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ヘンリー・ロー・キャンベル（1807年9月9日- 1879年2月6日）は、アメリカの測量士であり土木技師であった。キャンベルは19世紀前半のアメリカの鉄道建設と橋梁建設に貢献した。キャンベルは1836年2月に4-4-0設計の特許を取得したが[ 1 ] [ 2 ]、これは特許法が改正され、特許請求の範囲に独創性または新規性の証明を含めることが義務付けられるようになるわずか数か月前のことであった[ 3 ] 。
4-4-0型またはアメリカ型蒸気機関車は、19世紀のアメリカの鉄道で最も人気のある車輪配置であり、広く模倣された。[ 2 ]ホワイトは、この設計が「初期のアメリカの鉄道のあらゆる要件を満たしていた」ため成功したと指摘した。[ 2 ]
キャンベルのキャリアの終盤、1879年3月のハーパーズ・マガジンの記事は、キャンベルの設計がアメリカの鉄道開発に与えた影響について次のように述べている。
イギリスの鉄道は短く、頑丈で、まっすぐで、平坦で、世界最高のレールが敷設されていました。そして、その巨大で強力な、剛性フレームの機関車は、そのような完璧な線路に完全に適応していました。それとは対照的に、アメリカの線路は一般的に長く、必然的に安価であるため、「好き勝手に走る」ことができます。このような風変わりな線路では、アメリカの機関車は線路の横方向と縦方向の両方のあらゆるレベルの変化に適応し、剛性のイギリスの機関車では不可能なカーブを曲がり、最終的には、上り坂と下り坂のクレイジートラックを完全に安全に走行します。イギリスの機関車が完璧な線路でできることはすべてアメリカの（4-4-0）機関車もできる、そしてそれ以上に、どんなに荒れていて、丘陵地帯で、カーブが多く、安価な線路でも仕事をこなせる、とよく言われています。[ 4 ]
新型のアメリカ式蒸気機関車は、より高い馬力、牽引力、信頼性を実現しただけでなく、ボイラーを水平に（垂直ではなく）設置し、煙突を前方に垂直に設置して煙や煤を乗務員や乗客から遠ざけるなど、19世紀の機関車工学の基礎を築いた。
この設計では、密閉型キャブや、カウキャッチャー、フロントマウント式ヘッドランプ／ライトなど、その他多くの機能により、より高い保護性能も提供されました。
キャンベルの4-4-0設計は、19世紀末には4-6-0車輪配置や2-8-0車輪配置のコンソリデーションなど、より強力な機関車に取って代わられたため、魅力が薄れていましたが、一部の4-4-0は設計が最初に考案されてから100年以上経った1940年代まで運用されていました。
ヘンリー・ロー・キャンベルは、1807年9月9日にニュージャージー州ウッドベリーで、エイモス・キャンベル（1779年ペンシルベニア州バックス郡生まれ、1868年没）とアン・ローの間に生まれた。 [ 5 ]エイモス・キャンベルは橋梁建設業者でスコットランド系であり、1837年にペンシルバニアに移住した。彼の母親の一族であるロー家は、ニュージャージーの初期入植者の一族であった。[ 6 ]
ヘンリーは家族に9人兄弟姉妹がいたうちの1人だった。ヘンリーの兄ジョン・D・キャンベル（1821年 - 1863年）も後に土木技師となり、兄ヘンリーがバーモント中央鉄道の橋を建設するのを手伝い、その後ミシガン南部・北部インディアナ鉄道の監督になった。[ 7 ]
ヘンリー・ロー・キャンベルは1833年にペンシルベニア州ランカスターのシドニー・ボイドと結婚した。ヘンリーはフィラデルフィア・アンド・コロンビア鉄道で働いていた時にシドニーと出会った。二人の息子は、ウェストポイント陸軍士官学校（1861年卒）を卒業し、南北戦争（アンティータムの戦い）の退役軍人であるジョセフ・ボイド・キャンベル（1836年～1891年）と、鉄道と土木工学に携わったヘンリー・ロー・キャンベル・ジュニアの二人である。
彼の父、エイモス・キャンベルは、イシエル・タウンの特許取得済みの格子トラス橋を使用した屋根付き橋の有名な建設者だった。1820年から、熟練大工であった父は、デラウェア川（センター橋- 1840年）、シュイルキル川、コネストガ川に屋根付き橋を建設した。 [ 8 ]
1849年、70歳になったエイモスは、オハイオ州モーミーへ旅立ち、それまでに彼が建設した中で最大の屋根付き橋を架けた。
ヘンリー・キャンベルは若い頃、父親の弟子として働きながら建築と土木工学を学んだ。
1828 年 4 月、米国陸軍工兵隊のジョン A. ウィルソン少佐は、ペンシルベニア州コロンビアとフィラデルフィア間の鉄道ルートの測量を担当し、測量隊には、後にペンシルバニア鉄道の技師兼社長となるジョン エドガー トムソン、助手技師のジョン P. ベイリー、後にハンティントン・アンド・ブロード トップ鉄道の主任技師となるサミュエル W. ミフリン(1805 - 1885)、ウィルソン少佐の息子で後にペンシルバニア鉄道の幹部となるウィリアム ハセル ウィルソン[ 9 ]、そしてキャンベル[ 10 ]などが参加した。ヘンリー R. キャンベルは、1832 年 2 月にフィラデルフィア・ジャーマンタウン・アンド・ノリスタウン鉄道 の主任技師に任命されるまで、コロンビア鉄道で助手技師および主任助手技師を務めた。[ 10 ]
1832年、キャンベルはフィラデルフィア・ジャーマンタウン・アンド・ノリスタウン鉄道（PG&N）の主任技師となった。[ 11 ]ウェストポイントを卒業したばかりのハーマン・ハウプトは、PG&Nでキャンベルの見習いとして働いた。[ 12 ]
この時期、キャンベルはPG&Nの主任技師として働きながら、他の鉄道路線や構造物の設計にも精力的に取り組んでいた。彼はニューヨーク州のレンセラー・アンド・サラトガ鉄道の橋の設計図を作成した。また、1835年から1836年にかけてはウェストフィラデルフィア鉄道の技師も務めた。[ 3 ]
キャンベルは1839年にフィラデルフィア・ジャーマンタウン・ノリスタウン鉄道の職を辞し、独立した土木技師となり、ノリスタウン・バレー鉄道の設計などさまざまなプロジェクトに取り組んだ。[ 3 ] [ 5 ]
ウェストフィラデルフィア鉄道は、フィラデルフィア・アンド・コロンビア鉄道の傾斜面（ベルモント平面）の使用をなくす方法として構想された。 [ 3 ] 1835年3月、キャンベルは、スクールキル川にかかるコロンビア橋 付近から始まり、ランカスター・パイクで既存の州所有鉄道と合流する鉄道ルート案に関する工学的勧告を報告した。提案されたルートの全長は8～9マイルで、実質的な勾配は1マイルあたり40フィートであった。 [ 13 ]
キャンベルは父のエイモス・キャンベルと共に、 1838年1月29日に開通した8マイルのカムデン・アンド・ウッドベリー鉄道を建設した。[ 3 ]
キャンベルはペンシルベニア州のために働き、1839年にペンシルベニア州に計画されていたゲティスバーグ鉄道の地図と断面図を作成した[ 14 ]。[ 3 ]
蒸気機関車の視覚的に最も印象的な特徴の 1 つは車輪配置であり、これは主にその用途と目的に応じて決まります。[ 15 ] 19 世紀の蒸気機関車の設計の基本原理は、粘着力に依存する牽引力でした。[ 16 ]例えば、入換機関車は比較的出力は低いですが、重い車両を素早く動かすための高い始動牽引力を備えています。これらの機関車は高トルクを生み出すようにギアが組まれていますが、最高速度は低く制限され、駆動輪の直径は小さくなっています。入換機関車は、タグボートの鉄道版です。[ 16 ]より高速で走行するには、より大きなボイラーが必要となり、それが先導台車の開発につながりました。
1832年以前、アメリカの道路で一般路線に使用されていた典型的な機関車は2-2-0で、内側または外側の蒸気シリンダーで製造できた。設計の重要な要素は、ノリス機関車のように火室の前に、または1834年にELミラーによって特許取得され、ボールドウィン機関車で広く使用されたように火室の後ろに配置された一対の動輪であった。 [ 17 ] この方式の主な制約は、動輪が1つしかないため牽引力が限られていたことである。[ 17 ]これらの機関車は、動力車軸と非動力車軸の両方が同じサイズであるという点で共通していた。機関車は2-2-0という名称であったが、先頭車軸は非動力車軸であり、先頭台車ではなかった。
この期間中、ボールドウィンはすでにニューカッスル・アンド・フレンチタウン鉄道用のイギリス製機関車「デラウェア」を組み立てており、カムデン・アンド・アンボイ鉄道向けのもう1台の機関車「ジョン・ブル」の詳細な検査も行っていた。[ 17 ]アメリカ設計の機関車の準備は整っていた。1832年、キャンベルはフィラデルフィア・ジャーマンタウン・アンド・ノリスタウン鉄道の主任技師を務めていたが、この路線はマティアス・ボールドウィンの最初の機関車「オールド・アイアンサイズ」の納入により初めて蒸気機関を採用した。これは直径54インチの動輪、45インチの先輪、9.5インチのシリンダーを備えた2-2-0型機関車で[ 15 ] 、ロバート・スチーブンソンの「プラネット」機関車 のコピーだった。[ 2 ] ボールドウィンは機関車が満足のいく性能を発揮するまでにかなりの困難を経験したが、遭遇した困難はイギリスの製造業者が克服しなければならなかった困難に比べれば何でもなかった。[ 18 ] ボールドウィンの機関車は 1 マイルを 58 秒で走破した。[ 18 ]しかし、ボールドウィンの問題は、排気管、弁装置、蒸気継手の欠陥から生じ、すべて再構築が必要だった。ボールドウィンは支払いを待たざるを得ず、最終的には価格から 500 ドルの違約金を支払った。[ 19 ]この設計は、アメリカの鉄道で英国製の固定式機関車を使用することの問題点を十分に示していたため、ボールドウィンは二度と繰り返さなかった。[ 19 ]
このボールドウィンの納入は、営業運転用に米国で完全に製造された最初の機関車である「ベストフレンド・オブ・チャールストン」が製造されてからわずか1年後のことだった。また、米国で最初の機関車のボイラー爆発事故も発生した。その後5年間で、キャンベルが主任技師を務めるフィラデルフィア、ジャーマンタウン、ノリスタウン鉄道は、すべて2-2-0型の以下の機関車を納入することになる。[ 20 ]
これらの機関車の問題点は重量配分でした。この懸念から、キャンベルは比較的軽量で柔軟性の高いアメリカの線路で扱いやすい機関車を設計するようになりました。1835年までに、木製の桁に敷かれたストラップレールが依然として主流であり、ジャービスの4-2-0で最近改良されたビーバーメドウ鉄道は、幅2.5インチのストラップレールが頑丈な松の桁に敷かれており、特に堅牢であると考えられていました。[ 18 ]
キャンベルが重量配分と牽引力の問題を解決するために考案したのは、ボイラーの前と後ろにそれぞれ1つずつ、2軸の先台車を備えた連結式動輪を2つ開発することだった。
1836年に特許が発行されると、キャンベルはジェームズ・ブルックスと協力して、自身のアイデアに基づいて最初の4-4-0型機関車を製造した。この機関車は、標準のボールドウィン4-2-0型機関車よりも60%高い牽引力を発揮することが証明されたが、広く採用されることはなかった。これは主に、固定フレームのため動輪に均等な重量をかけることができず、脱線しやすかったためである。[ 2 ] [ 18 ]この問題は、アメリカの蒸気機関車製造会社イーストウィック・アンド・ハリソンのパートナーであるジョセフ・ハリソン・ジュニアが、イコライジングビームを開発することで解決した。[ 2 ] [ 18 ]キャンベルはイーストウィックを特許侵害で訴えようとしたが、成功しなかった。[ 2 ]
1840年までに、キャンベルはフィラデルフィアのノーザン・リバティーズ地区に自身の機関車工場を設立した。 [ 21 ]
キャンベルはその後、フィラデルフィア・アンド・コロンビア鉄道向けに3台の機関車を設計・製造した。[ 22 ]これらの機関車は重量が13トン、シリンダーの直径は12.5インチ、ストロークは16インチ、動輪の直径は54インチで、120トンから140トンの貨物を道路上で輸送することができた。
数年後の1843年、キャンベルはロックス・アンド・カナルズ社を相手に4-4-0型機関車の製造をめぐって訴訟を起こしたが、その成功の度合いは不明である。[ 2 ]キャンベルの設計は、ハリソンのイコライザーをコンセプトとしており、当初は他の機関車メーカーから批判された。しかし1845年までにその利点は明らかになり、マティアス・ボールドウィン社は自社の4-2-0型設計を販売できず、キャンベルとハリソンの特許を購入した。[ 2 ]これにより、キャンベルの機関車メーカーとしてのキャリアは終わった。
1840年代後半までに、キャンベルはフィラデルフィアを離れニューイングランドに移り、バーモント・セントラル鉄道とバーモント・アンド・カナダ鉄道の主任技師として働いた。彼はニューイングランド各地で多くの屋根付き橋を設計・建設し、「ニューイングランドの橋梁建設者」として知られるようになった。
1860年代、キャンベルはペンシルバニアに戻り、さまざまな橋梁や建設契約を引き受け続けた。[ 5 ]キャンベルは、1866年にフィラデルフィア・アンド・エリー鉄道がペンシルバニア州レノボに建設した貨物仕分けヤードと修理施設の常駐技師を務めた。[ 23 ]
1875年、キーストーン・ブリッジ・カンパニーに勤務していたキャンベルは、当時世界最長とされていた旋回式可動橋（長さ472フィート）をニュージャージー州パースアンボイに完成させた[ 24 ] が、そのプロジェクトの厳しい冬の天候が最終的に彼の死を招いた。
キャンベルは自身の研究で2つの特許を取得した。
キャンベルは当初4-4-0型機関車の設計を考案し特許を取得し、後に特許侵害で訴訟を起こすことになるが、当初は固定式の前台車を採用していたため、線路のカーブや不均一な軌道をうまく走行することができなかった。イーストウィック＆ハリソン社は、この待望の設計改良をキャンベルより先に実現し、1837年に最初の機関車「ハーキュリーズ」をビーバー・メドウ鉄道に納入した。
アメリカンタイプの蒸気機関車は数多く保存されており、中には今も運行されているものもある。
キャンベルは1879年2月6日にニュージャージー州ウッドベリーで亡くなり、ニュージャージー州グロスター郡ウッドベリーのグリーン墓地に埋葬されている。[ 29 ] [ 30 ]
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