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九章　機械動力の時代を切り開く　《蒸気機関》

1  新しい機械　top

　「ヘエーッ、あの有名な機械屋のシッソンさんところでも、直せないんですか。
　それを私に直せって？　それは光栄ですわ。ぜひやらせてください。ですが、先生！
　私はこんな機械まだみたこともありませんけど、これはどういうことをする機械なんてすか？」
　ときは一七六三年、ところはイギリス北部のスコットランドにある、グラスゴー大学での話である。
　若い機械屋のジェームズ・ワットは、アンダーソン教授から、新しい機械の修繕を頼まれて胸をときめかしていた。
　「この機械はだね。蒸気の力を利用して、炭坑や絋山の湧水をかい出すのに使う機械なんだがね。
　実物はものすごく大きいんだが、これは教室で学生たちに説明するために、特別につくらせた模型なんだよ。」
　「それで、どこが故障してるんですか。」
　「いやね。実は、それがわからないんだよ。
　なにしろ、この模型はいくら蒸気をおこしても、すぐにとまってしまうんで、どこを直したらよいか全くわからなくて、困っているんだよ。
　ワット君、一つ研究してなおしてくれないかね。」
　アンダーソン教授はこんなことをいいながら手で機械を動かして、この機械の仕組や働きをていねいに説明した。
　この模型のもとになっている機械――それは、この話よりも五十一年前の一七一二年に、イギリスの金物屋のニューコンメンが発明したものだった。
　そこでこの機械は、ニューコンメン機関とよばれていた。
　鉱山や炭坑を掘る費用を節約する、すばらしい機械だった。

2  鉱山の悩み　top

　その頃、鉱山では水の問題に、さんざん悩まされていた。
　山を少し深くほると、すぐに地下水か湧き出てきて、その水を汲み出さないと、それ以上掘り進むことはできなくなる。　　ところがこの頃、産業が進むにつれて、ますますたくさんの金属が必要になったから、鉱山は深く深くほられるようにだった。
　そこで、この深い地下から、たくさんの水を汲み出すことが、バカにならぬ大仕事になった。
　「深い地下から水を汲み出すには、どうしたらよいか？」
　人々はこの問題を真剣に考えた。
　そして、初めのうちは人間が手かけて水をかいだしていたのが、人間が井戸ポンプを動かすようになおされ、さらにこの井戸ポンプも、人間でなく馬の力で動かすように工夫された。
　水車の動力を利用したところもあった。
　そして、最後に馬や水車のかわりに、蒸気を使う機械――ニューコンメン機関が発明されたのだ。
　蒸気の力でものを動かすことができるという実験は、大昔のアレクサンドリアのヘロンがやっていた。
　ところが、その頃は奴隷をいくらでもこき使えたので、ヘロンもこの蒸気の力を使って、人間の労力をはぶくことなど考えもしなかった。
　しかし、それから一千年以上もたち、奴隷制の社会もくずれ、新しい産業が次々とおこるようになると、今度はヘロンの考えを、産業に役だつ機械に利用しようという人々が現れるようになった。
　たとえば、イタリアのブランカが一六二九年に出版した本のなかにも、そういう機械のことが出てくる。
　この蒸気機械は、ふきでる蒸気の力で車を動かし、それで乳鉢の中の火薬を粉にするようたものである。
　またイギリスのウォースクーは、一六六三年に蒸気の力を利用して、水をふきださせる発明について書いている。
　また、フランス生まれでイギリスやドイツで研究をした科学者のパパンは、蒸気で動く機械のくわしい科学的研究を始めていた。
　そして一六九八年には、イギリスのセベリーが蒸気機関の発明で、特許をとることに成功した。
　「鉱山や炭坑の水を汲み出すのに、私の機械を使えば、少なくともこれまでの三分の一の費用が節約できますよ。」
　セバリーはこういって、鉱山の持主たちを説いてまわった。
　すると鉱山の持主たちは大喜びで、さっそくこの機械を取付け始めた。
　しかしせっかく取付けたこの機械は、うまく働かなかった。
　初めは力が弱くて水がよく汲み出せないというので、火を強くたくことにしたが、そうすると今度は釜がしばしば爆発するようになって、どうも使い物にならない。
　そこでこのセバリーの機械にかわるものとして、ニューコンメン機関が現れたのである。
　この機械はあまり故障もなく、よく動いた。
　ニューコンメンが、一七一二年に初めて鉱山に取付けた機械は、五・五馬力分の仕事をした。
　一馬力というのは、元々馬一頭のだす動力をもとにしてきめられた単位だが、普通の馬のだす動力は、一馬力よりはるかに小さく、大体〇・三〜〇・六馬力ぐらいだという。
　だから、一つのニューコンメン機関は、九〜十八頭分の馬のかわりをすることができたわけだ。
　しかも、馬なら時々やすませなければならないが、機械なら一日中、働かせても大丈夫だ。
　だから、二台の機械だけで、馬三十〜五十頭分を節約することができただろう。
　「これはすばらしい！」というので、鉱山や炭坑の持主は、ニューコンメンの機械にとびついた。
　そして鉱山や炭坑には、馬のかわりにこの木さな機械が、取付けられるようになった。
　外国にも広がった。
　そこで大学でもこの機械について、教える必要がおきてきたのである。

3  ワットの研究　top

　ジェームズ・ワットは、このニューコンメン機関の模型の改良をたのまれると、早速、家にかえって研究に取り掛った。
　この機械の中心部は、ボイラーとシリンダーとピストンからできていた。
　石炭でボイラーを熱してやると、熱い蒸気がピストンを押し上げる。
　ピストンが一番上あたりまで押上げられると、今度はこのシリンダーの中に冷たい水をふきこんでやって、中の蒸気を冷やしてしまう。
　するとシリンダーの中の蒸気は、水になってほとんど真空となる。
　こうなると、大気の圧力で上からおされているピストンは、下におちてくる。
　ピストンが下までおちてくるころになると、今度はまた下のボイラーからでてくる熱い蒸気が、勢いをまして冷たくなったシリンダーを暖め、またピストンをもちあげる……
　するとまた、すかさず、シリンダーの中に水がふきこまれて、蒸気は冷えて水となる……。
　ニューコンメン機関のピストンは、こうして一分間に十回ほどの割合で上ったり、下がったりするような仕掛になっていた。
　このピストンの運動につれて、ポンプが動き、鉱山や炭鉱の水を汲み上げるのである。
　「何だか、勿体ないみたいだなあ。」
　ワットはこの機械の模型で、何度も実験しているうちに、どうもそう思えてしかたがなかった。
　「せっかく熱して蒸気にしたのを、また冷やして水にするなんて。」
　しかし、そうかといって、熱した蒸気を冷やさなかったら、ピストンは下に落ちてはこない。
　「やっぱりだめか！」
　ワットはそう思いなおしてもみても、やっぱり熱がむだに思えてしかたがなかった。

　こうして、よい考えを思いつくと、彼はバカらしくなった。
　「どうしていままでこんな簡単なことに、気がつかなかったんだろう。」
　彼はそんなことを考えると、翌日がまちどおしくてならなかった。
　キリスト教では、日曜日は仕事をしてはいけないことになっているから、一日またなければたらなかったのだ。
　ワットの予想は正しかった。
　その翌日、彼はブリキ板とハンダづけしただけの、簡単な装置を作り上げたところ、予想どおりになることがわかった。

4  完全な蒸気機関へ　top

　炭坑や炭坑のすぐ近くにある鉱山なら、石炭がたくさんあるからいいが、炭坑からはなれている鉱山となると、ニューコンメン機関を動かすための石炭を運ぶのが、大変な仕事だった。
　この機械のおかげでせっかく馬がいらなくなったと思ったら、今度はその馬で毎日毎日たくさんの石炭を、山まではこびあげなければならない、というところが多かった。

5  ボールトンの協力　top

　「もしかしたら、ワットさんの発明した蒸気機関を使えば、工場の機械を動かすことができるかもしれないぞ。」
　ボールトンはワットの発明の話をきくと、すぐそう考えた。
　一七七四年、ボールトンとワットは、協力してワットの設計した機械を作ることになった。
　「自分の工場ばかりでなく、世界の工場を動かす蒸気機関を作りだしてみせるんだ。」
　ボールトンはそう考えていた。
　ボールトンの工場はやっぱりすばらしかった。
　これまで動きもしなかった機械も、ここで作るとよく動くようになった。
　ワットは大喜びだった。
　シリンダーを正確にけずることのできる機械は、この工場にもなかったが、二年後にはボールトンの友人のウィルキンソンが、中ぐり盤を発明したので、この困難も取除くことができた。
　一七七六年三月八日、この日はワットにとって忘れられない日となった。
　この日、彼の発明した最初の蒸気機関が、ブルームウォールドの炭坑で運転を始めたのだ。
　彼の蒸気機関は、これまでの大気圧機関の三分の一以下の石炭で、仕事をすることが証明された。
　初めの着想から十一年間の苦労がやっとみのったのだ。

6  回転式蒸気機関の成功　top

　工場ばかりではない。
　この機械はすぐに船や車にものせられて、汽船や汽車や蒸気自動車を生みだすようになったのである。
　ワットは自分の蒸気機関に、いろいろ新しい工夫をつけくわえた。
　その一つに、回転調節器というのがある。
　これは自動調節装置の最初で、オートメーション時代の先ぶれとなる重要なものだった。
　蒸気力はその後、電気力におきかえられるようになったが、私たちはワットの蒸気機関の発明とともに、本当の機械の時代が始るようになったということも、忘れてはならないだろう。