UMUTオープンラボ・レクチャ　第5回　2008年8月24日（日）
動くものの意匠　―鉄道車輌と動物と―

講師：　遠藤秀紀　（本館教授、比較形態学、遺体科学）


デザインというのはどういうものか。今日は動物に鉄道を対峙させて考えていきたいと思います。共通点は「動く」ということです。

�T　哺乳類のデザイン

（受講者とイノシシの頭蓋骨200頭の展示を見に行く）(写真5）
生きていた時に何が動いていたかを考えてください。顎が動いていた、つまり顎を使って物を噛んでいたが考えられます。前から後ろまでの歯をよく見てください。また「動き」ということに対しては「目の位置」が重要になります。頭蓋骨のどこに目がついているかを観察しておいてください。

目の位置
　 いま見ていただいたイノシシの頭蓋骨とヒトやサルの頭蓋骨の違いを考えてみましょう。まず根本的に、眼球の位置が違います。頭蓋骨の形が違うのだから目の位置どころの違いではないと思うかもしれませんが、我々ヒトは基本的に前を向いている。サルも同様です（写真1）。前を向いて生きろというのは小学校の頃から教えられてきた事のようですけれど、そういう意味ではなく、生物として前を向くようにできている。我々は後ろを見ることができない。横は一生懸命見れば少し見えるといった程度です。さっきのイノシシの頭蓋骨は、図Ｂのウシの頭蓋骨と目の位置はほぼ同じ所にあります。我々の頭蓋骨でいえば、こめかみのあたりに目があることになります。正確に言うと、我々の鼻筋が前方にのびて目が左右に分けられたのが、イノシシやウシの配置です（写真2）。
　 両目が前を向くか、横を向くか、ここに着目すれば哺乳類がどのようにデザインされているかを完璧に知ることができます。建築において、様式によって年代が判別できるのと同様です。
　 目が前を向いていれば、頭がいい、同時に手先が器用ということが言えます。前を向いている両目は、顔の前のことに対して距離情報を正確にとることができます。両眼視領域で、違う情報源（違う目）を使って同じ空間をみているので、目の前の空間が詳しく分かる。
　 両目が横を向いているものは、（頭がいいの反対はバカですが、そこまで言わないとしても）不器用で、どちらかというと闘争に長けています。闘争に長けているというのは、逃げるという意味も含みます。横を向いている目が何を見ているかというと、ほぼ360°ぐるっと周囲を見ています。動物の視野を正確に調べるのは難しいのですが、ウマなどで詳細に分かっているものでは、上下は少し弱いですが、水平線においては360°見えています。それらは、他の動物に襲われてしまう動物です。近づいてくる敵を早い段階で発見する、というのが横を向いている動物の基本デザインです。 　

肢の動き
　それでは、手先が器用、不器用というのが何に影響しているかというと、そのまま四肢のデザインに影響しています。図Ｃに2つの手があります。1つは我々、ヒトの手ですね。図Ｄの左がウシの四肢で、右がウマです。2枚目を見ましょう。一番上がブタ、2番目がイヌ、３番目がウサギです。ブタの両目は横を向いています。脚を見てください。真似するのは難しいでが、クラシックバレエのバレリーナさんがつま先で立っているような感じです。先端のひとつの指だけが地面についています。完全なつま先立ちです。ウシもウマも同じです。
　 これらの動物は、不器用で闘争に長けている動物ですが、同時に走行に長けています。つま先立ちして、伸びあがっている方が、速く走ることができます。我々は走る時に踵を地面につけます。「走る」という繰り返しの動きの中で、踵を地面につけるという動きの分だけ無駄な時間を使っています。そこを省略するだけでも速く走るここができます。
　 もうひとつ理由があって、こういう動物は脚の軽量化を行っていると考えられます。器用な動物は、指の先までちゃんと動かして生きています。それぞれ指の本数が多く、我々は5本あります。ウシは2本、中指と薬指で、ウマにいたっては中指だけで立っています。どんどん指の本数を減らしていって、不器用で構わないから軽量化してしまいます。われわれは、5本の指をきちんと使わなくてはいけないので、骨も多ければ、筋肉もついていて、爪もきちんとあり、どうしても軽量化できません。
　 速く走るためには、肢の末端部を軽くする必要があります。全体は重くても構わないのですが、手先、指先、足先を軽くする必要があります。高校生で物理が得意だった方は、円運動の慣性モーメントというのを思い出して欲しいのですが、同じ力を加えたときに角速度を速くするためには、質量が回転の中心に近い方がいいんですね。外側が重いとスピードが最終的に速くなりません。そこで、できるだけ筋肉を地面から離して、体に近づけるんですね。筋肉の位置は、後肢でいえば膝から上、前肢でいえば肘から上に集中しています。　
　
　 動物のデザインを二者択一で考えると、目が前を向いているか、横を向いているか、で両者の宿命を完璧に分けてしまいます。それがそのまま、手先が器用でモノを掴める動物か、ただ走るだけの動物かを決定します。ライオンがいてトラがいて、やり合うことができるのは、同じくらい速く走れるからです。ヒトやサルをその辺のサバンナに置いておいたら、まず間違いなく食べられてしまう。そこで、ヒトやサルは木に登ったり、穴に隠れたりして、直接、命のやりとりをしないわけです。そのことが幸か不幸か大脳の発達を促して、頭がよくなった。そこで、これは例外中の例外といえますが、我々ヒトは直立二足歩行するような動物となったのです。これが根本的なポイントです。もちろんこのような分類が全てではありませんが、非常に単純化して言えば、「目の位置」と「肢の動き」で哺乳類の基本デザインは見えてきます。

機能と系統
　 「動くもののデザイン」を決める最初のファクターは「機能」です。2番目は何か。動物の場合、我々はサルから進化しましたが、そういう事実を「系統」といいます。つまり歴史です。鉄道車両には直接は関係ないですが、似たことが起こっていると感じます。DNAではないので系統とはよびません。しかし、伝統とか習慣、風土、社会的要因といった、本当はどうでもいいかもしれないけれど、かくあるべきと人間が勝手に思っているものに縛られている可能性があります。もっといい車両、形はどうにでもできるわけですから、もっと別の形の車両が作れると思うことがありますが、実際には前の形を引きずります。私は科学者ですから、論理的にこの二つを無理やりつなげようとは思いませんが、情緒的にはすごく似ていて楽しいなと思います。

�U　鉄道車両のデザイン

通勤電車の形式
　 今日は鉄道の話としては初歩の初歩でお話します。まずは、多くの人が毎日のように乗っている山手線です。形式でいうと231系と言われています。常磐線にも走っています。そのオリジナルは63系というのですけれど戦時中の設計です。20ｍの車体にドアを4つという形式がここから始まりました（写真3）。一枚一枚のドア幅は狭いです。今の通勤電車は1300�o位が多いのですが、当時大体900から1000mmくらいの片開きのドアです。こうして、たくさんのお客さんをよどみなく運ぶという設計がここで出来上がってしまいました。別にドア6枚でもよかったのですが、誰かが4枚にしました。これは戦時設計で、戦後も作り続けます。途中で72系というものに呼び方が変わりますが、中身は同じです。
　 これから、101系というものに移ります。一番多かった103系というものもあります。前者は事実上引退。後者もかなり数を減らしました。101系と103系、パッと前だけ見ると似ていて区別がつかない方も多いと思うのですが、知っている方は、運転台のガラスの窓の下辺が101系の方が低いので見分けられます。特に、103系の後期の車両は高い位置にあがっています。
　 これはつい最近まで山手線で走っていた205系です。見分けるには裾が曲面で折れこんでいるかどうかというのがポイントです。輸送力をあげたいので、車両というのは幅を広げたくなりますけれど、線路の幅というものがありますので、裾は折り込むことになります。80�oから100�oくらい折り込まれています。ひとつ前の205系では、車体の幅を広げていないので、側面が平面となっています。ここまで、4枚のドアを並べて間にシートを壁に貼り付けるというデザインは63系から変化していません。こうである必然性は特にないですが、改良がなかった。

　それから、昔、111系と113系という車両が走っていました。これは横のドアが3枚です。これは、100ｋｍから200ｋｍ圏で山手線みたいに乗客の出入りがそんなに激しくないけれど、これ以上ドアを減らすと平日のラッシュでは困ってしまう路線、東海道線や横須賀線や高崎線を考えてもらえればよいのですが、で使われていました。３枚のドアが必要だと最初に考えた人がいて、それでスタートします。初期はドアの間が向かい合わせのシートになっています。ところが山手線と同じ231系がいつのまにか、東海道線や横須賀線、高崎線に入ってきます。首都圏から100ｋｍ以内のラッシュが予想以上にすごくなってきて、3枚扉で小田原や高崎や宇都宮まで走らせるのは無理だということになって、いつのまにか山手線を同じ形式の車両が走るようになってしましました。よく利用する方は一番混まないところに向かい合わせのシートが若干残っているのをご存じだと思います。東海道線だと東京寄り、常磐線だと水戸寄りに2両か3両くらい向かい合わせのシートを残してあります。100ｋｍ圏は3ドアだという伝統を30年か40年かけて崩したということができると思います。なんとなく動物に似ているなと思いますね。動物って何百万年かくらい同じやり方でずっとがんばっていて、パッとやり方を変えるやつが出てきて歴史が動きます。

　東京メトロ、営団地下鉄ですが、千代田線には6000系という形式の車両が走っています（写真4）。横4枚ドア、間にロングシートというのは戦中戦後の63系と変わらないのですが、一見して外観が違う車両でした。機能性と美しさと両方備えています。運転席に面積の広い窓を採用していますし、アルミでできています。最近の、それこそ231系では、ステンレスなのですが、無塗装の銀色の車体です。それを約40年前に普通に取り入れています。またこの時代まではモーターの回転を制御して、車体の速度を制御するというのは間に電気抵抗を噛ませてすべて熱にして空気中に放射しながら、エネルギーなんていくらでも使っていいから電車の都合で速度を制御するという仕組みでしかなかった。それが、6000系ではサイリスタチョッパ制御といって、電力を切り刻むことのできる半導体の装置を使って制御し、不要な電気を架線に返すことができます。このあと、鉄道が抵抗でもって電力を熱に変換して放出するということを一斉に止めていくという流れになりますが、その世界最初の例がこの車両です。これも設計した会社が、当時の営団地下鉄で、伝統というものから逃れられて全然違う車両がデザインできたのではないかと思います。

　ここで少し整理したいと思います。まず戦時設計の63系、途中で72系と呼ばれるようになる、20m４ドアの車両が基本となっています。それから1957年に101系、登場時はモハ90系といいますが、101系が出てきます。これは63系と比べて、当時としては高出力、軽量で、当時101系に見合った電力を供給することのできる変電所を関東平野に作ることができなかったというエピソードが残っています。今、もし現存したら驚くほどスピードがでないのですが、当時としてはすばらしい技術だったんですね。それから、103系に移ります。101系と103系で何が変わったかというと、そんなに大きくは変わっていません。そして、側面が平らな205系がでてきます。銀色の車体で一目瞭然ですが、軽量ステンレスが用いられ始めます。205系では、界磁添加励磁制御というものを使っています。これは国鉄の恥だと思うのですが、この当時すでに6000系は走っていて、サイリスタチョッパ制御は用いられています。界磁添加励磁制御はサイリスタチョッパに比べて圧倒的に効率が悪く、電気抵抗を使って熱に変える制御装置もまだ積んでいる状況です。国鉄には省エネにかけられる予算がまだそこまでなかったということです。これが最初に言った社会的要因で、必ずしも最適なデザインが行われるわけではないということを示しています。それから今走っている231系に移ります。軽量ステンレスということは同じで、VVVF制御というサイリスタチョッパから進化した半導体による制御装置をここでやっと搭載することになります。VVVF制御というのは、ウィーンウィーンウィーンという音が床下から聞こえてくるのが特徴的です。他方、サイリスタチョッパは乗っているとずっとミーンとセミの鳴き声のような音がしています。

　こういう歴史とは別に、20m・3ドアの歴史が100km圏の近郊線でありました。401系、421系というのがあってそこから歴史が始まりまして、それが111系113系というものに進化して、詳しいことは述べませんがここまで、20m3ドアというデザインになっています。それから、231系に吸収されていきます。20m・3ドアで乗り切れるほどラッシュは甘くないという時代に入ってきたのです。はじめに動物のところで、目や肢といったものに着目しての分類を行って、車両の話に移ってきましたが、車両の方も、目や肢のように、20m・4ドア、20m・3ドアという基本設計に伝統的に縛られて、しばらく続けていくという傾向がみられます。それから、6000系が既存の車両を全否定するような形で出てくる、また100km近郊の3ドア車両が231系に吸収されるというような変化が、昔だと30〜40年で1回、今では社会の変化の速度が速いので15年に1回くらい訪れるようになってきているのが車両デザインです。振り返って分かるように、機能的な要請から進歩しながらも、反面、基本設計という伝統的な要素を保ち続けているところもあります。動物はDNAによって、車輌は車輌会社、車輌メーカーによって形がデザインされるのですが、それぞれに変わっていくことろ、続いていくところがあって、そういったところが「動くもの」に共通していると思います。

日仏新幹線の比較
　 フランスに行かれた方でTGVに乗られた方いるかもしれません。今、世界で一番速い電車です。常に日本の新幹線と対比されます。売り込み競争で経済的にぶつかってしまうことも多々あります。伝統と変革の両面を同じように見ることができます。
　 私のイメージする新幹線というのは0系といいまして、1964年のものですが、これがでてきてから線路の仕組みなども変わり、大きな変化をもたらした車両だといえます。
　 次に100系になります。これが面白かったのは、２F建てを持っていたことです。210km/hのスピードが出せますが、100系はあまりスピードをあげようとしなかった。その証拠が、２F建てです。こんなに断面積を増やしたら、空気抵抗を考えると速いスピードが実現できるはずがない。これは、社会の要請がスピードではなく、ちょっと豪華な内装とかに向いていたことと関係があります。
　 次は300系です。もう２F建てを一切やめて、かなり車体の断面が小さく、天井が低いと感じられる方も多いと思います。300km超えてくると空気抵抗が大きくなり、かなり断面積が効いてきます。そして次が500系で、直線でレールがひいてあれば常時300kmで走れるという今でも事実上一番性能のよい車両ですが、そろそろなくなってしまいます。JR東海が発展を拒否したというのが一番の原因です。JR東海のレールというのは曲線が多く、これの性能をだすことができません。
　 それに対する答えがN700です。曲線で車体を傾斜させて、外側にはみでないように、脱線しないようにして、270km/hくらいで走れるエリアを格段に広げたものとなっています。500系とN700系の間に700系が入ります。700系とN700系では、東京名古屋間で5分か6分しか変わらないのですが、N700系の方がカーブに強いデザインとなっています。
　
　 そして、この場合守り続けてきた伝統というのは、モーターをばらばらに積んでいるということです。TGVは事実上、機関車が引っ張っています。対照的に、16両編成で形式によって異なりますが、14両にモーターが付いているか12両にモーターがついているかというのが今の日本の新幹線の主力です。０系にいたっては16両全車両にモーターがついていました。細かいモーターをたくさん抱え込むのが日本の新幹線の伝統です。
　 TGVは10両編成と考えてよいのですが機関車のように強力な出力を出すことができて、お客さんが乗っている車両は完璧なトレーラーです。
　 私はTGVの方が優れていると思っています。というのは、最高速度を上げるには、編成単位で軽量化する必要があります。TGVは車両をどんどん軽量化して、機関車の出力を上げればどんどん最高速度を上げていくことができます。ところが、日本の新幹線は、モーターをバラバラに積んでいるので高性能のモーターを積めばそれぞれの車両が必ず重くなっていくという矛盾に陥ります。この勝負に関しての勝利はヨーロッパ側にあると思っていますが、日本の新幹線がモーターをたくさん積むのは意地でしょう。もちろんヨーロッパでは騒音問題が日本ほど厳しくありませんし、勾配もほとんどないところを走っていればよいので、両者のメリット、デメリット箇条書きにしたらいい勝負しているのかもしれませんが、最高速度をとるという観点からみるとTGVの設計の方が優れているのかなと思います。伝統のなせる技ですね。　

　 動くもののデザインというものを考えたときに、動物はDNAによって、車両は技術者によってデザインされているわけですが、すごく似た事がパラレルに生じているなというのが、私の感じているところです。

質疑応答
Q：　さきほど展示室でイノシシの歯をよく見ておいてくださいと言われましたが、そのお話をお願いいたします。
A：　イノシシの臼歯列は典型的な雑食動物のものとなっています。前３本は薄いナイフ的な歯、後ろ３本はすりつぶすような臼みたいな歯となっています。大雑把にいうと、前３本が発達すると肉食動物、後ろ３本が発達すると草食動物となります。タヌキなんかは若干ナイフ的な歯も持っているのですが、シカなんかだと全くそういう歯はなくすべてすりつぶすためだけの歯となっています。イノシシの歯を見ていただきたかったのは、牙の後ろの臼歯列が肉食動物っぽいところと草食動物っぽいところを兼ね備えているというところを見ていただきたかったということです。

Q：　電車は101系のように断面が「四角形」のものが多いですが、動物は「円形」が多いと思います。それについてどう考えられますか？
A：　ぜんぜん違うものを並べてみると面白いところに気がつきますね。電車の場合、四角いのは敢えて言えば伝統なのかもしれませんが、車両限界というのがありまして、レールの周りどれくらい木を伐採するかとかトンネルをどれくらいの面積の穴で掘るかというのは初めに統一規格で決めていますから、四角く作られています。それを丸くすることはきっと意味がないと思います。飛行機は円柱であることに意味があって、ジャンボはちょっと別ですが、普通は床を１枚しか作らないので、直径が長いことにすごく意味があって、円や、円を二つ重ねた断面のものが見られます。動物の場合、魚は断面形状がどんどん淘汰の対象になり、どんどん新しい断面形状を生み出していると思います。鳥の場合は、考えられるはずですが、実際には鳥の胴体の断面形状が飛行に関係することはあまりなく、むしろ翼をどうやって作っていくかで決まっています。よほど変な形でないかぎり大丈夫でしょう。哺乳類に関しては、水生のもの、イルカとクジラですが、これはこの形しか作れなかったといえる形だと思います。陸上の動物に関しては、断面は本当のところ、どうでもよかったと思います。四角いものをなぜあえて生み出さないかというのは今日気がついた新しいテーマだと思いますね。

(記録：　河合美緒）



遠藤秀紀（えんどうひでき）　
1965年東京都生まれ。解剖学者、遺体科学者として研究と教育を続ける。動物遺体を無制限無目的的に集め、遺体から歴史科学的に発見を導き出す。純文学、SF、特撮技術などを通じて表現を論じ、自らも文学の創作者として生きようと悩み続けてきた。著作に、「人体　失敗の進化史」（光文社）、「解剖男」（講談社）、「パンダの死体はよみがえる」（筑摩書房）、「哺乳類の進化」（東京大学出版会）、「ウシの動物学」（東京大学出版会）など。鉄道技術に対しては、比較解剖学と同等に、機能性と歴史性に着目して論じている。1991年東京大学農学部卒業。国立科学博物館研究官、京都大学霊長類研究所教授を経て、2008年より東京大学総合研究博物館教授。
遠藤秀紀研究室のホームページ