軌間可変電車

日本における軌間可変電車とは、電車軌間を線路軌間に変動可能な試験電車。フリーゲージトレイン ともいうが、これは和製英語であり、直訳すると「軌間が定まらない列車」となる。英語では Gauge Changeable Train または Gauge Convertible Train と呼称される。日本では、主に標準軌と狭軌の両方の線路上を走行可能な車両を開発すべく、国土交通省の施策で日本鉄道建設公団の委託によりフリーゲージトレイン技術研究組合が開発を進めていた。

1. 概要
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軌間可変は鉄道車両が異なる軌間の線路へ直通できる機構である。車輪を車軸方向にスライドさせる台車を搭載した車両を、軌間の異なる線路を接続するように設置された軌間変換装置を通過することで軌間を変更できる。この技術を用いれば、標準軌の新幹線と狭軌のままの在来線を直通運転する列車を運行できる。また、乗換えが不要となり、利用者の負担軽減を図れる。

全線フル規格新幹線に対しては所要時間の面で格段に劣るが、新規路線の建設用地確保が不要であるため建設コストや建設期間を大幅に抑えられる。また、ミニ新幹線のように改軌による在来線のネットワークの寸断も生じない。このため、実用化に至れば、新在直通乗り入れという同じ効用を得るためのコストとしては、軌間可変電車のほうが格段に低くなる。そのため新規のミニ新幹線が建設される可能性は低くなる。

しかし、1990年代の研究開始以来なお実用化のめどは立っておらず、開発費が嵩んでいる。これまでの試験車両の試験結果では、新幹線区間では目標を達成しているものの、在来線の曲線区間においては、既存の特急列車に比べて速度が最大で40 km/hも低い状態であった。その後新たに開発された新形台車も振動や速度に問題があり、台車の改良は断念された。国土交通省は、この問題の解決のために継ぎ目の少ないレールを導入するとしている。ただ、これはあくまでもレールの継ぎ目を溶接してロングレール化することである。

西九州新幹線は、軌間可変電車の実用化を前提として工事が進められていたが、開業予定の2022年度までに実用化できる目処が立たず、九州旅客鉄道は導入を断念した。全面開業のためには、根本的な計画見直しをする必要がある。

2. 開発過程
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2.1. 要素技術開発
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1993年3月、タルゴ社が、日本で台車をつくることについて住友金属工業に軌間可変車軸のライセンスを与えた。
1994年より鉄道総合技術研究所が台車や軌間変換の基礎技術開発を進めた。

2.2. 第一次試験車両
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1998年
10月、第一次試験車両が製造された。所有は鉄道総合技術研究所
11月2日、鉄道総研へ搬入され12月まで構内で試験走行
1999年
1月22日 - 1月31日、山陰本線で走行試験
4月 - 2001年1月、アメリカ合衆国コロラド州にある運輸技術センタープエブロ実験線で、標準軌での高速耐久試験を実施。最高速度246 km/h、累積走行距離600,000   km、軌間変換回数2000回を達成
2001年
11月、日豊本線で基本走行試験
12月 - 2002年1月、新下関保守基地で軌間変換試験
2002年
2月、日豊本線で基本走行試験
7月 - 9月、新下関保守基地で軌間変換試験
10月 - 11月、日豊本線で在来線の速度向上試験
2003年5月 - 6月、予讃線で走行試験
2004年8月23日 - 10月28日、山陽新幹線で新幹線での走行試験、新山口 - 新下関間を15回に渡って走行
2006年までに試験が終了し、JR九州小倉工場内に留置されていたが、2007年4月以降はJR四国多度津工場内に移動。その後も留置されていたが、2013年7月23日から解体が始まった。第一次試験車両はGCT01-1、GCT01-2、GCT01-3の3両編成。走行試験では新幹線区間でも200 km/hまでしか出せず、車輪が揺れる問題もあった。

この車両の試験にともない、新下関駅構内に直流1,500 V - 交流25 kVのデッドセクションと軌間可変装置が設置された。また、GCT01は車籍を持っておらず、保守用のモーターカーと同じ扱いとなるため、試験時には線路閉鎖の必要があった。

2.3. 第二次試験車両
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2002年8月、フリーゲージトレイン技術研究組合発足
2003年、二次車両開発着手
2006年10月、JR四国多度津工場にて二次車両の台車走行試験
2007年
3月5日 - 7日深夜、東京都国分寺市の鉄道総研から小倉工場へ輸送
12月9日 小倉工場 - 西小倉駅間で在来線の走行試験を開始
2009年
5月18日 - 19日深夜、小倉工場から熊本操車場に回送
6月、不定期で新八代駅構内の軌間変換試験
6月22日 - 23日深夜、熊本操車場から小倉工場に向けて回送
7月、九州新幹線内で実験
2010年9月、軌間可変技術評価委員会で軌間可変機構などの技術確立をしたと評価
2011年
3月、JR四国多度津工場に回送・改良台車完成
6月、予讃線での試験走行を開始
10月、軌間可変技術評価委員会で急曲線目標達成確認・軌間可変電車の基本技術を確立したと評価
12月、予讃線で在来線耐久試験を開始
2013年
2月、予讃線多度津 - 伊予三島間で実施されていた走行実験の区間が2月12日から多度津-松山間に延長された。2007年5月27日、鉄道建設・運輸施設整備支援機構により、JR九州小倉工場で、試験車両が報道公開された。GCT01-201、GCT01-202、GCT01-203の3両編成で、オール電動車。車体はアルミニウム合金製。営業運転を意識し、中間車に座席が設けられた。駆動装置は、1次車で直接駆動方式とカルダン駆動方式と2種類設けられたものが、カルダン駆動方式に統一された。一方で、ブレーキシステムはディスクブレーキと、原動機内にブレーキを持つばね間ブレーキの2種類が設けられ、双方の有用性をはかる。高速性能を高めるために先頭形状をより抵抗の少ない流線型にし、各種機器の簡素化を図って車体が軽量化された。1、2号車に新在兼用の低騒音集電装置が搭載された。空気ばねが利用された電子制御の車体傾斜装置が備えられた。新車両の開発費は1編成約30億円。

一次車両より軽量化された台車となり、振動、揺れが軽減され、乗り心地の改善が図られている。新幹線区間での最高速度は275km/h、在来線区間で130km/hが目標とされ、前者は270km/h運転を実現した が、在来線のカーブ区間では線路への高負荷のため80km/h程度と目標に及ばなかった。

新八代駅構内に新在直通試験線と交流25kV - 20kVのデッドセクション、軌間可変装置が設置された。

小倉工場で基本的な安全性を確認したのち、8月までに日豊本線で走行試験が開始される予定であったが、機器類の調整で12月まで延期された。2009年6月に新八代駅構内の新在直通試験線での新在直通試験実施。2009年7月下旬からは九州新幹線鹿児島ルートの新水俣 - 川内間において新幹線区間の走行試験が実施され、最高速度は270km/hだった。しかし、台車に問題が多く、この台車での実用化は断念された。走行試験は2009年末で中断され、2010年現在新たな台車の開発に移行したものの、その「3代目」の台車でも車輪のぶれが発生し、改良が難航していた。9月7日に開かれた国の軌間可変技術評価委員会ではカーブでの走行試験結果について「台車の改良だけでは目標達成は難しい」とし、今後は台車の小型・軽量化と併せ、レールの継ぎ目を少なくする「ロングレール化」やレールの幅など誤差の管理を厳しくする「軌道整正」などの改良を検討し、目標達成を目指す考えを示した。一方、車輪の幅を変える軌間可変機構などの技術は一定の耐久性を確認し「確立のめどが立った」としている。

2011年3月に改良台車が完成し、四国へ送られる。当初は4月から試験走行を開始すると報じられたが、予定より遅れて6月28日に予讃線 多度津 - 坂出間で新しい台車を装着した試験走行がスタートした。8月22日からは多度津 - 多喜浜間でカーブ区間の走行試験を実施。これらの結果などが10月27日の軌間可変技術評価委員会で審議され、急カーブの走行試験は台車の軽量化、ロングレール化などで在来線カーブの目標速度である85 - 130   km/hを達成したことを確認。これにより、課題とされた在来線カーブでの走行試験で目標を達成し「実用化に向けた基本的な走行性能に関する技術は確立している」との評価をまとめた。

12月15日からは予讃線で在来線耐久試験が開始され、2013年9月21日に走行試験終了。それまで計10万kmを走行する。その他、新幹線高速走行試験なども行い、それらの結果を確認し実用化の最終判断を国が2013年度中に行う見通しとされた。

2014年
2月26日 - 国交省の技術評価委員会は、約7万キロの耐久走行試験などの結果を踏まえ、「基本的な耐久性能の確保にめどがついた」と判断した。今後は新幹線軌道と在来線軌道を繰り返し走行する「3モード耐久走行試験」へと移り、実用化に向けた最終段階に入る。新たな試験用には第三次試験車両が新造されることになり、第二次試験車両は実験を終了した。先頭車の1両は2014年7月20日より、愛媛県西条市の四国鉄道文化館南館で保存展示されている。

2.4. 第三次試験車両
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営業車両となる三次車両による実用化は当初、2010年とされており遅れていたが、二次車両での結果をふまえ政府は、2012年度予算案に過去最多の61億8700万円を計上し、実用化に向けて二次車両より軽量化・長編成化した三次車両の設計製作に着手した。

2014年2月21日、中間車1両が日立製作所笠戸事業所より川崎重工兵庫工場へ航送された。
2014年4月19日、JR九州熊本総合車両所にて三次車両が報道陣に公開された。「FGT-9001」・「FGT-9002」・「FGT-9003」・「FGT-9004」の4両編成で全電動車。製造メーカーは1・3・4号車が川崎重工業、2号車が日立製作所。外観は、「ディープレッド」と「シャンパンゴールド」の2色でまとめられている。先頭車はなめらかな流線形で、側面に「FGT」のロゴが入る。車内も赤を基調とした内装になった。なお、座席は300系からの廃車発生品の流用である。炭素繊維強化プラスチックを使うなどして、これまでの車両より1両当たり約2トン軽くなり、通常の新幹線並みの43トンを実現、FGT最大の弱点といわれた重量問題を克服している。電機品は東芝が担当した。
2014年4月20日、熊本県内で走行試験を開始した。最高速度は新幹線区間が270km/h、在来線区間が130km/h、新幹線・在来線を結ぶ接続線では50km/h、軌間変換装置の通過時は10km/hで走行する。3年間で新幹線 - 軌間変換 - 在来線を繰り返し走行する「3モード耐久走行試験」を通常の新幹線の検査周期と同じ60万km分行う予定。
2014年8月29日、国土交通省はフリーゲージトレインの開発費に2015年度予算の概算要求で前年度比35％増の28億9700万円を計上し、新たに耐雪・耐寒化の雪対策を施した寒冷地仕様車の開発も始めると発表。
2014年10月19日、4月から導入した試験車両が設計通りの性能を持つか確認していたが、結果が良好だったため、より営業運転に近い形での新幹線、軌間変換、在来線を繰り返す「3モード耐久走行試験」へ移行