ボルスタアンカー

ボルスタアンカー（英:bolster anchor）は鉄道車両の台車を構成する部材のひとつである。枕梁（まくらばり、ボルスタ）を有する台車に用いられるもので、上下動を吸収する枕バネに設けられ、台車の牽引力およびブレーキ力の伝達や、車体との間の旋回剛性付与といった機能を果たす。

台車に求められる性能

鉄道車両の台車は輪軸を保持し車体の重量を支えるとともに、走行時に生じる振動・衝撃を吸収・緩和する働きを持つ。さらに鉄道車両が線路の曲線部にさしかかった場合には、台車そのものが回転し、円滑に走行できるものでなければならない。
このような機能を果たすため、台車には輪軸を支える軸バネ、車体を支える枕バネの2種類のバネが設けられている。軸バネを含む台車・輪軸の相対動きを許容する機構・装置を1次バネ系や軸箱支持装置などと呼び、枕バネを含む車体・台車の相対動きを許容する機構・装置を2次バネ系や車体支持装置などと呼ぶ。大きな相対動きを考えると軸バネは輪軸の上下動を吸収するのみであるが、枕バネは上下動の吸収とともに台車の回転を許容する必要がある（図1-1）。

車体の重量を支えつつ回転させるという要求性能に対し、いくつかの機構が存在する。20世紀後期に開発されたボルスタレス台車では、枕バネそのものを横方向に変形させることで台車の回転に対応しているが、それ以前は枕梁（まくらばり、ボルスタ）と呼ばれる部材を介して、回転を許容する機構が主流であった。

揺れ枕もり方式とその欠点

前節では、ボルスタアンカーの基本的な役割とその機構について、枕梁台車において牽引力（前後方向の力）を伝達するものとして解説した。しかしながら、枕梁台車の牽引力伝達は、必ずしもボルスタアンカーによる必要はなく、より簡便な機構でも可能であった。ここでは、枕梁台車における牽引力伝達方式の変遷について述べるとともに、ボルスタアンカーの特長について解説する。
図2-1は、揺れ枕式と称する台車形式であり、枕梁台車では古くから広く用いられてきた形式である。この形式では、上揺れ枕、下揺れ枕と呼ばれる2本の枕梁を有し、枕バネはこの2本の枕梁の間に設置される。また、下揺れ枕は台車枠から吊りリンクあるいは揺れリンクと呼ばれる部品によりハの字形に6-7度前後に傾斜して吊り下げられており、左右に揺れる構造となっている。この構造は、台車に作用する左右方向の衝動を緩和する働きと、曲線通過時に車体の中心と台車の中心が偏倚して重心が移動した際に、速やかに元の位置に引き戻す力（復元力）が働く仕組みとなっている。。
さて、図2-1で示した台車は、揺れ枕式の中でもさらに歴史の古い形式であり、上揺れ枕の中央上面に下心皿が設けられており、車体下部の台枠の枕梁中央下面に設けられた上心皿（中心ピン）と結合して、台車の回転中心となり、車体の重量を負担すると同時に台車からの牽引力を伝達する1点支持方式である。側受は原則として荷重を受けておらず、車体傾斜時のみに車体を預ける転倒防止装置であった。
また、牽引力の伝達についても揺れ枕もり（揺れ枕守）という方法によっている。揺れ枕式では、上揺れ枕と台車枠の間で牽引力の伝達が必要となるが、古い台車では上揺れ枕と台車枠の間にすり板を設けて、上揺れ枕・台車枠間の左右相対振動はすり板に沿って動くことを許容しつつ、前後方向についてはすり板の接触により牽引力の伝達を行う揺れ枕もり方式が主流であった。
揺れ枕もりは、すり板1枚で牽引力の伝達が行えることから、構造が簡単で安価な手法である。その一方で、台車の揺れにより絶えず摺動（しゅうどう）を起こしていることから摩耗し、走行に応じて台車枠と上揺れ枕の間に隙間を生じ、牽引力の伝達に「がたつき」を起こすことが欠点である。このため牽引力を揺れ枕もりでなくボルスタアンカを用いて高速安定性を高めた台車も存在する。
部材点数が多く、それぞれの部材の拘束が少なく自由度が高いことから、複雑な揺れを示す（図2-2）。この揺れによって、揺れ枕もりは激しい摩耗を起こし、前後方向にがたつきを生じることで、さらに揺れが増すといった悪循環を引き起こしやすい。特に左右の揺動のダンピング要素が乏しく高速では振動が激しい欠点がある。リンクや揺れ枕守りがあり保守が煩雑になる。揺れ枕式台車は基本的に油圧ダンパーが発達していなかった時代の設計だが、JRをはじめ未だ多くの台車で用いられている。

改善できる効果

このような問題は列車の高速化にともなって、より顕著となる。揺れ枕もりによる前後方向のがたつきは、上揺れ枕に対し前後方向の自由度を与え、台車蛇行動の原因となる。蛇行動は列車が直線を高速で走行する場合に発生する現象で、輪軸や台車・車体が鉛直軸周りの自励振動を起こすものであり、台車や車体を左右に激しく振動させる。これは乗り心地を損なうばかりでなく、脱線などの重大事故の原因となるもので、高速化の障害となる現象である。
蛇行動の原因は、走行速度、車輪踏面の形状、輪軸の支持方法、軸距、さらには車両の剛性・減衰性能・質量などが関連する複合問題である。この中でも台車の構造は蛇行動に与える影響が大きく、様々な研究・対策が行われてきた。蛇行動に対する対策のひとつは、適切な剛性の確保である。1点支持による車体支持機構と揺れ枕もりによる牽引力伝達は、揺れ枕の中央のみが拘束されていることから、必要以上に水平面での回転を起こしやすく、蛇行動に対する必要な剛性を欠く構造であった。
そこで、心皿・中心ピンといった上揺れ枕の中央部のみの固定ではなく、上揺れ枕両端を前後方向に支持することが必要とされ、上揺れ枕両端にある側受での荷重支持とボルスタアンカーといった手法が用いられるようになった。側受により積極的に上下方向荷重の一部を上揺れ枕梁の両端で受けることで、その摩擦力により前後方向の支持を行い、ボルスタアンカーは台車枠の側梁の外側において、台車枠と上揺れ枕の間で結合することで牽引力の伝達を行うのと同時に前後方向を拘束するほか、枕バネを油圧ダンパーを組み合わせたコイルバネまたはベローズ形の空気バネとし、吊リンクを外側に広げて踏ん張る力を大きくすることで、より安定性を増す構造としており、いずれも主たる目的は荷重の伝達であるが、副次的に蛇行動を抑える効果を有する。

枕梁台車とボルスタアンカー

ここまで機構の解説に紹介した枕梁台車は「ダイレクトマウント方式」と呼ばれるもので、枕バネを車体の直下に配置し、台車の回転を枕バネと台車枠の間で行う方式である。この方式は歴史的に比較的新しいものであり、枕梁を用いた台車にはこのほかにも多数の形式がある。いずれの形式の場合でも、ボルスタアンカーは枕バネの上下端を前後方向に拘束する構造であるが、形式の違いによりボルスタアンカーの取り付け位置に差異が見られる。
また、前節で述べたとおり、牽引力の伝達は揺れ枕もりによる場合もあり、ボルスタアンカーは枕梁台車に必ずしも設けられるものではない。台車の変遷から、揺れ枕式にはボルスタアンカーのないものが比較的多く見られるほか、インダイレクトマウント方式でも揺れ枕もりによる牽引力伝達を行う形式も希ながら存在する。

ヨーダンパとボルスタアンカー

枕梁を持たないボルスタレス台車や、一部のボルスタアンカー付き台車には、ヨーダンパと呼ばれる部材が設けられることがある。ヨーダンパはダンパを介して車両と台車を接続しているもので、ボルスタアンカーに似た形態を有している。しかしながら、その役割は主に高速走行時に発生する蛇行動と呼ばれる台車の異常振動（ヨーイング）を抑制する（減衰させる）ものであり、牽引力の伝達を目的としたボルスタアンカーとは機能、構造ともに異なるものである。
ボルスタアンカーも蛇行動を抑制する機能を副次的に備えてはいるものの、牽引力やブレーキ力の伝達がその主たる機能であることから、ボルスタレス台車においてはむしろ牽引装置がその役割に相当する。
右図は曲線通過時におけるボルスタアンカーとヨーダンパの動きを比較したものである。ボルスタアンカーは牽引力を台車から車体に伝えるため、曲線通過時でもアンカーは伸縮せず、枕梁の前後方向を拘束している。台車の回転は枕梁と側受が滑ることで許容するが、枕梁から台車枠へは中心ピンにより牽引力が伝わる構造である。
これに対しヨーダンパは、台車の回転にともなってダンパ部分が伸縮して回転を妨げない構造となっており、牽引力の伝達を行うものではない。ただし、ヨーダンパは図に示すような曲線通過時の緩やかな台車回転には抵抗しないが、蛇行動のような比較的動きの速い台車の回転振動に対しては、ダンパが減衰作用を発揮し蛇行動を抑制する構造となっている。