DF50形ディーゼル機関車 (DF50がたディーゼルきかんしゃ)は、日本国有鉄道 (国鉄)のディーゼル機関車 。
概要
非電化 亜幹線の無煙化 のため、1957年 (昭和 32年)に先行試作車 が製造され、以後1963年 (昭和38年)まで増備された。
本線での客貨運用が可能な最初のディーゼル機関車で、北海道 を除く[ 注 1] 日本各地の非電化亜幹線と一部非電化幹線で特急列車 から貨物列車 まで幅広く運用された。特にトンネル の多い路線では、蒸気機関車 の煤煙 から解放される無煙化の効果が大きかった。なお、旧線時代の奥羽本線 の矢立峠 越えの区間(秋田 ・青森県 境)などの急勾配区間では、補機 として使用されたケースも多かった。
0番台が新三菱重工業 ・汽車製造 ・日本車輌製造 で65両、500番台が川崎車輌 ・東京芝浦電気 ・日立製作所 で73両、計138両が製造された。500番台の方が僅かながら定格速度が速かった為、優等列車の多い路線で使用された。
車両概説
開発当時は液体変速機 の製造技術が未熟で、動力伝達方式には1953年 (昭和28年)製造初年のDD50形 同様、ディーゼルエンジン 直結の発電機 で発電 した直流電力 で主電動機 を駆動する電気式 が採用された。重連 総括制御 可能な点もDD50形と同様であったが、非力さから重連運転常用を前提に片運転台 で製造されたDD50形と違い、本形式は亜幹線で一応単機運用ができることを主眼に設計され、両運転台となった。
車体は普通鋼 製の箱型車体で、貫通扉を有するやや後傾した妻面をもつ、同時期に製造されたED70形交流電気機関車 と似た形状であった。
車体の塗色は当初、0番台・500番台ともにぶどう色2号と下部に白帯であったが、1963年頃から順次、上部朱色4号、下部ねずみ色1号、その境目に白帯を配した新しいディーゼル機関車塗色に変更された。
線路等級 の低い乙・丙線での使用を考慮し、軸重 を14 t以下に抑えるため6動軸とし、さらに国鉄車両としては初めてB-B-B型軸配置 を採用し、中間台車 の横方向へのずれを許容して曲線通過時のレール横圧の軽減を図った[ 注 2] 。このB-B-B型軸配置 は以後設計の日本の6動軸機関車の標準となった[ 注 3] 。DD50形が暖房用蒸気発生装置 をもたず、冬季の旅客列車 牽引時に暖房車 を必要として不便であったため[ 注 4] 、本形式は暖房用のボイラー(蒸気発生装置)を搭載した。なお、1 - 7号機は試作機で、前面形状、中間台車中心位置、機器配置などが量産型とは若干異なっていた。
エンジンは、当時の新三菱重工 がスイス のズルツァー 社と技術提携して製造した直列8気筒 直噴式 の三菱神戸ズルツァー 8LDA25A(連続定格1,060馬力、1時間定格1,200馬力)を搭載した0番台と、川崎重工 と日立製作所 がそれぞれ西ドイツ (当時)のMAN社 と技術提携して製造したV型12気筒 予燃焼室式 の川崎 MAN V6V 22/30mA、あるいは日立 MAN V6V 22/30mA(ともに連続定格1,200馬力、1時間定格1,400馬力)のいずれかを搭載した500番台とがあった[ 5] [ 8] 。0番台に搭載された三菱神戸ズルツァー8LDA25Aは、DD50形に搭載された三菱神戸ズルツァー 8LDA25の過給機 の一部を改造して高過給とし、燃料噴射ポンプ ・プランジャ・ノズル・ピストン などの変更を行って[ 9] 2割弱の出力増強を実現したものであった。
エンジン音はメーカー別に特徴があり、気筒数が少ない中速機関のズルツァー型は焼玉エンジン のような「ポンポンポンポン」というリズミカルな音、同じく中速機関ながら気筒数が多く、ズルツァー型よりやや高速な機関を搭載するMAN型は「ドドドドド」と連続した低音である。MAN型の中には、キハ181系 のようなターボ 音を発するものがあった。
出力制御はDD50形 で採用されていた、空気圧 による遠隔制御方式[ 10] で、主機関の調速機 や、主発電機の励磁機の界磁調整器を空気圧でコントロールし、機関回転数・発生電圧を制御する。運転台の主幹制御器 は、電気的な要素はなく一種の可変空気調圧器に類する構成[ 10] で、制御空気圧の昇降を直接行い、電気的な制御は行わない[ 10] 。近代化動力車では電磁弁を用いる遠隔制御が一般的であるが、1950年代 中期の技術では、ディーゼル動力車の燃料噴射量を電磁弁で制御する場合、電磁弁の数をむやみに増やせず、電磁弁相互をリンク連結して連関動作を構成するなどの手法を用いても、細かい制御段数を得ることが難しかった。従って多段階のノッチが求められる大形機関車には必ずしも電磁弁制御方式は有利でなかった。アメリカ合衆国 で一時、電気式ディーゼル機関車メーカーの一角を占めたウェスティングハウス・エレクトリック やフェアバンクス・モース でも空気圧式出力制御を用いており、DD50形、DF50形の出力制御もこの当時の流儀を踏襲したものであった[ 11] 。
機関車の出力制御は19段のノッチによるエンジンの回転数制御で行い、これによって発電電圧を上げ下げして主電動機の回転数を制御した。出力制御操作が空気圧による無段階的なものであることから、このノッチは出力を決める刻み段としての意味合い程度であり、直流抵抗制御車とは異なり抵抗制御を行わないため、主幹制御器で任意の中間ノッチを選択して連続運転することも可能である[ 10] 。重連時の次位機関車 の制御もこの制御空気圧で直接行う方式であり、このため車端部には総括制御用空気ホースが設けられている[ 10] 。他に車端部にはジャンパ連結器 もあるが、これは低圧回路接続用である。
主発電機もDD50形で採用された「差動界磁付励磁機式発電機」が用いられた。これによって、主電動機 に負荷がかかって回路電流が増大すると、自動的に発電機の界磁が弱まり、発電電圧が低下して、定出力特性が得られた。またエンジン自体への負荷増大もエンジンガバナー で感知し、発電機の他励界磁の回路に抵抗を加えて界磁を弱め、発電電圧を下げる方法もとられた[ 12] [ 13] 。なお、主発電機は出力は700 kW (450 V 1,560 A) 、500番台では780 kW (500 V 1,560 A) であった[ 5] 。
主電動機 は吊り掛け駆動方式 ・出力100 kW(500番台では110 kW)の直流直巻電動機 (MT48形)6基装備で、2台永久直列3回路であった。主電動機の直並列組合せ制御 については、直並列の回路切替え(「渡り」)時の主機関の負荷変動が過大となることから、本形式では採用されていない[ 10] 。全界磁での連続定格速度が17.5 km/h(500番台では19.5 km/h)[ 14] と極めて低速であったが、全軸駆動の6動軸で粘着力では有利であったことから、重量列車の引き出しは可能で、また50 %と30 %の弱界磁制御もできたため、軽負荷であれば90 km/hでの高速運転も可能であった。
ズルツァー形 DF50 60牽引 予讃本線125列車 (1981年9月28日 高松 - 端岡間)
MAN形 DF50 570牽引 予讃本線125列車 (1981年9月25日 高松 - 端岡間)
性能
65号機
573号機
本形式は日本のディーゼル機関車としては過渡期の存在であり、幹線 の主力機関車として運用するにはエンジン出力が低すぎるという根本的弱点を抱えていた。主電動機の広範な弱界磁制御により、限られたエンジン出力を低速から高速までの広い速度領域で有効に使い、全車軸を駆動軸として動輪上重量を大きくとり、勾配でも空転 を起こさずに登坂できたが、出力不足[ 注 5] ゆえ著しい速度低下をきたし、D51形蒸気機関車 の代替にはならなかった[ 15] 。当時の機関車の性能について1965 (昭和40)年度実績の比較表を示す[ 16] 。
代表形式
機関車全重量 (t)
最大馬力 (HP)
最高速度
均こう速度
動力費(円/km)
(旅客・蒸気)C62
145
1620
100
54
120
(旅客・直流電気)EF65
96
3460
110
78
47
(旅客・ディーゼル)DF50
81
1200
90
38
67
(貨物・蒸気)D51
126
1280
85
20
230
(貨物・電気)EF15
102
2650
75
40
90
(貨物・ディーゼル)DD51
84
2200
95
24
136
(速度に単位がないのは原文ママ、蒸気機関車の「全重量」はテンダー を含む。)
均こう速度は旅客と貨物で条件が異なり 、旅客が450トン、貨物が1,000トンを引いて10/1000(10 ‰ )の上り勾配を走る際の最高速度。
動力費は均こう速度の条件で1 kmの距離を走るに要する金額。
また、客貨兼用の設計だったことから平坦区間でも加速性能 は低く、C57形蒸気機関車 程度に留まった。しかし当時の技術では、軸重14 tの電気式ディーゼル機関車に、これ以上の出力のエンジンを搭載することは不可能であった[ 17] 。
運用の変遷
初期故障はあったもののやがて性能的にも安定し、非電化の主要幹線に投入されて主に旅客列車用として運用されたが、貨物列車などの蒸気機関車牽引列車の置き換えには性能的に不足していたため、1962年 (昭和37年)には1,000馬力級エンジン2基を搭載した純国産の幹線用ディーゼル機関車DD51形 が登場した。
DD51形への置き換えや電化の進展により、DF50形はやがて亀山機関区 ・米子機関区 ・高松運転所 ・高知機関区 ・宮崎機関区 に集中配置される様になり、山陰本線 ・紀勢本線 ・予讃本線 ・土讃本線 ・日豊本線 で使用されたが、1976年 より廃車 が開始された。
米子機関区配置機は、MAN形エンジンを積んだ500番台で統一され、山陰本線・福知山線 全線で使用されていたが、DD51形への置き換えにより1978年 10月までに運用終了した。
亀山機関区配置機はズルツァー型の0番台が集中配置され、紀勢本線 ・関西本線 東部および阪和線 で使用されていたが、1978年 10月の新宮電化により紀伊勝浦 以東の運用になった。運用縮小されたものの寝台特急「紀伊」は引き続き担当し、DF50形として最後の優等列車牽引となったが、1979年 6月 には上り列車のみDD51形に置き換えられ、下り4003列車の亀山 - 紀伊勝浦 間およびその回送 である回4003列車の紀伊勝浦 - 新宮 間についても、亀山機関区配置機の運行終了直前の1980年 (昭和55年)2月 にDD51形に置き換え、3月にはすべての運用が消滅した。
宮崎機関区配置機は、優等列車牽引が多い為MAN型の500番台で統一され、日豊本線 で使用された。北部からの電化進展に伴って1974年 以降は運用域は年々狭まったものの、「富士 」や「彗星 」などの寝台 特急運用を引き続き担当し、1979年 (昭和54年)の全線電化直前まで非電化区間の牽引を務めた。
最後まで主力車として残った四国では、ズルツァー型の0番台とMAN型の500番台が混在していたが、1981年 (昭和56年)10月 に定期旅客運用をDE10形 に譲り、500番台が全廃された。その後は0番台が貨物列車用として運用されていたが、1983年 (昭和58年)9月 にDE10形に置き換えられる事になり、同月25日 に運転された、臨時 急行列車「サヨナラDF50土佐路号」をDF50 1+DF50 65の重連で牽引したのを最後に運用を終了した。最終貨物列車を牽引した34号機が1985年 (昭和60年)1月21日 付で廃車されたのを最後に、DF50形は全車廃車された。
なお、1号機はのちに車籍復活を果たしている。
1971年にお召し列車を牽引した際、ステンレス帯になったDF50 26 (1981年、高松駅)
DF50 65+DF50 1牽引43系・35系客車 臨時急行列車「ごくろうさまDF50秘境号」(1983年8月20日、阿波川口駅)
DF50 1+DF50 65牽引50系客車 臨時急行列車「サヨナラDF50土佐路号」(1983年9月25日、阿波川口駅付近)
DF50 18+DF50 43牽引 石灰石運搬貨物列車 (1983年、土佐石灰工業大平山鉱山専用線)
DF50 43+DF50 18牽引 石灰石運搬貨物列車 (1983年、土佐石灰工業大平山鉱山専用線)
寝台特急「紀伊」 新宮駅へ回送中 新宮 - 三輪崎間 1979年
事故廃車
なお、1962年11月29日 の羽越本線列車衝突事故 で前頭部が粉砕されて炎上し、転覆した548号機はまだ車齢が若かったため土崎工場 で修復された。その後米子機関区 に転属し、1977年に廃車されるまで山陰本線 で運用された[ 19] 。
保存機
0番台の2両のみが現存する。1号機は試作機であり、前面窓の天地寸法および屋根肩部の丸みが深い等、量産機である18号機と比較して差異を有する。500番台は全機解体 され、保存機はない。
脚注
注釈
^ 製造段階で寒冷地対策を施した33号機が1959年2月3 - 13日 に北海道・夕張、追分地区で寒冷地対策試験を施行した[ 6] 。
^ 日本以外の国ではイタリアの電気機関車が同じ理由で1940年のE636形からB-B-B配置が基本になっている[ 7] 。
^ 信越本線 碓氷峠 越え用のEF62 は軽量化のためC-C軸配置を採用したが、唯一の例外である。
^ そのため晩年は専ら北陸本線 米原 - 田村 の交直接続区間での貨物列車牽引に使用された。
^ 0番台の電動機出力は600 kWであり、1950年代に製造された72系電車 とほぼ同じだった。
^ 同機のナンバーと製造銘板 は現地解体時に取り外され、JR四国多度津工場PRルームに保管されている。
出典
関連項目