瓜二つでも中身は別物！？113系と115系

　国鉄型の代表的な近郊形電車といえば、なんといっても「113系」と「115系」ですね。全国各地で活躍し、数は少なくなりましたが今もなお活躍している、まさに国鉄型を代表する電車です。電車に興味がない方でも、この顔を見れば「ああ、見たことがある！」と思う方も少なくないのではないでしょうか。

　さて、そんな近郊形電車の113系と115系ですが、見た目もほぼ一緒、乗った感じもほぼ一緒です。それでは何故、形式名が2通りに分かれているのでしょうか。結論から申し上げますと、113系は平坦な地域を走るのに特化しているのに対し、115系はこう配のある山間部の地域にも対応した構造になっています。今回のテーマは「113系と115系」です。それでは、詳しく見ていきましょう！

113系の概要

　113系は1964年に登場した、平坦線かつ温暖な地域用に開発された近郊形直流電車です。

開発の経緯

　1960年代、東海道本線の東京口は80系というつりかけ駆動方式の旧型車両や、153系という電車が使用されていました。この両形式は片側2ヶ所のみの片開きのドアで、さらにはデッキもついていたため、通勤ラッシュ時間帯には乗客の乗り降りに時間がかかるようになっていました。そこで、

片側3ヶ所ドア
両開きドア
デッキなし

の車両を開発することになり、登場したのが「111系電車」です。この111系は上記の特徴に加え、カルダン駆動方式を採用して静かな車内空間を実現したほか、電磁直通空気ブレーキなどの新基軸が取り入れられており、当時は通勤形電車の103系などとともに「新性能電車」と呼ばれていました。

111系と113系

　113系の話をしているのに、なぜ「111系」なんてのが急に出てくるのか？実は、111系は1962年に登場したのですが1964年に出力を強化したモーターが開発され、この出力強化型モーターを搭載した車両は111系改め「113系」を名乗ることになりました。なので113系は111系の発展型のような存在なのです。

「ちぐはぐ」な車両番号

　ところが、出力強化型のモーターを積んだ車両は「113形」となったのですが、モーターを積んでいない車両は「111形のまま」です。そのため、先頭車両などのモーター無し車両は111形を名乗っています。113系という列車は111形と113形の車両が混在する珍しい構成になっています、なんだか複雑ですね…。

115系の概要

　115系は寒冷地、山岳地域向けに1963年から製造された113系電車の兄弟にあたる列車です。

開発の経緯

　1960年代、山間部の路線においても電化され始めたことから、こう配区間に対応する新性能電車が必要となり開発されたのが当形式です。こちらは初めから出力が強いモーターを搭載してデビューしたため、形式名は初めから「115系」を名乗り現在に至ります。

　さて、この115系ですが山岳地域を走るためこの形式にしか装備されていない機能がいくつか存在します。ここからは、113系にはない115系ならではの機能についてご紹介していきます。

115系の機能①「抑速ブレーキ」

抑速ブレーキとは

　「抑速ブレーキ」とは長い下り坂において弱い電気ブレーキをかけ、速度が上がり過ぎないようにするためのブレーキで、115系に装備されています。「ブレーキ」とありますが、停止したり速度を下げたりするためのブレーキではありません。

抑速ブレーキの役割

　電車のブレーキは「電気ブレーキ」と「空気ブレーキ」の2種類があります。このうち、空気ブレーキは車輪の「踏面」と呼ばれる箇所に制輪子を押し当てることによりブレーキ力を得ています。しかし、下り坂でこの空気ブレーキを長時間使用し続けると制輪子が熱を帯び、やがてブレーキが効きづらくなるという恐ろしい現象が起こります。これを防止するため、山岳地域を走行する115系電車は「抑速ブレーキ」を装備し、長い下り坂でも空気ブレーキを使用せずに速度を調整できるようになっているのです。自動車の「エンジンブレーキ」と使い方は全く一緒ですね。

抑速ブレーキのノッチ

　運転台の左側には「主幹制御器」と呼ばれる加速するためのハンドルがあります。だ行(=加速していない)しているときは、ハンドルは6時の位置にあります。これを時計回りに回すと加速するのですが、反時計回りに回すと「抑速ブレーキ」がかかるようになっています。抑速ブレーキは「抑速1」から「抑速5」までの5ノッチがあります。ノッチに応じてブレーキ力を調整することができるようになっており、「抑速5」が一番強いブレーキがかかります。

　なお、平坦線を走行することを想定している113系電車には、この抑速ブレーキは装備されていません。主幹制御器も時計回り、すなわち加速する側にしか回せないようになっています。

115系の機能②「力行5ノッチ」

1ノッチ多い115系

　先ほどから「ノッチ」という言葉が登場していますが、このノッチとは英語で「刻み」という意味で、ここでは主幹制御器のハンドルの段数を表しています。113系はこのノッチ数が合計で4ノッチあるのですが、対する115系はノッチ数が合計5ノッチあります。山岳地域では、長い登り坂を一定の速度で走り続ける必要があり、平坦線よりも細かな速度調整が必要です。そのため、115系のノッチ数は113系と比較して1ノッチ多く設けてあるのです。

力行ノッチの回路構成

　電車の力行ノッチは、段数によって主制御器内の回路構成が異なります。

1ノッチ：抵抗制御(全抵抗挿入)
2ノッチ：抵抗制御(全抵抗短絡)
3ノッチ：直並列制御
4ノッチ：弱め界磁制御
5ノッチ：弱め界磁制御(115系のみ)

115系は弱め界磁制御になるノッチが2つありますが、それぞれ界磁率が異なります。

115系の機能③「戻しノッチ」

戻しノッチとは

　「戻しノッチ」とは、一旦大きなノッチを使用した後、それよりも弱いノッチに戻す操作をいい、115系のみ使用することができます。

電車の運転の基本

　通常電車を発車させる際は、前方に速度制限がない場合、主幹制御器のハンドルを最初から最大のノッチに投入し加速します。これを「フルノッチ」と言います。113系であれば4ノッチ、115系であれば5ノッチですね。列車はグングンと加速し、目標の速度に到達したらノッチを「切」とします。これを「ノッチオフ」と言います。列車は楕行し、次の停車駅が近づいたらブレーキをかけて停車させます。駅間4kmほどの直線・平坦線であれば、操作することはこれだけです。すなわち力行ノッチは「フルノッチ」しか使いません。これが、電車の運転の基本となる運転操作です。

速度調整に便利な「戻しノッチ」

　ところが、実際の路線では途中に速度制限がある曲線やこう配がある箇所、駅間が長く速度を維持する必要がある箇所があります。特に山岳地域においては、これらの障壁が平地の路線よりも多いでしょう。この時「戻しノッチ」を使用することにより、一旦最大ノッチを使用した後に弱いノッチに戻し、加速力を弱めることができ、速度を維持したり加速し過ぎたりしないように調整することができます。ただし、戻せるのは3ノッチまでで、2ノッチ以下に戻すことはできません。

　なお、対する113系はどうかというと、戻しノッチはできないので例えば4ノッチから3ノッチにする場合には、一旦ノッチオフとした後、再度3ノッチを投入します。115系と比較すると戻しノッチが使えない分、細かな速度調整は115系より勝手が悪いといえます。

まとめ

　以上が「113系と115系」に関するお話でした。内容を以下にまとめます。

113系の概要

1964年に登場した、平坦線かつ温暖な地域用に開発された近郊形直流電車。
通勤ラッシュ時間帯に対応できるよう、以下の条件のもとに開発された。

片側3ヶ所ドア
両開きドア
デッキなし

カルダン駆動方式や電磁直通空気ブレーキなどの新基軸が取り入れられ「新性能電車」と呼ばれた。
登場当初は「111系」を名乗っていたが、2年後に出力強化型のモーターを搭載することになり、113系に形式が改められた。
モーターがついていない先頭車両などは111形のまま製造が継続されたため、113系は111形と113形が混在した編成となっている。

115系の概要

115系は寒冷地、山岳地域向けに1963年から製造された113系電車の兄弟にあたる列車。
1960年代に山間部の路線においても電化され始め、こう配区間に対応する新性能電車が必要となり開発された。
山岳地域向けであるため、113系にはない機能が搭載されている。

115系の機能①「抑速ブレーキ」

「抑速ブレーキ」とは、長い下り坂において弱い電気ブレーキをかけ、速度が上がり過ぎないようにするためのブレーキ。
下り坂で空気ブレーキを長時間使用し続けると制輪子が熱を帯び、ブレーキが効きづらくなることがある。これを防止するために装備されており、自動車の「エンジンブレーキ」と同様の使い方をする。
運転台左側にある「主幹制御器」を時計回りに回すと加速、反時計回りに回すと「抑速ブレーキ」がかかる。抑速ブレーキは「抑速1」から「抑速5」まであり、「抑速5」が一番強い。
113系電車にはこの抑速ブレーキは装備されておらず、主幹制御器も時計回り、すなわち加速する側にしか回せない。

115系の機能②「5ノッチ」

「ノッチ」とは英語で「刻み」という意味で、主幹制御器のハンドルの段数を表す。
113系はノッチ数が合計4ノッチ、115系はノッチ数が合計5ノッチある。
山岳地域では、長い登り坂を一定の速度で走り続ける必要があり、細かな速度調整が必要なため、113系と比較して1ノッチ多く設けてある。
電車の力行ノッチは、段数によって主制御器内の回路構成が異なる。

　1ノッチ：抵抗制御(全抵抗挿入)

　2ノッチ：抵抗制御(全抵抗短絡)

　3ノッチ：直並列制御(全抵抗短絡)

　4ノッチ：弱め界磁制御

　5ノッチ：弱め界磁制御(115系のみ)

なお、115系の弱め界磁制御は4ノッチと5ノッチで界磁率が異なる。

115系の機能③「戻しノッチ」

「戻しノッチ」とは、一旦大きなノッチを使用した後、それよりも弱いノッチに戻す操作をいう。
通常、電車の運転はフルノッチで加速し、目標速度に到達したらノッチオフ。その後、次の停車駅が近づいたらブレーキをかけて停車させる。すなわち、力行ノッチは「フルノッチ」しか使用しない。
実際には速度制限がある曲線やこう配、駅間が長く速度を維持する必要がある箇所が存在する。この時「戻しノッチ」を使用することで、速度を維持したり加速し過ぎたりしないように調整することができる。ただし、戻せるのは3ノッチまでで、2ノッチ以下に戻すことはできない。
戻しノッチが使用できない113系の場合、4ノッチから3ノッチにするときは一旦ノッチオフとし、再度3ノッチを投入する。115系と比較し、細かな速度調整に難がある。

あとがき

　113系と115系、見た目はそっくりですが、走行機器の中身は別物だということがお分かりいただけたのではないかと思います。この2車種は温暖・平坦地向けと寒冷・山岳地向けで異なるという説明はよく見るのですが、では具体的にどのような機能が違うのかという説明までされているものが少ないように感じたので、今回記事にしてみました。皆さまの参考になれば嬉しいです。