真空ブレーキ

真空ブレーキ：鉄道史に残るブレーキシステム

真空ブレーキは、鉄道車両の制動装置として1874年にイギリスで開発された技術です。大気圧と真空の圧力差を利用してブレーキを作動させる仕組みで、空気ブレーキが登場する以前は世界中の鉄道で広く採用されていました。

初期の開発と直通真空ブレーキ

初期の鉄道では、手ブレーキや蒸気ブレーキが用いられていましたが、列車全体への均一な制動が困難でした。この課題を解決するため、機関車から各車両にブレーキ管を接続し、機関士が遠隔操作でブレーキを制御できる真空ブレーキシステムが開発されました。

最初の真空ブレーキは単純な直通式で、機関車の弁操作によってブレーキ管を真空にし、ブレーキピストンを動かす仕組みでした。蒸気機関車では、エゼクターと呼ばれる装置を用いて簡単に真空を作り出せる点が利点でした。しかし、ブレーキ管の連結が外れるとブレーキが効かなくなるなど、安全性に問題がありました。

自動真空ブレーキの登場と改良

直通真空ブレーキの欠点を克服するため、二重系ブレーキや自動真空ブレーキが開発されました。自動真空ブレーキでは、ブレーキを緩めるにはブレーキ管を真空にし、空気が入るとブレーキが掛かるという逆転の発想が採用されました。これにより、ブレーキ管の破損や分離などがあっても自動的にブレーキが掛かるフェイルセーフなシステムが実現しました。

さらに、ブレーキシリンダーの改良やブレーキ弁の改良によって、ブレーキの反応速度と信頼性が向上しました。しかし、初期の自動真空ブレーキは部品点数が多く、コスト高だったため、鉄道事業者からの抵抗もありました。アーマー鉄道事故を契機に安全性が認識され、自動真空ブレーキの採用が促進されました。

自動真空ブレーキの仕組み

自動真空ブレーキでは、ブレーキ管が列車全体に渡って引き通されています。通常はブレーキ管が真空状態になっており、ブレーキは緩んでいます。ブレーキをかけるには、ブレーキ管に空気を送り込み、ブレーキシリンダー内のピストンを動かすことで制輪子を車輪に押し当てて制動力を発生させます。

主な構成部品は、ブレーキ管、機関車のエゼクター、ブレーキ弁、ブレーキシリンダー、真空計などです。エゼクターはブレーキ管の真空を作り出し、ブレーキ弁は機関士がブレーキ力を調整します。ブレーキシリンダーは、真空と大気圧の差を利用してピストンを駆動し、ブレーキ力を車輪に伝えます。真空計は、ブレーキ管内の真空度を表示します。

真空ブレーキの運用と制約

実際の運用では、蒸気機関車は複数のエゼクターを持ち、走行中の空気漏れに対応したり、ブレーキを緩めたりしていました。ブレーキ弁は蒸気ブレーキの制御と組み合わせられていた場合もあります。各車両には、ブレーキを個別に緩めるためのリリースバルブが装備されていました。

真空ブレーキには制約もありました。得られる真空度には限界があり、十分なブレーキ力を得るには大きなブレーキシリンダーが必要でした。長編成列車では、ブレーキ管内の空気圧変化が伝わるのに時間がかかり、列車の長さ方向に不均一な力がかかるため、連結器の破損などの危険性がありました。また、ブレーキ管内にほこりなどが吸い込まれるとブレーキ不良の原因となることもありました。

空気ブレーキへの移行

20世紀に入ると、ウェスティングハウスが開発した空気ブレーキが優位性を示し、世界中で真空ブレーキから空気ブレーキへの移行が進みました。空気ブレーキは、高圧の圧縮空気を使用することで、より強力で反応の良いブレーキ力を実現し、安全性も向上しました。

アメリカ合衆国では、連邦法によって空気ブレーキの搭載が義務付けられ、真空ブレーキはほぼ姿を消しました。日本でも、1920年代以降、空気ブレーキへの切り替えが進められ、真空ブレーキは完全に廃止されました。イギリスでも、多くの路線で空気ブレーキに置き換えられました。

デュアルブレーキと今日の真空ブレーキ

真空ブレーキと空気ブレーキを併用するデュアルブレーキも存在しました。これは、異なるブレーキシステムの車両を連結する場合などに有効でした。

現在、真空ブレーキはインドや南アフリカなど一部の国でまだ使用されていますが、空気ブレーキが主流となっています。多くの保存鉄道でも真空ブレーキが使用されています。

まとめ

真空ブレーキは鉄道ブレーキ技術において重要な役割を果たしましたが、空気ブレーキの登場によって次第にその地位を失いました。しかし、その歴史と技術的な意義は、鉄道史に残る重要な発明として評価されています。現代においても、一部地域で真空ブレーキが使用されていることは、この技術が持つ耐久性と信頼性を示唆しています。

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