Last Update : 2009.10.07

<The Analysis of Fastech360Z *** E955形解体新書 *** >
 2006年04月06日深夜、東北新幹線の鉄路に新たな高速試験電車の脈動が響き渡った。名は"Fastech360Z"。正式には"E955形S10編成"という呼称を持つ。このE955形は2010年12月に東北新幹線八戸〜新青森間が開業するのに先立ち、JR東日本が同線区内を走る列車の更なる高速化と環境水準の向上を実現させるためにE954形と共に開発した試験車両。E955形自身はE954形の走行試験開始からおよそ10ヶ月程遅れての登場ではあったが、高速試験専用に造られたその車両はエクステリア・インテリア共に斬新なデザインが採用され、他の新幹線車両を凌ぐ圧倒的な存在感を醸し出していたことだろう。また、それまでの新在直通の新幹線車両には見られないような最新技術も各所に導入されたはずだ。両者とも非常ブレーキ作動時により早く停まることが出来るように空気抵抗増加装置が設けられており、それが猫の耳に似ていたことから、『ネコミミ新幹線』という愛称もあった。ここではおよそ今から10年前の2000年に遡るその開発の経緯と、E955形S10編成の詳細を可能な限り紐解いてみることにしよう。
 尚、E954形及びE955形の開発経緯は共に同じであり、両者に共通して採用された技術項目も数多い。従って、本書とDataBase内『 The Analysis of Fastech360S *** E954形解体新書 *** 』では内容が一部重複している。その旨どうか御了承の上、御覧頂きたい。

T.世界一の新幹線を目指して 〜 Fastech360Z登場前夜 〜
 JR東日本は2000年11月に2001年から2005年までのグループ中期経営構想『ニューフロンティア21』を策定した。この構想は「顧客価値の創造・顧客満足の追求」・「技術創造による業務革新」・「社会との調和・環境との共生」・「働きがいの創出・活力の創造」・「株主価値の向上」を経営の基盤とし、今後予想される「グループを取り巻く今後の経営環境の変化」に柔軟に対応していくために、JR東日本グループの目指す具体的な取組みを定めたものである。さらに、その中で『世界一の鉄道システムの構築』という目標を掲げ、それに基づいて2002年04月に『新幹線高速化推進プロジェクト』を社内に発足させた。
 『新幹線高速化プロジェクト』は、新幹線ネットワークの拡大に伴うサービスの向上・航空機との競争力強化・世界最高水準の高速化技術を目指して、「走行速度の向上」・「安全性及び信頼性の確保」・「快適性の向上」・「環境への適合」をテーマに営業最高速度360km/hを目標とした新幹線高速化の技術開発を行うためのプロジェクトだ。
高速化の夢を託して待望の実車試験へ
2004年初めまでの約2年間は技術的課題の整理や要素技術開発を始め、現有車両を使用した高速走行試験などを行っていたそうだ。新幹線高速走行時の基礎データ収集のために実施した現有車両での高速走行試験では、高速化改造したE2系1000番台及びE3系でそれぞれ360km/hと340km/hという速度も記録したとか。そうして、2004年02月。約2年間の基礎データ収集の後に新型車両の礎となる高速試験電車E954形及びE955形の製作発表が為されたのであった。
U.徹底追求−E955形"Fastech360Z"
 2006年04月06日から走行試験を開始したE955形。先に登場したE954形での成果もフィードバックされ、さらに高精度な車両となった。ここではその中に詰め込まれた最新技術の数々を可能な限り追求してみたいと思う。尚、下記の選択項目で各項目の詳細内容を以下から抽出可能な作りとしてある。同様にして" 全項目表示 " を選択すると、全ての項目の詳細内容を再度表示させることが出来るようになっていますので、どうぞご活用下さい。

α)360km/hの... β)信頼性をど... γ)環境と調和... δ)快適な車内... ε)主要諸元表 全項目表示

  
α)360km/hの扉を開く鍵
  
(1).高速化の要は主回路装置に在り
 E955形は6両編成で中間車両は全て電動車であるが、両先頭車のみ先頭台車がT台車で他台車がM台車という0.5M0.5Tの構造を取っている。従って、編成全体としては6Mとするのが正しい。ユニット構成としては3両1ユニット×2ユニットで編成が出来上がっている。そして、360km/h運転への要となったのが車両中の主回路装置だ。けれども、ただ単に主回路装置の出力増強を図っただけでは装置自体の重量も増してしまう。高速化を実現する当たっては車両全体を通しての軽量化も不可欠な要素であるため、これでは元も子もない。そこで、同形式ではE954形にも導入した異なる2タイプの小型軽量・大容量主回路装置を各ユニットへ搭載し、それらの比較・検証を行った。
【資2-1.E955形S9編成主回路装置概要】
← 東 京 第1ユニット 第2ユニット 八 戸 →
主電動機 三相かご形誘導電動機 永久磁石同期電動機 主電動機
主電動機
冷却方式
強制風冷冷却方式 自己通風冷却方式 主電動機
冷却方式
主変圧器
冷却方式
強制風冷冷却方式 強制風冷冷却方式 主変圧器
冷却方式
主変換器
冷却方式
走行風冷水冷却方式 強制風冷
沸騰冷却方式
主変換器
冷却方式

 一方のユニットには、E954形第2ユニットと同じ自己通風冷却方式の永久磁石動機電動機を使用し軽量化を図った。他方のユニットにはE954形第3ユニットと同じ走行風補助冷却方式の主変圧器と三相かご型誘導電動機を採用し、こちらも併せて軽量化に成功した。尚、E954形第1ユニットと同じ走行風冷却方式は、車体が小さいが故に風洞を作ることが出来ず非採用となっている。また、両先頭車両片台車の主電動機を駆動するのに必要な主変換装置は隣接する中間車両に搭載。つまり、E955-2とE955-5はそれぞれ隣接先頭車分を含む6電動機分の主変換装置を積んでいることになる。
(2).粘着力を味方に付ける
 E955形もE954形同様に空転し易い先頭車両の力行トルク及びブレーキ力を下げて後部車両がそれらを多く負担することで、編成全体で必要な力行トルクやブレーキ力を確保する編成制御の方式を採用している。この編成制御によって高い領域での粘着係数の使用が可能となった。
β)信頼性をどう確保するか
  
(1).安全性を重視した台車へ
 従来の新在直通車両の台車は曲線通過性能を重視して軸距を2250mmとしていた。しかし、E955形では360km/h運転に際して高速走行時の安全性を確保するため軸距をE954形と同等の2500mmに変更している。
(2).内周締結方式から中央締結方式へ 中央締結方式のブレーキディスク
(写真はE954形S9編成の台車を写したもの)
*** 2009.09.04 新幹線総合車両センター ***
 安全な高速走行を実現するために不可欠な存在といえばまずはブレーキシステムだろう。中でも、非常時においていち早く且つ安全に列車を停めるための基礎ブレーキは最重要項目であると考えて良い。列車が高速域から非常ブレーキを制動させると、速度の二乗に比例する運動エネルギーは摩擦によって生じる膨大な量の熱エネルギーへと変換される。従って、ブレーキディスクも少なからずその影響を受けることになるのだ。
 一方でこれまで採用されて来た内周締結方式のブレーキディスクは、この熱に対して少しばかり欠点を有していた。
内周締結方式のブレーキディスクはディスク内側に車輪との固定ポイントを設けているため、締結部から外周へと離れる程熱による変形の度合いが増してしまう。変形の度合いが大きければディスク面とブレーキライニングの接触面積が均一でなくなり、摩耗箇所が偏ることになる。またそれだけでなく、熱による変形によってディスク自体の寿命までも短くしてしまうことになりかねない。
 そこで360km/h運転に際しE954形に導入されたのが下の写真のような中央締結方式のブレーキディスクである。この方式ではボルト締結点からディスク両端までの距離が短くなることで、歪みを最小限に留めることが可能となった。これをE955形にも投入することで高速走行時の安全性をより確固たるものにしている。併せてブレーキキャリパもE954形同様に空圧方式を採用し、構造の簡素化・軽量化を図った。
(3).台車を常に監視する
 360km/hに走行速度が上がると、当然ながら駆動装置や基礎ブレーキ装置にかかる負荷が増大する。そこでE954形同様台車モニタリングシステムがE955形にも導入された。このシステムは台車蛇行動や車軸軸受などを振動センサー並びに温度センサーで検知することで異常警報を発する仕組みを取っている。これによって常に台車本体や周辺部品の状態を監視し、信頼性を向上させることに成功した。
(4).逆転の発想から生まれた猫の耳
 非常制動時における停止距離の短縮は、地震などに挙げられるような非常時のリスク低減や安全の確保に必要であり重要な課題となっていた。そこで開発されたのが、360km/hからの非常制動でも現行の275km/h非常制動時の停止距離と同等の4000mで停まることを目標にしたこの空気抵抗増加装置である。E954形に採用されたものと同型の装置がこのE955形にも搭載されることとなった。非常ブレーキに連動した抵抗板が屋根上に一斉に展開されることで、空気抵抗が増加し、停止距離を短縮する。
γ)環境と調和する
  
(1).車体騒音を抑制せよ
 速度向上の鍵を握っていると言っても過言ではないのが騒音対策である。騒音全体に占める割合は集電系統が一番高く、次いで車体下部音・車体上部音・先頭部音となっているそうだ。E955形に施された騒音抑制対策は幾つもあるが、まずは集電部の騒音対策について見て行こう。
 E955形集電部の騒音抑制対策はE954形と同様のパンタグラフの低騒音化だ。くの字主枠PS9037型を基に碍子の位置を変更したPS9037A型及びPS9037B型が開発され、前者はE955-5に後者はE955-2にそれぞれ搭載されることとなった。
【 PS9037B型(くの字主枠型シングルアーム、2号車E955-2) 】
PS9037B型パンタグラフ(E954-1側から撮影)
*** 2007.09.25 9935B / 9935M 仙台 *** PS9037B型パンタグラフ(E954-6側から撮影)
*** 2007.09.25 9935B / 9935M 仙台 ***
ここで気になるのは何故一本主枠型が非採用になったのかということだが、在来線内では架線の作用高さの幅が大きく一本主枠型では追従が困難なことが理由だそうだ。
(2).トンネル微気圧波を制する
 360km/h運転の実現へ向けた課題の1つにトンネル微気圧波対策がある。トンネル微気圧波とは車両が高速でトンネルに突入した際に発生する圧力波のことだ。その圧力波が音速で出口から放出されることによって、爆発音のような大きな音が聞こえたり、出口の近くの民家の窓ガラスが揺れたりすることがあり、問題になっている。車両側の対策としては先頭部の長さを延ばしたり、先頭形状の最適化や車体断面積の縮小などを行うことが効果的とされている。
【 ストリームライン(13m、11号車E955-1) 】 【 ストリームライン(16m、16号車E955-6) 】
東京方先頭車E955-1の先頭長は13m
*** 2008.09.19 9871B 北上 *** 八戸方先頭車E955-6の先頭長は16m
*** 2008.09.19 9871B 北上 ***
 E955形では両先頭車ともアローライン形状が採用された。但し、同形式は車両限界が小さいため、E954形と同じアローライン形状であったとしてもその性能はまた変わって来る。そのため、同じ先頭形状でも先頭長をE955-1では13m、E955-6では16mとし、異なる断面積変化率下においてそれぞれの性能の比較・検証を行った。比較試験の結果、先頭長13mのアローライン形状でE954形の16mと同等の性能が得られたそうだ。
 尚、先頭長の比較試験に際してはE954形では両先頭車のみの入替えのみで済んだものの、E955形では主回路の構成上それが入替えが困難だったそうだ。そのため、新車搬入時に予め編成全体を方向転換して組成を行い、その後暫くは反転状態で走行試験を行っていたというのだから驚きである。
(3).30度で制したパンタグラフ遮音板 在来線区間内では遮音板を格納して走行する
*** 2008.09.19 9867B 仙台 ***
 E2系で一旦は廃止されたパンタグラフ遮音板だが、360km/h運転に際してはやはり騒音問題の観点からE954形に続き再び復活した。但し、E954形のような固定式では在来線の車両限界を超えてしまうことが判明。そのためカバー自体を可動式とし、在来線区間では格納することでその問題を解決している。登場時は端部が直角の長方形のような形をしていが、これも度重なる比較試験の結果、最終的にはE954形と同じく端部の角度を30度とすることが騒音防止に最適だという結果に落ち着くこととなる。また、試験内容によっては新幹線区間内でも遮音板を下して走行していた時もあった。
(4).全周幌が車両平滑化に一役買う
 車両の平滑化を行うことも騒音対策には持って来いの方法である。そこで、E955形の車体間でも全周幌を用いて連結部を覆うことにより車体側面の平滑化を図った。尚、在来線区間における急カーブに対応するため、ソフトタイプの幌となっている。この幌は隣接する両車両に固定されており、取り付け部に設けられたチューブに空気を出し入れすることでゴムの「張り」も変えられる優れ物だ。新幹線区間の110km/h以上でゴム板が張り、90km/h以下で緩むようにしてあったようだ。
δ)快適な車内空間を求めて
  
(1).解決の糸口は2度の傾き
 360km/h運転時における乗り心地の評価も速度向上に向けての大きな課題となる。いくら東北新幹線の線形が良いとは言えど、速度の二乗に比例する遠心力には叶わない。275km/hで走行している分には無傾斜でも乗り心地は損なわれないが、それより85km/hも速い360km/hで走行するとなると話は変わってくる。そこでE955形にもE954形と同様に車体傾斜装置を搭載した。車両の位置情報と曲線情報からその時の速度や曲線に応じて外側の空気ばねへ空気を送り、最大で2度程車体を傾斜させる。それによって、曲率半径4000mで330km/h、6000m以上で360km/hの走行が可能となっている。
(2).横揺れを減らせ 測定機器が配置されたE955-6普通車車内を見る
*** 2007.09.25 9935B  / 9935M 盛岡 ***
 左右動揺の抑制も乗り心地向上に大きく寄与する一要素である。そこでE954に続いて電磁式に改良したフルアクティブサスペンションを採用し乗り心地改善を図った。
(3).静かな車内を目指して
 車内の静粛性を向上させるために、E954形と同様の騒音源対策と騒音伝播対策を実施。騒音源対策として駆動装置や主回路等の低騒音化を行い、伝播対策としては客室内の床を弾性支持する浮き床構造や窓ガラスの空気層を厚くした遮音窓構造など採用したそうだ。
この騒音源対策と騒音伝播対策によって、360km/h走行時でもE2系での275km/h走行時と同等の静粛性が得られたと聞いている。
ε)E955形S10編成主要諸元表
 以下にE955形S10編成の諸元表を記載したので、併せてご覧頂きたい。
【資2-2.E955形S10編成主要諸元表】
← 東 京 1号車 2号車 3号車 4号車 5号車 6号車 秋 田 →

S10編成 E955-1 E955-2 E955-3 E955-4 E955-5 E955-6 S10編成


車両長 24000mm 21000mm 24000mm 車両長

車体幅 2904mm 車体幅
車体高 3650mm 車体高
編   成 6M 編   成
最高運転速度
(新幹線内)
360km/h 最高運転速度
(新幹線内)
最高運転速度
(在来線内)
130km/h 最高運転速度
(在来線内)
設計最高速度 400km/h 設計最高速度
車体素材 アルミニウム合金製中空押出形材 車体素材


種 別 空気ばねストローク式車体傾斜機構付ボルスタレス台車 種 別

方 式 軸梁方式 支持板方式 軸梁方式 方 式
軸 距 2500mm 軸 距
車輪径 860mm 車輪径






主電動機 三相かご形誘導電動機 永久磁石同期電動機 主電動機





主電動機
冷却方式
強制風冷 自己通風 主電動機
冷却方式
出 力 370kW 355kW 出 力
主変圧器
冷却方式
強制風冷方式 強制風冷方式 主変圧器
冷却方式
主変換器
冷却方式
走行風冷水冷却方式 強制風冷
沸騰冷却方式
主変換器
冷却方式
集電装置 ばね上昇式低騒音形シングルアームパンタグラフ(PS9037A、PS9037B) 集電装置



主回路 VVVF制御誘導電動機駆動制御(編成トルク制御付) 主回路


ブレーキ 回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキ
(応荷重制御、編成ブレーキ力制御付)
ブレーキ
保安装置 ATC-2型、DS-ATC、ATS-P 保安装置
その他 空気抵抗増加装置(非常制動時に使用) その他

 以上が、E955形S10編成に採用された最新技術の詳細内容だ。本当はまだまだ細かく説明するべきなのだが、これ以上の詳細事項は内容が非常に専門的なものになってしまうのでここで止めさせて頂くことにする。
V.E954形との連結風景
 2008年07月と09月に併せて3回、営業時間帯におけるE954形とE955形の併結走行試験が行われた。この走行試験では併結時の性能確認などが為され、最終回の2008年09月19日には空気抵抗増加装置を使用した非常制動試験も実施された。写真はその時に撮影した連結器周りのカットである。
併結面の両先頭車を捕える
*** 2008.09.19 9871B 北上 ***
E954-8及びE955-1併結の様子を真横から狙う
*** 2008.09.19 9867B 仙台 *** E954-8及びE955-1併結の様子を斜め上から狙う
*** 2008.09.19 9867B 仙台 ***
 両形式の併結走行試験は営業時間帯には指折り数える程しか行われなかったため、このような連結時の様子を記録したカットはとても貴重なものとなった。

W.あとがき 併結編成が白昼の東北路を北上する
*** 2008.09.19 9871B 北上 ***
 360km/hでの営業運転を目指して世に送り出されたFastech360ZことE955形。しかし、2006年04月06日から始まった走行試験はたった2年半で幕を閉じることとなった。2008年10月01日の本線最終走行でもって現役を引退し、既に全車両が廃車。お役目御免で解体されている。今はもうE955形の勇姿を直に見ることが出来ないのかと思うと寂しい限りだ。高速試験電車故に本当に僅かな期間しか活躍出来なかったのは実に惜しいが、これは致し方の無いことだろう。
 他方で、同形式に採用された技術の多くは必ず今後登場予定のE6系へとフィードバックされるはずだ。まだJR東日本から外装及び内装についての正式な発表はないため、今はそれが待ち遠しい限りだ。僅か2年足らずしか活躍出来なかったのは非常に残念だが、それでも同形式から多くの新技術が得られたのは間違いない。
 最後に、E955形S10編成Fastech360Zが残した功績の数々をこの場で称え、あとがきの締めとする。E955形S10編成よ、2年間お疲れ様…。

*** " The Analysis of Fastech360Z " 終 ***

※参考文献
鉄道のテクノロジーVol.1 『 新幹線 』

 
JR East Annual Report 2001 『 社長インタビュー 』
(http://www.jreast.co.jp/investor/ar/2001/pdf/p06_j.pdf)

 
JR East Press Releases - March 09, 2005 『 新幹線高速試験電車 FASTECH 360 まもなくデビュー 』
(http://www.jreast.co.jp/press/2004_2/20050306.pdf)

 
JR East Technical Review No.51 - Spring 2006 『 新幹線高速試験電車E955形式(FASTECH360Z)の概要 』
(http://www.jreast.co.jp/development/tech/pdf_15/Tech-15-60-64.pdf)

 
JR East Technical Review No.22 - Winter 2008 『 高速対応用基礎ブレーキ装置の開発 』
(http://www.jreast.co.jp/development/tech/pdf_22/Tech-22-07-10.pdf)


BACK CLOSE
inserted by FC2 system