直通ブレーキ

直通空気ブレーキ（ちょくつうくうきブレーキ）とは、電車の空気ブレーキの方式のひとつで、直通管の増圧によりブレーキの込めを指令する方式である^[1]。単に直通ブレーキともいう。

1868年にジョージ・ウェスティングハウスによって発明された。原型となる直通空気ブレーキと、非常弁付き直通空気ブレーキの2種に大別されるほか、発展形として電磁直通空気ブレーキがある。

概要

直通空気ブレーキ

供給空気タンク (Supply Reservoir: SR) からブレーキシリンダ (BC) に送り込む圧縮空気を運転台のブレーキ弁で直接的に制御する（ブレーキ弁がそのままブレーキシリンダ圧を制御する）方式で、非常に単純な構造のブレーキシステムである。ブレーキ弁からブレーキシリンダへの配管は直通管 (Straight Air Pipe: SAP^[2]) と呼ばれる。

日本ではウェスティングハウスが開発したSM（Straight air brake / Motor car: 電車用直通空気ブレーキ）の改良型であるSM-3が単行運転される車両に幅広く普及し、路面電車においては現在もなお営業運転で多数が使用され続けている。

構造が簡単であり動作も迅速かつ確実だが、直通管が破損するなどして空気が抜けた場合には機能しなくなるため^[3]、連結運転を行う車両では列車分離時の危険性から使用できないという欠点がある。

非常弁付き直通空気ブレーキ

列車分離時等の対策として非常管 (Emergency Pipe: EP^[4]) と非常弁による自動空気ブレーキ機能を付加し改良を加えたもので、2 - 3両程度の短編成用に普及した。非常直通ブレーキとも呼ばれる。

直通管の増圧で常用ブレーキを指令する方式はそのままに、常時加圧 (490 kPa) の非常管を新たに設け、非常管の減圧で非常ブレーキを指令できる構造としている。これにより列車分離時には直通管とともに非常管も破断されて非常ブレーキが作用するため、安全性が向上する。また自動空気ブレーキと同様の車掌弁も設けられるようになった。

非常弁は非常管の減圧に応じたブレーキシリンダへ給気を行うことが主な役目であるが、ブレーキ時の給排気を迅速化する機能も持たせてある。

ブレーキ弁は元空気管と直通管、非常管に接続された単純な三方弁が主に用いられ、その場合は「減圧（直通管の圧力を上げる）」、「重なり（直通管の圧力を維持）」、「常用（直通管の圧力を上げる）」、「非常（非常管の空気を抜く）」の4ポジションで制御するが、セルフラップ弁^{[注 1]}を用いるものもあった。

SME

ウェスティングハウスの興したアメリカ・ウェスティングハウス・エアブレーキ社^[5]が開発したものはSME（Straight air brake / Motor car / Emergency valve: 電車用非常弁^[6]付き直通空気ブレーキ）の名が付けられている。

圧縮機を持つ電動車（制御電動車）用のSME、付随車用として補助空気タンクを備えるSTE、ブレーキ弁を持つ制御車用のSCEとがあり、加えて引通し管が直通管と非常管のみである2管式と、元空気管 (Main Reservoir Pipe: MRP) を引き通した3管式とに分けられ、これらは以下の組み合わせで用いられる。

2管式：SMEとSTEの組み合わせ
3管式：SMEとSCEの組み合わせ

部品構成としてはブレーキ弁と非常弁、そして元空気管代わりの補助空気タンク（STEのみ）といった形である。この補助空気タンクは逆止弁を介して非常管に繋がっている。

非常弁は元空気管、直通管、非常管、およびブレーキシリンダに接続されており、常用ブレーキ（直通ブレーキ）としては直通管の圧力が上がると直通管および元空気管からブレーキシリンダに空気を供給し、逆に直通管の圧力が下がるとブレーキシリンダの空気を直通管に戻すとともに非常弁自体からも排気を行う^{[注 2]}。非常ブレーキ（自動ブレーキ）としては、非常管の圧力が下がると元空気管からブレーキシリンダへ空気を供給する機能を持つ。なお2管式のSTEにおいては元空気管のところが補助空気タンクとなる（2管式においてもSMEは自車完結の元空気管がある）。

SMEは日本の鉄道においては、主として路面電車から発達した都市間高速電車や、地方の中小私鉄に広く普及したが、連結両数の増加につれて自動空気ブレーキや電磁直通ブレーキへの移行が進み、現在では一部の連結運転を行う路面電車などに見られる程度となっている。機構的には、M-18-Aブレーキ制御弁と、D-1非常弁のペアで構成され、いずれも後には新型に置き換えられた。

電磁SME

4両以上の編成に適用するため、SMEに電磁弁制御を付け加えて応答性を向上させたものも存在し、電磁SME、あるいは電磁制御SMEと呼ばれる。採用例としては小田急箱根（箱根登山鉄道）や江ノ島電鉄、高松琴平電気鉄道などがある。

ブレーキ弁に電気接点を、また各車の直通管に電磁弁を設け、ブレーキ弁と各車の電磁弁とが連動するようにしたもので^{[注 3]}、セルフラップ弁と電磁直通制御器を用いた電磁直通空気ブレーキ（SMEE）とは区別される。

機構上、発電制動や回生制動との同期が困難という問題点はあるが、SMEブレーキの操作感覚のままで長大編成化が可能というメリットは大きい。さらにこれはSME車においては軽い改造で、電磁直通ブレーキ車ではブレーキ弁の（旧形への）交換といった形で、いずれも低コストに適用可能である。そのような特性から、他所からの譲渡車で車両需要を賄っているような日本の地方中小私鉄に現在も採用され続けている。

GE式

ゼネラル・エレクトリック社も非常弁付き直通空気ブレーキを開発・実用化している。

基本的な機能はSMEと同じであるが、ブレーキ弁、非常弁、自動弁、および各車の補助空気タンクで構成されており、このうち非常弁は非常ブレーキ時にのみ動作する。引通し管は直通管と非常管の2本であり、元空気管は電動車で完結する。このため電動車用とそれ以外で構成に若干の違いがある。

通常時は非常弁によって元空気管、非常管、補助空気タンクの3つが接続され、ブレーキシリンダと直通管が自動弁および非常弁を介して接続されている。

常用ブレーキを込める際は、直通管に込められた空気が自動弁に入り、次いで非常弁を通過してブレーキシリンダに入る。このとき自動弁が作動し、元空気管の圧力もブレーキシリンダへ供給されることで給気を迅速化している^[7]。常用ブレーキを緩める際も自動弁が作動し、ブレーキシリンダの空気を直通管へ戻すとともに自動弁自体からも排気する^{[注 4]}。なお付随車用においては元空気管ではなく非常管から給気される^[7]。

非常ブレーキの際は非常弁が動作し、元空気管および非常管の接続を断つとともに補助空気タンクの空気をブレーキシリンダに供給する。同時に自動弁を非常管に接続し、これによって非常管の空気が直通管に入るとともに外部へ排気されることで非常管の排気も迅速化している^{[注 5]}^[7]。

日本ではS-E1あるいはS-E5ブレーキ制御弁とE-H8非常弁の組み合わせで、大阪電気軌道など同社製電装品を採用した初期の都市間高速電気鉄道において採用された実績がある。