線路ってなんであんなに細いの？

Question

鉄道の線路って、すごく細いと思うんですけど、何でなんですか？
車両の横幅の4割弱くらいしかないんじゃないかなと思うんですけど、なぜなんでしょうか？例えば、車だったら、車幅と、タイヤ間の幅は、ほぼ同じですよね。昔（初期の汽車）は、車両の幅も狭かったんだろうと思いますが、それでも、車幅と比べれば、全然狭かったと思うんです。線路幅が太ければ、それだけ、走行安定性が増すはずですよね？それでいて、別に、より多くの土地を必要とするとか、鉄鋼を必要とするとかはないですし。なぜなんでしょうか？

twilight77 · Accepted Answer

>車幅2900ミリくらいなら、ゲージ幅を2800ミリくらいにしたら、良かったんじゃないの？

なんでそうしないのか。
車体に対してそんなに広い幅の線路にしてしまったら、車体を支える「台車」の幅が、2900ミリの車体に到底収まらず、台車が車体から大きくはみ出してしまうからです。

鉄道車両というのは、車輪の上に直接車体が載っている訳では有りません。車輪は「台車」というものの一部であり、その台車の上に車体が載っています。

詳しく説明しますと。
線路の上に車輪があり、左右の車輪を結ぶ車軸というものが車輪の中央を通っています。
通常、車軸は左右の車輪の外側に出っ張っており、その出っ張り部分に車軸を台車に収める為の軸箱や軸ばねというバネがあり、その上に台車の枠が載ります。
台車枠の更に上に枕バネというバネがあり、その上に車体が載るという、いわば積み木のような多重構造で電車の下回りはできているのです。

下記サイトの台車の断面図を見ればお判りのように、通常は車輪の外側に出っ張った形で様々な台車の部品があり、その上に車体が乗っている状態なのです。
http://www.ne.jp/asahi/train/tips/kaisetu/truck/truck.htm

通常、台車の幅は車輪の外にだいたい左右500mmずつくらい、つまり線路幅+1000mmくらいは最低でも必要となりますので、線路の幅を2800ミリとすると3800mm、つまり車体よりも900mmも広い台車になってしまうので、車体から大きくはみ出してしまうことになります。

下記サイトを見ればお判りのように、どの電車の台車も車輪より外に出っ張ってますよね？
http://www1.plala.or.jp/kurikou/railway/trivia/daisha-1.html
線路の幅が広くなれば、これらの台車の幅がさらに広くなり、車体からはみ出すというのは写真を見てもお判りかと思います。

幅広な台車に狭い車体が載るというのは、車両設計上でも非常に無理がある上、プラットホ－ムの構造も必ず上が出っ張っり下が引っ込んだ形にしなければならず、施設建設の面でも非常にやっかい、と良いことがまるで無いのです（そうでなければ車体の出入り口に大きなステップを設ける）。

もちろん、線路幅が広いことを生かして車輪の中に台車部品を収めてしまうというやり方の台車もあります（下記サイト参照）。
http://rail.hobidas.com/bogie/archives/2006/03/2200.html

しかし、この方式の台車はバネ等の台車部品が全て車輪内に入ってしまうので、台車構造が複雑になる上に部品交換や点検等のメンテナンスが非常にやりづらいという大きな欠点があります。
ですので、この車輪内に全ての台車部品を収めた台車は、鉄道車両の中でもごく一部の車両（低速の路面電車等）にしか採用されませんでした。

とまあ、現在の鉄道車両の構造では、ゲージ幅＝車体幅というのは（特に高速で走行する車両用については）台車構造を革新的に変革する技術が出ない限り構造的に不可能なのに加え、車体に対するゲージ幅をそれだけ広げてもデメリットが多い割にメリットが殆ど無いということがあるため採用されないのです。

tetsu3M · Answer

明治５年(1872)に日本に初めて鉄道が開業したとき英国の植民地仕様の1067mmゲージ(線路幅)が採用されたことは、後年数多の反省があり、また改軌論争があったことは皆さんのご回答通りです。
開業時の160形機関車の全幅は2423mmで客車は2160mm程度でした。その後車両幅は拡大して行きましたがゲージはそのままです。広い方がいろんな面でいいのですが、皆さんが回答されているように簡単には変えられない事情が多々あります。

　しかし鉄道車両の安全性や安定性のために基準があり、車両限界を設けるよう規定されています。ＪＲ在来線の最大幅は3000mmと定められており、これが標準軌の新幹線ですと最大幅3400mmとなっています。一応この範囲で安全に安定した運転を行うようにしているのです。

　広くて困るのが一つあります。それは鉄道では車輪と車軸とが一体化されているという特性があり、カーブを曲がるときも内外輪が同回転数になり、自動車のように左右別々に回るということはありません。よく路面電車などがレール音を響かせカーブを曲がっているあの状況です。きついカーブでは速度などに大きな制約があります。
しかしあちこちでいろんな試みもあります。例えばスペインは1668mmの広軌ですが、タルゴという連接列車は左右独立車輪を採用しています。我が国でも標準軌の京阪電鉄カーブ式会社(カーブが多いのでそうも呼んでいた)の特急車1815号にて独立回転車輪を採用した台車を試用をしていましたが、結局本採用されるまでに至らなかったようです。
　
　ちなみに自動車では、あのＦ１マシンにも規定があり、ご存知の通り最大車幅1800mm、最大タイア幅15インチ(380mm)です。
これを鉄道流に言えばゲージ1040mmに当ります。
ゲージの意味合いから、自動車でも車幅1800mmに対しゲージ1700mmは無理なのです。

windwald · Answer

どの回答者も複線化の話などしてませんが。
せっかく回答いただいているのですからきちんと読みましょう。

軌道幅を広く取るとその分走行性能は安定します。
ただ、軌道を敷くための路盤の建設・保守に多大な費用を必要としますね。整備範囲は広がりますから、お金のかかる"土地"が増えてしまいます。

また、そもそもの話が逆なんですよ。
まずレール幅が先にあって、その上に載せられる箱の大きさが車両の幅なんです。なんで軌道幅を広くしないのか、というのは順番からいえば逆を行く質問なのです。

x-bin · Answer

質問者の方と回答者の方の話しがかみ合っていない気がしますが、

より多くの土地を必要とするとか、鉄鋼を必要とするとかはないですし。
>確かに単純に土地とレール鋼材に関してはその通りですが、実際はそうでないパーツも多いです。分かりやすいのは枕木です。長い枕木がいりますね。あと、バラスト(砕石)も実はそうです。車両の台車枠も車軸もそうです。必要車体幅が決まれば、あとは軌間(質問者の方の表現では線路幅)を狭くすればするほど安上がりになります。ただ、安定性や速度性能とかの兼ね合いで、バランスさせたところが今の数字ってことです。本当にスピードを出したいだけなら、F1みたいにタイヤむき出しで車体幅＜軌間ってのもありです。ただ、誰もそんな鉄道や車両を作らないだけです。多分そうして室蘭本線の日本最長直線区間とかで金と投入技術に糸目をつけなければ、在来線で300km/hってのも不可能でないと思います。

nebnab · Answer

線路の幅が広がるとその分まくらぎの長さも長くする必要が出てきますし、バラストも余計に要りますから、それらの費用が余分にかかる、ということも考えられそうです。
まくらぎやバラストの費用が鉄道の総コストの中でたいした割合を占めないならこの仮説は成り立ちませんが。

Willyt · Answer

>ここで言ってる線路とは、二本の鉄の軌道の話です。
そのとおり、分かっています。
狭軌でさえ輸送力がありすぎるので、安全性に問題が出るのでやむなく今の幅にせざるを得ないのですが、本当はもっと狭くした方がいい鉄道が沢山あるということです。幅を広くすると、それに見合う輸送需要がないと立ち行かないのです。ですから、高々、朝鮮半島や満鉄の広軌が限度なのです。

kuma-gorou · Answer

まぁ、世の中には、age1118さんと同じような考えをする人がおりまして、しかも、70年以上も昔の話です。
かの、ナチスの党首、ヒトラーが、アウトバーンを作った事は誰もが周知ですが、もう一つとてつもない計画があったんです。
それはですね。なんとゲージ幅が６ｍと言う鉄道だったんですね。
車輌幅はそれ以上で、２階建てだったそうです。
現実離れで、現実味のない話ですが、鉄道雑誌に載っていた雑ネタですから、まんざら嘘ではないと思います。

kuma-gorou · Answer

> 車幅ギリギリの軌道幅の線路の方が、安定してて、いいでしょ？という話です。

鉄道には、列車を安全に通すため、建築限界が設けてあります。
要するに、これより内側に工作物を作ると、車輌と接触しますよと言う基準ですね。
それと、台車ですが、車輪の外側に軸受けが有って、それを梁で支え空気ばねなどを介して車体を支える構造なんですね。

まぁ、建築限界は広げれば良い話ですし、台車も独立懸架にすれば、技術的には不可能では無いでしょうね。
でも、日本中、改軌するなんて到底不可能な話ですよ。（苦笑）

nana4591 · Answer

親切な皆さんが詳しく記してくれていますので、もう必要ない
かも知れませんが一点だけ触れておきます。質問者さんは

「線路の幅が太ければ（広ければ）それだけ走行の安定性が増す」

としていますが列車はカーブ、曲線を走るとき外側の車輪のほう
が内側の車輪より長い距離を走ることになります。自動車ならデ
フレンシャルギアで外側と内側のタイヤの回転差を吸収しますが
列車にはありませんので車輪踏面に僅かな勾配がつけられていて
カーブを走行するときは外側の車輪は大きい半径の部分で廻り内
側の車輪は逆に車輪の半径の小さいところで廻るようになってい
ます。これはカーブでは列車が遠心力で外側に振られることを利
用していて、そのため曲線部分は直線より軌間を少し広げていま
す。これをスラックといいます。

質問者さんの言うように線路の幅すなわち列車の車軸の幅を広げ
ると当然カーブでは外側の車輪と内側の車輪の回転の差が多くな
り内側の車輪は空回りして窮屈な走行になるのではないでしょう
か。これが軌間を広げない原因かどうかはわかりませんが一因で
はないかと思います。

kuma-gorou · Answer

なぜ日本の鉄道が狭軌で敷設したのかは、前段で説明のとおりですが、イギリスの技師が、日本は後進国だから、標準軌は要らないだろうと考えたのでしょう。
他にも、地盤が弱いからとか、地形が険しいからとか言われていますが、これは、根拠に乏しいと思います。

ところで、狭軌が不利なら改軌すればと簡単に考えがちですが、実は、そう簡単には行かないのです。
近鉄名古屋線が、たった２ヶ月で改軌を完成させたのは有名な話ですが、真実は、何年も前から準備を進めていた折、伊勢湾台風で甚大な被害を蒙り、復旧に際し、計画を前倒ししたに過ぎないのです。
これは、秋田新幹線を通すのに、２年近くも田沢湖線の運休を余技なくされた事例から分ると思います。
それでも、ナローゲージから狭軌や標準軌に。狭軌から標準軌に改軌された事例は沢山あります。

ところで、狭軌でどの程度、安定性があるのか、手元で計算しましところ、カントの最大高低差105mmで車体が7.6°傾斜します。これ位だと安全性には問題有りません。しかし、18～20°傾斜させると転倒の危険性が増ます。
車の保安基準では、35°傾けても転倒しない事が要件です。
まぁ、凸凹の道路でも走れる車と、常に保守された軌道上を走行する車輌を同一視する事には無理がありますが、横風に弱いのは、事実です。
特に、横風を受け易い橋梁では、風速計を設け、瞬間最大風速が25～30m/秒を越えると列車を止めるようになっています。

線路ってなんであんなに細いの？

>車幅2900ミリくらいなら、ゲージ幅を2800ミリくらいにしたら、良かったんじゃないの？

明治５年(1872)に日本に初めて鉄道が開業したとき英国の植民地仕様の1067mmゲージ(線路幅)が採用されたことは、後年数多の反省があり、また改軌論争があったことは皆さんのご回答通りです。

どの回答者も複線化の話などしてませんが。

質問者の方と回答者の方の話しがかみ合っていない気がしますが、

線路の幅が広がるとその分まくらぎの長さも長くする必要が出てきますし、バラストも余計に要りますから、それらの費用が余分にかかる、ということも考えられそうです。

>ここで言ってる線路とは、二本の鉄の軌道の話です。

まぁ、世の中には、age1118さんと同じような考えをする人がおりまして、しかも、70年以上も昔の話です。

> 車幅ギリギリの軌道幅の線路の方が、安定してて、いいでしょ？という話です。

親切な皆さんが詳しく記してくれていますので、もう必要ない

なぜ日本の鉄道が狭軌で敷設したのかは、前段で説明のとおりですが、イギリスの技師が、日本は後進国だから、標準軌は要らないだろうと考えたのでしょう。

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　明治５年(1872)に日本に初めて鉄道が開業したとき英国の植民地仕様の1067mmゲージ(線路幅)が採用されたことは、後年数多の反省があり、また改軌論争があったことは皆さんのご回答通りです。