しんかんせん

新幹線(しんかんせん)は、JRグループ各社が運営している日本の高速鉄道である。1987年(昭和62年)までは日本国有鉄道(国鉄)が運営していた。

概要
1964年(昭和39年)10月1日に東京駅 – 新大阪駅間に開業した東海道新幹線に始まり、国鉄時代には山陽・東北・上越の各新幹線が開業した。JR化後も、従来のJR線(在来線)と新幹線とで直通運転を行うミニ新幹線として山形・秋田の2路線が開業し、高速運転が可能な本来の新幹線規格(フル規格)でも北海道・北陸・九州(鹿児島ルート)の3路線が開業に至るなど、新幹線網の拡大は半世紀にわたって続けられている。2018年(平成30年)現在も北海道・北陸・中央・九州(長崎ルート)の各新幹線が建設中である。

2016年(平成28年)の時点で、フル規格7路線(合計2,765 km)とミニ新幹線2路線(合計276 km)が営業中で、2015年度(平成27年度)の年間利用者数は3億6000万人に上る。

従来の鉄道にはなかった時速200キロメートルを超える高速運転を行うため、新たに線形の良い(急カーブや急坂が少なく緩やかな)専用の高速路線を建設する。軌間(レールの間隔)は在来線の狭軌 (1,067 mm) より幅の広い標準軌 (1,435 mm) で、架線の電圧も在来線の交流2万ボルトより高い交流2万5000ボルトとなっている。車両も専用のものが用いられ、流線形で車体も大きな新幹線車両によって運転される。高速性と低騒音性を両立させるため、先頭形状は新型車両が登場するたびに進化を続けており、先頭部以外にもパンタグラフをはじめ随所に空力的な工夫が施されている。

高架橋やトンネルなどが多く、踏切も無い新幹線では、通常の鉄道よりもさらに定時性が高く、年間12万本もの列車が運転される東海道新幹線でも平均遅延時間は36秒に留まる(2011年度)。また、50年以上に渡る新幹線の歴史の中で、車両や線路の施設や設備の異常、運行する側の不手際等に起因する乗客等の死亡事故は一度も発生していない。この事実は「新幹線の安全神話」として語られている。

定義
全国新幹線鉄道整備法では、新幹線鉄道を「その主たる区間を列車が200キロメートル毎時(以降km/hと記す)以上の高速度で走行できる幹線鉄道」(第2条)と定義している。「その主たる区間」であるから、局所的に200 km/h未満の速度でしか走行できない区間が存在しても新幹線鉄道である。新幹線を法律で定義しているのは、在来線とは異なる運転規則や構造規則(いずれも省令)が必要なためである。

列車の運行を妨げる行為に対しては、一般の鉄道でも鉄道営業法や刑法などに規定があるが、それに加えて、新幹線鉄道における列車運行の安全を妨げる行為の処罰に関する特例法(新幹線特例法)などによって、より厳しい法的措置が定められている。

ミニ新幹線と呼ばれている山形新幹線・秋田新幹線も一般に新幹線と称されており、時刻表にもそのように記載されている。しかしながら、これらは正式な路線名称ではなく、そしてすべて在来線である(通称と列車名、路線名の扱いについては各記事を参照のこと)。これらの路線には新幹線車両が直通するが、在来線を改軌し、高速走行に対応したいくらかの設備を追加した程度であり「新幹線鉄道構造規則」に準じた構造(後述の路線・軌道設備を参照)を持っているわけではない。例えば、目視による安全確認を要する信号機とATSの組み合わせによる列車防護、踏切道の存在など在来線と変わらないままである。当然に新幹線特例法の範囲外であり、全国新幹線鉄道整備法の上でも、新幹線鉄道としては扱われない。

建設
日本国有鉄道(国鉄)時代の1964年(昭和39年)10月1日に開業した東海道新幹線が初の路線である。東海道新幹線のほか山陽新幹線と東北新幹線は国鉄が建設主体であったが、上越新幹線は日本鉄道建設公団が建設を担当した。国鉄分割民営化後の東北・上越新幹線東京延伸の際は、当時新幹線の地上設備を一括して所有していた新幹線鉄道保有機構が、その建設主体であった。さらにその後に建設された北陸新幹線や九州新幹線などのいわゆる整備新幹線については、日本鉄道建設公団および新幹線鉄道保有機構の権利を継承した鉄道建設・運輸施設整備支援機構が建設主体となっている。一方で、整備新幹線には該当しない中央新幹線については東海旅客鉄道(JR東海)が建設主体に指名された。

なお、全国新幹線鉄道整備法第4条には、新幹線建設計画は国土交通大臣、すなわち国が決定するものと定められている。

また、これまでに建設された新幹線は、ミニ新幹線を除き1964年(昭和39年)に開業した東海道新幹線から全て設計最高速度260 km/hで建設されているが、開業時から260 km/h運転を実施するようになったのは1997年(平成9年)10月1日開業の北陸新幹線(当時の通称は長野新幹線)からである。

主要技術
新幹線鉄道は、その大部分の区間において200 km/hを超える速度で運行するため、在来線鉄道とは異なったさまざまな技術が用いられている。速度のみならず、乗り心地や安全面でも世界的に見ても非常に高い水準が確保されている。

路線・軌道設備
路線は、在来線と別ルートで新規に建設した線路設備を用いる。設備の構造については省令の「新幹線鉄道構造規則」に規定されている。在来線を改良したミニ新幹線と区別するため、「フル規格」とも呼ばれる。

軌間は標準軌 (1,435 mm) を用いる。ただし標準軌が「新幹線」の法的な条件というわけではなく、軌間に狭軌 (1,067 mm) を用いつつ高速走行を可能とした路線も新幹線であり、こうした方式の新幹線を新幹線鉄道規格新線(スーパー特急)と呼ぶ。ただし、現段階においてはスーパー特急方式の路線は存在しない。

カーブにおける曲率半径を大きくし、できる限り直線を確保する。本線区間における最小曲率半径は東海道新幹線が2,500 m、山陽新幹線以降に建設された各線は4,000 mとなっている。ただし、用地や地形の関係から急曲線とならざるを得ない区間では、その区間の列車速度により曲率半径400 mまで許容されている。さらに推定脱線係数比が一定以上か、脱線防止ガードを設置することで200 m以上の曲率半径をとることもできる。東海道新幹線の東京 – 新横浜間や東北新幹線の東京 – 大宮間のような都心部区間は、曲率半径が400 mから2,000 m程度の急曲線が含まれている。

勾配は高速走行の妨げになることから最急勾配を15 ‰までとするが、延長2.5 km以内に限り18 ‰・2.0 km以内に限り20 ‰とする。用地や地形の関係から規定以上の勾配を必要とする区間では特別認可の形で設置されており、東北新幹線東京 – 大宮間では25 ‰、北陸新幹線では30 ‰、九州新幹線鹿児島ルートでは35 ‰の勾配が含まれている。

事故防止のため以下の設計を行う。
自動車との衝突事故を防ぐため、踏切を一切設けない。

線路内に一般の人が立ち入れないようにする。前項も含めた対策として全線立体交差とする。また、列車の運行妨害等に対しては法律面でも「新幹線特例法」によって在来線より厳しい罰則を定めている。

通過列車との接触など人身事故を防ぐため、プラットホームに可動ゲート付きの安全柵を設ける(例:新横浜駅や新神戸駅など)か、通過線と待避線を分ける(例:静岡駅、福島駅など)。ただし、通過列車の通過速度が低い駅には安全柵のみ設けられている。また、東海道新幹線・山陽新幹線の東京駅や名古屋駅、京都駅、新大阪駅、岡山駅、広島駅、小倉駅、博多駅など、全列車が停車する駅には当初柵などは設けられてはいなかったが、後に安全柵のみが設けられた。また、東海道新幹線では、静岡駅や浜松駅など、通過線と待避線が分かれていながら安全柵が設置されている駅もある。近年ではホームからの転落を防ぐことなどを目的として、東京駅や名古屋駅など全列車停車駅であってもゲート付きの安全柵を設置する動きもある。九州新幹線鹿児島ルートでは全列車が停車する熊本駅、鹿児島中央駅や通過列車が使用しない副本線のホームも含め、開業当初から全ての駅の全てのホームに可動ゲート付きの安全柵が設置されている。東北新幹線の新青森駅でも全てのホームに可動ゲート付き安全柵が設置されている。

東北新幹線の盛岡駅以南では、ミニ新幹線で使われている在来線規格の車両とフル規格対応のホームとの間に隙間が生じるため、駅停車時にホーム側へ張り出すステップを車両に設置したり、ホームにドア付近以外での転落を防止するための安全柵を設けたりする対策がなされている。

乗り心地や安全性の向上、騒音対策などから、レールや分岐器(ポイント)にもさまざまな工夫が施されている。

レールは、継ぎ目の数を減らしたロングレールを使用。東北新幹線のいわて沼宮内駅 – 八戸駅間には、国内最長の延長約60.4 kmにわたる「スーパーロングレール」が用いられている。

分岐器(ポイント)は、通過時の振動が少ない弾性分岐器と、レール交差部の欠線部を埋めるノーズ可動クロッシングを使用。また、高崎駅北方にある上越新幹線と北陸新幹線との分岐には、分岐側を160 km/hで通過できる国内最高水準かつ最長の分岐器が設置されている。

新幹線の駅間距離は、中距離・長距離輸送を主とすることから、原則として在来線より長く取られている(30 – 40 km程度)。

高速運転で駅間距離が長く、より迅速で的確に情報伝達を行うため、列車無線を開業当初から採用している。

信号システム
地上装置と車上装置からなる自動列車制御装置 (ATC) と列車集中制御装置 (CTC) を備えている。ATCは、地上装置に沿線の20-30kmの間隔に信号機器室を設けて、そこから信号ケーブルを介して軌道回路に信号電流を流し、車上装置にそれを受電器で受信して運転室内に運行指示(許容速度)が表示され、その速度を超えれば自動的にブレーキが作用するもので。自動ブレーキが作動するのは営業最高速度やカーブなどの速度制限を超えようとした時、先行列車に接近した時、駅に停車するために減速する時などである。駅停車時は15-75 km/h以下の低速時になると手動でブレーキ弁を操作して列車を停止目標に停止させるが、停止位置の少し先で停止するようなパターンが作成されるか(TASCではない)、または停止位置の先方50 mで強制的に非常ブレーキが掛かる区間になっており、過走を防止している。これは地上の信号機を車上から目視確認して運転することは(気象状況によっては)困難となるほどの高速運転を行うためである。また故障を最小限とするため、同じ機能を持つシステムを3系統備えており、そのうち1系統が故障しても3者の多数決の原理で残った2系統で正常に作動し運転を続行できるようになっている。

CTCは、列車の位置と列車番号の表示や各駅の分岐器を運転指令所で一括管理と制御を行うもので、これですべての列車の運行状況を一括管理している。現在では列車運行管理システム (PTC) も導入されており、通常のポイント操作や信号制御、駅自動放送から車両の管理整備、輸送障害時の復旧ダイヤの作成に至るまで、あらゆる業務がコンピュータによって高度にシステム化されている。

電源方式
単相交流25,000 Vで電力を供給する。饋電(きでん)方式については、東海道新幹線開業当初はBT方式だったが、現在では他の新幹線と共にAT方式に統一された。電源周波数は以下の通り。

東海道新幹線では60 Hzに統一して給電している。静岡県の富士川を境に50 Hz(東側)と60 Hz(西側)の電源周波数区分が異なるが、当初から山陽方面への延長を構想していたため全線で統一し、車両側の特高圧機器の簡素化を図っている。なお、電源周波数区分50 Hzの地域では周波数変換所が設けられ、新幹線電源用に60Hzに変換している。

北陸新幹線は軽井沢駅 – 佐久平駅、上越妙高駅 – 糸魚川駅と糸魚川駅 – 黒部宇奈月温泉駅の計3か所に50/60 Hzの切り替えセクションが存在し、車両側も50/60 Hzの双方に対応している。

上記以外の各新幹線は沿線地域と同じ電源周波数で、山陽・九州は60 Hz、東北・上越・北海道は50 Hz。

いずれの電気方式においても、変電所間での位相(北陸新幹線においては周波数)の相違を解決する必要があるが、高速を維持するため連続力行運転を行うことから、変電所の饋電区間の境界は、在来線のようにデッドセクション(アーク発生防止のため惰行で通過する)ではなく、地上切替方式を採用している。切替区間はエアーセクションで区分され、その前後の変電所の双方から饋電でき、最初は進入側の変電所から饋電し、列車が切替区間に入ったことを検知すると進出側の変電所からの饋電に切り替える。この間はおよそ0.5秒程度であり、乗客が切替を感知することはほとんどない。

送電側の系統障害を避ける必要から、スコット結線変圧器や変形ウッドブリッジ結線変圧器、ルーフ・デルタ結線変圧器を用いて三相交流から90度位相の異なる2組の単相交流が作られ、それぞれ上り線と下り線に給電されている。

車両技術
新幹線では、動力を編成各車両に分散させる「動力分散方式」が採用されている。動力分散方式を採用することにより、電車方式と同様の、加減速性能の向上・軽量化・軌道への負荷軽減といった利点が追求されている。 また、高速走行を行うため、列車編成内における電動車(動力車)の比率(MT比)が極力大きくされている。ブレーキは主電動機の発電抵抗を利用する電気ブレーキと、空気圧動作の摩擦による基礎ブレーキを併用するが、高速域からの減速には主に電気ブレーキが使用される。こうすることによって制輪子の磨耗を抑え、交換周期を延ばすことができる。

また、車両には気密構造が採用されている。高速運転時にトンネルに進入するなどの気圧変動による居住性の低下を防ぐためである。また、0系や100系など国鉄時代の東海道・山陽新幹線車両では車体の素材に普通鋼が使われていたためやや重かったが、東北・上越新幹線用の200系からは耐雪装備による重量増加を抑えるためアルミニウムが用いられて軽量化が図られた。国鉄民営化後に開発された新幹線車両はアルミニウム車体が一般化、さらにアルミ材の加工手法の発達により、製作費のコストダウンとさらなる軽量化の両立が図られた。この結果、国鉄時代に開発された初期新幹線車両より著しく軽量化されている。

一方で、JR発足以降積極的に行われた高速化に伴い、走行中のパンタグラフと架線の接触や風切り音による騒音の発生や、接触部の著しい消耗などが問題とされた。このため、0系では2両おきに付いていたパンタグラフが300系では8両毎に1つに減ったほか、500系では翼型と呼ばれるT字型の特殊な集電装置が設置されるなど改良され、騒音を抑えながら集電効率を向上させた。また、パンタグラフに流線型の突起物を取り付けるなどの改良も加えられた。その他、高速でのトンネルの突入時のトンネル内部の急激な気圧変化による騒音(トンネル微気圧波)の発生を抑えるための、走行時の空気の流動性やトンネル進入時の面積変化率を考えた先端車両の開発などが行われているため、初期の0系に比べ先頭車先端部が長く伸ばされるとともに、通常の電車とは著しく異なった形態(鋭い流線型やカモノハシのような形)を呈する傾向にある。

列車防護装置
高速走行を行うため、在来線と同じ信号炎管や軌道短絡器による列車防護(他の列車を停止させること)では他の列車が停止しきれない可能性が高まる。そのため、緊急時に他の列車を迅速に停止させられるように在来線とは異なる列車防護の方式が採られている。

車両側には保護接地スイッチ (EGS) が装備され、緊急時には乗務員が運転台の「保護接地入スイッチ」を押すことにより、他の列車を自動的に停止させることができる。
線路側には列車防護スイッチが、本線上には250 m間隔、ホーム上には50 m間隔で設置され、これを押すことでATC回路を停止信号にすることができる。

列車防護無線装置は車両には受信機のみが装備され、発信器は保線作業中に線路を支障させた場合、保安方式変更などでATCを使用していない列車を停止するため保線係員が携帯している。

在来線への直通
JRの在来線は1067 mm軌間であり新幹線と軌間が異なるため、基本的には他国の高速鉄道で行われているような在来線との直通運転はできない。直通を実現させるには何らかの特殊な方式などを用いる必要がある。

ミニ新幹線 – 在来線の線路を新幹線のものと同じ標準軌に改軌改良し、在来線の車両限界に合わせて作られた車両で新幹線との直通運転を行う方式。新幹線と在来線との直通山形新幹線の福島 – 新庄間、秋田新幹線の盛岡 – 秋田間がこれにあたる。1992年に開始されて以降、日本で唯一実用化されている新幹線・在来線直通運転方式である。新幹線区間とミニ新幹線区間を直通する特急列車を新幹線直行特急という。この方式で標準軌に改軌改良された在来線区間は、以下のような特徴がある。

貨物輸送
新幹線による貨物輸送は、最高速度や制動距離などの違いからダイヤグラム上で旅客列車と混在させることは現状では困難で、高速で走ったとしても積み替え等の時間が必要なことから時間短縮効果が旅客ほど出てこないともされる。なお、約40年の時を経て同様のコンセプトを持つ列車が在来線でJR貨物M250系電車(スーパーレールカーゴ)として登場した。

安全性
1964年(昭和39年)10月1日に最初の新幹線である東海道新幹線が開業して以来、事業者側の責任事故として確定した事故は、1995年(平成7年)に駆け込み乗車の乗客の手をドアに挟んで引きずり死亡させた三島駅乗客転落事故(旅客が死亡)と、2015年(平成27年)に発生した山陽新幹線部品脱落事故(旅客が負傷)の計2件である。

駅ホームでの事故(駅ホームから転落または故意に投身し車両に接触、あるいは架線に接触し感電など)や線路内立ち入り等による死亡例は多数発生しているものの、これらは鉄道事業者側の責任事故ではなく、またこれらは新幹線システムそのものの根本的欠陥に起因する事故ではないため、新幹線の安全性に関しては非常に高いものと捉えられている。この事実は新幹線の安全神話などと称されていた。 このように、新幹線車両自体の脱線、転覆や衝突による旅客死亡事故は未だ発生していないが、重大な事故に至る一歩手前の事態は過去に何度か発生している。

地震にともなう安全への脅威
地震に伴う障害は、高速鉄道の安全性にとって脅威となりうる。このため、地震が多発する日本において運営される新幹線にとっても課題となっている。1990年代以降、日本国内における大きな地震災害の多発により、高速鉄道の地震に対する脆弱性が指摘されるようになった。

通常、列車がこの規模の地震に震源地付近で直撃された場合、たとえ停車していたとしても脱線は免れ得ないと考えられる。「とき325号」の事例では約200 km/hで脱線したとはいえ、奇跡的に、死者・重傷者などは生じなかった。これは、編成全体の横転などには至らなかったこと、および、数分の差で対向列車との衝突も免れるという幸運も重なったことによる。なお、横転が生じなかった理由には、事故現場が積雪の多い地帯であるため、レール脇に雪を融かして流すための溝があり、そこに脱線後の車体の一部がはまり込んだことも関係していたとされる。

災害・テロへの対策不足
新幹線では、航空機や船舶と異なり、通常の運行では乗客名簿などは整備されない。万一、転覆事故などで多数の死傷者が生じた時には、死傷者の身元特定に支障をきたすのではないか、との指摘もある。もしそうなった場合、家族への連絡や事故の補償などで大きな問題となることが予想されるが、新幹線を運営する各鉄道会社はこの課題について踏み込んだ対策を採るまでには至っていない。

20世紀末から世界的に増加しているテロリズムに対しても新幹線は脆弱ではないかとの指摘もされている。現状では航空機のような搭乗時の手荷物検査がなく、その気になれば車内やプラットホームに、可燃物や爆発物、刃物を容易に持ち込むことができるのも事実である。また高架橋などの軌道設備には周囲から容易に接近できる箇所が多く、この面でもたやすくテロの対象となりうる。

JR東日本の各新幹線では、テロ対策のため、車内のゴミ箱を一切利用停止にしていた時期があったが、乗客からの不便という声が高まり、現在は利用を再開している。ただし要人来日時(特に主要国首脳会議開催時やアメリカ合衆国大統領来日時)は、利用を停止する場合がある。また、JR東海ではアメリカ同時多発テロ事件以降、系列の警備会社と連携し、沿線を24時間体制で巡察しているほか、列車によっては警備員を警乗させている。

救命対策
2008年(平成20年)7月28日に東海道・山陽新幹線では、2008年12月より全編成において自動体外式除細動器 (AED) を配備すると発表した。

世界への影響

世界の高速鉄道の最高速度
世界初の210 km/h運転を達成した新幹線の成功は、欧米各国に影響を及ぼした。鉄道先進国を自負していたフランスは、1967年5月28日よりパリ – トゥールーズ間の列車「ル・キャピトール」を欧州において初めて一部区間で200 km/hで運転し、その後も複数の列車を200 km/hで運行していた。新幹線の開業後、1981年に本格的な超高速列車TGVを開発し、営業最高速度260 km/hというスピード世界一を達成し、新幹線の記録を凌駕した。

その他、ドイツ (ICE) やイタリア(ディレッティシマ)でも高速列車が計画され、実現に移された。イタリアのディレッティシマは欧州初の高速新線であり、1970年に工事が始まり、1978年に部分開業を迎え、1983年に250 km/h運転を開始したものの、その後の整備で仏独に遅れを取り、全線が開業したのは1992年である。