エフライム・シェイによる開発とライマ社による製造
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「シェイ式蒸気機関車」の記事における「エフライム・シェイによる開発とライマ社による製造」の解説
シェイ式蒸気機関車はミシガン州在住のエフライム・シェイ（1839 – 1916）の考案による歯車式蒸気機関車である。彼は、教師、南北戦争時の病院勤務、林業、商人などの職業を経て、鉄道の所有者で発明家となった人物である。彼は、林業を営んでいた1860年代に切り出した材木を通年で製材所まで運ぶため、冬季のそりよりも効率の良い機材を導入することを計画し、1875年に軌間660mmの森林鉄道を建設していた。この鉄道は木製レールを使用した簡易的なものであり、通常の機関車ではレール折損・破損が多かったため、こういった路線でも運用ができるような機関車として彼により考案された機関車がシェイ式機関車である。 1877年ごろ考案されたシェイ式機関車は、平床の台枠にボイラー、縦型の蒸気機関、歯車、転向できる台車を設置した構造で、最初のシェイ式機関車は2気筒の蒸気機関を搭載し、前部の台車は通常のボギー台車であったが、後部の台車は台枠に固定されて転向できないものであった。機関車中央部には直径3フィート、高さ5フィートの縦型ボイラーが搭載され、水タンクは前部台車上、蒸気機関は後部台車上に搭載されており、当初は蒸気機関からの動力をチェーンで床下の車軸に伝達（駆動されたのが片方のみの車軸か両方の車軸かは不明）していたが、この方式は上手くいかず、ベルト駆動に変更されている。 一方、シェイ式機関車を生産したオハイオ州ライマのライマ機関車製造会社は、1869年にカーネス・ハーバー商会のライマ機械工場として創業し、後にカーネス・アルゲター社となって林業用機械を製造していたもので、1877年にライマ機械工場と改称して蒸気機関車の製造を開始し、1880年にはシェイの最初の機関車を製造して、ミシガン州のボンド・オブ・ボンド木材工場に納品している。 1881年にシェイはシェイ式機関車の基本設計の特許アメリカ合衆国特許第242,992号を取得し、製造権をライマ工場に付与するとともに、同社の株主となっている。1884年まで、ライマ製のシェイ式機関車は、重量が10から15ショートトンで2気筒、2台車（クラスA）のものであったが、同年に初めて3気筒、2台車（クラスB）が納入され、1885年には初めて3気筒、3台車（クラスC）のシェイが納入された。その後、彼は1901年には改良された歯車式台車の特許のアメリカ合衆国特許第706,604号を取得した。 ライマが最初にシェイの概念を受け取った時、ジョン・カーンズ（John Carnes）が後に基本的なシェイの設計になるその概念を使用して広めるまでは、社内で見向きもされなかったが、その後のシェイ式機関車の成功はライマの組織の拡大と再編に繋がった。 1903年にライマは重量140トンの"動輪上重量で世界最重の機関車"とされる、初の4台車（クラスD）のシェイ式機関車を製造した。この機関車は、アラモゴードからコックス峡谷までの31マイルの急曲線と6%の勾配の続くEl Paso Rock Island 路線のために発注されたもので、沿線の水質が悪く給水施設が不十分であったため、十分な量の水を運搬する目的で炭水車を大型化して2台車としたものであった。その後次第に大型の機体が主流となり、1911年のカタログでは10ショートトンクラスのものが最小であったが、1921年のカタログでは13ショートトンのものが最小となって生産の主流はクラスBもしくはクラスCとなっており、1928年にはクラスAの生産が終了している。なお、ライマ社のLewis E. Feightnerはシェイ式機関車の出力強化のため、1908年から1909年に過熱器の特許を取得している。 1922年にウィラミット アイアン アンド スティール ワークスが類似の機関車の製造を開始している（後述）が、この機関車は当時の新技術を取り入れたものであった。これに対抗するためライマ社においても同社のウィリアム.E.ウッドアードによるいくつかの新しい特許などを基に近代化を図った新シリーズであるパシフィック・コースト形（クラスC 3-PC-13）を開発し、最初の1両が1927年に製造されてワシントン州タコマで開催された太平洋岸林業会議で展示された後、1938年までに24両が生産されている。その後、同年にライマ社はシェイ式機関車の製造を一旦終了したが、1945年にウェスタン・メリーランド鉄道(The Western Maryland Railway、以下WM）が急勾配区間（90パーミル）の路線の運炭用機関車を発注し、製造された同鉄道の6号機が新造では最後のシェイ式機関車であり、同時に最大のシェイ式機関車でもあった。最終的にはクラスAが686両、クラスBが1480両、クラスCは580両、クラスDは20両と2シリンダ・3台車の機体2両が生産されている。また、シェイ式機関車の大半はアメリカで使用されたが、一方で日本を含む約30ヶ国に輸出され、その一部はアメリカ国内での使用が終了した後も使用された。 クラスBの初期に生産された機体、シリンダーが機関車内側に傾斜して装備される T型ボイラーを搭載した1902年製のクラスA 15ショートトンのNorth Mount Lyell Copper Co.の5号機 1921年製、クラスCの150ショートトンのウェストヴァージニア・パルプ＆ペーパー/ムウアー・ランバーの12号機、後にテンダーを延長して台車を増設し、シェイ式で最大のクラスDの197ショートトンの機体となっている 近代化を図ったパシフィック・コースト形の1両である1929年製のKlickitat Log & Lumber Co.鉄道の7号機 1945年製の最終生産機で、新造最大の機体である旧ウェストバージニア鉄道の6号機 シェイ式機関車の特許標記（上）と製造銘板（下）
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