thumb|250px|フリーゲージトレイン第一次試験車両
新在直通運転（しんざいちょくつううんてん）とは、日本における鉄道の高速化の手法の一つ。
新幹線と在来線を直通運転させ、新幹線と在来線の一体的なネットワークを形成することによって、高速サービスを全国新幹線鉄道整備法の枠外にある地方都市にも拡大しようとする手法である『ミニ新幹線誕生物語』pp.5-6。
モデルとなったフランス国鉄SNCFの高速鉄道TGVなど海外事例を参考として交えながら解説する。
概要 ヨーロッパにおいて新在直通という考え方は、1977年にイタリアが最初に実現した。同国は国土の起伏が激しくカーブが多かったため高速新線を建設する必要があった。高速新線の営業速度は250km/hである最新図解 鉄道の科学 pp.209-210。
その後、1981年運行開始のフランス国鉄SNCFの高速鉄道TGVを参考に、1983年（昭和58年）10月10日から日本国有鉄道内、続いて1986年（昭和61年）から運輸省が鉄道の高速化手法の一つとして検討を開始した『ミニ新幹線誕生物語』p.167『新幹線ネットワークはこうつくられた』pp.135-136。
ただ日本の新幹線と在来線は互換性をもった設計をされていない。日本の鉄道技術者達は営業速度200km/h以上の世界でも前例のない鉄道を作るということを念頭に置きつつも、スピード（Speed）、安全（Safety）、確実（Secure）の頭文字「3S」、鉄道の使命である安全かつ確実に高速輸送できるシステムの構築を目標に掲げていた最新図解 鉄道と科学 p.188。
1987年（昭和62年）4月1日の国鉄分割民営化を経て、1992年（平成4年）7月1日、モデル線として改軌（ミニ新幹線）方式の山形新幹線（東京駅-山形駅、奥羽本線の一部）が開業した。続いて、1994年（平成6年）に運輸省技術審議会は21世紀に向けての鉄道技術のあり方について「SUCCESS21」との答申を行った。その中で標準軌と狭軌の乗り換えをなくし利便性を図ることが提言され、軌間可変電車（フリーゲージトレイン）の開発も始まった『軌間可変電車』酒井正勝 小田和裕 1999年。
日本鉄道建設公団（現・鉄道建設・運輸施設整備支援機構）は2001年に『新幹線直通運転化事業調査報告書』を公開、「通常の乗り換え1回の解消は、乗車時間が30分程度短縮される効果と同等の価値を有する」と直通効果を公表した『新幹線函館乗入れの調査費「捨てるようなもの」無知と誤解の原因は』 杉山淳一 マイナビニュース 2023年7月18日 6:05掲載 2023年8月28日閲覧。とはいうものの、日本の場合は本家TGVと比べて高速で走行できる線路と在来線との規格が大きく違う事情がある"高速列車TGVと在来線がなぜ衝突 新幹線とは異なる事情" 恵 知仁 のりものニュース 2014年7月19日更新 2024年7月8日閲覧。
2024年現在、山形新幹線（東京駅-新庄駅）と秋田新幹線（東京駅-秋田駅、田沢湖線、奥羽本線の一部）の2路線がある。
年表 ●：ミニ新幹線車両方式、■：フリーゲージトレイン方式、◆：フル規格新幹線車両方式 検討時代 1977年 - イタリアがヨーロッパ初の新在直通運転を実現 1981年9月27日 - フランス国鉄SNCFが新在直通高速鉄道TGVを開業させる 1983年（昭和58年）10月10日 - 日本国有鉄道内で検討を開始 1986年（昭和61年） - 運輸省が検討を開始
ミニ新幹線車両方式時代 1987年（昭和62年）4月1日 - 国鉄分割民営化 1991年（平成3年）9月29日 - ●山形新幹線向け400系試作車、上越新幹線内にて高速度試験を実施。345km/hを記録 1992年（平成4年）7月1日 - ●山形新幹線（東京駅-山形駅）開業
フリーゲージトレイン時代 1993年（平成5年）3月 - ■タルゴ社が、日本で台車をつくることについて住友金属工業（現・日本製鉄）に軌間可変車軸のライセンスを与えた。 1994年（平成6年） - 運輸省技術審議会「SUCCESS21」答申 1997年（平成9年）3月22日 - ●秋田新幹線（東京駅-秋田駅）開業 1998年（平成10年）10月 - ■フリーゲージトレイン第一次試験車両（GCT01 0番台）が製造される“軌間可変新車両が完成 山陰線で1月試験”. 交通新聞 (交通新聞社): p. 1. (1998年10月27日) 1999年（平成11年）12月4日 - ●山形新幹線新庄延伸（東京駅-新庄駅）開業 2001年（平成13年） - 日本鉄道建設公団が『新幹線直通運転化事業調査報告書』で効果ありと公表 2002年（平成14年）8月 - ■フリーゲージトレイン技術研究組合発足 2003年（平成15年） - ■第二次試験車両（GCT01 200番台）の開発着手 2006年（平成18年） - ■第一次試験車両（GCT01 0番台）の試験が終了 2014年（平成26年） 4月20日 - ■第三次次試験車両（FGT9000）走行試験開始“フリーゲージ走行試験 九州新幹線長崎ルート導入目指す”. 朝日新聞. (2014年4月20日). オリジナルの2014年4月20日時点におけるアーカイブ。 2014年4月23日閲覧。 7月20日 - ■第二次試験車両（GCT01 200番台）の試験終了に伴い、先頭車の1両が愛媛県西条市の四国鉄道文化館南館で保存展示 2017年（平成29年）7月25日 - ■予算を縮小して開発を続ける方針に転換。近畿日本鉄道が在来線での活用を検討“近鉄に逆風？ 国交省が北陸新幹線のフリーゲージトレイン導入断念 開発コスト上昇も”. 産経新聞. (2018年8月28日) 2018年9月18日閲覧。“近鉄のフリーゲージトレインは「第2の名阪特急」になる？”. ITmedia. (2018年6月15日) 2018年9月18日閲覧。
フル規格新幹線車両方式・ミニ新幹線車両方式時代 2023年（令和5年）4月 - ●◆北海道函館市が新函館北斗駅から函館駅へ乗り入れる構想（以下、北海道新幹線函館駅乗り入れ構想）の調査を開始「新幹線の函館駅乗り入れ「実現したい」 次期市長の大泉氏 札幌直通にも意欲」【北海道新聞】2023年4月26日付 2024年（令和6年）9月 - ◆北海道函館市が北海道新幹線函館駅乗り入れ構想について、輸送力や経済波及効果を考えて「乗入れ車両はフル規格新幹線車両を基本」「連結・解結をしない運行形態」と決定"函館市 新幹線JR函館駅への乗り入れ構想 フル規格が基本" 北海道NEWS WEB NHK 2024年9月9日 19時7分更新 2024年9月10日閲覧 2025年（令和7年） - ●長崎県佐世保市界隈にてミニ新幹線方式にて西九州新幹線をJR佐世保線に乗り入れる構想（以下、西九州新幹線JR佐世保線乗り入れ構想）が鉄道ジャーナリストより提案される長崎新聞 "「ミニ新幹線が最良案」 西九州新幹線とＪＲ佐世保線を考えるシンポジウム、鉄道ジャーナリストら登壇" Yahoo!JAPANニュース 2025年9月30日12:30更新 2025年10月4日閲覧
方法 軌間 軌間の違う路線の直通運転には車両側で対応する方法と軌道側で対応する方法、それらを組み合わせる方法があるミニ新幹線誕生物語 pp.6-9。 車両側で対応する方法「異ゲージ直通運転方式」 軌間可変方式 - 車両の構造が複雑になる欠点があるミニ新幹線における安全の形成 原拓志 2009年 p8。軌間可変電車（フリーゲージトレイン）。 台車交換方式 - 時間がかかりすぎる欠点があるが、列車本数が少なく長距離運転を行う場合に有利である新幹線と在来線の直通運転について 河合篤 1988年。 軌道側で対応する方法「改軌方式」 標準軌方式 - 速度向上が見込め、狭軌との軌道中心線が一致するので在来の地上施設を有効に活用できる一方、狭軌車両が走行できない。 三線軌方式 - 狭軌、標準軌双方の車両が走行できるが、軌道中心線がずれるので、ホームやトンネル、橋梁といった構造物の改良が必要。1か所あたり5,000万円ほどと高価で複雑な三線軌分岐器が必要で"北海道新幹線の函館駅乗り入れは120億円でできる!? “新幹線のスペシャリスト”が語るコストカットの秘密と「函館市の調査」への不安とは" 杉山淳一 文春オンライン 2024年3月26日更新 2024年7月3日閲覧、締結装置が通常の1.5倍の数が必要であるなど保線がしにくい。通常では問題にならない部材の僅かなずれでも軌道短絡等による輸送障害につながるとの問題を抱えている"貨物列車と共用走行するための三線軌条の保守管理について" JR北海道 2016年。 四線軌方式 - 狭軌、標準軌双方の車両が走行できるうえ、軌道の中心線が一致するので在来の地上施設を有効に活用できる一方、かなり複雑な四線軌分岐器が必要。 標準軌・狭軌単線並列方式 - 工事費が廉価で複線区間のみ適用する。輸送量の多い線区では適用できない。
運輸省（国土交通省）は異ゲージ直通運転方式を、日本国有鉄道（国鉄、東日本旅客鉄道など）は改軌方式を研究開発をしている。
台車 軌間可変方式
車輪を車軸方向にスライドができる台車「軌間可変台車」を用いる。軌間の異なる線路を接続するように設置された軌間変換装置を通過させて双方の軌間で走行できるようにしている最新図解鉄道の科学 pp.193-195。 ミニ新幹線車両改軌方式
鉄道総合技術研究所方式 400系とE3系では、軸距（ホイールベース）をフル規格新幹線より短くし、車輪の踏面（とうめん）を「1/16新在円弧踏面」にして新幹線区間の安定走行と在来線区間の急曲線（急カーブ）へ対応の両立をしているミニ新幹線誕生物語 p132-134。研究はJR各社が発足した1987年（昭和62年）から始められ、試作台車を試験台に乗せてテストしたところ、240km/hは安全に速度を出せることを確認できたことから問題ないと判断された"ミニ新幹線４００系つばさ廃車へ 在来線で高速の知恵は" 朝日新聞 2009年7月2日更新 2025年9月8日閲覧 ヨーロッパ方式 E6系では高速運転に対応するために軸距（ホイールベース）をフル規格新幹線と同じくしつつヨーダンパを工夫し、踏面（とうめん）を「1/16新在円弧踏面」にして新幹線区間の安定走行と在来線区間の急曲線（急カーブ）へ対応の両立をしている"E5系・E6系 320km/h走行を実現するための技術" 渡辺清一 日本機械学会誌 vol.117 No.1152 2014 p.7"高速新在直通車両用台車のヨーダンパ装備設計" 岩波健 江戸義博 梶谷康史 加藤博之 三平剛 名倉宏明 浅野浩二 日本機械学会第22回交通・物流部門大会講演論文集 日本機械学会 p.p.57-60"山形新幹線用の新車JR東日本のE8系 知られざる特徴をいまさら紹介" 梅原淳 Yahoo!ニュース 2024年6月19日15:43更新 2024年6月26日閲覧。E8系は新幹線区間での300km/hの高速運転に対応するためE6系とほぼ同じ仕様のものを採用している
電気方式 電気方式は新幹線区間が交流50Hz25kVまたは交流60Hz25kVに対して、在来線区間は交流50Hz20kVまたは交流60Hz20kV、直流1.5kVとなっているため、次の3つの手法のうち一つを選んで直通できるようにする"新幹線等の函館駅乗り⼊れに関する調査業務 調査報告書" 函館市 2024年3月 pp.77-78。
車両複電圧・複周波数・交直流方式 実施線区の電化条件に応じて新在直通車両を複電圧仕様、複周波数仕様、交直流仕様のいずれか、または組み合わせにする。日本国内においては交流50Hz25kV・交流60Hz25kV・交流50Hz20kV・交流60Hz20kV・直流1.5kVから適切な組み合わせが想定される。採用例は山形新幹線と秋田新幹線。 利点 - 従来からの電車や電気機関車もそのまま利用できる。 欠点 - 新在直通車両を複電圧仕様、複周波数仕様、交直流仕様、それらの組み合わせで製作しなければいけない分車両費がかさむ。 山形新幹線と秋田新幹線（新幹線区間交流50Hz25kV、在来線区間交流50Hz20kV）は周波数が同じく電圧差が5kVしかないので新幹線区間の回路だけで両区間を直通することができるよう設計されている。在来線区間は走行性能が落ちるが、最高速度は低いので問題になっていない"近鉄の"夢洲直通"に必須､｢複電圧車｣の仕組み" 松沼猛 東洋経済オンライン 2022年6月19日5:00更新 p.3 2024年7月3日閲覧。 海外事例であるが、開業当初のフランスの高速鉄道TGVでは高速新線は交流25kVで電化されたものの、パリ近郊の在来線区間は直流1.5kV電化であるために車両は両方の区間に対応できるよう交直流仕様になった（TGV Sud-Est）世界の高速鉄道 p.95 在来線電車線昇圧・EC方式 在来線区間を新幹線区間の電化方式に合わせるよう交流25kVに昇圧し、すべての車両を交流25kVに対応させる。 利点 - 新在直通車両は交流25kV仕様で両区間を走行できる。 欠点 - 地上電気設備の大掛かりな改修、在来線車両の改造または新車導入が必要となる。 在来線の交流電化においては国際標準は25kVであるから昇圧工事で国際標準を満たすものの、日本国内での一般電力供給網が20kVのものが多い上、トンネル等支障物の問題との理由から20kVが採用された経緯がある（久保田博『鉄道工学ハンドブック』p.119）世界の高速鉄道 p.31。 在来線電車線昇圧・架線下DC方式 在来線区間を新幹線区間の電化方式に合わせるよう交流25kVに昇圧し、在来線用車両は気動車またはディーゼル機関車を用いる（架線下DC）。 利点 - 新在直通車両は交流25kV仕様で両区間を走行できる。 欠点 - 地上電気設備の大掛かりな改修が必要となる。 在来線の交流電化においては国際標準は25kVであるから昇圧工事で国際標準を満たすものの、日本国内での一般電力供給網が20kVのものが多い上、トンネル等支障物の問題との理由から20kVが採用された経緯がある（久保田博『鉄道工学ハンドブック』p.119）。
集電方式 架空電車線方式の対応方法 架空電車線方式採用線区の集電装置は、在来線区間の電車線の高低差の大きさに合わせるため、フル規格新幹線車両より大きく作られているミニ新幹線誕生物語 p134。フル規格新幹線区間は4,800mmから5,300mm、在来線区間は4,800mmから5,400mmと在来線区間の上限値が100mm高いからである河合篤 "新幹線と在来線の直通運転について" 国際交通安全学会誌 Vol.14,No.2 1988年 pp.105-110。
ミニ新幹線車両400系とE3系は一編成で新幹線区間用に2台、在来線区間用に1台のパンタグラフを搭載していた。当時のフル規格新幹線車両は車両数に関係なく一編成あたり2台が標準であったが、1台多いことになる世界の高速鉄道 p.251。
第三軌条方式（サードレール式）の対応方法 thumb|240 px|right|台車に取り付けられた集電靴（赤い部分、名古屋市 市電・地下鉄保存館） thumb|240 px|right|第三軌条の末端部／導入部（東京メトロ中野車両基地）
海外事例であるが、ユーロスターではイギリス側に架空電車線方式を採用せず第三軌条方式（サードレール式）を採用していた在来線区間への乗り入れを想定したが、車両に集電靴を設けて乗り入れを実現させた"ユーロスター体験記" 野澤節郎 東京電機大学校友会 2022。画像は日本の第三軌条の例で多くの人が容易にイメージできるよう掲載した。
ミニ新幹線方式乗り入れやフル規格新幹線方式の乗り入れの「レール3本を敷設して...」とは三線軌条のことで別のもの ユーロスターでこのようになった理由はロンドン近郊の鉄道は蒸気機関車時代のもので非常に古く、架空電車線方式で電化できなかったとの事情がある。最高速度は140km/h。日本において同様の方法で電化した区間はアプト式時代の信越本線横川駅 - 軽井沢駅間があった世界の高速鉄道 pp.247-248。
車両規格 車両規格の問題の解消手法は下記の方法が考えられている。 ミニ新幹線車両方式 - 在来線規格に合わせる。山形新幹線と秋田新幹線で採用された"新幹線等の函館駅乗り入れに関する調査業務 企画提案仕様書" 函館市 2023年。 軌間可変電車方式 - 在来線規格に合わせる図解鉄道と科学 p.193。 フル規格新幹線車両方式 - 新幹線規格に合わせる。北海道新幹線函館駅乗り入れ構想のフル規格新幹線車両方式。
アプローチ線 新幹線区間と在来線区間の間には新在直通運転車両が行き来できるようアプローチ線を設ける"参考資料（直通運転化の手法（ミニ新幹線、フリーゲージトレイン）について）" 信越本線直行特急のあり方検討委員会（第1回） 新潟県 2009年。実際に設けられたアプローチ線は下記の通り。 軌間可変電車方式 新八代駅のアプローチ線 九州新幹線 - 九州新幹線新八代駅（旧・鹿児島本線新八代信号所） ミニ新幹線方式 福島アプローチ線 山形新幹線 - 東北新幹線福島駅"JR東日本ニュース「山形新幹線をより便利に快適にします」" JR東日本 2020年3月3日 開業当初のアプローチ線は上下線共用でかつ東北新幹線上に平面交差が現れ輸送障害時のダイヤ復旧に時間がかかるため、上りアプローチ線を設けて解消する工事をしている。 盛岡アプローチ線 秋田新幹線 - 東北新幹線盛岡駅"田沢湖線新在直通盛岡アプローチにおける線路橋架設" 瀧内義男 佐々木弘 大江弘 平成6年度土木学会東北支部技術研究発表会 土木学会 1995 p.664-665
車両 試験車両も含めた新在直通運転ができる車両は下記の通り。
フリーゲージトレイン 試験車両 GCT01 0番台 GCT01 200番台 FGT 9000番台
ミニ新幹線 営業車両 400系 E3系 E6系 E8系
試験用・事業用車両 E926形（EAST i） E955形（FASTECH 360 Z）
保存 軌間可変電車（フリーゲージトレイン）方式 GCT01 200番台 GCT01-201（先頭車） - 2014年（平成26年）7月20日より、四国鉄道文化館南館（愛媛県西条市）"ＪＲ四国伊予西条駅前の「四国鉄道文化館」へ" ラジオ関西 2017年6月19日16時1分更新 2024年7月14日閲覧四国鉄道文化館南館 7月20日（日）11時オープン！ - 鉄道歴史パーク in SAIJO 2014年7月20日更新 2024年7月14日閲覧 ミニ新幹線方式 400系411-3（L3編成11号車）- 2018年（平成30年）7月5日より、鉄道博物館（埼玉県さいたま市）鉄道博物館、新館の展示車両E5系・400系の車内も公開 マイナビニュース 2018年6月26日
関連団体 フリーゲージトレイン技術研究組合 - 2002年（平成14年）8月設立の軌間可変電車開発を目的とした鉱工業技術研究組合。西日本旅客鉄道（JR西日本）、四国旅客鉄道（JR四国）、九州旅客鉄道（JR九州）、鉄道総合技術研究所（JR総研）、川崎重工業、住友金属工業（現・日本製鉄）、鉄道機器、東芝、東鉄工業、ナブテスコ、日本車輌製造、日立製作所で構成される。新幹線/在来線直通運転システムの開発の一環として運輸省（現・国土交通省）の指導のもとに日本鉄道建設公団（現・鉄道建設・運輸施設整備支援機構）より、鉄道総合技術研究所による「軌間可変電車の開発」を引き継いだ高雄喜久雄 "3309 軌間可変電車の開発 -新幹線・在来線直通運転を目指して-" 第14回交通・物流部門大会論文集 日本機械学会 2005年 pp.79-82。
脚注
参考文献 佐藤芳彦 『世界の高速鉄道』 グランプリ出版 1998年 ISBN 978-4876871919 『ミニ新幹線誕生物語-在来線との直通運転-』ミニ新幹線執筆グループ 成山堂書店 2003年 髙松良晴『新幹線ネットワークはこうつくられた』交通新聞社新書、2017年 川辺謙一 『最新図解 鉄道の科学 -車両・線路・運用のメカニズム-』 講談社 2024年
関連項目 高速化 (鉄道) 軌間可変電車 - フリーゲージトレイン ミニ新幹線 新幹線鉄道規格新線 - スーパー特急 はやぶさ・こまち21号列車分離インシデント