ミニ新幹線

ミニ新幹線は、新幹線規格の線路を新規に建設することなく、既存の在来線を改軌した上で新幹線路線と直通運転できるようにした方式で、鉄道高速化の一手段である。

1. 概要
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新幹線と在来線の一体的なネットワークを形成することによって、高速サービスを全国新幹線鉄道整備法の枠外にある地方都市にも拡大しようとする手法の一つである。1983年10月10日に日本国有鉄道内で、続いて1986年には運輸省でも「新幹線と在来線との直通運転構想検討会」が設置され、検討が始まった。このような考えによる高速列車ネットワークの構築は1981年にフランスが実現した。1987年に奥羽本線の福島 - 山形間がモデル線区に選定された。

この方式を採用した鉄道路線は、旅客案内上「新幹線」と称しているが、全国新幹線鉄道整備法の定義では在来線であって、新幹線ではない。また、当然整備新幹線にも含まれない。あくまで在来線の改軌ならびに高速化改良である。

フル規格による新幹線の運行時間帯は、始発が午前6時以降、終着が午前0時以前となっているが、在来線であるミニ新幹線には山形新幹線つばさ122号のように午前6時よりも前に始発駅を発車する列車もある。

なお、ミニ新幹線に直通する車両をミニ新幹線車両としている。ミニ新幹線は在来線を改軌した区間を指すことが多いが、ミニ新幹線車両はフル規格区間まで乗り入れる車両と位置付けられている。

1.1. 年表
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1981年9月27日 - フランス国鉄SNCFが新在直通高速鉄道TGVを開業させる
1983年10月10日 - 日本国有鉄道内で検討を開始
1986年 - 運輸省が検討を開始
1987年
4月1日 - 国鉄分割民営化
月日不明 - 山形新幹線がモデル線区に選定
1988年
4月 - 4月山形県とJR東日本等が山形新幹線向けリース会社山形ジェイアール直行特急保有株式会社を設立
8月 - 大蔵省主計官の整備新幹線建設非難を発端とする膠着状態に対し、運輸省がフル規格新幹線、ミニ新幹線、スーパー特急の組み合わせで打開
1990年- 山形新幹線向け車両400系試作車落成
1991年9月29日 - 400系、上越新幹線内にて高速度試験を実施。345km/hを記録
1992年- 400系量産車落成
1992年7月1日 - 山形新幹線開業
1995年
月日不明 - 400系、6両編成から1両増結し7両編成化
5月16日 - 秋田県とJR東日本が秋田新幹線向けリース会社秋田新幹線車両保有株式会社を設立
1995年- E3系量産先行車落成
1996年- E3系量産車が落成
1997年3月22日 - 秋田新幹線開業
1999年12月4日 - 山形新幹線新庄延伸開業
2001年 - E3系ベースに設計された電気・軌道総合検測車E926形製造
2006年3月 - 新幹線直行特急用高速試験電車E955形落成
2013年3月16日 - E6系営業運転開始

2. 特徴
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新在直通運転には車両側で対応する方法と軌道側で対応する方法、それらを組み合わせる方法がある。

車両側で対応する方法「異ゲージ直通運転方式」
軌間可変方式 - 車両の構造が複雑になる欠点がある。軌間可変電車。
台車交換方式 - 時間がかかりすぎる欠点があるが、列車本数が少なく長距離運転を行う場合に有利である。 軌道側で対応する方法「改軌方式」
標準軌方式 - 速度向上が見込め、狭軌との軌道中心線が一致するので在来の地上施設を有効に活用できる一方、狭軌車両が走行できない。
三線軌方式 - 狭軌、標準軌双方の車両が走行できるが、軌道中心線がずれるので、ホームやトンネル、橋梁といった構造物の改良が必要。複雑な三線軌分岐器が必要となる。
四線軌方式 - 狭軌、標準軌双方の車両が走行できるが、軌道の中心線が一致するので在来の地上施設を有効に活用できる一方、かなり複雑な四線軌分岐器が必要。
標準軌・狭軌単線並列方式 - 工事費が廉価で複線区間のみ適用する。輸送量の多い線区では適用できない。これらのうち、1983年、国鉄は軌道側で対応することにした。山形新幹線とその新庄延伸・秋田新幹線では標準軌方式を基本としつつ、各線の状況をや輸送を考えて三線軌方式、標準軌・狭軌単線並列方式を一部に取り入れた。利点および欠点は下記のとおりである。

2.1. 利点
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企画の優位性
フル規格新幹線の建設では、基本計画、整備計画、工事実施計画ときちんと手順を踏んでいくことになり、すでに決められた他の区間を出し抜いて先に建設することができないがそれが可能である。
建設費用が安い。
並行在来線の経営分離問題が生じない。
東京駅での終着駅名が案内されるので終着駅の知名度向上効果が大きい。
標準軌の同じ線路を普通列車と新幹線直通列車が共有できるので線路の維持費や保線コストが軽くなる。利便性向上
接続駅での乗り換えが不要となる。つまり、直通運転の実施が可能となることで所要時間短縮や利用者の負担軽減を図れる。「新幹線直通運転化事業調査報告書」によると、「通常の乗り換え1回の解消は、乗車時間が30分程度短縮される効果と同等の価値を有する」と示されている。
フル規格新幹線線路上では保線および騒音との兼ね合いから深夜帯の運行が自粛されているが、ミニ新幹線は軌間が異なるのみの在来線であるため、在来線区間では午前0時から午前6時の時間帯にも運行可能である。

2.2. 欠点
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車両に搭載する機材は、フル規格区間とミニ新幹線区間の両方に対応する必要があり、車両コストが増加する。1988年現在でミニ新幹線車両の定員1人当たりの車両費は、フル規格新幹線車両の約1.6倍、在来線車両の約3倍と想定されていた。
建設費用対効果が低い傾向にある。
"高規格専用線を改めて建設すること"に比べれば安価である一方で、標準軌化は全く高速化に寄与しないコストである。また、全線を一度に工事しなくてはならないため一度の投資額が大きく金利コストがかさむ。これに対し狭軌のままで同様の線形改良や軌道強化を行えば、さらに安価かつ交通の分断を伴わず高速化を実施できる。また、交通を分断しないため「少しずつ」改良することも可能であり、一度に大きな資金を用意する必要もない。
ミニ新幹線区間での速度向上効果は限定的。
最高速度・曲線通過速度ともに当該線区の在来線としての規格に制限されるため、ミニ新幹線区間における時間短縮は改軌に付随して行われる線形改良や軌道強化の度合いに依存する。
改軌後も踏切を残置する場合には、これもまた最高速度を制限する要因となる。
フル規格と比較して全長・全幅とも狭小である在来線規格の車両限界を採用しなければならないため、フル規格新幹線に比べて輸送力は低い。
フル規格区間ではホームと車両の間に隙間が空いてしまうため、停車時に張り出すステップを車両側に設置するなどの対策が必要となる。
ミニ新幹線への工事期間中は、輸送力の減少が発生する。特に単線区間を改軌する場合は、列車の長期運休が避けられず、代替交通の確保が問題となる。三線軌条化しない場合、以下の点も欠点となり得る。

狭軌在来線のネットワークを寸断するため、改軌区間と非改軌区間で直通列車の運行が不可能となる。
当該区間と隣接する在来線においては、逆に乗り換えが必要となる利用者が発生する恐れがあり、サービスダウンとなる。
災害等が発生した際に、貨物列車などの長距離列車の迂回路として利用できない。
新幹線車両に加えて、改軌区間用の在来線車両を用意する必要が生じる。

2.3. 法令
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全国新幹線鉄道整備法には暫定整備として下記のように定義している。

3. 課題とその解決
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まず踏切事故の問題がある。在来線区間では改良により速度が引き上げられた影響でトラックが今まで通りのタイミング感覚で横断してミニ新幹線車両が急停車することが起きた。特に豪雪地帯の在来線では雪により線路を道路と誤認し鉄道車両に衝突する事故も起きやすく、実際にミニ新幹線車両と衝突事故が起きた。同様の理由で勝手踏切を渡る人や動物をはねる問題が起きた。さらに在来線が雪が降る地域だと、在来線を走行中に車両に付着した雪が、新幹線区間の高速走行中に落下、バラストを巻き上げ、一番外側の窓ガラスに衝突しひびが入った。踏切事故対策として踏切を統廃合して少なくする、警報機、遮断機、非常ボタンを整備、自動車運転手への踏切視認性の向上、落下雪対策は雪落とし作業の追加とバラスト飛散防止スクリーンを設置した。

ミニ新幹線車両は高速化により従来車より出力が1.5から2倍ほど高く、変電所の変圧器の容量が不足したので強化を行った。

主な運転保安規則の問題も起きた。新幹線と在来線とは全くと言っていいほど規制が違っていたためミニ新幹線に代表される新在直通は厄介であったが、2001年12月25日に「鉄道に関する技術上の基準を定める省令」として統合され、新在直通がしやすくなった。

4. 路線
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4.1. 採用された路線
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この方式で新在直通を図った路線として、2023年時点で山形新幹線と秋田新幹線の2路線がある。前述のように「新幹線」と称しているものの、法的には在来線である。路線愛称の「新幹線」は山形新幹線の開業準備に入ってからである。

山形県 - 山形新幹線 1986年1月、山形県で開催される第47回国民体育大会「べにばな国体」に合わせてミニ新幹線の整備をできないかとの地元代議士からの提案があった。1987年4月の国鉄分割民営化を経てJR東日本の経営判断により実現へ動き出した。福島駅 - 山形駅間は山形県とJR東日本が山形ジェイアール直行特急保有株式会社を設立、国より補助金を受け完成させた施設と車両をJR東日本がリースで使用する方法をとった。山形駅- 新庄駅間は財団法人山形県観光開発公社が山形県から補助金、金融機関から融資を受けてJR東日本に全額無利子で貸し付けした。改軌区間で運転される貨物列車のために一部区間で三線軌条を敷設し、山形駅 - 新庄駅間の改軌にあたっては山形駅 - 羽前千歳駅間に乗り入れる仙山線や左沢線列車のために狭軌線路を併設のままで残存させた。この区間のローカル列車については、案内上山形線の名称を使用している。 秋田県 - 秋田新幹線 設備改良は日本鉄道建設公団が鉄道整備基金からの無利子貸し付けを受け、JR東日本に委託して施工した。完成後公団よりJR東日本が譲渡を受けた。秋田県とJR東日本が秋田県新幹線車両保有株式会社を設立、JR東日本にリースした。大曲駅 - 秋田駅間は奥羽本線の狭軌線路と単線並列の形とし、一部区間を三線軌条とするなどして運転の自由度を確保している。同区間では、営業列車としては新幹線直行特急のみが標準軌の線路上を運行され、この区間のローカル列車は狭軌の線路を運行している。これらの路線で運転される特急列車「つばさ」や「こまち」は、新幹線直行特急と呼ばれる。

4.2. 構想されている・された路線
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北海道 2023年4月より北海道函館市では、ミニ新幹線により新函館北斗駅から函館駅へ乗り入れる構想がある。 山形県 山形新幹線機能強化として、羽越本線高速化や陸羽西線ミニ新幹線化があがり、山形新幹線の酒田や大曲への延伸が具体的に構想されている。 群馬県 群馬県では、上越新幹線高崎駅から両毛線前橋駅への乗り入れ構想が浮上した。1990年に県とJR東日本との間で調査検討委員会を設置したが、進展は見られなかった。 新潟県 2023年度より新潟県では、上越新幹線長岡駅から北陸新幹線上越妙高駅の間を、信越本線をミニ新幹線化して結ぶ案と既存の信越本線をトンネルの設置により線形を改良する案が検討されている。 なお、2003年から2009年にかけても同じ問題が議論され、フリーゲージトレインの導入が候補としてあがっていた。 三重県 1995年より三重県は、三重新幹線構想として鳥羽・新宮までミニ新幹線敷設を構想している。 和歌山県 1992年1月1日、和歌山県でも、地元選出の代議士二階俊博を中心に、ミニ新幹線の導入構想明らかにした。 香川県 山形新幹線が具体化した頃に、香川県は、瀬戸大橋線をミニ新幹線化できないかと考えた。しかし、交直流型車両は値段が高く、採算レベルに乗らないという調査結果が出たため、断念した経緯がある。なお瀬戸大橋とその前後に限っては四線軌条化せずとも本四備讃線と四国横断新幹線の複々線を敷設できる空間が確保されている。

4.3. 整備新幹線で構想された路線
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4.3.1. 大蔵省による整備新幹線批判対応
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1988年度予算編成作業中に大蔵省主計官が整備新幹線建設を非難し膠着した。打開策として1988年8月の運輸省によってフル規格新幹線、ミニ新幹線、スーパー特急の組み合わせで提示され、同年8月31日に政府・与党申し合わせにより整備内容が決定された。うちミニ新幹線整備区間は下記のとおりである。なお、どの線区でもフル規格実現への願望が強かった。

東北新幹線 盛岡 - 沼宮内、八戸 - 青森 北陸新幹線 軽井沢 - 長野

4.3.2. 西九州新幹線佐賀県区間対応
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九州新幹線西九州ルート 新鳥栖駅 - 長崎駅間は一部在来線の長崎本線を挟む関係でスーパー特急方式で建設され、後に武雄温泉駅 - 長崎駅間がフル規格に変更。さらにフリーゲージトレイン導入の計画、試験まで行われたが頓挫し、武雄温泉駅で乗り換えるリレー方式で武雄温泉駅 - 長崎駅間が西九州新幹線として暫定開業した。

5. 開業効果
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5.1. 山形新幹線
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東京駅 - 山形駅間を最短3時間9分が2時間27分に短縮され、1995年に1両増結の7両編成化。5往復あった羽田空港 - 山形空港の全日空航空便は2002年10月31日に休止。しかし日本エアシステムが2003年4月1日より同路線1日1往復を再開。航空会社の自助努力のみでは維持・充実が困難な路線で、地域と航空会社による共同提案によって優れた路線に羽田空港の発着枠を配分する 国土交通省の「羽田発着枠政策コンテスト」で1日2往復まで回復。キャンペーンや朝便と夜便が設定されたことで、ビジネス客の姿も多く見られるようになった。

5.2. 秋田新幹線
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東京駅 - 秋田駅間を最短4時間29分が3時間49分に短縮され、1998年に1両増結の6両編成化。

6. 車両
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6.1. 車両特徴
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6.1.1. 車体
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ミニ新幹線に用いる車両は在来線の車両限界で設計されている。車長は、フル規格新幹線車両の25mに対して、ミニ新幹線車両では20 - 23mであり、車幅は、3380mmに対して、2945mmとなっている。そのため、新幹線区間では、乗降口とホームとの間隔が開いてしまうため、折り畳み式のステップを車両の乗降ドアの下部に備える。

6.1.2. 分割併合装置
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大都市の新幹線ターミナル駅に乗り入れる場合は新幹線区間の線路容量、ターミナル駅の発着容量に不足をきたすから、多層建て列車にすることも考えなければいけない。たとえば東京駅発着の場合、大宮駅 - 東京駅がJR東日本関連の新幹線が集まる区間で、設定できる列車本数に限りがあるから、多層建て列車にできるよう東京側の先頭車には連結器カバー・電気連結器付き密着連結器・超音波測距装置、レーザー測距装置で構成された自動分割併合装置が搭載されている。分割併合時は極力人手をかけないようにかつ基本的な列車防護ルール「一つの区間に2個列車が入らないようにする原則」を崩してしまうために、併結相手列車との距離を検知し絶対に衝突しないように設計し、安全性も確保している。

6.1.3. 走行装置
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台車は、最新の新幹線車両と同じボルスタレス台車を採用しているが、在来線区間での急曲線の対応と新幹線区間での直進安定性を確保するため、前後の車輪の車軸の間の距離である軸距を、フル規格新幹線の2,500mmに対して、2,250mmとしており、車輪の踏面形状は新幹線区間の60キロレールと在来線区間の50キロレールで長期的に安定して走れるよう摩耗の少ない形状「1/16新在円弧踏面」となっている。なお、E6系の場合では東北新幹線での320km/h運転に対応するために軸距を2500mm、従来の在来線特急電車の485系は2,100mm。

在来線区間の走行時はいかなる時でも600m以内に停止しなければいけないために、フル規格区間の走行時よりブレーキ力が大きくなるような設定を加えている。

試作台車 - 鉄道総合技術研究所で行われていたミニ新幹線用の台車研究をベースに製作され、DT9030をベースにしたDT204/DT204Aが製作された。
DT9028 - コイルばね円錐ゴム併用式。
DT9029 - 円錐ゴム式。
DT9030 - 片板2枚支持板ゴム併用式。
400系
DT204 - 電動台車
DT204A - 電動台車
TR7006 - 付随台車
E3系
DT207 - 電動台車
DT207A - 電動台車
DT207B - 電動台車
TR7005 - 付随台車
TR7005A - 付随台車
E6系
DT210 - 電動台車
DT210A - 電動台車
TR7009 - 付随台車

6.1.4. 電力装置
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電気方式も新幹線区間が交流2万5000Vに対して在来線区間は従来通り交流2万Vとなっているため、搭載されている主変圧器と主制御器は両電圧に対応した複電圧仕様である。また、補助電源装置などの補機用の電源となる主変圧器の三次巻線では、電圧変動が発生するため、三次巻線に三次電源タップ切替方式を採用して、架線電圧が切替わった際に、地上側に設置された地上子を受信後に切替用タップを作動させて三次巻線の電圧変動を抑えている。

パンタグラフは在来線区間の電車線の高低差の大きさに合わせて新幹線車両より大きく作られている。

6.1.5. 保安装置
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保安装置についても新幹線区間の自動列車制御装置  と在来線区間の自動列車停止装置  の両方を搭載している。全線ATC化しなかった理由は線区のグレード、工事費や工事期間の抑制との経済的理由である。

6.2. 営業用車両
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E3系：1000番台と2000番台が山形新幹線で東北新幹線と直通する営業運転を行っている。また、L65編成のみ過去の塗装に変更し運用されている。
E6系 : 秋田新幹線で使用されている。
E8系 : 山形新幹線で導入を予定

6.3. 過去の営業用車両
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E3系：0番台が秋田新幹線で使われていた。2013年4月から2014年3月まで順次E6系に置き換えられた。また、0番台のR18編成が700番台に改番、観光列車「とれいゆ」として改造された。「とれいゆ」は基本的には山形新幹線内のみで営業運転を行い、福島駅では在来線ホームに発着したが、団体専用列車で大宮駅を介して上野駅や新潟駅まで運用された。
400系：山形新幹線専用として使用していた。ミニ新幹線用として最初に投入された形式。2008年12月から2010年春までに順次E3系2000番台に置き換えられた。主電動機に直流電動機を採用した最後の新幹線車両であり、フル規格新幹線区間で行われた275km/h試験ではフラッシュオーバーが発生し、たびたび試験を中止をした。設計条件を超える速度での不具合はある意味では最適な設計であったと評価できる。

6.4. 試験車両・事業車両など
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6.4.1. 現役車両
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E926形

6.4.2. 引退した車両
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E955形
クモヤ743形
DD18形ディーゼル機関車
DD19形ディーゼル機関車

7. 工事方法
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改軌は狭軌用枕木を標準軌用に交換する。工法として、人力法、軌きょう縦送り法、枕木交換法、軌道連続更新機法、ミニテックス法がある。

8. 脚注
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9. 参考文献
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ミニ新幹線誕生物語-在来線との直通運転- ミニ新幹線執筆グループ 成山堂書店　2003年
髙松良晴『新幹線ネットワークはこうつくられた』交通新聞社新書、2017年

10. 関連項目
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軌間可変電車
新幹線鉄道規格新線