国鉄EF70形電気機関車
EF70形電気機関車(EF70がたでんききかんしゃ)は、1961年(昭和36年)に登場した日本国有鉄道(国鉄)の交流用電気機関車である。
交流電気機関車としては数少ないF形(動軸6軸)の機関車であり、北陸本線用交流貨物機として1,200 t牽引を目指したため、軸配置はB-B-Bで、日本の交流電気機関車としては初のF形となった。
日本の交流電気機関車は基本的にD形(動軸4軸)で製造されているが、これは仙山線での試験の際、予想を上回る粘着特性を示した整流器式のED45形の試験結果より、交流のD形と直流のF形は同等の牽引力をもつと算定されたことによる。
1962年(昭和37年)に11.5 ‰の連続勾配を有する北陸トンネルが開通するが、日本海縦貫線である北陸本線の列車単位は極めて大きく、この時点で1,000 t、将来的には1,100 tまで列車単位が引き上げられる予定であった。これをトンネル特有の多湿環境で勾配もきついとの悪条件のなか、D形機の単機で牽引するのは難しいという結論が下され、余裕をもたせて交流機としては初めてF形で製造されることとなった。当初は田村 - 福井間に本形式を投入し、福井以北の平坦線にはED74形を投入する予定とされていたが、福井以北の平坦線では機関車出力に見合った牽引定数の増加(列車単位の引き上げ)を見込めることから、作り分けるのは得策ではないとして本形式が北陸本線の主力機として増備されることとなった。
主変圧器は外鉄形フォームフィット式で送油風冷式のTM5形(1次形)で付属の高圧タップ切替器は、ED71形での使用実績を反映して接触部をブラシ式からローラー式に変更した25段構成の物を搭載する。また、シリコン整流器は日立製作所製DJ14Lシリコンダイオードを5基直列接続したものを12セット並列接続し、これを4セット用いて単相ブリッジ結線としている。これによる定格出力は2,430 kW・定格電圧750 V・定格電流3,240 Aである。
当時は、交流電気機関車の技術は揺籃期にあり技術的にさまざまな方式が試みられていた。本形式では、交流電源を直流に変換する整流器については、取扱が簡単で装置自体も軽量かつ大容量のシリコン整流器が採用され、高圧タップ切換器を組み合わせ、主電動機を電圧制御するが、連続制御性や再粘着性能などではまだ技術的課題が残された過渡期のものであった。
主電動機は当初より交流機・直流機の両方に使用可能で電気機関車用汎用電動機として開発されたMT52形直流直巻整流子式電動機を採用した。
駆動方式はそれまでの新系列電気機関車に採用されていたクイル式をやめて、古くから用いられている吊り掛け式が採用された。歯数比は70:17 (4.12) である。
クイル式は吊り掛け式に比べて軽量な高速型電動機の搭載が容易で線路や車両に与える負担が小さく、「新系列電気機関車」と呼ばれる電気機関車の特徴の1つであったが、日本では設計の不備から異常振動の多発、保守点検の困難さなどが問題視され、本形式以降の電気機関車では旧来の吊り掛け式が再び採用されるようになった。もっとも、この代償として主電動機の定格回転数を低く抑えることが求められ、それに伴い出力をトルクで稼ぐ設計とする必要が生じたことから磁気回路の増量が必要となったため、電動機そのものの自重が増大しており、重い変圧器などを搭載する関係で艤装に制約の多い交流電気機関車においては設計上大きな制約が課せられる結果となった。
単機牽引を前提としており、前面は非貫通型である。
交流電気機関車では原則的に2基搭載されているパンタグラフのうち、進行方向に対して後位のパンタグラフを使用することになっており、本形式でも当初は2基搭載されたPS100A形(1次形)・PS101形(2次形)菱枠パンタグラフの後位側を使用していた。
だが、本形式についてはこの原則が後に破られ、2位側のパンタグラフを常用し1位側のパンタグラフは予備とすることに変更された。そのため変更以後は、2位側を先頭にして走行する場合、前側のパンタグラフを上げて走行するのが特徴である。同様の事例に北海道でのED76形500番台の運用方法が挙げられる。
1961年から1965年(昭和40年)にかけて計81両が製造された。1964年(昭和39年)製造のEF70 22からは大幅な設計変更がなされている(後述)。
注1 … 機器類は2次形先行搭載
注2 … 1968年(昭和43年)にEF70 1001 - 1007へ改造
注3 … 1981年(昭和56年)にEF70 61 - 81は九州地区(門司機関区)へ転出
EF70 21までは1次形と呼ばれ、1964年以降に製造された2次形とされるEF70 22以降とは以下に示す外観ならびに性能面で相違点がある。なおEF70 19 - 21は、外観は1次形であるものの性能面では2次形の機器を先行搭載した変則機である。
1968年10月1日のダイヤ改正で20系客車により運転されていた寝台特急列車は、ASブレーキに中継弁 (Relay valve) ・電磁給排弁 (Electro-pneumatic valve) ・ブレーキ率速度制御機能を付与したAREB増圧装置付き電磁指令式自動空気ブレーキへの改造を施工し110km/h運転対応されることになった。日本海縦貫線においても在来急行格上げで20系寝台特急「日本海」が設定されたことから、その牽引に充当される本形式にも対応する改造を松任工場(現・金沢総合車両所)で7両に施工した。
EF70 22 - 28 → EF70 1001 - 1007
北陸本線の交流電化の進捗とともに運用の場を広げていき、最終的には田村 - 糸魚川間で運用されるようになった。当初は主に貨物列車を中心に牽引したが、のちにED70形の運用縮小とED74形の九州転出により、多目的に使用されるようになった。
1969年(昭和44年)に信越本線が直流電化された際、交直接続を糸魚川 - 梶屋敷間に設けたデッドセクションで行うこととなり、これに充当する交直流電気機関車が必要となった。こうしてEF81形が製造されることになるが、この時点のEF81形は金沢以東の北陸本線北部に運用されており本形式とも共存していた。
しかし、1974年(昭和49年)に開業した北陸 - 関西の短絡ルートでデッドセクションをもつ湖西線経由に貨物列車の大半が変更されると必然的に北陸本線南部へもEF81形が進出。この結果、田村 - 糸魚川間に運用が制限される本形式は、EF81形のロングラン運用の前に次第に持て余し気味となり、1978年(昭和53年)10月のダイヤ改正では1次形の大半が休車になる。1000番台も1974年以降はEF81形に特急牽引の役目を譲り、基本番台と共通運用に就くようになった。
車齢の問題(電気機関車の法定耐用年数は18年)からも廃車にもできず、本形式の末期は有効な転用先の模索の歴史となる。まず1980年(昭和55年)にEF70 61 - 81がED72形・ED73形の置換用として門司機関区に転属。
九州地区では電気暖房を使用しないため、本形式はブルートレインや貨物列車等を牽引したが、軸重の関係で鹿児島本線熊本以北に運用が制限され、出力が過大である上、転出機は高速列車対応機でもなかったことから持て余された。そのため、2年後の1982年(昭和57年)11月のダイヤ改正では早くもED76形に置き換えられて余剰となり遊休化した。
また北陸本線残留機は、前述の門司区転出の穴埋めとして休車になっていた1次形を復活させたものの、こちらも1982年11月のダイヤ改正で余剰機が大量に発生、1985年3月のダイヤ改正で全機が運用を終了した。
同時期に、東海道本線・山陽本線で荷物列車牽引に運用されていたEF58形の老朽化が深刻になり、代替機関車が必要となった。しかし当時の国鉄は多額の累積債務を抱えており、その財政状況では新造の機関車を投入することができなかった。そこで、大量に余剰の発生していた本形式の直流化改造計画が持ち上がる。1982年ごろに本形式の鷹取工場入場が目撃されるなど、実現間近と見られる動きはあったが、1984年(昭和59年)のダイヤ改正で電気暖房装置を有する既存直流機のEF62形の大量余剰からの転用となったため、制御器の新製が必要で改造費のかかる本計画は中止となった。
末期の本形式は運用効率の悪さから不遇を託ち、1000番台や九州転属機を含めて1987年(昭和62年)の国鉄分割民営化前に全機が廃車されたため、JRグループには1両も承継されていない。