ボルスタアンカー
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。
枕梁機構を持つ台車では、中心ピンと心皿の作用により台車を回転させている。しかし、台車左右に配置されるボルスタアンカーを直角クランクピンで連結すると、回転中心となる箇所に心皿や中心ピンを設けることなく、台車を所定の位置で回転させることができる。このような心皿を用いない台車の回転機構を仮想心皿方式と呼ぶ。
図3-2に直角クランクピンとボルスタアンカーによる仮想心皿方式台車の回転機構を示す。ボルスタアンカー(牽引力伝達棒)の一端は車体に固定され、もう片方は台車枠に取り付けられたクランクピンと結ばれている。左右のクランクピンはロッドにより連結されており、相互のクランクピンの作用により、台車はあたかも心皿を中心に回転するような動きができる。
この形式の台車では、枕ばねの配置はダイレクトマウント方式に近い構造となるが、回転を許容する枕梁(ボルスタ)のない一種のボルスタレス構造であることから、枕ばねは台車の旋回による変形に耐える構造が求められる。また、ボルスタを有しないことから、牽引力伝達棒をボルスタアンカーとは呼ばず、単に引張棒または押棒と呼ぶ場合がある。
この形式における力の伝達を以下に示す。枕梁や心皿を持たないため、伝達機構は比較的単純である。
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、枕ばねはこの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度ほど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、2本の枕梁(揺れ枕)を有しているが、ボルスタアンカーは上揺れ枕と台車枠の間のみに取り付けられる。ボルスタアンカー付き揺れ枕式台車では、荷重は以下のように伝達する。