蒸気機関車
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蒸気機関車（じょうききかんしゃ）は、蒸気機関を動力とする機関車のことである。
注釈
- ^ なお中国語では汽車は「自動車」を意味する。日本語で言う「汽車」は「火車」と表記する。
- ^ ただし、地域や世代によっては、電気で動く物も含めて全ての列車のことを「汽車」と呼んだり、国鉄・JRを「汽車」、路面電車や私鉄を「電車」と呼んで区別したりする場合がある（このような「汽車」の用法については「汽車」を参照のこと）。
- ^ 旧字体：汽罐車
- ^ たとえばen:Derby Canal Railwayなどは1792年から使われていた
- ^ en:Killingworth locomotivesも参照可
- ^ a b ポニー台車とは先輪（原文は「前従輪」）が1軸の場合（2軸以上の場合は「ボギー台車」）に使用され、釣合梁（equalizer）を介して先輪と第1動輪それぞれの板ばねで支えられるもの、製作者の名前をとって「ビッセル台車」とも呼ばれる（日本の鉄道省は「心向台車」と呼称）[1]。
- ^ D51形に先立ち1925年にアメリカから輸入された単式3シリンダー機の8200形（C52形）では手焚きのままで火格子面積を3.8m2としたが、これは当時の日本人の一般的な体格・体力では投炭を担当する機関助士に過大な負担を強いたため、のちの改造で火格子面積を縮小している。
- ^ キャブの大きさの都合で機関車では船のように二人同時に投炭をやった国はなく、二人機関助手がいる場合は投炭を交代して休んでいる方がタブレットの受け渡しなどをやる。(齋藤2007) p.256
- ^ 例として満鉄のデカイ型では元になったミカイ型と同じ牽引力で軌道の弱い区域を走行させるため、ミカイの従輪部分にも動輪をつけて5軸にして動輪上軸重を分散させて対処した際、本来小さな従輪で支えていた広火室を動輪のうえにのせた影響で火床面積はさほど変わらないのに火室がかなり浅くなり、不完全燃焼が起きやすくなったとされる。
『満洲鉄道発達史』高木宏之 著、株式会社潮書房光人社、2012年、ISBN 978-4-7698-1524-2、P113。 - ^ 1925年にロンドン・アンド・ノース・イースタン鉄道 (LNER) との間で同社最新のA1形（軸配置2C1、過熱式単式3気筒、広火室。火格子面積3.83m2）とを交換し、互いの鉄道線において同条件下で実施された比較試験では、キャッスル型の方がコンパクトでボイラーの火格子面積もA1形の約70パーセント強しかなかったにもかかわらず、使用炭の品質が本来想定されるより低下するLNER社線上においてさえ、出力・燃費の双方で勝利を収めている。これは弁装置設計などでGWR側に一日の長があったことによる部分が大きいが、この例が示すように狭火室と広火室の違いは必ずしも性能に決定的な差をもたらすとは限らない。
- ^ 例えば、ドイツでは良質な石炭の入手が容易であったプロイセンをはじめとする北部の各邦国が保有する鉄道は狭火室を常用し、良質炭の入手が難しかった南部のバーデン大公国やバイエルン王国などが保有した各鉄道は広火室を早い時期から導入していた。また、アメリカで広火室積極導入の端緒の一つとなったウーテン式火室を備えるキャメルバック式蒸気機関車は廉価だが着火しにくい無煙炭を燃料とすることを前提に研究開発されており、通常の石炭以外の異種燃料を燃やす手段として通常より大きめの火室を備えた機関車を製作するケースはアメリカ製機関車を中心に各国で見られた。
- ^ ただし、日本でも陸軍の鉄道大隊・鉄道連隊向けに1901年より製作が開始された双合機関車では軸配置Cの8t級機関車を背中合わせに組み合わせた小型機関車であったが、既に15.5kg/cm2を標準採用していた。
- ^ レギュレータとも呼ばれている。
- ^ スピード記録などのための無理をして出した記録としては毎分500回転近くまで出したものもあり、イギリスではロンドン＆ミッドランド鉄道ダッチェスクラス（4シリンダー）の480回転（1937年、(齋藤2018) p.55）、ロンドン＆ノースイースタン鉄道A4クラス（3シリンダー）の530回転（1938年、(齋藤2018) p.61。ただし中央クランクが損傷した）、アメリカのノーフォーク＆ウェスタン鉄道のJ型（2シリンダー）の540回転（(齋藤2018) p.81）などがある。
フランスは最高時速120km制限の関係でここまで極端なのはなくパリ・オルレアン鉄道240.700形（4シリンダー）の430回転（(齋藤2018) p.52。なおこれは試験時の特例で151km/hの速度限界超過の値。）、ドイツは高速回転化が進まず0110型の375回転程度（(齋藤2018) p.71）でそれを習った日本も回転数増加の流れには至ってない。なお回転数増加は走行装置の摩耗損傷の増加も招く上に(H.C.B. Rogers, Riddles and the 9Fs (Ian Allan, 1982))、内側にシリンダーがある場合は過熱による不具合まで起こしてしまう。リビオ・ダンテ・ポルタと21世紀の技術で作られたA1 60163トルネードも過熱による呪縛から逃れられていない。 - ^ 黎明期の機関車ではこれを危惧して通常の車輪は車体を支えるのみで動輪をギア状にしたブレキンソップや、足をつけて馬のように動かして走らせようとしたブラントン（どちらもイギリス人）といった例がある。(萩原1977) p.178-179
- ^ 第二次世界大戦中、南方戦線で日本軍が蒸気機関車を運用していた際に、鉄道車両に関する知識のない自動車技師出身の整備兵が内燃機関と同じ精度で蒸気機関車の各部品の整備・組み立てを行ったところ全く動作せず、精度を落として（各可動部に意図的に遊びを設けて）再組み立てしてようやく動作した、という逸話が残っている。
- ^ a b 電車・電気機関車は制御器の接点の調整に熟練を要し、上手くあっていないとノッチ進段時の衝動が大きくなったりするほか、酷いときには高速度遮断器が作動して運転不可能になる事例もあった。また気動車・ディーゼル機関車はディーゼルエンジンそのものが蒸気機関に比べてはるかに複雑で部品点数が多く、やはり整備には熟練と専門知識を要した。これらが劇的に解消されるのは、電気車ではVVVFインバータ制御が一般化し、内燃機関車では大型高速ディーゼル機関のメンテナンスフリー化が進んでからである。
- ^ 極端な例だが、ソ連のAA20形は直径1600mmの動輪が7軸もあり、非常にホイールベースが長かった結果、時速70kmで振動が激しくなったのでこれが最高速度とされた。(齋藤2018) p.75
- ^ なお、この振動は前後と上下の2つがあるのでウェイトをつけてもどちらか片方しか修正できず（ハンマーブロー参照）、多気筒にすることである程度抑えられる。(齋藤2018) 「第4章 回転数アップ」P.48-65。）
もっとも電気機関車や電気式ディーゼル機関車の場合もモーター重量を直接動輪軸にかける形式（吊りかけ式など）でモーターが重い時代の頃はハンマーブローこそないものの（ばね下重量が蒸気機関車以上に重いので）結局高速走行時には堅固な軌道が求められた(ウェストウッド2010) p.192
（注：ウェストウッド著『世界の鉄道の歴史図鑑』の原文では「ディーゼル機関車」の項でこの説明があるが、電気式の足回りは電気機関車と同じな上、直後に「スイスの電気機関車で車体側でモーターを支えてこの問題を解決した話」があるので電気機関車も含んでの話と判断した。） - ^ 低速で動く出発時や加速時にこそ大出力が欲しいのに、その時蒸気機関車は全力の半分ほどしか出せない。参考までにいうとアメリカのユニオンパシフィック鉄道4000型（ビッグボーイ）は時速70マイル（112km）時に1万馬力の出力をシリンダーは出せたが、時速35マイル（56km）では6200馬力、時速20マイルでは5200馬力しか出せなかった。(ロス2007) p.193）
- ^ 王立バイエルン邦有鉄道PtL2/2型蒸気機関車は石炭焚きでの数少ない1人乗務形の形式である。
- ^ ディーゼル機関車も燃料消費で軽くはなるが、水を大量に消費する蒸気機関車ほどは大きく変動はしない。
- ^ 振動の問題の少ない船舶では軍艦を中心に1910年代以降急速に普及した。そのため、船舶用として安定した性能を発揮していた機種を機関車用として転用することが再三に渡って試みられた。日本でも、帝国海軍の艦船用艦本式ボイラーの原型となった宮原式水管缶を機関車に搭載する事例が、1910年代中盤にいくつか存在した。しかし、レシプロ駆動系を備える鉄道車両用動力源としての水管式ボイラーは、コンパクト化が強く求められ、また軽負荷でもあった蒸気動車用を除くと、この宮原式の事例を含むほぼ全てが量産・実用段階に到達せずに終わっている。
- ^ 外国では入替機関車（英語: USRA 0-6-0など）などに使われたことがある。
- ^ この時代は火室のレンガアーチもまだなく、炎はそのまま煙管に向かって伸びていた。
- ^ [1]リンク先も参照。ナイジェル・グレズリーはこれに反論しているが、持論ではなくフランスの友人がこうしているからと語っただけであった。
- ^ インドネシア国鉄C53（4気筒）のように先輪と動輪の間を離して、ピットがなくてもこの間に入って内側シリンダーを整備できるようにしたものもある。(齋藤2018) p.81-83
- ^ なお、このグレズリー連動弁装置は左右のシリンダーからてこで中央シリンダーの吸排気を操作するので下にもぐらなくても前方から整備できたうえ、ロッド・クランク横のバルブギアを省略できる（普通は個々のシリンダーに1つずつつけるが、この方式はレバーで左右のバルブが中央シリンダーを操作する。）のでこまめな整備をしていれば狭軌でも理論上は使いやすい物だった（(齋藤2007) p.168-169・253）。実際は理論上通りにはいかず、アメリカのウォーバッシュ鉄道クラスK5やニュージーランドのNZR 98などは使いにくく不評で短命に終わっている。日本で3気筒がはやらなかった理由について「狭軌だから」という文献が多いが、標準機で軌道の強度も大きい満鉄でもクランク軸の折損事故を起こしていた（『満洲鉄道発達史』高木宏之 著、株式会社潮書房光人社、2012年、ISBN 978-4-7698-1524-2、P139）他、イギリスでもグレズリー弁式の3シリンダー機では戦時中は整備が行き届かずにレバーのボールベアリングが擦り減り、ガタが生じた結果中央シリンダーが触れすぎてクランク車軸を痛めることがあった。(齋藤2007) p.258
- ^ 特に4気筒の場合は左右の動輪を挟んだシリンダーを2基ずつペアとした複式として設計することで、蒸気を有効に利用できる。そのため、ドイツ国鉄18.6形のようにボイラー性能さえ十分ならば、自重やサイズが1ランク上の単式2気筒機（01形）に匹敵するかこれを上回る性能を実現することも不可能ではない。
- ^ 例えば車両限界の制約が大きく単式のまま左右のシリンダーを大直径とすると各駅のホームに抵触する恐れがあったイギリスでは単式3・4気筒機の導入例が多く、自国の石炭資源産出量やその品質などの問題から特に燃費に神経質であったフランスでは複雑精緻な複式4気筒機が積極的に導入されている。
- ^ 3気筒でもグレズリーバルブギアが外側のバルブで内側を駆動するが、こちらはかなり神経質な機構だった。
- ^ 前述の振動を抑える3・4気筒はどちらも内側と外側のシリンダーで動きをずらしてロッドが逆の位置で動くことで重心移動による振動が小さくなるだけで、気筒を増やしても一斉に同じ方向に動いているのでは重心が動き、振動は減衰しない。
出典
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- ^ (齋藤2007) p.357・(齋藤2018) p.86
- ^ (齋藤2007) p.255・359-360・(齋藤2018) p.89
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