スムーズに曲がれる、進化する鉄道の台車

東京メトロやJR各社が「自己操舵」を続々採用

東京メトロ丸ノ内線の新型車両2000系にも自己操舵台車が装着されている(筆者撮影)

2019年2月運行開始予定の東京メトロ丸ノ内線の新型車両2000系。その特徴のひとつに、自己操舵台車がある。東京メトロとしては銀座線1000系、日比谷線13000系に続く3例目となり、日比谷線に乗り入れる東武70000系も自己操舵台車を装着している。自己操舵台車とはカーブ区間で輪軸をステアリングさせる台車のことだ。

鉄道模型の曲線レールと台車による例。赤い線が輪軸の方向で、青い線がラジアル方向を示す。この2本の線の角度差がアタック角となる(筆者撮影)

通常の台車の輪軸はレール方向とは直角の向き、すなわち枕木方向と平行に固定配置されている。しかしカーブ区間では枕木方向がカーブ半径の中心点から放射状(ラジアル方向)に開くのに対して輪軸はそのままなので、アタック角という角度差が発生する。

このアタック角によって台車の前軸はカーブの外側へ向けて横クリープ(粘着)力を発生させる。一方後軸にはレールの接線方向の縦クリープ力が作用し、この結果前軸車輪からカーブ外側のレールに対して強い横圧が発生する。横圧は車輪やレールを傷める原因となるほか、高周波音(きしみ音)などの騒音源となる。また、一定の横圧を超えると乗り越し脱線の原因にもなりかねない。

そこで輪軸をラジアル方向に転舵させて、カーブ内側の車輪の軸距(前車軸と後車軸の間の距離)よりもカーブ外側の車輪の軸距を拡げることで横圧の低減を図ったのが自己操舵台車である。自己操舵台車は東京メトロ、東武鉄道以外にもJR北海道、JR東海、小田急電鉄などで採用されおり、各社でそれぞれ構造が異なる。

東京メトロの採用例

東京メトロで最初に自己操舵台車を装着した銀座線1000系(筆者撮影)
丸ノ内線2000系の台車。向かって右側が操舵軸で、軸箱と台車枠の間にあるリンクの形状が複雑になっている(筆者撮影)
操舵リンクは写真左に見えるボルスタと連結されていて、カーブ区間ではボルスタと台車枠のボギー角に連動して自己操舵する(筆者撮影)

東京メトロの自己操舵台車は車体中央寄りの1軸が操舵軸で、車端部寄りの1軸は非操舵軸となる。このため、車体に対して輪軸は進行方向前方台車の非操舵軸(第1軸)、操舵軸(第2軸)、後方台車の操舵軸(第3軸)、非操舵軸(第4軸)の順番で並ぶ。

前方台車では第2軸を操舵して縦クリープ力を低減させることで、第1軸の横圧を低減させた。後方台車では第3軸を操舵することでアタック角と横圧を減少させた。

台車はダイレクトマウント方式のボルスタ台車(台車枠と車体の間に枕はりを配置した台車)をベースとして、リンク式操舵装置を搭載。ボルスタと台車枠、軸箱(輪軸を支持する装置)をリンク機構で連結した構造となっている。

カーブ区間ではカーブに合わせて首を振る台車と車体に固定されたボルスタの間にボギー角が発生する。このボギー角の大きさに比例してリンク機構が動作し、輪軸を操舵する仕組みだ。

この操舵機構はパッシブ式と呼ばれる信頼性の高い方式を導入し、また1軸のみの操舵としたため、操舵装置の小型軽量化が図られた。

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