前回の実験では、同じ台車でも車輪によって明らかに曲線の走行抵抗が異なる結果となった。

　なぜだろう？

　まずは２軸台車が曲線を通過するとき、レールと車輪（台車）がどのような状態になるのかを観察してみた。


　これは２軸台車が左から右に進んでいる状態を表した非常に単純な図である。ここで外側レールと前方（図の右側）の外軌側車輪が接する点に着目する。車輪踏面と接する外側レールの長手方向（緑ライン≒接線ともいえる）と、車輪が直進しようとする方向（灰色ライン）には角度が生じている。これは「アタック角」と呼ばれている。アタック角については実物でも脱線の主たる要因として様々な研究が行われている。模型の世界では脱線もさることながら走行抵抗が生じる要因の一つである。アタック角が大きければレールとフランジが接しやすくなるのは明白だ。




　さて、２軸台車が曲線を通過する際、果たして上記のように一般的な図のとおりになるのだろうか？
　また、前回の実験における台車および車輪の挙動はどうだったのだろうか？

　下はカツミ（旧車輪）を付けた台車を左から滑走させて、停止した時の状態を真上から撮影した写真である。上記の一般図と比べて何かが違う。


　前後車輪の車軸や台車枕梁と、プラ道床の枕木との写り具合に注目してほしい。後方（写真左側）の車軸は枕木とほぼ同じ角度で、判りづらいが車輪は左右レールのほぼ中央に位置したまま（*1）だった。真ん中の枕梁は僅かに角度がついていた。そして前方（写真右側）の車軸は明らかに枕木との角度が生じており、車輪の位置も外側レールに偏位した状態（*2）だった。


　図示すると以下のようになる。補助線が多くなり見づらくて申し訳ない。


　一般的な図（上）では、前後の車軸は均等に曲線上に置かれている。それに対し実験での挙動（下）では、後方の車軸は枕木とほぼ同じ角度（曲線レールの法線ともいえる）に近く、前方の車軸は法線方向からの逸脱が甚だしい。台車全体で見ると台車前方が大きく曲線の外側に向いた状態（*3）になっている（作図上、平行四辺形に見えるが実際はあまり歪んでいない）。前方の車輪が大きく外側に向くとアタック角が増大する。その結果、元々フランジに接しやすい外側レールがさらに当たりやすくなる。

「ホンマかいな？」

“ホンマ”である。

　以下は各社の車輪を使った時の挙動である（これも補助線ばかりで申し訳ない）。
　カツミ（旧車輪）･･･上写真の再掲


　エンドウ（現行車輪）


　日光モデル（従来品）


　カツミ・エンドウ・日光モデル、どの車輪でもほぼ同じような結果となった。

　我々が思う以上に、曲線での2軸台車は走行抵抗を生じる厄介な方向に挙動していることが判った。


　今回は「アタック角」ばかりに焦点を当ててしまった。左右の車輪が独立して回転できるような輪軸を使い内外レールとの行路差を解消しても、フランジが接触する原因であるアタック角は解消されない。もちろんアタック角が解消されればフランジは当たらなくなる。そのためには「操舵台車」に辿り着くのだが･･･これはこれで技術的に難題である。実車でも最先端の分野らしいので、あまり触れないでおこう。ただ、偶然にも面白い実験結果が得られたので、後日“箸休め”程度に紹介したい。

　「そのアタック角とやらが生じるような同じ挙動なら、どこの車輪でも同じ結果になる筈じゃん」との声が聞こえてきそうだが、各社で異なる結果となったのは事実である。

　次回は各社の車輪に差が出た原因を、細かく！見ていきたい。


*１. 後方の車輪が曲線のほぼ中央に位置することはコチラでも述べられている。
*２. 5インチゲージの庭園鉄道の建設風景だが、6枚目の写真には2軸車輌が曲線を通過している状態が写されている。ここでも枕木と車軸の角度を比較すると、上側の車軸は枕木方向の近く、下側の車軸は大きな角度が生じていることが判る。画面上方から下方へ進んできたものと考えられる。ブログ主がアタック角に言及されているところは、実際に人を乗せる鉄道を敷設するだけあって流石だと感心した。
*３. 実際に台車の前方が大きく外側に飛び出した図は描かれている。ここでも後方の車輪が曲線のほぼ中心に位置している。