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スイス製のED12・ED54電気機関車(日高冬比古の電気機関車発達史3) 
(JNRの電気機関車3 ED10 
鉄道ファン 1963/7

目次

1 アメリカWH社製のED10
2 アメリカGE製のED11・ED14
3 スイス製のED12・ED54電気機関車
4 初めての国産電気機関車EB10・ED15
5 碓氷峠のアプト式電気機関車EC40・ED40・ED41・ED42
6 イギリスEE(ディッカー)製電気機関車
7 アメリカWH&BLW製ED53・EF51電気機関車
8 その他輸入電気機関車
9 戦前戦中の国産電気機関車

1 車輪の大きいED12

2 ブーフリー式のED54

 今回はかって国鉄の電気機関車のうちで、最も大きな特徴を持ったスイス製の機関車を紹介しよう。
 鉄道の97%を電化しているスイスの電気機関車は、世界で最もすぐれているものの一つと見て良いであろう。
 それだけにヨーロッパの中でも一家をなして、独特の風格のある機関車を造りだしている。
 しかし我国にはあまり馴染みはなく、国鉄でか僅かにED12、ED54、ED41の3形式だけである。
 アプト式のED41は別の機会に譲ることにして、前2形式は一見して他の米、英、ドイツの機関車とはかなり趣が変っている。
 長く突き出た屋根の庇(ひさし)や、前方に狭くなった運転室前面の片よった出入口、屋根上の元空気溜などは両形式の共通した外観の特徴である。
 形も変っているがその構造も興味深いものがあって、云わばひとくせあるといった感じがする。
 更にもう一つの共通点は、この2形式共、電気部分は今も世界的に優秀な電気品を供給しているBBC(AG BrounBoveri und Cie)ブラウンボベリーであることで、機械部分の製造が異る点で異母兄弟というところになろうか。

ED12 No.ED12−1、ED12−2、旧称1020形 1020、1021 top

  ED12は前述の通り電気部分はBBC、機械部分をSchwei-zerische Wagons-und Aufzugefabrik, Schlieren(シュリーレン)で合作した。
 車体にはずらりと窓がならんでいるが、片側は全て通風窓、片側は一つおきにガラス窓となっている。
 屋根は妻から長く庇をつき出していて、出入台を覆いその先にやや下向に前灯がついている。
 図面にも描かれているが、その取付位置が変っていて、前灯の中心の辺に屋根の前端がきている。
 この前照灯はデッキ下端の尾灯と同じくつるの付いたおよそ時代がかった形をしているのもスイス風で面白い。
 パンタグラフはPS5形と称ばれるもので、舟は1本しかない。
 押上力の高さによる変化が少く架線への追随性がいいので、1本でも充分な集電容量をもつのだという。
 そのパンタグラフの間に大きな元空気溜が長手に置かれている。この形は目本に来た機関車には例が少ない。
 台車はアーチキュレートタイプで、台枠はヨーロッパ系の例で板台枠である。
 がっちりとアングルで補強した台枠に、軸箱の取付方やブレーキ装置、砂箱とそれぞれ細かい特徴も発見できる。
 前端の排障器はスイス独特のもので、これだけはED54には見られないのも面白い。
 動輪直径は他の機関車が大てい1250φ(「マル」と読み、直径mmを示す)であるのに1400φと一段大きい。
 主電動機の出力を車輪に伝える、減速歯車装置は両側にある。この方法は1435mm軌間のものにはたまにはあるが、1067mm軌間のものではED12が唯一の例ではなかろうか。
 歯車が両側にあると主電動機軸、車軸にねじりがかからず強度上有利だが、複雑になり歯車の歯の位相をそろえないと反って不具合となるので、工作精度を一段と上げる必要があるなど難しい点もある。
 両側の歯車装置に押えられて軸方向長さが制限され、外形が大きくなった主電動機のため、動輪直径が1400φと大きくなったのであろう。
 主電動機はブラウンボベリーらしい優秀なもので、界磁弱めが部分で20%であるのに、工場で修繕したとき間違えて20%が残るように、すなわち80%弱めにしてしまい、貨物列車を引いていても弱め界磁ノッチに入れると電車を追い抜くほどのスピードが出て、機関士を喜ばせたことがあるという。
 こんな無茶な使い方をしても故障せず、のちに西武鉄道に譲渡されたとき、固定巻線は輸入当時のままで使っていたのがわかったほどであった。
 ただ電動発電機や電動送風機が国産機のように各々が独立した電動機を持たず、別々に置かれた機器を継手でつないで回していたので、心出しや、継手の損傷には泣かされたという。


図1 ED12電気機関車
動輪直径が他の機関車が1250mmであるのに1400mmと大きい

図2 ED12形式図(上)と主要諸元(下)

機関車重量
 運転整備全重量
 空車全重量
電気方式
機関車容量
 1時間定格出力
 〃 引張力(全界磁)
 〃 速  度( 〃 )
 電動機形式
   〃 個数
最大運転速度

59.22t
58.92t
直流1500V

875kW
10200kg
31km/h
MT11
4
65km/h
動力伝達装置
 1段歯車減速釣掛式
歯数比    23 : 90=1 : 3.91
制御方式
 非重連、2段組合せ、
 弱界磁制御

制御装置
 電磁空気単位スイッチ式
 制御回路電圧      100V
ブレーキ装置
 EL14A空気ブレーキ
 手ブレーキ
製造初年       大正12年

 今なら合成ゴムを使った色々の継手があり、平行でなかろうが、変位していようが、平気で動力を伝えられるのだが、当時は継手材料に革しかなかったからだ。
 1927〜28年東海道線で1000tの貨物列車を引いて走ったり、勾配途中で起動したりという試験がED10とED12で行なわれた。ED12の方が多少余裕のある所を示した。
 そして定数はED10は80、ED12は100に定められた。
 起動の時、抵抗を順々に短絡し、主電動機の組合せを変えるのに、アメリカ流の単位スイッチを使わずカム軸接触器を使っている。
 後年、ほかの貨物用電機が中央線に去ったのちも、ED10、13と共に長く東海道線にあって貨物列車を引いたが、ED12−1は1948年11月、ED12−2は1949年3月に廃車になり、西武鉄道に譲渡され、51、52になった。
 西武では線路に合せて軸重を軽くするため、主電動機を冷す送風機を撤去し空気圧縮機を小形のものにするなどの改造を行なったので出力はかなり減ったが、外形は運転室に窓を増設した位で殆ど変っていないのは嬉しい。
 最近は同社の機関車カラーの赤に塗られて、第2回に紹会済みのED10、11などと共に活躍している。

ED54 No.ED54−1、ED54−2 旧称7000形 7000・7001 top

 この形式は前述のED12やほかの日本の電気機関車とは全く異った構造を有しており、この意味でも最もスイス的な機関車であった。
 製造は電気部分はED12と同じくBBC、機械部分はSLM製であるから、同じスイス製のED12と共通の特徴を有してはいるか、その他にどの機関車にも見られない大きな特色を持っている。


図3 ED54電気機関車の左側
窓は5個と通風窓が2個


図4 ED54電気機関車の右側
窓は3個でその他に通風窓や開戸のような窓が数多く並ぶ

 先づ外観は図3、図4の写真の示すように、機械室部分の左右の側面が全然異っている。
 片側は窓は5個と通風窓が2個、他の側は窓は3個でその他に通風窓や開戸のような窓が数多く並ぶといった工合で、左右は全く非対照である。
 これは図5の形式図でもわかるように、室内の機器配置が動力伝達装置を独特のものを採用しているため主電動機が機械室床上に出て、さらにその上に電動送風機が載せてあり天井近くまでのスペースを占めているので、そのほかの電動カム軸接触器、主抵抗器、電動発電機は片側に寄せてある。
 その為にこちら側の外面には幾つもの開戸のある窓がいるわけである。
 主抵抗器は床下から屋根上へ抜けるダクト(風通)の中に並べられている。
 さて図面に示されているが、この機関車の動輪直径は日本の電気機関車中最大の1600φである。
 蒸気機関車では、86、C50クラスで、この大動輪が軸間は1700mmと1900mmで4個も並んでいるのだから壮観と思いきや、写真のように動力伝達装置のある側は歯車箱で覆われ、他の側は上半分を制御機器で覆われているので、僅かに半分しか動輪は姿を見せていない。
 このように台車廻りもこれ又なかなか特微がある。
 電気機関車には珍らしく内側台枠で、1948年廃車になるまでずっと1D1形として扱かわれてきた。
 形式図を見ても明らかにD形機であるが、実は彼女は”1A+B+A1”だったのである。
 もう一度図5を良く見ていただきたい。


図5 ED54形式図(上)と主要諸元表(下)

機関車重量
 運転整備全重量
  
〃 動輪上重量
 空車全重量
電気方式
機関車容量
 1時間定格出力(注)
 〃 引張力(弱界磁)
 〃 速  度( 〃 )
 電動機形式
   〃 個数
最大運転速度

78.05t
59.75t
77.69t
直流1500V

875kW
8200kg
68km/h
MT20
4
95km/h
動力伝達装置
 1段歯車減速釣掛式
歯数比    34 : 114=1 : 3.35
制御方式
 非重連、2段組合せ、
 弱界磁制御

制御装置
 電磁空気単位スイッチ式
 制御回路電圧      100V
ブレーキ装置
 EL14A空気ブレーキ
 手ブレーキ
製造初年       昭和1年

 全軸距9900mmは記入してあるのに、全動軸距が記入していないことに気が付かれると思う。
 動軸距は1−2間、2−3間、3−4間がそれぞれ1700mm、1900mm、1700mmで、レール面をあらわす線は2−3間の1900mmのみを固定軸距を示す太線になっている。
 事実固定軸距は1900なのである。
 試みに全動軸距を求めると5300mmとなり、もし4軸固定とすると建設規定の制限4600mmを700mmも超えることになる。
 ただ表現の仕方を機械的に1D1としたのでもあろうが、5300mmの軸距では国鉄の線路へ入れるわけにはゆかない。
 それで固定軸距を短くしなければならないわけである。
 電気機関車はこのED54、EB10、それにアプトのEC40とED40が固定台枠である以外は、みな2組以上の台車枠をそなえているので、軸距の長くなる心配は少い。固定軸距の最長はEF52形で4400mmである。
 D形機でもロッドで結んで一群として動力を伝えなければならない蒸機では特に横遊びを軸につけることで、曲線の通過を容易にしていることは、既に皆さんはよく御存知のことであろう。
 ところでこのED54の台車の構造は単なる横遊びではなく先軸とそれに隣る動軸を一つの台枠に取付け、両端の動軸の内側約300mmの所にピンを中心とした2軸心向き台車を形造っている。
 曲線では先輪が首を振ると、両端の動軸も中心の方を向くようにしてある。
 横遊びよりも円滑な走行ができることはいうまでもない。
 復元は先軸の上につけた重ね板バネで行う。
 先台車重量は先輪に対してバネ上重量になるし、先輪にもブレーキを備えるなど全く至れりつくせりというところだ。
 機関車重量は動輪には普通のやり方の下バネで、先台車には先輪寄りにある荷重分配装置で支えられている。
 動軸が首を振る時、バネ装置ではバネ吊りが傾き動力伝達装置では、ブーフリ式の球面クランクビンが変位を許す。
 こんな台車構造の機関車を、普通のD形と同一視するのはどんなものであろうか。
 1A+B+A1と呼ぶことが真実を伝えるものと考える。

 本機最大の特徴の動力伝達装置はブーフリ(Buchli)式単独可撓動力伝達装置(図6)と称ばれるもので、そのために固定主台枠を採用し、主電動機は主台枠に取付られているわけである。
 他の形式では台枠の中に動輪と主電動機が収まっているがこの点がED54の違う点である。
 ブーフリ式伝達装置の主電動機と歯車の関係は図18に示すように動輪の外側に大歯車があり、歯車側には補助の台枠があって、大歯車と小歯車を支えている。
 小歯車には主電動機に2個、補助台枠に1個の計3個の軸受がありクランクピン間を2本のリンクと2本のレバーを組合せたブーフリ式伝達装置が結んでいる。
 これをもっとわかり良く骨組だけを描くと図7のようになっている。
 この図で 1 は大歯車につけたクランクピン、2は動輪につけたクランクピン、3はリンク、4はレバーでセクタ(歯車の歯の一部)がついており、噛み合っている。
 5はリンクとレバー4をつなぐピンである。
 2と5の部分は球面になっている。
 図で車輪が上下に動くと、クランクピン2が上下に働くがセククがかみ合っているので、車輪は歯車に対して回転はしない。
 また図と直角の位置になった時、車輪が上下に動くと、リンク3は平行であるので、車輪は歯車に対して回転はしない。
 しかし厳密には角速度は一定でない。
 このような機構で車輪と歯車との変位を自由に許しながら動力を伝えるのである。
 潤滑は歯車軸端につけたクランクピンで駆動する油ポンプをそなえて強制的に給油するようになっている。
 歯車側の写真でも見えるが、丁度軸箱のように歯車軸端に油ポンプがあり、油管が出ているのがおわかりになると思う。
 この部分の分解組立は特定の位置でクランクピンとリンクの縁を切って行なうので、そのための穴が歯車箱に設けてあり特徴のある側面を見せている(図8)
 レールから来る衝撃を主電動機に伝えないため、歯車を歯の部分(歯車輪)とボスの部分(歯車心)を別体にしバネを入れて回転方向に弾性を与えることは大形電気機関車の常識であり、通例はスペースの充分にある大歯車に入れるのであるが、ED54では大歯車内部はレバーやリンクを収めるために箱形になっているので、小歯車がバネ入りとなっている。
 これは旅客用電気機関車では歯車比が小さく、小歯車径が大きいから可能なのである。
 ブーフリ式の場合、動輪直径、歯車比、1軸あたりの引張力、出力の組合せの範囲に限界があって、あまり低速度の機関車には向かない。


図6 ブーフリ式動力伝達装置説明図

図7 ブーフリ式動力伝達装置説明用略図


図8 ED54−2の歯車側の動輪と駆動装置

 限界を拡げるために2段減速を計画した例もあり、また双子電動機を使った例もある。
 このブーフリドライブの採用でバネ上重量となった主電動機は優秀なブラシ支えを備え故障絶無を誇り、1時間定格375kWを出し4軸のこの機関車に1500kWの出力を与えている。
 機関車出力としては、14年後の1940年にEF57が1600kWを定格としてED54を破ったが、EF57は暖房ボイラをのせたにせよ空車重量105.26tに対しED54は空車重量77.68tであるし、1軸あたりの出力では1960年ED60と61が390kWを出すことになって、やっと記録を破ったように見えるが、ED54は架線電圧1350Vで定格を定めてあるのに、ED60、61では1500Vで定めてあって1350Vにすれば350kW程度になるので、ED54のMT20の持つ記録は破られていないことになる。
 1時間定格出力時の効率94%もほかの電動機とくらべ2〜6%高い。
 ED50、ED53、EF50、それにED54の4形式の機関車に一定重量の列車を引かせ、直線と半径600mおよび400mの曲線を種々の速さで走らせた時に、軌道に及ぼす影響を調査したことがある。
 低速では余り差はないが70km/h以上の速さになるとED54があきらかに良く、直線での走行安定も良いことが知られた。
 電気部分について述べよう。
 BBC独特のパンタグラフはED12のと同じPS5形だが骨組が少し違う。
 1500kwのこの機関車に電流を供給するのに舟が1つしかなく、追随性の良さを誇り自信の程を示している。
 電気的にパンクグラフの次に「塞流コイル」があり、次に遮断器がある。
 この遮断器は電磁空気で切入し手動でも切入でき、過負荷の時には過負荷継電器が直接切るようになっている。
 大きな形をしていて主接触部のほかに2組の接触部があり、強力な吹消コイル2組と減流抵抗を1組そなえ、二段切りをして遮断時のサージ電圧を低くおさえるようにしている。
 制御装置にアンサリングデバイスをそなえ、速度制御ハンドルの働きにカム軸の動きを追随させ、ノッチ戻しを可能にしてある。
 カム軸接触器式という点では同じでもEE製の機関車が、1ノッチでも戻せば遮断器がオフになり、3000Vを越えるサージ電圧が補助回転機を破損したのとは著しい対照を示している。
 運転台の機器は形式図でも解るがテーブル状に配置してあり、逆転器ハンドル、遮断器ハンドルは青銅製で重さがそれぞれ600gもあるのでブレーキ弁ハンドルを持って歩かねばならず、運転台交換の時は荷物が多くて困ったものだときいた。(普通はブレーキ弁ハンドルと小形の逆転ハンブルだけである)
 このように優れた特徴をいくつも持つこの機関車が割合に早く本線を去り、支線に廻されることもなく廃車になったのはどうしてであろう。
 2両しかないために運用しにくかったことなどによるものであろう。
 この機関車にしてもEF51にしても、もしEF50のように8両もあれば案外長く東海道で使われたかもしれない。

 1C+C1の2車体アーチキュレート形のF形機関車のメーカー案(図9)も出たらしいが、当時の国鉄としては2250kWの出力の要求はなかったであろう。
 とにかく継電器類がガラス箱の中に納めてある程精巧であったとか、ブーフリ式が複雑すぎて保守が難しかったともいわれるが、ヨーロッパやアメリカでもこの駆動装置が多く使われていることでもあるし、生れ故郷のスイスで同じように造られたとすると、日本の鉄道工場の技術はこの機関車にふさわしくなかったと云えるのかもしれない。
 ED54はもう動くことはないが、幸いED54−2は珍らしいことに参考に現在大宮工場に保存されている。


図9 1C+C1の2250kWのブーフリ式機関車のメーカー案

 外側はブルーに塗られ中は荒れはててパンタグラフもなくなっているが、運転士席に座ると正面の窓の上にMax Speed 100km/hourと書いたホウロウ鉄板製のプレートが誇らしげに付いている。

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