小田急ロマンスカー「GSE」には油圧式フルアクティブサスペンションが搭載される(筆者撮影)

近畿日本鉄道が2020年に新型名阪特急車両の導入を発表した。この車両は近鉄のエースらしく、豪華な客室が特徴であると同時に、横揺れを低減させるため電動式フルアクティブサスペンション(以下フルアク)が搭載される。

昨年12月にデビューしたJR東日本E353系「スーパーあずさ」にも電動式フルアクが搭載されている。また、3月17日に運行開始する小田急の新型ロマンスカー70000形「GSE」は電動油圧式フルアクを搭載し、今春に登場するJR東海のN700Sにも小型モーターとポンプを用いた油圧式フルアクが搭載されることになっている。

このように優等列車の必須装備となりつつあるフルアクだが、そもそもフルアクとはどのようなものなのか。いまさら聞けない人のためにフルアクについて解説しよう。

セミアクから始まった制振制御

そもそも鉄道車両におけるサスペンションとは何を指すのか。自動車のサスペンションは車体の上下動を緩和させるためにホイールと車体の間にあるものを指すが、鉄道車両でこの役目を果たす軸バネと枕バネ(空気バネは枕バネの一種)のことを国内では一般的にサスペンションとは呼ばない。

一方、鉄道車両の多くは車体が左右に揺れる動揺を抑制するためにオイルダンパが取り付けられている。しかし、オイルダンパの減衰力(動揺を抑制する力)を強くしすぎると低速域での微少な揺れに対しては過剰となり、乗り心地が悪化する。そのため減衰力をあまり高くすることができず、高速走行時の乗り心地が悪化していた。

そこで速度や動揺の大きさに応じてオイルダンパの減衰力を適切に切り換えることで、常に最適な乗り心地を得ることを目的としたのが、セミアクティブサスペンション(以下セミアク)で、1997年に新幹線500系「のぞみ」で実用化された。

セミアクは動揺を検知する左右動加速度センサとセミアクティブダンパ、制御装置で構成されている。500系ではセンサが検知した動揺の大きさに応じて、4段階に減衰力を切り換える。

500系で採用されたセミアクは減衰力を4段階で切り換えるもので、編成内で動揺しやすい先頭車とパンタグラフ搭載車に搭載された。以後、東海道・山陽新幹線の700系のグリーン車とパンタグラフ搭載車、先頭車にも採用。300系にもセミアクの搭載改造を実施した。また、700系をベースとした九州新幹線800系では全車にセミアクを搭載している。JR東日本の新幹線電車では、現在E2系の2〜8号車、E3系の12〜16号車および、「とれいゆつばさ」「現美新幹線」の12〜15号車、そしてE7系、W7系の1〜11号車にセミアクが搭載されている。

在来線車両ではJR東海が700系用と同じタイプのセミアクを313系5000番代に搭載している。313系5000番代はセミアク非搭載車との併結列車が多数運転されており、乗り心地の差を体感することが可能だ。

セミアクのメリットは、実績のあるオイルダンパをベースとしているためメンテナンスが容易で、故障した場合は普通のオイルダンパとして使用することができ、フェールセーフ性に優れていることだ。それにシステム的にも比較的シンプルで軽量、低コストでもある。

東海道・山陽・九州新幹線N700系に搭載されたセミアクは、比例電磁式リリーフ弁を採用して減衰力を無段階に制御。乗り心地が向上した。また、明かり区間(地上)とトンネル区間での動作パラメータを自動的に切り換えて、最適化を図っているのも特徴だ。N700系ではこのセミアクを全車両に搭載している。

さらに乗り心地向上を図ったフルアク

フルアクとセミアクの最大の違いは動揺への対処法にある。セミアクは前述の通り動揺を緩和させるものだが、フルアクは動揺の発生方向と逆向きに力を発生させ、動揺を打ち消すことでセミアクよりも乗り心地を向上させることができる。


今春デビューの東海道新幹線N700Sも油圧式フルアクティブサスペンションを搭載(撮影:尾形文繁)

フルアクにはいくつかの種類があるが、最初に実用化されたものは空気アクチュエータ式と呼ばれるもので、動揺を打ち消す力を圧縮空気で発生させる。

フルアクは500系でも試験されたが、トンネル区間で乗り心地が悪化するという問題があり、この時は実用化を見送った。その後、明かり区間とトンネル区間で動作パラメータを切り換える方法を確立して、世界初の実用化に成功。2002年に東北・秋田新幹線E2系、E3系のグリーン車とグリーン車に搭載されて営業運転を開始した。

空気アクチュエータ式フルアクは鉄道車両が必ず使用している圧縮空気を動力源としており、空気管やホース、空気タンクなど実績のある部品でシステム構成が可能だ。なお故障時のフェールセーフ性を考慮し、フルアクと並行してセミアクを搭載しており、フルアク、セミアク、オイルダンパというバックアップ体制を採っている。

空気アクチュエータ式フルアクは北陸新幹線E7系、W7系のグランクラスにも搭載したほか、JR東日本の在来線特急車両のE259系成田エクスプレスの先頭車、E657系「ひたち」「ときわ」の先頭車とグリーン車にも採用された。また、私鉄でも京成AE形「スカイライナー」の先頭車、小田急ロマンスカー50000形VSEの先頭台車、近鉄50000系「しまかぜ」の全車両、そして東武500系「リバティ」の全車両に搭載されている。


東北新幹線E5系は電動式フルアクティブサスペンションを搭載(撮影:尾形文繁)


E5系の電動式フルアクティブサスペンション(筆者撮影)

乗り心地を最重要視する豪華列車、いわゆるクルーズトレインにもフルアクが採用され、JR九州77系「ななつ星in九州」の1・7号車、JR西日本87系「TWILIGHT EXPRESS瑞風」の全車両、JR東日本E001系「TRAIN SUITE 四季島」の2〜9号車に装備している。

東北新幹線で最高時速320km運転を行うE5系、E6系、H5系には電動式フルアクが搭載されている。E5系、E6系、H5系は空気バネストローク式車体傾斜装置を搭載しており、電動式として空気消費量の低減を図った。

E5系が採用した電動式フルアクはローターネジ式というものだ。簡単に説明するとアクチュエータの片端に回転する長いボルトを、もう一端にナットを備え、ボルトの回転に合わせて伸縮する構造となっている。

電動式フルアクは、レスポンスが速く制御力が強い。また、空気タンクや配管が不要なので、軽量化にも寄与している。在来線ではE353系新型「スーパーあずさ」にローラーネジ式が採用されている。今後近鉄で採用される電動式フルアクがどのようなものになるのかも興味深い。

最新型は油圧式

3月から営業運転を開始する小田急新型ロマンスカー70000形GSEは、営業用車両として初めて電動油圧式フルアクを全車両に搭載した。これはオイルダンパの減衰力を切り換えるバルブに代わり、ポンプでオイルを能動的に動かすことで、左右動揺を打ち消すものだ。

油圧式セミアクは今春に登場するJR東海N700Sのグリーン車にも搭載される。こちらは比例電磁式リリーフ弁セミアクに小型モーターとポンプを取り付けたものだが、乗り心地は大きく改善されるという。

油圧式のメリットは、細かい制御をしやすいことと、セミアク同様、メンテナンスが容易なことが挙げられる。

フルアクが営業車両に登場して15年。この間に空気式、電動式、油圧式と3タイプが登場した。すでに営業運転に導入されている空気式と電動式の効果は体感できるが、春から登場する油圧式フルアクティブサスペンションの乗り心地も早く体感してみたいところだ。