年（平成7年）に本車を使用した試験は終了し、量産先行車（W1編成）の登場後、博多総合車両所にてお別れセレモニーを行った後、1996年（平成8年）5月31日付けで廃車となり、両先頭車両を除いて解体された。残った先頭車は、博多方の500-901がJR米原駅近くの鉄道総合技術研究所（JR総研）風洞技術センターの敷地内に、新大阪方の500-906が博多総合車両所に保存されており、いずれもイベント時を除き非公開である。
なお、営業車両での500系の最高速度を350km/hとした場合パンタグラフから発生する風切り音のため騒音が環境庁（現・環境省）の騒音基準（線路中央から20メートルで75デシベル以下）を超えてしまうことが判明した。車体傾斜装置が未搭載で曲線区間通過時の遠心力の問題が未解決だったことも考慮され、1994年夏に量産車での営業最高速度は320km/hに改められた。その後、阪神・淡路大震災の発生によって非常制動距離の厳守が必須となったことと、総合的な費用対効果の検討から更に300km/hに改めている。