通勤型電車/207系/尼崎事故車両

福知山線で脱線事故を起こしたのはJR西日本が保有する207系通勤型電車でした。ここでは事故を起こしたZ16編成とS18編成について記載します。207系の基本的なことについては通勤型電車/207系をご参照下さい。

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事故列車の概要 †

事故列車は快速第5418M列車として7両編成で運行していた。列車は2つの編成を連結して1つの列車として運行していた。207系電車には編成ごとに番号が与えられており、事故列車の前4両(1両目から4両目まで)はZ16編成、後3両はS18編成と呼ばれていた。S18編成(後3両)は片町線(学研都市線)の京田辺駅で切離す予定だった。

Z16編成　(1両目〜4両目) †

Z16編成は1991年(平成3年)12月5日から翌年2月28日にかけて製造された207系0番台の1次車グループに属する。Z16編成は平成4年2月20日に日立製作所で製造され、当初はB15編成として淀川電車区に配置されていた。Z16編成とB15編成を構成する4両は共に同じ個体である。

S18編成　(5両目〜7両目) †

S18編成は1994年(平成6年)から製造された207系1000番台の2次車グループに属する。S18編成は平成7年3月27日に近畿車輛で製造され、当初はV34編成として宮原電車区に配置されていた。S18編成とV34編成を構成する3両は共に同じ個体である。

各車輌の概要 †

上図は調査経過報告２に記された各車輌の主要諸元　(拡大版はこちらをクリック)
【出典：国土交通省 航空・鉄道事故調査委員会　経過報告】

併結運転の問題点 †

動力・制動装置 †

207系0番台のZ16編成と207系1000番台のS18編成は車体外観こそ似ているが、動力装置などは全く別形式と言っても良いほど大きく違う。一般的に、異なる性能や仕様の編成どうしを併結して運転させた場合にはトラブルが発生する可能性があり、運用にあたっては十分な試験が必要である。

• 動力・制動(ブレーキ)装置の相性
  制御装置やモーター出力が異なる編成を連結する場合には双方の相性が良い必要があり、特に最近の電車はほぼ全て電気制動を用いていることから、制御装置や主電動機の相性はシビアになっていると思われる。
  

• 全く異なる動力装置
  事故列車の場合、Z16編成の制御装置が三菱電機製のチョッパ併用3ステップパワートランジスタ素子であるのに対し、S18編成のものは東芝製の2ステップGTOサイリスタである。三菱電機製のWPC1が1つの制御装置で4つのモーターをコントロール(制御)する1C4M方式であるのに対し、WPC3Aの東芝製は4つの制御装置で4つのモーターを制御する4C4M(=1C1M)方式である。一般的に4C4M方式の方が粘着性が良く、車輪が空転し難いと言われる(但し後述のとおり207系1000番代では空転検知が良くなく、空転し易いらしい)。
  主電動機(モーター)出力もZ16編成が155kWのWMT100であるのに対し、S18編成のものは約3割パワーアップされた200kWのWMT102を装備している。双方の編成は、制御装置の仕組みも制御方式も製造メーカーもモーター出力も異なるのである。
  

• 制動(ブレーキ)力の大半は電気制動(動力装置)が負担
  尼崎事故では207系のブレーキ不良について一部で報道されたが、相性の件、特に電気制動については殆んど報道されていない。しかし、207系の常用ブレーキでの制動力は大半が電気制動に依っており、207系0番台(Z16)と1000番台(S18)が併結した際に編成全体としてどのように制動力をコントロールしているのかについては吟味する必要があると思われる。
  また、JR西日本の車両はフラットが異常に多いと言われており、これが性能差が大きい車輌の併結に起因するのかどうか不明ながら、同社による運用方法は車輌に大きな負担を掛けていると考える向きもある。

• 動力・制動(ブレーキ)装置に関する噂
  真偽のほどは定かではないが、次のような噂がある。
  • 207系1000番台
    4C4Mだが空転検知が良くなく、雨の日は力行・制動ともに良くない。車輪が空転して速度計が150km/hを指すことがある。
  • H編成+S編成2000番台(S56〜S67)
    H編成のモハ207-500番台は元0番台、モハ207-1500番台は元1000番台であり、S56〜S67編成のクモハ207は2000番台である。3両の電動車の制御装置はチョッパ併用パワートランジスタ素子・GTO・IGBTと全く異なり、モーター出力も155kw・200kw(一部220kw)・220kwとバラバラである。各制御装置の回生ブレーキの切れる(空気制動等に切替える)タイミングが全部異なり、各車のブレーキが切替わる度にショックがありブレーキの効きが変わる。

台車の相性 †

• Z16編成とS18編成は共にDT50系列の台車を使用しているが、207系1000番台の台車では設計が一部変更されており、空気バネの支持点が外側に移っている。これによりバネ上の車体の振動特性が多少異なっていると思われる。現在のところこれに関する発表や報道は無く、問題視するレべルでは無いと思われるが、過去には台車の相性が良くない編成を連結運転させたところ脱線を繰返したため、連結をやめてしまった私鉄車両の事例がある。

速度表示の相違 †

• 207系の運転台には、速度を表示する装置は速度計とモニター画面の2種類があるが、各々に旧式のものと新型のものがあり、Z16編成とS18編成では異なるものが装備されていた。また、旧式の速度計と新型のモニター制御装置は速度の誤表示を起こすことが確認されている。
• 詳細は速度計およびモニター制御装置を参照のこと。

Z16編成とS18編成の相違・一覧表 †

事故列車の運転装置 †

速度計 †

• 誤差のあった速度計
  207系0番台の運転台(事故列車Z16編成の1両目および4両目)に設置された速度計は、120km/h程度で走行すると実際より約4km/hほど低い速度が表示がされることが判明している。この速度計はデジタル式のもので、まず車軸に取り付けられた速度発電機により車輪の回転数を測定し、これをもとに速度を算出しデジタル式速度計へ信号を送り表示する。計算式は「速度(km/h)=3.14×車輪径×車輪回転数×係数」である。国土交通省は次の理由により誤差が発生したと公表した。
  

車輪径　　:10mm単位でデータ入力　(1mm単位を四捨五入)
車輪回転数:単位時間の回転数　(0.248秒を0.250として回転数を測定)
係数　　　:単位等を補正換算する係数　(小数点以下を切捨て処理)
※()内は差が生じた理由
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出典：国土交通省鉄道局施設課 報道発表・平成17年11月29日
 http://www.mlit.go.jp/kisha/kisha05/08/081129_.html

• 速度計の許容誤差
  旧普通鉄道構造規則(2002年／平成14年3月31日廃止)第190条第5項は「第二項第四号の速度計は、日本工業規格「鉄道車両用電気式速度計装置」の規格に適合するもの又はこれと同等以上の性能を有するものでなければならない。」と定めており、JIS(日本工業規格)E4603の許容誤差は速度の最大目盛値の±2%以内である。デジタル式速度計は150km/hまで表示されるものであるから許容誤差は3km/hであり、実際の誤差が4km/hであれば許容範囲を超えていたことになる。速度が実際より低く表示される現象が通常の誤差を含んでいるのか、150km/hまで加速した際に誤差が更に拡大するのかどうかについては不明である。
  

• 207系0番台以外の速度計誤差
  デジタル式速度計は、JR西日本を含め24社で使用されていた。うち尼崎事故後の調査で22社については係数について細かな単位での計算を実施し、精度の高い速度表示を行っていたことが確認されている。JR西日本についても207系0番台以外のデジタル式速度計では問題なかったとされている。207系0番台および他の1社(どの事業者かは不明)のデジタル式速度計は計算処理プログラムの改修等が進められ、計画が順調であれば2005年12月中には完了している筈である。
  なお、速度計ではないがモニター画面でも速度の誤表示が発生しており、これについては次節の「モニター制御装置」を参照のこと。

モニター制御装置 †

画像／事故列車7両目、S18編成　ｸﾊ206-1033のモニター制御装置　(画面クリックで拡大)
【出典：国土交通省HP】

• モニター制御装置の概要
  事故列車の４箇所にあった運転台には全て、カラー液晶モニターが設置されていた。モニター装置は乗務員の機器取扱いの支援を行う目的で設置されており、制御器やブレーキ、ドアなどの作動状況などが表示される。更に事故列車のモニターはタッチパネル式になっており、モニター画面を押すことにより機器類を操作することができた。
  モニター画面は運転台に設置されていたが、画面をコントロールするモニター制御装置は乗務員室の前方車掌側に設置されていた。Z16編成(事故列車前4両)とS18編成(後3両)ではタイプが異なり、S18編成のものは運行状態をICカードに記録する新しいタイプのものが搭載されていた。また、双方のタイプではモニター画面に表示される情報やモニターをタッチして操作出来る機能についても大きく異なる様である。モニター制御装置を製造したのは小糸工業(株)である。
  

• モニター制御装置に残されたデータ
  モニター制御装置は法令による定めがないため許容誤差基準がなく、記録されたデータに誤差が生じることがあるとされている。また航空機のフライトレコーダーなどとは違って、事故の衝撃を想定した設計にもなっていない。一方で、最近のモニター制御装置は運行管理のため(或いは乗務員の業務監視を強化するため)多くの情報を記録しており、データが残っていれば事故原因の解明に役立つことが期待される。平成14年1月3日に名古屋鉄道の新羽島駅で発生した事故(高架駅終端部への衝突脱線事故)の際にも事故列車にモニター制御装置が搭載されており、速度データ、ＡＴＳ・保安ブレーキ動作の時系列データ、滑走発生を示す事象データなどが残されていた。
  今回の事故ではS18編成(後3両)の5両目および7両目の運転台に設置されたモニター制御装置にブレーキの動作状況等についてのデータが残っていたとされている。一方で、運転士が行なった運転操作そのもののデータが残っていたとする発表や報道は見当たらない。運転操作データ(マスコンレバーやブレーキハンドルの操作量)が記録されていればブレーキ装置が適正に動作したかどうか明らかになるが、恐らく記録するようなシステムにはなっていないものと思われる。

• 残されたデータの精度
  
  • 速度誤表示が発生したモニター
    2005年(平成17年)8月5日、はるか38号(関西空港発16:18／京都着17:31、先頭車／クロ280-1)が和泉府中駅を通過中、速度計の表示が87km/hであるにも関わらずモニター画面の速度表示が80km/hであることに運転士が気付いた。調査の結果、JR西日本は「281系、207系1000代、および、223系0代の編成において、まれに編成状況を誤認識し速度計表示の不具合が発生する可能性があることが判明した。」と公表した。同社は原因を次のように説明している。
    

速度計の表示ソフトの一部に不具合があり、列車編成内での編成順序を誤って認識
し、自編成ではなく組み合わされた他編成の車輪径で速度を算出したため。
※モニター画面に表示される速度は、自編成の車輪径から算出されるようになって
　いる。
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出典：JR西日本プレスリリース・平成17年8月10日
 http://img2.westjr.co.jp/news/newslist/article/050810a.html

• 事故列車の速度誤差は？
  モニター制御装置にデータが残されていたとされる事故列車S18編成(5両目〜7両目)は、モニターの速度表示に不具合発生の可能性があるとされた「207系1000代」に含まれてる。事故列車の運転操作が行われた1両目はモニター制御装置が異なる207系0番台であり、Z16編成(1両目〜4両目)とS18編成(5両目〜7両目)では走行距離も違い車輪径が異なることから表示ソフトが速度を誤表示する要因が揃っている。はるか38号の事例から推測すると、事故列車の速度はモニター制御装置の記録より9〜10%高い可能性がある。
  一方でJR西日本は「まれに」不具合が発生する可能性があるとしており、1両目の運転機器も大破していることから、事故列車のモニター制御装置が不具合を起こしていたかどうかの検証には困難が予想される。

• モニター制御装置の速度検出システムは？
  はるか38号の事例では速度計とモニター画面の速度表示が異なっていた。このことは両者のシステムが異なることを示している。現在判明している情報では、速度計・モニター制御装置ともに車輪径をもとに速度を計算していることから、車軸に付けられた速度発電機により車輪の回転数を測定しているものと思われる。一方でモニター制御装置はATS地上子からの信号をもとに誤差補正を行なっているとも伝えられているが、詳細は不明である。

• 参考／航空機のフライトレコーダー
  旅客機には飛行状況を記録するDFDR(デジタルフライトデータレコーダー／digital flight data recorder)と、操縦室の音声を記録するCVR(コクピットボイスレコーダー／cockpit voice recorder)が搭載されている。DFDRには飛行状態を示す5種類のデータ(高度、対気速度、機首方位、垂直加速度、時間)と機体の姿勢やエンジン推力など19種類、計24種類を記録することが定められているが、実際には100種類以上のデータが記録されているものも多い。1985年のJAL123便墜落事故の際には飛行データとは別に、操縦士による操舵量も記録されていた。CVRは機長・副操縦士のマイクのほか操縦室に設置されたマイクによる室内音など数チャンネルの音声が記録される。DFDR・CVRともに1000G(重力の1000倍)の衝撃に0.011秒、1100℃の高温に30分耐えられることが求められる。
  価格は旧来のものが数十万円程度(記録装置のみ)である。1990年代に当時の日本航空が新型のフライトレコーダーを試験的に一部の機体に搭載したが、1機あたり1千万円掛かると伝えられた。これが現在どの程度普及しているかは不明である。1次元運動しか行わない鉄道車両では、旧来のDFDR程度の記録量でも事故原因解明に十分な情報を記録できるものと思われる。(※低価格の記録装置を鉄道用へ容易に転用可能な訳ではない、念のため。)

事故列車のATS車上装置 †

ATS-S形 †

尼崎事故の当時に於いて、S18編成(事故列車5両目〜7両目)のATS車上装置はATS-S形路線に対応出来るものであった(ATS-SW形車上装置がATS-S形路線に対応)。未確認ではあるが、Z16編成(事故列車1両目〜4両目)もATS-S形路線に対応出来るATS車上装置を搭載していたと思われる。
詳細についてはATS-S形に対応していた207系を参照のこと。

ATS-SW形 †

事故列車には車上側で速度照査が可能なATS-SW形車上装置が搭載されていた。尼崎事故の当時に福知山線で運用されていたATSはATS-SW形のみであり、ATS-SW形車上装置のみが動作していた(尼崎以東のJR東西線ではATS-P2車上装置に切り替え)。また、ATS-SW形車上装置は事故当時の非常ブレーキの作動状況を記録しているとされる。記録は進行方向の先頭車にのみ残されている模様である(詳細はこちらを参照)。残されたデータは事故原因の解明に活用されている。
事故後に福知山線ではATS-P形の運用が始まったが、拠点P型であることから、現在でも同線では依然としてATS-P2車上装置とともにATS-SW形車上装置が動作している(JR東西線は全線P型)。

ATS-P2 †

• ATS-P2とは?
  事故列車に搭載されていたATS-Pの車上装置はATS-P2と呼ばれている。事故ののち、JR西日本が路線に設置している拠点P型のATS-Pを指してATS-P2と呼称するとされていたが、現在ではこれは誤りであるとされている。一方、JR西日本にATS-P2と呼称する車上装置が存在することは確かであり、207系の床下にはATS-P2制御装置と記された機器箱が搭載されている。ATS-P2車上装置はATS-SW形車上装置と自動的に切替えが可能となっている。
  
• 尼崎事故当時のATS-P2
  事故当時の福知山線ではATS-P形の運用が開始されておらず、ATS-P2車上装置はATSとしては動作していなかった。一方、記録装置としては動作しており、常用ブレーキおよび非常ブレーキについての情報が記録されているとされる。記録は進行方向の先頭車にのみ残されている模様である(詳細はこちらを参照)。残されたデータは事故原因の解明に活用されている。
  
• 現在のATS-P2
  事故ののち福知山線ではATS-P形の運用が始まり、ATS-P2車上装置も運転保安装置として動作するようになったが、同線は拠点P型であることから、現在でも閉塞信号機に対する運転保安はATS-SW形車上装置に委ねられている(JR東西線は全線P型)。なお、321系では装置自体がATS-SW形と一体化したATS-P3制御装置を、床下ではなく運転室に搭載している。

ATS車上子 †

ATS車上子は、ATS地上子からの信号を送受信するための装置である。信号を受信し易いよう、装置はレール面上に近い低い位置に設置されている。207系では前位側(運転台側)の台車直後にATS-SW形の車上子、後位側の台車直前にATS-P形の車上子が各々独立して取付けられている。
地上側の施設が対応していれば、ATS-P形の車上子は受信だけでなく信号の送受信が行なえるが、これが可能なのは全線P型のみの模様である。また、ATS-SW形の原型となったATS-ST形では列車番号送出機能があるが、ATS-SW形は受信のみ可能であると思われる。一方で207系はATS-SW形の分岐器速照用に高減速車であることを示す信号(67kHz)を常時発信していると思われるが、これがATS-ST形車上子から発信しているかどうかは不明である。

上図は事故列車の1両目、クハ207-17のものを示す。　(画面クリックで拡大)
【出典：国土交通省　航空・鉄道事故調査委員会　経過報告】

上のクハ206の写真は2000番台2次車のもの　(画面クリックで拡大)。事故列車とは番台が異なるが、ATS車上子が2つ取付けられていることが分かる。
画像著作権　【Ossanbackerのつりぼり】

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