垂直カルダン駆動方式

垂直カルダン駆動方式（すいちょくカルダンくどうほうしき）は、電車のモーター駆動方式のうち、カルダン駆動方式の一種である。

1954年に、日本の電機メーカーである神鋼電機（現・シンフォニアテクノロジー）が開発した。現在では一般的ではなく、使用例も無い。

基本構成

台車は、車軸が垂直に揺動する形式である必要がある。
モーターは台車枠中央部に、垂直に固定されて搭載される（アウトリガで台車枠外側寄りに搭載した例もある）。
モーター軸の出力ギアから、隣接して車軸直上に固定されたギアを駆動、ここから伸縮可能なスプラインシャフトとベベルギア（傘歯車）を介して、直下の車軸を駆動する。

走行中、駆動装置に対する車軸の偏位は、ほぼすべてが垂直方向に収れんされる。このため、偏位の主たる吸収は垂直軸の伸縮を許容する単純なスプラインシャフトで済み、カルダン駆動方式の一種でありながら大きな偏位を許容するカルダンジョイント（たわみ継ぎ手）は不要である（実際には垂直軸のカルダンジョイント省略にまでは至っていない）。

全幅は小さくてよいので狭軌鉄道にも使用しやすいが、ギアまわりの収納の関係で、台車上のスペースが高く取られる。

開発の経緯

1950年代初頭、日本の鉄道にもカルダン駆動方式が導入されるようになったが、大手重電メーカーが採用した方式はいずれも外国技術の移入であった。神鋼電機は、1949年に神戸製鋼所から分離して設立された新興メーカーであったが、鉄道電装部品の分野への本格参入を目指し、日本独自のカルダン駆動方式開発を志した。

神鋼電機が着目したのは、外来のカルダン駆動方式は、標準軌ならともかく、日本の狭軌鉄道ではスペース上の制約が多くて使いにくい事実であった。そこで神鋼は、狭軌に最適化したコンパクトなカルダン駆動方式の開発を試みる。

淡路交通での試験

1953年から当時の運輸省の補助を受け、1954年には淡路交通の協力を得て、同社鉄道線のモハ2008号（1935年日本車輌製ガソリンカーを、1950年に電車に改造）を、垂直カルダン式に再改造した。

台車は国鉄のDT10形イコライザー台車を垂直カルダン仕様に改造。神鋼電機製のTBQ-25形主電動機（56kW）4基を搭載した。一応の成績を収めたものの、淡路交通の垂直カルダン車はこの1両のみに終わった。

栃尾電鉄での採用

1950年代、まだ日本国内には762mm軌間の軽便鉄道が多数残存しており、その中には電気鉄道もあった。通常のカルダン駆動方式は軽便鉄道への導入は不可能であったが、垂直カルダンだけは別であった。

新潟県の栃尾鉄道（1956年栃尾電鉄に改称。1960年に長岡鉄道と合併し越後交通栃尾線となる）は762mm軌間の軽便鉄道で、1949年に電化され、気動車改造の電車を主力として運行されていたが、1957年に神鋼式垂直カルダン方式の導入に踏み切る。

制御車のクハ30号（1950年栃尾鉄道長岡工場製のホハ30号客車を1955年に制御車化改造）に、江ノ島電鉄譲受車の中古台車を垂直カルダン仕様に改造して装備、モハ211号とした。これは栃尾電鉄初の総括制御車でもある。

実績を元に、同年には東洋工機で新車のモハ212号が製造された（就役は1958年）。この車両は軽便鉄道の電車としては当時最大級の13m級車で、大きさを除けば当時の大手私鉄電車にもさほど見劣りしない近代的な外観を持ち、むろん神鋼垂直カルダン駆動方式を用いていた。以後1961年までに同タイプの垂直カルダン車3両（213～215）が増備されている。

栃尾電鉄の垂直カルダン車は、いずれも台車1基にモーター1個1軸駆動の2個モーター車であった。台車の車体内側寄りに張り出したアウトリガにモーターを搭載した。台車の小型化を狙い、併せて車端オーバーハングの突出を嫌った結果と考えられる。

台車は全てペデスタル式だが、212号の台車は枕バネが縦置き板バネで、戦前のブリル台車類似な古典的タイプ（他社中古品改造とも考えられる）なのに対し、213号以降は東洋工機が当時路面電車向けに多用していた、バーフレームで簡素なトラスを組んだタイプの近代的な台車に代わっている。この台車スタイル自体は、吊り掛け駆動となった216・217号にも踏襲された。

三重交通での採用

神鋼電機の地元である三重県の三重交通（鉄道部門は1964年に分社して三重電気鉄道となり、1965年に近畿日本鉄道に合併）でも垂直カルダンを導入した。

こちらはまず1,067mm軌間の志摩線向けとして、1958年、日本車輌製造製のモ5401号1両を投入した。当時の名鉄3700系などに似たおとなしいデザインの18m級電車で、観光客輸送を考慮して車内放送装置を備えたセミクロスシート車であった。

続けて翌1959年には、四日市地区の762mm軌間路線である三重線（現在の湯の山・内部・八王子線）に、湯の山温泉周辺の観光開発を目的として、斬新な3車体連接車のモ4400形1編成を導入する。メーカーはやはり日本車輌製造であった。

モ4400形は湯の山温泉への観光輸送に主力車として用いられたが、三重電気鉄道時代の1964年、湯の山線が近鉄合併を前に1,435mm軌間に改軌されると、同じ三重電気鉄道の北勢線に転用された。

垂直カルダン駆動の挫折

神鋼電機の垂直カルダン駆動方式を採用した例は、上記3鉄道会社の改造車2両、ボギー式新造車5両・連接編成新造1編成に過ぎない。

以後、この方式を採用した例は皆無である。理由は以下のとおり。

新興メーカーの参入困難

日本国内の私鉄は、戦前から主要な重電メーカーとの結びつきが強かった。しかも継続的に保守・点検を行っていく必要から、どうしても特定のメーカーを指定する形になる。

また鉄道会社の多くは保守的な傾向があり、新しい技術の導入には慎重である。手堅く実績のある技術を選択しようとすると、自然、以前から取引のある大手メーカーの外来技術を志向することになる。新興メーカーがオリジナルの技術をもって新規参入するにも、鉄道業界の条件は悪かった。

淡路交通・栃尾鉄道が垂直カルダンに関わったのは、いずれも電化が戦後で電気鉄道としてのノウハウが少なく、気動車改造の車体装架カルダン電車を使用するなどの特殊環境にあったことが起因していると考えられる。また三重交通の場合は、神鋼電機の起源が神戸製鋼所の鳥羽造船所（志摩線の地元）であることから、その関係からの働きかけもあったと見られる。

外来方式の普及

海外技術によるカルダン駆動方式の代表であるWN駆動方式（WNドライブ）は当初、1067mm軌間での使用が困難とされていた。しかし、三菱電機は1956年の富士山麓電気鉄道 3100系においてこれを克服、以後狭軌用WNドライブを一般化させて行く。

また、東洋電機製造が実用化した中空軸平行カルダンや直角カルダンは1,067mm軌間にも適応させやすい構造であった。

結局、日本国内で最大のマーケットである1,067mm軌間の路線は、国鉄・大手私鉄とも、早期に海外技術のカルダン駆動が主流を占めることになった。

では、垂直カルダンでなければカルダン駆動化できない762mm軌間の軽便鉄道では、といえば、こちらは市場そのものが限られていた。電車を用いる軽便鉄道自体が少ないうえ、1950年代以降、全国各地の軽便鉄道は経営難で続々と廃止されていった。これでは新技術導入どころでなく、いわば将来性皆無のマーケットだったのである。

技術自体の問題

モーターを垂直に立てる構造は、油漏れや摩擦の増大などが起きやすく、信頼性の面から必ずしも好ましいものではなかった。また、吊り掛け駆動方式や他のカルダン駆動方式では1段で済む駆動ギアが、この方式では2段階（モーター→垂直軸、垂直軸→車軸）必要で、更には垂直軸のジョイントも装備されていたため、全体が非常に複雑であり、動力損失も生じた。

何より致命的な欠点は、この元々複雑な駆動装置の大部分が台車上面の薄いスペースに収まっており、整備性が著しく悪かったことである。これは保守・点検を重視する鉄道会社に敬遠される最大の理由となった。

垂直カルダン電車の絶滅

淡路交通は1966年に鉄道線を廃止し、垂直カルダンの2008号車は廃車・解体された。

栃尾鉄道の後身である越後交通は、1964年から1965年にかけて212形の増備形である216号・217号を製作したが、これらは外見こそ212形と同じながら、いずれも吊り掛け駆動方式で製作された。垂直カルダンの整備性の悪さと出力不足が問題になったためである。越後交通栃尾線は1975年に全線廃止され、同社の電車は垂直カルダン車も含めて全車廃車された。

旧・三重交通の車両のうち、志摩線のモ5401は近鉄合併後モ5960形モ5961となったが、1970年の志摩線改軌によって養老線に転じ、この際、養老線の架線電圧が1,500Vで750V仕様の志摩線電動車は昇圧に大改造を要したことから電装品と駆動装置、それに運転台設備を撤去され、垂直カルダン車ではなくなった。以後付随車のサ5961として養老線で用いられ、1983年に廃車解体された。

また、北勢線に移った連接車のモ4401は、近鉄合併後モ200形モ201ｰサ100形サ101ｰモ200形モ202と改番されたが、1971年に両端電動車の電装品を撤去、単なるトレーラーのサ200形・サ100形となった。以後、片側の運転台撤去やブレーキの変更などの改造を受けているが、2003年に北勢線が三岐鉄道に移管されたのちも、200系と称し、同線の270形電車（吊り掛け駆動車）と編成を組んで運用されている。

神鋼電機はのちにシンフォニアテクノロジーと改称したが、現在も盛業中である。