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である。

曲線区間の高速化を目指し、振り子式車両の試験車として試作されたものである。クモハ591形という営業用の形式を名乗るが、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り子式車両であるが、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。

[編集] 製造の背景

振り子式車両の試験を目的として製造された車両である。当時、日本における振り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り子方式ではなく、遠心力をコロにより伝達して車体を傾斜させる自然振り子式を用いた車両の研究開発を進めた。この自然振り子式の試作車として製造されたのが591系であった。

[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14150mm、中間車が10500mm、全長は44900mm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系に受け継がれた（ただし窓周りはブラックアウトされていない）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（ヘッドマーク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、Mc1の運転台側がDT94形、Mc3の運転台側がDT95形、中間の連接台車がDT96形であった。これらの台車は軌道への横圧軽減対策として2種の移動心皿方式と自己操舵方式、曲線での乗り心地改善のための振り子装置にはリンク式とコロ式が採用されている。DT94形台車は、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、振り子方式はリンクで車体を支える方式である。DT95形台車の横圧軽減対策はDT94形と同様の移動心皿方式であるが、中心ピンを抜いて移動させる方式で、振り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。連接台車のDT96形は、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、この機構の試験のため、本系列では連接構造が採用されたのである。振り子方式はDT95と同じコロ式である。

制御器は2種が採用され、力行時に抵抗制御を行ないMT59X形直流直巻電動機4個を制御するCS42形と、力行時に抵抗制御を行なうのはCS42形と同一であるが、MT58X形直流複巻電動機4個を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）を行なうCS41形が、それぞれMc1とMc3に搭載された。MT59X形電動機はDT94形台車とMc1-M2間のDT96形台車、MT58X形電動機はDT95形台車とM2-Mc3間のDT96形台車に装備された。

ブレーキ方式は発電ブレーキを常用することとされ、CS42形制御器とMT59X形電動機の組合せでは、4個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再粘着されることができる。CS41形制御器とMT58X形電動機の組合せでは、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。電力回生ブレーキは採用されなかった。発電ブレーキ使用が主体となったため、空気ブレーキは補助的なものとされ、機器の軽量化のため機関車や客車、貨車が採用する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のものは振り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の、クリーム色地に窓周りを赤色とした塗装である。Mc3の塗装は183系や485系の高運転台型に似ている。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、室内の一部には簡易リクライニングシートが設置されていた。

[編集] 2両固定編成への改造

試験の結果、中間のDT96台車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、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実施された。改造内容は中間車を外し、余ったDT96形連接台車を両端の車両に1つずつ履かせ、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内容であった。これにより、連接車3両編成から車体長17150mm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。そして本形式における試験結果を反映し、1973年に日本初の営業用振り子式車両である381系が実用化されることとなる。しかし、本形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り子装置程度である。

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日付けで廃車され、同年秋頃に長野工場で解体された。なおDT96台車は大阪の交通科学博物館で展示されている。