鉄道車両の台車史
鉄道車両に限らず、車輪を使用する各種陸上交通機関において最も困難な問題は、曲線走行に伴う車輪と車体の位置関係や回転数の制御である。
たとえば、軌間1,067 mmの鉄道で内周軌条において半径1,000 mの真円を描く曲線軌道があるとした場合、単純計算でも内周と外周では、半周で約3,350 mm、つまり3 m以上もの距離差が生じる。ここで車輪径を日本の鉄道で一般に用いられる860 mm径とした場合、このカーブを半周走行するだけで約1.25回転の回転数差が輪軸の左右で生じることになる。そうした回転数差は一般的な構造の輪軸では、踏面と呼ばれる車輪の軌条との接触面となる部分について、断面形状に一定角度の勾配や曲線を与え、また軌条の側でも頭頂部を緩く円弧を描いた形状とすることで解決している。このような工夫によって、左右の車輪がリジッドに車軸に固定された一般的な輪軸は、曲線通過時に車輪と軌条の間に縦横のクリープ力を発生させて接触位置を「滑らせ」ることで輪軸単体での自己操舵を実現し、複雑な機構なしでの円滑な曲線通過が可能なようになっているのである。だが、この方式は簡潔である一方で、極端な急曲線では左右の車輪の回転数差を吸収しきれず、また一般的な2軸ボギー台車の場合、いずれかの車輪について曲線の内外周差と車輪と軌条との間に角度差(アタック角)が発生することで主に車輪のフランジや踏面に大きな摩擦および摩耗、騒音などが生じ、さらに不適切な車輪形状の場合には、迫り上がり脱線などの原因になるという問題を抱えている。
こうした問題に対する最も原始的、かつ消極的な解決手段は、当該問題が発生する区間での軌条に対する塗油あるいは散水、つまり車輪と軌条の接触面に何らかの潤滑剤を介在させることで車輪と軌条の滑りを良くし、車両の円滑な通過を助ける、という方策であった。
汽車製造がエコノミカルトラックをはじめとする空気ばね台車の開発を行っていたのと同時期、アメリカのバッド社(The Budd Company)でも空気ばねを使用する1自由度系軽量構造台車の研究開発が進められていた。
当初、革新的技術を導入した製品にパイオニア(Pioneer)の名を冠するバッド社の伝統に則ってパイオニアIII(Pioneer III)と命名された軽量構造のオールステンレス製客車(1956年)に採用され、更にこの構造を援用したペンシルバニア鉄道向け近郊電車「シルバーライナーI」などにも同系機種が納入されたこの台車シリーズは、1959年にバッド社と技術提携契約を結んで同社の特許技術のライセンス供与を受けられるようになった東急車輛製造によって日本へもたらされ、東京急行電鉄7000系(初代)(1962年)に装着されたTS-701(PIII-701)より各社への供給が開始された。
このパイオニアIII台車の特徴は以下の通り。
軸箱は防振ゴムによる緩衝リングを介して側梁に固定される。
左右の側梁は、V字形のトランサム(横梁)を向かい合わせにして噛み合わせ、心皿を挟んでX字状に組み合わせて中心ピンで位置決めし、左右側梁の位置関係のねじれに対応する。
枕ばねはダイレクトマウント方式で枕梁の上に置かれ、牽引力は車体と枕梁を結ぶボルスタアンカー、枕梁の中心ピンから心皿、トランサムを介して側梁へ伝達される。
基礎ブレーキ装置は放熱性やフラット対策に有利なディスクブレーキとする。