新幹線951形電車

新幹線951形電車とは、1972年3月の山陽新幹線の岡山駅までの開業に伴い、日本国有鉄道が当時の営業運転での最高速度210 [[キロメートル毎時を超える250 km/h}}運転の新型車両を開発するために、1969年3月に製作された2両編成の試験車両である。

1. 車体
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0系のモデルチェンジ車であり、車体・機器などほとんどが新しく設計したものとなっている。新製当初搭載した機器とは別に、新たに開発した機器に取り替えることも計画していた。寸法は概ね既存の0系のそれを踏襲し、全長25 [[メートル、全幅3,386 [[ミリメートル、全高4,490 mm}}である。

軽量化のために新幹線では初のアルミ合金製構体とし、車体剛性を確保するためにボディーマウント構造を採用、流線形の先頭部は空気抵抗軽減のために0系の約4.5 m}}から約6.5 m}}へ2 m}}延伸された。また気密構造が採用され、山陽新幹線では六甲トンネルをはじめ長大トンネルが多数建設される計画であったことから、トンネル突入時などの気圧変動対策として新開発の連続換気装置を搭載、0系では屋根に搭載されていた冷房装置は、ヒートポンプ式のAU91・AU92を床下にいずれか2基ずつ搭載として低重心化を図っている。

側窓は2席分を1枚とした広窓構成で、951-1では窓中央内側に細いピラーを立てて電動ベネシアンブラインドのガイドレールとしている。これに対し、951-2では電動横引きカーテンが採用されたため、センターピラーがない。席は0系同様の2列+3列構成の転換クロスシートで、試験車であることから一部を座席無しとして計測機器搭載スペースなどに充てている。

951-1の運転台は、正面計器パネルのほか、右袖部を90度曲げたL字形とし、ここの各種スイッチ類を配置し、運転士が取り扱いしやすくした。

2. 主要機器
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0系後継系列の開発を念頭に置いて、設計時点での最新技術が投入されている。

2.1. 主制御器
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先行して在来線向けに設計されていたED77形や711系といった交流電気機関車・交流電車での技術開発成果を生かし、新幹線としては初採用のサイリスタによる連続位相制御方式を採用する。これにより、力行・発電ブレーキの双方で連続的な制御が可能となり、従来のマスコンの段数指定による力行指令とブレーキ弁による制動指令の組み合わせに代えて、マスコンの速度指定による定速制御方式が採用された。

2.2. 主電動機
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高速走行における車両性能向上のため、主電動機は0系のMT200と比較して大幅に出力アップしたMT916・MT917が搭載された。駆動装置は0系同様、WNドライブを採用する。

2.3. 台車
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当初、車輪直径を0系用DT200の910 mm}}から1,000 mm}}に拡大し、後述するECBの支持高さを一定に保つ必要があったことなどから軸箱支持方式をIS式に代えて軸箱梁式としたDT9010・DT9011が試作されたが、これらはばね下質量が過大や大きな振動で1970年に実施された速度試験の際に通過後の軌道でPS枕木が割損するという事態が発生した。

このため、輪軸を中空軸構造としてばね下重量の軽減を図ったDT9012が試作され、1971年以降は台車をこれに振り替えている。

2.4. ブレーキ
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951-1にブレーキ専用のチョッパ制御器と抵抗器を搭載、発電ブレーキが高速域から低速域まで安定的に作用するように設計されたほか、台車の各車軸間を結ぶ軸箱梁にECBを搭載、発電ブレーキで発生した電力を利用し、これを直下の軌条に作用させることで高速域でより強力な制動力が得られるようにした。もっとも、このレールブレーキとしてのECBにはさまざまな問題があり、後述の速度記録達成時にはこれを撤去してばね間質量を軽減した状態で試験が実施されている。

基礎ブレーキは圧縮空気は使用せず、ブレーキの電気指令を直接油圧に変換して摩擦力を発生させる「電磁油圧式ブレーキ」を採用した。構造はディスクブレーキ方式で、パイオニア台車のように各車輪の外側にブレーキディスクを1枚ずつ配置している。

2.5. パンタグラフ
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山陽新幹線でのき電方式変更と、これによるパンタグラフ間隔の50 m}}から100 m}}への拡大を睨んで、各車の連結面よりに1基ずつ下枠交差式パンタグラフを搭載する。いずれも0系用PS200を軽量化したものである。2両ともに集電装置が搭載されているが、実際には951-2のものが常用され、951-1のものは試験・非常用とされた。

2.6. ミニコンピュータ ATOMIC
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951形では1971年に、鉄道技術研究所と共同でATOMICと呼ばれるミニコンピュータシステムを搭載した。これは将来の自動運転を想定したもので、新幹線の定時運転制御、定速運転制御、定位置停止制御を1つのコンピュータシステムで処理するものである。当時、公営地下鉄では自動列車運転装置を使用した自動運転の研究開発が行われていたが、駅間が長大となる新幹線では高度な定時運転制御が必要なことから、ミニコンピュータ方式としたものである。CPUは、日立製作所のHIDIC100を使用している。

定時運転制御は、コンピュータが運転区間の速度制限や列車の遅延等から判断して、最適な運転時分となるよう速度制御するものである。定速運転制御は、ATC指示速度に列車の速度を追従できるよう、コンピュータが最適なマスコンノッチを選択するものである。定位置停止制御は、定位置停止装置と同様にコンピュータが列車を定位置に自動で停止させるものである。

運転台にはATOMIC表示盤があり、キロ程、現在時刻、残り時間をニキシー管により表示する。この試験は1972年に、951形とは制御機構が異なる922形電気試験車でも行われ、良好な試験結果を収めている。

その後、ATOMICを使用して機器の動作監視機能、故障発生時の遠隔処置機能の導入を進めることとしたが、951形新製当初の時点ではこれら機能の搭載は想定しておらず、実施ができなかった。このため、次に全国新幹線鉄道整備法に対応した961形新幹線試作電車では新製当初からATOMICを搭載し、その後の開発は961形に受け継がれた。ATOMICの自動列車運転機構は実現には至らなかったが、機器の動作監視機能、故障発生時の遠隔処置機能は開発が継続され、200系新幹線で正式にモニタリング装置として実用化に至った。

3. 運用
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951-1は1969年2月28日に川崎車輌兵庫工場で落成、大阪運転所に搬入、3月3日に浜松工場まで輸送された。952-2は同年3月4日に日本車輌製造東京支店で落成、東京運転所に搬入、3月6日に浜松工場まで輸送された。

4月から東海道新幹線新大阪 - 米原間などで新技術の機器などの試験が行われた後、1970年2月からは速度向上試験を開始した。だが、220 km/h}}運転を目指した走行試験中に枕木割損事故が発生、試験は一旦中止された。

その後、1971年に入って対策を施されたDT9012形台車が完成、試験が再開され、1972年2月24日15時54分、開業前の山陽新幹線姫路 - 西明石間の上り線で、当時の日本国内の鉄道車両最高速度記録286 km/h}}を達成した。

その後は961形の登場や国鉄の労使問題のためあまり試験されることもなく、1980年4月11日付で廃車された。廃車後は東京都国分寺市の鉄道技術研究所に引き取られ、951-2は車両試験台に載せられた上で各種試験に使用され、2008年1月16日に研究所の敷地内に於いて解体された。相方の951-1は1991年に国分寺市に寄贈され、鉄道総合技術研究所の正門向かいの市複合施設「ひかりプラザ」の敷地内で“新幹線資料館”として一般公開されており、座席や運転席に座れる。資料館としては、空間的にそう広くはないため多数の展示物があるわけではないが、前述の当車の速度達成記念レリーフの他、961形の記念レリーフ、新幹線の技術開発に用いた湘南電車や小田急SE車などの風洞模型などが置かれており、これら展示品は地方公共団体所有となったため伊那市などに貸出展示も行われている。

4. 脚注
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5. 参考文献
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日本鉄道運転協会『運転協会誌』1972年4月号「ミニコンピュータによる列車自動制御自動化の研究 - ATOMIC - 」

6. 外部リンク
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日立製作所『日立評論』
1969年1月号「[1]}}」p.58
1969年8月号「[2]}}」
『日本機械学会誌』1969年11月号「[3]}}」