小田急2400形電車

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/05/31 05:12 UTC 版)

車両概説

本節では、登場当時の仕様を基本として、増備途上での変更点を個別に記述する。更新による変更については沿革で後述する。

HE車は4両固定編成で、形式は先頭車が制御車のクハ2450形で、中間車は電動車のデハ2400形である。各車両とも奇数番号の車両が新宿方、偶数番号の車両が小田原方に組成されている。編成については、巻末の編成表を参照のこと。

車体

先頭車は車体長15,400mm・全長15,970mm^[4]、中間車は車体長18,800mm・全長19,300mmで^[4]、車体幅は2,700mm・手すりも含めた全幅は2,755mm^[4]の全金属製車体である。1959年度に製造された4編成では、外板の厚さを標準的な2.3mmから1.6mmに、屋根板の厚さは標準的な1.6mmから1.2mmに薄くすることによって更なる軽量化を試みた^[4]が、歪み取りの工作費が高くついてしまった^[4]ことから、1960年度以降の増備車では標準的な厚さに戻している^[14]。


クハ2450形は全長15,970mm		デハ2400形は全長19,300mm

後述するように、ABFM車と比較して大出力の主電動機を使用することになった^[4]が、加速時の空転を防止するためには、後述する超多段制御装置の採用とともに、重量を極力動輪上に集めること、言い換えれば、動力が伝達される車輪に重量を多くかけることが必要となる^[4]。しかし、粘着係数^{[注釈 4]}を含めて計算したところ、電動車の重量を32tとする必要が生じ^[4]、逆に制御車の重量は編成重量の目標である105tから逆算すると21tにまで抑えなければならない^[4]、という計算結果になった。各車両の長さを均等にした上で、電動車と制御車の重量に10t以上も差をつけることは、電動車へ集中的に機器を搭載することを考慮すると困難であった^[4]。

この問題に対して、電動車は車体長を18,800mmとすることで解決策とし^[4]、台車中心間の距離を既存形式である1800形同様の13,600mmに設定した^[4]。一方で編成長を70mに抑える必要から、制御車の車体長は電動車が長くなった分の帳尻合わせで、大手私鉄の戦後型通勤電車としては短い15,400mmに設定した^[4]。こうしてHE車の外観上の特徴である^[8]、電動車と制御車で3m以上も車体長を違えた変則的構成が成立した^{[注釈 1]}。

正面は貫通型3枚窓で、正面貫通扉の脇に手すりが設けられた、2220形・2320形と同様のスタイルである。正面窓は外板から1段窪んだ構造になっている^[15]。前面部分の半径は5,000mmとしている^[16]。また、前照灯は2灯としたが、通常は1灯のみ点灯し、光力半減時のみ2灯とも点灯する方式にした^[17]。これは球切れによって運行不能となることを回避するための方策で^[8]、車体中心線から外れて点灯することになるために「規則に抵触するのではないか」という意見もあった^[18]が、「常時予備の前照灯を持つため保安度は向上する」という理由で採用された^[18]。


クハ2450形通風グリル（外側）		クハ2450形通風グリル（内側）

側面客用扉は各車両とも3箇所で、乗降時間の短縮を図り^[19]、既に2320形での採用実績があった1,300mm幅の両開き扉を本格的に採用した^[20]^{[注釈 5]}。扉間の間隔は制御車・電動車とも4,000mm間隔で配置した^[8]。乗降時・ラッシュ時の乗客流動に問題がないように、それまでの小田急標準であったABFM車（全長17,570mmの3扉車）とホームでの扉位置をほぼ同一になるように側面の見付を工夫した^[21]。側面窓は幅1,000mm×高さ900mmの2段上昇窓で^[12]^[22]、内側からはめ込むユニット窓とし^[17]、各車両の客用扉間と電動車の車端部に2つ配置した^[12]。客用扉と窓の間には戸袋窓を配置したが、制御車では乗務員扉次位と連結面側車端には戸袋窓のみが配置された^[8]。制御車の乗務員扉次位の戸袋は、当初夏期には換気のため、窓ガラスの代わりに通風グリルとしていたが、のちグリルは通年装備となり、逆に冬期は冷気侵入防止用の板を戸袋内側に取付ける方法に変更している。以後小田急の非冷房車は登場時からグリルとしている^{[注釈 6]}。

外部塗色は、当時の通勤車両の標準色で、ダークブルーとオレンジイエローの2色塗り塗装である。

内装


車内		乗務員室仕切

車内はロングシートで、1人あたりの座席幅を430mmまたは440mmとして計算し^[4]、扉間の座席は8人掛けの3,500mm^[4]、制御車の車端部は2人掛けで880mm^[4]、電動車の車端部は3,100mm^[12]で設定した。編成全体での座席定員は200名となり^[4]、扉幅を拡大したにもかかわらずABFM車よりも8名増加した^[4]。座席自体は、急行列車にも使用するために、座面高さは400mm^[23]、座席奥行きを450mm^[23]、背もたれの厚みも150mmと設定していた^[23]。

運転室との仕切りについては、編成中間に入った際に車掌台側の仕切りを折りたたんで客室スペースとすることができるようにした^[17]^{[注釈 7]}。

また、車内の部品についても廉価で軽量となる材質にすることとし^[14]、荷物棚や吊り手の金具など、ABFM車では砲金材が使用されていた^[14]ところを、HE車では全てアルミニウム製・ステンレス製・普通鋼製に変更した^[14]。室内の照明には蛍光灯カバーを設けず、蛍光灯の配置についても連続させず間隔を空けた状態で配置した^[14]。

主要機器

主電動機

主電動機については、三菱電機製の補極付半密閉自己通風式直流直巻電動機であるMB-3039-A型（端子電圧340V、定格電流392A、1時間定格出力120kW、定格回転数1,600rpm（75%界磁）、最弱め界磁率35%、重量795kg）が採用された^[1]。駆動装置はWN駆動方式の三菱電機WN-60-Aで、歯数比は97:16=6.13である^[22]^[24]。

HE車の編成重量は2200形4連の8割程度しかないため、編成あたりの主電動機出力も2200形の約8割でよいことになる^[4]が、電動車の比率は半減するため、相応の出力を確保する必要がある^[4]。これらの条件から、主電動機1基あたりの1時間定格出力は120kWが必要と計算された^[4]。

しかし、1950年代後半当時、経済形高性能車の開発に必要となる大出力カルダン方式のモーターは実用化が遅れていた。狭軌用カルダンモーターはスペースの制約が厳しいことから大出力化が困難で、1958年の時点では狭軌に適した中空軸平行カルダン駆動方式に対応するものでも1時間定格出力110kW級が精一杯という状況であった。

WNドライブは、アメリカのウェスティングハウス・エレクトリック(WH)社が開発したシステムで、「WN継手」と呼ばれるジョイントを介して主電動機の駆動力を車軸に伝達する。

WNドライブは、日本にはWH社のライセンシーであり、小田急にとっては開業以来長らく電車用電装品の供給を受けてきた三菱電機が移入し、京阪電気鉄道や近畿日本鉄道、それに京阪神急行電鉄といった標準軌を採用する各私鉄には早期に導入が始まっており、1954年には架線電圧直流600Vの線区向けで110kW級が既に実現していた。だが、このシステムは中枢をなすWN継手が主電動機電機子軸と主歯車軸との間に直列接続される構造で、主電動機を含めた駆動系全体の軸方向の寸法がどうしても大きくなるという問題を抱えていた。このため、アメリカから導入されたWN継手をそのまま使用する場合、主電動機スペースに制約のある狭軌鉄道では適切な電動機出力を維持したままで導入するのが難しく、1955年時点では、スペース面での制約が少ない直角カルダンや中空軸平行カルダンが日本の狭軌路線用として先行普及していた。

事実、小田急においても1,067mmの狭軌路線であったことから、先行する2200形では直角カルダンが採用され、3000形（SE車）では中空軸平行カルダンが採用されている。小田急はWNドライブについても1958年に登場した2220形で実用化していたが、これは全電動車方式を採用する2200形の増備車という位置づけであったこともあり、その主電動機の1時間定格出力は75kWに留まっていた^[13]^[4]^[25]。

この時期の三菱電機は狭軌用WNドライブの実用化に積極的に取り組んでおり、まず比較的低出力の55kW級モーターを小型化したWN継手と組み合わせ、1956年に製造された富士山麓電気鉄道（現・富士急行）3100形電車で狭軌仕様WN駆動方式を初めて実用化した^[25]。続いて競合他社並みの狭軌75kW級WN駆動方式を、1957年開発の長野電鉄 2000系電車で実現した^[25]。これらはWN継手の搭載スペース確保のため、主電動機軸の出力側端部から冷却ファン部をWN継手を避けるように張り出して配置している。本形式の設計された時点では、WN継手の小型化や主電動機構造の工夫を凝らすことで、段階的に主電動機定格出力の引き上げが実現されてゆく過程にあった。

つまり、小田急と三菱電機は日本で実用化されたばかりのWNドライブにおいて、「WNドライブに対応するこれまでにない狭軌用大出力電動機の実現」という難問に相対することになった^[4]。

これに対応するべく、主電動機本体、WN継手についても可能な限りコンパクト化を図った上で、電動車の車輪径を在来ABFM車より大径の910mmとすることによって磁気容量確保のために大径化した主電動機の装架空間を確保し^[13]、当時の日本における狭軌鉄道では最大級の出力となる主電動機の採用が実現した^[13]^[26]^{[注釈 8]}。

制御装置

低荷重時・高荷重時を問わない粘着性能の向上は、MT比1：1化のための大きな要素となった。

電車の制御装置は、既に日本でも古く大正時代から自動加速方式が導入されていたものの、その段数は10段前後にとどまり、加速時のショックは大きく、高い加速力も得にくかった。

加速対策として有効なのは、制御器そのものの多段化である。1950年代まで欧米に比べて遅れていた日本の電車技術であったが、それでも制御器の高性能化はかなり早い時期から取り組みが行われており、太平洋戦争直前より、日立製作所のMMC制御器（1939年）等を嚆矢として、20段以上程度の多段制御器が出現している。

だが本格的発展は戦後の外来技術移入からとなった。1950年代に入ると、第二次世界大戦前後にアメリカで開発された電車用の新しい制御装置が続々と日本に移入され、日本の大手重電メーカーはそのライセンス生産や改良に取り組んだ。その結果、1954年以降は30段以上の多段制御が可能となり、日本の電車の加速は従来よりスムーズになった。

この種の機械的な制御装置の最終進化形が、通常の制御器に、制御を細分化する回路を加えて超多段化したバーニヤ制御器で、1950年代後半に出現した。電動カム軸や電磁作動スイッチなど従来からの機械的な制御に、当時出始めたプログラムコントロールなどを組み合わせた方式である。

制御段数が多ければ、ピーク電流を抑えることができるため、カム進段時のトルク変動が小さく、粘着限界一杯まで高引張力を保ちながらスムーズな加速が実現でき、結果として加速力が向上する^{[注釈 9]}。

しかし、発電制動付のバーニヤ制御器は高性能だが複雑で、価格、メンテナンスとも高コストである。そこで、在来のMT比1:1な旧型車や、オールM高性能車では、制御器が2両に1個必要だったところを、HE車では4両に1個で済む構成とし、コスト抑制問題を解決した^{[注釈 10]}。

HE車に採用された制御装置は、小田急の通勤車両では初採用となる電動カム軸式制御装置の三菱電機製ABFM-168-15MDH型で^[3]^[24]、デハ2400形の偶数番号の車両に搭載した^[27]。2200形同様、1基の制御装置で2両分8個の主電動機を制御する方式 (1C8M) であるが、力行制御段数は2200形の21段に対して83段となる超多段制御装置である^[14]ほか、応荷重機構を付加することによって空車時と満車時の性能差をなくすことを図った^[28]。これにより、2200形では定員乗車時の起動加速度を3.0km/h/sと設定していたが、HE車は同等の起動加速度3.0km/h/sを確保しただけでなく、空車から満車（定員の250%）まで一定の3.0km/h/sに制御されるようになった^[29]。これを実現するために、HE車の制御装置ではプログラム・コントロールの採用、制御回路の無接点化、バーニヤスイッチによる超多段制御、戻しステップ併用、その他新機構の採用の5点を特徴としていたが、特に力行応荷重^[29]および発電制動付バーニヤ制御器^[26]^[24]を採用したことが重要な特徴である。HE車のバーニヤ制御器は、力行（加速）83段（直列33段、並列43段、弱め界磁7段）^[26]、制動（発電ブレーキ）が抵抗段73段^[29]という、実用上は無段階に近い内容で、これ以上は段数を増やす必要性の薄いほどのハイスペックである。

この制御装置には、空転をモーター間の電圧の差としてブリッジ回路で早期検知して即座に再粘着させる（再粘着装置）が開発・装備^[29]^{[注釈 11]}^{[注釈 12]}されている。HE車ではこれらの空転検知回路によって、空転・滑走時にはノッチ戻しをするようになっている^[29]。また、カム軸制御の無接点化が進められ、調整などのメンテナンスを簡略化したほか、発電ブレーキに他励回路を設け、確実にブレーキが立ち上がるようにしている。

主抵抗器は電動車2両および制御車2/3両分の制動力を負担するため、大きな発熱量に対応した大型のものとなり、なおかつ送風機を4台備えた半強制通風式とされた。この主抵抗器は、デハ2400形の偶数番号車両に搭載されたが、山側の床下台車間をほぼ埋めるサイズとなった^[30]。この大型の主抵抗器は2400形の特徴の一つにもなっていた。

制動装置

ブレーキはHSC-D形電空併用電磁直通ブレーキで、応荷重機構が実装されたこと^[29]、電制時には制御車の制動力の1/3を電動車が負担する制御をすること^[29]、低速になったときに鋳鉄制輪子の制御車と電制の電動車の制動力のバランスをとるために制御車のブレーキ力を減じる制御（B-55装置）をする^[29]など、いくつかの新機軸が採用されている。基礎制動装置はクラスプ式（両抱え式）で鋳鉄製制輪子を用いる^[2]^[24]。

台車

台車についても軽量化を図るため、それまで広く採用されてきた一体鋳鋼製台車から、鋼板溶接組み立て式に変更した^[20]ほか、電動台車と付随台車ではほぼ別設計とした^[3]。

採用された台車は、小田急では2200形からの実績があるアルストムリンク式台車である^[2]が、3000形で電動台車と付随台車の軸距を変えて付随台車の軽量化を図った考え方をさらに進め、電動車と制御車では寸法や構造が異なる専用設計品とした^{[注釈 13]}。このため、電動車は車輪径910mm・軸距2,200mmの住友金属工業FS330^[2]、制御車は車輪径762mm・軸距2,000mmで中空軸使用の住友金属工業FS30をそれぞれ装着する^[2]。

付随台車の軽量化を図ったこの手法は、その後20mのNHE車・5000形、さらには特急車の3100形NSE車にも引き継がれた^[14]。

その他機器

補助電源装置は、デハ2400番台の奇数番号の車両に5.5kVAの出力を有するCLG-319B型電動発電機 (MG) を2台搭載した^[27]。それまで小田急の車両で使用されていた補助電源装置では、交流電源と直流電源の両方を供給する複流式であった^[31]が、HE車では交流出力のみとすることで保守の容易化を図った^[31]。電動空気圧縮機 (CP) は、デハ2400番台の奇数番号の車両にDH-25型を2台搭載した^[27]。これらの機器が2台搭載されているのは、故障の際にも前途運転を可能とするためで^[17]、操作スイッチも一括とせずに分離することで操作系統の回路で故障が発生したときにも動作可能としている^[32]。

脚注

注釈

^ ^a ^b 客室部分の定員を各車で合わせるために、1m前後の不等長で設計された電車の例は多く、小田急に置いても台枠を流用したために電動車と付随車で車体長が異なる事例が1700形に見られるが、意図的に車体長を大幅不等長にする手法は、西日本鉄道の300形電車1次車（1939年）など限られた先例があるのみで、連接車や編成で使用することを意図しない地方私鉄を除けばあまり例がない。
^ このころ、国鉄の国鉄モハ90系電車も、変電所容量などの理由により、全車電動車方式の見直しを余儀なくされていた。
^ Mは電動車、Tは付随車のこと。
^ 車輪とレールの間の滑り摩擦係数。
^ ただし、2320形は通勤用にも使用されていたが、登場時の用途は準特急用車両であった。
^ なお、クハ2478号車は冷房改造された後は通年ガラス窓であった。
^ 実際に使用された事はなかった（『鉄道ピクトリアルアーカイブス2』 p.40）。
^ 1959年時点では、競合する直角カルダン駆動方式や中空軸平行カルダン駆動方式の主電動機は、狭軌用で最大110kW、標準軌用でも三菱の125kW級が最大級であり、小田急と三菱電機の取り組みは最先端の水準であった。1950年代のカルダン駆動方式向けの主電動機出力向上は、機械的なスペース効率の追求に終始した傾向があった。その後1960年代に入ってからカルダン駆動方式向けの主電動機の出力は飛躍的に向上し、標準軌のWNでは新幹線や近畿日本鉄道の180kW級、狭軌のWN駆動方式や中空軸式で150kW級も出現したが、これは継手の小形化と許容変位角の増大による電動機の大形化、より効率よく空間を利用できる8角形枠の採用や遠心力に対する構造の強化、ベアリングの改良などといった構造面での進化、冷却効率の向上、それに熱耐性と絶縁性能の双方に優れたエポキシ樹脂をはじめとする絶縁材の飛躍的な性能向上でF種・H種絶縁が実用化されるなど、総合的な技術改良によって負荷余裕のある大出力の主電動機を作れるようになったためである。
^ ただし、雨天時などでは微少の空転でもカムが進段してしまうため、直流電動機の特性に依る空転の抑制が効かず、大空転が頻発し、それに伴う過電流故障も多くなる傾向もある。HE車での空転検知回路もこれらの問題への対処であった。
^ この後もバーニヤ制御器は、東武・近鉄（本形式と同じ1959年の1600系から採用）・南海（以上全て日立VMC）など一部の大手私鉄や帝都高速度交通営団（現・東京地下鉄、三菱ABFM）さらには国鉄（103系910・1000・1200番台）で1960年代に使用されたが、1970年代以降は半導体技術利用の次世代制御器であるチョッパ制御器に主流の地位を譲った。小田急においても採用例は本形式と5000形のみであった。
^ 小田急電鉄発行のHE車パンフレットの2ページに空転再粘着機構の概要が、17ページの主回路図に空転検知用のブリッジ回路が掲載されている。また、表紙は主制御器の無接点制御装置をデザイン化したもので、その中に空転検知回路も掲載されている。
^ 後年NHE車で採用された再粘着装置とは異なる機構である。
^ 重量も電動車が5,150kg、制御車が3,890kgと大きく異なっていた。
^ 新松田と小田原の間（『鉄道ピクトリアル』通巻513号 p.85）。
^ このときに投入されたのは1059×4・1060×4・1061×4で（『鉄道ピクトリアル』通巻513号 p.85）、2009年3月から登山色に塗られて新松田以西の限定運用になった編成である（『鉄道ピクトリアル』通巻829号 pp.254-255）。
^ 冷房改造後のクハ2478のみMG搭載（『私鉄の車両2 小田急電鉄』p.179）。
^ 冷房改造後のクハ2478のみ24.47t（『私鉄の車両2 小田急電鉄』p.178）。