輪軸 (鉄道車両)
輪軸(りんじく)とは、車輪と車軸を組み立てたものを指す言葉で、この記事では鉄道車両において使用される輪軸について説明する。
踏面の形状は鉄道車両の用途、国、地域、鉄道事業者などによって様々である。踏面形状はいくつかの直線、曲線が組み合わされた形をしているので一概には言えないが、主に以下の種類がある。
車輪は、車両を支えてレール上を移動する役割を持っている。鉄製であることが特徴で、長所としては、ゴムタイヤと比較してより大きな荷重を受け止められる点、鉄製レールとの組み合わせにより回転抵抗が小さい点などが挙げられる。短所としては、レールと車輪がお互い鉄製であるため摩擦係数が小さく、滑りやすく空転を起こしやすい点などがある。このため急勾配を走行することができない。日本国内では箱根登山鉄道の勾配80 ‰(8 %)が最大となっている。また、車輪がレールの上を安全かつ円滑に案内されて走行するためには、レールと接触する車輪の輪郭(タイヤコンタ)が重要になり、必要な条件として次のことが挙げられる。
脱線に対する安全性が高い。
走行の安全性が優れている。
内側と外側で車輪の移動距離が異なる曲線(半径が軌間差だけ異なる)を円滑に通過できる。
レールとの接触応力が小さく、レールと車輪の損傷が少ない。
レールとの走行抵抗が少なく、車輪を削正するまでの期間が長く削正時のムダが少ない。
右の図は、曲線において外側レールと外側車輪のフランジが接触している状態を表したものである。レールはフランジと踏面との間で接触しており、走行中では、垂直方向からの輪重Pと水平方向からの横圧Qが掛かっている。フランジの踏面側と水平線との角度をフランジ角度と言い、タイヤコンタでのフランジ角度の基本的な角度は59度である。
車輪をタイヤと輪心に分割して、両者の間に防振ゴムを挟み込み、押さえボルトと押さえ金で押さえ込み固定する構造を持つ車輪で、防振と騒音低減が主目的である。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一旦は使用されなくなった。その後、防音の効果が非常に大きいのみならず、防振の面からもPCCカーを中心とする路面電車で賞揚され、1950年代以降に日本でも和製PCCカーや無音電車と呼ばれるPCCカーの技術を取り入れた車両を中心に、一部の路面電車で導入された。日本の一般向け鉄道車両では名古屋市交通局で採用されたほか、1980年代中盤に広島電鉄がドイツ流のゴムブッシュ圧入式弾性車輪を使用する70形(GT-8)をドルトムント市から輸入している。1998年に、ドイツ高速鉄道ICEにて、弾性車輪を採用した車両が走行中に車輪が破断して、多数の死者を出す事故を起こした。事故の直接的な原因は弾性車輪のタイヤが疲労破壊を起こしたことであった。これ以降ICE(第一世代)では弾性車輪の採用を取り止めて、すでに第二世代用として採用されていた一体車輪に統一している。詳細はエシェデ鉄道事故を参照のこと。