JR貨物DF200形ディーゼル機関車

概要

幹線における電化区間の割合が低い北海道においては、無煙化以降の貨物輸送は電化・非電化区間の区別なくDD51形ディーゼル機関車を主力としてきた。JR移行後の輸送量増大や貨物列車の高速化に対し、DD51形の出力不足で恒常的に重連での運用を要したことに加え、北海道の厳しい気候風土による車両の老朽化も顕在化してきた。これを受け、重連運転の解消と老朽車両の置換えを目的として1992年に開発されたのがDF200形である。
JR貨物の公募により"ECO-POWER RED BEAR"（エコパワーレッドベア）という愛称がつけられ、車体側面にロゴが描かれている。1994年鉄道友の会ローレル賞（第34回）受賞。

構造

車体は前面を傾斜させた20m級の箱型である。重連運転は想定されず、正面に貫通扉はない。屋根高さを車両限界いっぱいの4mにして機器類の艤装空間を確保している。側面より見て車体中央部に放熱器・冷却ファンなどの冷却系統、その両隣に動力源となる機関と発電機のセットを搭載し、主変換装置・補助電源装置など電気系統機器は運転台の真後ろに各々配置される。機器配置はおおむね前後対称である。運転室の奥行寸法が小さく、乗務員扉は側面向かって左側のものは車体中央付近に設けられ、右側のものは運転室に設ける点対称の配置である。JR貨物所属車の外部塗色は濃・淡グレーと朱色の組み合わせによる。
動力伝達方式は従来の主流であった液体式ではなく、国鉄DF50形以来の電気式（ディーゼル・エレクトリック方式）として設計された。これは増大した出力に対応する大容量液体変速機の研究・開発が国鉄DE50形の試作を最後に中止されて久しいことと、VVVFインバータ制御など、長足の進歩を遂げた電気機器を採用することで、駆動系の小型化と保守の軽減が図れるためである。
主機関として、ツインターボ・アフタークーラ付きV型12気筒ディーゼル機関を2基搭載する。これは、同じくV型12気筒ディーゼル機関を搭載する国鉄DD51形と比べてエンジン排気量が61.1Lから46.3Lへとダウンサイジングされ小型高出力化が図られており（排気量あたりの出力はDML61Zのおよそ2.2倍になる）、これにより、エンジン・発電機・主変換装置・主電動機を含めたパワーユニットの小型化に貢献している。初期の車両はドイツ・MTU社製の内燃機関（定格出力1,700PS/1,800rpm）が採用されたが、50番台以降はJR貨物・JR九州所属車ともコマツ製SDA12V170-1形（定格出力 1,800PS/1,800rpm、最大出力 2,071PS/2,100rpm）に変更されている。これはDD51のB更新工事車に搭載されている、同社製SA12V170-1（1,100PS/1,500rpm）のアフタークーラをデュアルサーキット化したものである。
車体長を詰めながら表面積を稼ぐため、1エンジンあたり2枚の冷却器を前後視でV字形に配置し、上方に設けられたファン1基とで一つのモジュールを形作るようになっており、それを2組搭載している。冷却ファンの駆動は従来の静油圧式を止めて電動式とし、モジュール全体を容量の大きな箱状としたことでDD51のシュラウドと比べて通気抵抗も低減している。
発電機も2基搭載されており、全車が東芝製FDM301形、自己通風冷却回転界磁式ブラシレス同期発電機（定格出力1550kVA/1,800rpm）となっている。
主電動機はかご形三相誘導電動機FMT100形(320kW)を6基搭載する。1個のインバータで1個の主電動機を制御する1C1M方式の個別制御システムにより、定格の動輪周出力はDD51形の1.5倍となり、平坦線で110km/h以上の均衡速度（800t牽引時）を維持することができる。6軸駆動となったことで、起動時の粘着安定性も向上した。主電動機の装架方式は国鉄・JRの電気機関車で汎用的に用いられる「吊り掛け式」で、動軸への動力伝達は主電動機回転子軸の小歯車と車軸側の大歯車の係合による1段歯車減速方式である。
機関車本体用の単独ブレーキ（単弁）は電気指令式空気ブレーキを採用している。被牽引車両への編成ブレーキ（自弁）にはノッチ式のハンドル操作により、各ノッチで設定された圧力までブレーキ管圧力を減圧する自動空気ブレーキを採用している。また、自車が牽引される場合は牽引する機関車からの空気圧指令によりブレーキが作動する。ブレーキ設定器には単弁部と自弁部があり、ブレーキ操作はブレーキ指令器で演算された後にブレーキ制御装置へ出力している。発電ブレーキは30km/h以上で作動するようになっており、その時には発電ブレーキのみでブレーキを掛けるが、編成ブレーキ力が不足と判断された場合には、機関車の空気ブレーキがフォローする仕組みとなっている。台車は枕バネにダイヤフラム式の空気バネを用いた軸梁式のボルスタレス台車のFDT100形（両端）FDT101形（中間）で、牽引力の伝達はZリンク方式である。基礎ブレーキ装置は片押し式踏面ブレーキで、ブレーキシリンダ・ブレーキテコと一体化して台車に装架するユニットブレーキである。軸重を抑えるため軽量化された本形式の台車構造は、後続の新形式機関車にも基本として用いられている。
耐寒・耐雪構造としては運転室では気密対策、暖房能力を向上させ前面窓ガラスは熱線入り、温風式デフロスタを装備。台車では砂マキ管の目詰り防止のため、電動機の排気熱による温風ヒーターを装備。ブレーキ装置では、車輪踏面と制輪子間に雪が噛込むのを防ぐために耐雪ブレーキ制御を行う。ブレーキ制御装置と除湿装置には、保温ヒーターを装備。
ATSはATS-SFを装備しているが、北海道でのATS-DNの装備が進んだことから、0番台の大半はATS-SFの機能を持ちながらもATS-DNと互換性のあるATS-DFに変更されている。この工事は2016年6月までに完了している。

900番台

1992年9月、川崎重工業で落成した本形式の試作車である。車両番号は「901」である。冬季の耐寒・耐雪を中心に各種試験に供された。
前照灯は正面窓上に4個設置され（ただし中央の2個のみ点灯）、運転台直下には標識灯のみを装備する。正面デザインは3面構成で、窓の傾斜角や塗り分けパターンも量産車とは異なる。排障器（スカート）は赤色である。
車体側面には"INVERTER HIGH TECH LOCO"ロゴが描かれたが、後に赤紫色（コンテナレッド）のJRFロゴに変更、現在は白色のJRFロゴと"RED BEAR"のロゴが描かれる。

基本番台

1994年9月から1998年3月にかけ、12両（1 - 12）が製造された。
試作車の試用結果を踏まえ製作された量産機である。
前照灯は正面窓上2個+運転台直下2個（標識灯と一体で設置）、正面は2面構成となり、塗り分けの変更とも相まって外観は大きく変化した。
落成時、スカートは赤色、側面のJRFロゴは赤紫色であったが、10号機以降はスカートは灰色、JRFロゴは白色となった。近年は工場入場時にスカートの赤色化・JRFロゴの白色化、「ECO-POWER レッドベア」のマークの追加が施工されている。ただし、1-9号機に関しては、「レッドベア」のマークが付けられた後も、JRFロゴは従来の赤紫色のままの車両もあった。4号機からは台車に設置される空転防止用砂箱をセラジェット方式対応として小型化された（既存車も順次交換）。これは粒径約0.3mmのセラミック細粒と珪砂の混合物を用いるもので、従来の天然砂に比べ使用量と材料費を節減できる。
本区分まではMTU製エンジンを搭載するが、10号機は後に50番台で採用されるコマツ製エンジン SDA12V170-1 を先行して搭載、試験を行った。現在はMTU製エンジンに換装されている。

50番台

1999年12月から2004年1月にかけ、13両（51 - 63）が製造された。
駆動用機関をコマツ製のSDA12V170-1形に変更した。これはDD51形のB更新工事施工車に搭載されたものと同系統で、部品の共通化による保守性向上を主目的とする。車体構造の変更はないが、製作途中で"RED BEAR"の愛称が決定し、車体に愛称のロゴが描かれる(既存機にも順次施工された)。スカートは灰色、JRFロゴは白色である。

100番台

2005年から2011年にかけ、23両（101 - 123）が製造された。
VVVFインバータのスイッチング素子をGTOサイリスタからIGBTに変更した。外観には大きな変更はなく、スカートは灰色、JRFロゴは白色である。

200番台

2016年に登場した新たな番台区分。100番台機に防音強化等の改造を施したもの。
川崎重工業に入場していた123号機が改番され、223号機として2016年7月9日に出場したのを皮切りに、2017年以降に105・116・120・122号機もそれぞれ改番された。
これらは愛知機関区に配置された。保安装置などが変更されていることが表示からわかるが、外見に目立った変化はない。

7000番台

九州旅客鉄道（JR九州）が、2013年10月より運行を開始した豪華寝台列車（クルーズトレイン）『ななつ星in九州』の牽引機として、九州仕様に改装した本形式が川崎重工業にて製造された。
当初は牽引する77系客車とともに、車体全面に黒色のラッピングフィルムが貼られていたが、2013年9月13日に報道公開された際にラッピングフィルムは除去された。
外装は、「古代漆」を基調とした光沢のあるロイヤルワインレッドの塗色が施されている。灯火類や誘導員用手摺の形状などが改められているほか、車体側面と前面に金色の列車のエンブレムが取り付けられ、前面中央にダミーのグリルが取り付けられている、連結器はJR貨物所有機の自動連結器から密着自動連結器に変更されている。これとともに連結器の緩衝器がダブルアクション式の緩衝器に改められ、列車引き出し時や制動時に客車に伝わる衝撃を緩和する機構が追加されているほか、正面向かって連結器の左上スカート部分に、並形自動連結器と連結するとき連結器の可動範囲を上下左右方向から左右方向に制約する切替レバーが設けてある。また排気ファンやサイレンサーなどに客車への騒音や振動を低減させる機能を強化するとともに、騒音の抑制が必要な場合にはエンジン1台の運転も行えるように改良されている。保安装置はJR九州管内で使用されているATS-DKを搭載している。番台区分は『ななつ星in九州』にちなんで7000番台としている。報道公開時に車両番号は7000であることが発表された。
2013年7月12日より単機での試運転を実施。8月15日より『ななつ星in九州』で使われる77系客車を牽引した試運転が行われ、10月15日に『ななつ星in九州』の営業運転が始まった。