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新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
第1期のテレビアニメ『新幹線変形ロボ シンカリオン』（しんかんせんへんけいロボ シンカリオン）は、TBS系列『アニメサタデー630』で2018年1月6日から2019年6月29日まで放送された。放送枠は同じタカラトミーの「トミカ」をモチーフとした「トミカハイパーシリーズ」のテレビアニメ『トミカハイパーレスキュー ドライブヘッド 機動救急警察』を引き継ぎ、2018年8月24日に公開された同作の劇場版『映画 ドライブヘッド〜トミカハイパーレスキュー 機動救急警察〜』には、本作の主人公・速杉ハヤトとE5はやぶさがゲスト出演した。
制作は小学館のアニメ作品を多く手掛けたOLMが担当したが、当初はジーベックも検討の俎上には挙がっていた。2017年10月7日の第24回鉄道フェスティバルにおいてアニメ化が発表され、11月25日に鉄道博物館で行われた「テレビアニメ出発式」で詳細な情報が解禁された。第1話の冒頭には一般にはなじみの薄い保線機械の「マルチプルタイタンパー」が描かれたが、これは「鉄道に向き合ったアニメを作る」という意思表示の目的であった。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
主題歌は2017年12月20日にBOYS AND MENがオープニングテーマを担当することが発表される。本作のために制作された『進化理論』はアニメのスケール感、新幹線の疾走感を表現した楽曲であり、曲中には「BOYS AND MENらしい遊び」も仕掛けられている。また、本編にはBOYS AND MENの辻本達規が本人役の声優としてゲスト出演しているが、出演できるのは1人だけと決まっていたため事前にメンバー全員によるオーディションが実施され、池添の審査により辻本が決定した経緯がある。なお、辻本は劇場版にも北海道支部の指令員「渡島 カムイ（おしま かむい）」役で出演している。
放送開始目前の2017年12月26日には「クリスマス親子試写会」が行われ、第1話・第2話が先行上映された。イベントには村上佳佑がサプライズでゲスト出演し、その場で最初のエンディングテーマを担当することが発表され、本作のエンディングテーマ『Go One Step Ahead』などを披露した。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
第1期の敵対勢力であるキトラルザスについて、監督の池添隆博は「宇宙からやってくるのは違和感があるし、地球に住ませるわけにもいかないので、地下からやってくることにした」と語っている。敵方にもシンカリオンがあることは初期プロットから存在し、その理由を考える段階で開発者の博士的キャラクター（後のイザ）が誕生し、その後に4人のエージェントや超進化研究所職員との関係性が作り上げられていった。また第1部のラスボスともいえるカイレンについて、「絶対悪ではなく正義・理想があるものの、感情はまったくない」というキャラクター設定をしており、シンカリオンと戦うことで徐々に感情が芽生えていくセイリュウたちとの対比関係とする目的もあった。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
放送期間は当初は1年間の予定であったが好評により延長が決定され、劇場版アニメ『劇場版 新幹線変形ロボ シンカリオン 未来からきた神速のALFA-X』の制作も決定される。長寿番組となることも期待され、私鉄車両も取り入れるなど今後の展望についても構想されたが、TBSの番組編成上の都合（2020年東京オリンピックに向けたもの）により延長から半年での放送終了が決定される。放送終了の情報が公開されたのは折しも劇場版制作の大詰めを迎える時期であり、TBSの決定はともすれば劇場版に水を差す行為でもあったが、京都鉄道博物館やJR東日本が劇場版に連動したイベントを開催したこともありテレビアニメ終了後も人気は衰えないまま劇場版公開を迎えることとなった。
作品テーマは「親子の絆」。このテーマはストーリー面だけでなく、駅名や鉄道用語をキャラクターの名前に採用することにも反映されており、開発陣の「これをきっかけに親子の対話が広がれば良いな」という思いによるものである。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
作中には『初音ミク』や『新世紀エヴァンゲリオン』とのコラボレーションや、JR発足初期のCM（クリスマス・エクスプレス、ファイト!エクスプレス）や他局を含めたテレビ番組（プロフェッショナル 仕事の流儀、タモリ倶楽部、クイズ$ミリオネア など）のパロディといった「子どもと一緒に見るであろう大人」が好みそうな要素が仕込まれており、鉄道に興味のない大人たちの支持も得ていった。これらは当初から戦略的に想定されたものではなく、従来のプラレールのターゲット層を超えて家族みんなで見ることを意識して作り込んでいくなかで、スタッフ自身のファン目線の提案によって結果的に戦略に繋がったものである。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
『初音ミク』とのコラボレーションは、同キャラクターをモチーフとした「発音ミク」という形で行われた。発音ミクの音声には、初音ミクの音声データ提供者の藤田咲がアフレコした音声を、「初音ミク」の発売元であるクリプトン・フューチャー・メディアが音声合成して音声化するという試みが行われた（初音ミクのメディア展開も参照）。発音ミクが着用するパイロットスーツも「初音ミク」の基本コスチュームをモチーフとしており、劇場版の3Dライブシーンは初音ミク発売元のクリプトン・フューチャー・メディア自らが制作を手掛けている。また、発音ミクが初登場の第15話では函館駅前のモブキャラクターとして初音ミク以外のピアプロキャラクターズたちも登場した。なお、声を担当する藤田は、初音ミクと発音ミクは別人という認識を示している。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
『新世紀エヴァンゲリオン』とのコラボレーションは第31話で行われ、碇シンジ、綾波レイ、惣流・アスカ・ラングレーといった主要人物が登場したほか、名前が新幹線にちなむ洞木ヒカリ・コダマ・ノゾミの3姉妹が登場した。なお、コダマ・ノゾミは『新世紀エヴァンゲリオン』本編では設定のみであり、特別編成の500系（500 TYPE EVA）の運行開始を記念して2015年にデザインされたため映像作品は本作が初登場であり、声は『新世紀エヴァンゲリオン』本編でヒカリを担当した岩男潤子が全て担当した。『新世紀エヴァンゲリオン』で葛城ミサトを演じた三石琴乃が本編に指令員として声だけ出演したほか、直前話終了時の第31話の予告を『新世紀エヴァンゲリオン』の予告をイメージしたナレーションで行った。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
鉄道ファンの小学生・速杉ハヤトは父・速杉ホクトと一緒に東京駅から東北新幹線に乗るが、ホクトは勤務先の鉄道博物館から突然の呼び出しを受ける。新幹線を下車してホクトを見送ったハヤトは、ホクトがIDカードを忘れていることに気づきホクトの後を追う。ハヤトはホクトを探して鉄道博物館の地下へと迷い込み、特務機関『新幹線超進化研究所』の大宮支部へとたどり着く。ホクトは指令長・出水シンペイとともに巨大怪物体への対応に追われていたが、その様子を覗き見ていたハヤトは車掌型ロボット・シャショットに見つかってしまう。シャショットはハヤトを不審者と勘違いして騒動となるが、その最中ハヤトがシンカリオン運転士適合者であることが判明する。新人指令員・三原フタバはハヤトをシンカリオンに乗せることに反対するが、ハヤト自身は志願しシンカリオン E5はやぶさへと乗り込む。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
ハヤトは同じ運転士の男鹿アキタ・大門山ツラヌキ・清洲リュウジらとともに巨大怪物体と戦い撃破していくうちに、巨大怪物体を差し向けているのはキトラルザスという種族であることが判明する。キトラルザスにはビャッコ・ゲンブ・セイリュウ・スザクの4人のエージェントがおり、中でもセイリュウのブラックシンカリオンとの戦いは激しさを増していったが、ハヤトとセイリュウは互いに対話の可能性も考えるようになっていった。しかしキトラルザスでは、現代のエージェントが模索した対話路線とは相反する思想を持つカイレンら旧時代のエージェントが帰還しつつあり、これに焦って失態を犯したビャッコが制裁を受けたばかりか、ソウギョクの計略にゲンブが利用され、同胞2人を失ったセイリュウは怒りの感情のままハヤトと対立するように仕向けられる。互角の戦いはハヤトが制し、敗れたセイリュウはソウギョクへの疑念からキトラルザスには戻らず人間界を放浪していたが、旧時代のエージェントが差し向けたクレアツルスとの戦いに苦戦するハヤトたちを救援。この一件でセイリュウはカイレンらから「反逆者」と断定され、後に乗騎ブラックシンカリオン 紅とともに大宮支部所属のシンカリオン運転士となった。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
セイリュウが加入した大宮支部ではキトラルザスを束ねるイザとの直接対話を試みるが、その道中でカイレンの妨害を受け、退けることに成功したものの激戦で限界を超えた運用を強いられたE5はやぶさとシャショットは機能を停止する。ハヤトたちと対面したイザは、自らが超進化研究所創設者でシンカリオン開発者の八代イサブロウであることを明かし、自ら描いた未来の希望をハヤトに見出してシンカリオン E5はやぶさ MkIIを託した。その頃、カイレン・ソウギョクらは地上へ宣戦布告して侵攻を開始しており、地上に残ったシンカリオン各機が集結して迎撃を試みたが、真の姿となったカイレンの前に劣勢を強いられたものの、新たな力を得たハヤトが帰還すると戦況は一転しカイレンは倒される。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
カイレンとの戦いは終わると残されたセイリュウとスザクは人間界で生活するようになるが、ソウギョクは最初期に人間に潜入していたキトラルザスのキリンと接触していた。ソウギョクとキリンは思惑は異なりながらも互いに協力し、運転士適合率を推測する力を持ったハヤトの幼馴染・上田アズサに目を付け、利害関係が一致した倉敷ヤクモ・イズモ親子を利用して接触を試みた。しかしソウギョクの真意が露見すると関係性は破綻、キリンは単独でアズサに理想実現のための協力を依頼したが拒否され、ブラックシンカリオン オーガに乗り込んで東京都庁へと移動し日本政府との交渉を要求した。これまでシンカリオンの存在は一般には秘匿されていたが、この一件で明るみとなりシンカリオン自体に対して不安や疑念の目を向けられることとなる。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
ブラックシンカリオン オーガはキトラルザス同士の決着を試みたセイリュウによって桜島の地底空間へと押し込められ、後にハヤトらとの共闘を決意して名古屋支部へと転送され捕らえられたものの、ライジングモードを展開して名古屋支部を脱出し国会議事堂を目指す。ハヤトたちに高速で飛行するブラックシンカリオン オーガを追う手段はなく、転送を可能とするルクスヴェテも戦いの中で使い切っていため絶望的な状況であったが、過去の騒動により研究所内にごく少量が保管されていることが思い出される。これまでの研究で「人々の協力」を得ることでルクスヴェテが増殖することは判明しており、アズサがこれまで撮り溜めたシンカリオンの動画を公開すると人々の不安や疑念は払拭され、世間の支持と協力を得ることに成功し大量のルクスヴェテが確保される。スザクはルクスヴェテの活性化によって復活したビャッコ・ゲンブと協力して名古屋支部からキリンへの直通線路を作り、シンカリオン各機の一斉攻撃によってキリンは倒される。
速杉 ハヤト（はやすぎ はやと）
声 - 佐倉綾音
本作の主人公。大宮支部に所属するシンカリオン E5はやぶさ・E5はやぶさ MkIIの運転士。埼玉県さいたま市大宮区在住で、大宮小学校に通う小学5年生 → 小学6年生の少年。2007年10月17日生まれの10歳 → 11歳。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
鉄道ファンで特に新幹線をこよなく愛しており、乗車したことのある路線・車両を記憶しており、物事を何かと新幹線や鉄道に例える癖がある。父・ホクトのような新幹線の運転士になることが夢。責任感が強く「時間と言ったことは守る男」を自称しており、「新幹線を好きな奴に悪い奴はいない」を信条とする。
池添によると、初期案では王道の熱血キャラとする案もあったものの、企画的に鉄オタのオーダーもあったため、一から再考しなおしていかに「アグレッシブではないオタク少年」を主人公として成り立たせるかが思案された。デザインを担当したあおのゆかは、池添から「大空翼のように素直でまっすぐ、新幹線を追いかける鉄オタ」と指示があり、「爽やかなのかどうか混乱したが、実際は新幹線好きのよい子に落ち着いた」と述べている。
キャラクター人気投票では、アニメ放送中に行われた2018年の第1回で第5位、プロジェクト5周年を記念して行われた2020年の第2回で第3位。
男鹿 アキタ（おが あきた）
声 - 沼倉愛美
大宮支部に所属するシンカリオン E6こまちの運転士。秋田県北秋田市阿仁地区出身の小学5年生 → 小学6年生の少年。2007年7月8日生まれの10歳 → 11歳。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
先祖代々マタギの家系で、全国レベルの競技ビームライフルの腕を持つ。冷静な性格で物事の理解が早く「話は読めた」が口癖。自分の気持ちを素直に言葉ことは苦手。甘党。母のモミジはアキタを溺愛している。
デザインに関してあおのは、池添からは「『初期メンバーの中ではイケメンだけど、清洲リュウジが登場するまで凄いクールではありません』と説明があった」と語っている。
キャラクター人気投票では第1回で第2位、第2回で第2位。
大門山 ツラヌキ（だいもんやま つらぬき）
声 - 村川梨衣
大宮支部に所属するシンカリオン E7かがやきの運転士。石川県金沢市出身の小学5年生 → 小学6年生の少年。2007年11月27日生まれの10歳 → 11歳。
金沢の建設会社「大門山建設」の跡取り息子で、大門山建設を日本屈指のゼネコンとするのが夢であり、「金沢の土木王」を自称する。先代の社長であった父は亡くなっており、後を継いだ母・ミスズ、妹・カガリ、弟・ケンロクの4人家族。豪快な性格で「全くもって○○だ!」が口癖で、戦闘中も四字熟語を叫ぶが誤用も多い。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
デザインに関してあおのは、池添からは「主人公に成れそうな感じ」と説明があり、「自分が視聴した1990年代の王道ロボットアニメでは、主人公とイケメンに続く3人目はガタイのいい奴であるため、最初に書いたデザインはがっしりした体格だが、主人公ぽくなかったと思い、書き直したものが決定稿になった」と語っている。
キャラクター人気投票では第1回で第6位、第2回で第5位。
月山 シノブ（つきやま しのぶ）
声 - 吉村那奈美
大宮支部山形分室に所属するシンカリオン E3つばさ・E3つばさ アイアンウイングの運転士。山形県米沢市出身の小学4年生 → 小学5年生の少年。2008年12月20日生まれの9歳 → 10歳。
代々続く忍者の家系で、手裏剣に重きを置いている月山流忍術の伝承者。母のチアキも月山流忍術のくノ一であり、現在は探偵でもあった祖父の下で忍者として修行中。山形訛りが混じった言葉遣いで話す。
池添は「忍者の技を出すシンカリオンの運転士はやはり忍者だが、クールではなく可愛い子にすることでギャップを見せようとした」としており、その経緯についてあおのは、池添からは「忍者」と説明があり、「当初のデザインはギャグ路線であったが、可愛い系にしたいと思い、現在のデザインに決まった。ホクトとの繋がりを感じて髪型と表情の一部を寄せた」と語っている。
キャラクター人気投票では第1回で第3位、第2回で第6位。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
清洲 リュウジ（きよす りゅうじ）
声 - 逢坂良太 / 内藤有海（小学生期）
名古屋支部に所属するシンカリオン N700Aのぞみ・ドクターイエローの運転士。愛知県名古屋市在住の中学2年生 → 中学3年生の少年。2005年2月8日生まれの13歳 → 14歳。
幼いころから空手をやっていた経験から優れた戦闘センスを持つことに加え、唯一大人のホクトを除くと運転士の中では最年長であることからまとめ役になることも多く、「抜かるなよ!」が口癖。父・チクマは超進化研究所の研究員であったが事故で亡くなっており、現在は長期入院している母・カエデ、弟・タツミ、妹・ミユの3人家族。
池添によると、シンカリオン N700Aのぞみの設定を見て「こういう技を出すならクールなキャラが良いと考えた」としている。
キャラクター人気投票では第1回で第4位、第2回で第1位。
清洲 タツミ（きよす たつみ）
声 - 日野佑美
名古屋支部に所属するシンカリオン N700Aのぞみの運転士。愛知県名古屋市在住の小学6年生 → 中学1年生の少年。
リュウジの弟で、タツミ自身も地区大会で優勝する程の空手の実力者。リュウジの背中を追い掛けて育ったが、リュウジと違いやんちゃで明るく社交的な性格。食欲旺盛で調子に乗りやすく、しばしばリュウジに叱られる。「どんと来いやー!」が口癖。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
デザインに関してあおのは、勇翔（BOYS AND MEN）が初期のモデルだと語っている。
発音ミク（はつね みく）
声 - 藤田咲
北海道支部に所属するシンカリオン H5はやぶさの運転士。北海道札幌市出身の小学5年生 → 小学6年生の少女。「初音ミク」をモチーフとした公式派生キャラクター（#他作品との関わりを参照）。
性格はストイックな完璧主義者で文武両道の委員長タイプだが、乗り物酔いしやすいことが弱点。特技は剣道で洞察力にも優れる。摩周丸が大好きな一方で、鉄道・新幹線には全く興味がなくE5系とH5系の違いを知らない。
キャラクター人気投票では第1回で第1位、第2回で第9位。
大空 レイ（おおぞら れい）
声 - 松井恵理子
門司支部に所属するシンカリオン 800つばめの運転士。福岡県北九州市出身の小学3年生 → 小学4年生の少年。2009年8月30日生まれの8歳 → 9歳。
JAXAの種子島宇宙センターに勤務する父親を持ち、レイも宇宙飛行士になるのが夢。ロボット工学の最先端知識を学んでおり、800つばめの設計・開発にも携わった。後輩口調で話し、真面目で素直な性格。
キャラクター人気投票では第1回が行われた時点では未登場のため対象外、第2回で第7位。
霧島 タカトラ（きりしま たかとら）
声 - 市来光弘
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
門司支部に所属するシンカリオン N700みずほの運転士。鹿児島県鹿児島市出身の小学6年生 → 中学1年生の少年。2007年3月12日生まれの11歳 → 12歳。
実家は料亭で、ニチリンも将来は料理人を目指している。父・ニチリンの下で修業していたが、伸び悩んでいたため一旦料理から離れることを勧められる。古き伝統に拘り意固地になることがある。
五ツ橋 ギン（いつつばし ぎん）、五ツ橋 ジョウ（いつつばし じょう）
声 - 合田絵利
京都支部に所属する双子で、ギンがシンカリオン 700ひかりレールスター、ジョウがシンカリオン 700のぞみの運転士。山口県出身の小学5年生 → 小学6年生。2008年3月13日生まれの10歳 → 11歳。
実家は瀬戸内海で漁業を営んでおり、同業者との競争に勝ち抜くためチャレンジ精神が非常に高い。魚料理には拘りがあり特に天然物を好み、運転士になった動機も「うまい魚」が理由。ギンは「ぶち○○」、ジョウは語尾の「○○っちゃ」が口癖。
速杉 ホクト（はやすぎ ほくと）
声 - 杉田智和
ハヤトの父で、シンカリオン 500こだま・923ドクターイエローの運転士。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
平時は鉄道博物館の職員として務めつつ、大宮支部の指導長として運転士の育成を担当している。かつてはJR東日本東京支社上野新幹線第二運転所で運転士として勤務していたが、大学院の修士論文で執筆した「超進化速度」に着目した八代により超進化研究所の初期メンバーとしてスカウトされた経歴を持つ。ハヤトが運転士となることには危険であると反対するが、認識を改めてバックアップに回るとともに自らも運転士となるべく「大人が搭乗可能なシンカリオン」の開発に取り組んだ。
デザインに関してあおのは、「家族の存在を大事にするキャラを表現したくて、結婚指輪は嵌めさせたいなと思った。そして"かっこいいお父さん"というデザインが浮かばず苦労した」と語っている。
キャラクター人気投票では第1回で第10位、第2回で第10位。
セイリュウ
声 - 真堂圭
キトラルザスの1人で、ブラックシンカリオン・ブラックシンカリオン 紅の運転士。現代のエージェントの1人であり、シンカリオンに対して強い興味を持っているようだが、何を考えているのか分からない面もある。外見は少年のような姿で、薄灰色の髪が右目を隠している。
キャラクター人気投票では第1回で第22位、第2回で第4位。
キリン
声 - 浪川大輔
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
キトラルザスの1人で、ブラックシンカリオンオーガの運転士。カイレンよりもさらに古い時代に「地上への移住」を提唱して先遣として人間界に潜入し、知り合った八代と多くの情報を共有するとともにキトラルザスにも情報を送り続けていたが、カイレンらの侵攻以降長らく音信不通となっていた。カイレンと異なり人類のと共存は可能と考えているが、自らが「人類を力で支配する」べきとの考えに至っている。
速杉 ホクト（はやすぎ ほくと）
声 - 杉田智和
#シンカリオン運転士（第1期）を参照。
出水 シンペイ（いずみ しんぺい）
声 - 緑川光
大宮支部の指令長。ホクトの大学時代の後輩で、超進化研究所にはホクトより一足早く参加している。かつてはJR東日本東京支社丸の内車掌区に所属する車掌として勤務し、ホクトが担当した車両に車掌として乗車することも多かった。冗談か本気か分からない突拍子もない発言も多く、人使いが荒い。
デザインに関してあおのは、池添からは「『機動警察パトレイバー』の後藤喜一のような飄々としたキャラクター」と説明があったものの、「二転三転して今の"カッチリ系"になりました。イメージは『踊る大捜査線』の室井慎次。でも、彼ほど表情はきつくないですね。仕事終わりにホクトとお酒を飲みに行きそうな感じがあります」と語っている。
三原 フタバ（みはら ふたば）
声 - 雨宮天
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
大宮支部の女性オペレーター。ホクトと出水の出身大学の後輩にあたり、総合指令部で研修を受けていたが巨大怪物体の出現頻度増加に伴って辞令を早める形で大宮支部に転属されたばかりの新人。仕事に対してとても生真面目な性格であり、出水や運転士たちの予想外の言動で振り回されることも多い。特撮マニア（特に「シンカライザー」のファン）という一面があり、各地のローカルヒーロー巡りが趣味だが周囲には秘密にしている。
池添によると「新人オペレーターという設定が固まった時点から、運転士たちの良いコーチのような存在へ成長させていこうというイメージがあった」としている。
キャラクター人気投票では第1回で第9位、第2回で第13位。
本庄 アカギ（ほんじょう あかぎ）
声 - 古島清孝
大宮支部の男性オペレーター。冷静沈着に業務をこなし、出水不在時には指令長代理を任されるなど信頼を得ているが、プライベートにおいては頼りない一面もある。
大宮支部の職員で比較的重要な位置づけとして扱われるが、池添によると「最初は何でもないモブキャラの予定だった」としている。
小山 ダイヤ（おやま だいや）
声 - 天﨑滉平（第8話） / 観世智顕（第26話以降）
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
大宮支部の男性オペレーター。状況を論理的に把握・分析する能力に長けており、主に本庄のオペレーション補佐を担当する。基本的には冷静沈着な性格であるが、使命感に燃えて熱くなる一面もある。本庄とは大宮支部赴任の同期であり、忘年会で一緒に余興をした仲。
三条 ミノリ（さんじょう みのり）
声 - 金魚わかな（第2期は美波わかな名義）
大宮支部の女性オペレーター。主にフタバのオペレーション補佐を担当する。
久留米 ミドリ（くるめ みどり）
声 - 遠藤沙季
大宮支部の女性医師。シンカリオン運転士のメディカルチェックを担当する。左目の下の泣きぼくろと、ウェーブしたロングヘアが特徴。酒豪であり、飲酒を「心のアルコール消毒」と呼ぶ。
三島 ヒビキ（みしま ひびき）
声 - 長谷川暖
大宮支部の女性研究員。シンカリオンの強化や巨大怪物体の分析を担当しており、その分析からエージェントの存在を確認し、巨大怪物体との関係性を指摘したのも彼女である。超進化研究所発足からの初期メンバーの一人で、出水とは出会って約1週間で愛称で呼び合うほど仲良くなった。プライベートでは同人誌即売会に参加するほどのオタク気質。
小田原 キントキ（おだわら きんとき）
声 - 北沢洋
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
大宮支部の男性整備士。ぶっきらぼうで口も悪い頑固者だが腕は確かで、損傷具合を見ただけで運転士の癖を見抜くほど。かつては整備長の職にあり、ホクトや出水を指導していた。
山口 ナガト（やまぐち ながと）
声 - 伊原正明
大宮支部の整備長。大柄で逞しい身体を持つ任務に実直な熱血漢。運転士に対して普段は気さくに接するものの、損傷が激しいと声を荒げて叱責することもある。
シャショット
声 - うえだゆうじ
車掌ロボット。シンカリオン E5はやぶさの操縦をサポートするために開発されたもので、ハヤトがE5はやぶさの運転士になった後は常時行動をともにしている。
デザインに関してあおのは、「当初は玩具のキャラクターデザインが決まったため、アニメ用に手を加えて作画しやすいように調整したり、表情を追加した。ハヤトのリュックは『商品化を念願に置いてデザインして』と依頼を受けてオリジナル商品にするために、シャショットを入れると目が出る設定をデザインした」と語っている。
キャラクター人気投票では第1回で第8位、第2回で第16位。
東 スバル（あずま すばる）
声 - 山寺宏一（ボイスチェンジャーの声は金魚わかな）
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
総合指令部の総指令長。若いながらも寡黙で貫禄があり近寄りがたいと思われがちだが、鉄道好きが高じて鉄道員になった生粋の鉄道マニア。出張や視察には一人で電車で移動するというこだわりを持ち、その知識量や造詣の深さはハヤトにも引けを取らない。Suicaのペンギンに似たペンギンを総指令長室のロッカーで飼っている。
キャラクター人気投票では第1回が行われた時点では未登場のため対象外、第2回で第9位。
高崎 ハルナ（たかさき はるな）
声 - ふじたまみ
総合指令部の秘書室長。スバルへのスケジュール管理と調整などを円滑に進めようとするが、スバルの自由気ままな態度に度々振り回される。
大沼 ソウヤ（おおぬま そうや）
声 - 土師孝也
北海道支部の指令長。かつては青函連絡船の船長を長年務め、現在も平時は青函連絡船記念館摩周丸の館長を務めている。
八代 イサブロウ（やつしろ いさぶろう） / イザ
声 - うえだゆうじ
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
超進化研究所の創始者にしてシンカリオンの生みの親。本編の8年前に行われた「第1回超進化速度到達実験」の爆発事故において、E2系シンカリオン試験車とともに行方不明となり事故死したものと思われていたが、地底世界へと転送されキトラルザスに救われて指導者イザとなっていた。八代によって奇しくも双方にシンカリオンが与えられる結果となり、受け取った者たちが「どのような未来を創造するのか」との希望で行く末を見守っていた。
清洲 チクマ（きよす ちくま）
声 - 逢坂良太
リュウジとタツミの父。故人。生前は超進化研究所の主任研究員としてシンカリオンの開発、特に超進化速度を到達させる小型モーターに携わっていたが、本編の8年前に行われた「第1回超進化速度到達実験」の爆発事故で亡くなった。「目先の事よりも大局を見ろ」を口癖とする現実主義者で、リュウジの性格は父譲りでもある。
上田 アズサ（うえだ あずさ）
声 - 竹達彩奈
ハヤトのマンションの隣室に住む幼馴染で、大宮小学校に通う小学5年生 → 小学6年生の少女。髪型は主にツインテール → シニヨン付のロングヘアで、目の横にピンク色の大きな丸いつけまつげを付けている。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
「JSが初めて○○してみた」というタイトルの動画を投稿している人気のユーチューバー。幼少期に好きだったものが他の子と重なったときに、ハヤトが自分の趣味に熱中する姿を見て感化され、「皆と違うことをしたい」と考えてユーチューバーになった。日頃から絶えず動画のネタを探しており、周囲を巻き込む行動力はハヤトたちが警戒するほど。
当初は再生数を稼ぎたい目的だけでハヤトとシンカリオンを追い回すが、物語が進むにつれて運転士のお姉さん的なポジションとなっていった。最終的には物語を牽引する存在ともなるが、シリーズ構成の下山健人は当初の予定通りとしているものの、声優の竹達彩奈もキャラクター性の大転換に戸惑ったともされる。
速杉 ハルカ（はやすぎ はるか）
声 - 金魚わかな（第2期は美波わかな名義）
ハヤトの妹。小学2年生 → 小学3年生の少女。8歳。
語尾に「○○と思われ」「○○なわけで」とつける独特の説明口調が特徴で、常にヘッドフォンを身に付けている。ハヤト趣味に付いていけず呆れてはいるが、その趣味や嗜好は把握しており話の内容や長さまで完璧に覚えている。
デザインに関してあおのは、「（池添からの）オーダーがなかったので自由にデザインしました。ヘッドフォンは考え事をするときは一人でこもりたい私自身を投影させました」と語っている。
速杉 サクラ（はやすぎ さくら）
声 - 清水理沙
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
ハヤトの母。ホクトの本当の仕事のことは知らされていなかったが、ハヤトが運転士となった際にホクトから全てを打ち明けられ、全てを受け入れる度量も持ち合わせる。筋金入りの歴女（城・幕末マニア）。
デザインに関してあおのは、「胸が大きい理由は、この時点で控えめな女性しかいなかったから」と語っている。
ビャッコ
声 - 細谷佳正
現代のエージェントの1人。4人の中では最も冷静な性格であり、俯瞰的な視点から敵を観察し戦略を立てる。外見は青年男性のような姿で、背中の中央から水晶のような柱状の物体が6本放射状に生えている。
スザク
声 - 渡辺明乃
現代のエージェントの1人。人の心の弱さや脆さをつき、操る手段に長ける。外見は唯一の女性であるが、姿を変化させる能力を持つ。
ゲンブ
声 - マックスウェル・パワーズ
現代のエージェントの1人。4人の中で最初に人間の前に姿を現し、人間や鉄道に興味を持ち、シンカリオンの力を試すために巨大怪物体を差し向けた。外見は大柄な男性のような姿で、表皮は全身的に黒色で覆われている。
セイリュウ
声 - 真堂圭
#シンカリオン運転士（第1期）を参照。
カイレン
声 - 増田俊樹
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
旧時代のエージェントの1人。本編の10年前に人類に攻撃をしかけたが失敗に終わり、その5年後に新たな環境を求めて旅立ったが「地球を人類が現れる以前の状態に戻すしかない」との結論に至り、人類を排除するために地球へと戻った。
ソウギョク
声 - 山内健嗣
旧時代のエージェントの1人。紳士的な口調が特徴だが、常に白と黒の仮面のようなものを被っており、真意が分からない得体の知れない存在。策略家な面があり時々に応じて立ち位置を変える謎多き人物だが、ビャッコは「自分が生き残ること」だけを考えている「分かりやすいやつ」だと分析している。
トラメ
声 - 髙階俊嗣
旧時代のエージェントの1人。好戦的な性格で戦闘能力ならキトラルザスでも随一だが、頭の出来はいまひとつで細かいことや難解な作戦は苦手。
ドクター・イザ
声 - うえだゆうじ
#その他の研究所職員と関係者（第1期）を参照。
キリン
声 - 浪川大輔
#シンカリオン運転士（第1期）を参照。
倉敷 ヤクモ（くらしき やくも）
声 - 辻井健吾
科学産業省の職員で、大企業「クラシキ重工」の御曹司。超進化研究所総合指令部の依頼で、適合率・鉄分・ルクスヴェテなどの研究協力を海外の研究機関に依頼する役割を担っている。フタバとは幼馴染であり、親が勝手に決めた婚約者の間柄。
モデルは鈴木寿広。
倉敷 イズモ（くらしき いずも）
声 - 小形満
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
ヤクモの父で、超進化研究所とも取引がある「クラシキ重工」のCEO。
新幹線超進化研究所
シンカリオンの開発・運用と、巨大怪物体の研究を行っている特務機関。略称はS.U.E.I.（Shinkansen Ultra Evolution Institute）。総合指令部は東京駅丸の内駅前広場の大深度地下にあり、各地の支部は大宮支部が鉄道博物館（埼玉県大宮市）、京都支部が京都鉄道博物館（京都府京都市）、名古屋支部がリニア・鉄道館（愛知県名古屋市）といった各地の鉄道関連施設の地下に存在している。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
発足初期の主要メンバーは所長の八代イサブロウ、清洲チクマ、出水シンペイ、速杉ホクト、三島ヒビキ、小田原キントキ。新幹線の最先端技術「超進化速度」を研究する組織として発足したが、本編の10年前のファーストエネミー襲来によりシンカリオンの研究・開発に舵を切ったが、世間にはシンカリオンに関係する一切の情報は公表していない。
ShinCa
超進化研究所の職員に支給されるパス。外見は大宮支部ではSuica、名古屋支部ではTOICAなど実際にその地域で使用される乗車カードを模しているが、一般の乗車カードに比して厚みがある。各支部所在地の鉄道施設への入館、および施設内の超進化研究所エリアへの出入りに必要であり、運転士の場合はシンカリオンの起動にも必要。また、リンク合体などの特殊合体時には合体相手に応じた専用ShinCaが必要で、N700Aの「アドバンスドモード」などの専用モード発動のための専用ShinCaも存在する。エージェント側にも同様の「ブラックShinCa」が存在している。
超進化速度
シンカリオンがシンカリオンモードに変形するために必要な速度。速杉ホクトが大学時代に書いた「リニアを超える次世代の移動手段」の論文を元に、超進化研究所の研究によって実用化された。正確な数値は不明だが最低でも時速1100キロメートルを超え、作中では時速1225キロメートルが表示されている。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第1期
第1回超進化速度到達実験
本編の8年前に行われた試作機「シンカリオン E2」を使用した開発試験。超進化速度への到達を目的としたものであったが、事故の発生によってE2は消滅。E2に搭乗していた開発責任者の八代イサブロウが行方不明となり、巻き込まれた主任研究員の清洲チクマが死亡した。
捕縛フィールド
主に巨大怪物体を拘束するための特殊空間。人工衛星から射出される光線によって展開され、外界と遮断されるため巨大怪物体自体やシンカリオンとの戦闘による周囲への被害を抑えることが可能。フィールド内部は円形のステージと高低差のある外周レールが敷設されており、熱源調整機能や熱源調整・空気圧確保・監視カメラなども備えられている。外壁には光学迷彩機能が備わっており一般人が外部から内部を見ることはできないが、目の構造がヒトとは異なるキトラルザスは内部を覗き見ることができる。フィールド中央の最上部には穴があり、飛行能力がある巨大怪物体やシンカリオンは通過可能。無制限の維持は不可能で一度消失すると再展開にはある程度の時間を要し、複数展開する場合は全てを全出力で展開することは不可能。また、高速で移動する相手に対しては照準が合わないため捕縛できず、水中には展開できないといった欠点も存在する。
シンカリオン・シム
新幹線変形ロボ シンカリオン 劇場版アニメ
劇場版アニメ『劇場版 新幹線変形ロボ シンカリオン 未来からきた神速のALFA-X』（げきじょうばん しんかんせんへんけいロボ シンカリオン みらいからきたしんそくのアルファエックス）は、2019年12月27日に全国公開。興行収入は3億1900万円。
2019年6月22日の第1期テレビアニメ第75話終了後に同年冬の劇場版公開が発表された。劇場版公開前の2019年7月7日から2020年12月20日には、劇場版の宣伝を兼ねてTOKYO MXで第1期テレビアニメ全話が放送され、劇場版上映終了後の2021年1月3日には劇場版もTOKYO MXで初放送された。2020年6月26日にはDVDとBlu-rayが発売されている。
劇場版の制作スタッフは基本的にテレビアニメ第1期のスタッフがそのまま引き継がれた。制作やマーケティングではテレビアニメ第1期で大人ファンを得たことも重視され、2種類が作られた車内広告の1つはあえて子どもが見ない前提で、親世代に向けたメッセージ性を強く意識したものが作られた。主題歌もテレビアニメ第1期に引き続きBOYS AND MENが担当し、新曲の『ガッタンゴットンGO!』が採用された。
新幹線変形ロボ シンカリオン 劇場版アニメ
劇場版の公開に連動して、2019年10月11日から10月30日までの期間限定で東京と大阪にポップアップストアが設置された。また、京都鉄道博物館では7月20日から9月10までと公開直前の12月16日に、JR東日本では東北地方で劇場版公開前後にあたる11月27日から翌年2月24日の期間にそれぞれイベントが開催された。
作中には第1期アニメから引き続き『ヱヴァンゲリヲン』とのコラボレーションに加えて、同じ庵野秀明が監督を務めた『シン・ゴジラ』とのコラボレーション、JRのCM「JR SKISKI」のセルフパロディが織り込まれた。また、劇場版公開に合わせて『銀河鉄道999』とコラボレーションしたグッズが製作された。
速杉ハヤトが北海道への家族旅行のために荷支度をしていると、父・速杉ホクトが子どものころに「超進化速度」「長距離海底トンネル」などを描いたノートを発見する。父も鉄道好きであったことを確信する一方で、ノートの1ページが破り取られていることをハヤトは不思議の思うのであった。
新幹線変形ロボ シンカリオン 劇場版アニメ
北海道に着いたハヤトはスキー場のライブイベントで歌う発音ミクと再会する。ミクと談笑するうちにゴジラのような怪物体が出現し、ハヤトとホクトは北海道支部へと急行しシンカリオンで出撃するが、怪物体が放ったビームの直撃を受けて気を失う。医務室で目を覚ましたハヤトは三原フタバから、ホクトが乗っていたはずの923ドクターイエローの運転席が無人であったことと、隣のベッドで眠る見知らぬ少年が現場近くで発見されたことを知らされる。少年の素性を探ろうとするハヤトであったが、偶然少年が完成したばかりのシンカリオン ALFA-Xの運転士適合者であることが発覚し、その過程で過去からやってきたホクトの幼少期の姿（以下「少年ホクト」とする）であることを確信する。
新幹線変形ロボ シンカリオン 劇場版アニメ
ハヤトたちは大宮支部の指令長・出水シンペイから、宇宙の巨大人工物が地球に接近していることを知らされる。キリンとの戦いが終わってから少し後にこれを察知した超進化研究所では、新たな危機の襲来と判断して新型シンカリオン「ALFA-X」の開発を進めていたが、技術的な理由で完成には至っていなかった。ところが、本編の数か月前に北海道新幹線延伸のためのトンネル掘削工事中に「完成されたALFA-X」が発見され、同時期に開発データに「ALFA-X」の起動に必要なデータが書き加えられていた。これら不可思議な事件の裏にいたのは、ソウギョクの呼びかけに応じて地球に帰還した「ヴァルハラン」と呼ばれる集団で、自らの目的のために人類が偶然発見した多量の「光の粒子」の力を利用して「完成したALFA-X」を未来から呼び寄せていたのであった。
新幹線変形ロボ シンカリオン 劇場版アニメ
少年ホクトはハヤトに、中学受験を控えながら「鉄道好き」であることの迷いを吐露するが、これをハヤトが肯定したことで心を許し、持っていたノートの1ページに「鉄道路線の夢」を描いてハヤトに手渡した。少年ホクトはALFA-Xに乗ることには躊躇していたが、（自分の時代では）まだ完成していない青函トンネルが存在からここが未来であることを察し、元の世界に戻ることを望んでALFA-Xに乗ることを決意する。東京駅に出現した光の列車の対応のために出撃したハヤトと少年ホクトは、先に出撃したシンカリオン各機と同様に「光の粒子」によって別次元に転送されるが、ALFA-Xを求めるヴァルハランが望んだ出来事ではなく、ハヤトたちは即座にオハネフによって呼び戻されナハネと対面する。ナハネは宣戦を布告すると、ALFA-Xを操ってハヤトへの攻撃を開始する。成す術がない少年ホクトはノートを破り捨てることで「シンカリオンそのもの」の存在を消そうとするがハヤトの説得により思いとどまり、この窮地はゲンブによって救われる。
新幹線変形ロボ シンカリオン 劇場版アニメ
ALFA-Xを奪還されたナハネは光の列車をヴァルドルへと変形させ、ALFA-Xを取り込んで東京駅へと向かう。ハヤト以外のシンカリオン各機は依然別次元から帰還していなかったが、ハヤトが転送前に「光の粒子」を受けたことを思い出し、ヴァルハラン本拠地上空の光の集合体を破壊すると全機が帰還する。全機揃っての総攻撃もヴァルドルに通用しなかったが、ソウギョクからブラックシンカリオン オーガを奪ったビャッコが駆け付けると状況は一転、セイリュウのブラックシンカリオン 紅とのオーバークロス合体によりALFA-Xの解放に成功する。ALFA-XもE5はやぶさ MkIIもオーバークロス合体し状況は優位となるものの、「光の粒子」に護られたヴァルドルは堅固で倒すには至らず、ハヤトはルクスヴェテによって「光の粒子」の性質を逆利用して暴走させる作戦を考案する。最後はアルティメットグランクロスでヴァルドルを撃破する。
戦いが終わると少年ホクトは姿を消し、ハヤトはホクトとの再会を果たす。ハヤトの傍らには少年ホクトから渡されたノートの1ページが残っていた。
登場人物の多くはテレビアニメ第1期と共通するため、共通する人物は#登場人物（第1期）を参照。なお、本作ではテレビアニメ第1期のシンカリオン専属運転士の他に、ゲンブがE5はやぶさに、ソウギョクとビャッコがブラックシンカリオン オーガに一時的に搭乗した。
少年ホクト
新幹線変形ロボ シンカリオン 劇場版アニメ
声 - 釘宮理恵
行方不明になったホクトと入れ替わりに現れた少年で、過去からやってきた9歳当時のホクト本人。
ナハネ
声 - 伊藤健太郎
ヴァルハランのリーダー。
オハネフ
声 - 吉田鋼太郎
ヴァルハランの1人でナハネの側近。
シンカリオン ALFA-X
#シンカリオン ALFA-Xを参照。
ヴァルハラン
宇宙に散らばったキトラルザスの一派で「光の粒子」を所有する。本拠地はメトロポリタン・ヴァルハラン。宇宙の同胞に呼びかけたソウギョクの通信を偶然受信し、情報提供を受けた「シンカリオン ALFA-X」が光の機械神「ヴァルドル」の完成のために必要と考えたものの、未来から完成したALFA-Xを呼び出すのに十分な「光の粒子」を保有しておらず、人間がトンネル工事中に偶然見つけた多量の「光の粒子」を利用してALFA-Xを現代へと呼び寄せた。
光の粒子
ヴァルハランが所有する時空間を操る粒子。
ヴァルドル
「光の列車」が変形するロボットで、旧南満洲鉄道株式会社で運行されていた特急「あじあ号」に似た形状をしている。
ヴァルハランが崇める「光の機械神」で、完成には未来の技術が必要だと考えられている。劇場版で敗れたのち宇宙空間を彷徨っていたが、第2期で再度漂着した。ヴァルトムに利用され巨大怪物体化するがH5とメーテルによって鎮静化され、後にテオティの本拠地のある宇宙に帰還した。さらに、運転士とシンカリオンZを運ぶ超進化銀河鉄道に改修された。
「ガッタンゴットンGO!」
作詞・作曲 - Kanata Okajima、Hayato Yamamoto / 編曲 - Hayato Yamamoto / 歌 - BOYS AND MEN（Virgin Music）
ゴジラのテーマ（ゴジラvsメカゴジラ）
作曲 - 伊福部昭
Choo Choo TRAIN
作詞 - 佐藤ありす / 作曲 - 中西圭三 / 編曲 - 岩崎文紀 / 歌 - ZOO（フォーライフミュージックエンタテイメント）
チェンジ！シンカリオン ミクver
作詞・作曲・編曲 - 井上裕治 / 歌 - 発音ミク / vocal arrange - Mitchie M
残酷な天使のテーゼ
作詞 - 及川眠子 / 作曲 - 佐藤英敏 / 編曲 - 大森俊之 / 歌 - 高橋洋子
チェンジ！シンカリオン
作詞・作曲・編曲 - 井上裕治 / 歌 - 山寺宏一
進化理論
作詞 - 藤林聖子 / 作曲 - Coffee Creamers / 編曲 - Soma Genda / 歌 - BOYS AND MEN
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
第2期のテレビアニメ『新幹線変形ロボ シンカリオンZ』（しんかんせんへんけいロボ シンカリオンゼット）は、テレビ東京系列で2021年4月9日から2022年3月18日まで放送された。タイトルの「Z」は新機軸の「ザイライナー（ZAILINER）」や「Z合体」の頭文字でもあり、子どもが好きな濁音でもあることから選ばれた。
2021年2月12日放送のテレビ東京系列『おはスタ』内で放送開始が発表。放送局は変更となったが、制作は引き続きOLM（TEAM ABE）が担当。監督は新たに山口健太郎が就き、第1期や劇場版で監督を務めた池添隆博は総監督となった。3月9日に主題歌を第1期・劇場版に引き続きBOYS AND MENの『ニューチャレンジャー』が使用されることが発表され、3月26日には第1話を先行上映するイベントが開催された。
本作では鉄道博物館のほか、碓氷峠鉄道文化むらが主要な舞台と1つとなっている。碓氷峠鉄道文化むらではアニメの放送開始後の2021年6月30日からシンカリオンZのパネルなどを設置していたが、新型コロナウイルス感染症のまん延防止などにより人々が来場できなかった可能性を踏まえ、放送終了後の2022年3月30日の設置終了予定を当面の間延長することを決定した。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
作品テーマは「友情」。また、物語のキーワードの1つとして「都市伝説」が挙げられ、第1話冒頭は主人公が都市伝説を追って横川駅を訪れるシーンから始まり、作中にも都市伝説に関するエピソードや都市伝説をモチーフとした敵も登場する。テレビ東京系列などで第16話が公開された直後の2021年8月6日には、それまでの総集編として関暁夫がシンカリオンZを『やりすぎ都市伝説』風に解説する動画『やりすぎ⁉シンカリオンZ 都市伝説ファイル』がYouTube上で公開された。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
本作でも第1期に引き続き『新世紀エヴァンゲリオン』とのコラボレーションが行われ、当時『新世紀エヴァンゲリオン』のイベントを開催していた東映太秦映画村も登場した。本作では碇シンジ、綾波レイ、惣流・アスカ・ラングレーに加えて碇ゲンドウが登場したが、鈴木寿広はゲンドウの演出について『意図的に視聴者に違和感を感じさせるように、シンジとはまったく性格の異なるシンに対してもシンジと同じ態度で接するようにした』と語っている。同話には初号機に似た敵が登場しており、復活・暴走後の姿は「初号機のビーストモード」をイメージしてデザインされた。なお、このコラボレーションでは都市伝説の「きさらぎ駅」から異世界に迷い込むという導入部となっており、きさらぎ駅のモチーフとして有力視されている遠州鉄道さぎの宮駅では2021年12月17日から構内の地下道で「シンカリオンパネル展」を開催した。
作中には『銀河鉄道999』とのコラボレーションとしてメーテルをモチーフにした「月野メーテル」が登場し、挿入歌として映画版『銀河鉄道999（The Galaxy Express 999）』の主題歌であるゴダイゴの「銀河鉄道999」が使用された。その他、第16話では『ハローキティ』とのコラボレーションが行われ、DXS版玩具の発売時に作成されたPVをベースにした物語が描かれた。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
また、第1期と同様に辻本達規（BOYS AND MEN）が本人役としてゲスト出演しており、同じく本人役のバカボン鬼塚とともにNACK5での公開生放送する様子が描かれた。
キトラルザスとの戦いから数年後が舞台。シンカリオンは謎の怪獣と戦ったと噂される新幹線型ロボット「テツドウダー」として都市伝説になっていた。
オカルト好きの小学生・新多シンは都市伝説を追って碓氷峠を姉とともに訪れたが空振りに終わり、その帰路で同世代の少年・碓氷アブトと出会う。シンはアブトと、アブトの持つ小型ロボット・スマットに興味を持ち、碓氷峠鉄道文化むらへと向かったアブト追うと特務機関『新幹線超進化研究所』の横川支部へとたどり着き、地下格納庫でシンカリオンZ E5はやぶさを発見し「テツドウダー」の正体だと確信する。アブトは巨大怪物体出現の報を受けて駆けつけたが自身では起動することができず、その様子に業を煮やしたシンがアブトに詰め寄ると、スマットの計測器はシンが運転士適合者であることを告げる。アブトからZギアを受け取ったシンはE5はやぶさへと乗り込む。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
シンは同じ運転士の大曲ハナビ・戸隠タイジュらとともに巨大怪物体と戦い撃破していくうちに、巨大怪物体を差し向けているのはテオティという種族であり、その目的が「クサビ石」と呼ばれる黒い結晶体であることが発覚する。今後に備えて横川支部のメンバーが大宮支部へ転属されるが、その直後にアブトは「生き別れの父親の手がかりを掴んだ」と言い残して姿を消す。アブトはテオティを探るうちに「ザガン」が父・トコナミだとに気づくものの、指導者・カンナギとアストレアによってトコナミを人質に取られ、ダークシンカリオンに搭乗することを強要される。この件でテオティに対して憎しみの感情を抱くアブトだったが、デアボルからテオティを護ったことでセツラたち民と交流するようになり、カンナギが民たちから慕われていることを知り力になりたいと考えるようになる。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
シンたちは調査によって判明したクサビ石所在地の調査を進める。ヴァルトムは手柄を求めて単独で調査の妨害を試みるが、作戦は失敗したうえ片腕を失ったために後方転属を命じられたことを不服として、王を殺害して「王家の力」を簒奪し目撃したセツラを人質に地球へと逃亡。アブトはセツラの身を案じてヴァルトムを追うものの落盤に巻き込まれ、セツラを救えなかった失意の中で気を失う。セツラは落盤直前にソウギョクによって救い出されておりシンたちの下に送り届けられるが、セツラの来訪を伝えたシンの写真付きメッセージを見たアブトは、トレランティアを暴発させダークシンカリオンの「デビルモード」を発動させる。大宮支部を急襲したダークシンカリオンを退けることができたものの、突如現れたアストレアによってアブトとセツラはテオティへと連れ戻される。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
テオティに戻ったセツラは、トコナミの使者として再度大宮支部へと送られる。セツラによって本拠地が超巨大宇宙船「ユゴスピア」であることを伝えられると、折しも漂着したヴァルドルを「超進化銀河鉄道」に改修して宇宙空間への移動手段とする作戦が採られる。シンたち運転士とE5はやぶさが宇宙へと運ばれ、トコナミらの支援を受けてアブトを呪縛から解放することに成功するが、カンナギは依然強硬な姿勢を見せたことから、トコナミは宮殿区画を切り離してカンナギともども宇宙を漂うことを選択する。指導者不在となったテオティでは民を中心として団結する一方で、ヴァルトムは自らが「王」となるべく暗躍を始める。
アブトは父を取り戻すために戦う過程で乗騎をダークシンカリオンアブソリュートへと変化させた。カンナギが屈辱から逆上して地球に戻り戦いの火蓋が切られると、この機に乗じたヴァルトムが全てのクサビ石を破壊してアラバキの復活を目論む。富士山地下のアラバキ本体がカンナギを取り込むとヴァルトムはカンナギに服従を要求するが、カンナギはヴァルトムの隙を突いて奪われていた「王家の力」を奪還する。トレランティアを暴発させたカンナギはアブトとの一騎討ちに敗れ、民の強い希望を受けて人類と共存する道を選ぶことを決意する。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
この間にアラバキの各部位が本体へと集結して復活し、ヴァルトムは勝利宣言するものの力を制御できておらず、アラバキはヴァルトムを飲み込んで富士山頂へと移動を始める。アブトはトコナミにアラバキ討伐の望みをかけて救出へと向かい、帰還したトコナミからは秘められた力・シンカリオンダブルZを活用した作戦が立案される。こうしてアラバキ討伐作戦が開始し、最後はユゴスピアによって宇宙空間へと引きずり出されてグランクロスを受けて爆散した。
新多 シン（あらた しん）
声 - 津田美波
主人公。シンカリオンZ E5はやぶさの運転士。東京都北区田端に住む小学校5年生。10月1日生まれの10歳 → 11歳。
都市伝説やUFO、UMA、妖怪などのオカルトに興味を持ち「世界の謎と不可能に挑戦する男」を自称する。夢は宇宙人と友だちになることで、「可能性はゼロじゃない」が口癖。姉・アユ、母・トキ、父・キボウの4人家族。
大曲 ハナビ（おおまがり はなび）
声 - 寺崎裕香
シンカリオンZ E6こまちの運転士。秋田県大曲市に住む小学校5年生。12月21日生まれの10歳 → 11歳。
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
実家は地元で有数の老舗花火師で、自らも花火師を目指している。父・タネビの花火に音楽との響きを感じてロック音楽に傾倒し、花火と音楽を融合させた究極の花火を打ち上げることが夢で「大曲の歴史にその名を刻む男」を自称する。タネビと母・トモシビの3人家族。
戸隠 タイジュ（とがくし たいじゅ）
声 - 鷄冠井美智子
シンカリオンZ E7かがやきの運転士。長野県木曽の山奥に住む小学校5年生。8月10日生まれの10歳 → 11歳。
誰に対しても丁寧語で話す優しい性格だが、学校で友達を助けようとして逆に怪我をさせてしまったことがトラウマになってしまう。そのため都会に住む父・キリカブ、母・コズエの下を離れて、林業を営む祖父・マサカリの元に移り住んだ。
中洲 ヤマカサ（なかす やまかさ）
声 - 島袋美由利
シンカリオンZ 800つばめの運転士。福岡県福岡市在住の小学校6年生。7月15日生まれの11歳 → 12歳。
成績優秀でスポーツ万能。アブトにも劣らない鉄道知識の持ち主で、初対面でアブトと火花を散らしたこともある。父・ドンタクと母・ホウジョウはおきゅうとを製造する会社を営んでおり、会社を継いで九州一にするために家業を手伝っている。鷹匠でもあり、相棒のオオタカの名前は「アルバート」。リアリストであり、シンの考え方やオカルト好きを「非科学的だ」と一蹴する。
安城 ナガラ（あんじょう ながら）
新幹線変形ロボ シンカリオン テレビアニメ第2期
声 - 東山奈央
シンカリオンZ N700Sのぞみの運転士。愛知県名古屋市在住の小学4年生。3月16日生まれの9歳。
臨時指導員代理となった清洲リュウジに後継者として見出された安城兄弟の弟で、物怖じしない積極的な性格だが、熱くなると目の前の事象にとらわれてしまうことが欠点。リュウジと同じ空手道場に通っているが、兄を超えたいという思いからフルコンタクト空手を習っている。父・シナノは海上輸送の船長をしている。
安城 シマカゼ（あんじょう しまかぜ）
声 - 内田雄馬
シンカリオンZ N700Sのぞみのサブ運転士、後にドクターイエローの運転士。愛知県名古屋市在住の小学6年生。3月21日生まれの11歳。
ナガラの兄で、ナガラとは対照的に状況を冷静に判断できる性格の持ち主。シマカゼ自身は伝統的な空手を貫いており、ナガラとは「目指すものが違う」として手合わせを避けていた。れには幼い頃に父・シナノから「兄としてナガラの前を新幹線のように真っ直ぐ走れ」と言われたことに起因し、異なる流派を志した弟の成長を願ってのことであった。ナガラとともに訓練を受けるが適合率の高いナガラに運転士を譲り、ナガラの成長を見守る。
嵐山 ギンガ（あらしやま ぎんが）
声 - 蒼井翔太
シンカリオンZ 500こだまの運転士。京都府京都市在住の小学5年生。9月11日生まれの10歳 → 11歳。