輪軸 (鉄道車両)

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北米の貨車用台車（ベッテンドルフ式）に組み込まれた2つの輪軸。イリノイ鉄道博物館。

輪軸（りんじく）とは、鉄道車両の車輪と車軸を組み立てたものである。

車両あるいは機関車の両端の下の輪軸を収める構造物は台車と呼ばれる（英語ではbogie、北アメリカではtruckという）。

たいていの北アメリカの貨車は、車両のタイプにより2つあるいは3つの輪軸を持つ2つのボギー台車を持つ、他方ヨーロッパの貨車は一般にボギー台車を持たないが、代わりに2つの輪軸を持っている。

[編集] 構造

レール上の輪軸

鉄道以外の多くの車両では左右の両輪が独立に回転するが、鉄道車両の車輪は大重量がかかり高速で運転されることから強度の点で大抵車軸に固定されて、両輪が一体となって回転する。ただし少数であるがタルゴのもののように急曲線を通過するために、あるいは一部路面電車（広島電鉄5100形電車など）のように超低床を実現するために左右が独立という例外もある。

道路上の車両では左右輪が車軸に固定されていた場合、カーブを曲がるのが非常に困難になるが、鉄道車両の輪軸は、下で述べるように車輪の踏面（レールと接する面）を円錐形にすることにより、自然とカーブに沿って曲がるようにされている。

またレールの内側に入り込むように、車輪の外周につばのような部分が付けられ、これをフランジと呼ぶ。

[編集] 弾性車輪

タイヤとホイールの間にゴムを入れた構造を持つ車輪で、騒音低減が主目的である^[1]。明治期の鉄道初期時代のマッチ箱客車の車輪にはホイールとタイヤの間に樫材を入れて騒音低減をはかっていた。しかし経年変化による樫材の劣化によりタイヤに緩みが出るため、このような構造を持つ車輪は使用されなくなった^[2]。

[編集] 円錐踏面

輪軸の構造と車輪の踏面勾配

多くの車輪は、鋳型から車輪を引き抜くのにも役立つ、およそ20分の1の傾斜の円錐形の形状を持っている。その様子は右図の通りである。

円錐形の踏面は上記の通り、カーブにおいて輪軸の舵を取る効果を持っている。カーブにさしかかると、外周側に輪軸が一旦向かおうとしたときに、車輪の径がより大きな部分がレールに乗る。内周側では逆に、車輪の径がより小さな部分がレールに乗る。このことで外周側がより大きな距離を進むことになり、カーブを曲がることになる。この動作は、輪軸を単独でレール上を転がしたときでも起こり、自己操舵機能という。したがって、フランジは極端に急なカーブなど、場合によって働くのみである。

しかし自己操舵機能は、本来安定して走行すべき直線路において、左右に繰り返し運動を引き起こす原因にもなる。この点について詳細は蛇行動を参照。