ボルスタアンカー
また、軸重は走行路線の勾配の影響により、他の輪軸に移動する性質もあり、適切な軸重は空転を防止するために必要である。大きな引張力を必要とする機関車では、軸重の移動による影響が大きく、その対策として、旧型電気機関車では、重量がある頑丈な大型の3軸台車とし、台車同士を連結棒で連結する方式を採用しており、EF60形以降の電気機関車では、1台車につき1つの電動機を搭載して、片側の車軸で発生した反力をもう片側の車軸で相殺する1台車1モーター方式をEF30形とEF80形に採用している。牽引力の反力による台車の回転モーメントは、牽引力の伝達点がレール面に近ければ小さくなり、レール面では0となるため、仮想心皿方式では、車体下部の台枠と台車枠を繋ぐボルスタアンカーや引張棒をレール面に極力近い位置に配置して、牽引力の伝達点の高さをレール面に近づけることで軸重の移動を防止することができるとともに、さらなる牽引力の向上を図っている。
写真3-4に仮想心皿方式による機関車の台車事例を示す。これはジャックマン方式と呼ばれるもので、ボルスタアンカーに相当する引張棒が、車体下部の台枠(写真右側)と枕ばね直下の間を軸箱の下を通って低い位置で結んでいる。枕ばねの直下にはクランクピンが設けられており台車を回転させる機構を有するとともに、台車における牽引力の伝達点を下げることで、台車の回転モーメントと軸重の移動を抑制している。
■車体 - 中心ピン - ■枕梁 - ■ボルスタアンカー - ■台車枠 - 軸箱支持装置
以下にインダイレクトマウント方式台車のボルスタアンカー事例について示す。一般に空気ばねが用いられるが、コイルばねの横剛性を利用した東急車輌TS-301 などのようにコイルばね式の事例も見られる。ダイレクトマウント方式と同様、一般にボルスタアンカー受けが設けられるが、TR223G形のように台車枠の形状を利用し、ボルスタアンカーを直結している台車もある。この方式では車両と台車は力学的には心皿と側受のみで接するので、揺れ枕つり方式などの台車と容易に交換することができるため汎用性が高い。
国鉄DT32形台車。
住友金属製FS008形台車。
コイルばね式TR223G形台車。
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、揺れ枕もりでなく剛性の高いコイル式の枕バネやボルスタアンカを牽引力の伝達に用いて高速安定性を高めた台車も存在する。また台車枠と車軸間の牽引力は台車枠にウイング型の軸枠を設け、これと軸箱支持装置が摺動して伝達されるものが多いが、摺動部による摩擦のため古くなると「がたつき」の原因となる。
この形式は部材点数が多く、それぞれの部材の動作の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、各摺動部は激しい摩耗を起こし、前後左右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。特に左右の揺動に対するダンピング(減衰)要素が乏しいことから高速域では揺れが激しく、リンクや揺れ枕守りの分だけ保守が煩雑になる欠点がある。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、国鉄DT21形台車をはじめとした多くの派生台車がJRをはじめ未だ多く用いられている。
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。
ボルスタアンカーは牽引力やブレーキ力の伝達がその主たる機能であるが、蛇行動を抑制する機能があるため、新幹線100系電車等では意図的に支持部の剛性が高めに調整されている>。
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。