概要
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合衆国から輸入したC52形(8200形とも。当形式のデータ蓄積および参考のためにアメリカン・ロコモティブ社より6両輸入、旅客用として使われ、のちに補機や貨物用として利用)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(炭水車を連結する形式の蒸気機関車)である。 愛称はシゴサン。用途としては幹線用の客車牽引用途であったが、整備上の欠陥および大型であったこともあり、短命な結果に終わった。また、この形式には試験的な流線形車両も存在した。
開発の経緯
大正時代は客車が大型化し、ボギー車(車体に対して水平方向に回転可能な車輪ブロックを持つ車両)が主流となった。しかし重量やコストの事情で車体の素材は相変わらず木材が用いられていた。その折1926年9月23日に山陽本線において特急第1列車(のちに特急「富士」となる)が豪雨による築堤崩壊により脱線転覆、車両は大破し、多数の犠牲者を出した。
この列車は、終点である下関駅から関釜連絡船を介してアジア及びヨーロッパを連絡する国際連絡ルートの一翼を担う最高級列車であり、「もし客車が鋼製車体であったならば死傷者数は激減していたのではないか」と推定され、世論は紛糾した。
そこで翌年度以降鉄道省は従来のナハ22000・スハ28400系大形木造客車の新造を中止し、新設計のオハ31系鋼製客車への切り替えなどを開始したが、この際一つの問題が発生した。木造車両の場合よりも鋼製車両のほうが列車重量が同形式の場合約5t上昇するのである。さらに一般車両を大型化することにしたためその分さらに重量が上昇することになった。
それにより列車重量は約二割増大することになり、従前の客車牽引用主力大型機関車であるC51形でも力不足となることが見込まれた。当時の技術では2シリンダー機関車としてはC51形を上回る性能を持つ機関車を製造することは困難と判断され、鋼製客車けん引用としては当時諸外国で実用化されていた3シリンダー機関車(台枠の左右両側だけではなく車両中央線上にもほぼ同型のシリンダーを持つ蒸気機関車。シリンダーの数を増やすことにより通常の蒸気機関車に比べ牽引力が増す)を採用するのが適当と結論された。
しかし当時3シリンダー機関車は満鉄がミカニを導入し、内地のメーカーに製造させ成功していたものの、鉄道省自身には開発経験はなく、開発を前にして参考として1926年に8200形が米国American Locomotive Companyより輸入され、シリンダブロック周辺など三気筒機の特色となる部分は「(失敗しても別にどうということはない)大学を出たばかりの頭の柔らかい新人に任せよう」という判断により当時新進の島秀雄が研究を担当し、連動テコを細くする等の改悪を行った(これにより高速で動作する際の変形を招き、かつ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してあるため磨耗も変形も無い状態でも中央気筒の動作が理論値から大きく外れ、中央気筒のみ異常な過大出力が発生したり、ピストンの背圧がクランク回転角によっては正圧よりも大きくなって不動現象の原因になる不具合が発生)以外はほぼコピーした。
ボイラーは基本的にD50のものであるが、サンプル輸入機であるC52もまた火床面積以外ほぼ同寸であった。C52でメーカーに再三「本当になしでいいのか、燃費上付けたほうがいい」と具申された燃焼室はC53にもない。
その他にも、各種補機を含む以後の新型蒸気機関車設計の研究が行われている。なお設計主任は国鉄DC11形ディーゼル機関車を設計製造監督することになる伊東三枝であった。
運用等
この車両は東海道本線・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。
この車両は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。設計そのものもが欠陥であったグレズリー式連動弁装置のみならず3シリンダー機構の理解が不十分であり、連動大テコに軽め穴を不用意に設けて曲げ剛性を低下させたり、不用意に台枠を細くしC52よりもボイラー受けを一つ減らすなどして台枠の剛性を低下させるなど、設計陣が枝葉末節にとらわれ全体を見ずその本質を見失っていた形跡が散見された。
この問題は運用開始後、台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うえ、軌間の狭さに由来する弁装置周りの余裕の無さという致命的なマイナス要因があり、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には想像を絶する困難が伴う（これが何とも恐ろしい話であり、停車中の注油では間に合わないと高速走行中の機関車の台枠部に板を1枚乗せ、その上に保守要員（あるいは機関助手・検査士との説も）が乗って注油し続けるという、死と隣り合わせの作業を行ったという逸話が残っている、東海道本線の特急車を担当するエリート揃いの機関区がこれをやったというのだから苦労が窺える。ちなみにこのおかげで三気筒構造も手伝い運転する機関士にとっては大変走行しやすい環境となっていたという）など、各国のグレズリー式機関車と同じく成功作とは言い難かった。
なお、中央シリンダービッグエンドへの給脂は、満鉄ミカニの場合、駆動軸に細い穴を開けてあり、クランク部分で外方向へと流れる伝い溝が掘ってある。この構造であれば、夏冬・軌間の広狭関係なく、仕業前や一定区間走行後に駆動軸の中心に熱くしたグリースを流し込めば走行中中央ロッドは適宜潤滑される。残念ながらドイツ流一辺倒の鉄道省で、これを参考にした形跡はない。
このため、お召し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)。また、本形式の一部には特急・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形蒸気機関車(貨物用テンダー式蒸気機関車、1920年代から1930年代にかけ製造、曲線通過性能にやや難があるが空転が発生しにくく、保守も問題なかった車両)初期車が使用していた20立方米形に振り替えたものも存在する。
この機関車は後継である2シリンダー型のC59の登場により幹線の優等列車の牽引を行わなくなったものの、大型の機関車であったため東海道本線、山陽本線、軍事路線としての側面もある呉線のみでしか運用できなかった。ただし、日中戦争および太平洋戦争などの影響による貨物需要の増加、および戦後の機関車不足のため、使用されたものの、1950年にはすべて廃車されることになった。
流線型化改造
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43号機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。これらの改造により他機とは全く異なる外観を呈した。塗色も完成直後はチョコレート色に塗装されていたが、試運転の前後に黒に塗り替えられたという。
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。むしろ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みられる。結果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、熱がこもるため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3倍多くの時間を要した。
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 - 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。
後年、特急運用から外れた後には車体下部や炭水車上部のカバーが撤去された。
保存機
1950年に廃車された45号機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(現在の交通科学博物館)に動態保存されることとなり、前年の1961年に運行可能な状態に復元整備され、吹田操車場 - 鷹取間で2日間記念走行が行われている。
後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(予算不足のあおりで)静態保存されている(実はもう一台ボイラーを切開した状況の保存車両が存在したが、いつの間にか破棄されていた)。
そのほか
グレズリー式弁装置
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。
もっとも、特に大きな力がかかり、なおかつタイミングを正しく維持するために狂いが許されない2本の連動テコについては、支点に用いられる可動ピンを含め剛性、耐摩耗性、工作精度のすべてにおいて高水準を維持することが求められたが、それに見合う高度な保守技術を堅持できた鉄道会社は限られていたとされている。が、発祥元のイギリスを除くとグレズリー式弁装置を100両以上採用したのは鉄道省のみであり、約20年と言う使用年月も同弁装置を使っている機関車とみれば短命と言う訳でもなかった。
また手本にしたC52も、主連棒のかかる第2動輪のクランク位相は120°ずつであるものの中央シリンダの傾斜分（7°30’～8°程度）を加味されていなかった。本来ならばこの傾斜分をキャンセルするようにクランク位相をずらす必要があったのであろうが（あるいは弁装置が強固だと問題が出にくかったのか、90年近く経ってからでは藪の中である）、これもそのまま引き継がれた。
悪天候・整備不良・歪の出やすい剛性不足のバルブ・そもそもシリンダ傾斜分がずれたままのバルブタイミング、これが岡山駅での不動事故に繋がったと推測される。
本場であるロンドン・アンド・ノース・イースタン鉄道ですら、様々な問題や欠陥が露呈しており、財政面や人的資源の浪費が凄まじく、同鉄道の将来を大きく制限する結果になった。これに対処すべく、1両の機関車に専属の乗員を一人一人最高級の者を選ぶことで辛うじて運用が成り立っていた。機関車１台が自分の所有物に近いため、設計や製造で生じた１台ごとに異なる習癖への対処を愛着心から自得しており、こうした忠誠心や誇りで欠陥が露呈しなかったという考察も存在する。
だが、機関車の故障が起きても設計、上のミスと認めず、機関士や整備の問題とされる有様であった。さらに、同じ形式ですら1両1両の癖が異なり、専用機以外の運転に支障をきたすので、機関車1両と交代要員を含む機関士と機関助手らを常にセットで運用しなければならない煩雑さがあった。
第2次大戦中に作成された報告書では、理論的には正しいが現実には正しく作動せず世界中で使用が中止されており、グレズリーの設計はもう使ってはいけないと結論付けられている。このため、グレズリー卿は大きな間違いを犯した蒸気機関車技術者の一人とイギリスで評されることもある。
第2次大戦の真っただ中にグレズリーの後任となったエドワード・トンプソンは、問題が余りも多すぎるグレズリー式弁装置に手を加えようとしていた。だが、在任期間が5年と短く戦時下の対応に追われたため、分かりやすい功績を残せなかった。そのため、英国では私的な恨みや劣等感でグレズリーの設計を台無しにしたと過大解釈されている。トンプソンに変わって就任したアーサー・H・ペパコーンはグレズリーを尊敬しており、彼と結婚したドロシー・マザー氏もトンプソンに良い印象を持っていない。後に、彼女が代表を務めた21世紀の新造機関車A1トルネードの記事では「トンプソンは敵意を抱いていた（ドロシー氏）」、「グレズリーの機関車をめちゃくちゃにした（記事の説明文）」と書かれる始末である。外部リンク
日本の鉄道省も昭和初期までは1両に専用の乗務員たちを割り当て運転する方式を取っていが、乗員の負担低減と機関車の効率的な運用が両立できなかったため、人員と機関車の運転計画は別々とする、今でこそ当たり前の体制がスタートしていた。
仮にグレズリー式弁装置をデッドコピーせずそのまま使用しても、日英の運用体制の違いから、現実のC53とさして変わらない結果になったと言える。
日本における3シリンダー機関車
この車両を鉄道省は本機を主として名古屋・下関両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によって辛うじて使いこなしていたが、これに懲りたのか鉄道省、国鉄を通じ、運用の制約が多いばかりか無駄なリソースまで必要な3シリンダー機関車の製造はおろか設計もせず、日本の蒸気機関車は単純堅実で実用面に優れる2シリンダー機関車のみに限定されることになった。
もっとも、適切に調整・保守された本形式は、等間隔のタイミングで各シリンダが動作する3シリンダーゆえに振動が少なく、乗務員の評価も、広くて快適な運転台・蒸気上がりの良いボイラ・牽引力の強いことで人気が高かったという。後続のC59形やC62形より乗り心地は良かったと伝えられている。
日本の蒸気機関車の技術発展は、保守整備や運用効率の底上げが重要視され、イギリスと異なり財政面や人的資源の大きな制約を生じさせず、日本の広域優等列車群の電化が早急に進む一因ともなった。もっとも、その後もディーゼル気動車開発にあたっては様々な壁にぶち当たることも多く、戦後遅くに至るまで（私鉄などが殆ど関わらない）内燃動車開発分野は不得手であり、国際的に技術評価の高い気動車の開発は国鉄民営化まで待たねばならなかった、とする意見もある。
