ラック式鉄道

ラック式鉄道（歯軌条鉄道）とは

ラック式鉄道は、急勾配を走行するために、通常の鉄道とは異なる仕組みを持つ鉄道です。2本のレールの間に「ラックレール」と呼ばれる歯型のレールを敷設し、車両に搭載された「ピニオン」と呼ばれる歯車をこのラックレールに噛み合わせることで、急な坂でも安全に登り降りできます。ここでは、ラック式鉄道の仕組みや歴史、様々な方式について解説します。

粘着式鉄道の限界とラック式鉄道の必要性

通常の鉄道は、車輪とレールの間の摩擦力（粘着力）を利用して走行します。しかし、勾配がきつくなると、粘着力だけではスリップしてしまい、登坂が困難になります。粘着式鉄道が登坂できる限界は、以下の式で表されます。

`G≦1000μWD/W-r-31α`

ここで、Gは勾配角度、μは粘着係数、WDは動力車の動輪上重量、Wは列車全体の重量、rは単位重量当たりの走行抵抗、αは加速度を表します。この式からわかるように、粘着式鉄道で登れる勾配には限界があり、一般的には全軸駆動の電車列車で100‰（パーミル）、機関車牽引の場合は70‰程度が限界とされています。

しかし、山岳地帯などでは、より急な勾配を走行する必要があるため、ラック式鉄道が開発されました。ラック式鉄道では、ラックレールとピニオンの噛み合わせによって推進力を得るため、粘着力に頼る必要がなく、急勾配でも安全に走行できます。

ラック式鉄道の歴史

ラック式鉄道の初期の目的は、急勾配を登るためではなく、機関車の空転防止でした。しかし、1868年にアメリカのワシントン山歯軌条鉄道が開通し、375‰という急勾配での実用化に成功したことで、登山鉄道としての可能性が広がりました。19世紀末から20世紀初頭にかけて、世界各地でラック式鉄道が建設されましたが、ケーブルカーやロープウェイの発達により、新規路線の開設は減少しました。しかし、近年では、環境負荷の少ない交通機関として再び注目され、新しいラック式鉄道が開業する例も見られます。

ラック式鉄道の様々な方式

ラック式鉄道には、ラックレールの形状やピニオンとの噛み合わせ方によって、様々な方式があります。

マーシュ式: L字型の鋼材に丸いピンを渡した、はしご状のラックレールを使用。
リッゲンバッハ式: マーシュ式と似た構造だが、コの字型の鋼材と台形断面のピンを使用。
アプト式: 位相をずらした2枚または3枚の板状のラックレールを使用。牽引力の脈動を緩和する効果がある。
ロヒャー式: ラックの歯が側面にあり、ピニオンで左右から挟み込む。最も急勾配に対応できる。
シュトループ式: 頭の大きなレールの形をした鋼材に歯をつけたラックレールを使用。
フォン・ロール式: 幅の広い単一のラックを使用。分岐器を含め構造が簡単。

これらの方式の中でも、アプト式が最も普及しており、日本の大井川鐵道井川線でも採用されています。

世界と日本のラック式鉄道

ラック式鉄道は、スイスをはじめとする山岳地帯で多く見られます。スイスでは、観光鉄道だけでなく、峠を越える亜幹線鉄道にもラックレールが使用されています。日本にも、大井川鐵道井川線が現存するラック式鉄道として有名です。

まとめ

ラック式鉄道は、急勾配を克服するためのユニークな鉄道技術です。その歴史や多様な方式、国内外の事例を知ることで、鉄道の奥深さを再発見できるでしょう。

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