国鉄EF63形電気機関車

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国鉄EF63形電気機関車
EF63 16（2次形）
EF63 16（2次形）
設計最高速度 100 km/h
定格速度 39 km/h
最大寸法
（長・幅・高）		 18,050 × 2,800 × 4,060 (mm)
車両質量 108.0t
軸配置 Bo - Bo - Bo
軌間 1,067 mm
電気方式 直流1,500V
（架空電車線方式）
主電動機 MT52 (MT52A) 形直流直巻電動機×6基
定格出力 2,550kW
歯車比 16:71 (4.44)
定格引張力 23,400kg
制御装置 自動進段電動カム軸制御器
抵抗制御、直並列3段組合せ、弱め界磁（バーニア制御付）
駆動装置 1段歯車減速吊り掛け式
台車 DT125形（両端）
DT126形（中間）
ブレーキ方式 EL14AS形自動空気ブレーキ
抑速発電ブレーキ
電磁吸着ブレーキ
電機子短絡ブレーキ
保安装置 ATS-SN（JR移行後）
過速度検知装置
製造メーカー 東京芝浦電気
三菱電機・新三菱重工業
川崎電機製造・川崎車輛→富士電機・川崎重工業
この表について 

EF63形は、日本国有鉄道（国鉄）が設計・製造した直流電気機関車である。

目次

[編集] 概要

信越本線横川 - 軽井沢間の碓氷峠専用の補助機関車として特化した機関車である。このことから「峠のシェルパ」、もしくは形式称号から「ロクサン」の愛称がある。

[編集] 開発の背景

最大勾配 66.7 ‰ に達する碓氷峠区間は1893年の開業時からラック式鉄道の一種「アプト式」を採用し、1934年からは同区間専用のED42形電気機関車による運転を行っていた。

第二次世界大戦終結以降の経済復興 - 高度経済成長期への時代趨勢に対応し、国鉄は主要幹線の輸送力増強に着手した。碓氷峠を含む信越本線系統においては所要時間の短縮を企図し、アプト式を廃止し一般的な粘着運転への切替方針が決定したが、諸案検討の結果、最大勾配 66.7 ‰ を存置した複線の新線が1963年までに完成することとなった。このため、急勾配の諸条件に対応し、かつED42形に代わって同区間の列車の牽引・推進を行う新形式機関車が必要となり、EF60形をベースに開発されたのが本形式である。

[編集] 構造

常に重連で用いるため前面貫通型となっている点と、傾斜したサッシ支持の前面窓、側面の通風フィルターが大きいのが外観上の特徴である。

機器・装置としては、急勾配区間で本務機EF62形との協調運転を行うことを前提にしているため、ほぼ同時に落成したEF62形および本形式それぞれの先行試作車である1号機において、交流機関車EF70形に続き国鉄の直流機関車としては初めてMT52形直流直巻電動機（端子電圧750V時1時間定格出力425kW）を採用し、電気機関車の主電動機形式統一のきっかけとなった。

制御方式は従来の単位スイッチ方式に代わる電動カム軸方式となるCS16形自動進段式抵抗制御器を採用。さらにCS17形バーニア制御器も搭載する[1]。ノッチを細分化することでトルク変動を小さくし空転防止に寄与した。他にCS18形電動カム軸式転換制御器も搭載する[2]。

DT125形両端台車
DT125形両端台車
DT126形中間台車
DT126形中間台車

台車はEF62形の3軸ボギー台車（軸配置Co - Co）と異なり2軸ボギー台車（軸配置Bo - Bo - Bo）としたが、電磁吸着ブレーキなどの特殊装置を持つことから本形式専用設計とした。DT125形両端用台車は国鉄ED72形電気機関車のDT119A形をベースとした逆ハリンク機構を採用[3]。DT126形中間用台車もDT125形同様の機能を備えているが、正確な速度検知用に直径115mmの遊輪を装備する。

急勾配を通過する列車の補助という運転特性上、安全性の確保や通常は行わない電車と機関車の連結運転を行うために数多くの特殊装備がある。これらの装備品のため運転整備重量は、EF60形以降の新性能直流電気機関車の中で最大の108tに及ぶ。また、軸重は国鉄の鉄道車両としては最大の19tである。これは軽井沢方の台車で、中間台車は18t、横川方は17tである。アンバランスにしたのは勾配上での軸重移動を考慮したためである[* 1][4]。以下で特殊装備について解説を行う。

[編集] 保安装置

抑速ブレーキ
勾配を下る上り列車。
主電動機の電流が抵抗器に流れ発電ブレーキとなるため屋根上にある抵抗器から熱が発生する。
急勾配区間の抑速ブレーキとして電機子転換方式の発電ブレーキを装備している。急勾配区間で発電ブレーキを使用すると、抵抗器から大量の熱を発するため、側面の通風フィルターが他の機関車より大きいのが特徴である。その後、電機子転換方式による発電ブレーキはEF64形にも採用された。
電磁吸着ブレーキ（レールブレーキ）
急勾配上で停車する際、電磁石をレールに接触させ、電気を流すことにより、磁力による強い力で機関車を停止させる。このブレーキは自動車で用いられている駐車用ブレーキのような物であり、通常の減速用には用いられない。
空気ブレーキ装置
空気ブレーキ装置はEF58形やEF60形などの多くの機関車に搭載実績のあるEL14AS形自動空気ブレーキ装置を採用した。本線上で停電した場合には、車両に搭載された大容量蓄電池で空気圧縮機（CP）の動作も可能である。
その他のブレーキ設備
空気ブレーキをかけた後、空気が漏れてもブレーキが緩まないようにする機械式ブレーキゆるめ防止装置を備える（カム式ブレーキ装置[3]）。また、転動時に主電動機の回路を短絡させ、非常に強力な電気ブレーキを作動させる「電機子短絡スイッチ」と呼ばれる非常スイッチも装備されているが、これは主電動機を破壊するため、逸走を停止させる方法が他にない場合の最終手段[* 2]として用いる。
過速度検知装置 (OSR)
下り勾配通過時、速度を正確に測定し、速度が出過ぎると警報を鳴らしたり、非常ブレーキをかけたりする装置。

詳細は「過速度検知装置」を参照

[編集] 電車と連結運転のための装備

本形式は横川 - 軽井沢間を通過するすべての列車と連結する特殊性から、通常の機関車とは異なり電車とも連結するための独自の装備を第2エンド側に持つ。

双頭型両用連結器
双頭型両用連結器
ジャンパ連結器左側オレンジ色が重連総括制御並びに169・189・489系との協調用KE70形ジャンパ連結器
ジャンパ連結器
左側オレンジ色が重連総括制御並びに169・189・489系との協調用KE70形ジャンパ連結器
双頭型両用連結器
電車の密着連結器にも対応できるよう双頭連結器を装備する。ただし、本形式は常に列車の横川側に連結するため双頭連結器を装備するのは軽井沢側のみで、横川側に連結するのは後述する安全上の理由による。
各種ジャンパ連結器
多様な形式と連結する必要から対応する多様なジャンパ連結器を装備する。この中には電車・気動車列車の運転士との連絡回線が含まれる。
  • 本形式機関士は常に麓（横川）側に乗務しているため下り（軽井沢行）列車は信号と前方の安全確認を押し上げ対象列車の運転士が担当するため。
協調運転装置
当初は電車列車は碓氷峠区間を通過するときは力行せず、本形式に牽引または推進される方式であった。しかしこの方式では最大8両編成までしか組めず、輸送力が不足したことから、後に本形式と同調して力行・抑速動作ができる協調運転機能を追設した電車（169系・189系・489系）が開発され、協調運転時の最大編成両数は12両[* 3]に増強された。
電車側にもKE70形ジャンパ連結器が設置され、これを通じて力行・ブレーキなどの各種制御を本機から行うとともに機関士と連絡が可能となった。本形式側では編成中全車協調運転対応車であることの確認・電動車の状態・横軽スイッチ（協調運転設定スイッチ）の確認が可能。力行指令時には自車の主電動機を駆動させ、ブレーキ指令時には自車の発電ブレーキによる抑速ブレーキを使用し必要な力の一部を負担する。
  • 電車側ではブレーキハンドルの抜き取りとマスコンキーのOFFをする必要がある。万が一電車側でマスコンスイッチを投入した場合には制御信号が交錯するため非常ブレーキが作用するようになっており、非常制動操作は運転席に増設された車掌弁によるもののみとした。
  • 定格速度の違いから、電車側では並列段を使わず特急車両では直列制御3段目以降最終段まで常に70%、169系で直列最終段以降50%までの弱界磁制御を行い同調させる[5]。

[編集] 列車無線

EF62形と協調運転を行う関係上本形式には当初から150kHz帯の誘導無線が装備されていたが、この方式はトンネル区間を中心に雑音が問題となり、また横川機関区や駅との連絡を可能とするため本形式とEF62形には1975年から沿線に敷設した専用の漏洩同軸ケーブルを使うUHF400MHz帯の列車無線を装備、第2エンド運転室側面と屋上にアンテナを設置した。この無線には1980年代に入り異常時に他列車への連絡を可能とする防護無線の機能を追加、1990年以降は山岳区間での通信を確実にするために軽井沢側は運転席前に、横川側は助手席前に通称C'アンテナと呼ばれる八木アンテナ製のコーリニアアレイアンテナが取り付けられた。

[編集] 製造時期別詳説

製造次 車両番号 製造メーカー 予算 製造年 廃車年
試作車 1 東芝 昭和36年度第3次債務 1962年 1986年（余剰廃車）
1次車 2 - 6 昭和37年度民有 1963年 1975年（5・事故廃車）
1997年
7 - 13 新三菱重工業
三菱電機		 昭和37年度債務 1975年（9・事故廃車）
1997年
2次車 14・15 東芝 昭和40年度第2次民有 1966年 1986年（14・余剰廃車）
1997年
16・17 昭和40年度第2次債務 1997年
18・19 川崎車両
川崎電機		 昭和41年度第2次債務 1967年
20・21 川崎重工業
富士電機		 昭和43年度第4次債務 1969年
3次車 22・23 昭和49年度第1次債務 1974年
24・25 昭和50年度第2次債務 1976年


以下で製造年次別による詳細を解説する。

先行試作車 (1)
EF63 1（先行試作車）
1962年に東芝で製造され､EF62 1とともに試験運転に投入された。試験の結果量産機から内部機器配置を変更したほか、中間台車の外側に装備されていた速度検知用遊輪が分岐器通過時に浮き上がるといった不具合を起こしたことから1963年に各部を量産機に合わせる統一改造を実施、それ以降にも連結器交換などの追加改造が行われている。外観上は前面窓上部のツララ切りが未装備でスカートや屋上機器の形状なども量産機とは異なっているほか、1972年に非常用蓄電池搬入口が量産車と同一形状に改造されるまでは側面通風フィルターの形状と配置が両側面とも左右対称であった。
引き続き1963年から1976年までの間に2 - 25が、東芝、三菱電機+新三菱重工業、川崎電機製造→富士電機+川崎車輛→川崎重工業[* 4]により製造されたが、製造時期により1次形から3次形に分類される。


1次形 (2 - 13)
EF63 2（1次形）
1963年に製造されたグループ。
前面窓のワイパーの形状変更並びに運転台窓上にツララ切りを追加装備、スカート形状は四角形とされた。また先行試作車の運用実績に基づき速度検知用遊輪の設計と装備位置変更（中間台車の内側に装備）、側面に設けられた非常用蓄電池搬入口の位置変更と大型化が行われた。このグループまでが「ぶどう色2号（茶色）」での落成である。


2次形 (14 - 21)
EF63 18（2次形）
1966年 - 1969年に製造されたグループ。
尾灯は先行試作車・1次形と異なり外周に赤色円板を装備しない形状へ変更された[* 5]ほか、運転台上の水切り形状、屋根上の避雷器の位置が中間に統一された。車体塗色も当初から「青15号（青色）」と「クリーム1号（クリーム色）」の塗り分けになったが、14・15の落成時はクリーム色の塗装範囲が若干他機と異なっていた。 16以降は非常用蓄電池搬入口上部に製造当初から水切りを追加、20・21では主電動機送風機が変更され低騒音化が図られた[* 6]。また、それに伴う送風時の音域も低くなっている（20は高い音も同時に出ている試作型）。


3次形 (22 - 25)
EF63 24（3次形）
1974年・1976年に製造されたグループ。
ナンバープレートをブロック式に、尾灯を外ハメ式に変更。気動車用ジャンパ連結器は未装備である[* 7]。24・25は、1975年に5・9が脱線大破事故で廃車となったため、補充代替として1976年に急遽製造された。


[編集] 運用

常に2両を1組にした補機として運用され、電車・気動車・客車・貨物を問わず、碓氷峠を通過するすべての列車に連結された。勾配を登る下り列車（横川→軽井沢）を押し上げ、勾配を下る上り列車（軽井沢→横川）は発電ブレーキによる抑速ブレーキとなるという機能である。そのために必ず勾配の麓側にあたる横川側に連結された。

[編集] 通過車両への対策

最大66.7‰の急勾配という条件で峠の下側から本機による推進・牽引運転のため、万一連結器の破損や座屈による浮き上がり脱線の予防、車両の逸走を防止する点から当区間を通過する車両には以下の対策（通称：『横軽対策』）が必須とされた。

  • 台枠・連結器の強化
  • 緩衝器容量の増大
  • 非常ブレーキ吐出弁絞り追加
  • 横揺れ防止装置の追加

対策施工車両には識別のため車両番号の頭に直径100mmの「●（Gマーク）」を付した。

さらに電車の場合においては、協調・非協調を問わず座屈による浮き上がり脱線の予防上、自重が大きい電動車ユニットを峠の下側にしたために新前橋電車区（現・高崎車両センター）・長野運転所（後の北長野運転所→長野総合車両所→現・長野総合車両センター）配置の165・169系が他車両基地配置車と逆向きに編成が組成されていたほか、後に松本運転所（現・松本車両センター）配置の115系1000番台（後に長野へ移管）・新前橋電車区配置の185系200番台も電動車ユニットの向きが本来と逆向きにされた。

また協調運転を行う169・189・489系電車にあっては坂上で力行した際の破損防止のため空気バネをパンクさせる機構を持っているほか[* 8][6]、貨物列車の車掌車についても推進運転時の坐屈問題から1段リンク式足回りをもつヨ3500形が限定使用された[* 9]。

[編集] 運転形態

EF62形が牽引する客車・貨物列車と動力分散方式の電車・気動車列車とでは若干の差異が存在する。

EF62形牽引列車の場合（単機回送を含む）
下り列車の場合（軽井沢）EF62+客車もしくは貨車+EF63+EF63（横川）の編成となり、最前部EF62の機関士は無線通信によるEF63機関士の指示を受けてEF62を運転し最後部のEF63形2両で推進するプッシュプル方式での運転操作が行われた。上り列車の場合（軽井沢）客車+EF62+EF63+EF63（横川）と勾配の麓側に3両の機関車が連なり、最前部の本形式から3両の総括制御を行う。なお、牽引定数は旅客列車で360t、貨物列車で400tに制限された。
電車・気動車列車の場合
当区間の運転はすべて本機に乗務する機関士が担当し、峠を登る列車では運転士は後ろ向きに運転を行うため、電車・気動車による列車では先頭に乗務している運転士は信号・安全の確認を行ない本形式乗務の機関士への連絡のみが義務付けられていた。また協調運転時の総括制御、推進・牽引運転時のブレーキ制御の関係上電車・気動車側のマスター・コントローラーをオフさせ、ブレーキハンドルを抜き取る必要があった。
当初の計画
EF62とEF63を1両ずつ使用することで定数320tの貨物列車または最大実荷重360tの旅客列車を、EF63を2両とEF62を1両使用することで定数500tの貨物列車または最大実荷重550tの旅客列車を牽引する予定であった[7]。また、本系列の3両重連によって最大12両の電車やディーゼル列車を牽引できるような連結器と連結栓を備えていた[7]。

[編集] 運行

1962年5月に先行試作車の1が製造され数々の試験を経た後、横川 - 軽井沢間が全面的に粘着運転へ切り替えられる1963年10月1日までに13両（高崎第二機関区新製配置）が準備されている。これは、ED42は28両体制で列車一本につきED42では4両を使用していたのに対して、本形式では2両1組で使用するためである。粘着運転への切り替えにより、本形式はED42を完全に置き換えた。1964年8月には、横川機関区に転属した[8]。

その後、輸送量の増加に伴い数回にわたり増備されている。特殊な構造であるため他の区間に転用できなかったが碓氷峠区間には必要不可欠であり、1975年に発生した脱線事故により廃車となった5・9と、1986年に余剰により廃車となった1・14以外の21両が東日本旅客鉄道（JR東日本）に承継された。

また、お召し列車が1964年や1978年に同区間を走行した際には以下の車両が特別装備を施して運用されている。

  • 1964年5月・6月：EF63 8・9（EF62 17と三重連で上り列車を牽引、前頭には国旗を掲揚）
  • 1978年10月：EF63 11・13（EF62 11が牽引する下り列車を推進、EF62 11のみ国旗を掲揚）

1997年10月1日に長野新幹線の開業が決定したために横川 - 軽井沢間の在来線区間は前日の9月30日限りでの廃止となった。これに先立ち同年2月に18、3月に19、4月に24、6月に25の以上4両[* 10]が本形式最後の全般検査出場記念として初期の「ぶどう色2号」に塗装変更された。また9月10日に横川で開催された「さよなら祭り」から廃線当日まで、横川運転区制作のさまざまな「さよならヘッドマーク」が横川側の前面に取り付けられた。こうして当区間は廃止[* 11]され、本形式は用途を喪失し在籍の全車が廃車された。

[編集] 現状

既に全車廃車となっているが、碓氷峠鉄道文化むらで4両が動態保存され運転体験ができるほか、静態保存ならびにカットモデルを含むと全体で12両と製造数の約半分が保存されている。

[編集] 保存車

EF63 24動態保存
EF63 24
動態保存
EF63 11・12動態保存
EF63 11・12
動態保存
EF63 1静態保存
EF63 1
静態保存
EF63 13前頭部のみ保存
EF63 13
前頭部のみ保存
  • 11・12・24・25：碓氷峠鉄道文化むら内で動態保存
    • 11・12は横川駅構内に留置されていたが、2006年に駅構内から文化むら外れの場所に移動後に後述の運転体験予備機という名目で動態保存に変更され24・25と共通で運転体験を実施するようになった。2007年春には11が、11月には12が内部・外装の整備を終了させ単機・重連運転が可能となった。
  • 1・10・18：碓氷峠鉄道文化むら内で静態保存。
  • 15・19：長野総合車両センターで静態保存。
  • 2：しなの鉄道軽井沢駅で静態保存。
  • 13：前頭部（2エンド側）のみ大宮総合車両センターで静態保存。
  • 22：個人所有で「碓氷峠の森公園交流館 峠の湯」に静態保存。

14は、高崎機関区でEF60 16などともに保管されていたが、保存状態が悪いことから保管先が倉賀野駅に変更された後、2006年に解体処分された。

保存車両のうち1と廃止間際の全検出場で塗り替え施工がされた18・19の計3両は茶色塗装となっている。また18・19同様の施工がされた24・25は、本来の青色塗装へ復元されている。

[編集] 碓氷峠鉄道文化むら動態保存機の運転体験

碓氷峠鉄道文化むら内では、1,500Vを750Vに降圧させた環境ではあるものの動態保存されているEF63 11・12・24・25を用いての運転体験が行われている。すべて有料・予約制ではあるが、学科講習および実技講習を受け修了試験に合格すると『EF63形電気機関車運転体験証明書』が交付され、軌道上を走行させることが一般人でも可能である。

証明書交付後に単機通常運転体験を重ねることによって、その都度認定を受けその「腕章」が贈呈される。

  • 10回→機関士見習
  • 30回→補助機関士
  • 50回→本務機関士
  • 500回→優秀機関士

本務機関士になると「単機推進運転」・「1エンド連結訓練」の資格が与えられ、さらに体験を重ねることで以下の資格を取得することができる。

  • 単機推進運転を重ねることで「2エンド連結訓練」および「重連推進運転」の資格取得。
  • 1エンド連結体験を重ねることでは「2エンド連結訓練」のみの資格取得
  • 1エンド連結訓練をこなし、当該検定試験に合格することにより「1エンド連結」資格取得。
  • 2エンド連結訓練をこなし、当該検定試験に合格することにより「2エンド連結」資格取得。
  • 2エンド連結体験かつ所定の重連推進運転を重ねることにより「重連推進連結訓練」資格取得。
  • 重連推進連結訓練をこなし、当該検定試験に合格することで「重連推進連結」資格取得。

これにより、かつて行われた「EF63形重連での車両への連結・推進運転と牽引運転・解放」のすべてを体験することができる。

[編集] 脚注

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  1. ^ このため、大宮工場（現・大宮総合車両センター）への検査入場の高崎線と信越本線高崎 - 横川間を走行するときは、デッドウェイトを外すなどの措置が必要となる。
  2. ^ 1975年10月28日に発生した転覆事故（回送列車、EF63 5・9+EF62 12・35）では、下り勾配でブレーキが利かなくなり速度が超過したため、機関士は最終手段であるこのブレーキも使用しているが、それでも下り坂で暴走する列車を停止させることは不可能であった。
  3. ^ 協調運転対応形式であっても8両編成以下の列車については、従前どおり牽引・推進方式での運転とされた。
  4. ^ 川崎電機製造は1968年に富士電機に、川崎車輛は1969年に川崎重工業にそれぞれ合併された。
  5. ^ 1 - 13が当初備えていた赤色円板も順次撤去された。
  6. ^ 18・19も1972年に主電動機送風機を交換している
  7. ^ 既にこの区間を運転する気動車列車が全廃されていたため。
  8. ^ 165系10両編成との下り勾配試験運転中に非常ブレーキを作動させたところ、機関車次位のクモハ165形の車体後部が浮上し車体と台車が分離した。そのため、8両までの連結両数と空気バネパンクの制約が決定された。
  9. ^ 新線開業直後の1963年10月以降3回にわたり2段リンク式足回りを持つ緩急車の脱線事故が発生し、検証の結果大きな横圧が発生することが判明したことからヨ3500形の限定使用となった
  10. ^ この4両は製造当初から国鉄新標準色の青色であったため、茶色塗装となったのは初めてであった。
  11. ^ 廃止時点で、本形式とともに当区間を通過した定期列車は、エル特急「あさま」19往復（189系・489系）・「白山」1往復（489系）、急行「能登」1往復（489系）、普通列車7往復（115系6往復・185系1往復）で、「あさま」は長野新幹線へ愛称を承継、「白山」は廃止、「能登」は上越線経由へ変更された。

[編集] 出典

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  1. ^ 『最近10年の国鉄車両』 日本国有鉄道、交友社、1963年、p.26。
  2. ^ 『最近10年の国鉄車両』 日本国有鉄道、交友社、1963年、p.25。
  3. ^ a b 『最近10年の国鉄車両』 日本国有鉄道、交友社、1963年、p.24。
  4. ^ 『日本の鉄道史セミナー』（p199, p200）
  5. ^ Rail Magazine No. 161 1997-2
  6. ^ 列車の座屈現象 (PDF) 鉄道総合技術研究所
  7. ^ a b 『最近10年の国鉄車両』 日本国有鉄道、交友社、1963年、p.18。
  8. ^ 『Rail Magazine』153、ネコ・パブリッシング、1996年、p.50

[編集] 参考文献

[編集] 関連項目

その他の国鉄電気機関車
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