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3章　日本における高速度電動機の発達

3.1　釣掛式電動機の進歩の径過

　明治23年（1890)上野公園で開催された第3回内国博覧会に東京電灯会社は欧米で盛んに行われている電気鉄道の効用を一般に示すため、現物を購入して会場で運転した。
　この企ては世人の注目を喚起して非常な好成績を挙げたので、各地に電気鉄道の計画がおこった。
　すなわち明治28年（1895)1月31日京都電気鉄道株式会社（京都市電の前身)が、京都市の伏見線、塩小路高倉−京橋間6・6kmに輸入の電車を運転したのが営業運転の最初であり、明治末期には合計46会社の設立を見てますます増加の一途をたどった。
　国有鉄道は明治39年（1906)10月甲武鉄道株式会社の御茶ノ水−中野間12kmの電車運転を買収したのが最初である。
　一方これらの車両ならびに電気機器は、全部が欧米からの輸入品で、需要をすべて外国に仰いでいたのである。
　ことに主電動機は、その特殊な構造を持つため、日本では到底製作は不可能であるとまで思われていた。
　明治42年（1909）に三菱造船株式会社神戸造船所電気部（後に三菱電機株式会社の設立とともに、新会社に統合せられた）は苦心の末、国産の電車電動機を完成し、鯰田炭鉱納入の日本最初の電気機関車として注目を浴びた。
　これは、重量3tで10ＨＰの電動機が3台取付いたものであった。
　大正4年（1915）には、20tの電気機関車として125ＨＰの主電動機の国産に成功し、大正5年（1916）には1200Ｖ高圧用主電動機も完成した。
　しかしながら、当時は専ら舶来品依存の時代であり、ことに電車電動機は特殊の状態にあったために、経験の浅い国産品では満足な成績を挙げることが困難であった。
　当時の電動機は、いずれも分割形密閉式で軸受の給油にはオイルリングを使用していたが、すでに補極付にはなっていた。
　大正7−8年頃（1918−1919）迄は市街電車は床面が高く、乗降に不便であったが、これにかわって26インチまたは24インチのチルド車輪（chilled wheel） の低床電車の出現を見るに至った。
　このことは直ちに電車電動機に革新を促がして、小型軽量電動機の設計を促進し、釣掛式電動機の長足の進歩を遂げるに至る発端となった。
　この当時の電動機革新の内容は次の通りである。
　�@　全閉分割型が箱枠自己通風型となったこと
　�A　界磁コイルに特殊ゴムパウンドを浸透させる方法が生れ、防湿が完全となったこと
　�B　歯数の材質ならびに歯形の進歩によって、高い歯車比が可能となり、従って電動機の回転数を高め得たこと
　�C　優良な炭素ブラシの出現により、ブラシ、従って整流子の寸法が縮少できたこと
　�D　可鍛鋳鉄のギヤーケースが鋼板製にかわったこと

この当時の電動機の小型軽量化の進歩の状況を3.1表に示す。 　オイルリングによる給油は振動の多い電気車用電動機に対しては不具合の点が多く、不完全なものであったが、オイルリングによる給油から現在のようなウェイスト（waste）給油にかわったのは、大正13年（1924）で、これは大正10年（1916）頃東京市電に輸入された英国のピッカース製、50ＨＰの電動機がウェスイトによる給油式を採用した最新形のものであったので、　日本でもこの設計を採り入れて以来、オイルリングは廃れてウェスト給油方式にきりかわった。

　国有鉄道が国産品採用にきりかわったのは、大正12年（1923）頃で750Ｖ150ＨＰの主電動機が国産で納入された。
　この当時までの省線（国鉄）電車の電圧は1,200Vで、電動機はＧＥ製244形600Ｖ105ＨＰが採用されていたが、その後、電圧が1,500Vに変更され、従って電動機容量も150ＨＰに変更されて、国内メーカーの製品が採用されることとなった。
　最初4極の設計が成績不良のため、次いで6極に設計変更されたが、未だ整流に難点があった。
　しかし一方では、4極の設計の試作で好成績を得た国内メーカーもあったので、ついに4極採用ときまり、ここにあらためて、標準電動機の共同設計に移り、ＭＴ-15形電動機が生れるに至った。

ＭＴ-15形の1時間定格は次の通りである。 　100kＷ　675Ｖ 172Ａ 653rpm 　2,100kg 　このＭＴ-15形はその後、一部変更せられてＭＴ-16形となり、さらに昭和11年（1936)にはこの100kＷのものと同じ外形寸法で、ＭＴ-30形125kＷが設計され、25％の出力増強となった。 　ＭＴ-3０形はさらに昭和21年（1946)に750V定格電圧とし、多少の設計変更も行って、ＭＴ-40形、142kＷとなり、現在に至っている。 　ＭＴ30形、Ｍ40形の定格を3.2表に示す。

　かくして大正12年（1923）頃以降は、日本の電気鉄道は完全に輸入電機品から国産電機品に転換し、この当時急速に延びつつあった民間鉄道の電化と僅かながら進展しつつあった国有鉄道電化の需要に支えられて、釣掛式電動機の躍進時代を迎えた。
　必要は発明を生んで、欧米に劣らぬ釣掛式電動機が国内メーカーで製作出来ることとなった。
　大都市の市街電車はもちろん、京浜急行・名古屋鉄道・阪神電鉄・東京急行・南海電鉄・山陽電鉄・西日本鉄道・京阪神急行・京阪電鉄・東武鉄道・京成電鉄・京王帝都電鉄・近畿日本鉄道および小田急電鉄などの600Ｖあるいは1,500Ｖの郊外電車が建設されたのは、明治末期から昭和の初期であり、昭和2年（1927）には東京地下鉄（現・帝都高速度交通営団）が建設されて、日本最初の地下鉄電車となった。
　600Ｖ架線に対し、300Ｖの主電動機を2台永久直列に接続する方式は、昭和4年（1929）三重交通の760mm軌間の路線で採用され、三菱電機製のＭＢ-216形1時間定格で300Ｖ、30ＨＰ、90Ａ、950rpm、590kgの電動機が納入された。
　この電動機は整流が良好で、長期間にわたり無故障を誇り、現在もなお好成績で運転されているが300V電動機の実施例はその後も極めて稀れであって、殆ど600Ｖ線電圧に600Ｖ電動機が使用されてきている。
　昭和19年（1944）には、朝鮮鉄道の直流3,000Vの電化に刻し、はじめて東芝・日立・三菱で3,000Ｖ電気機関車を完成し、1,500Ｖ、350kＷの主電動機の製作に成功したことは特筆に値いする。
　第2次大戦｛昭和16年（1941）上〜20年（1945）｝末期においては、資材の窮乏甚だしく、代用品の研究を余儀なくされて、電車電動機も鋼材をアルミニウムにおきかえることを研究した。
　電機子コイル・界磁コイルをアルミニウムにおきかえた電動機の試作例も2、3あったがアルミニウムの導体接続のための半田揚げがその酸化皮膜に邪摩されて、困難であるという本質的な弱点にわざわいされ、実用とならないうちに終戦となった。
　戦後は戦災と戦時中の酷使によって失われた輸送力を戦前の水準まで回復することに努力が払われて、釣掛式電動機の需要は旺盛であったが、在来品との互換性などの理由で、新設計は少く、資材の不足と品質低下も手伝って、電動機の設計、製作の技術は停滞した。
　昭和25年（1950）頃から始まった高速度慰動機の研究は材料の進歩を促し、また新しい合成樹脂材料が続々と登場して、これらの進歩した金属材料と絶縁材料が、在来の設計の釣掛式電動機に応用され、同じサイズのままで30％程度の出力の増強となったほか、釣掛式電動機の高速化をはかった新設計電動機も出現して実用された。
　しかし乍ら、電車電動機の研究の対象は、釣掛式からバネ吊り式に移って電気鉄道に大きな転機を画することになったのである。
　かくして、昭和30年（1955)現在の民間鉄道の電化区間キロは6,000km、国有鉄道は1,943.7km、電動車の両数は民間鉄道8,325両、国有鉄道1,695両の多きに達し、この電動車の大部分が釣掛式電動機による直接駆動方式であって、この実績と豊富な経験は世界有数の直流電化国として誇り得るに至っている。

3.2 分離駆動方式の導入  top

　日本における高速度電動機の経験の最初はトロリーバスである。
　トロリーパスが初めて建設されたのは、昭和4年（1929)であって、当時の阪神急行によって、新花屋敷−花屋敷間に28人乗り、20ＨＰ 1,500rpmの電動機付きのトロリーバスが運転された。
　昭和5年（1930)には電気自動車も出現し、昭和7年（1932)には、三菱電機と日本車輛の製作になる50人乗りのトロリーバスが京都市で運転された。
　主電動機はＭＢ-1001-Ａ形1時間定格600Ｖ35ＨＰ,50Ａ,1900rpm、重量290kgの電動機が2台取付けていたので、これは京都市の西院−四条大宮間の現在のトロリーバス路線に最近まで運転されていた。
　同じ頃東芝製のトロリーバスも出現した。
　さらに昭和17年（1942）には、名古屋市交通局にトロリーバス17両が、三菱電機と広瀬車輛の製作で納入されたが、戦後に撤去されてしまった。
　この電動機の1時間定格は次の通りである。
　ＭＢ-1003-Ａ形50kＷ 600Ｖ 94Ａ 1,700rpm以上
　いずれも高速度電動機は車体に支持され、自動車と同じように、推進軸でウオームギヤーあるいはベベルギヤーに動力を伝達する方式であった。
　電車に分離駆動方式を採用することを最初に試みたのは、昭和19年（1944)であった。
　国家総動員試験研究令によって、市街電車動力伝達装置の研究が行われることとなり、当時の運輸省から研究補助金が出て、三菱電機と川崎車輛との協付の試作研究が命ぜられた。
　研究を担当されたのは三菱電機の弘田実禧氏（現三菱電機常務取締役)と川崎車輛の岡村馨氏（現川崎車両常務取締役)であって、主電動機は50kＷの高速度電動機とし、減速方式はウオームギヤーとするか、スパーギヤーの2段減速とするかあるいはＷＮ方式とするか研究の上、いずれかを選ぶこととなっていた。これは戦時下資材切迫の折柄とて、資材節減電車の設計を目標として着手されたものであったが、残念乍ら、設計図のみで試作するに至らず終戦となり、立消えてしまった。
　戦中、戦後の技術の後退と工業設備の壊滅および欧米の技術情報、技術資材の入手が困難であったことなどの理由によって、すべての工業水準が世界水準から甚だしく立後れたが、電気鉄道分野においても、また例外ではなかった。
　とぼしい、資材を利用して輸送力を戦前の水準まで回復することに多忙であったため、依然として在来の釣掛式電動機が製作されたことは、前述の通りである。
　昭和25年（1950)頃から、欧米の技術資料が僅か乍ら入手可能となり、ＰＣＣ電車や1948年から50年にかけてのNew､York地下鉄の大量のＷＮ駆動方式の新造車の情報なども知り得るに至った。
　帝都高速度交通営団で丸の内新線用の分離駆動方式の研究が始まったのもこの当時であり、米ＷＨ社から入手したＷＮ駆動方式や高速度電動機の図面を見て、その格段の技術進歩に目を見張ったのもこの当時である。
　メーカーと需要家の研究が漸く実を結んで昭和27年（1952)頃から、国産による分離駆動方式がぽつぽつ登場しはじめ、名古屋鉄道において三菱電機・住友金属の協同製作の110kＷ、1,600rpmの直角カルダンドライブ、東芝の製作になる直角カルダンドライブおよび東洋電機・汽車会社の協同製作となる中空軸式平行カルダンドライプなど各メーカーの試作品による走行試験が行われたのは昭和27年（1952)であった。
　また同じ年に東武鉄道においで東芝製の直角カルダンドライブが試験された。
　昭和28年（1953）日本鉄道技術協会（ＪＲＥＡ）の電車バネ下重量研究委員会は、東芝製直角カルダン台車、三菱・住友製直角カルダン台車、東洋・汽車製中空軸平行カルグン台車、日立製クイル台車および国鉄釣掛式台車､ＤＴ-17形など、5種類の台車について、国鉄線および小田急線において、車両振動・騒音、レールに与えられる応力について、最高110km/hの速度までの各速度について、走行試験を行い、バネ下重量の及ぼす影響について調査をした。
　同年に三菱電機・住友金属・ナニワ工機の協同試作になる、ＰＣＣ電車が1両東京都電に納入された。
　これはＷＨ社方式の高速度電動機が三菱電機で製作され7：17のＰＣＣ標準歯車比のハイポイドギヤーがアメリカから輸入されて、住友製のＰＣＣ標準台車に取付けられた。
　こうして日本で初めてのＰＣＣ電車がアメリカに20年遅れて登場したが、この20年の遅れはそのままこの当時における日本とアメリカとの技術水準の懸隔を物語っている。
　また京阪電鉄の新造車として、東洋電機製の中空軸・平行カルダンドライブと、三菱電機製のＷＮドライブとが採用され、ともに75kＷの高速度電動機を取付けて1両ずつ製作納入された。
　名古屋市電に日立製、直角カルダンドライブ30kＷの高速度電動機付き試作車が1両運転されたのも同年であった。
　昭和29年（1954）1月、帝都高速度交通営団の新設地下鉄丸の内線に、三菱電機製ＷＮのドライプ100ＨＰの高速度電動機付きの新造車30両が納入され、営業運転が開始された。
　この地下鉄新路線にNew York 地下鉄の1948年の新造車と全く同一の仕様と性能のＷＮドライブが大量に運転を開始されたことは、この時まで試作試験程度の経験しか持合さなかった日本の電気鉄道に新しい息吹を与え、さらに日本とアメリカとの20年の技術の遅れを一挙に短縮したという自信と信頼は、分離駆動方式時代への転機となり、力強い第一歩となった。
　続いて東京急行・京成電鉄・阪神電鉄・小田急電鉄・近畿日本鉄道・奈良電鉄・京阪神急行・南海電鉄・神戸市電および西日本電鉄に直角カルダンドライプ、ＷＮドライブ、中空軸平行カルダンドライプなどがそれぞれ採用された。
　このように、高速度電動機が多数採用されたにもかかわらず、日本においては未だ標準仕様が規定されてなく暫定的にＡＩＥＥとかＢＳＳのような外国規格に頼らざるを得ない実状であったので、私鉄経営者協会技術委員会は、昭和28年（1953）1月標準仕様作成に着手、昭和29年（1954）5月にＪＰＲＳ-1（1954）を制定した。
　分離駆動方式の採用はますます活発となり、昭和30年（1955)には相模鉄道および名古屋鉄道、昭和31年（1956)には京浜急行電鉄・富士山麓電鉄・大阪市電・山陽電鉄・富山地鉄および長野電鉄などが新造車にこれを採用した。
　永年にわたって釣掛式電動機による電車運転を続けてきた国有鉄道は、ついに分離駆動方式の採用を決定し、主電動機はＭＴ-46形、1時間定格100kＷ 375Ｖ 300Ａ1,800rpm最大回転数4,320rpm、駆動方式は中空軸平行カルダンドライブとなって試作が行われ、昭和32年（1957)に営業運転が開始された。
　かくして、国鉄と殆ど全部の主要な地方鉄道が標準軌と狭軌のいかんを問わず、新駆動方式に踏切ることになって、現在運転中のもの24社、車両数は247両の多きに達している。
このように日本の電気鉄道は分離駆動方式の試作試験時代を終えて、今や躍進時代を迎えつつあり、今後の発展が期待されている。
　これらの実績を一括して表示すれば3.3表となる。

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