国鉄C53形蒸気機関車
| C53形蒸気機関車 | |
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| C5310 | |
| 動力方式 | 蒸気 |
|---|---|
| 製造所 | 汽車製造、川崎車輛 |
| 製造番号 | 別記 |
| 製造日 | 1928年 - 1930年 |
| 総製造数 | 97両 |
| 軸配置（ホワイト式） | 4-6-2 |
| 軸配置（アメリカ式） | パシフィック |
| 軸配置（日本式） | 2C1 |
| 軌間 | 1,067 mm |
| 動輪径 | 1,750 mm |
| 固定軸距 | 3,980 mm |
| 全長 | 20,625 mm |
| 全高 | 4,000 mm |
| 最大軸重 | 15.44 t（第3動輪） |
| 動軸 | 46.27 t |
| 総重量 | 80.98 t |
| 含炭水車重量 | 127.25 t |
| 燃料種別 | 石炭 |
| 燃料容量 | 12.00 t |
| 水容量 | 17.0 m³ |
| ボイラ | 過熱式 |
| ボイラ圧力 | 14.0 kg/cm² |
| 給水加熱器 | 本省式 |
| 火格子面積 | 3.25 m² |
| 大煙管寸法本数 | 140 mm×5,500 mm×28本 |
| 小煙管寸法本数 | 57 mm×5,500 mm×88本 |
| 煙管伝熱面積 | 140.9 m² |
| 火室伝熱面 | 13.5 m² |
| 全蒸発伝熱面積 | 220.5 m² |
| 過熱器形式 | シュミット式 |
| 過熱伝熱面積 | 64.4 m² |
| 気筒数 | 単式3気筒 |
| 気筒寸法 | 450 mm×660 mm |
| 弁装置 | ワルシャート式（左右） グレズリー式（中央） |
| 出力 | 1,040 PS |
| 単独ブレーキ | 空気ブレーキ |
| 列車ブレーキ | 自動空気ブレーキ |
| 運用者 | 鉄道省→日本国有鉄道 |
| 形式 | C53形 |
| 同一形式両数 | 97両 |
| 車両番号 | C53 1 - C53 97 |
| 運用地域 | 東海道本線、山陽本線、呉線（全線開通後） |
| 保存 | C53 45（1両） |
C53形蒸気機関車（C53がたじょうききかんしゃ）は、日本国有鉄道（国鉄）の前身である鉄道省がアメリカから輸入したC52形を解析のうえ、国産化した3シリンダー型のテンダー式蒸気機関車である。 愛称はシゴサン。
目次 |
[編集] 製造
汽車製造、川崎車輛の2社により、1928年から1929年の間に97両が量産された。その状況は次のとおりである。
- 1928年：C53 1 - 53（53両）
- 1929年：C53 54 - 97（44両）
- 汽車製造（47両）
- C53 1 - 16（製造番号996 - 1011）
- C53 43 - 53（製造番号1038 - 1049）
- C53 57 - 59（製造番号1076 - 1078）
- C53 71 - 80（製造番号1093 - 1097, 1104 - 1108）
- C53 91 - 97（製造番号1152 - 1158）
- 川崎車輛（50両）
- C53 17 - 42（製造番号1241 - 1247, 1254 - 1272）
- C53 54 - 56（製造番号1303 - 1305）
- C53 60 - 70（製造番号1322 - 1332）
- C53 81 - 90（製造番号1375 - 1384）
なお、本形式は製造中において以下に代表される細部の変更が行われた。
- 砂箱の溶接構造化（34号機以降、1929年製の54号機からは外形も変更）
- 運転室上部天窓の増設と加減リンク受の形状変更（43号機以降）
- シリンダ側面の蒸気室覗き穴を大型化（45号機以降）
- 煙室前面に手摺の増設（54号機以降の川崎車輛製）
- 汽笛取り付け位置を火室上部からドーム右側面へ、排障器位置を先台車から前部台枠に（57号機以降）
- 煙室前面の手摺を煙室扉から煙室外周へ（57号機以降の汽車製造製）
- 前デッキ前面の垂直部を一体のものから4分割した引戸に変更（60号機以降）
[編集] 開発の背景
大正時代は客車が大型化し、ボギー車が主流となったが、重量やコストの事情で車体の材料としては相変わらず木材が用いられていた。その折1926年9月23日に山陽本線において特急第1列車（後の特急「富士」）が豪雨による築堤崩壊により脱線転覆、車両は大破し、多数の犠牲者を出した。この列車は当時の国際連絡ルートの一翼を担う最高級列車であり、もし客車が鋼製車体であったならば死傷者数は激減していたのではないかと推定され、世論は紛糾した。
そこで翌年度以降鉄道省は従来のナハ22000・スハ28400系大形木造客車の新造を中止し、新設計のオハ31系鋼製客車への切り替えを開始したが、この際一つの問題が発生した。従来量産されていた木造車であれば軽いもので「ナ」級（27.5t以上32.5t未満）、重い20m級3軸ボギー車でも大半が「ス」級（37.5t以上42.5t未満）以下であった各車の自重が、鋼製化に伴い増大して少なくとも1ランク (5t) 重量区分が上がり、さらに1929年より製造が開始されたオハ31系の後継となるスハ32系では従来17m級であった一般型客車が優等車と同様の20m級に変更されたこともあって、各列車の牽引定数が50t以上、場合によっては100t近くも増大したのである。
それは列車重量の約20%増大を意味しており[1]、従前の主力大型機関車であるC51形でも力不足となることが見込まれた。当時の技術では2シリンダー機関車としてはC51形を上回る性能を持つ機関車を製造することは困難と判断され、鋼製客車牽引用としては当時諸外国で実用化されていた3シリンダー機関車を採用するのが適当と結論された。
3シリンダー機とは、台枠の左右両側だけではなく車両中央線上にもほぼ同型のシリンダーを持つ蒸気機関車である。シリンダーの数を増やすことにより、通常の蒸気機関車に比べ牽引力が増す[2][3]。もっとも当時は満鉄がミカニを導入し、内地のメーカーに製造させ成功していたものの、鉄道省自身には3シリンダー機の開発経験はなく、鉄道省初の3シリンダー機の開発を前にして1926年に8200形が米国のアメリカン・ロコモティブ社 (American Locomotive Company) より輸入[4]され、シリンダブロック周辺など三気筒機の特色となる部分は朝倉希一により「大学を出たばかりの頭の柔らかい新人に任せよう」という判断で当時新進の島秀雄が研究を担当し、連動テコを細くするなどの改悪を行った以外はほぼコピーした。その他にも、各種補機を含む以後の新型蒸気機関車設計の研究が行われている。
[編集] グレズリー式弁装置
本形式に採用されたグレズリー式連動弁装置は、ロンドン・アンド・ノース・イースタン鉄道 (LNER) の技師長 (Chief Mechanic Engineer:CME) であったナイジェル・グレズリー卿が考案した、単式3シリンダー機関車のための弁装置である。
これは通常のワルシャート式弁装置を基本として、その左右のピストン弁の尻棒の先端に連動大テコ（2 to 1 Lever：右側弁の尻棒と連動小テコの中央部に設けられた支点とを結び、中央部で台枠とピン結合される）・連動小テコ（Equal Lever：中央弁の尻棒と左側弁の尻棒を結ぶ）の2つのテコの働きにより、左右のシリンダーのバルブタイミングから差動合成で台枠中央部に設けられたシリンダーのバルブタイミングを生成する、簡潔かつ巧妙な機構である。
もっとも、特に大きな力がかかり、なおかつタイミングを正しく維持するために狂いが許されない2本の連動テコについては、支点に用いられる可動ピンを含め剛性、耐摩耗性、工作精度のすべてにおいて高水準を維持することが求められたが、それに見合う高度な保守技術を堅持できた鉄道会社は限られていた。
本機においては、参考にした8200形に比べ連動テコを細くしたため高速で動作する際の変形を招き、なおかつリンクの動作中心をピストン弁中心に合わせるのではなくリンクの回転円の外端をピストン弁中心に合わせて設計してあるため、磨耗も変形もない状態でもグレズリー式弁装置一般に比べ中央気筒の動作が理論値から大きく外れ、中央気筒のみ異常な過大出力が発生したり、ピストンの背圧がクランク回転角によっては正圧よりも大きくなって不動現象の原因になるなど、設計は不適当なことこの上なく、島秀雄自身と、彼に一任した朝倉希一の見識がともに疑われる。後に中央クランクの給油が問題になるのも給油ラインを設けなかったことも含めて弁装置の不具合が原因である。
[編集] 鉄道省唯一の日本製3シリンダー機
（写真中央）
東海道本線・山陽本線において特急・急行列車牽引用の主力として運用された。設計主任は伊東三枝（国鉄DC11形ディーゼル機関車設計製造監督）。
しかし、構造が複雑で部品点数が多いため整備検修側からは嫌われた。設計そのものもシリンダー周りを担当した島秀雄をはじめとして3シリンダー機構の理解が不十分であり、連動大テコに軽め穴を不用意に設けて曲げ剛性を低下させたり、不用意に台枠を細くしC52よりもボイラー受けを一つ減らすなどして台枠の剛性を低下させるなど、設計陣が枝葉末節にとらわれ、全体を見ずその本質を見失っていた形跡が散見され、これらは運用開始後、台枠の剛性不足による亀裂多発、連動テコの変形による第3シリンダーの動作不良頻発と起動不能などといった重大なトラブルの原因となった。
前述の改悪に加え、軌間の狭さに由来する弁装置周りの余裕のなさという致命的なマイナス要因があったため、特にメタル焼けが多発した第3シリンダー主連棒ビッグエンドへの注油（給脂）には想像を絶する困難[5]が伴うなど、およそ成功作とは言い難かった[6]。
このため、お召列車や運転開始当初の超特急“燕”では、信頼性の面からC51形が使用されている[7]。なお、燕の名古屋以西の牽引機は程なくC53形が担当することとなった（沼津電化後は沼津以西をC53形が担当）。
それでも戦前の時点では、鉄道省は本機を主として名古屋・下関両機関区を中心とする各機関区整備陣の自己犠牲を多分に含んだ努力によって辛うじて使いこなしていたが、以後、鉄道省、国鉄を通じ、3シリンダー機関車の製造はおろか設計すらなくなり、日本の蒸気機関車は単純堅実だが性能向上の限界が高くない2シリンダー機関車のみに限定されることになった[8]。
もっとも、適切に調整・保守された本形式は、等間隔のタイミングで各シリンダが動作する3シリンダーゆえに振動が少なく、広くて快適な運転台、蒸気上がりの良いボイラ、牽引力の強いことで、乗務員の評価と人気は高かったという。後続のC59形やC62形より乗り心地が良かったと伝えられている[9]。
[編集] 改造
本形式は製造当初グレズリー式弁装置を覆う板が前デッキ側面に設けられていたが、これは整備上の不便から短期間で撤去された。運用開始直後、勾配区間の走行時やブレーキ時に蒸気溜内部に水が入る問題が起こったため蒸気ドーム内部に通風管を設けたが、93号機は試験的に蒸気ドーム高さを増したうえでドーム自体の位置を後方に移す改造を行った[10]。
第二動輪のクランク軸は当初動軸一体の鍛造品であったが強度や工作上の観点から組立式に変更、ピストン体やクロスヘッド、内側滑り棒といった箇所も強度の問題から順次改造された。また、1930年代半ば以降は検修上の問題から一部の初期製造車で排障器を移設、蒸気室覗き穴の拡大や前デッキ垂直部を4分割引戸として後期製造車と取り扱いを共通化したほか、88号機は試験的に二段に折れていた前デッキ傾斜部分を一面の開戸に変更した。
昭和初期には排煙効果を高めるためC51形と同じく煙突上部や煙室周囲に各種の排煙装置を取り付ける試みがなされたものの、1933年以降は除煙板取り付けが始まったことにより原型に戻されている。除煙板の形状は名古屋・大阪・門司（1935年以降は広島鉄道局に移管）の各鉄道局により長さや高さが若干異なるもの[11]が採用された。
このほか、名鉄局と大鉄局所属車の一部には特急・急行列車のロングラン運用に備え炭水車を標準的な12-17形からD50形初期車が使用していた20立方米形に振り替えたものが存在した[12]。本形式が使用した20立方米形炭水車は石炭搭載量を増やすため炭庫の高さや長さを増す改造を施しており、一つの外見的特徴となった。
[編集] 流線型化改造
1934年12月9日 大久保 - 明石間にて撮影
1934年11月には当時の世界的な流線型ブームに乗り、梅小路機関区所属の43号機が鷹取工場における20日の突貫工事で試験的に流線型に改造された。煙室前部を斜めに切り、運転室は密閉式のものに取替え、車体全体と炭水車上部を流線型の鉄板で覆い、機関車本体と炭水車の隙間は幌で覆った。さらに、露出した汽笛にも流線型のキセが奢られる徹底ぶりであった。これらの改造により他機とは全く異なる外観を呈した。塗色も完成直後はチョコレート色に塗装されていたが、試運転の前後に黒に塗り替えられたという[13]。
流線型ブームでは空気抵抗の軽減効果が多く標榜されたが、当時の100km/hに満たない運転速度では空気抵抗が列車の走行に与える影響はごく小さなものであった。それよりも列車の周囲の空気の流れを改善し、煙が列車に絡みつくのを防ぐとともに、走行中に対向列車や駅ホーム上の乗客に及ぼす風圧の軽減を目標としたという[14]。
完成後の11月24日には鷹取工場構内で公式試運転を実施し、同年12月1日から1937年7月1日のダイヤ改正で梅小路機関区のC53が特急運用から撤退するまでの間上り「燕」の神戸駅 - 名古屋駅間（明石駅 - 神戸駅間の回送列車も牽引）、下り「富士」の名古屋駅 - 大阪駅間を担当したほか機関車回送を兼ねて急行17列車の京都駅 - 神戸駅間や普通列車も牽引した[15]。
運転室内は幌で覆われているため室内の騒音は軽減されたが、その反面、熱がこもり、室内温度が高温になりやすかった。また整備点検には他のC53形よりも約180%多くの時間を要したという[16]。特急運用から外れた直後には炭水車上部のカバーを撤去、戦時中には車体下部のカバーも撤去され、開閉に手間を要した煙室扉にはジャッキを取り付けた。
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側面
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後部、テンダーに給水中
[編集] 廃車
1940年代に入り、2シリンダーで同クラスの性能を持つC59形の完成に伴って幹線の主力機関車の座を譲ったが、あまりに大型であるため、当時は東海道・山陽本線と軍事輸送上から山陽本線並の軌道状態で整備された呉線以外には転用不可能であった。折から戦時体制に突入したために機関車需要がさらに逼迫、にもかかわらず旅客用機関車の製造は中断されたために本形式もフルに運用され、図らずもその寿命を延ばすことになる。だが元々複雑極まる構造であったうえ、戦時の酷使や整備不良、さらには相次いだ戦災や事故による損傷が祟り、戦後すぐに運用を離れる車両が続出した。結局、国産の本線用大型蒸気機関車の中ではもっとも早く、1948年から1950年にかけてすべて廃車となった[17]。
[編集] 保存機
1950年に廃車された45号機は国鉄吹田教習所の教習用車両を経て鷹取工場内に放置されていたが、1962年に鉄道90周年事業の一環として大阪市港区に開館した交通科学館（現在の交通科学博物館）に保存されることとなり、前年の1961年に運行可能な状態に復元整備され、吹田操車場 - 鷹取駅間で2日間記念走行が行われている。後に京都市の梅小路蒸気機関車館に移され、現存唯一のC53形として静態保存されている。2006年、「梅小路の蒸気機関車群と関連施設」として、準鉄道記念物に指定された。
このほか、同じく1950年に廃車された57号機が教習用としてボイラー部分を切開した状態で浜松工場に保存されたが、新幹線開業に伴う工場の拡張により解体されている。
[編集] タキ1600形貨車への改造
1949年、廃車となった本形式の炭水車を糖蜜輸送用40t積タンク車タキ1600形に改造する工事が実施された。これは2両分の炭水車の石炭取出口側（機関車運転室側）を向かい合わせにして永久連結し、炭水車上部の炭庫を取り払い、下部の水槽をタンクとして利用するというものであった。台枠や台車は元の炭水車のものを用いた。永久連結した2両分を1両とし、各々の車両には「タキ16xx前」「タキ16xx後」と表記された。16両が製造された。
1960年代までに全廃されている。
[編集] 脚注
- ^ 例えば当時を代表する重量級寝台列車であった急行第17・18列車（東京駅 - 神戸駅間）では鋼製化完了後は「マ」級（42.5t以上47.5t未満）の寝台車8両と「ス」級（37.5t以上42.5t未満）の座席車と食堂車各1両、それに「カ」級（47.5t以上）の荷物車が連なり、客車の自重の合計だけで500tに達する有様であった
- ^ 3シリンダー化の効果は、
- トルク変動が抑えられ、動輪の回転もスムーズになるため、低速域での粘着特性が改善され牽引力が増すとともに、軌道へのハンマーブローを軽減できる。
- 国鉄技術陣が最も注目した点でもあるが、シリンダー数の増加によりシリンダーブロックが重くなり、ボイラーを大型化しても重心上昇を抑えられる。
- シリンダーの排気が動輪一回転につき六回と、四回のより強い排気が行われる二気筒にくらべて通風がなだらかになり、未燃焼の石炭が排気されにくくなることによってボイラー燃焼効率が向上。
- ^ 左右気筒と中央気筒を持つ三気筒機関車では一つの動輪に全ての気筒を連結すると第一動輪にかけた時以外は中央気筒は持ち上げなければならない。左右気筒をホリゾンタルに配置し、中央気筒のみ持ち上げる形式を取ると、本形式を例に取れば中央シリンダー位置を斜めに7.5°持ち上げなおかつ気筒動作タイミングを等間隔にするため中央クランクピンを7.5°遅らせた位置に置くので、動作は120°の完全な等間隔ながら、クランクピンのみは等間隔となっていない。なお、起動不能現象はこれと全く関係がない。
- ^ 発注自体は1925年になされており、この事故とは関係がない。ただし、当時既に客車の鋼製化が将来のロードマップ上に存在しており、その対策検討のために例外的に8200形の輸入が認められたのは確かである。
- ^ きちんと給脂した後に出区しても途中で潤滑油切れを起こすことがあり、沼津から機関助手が高速運転を行う機関車の制動てこ（各制輪子をつなぐ棒、ブレーキロッド。）の上に乗った状態のまま決死の覚悟で給脂を続け、名古屋で別の機関車に交換して事なきを得た、という逸話まで残っている。（交友社 鉄道ファン 345/1990年1月号「名古屋機関区OBの思い出・OBの語るC53と、その蒸機黄金時代」）
- ^ もっとも満鉄ミカニのように、車軸中心を伝うように給脂ラインを設けておけばわざわざ潜り込まなくともビッグエンドに注油することは可能で、設計側に保守への配慮が足りてなかったとも言える。
- ^ 燕の箱根越え用後補機として国府津機関区に本形式が3両配置、使用された。この国府津のC53形は試験的に急行列車を牽引して東京駅に入線している。
- ^ 日本製という意味では3シリンダー機は満鉄向けミカニがあり、これは貨物牽引用として低速での粘着率向上を目的として投入され、保守の困難さはあってもC53ほどではなく、台枠の亀裂や起動不能といった事故もなく所期の目的を達して戦後新生共産中国となってもしばらく使われた。
- ^ 3気筒で給排気タイミングが等間隔になるように作られた機関では一次振動がゼロになるため。
- ^ 水はシリンダー内で膨張しないため出力が得られないばかりか、万が一高速運転中に大量に流入してドレンが間に合わなかった場合にはウォーターハンマーを起こす。
- ^ 名鉄局・門鉄局・広鉄局が採用した除煙板は大鉄局のものより基本的に大型である。また、大鉄局所属の47号機はC51形の一部でも採用された前縁部が開閉できる除煙板を備えたほか、門鉄局・広鉄局所属車では煙突頂部を若干延長していた。
- ^ 名鉄局では7・57・67・68・71・73・75・85・86・87号機、大鉄局では18・19・33・41・43・89号機が対象となり、後年に19号機は30号機と再度炭水車を交換した。
- ^ 東京日日新聞 1934年11月24日記事『流線型機関車あす試運転 濃い海老茶の伊達姿』には「色は濃いめの海老茶で、下部は鼠色にぼかしてある」とある。さらに後日の朝日新聞記事には「鉄道法規により漆黒色に塗り替えられ」と書かれている。
- ^ C53 43号機とC55型の流線型化設計と改造の始末について、島秀雄「流線型蒸気機関車」 交友社『鉄道ファン』2000年7月号 No.471 p.126 - 131（『島秀雄遺稿集』より）を参照。
- ^ プレス・アイゼンバーン『レイル』No.23 1988年6月 p.66 - 69 『C5343の運用とその客車』を参照。
- ^ 今村潔 国鉄蒸気機関車素描VIII C53 交友社『鉄道ファン』1964年4月号 No.34
- ^ 最末期に中央西線・名古屋口や関西本線（名古屋駅 - 亀山駅間）でごく一部が使用されたといわれる。また、関門トンネル開通後は小倉工場でも本形式の検査を行った関係上回送や試運転で鹿児島本線の一部区間（門司駅 - 吉塚駅間）を走行した。
[編集] 参考文献
- プレス・アイゼンバーン『C52・C53』（1973年）
- 坂上茂樹『C53型蒸気機関車試論 ―― 近代技術史における3 気筒機関車の位置付けと国鉄史観、反国鉄史観――』大阪市立大学経済学会 "Discussion Paper No.62"（2010 年8 月4 日）
[編集] 関連文献
- 久保田博 「第16章 SLでの教訓 / 16-4 3シリンダーC53形式の栄光の陰に」『日本の鉄道史セミナー』 グランプリ出版、2005年5月18日、初版、pp.126 - 130。ISBN 978-4876872718。
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