京阪5000系電車

京阪5000系電車は、1970年12月26日に登場した京阪電気鉄道の通勤形電車。日本で初めて登場した片側面に5扉を備える多扉車であり、同時に日本で最後まで残存していた多扉車でもあった。

1970年から1980年にかけて、7両編成7本と事故廃車の代替新造分1両の計50両が製造された。

1. 開発経緯
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本系列設計当時の京阪は、大阪・京都両市内における路面電車との平面交差の関係上、京阪線の架線電圧が開業以来の600Vのままとされていた。このため、変電所数やき電線の電流量上限などの制約もあって、電圧降下、漏洩電流増大、それに事故電流識別などの観点から1列車の編成両数が最大7両に抑えられており、8両編成化は不可能な状況にあった。

また、当時の京阪線の複々線区間は天満橋 - 守口市間のみで、守口市以北の宅地化が急速に進行し沿線人口が急増していたにもかかわらず混雑解消のための施設改良は遅々として進んでいなかったために、京阪線の混雑率は最大190%にも達しており、守口市以北の複線区間では、特に最混雑時間帯における各駅での乗降時間増大により、後続の優等列車に遅延が波及する状況が常態化していた。これに対処すべく、1969年より製造が開始された2400系では扉付近の立席スペースが2200系よりも拡大されていたが、これは乗降の円滑化には多少なりとも寄与するものの問題の解決には程遠く、抜本的な解決策が必要とされた。

こうした状況下で、将来的な京阪線の架線電圧の1500Vへの昇圧方針が1969年4月に決定され、高架複々線区間の寝屋川信号場までの延伸工事も1971年11月28日に着工されるなど、京阪線の施設改良が本格化した。しかし、前者は8両編成化を可能とし車両出力のアップによる速度向上を期待できたものの、その反面在籍全車の昇圧改造ないしは1500V対応の新造車による代替、それに変電施設などの改修を要し、巨額の費用と10年以上の準備期間が必要であった。また、後者についても沿線の宅地化進展で工事用地の確保・買収が困難化しており、こちらも工事完了までに少なくとも7年を要し、むしろ工事に伴う諸作業が営業運転に及ぼす影響が問題となるような状況にあった。つまり、いずれの対策も効果を発揮するようになるまでには10年前後の時間的な猶予を必要としたが、それゆえ当時京阪が直面していた危機的状況の即効薬には成り得ない状況にあった。

かくして、後続列車に遅延が波及しやすい区間急行・普通列車の乗降時間を短縮し、かつ最大7両編成という制約の中でさらなる輸送力の確保を可能とすべく、全車が5扉を備える本系列が開発・新造された。

ただし本系列は昇降式座席をはじめ各部に特殊構造を採用し、またそれらによる重量増を相殺する必要があって当時は高価だったアルミニウム合金製車体としたため、2400系などの既存鋼製一般車と比して製造コストが大きかった。それゆえ製造両数は最小限とすることが求められ、当時建設中の複々線区間完成までの対応策として、最混雑時間帯に運行される遅延の多い普通列車の混雑緩和・乗降時間短縮による定時性確保を主目的とした7編成49両が新造されるに留まった。

2. 車体
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本系列は、日本の鉄道車両で初めてとなる片側面に両開5扉を備える多扉通勤車であり、日本で唯一座席昇降機構を備え、2扉を閉鎖して3扉車としても使用できる構造となっている。座席はロングシートを採用した。

構体には、機構の複雑化や乗車定員の増大に伴う自重過大を抑止すべく、京阪の車両としては初となるアルミ合金が採用された。当時、アルミ合金製軽量車体は国鉄301系電車などごく限られた車両に採用され始めたばかりで、イニシャルコストが非常に大きかったとされる。しかし、その採用による自重軽減の効果は絶大であり、5扉特殊構造車体でありながら、在来車と比較して1両あたり約3 - 4t程度の軽量化を実現している。なお、京阪では6000系以降、京阪線向けに投入される全車両にアルミ合金を採用している。

車体断面形状は、2000系以降の2000番台通勤車群が普通鋼を用いて軽量化を実現するために準張殻構造を採用し、卵形に近い断面としていたのに対し、アルミ押し出し型材を組み合わせて断面を構成する本系列では極力単純な形状とすることが求められた。このため、絞りのない側板に切妻に近い前面を組み合わせた比較的角張った印象の外観となっている。

窓配置は、運転台付きの車両が▲○窓●窓○窓●窓○、中間車が窓○窓●窓○窓●窓○となっている。客用扉はいずれも在来車より100mm狭い1,200mm幅の両開扉で、戸袋窓は省略されており、側窓は2段上昇式である。なお、中間車は前後で非対称の側窓配置であるが、全車とも客用窓が端に設けられた側が京都寄りとなるように連結されている。

内装の無塗装化が進められたが、車体外部については従来どおり緑の濃淡で上下に塗り分けた一般車塗装が踏襲されている。

前面は、当初の2編成分が4両編成と3両編成を組み合わせていたこともあって、中央に貫通扉を備えるシンプルな3枚窓構成とされ、アクセントを付けるために屋根板の一部を前面に突き出してひさし状の造形としている。また、前照灯は2400系で初めて採用された小型のシールドビームが左右の窓上に各1灯ずつ取り付けられている。

この5000系には、東日本旅客鉄道が投入したサハ204形、サハ208形、サハE230形、東京地下鉄03系、東武20050系、東急5000系といった他の多扉車にない大きな特徴がある。それは、「編成すべての車両が多扉車」であることに加えて、平日朝ラッシュ時以外は着席定員確保のために側面2・4枚目の扉を締切扱いとし、扉上部に収納している座席を出して他の車両と同等以上の着席サービスを確保する機能が備わっている点である。扉の締切扱いは後に登場した多扉車でも採用例があるが、座席昇降機構を搭載し、閑散時間帯の着席機会増大を図ったのは日本ではこの京阪5000系のみである。このため、本系列の側面2・4枚目の客用扉には「ラッシュ用ドア」の表示があり、1・3・5枚目の扉では淡いグリーンに塗装されている部分が2・4枚目扉では識別のために素材である金属むき出しで塗装されておらず、一目で判別可能となっている。

この座席昇降機構については京阪とメーカーの川崎重工業の両社が特許権を取得したが、収納状態で営業運転中に座席が降下すると大変な事故となる恐れがあったため、その動作は停車中、しかも側扉が閉鎖され、かつ両端の運転台から同時に昇降指令を行って初めて機能するよう設計されており、さらにその動作中には警告用ブザーが鳴動する。この装置は前代未聞の機構であったため、本系列の製造開始前に川崎重工業で実物大の試作モデルを製造、約3か月にわたって1万回にも及ぶ厳しい耐久試験を実施し、安全性を確認した上で採用に踏み切っている。なお、この座席の昇降は原則出庫前に車庫内や折返線で行われていたが、ラッシュ前後に終着駅で折り返しを行う運用では、車内をいったん締切扱いとしておこなっていた。

乗降扉上部のつり革は、常用する扉付近を短いタイプ、ラッシュ用ドア部分をはね上げ機構のついたタイプとしている。

本系列は、その使用目的やそもそも開閉可能な側窓が少ないという構造上の制約もあって、新造当初より冷房装置を搭載している。その構成は冷凍能力8,000kcal/hの分散式ユニットクーラー5基を屋根上に搭載し、ラインデリアにより冷風を客室に送ることを基本としている。さらに冷房効率を高めるため、独自開発の回転グリルを扉付近の天井に設置している。この構成は冷房改造車や新造車にも踏襲され、1970年代から1980年代前半にかけての京阪通勤車の標準仕様となった。

3. 主要機器
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当初より昇圧を前提として設計され、また京阪としては初採用となる全電気指令式ブレーキを採用されるなど、重要な技術革新が盛り込まれている。このため、本系列は1983年の京阪線架線電圧昇圧時にはほとんど改造なしに昇圧が実施されている。また、旧700系の車体を再利用して代替新造された1000系においても本系列と同系の主要機器が採用されている。

3.1. 制御器
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1基の制御器で1両分4基の主電動機を制御する1C4M構成の電動カム軸式抵抗制御器である、東洋電機製造ACDF-H4155-585A・Bを各電動車に搭載する。制御器の型番が2種に分かれるのは昇圧対策のためであり、600V時にはこれらは同じ動作を行うが、1500V時には高圧車と低圧車の2両でペアを組み、直列接続を行って各制御器を同期させる親子方式として動作する。制御段数は直並列各17段、弱め界磁9段、発電制動34段である。

3.2. 主電動機
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昇圧を前提として、端子電圧375V時定格出力155kWの直流直巻整流子電動機である東洋電機製造TDK-8120A・A1が新規に設計された。これは新開発の高分子耐熱材料を採用することで端子電圧375V対応となり、また2400系以前のTDK-817系と比較して1基あたり約85kgの軽量化が図られている。基本特性は端子電圧375V、定格電流465A、出力155kW、定格回転数1730rpmである。

駆動装置は中空軸平行カルダン駆動で、歯数比は第1次車は84:15  であったが、以後は高速性能の改善を図って84:16  に変更された。

3.3. 集電装置
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冷房装置を搭載し、屋根上スペースが充分でなく、また各電動車が1C4M制御方式であるため、2400系第2次車と同様各電動車に1基ずつばね上昇空気圧下降方式の下枠交差式パンタグラフである東洋電機製造PT-4805Aを搭載する。

3.4. 台車
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2400系に準じ、第1 - 3次車は制御電動車・電動車は1自由度系軸箱梁式空気ばね台車である汽車製造・川崎重工業KS-76Aを、制御車と付随車は側梁緩衝ゴム式空気ばね台車である住友金属工業FS-337Eをそれぞれ装着した。これに対し、第4次車の第6・7編成は電動車に乾式円筒案内式空気ばね台車である川崎重工業KW-31へ変更し、制御車と付随車についてもFS-337系の改良型である住友金属工業FS-399Aをそれぞれ装着するように変更されている。

3.5. ブレーキ
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京阪では初採用となる全電気指令式電磁直通ブレーキの日本エヤーブレーキHRD-1が空制系として搭載された。

この新しいブレーキシステムには、従来のHSC系電磁直通ブレーキと比較して空気配管が各車へ空気圧を供給する元空気溜管  のみで済むという保守上重要なメリットが存在する。このため、以後在来車と混用される2600系以外の各系列に採用されている。導入当初、空気圧縮機はすべての電動車に搭載されていた。

4. グループ分類
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竣工当初は、製造年次の違いによって各編成で差異があった。



4.1. 1次車
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3両編成と4両編成に分割して運転可能な構成となっている。上述のようにラッシュ時対策として設計されたにもかかわらず、客室面積が減少する運転台をあえて編成中間に設置し編成分割可能とされた背景には、全電気指令式電磁直通ブレーキ  を京阪の車両で初めて採用するにあたって、編成中間の運転台を故障時の予備として確保する意味合いがあったとされる。当時車両部長だった宮下稔は鉄道雑誌に寄稿した文章で「運用率を高めるため」に2ユニットに分割可能な編成としたと記している。

このため、編成連結順序が入れ替わる可能性もあったことから各運転台付き車両の前面には、成田式リコ型貫通幌が装着されている。同年に製造された2400系第2次車と同じシールドビーム形前照灯・尾灯・標識灯、集電装置・台車を採用している。

2次車以降とは前面のひさしの形状及び後述の尾灯、標識灯が異なっている。

4.2. 2次車
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尾灯と標識灯を3000系と同じデザインに変更、台車は1次車と同じである。高速性能を向上するために主電動機の歯数比が変更された 。編成は第2編成のみ第1編成と同じく分割可能な3両編成+4両編成とされ、以降は7両固定編成に変更された。このため、第3編成以降は深草車庫への入・出庫が不可能となり、同車庫の淀車庫への移転までは守口・寝屋川両車庫入・出庫の列車に限定運用された。また、地上駅時代の三条駅においては2番線ホーム停車時に構内踏切と一部の客用扉が干渉したことから停車位置を他と変えることが求められるなど、特殊な扉配置故に特別な取り扱いを要した。なお、7両固定編成については前面の貫通幌が当初より省略されている。

4.3. 3次車
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前面貫通扉に京阪の車両で初の前面種別・行先表示器が装備されたほか、側面にも行先表示器が設置された。なお、側面の種別表示器は第1編成から採用している。客用扉をアルミハニカムからステンレス製に変更し、窓の形状が若干変わる。また、単独扉の再開閉装置を設置した。

4.4. 4次車
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台車は制御車と付随車を住友金属工業FS-399A、電動車を川崎重工業KW-31に変更。RPU-2206Hによるヒートポンプ暖房を半導体ヒーターとする。第7編成のみ試験的にマイコンによる冷暖房制御を導入した。このほか車内の荷物棚の網が繊維製から金属製に変更された。

4.5. 事故廃車の代替新造
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5554サムネイル|248x248ピクセル|5557F 京橋にて1980年2月20日に枚方市 - 御殿山間にて発生した京阪電気鉄道置石脱線事故で、第4編成の5554号車が大破し廃車されたことに伴う代替車両である。空調など当時最新の4次車に準じた仕様とされたが、連結編成の仕様に合わせ、前面の方向幕・種別表示幕は設置されなかった。

事故当時、同年3月の寝屋川信号場までの複々線化完成を控えて車両運用に余裕がない中、ラッシュ時の切り札である本系列1編成が使用不能となってしまった。当時の本系列は7編成中6編成が朝ラッシュ時の最混雑列車を中心に運用され、残る1編成は検査予備となっており、この事故後は検査時に一般3扉車による代走が必要となったが、その影響を最小限に抑えるため、ドア付近のスペースが広い2400系が充当された。

また、事故後も使用可能であった5854-5104-5204-5604の4両を有効活用すべく第2編成を分割し、5002-5202-5602+5854-5104-5204-5604の7両編成を組成、残る5552-5152-5252-5652は本線普通や宇治線で運用された。脱線の被害が京都寄りの3両に留まり、歯数比が第4編成と同じで混用可能な第2編成が3両+4両に編成分割可能であったことは不幸中の幸いであった。

なお、のちに平日朝ラッシュ時には全7編成が運用されるようになった。検査時の3扉車代走には2400系のほか、均等なドア配置が乗降円滑化に寄与する1000系や、性能の高さから遅延回復が容易な7000系が充当された。

5. 改造工事等
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5.1. 種別・行先表示器の設置改造
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前面の種別・行先表示器は、竣工時未設置の第1 - 4編成にも1989年に追加設置されている。第1・2編成の中間に組み込まれた5551・5552・5601・5602の4両については営業運転で編成分割が行われる機会が皆無となっていたことから、前面の種別・行先表示器の設置は実施されなかったが、後述の更新工事の際に、先頭であった5001・5002・5651・5652が中間車化されて従来中間に組み込まれていた5551・5552・5601・5602が先頭車両となったときに、他の車両より遅れて取り付けられた。

5.2. 更新工事の施工
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1998年3月26日に最初の更新車である第3編成が竣工し、これ以降、2001年にかけて全編成を対象に更新工事が実施された。

制御装置は2両の電動車を高圧車と低圧車とし、それぞれに搭載された制御装置を直列につないで同期動作させる親子方式の抵抗制御を改め、5100形に集約搭載されたACRF-H8155-790D界磁添加励磁制御器で2両分8基の主電動機を一括制御する方式に変更され、これにより電力回生ブレーキの使用が可能となった。

空気ブレーキについても、発電ブレーキ併用電気指令式電磁直通ブレーキ  から回生ブレーキ優先電気指令式電磁直通ブレーキ  へと改修され、遅れ込め制御により空制系の使用率を引き下げている。

3両+4両の組成であった第1・2編成は、運転台の撤去を伴う編成の組み替えが実施された。制御電動車の5000形5001・5002は中間電動車に改造されて、5101・5102に改番のうえ5100形に編入された。制御車であった5600形5651・5652は中間付随車に改造された。また、7両固定編成の中間付随車の5800形5853 - 5857は、更新工事の際に5650形5653 - 5657に改番された。こうして全編成が5500形5550番台 - 5100形5150番台 - 5200形5250番台 - 5650形 + 5100形 - 5200形 - 5600形に統一の上で7両固定編成化された。これにより5000形が形式消滅した。 電動発電機は編成両端の5500形5550番台と5600形