国鉄C53形蒸気機関車
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形を解析の上、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。
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(C53 34以降、1929年製のC53 54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(C53 43以降)
シリンダ側面の蒸気室覗き穴を大型化(C53 45以降)
煙室前面に手摺の増設(C53 54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(C53 57以降)
煙室前面の手摺を煙室扉から煙室外周へ(C53 57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(C53 60以降)
大正晩年から鋼製客車の出現によって客車の重量が10%ほど増加し特別急行列車の速度を維持するには18900形(後のC51形)では出力不足であり、このため狭軌でこれ以上の輸送力増加に対応するには3シリンダー機を導入するしかないと考えられた。
これ以前に大正13年(1924年)頃に輸送力増大を見込んで3シリンダー機関車の案がいくつか挙げられていた。「機70形」「機78-2形」「機80形」という3形式の断片的なデータが残っており、それぞれ以下のような形式であった。
これらのうち機70形は急行旅客用で後にC53を実際に作る時に(大きさや性能の)原型にしたもの、後者2つは重量急行旅客用だが、3シリンダーそのものをまったく扱ったことがない当時は中央シリンダー取付位置などは未定のままで、実際にアメリカから3シリンダーのパシフィック機8200形(後のC52形)を試験的に輸入したところボイラ効率・機械効率が悪いと判断されたので、これらの問題を解消すべくD50並みのボイラーとC51並みの1750mm径動輪を持つ3シリンダー機関車として1928(昭和3)年から製造された。
この時、シリンダブロック周辺など3シリンダー機の特色となる部分は朝倉希一による「大学を出たばかりの頭の柔らかい新人に任せよう」との判断から、当時新進の島秀雄が研究を担当した。
この際3シリンダー要素以外にもボイラ径がC51形より太くなったことでボイラ中心位置が上がったため、重心を抑えるように設計が配慮されており、鋳物製の化粧煙突から軽いパイプ煙突に変更、給水加熱器を前方台枠下に吊り、先従輪は940mmだったものを860mmにして台枠を低め、砂箱をボイラー上から歩み板の上に変更されるなどの配慮がされている。
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。
この方式を使えば、それぞれのシリンダーに独立した弁があるタイプの3シリンダー式に対し、中央シリンダーのロッド・クランク横のバルブギアを省略できるので整備の際に下にもぐる手間が省けるが、ベアリングの摩耗などでわずかでもレバーにガタが生じると中央シリンダーの動きがずれて主動軸クランクに損傷が起きるという問題があった。そのため、ウォーバッシュ鉄道クラスK5では納品直後に中央シリンダーのメインロッド関連で不具合を引き起こし、ニュージーランドのNZR 98もグレズリー式連動弁装置が問題を引き起こし配備から9年でCLASS G(4-6-2)へ部品提供のため解体されている。CLASS G(4-6-2)もグレズリー式連動弁装置を引き続き採用したこともあり欠点が多く2シリンダー化も提案されたが費用面の問題で車齢19年で廃車された。発祥の地のイギリスでも二次大戦中この問題が発生しており、、LMSの3シリンダー機関車の6倍に及ぶ故障が起きていた。グレズリー式連動弁装置はリンクやピンの数が多すぎて、摩耗やレバーのたわみの影響を受けやすかっただけでなく、「様々な機能的欠点」を抱えていると多くの人物が指摘しており設計自体に欠陥を抱えていた。
本機においては正式に特許実施権を獲得していたアメリカのアルコ社で設計・製造したC52や満鉄のミカニ(日本で製造したものもあるがアメリカ製造車と同設計)と違い、グレズリー弁関係のノウハウがない状態で設計を変えてあるので以下のような点で問題が生じている。
軽量化を優先して連動テコを細く、さらに上下方向に穴を8つ開けておいたため高速で動作する際の変形を招いた。
クランク軸にニッケル・クローム鋼を使用した所、発熱が大きくなった
給油機構がうまくいっておらず、上記の発熱もあって潤滑不足による中央クランクの焼きつきが問題になった。
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されている。
なお、国鉄側では中央シリンダーの不具合について台枠との取り付けが悪い(弱い)と認識していたらしく、国鉄によって編集された『鉄道辞典』では「C53形機関車」の項で「この部(注:主台枠の中央シリンダーの取り付け部分)に亀裂が発生して困った」と記述がある他、「3シリンダ機関車」や「C59形機関車」でも中央シリンダーと台枠の取り付けに関して記載がある。
C53形は予期通りの性能を発揮したので97両量産され、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。前述の通り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、軽量化を重視しすぎたことで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。なお、台枠の亀裂多発はLNER A1形・A3形蒸気機関車でも軽量のために穴を設けたことで問題化していた。第3シリンダーの動作不良頻発は米国でも納品直後に発生しており、起動不能はオリジナル設計でも発生すると羅須地人鉄道協会の持つグレスレー式機関車で判明している。
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が致命的で、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 が伴うなど、およそ成功作とは言い難かった。
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。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 ・明石・下関の3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、浜松工場で行われた「10000粁限定」 や「標修車」 などの大規模な整備、修繕 のほか、大阪鉄道局では主として優等列車仕業を担当する明石機関区に、管内配属の本形式のうち最も状態のよいグループを集中配備する ことなど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実用性ではるかに優れた2シリンダー機関車のみに限定されることになった。
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元々C52を使用時、煙室の蓋を開けて清掃中にシンダがグレズリー式弁装置に入る問題が発生したのでそれを防ぐために前デッキに鉄製のエプロンを追加で取り付けていたが、本形式は最初からこれ対策にこの鉄エプロンが正面だけでなく側面まで覆っていた、しかしこれは整備上の不便から短期間で撤去され前面のみとなり、こちらが標準スタイルになっている。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、C53 93は試験的に蒸気ドーム高さを増した上でドーム自体の位置を後方に移す改造を行った。
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、C53 88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、除煙板が良好だったので1931年頃から取り付けが始まり、他の排煙装置のものも1933年以降は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 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。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。
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C53 43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。塗色も完成直後は海老茶色で、試運転前に黒に塗り替えられたかのように新聞に書かれたが、当初黒以外の案があって採用されなかっただけとも言われている。
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。
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 - 名古屋間(明石操車場 - 神戸間の回送列車も牽引)、下り「富士」の名古屋 - 大阪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 - 神戸間や普通列車も牽引した。
1935年(昭和10年)6月には東海道本線の原 - 鈴川(現・吉原)間でC53 43と通常型のC53 55を使った性能試験を実施、この試験成績が良好だったため、C53を全車流線型に改造するため改造費1両3000円を計上、昭和10年度として10両改造することが内定した が実現しなかった。「燕」の客車も展望車の後部を流線形にし、貫通幌を車体幅一杯まで2400ミリ広げるなどして空気抵抗を3割減らす改造に着手するという計画が報道された が、これも実現していない。
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。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。
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。だが元々部品点数が多く複雑な構造であった上、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。その早すぎる廃車に対し朝日新聞の投書欄が発端となり衆議院運輸委員会で取り上げられることになった。
1950年(昭和25年)に廃車されたC53 45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(昭和37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(のちの交通科学博物館)に保存されることとなり、前年の1961年(昭和36年)に運行可能な状態に復元整備され、9月20日・9月21日には吹田操車場 - 鷹取間で2日間記念走行が行われている。1972年(昭和47年)9月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、同館が2016年(平成28年)4月に京都鉄道博物館に新装オープンした後も静態保存されている。2006年(平成18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。
製造銘板は1961年(昭和36年)の復元整備時に、汽車会社の協力会社の矢内金属工業(大阪・御幣島)が保管していた木型によって製造当時の様式の物が複製された。現役時代のナンバープレートは廃車後に失われ、復元走行時と交通科学館保存当初は新規鋳造の形式名なしのナンバープレートを装着していたが、のちに形式名入りの赤地の物、梅小路移転前後に形式名入りの黒地の物と交換されている。
交通科学館から梅小路への移動時は、大阪港駅まで陸路で運ばれ、そこから本線上に復線し甲種輸送された。
このほか、同じく1950年(昭和25年)に廃車されたC53 57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。1963年当時は現存していたが、のちに解体されている。
1949年(昭和24年)9月30日から同年11月5日にかけて、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。改造工事は東洋レーヨン、若松車両の2社にて2ロット16両(タキ1600 - タキ1615、本形式32両分)が行われた。
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。
所有者は内外輸送であり、その常備駅は神奈川県の新興駅であった。
1956年(昭和31年)7月までに全廃されている。