国鉄591系電車
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国鉄591系電車（こくてつ591けいでんしゃ）は、日本国有鉄道（国鉄）が1970年に製造した高速試験用の交流直流両用電車。
曲線区間の高速化を目指し、振子式車両の試験車として製作されたものである。クモハ591形という営業用の形式称号を名乗るが、純然たる試験車であり、営業運転に使用されたことはない。低重心が求められる振子式車両であるが、その面で不利となる交流直流両用車とされたのは、当初、東北本線上野～仙台間の高速化（最高運転速度130km/h）が目論まれたためである。
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[編集] 製造の背景
当時、日本における振子式車両は小田急電鉄と三菱電機が共同で試験を実施した前例があったが、実用化に至らなかった。
国鉄では在来線特急列車のスピードアップを図り、小田急電鉄と三菱電機がテストした強制振子方式ではなく、遠心力をコロにより伝達して車体を傾斜させる自然振子式を用いた車両の研究開発を進め、試作車として本系列が製造された。
[編集] 構造
[編集] 製造当時の構造
車体はアルミニウム合金製の3車体4台車の連接構造で、形式はクモハ591形と称し、Mc1 - M2 - Mc3の3車体で1両という扱いであった。車体長は両端の先頭車が14,150mm、中間車が10,500mm、全長は44,900mmであった。前面形状は両端で全く異なり、一端 (Mc1) は後の201系・205系に受継がれた（ただし窓周りは黒色処理されていない）前面非貫通の異型2枚窓低運転台で、もう一端 (Mc3) は当時の583系に似た非貫通の高運転台（愛称表示器部が凸となっており多少流線型をしている）といった構造であった。
台車は、いずれも動力台車とされ、Mc1の運転台側がDT94、Mc3の運転台側がDT95、中間の連接台車がDT96と呼称した。これらの台車は軌道への横圧軽減対策として移動心皿方式と自己操舵方式の二種が、曲線での乗心地改善のための振子装置にはリンク式とコロ式が採用されている。DT94は横圧軽減対策として移動心皿方式を採用し、油圧リンクにより遠心力を分散する方式で、振子方式はリンクで車体を支える方式である。これに対しDT95は横圧軽減対策はDT94と同様の移動心皿方式であるものの、中心ピンを抜いて移動させる方式で、振子方式はコロとコロへの荷重を減らしてスムーズに作動させるための特殊な空気バネによって車体を支える方式である。また連接台車のDT96は、横圧軽減対策としてZリンクを介して車体の変移を台車に伝え、車軸を転向させる自己操舵方式を採用しており、この機構こそは本系列で連接構造が採用された主因であった。なお、振子方式はDT95と同じコロ式である。
制御器は二種が併用された。力行時に抵抗制御のみを行うCS42がMc1に、力行時に抵抗制御を行うのはCS42と同様であるが高速制御時と制動時にサイリスタによるチョッパ制御（界磁チョッパ制御）を行うCS41がMc3に搭載されている。
また制御器に合わせて主電動機も二種が併用され、CS42にはMT59X直流直巻電動機4基がDT95とM2-Mc3間のDT96に、CS41にはMT58X直流複巻電動機4基がDT94とMc1-M2間のDT96に、それぞれ装架された。
ブレーキ方式は発電ブレーキを常用することとされ、CS42とMT59Xの組合せでは、4基の電動機をそれぞれ独立した主抵抗器につなぎ、4群の発電ブレーキ回路を構成している。そのため、1基の電動機で滑走が発生しても電流の低下を検知して個別に再粘着可能であった。これに対し、CS41とMT58Xの組合せでは、界磁チョッパ制御により発電ブレーキを作動させるため、再粘着制御は界磁電流を絞り込むことにより行なわれる。本系列は交直流電車であり、交流区間での電力回生ブレーキ構成には複雑な回路付加が必要であったため、自重増大を嫌って電力回生ブレーキの搭載が見送られている。また発電ブレーキ常用を前提として設計されたため、空気ブレーキは補助的なものとされ、機器の軽量化を目的として機関車や客車、貨車が採用するのと同系のCLE電磁自動空気ブレーキが採用された。キハ181系気動車と同じ方式である。
パンタグラフは、下枠交差式のPS905がM2とMc3に装備されたが、M2のものは振子作用時に車体の傾きと関係なく、空気圧により機械的に軌道の直上に保持する機構が備えられている。この時点でMc3の固定方式でも問題はないと考えられていたが、比較のために両方式が採用されたものである。
塗装は当時の特急形電車と同様に、クリーム4号地に窓周りを赤色（赤2号）とされた。Mc3の塗装は後に登場した183系や485系の高運転台型でも採用された。Mc1は前面にまで赤帯が巻かれている。営業運転に供する車両ではないが、室内の一部には軽合金製の簡易リクライニングシート（R50）が設置されていた。
[編集] 2両固定編成への改造
試験の結果、中間のDT96の操舵装置を作動させた場合に、先頭台車の横圧を増加させる不具合が見つかり、操舵台車の試験が中止されることとなった。そのため連接構造を採用する意義がなくなり、1971年に通常のボギー構造の2両固定編成への改造が郡山工場で施工された。改造内容は中間車を外し、余ったDT96を両端の車両に一つずつ装着し、同時に両端の車両の連結面寄りに長さ3mの普通鋼製車体をボルト止めで接合するというものであった。これにより、連接車3両編成から車体長17,150mmのボギー車2両編成となった。
この改造により、従来の3車体1両扱いから2両ユニット扱いとなり、低運転台車 (Mc1) がクモハ591形 (Mc) 、高運転台車 (Mc3) がクモハ590形 (M'c) となった。
[編集] 試験
落成後は仙台運転所に配置されて東北本線で試験を実施し、前述の自己操舵台車を除いて良好な試験結果を得た。しかし、1971年に東北新幹線の建設が決定したこともあって、その後は奥羽本線や羽越本線、さらには鹿児島本線等を転々とすることになる。
最終的に、1973年の電化が決定された中央本線（中央西線）・篠ノ井線に量産車を投入するため、長野運転所に転属して信越本線で試験を続けることとなった。そして本系列における試験結果を反映し、1973年に日本初の営業用振子式車両である381系が実用化されることとなる。しかし、本系列で良好な結果を得た4系統独立発電ブレーキ制御は、効果を十分に発揮するためには全電動車方式が要求され、変電所の増強などコスト面で過大となること、複巻電動機を使用した界磁チョッパ制御は回路が複雑であることから、いずれの方式も実用化は見送られ、最高運転速度130km/hでの営業運転も放棄された。パンタグラフの移動機構や、移動心皿方式台車の採用も見送られている。結局、本系列で試験された機構のうち、381系に反映されたのはコロ式の振子装置程度である。ただし、パンタグラフの移動機構は民営化後にJR四国8000系電車などで採用されている。
国鉄では、キハ391系で明らかとなった問題点を解決し、より実車に近い試験を実施するために本系列をガスタービン試験車に改造することを計画した。1973年のプランでは、クモハ591-1の床下に川崎重工業KGR1400(1100PS/19000rpm)ガスタービンを搭載し、床上に電源装置、機関冷却装置を取り付ける計画で、駆動機関は機械式であった。1975年には、クモハ590-1を電気式ガスタービン車に改造する提案がなされ、ホバークラフト用の川崎重工業KTF25B(1730PS/14500rpm)を床上に搭載し、1977年までに完成させる予定であったが、いずれの案も実現には至らなかった。
試験終了後は長い間岡谷駅構内に置かれていたが、1980年3月26日付で廃車され、同年秋頃に長野工場で2両とも解体された。なお、DT96のうち1台は解体を免れ、大阪市港区の交通科学博物館で展示されている。
[編集] 参考文献
- 『鉄道ダイヤ情報』別冊「プロトタイプの世界」2005年、交通新聞社
- 『幻の国鉄車両』2007年、JTBパブリッシング
[編集] 関連項目
- 国鉄381系電車
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