ローラーコースター

ローラーコースターでは、乗客がいる列車自体に基本的に動力などは存在せず、一般的にはチェーンリフトによってレールの最高到達点まで車両を巻き上げ、ここから下りの傾斜を走らせることで位置エネルギーを運動エネルギーに転換して速度をつける。そして、ある程度下ったら再び傾斜を駆け上がらせて運動エネルギーを位置エネルギーへと転換する。この間、運動エネルギーは摩擦や空気抵抗などの要素によって減衰しているため、第二の山以降では頂上が徐々に低い位置におかれる。この動作を繰り返すことでローラーコースターは進んで行き、最後に車両に取り付けられた金属板をレールに設置されたブレーキパッドで挟んで摩擦を起こし、運動エネルギーを主に熱エネルギーとして放出して停止させる。

最近では、チェーンではなくフライホイールやリニアモーター、圧縮空気等を用いて、スタート時や走行中に運動エネルギーを適宜追加する方式がよく見られる。この方法により、カタパルトで射出されるような加速感や、従来型では加速しない区間での加速による意外性などが演出され、さらにチェーン方式では実現できないような設置場所の重力加速度を超えた加速度を加えることも可能である。また、チェーン方式ではコースターの速度を上げるにはかなり大がかりな巻き上げが必要で、土地や建設コストもかなり膨大になってしまう。その点でもリニアモーターなどの方式は有利である。ブレーキシステムに関しても、電磁石や永久磁石を用いて渦電流を発生させる非接触式のものを導入し、滑らかな減速・停止ができるほか、ブレーキ作動時の騒音を大幅に減少できるようになった。

ローラーコースターの起源としては諸説あり、ロシアで木製のやぐらに板をわたして氷のはった斜面を作ったり^[3]、16世紀の帝政ロシア時代に行われたそりでこぶの有る山を滑り降りた氷滑りの遊びから発展し、17世紀に開発された人工の山からソリや車輪で滑り降りる遊具「ロシアの山」や、19世紀フランスで木製の軌道にカートをはめ込んで滑り降りるもの^[3]、1870年に建設されたアメリカ・ペンシルベニア州のマウチ・チャンク（en）にて山頂への登り降りに用いた鉱山鉄道で石炭用トロッコに人を有料で乗せ滑り降りたものが挙げられる^[4]。

現在のローラーコースターの基となったのは、マウチ・チャンクの鉱山鉄道からヒントを得てラ・マーカス・A・トンプソン（en）が1884年にニューヨークのコニーアイランドで建設したもので^[4]、翌年には特許を取得。初期のローラーコースターは木製で、今日にも木製のコースターは少数ではあるが現存し稼働している。カートが宙返りするアイデアは19世紀フランスで実用化された^[3]。アメリカでも1895年にはコニーアイランドの一角に建設されたシーライオンパーク（en）にて360度回転型の先駆けとなる垂直回転型のコースター「フリップ・フラップ」が導入されたが、乗客のむち打ち症が続発し撤去されている^[4]。1901年、アメリカで宙返りするためのループが円形でなく逆しずく形にする工夫が考案され、より体負担が少ない形で宙返りが可能となった^[3]。しかし、当時のループは小さく一度に回れるカートは1台だけで商業的に合わず、ループは普及しなかった^[3]。ローラーコースター自体は1920年代にはアメリカで2千近く造られたものの、1930年代には大恐慌の影響でブームは去った^[3]。

日本では1890年（明治23年）の第3回内国勧業博覧会（上野）で「自動鉄道」（ローラーコースター）が初上陸し秋に大阪の今宮臥龍館に移設した。1925年（大正14年）に多摩川園に常設の「陸上波乗」（ローラーコースター）が設置された。1935年（昭和10年）にはあやめ池遊園地に設置された^[5]。

1952年（昭和27年）12月には宝塚新温泉遊園地（後の宝塚ファミリーランド）に「ウエーブコースター」という名前で初めて常設された。これは、アメリカから輸入されたコースターであるともいわれる^[6]。国産初のローラーコースターは、山田貞一^[7]が開発して東洋娯楽機により製造され、現存する中で最古のものが浅草花やしきにある「ローラーコースター」である。

1955年（昭和30年）7月9日に開園した後楽園ゆうえんちではジェット機にちなんでジェットコースターという名前が付けられ人気になる。この設計・開発は新明和工業（川西航空機）が戦前からの航空機開発の技術を生かして作った^[7][8]。ここから「ジェットコースター」という名称が一般的に使用されるようになり、この日を「ジェットコースターの日」と定められた。

1959年（昭和34年）にはディズニーランドにてアロー・ディベロップメント社の開発によりパイプ型レールと樹脂素材の車輪を初めて取り入れたコースター「マッターホーン・ボブスレー」が登場し、快適性と設計の自由度が高まることとなる^[9]。木製ではなく初めての鋼鉄チューブ製レールによるローラーコースターであった^[3]。

鋼製車輪のコースターが発する騒音は、遊園地周辺の市街化に伴って日本でも問題になり、車輪への樹脂素材の利用が模索された。アメリカのディズニーランドでの採用から10年近く遅れた1968年（昭和43年）、後楽園ゆうえんちのコースターにポリウレタン製タイヤが初めて採用された。この当時の最高速度は時速50～60キロ程度であった^[10]。

1975年には同じくアロー社により初のらせん状の360度回転型のコースター「コークスクリュー」が登場し、1976年には垂直ループ型も登場した^[9][3]。1977年（昭和52年）（3月13日から営業開始）には谷津遊園にて日本で初めて導入。これは、鋼管パイプの軌条と合成樹脂製タイヤの実用化によってコース設計の自由度が高まった成果であった^[11]。また1978年にはアントン・シュワルツコフとインタミン社の開発による初の近代的な垂直360度回転式コースター「レボリューション」も導入され^[9]、1979年には宙返りコースターの国産化に成功。これをきっかけに1980年代から2000年代（現在）にかけて、遊園地の目玉アトラクションとして大規模なローラーコースターが各地で設置される。

20世紀後半には1984年導入の「XLR-8」（en）を初めとした吊り下げ式や^[9]、チェーンによる巻き上げや重力降下に代わるリニアモーターによる加速システムといった新機軸が打ち出され、スピード・全長・規模の記録を更新する試みが続く一方で導入コストの上昇も見られている^[12]。

2007年（平成19年）5月5日にエキスポランドのスタンディングコースター「風神雷神II」が、営業運転走行中に車軸が断裂し、車体が脱線後大きく傾斜したことで乗客の女性1人が死亡、他の乗客も重軽傷を負う事故が発生した^[13][14]。整備不良（耐久性など構造上の不備とも言われている）を原因としたことから、他の遊園地施設のコースターでも徹底的な点検を行うこととなり、中長期間運休する事態が各所で発生した。

サウジアラビアで世界最速（時速250キロ超）・最長（4キロ）を目指したコースターが建設されているが、2025年7月現在、開園時期は未定である^[15]。

ローラーコースターのコースには山なりや谷底および左右のカーブがあり、カーブ区間では乗客に遠心力がかかる。ローラーコースターのスペックとして、乗客にかかる遠心力と重力の合力はG（重力加速度）を基準にその何倍かで表されることがある。この力の変化がローラーコースターの醍醐味の一つであり、高さや速度に加えてその乗り心地の評価などに用いられることがある。しかし、乗客にかかる力は身体への負担となるため、クロソイド曲線などの緩和曲線を用いて強い力がかかる時間を短縮したり、カント（レールの傾き）を付けて乗客の横方向にかかる遠心力を縦方向に分散したりして、乗客にかかる力の影響を調整し、身体への負担を軽減している。

1980年に南海みさき公園のアトミックコースターを用いて医学博士が行った臨床検査では、時速約80キロでループに突入した際の重力加速度は6Gに達したが、1秒以内のごく短時間であるためブラックアウトどころかグレーアウトとも無縁と結論付けられた^[16]。一方で、身長制限や妊娠中や心臓に問題のある人を乗せないよう注意書きが見られる^[17]。

初期のコースターは時速10キロ以下であったので安全バーがなくとも問題はなかった^[3]。1907年、高速のコースターが現れ、本格的な安全バーが導入された^[3]。さらに1970年代、アロー社は、2回宙返りを行うコークスクリューを作ろうとしたことにより、創業メンバーの子息デイナ・モーガンがレーシングカーの体を固定するベルトであるハーネスを研究、装着がスピーディに行えるようパッドのついたスチール製バーで型の上の方から固定する仕組みを工夫した^[3]。現在は、体の負担やスリル感を増すため、肩以外で固定するタイプも現れている^[3]。20世紀初めは車輪の数は少なく、1台に4つの車輪で車輪両側はへりが突き出てレールを挟む格好であった。車両がレールから放り出されないようスピード調整する運転手が付いていることもあった^[3]。1919年、ジョン・ミラーが小型の車輪でレールの上に乗せるだけでなく、横や下にも取付け、3方向から包むようにし、カーブ・横回転中や宙返りでの安全を保てるようにした^[3]。

シートベルト、ハーネス、膝抑え、安全バー等様々な種類の安全性に関わる拘束装置があるが、形状や性能が十分でない拘束装置を原因とする事故が指摘され、国土交通省の改善指示で横滑り防止措置などの設置が行われる場合がある^[24]。

アメリカで1987‐2000年に発生した機械遊具事故の死亡者は16人で、他の回転型遊戯施設（10人）・ウォーターシュート（7人）などより高い数字となっている^[25]。