ガーラット式機関車

ガーラット式機関車（ガーラットしききかんしゃ）は、関節式蒸気機関車の一形式。名前は、考案者であるイギリスの機関車技術者に由来する。なお、日本語では表記揺れで「ガラット」や「ギャラット」などと表記されることもある。

特徴は、車体を3分割構成としてボイラーを中央の台枠上に浮かせた状態で置き、その前後に動輪がついた首振り可能な台枠を置いて中央の台枠を支えてあること、前後の台枠の動輪はそれぞれが別々のシリンダーで駆動されることである。足回りが2台分あるため、通常型蒸気機関車を背中合わせに重連にしたような動きとなるが、機関士は1人でよいので運用は重連より楽になる。

一見して同じ関節式蒸気機関車のメイヤー式(Meyer locomotive)に似ているが、メイヤー式はボイラー自身には独自の台枠がなく前後の首を振る台枠2つで構成されているのに対し、ガーラット式は足回り2つとボイラー用の3つ目の台枠があるのが異なる日本国有鉄道編『復刻版　鉄道辞典（上巻）』同朋舎メディアプラン、1958（2013年復刻）。ISBN 978-4-86236-040-3、p．285-286「関節式機関車」。。

thumb|right|300px|ウェルシュ・ハイランド鉄道で動態保存される南アフリカ鉄道の SAR NGG 16 ガーラット

thumb|200px|ソ連のYa-01形

歴史

ガーラット式機関車は、イギリスの植民地の鉄道であるニューサウスウェールズ鉄道で働いたイギリスの機関車技術者ハーバート・ウィリアム・ガーラットによって1907年に開発された。彼は連接式の大砲輸送機を参考にしたという。その後、この方式はベイヤー・ピーコック社の協力で実用化され、1920年代後半に特許が切れるまで同社が独占製造をしていたデイビット・ロス『世界鉄道百科事典』小池滋・和久田康雄訳、悠書館、2007年、P147・231-232。ただし、特許存続時代にも一部ライセンスを取った別メーカーの製造がある。。

初めて作られたガーラット式機関車はオーストラリアのタスマニア島政府鉄道（Tasmanian Government Railways）のK1型で軌間610㎜ゲージ、複式複式はこれのみで次に作られたダージリン・ヒマラヤ鉄道のガーラット機からはすべて単式である。高田隆雄「タスマニアのガーラット1号機」『鉄道ファン　第20巻４号（通巻228号）』株式会社交友社、昭和55年4月1日発行、雑誌06459-1、P90。、総重量34tのB+B機だが、牽引力は6521㎏あるなどデイビット・ロス『世界鉄道百科事典』小池滋・和久田康雄訳、悠書館、2007年、P87。参考までに言うと、日本の蒸気機関車で総重量が近い（36.48ｔ）4軸動輪の4000形が牽引力5660kgである。後述の「ガーラット式の短所」にある一点以外は成績良好であった。

これ以降のガーラット式機関車はオーストラリアやアフリカ諸国の重量貨物用が有名だが、スペインやアルジェリアには旅客用の形式もあったデイビット・ロス『世界鉄道百科事典』小池滋・和久田康雄訳、悠書館、2007年、P147・177-178。。

なお、ベイヤー・ピーコック社はイギリスのメーカーではあるが、イギリス本国では列車単位が小さいこともありガーラット式はあまり流行せず、国内向けに製造されたのはロンドン・ミッドランド・アンド・スコティッシュ鉄道（LMS）とロンドン・アンド・ノース・イースタン鉄道（LENR）が、それまで重連以上で牽引していた長大編成の石炭列車用にそれぞれ別々に製造した1形式づつのみである現在はイギリス国内のウェルシュ・ハイランド鉄道に動態保存されているガーラット式機関車があるが、これは元々はニュージーランドや南アフリカ向けの輸出機である。。

後述の「ガーラット式の利点」にあるような強みから蒸気機関車末期まで新造された形式で、1961年製造のスペイン国鉄（RENFE）282形がヨーロッパ最後に新造された幹線用蒸気機関車となっているほかデイビット・ロス『世界鉄道百科事典』小池滋・和久田康雄訳、悠書館、2007年、P239。、ローデシア鉄道（RR）や南アフリカ鉄道（SAR）でも1960年頃まで普通に増備が続けられ、SARに至っては1968年に610mm軌間向けとはいえ新造があったほどである。

その後、石油ショック後に石炭を燃料とする蒸気機関車見直しの流れがあった際に、ACE（アメリカン・コール・エンタープライゼス）社が計画していた新型蒸気機関車の検討案の一つにガーラット式のものがマーク1-Cとして採用されている。これは石炭列車牽引用として計画されたもので、煙室側の水タンクこれはあくまで予備用であり、基本は後述の水槽車を連結させて供給する予定であった。を動輪の上ではなくボイラー下部に置いているという違いはあるが、それ以外は車輪配置2-6-0+0-6-2のガーラット式そのもので、これ以前に発案されていたマーク1-B一見背中合わせに連結されたディーゼル機関車のような姿をした2-10-2のキャブ・フォワード型蒸気機関車と、運転台がありブースター付きの炭水車という構成の案。に比べて火室を大きく取れマーク1-Bは動輪の上に火室が乗っているので、必然的に火床の位置がやや高くなった。、より簡単にできる火室の前後を動輪で支えるので従輪やテンダーにブースターが不要、マーク1-Bは炭水車と反対の方から石炭をくべるのでコンベアのようなもので前側に石炭を送る必要があるが、こちらは元々火室側に石炭を搭載しているので普通の給炭機でよいなど。のに牽引力は増大できるという強みがあったが、これの改良案（車輪配置を2-8-0+0-8-2にして大型化したもの）であるACE6000-Gなどの他の案と同様にGPCS（Gas Produce Combustion System ガス化燃焼システム火室を深く取り、蒸気を吹き込むなどして石炭を蒸し焼き状態にし、COガスを発生させ、このガスによる火炎に別の空気を吹き込むというもので、副作用で石炭殻が固まりにくくなるメリットも生じた。）の自動制御や空転時の再粘着制御および総括制御の問題が解決できず、そもそものきっかけであった石油の価格高騰も収まったことで実用化されることはなかった齋藤晃『蒸気機関車200年史』NTT出版、2007年、P443-447。。

ガーラット式の利点 thumb|right|400px|K1の図面、ボイラーと火室が走行装置と分離されている。構造上ボイラー下が空間となるため、固定台枠式やガーラット式以外の関節式機関車に比べ、缶胴部や火室設計の自由度が高く、特にナローゲージでも重心をあげずに大きな火室やボイラーと動輪が干渉しないようにできるという点が重宝され、極端な例として東アフリカ鉄道59形では軌間1000㎜に対しボイラーの最大直径が2284㎜と、軌間の倍以上もある太いボイラーを積んだうえで動輪直径1372mmを達成しているデイビット・ロス『世界鉄道百科事典』小池滋・和久田康雄訳、悠書館、2007年、P233。。

標準軌以上であっても、ボイラーは同じ容積でも太く短い方が表面積が小さくなるので無駄な放熱が減るほか、加熱面積が同じなら煙管の長さが短く数を増やせるので通風がよくなり、煙が抜ける際に抵抗になる過熱管をより多く入れられるため過熱蒸気の温度上昇を見込めるという強みがあるうえ、火室も完全燃焼のためには深い（上下方向に大きい）方がよいため、これらの要素は大きなメリットになる。また、ボイラーを太くすると煙室も太くできるが、これも煙突全体の長さを長く取れて通風を良好にできる強みがある齋藤晃『蒸気機関車200年史』NTT出版、2007年、P446。。

他にも関節式であるため、当然同じ長さのホイールベースを持つ固定台枠式より急曲線に強くなる（動輪を増やせるので重量も分散でき線路への負担を減らせる）が、関節式同士の機関車と比べてもマレー式（単式マレー含む）に対しては後部の動輪も首を振ることや、ボイラー前部のオーバーハングがほぼ無く、なおかつ重いボイラー回りの部位がカーブで内側に寄るため遠心力が抑えられるのでさらに急曲線に強いというメリットがある。

こうした要素により、ドイツのメッツェルチン（Erich Metzeltin『鉄道模型趣味　2021-4（No.951）』機芸出版社、2021年、雑誌06455-04、p.64。）による「理論上我が国の鉄道軌間：1435mm、車両限界：高さ4550mm・幅3150mm、最大軸重：25ｔという条件。なお連結器は取り換えれるとしてねじ式連結器の強度上限は考慮していない。を走れる最大最強の蒸気機関車はどういうものになるか？」という思考実験では「ガーラット式機関車（1F＋1D1）＋ブースター付きテンダー（1D）×2」の、「運転整備重量525ｔ（動輪上重量450ｔ）、最大出力8000馬力、引張力60900㎏（35km/h時）」という回答が導き出されたこれ以外のスペックは以下の通り「全長（テンダー込み）46750mm、動軸数18、動輪直径1500mm、最大軸重25ｔ、シリンダ数9（注）シリンダ行程700×650（4軸駆動用×6）or 820（6軸駆動用×3）mm、ボイラーの最大外径2800mm、火格子面積16ｍ2、石炭25ｔ、水100ｍ3、半径200ｍのカーブを通過可能。」なお、この機関車のテンダーは前後に逆向きにつけられ水のみを搭載、機関車後部に石炭のみを搭載という構造。（注：原文ではシリンダー数は“19”とあるが、P114の表を数える限り4軸を動かすシリンダーが2つずつ3組、6軸を動かすシリンダーが3つ1組なので誤植と判断した。）朝倉希一「技術随筆　汽車の今昔10」『鉄道ファン　第19巻第10号（通巻222号）』株式会社交友社、昭和54年10月1日発行、雑誌06459-10、P113-114。

なお、理論上はボイラーに邪魔されずに大動輪の高速機関車を作れるはずであるが、実際には高速向けのガーラット式機関車は作られることはなく、世界最速記録はフランスのパリ・リヨン・地中海鉄道（PLM）が、当時フランス領であったアルジェリア北部の路線用に作らせた231-132.AT形（動輪直径1800㎜）がパリ～カレーを試運転中に出した132㎞/hであるデイビット・ロス『世界鉄道百科事典』小池滋・和久田康雄訳、悠書館、2007年、P177-178。。

ガーラット式の短所ガーラット式は、通常の蒸気機関車と違って基本的にシリンダーがかなりボイラーから離れた位置にある。これは最初に作られたK1形でシリンダーを足回りの内側（ボイラー側）に設置した所、前側は問題なかったが後部シリンダーが運転台の真下にあることで運転台が熱くなるという欠陥があったためで、以後のガーラット式機関車ではシリンダーを足回りの外側（車端側）に取り付けるようになったが、これによって蒸気パイプがそれぞれのホイールベース分長くなり、特に飽和蒸気を使う場合は長々と引き回されたパイプ内で冷えて凝縮してしまう割合が大きくなるという問題があった。また、ガーラット式に限らず関節式機関車全体に言えることであるが、ボイラに対して首を振るシリンダーに蒸気を送れるように、蒸気パイプにたわみ継ぎ手を設け、かつ蒸気が漏れないようにするなど精度・難易度ともに高い技術が要求された高田隆雄「タスマニアのガーラット1号機」『鉄道ファン　第20巻４号（通巻228号）』株式会社交友社、昭和55年4月1日発行、雑誌06459-1、P89。。

その他、走り装置が中央部の長さ分だけ離れているということは、それだけ全長が伸びる（通常型の重連やマレー式関節式機関車の方が短くて済む）ということであり、有効長が厳しい路線では扱いにくくなるという問題もある。

これ以外に前後の走り装置の上を水タンクにしていると、水タンクをあまり大きく取れなかったり、水を消耗すると軽くなって粘着力が低下することがあるが、これについては水槽車（water tender）を引くことで解決したこの水槽車はテンダー式機関車と違い永久連結ではないので任意で切り離せるうえ、機関車の前後どちらからでもパイプさえ設置すれば水は供給可能のため、終点で向きを変える場合も切り離して機回しすればよかった。。

生産の一覧

ガーラット式機関車

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