鉄道車両の台車史
また、TB-58を設計製造した帝國車輛工業は軸箱支持機構などはこれと同様ながら枕ばねをコイルばねとした西日本鉄道北九州線1000形連接車用TB-21、鹿児島市交通局600・460形用としてTB-55・TB-55A、伊予鉄道モハ50形用としてTB-57、と汽車製造KS-53と同様のコンセプトに基づく1自由度系軸箱梁式台車を多数製造し、さらに帝國車輛工業や汽車製造大阪製作所とほど近い尼崎に所在し、帝國車輛工業と分担して各社への車両納入を行う機会の多かったナニワ工機でも、鹿児島市交通局600形用NK-51、呉市交通局2000形用NK-52、と同種の1自由度系空気ばね台車を製造納入している。
譲渡先(仙台市交通局)を含む運用路線の廃止で消滅となった呉市向けNK-52と保守面の事情から早期に淘汰された伊予向けTB-57、それに路線の部分廃止時に少数派台車の装着車から優先淘汰されたために先行処分されて早期消滅となった西日本鉄道向けTB-21を除くと、この種の路面電車用1自由度系軸箱梁式台車は、その乗り心地の優秀さから、大半が製造から半世紀前後が経過した現在も引き続き使用されている。
もっとも、路面電車向けに続く高速電車向け1自由度系軸箱梁式空気ばね台車の開発と実用化にはしばらく時間を要した。
汽車製造の提案する高速電車向け1自由度系空気ばね台車を最初に受け入れたのは、同社製空気ばね台車の最初のユーザーとなった京阪電気鉄道であった。
同社では試作のKS-57が1959年(昭和34年)に1810系で試用され、従来方式空気ばね台車や金属ばね台車との比較試験が実施された。
イギリスはドイツと同様に製鋼能力に恵まれ、また軌道条件が一般に良好であったことから重ね板ばねによる古典的な軸ばね式台車が戦後の国有化後に量産されたマークI客車まで長く採用され続け、その一方で釣り合い梁式台車も同じくマークI客車の一部に採用されていた。
その一方で、新しい軸箱支持機構に関する基礎研究はその間も続けられており、例えば1951年には工業ゴム製品メーカーのメタラスティック社(Metalastik Limited)のアーチ・ハースト(Archie John Hirst)によって考案された、剪断方向の異なるシェブロン(山型)ゴムを交互に積層したものを2組ずつ横断面を台形とした軸箱と組み合わせることでペデスタルと軸ばねの役割を兼用させる、シェブロンゴム式軸箱支持機構の特許が成立していた。
日本で東海道新幹線が開業した1964年より量産を開始したマークII客車では160 km/h運転を前提に円筒案内式軸箱支持機構と複列コイルばねと揺れ枕を組み合わせた枕ばね、それにボルスタアンカーを採用した近代的な設計のB4形台車が制式採用され、1972年より量産が開始されたマークIII客車では43形ディーゼル機関車のプッシュプルによるInter City 125での200 km/h運転実施を念頭に置いて軸梁式軸箱支持機構と揺れ枕上に置かれた空気ばねによる枕ばね、そしてディスクブレーキを備えたB10形台車が導入された。
第二次世界大戦後の日本で防振ゴムを台車に採用した最初期の事例の1つに、第二次世界大戦後最初の新造食堂車となったマシ35・カシ36形(1950年製)に装着されたTR46がある。
このTR46は、当時の量産客車用台車であるTR40の派生機種で、従来は軸ばね、枕ばね共に複数使用の3軸ボギーとし、ばね定数の低い柔らかいばねを使用することで良好な乗り心地を実現していた食堂車へ戦後初めて2軸ボギー台車を採用するに当たり、ウィングばね式の軸箱支持機構の採用により高評価を得ていたTR40を基本としつつ、乗り心地の改善を目指して下揺れ枕と枕ばねの間に防振ゴムシートを挿入したものであった。
この設計変更は好成績を収め、以後食堂車や寝台車、展望車といった優等車の2軸・3軸ボギー台車各種について下揺れ枕と枕ばねの間に防振ゴムを挿入する改造工事が順次施工されるほどの成功となった。
こうして枕ばねへの防振ゴムの採用が一定の成果をあげる中、国鉄は戦後初の完全新規開発による制式気動車として、キハ44000形を1952年に試作する。
このキハ44000形はディーゼルエンジンで発電機を回し、その電力で電動機を駆動して走行する、いわゆる電気式気動車であるが、その駆動系に直角カルダンを採用したことで一つの問題が生じた。
直角カルダンでは主電動機の電機子軸が線路と平行に配され、主電動機の長さが車輪のバックゲージに制限されないため狭軌でも採用が容易という利点がある。
1997年に熊本市が導入したのはドイツのアドトランツ(ダイムラー・クライスラーレールシステムズ、現: ボンバルディア・トランスポーテーション)社がその前身であるMAN社およびキーペ社時代(1993年)に開発した、俗にブレーメン形と呼ばれる100 %低床車で、これは左右の車輪間をつなぐ車軸を廃して独立回転車輪とし、主電動機を車体装架として左右の座席下に押し込んでそこからユニバーサルジョイントを組み込んだプロペラシャフトで車輪直結の駆動装置に動力を伝達することで通路部分の100 %低床化を実現するものである。
ヨーロッパでの低床化への取り組みは、近代的な意味でのバリアフリー施策との連携という観点では、1984年にジュネーヴ市電が導入した60 %低床車が皮切りであるとされる。
だが、これに必要となる基礎研究はドイツが先行しており、ドイツ公共輸送事業者協会(VDV)がその前身であるVerband offentlicher Verkehrsbetriebe(VOV)時代の1982年に連邦政府の助成金により研究をスタートし、1991年に試作車が完成した「シュタットバーン2000」シリーズは、イタリアやフランスといった各国の車両メーカーにも重要な影響を及ぼし、以後現在に至るまで各国で設計製造されている超低床車技術の基礎となっている。
京急の他、東京都交通局浅草線・京成電鉄(京成)・北総鉄道(北総)の3社局においても、京急線への乗り入れ運用に充当される営業用車両についてもボルスタレス台車が採用されていない。一方、電気機関車である東京都交通局E5000形電気機関車や、営業車両であるが京急線への乗り入れをしない新AE形はボルスタレス台車を採用している(京成線内にも京成上野 - 日暮里間に半径160 m・120 mのカーブがある)。また新京成電鉄は新京成線の新津田沼 - 京成津田沼間に半径139 mのカーブがあるが、8900形においてボルスタレス台車を採用した。しかし、N800形以降の形式は京成の車両をベースにしていることもあってボルスタ付台車を採用している。
名鉄は1000系以降ボルスタレス台車を使用してきたが、9500系では再びボルスタ付きに戻り、9100系、その後の増備車もボルスタ付き台車を採用している。急曲線がある名鉄瀬戸線用の4000系は通過性能が有利なボルスタ付台車を採用している。
また、福知山線脱線事故の際には事故車が本方式による台車を装着していたことから、一部でボルスタレス台車の特性を問題視する説があり、鉄道評論家の川島令三や国鉄千葉動力車労働組合がこれを主張している。事故は曲率300 mに至る緩和曲線区間での速度超過および貧弱な営業方針や保安システムが原因であるが、稼動データが蓄積されている心皿付き台車と異なり、ボルスタレス台車については脱線時の過渡的な挙動について十分な知識が集積されておらず、原因であるともないとも断定できていない。
一方、日本の新幹線を筆頭とする高速鉄道を中心に、この方式は急速に普及している。
塗油は平坦線を走行する、つまり潤滑剤による摩擦係数の低下による空転をある程度無視できる路線で一般に使用され、散水は空転が全く許容できない急勾配線において保守負担の増加を承知の上で使用されてきた。だが、いずれにせよこれらの手法はあくまで対症療法でしかなく、曲線通過における問題の根本的な解決をなすものではない。
車輪の踏面形状と軌条の断面形状の最適化は、高速走行時の蛇行動対策の観点からも無視できないものである。このため第二次世界大戦後、高速運転を指向する各国、特に日本やフランス、ドイツなどで新しい車輪踏面・軌条断面形状が盛んに研究された。その成果として、円弧踏面、修正円弧踏面といった新しい踏面形状が次々に開発され、軌条についても日本のN形(40kgN形・50kgN形など)やT形(50kgT形。東海道新幹線用)などが順次開発・規格化されていった。だが、これらとて急曲線区間を抱える路線で使用される車両に適用するには、完全に満足のゆくものではなかった。
この問題に対する技術的・機械的な解決のアプローチは2つあった。
一つは、輪軸を左右で分割し、左右の車輪が別個に回転するようにする独立回転車輪方式。
もう一つは、通常平行である台車の各輪軸に何らかの形で操舵を可能とする機構を組み込み、各車輪単位で軌条に対するアタック角が極力0に近づくように操舵させる、あるいは台車そのものと車体の間でリンク結合を行い、台車の転向をコントロールすることで各輪軸のアタック角を最小限に抑制する、自己操舵方式である。
台車の枕梁(ボルスタ)を省略したボルスタレス台車は、電車用ボギー台車の黎明期にJ.G.ブリル社により開発されたBrill 22Eがその最初期例となると見られるが、近代的なものとしては、電気機関車やディーゼル機関車において回転中心となる心皿と駆動軸の干渉をさけるため、また列車牽き出し時等の重心移動に伴う軸重変動とこれに伴う空転の防止のために、機械的な軸重移動補償を実現する手段として考案された仮想心皿方式(ジャックマン式)と呼ばれる機構に端を発する。
これは車体から下に突き出した支持架に連結される引張棒を、軸箱よりも低い位置で台車枠にZ字リンク等の関節を介して連結することで心皿なしに台車の旋回を実現するものである。
この方式は1950年代後半以降、フランスやアメリカで機関車用として一般化し日本においても1962年設計の国鉄ED74形電気機関車用DT129で初導入され、以後コンパクトなD形機が多く粘着特性が特に重要視される交流電気機関車や、軸重移動補償に制約の多い3軸台車を備える国鉄EF62形電気機関車などに採用されている。
さらに、この方式を敷衍して枕梁が1台車2軸駆動の妨げとなりやすい気動車用として、通常のボルスタアンカーと同じ位置でZリンクを構成するDT35・DT36・TR205・TR205Aが開発され、大出力機関を搭載する試作車(国鉄キハ90系気動車)に採用された。
これらの各方式はそれぞれの目的において充分な成果を挙げたが、その一方でこの仮想心皿方式には、当時の設計では部品点数が多く機構が複雑化しやすいという問題点があった。