2030 年の鉄道あるいは鉄道技術についてこれまでにいくつかの書籍^1），2）等で未来像が描かれています。主 に鉄道関係者が執筆しており示唆に富む意見が多く含まれています。これらは出版が2008～2009年なので，2013年の現時点ではこれ以外の技術トレンドも出てきそうです。ここでは2012年12月公開のNIC（National Intelligence Council：アメリカ国家情報会議）による2030年の未来シナリオレポート^3）における今後の技術トレンドを一瞥し，その方向性を踏えた鉄道車両技術のアイテムのイメージを試考してみます。

NIC分析による2030年の世界に向けた今後の技術トレンド

　NICレポートは，「この報告は大統領選挙に合わせて4年に1度新しくされる。新大統領は当選したあと，就任式の前に，このレポートを渡され，世界情勢の変化に合わせてアメリカはどのような国家戦略を採るべきかを練ることになっている。（文献3）p.2より抜粋転載）」ものです。この中で「最新技術の影響力」に頁が割り当てられ，表1に示す今後の技術トレンドが記されています。いずれも大局的視点からは鉄道あるいは鉄道車両技術にも何らかの形で関わるものですが，直接的に影響を受けそうなのが「情報技術」と「機械化と生産技術」でしょう。

• 表1　2030 年の世界に向けた今後の技術トレンド
  （NIC レポートを基に一覧表を作成）
  

今後の技術トレンドに合致する鉄道車両技術アイテムのイメージ

　表1の「情報技術」と「機械化と生産技術」を鉄道車両技術に適用するには，どのような技術開発を行えば，近未来の世の中のトレンドに合致することになるでしょうか？非才を顧みずイメージを試考してみたものを表2に示します。
　鉄道が他の交通モードに対して競争力を持つには、特に運用時に発生する各種維持費，人件費，動力費のさらなる低コスト化がカギになります。これまでの20年間は自動車が「電車化」する過程であり，電気駆動化，ブレーキ時の電力回生，隊列走行などの技術は既に鉄道固有のものでは無くなっています。むしろこれからの20年間で鉄道の「自動車化」を考え，自動車に特有な，あるいは得意としている技術を取込むことで，鉄道車両技術にも新たな活路が開ける可能性が高い気がします。2030年になって当頁を振り返った瞬間を楽しみにしています。

• 表2　NIC 分析の技術トレンドを踏まえた鉄道車両技術アイテムのイメージ試考
  

参考文献

1) 日本鉄道技術協会「20年後の鉄道システム」，ISBN978-4-330-00308-5，2008.05.
2) 鉄道総合技術研究所「2030年の鉄道」，ISBN978-4-330-05009-6，2009.03.
3) 米国国家情報会議（谷町訳）「2030年世界はこう変わる－アメリカ情報機関が分析した17年後の未来」，ISBN978-4-06-218376-5，2013.04.

はじめに

　鉄道車両の構造に関し，特に台車・走行装置等，いわゆる「足回り」の機器に関しては，損傷が即，安全 上の重大な課題に繋がる可能性があるため，信頼性や耐久性の観点で，特に構造設計・製造・保守に注意が払われてきました。一方，車体部分についてはどうでしょうか。旅客車車体に求められる機能を整理しますと，一般に以下の項目が挙げられます。

　　(1) 安全性・耐久性
　　(2) 快適性
　　(3) 軽量性・合理性
　　(4) 環境性，リサイクル性

　中でも，安全性・耐久性は特に重要で，十分な堅牢さを保ち，列車として運行中に生じる動揺，振動，衝撃に対する耐久性が求められますが，この観点から，車両新製・改造時に車体強度設計が行われます。旅客車両の車体強度設計時に考慮すべき荷重条件および基準値は，JIS E 7106（鉄道車両―旅客車用構体―設計通則）に規定されています。考慮すべき荷重条件は，以下の通りです（図1）。

　　○上下荷重（垂直荷重）
　　○前後荷重（車端荷重）
　　○ねじり荷重
　　○三点支持
　　○気密荷重

　これら荷重条件や設計値は，鉄道事業者・メーカー等，関係各所における長年の経験と実績により決められてきたものです。ここでは特に前後荷重（車端荷重）について，その経緯や検討課題についてご紹介します。

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  図1　車体設計で考慮される荷重条件(JIS E 7106)

車体前後方向の設計荷重

　前後荷重に対する強度は，車両連結時の衝撃や，走行中，編成内の連結車両からの衝動に対する耐久性等の観点から決められています。具体的には，編成前後の車両から荷重が伝達される連結器部分に，所定の引張・圧縮荷重を負荷した際の強度が評価されます。JISに規定される荷重値を表１に示します。これらは実測値や経験値から定められたといわれていますが，経緯を示す具体例のひとつとして，戦前，旧鉄道省を退官後，車両メーカーに移られた小坂狷二氏の著書「客貨車工学（日本機械学会編，1948年刊）」によりますと，戦前の米国で実施された現車打ち当て試験結果に基づき，車端圧縮荷重の目安値は車両重量の約３倍，さらに日本の固有事情や列車運行状況等を考慮し，その80％程度まで許容することを想定したと記されています。これに従うと，例えば重量約40トンの客車の場合，40×3×0.8≒約100トン＝980kNとなります。

• 表1　連結器部に作用させる前後荷重値(JIS E 7106)
  
  

車端部分の構造と強度

　連結器を介して伝えられる前後荷重は，引張・圧縮に関わらず，緩衝器，伴板，伴板守，車体台枠の中ばりへと伝達されますが，伴板守と車体台枠中ばりとの結合には一般にリベット締結が用いられています（図２）。
　車体の主な組立方法が溶接に代わった現在に至るまで，この部分のみリベットが残されている理由は，今となっては明確ではありませんが，上述の小坂狷二氏著「客貨車工学」によりますと，「事故の衝撃の場合を考え … 伴板守の鋲を車体保全のためのせん断鋲と考え，かかる場合はむしろせん断するのを予め覚悟しているのなら鋲数を減してもよいかもしれない」とのことで，編成車両の事故時に，車体中ばりと伴板守間の結合を事前に想定した所定の力でせん断破壊させるよう，リベットの本数・寸法を調整する設計思想を示唆しています。
　事故時に伴板守のリベットを破断させる理由は何でしょうか。実はわが国旅客車発達の過程において，いくつかの重大な列車事故の教訓が活かされています。後に日本鉄道車輌工業会会長を務められた鈴木貞氏は，旧鉄道省で旅客車車体設計を担当されていた折に，事故時の車体損傷調査報告を多く残しておられます。特に車体が木造から鋼製に変わる時期，事故時に，連結した隣接車両同士に上下・左右の食い違いが生じるような，いわゆる「乗り上がり」「列車座屈」といった現象が発生し，相対的に強度の高い車体台枠部分が連結された隣の車体上部に衝撃し，車体が大きく損傷，重大な被害を発生させたことが問題として着目されました（図３）。これらを抑制し，万一の場合も車体台枠同士でしっかりと荷重伝達するため，連結器を先に脱落させることや車体上部の強度向上が考えられたようです。
　事故後の現場復旧迅速化の観点では，連結器が切れることは望ましくないという考え方もありますが，過去の経緯によると，車体損傷が大きく，乗客・乗務員に被害が及ぶような重大事故の際には，連結器が先に脱落し，乗り上がりや列車座屈を抑制することが，少しでも被害軽減に有効であると考えられます。
　ちなみに鈴木貞氏が纏められた一連の報告によると，事故時に乗り上がりや列車座屈を防止し，連結車両の台枠同士をしっかりとかみ合わせるための「突当座」（いわゆる「アンチクライマ」）が設置されていても，実際にはアンチクライマの櫛状の歯同士が事前の想定通りに噛み合わないこと，むしろ連結器胴受，復心装置等の部材を車体台枠端ばりと車体上部との結合強化にも活用し，乗り上がり防止のための「突当座」として機能させる設計がよいことを示しています。
　ところで，連結器部分の強度以外の車体端部の強度について，JIS には定量的規定がありません。図３に示すような乗り上がり，座屈を防止して乗客・乗務員のための安全空間を維持するためには，車体台枠端ばり，車体上回りの隅柱，屋根等の強度が確保されていることが重要です。数値解析を利用して，車体各部に荷重が作用した場合の強度耐久性を予測し，万一の事故時に，連結器部分よりも先に他の部分が壊れてしまわないよう，強度バランスを考慮した設計検討も重要と考えられます（図４）。

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  図2　車端部台枠の構造
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  図3　事故時に編成車両に発生する乗り上がり，列車座屈
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  図4　数値解析による車体端部破壊状況の評価例

おわりに

　近年，わが国でも鉄道車両の衝突安全性が車体強度設計に取り入れられるようになってきました。一方，それ以前には，日本の鉄道はシステムの信頼性が高く，極めて事故が少ないため，また事故を発生させない対策が最重要であるため，万一の衝突事故発生時の被害軽減対策は必ずしも重視されていないともいわれてきました。しかしながら20 世紀初頭以来，わが国鉄道車両が発達する過程において，先輩方がその時々の重大事故における車両損傷状況の検討や，それらを受け実現可能で現実的な車体構造上の対策を考慮してきたことは留意すべきと考えます。

はじめに

　どのようなリスクが存在するのかを事前に特定，評価し，そのリスクが悪影響を及ぼすものであれば対策を実施することを「リスクマネジメント」と言います。リスクマネジメントでは，リスクについての検討過程を組織内部だけではなく外部に受け入れられるよう働きかけることが求められています。しかし，人の判断は合理的になされているとは限りません。
　例えば，「何を危険と思うか」といった，そもそもの対象がズレているかもしれません。また，特定の対象に対してリスクを過大に評価していれば，過剰な不安感を抱くことになります（図１）。逆に，過小に評価していれば，鉄道事業者が実施した安全対策を過剰に感じ，対策の実施に伴う手間や負担に対して不満を感じやすくなり，組織への信頼感が損なわれるかもしれません。
　こうしたズレが解消されれば，鉄道をもっと安心して利用してもらうことができます。そのためには，まずは，一般の人のリスクに対する考え方を把握することが必要です。
　そこで，鉄道総研では，鉄道利用者や一般社会が考える鉄道に対するリスク認知の実態を把握する調査研究に取り組んでいます。ここでは，その一例として，事故の発生状況に対する利用者の認知バイアス（客観的事実に対する人間の主観のズレ）の実態を把握した結果¹⁾²⁾を紹介します。

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  図1　利用者のリスク認知バイアス
  （客観的事実に対する人間の主観のズレ）の問題点

「鉄道事故」全体の死亡者数の見積り

　図２は，日本国内の各交通モードの事故による死亡者数について，一般の人の見積り（縦軸）と実際の数³⁾（横軸）を照らし合わせた結果です。
　図中の斜線は見積りと実際の数が等しくなる境界線ですが，鉄道事故による死亡者数の見積りは斜線のやや下側にあり，実際の数よりやや低く見積もられていることがわかります。
　ただし，「鉄道事故」の内容によっては違った結果となるかもしれません。そこで，具体的な危険の内容を整理し，リスクの見積りを調べました。

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  図2　各交通モードにおける死亡者数の見積りと実際

個別内容に対応した事象の発生件数の見積り

　図３は，鉄道における事故や輸送障害（30分以上の運行停止・遅延）の原因となる様々な危険の内容（表１）¹⁾について，発生件数の鉄道利用者による見積り（縦軸）と実際の発生件数（横軸）を照らし合わせた結果です。
　なお，調査項目となる危険の内容（表１）¹⁾は，一般の人に「鉄道利用時に危険だと感じること」を聞い た調査結果と，既存の事故報告書で事故の原因として用いられている項目を併せて整理したものです。また，実際の発生件数は，国土交通省へ提出された鉄道運転事故等届出書のうち2010年度分のデータ⁴⁾から，危険の内容（表１）に対応する事象を抽出し整理したものです。実際の発生件数は，一つの事象に複数の原因が該当する場合は対応する原因それぞれに計上しています。事故や輸送障害で2010年度の鉄道運転事故等届出書には見当たらなかった項目については，事故概況に詳細が記載されていない等の理由により，実際には1件以上あったがデータ上は0件となっている可能性を否定できませんが，ここでは，運転事故，運休または30分以上の遅延を生じたものはないと仮定しました。

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  図3　危険の内容別の事故・輸送障害の発生に対する推定（見積り）と実際
• 表1　危険の内容例（図３の凡例）
  

おわりに

　ここでは，リスクマネジメントの前段として，事故や輸送障害の発生に対する鉄道の利用者の認知の実態と実際とを照らし合わせ，その間にズレがみられることを確認した結果を紹介しました。
　ここで紹介した結果は一例ですが，さらに回答者の属性（性差や世代，鉄道の利用頻度，よく利用する路線や地域等）によって認知の実態には差異がみられるかもしれません。また，ここでは，現状の実態を把握したにすぎませんが，今後は，鉄道における２次的バイアスと経験との関係を検証し，どのような情報提供を行えば認知バイアスが解消される可能性があるのか（ないのか）等について調査研究を進めたいと考えています。

参考文献

1) 宮地由芽子・畠山直：鉄道の輸送障害・事故に対するリスク認知の構造,日本リスク研究学会第24回年次大会講演論文集,Vol.24,pp.68-73,2011
2) 畠山直・宮地由芽子：鉄道の輸送障害・事故の発生状況に対する利用者の認識の違い,鉄道総研報告,Vol.27,No.3,pp.39-44,2013
3) 内閣府:交通安全白書,2011
4) 鉄道総合技術研究所（鉄道技術推進センター）：鉄道安全データベース
5)Sarah Lichtenstein, Paul Slovic, Baruch Fischhoff , Mark Layman, & Barbara Combs : Judged Frequency of Lethal events, Journal of Experimental Psychology: Human Learning and Memory ,Vol.4,No.6,pp.551-578,1978

はじめに

　在来方式鉄道における直流電化区間は36.1%（交流電化：19.4%,非電化：44.5%）であり,大都市近郊区間を中心に直流き電方式が適用されています。しかしながら,架線電圧は,短絡や地絡時に直流高速度遮断器が接点を解放する際のアーク電圧に制約があるため,1500V以下と低く,相対的に供給電流は大きくなります。そのため, 電圧変動が大きくなり,変電所を多く設置し電線径も太くする必要があります。また,交流き電方式では電車のブレーキ時に発生する回生エネルギーを電力系統側に送電することができますが,直流き電方式では電力系統側への送電ができず,近くに力行する電車がいなければ回生失効となります。上記のとおり,直流き電方式は様々な課題を有しており,本稿では,これらを解消するための超電導技術の適用として,「鉄道用超電導ケーブル」について紹介します。

鉄道用超電導ケーブル

　直流き電方式において, 車両に電気を送り届けるためのき電線は,電気抵抗を有するため電圧が変動（降下・上昇）します。このため,多くの変電所設置が必要となるほか,回生失効,送電損失,電食などの課題を有しています。そこで,電気抵抗ゼロで送電が可能となる超電導ケーブルを鉄道の送電線へ適用することで,回生失効および送電損失の抑制による省エネルギー化, 変電所間の負荷平準化や電圧降下低減による変電所の集約化,電食の抑制などといった効果が期待されます。
　表１は, 超電導ケーブルの導入効果を評価するために,シミュレーションを実施した例です。モデル路線は全長26.5km,駅数24,変電所数５としました（図１）。複線であり,上下線が１本のき電線（上下一括き電）およびそれに並列に接続された１本の超電導ケーブルを共用する形としています。超電導ケーブルは５箇所の変電所を結ぶ形で導入し,列車の運行間隔を上下線それぞれで５分間隔とし,この５分間について評価しています。
　この導入方法では, 変電所から電車への送電は従来通りのき電線を使用するためジュール損失の低下は4MJにとどまるが,遠方の電車への回生が可能となるため電力回生率が向上し,約16%の省エネルギー効果となっています。また,従来は直近の変電所からのき電でありましたが,各変電所からのき電が可能となったため,変電所最大電流は30%以上減少し,変電所間の負荷が平準化されています。超電導ケーブル導入の際には冷却エネルギーが増加するため,これを低減することで更なる省エネルギー化が見込まれます。
　現在の在来線に超電導ケーブルを導入する場合,直流高速度遮断器に直結されます。この遮断器の動作電流値は線区によって異なり,負荷の大きい首都圏の過密路線では8kAが中心で,10kAを超える設定もされているため,超電導ケーブルの電流容量もこの動作電流値以上とすることが適しています。
　基本性能確認のため試作された鉄道用超電導ケーブルの構造を図２に示します。ケーブルは１本でき電電流（＋）と帰線電流（－）を流す同軸構造であり,それぞれに短絡電流の保護として銅保護層を設けています。また,熱侵入低減を目的とし,ケーブルコア内を冷媒経路とすることで, 見かけ上１本で冷媒を循環する対向流循環方式を採用しています。液体窒素の浸漬冷却（77K）における通電試験の結果, 損失なしに10 kA 以上の通電が確認され（図３）,実路線にも適用可能な超電導ケーブルの開発が進められています。
　31m長の鉄道用超電導ケーブルを国立研究所内の試験線に敷設し,液体窒素と冷凍機による冷却試験や,通電,課電試験などによる評価を経て, 世界初となる超電導ケーブルによる車両の走行試験に成功しています（図４）。実用化に向けた試験を繰り返し行うことで,運用上の課題,問題点を抽出し,鉄道路線での使用に適した鉄道用超電導ケーブルの開発を行っていきます。
　本研究の一部は,国土交通省の補助金及び,（独）科学技術振興機構(JST) 戦略的イノベーション創出推進プログラム(S-イノベ)の支援を受け実施したものです。

• 表1　超電導ケーブルの導入効果（５分間）
  
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  図1　シミュレーションモデル
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  図2　8kA 級鉄道用超電導ケーブル
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  図3　通電試験の結果
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  図4　超電導ケーブルによる車両の走行試験