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蒸気機関車と鉄道の発達（汽車の今昔3）

　現在の蒸気機関車の主連棒がほぼ水平に配置されているのはこのためで、”ロケット”号の構造がこれに近づいたのである。
　今では電気機関車の形式も標準化されたといえようか、私が電気機関車を研究していた時代には、車体または台車がバネ作用により上下するという点に関し、なかなかの問題があったのである。
　4100形蒸気機関車製作監督のため、私は毎日ミュンヘンのマッファイ工場の設計室に通っていた。
　その室の長はレプラ氏で、南ドイツのいかにも素朴な人だが、パイエルンの蒸気機関車はみなこの人の設計にかかるもので、その構造において世界一ではないかと思った。
　毎日昼食のために家へ戻るときと、一日の仕事を終えて帰宅するときは、いつも一緒に歩いて話し続けられたので、その間に、この人はなかなか仕事熱心と思ったし、物の考え方など大いに参考となることが多かった。
　同氏は元マッファイ工場で普通エンジンの係をしていて、後に機関車の方に転じた人である。
　どこの国でも機関車の構造には特殊な部分を待っていて、なかなか改めようとしない。
　「私は普通機関で知り得た知識を機関車に応用した。
　普通機関では、その当時既に滑弁としてビストン弁が使われはじめていた。
　私はさっそく機関車に採用した。それだから過熱蒸気を使用するようになっても何の苦痛もなかった」。
　そのほか種々の改良をなしたことを話してくれた。
　私は留学するまで、工場の現場に勤務した経験がない。
　それでもベルリンのボルジッヒ工場で8850形機関車を製作したときの工程管理の優れていたのに感心したのであるが、マッファイ工場の工程管理は一種独特のものであったことを知り、研究しなかったことを残念に思っている。
　同工場ては図面のトレースができると、青写真一枚と白写真一枚をとる。青写真は鋳物職場に送り、鋳型の製作にかかる。
　白写真は上に種々の色塗りを施して誤らないようにし、表面にドーサを引いて汚れを防ぎ、現場に送る。
　現場ではその一枚の図面によって工事を進め、でき上がったら図面は次の職席へ送り、部品はそれぞれの職場へ送る。
　別にゲージ職場があって、薄板で簡単なゲージを作って職場へ送る。
　工員は仕事に慣れているので部品の構造をよく知り、その製作にゲージを用いているので、図面にはあまり用がない。
　その部品ができると重量を測り、その図面に記入して、設計に戻す。
　設計ではその重量と設計のときの予定重星とを比較検討し、図面は設計に保存しておく。
　たまに図面に誤りがあることを現場で発見すると、アルコールで表面のドーサをぬぐい、訂正の上またドーサを塗って送り出すのである。
　現場に出してある図面の枚数が少ないので、訂正した場合にも、それをよく知らせることは容易にできる。
　当時、ドイツの工場では、組立工場で解体や組立にビーム・ジャッキを使用しているものがあった。
　組立工場はオーバーヘッド・クレーンを使用する立派な建築が今は一般に用いられているが、当時はまだそれほど進歩していなかったにしても、マッファイ工場の組立職場は貧弱で、組立線が2線あるだけで間に合っていた。
　最初の機関車ができ上がると、組立工場から引き出して試運転を行なうので、私もそれに立ち会って良い出来栄えを喜こんだ。
　写真を撮るために機関車の片側だけを光らないようなカバ色で塗ってあった。
　ベルリンにあるボルジッヒの工場ては灰色を採用していた。
　そのうち第2両目ができると思ったのに、何の通知もないから聞いてみたところ既にでき上がって、荷造りして出荷したとのことを聞いて驚いた。
　組み立てを行なわず、試運転をもしないというのである。
　みな同様に製作するから、最初の一両で確かめればあとはその必要はない。
　従来諸外国へずいぶん輸出しているが、みな同じ方法によっているのだという。
　そして、いまだかって誤りのあったことはないのだという。
　組み立て・解体の手間が省けるのである。
　組立職場が小さくてすむ理由がわかった。
　しかし仕様書には試運転することが規定してあるので、ぜひ試運転を行なえと要求したので、工程を研究して期限に間に合わせるように、日程を改めて試運転を行なったが、ずいぶん苦心があったようである。
　日本に到着してから、第2両目にも何の故障もなかったようである。
　考えてみれば、マッファイのような工程管理を行なっている工場では、2両目以下の組み立て・解体はいらないのが当然であろう。
　マッファイ工場の製作するドイツの機関車は、大形の2Ｃ1形であった。
　北ドイツに比較すると山が多いので大形なのである。
　そして棒台枠を使用しているが、その台枠は鍛造によって製作され、一度も折損したことがない。
　しかし我が4100形では、ボルジッヒ工場で使用しているような厚板から切り出して作るべきことが指定されていたので、それによったのである。
　同工場としては初めての経験である。そこで詳しく製作原価について研究をした。
　その結果、中央から切り出す材料を、ほかに巧みに利用することを考えれば計算に乗る設計ということがわかった。
　よい経験を得たという。
　このように一々研究をしていることは感心なことであり、次に述べる内火室材料についても、クルップとよく相談して注文しているので、極めて良心的であることを知った。
　当時マッファイ工場では、内火室の材料として銅を使用していたが日本の仕様書では軟鋼を使うことになっていた。
　そこで同工場では、ドイツ一番のクルッブ工場に依頼して内火室に適する軟鋼を注文した。
　できたら検査に行ってくれというので、クルップ工場へ行って引張力や延び率・断面収縮片などを測ったが、別段の特長は見あたらなかった。
　もちろん表面接査などは行なった。
　そこで私はクルップ工場に対し、どう違う材料かと訊ねたら、原料をよく選択して、注意深く精練を行ない、圧延の後焼鈍を施したとのことであった。
　私はそのとき以来専門家に聞いてみると、原料の選択と精練の必要性は当然であるが、規格においてはそれら重要事項は製鋼まかせで、ＪＩＳ会議においても、引張力や延び率のことばかり議論しているように見える。
　まことに残念である。
　今や製鋼法は大いに進歩して、炭素鋼でも種々特殊な優秀鋼のできつつあることは、結構なことである。
　私は帰国後、機関車係を勤めたが、4100形機関車の鋼の最後を確めなかったことは遺憾であった。
　今後、材料が進むについて、機械の使用者もよく材料を研究して、製鋼者と協同していくようにしたいものである。
　マッファイ工場における現場の研究が不足であったことは残念であったが、レプラ氏とよく知り合って、種々教えてもらったことは非常に幸せなことであった。
　氏は毎日出勤すると、終日製図面の係に対して色々指図をしている。
　いつもいちいち指図するのかと訊ねたら各設計者はそれぞれ相当の熟練者ばかりであるので、細かい部分までを注意する必要はないが、各設計者の間の結び付きをいかにすべきかについて研究しているのだというのである。
　そのような肝要な点は、自ら指図をして誤りのないようにしていたのである。
　土曜日は半日で日曜日は休みである。
　ところがこの工事は急ぐので、土曜日の昼ごろになると、何人かの設計者に対し、明日の日曜の午前7時から11時まで出勤してくれと頼んでいるので、私はレプラ氏に対し、土曜日は半日で帰すのだから土曜日の午後にも勤務させて、日曜日にわざわざ出勤しなくてもよいようにしたらどうかと話した。
　そうしたら、土曜日の午後は楽しむ時で、土曜日の午後に勤務させることの難しいことをお前は知らないだろう。
　日曜日の朝は朝寝するのが一般である。そこで朝寝の時間に働かせて相当の賃金を払えば、遊ぶ時間に影響がないのだということであった。
　また、ドイツでは比較的長く休暇をとる習慣がある。
　この仕事がだいぶ片付いたので、レプラ氏は休暇をとる計画を立てた。
　そして主な設計者に対し、同様に休暇をとることをすすめるのである。
　私はあなたが休暇中は、せめてだれかをおいた方がよいのではないかとたずねたら、どうせ自分かいなければ本当の仕事にはならない。
　そこで自分と同様、主な人々にも休暇をとらせるのだと語った。
　あまり大きくない職場を完全に管理している人の心情であると思った。
　設計ではお陰で種々の知識を得た。
　帰途英国を見学したが、ノース・ブリティッシュ工場へ行って設計の人に会わせてもらい、種々質問したが、何も得るところがなかった。
　さらにアメリカに渡って、ボールドウィン工場を訪問した。
　フィラデルフィアの南方の海岸に移転したばかりの大工場で、実に立派な工場であった。
　やはり設計に関することを聞きたいのだと希望を述べ、面会した人に対し、台枠の計算はいかに行なっているかと訊ねたが、その他2〜3の問題に対し、お前の要求する問題は、まだ未解決のものばかりだといって、答えてくれなかった。
　私はマッファイ工場にいたことが、色々の意味で役立っていることを感謝したのである。
　余談が大層長くなったが、ここで本論にもどろう。
　スティーブンソンは、蒸気機関車発達には大きな貢献をしたのである。
　”ロケット”号の成功以後、蒸気機関車はますますその効能を認められ、強力にしてかつ速度の大なるものを要求するに至った。
　当時の機関車は、みな動輪が一軸あるだけて、速度を大にするために大きな動輪を使用したので、動輪直径3mに達するものも現われた。
　また、2400mm動輪を使用して23Otを引張って、96km/hの速度を出し、180tを引張って96km/hから最高125km/hを出すに至ったものもある。
　かくて蒸気機関車は実用的に大いに進んだが、大形で速度の大なる機関車を作ろうとすると、大きいシリンダを必要とする。
　当時の機関車は内側に駆動装置を備えたものが多いようで、大きな機関車を作るには、軌間を大とするのが便利であるとの論が出て、グレート・ウェスタン鉄道を建設するに当たっては、広軌（7フィート）を採用した。
　スティーブンソンが採用した1435mmなる軌間の出所は明らかでないが、この軌間が一般に採用された。
　これが標準軌間となっているので、広軌はそれより広い軌間をいうのである。
　我が国では明治以来、多年にわたって狭軌を標準としてきたので、外国の標準軌間を広軌と称しているが、我が国においても従来から多数の私鉄電車に使かれているのみならず、東海道新幹線をはじめとして、多くの近代化鉄道がみな外国の標準軌間を採用するに至ったので、広軌の意味を段々に改められるべきものと思う。
　さて、英国のグレート・ウェスタン鉄道の工事が進み、既に大部延長されていた標準軌間の鉄道と交わることになると、連絡駅において列車の直通運転ができなくなる。
　そこで問題が起こり、英国において鉄道軌間をいかに統一すべきかが論ぜられるようになった。
　このようなことは鉄道の専門家なら初めからわかっていることであるが、当時広軌を主張し、これを実行した人々にはおそらく自分たちの仕事が勝利を占めるのだと思っていたのであろう。
　この軌間の問題は、実験によって解決しようということになり、良い機関車を作り、引張荷物を増し、速度を増大して競争したのである。
　これが英国におけるゲージ戦争の時代である。
　この競争において、機関車も列車も速度も大いに改良されたのである。
　その結果は、広軌でできることは標準軌間でもできるということに結論された。
　そこでグレート・ウェスタン鉄道でも軌間を改めて、英国の標準軌間は統一され、世界各国の標準軌間となったのである。
　しかし、この軌間戦争の結果につき、広軌ができることは狭軌でもできると速断してはならないのである。
　現に私が中学のとき、地理の先生がそのように講義していた。
　しかし、私か国鉄技師として、狭軌であることにいかに困難があったかを体験した者としては、十分誤解のないよう解釈してもらいたいのである。
　ゲージ戦争の当時、英国における工業は相当進歩していたであろうが、その当時の経済状態からしては、速度に関する要求も限定されていたであろうし、列車の大きさについてもある程度以上の必要はなかったであろう。
　当時の鉄道に要請された条件に対しては、広軌の必要はなかったということである。
　今日我が国の新幹線があれだけの成績を現わしていることを思えば、技術の進歩も同時に考えなければならないが、軌間に対しては、標準軌間で間に合う性質のものであったろう。
　要は、軌間の問題は速度・安全度・引張力・経済上の諸問題の総合によって定められるべきであるが、英国で当時そのへんをどこまで考えたのであろうか。
　結論を見て自分の都合のよいように解釈して、とんでもない結果を招くことがある。
　技術者としては、よく内容を審査して、正確な判断を待つ必要がある。
　さて、英国における鉄道技術は、ゲージ戦争の結果著しく急激に進歩した。
　鉄道は輸送を便利にするためのもので、これによって一般産業の発達を促進し、その結果鉄道の設備を必要とするもので、産業と鉄道とは互いに原因・結果をなしつつ、社会の文化を発展させるものてあるが、英国の鉄道は、ゲージ戦争のため、一時的に進み過ぎたのてはないかと思われる。
　英国ては、ロンドンから発車する各線路の列車が、いずれも高速度を自負しているようである。
　この事実は、早い列車速度を経験して以来の伝統ではないだろうか。
　大きな動輪を使用すると、その輪だけの輪重が重くなる。
　それが線路を損傷し、保守を困難にするが、その後2本の動輪を用い、この2対の動輪を連結すれば、重い一輪の代わりをすることが知れ、2輪連結機関車ができ、次いで3輪連結の機関車もできた。
　旅客列車に2輪連結車が用いられるまでにはかなり長い期間がかかった。
　社会状態がそれ以上のものを必要としなかったのであろう。
　3輪連結車は主として貨物列車に使用されたものであり、英国の機関車の発達はこのへんでしばらく止まったような感がする。
　私が明治43年に英国へ行ったときは、まだしばしば大車輪の単動輪車を見て珍しく思ったが、大きな動輪の機関車が用い始めてからまだ40年ばかりのときである。
　英国は保守的な国であるが、この程度の蒸気機関車は使われていたのである。
　英国のその時代の組織はよく知らないが、各鉄道にスーパーインテンデントがいて、機関車の新製・保守から運転までの全責任を持っていた。
　そのスーパーインテンデントは相当の経験者で、機関車に関して特殊の考えを持っていて、その意のままに仕事をしたらしい。
　そんなことから各鉄道ごとに種々特色のある機関車が使われていた。
　ただ私が想像するところでは、機関車を理論的に研究することはあまりしないて、従来の機関車の実績にかんがみ、改良を加えて次の用途に適するものを作ろうとする実験的方法が採り入れられていたのではないかと思う。
　そして、どの鉄道についても共通していえることは、保守が極めて厳格で、清掃もよく行き届き、塗色や塗り方にはそれぞれ趣向をこらし、機関車の形状についても気を配っていた。
　あるアメリカ人が英国の機関車を見て「惜しいことには大き過ぎる。これが小さければ時計の鎖の飾り物にちょうどよい」と冗談をいったそうだが、アメリカの機関車に比べればそのように考える人もあったと思う。
　英国において鉄道が成功すると、たちまち欧州大陸やアメリカにも伝わった。
　そして、それぞれに発達するに至った。
　当時、アメリカはヨーロッパを抜け出して渡って来た各国の人々が、各地方に集結して特殊な社会を作ったらしく、その工業状態はヨーロッパには及ばなかった。
　主として東部、すなわち大西洋岸に近い地方に偏在していたが、アメリカ人に共通していえることは、そのパイオニア精神の強いことである。
　土地は広く、人口は少なく、農産物や木材も多く、石炭も出るようになって鉄道の必要は大いに認められ、西へ西へとそのパイオニア精神で進んだ。
　アメリカは実に鉄道に適した上地であり、ここに特殊なアメリカ流の鉄道の発展を見たのである。
　平坦な土地も多いので、鉄道敷設には便利である。
　旅客列車に対しては、相当の速度が必要であるが、貨物列車は遅くてよいから、なるべく長大な列車としてその本数を少なくするのが経済的だとしていた。
　私が大正年代にある専門家に石炭節約問題について質問したら、アメリカでは石炭は安く、人件費が高いのだから、石炭の節約などを研究するならヨーロッパヘ行きなさいといわれた。
　家畜が群集している平野を、機関車の前部にカウ・キャッチャーを取り付け、鐘を鴫らしつつ走る風景は、ヨーロッパでは見られないものであった。
　このような事情であるから、線路の状態は悪い。
　これを無難に運転するためには、機関車の構造について注意しなければならない。
　そのために機関車の構造についてはヨーロッパに先んじたように思う。
　これがためにも機関車の研究はアメリカにおいて盛んてあった。
　バーデュー大学にはゴス教授がおられて、よく研究を発表された。
　私がニューヨークヘ行ったときには、ある会社に勤務されていた。
　鉄道電化について色々質問したら、日本で電化しようとするなら、必ず自ら発電所を待たなければならないとの忠告を下さった。
　その後またアメリカヘ行って電化のことを調べたとき、ゴス教授は早くからこのようなことを想像しておられたのだなと思い当たることがあった。
　ゴス教授がバーデュー大学を去られた後は、鉄道の研究についてはイリノイ大学が有名であった。
　同校のシュミット教授の影響もあろうかと思うが、シュミット教授に対しては国鉄研究所用の試験車を作ることを頼んだ。
　私が大正時代の末にシカゴヘ行ったとき、シュミット教授はある会社に勤務されていたが、あの試験車を日本に渡すのが嬉しかったといっておられた。
　ペンシルバニア鉄道のアルツーナ工場の一部に、機関車を車輪の上で回転して試験をする装置があって、種々の機関車の試験結果を発表していた。
　私が訪問したとき試験装置は休んでいたので、その理由を訊ねたら、この不景気にそんなことはしておられないとのことであった。
　スーパーインテンデントのキ−ゼル氏はなかなかの学者で、私には非常に親切にして下さったが、その時代にはアメリカの鉄道会社は自己の費用で自己のために研究するのだとの精神が強く、各自思い思いの研究をなしたのである。
　比較的悪い路線の上に、安全に列車を運転するために機関車の構造は進んだのであり、駅間距離が長く、一般の駅にはプラットホームがなく、黒人のボーイが客車の一端に踏台をおいてくれるのてあり、できるだけ安くなるような鉄道の仕組みである。
　国鉄の土木部で私より先輩の人の帰国談によると、鉄道会社で製造する揚合に、下図なしにいきなりトレーシングペーパーの上に製図するのだそうで、技術の熟練が必要であるが、どこまでも人力省略の国といえよう。
　かく機関車の研究が進められる一方、バイオ二ア精神はますます強く、鉄道は西へ西へと延長された。
　鉄道の開通した地方は開けた土地になり、土地と鉄道との関係は密接である。
　鉄道の西進はますます進み、ついに太平洋岸のサンフランシスコに達するに至った。
　サザン・パシフィック鉄道では、その完成を記念して、サンフランシスコ湾の南の方にスタンホード大学を建設した。
　大学に寄付した土地の面積は広大なもので、今でも大学が資金を要するとこの土地の一部を売却してこれに充てるという。
　この鉄道が買収した土地は定めし安いものであったのであろう。
　サンフランシスコ湾の対岸のバークレーにはカリフォルニア大学が建設され、アメリカでも屈指の大学にまで発展し、ロサンゼルスには分校を持っている。
　カリフオルニア州は一州で相当の面積を有し、人口も多く、アメリカの重要な州となった。
　また、シアトルには別の鉄道が発達しており、アメリカの鉄道は人口の割合に大発展をとげた。
　同時に工業も至る所で発達し、列車の大きさは連結器改良の効果も加わってヨーロッパの比でなくなった。
　従って、機関車も大形のものを要することとなり、動軸4本の機関車がアメリカで生まれた。
　さらに大形のものが要求され動軸6本や8本のものも作るに至った。
　これはマレー式機関車と称するもので、発明はヨーロッパである。
　ドイツのマッファイ工場が博覧会に出品したこの小形のものを日本鉄道会社が購入したが（4500形）、日本ではその必要はあまりなかったのであろう。
　この形式では長大な一個のボイラの下に2台の台枠を中央で結び付けたもので、後部の台枠には高圧シリンダ、前部の台枠には低圧シリンダを取り付けている。
　各台枠には4本くらいの動輪を有するものであるから、動輪の数が多くても曲線を通過できるもので、アメリカのように長大な列車を引張るのに利用されたものである。
　動輪5本の機関車は、明治の末頃からドイツで用い始められた。
　動輪をすべて固定輪とすれば曲線通過が困難なので、何本かの動輪に横動性を与えたもので、島安次郎氏がベルリン滞在中その特徴を認め、本省に進言して4100形の注文となったものである。
　以上のように蒸気機関車は発達してきた。
　その発達は旧来の方式に幾分ずつかの改良を加えつつ進んできたもので、そめ発達は国情によって異なるが、機関車の性質から見ると、蒸気圧力の上昇と大きさの増大によって必要な需要を充たしてきたのである。
　圧力の上昇については、大体12気圧が最大で、それ以上上げると保守に費用かかかるからという研究結果が発表されたことがある。
　相当信用ある研究結果であるためか、大体この程度が標準として使われるものが多かった。
　明治時代の末になって、過熱蒸気を使うのがよいという議論が出て、種々の考案が発表された。
　これは蒸気機関車の性能の改良で、蒸気機関車としては大きな出来事である。
　種々の考案のうちで、ドイツのウイルヘルム・シュミットのものが成功したのであり、プロシャ国有鉄道のガルベの協力があった。
　過熱された蒸気の温度は300〜350°Cであるから、これを発生するにも、使用するにも種々の困難があった。
　しかし、この改良は世界各国で採用され、新式の機関車とレてはそれが普通のものとなった。
　英国では過熱蒸気の採用には遅れたが、大体同時代から給水加熱器が使われるようになって、これも機関車の必要装置となった。
　この両者によって機関車の性能は一段と改良され、さらに機械工作その他の改良によって、蒸気圧力は20気圧近くまで常用されるようになった。
　そこで圧力17〜18気圧程度の給水加熱器付過熱蒸気機関車が標準機関車となっていった。
　速度は急行列車の場合120km/h以下で、高速に耐えうる動輪連結車が各国で使用され、一方、貨物列車では国情によって著しく異なるが、4動輪連結以上のものが標準機関車として使用されるようになったのである。
　汽車にはブレーキを要することはもちろんである。
　ゲージ戦争当時、英国における汽車の速度は大いに速かったから、ブレーキも進んでいたように思われるが、ブレーキの進歩は案外遅れていたようである。
　汽車のブレーキは、機関車にブレーキをかけると同時に、引張重量すなわち、けん引車両にもブレーキのかかることが望ましい。
　1869年にアメリカのジョージ・ウェスチングハウスが空気を使用するブレーキを発明した。
　空気を使用して引張重量にもブレーキがかかる貫通ブレーキが使われるようになった。
　英国では圧縮空気の代わりに真空を利用する真空ブレーキを使用するに至り、オーストリアもこれにならった。
　速度・引張重量が大となり、列車数が増加するにつれ、ブレーキに対する要求はなかなか難しくなり、空気ブレーキにも種々の種類ができた。
　ヨーロッパでもウェスチングハウス式を採用した国もあり、ドイツでは別の種類を使用するに至った。
　結局、空気ブレーキは今は一般化し、その種類は各国の汽車の事情により種々のものが使用されるに至った。
　ブレーキに使用するため圧縮空気を作ると、それを利用して汽車の色々な設備を改良することができるようになった。

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