カーブを速く走れる「列車」の知られざる進化

特急から新幹線まで振り子と車体傾斜の発展

曲がりくねった線路を高速で走り抜ける車両には、技術改良の粋が詰まっている(写真:くまちゃん / PIXTA)

海岸線や山間路線でしなやかに車体を傾け走り抜ける特急車両。山地や沿岸路線の多い日本各地で見慣れた風景であるが、この車体を傾ける機構は、変化に富んだ地形上の曲がりくねった線路で、少しでも列車を速く走らせるために日本が進化熟成させた高速化技術なのである。

曲線区間の徐行が速達化のネックとなる

電化などで加減速度や最高速度を向上させることである程度の速達化は実現できるのだが、現実には多くの線区で曲線区間の徐行が速達化のネックとなる。そのため新しい橋梁やトンネルを用いて直線化などの改善を図ってきた。しかしそれには多大な経費や手間がかかる。

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そこで、地上改良費を圧縮して速達化を実現するために、車両側を進化させてきた手法が「振り子」や、「車体傾斜」である。厳密には「振り子」も「車体傾斜」の1手法ではあるが、ここでは自然の遠心力を活用して車体を傾ける「振り子」と、アクチュエーター(駆動装置)などで生み出した「動力」を用いて車体を強制的に傾斜させるものを「車体傾斜」として区別して扱うことにする。

自動車のテストコースで路面を傾ける「バンク」と同様に、鉄道において曲線軌道に傾きをつけるものを「カント」というが、台車に対して車体だけを傾ける方策は転覆防止や安全性向上というよりもむしろ乗り心地向上のためである。

高速で曲線を通過するだけならカントをきつくすればいいが、機器や積み荷を床下ではなく床上に搭載し重心が高く、速度も遅い貨物列車や蒸気機関車がカントのきつい曲線上で停止すると、横風などで曲線内側に倒れ込む可能性もある。一方で、電気機器やエンジンを床下に搭載する電車やディーゼルカーは重心が低く曲線通過に有利となる。

曲線を高速で通過すると曲線外側向きの遠心力で乗客は不快に感じる。そのため、車体を傾けることで乗客が感じる真横方向の遠心力成分がやや床面方向になり、遠心力の感じ方が若干緩和される。とはいえ、遠心力自体が減るわけではない。

曲線部の徐行のための減速や再加速といった加減速も乗客にとっては不快感の原因となる。そのため直線とほぼ同じ速度で曲線部を走ることができれば加減速感も薄らいで省エネで速達化にもなる。それを狙って車体を傾けるための方策がいろいろと研究されてきた。

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