カテゴリー: 動力と機械の進歩

ホイヘンス

1680年、オランダのホイヘンスは「蒸気の力を動力に使えるなら、ガスが爆発するときの力も動力にかえられるだろう」と考えました。

それから10年経ってパパンはガス機関をつくろうとしましたが、うまくいきませんでした。

実際に使えるガス機関は、ホイヘンスが考えてから200年後の1860年
フランス人ルノアールの手によってつくられました。

ルノアール

ルノアールのガス機関は空気とガスを混ぜたものをシリンダーにおくりそれに電気の火花で火をつけてピストンを動かすようになっていました。

これは、三馬力以下の小さなものでしたが小型で蒸気機間より燃料が少なくてすむのでフランスやイギリスの工場で使われはじめました。

オットーの機関

1862年、フランスのドゥ＝ロシァは、内燃機関の能率をよくするためにつぎの4つの作用をおこなうようにすることを唱えました。

1. カスを吸い込む（吸入行程）
2. 吸い込んだガスを圧縮する（圧縮行程）
3. 圧縮したガスに点火して爆発させガスの体積を膨張させる（爆発行程）
4. 爆発でできたガスを押し出す（排気行程）

1876年、ドイツのオットーは、この4つの行程を利用して重さも軽く、燃料も少なくてすむ、オットー機関を発明しました。

オットー機関は、ルノアール機関にとってかわりました。

続いて6年のちに、ダイムラーが、ガソリンを燃料としてオットー機関よりもっと小型で大きな力を出すガソリン機関を発明して自動車や飛行機のエンジンのもとをつくりました。

しかし、石油の乏しいドイツの技術者のあいだには「ガソリンより、もっと値段の安い重油を使うことはできないものか」という考えがうまれてきました。

ルドルフ・ディーゼル

ガソリンより発火点の高い重油に、どうして点火するのか、これが大きな問題でした。
この問題を見事にといたのが、ルドルフ・ディーゼルです。

ディーゼルは、シリンダーの中で、空気だけをまず3つ気圧以上に圧縮して温度をあげておき、そこへ重油の霧をふきこむようにしました。

そして火花を使わないで、重油を自然に爆発させることに成功しました。
ディーゼルエンジンは、電気火花を飛ばす仕掛けが入りません。

燃料も安く、回転も滑らかなので、たちまち船のエンジンとして蒸気タービンと競争をはじめました。

そしていまでは中型の船、バス、トラックなどに、さかんに使われています。

しかし、なんといっても、ガソリンエンジンよりは重いので乗用車などの小型自動車には向きません。

人間の力のかわりに、自然のエネルギーを動力に利用しようという考えがおこりこれは大きな2つの流れとなって発展しました。

1つは電気エネルギーの利用です。
もう1つは、蒸気機関・内燃機関・ジェット機関のような熱機関です。

鉱山で生まれた蒸気機関

17世紀のころイギリスの鉱山では、石炭や鉱石を掘るのに忙しく竪穴は深くなるばかりでした。

そして、そこにたまった水を、どうして早くくみ出すかが大きな間題になっていました。

1698年、トーマス・バリが鉱山の水あげに実際に使える蒸気機関を発明しました。

このセーバリの蒸気機関に、ニューロンが改良を加えついに76馬力という大きな蒸気機関をつくりました。

これがどんなにすばらしい発明であるかは人間の力とくらべてみると、よくわかります。

左の表はだいたいのところですが人間や馬の力などは、蒸気機関とはくらべものになりません。
この蒸気機関をさらに改良して、鉱山の水あげだけでなくどこの工場でも使えるようにしたのが、ジェームズ・ワットでした。

ワットの発明を生んだもの

ワットは辛抱強い、熱心な発明家でした。

そしてシリンダーの片側で、蒸気を冷やしたときだけ仕事をするニューコメン機関から出発して回転式蒸気機関を発明したのは確かにすばらしいことでした。

しかし、ワットがどんなに頭をしぼってももしシリンダーの内側を平らに削ることができなかったら蒸気がもれてどうにもならなかったでしょう。

都合のよいことに、ワットの発明より先に中ぐり盤が発明されていました。

1769年、ジョン＝スミートンが、水車で動く中ぐり盤を発明していたのです。
しかし、スミートンの中ぐり盤の削り方は、ずいぶん荒っぽいものでした。

ときには、シリンダーとピストンとのあいだに小指ほどの隙間ができることもあったのでその隙間に紙や古ぼうしなどをを詰めて蒸気がもれるのをふせぐという有様でした。

そこへあらわれたのが、ジョン＝ウイルキンスンの中ぐり盤です。
ウイルキンスンは、ずばぬけた発明の天才で1775年、ワットの注文で精密なシリンダーを削ることができる中ぐり盤をつくりあげました。

ウイルキンスンはこのほかに蒸気ハンマー・圧延機など、たくさんの発明をしました。

ワットの発明

ワットの発明でいちばん大切なことは、つぎ2つです。
1つは、復水器をシリンダーの外側に取り付けてシリンダーの中で蒸気を冷やさないようにしたことです。

ニューコメンの機関では、シリンダーに蒸気をおくりそれを水で冷やして圧力を下げ、大気圧で、ピストンをはたらかせていました。

これは、シリンダーを温めたり、冷やしたりするために、燃料をたくさん使いました。

もう1つは、ワットの蒸気機関ではピストンの両側にかわるがわる、蒸気がおくりこまれることです。
そして、大気圧ではなく、蒸気の圧カでピストンを動かしピストンの往復運動を、回転運動にかえるようにしたことです。

この回転式蒸気機関は、たちまちイギリスから全世界に広がり産業革命がおこる大きな力の1つになったのです。

蒸気タービンの発明

蒸気が噴き出す力を利用して、羽根車をまわす蒸気タービンの考えはずっと前からありました。

紀元前210年ごろ、アレクサンドリアのヘロンが蒸気の力でまわる汽力球を考えました。
また16世紀に、イタリアのブランカは図のようなタービンを考えました。

しかし、実際に使えるタービンは中々できませんでした。
蒸気はたいへん速い速度で流れるので、蒸気タービンの羽根車や軸は高速回転にたえられるようにつくっておかなければ壊れてしまうのです。

スウェーデンのラバルは1882年、スウェーデンの質のよい鋼と精密な工作機械を利用してはじめて蒸気タービンをつくりましたが、回転が速すぎて牛乳からバターをとる、遠心分離機ぐらいにしか使えませんでした。

火力発電所や船などに使う大きなタービンをはじめてつくったのはイギリスのパーソンズです。

やがて19世紀の半ばをすぎると、ワットの蒸気機関で動かしていた全世界の工場は電気で動くようになりました。
また、船や火力発電所では蒸気タービンがワットの往復運動の蒸気機関にとってかわりました。

蒸気タービンの時代

蒸気機関で燃やされた石炭のエネルギーのうち実際に仕事に使われるのは、割り合いに少ないものです。
ワットが改良したものでも、わずか5パーセントぐらいのものでした。

これにくらべると、蒸気タービンはずっと能率のよいものです。
ふつう火力発電所などで使われているものは、20パーセント以上にもなっています。

ですから、大馬力の蒸気機関に、みな蒸気タービンにかわってきました。

機関車も電化されています。

機関車は復水器を取り付けることができないので燃やした石炭のエネルギーの5.5パーセントぐらいしか仕事に使われません。

しかし、同じ量の石炭を火力発電所で燃やして、蒸気タービンをまわし、電気をおこして、それで電気機関車を動かしてみると仕事にかわるエネルギーが10パーセント以上にもなります。

鉄道が、だんだん電化されるのは、そのためです。

動力を待つ機械

何台もの機械を、1つの大きな建物の中に備えつけ大きな動力でいっぺんにまわしたらどうだろうと発明家たちは考えました。

これをはじめておこなったのは、イギリス人のリチャード・アークライトでした。

アークライトは川の淵に水力を利用した紡績工場を建てました。
これは動力で機械を運転する近代工場のはじめとなりました。

紡績機や織機の改良は、なお続きました。
イギリスのサミュエル・クロンプトンは1779年ハーグリーブズとアークライトの機械を改良してミュール機をつくりました。

こうなると、工場の機械は新しい動力があらわれるのを待つばかりです。
水力は川の淵でしか利用できません。
どこででも動力をたせろ機械がのぞまれていました。

この望みを満たしたのが、ワツトの蒸気機関の発明でした。

大量生産の芽生え

18世紀の終わりワットの蒸気機関が工場で使われはじめたころアメリカでは、すでに大量生産へ発展する芽が育ちはじめていました。

イギリスは、はじめインド・エジプト・アメリカから綿を買い付けていました。

種子と綿とをわけやすい黒種綿でしたがアメリカでは種子と綿とをわけにくい緑種綿しか育ちませんでした。

このためアメリカの綿は、だんだんインドやエジプトの綿に押されてきました。

これを救ったのは、エリ・ホイットニーという発明家でした。
ホイットニーは、コットン・ジンという、簡単に綿の種子を取り除く繰り綿機を発明したのでした。

これは、まったくすばらしい発明でした。
1台の繰り綿機で、1000～1500人の奴隷がする仕事をしました。

こうしてアメリカは綿の国となりコットンズキング（綿花王）とさえ呼ばれるようになりました。

ホイットニーの発明には、もう1つあります。
彼はアメリカの軍部から、1万丁のマスケッ卜銃の注文を受けました。

このとき彼は、マスケッ卜銃をばらばらにして1つ1つの部品をつくる工作機械を工夫しました。

こうなると、どの銃の部品も同じ寸法になるので部品を自由に取り換えることができるのです。

この部品を自由に取り換えられるということこそ、大量生産へ発展する第一歩でした。
20世紀のアメリカにおける、機械技術の目覚ましい進歩はホイットニーの発明のころから、はじまっていたのです。

水車と風車の発明

紀元前100年ごろギリシアの詩人アンティバトロスの詩に、つぎのような一節があります。
水車が発明されたとき、古代人がどんなに喜んだか、この詩によくあらわれています。

いまは突くことを止めよ
石うすではたらく女たち
鶏が夜明けを知らせてもゆっくり休め

農業の神デメテルが水の精のニンフに命じて
女たちのする仕事をさせているから………

水車はその後、世界各国で長いあいだ使われてきました。
そのあいだに水車大工たちは歯車や軸受など水車でいちばん大切な機械の部分についての知識を増やしていきました。

風車は、いつごろから使われたかは、よくわかりませんが中世ごろには、世界各国で使われていました。

ことにオランダのように同じ向きの風が同じ速さで絶えず吹いている地方ではさかんに使われました。

19世紀のなかば、蒸気機関が使われ出したころでもオランダには1万2000もの風車がありました。

風車も水中と同じように、機械技術の進歩にたいへん役立ちました。

時計の発明

この水車と風車の機械技術を受け継いだのは、時計づくりの職人たちでした。
はじめて機械仕掛けの歯車時計をつくったのは、ドイツ人アンリ・ド・ピックでした。

ド・ピックは、1370年、フランス王シャルル五世に招かれてパリの宮殿の塔に、8年もかかって大きな時計を据え付けました。
この時計は、ときどき故障はしましたが、それまでにつくられたどの時計よりも正確でした。

それから1世紀ほど経つと、ドイツの二ュルンベルクにいたペーター・ヘンラインは金属のばねを使った小型の時計を発明しました。

この時計は、ニュルンベルクのたまごとよばれ、たいへん値段の高いものでした。
金持ちの人たちのあいだでは、宝石と同じように飾り物として、この時計をぶら下げて歩くことが流行ました。

1583年、ガリレオは教会の天井に下がっているランプが揺れていろことから振り子の等時性を発見しました。

そして彼は、振り子時計を考えました。
しかし、本当に役に立つ振り子時計をつくったのは、オランダのホイヘンスでした。

綿が生んだ機械

ルネサンスのころからさかんになったヨーロッパと東洋との貿易は17世紀から18世紀にかけて、ますますさかんになりました。

ことに、イギリスでは織物業がさかんになりいままでの紡績機や織機では仕事が間に合わなくなりました。

すると、これまでの時計の技術を受け継いだ職人たちはつぎつぎとすばらしい紡績機や織機を発明していきました。

イギリス人ジョン・ケイも時計師でしたが1733年、いままでのものより2倍も速く織れる織機を発明しました。

ケイは、縦糸に横糸を渡す魚のような形の杼を改良して手で紐を引っ張れば、杼がひとりで往復するようにしました。

この発明のおかけで、こんどは綿糸が足りなくなってきました。
ハーグリーブスという時計師は1台の機械に8個の紡錘をつけいちどに8本の糸がつむげる、多軸紡績機を発明しました。

この機械のおかげで、イギリスの綿糸の生産高は、いっぺんに200倍にもなりました。