国鉄DD54形ディーゼル機関車

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DD54形ディーゼル機関車（DD54がたディーゼルきかんしゃ）は、日本国有鉄道（国鉄）が1966年から設計・製造した亜幹線用液体式ディーゼル機関車である。

概要

国鉄の幹線・亜幹線用ディーゼル機関車としては既にDD51形が実用化されていた。DD51形では1,000馬力級エンジン[1]を2基搭載として大出力を得たが、1950年代後半以降、欧米では西ドイツ国鉄V160形（後の216形。2,000馬力機関搭載）やベルギー国鉄200形（2,000馬力機関搭載）、フランス国鉄BB67000形（2,400馬力機関搭載）など、2,000馬力から2,700馬力程度の出力のディーゼルエンジンを1基搭載し、車両重量の軽減・保守の容易化・製造コストの削減を狙った設計の本線用ディーゼル機関車の量産が行われており、日本でも注目されていた。

しかし、この時代の日本においては、車載可能なクラスの2,000馬力級ディーゼルエンジンの製作経験がなく、またこのクラスの機関出力に対応するトルクコンバータを自力で設計・製造することも技術的に困難であった。

そのような状況下で、三菱重工業[2]が当時、液体式ディーゼル機関車の設計製作で先進国であった西ドイツ（当時）のメーカーからライセンス供与を受けて技術を導入、まず1962年に西ドイツから輸入された1,820馬力級ディーゼルエンジンとこれに対応する液体式変速機を搭載したDD91形を試作、同機は1965年まで国鉄に貸し出されて山陰本線の京都 - 園部間などで試験運用された。

同形式は試験終了後国鉄籍に編入されずそのまま三菱重工業に返却されたが、好成績であったことからこれを基本とした亜幹線用液体式ディーゼル機関車が量産されることとなり、本形式が設計された。

製造

1966年に試作車としてDD54 1 - DD54 3の3両が製造され、各種試験に供された後、1968年から1971年までの4年間にDD54 4 - DD54 40の37両が量産車として製造された。

その開発経緯から、全車とも三菱重工業が製造を担当しており、製番は順に1389 - 1391・1485 - 1489・1631 - 1640・1738 - 1744・1750・1751・1753・1765 - 1776となる。

車体

ファイル:216-800-69-03.jpg
参考：ドイツ連邦鉄道216形（旧V160形）。1,900PS級のマイバッハ社製エンジンとこれに対応した液体式変速機に加え、蒸気発生装置を搭載、車体上半分を内傾させた断面を持つ独特の車体デザインなど、機構・外形共にDD54形に大きな影響を与えた形式の1つ。

車体は前後に運転台を配した「箱形」[3]である。試作車にあたるDD91形ではいわゆる湘南形の、2枚窓構造の運転台を備えた平凡な構造・形状であったが、本形式に先行して設計・製造されたED72形・ED73形交流電気機関車と同様に窓下を突出させた「くの字」状の前面形態が採用され、車体断面も側板の上半分を内側に傾斜させた、ヨーロッパ調の独特のエクステリアデザインとなっている。

重連運用は想定していないため正面貫通扉は装備せず、総括制御に必要な釣り合い管や制御用ジャンパー線などを設置していない。

製造時期により外観は前灯の位置と前面窓の形状が異なるほか以下の相違点がある。

DD54 1 - DD54 3（量産試作機）
ステンレス窓ガラス支持・前灯窓上・サイドエアフィルター形状・動輪輪芯形状）
DD54 4 - DD54 24[4]
ステンレス窓枠・前灯窓下・連結器解放テコ先端形状・砂箱形状
DD54 25 - DD54 40
窓ガラスHゴム支持・前灯窓下・車体溶接構造の変更

大別で上述3タイプ、各部仕様で細分すると1 - 6次車に区分される。

主要機器

西ドイツのメーカーからのライセンス供与を受けて製作されたエンジン・変速機を搭載するが、動力台車や蒸気発生装置、それにブレーキシステムは同時期製作のDD51形やDE10形などとの部品の共通化が図られている。

台車

本形式は軸重上限の低い亜幹線での使用を前提とし、動軸重軽減のため軸配置を B-1-B とした。

動力台車

ファイル:JRN DE10 Truck DT131E 20071020 001.jpg
参考：DE10形用DT131E台車

一般的なアウトサイドフレーム（外側台枠）式の軸ばね台車を装着していたDD91形とは異なり、2軸インサイドフレーム（内側台枠）式台車であるDT131B(DD54 1 - DD54 3)あるいはDT131E（DD54 4 - DD54 40)を装着する。

これらは1965年設計のDD53形用DT131の派生機種[5]にあたり、最終減速機の歯数比が本形式と同じ1966年に設計されたDE10形試作車(DE10 1 - DE10 4)用DT131Cと同じ4.482となっているなど、極力他形式と共通の部品を採用することで保守の合理化を図っている。

なお、量産車が装着するDT131Eは、DE10形基本番台（DE10 5以降）および500番台などに採用されたのと全く同一品である。

中間台車

2台の動力台車の間にTR104(DD54 1 - DD54 3)あるいはTR104A（DD54 4 - DD54 40)と呼称する、リンクにより横動を許容される構造の1軸中間台車を装着する。量産車でのサフィックス付与は、試作車用のTR104で台車装架であったATS車上子が車体床下装架に変更になった事に伴う設計変更を反映したものである。

この中間台車の装着により、本形式は自重約70tの大型機でありながら軸重は約14tに抑えられ、4級線への入線が可能となっている。

機関・変速機

使用想定線区の実輸送量に鑑み、DD51形よりやや出力を抑えた設計もDD91形から継承された。

搭載機関は西ドイツマイバッハ社（Maybach=現・MTUフリードリヒスハーフェン）設計によるMD870を三菱重工業がライセンス生産を行ったDMP86Z[6]、液体変速機は爪クラッチを介在させた4段変速機構をもつDW5で、同じく西ドイツのメキドロ社（Mekydro）が設計したK184Uのライセンス生産品である。 この変速機構のため、力行中の変速進段時に一旦エンジン回転数が下がる変速音を発しながら加速するという独特の走行音であった。

ブレーキ

同時期の国鉄ディーゼル機関車で標準となっていた、DL14Aブレーキ装置を搭載する。

蒸気発生装置

旅客列車牽引運用への対応として、全車が列車暖房用蒸気発生装置（SG）を搭載する。

SGはDD54 1 - DD54 3がDD51形初期車と共通のSG4、DD54 4 - DD54 24がこれを改良して蒸気発生量を増大させたSG4A、そしてDD54 25 - DD54 40がSG4Aを完全自動運転方式に改良したSG4A-Sをそれぞれ搭載する。

いずれも同時期製作のDD51形に搭載されたものと同一設計品で、縦型水管式ボイラーを備える機種である。

改造工事

1972年に新設の寝台特急「出雲」牽引用として本形式が抜擢され、前年に8両が新製配置されたばかりの米子機関区所属車の内、DD54 32 - DD54 37の6両が同列車の牽引機に指定された。

この当時、「出雲」に使用される20系客車は在籍全車が110km/h運転に対応するために、応答性能の高さと引き替えに圧縮空気の消費量の多いAREB増圧装置付き電磁自動空気ブレーキ搭載に改造済みであった。しかも電源車以外の全車が空気ばね台車を装着するため、同系列の牽引には編成増圧ブレーキ機能と空気ばねへの空気圧供給源として元空気溜管(MRP)引き通しを実施するなどの改造工事を施工[7]する必要があった。

このため、「出雲」牽引機に指定された6両はMRP引き通しが施工され、さらにヘッドマーク装着を可能とするため、妻面腰板部中央にヘッドマーク固定用金具の追加設置を実施している。

運用

1966年に先行試作車であるDD54 1 - DD54 3の3両が福知山機関区（現・福知山電車区）に新製配置された。これらの運用結果が良好だったために本格量産が決定した。1968年から1971年までに量産車37両が順次落成し、全40両の内DD54 1 - DD54 29・DD54 38 - DD54 40の32両が福知山機関区に、DD54 30 - DD54 37の8両が米子機関区（現・後藤総合車両所）に、それぞれ配置された。

本形式はその新製時の計画通り、当時山陰本線・播但線・福知山線などの列車牽引運用に用いられていたC57形・C58形等の蒸気機関車を置換え、当該路線群における無煙化を促進した。

1968年10月6日にはDD54 1（本務機）・DD54 3（前補機）の2両が、福井国体開催に合わせて運行されたお召し列車の牽引に供された。

1972年3月15日から京都 - 浜田間で、米子機関区配置機6両により寝台特急「出雲」牽引が開始された。しかし、この頃からエンジン本体や液体変速機の故障が多発、本形式の牽引する列車を当時残存していたC57形蒸気機関車が救援する、といった皮肉な事態が頻発するようになっていた。このため「出雲」運用への充当は2年で終了し、1974年には同運用のDD51形へ置き換えが実施された。

さらに、本形式での故障頻発が運用・保守の両面で深刻な問題となっていたことと、DD51形が初期故障をほぼ克服し安定した稼動実績を確保していた状況から、本形式はDD51形で代替・淘汰されることが決定され、1975年から1977年にかけて山陰地区へ同形式の新造ならびに他地区からの転入が実施された。

これにより、その時点で山陰本線用として配置されていたDF50形と本形式の淘汰が実施され、本形式は1976年6月30日に12両[8]、1977年1月17日に10両[9]、同年11月21日に10両[10] 、1978年5月11日に4両[11]が廃車された。

最後に残った4両[12]も1978年6月18日の播但線645列車を最後に運用から離脱し、同年8月に休車。同月11日に一旦全車廃車となった。しかし、DD54 12とDD54 33については一旦廃車の後、何故か車籍復活の手配がとられ、同年12月1日に改めて廃車された。これをもって本形式は形式消滅となっている。

休車・廃車車両は解体まで鷹取工場・福知山駅・東舞鶴駅・生野駅構内に留置された。

故障・事故

本形式に搭載されたDMP86Zは、冷却水がシリンダ内に漏れるトラブルが稀に見られたものの、出力と耐久性には問題がないなど極めて優れた設計のエンジンであった。また、液体式変速機は常時歯車噛み合わせ式で直結段を持たないなど、日本国鉄が標準として採用していたフォイト社開発の充排油式とは異なる、機械式変速機に近い特徴的な機構を実現しており、全般的に西ドイツの工業製品らしい、精緻な技術の塊ともいうべきものである。

もっとも、試作車のDD91形がエンジン・変速機共に西ドイツ製の純正品を搭載していたのとは異なり、本形式ではそれらをライセンス生産契約に基づき三菱重工業が製造した、日本製同等品が搭載されており、さらにDE10形などと台車を共通設計とした結果、最終減速機や推進軸周りの設計がオリジナルのDD91形とは異なったものとなっていた。

後述するように、本形式の重大故障はDD91形の原設計から大きな変更が行われた推進軸周りに集中しており[13]、安易に他形式と仕様を共通化したことで、結果的にその車両寿命を著しく縮めることとなった。

本形式は、変速機周りの構造が比較的単純であったDD51形などと比較して複雑で整備に非常に手間がかかるほか、故障となると配置車両基地の保守掛の手に負えず、三菱側保守担当者が常駐する鷹取工場へ回送して修繕を行う必要があった[14]。また設計・構造についての不明点を西ドイツのメーカー本社へ問い合わせるなどの際にライセンス契約締結時に仲介を行った三菱商事の対応が悪く、またメーカー本社の回答も遅れて修繕が進展しないといった悪循環も発生した。この結果、国鉄の本形式に対する信頼は完全に失われた。

以下で事故・故障のうち多発した症例について解説する。

推進軸破損落下事故
1968年6月28日、山陰本線鳥取 - 湖山間の岩吉踏切付近で急行「おき」を牽引中だったDD54 2の推進軸（ユニバーサルジョイント）が突如破損落下。湖山駅21番分岐器付近で推進軸を破損した逆転機が線路に突き刺さり同車が脱線転覆、続く客車6両も脱線する事故を起こした[15]。
翌1969年11月にも山陰本線浜坂 - 久谷間の勾配力行中などのDD54 11・DD54 14が床下から出火するなどエンジンの高出力に耐え切れなくなった推進軸に起因する故障が多発した。
原因は三菱側の強度計算の誤りによる設計ミス。対策として推進軸の強化や脱落防止が施工され解決し、1970年以降推進軸のトラブルによる重大事故は発生していない。
液体変速機の故障
本形式搭載のDW5液体変速機は原形となったK184Uの設計を踏襲し、シフトアップ・ダウン時にエンジンの回転数とトルクコンバータの回転数を同調させて接続する凝った構造のため爪クラッチをギヤ回転のまま接続させた時のショック緩和用に衝撃緩和装置まで装備するなど従来の国産機にはみられない非常に複雑精緻かつ巧妙な構造・機構を採用していた。しかし、本形式の運用においては日本国鉄の保守能力を超えた装置全体でのギヤ欠け・コンバータ故障・クラッチ損傷が多発し、その保守には高度な技術と相応の時間を必要とするという問題が露呈した。
冷却ファンの故障
温度感知部のワックス[16]の膨張度合いで回転数を制御する静圧ファンを採用していたが、1974年（昭和49年）に山陰本線下北条 - 由良間で下り急行「だいせん」を牽引中にファンが停止。油温の異常上昇による機関停止ならびに再起動不可能となった事例が発生した。

早期廃車

際立ったスタイルで注目を浴びた最新鋭機関車でありながら事故と故障の続発に当初の期待とは裏腹に早々と運用を離脱する結果となった。そして以下の経緯から車両としては失敗作と位置付けられた。

  • 完成された大出力エンジンや液体変速機の高性能かつ複雑な機械を保守するだけの技術力が当時の国鉄やメーカーに決定的に不足していた。
  • ライセンス生産品であるための改良もライセンス契約に抵触する部分は本国のメーカーにいちいち了承を取らなければならず、改良実施までに煩雑な手間と時間を要した。

これらが問題点への迅速かつ最適な対応ができず解決を長引かせた主因である。さらに運用されていた1970年代はちょうどマル生運動の挫折によって労使関係が悪化した時期と重なる。現場では国鉄労働組合（国労）・国鉄動力車労働組合（動労）の勢力が極めて強く、最先端技術を採り入れた車両や保守取り扱いに手間のかかる不便な車両は「労働強化に繋がる」と敬遠される傾向もあった。

日本技術陣が独自開発を行ったDD51形も初期故障に悩まされたが、本形式とは対照的に試行錯誤を繰り返しながら開発陣と保守陣が一体となって克服することができ、後の大量増備につながった。

  • 淘汰完了直前の段階で本形式の保守費はDD51形の18倍にも達していた。

国鉄も想定し得なかった高価な新鋭機関車の早期淘汰は、廃車時の車齢が最長でも約10年[17]で、全車とも法定耐用年数（18年）に達していないばかりか、平均で7年4ヶ月、最短で4年10ヶ月[18]とその半分にも満たなかったことから後日国会で問題として取り上げられ[19][20] 、会計検査院からも不適切な処理を指摘された。

ゴーヨン機関車のジンクス

テンプレート:独自研究 国鉄に在籍した「54形」車両は、本形式の他にC54形蒸気機関車・スイス製ED54形電気機関車など少両数による使い辛さや高度で緻密な機構を保守できないことによる不具合の多発で短命に終わることが多く鬼門とまでいわれた。特にC54形が最終期に運用されていた山陰地方に本形式が投入されたことが、ジンクスをことさら強調することになったとも言える。

本形式はED54形などと同様に高性能な車両である反面、設計ミスや構造的問題といった根本的部分の不具合、改良・保守に対応する技術力・手間・時間・予算といった数多くの要求、省力化を推進する現場など本機を取り巻く状況・環境が時代と合わなかった面もあり、当初想定された能力を発揮させる場面が少なく淘汰されたことから一部では「悲運」の機関車と認識されている。

保存車

  • DD54 33 - 交通科学博物館（大阪市港区）
    最後まで使用された4両中の1両で、米子機関区配置時代に特急「出雲」牽引機に指定された6両中の1両[21]でもある。このため、現在も20系客車への空気圧供給用の元空気溜管とヘッドマーク取り付け金具を装着する。労働組合の抗議行動により「欠陥機関車の証拠」として残すため解体を阻止され[22]福知山機関区に留置された、とされているが、交通医学で著明な業績を持つ医学博士が国鉄に33号機の復活ないし保存を要請し実現した、との説もある。
    1984年1月に福知山機関区から搬出。同年3月に交通科学館に搬入。再塗装も施工され保存状態は良好である。交通科学博物館は2014年4月に閉館したが、保存車両は2016年に梅小路蒸気機関車館を拡張してオープンする京都鉄道博物館に移管される予定となっている。
    現存し形状をとどめるDD54形はこの33号機が唯一で、それ以外は廃車後、すべて解体廃棄された。

脚注

テンプレート:脚注ヘルプ テンプレート:Reflist

参考文献

  • 『世界の鉄道'70』、朝日新聞社、1969年
  • 関崇博「列車暖房用装置を搭載した機関車と列車運行の一考察」『車両研究 1960年代の鉄道車両 鉄道ピクトリアル 2003年12月臨時増刊』、電気車研究会、2003年、pp.52-73
  • 石井幸孝『DD51物語-国鉄ディーゼル機関車2400両の開発と活躍の足跡』（JTBパブリッシング、2004年） ISBN 453305661X
  • 池口英司・梅原淳『国鉄型車両 事故の謎とゆくえ』（東京堂出版、2005年） ISBN 4490205635
    • 第6節（p57 - p69）で本形式を取り上げている。
  • 藤崎一輝『仰天列車』（秀和システム、2006年） ISBN 4798015474
    • p11 - p14にかけて本形式についての記述がある。
  • 塚本雅啓「寝台特急『出雲』も牽引したDD54形式ディーゼル機関車」
  • 沖田祐作 編 「機関車表 国鉄編II 電気機関車・内燃機関車の部」『レイル・マガジン 2008年10月号 No.301』、ネコ・パブリッシング、2008年10月（特別付録CD-ROM）

関連項目

外部リンク

  • 稼動動画が閲覧可能。
  • 上述動画投稿者ID:DAkiraraのHP。
  • 形式名にまつわる話で本形式の歴史を取り上げている。
テンプレート:国鉄のディーゼル機関車
  1. ↑ 後に1,100馬力に出力向上。
  2. ↑ 1964年以前は新三菱重工業。
  3. ↑ これは背の高いDMP86Zを収めるためでもあった。
  4. ↑ DD54 12は公式側排障器にSGホース掛けを装備する。
  5. ↑ DT131AはDD53形の推進用として1965年に製作されたDD20形2号機用台車に付番されている。
  6. ↑ DOHC6バルブ、バンク角60°V型16気筒、ボア185mm×ストローク200mm、排気量85.973L、最大出力2000HP・1600rpm
  7. ↑ 最高速度は95km/hのため、同時期のEF65形500番台（P形・F形）などのような電磁自動空気ブレーキへの指令回路のためのジャンパ連結器設置や応速度編成増圧ブレーキ装置の搭載は実施されていない。
  8. ↑ DD54 1 - DD54 9・DD54 13・DD54 14・DD54 35
  9. ↑ DD54 15 - DD54 18・DD54 21・DD54 26・DD54 34・DD54 36 - DD54 38
  10. ↑ DD54 10・DD54 19・DD54 20・DD54 22・DD54 23・DD54 25・DD54 27・DD54 28・DD54 39・DD54 40
  11. ↑ DD54 11・DD54 24・DD54 29・DD54 31
  12. ↑ DD54 12・DD54 30・DD54 32・DD54 33
  13. ↑ 本形式は、車体内部の1エンド側にエンジンと変速機、2エンド側に蒸気発生装置（SG）を搭載しており、車体前後にある2軸駆動の動力台車を変速機からの推進軸（プロペラシャフト）で駆動させる方式であったが、2エンド側の動力台車へは、推進軸が中間の1軸台車の上を超えて延々に伸びた設計となっていた。
  14. ↑ そのため、当初米子機関区に配置された後期製作車8両の内、先行して1972年に転属となったDD54 30以外の7両については、故障頻発が深刻化した1974年4月25日付で鷹取工場に近い福知山機関区へ転属の措置がとられている。
  15. ↑ 事故車のDD54 2は修復され後に復帰。
  16. ↑ 自動車を始めとする水冷エンジンのサーモスタットや潤滑系のバルブに用いられるワックスを充填したサーモエレメントの伸縮動作によるサーモアクチュエーターの一種。
  17. ↑ 最初に製作され、結果的に本形式で最も長い期間使用されたDD54 1は、1966年6月24日新製配置、1976年6月30日廃車で、書類上新製から10年と数日で廃車となっている。
  18. ↑ DD54 35。同車は1971年9月9日に米子機関区へ新製配置され、1974年4月25日に福知山機関区へ転属、1976年6月30日に変速機系の致命的な故障が原因で修理不能としてトップナンバーを含む初期車11両と共に廃車となっている。
  19. ↑ 特に本形式の導入が開始された1966年当時の国鉄監査委員長が前三菱重工業社長の岡野保次郎であったことから、国鉄内で適切な意志決定がなされないままに総額約30億円におよぶ予算の無駄遣いがなされたのではないか、との指摘・追求が内藤功参議院議員からなされている。
  20. ↑ 第87回国会、参議院 交通安全対策特別委員会 5号、昭和54年5月9日
  21. ↑ 最後まで使用された4両中、「出雲」牽引を経験した車両はこのDD54 33のみであった。
  22. ↑ 鉄道ジャーナル社『鉄道ジャーナル』2006年4月号（通巻474号）p83
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