おもちゃの でんしゃを うごかす 電池には、プラスと マイナスが あります。でんきは 一しゅうして もどって くる ときだけ、ものを うごかせます。だから ふつうは でんせんが 2ほん いります。

でも まちを はしる 電車の 上には、でんせんが 1ぽん。のこりの 1ぽんは、足もとに ありました。電車の 下に ある 鉄の レールです。

でんきは 上の でんせんから 電車に はいり、モーターを まわします。それから 車輪しゃりんを とおって、レールに ながれ、変電所へんでんしょに もどります［2］。レールが もう 1ぽんの でんせんの やくめを して いるのです。

ただし この 話は、でんきの ながれる むきが きまっている 方式の ときの 話です。では 電車は、どうやって 上の でんせんから でんきを もらって いるのでしょう。

豆電球と電池をつなぐとき、導線は2本使います。電気はぐるりと一周して元に戻るときにだけ流れ、電球を光らせます。それなら電車も、頭の上に電線が2本あってよさそうです。

でも路面電車の頭上の電線は1本です。答えは足もとにありました。電車が走る鉄のレールです。電気を研究する団体が運営する解説サイトによると、電車では線路のレールをもう1本の電線として使っています。架線から入った電流は車輪を伝ってレールに流れ、変電所に戻ります［2］。

電気の世界では、架線がプラス側、レールがマイナス側にあたるといいます［3］。ただし、1本で足りるというこの話は、流れる向きが変わらない直流で電気を送る方式のときのものです［2］。

では電車は、頭の上の電線から、どうやって電気を受け取るのでしょうか。

回路は、電流が出発点に戻る輪がなければ成り立たない。それなのに路面電車の頭上には電線が1本しかない。この疑問の答えは、走行用の鉄のレールにある。電気学会系の解説では、電車はレールをもう1本の電線として使っており、架線から入った電流は車輪を経てレールに流れ、変電所に戻る［2］。

だから架線1本で回路が閉じる。極性でいえば、架線がプラス側、レールがマイナス側に当たる［3］。ただしこの説明は、電極が固定されている直流電化の区間に限った話である［2］。交流の区間や別の方式まで同じとは限らない。

身近な電池と豆電球で考えると、この仕組みはつかみやすい。電池の＋極から豆電球を通って－極へ戻る導線の輪が、電車では架線、モーター、車輪、レール、変電所に置きかわっている。導線の1本分を、もともと敷いてあるレールに任せたことが、頭上の線を1本ですませられる理由である。

回路の「帰り」はレールだと分かった。では「行き」の側、つまり動く車体が、固定された架線から電気を取り込む部分はどうなっているのか。

電車の 屋根を 見ると、ぎざぎざした 形の パンタグラフが のって います。これが 上の でんせんから でんきを もらう ところです。バネの 力で、いつも でんせんに おしつけられて います［1］。

もらった でんきで モーターが まわり、その 力が 車輪しゃりんに つたわって、電車は レールの 上を はしります［1］。

ゆれても、でんせんから はなれて しまっては こまります。バネが ぐっと おして くれるので、はしって いる 間も でんきを もらい つづけられます。

では 路面電車の でんきは、どのくらいの つよさなのでしょう。

電車の屋根にのっているパンタグラフは、電気を車内に取り入れる部品です。バネの力で、いつも架線に触れる仕組みになっています［1］。電車は揺れながら走るので、押しつける力がなければ、架線から離れた瞬間に電気が途切れてしまいます。

取り入れた電気はモーターを回し、その回る力が車輪に伝わって、電車はレールの上を走ります［1］。電気は発電所でつくられ、変電所で使いやすい形に変えられてから、架線に送られています［1］。

つまり路面電車の電気は、変電所から架線、屋根のパンタグラフ、モーター、車輪、レールを通って、変電所へ戻る輪になっています。この輪のどこかが切れると、電車は走れません。

では、その電気はどのくらいの強さで送られているのでしょう。そして集電装置は、いつもパンタグラフだったのでしょうか。

固定された架線から、動く車体へ電気を渡すのが集電装置である。パンタグラフは、バネの力で常に架線と接する構造になっている［1］。揺れる車体に対して、押しつける力が一定に保たれるから、走行中も電気が途切れにくい。

取り込まれた電気はモーターを回し、その回転が車輪に伝わってレール上を走る［1］。発電所の電気は、変電所で使いやすい電気に変えられてから架線に送られる［1］。この経路は、架線、集電装置、モーター、車輪、レール、変電所の順に、ひとつの輪になっている。

輪のどこかが断たれれば電車は止まる。では、この輪を流れる電気の強さはどれほどか。集電装置の形は、昔から変わっていないのか。

日本の 路面電車の でんせんは、ながれる むきが かわらない でんき（ちょくりゅう）で 600ボルトの ことが 多いと いわれます［4］。家の コンセントの 100ボルトより、ずっと 大きな 数です。だから 電線には さわっては いけません。

でんきを もらう どうぐも、むかしは ちがって いました。ポールや ビューゲル、Zがたの パンタグラフなどが つかわれ、さいきんの 電車では、うでが 1ぽんの パンタグラフが 多い そうです［4］。

形は かわっても、「上から もらって、レールに かえす」ことは おなじです。では、ブレーキの ときは どうなって いるのでしょう。

日本の路面電車の架線の電圧は、直流600ボルトが一般的な目安とされています［4］。家庭のコンセントの100ボルトの6倍です。全社が同じとは限りません。電圧が高いので、架線やレールには決して近づいたりさわったりしてはいけません。

電気をもらう集電装置は、時代とともに形が変わりました。以前はトロリーポールやビューゲル、Z型パンタグラフが使われ、近年の車両は単腕式のパンタグラフが多いと説明されています［4］。

形は変わっても、頭上の線から電気をもらい、車輪とレールを通して返す、という流れは同じです。この流れの中で、ブレーキをかけた電車に不思議なことが起きます。

日本の路面電車の架線の電気は、直流600ボルトが一般的な目安とされる［4］。すべての事業者が同じとは限らない。家庭用の100ボルトと比べれば6倍であり、架線もレールも感電の危険があるため、近づいてはならない。

集電装置の形も時代で変わった。以前はトロリーポール、ビューゲル、Z型パンタグラフが使われ、近年の車両は単腕式のパンタグラフが多い［4］。方式が違っても、架線から取り込み、車輪とレールで返すという回路の原理は変わらない。

この回路に、電気の流れが逆向きになる場面がある。ブレーキである。

電車の ブレーキには、モーターを はつでんきに かえる ものが あります。「かいせいブレーキ」と いいます。はしって いる 車輪しゃりんの いきおいで モーターを まわし、でんきを つくります。そのとき、とまろうとする 力が 大きく なります［5］。

つくった でんきは、でんせんに もどされ、まわりを はしる ほかの 電車の モーターを うごかす ことが あります［5］。ブレーキが、となりの 電車の おうえんに なる のです。

ただし、ちかくに でんきを つかう 電車が いないと、つかいにくく なります。いつも ぴったり うまく いくとは かぎりません［5］。

かいせいブレーキは、電車や 電気きかんしゃで むかしから ひろがって います［5］。つぎは、あめの 日の ブレーキの ことです。

ブレーキをかけているとき、電車のモーターは仕事を替えています。惰性で回る車輪にモーターをつなぐと、モーターは発電機として働きます。この力が車輪の回転にブレーキをかけます。これが回生ブレーキです［5］。電車や電気機関車で古くから普及している方式です［5］。

できた電気は架線に戻され、周りを走る別の電車のモーターで使われることがあります［5］。止まろうとする電車の動きのエネルギーが、加速しようとする隣の電車の動力に回るわけです。

ただし、近くに電気を使う電車がいなければ、戻された電気の行き場が少なくなります［5］。路面電車で必ず回生ブレーキが使われるとも限りません。使える条件がそろったとき、この仕組みが力を発揮します。

鉄の車輪と鉄のレールには、ブレーキとはちがう、もうひとつの特徴があります。雨の日にそれがよく分かります。

制動時に、電気を消費する側のモーターを発電機として働かせるのが回生ブレーキである。惰性で回る車輪の回転がモーターを回し、発電することで、車輪を止めようとする力が大きくなる［5］。電車や電気機関車では古くから普及している［5］。

発生した電力は架線に戻され、周辺を走る別の電車や電気機関車のモーターで消費されることがある［5］。つまり架線は、電気の「行き」だけでなく「戻り」の道にもなる。そのため、減速する電車と加速する電車が近くにいる、という条件が必要になる。近くに使う電車がいなければ、戻した電気の行き先が限られる。

したがって、路面電車で常に回生ブレーキが有効とは限らない。この資料から言えるのは、仕組みの一般的な原理と、鉄道全体で古くから使われているという点までである。

ブレーキを助けるのは電気だけではない。車輪とレールの摩擦も大きく関わる。

電車の 車輪しゃりんも レールも、鉄で できて います。鉄どうしは つるつるして いて、ゴムの タイヤで 道を はしる 車より、まさつが ずっと 小さく なります［6］。

あめが ふりはじめると、レールの 上に ういた あぶらで、さらに すべりやすく なる ことが あります。だから 運転する 人は、うごきはじめる ときも、ブレーキを かける ときも、ていねいに あつかいます［6］。

つぎに 電車に のる ときは、雨の 日に 運転する 人の 手もとを そっと 思いうかべて みましょう。

さて、にほんで はじめて 電気で はしった 電車は、いつ どこで 走りはじめたのでしょう。

電車が電気を車輪とレールで往復させるなら、車輪とレールの接する場所は、電気の道であり、同時に走る力を地面に伝える場所でもあります。ゴムタイヤの自動車はアスファルトの上を走りますが、鉄道は車輪もレールも鉄なので、摩擦ははるかに小さくなります［6］。

その特徴は、雨の降り始めに現れやすくなります。レールに付いた油が雨で浮いて滑りやすくなるため、運転士は加速もブレーキも、ていねいに行うといいます［6］。

摩擦が小さいおかげで、鉄道は少ない力でたくさんの人を運べます。同時に、止まるときには注意が要ります。運転士の技が活きる場面のひとつです。

それでは、こうした電車は、日本ではいつ、どこで走り始めたのでしょうか。

車輪とレールの接触面は、電気の通り道であると同時に、駆動力と制動力を地面に伝える場所でもある。自動車はゴムタイヤでアスファルトの道を走るが、鉄道は車輪もレールも鉄であるため、摩擦は格段に小さい［6］。

この低摩擦は、小さな力で重い車両を動かせる利点になる。一方で、雨の降り始めには、レール上の油が浮いて滑りやすくなる。そのため運転士は、加速でもブレーキでも、操作を丁寧に行う［6］。

こうして電気の経路とブレーキの条件が分かった。では、この方式を日本で最初に走らせたのは誰で、どこだったのか。

明治めいじ28ねん（1895ねん）、京都から ふしみの あいだで、日本で さいしょの おきゃくを のせる 電車が はしりはじめました。京都電気鉄道と いう 会社の 電車で、のちの 京都市電です［7］。

電車を うごかす でんきは、びわ湖の 水を 京都に ひく 水路の 水力はつでんしょ、けあげはつでんしょの ものでした［7］。水の 力で つくった 電気で、電車が はしったのです。

このころの 電車は、ちょくりゅう 500ボルトでした。いまの 600ボルトとは すこし ちがいます［8］。しかも さいしょは 止まる ばしょが きまって おらず、どこでも のりおりが できた そうです［9］。

日本で最初の営業用の電車は、1895年（明治28年）に京都〜伏見間で開業した京都電気鉄道、のちの京都市電です［7］。電気は、琵琶湖疏水の水を使った水力発電所、蹴上発電所のものでした［7］。

このとき使われたのは、直流500ボルトのスプレーグ式電車です［8］。いまの路面電車で目安とされる600ボルトとは、電圧が少し違います。電車は水の力で生まれた電気を、頭上の線とレールで受け渡しながら走っていました。

さらに開業のころの京都電気鉄道には停留所がなく、どこでも乗り降りができたそうです［9］。どこでも乗り降りできる電車は、いまの停留所のある電車とはずいぶん違う乗り物でした。

日本最初の営業用電車は、1895年（明治28年）に京都〜伏見間で開業した京都電気鉄道（のちの京都市電）である［7］。当初の電力は、琵琶湖疏水の水力発電所である蹴上発電所から供給されていた［7］。

電車は、蹴上発電所の直流発電機から電力を受け、直流500ボルトのスプレーグ式で運転された［8］。スプレーグは方式名のもとになった米国の技術者の名である。現在の路面電車で一般的な目安とされる600ボルトとは電圧が異なる。

運行の面でも、開業当初は停留所がなく、どこでも乗り降りできたとされる［9］。

水の力でつくった電気を、1本の架線とレールで受け渡して走らせた。この記事で追ってきた回路の仕組みが、日本の電車の最初から使われていたことになる。

つぎに 電車を 見かけたら、屋根の 上の パンタグラフと、上の でんせんを 見て みましょう。ここから でんきを もらって いると、この 記事で 読みました。

足もとの レールは、電気の かえりみちだと 読みました。見た 目では わからなくても、鉄の 道が でんきを もどして いると 思うと、いつもの 電車が ちがって 見えます。

電車が ゆっくり とまる ときは、ブレーキで でんきが うまれて いるのかも しれません。

線路には はいらない、でんせんには ちかづかない、と やくそくして、はなれた ところから 見ましょう。

もっと 知りたい人は、てつどうの かいしゃの あつまりの 「電車の しくみ」の ページも 見て みてください［1］。

安全な場所から路面電車を見かけたら、次の順で見てみましょう。まず屋根のパンタグラフが、頭上の架線に触れているかどうか。次に足もとのレールが、電気の帰り道になっていること。止まろうとする電車では、ブレーキの電気が近くの電車に回っているかもしれません。

車輪とレールの小さな接点が、走る力と電気の帰り道の両方を支えています。そう思って眺めると、電車の見え方が少し変わります。

線路には入らず、架線には近づかないでください。観察は、歩道など安全な場所から行いましょう。

電車の仕組みをもっと知りたい人は、日本民営鉄道協会の「電車のしくみ」［1］や、電気学会系の解説サイト［2］に、図つきの説明があります。

路面電車を見かけたら、回路を意識して観察するとよい。屋根の集電装置が架線に触れ続けているか。足もとのレールが帰り道を担っているか。減速する車両の近くに、加速する車両がいるか。回生ブレーキの電気が使われる条件は、そのまま街中の電車の並び方に表れる。

線路への立ち入りや架線への接近は危険であり、観察は歩道など安全な場所で行うこと。

さらに確かめたい人は、日本民営鉄道協会の「電車のしくみ」［1］と電気学会系の解説［2］が入り口になる。600Vという電圧は事業者ごとに異なりうるので、気になる路線の事業者の資料にもあたってみてほしい。