• はてなブックマークに追加
  • Yahoo!ブックマークに登録
160kmで高速走行できる分岐器、落雷から新幹線を守る保安器 新幹線47年の歴史を創る。テツに挑み続ける技術者達
昨年末の東北新幹線八戸〜新青森駅間開業、そして今年3月には九州新幹線博多〜新八代駅間開業により、青森から鹿児島まで日本列島を縦断する一大新幹線網が完成した。そこで今回はそれを記念して、ある2つの分野において47年の歴史を誇る新幹線技術を支える技術者たちの挑戦について探ってみた。
(総研スタッフ/山田モーキン)作成日:11.03.11
はじめに:東海道新幹線開業から47年。新幹線技術はどこまで進化した?
1964年10月、世界初となる超高速鉄道「新幹線」が東京〜新大阪駅間に完成した。最高速度210キロで、550キロある同駅間を3時間10分で駆け抜けるスピードは、これまでの半分以下の時間で到達、まさに夢の超特急という名に恥じない画期的な高速鉄道の誕生だった。
その後、時は流れ山陽・東北・上越・長野・九州と路線網を着々と増やした結果、昨年12月に開業した東北新幹線八戸〜新青森駅間の開通、そして今年3月には九州新幹線博多〜新八代駅間の開通により、青森〜鹿児島間が形式上、一つの線路で結ばれたことになる(※東京駅構内において、東北新幹線と東海道新幹線の両線路は未接続)。
最初の開業から今年で47年、新幹線はそのときどきの最新技術を取り入れながら進化してきたが、その進化の裏側には多くの技術者たちが積み重ねてきた努力と情熱があった。
そこで今回は普段なかなか目にする機会がない、新幹線を支える2つの技術に関して取り上げる。各々の技術者へのインタビューから、新幹線技術の進化の過程とその特性、そして開発する苦労と喜びを探っていきたい。
ケース1:160kmで分岐線側を高速走行できる分岐器、誤差わずか0.5ミリの挑戦 関東分岐器株式会社
新幹線には車両を初め、さまざまな設備や機器が存在する。その中で今回注目したのは「分岐器」。その名の通り、分岐器とは線路を分岐させることで、車両の進路を転換したり選択させることができるシステム。新幹線以外でも、例えば駅の出入り口でいくつもの線路が交差していたり、またホームに列車が進入する際、線路が2つにわかれてホームの両側に止まることができるようにしたものなど、普段鉄道を利用していれば自然と分岐器の上を進んでいる、線路になくてはならない重要な設備だ。
その分岐器、当然新幹線にも使われているが一見、普通の鉄道と同じような形をしていながら形状や材質など、細かな点で大きな違いがあるという。
そこで今回、分岐器専門メーカーで、東海道新幹線開業時から新幹線向けの分岐器を開発・製造している関東分岐器のベテラン技術者である主田氏と土屋氏の両氏に、新幹線向け分岐器製造の歴史や、その特徴について伺った。
主田和嗣氏
関東分岐器株式会社 岡部工場
取締役工場長

主田和嗣氏
土屋清孝氏
関東分岐器株式会社 岡部工場
技術部部長

土屋清孝氏
新幹線向け分岐器製造のために開発した18番分岐器を、誤差0.5ミリの高精度で加工する
そもそも分岐器を製造するためには、「開発・設計」→「レール・部品の加工」→「組立・検査」の各工程を経て分解して出荷し、現場で設置される。中でも重要な過程が「レールや部品の加工」。トングレール(分岐する先端の軌条)の加工は、特殊レールの後端部を普通レール形状に鍛造した後、まず荒削りによる加工、その後焼き入れにより強度を高め、さらに仕上げ加工によって精度を高めた後、他の部品との接合加工等を経て完成する。
関東分岐器が新幹線向けの分岐器を初めて製造したのは、東海道新幹線開業の前年の昭和38年。その時の苦労を、主田氏はこう語る。
「新幹線向けの分岐器の最大の特徴が分岐器の長さにあります。分岐器の場合、分岐する元の所から分岐した先まで長さの角度を番数で表しますが当時、通常の線路で使われていた分岐器は10番(5゜43´)が主流でした。つまり『10m進むと1m曲がる(開く)』長さを意味するのですが、新幹線の場合、少しでも高速走行できるように、分岐による曲線の角度を抑えるため『18番』(3゜11´)というかなり長い分岐器を新たに製造する必要がありました。そのため、『平削り盤』というレールを削る機械が18番の長さに対応できず、新幹線用の平削り盤を新たに導入したことが最初の苦労といえるでしょう。また次の熱処理も、本番までの準備期間には1年あまりを費やしました。」
また新幹線の場合、設定された最高速度が210km(開業当時)という未知の領域であったため、その高速運行を支える分岐器の「精度」も、従来と比較にならない程高い技術が要求された。
「通常の分岐器であれば加工による主レールやトングレール、工場組立のレールとレールの間隔(軌間)精度誤差は、±2ミリ程度。しかし新幹線の場合±1ミリと厳しく、わずか±0.5ミリが精度を左右するというレベル。トングレール頭部幅削りも±0.5ミリ以内に抑えなければならない。しかも分岐器のレールが長いのでその分、加工する対象範囲も広がることで加工の難易度はかなり高くなりました」と、土屋氏は難易度の高さを指摘する。そのほか、安定した走行を実現するために、レール軌間が1067mmから1435mmに拡幅されたことによる変更も苦労を伴ったようだ。

しかし先ほど触れた新たな平削り盤の導入や、現場の技術者たちの創意工夫と努力によって18番分岐器を完成させ、東海道新幹線開業時に晴れて設置される。その後、何度か取り換えられつつも、現在も駅の前後にある分岐器の多くに運用されているのだ。
広大な工場内には無数のレールが積みあげられている。ここで削ったり、焼いたり、加工し組み立てることで新幹線用も含め、さまざまな用途の分岐器が作り上げられる。
広大な工場内には無数のレールが積みあげられている。ここで削ったり、焼いたり、加工し組み立てることで新幹線用も含め、さまざまな用途の分岐器が作り上げられる。
時速160kmで分岐通過できる未知の領域「38番分岐器」開発秘話
新幹線47年の歴史の中で、最もインパクトの大きかった分岐器として主田・土屋両氏が挙げたのは、「38番分岐器」の製造エピソードだ。
新幹線開業から31年経た1995年、全長135m、分岐器の直線側が時速270km、分岐側が160kmという高速で通過できる日本最大の「38番分岐器」を初めて開発した鉄道運輸機構、JR鉄道総合研究所、JR東日本に協力し、同社が製作に成功した。現在、上越新幹線高崎駅から新潟方面に約3.3km向かった地点に、長野方面に向かう北陸新幹線への分岐用として運用されている。
その38番分岐器、先ほど紹介した18番分岐器と比べると、さまざまな面でその「大きな違い」が理解できる。
「18番では分岐側が時速80kmでしか進めなかったものが、2倍の時速160kmで高速通過できるわけですから、全くスケールが違います。全長は18番の71mに対して135m、また分岐器の重要な構成要素となるトングレールは18番の18mに対して、42mという長さ。それによって製造には非常に困難を伴いました。特にトングレールを加工する時、18番であれば平削り盤で対応できるのですが、38番の長さではさすがに42mの長さを一気に加工できないのです。そこで≒25mと≒17mの2つに分けてそれぞれ加工した上で、工場での組み立ては仮止め接続で行われたために実際の一本化は工場ではなく、仮設置場所で溶接業者に協力を仰いだ上で、溶接をして取り付けるというこれまでにない手法で完成させたのです」(土屋氏)

さらに話によると25mでも従来の設備では対応ができない部分があったため、焼き入れ装置機の先の地面を掘り下げピットを延長するなどの、設備面の改良も施した。
その結果、製造から組立まで6カ月と、通常の3倍以上かけて作り上げたのだ。
これが38番分岐器。かなりの長さであることが分かる。写真のように現地での設置時、こうして溶接して完成させた。
これが38番分岐器。かなりの長さであることが分かる。写真のように現地での設置時、こうして溶接して完成させた。
まくらぎ直結分岐器、ローラー床板etc とどまることのない分岐器の進化
そのほかにも、新幹線ならではの特徴について、「通常に比べ、新幹線は車両が大きく重かったり、また高速で走行するため線路の摩耗が早く、1年周期程度で交換するケースが多いのも特徴。中には特殊な分岐器の場合、わずか100日で交換することも」と土屋氏は語る。
そこで同社では平成20年、『摩耗交換用中継レール』と呼ばれる技術をJR東日本と共同開発し、権利化した。
「摩耗交換用中継レールとは新幹線軌道レールを交換する際、レールが取り付けられる前後の線路の摩耗具合に合わせて、あらかじめ削り加工を施すことで取り付け時、前後の段差をなくしてスムーズな運行を可能にするものです。つまり、設置する線路環境に合わせてオーダーメイドで加工する技術で、1ミリ単位で対応可能です」(土屋氏)

現在、枕木をコンクリート路盤に直結させることで強度を高めたまくらぎ直結分岐器が、昨年開業した東北新幹線八戸〜新青森間に導入された。省力化を目的に分岐器の線路転換部分にローラーをつけることで、油を塗りつける手間を省くなど、分岐器も進化を続けている。
「自分たちの作った分岐器が今日も、東北から九州まで全国で運用されていて、多くのお客さまにご利用いただいていることが、この仕事の大きなやりがいですし、技術者としての誇りですね」と主田氏は静かに語る。
分岐器の要となる、トングレールの加工部分。先端部分はナイフのように研ぎ澄まされていて、素手で触れば簡単にスパッと切れてしまうほど。
分岐器の要となる、トングレールの加工部分。
先端部分はナイフのように研ぎ澄まされていて、
素手で触れば簡単にスパッと切れてしまうほど。
ケース2:新幹線の大敵“雷”から開業以来、半世紀に渡り守ってきた保安器の進化 株式会社サンコーシヤ
新幹線が世界に誇るべきものとしていの一番に取り上げられるのが、「安全性」。東海道新幹線開業から47年で、乗客の死亡事故がゼロという事実が、その安全性の高さを物語っている。高い安全性を実現している要素として、車両や線路、また運行制御システムや信号システムなど多岐に渡るが、今回注目したのは「雷」対策。
新幹線に限らず、電気の力で走行する鉄道にとって最大の障害の一つとなるのが雷だ。もし落雷対策を施していない状態で架線やレールに落雷すれば、運行がストップするどころか、乗客にも被害が及ぶ可能性もある。
そのため、落雷対策が安全運行上で、非常に重要な要素になる。そこでこれから紹介するのは開業以来、新幹線向けの雷対策用トランスや保安器の開発製造を一手に引き受けている企業である、サンコーシヤ。47年の歴史の中で、雷対策用のトランスや保安器がどのような進化を果たしてきたのか、担当技術者に詳しく聞いてみた。
細川朗氏
株式会社サンコーシヤ
営業技術部 副技師長

細川朗氏
1kmごとに4カ所設置されている保安器が、新幹線を守る
サンコーシヤが47年に渡って新幹線向けに納品してきた保安器&トランス製品
サンコーシヤが47年に渡って新幹線向けに納品してきた保安器
通常、レールに付随して列車を制御するための信号を流すケーブルが張り巡らされている。しかしもし落雷によりケーブルが破損した場合、とりかえる手間がかかるため、ケーブルやその先にある機器を守るためのトランスや避雷管を組合せた保安器が必要になる。
「なぜ落雷で機器がダメージを受けるかというと、落雷放電によって電源、通信ケーブルに異常電圧が発生します。これを『誘導雷』と言ってその電圧が機器に入り込むことで、その電圧に耐え切れずに絶縁破壊を起こし、異常電流が流れ破損してしまうわけです。そこで機器の手前でこの異常電圧を接地や他の回路に接続しバイパスして逃がしてしまう装置が避雷管なのです。また、絶縁でブロックしてしまう装置がトランスです」と、保安器の役割を語る細川氏。
これは従来の在来線に加え、新幹線でも同じ。そこで東海道新幹線が開業する昭和39年の2年前に、初めて新幹線向けの絶縁トランスや避雷管の開発を行ったところから、同社の新幹線向け雷対策の歴史が始まる。

「現場における軌道回路用保安器(トランス+避雷管)は新幹線の場合、約1kmごとに4カ所設置しています。開業当時の路線延長が約515km、それが現在は山陽・東北・上越・北陸・九州各新幹線の開業で約2,400kmにおよび、全国各地に当社の製品が設置されているのです」
つまり開業してから現在まで、新幹線の分野におけるこの部分の雷対策製品のシェアは100%なのだ。
2万5千ボルトの高圧電圧にも耐えられる保安装置をユニット化、セラミック素材への変更、小型化への進化を遂げる
47年の歴史の中で、サンコーシヤが開発した保安器はいくつかの段階ごとに進化を遂げてきたという。
「最初の製品は、御覧の通り最新のものと比べると大きくて、まだトランスと保安器が分離している状態でした。これが東海道新幹線開業時に納入した、第一世代といえるでしょう。この時代の避雷管は流せる電流が小さかったため、避雷管と電磁力を利用したマグネットスイッチで保護回路を構成していました。
その後、昭和48年にはこれまで分離していたトランス・保安器を一体化(ユニット化)を実施した第二世代に進化。それが山陽新幹線に採用され、同構造の形違いが東北、上越新幹線にも設置されました。
さらに昭和63年、材質をガラス管からセラミックタイプに変更した大電流耐量の避雷管を開発したことで、マグネットスイッチを廃止(第三世代)。また、このユニット化した保安器の取付面積を小さくすることで小型化を実現し(第四世代)、今回開業する九州新幹線にも設置されています」

こうして振り返ると素材や形状などが変化する一方で、基本的な品質や性能が大きく変化しているわけではないが、新幹線向け製品が他の鉄道向け製品と決定的に違うものがあるという。それが、品質に対する厳しさだ。
「新幹線はひとつのブランドとして確立されたものですから、特に品質管理は徹底して行われます。製品を納品する場合、通常ならサンプルをいくつか抜き取って検査しますが、新幹線向けの場合は必ず全品検査して、合格したものだけを納品します。
また通常、1万ボルトの電圧を500ボルト位に抑制する製品を鉄道向けに出していますが、新幹線はより高圧な2万5千ボルトにも耐えられる絶縁対策&雷対策ができているのも、高品質という面では大きな特徴ですね」と、その品質の高さや検査基準の厳しさを細川氏は指摘している。
こうした細川氏をはじめ同社の技術者達が47年に渡って地道に取り組んできた成果によって、今も日本全国の新幹線を落雷から守ることで新幹線の高い安全を支えているのだ。
トランスと保安器が分離した第1世代の製品(1)と、両者をユニット化した第2世代(2)
避雷管がセラミック製になった第3世代(3)、最新型の第4世代(4)
トランスと保安器が分離した第1世代の製品(1)と、両者をユニット化した第2世代(2)。避雷管がセラミック製になった第3世代(3)、最新型の第4世代(4)
まとめ:新幹線の進化はこれからも続く
今後、新幹線は平成14年度末を目標に北陸新幹線長野〜金沢間の開業、そして15年末までに北海道新幹線新青森駅〜新函館駅(仮称)までそれぞれ延伸開業する予定。ほかにも北海道新幹線新函館〜札幌間、北陸新幹線金沢〜敦賀〜大阪方面、九州新幹線長崎ルートについても、建設に向けての取り組みが進んでいる。
また海外へ向けての新幹線ビジネスもますます過熱していくことが予想される中、今回紹介した彼らのような技術者たちがこれからの新幹線を支え、動かしていく大きな原動力であることに変わりはないだろう。
そんな多くの技術者たちの今後の活躍を見守り続けたい。
  • はてなブックマークに追加
  • Yahoo!ブックマークに登録
あなたを求める企業がある!
まずはリクナビNEXTの「スカウト」でチャンスを掴もう!
スカウトに登録する
山田モ―キン(総研スタッフ)からのメッセージ 山田モ―キン(総研スタッフ)からのメッセージ
以前から鉄道ファンを公言している私ですが、今回の新幹線開業は非常に印象に残る出来事でした。半世紀の歴史とともに着実に発展・進化してきた新幹線が今、日本を代表する製品・文化として広く世界にその存在を知らしめるようになったこと。その発展を支えてきたのは、今回ご紹介したプロの技術者が地道に目の前のテーマに取り組み続けてきた結果であること。一鉄道ファンとして今後も、見守り続けていきたいという決意を新たにした次第です。

このレポートを読んだあなたにオススメします

人気ダントツ新幹線、でも田舎ローカル線も捨てがたい…

エンジニア500人が選ぶ☆俺が愛する鉄道ベスト10

果たしてエンジニアは、普段利用している鉄道のどこに魅力を感じているのか? 今回、一般エンジニア500人が選んだ車両、路線、駅それ…

エンジニア500人が選ぶ☆俺が愛する鉄道ベスト10

厳選★転職の穴場業界

鉄ちゃんでなくてもやっぱり鉄道が好き!

厳選★転職の穴場業界19世紀に誕生した伝統的交通テクノロジー、鉄道が今、あらためて注目されている。経済成長の著しい新興国の鉄道需要が急増、また先進国…

鉄ちゃんでなくてもやっぱり鉄道が好き!

“鉄道人”としての誇りをかけて、列車の安全・安定輸送を支える

JR東日本が“柔軟な発想”を求め、エンジニア積極採用

人気企業の採用実態JR東日本が技術者採用を開始する。土木、車両、列車制御システム・電力設備・情報通信、機械設備、建設工事など職種は多岐に渡るが、今…

JR東日本が“柔軟な発想”を求め、エンジニア積極採用

車両、駅、線路、時刻表…今まで気づかなかった目の前の幸せ

興奮!モー止まらない☆エンジニアに捧ぐテツ道狂想曲

ここ数年で急速に世間から脚光を浴びる存在となった鉄道には、さまざまな魅力が秘められている。今回、エンジニアに楽しんでもらえるであ…

興奮!モー止まらない☆エンジニアに捧ぐテツ道狂想曲

N700系新幹線を支えるダブルスキン構造、地下鉄等の車両印刷

鉄道バンザイ!超ハイレベルな車両開発に挑む技術者魂

ここ最近、なにかと鉄道に関する話題を多く目にすることはないだろうか? 今回、多くの人々にとって身近な乗り物である鉄道車両にスポッ…

鉄道バンザイ!超ハイレベルな車両開発に挑む技術者魂

応募者は「イケた!」と思ったのに……なぜ不採用?

スキルが高い人材でも「NG」を出した人事の証言

求人の募集要項にあるスキルは満たしていたのに、なぜか結果は不採用。そんな経験をした人も多いのでは? では、採用に至らな…

スキルが高い人材でも「NG」を出した人事の証言

この記事どうだった?

あなたのメッセージがTech総研に載るかも

あなたの評価は?をクリック!(必須)

あなたのご意見お待ちしております

こちらもお答えください!(必須)

歳(半角数字)
(全角6文字まで)
  • RSS配信
  • twitter Tech総研公式アカウント
  • スカウト登録でオファーを待とう!
スマートグリッド、EV/HV、半導体、太陽電池、環境・エネルギー…電気・電子技術者向け特設サイト

PAGE TOP