ツェントラル鉄道Deh120形電車

ツェントラル鉄道Deh120形電車（ツェントラルてつどうDeh120がたでんしゃ）は、スイス中央部の私鉄であるツェントラル鉄道（）で使用されていた山岳鉄道用ラック式荷物電車である。なお、本形式はツェントラル鉄道の前身の一つであるスイス国鉄ブリューニック線用のDeh4/6形として導入されたものであり、また、本項ではDeh120形を粘着区間専用に改造したDe110形荷物電車についても記述する。
概要.
導入の経緯.
2005年1月1日にルツェルン-シュタンス-エンゲルベルク鉄道と統合してツェントラル鉄道となった、スイス国鉄の1 m軌間の路線であったブリューニック線は、1888-89年にルツェルン - ブリエンツ間が、1916年にブリエンツ - インターラーケン・オスト間がそれぞれ非電化で開業し、蒸気機関車が客車や貨車を牽引する列車で運行されていた。この路線は全線73 kmのうち9.2 kmが最急勾配120パーミルのリッゲンバッハ式ラック区間、残る約64 kmが最急勾配18パーミル（ラック区間接続部のみ25パーミル）の勾配の緩い粘着区間であることが特徴であった。そのため、蒸気機関車で列車を運行していた時代にはラック/粘着区間兼用の蒸気機関車と粘着区間専用の蒸気機関車とを使い分け、ラック区間を含むギスヴィル - マイリンゲン間をラック式の蒸気機関車で、粘着区間のルツェルン  - ギスヴィル間、マイリンゲン - インターラーケン・オスト間を主に粘着式の蒸気機関車で運行することとし、ギスヴィルおよび、スイッチバック式のマイリンゲンの両駅で機関車を交換する運行が行われていた。ラック/粘着式の蒸気機関車は1887-1901年製のHG2/2形と1905-26年製のHG3/3形、粘着式の蒸気機関車は1887年-1901年製のG3/3形と1906-26年導入のG3/4形が用意されており、1936年夏ダイヤでは粘着式のG3/4 形12機とG3/3形1機、ラック/粘着式のHG3/3形16機により、以下の通りの運用（重連を含む）が組まれていた。
ブリューニック線に関しては古くから電化に関する議論がなされており、1930年代には第一次世界大戦の影響による石炭不足・価格高騰や軍事的要請により電化や標準軌への改軌、ラック区間の解消などが議論されたが、結果として現状の路線のまま電化されることとなり、1940年3月に電化工事が開始され、1941年11月18日にルツェルン - マイリンゲン間が、1942年12月24日にマイリンゲン - インターラーケン・オスト間がそれぞれ電化されている。
電化に伴い導入される新しい牽引機については、運行の合理化を進めるためにラック区間用/粘着区間用の区別を廃して全線で運行可能なものとするとともに、性能は粘着区間の最高速度を75 km/h、ラック区間では基本的な編成を補機なしで牽引可能なものとし、また、この牽引機の導入や、当時検討されていたマイリンゲンのスイッチバック解消による所要時間短縮を踏まえたダイヤの検討結果から、運用予備・検査予備機を含め16機を用意することとなった。さらに、導入する牽引機の車種を電気機関車、電車もしくは荷物電車のいずれとするかが検討され、ブリューニック線の荷物輸送量を鑑み、列車編成内の荷物車や郵便車を省略してその分の旅客輸送量を確保するために牽引機に荷物室を設置して荷物電車とすることした。また、予備設計を行ったSLMの提案により、走行装置は2基の2軸ボギー式の粘着式台車の間に、ラック式駆動装置を搭載し、支持車輪2軸でこれを支持するラック式台車を1基を置いて車軸配置をBo'2zz’Bo'とした。この配置はSLMとBBCが1925年に日本の碓氷峠越え用に製造したED41形の設計コンセプトをベースとしたもので、ED41形では2基の粘着式台車の間にラック式駆動装置を吊下げて車軸配置をB'zzB'としていたが、この荷物電車はブリューニック線の線路要件および性能要件を満たすことのできる電機品の重量を考慮して、ラック式駆動装置部分に支持車輪を追加してを独立した台車に変更している。これらの予備設計を基にスイス国鉄が設定した設計要件は以下の通りであり、機械部分はSLMに、電機品はBBC、SAASおよびMFOに分割して発注されている。
製造.
本形式は上記のような経緯を経てスイス国鉄がFhe4/6形の901-916号機として16機を導入することとなったラック式の荷物電車であり、粘着式駆動装置とラック式駆動装置を別個に設ける方式を採用していた。一方、電車や電気機関車のラック式駆動装置は様々な方式があるが、一般的な方式は動輪の車軸の中央にラック用ピニオンを滑合し、1台の主電動機から動輪とピニオンの両方に動力を伝達する（動輪とピニオンの径の差は歯車比で調整する）ものであった。この方式は構造が単純で多くの実績があるものであるが、摩耗による動輪径の変化により、動輪とピニオンの周速に差が発生して駆動装置に負荷がかかることと、ピニオンの位置が下がるためにラックレールとの噛合が変化するという問題があった。これらの問題に対しては動輪のタイヤの許容摩耗量を通常の車両より少ない量で管理することが対応していたが、このうち前者の問題は出力の小さい電車等ではあまり問題にならなかった一方で、特に出力の大きい機関車では問題が顕在化することがあった。
ブリューニック線においても、本形式の後1954年に導入されたHGe4/4I形ではこの方式を採用して274 kNの牽引力を確保したものの、粘着区間での最高速度が50 km/h、1時間定格速度が31 km/hと低く、また、駆動装置の損傷等の不具合が発生したため動輪のタイヤ厚の管理をさらに厳しくするとともに、タイヤ交換回数増に伴うメンテナンスコストを抑制するため走行距離を制限していた。そのため、その後1986年から導入されたHGe101形（旧HGe4/4II形）では動輪とピニオンの間に遊星歯車機構を使用した差動装置を装備して動輪径の変化に対応するとともに、両者の駆動力の配分を最適化する方式を採用し、ラック区間での牽引力280 kN、粘着区間での最高速度100 km/hの性能を確保していた。さらに、2012年に導入されたABeh150形とABeh160形では再度本形式と同じ粘着式駆動装置とラック式駆動装置を別個に設ける方式を採用し、ラック区間での牽引力を440/220 kN、粘着区間での最高速度を120 km/hとしつつ、タイヤの許容摩耗量を一般の車両と同等とすることでメンテナンスコストの抑制と稼働率の向上を実現している。
本形式は、勾配の緩い粘着区間が大半を占めるブリューニック線の線路条件に対応するため、前述の通り、粘着動輪のみの2軸ボギー台車の間にラック区間用ピニオンを搭載したラック式台車を配置して車軸配置Bo'2zz’Bo'とすることで粘着式駆動装置とラック式駆動装置を別個としており、この方式の特徴は以下の通りとなっている。
また、本形式は主制御装置にスイス国鉄ではAe8/14形電気機関車から採用された高圧タップ切換制御を採用して1時間定格出力920kW/970kW、牽引力62.4/129.0kN（粘着区間/ラック区間）を発揮する強力機となっており、同じ1940年代に製造され、1台の主電動機と動輪/ピニオンを一体の駆動装置とした方式のフルカ・オーバーアルプ鉄道のHGe4/4I形ラック式電気機関車およびベルナーオーバーラント鉄道のABDeh4/4形ラック式電車との比較は下表のとおり。
本形式の電機品は、当初Fhe4/6 901 - 907号機をBBC、Fhe4/6 908 - 912号機をMFO、Fhe4/6 913 - 916号機をSAASがそれぞれ担当する予定であったが、納期短縮のため各電機品メーカーの生産スケジュールを勘案して製造順の変更が行われており、各機体の機番と運行開始年月日、製造所、SLM製番と、UIC形式・機番の履歴は下記の通りとなっている。Fhe4/6形として導入された本形式はその後1963年の称号改正（荷物室を表す記号を"F"から"D"へ変更）によりDhe4/6形、1974年の称号改正（ラック式を表す"h"と電車を表す"e"の表記順を、ラック区間用ピニオンと粘着動輪とを装備する電車は"eh"、ラック区間用ピニオンのみを装備するラック区間専用電車は"he"として区別）によりDeh4/6形に形式名が変更となり、さらに1993年には新しいUIC方式の形式名であるDeh120形となっている。
参考文献.
書籍
雑誌
その他