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碓氷峠のアプト式電気機関車（日高冬比古の電気機関車発達史5）
（ＪＮＲの電気機関車5　ＥＣ40、ＥＤ40、ＥＤ41、ＥＤ42　鉄道ファン　11963/11）

　ブレーキは動輪に制輪子ブレーキが、またラックピニオンにはバンドブレーキが、それぞれ真空と手の両方でかかるようになっている。
　バンドブレーキは溝付でライニングとの接触面積を大きくし、楔作用で大きな摩擦力を出す。
　ライニングは鋳鉄で小さいブロックに分けて、鋼のバンドにリベットで取付てある。

　主幹制御器は直接制御の電車のもののように木の握りのついた主ハンドルと、逆転ハンドル、それにコントローリングディレクタのハンドルがついた大きなものである。
　コントローリングディレクタは今の呼び方でいえば組合せハンドルであって、動輪用モータだけの力行、動輪用モータとラックモータの両方での力行と発電ブレーキの3つの組合せ（略してＡ、Ｒ、Ｂとする）を得るようにしてある。
　組合せを変えるには主ハンドルをオフにしなければならない。
　ＥＤ42ではＡ→Ｒ、Ｒ→Ａは低い速度（抵抗がいくつもはいった状態）でできるようにしてあるが、ＥＣ40ではショックが大きいというような不具合があったのではなかろうか。
　Ａ組合せには9ノッチあり、8ノッチで抵抗が全部抜け9ノッチは界磁をチョークで分路する弱め界磁となっているので、ランニングノッチは2つである。
　Ｒ組合せには15のノッチがあり、1〜8ノッチは直列で抵抗を次第に抜き、9ノッチは弱め界磁、渡り2ノッチがあって、10〜14ノッチは全界磁で抵抗を次第に抜き、15ノッチは弱め界磁、従ってランニングノッチは4つある。
　力行ノッチの1〜3は抵抗が非常に大きく引張力が小さい。
　主として発電ブレーキのためにあるノッチと断ってある。
　Ａ組合せのときでもラックモータは、動輪用モータの電機子と並列にさらに抵抗と直列につながれて回転している。
　こうして無負荷でもオーバースピードにならずに、ラックピニオンの周速が、機関車の走る早さとほぼ等しくなるような回転数でまわる。
　ラック区間に入る時にラックピニオンが止っていると、噛み合ったとたんに急にまわり始め、約5.8倍の速さでまわされるラックモータなどの損傷が避けられないからである。
　ラックとピニオンの位相があっていないのが当然であろうが、ラックモータ軸にある摩擦継手が滑って、うまく噛み合うようになる。
　従って動輪タイヤの磨耗に合わせて、直列抵抗を大きく調整するようになっていた。
　動輪タイヤ磨耗の影響は、Ｒ組合せ、Ｂ組合せの時、ラックモータの負担が次第に大きくなるように出てくるのでラックモータの界磁に並列につなぐ抵抗値を加減するようになっていた。
　Ｂ組合せでは、ラックモータと動輪用モータの界磁を交換して抵抗を抜いて行くやり方で5ノッチある。
　粘着区間では発電ブレーキは使えない。
　Ｒ組合せのままラック区間を出るとラックモー夕が無負荷になり回転数が上がって破損するので、打子の装置があることは前に述べたが、車自体にも回転が早くなると電動機を流れる電流が減るのを検知して遮断器を切るリレーがつけてあった。
　さて、このように制御をする装置がどこにあったかというと、車体の側面下部、外から扉を開ければ点検できる所につけてあったのだ。
　床上に逆転器は接触器群、床下に抵抗器という具合だ。
　抵抗器のカバーはごく古い写真では縦に風窓が開いているように見えるのに、のちにはポケット形の通風口になっていて、大きなヒンジをつけている所を見ると、雨が吹きこむというような不具合があったのかも知れない。
　機器が車体裾まわり一杯に付いているので、車体は窓下に見える帯の所から上下に分れ、下半分は台枠に作り付け、上半分が取り外しでき、さらに主電動機取外しのため屋根が必要な部分だけ外せるようになっている。
　運転は重連で客貨車14両を引くのを建前としていた。
　1両平均重量は客車9t、貨車12tとしてあるから、125t〜168tが列車重量ということになる。
　蒸機時代は1台で小形客貨車7〜8両としてあるが、客貨車の重量がわからないから比較できないが、途中熊ノ平での給水を含めて1時間15分の運転時間が26分短くなって49分になり、黒煙に悩まされることがなくなっただけでも大変な進歩といえるだろう。
　しかし蒸気当時の建設でトンネルが小さいために採用した第3軌条方式は、保線係員を苦しめたといえる。
　さて重連した場合は総括制御をした。
　連結器(バッファも含めて)の強度を考えて、列車を分割してその間に機関車を挟むことにしていたので、長いケーブルを渡して制御した。
　ケーブルはドラムに巻いてあり両端に継手があったから、ケーブルを伸ばしたり巻きとったりするときは継手を抜いておき、つなぐ時両方を挿し込んだので線の捩れやスリップリングの必要はなかったのだ。

　ＥＣ40が走り始めたころ、横川は火力発電所を含めて電気運転という鉄道技術の最先端を行く場所として、恐らく今の東海道新幹線試験区間の鴨ノ宮以上のメッカであっただろうと想像する。
　のちにトロリーポールをパンタグラフに替え第一端運転台の撤去、そのあとへ電動送風機を取付けて主電動機を強制通風式に、車体側窓を開閉式にする改造が行なわれている。
　大正の末には、真空ブレーキと空気ブレーキの両方を備える改造が施されたことが写真からわかるが、狭い室内によくコンプレッサが置けたものだ。
　鉄道ピクトリアル誌の1963年1月No79号に京福電鉄に残る本機が紹介されているが、現在は片側の機械室もなく勿論ラック装置などもないが、日本の最初の電気機関車として1台は保存して置きたい機関車だと思う。

２　国鉄大宮工場製ＥＤ40形 top
        No　ＥＤ40−1〜ＥＤ40−12　旧称10020形

　ブレーキは、真空に代ってＥＬ14Ｂ空気ブレーキになっているほかは種類はＥＣ40と同じになっている。
　ＥＤ42が次々とできて廃車になったＥＤ40の中には、トロリーポールを付けられた位はいい方で、凸形にされたり、Ｂ−Ｂにされたりしたのもある。
　本来の用途を離れてはいずれ長生きできそうもない特殊な機関車だったのだ。

3　スイスＢＢＣ製ＥＤ41形 top
        No.ＥＤ411〜422　旧称10040形

　直列終り、並列終り、弱め蒋磁2段の4つの連続走行ノッチがあるわけだ。発電ブレーキは8ノッチあった。
　ラック区間に入る準備ノッチは4つあった。
　ＥＣ40でも書いたように、動輪用モータで列車を引きながら、ラックモータを列車の速さに相当する回転数で回してやるノッチで、5ノッチからが力行ノッチになっている。
　この辺りがＥＤ42は少し違う。ラック区間では弱め界磁は使わない。
　ラック区間も力行は2段組合せで、直列では動輪用モータを2台並列にし、それに直列にラックモータをつなぐようにし、並列では3台のモータを並列にしている。
　引張力の比は1：2で変化が少なくてよいし、粘着の心配のないラックモータに直列のとき、大きな引張力を受け持たせているのもよい。
　ラック区間の発電ブレーキは8ノッチになっている。
　実は9ノッチあるのだが、9ノッチまで進めてもブレーキ力は8ノッチと変らない。この点は粘着区間でも同じである。
　あまり人の眼に触れない機関車であった。ひっそりと一生を終ったように見える。
　しかし、この機関車の構造は、国産化されてＥＤ42に引き継がれている。ブーフリの後継車、両側の歯車の後継車が遂に出ないのに較べれば、ＥＤ41はＥＤ54やＥＤ12より幸福だといえるかも知れない。

4　国産電気機関車ＥＤ42形 top
       No.ＥＤ421〜ＥＤ4228

　動輪カ行は直列が9ノッチ、並列が5ノッチ、計14ノッチある。
　ラック力行も同じように14ノッチあり、動輪用モータ2個を並列として、それとラックモータを直並列つなぎするＥＤ41と同じやり方をする発電ブレーキは9ノッチある。
　直列と同じなのは、抵抗器の組合せが9つだからである。
　ＥＤ42−1〜ＥＤ42−4は界磁交換式、ＥＤ425以降は、釣合抵抗を用いた方式を使っていたが、今では全部後者の方式に改造され、さらに1951年から電力回生ブレーキが使えるように改造された。
　回生ブレーキを使うには、後者の方式の方がツナギの切替えが容易なのである。
　回生ブレーキのノッチも動輪、ラックとも9ノッチである。
　制御装置はＥＤ41が電動カム軸、電磁空気カム軸で操作する接触器式であるのと異り、電磁空気単位スイッチ式となっている。電動発電機もある。
　パンタグラフはＰＳ11Ｂで、電車用のものの部分的改変でＥＤ40もＰＳ2を付けていたから、アプトには電車用ということになっていたのだろうか。
　台車だけの組立が図45である。これは機関車の左側を示している。
　手前が第1エンド、向うが第2エンド、運転右側である。動輪用台車にリベットが目立つ。
　ちょうど溶接が取入れられるころの設計で、溶接をどのように取入れるかの検討が行なわれた。
　リベット組立でさえ後年亀裂に悩まされた位だから、不用意に溶接を取入れていたら恐らくもっと悩まされていただろう。
　ラック台車には前後に2本づつの腕が出て、バネを介して第2、第3の動軸箱の内側に伸びた部分に載せてある。
　このバネは動き代が少いので、ラック台車はバネ下と考えてよい。
　そして三角形をした引張棒で粘着台車と結んであって、引張力とブレーキカを伝える。
　この辺りは板台枠に隠れて見えない。ＥＤ41も42も、Ｂ＋ｂ＋Ｂとも記すべき機関車であるのだ。
　ラックモータに付けた空気操作のハンドブレーキがよく見える。歯車は向う側である。こ
　んな取付方ができるのは動輪の方の歯車が両側に付けられるように、主電動機の軸が両方に出ているからだ。
　動力伝達用の歯車は噛み合わせの位置を変えると、ラックピニオンの位相が狂ってラックと合わなくなるので、歯車には合マークが打ってあって、決まった位置で噛み合わせて組立てるようにしてある。
　動輪の方も左右の当りを同時によくするのは難しいので合マークをつけ、充分にならし運転をしてある。
　動輪の方は歯車がバネ入り、ラックの方はピニオンが3枚づつあるが、その1枚1枚がバネ入りになっている。
　主電動機の上に電動送風機が載せてある。
　給油箇所が多いので主電動機まわりに油管をまとめて油壺を付けてある。
　主電動機に四角い枠のはめてある辺りが車体床の高さになる。
　粘着台車のジャックシャフトにつけた釣合い重り、2軸を回すスコッチョークがよくわかる。
　スコッチョークの縦長の窓にクランクピンにはまった滑り子があって、軸箱の上下動を許すようにしてある。
　ＰＳ50というのはあまりききなれない機器形式だ。
　この機関車の側の第3軌条を下から摺（こす）るシューに付けられた形式である。
　パンクグラフの架線を押しつけている力は5kg位だが、こちらの方は相手ががっちりしているから11kg位になる。
　下から摺るようにしたのは第3軌条の支え方は難かしいが、人が触れやすい地上の鉄道なので、上と両側面をカバーできるからだ。
　油で煮て絶縁をよくした木の角棒で作った枠に取付けてある。
　駅や機関区では第3軌条は危ないから、架空電車線を使う。その時、第3軌条シューは電気的に切ってしまう。
　しかしやはり近くを通るのは気持ちが悪い。
　笛の音色を各車少しづつ変え3重連が常だったこの機関車が、鉄枕木の軌道をギギギギときしませながら懸命に列車を押し上げる姿、下り勾配の先頭に立って運転台からゆらゆらと陽炎を立たせ一心に踏み応えている姿、小さなトンネルから出てくる姿、苔の生えたアーチ橋を渡る姿、高崎寄りの機待ち線で辛抱強く待っいるパンタを上げた姿、峠の番人の思い出は尽きない。

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