新幹線200系電車

新幹線200系電車は、日本国有鉄道が開発した新幹線電車である。

1. 概要
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1982年の東北新幹線および上越新幹線の開業に合わせて、962形試験車を基本として量産化され1980年に登場した。962形は新幹線総合試験線で走行試験を実施、次に製造された925形電気総合試験車を使用して、北上試験線で雪害対策試験を実施して、その成果を反映させた。

基本設計は同時期に製造されていた0系に準じているが、寒冷地区を走るため、徹底的な耐寒・耐雪対策が行われているのが大きな特徴となっている。

1980年から1986年にかけて688両が製造された後、民営化後の1991年に二階建て車両12両が追加製造され、総製造数は59編成700両である。後に一部中間車の先頭車化改造が行われたため、最終的には66編成となった。

落成時の営業最高速度に従って番台が区分された。具体的には、1980年から製造された基本番台は営業最高速度が210km/hであるのに対し、1983年以降に製造された1000・1500・2000番台では、いずれも240km/hとなっていた。なお、基本番台の中にも240km/hおよび275km/hの走行対応が可能な改造車両が存在した。

100系よりも発表は早いが形式は200系となった。これは当時の付番体系は、東北・上越新幹線系統の車両の百の位には偶数を、東海道・山陽新幹線系統の車両の百の位には奇数を与える方針だったことによる。

「鉄道友の会」第23回ローレル賞受賞。

2. 構造
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2.1. 車体
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200系の設計は、正面から見た造形や基本的なサイズ等は0系ベースであるものの、特徴的な曲面を描くスノープラウ・ノーズ部分が若干伸びていること・雪対策のされた吸気口と雪切り室の空間等といった目立つ造形上の違いだけでなく、実際には以下に述べるように大幅な変更がある。まず第一に雪対策として、0系では床下機器の凸凹に張り付いた雪が凍りつき氷塊となった後に落下して砕石を跳ね上げる等のトラブルがあったことから、車体下部まで一体のボディーマウント構造の2重床構造とし、床下機器は2重床の間にある。これによりトラブルを根絶すると同時に、車輛システムとしては耐雪・耐寒性を向上させた。

この構造で0系同様の鋼製車体とすると、重量が過大となることから、営業用の新幹線電車では初のアルミ合金が採用された。詳細には、試験車の951形がベースであり、構体骨組は加工性や溶接性に優れた7N01を、車体外周部には耐食性に優れた5083を、車体側面部から屋根にかけての曲線部には7N01よりも押し出し加工性に優れた7003を使い分けることで、構体重量7.5tを実現した。ただし後年登場した2階建て車両は、製造コストや電動機非搭載の観点から普通鋼製となった。

電動機を冷却する際に、外気とともに取り込んだ雪を分離するために、雪切り室が設けられた。先頭部のスカートはスノープラウと一体化した形状である。豪雪地帯を走ることから、線路面上に積雪があっても支障なく走行出来るよう設計され、確認試験も行われた。

前面形状は2種類存在しており、一つは国鉄時代に製造された0系に似たラウンドノーズのもの、もう一つは後から登場した100系に似たシャークノーズのものである。なお、0系に似た先頭車の運転席の側窓は、0系2000番台と同じく開閉可能な状態で製造された。また、200番台は225形もしくは226形中間車からの改造車、2000番台は新製車である。

車体塗装は、クリーム10号#ece0d1をベースに窓の部分に緑14号#246029の帯を配した。この色使いは寒冷地を走行するため雪解けの新芽のイメージから選んだとされている。登場時には「緑の疾風」の愛称があった。

2.2. 車内
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普通車の座席は0系と同様の海側3列、山側2列の合計横5列配置で、0系で試行されたオレンジ基調の簡易リクライニングシート  が採用された。本系列では座席前後間隔は980mm、3列座席は集団離反で回転出来なかったが、モケットは交換された。車内の窓周辺部はFRPユニットとなり、飲み物等小物を置いていた窓下のかまちと呼ばれるスペースが廃止された。また、奇数号車と偶数号車で車内の色彩を変える試みがなされ、奇数号車は客室仕切・カーテンがオレンジ系、偶数号車はグリーン系となった。

1987年に登場した200, 2000番台は100系と同じ1,040mm間隔となり、フリーストップ式のリクライニングシート、3列座席も回転出来るようになった。ただし200, 2000番台は先頭車のみで、中間車は3列座席回転不可能だったため、同一編成内で格差が生じていた。断熱のため、窓ガラスは3 mm厚の強化ガラスと中間膜、さらに5 mm厚の複層ガラスから構成されている。

後年、JR東日本は3列席を「本体部のみ回転」させる方式を考案した。これは両端の手すりを残して回転させるもので、座席間隔を広げることなくフリーストップのリクライニングシート化を実現させた。まずは1990年にH編成の中間車のうち、指定席普通車となる車両を座席交換し、さらに該当車両は拡大した。この方式は西日本旅客鉄道も0系の車内改良時に採用している。

後述のK編成リニューアルに関しては、簡易リクライニングだったものに関してはE4系と同等品に交換された。普通車の3列座席も全体が回転する構造となっているが、両端のひじ掛けを曲げる、背すりを鉛直にするなどの工夫で座席間隔980mmのまま回転可能とした。既に「本体部のみの回転」だったものに関してはモケットの張り替えのみ行われた。

空調機器は多雪地域・寒冷地を走行する事から冷房専用のAU82形となり屋根上の車体端部に設置し、暖房は電気ヒーターを別に使用した。発熱体には従来からのシーズ線ではなく、PTCサーミスタを使用している。これは、0系のAU56・57 では比較的温暖地の東海道・山陽でも暖房能力が不足気味であった事から変更された。放送装置は、後述のモニタ装置と連動しており、自動放送装置が使用された。

2.2.1. 運転台
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0系と比較して先頭車の前頭部が約600 mm長くなったことから、運転台の高さは約260 mm高くなっている。

主速度計は0系が針が横に動くアナログ指針式であったが、本系列では、LEDランプが横に向かって点灯するバーグラフ式となった。0系と同じく右奥に故障した際に使用されるバックアップの補助速度計が配置されているが、補助速度計は格納式となっており、前方視野を妨げないよう常時使用しない場合においては収納され、必要な場合のみ横にある取出しハンドルを操作することで、バネの力で上昇する仕組みとなっている。

2.2.2. モニタリング装置
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国鉄の車両では初めて、運転台にモニタ支援装置を装備した。この装置は9.6kbpsのFSK  モデム伝送により、ドットマトリクスによる片仮名・アルファベット・数字のみを、8行×33文字で各種情報を表示していた。装置はMON1型モニタ装置と呼ばれるものである。主な機能は

キロ程情報の表示
この画面では、現在時刻、キロ程、ATC信号、現在速度、力行・ブレーキノッチ表示、ブレーキ種別、機器開放情報などが表示される
車両故障発生時の応急処置の簡素化
開放処置のアンサーバック
主要機器の動作状態の表示
車両検査の容易化
故障データの保存
表示画面の地上伝送モニタ支援装置の右側には機器遠隔制御スイッチがあり、故障が発生した機器を選択して遠隔開放ができる、

開放ユニット選択スイッチ
開放機器選択スイッチ
パンタ下げ、パンタ上げ、VCB切、VCB入、電源誘導、電源誘導リセット、M車開放、MMリセット、M'車開放、コンプ開放、コンプ開放リセット
機器開放ボタン。

2.3. 走行機器
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2.3.1. 電源・制御装置
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主回路制御は0系の低圧タップ制御に替えて、架線からの交流25kVを主変圧器の2次巻線を誘導障害を抑制する目的から不等6分割し、それにサイリスタと呼ばれる半導体素子とダイオードを取付けたブリッジを取付けて、6分割構成としたサイリスタ･ダイオード混合ブリッジとし、電圧比1の巻線のブリッジをサイリスタによる位相制御とし、他の巻線のブリッジはオン・オフ制御によるバーニア制御の位相制御とすることにより、2次巻線の6分割のブリッジを10分割のブリッジに相当する位相制御とし、それにより整流・制御された直流電源で主電動機を駆動するバーニア連続位相制御が採用されている。

MM'ユニットを採用し、M車には主制御器と抵抗器が、M'車には主変圧器・整流装置・補助電源装置・空気圧縮機・集電装置が搭載される。電機品は三菱電機、日立製作所、東京芝浦電気、東洋電機製造、富士電機製造の5社が製作している。

主制御器は、電動カム軸式である CS47 を採用する。発電ブレーキにおいて抵抗器を使用したバーニアチョッパ制御が行われるため、転換カムと抵抗カムのほかにフリーホイールダイオードや過飽和変流器を搭載する。保守点検が必要となるカム接触器や電磁接触器を機器前面に、コイルや抵抗器を後面に配置し、重量は940kgである。

主変圧器は、送油風冷式外鉄形である TM202 を採用する。一次巻線は2,350kVA、主回路用の二次巻線は2,100kVA、補助電源回路用の三次巻線は250kVAの定格容量を備える。シリコーン油とポリアミド絶縁物を主体とする特別A種絶縁を採用することにより、TM201と比較して容量比で64%の小型・軽量化がなされ、ボディーマウント構造や耐寒性材料の採用により耐寒耐雪対策が図られている。また、点検する部品を車体の一側面に集中させて向けることで保守や点検を容易化を図り、ボディーマウント内の空気を冷却用として使用している。

主電動機は、直流直巻式電動機 MT201 を採用する。連続勾配や降雪時の走行抵抗増加対策で連続定格出力が 230kW に増強され、冷却方式を雪切り装置による他力通風方式に変更した。他力通風方式を採用することで冷却ファンが不要となり、スペースを活用して鉄心を20mm延長することで MT200Bと同寸法ながら出力を向上させた。さらに、長さ68mmの長尺ブラシを採用して摩耗代を長くとり、軸受構造には第2グリース室を設けて潤滑寿命を長くすることで無保守走行距離の延長を図っている。

2.3.2. 台車
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電動車台車はDT201、付随車台車はTR7002と呼称され、電動車は0系と同等のものを装着する。着雪による動作不良を防ぐために、バネ部分にカバーが装着されている。

ブレーキは、電動車では0系と同じく発電ブレーキを高速域での減速に使い、低速域では空圧油圧変換式ベンチレーテッド車輪ディスクブレーキを使用する。H編成組成時に新製された2階建て車両の248・249形は200系唯一の付随車であったが、同じく付随車2階建て車両を有していた100系とは異なり、渦電流ブレーキを設置していない。機械式ブレーキのみで減速するため、ディスクブレーキを車軸に2枚設置して、制動力負担を分散させている。

IS式軸箱支持装置、枕バネは0系と同様に採用された。

2.3.3. 集電装置
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集電装置は0系から引き続き下枠交差型パンタグラフが採用された。PS201と呼称される。集電舟が可動式となった微動すり板を採用したことにより架線追従性が向上した。また、パンタグラフ電流回路にフェライトコアを装着することにより電波障害を大幅に低減した。さらに、降雪対策として押上げ力を5.5kgから7.5kgまで向上させた。

当初の200系の編成では0系の設計を踏襲し電動車の各ユニットごとに1基のパンタグラフが搭載されていたが、パンタグラフが多いことが走行時の騒音源となっていたため、車両間に特高圧引通線を引き通し、パンタグラフを上げないユニットには特高圧引通線からの架線電気を供給することにした。東北・上越新幹線はAT饋電方式を使用しており、BT饋電方式にはつきもののトロリー線に設けられたブースターセクションが無いため、ブースターセクション短絡によるトロリー線を流れる負荷電流短絡による破壊の心配が無く実施が可能であり、F・H・K編成では天井に這わせた高圧ケーブルによる特高圧引通線を車両に引き通し、各車両間をケーブルヘッドにより接続することによりパンタグラフの実使用数を削減することにした。0系とは違い、車両に設置されている空調室外機が車端部2箇所に集約されているため、200系ではこの様な引き通しが可能になった。なお使用しないパンタグラフの一部は、車体に搭載したまま折り畳んで予備として活用している。

この引き通し線は、新製時から引き通しがなされている1000番台車両の場合はすべて山側に設置された。しかし、新製後に改造して設置された0番台車両のうち、225形などの奇数形式では引き通し線は海側に、226形などの偶数形式では山側に設置されている。

パンタグラフカバーは、常時使用のパンタグラフでは四方から囲む形で、予備のパンタグラフは車両サイドのカバーが省略されている。

2.4. 製造次車による変更点
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本系列は短期間に製造されたため、製造年次による変更点は少ないが、以下に変更点を記載する。

4次車からは発電ブレーキ性能改良に伴い、ブレーキステップを増やしたため、主制御器はCS52形に、抵抗器、接触器箱等も形式が変更された。
6次車からはパンタグラフ削減に対応するため特別高圧回路を変更、主電動機のフラッシュオーバー対策として制御回路を一部変更した。
7次車からは車両価格を低減するため、機器カバーをアルミ製から鉄製に変更するなどしたほか、8次車からは機器箱の二重パッキン構造を一重パッキン構造に変更した。

3. 形式
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本系列に属する各形式名とその車種は以下のとおり。

付随車である248形と249形以外は、奇数形式と偶数形式でペアを組んでMM'ユニットを構成する。

3.1. 新造形式
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215形  グリーン席。偶数各形式とペアを組んで使用される。主制御器・抵抗器、電動発電機などを搭載する。 221形  普通席を備える制御電動車。偶数各形式とペアを組んで使用される。東京向き運転台、便所、洗面所、業務用室を備え、主制御器・抵抗器、電動発電機などを搭載する。ラウンドノーズとシャークノーズの先頭車形状が存在する。 222形  普通席を備える制御電動車。奇数各形式とペアを組んで使用される。八戸・新潟向き運転台を備え、集電装置・主変圧器・整流装置・空気圧縮機などを搭載する。先頭形状は221形と同じ。1991年以降、-25, 26, 30, 34, 35, 1001 - 1003, 1501 - 1510, 1512, 1515, 1517, 1518には400系もしくはE3系との併結用に分割・併合装置が先頭に納められている。 225形  普通席を備える中間電動車。偶数各形式とペアを組んで使用される。便所、洗面所を備え、主制御器・抵抗器、電動発電機などを搭載する。グリーン車215形を普通車化したものは、100番台を名乗る。車販準備室を備えている車両は400,1400番台を名乗り、略号も「M」ではなく、「Mk」とされた。 226形  普通席を備える中間電動車。奇数各形式とペアを組んで使用される。集電装置・主変圧器・整流装置・空気圧縮機などを搭載する。 237形  半室ビュフェを備える中間電動車。構成は0系の37形式に準じており便所、洗面所、身障者対応設備を備え、主制御器・抵抗器、電動発電機などを搭載する。37形式の相違点としてビュフェ内の速度計がデジタル化された。 248形  グリーン席とカフェテリアを併設する2階建て付随車。1階にカフェテリア、2階にグリーン席が設置された。249形とともに、200系唯一の普通鋼製の車体である。H編成でしか使用されなかったため、6両のみの製造にとどまった。 249形 
普通席とグリーン席を併設する2階建て付随車。1階には1人用グリーン個室が3室と2人用グリーン個室が1室、4人用普通個室が5室、2階はグリーン席が設置された。248形とともに、200系唯一の普通鋼製の車体である。H編成でしか使用されなかったため、6両のみの製造にとどまった。

3.2. 改造形式
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この他、長期に渡る使用の過程で、運用の見直しなどにより以下の各形式について改造による番台区分が発生している。特に記載のない場合、普通車のシートピッチは980mmである。

215形  100番台 普通車225形をグリーン車化したもの。当初は900番台  を名乗っていた。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!225形 |42||57 |- !215形 |901 → 101||902 → 102 |}

200番台 普通車225形を半室グリーン車化したもの。シートピッチは、全席グリーン車と同じ1,160mmに統一。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!225形 |44||17 |- !215形 |201||202 |}

300番台 グリーン車215形を半室グリーン車化したもの。シートピッチは、全席グリーン車と同じ1,160mmに統一。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!215形 |10||19||20||21||22||23||24 |- !215形 |301||302||303||304||305||306||307 |}

221形  200番台 普通車225形を先頭車化したもの。先頭形状は100系に似たデザインで、窓枠の改造やシートピッチを1,040mmに拡大の上3列側の座席も回転可能にされた。 201 - 204はH編成に組み込まれ、車体側面にピンストライプが追加されていた。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!225形 |43||7||8||25||26||1011||69 |- !221形 |201||202||203||204||205||206||207 |}

222形  200番台 普通車226形を先頭車化したもの。先頭形状は100系に似たデザインで、窓枠の改造やシートピッチを1,040mmに拡大の上3列側の座席も回転可能にされた。 201 - 204はH編成に組み込まれ、車体側面にピンストライプが追加されていた。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!226形 |104||42||44||62||64||1017||1019 |- !222形 |201||202||203||204||205||206||207 |}

225形 100番台  225形400番台の車販準備室を車掌室に改造したもの。101 - 105の5両のみ改造。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!225形 |407||1404||430||1407||426 |- !225形 |101||102||103||104||105 |}

110番台  グリーン車215形を普通車化したもの。111の1両のみ改造。窓と座席の配置がずれている。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!215形 |1004 |- !225形 |111 |}

200番台  ビュフェ車237形を普通車化した201 - 205の5両のみ改造。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!237形 |1004||34||27||36||31 |- !225形 |201||202||203||204||205 |- |}

210番台  普通車225形に車販準備室、電話室、車椅子対応設備を設置した211の1両のみ改造。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!225形 |1007 |- !225形 |211 |- |}

450番台  普通車225形0番台に車販準備室、電話室、車椅子対応設備の設置、シートピッチ拡大をしたもの。窓配置はシートピッチに合わせられている。451 - 453の3両のみ改造。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!225形 |40||18||13 |- !225形 |451||452||453 |}

460番台  普通車225形400,1400番台に電話室と車椅子対応設備の設置をしたもの。461 - 463の3両のみ改造。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!225形 |435||1409||1406 |- !225形 |461||462||463 |}

470番台  ビュフェ車237形を普通車化したもの。シートピッチを1,040mmに拡大。471 - 477の7両のみ改造。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!237形 |10||19||20||21||22||23||24 |- !225形 |471||472||473||474||475||476||477 |}

480番台  ビュフェ車237形を普通車化したもの。481,482の2両のみ改造。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!237形 |29||28 |- !225形 |481||482 |}

490番台  ビュフェ車237形を普通車化したもの。480番台の車両とは、車販準備室と業務用室の位置が異なる。491 - 507の17両のみ改造。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!237形 |30||1007||1006||1009||26||35||1012||1002||1001||1021||1010||1018||1020||1003||1013||1011||1015 |- !225形 |491||492||493||494||495||496||497||498||499||500||501||502||503||504||505||506||507 |}

237形  100番台 普通車225形をビュフェ車化したもの。101, 102の2両のみ改造。当初は901, 902を名乗っていた。{|class="wikitable" style="font-size:80%;"!225形 |41||53 |- !237形 |901 → 101||902 → 102 |}

4. 編成表
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4.1. 0番台
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