原題は『The Progress of Invention in the Nineteenth Century』、著者は Edward W. Byrn です。

　わが国は、もはや「待った」無しに、海外から輸入されるナフサ原料には依存し過ぎない、サプライチェーン多重化（冗長化）の「シン・経済安保」を構築しなくては済まなくなりました。代替製造工程等のヒントは、おそらく19世紀の事歴の中に探せるはずです。

　例によって、プロジェクト・グーテンベルグさまに御礼。
　図版は省略しました。索引が無い場合、それは私が省いたか、最初から無いかのどちらかです。
　以下、本篇。（ノー・チェックです）

* グーテンベルク・プロジェクト電子書籍『19世紀の発明の進歩』開始。*
この文書の末尾にある転写者注記をご覧ください。

本の表紙
電気発電機
蒸気と電気。
ニューヨーク、メトロポリタン路面電車の7万馬力の駅。

19世紀における発明
の進歩

エドワード
・W・バーン著、AM

「Δός που στω, και την γην κινἡσω.」
(立つ場所を教えてください。そうすれば地球を動かします。)

―アルキメデス。

MUNN & CO.、出版社
　サイエンティフィック・アメリカン・オフィス
ニューヨーク州ブロードウェイ361番地 1900年

1900年、Munn & Co.により著作権取得
。——ロンドン、イギリス 、
Stationer’s Hallに登録
。——無断転載禁止。

アメリカ合衆国 ニューヨーク市の
マニュファクチャラーズ・アンド・パブリッシャーズ・プリンティング・カンパニーにより印刷。

[私]

序文。
これほど大規模な著作となると、まず著者は、一人の著者による試みとしては少々野心的すぎるかもしれないことをお詫びするべきだろう。四半世紀にわたる芸術と科学の隆盛、科学の進歩に関わるあらゆる事柄への熱烈な関心、そして特許庁内外の多くの友人たちの援助と励ましが、その理由を説明してくれる。本書は教科書のような権威も、歴史書のような網羅性も、技術論文のような正確さも持ち合わせていない。これは単に、発明分野におけるこの100年間を概観し、達成された進歩をより広い視野で示すことを意図したものである。主要な事実を裏付けるために、主に特許に依拠した。特許は、日付に関しては国家政府の責任、発明の内容に関しては発明者の署名と宣誓が証明されているため、歴史的発展において最も信頼できる資料であると考えられている。本書の執筆にあたっては、多くの困難と苦労を経験した。本書が分厚くなりすぎることを恐れたため、著者が重要だと認識している多くの主題の扱いを断念せざるを得なかった。また、発明者の権利主張に関する論争点も、複雑な対立を生む形で現れた。後者については、可能な限り議論を避けた。最優先の目的は、この分野におけるすべての功績ある研究者に公平な評価を与え、誰にも偏ることなく、確かな事実と、時の流れの中で理性が公平に判断した結果として正当化されると思われる結論のみを表明することであった。省略の罪については紙面の不足が正当な言い訳となり、意図的な罪については紙面の不足が正当な言い訳となる。[ii] 本書の広範な内容については、弁明として述べられている。しかしながら、本書が、19世紀が世界の思想と物質的資源にもたらした偉大な発明の数々を、簡潔かつ首尾一貫した形で提示するものとして、現代の文学において一定の地位を占めることを期待する。

この研究において私を助けてくれた多くの友人たちに感謝の意を表するにあたり、まず、本書の準備にあたり支援をいただいたサイエンティフィック・アメリカンの編集者の方々に感謝いたします 。また、政府機関の親切な職員の方々、そして全国各地の多くの先進的な製造業者の方々にも感謝いたします。

EWB

ワシントンD.C.、1900年10月。

[iii]

目次。
第1章

透視図。

第2章

19世紀の主要な発明の年表。

第3章

電気式電信機。

ボルタ 電池。ダニエルの電池。 ウェーバーによる導線の使用。 シュタインハイルによる帰還回路としてのアースの使用。 ヘンリー教授の電磁石と最初の電信実験。 モールス教授の電信符号とレジスタ。 ワシントンとボルチモア間の最初の回線。 ベインの化学電信機。 ギントルの二重電信機。 エジソンの四重電信 機。ハウスの印刷電信機。 ファクシミリ電信機。 チャニングとファーマーの火災警報器。 誘導による電信。 マルコーニによる無線電信。 統計。

第4章

大西洋ケーブル。

敷設の難しさ。 ヴィクトリア女王とブキャナン大統領間の祝辞。 サイフォン式録音機。 統計。

第5章

ダイナモとその応用。

ファラデーとヘンリーの観測。 ピクシーとサクストンの磁気電気機械。 1855年のヒョルトのダイナモ。 1866年のワイルドの機械。 1867年のジーメンスの機械。 1870年のグラムの機械。 テスラの多相電流。

第6章

電気モーター。

バーロウのスパーホイール。 ダル・ネグロの電気振り子。 ヘンリー教授の電気モーター。 ヤコビの電気ボート。 ダベンポートのモーター。 ネフモーター。 ペイジ博士の電気機関車。 1879年、ベルリンにおけるシーメンス博士の最初の電気鉄道。 1885年、ボルチモアとハンプデン間の米国初の電気鉄道。 第三軌条方式。 統計。 電気鉄道とゼネラル・エレクトリック社。 主要都市における配電電流。

第七章[iv]

電灯。

ハンフリー・デービー卿によるボルタアーク。 ジャブロチコフのろうそく。 ブラッシュ、ウェストン、その他の特許。 サーチライト。 グローブの最初の白熱電球。 スター・キングランプ。 モーゼス・ファーマーが初めて住宅に電灯を設置。 ソーヤーマンランプ。 エジソンの白熱電球。 エジソンの3線式回路。 統計。

第8章

電話。

ブルスール、レイス、ドローボーによる予備的な提案と実験。 ベル教授による最初の音声電話。 レイスとベルの電話の違い。 ブレイク送信機。 ベルリナーによる圧力変化による抵抗と電気的波動の変化。 エジソンのカーボンマイクロホン。 電話交換機。 統計。

第9章

電気、その他。

蓄電池。 プランテ、フォール、ブラッシュの電池。 電気溶接。 燃焼による直接発電。 電気ボート。 電気めっき。 エジソンの電気ペン。 医療における電気。 電気焼灼。 電気楽器。 電気爆破。

第10章

蒸気機関。

ヒーローの機関、その他の初期の蒸気機関。 ワットの蒸気機関。 カットオフ。 ギファールインジェクター。 ブルドンの蒸気計。 給水加熱器、煙消費器など。 回転機関。 蒸気ハンマー。 蒸気消防車。 複式機関。 シュリックとテイラーによる可動部品の運動量バランスシステム。 統計。

第11章

蒸気鉄道。

トレヴィシックの蒸気客車。 ブレンキンソップの機関車。 ヘドリーの「パフィング・ビリー」。 スティーブンソンの機関車。 リンク・モーション。 ストックトン・アンド・ダーリントン鉄道、1825年。 ハックワースの「ロイヤル・ジョージ」。 「ストゥールブリッジ・ライオン」と 「ジョン・ブル」。 ボールドウィンの機関車。 ウェスティングハウスの空気ブレーキ。 ジャニーの客車連結器。 ウッドラフの寝台車。 鉄道統計。

第12章

Steamナビゲーション。

初期の実験。 シミントンのボート。 ジョン・スティーブンス大佐のスクリュープロペラ。 ロバート・フルトンと「クレルモン」。 スティーブンスの「フェニックス」による初の航海 。「サバンナ」、大西洋を横断した最初の蒸気船。 エリクソンのスクリュープロペラ。 「グレート・イースタン」。 鯨背型蒸気船。 オーシャン・グレイハウンド。 「オーシャニック」、世界最大の蒸気船。 「タービニア」。 フルトンの「デモロゴス」、最初の軍艦。 砲塔モニター。 近代戦艦と魚雷艇。 ホランド潜水艇。

第13章[v]

印刷。

初期の印刷機。 ニコルソンの輪転印刷機。 コロンビアン印刷機とワシントン印刷機。 ケーニッヒの輪転蒸気印刷機。 ホータイプ回転印刷機 。カラー 印刷。ステレオタイプ 印刷。製紙。 木材パルプ。 ライノタイプ。 版画印刷。 リトグラフ。

第14章

タイプライター。

1714年の旧式イングリッシュタイプライター。 1829年のバートタイプライター。 1833年のプロギンのフランス式タイプライター。 1843年のサーバーの印刷機。 ビーチタイプライター。 ショールズタイプライター（近代的なタイプの先駆けであり、後にレミントンへと商業的に発展した）。 カリグラフ、スミス・プレミアなど。

第15章

ミシン。

刺繍機はミシンの先駆け。 トーマス・セイントのミシン。 ティモニエの木製ミシン。 グリーノーの両端針。 ビーンの固定針。 ハウミシン。 バチェルダーの連続送り。 シンガーの改良。 ウィルソンの回転フックと四方向送り。 マッケイ靴ミシン。 ボタンホールミシン。 カーペットミシン。 統計。

第16章

死神。

初期のイギリスの機械。 パトリック・ベルの機械。 ハッセイの刈り取り機。 マコーミックの刈り取り機とその大成功。2 つのアメリカ製刈り取り機の競争。 自動レーキ機。 自動結束機。 蒸気式刈り取り機と脱穀機の複合機。 西部の大麦畑。 統計。

第17章

加硫ゴム。

インディアンによるゴムの初期の使用。 ゴムの採取。 初期の実験の失敗。 グッドイヤーの粘り強い実験。 ナサニエル・ヘイワードによるゴムへの硫黄の添加。 グッドイヤーの加硫法。 彼の製法のヨーロッパへの導入。 債務による裁判と投獄。 ゴム靴産業。 用途の広範さと多様性。 統計。

第18章

化学。

科学としての進化。 コールタール製品。 発酵と醸造。 グルコース、綿火薬、ニトログリセリン。 電気化学。 肥料と商業製品。19 世紀の新元素。

第19章[vi]

飲食。

食品の性質。 ローラーミル。 中間製品精製機。 調理器具。 パン製造機械。 乳製品製造装置。 遠心式ミルクスキマー。 缶詰産業。 殺菌。 食肉の解体と加工。 オレオマーガリン。 砂糖の製造。 真空パン。 遠心フィルター。 現代の栄養学と特許食品。

第20章

医学、外科、衛生。

ハーヴェイによる血液循環の発見。 ジェンナーによるワクチン接種。 麻酔薬の使用は今世紀における医学の進歩の大きな一歩。 薬物学。 器具。 医学学校。 歯学。 義肢。 消化。 細菌学と病原菌。 消毒外科。 家庭衛生。

第21章

自転車と自動車。

ドレイジン、1816 年。 ミショーの自転車、1855 年。 ラレマンとキャロルへの米国特許、1866 年。 「垂直フォーク」と「スター」から現代の「セーフティ」への移行。 空気入りタイヤ。 自動車は機関車の原型。 トレヴィシックの蒸気ロードキャリッジ、1801 年。 今日のロコモビル。 ピンカス、1839 年。セルデン、1879 年。デュリエ、ウィントン、その他によるガスエンジン自動車。 電気自動車は、1836 年という早い時期に電気機関車から発展したもの。 グルーネルの電気自動車、1852 年。 コロンビア、ウッズ、ライカーの電気馬車。 統計。

第22章

蓄音機。

エジソンによる蓄音機の発明。 スコットのフォノトグラフ。 ベルとテインダーによる改良。 グラフォフォン。 ワックスシリンダーのライブラリー。 ベルリナーのグラモフォン。

第23章

光学。

初期の望遠鏡。 リック望遠鏡。 グランデ・ルネット。 ステレオ双眼視野鏡。 顕微鏡。 分光器。 光の偏光。 万華鏡。 立体鏡。 距離計。 キネトスコープ、そして動画。

第24章

写真。

ウェッジウッドとデイビーの実験。 ニエプスのヘリオグラフィー。 ダゲールとダゲレオタイプ。 フォックス・タルボットがネガから最初のプルーフを作成。 ジョン・ハーシェル卿がガラス板を導入。 コロジオン法。 銀塩写真とカーボン写真。 アンブロタイプ。 乳剤。 乾板。 コダックカメラ。 プラチノタイプ。 カラー写真。 パノラマカメラ。 写真製版と写真リソグラフィー。 ハーフトーン印刷。

第25章[vii]

レントゲン線、またはX線。

ガイスラー管。 クルックス、ヒットルフ、レナードの真空管。 陰極線。 1895年のレントゲンの偉大な発見。X 線装置。 サルヴィオーニのクリプトスコープ。 エジソンの蛍光鏡。 蛍光光度計。X 線による日焼け。X 線の利用。

第26章

ガス灯。

天然ガスの初期利用。 マードックによる石炭ガスの導入。 ウィンザーが1804年に最初のガス会社を設立。 1817年、アメリカのメルヴィルがビーバーテール灯台をガスで点灯。 ロウによる水ガス製造法。 アセチレンガス。 キャブレター式空気。 ピンチガス。 ガスメーター。 オットーガスエンジン。 ウェルスバッハバーナー。

第27章

土木工学。

偉大な橋、空気圧ケーソン、トンネル。 ビーチトンネルシールド。 スエズ運河。 浚渫船。 リジャーウッドケーブルウェイ。 運河閘門。 自噴井。 圧縮空気式削岩機。 発破。 ミシシッピ川の防波堤。 鉄骨造の建物。 エッフェル塔。 ワシントン記念塔。 アメリカ合衆国議会議事堂。

第28章

木工。

サミュエル・ベンサム卿の初期の機械。 鋸の進化。 丸鋸。 張力をかけるためのハンマー打ち。 製材機キャリッジへの蒸気供給。 四分鋸切断。帯鋸 。かんな盤。 ウッドワースかんな盤。ウッドベリー降伏圧力バー。ユニバーサルウッドワーカー。ブランチャード旋盤。ほぞ穴加工機。特殊木工機械。

第29章

金属加工。

初期の鉄炉。 ダドリー卿、エイブラハム・ダービー、ヘンリー・コートの操業。 ニールソンの熱風。 現代の巨大高炉。 パドル炉。 ベッセマー鋼と転炉。 平炉鋼。 再生炉。 ジーメンス・マーティン法。 装甲板の鍛造。 蹄鉄の製造。 ねじと特殊機械。 電気溶接、焼きなましと焼き戻し。 金属コーティング。金属 鋳造。 有刺鉄線製造機。 釘、ピンなどの製造。 ショットの製造。 合金。 アルミニウムの製造と希少金属の冶金。 シアン化法。 電気濃縮器。

第30章

銃器および爆発物。

大砲、最も古い火器。16 世紀の前装式および後装式銃。 アームストロング銃。 ロッドマン銃、ダールグレン銃、パロット銃。 後装式兵器。 速射後装式ライフル。 消失銃。 ガトリング銃。 ダイナマイト銃。 コルトおよびスミス＆ウェッソン・リボルバー。 ドイツ製自動拳銃。 後装式小火器。弾倉 式銃。 リー、クラーグ＝ヨルゲンセン、モーゼル・ライフル。 ハンマーレス銃。 リバウンドロック。 綿火薬。 ニトログリセリンおよび無煙火薬。 機雷および魚雷。

第31章[viii]

繊維製品。

紡績と織物：古代の芸術。 ハーグリーブスのジェニー紡績機。 アークライトのロールドローイング紡績機。 クロンプトンのミュール紡績 機。綿繰り機 。リング紡績。 ラベス紡錘。 ジョン・ケイの飛び杼とロバート・ケイのドロップボックス。 カートライトの動力織機。 ジャカード織機。 クロンプトンのファンシー織機。 ビゲローのカーペット織機。 ライアルのポジティブモーション織機。 編み機。 布プレス機。 人造絹糸。 マーセライズド布。

第32章

製氷機。

一般原理。 混合物の凍結。 パーキンスの製氷機（1834年）。 ピクテの装置。 カレのアンモニア吸収法。 直接圧縮と缶システム。 ホールデン製氷機。 スケートリンク。 ウィンドハウゼンの船舶冷却・換気装置。

第33章

液体空気。

ノースモア（1805年）、ファラデー（1823年）、ビュッシー（1824年）、ティロリエ（1834年）らによる気体の液化。 ピクテとカイユテによる酸素、窒素、空気の液化（1877年）。 ジーメンス（1857年）、ウィンドハウゼン（1870年）による冷気の自己強化。 デュワー、ヴロブレフスキー、オルシェフスキーの操作。 ソルベー、トリプラー、リンデ、ハンプソン、オスターグレン、ベルガーによる自己強化プロセス。 液体空気の実験と用途。

第34章

マイナーな発明、

そして

世界の主要国の特許。

第35章

エピローグ。

[3]

第1章
透視図。
20世紀の幕開けに立ち、100年前を振り返ると、19世紀は発明の分野において、自然の受動的な宝石としてではなく、人間の力強く能動的で有用な働きとして結晶化され、不朽のものとなった思想の壮大な博物館を呈している。哲学的な思考は、あらゆる成長段階が緩やかで均一な進化の過程を経て進むと考えるのが常だが、発明の分野において19世紀は独特であった。それは単なる通常の成長や自然な発展以上のものであった。それは人間の創意工夫と資源の巨大な津波であり、その規模は途方もなく大きく、多様性は複雑で、思想は深遠で、豊かさは豊かで、結果は有益であったため、その全容を理解しようとすると、精神は緊張し、戸惑ってしまうほどである。実際、この時代は成長の漸進的な増加というよりも、発見の壮大なクライマックスであったように思われる。それは、最も豊かな資源の中で最高の成果を達成した、知性とエネルギーの壮大で輝かしいキャンペーンであり、現代の思考と力の最強かつ最良の装備によって遂行された。

古代の偉大な業績は、大部分が無数の労働者の忍耐強い手作業の単なる記念碑であり、珪藻やサンゴの昆虫が作った建造物と同程度にしか言えない。しかし、現代の業績はそうではない。この1世紀は、特にアイデアとエネルギー節約の時代であり、省力化の発明という形で実用化され、しばしば一人の人物の頭脳から生み出され、創造の神聖な性質を帯びている。

創造の古来の言葉は、神が粘土に生命の息吹を吹き込んだというものだった。しかし、創造という新たな世界においては、精神が物質に息吹を吹き込み、新たな、そして拡大し続ける創造が展開していく。過去の思弁哲学は、短命で多忙な人間にとって、あまりにも空虚な慰めに過ぎない。科学の目で物質の可能性を見出した人間は、そこに神聖な思考の息吹を吹き込み、新たな世界を創造したのだ。

19世紀が歴史に幕を開けた時、発明の世界はまだ産着に包まれた赤ん坊のような存在だったが、迫りくる力への意識を胸に、その力強い若さを伸ばし始めていた。[4] 発明の才能は、生命の途方もないエネルギーに身を委ねていた。ジェームズ・ワットは蒸気機関を発明し、イーライ・ホイットニーは綿繰り機を発明し、ジョン・グーテンベルクは活字を作り、フランクリンは印刷機を設置した。望遠鏡は宇宙の可能性を示唆し、羅針盤はすでに船乗りの親友であり、火薬はその恐るべき力を証明していたが、発明の才能は依然として獣脂ろうそくの灯りを頼りに手探りしていた。今世紀初頭まで、迷信は人間の心を強く支配しており、発明はほとんど黒魔術と同義とみなされていた。そして、苦闘する天才は、自然の法則や発明家の道を阻む無数の困難と戦うだけでなく、無知な恐怖や偏狭な偏見という、はるかに大きな障害を克服しなければならなかった。省力化機械は労働者の敵として疑いの目で見られ、多くの真摯な発明家は、長年の苦心と骨の折れる努力の末、同胞の敵意によって、大切にしていたモデルが破壊され、希望が永遠に打ち砕かれるのを目にした。しかし、19世紀とともに新しい時代が到来した。発明の正当な成果は、収入の増加、労働時間の短縮、そして健康、快適さ、幸福、有用性においてより豊かな生活という形で実現され、今日、発明家は世界が喜んで称賛する恩人となっている。現代文明の忙しい生活は、彼の仕事の証拠で溢れかえっており、目を開けば、日常生活のまさに織物の中に織り込まれたあらゆるものにそれを見ずにはいられない。一度慣れ親しむと、素晴らしいものを見失いがちで、私たちは通常、この偉大な時代の偉大なものに対して十分な肯定的な評価を与えることができない。それらは最初は閃光を放つ流星のように私たちの視界に飛び込んでくる。私たちはしばらくの間それらに驚嘆するが、やがて事実として受け入れる。そしてそれらはすぐにありふれたものとなり、日常生活に溶け込み、見過ごされた時に初めて気づくようになる。

それらを理解するためには、今日の状況と100年前の状況を簡単に比較してみましょう。これは容易なことではありません。なぜなら、比較は2世代の経験に関わるだけでなく、星と真昼の太陽を並置するようなもので、その圧倒的な輝きが弱い光を消し去ってしまうからです。しかし、進歩の歯車を逆回転させ、100年前へと一気に遡ってみましょう。すると、私たちはどのような経験をするでしょうか？目的地に着く前に、車輪自体がガタガタと揺れ始め、旅はより困難で、より不快で、はるかに遅くなります。私たちはもはや、壮麗な機関車の後ろを走る豪華な宮殿のような車両で、鋼鉄のレールの上を時速60マイルで滑るように進んでいるのではなく、始まりに近づいていることに気づくのです。[5] 19世紀の、ガタガタと音を立てて埃っぽい駅馬車に乗っているような気分を味わってみよう。ちょっと待って、変化をより広い視点から少し考えてみよう。まず、現在をもう少し詳しく見てみよう。なぜなら、忙しい一般人は、過去を振り返って比較することもなく、自分が生きている時代の真の価値を十分に理解したり評価したりしていないからだ。今日（1898年の統計）、世界には445,064マイルの鉄道線路がある。これは、それぞれ2本のレールからなる17本の鉄道線路を地球一周分建設するか、地球を34本の鋼鉄のベルトで囲むことになる。直線に伸ばせば、月まで続く2本のレールの線路が建設され、さらにその先10万マイル以上も続くことになる。アメリカ合衆国は世界の鉄道総延長のほぼ半分を占め、36,746両の機関車、ほぼ同数の客車、そして125万両を超える貨車を保有している。これらの貨車を連結すれば、大西洋から太平洋までアメリカ大陸を横断するほぼ3本の連続した列車が作れる。旅客列車の運行は、1日に世界一周する列車37本に相当し、貨物列車の運行も同様に、1日に世界一周する列車53本に相当する。これに他国が支配する鉄道事業を加えると、駅馬車がいかに時代遅れになったかがわかるだろう。今日では、ある都市で夕食をとり、別の都市で朝食をとる場合、数百マイルも東西にずれているため、約束を守るために時計を新しい経度に合わせなければならない。しかし、鉄道と蒸気自動車は、現代文明を活気づける要素のほんの一部に過ぎない。 100年を遡ってみると、私たちは多くの進歩の節目を通り過ぎてきました。それらが私たちの後ろに消えていく様子を、いくつか数えてみましょう。電話、蓄音機、グラフォフォンはあっという間に姿を消しました。ケーブルカーや電気鉄道も見かけなくなりました。電灯は消え、電信もなくなりました。ミシン、刈り取り機、脱穀機は姿を消し、ゴム製品もすべてなくなりました。写真、写真製版、写真石版、スナップカメラも見かけなくなりました。毎時96,000部、毎分1,600部の新聞を印刷、貼り付け、裁断、折り畳み、計数する素晴らしい8枚綴りの完全印刷機も、世紀の初めには取るに足らない試作品へと縮小してしまいました。私たちはすべてのカンナがけや木工機械を失い、それとともに、無限の種類の窓枠、ドア、ブラインド、家具も姿を消しました。ガスエンジンも乗客用エレベーターもアスファルト舗装も蒸気消防車も三段膨張蒸気機関もジファールインジェクターもセルロイド製品も有刺鉄線フェンスも金庫のタイムロックも自己結合も存在しない[6] 収穫機はあるが、石油やガスの井戸はなく、製氷機も冷蔵倉庫もない。空気エンジン、巻き上げ式時計、レジスターと現金運搬車、巨大な吊り橋とトンネル、スエズ運河、鉄骨造の建物、モニター艦と重装甲艦、リボルバー、魚雷、弾倉式銃とガトリング砲、ライノタイプ機、あらゆる実用的なタイプライター、あらゆる低温殺菌法、微生物や病原菌に関する知識、衛生配管、水ガス、ソーダ水噴水、空気ブレーキ、コールタール染料と医薬品、ニトログリセリン、ダイナマイトと綿火薬、ダイナモ電気機械、アルミ製品、電気機関車、素晴らしい発展を遂げたベッセマー鋼、海底ケーブル、ホーロー製品、ウェルスバッハ式ガスバーナー、蓄電池、タバコ製造機、油圧式浚渫機、ローラーミル、中間製品精製装置と特許製法の小麦粉、ブリキ缶製造機、自動車連結器、圧縮空気ドリル、睡眠自動車、ダイナマイト銃、マッケイ製靴機、丸編み機、ジャカード織機、製紙用木材パルプ、火災報知器、外科手術における麻酔薬の使用、マーガリン、道路清掃車、自噴井戸、摩擦マッチ、蒸気ハンマー、電気めっき、釘打ち機、義歯、義肢と義眼、分光器、キネトスコープ（動画）、アセチレンガス、X線装置、自動車、そして――しかし、もう十分だ！と読者は叫び、確かにその喪失を考えるのは愉快ではない。その時代の負の状況は、恐ろしいほどの空白にまで及んでおり、現代文明にとって、その存在の強力な要素を生活から排除することが何を意味するのかを考えると、私たちは立ち止まり、身をすくめる。

現代の生活の豊かさと充実感に目を向けるにあたり、まずは、この偉大な進歩の道のりを彩る節目や道標を時系列順に概観し、その後、進歩のより重要な要因を個別に検討していこう。

[7]

第2章
19世紀の主要な発明の年表。
1800年—ボルタの化学電池による発電。ルイ・ロベールの連続紙製造機。

1801年—トレヴィシックの蒸気馬車（最初の自動車）。ブルネルのほぞ穴加工機。ジャカード織機。リチャード・スコットによる最初の耐火金庫。ハチェットによるコロンビウムの発見。

1802年 – トレヴィシックとヴィヴィアンが蒸気機関による馬車運行の英国特許を取得。シャーロット・ダンダス（蒸気船）がクライド川で運河船を牽引。エケバーグがタンタルを発見。ウェッジウッドとデイヴィーが最初の写真実験を実施。ブラマのカンナ盤が発明される。

1803年—カーピューによる電気の治療応用に関する実験。テナントがイリジウムとオスミウムを発見し、ベルセリウスがセリウムを発見。ウィリアム・ホロックスが織機に蒸気を応用。

1804年 – ウォラストンがロジウムとパラジウムを発見。リチャード・トレヴィシックが初の蒸気鉄道と蒸気機関車を製作。ジョン・スティーブンス船長が蒸気航行に二軸スクリュープロペラを採用。ウィンザーが照明用ガスの英国特許を取得し、ライシーアム劇場を照明し、ファースト・ガス・カンパニーを設立。ルーカスが可鍛鋳鉄の製造法を開発。

1805年 – ロンドンのジョン・エドワーズが救命胴衣を発明。ブルニャテッリが電気めっきを発明。

1806年—ジャンドーの編み機。

1807年 – ニューヨークとオールバニーを結ぶ初の実用的な蒸気船（フルトンのクレルモン号）。デービーによるカリウム、ナトリウム、ホウ素の発見。フォーサイスによる銃のパーカッションロックの発明。

1808年—デービーがバリウム、ストロンチウム、カルシウムを発見。マリュスが反射による光の偏光を発見。デービーがボルタアークを発見。

1809年—ゾンメリングの多線式電信。

1810年 – ハーネマンによってホメオパシーの体系が確立される。

1811年—M.クルトワによる金属ヨウ素の発見。ブレンキンソップの機関車。アラゴによる光の偏光現象。ソーントンとホールの後装式マスケット銃。

[8]

1812年—ロンドン、ガス灯で照らされた最初の都市となる。リッターの蓄電池。シリングが地雷爆破に電気を使うことを提案。ザンボニの乾式炉（乾電池の原型）。

1813年 – ハワードによる砂糖精製用真空パンの英国特許。ヘドリーの蒸気機関車「パフィング・ビリー」。デイビッド・ブルースによる米国におけるステレオタイプの導入。

1814年—ロンドン・タイムズ紙がケーニッヒの回転式蒸気印刷機で印刷される。スティーブンソンの最初の蒸気機関車。フルトンがデモロゴス号を建造（最初の蒸気軍艦）。ニエプスがヘリオグラフィーを発見。ゲイ＝リュサックがシアン化水素を発見。デイヴィッド・ブリュースター卿が万華鏡を発明。

1815年 – ハンフリー・デービー卿による安全ランプの発明。ザイドリッツ粉末の発明。クレッグによるガスメーターの発明。

1816年—「ドレイジン」自転車。ブルネルによる円形編み機。

1817年 – ベルセリウスによるセレンの発見、ストロマイヤーによるカドミウムの発見、アルフヴェドソンによるリチウムの発見。ハントのピンマシン。

1818年 – ブルネルが地下トンネルと海底トンネルの特許を取得。コペンハーゲンのエルステッドが電磁気学を発見。

1819年 – ニューヨーク発のアメリカ汽船サバンナ号が初めて大西洋を横断。ラエンネックが聴診法を発見し、聴診器を発明。ブランチャードが不規則な形状を加工するための旋盤を開発。

1820年—シュヴァイガーによる電磁増幅器。アンペールとアラゴによる電磁気学の発見。ボーネンベルクの検電器。ペルティエとカヴァントゥーによるキニーネの発見。マラムのガスメーター。

1821年 – ファラデーが電流を機械的な運動に変換する。

1822年 – バベッジ計算機。

1823年 – ファラデーが気体の液化と凝固を発見し、アンモニア吸収式製氷機の基礎を築く。ゼーベックが熱電効果を発見。ベルセリウスがシリコンを発見。

1824年 – ベルセリウスによる金属ジルコニウムの発見。ライトのピン製造機。

1825年 – 世界初の旅客鉄道がストックトンとダーリントン間に開通。スタージョンが電磁石の試作品を発明。ボーモントが消化に関する発見を発表（アレクシス・サン・マルティン、1825～1832年）。

1826年 – M.バラードによる臭素の発見。バーロウの電気式スパーホイール。米国初の鉄道がマサチューセッツ州クインシー近郊に建設される。

1827年—ヴェーラーによるアルミニウムの還元。オームの電気抵抗の法則。ハックワースによる機関車の改良。ジョン・ウォーカーによる摩擦マッチ。

[9]

1828年 – ニールソンの鉄精錬用熱風装置。ヘンリー教授がスプール電磁石を発明。セガンによる管状機関車ボイラー。ヴェーラーによる有機化合物（尿素）の初の人工生産。ベルセリウスによるトリウムの発見。ヴェーラーによるイットリウムとグルシナムの発見。ニコルの偏光プリズム。ウッドワースの木工用かんな。ジョン・ソープによる紡績リングの発明。

1829年—ベクレルの二重流体ガルバニ電池。ジョージ・スチーブンソンの機関車「ロケット号」がリバプール・アンド・マンチェスター鉄道の賞を受賞。米国で初めて走行した機関車「ストゥールブリッジ・ライオン号」が輸入される。ダゲレオタイプが発明される。バッシーがマグネシウムを発見。

1830年 – セフストロームがバナジウムを発見。アッベ・ダル・ネグロが電気式振り子を開発。エリクソンが蒸気式消防車を発明。

1831年 – ファラデーが磁気誘導を発見。ヘンリー教授が電信信号を使用。ヘンリー教授が電気モーターを発明。カムデン・アンド・アンボイ鉄道で機関車「ジョン・ブル」が運行開始。ガスリーがクロロホルムを発見。マコーミックがリーパーで最初の実験を行う。

1832年—モールス教授が電信のアイデアを思いつく。米国でサクストン、フランスでピクシーが最初の磁気電気機械を発明。スタージョンの回転式電動機。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」が製造される。ジェームズが機関車のリンク機構を発明。リービッヒが抱水クロラールを発見。

1833年 – スティーブンソンが蒸気汽笛を採用。ハッセイの刈り取り機が特許を取得。

1834年—ヤコビの回転式電動機。ヘンリー・ベッセマーが鉛鋳物に銅めっきを施す。ファラデーが化学力と電気力の関係を実証。マコーミック刈り取り機が特許を取得。ルンゲが石炭酸を発見。パーキンス製氷機。

1835年—フォーブスが月光に熱がないことを証明。バーデンの蹄鉄製造機。

1836年—ダニエル・コンスタント電池が発明される。エドモンド・デービーがアセチレンガスを製造。コルトのリボルバーが誕生。

1837年 – クックとホイートストンが電気電信機の英国特許を取得。スタインハイルが電気回路の帰路に大地を利用する可能性を発見。ダベンポートが電動モーターを発明。スペンサーが電気鋳型に関する実験を実施。クローフォードが亜鉛メッキ鉄を発明。

1838年 ― モース教授による電信機のフランス特許。ヤコビによる電気めっき印刷版製造のためのガルバノプラスチック法。ホイートストンによる反射式立体鏡。デフリースによる乾式ガスメーター。

[10]

1839年 – ロイヤル・ジョージ号の残骸が電気爆破により破壊される。ヤコビが初の電気推進ボートを建造。フォックス・タルボットがネガから写真プリントを作成。ドレーパー教授とモース教授が初の肖像写真を制作。マンゴ・ポントンが写真に重クロム酸カリウムを応用。グッドイヤーがゴムの加硫法を発見。モサンダーがランタンとジジミウムを発見。バビットメタルが発明される。

1840年 ― モールス教授が電気式電信機の米国特許を取得。グローブ教授が初の白熱電球を製作。ドレイパー教授が天体写真を発表。

1841年—パリ近郊のグルネルで自噴井が掘削される。シッケルの蒸気遮断装置。タルボタイプ写真。M・トリガーが空気圧ケーソンを発明。

1842年 – M. セリグが水から照明用ガス（水性ガス）を初めて製造。ロバート・デイヴィッドソンが電気機関車を製作。ナスミスが蒸気ハンマーの特許を取得。

1843年 – ジュールが力の性質を実証。モサンダーがエルビウムとテルビウムを発見。テムズトンネルが開通。

1844年—モールスがワシントンからボルチモアへ初の電報を送信。ウェルズ博士が亜酸化窒素ガスを麻酔薬として応用。

1845年 – クロースがルテニウムを発見。スター・キング白熱電球。ホー型回転機械。

1846年—ハウスの印刷電信機。ハウのミシン。スエズ運河の建設開始（14年の歳月）。サンクトペテルブルクのクルーセルが電気焼灼器を発明。モートン博士がエーテルを麻酔薬として使用。義足。海王星の発見。スローンが錐先付きねじの特許を取得。シェーンバインが綿火薬を発見。

1847年—クロロホルムがシンプソン博士によって導入される。ニトログリセリンがソブレロによって発見される。タイムロックがサベージによって発明される。

1848年—ラッセルによる土星の衛星の発見。ベインの化学電信機。ベイクウェルのファクシミリ電信機。

1849年—ブルドンの圧力計。ブリュースターのレンズ式立体鏡。ヒバートの編み機用ラッチニードル。コーリスエンジン。

1850年—初の海底ケーブル敷設—ドーバー～カレー間。コロジオン写真法。布地のマーセライズ加工。アメリカ製機械時計。

1851年—ペイジ博士の電気機関車。ルムコルフコイル。スコット・アーチャーの写真におけるコロジオン法。シーモアのセルフレーカー[11] 収穫機向け。ヘルムホルツが検眼鏡を発明。メイナード式後装式ライフル。

1852年 – チャニング・アンド・ファーマー社が火災警報電信機を開発。フォックス・タルボットがハーフトーン印刷に初めて網目状のスクリーンを使用。

1853年 – ギントルの二重電信機が発明される。フーコーとデュボスクが電球を考案。ワットとバージェスがソーダ法による木材パルプ製造法を開発。

1854年 – ウィルソンがミシン用4モーション送り機構を発明。メルヒュイッシュが写真用ロールフィルムを発明。ヘルマンがダイヤモンドドリルを発明。スミス＆ウェッソン社がマガジン式銃器を発明（ウィンチェスター銃の基礎となる）。

1855年—ベッセマー製鋼法。ヒョルトがダイナモ電気機械を発明。エリクソンの空気エンジン。ナイアガラ吊橋。J・M・トーペノ博士が乾板写真法を発明。ミショー自転車。

1856年—ヒューズ印刷電信機。アライアンス磁気電気機械。ウッドラフ寝台車。パーキンスによる初の商業用アニリン染料。シーメンス再生炉。

1857年 – ニューヨークに「ローグス・ギャラリー」が設立される。クーパー研究所の建物に鉄製の床梁が導入される。シーメンスが冷気の自己増強の原理を記述（現在では製氷機や液体空気製造機に使用されている）。

1858年—フェルプス印刷電信機が発明される。大西洋横断ケーブルが初めて敷設される。ヴォルターが木材から紙パルプを開発。サウスフォアランド灯台で初めて電灯が使用される。ギファード蒸気噴射装置が開発される。ガードナーが初の地下ケーブルカーシステムの特許を取得する。

1859年—米国で石炭と石油が発見される。モーゼス・G・ファーマーが電流を複数の電球に分割し、電気で初めて住居を照らす。グレート・イースタン鉄道が開通。オズボーンがフォトリソグラフィーの現代的な製法を完成させる。キルヒホフ教授とブンゼン教授が太陽スペクトルをマッピングし、スペクトル分析を確立する。

1860年—ブンゼンがルビジウムとセシウムを発見。ガストン・プランテが蓄電池を発明。ライスが原始的な電話機を発明。クルックスがタリウムを、ライヒとリヒターがインジウムを発見。スペンサーとヘンリーが弾倉式ライフルを発明。カレがアンモニア吸収式製氷機を発明。

1861年—マッケイ製靴ミシン。ウォーラー社が炭化カルシウムを製造。グリーン大佐がドライブウェルを発明。オーチス社製乗客用エレベーター。初の有刺鉄線フェンス。

[12]

1862年—エリクソンの装甲砲塔モニター。ラッセルとセイスによる乾板写真の乳剤と改良。ガトリング砲。ティンビーの回転砲塔。

1863年—シュルツ社製白色火薬。

1864年 – ノーベルが爆発性ゼラチンを発明。ゴム製の義歯が開発される。キャビン・ジョン橋（ワシントン水道橋）が完成（世界最長の石造橋梁）。

1865年—ルイ・パスツールの細菌学研究が始まる。マルタンによる製鋼法が開発される。

1866年—ワイルドのダイナモ電気機械。バーリーの圧縮空気式削岩機。ホワイトヘッドの魚雷。

1867年—シーメンスのダイナモ電気機械が発明される。ダイナマイトが発明される。ティルグマンによる亜硫酸法による木材パルプ製造法が開発される。

1868年—ブリキルの蒸気消防車用給湯器。モンクリフの格納式砲架。メージによるオレオマーガリンの発明。ショールズのタイプライター。

1869年—スエズ運河開通。太平洋岸鉄道完成。ウェスティングハウス社製初の空気ブレーキが登場。

1870年—グラム・ダイナモ電気機械。ウィンドハウゼン冷凍機。包囲されたパリはマイクロ写真を通して外界と通信する。ヘイラーのリバウンド式銃ロック。ディットマーの火薬。

1871年—ホーのウェブパーフェクティングプレスがニューヨーク・トリビューン紙のオフィスに設置される。ロック穀物バインダー。歯科における橋梁工事。マウント・セニス・トンネルが開通。リン青銅。インガソール圧縮空気式削岩機。

1872年—スターンズがデュプレックス電信機を完成させる。ウェスティングハウスが改良型自動空気ブレーキを開発。ライアルがポジティブモーション織機を開発。

1873年 – ジャニー自動貨車連結器。メージにより米国でオレオマーガリンの特許が取得される。

1874年 ― エジソンの四重電信機。ゴーラムの収穫機用結束機。有刺鉄線製造機。セントルイス橋完成。

1875年 – ローが水ガス（水から作られる照明用ガス）の特許を取得。製粉用のローラーミルとミドリング精製機が登場。ボワボードランがガリウムを発見。ピクテ製氷機。ギャムジーのスケートリンク。店舗向け初の現金運搬機。

1876年—アレクサンダー・グラハム・ベルの音声電話。水力浚渫機。タバコ製造機械。ヴァンダー・ウェイデによる電灯を使った写真撮影。エジソンの電気ペン。製材所用貨車への蒸気供給。ハリディによるケーブルカーの導入。

[13]

1877年—エジソンが蓄音機を発明。オットー式ガスエンジン。ヤブロチコフ電気ろうそく。ソーヤーマン電気ランプ。ベルリナーの可変抵抗式電話送信機（特許取得日：1891年11月17日）。エジソンのカーボンマイクロホン（特許取得日：1892年5月3日）。アサフ・ホール教授による火星の衛星の発見、およびスキアパレッリによるいわゆる運河の発見。ピクテとカイユテによる酸素、窒素、空気の液化。

1878年—レミントン・タイプライターの開発。エジソンが白熱電球用の炭素フィラメントを発明。写真におけるゼラチン臭化物乳剤。マリニャックがイッテルビウムを発見。バーケンヘッドが紡績スピンドルベアリングを開発。ゲスナー布地プレス。

1879年—ベルリンにジーメンス博士の電気鉄道が開通。ミシシッピ川の防波堤がイーズ大尉によって完成。サマリウムがボワボードラン、スカンジウムがニルソン、ツリウムがクリーブによって発見される。リー・マガジン・ライフルが開発される。

1880年—フォールの蓄電池。エーベルトとコッホが腸チフス菌を、シュテルンベルクが肺炎菌を発見。エジソンの磁気鉱石選鉱機。グリーナーのハンマーレス銃。ラベス紡績機の特許取得。

1881年—ウィリアム・W・スミスによる誘導電信。ブレイク電話送信機。リースボタンホールマシン。ラック・ア・ロック（爆薬）特許取得。

1882年 – コッホが結核菌を、パスツールが狂犬病菌を同定。ゴッタルドトンネルが開通。

1883年 – ブルックリン吊橋が完成。

1884年—アンチピレン。メルゲンターラーによる最初のライノタイプ印刷機が発明される。コッホがコレラ菌を、レフラーがジフテリア菌を、ニコライアーが破傷風菌を同定。

1885年—カウルズによるアルミニウム製造法が開発される。アメリカ初の電気鉄道がボルチモアとハンプデン間に敷設される。ウェルスバッハがネオジムとプラセオジムを発見。ウェルスバッハ式ガスバーナーが発明される。ニューヨーク港のフラッドロックが爆破される。ラムが「ベライト」を、ターピンが「メリナイト」を生産。

1886年 – グラフォフォンが発明される。エリフ・トムソンが電気溶接を発明。マリニャックがガドリニウムを、ウィンクラーがゲルマニウムを発見。

1887年—マッカーサーとフォレストによるシアン化物を用いた金精製法。テスラの多相電流システム。

1888年—ニューヨーク州で犯罪者の電気処刑が採用される。ハーベイによる装甲板の焼きなまし法。ド・ラヴァルの回転式蒸気タービン。「コダック」スナップショットカメラ。リック望遠鏡。ド・シャルドネによる人造絹糸製造法。

[14]

1889年—ニッケル鋼。ホールのアルミニウム製造法。ダドリー・ダイナマイト銃。「コルダイト」（無煙火薬）がエイベル・アンド・デュワー社によって製造される。

1890年—メルゲンターラーの改良型ライノタイプ印刷機。カラー写真。フォース橋の完成。クラーグ＝ヨルゲンセン式弾倉式ライフル。

1891年—パーソンズの回転式蒸気タービン。ノースラップ織機。

1892年 – マンロー教授によって爆薬「インデュライト」が発明される。

1893年—アチソンによる炭化カルシウム製造法。ヤーキス望遠鏡。エジソンのキネトスコープ。ウィルソンによる電気炉を用いた炭化カルシウムの製造。

1894年 – レイリー卿とラムゼー教授により元素アルゴンが発見される。ボーデンによりトライトが産出される。

1895年—レントゲンがX線を発見し応用。ウィルソンが炭化カルシウムからアセチレンガスを生成。クルップ装甲板。リンデの液体空気装置。

1896年—マルコーニの無線電信システム。バフィントン＝クロージャーの消失銃。

1897年—シュリックによる船舶用エンジンのバランス調整システム。ラムゼーとトラバースによるクリプトンの発見。

1898年—ホリーとブラッドリーによる炭化カルシウムの製造方法。ラムゼーとトラバースによるネオンとメタゴンの発見。ナシニによるコロニウムの発見。ラムゼーによるキセノンの発見。クルックスによるモニウムの発見。ブラッシュによるエーテリオンの発見。布を張ってマーセル化処理し、絹のような質感にする。

1899年 ― マルコーニの電信機がイギリス海峡を無線で横断。史上最大の蒸気船「オーシャニック」が進水。

1900年—パリ万博のグランド・リュネット望遠鏡。

[15]

第3章
電気式電信機。
ボルタ電池—ダニエルの電池—ウェーバーによる導線の使用—シュタインハイルによる帰還回路としての地球の使用—ヘンリー教授の電磁石と最初の電信実験—モールス教授の電信符号とレジスタ—ワシントンとボルチモア間の最初の回線—ベインの化学電信—ギントルの二重電信—エジソンの四重電信—ハウスの印刷電信—ファクシミリ電信—チャニングとファーマーの火災警報—誘導による電信—マルコーニによる無線電信—統計。

限られた人生の期間を、より多くの成果へと引き延ばそうとする努力の中で、時間は節約の対象となる。時間を節約することは長生きすることであり、このことを最も顕著に実現するのが電信である。人間が自らの運命を全うするために生み出したあらゆる発明の中で、肉体と魂という二重の性質を持つ人間そのものに、電信ほど近いものはない。電信にも肉体と魂がある。私たちは電線と電磁石を見るが、それを活気づける生命原理は目に見えない。その繊細で脈動する、捉えどころのない精神がなければ、それはただの死んだ物質に過ぎない。しかし、不滅の魂によって活力を得た電信は、生命を宿した存在としての性質を帯び、その働きによって思考は時間と空間の限界を超えて広がり、世界中を空中と海を駆け巡る。その動力源は夏のそよ風よりも静かに流れ、時には稲妻のように激しく、そして致命的な轟音を響かせる。強力でありながら捉えどころのないこの猛獣を捕らえ、手なずけ、人類のために永続的に役立てるという使命は、モース教授に託された。1844年5月24日、ワシントンとボルチモアを結ぶ電線を通して、最初のメッセージが発信された。「神は何を成し遂げられたのか？」これは祈りであり、同時に賛美でもあった。これ以上に崇高な神の力と慈悲への賛辞はあり得なかっただろう。まさに、神の子らの手によって顕現された神の御業であった。

一般的には、電信の発明はモース教授の功績とされてきたが、彼だけにすべての称賛を帰するのは、この分野で活躍した他の多くの功績ある人々、中でも最も優れた識者から同等の称賛を受けるに値すると認められている人々に対して、大きな不当な扱いとなるだろう。

当初使用されていた実用的な電信は、4つの本質的な要素に分解できる。[16] 構成要素、すなわち、電池、導線、電磁石、および受信・送信機器。

電池の開発は、1790年のガルヴァーニと1800年のボルタによって始まった。ガルヴァーニは、カエルの露出した神経を一方の金属で、筋肉をもう一方の金属でそれぞれ触れさせ、2つの金属を繋げると、カエルの脚が激しく収縮することを発見した。この現象は、電流が発生し、カエルの脚の筋肉に収縮作用を及ぼすことによるものだった。

ボルタによるカエルの足を使った実験
図1

この現象から、金属に対する酸の化学作用と電流の発生が観察され、ボルタ電池が発明されました。これは、酸性溶液に浸した布の層で隔てられた銅と亜鉛の円盤が交互に配置されたものでした。これがボルタの発明です。ここから、1836年にロンドンのダニエル教授によって発明されたダニエル電池が生まれ、すぐにグローブ、スミーなどの電池が続きました。これらの電池は、ボルタ電池のプレートのように頻繁な清掃を必要とせず、より安定した均一な電気を生成し、臭いもありませんでした。これは電信用途にとって重要な成果でした。ダニエル電池の原型は、多孔質のカップを含む銅製のセルに硫酸銅の酸性溶液を使用し、多孔質のカップ内にアマルガム化された亜鉛の円筒を配置し、それを弱酸溶液で囲んだものでした。図は若干形状を変えたものを示しているが、多孔質のカップの中に十字形の亜鉛棒があり、それを銅製のセルが囲み、全体がガラス瓶の中に収められている。

ダニエルのバッテリー
図2．ダニエルの電池。

電信の2番目の要素である導線は、それ自体はほとんど発明ではなく、電気が[17] 金属導体を介して遠隔で作用する現象は、モールス電信機が発明される何年も前から観測されていた。しかし、1823年、ウェーバーは、ゲッティンゲンの天文台から自然哲学研究室まで、家々や教会の尖塔を越えて運んだ銅線には特別な絶縁が必要ないことを発見した。これは重要な発見であった。[18] 電信線の実際の構築において、さらに重要な発見があった。しかし、ミュンヘンのシュタインハイル教授は、1837年に、電気導体の半分、つまり帰還部分として大地を利用することの実現可能性を発見した。

強度磁石
図3．ヘンリー教授の高強度磁石。

電信の3つ目の要素は電磁石です。電磁石とそのローカル回路におけるリレーとしての構成は、非常に重要な発明であり、モールス教授の発明と同等に電信の成功に貢献しました。電磁石とは、コイルに電流を流すと鉄製の電機子を引き付け、回路を遮断すると吸引力を失う磁石であり、電気パルスのみによって遠隔で機械的な効果を生み出すことを可能にするものです。電磁石の発明は、主にニュージャージー州プリンストン出身で、後にスミソニアン博物館に所属したジョセフ・ヘンリー教授の功績によるものです。 1828年、彼は絹で覆われたワイヤーを幾重にも交差させて螺旋状に巻き、中心の軟鉄芯を囲む、現代的な電磁石を発明した。そして1831年、彼は自作の電磁石でたわませた棒で鐘を叩くことで、遠隔操作による機械的効果を実用化することに成功した。この実験は、電信の先駆けと言えるだろう。

図4.

2つの電磁石
ヘンリー・スタージョン

ヘンリー教授の業績は素晴らしいものでしたが、電磁石の発明を可能にした多くの先駆者たちと功績を分かち合うべきでしょう。電磁気学、すなわち電磁石の基本原理は、1819年にコペンハーゲンのエルステッド教授によって初めて発見されました。1820年にはシュヴァイガーが乗数を追加しました。同年、アラゴは、電流が流れる導線に鋼鉄の棒を置くと磁化されること、そしてボルタ電流が流れる導線に鉄粉が付着し、電流を遮断すると鉄粉が落ちることを発見しました。M.アンペールは[19] 直線ワイヤー用のらせん構造、そして1825年にイギリスのスタージョンが、馬蹄形のニス塗り絶縁鉄芯に裸銅線を1本のコイル状に巻き付けることで、電磁石の真のプロトタイプを製作したが、ヘンリー教授の強力で効果的な電磁石は今日では電信の不可欠な部分であり、世界中で使用されており、電気技術全体の基礎となっている。ヘンリー教授が反対した特許によって発明の記録を残さなかったのは残念なことである。なぜなら、彼はまた、ローカル回路のリレーとしての電磁石の重要な配置やその他の特徴のオリジナルの発明者でもあったと信じるに足る十分な理由があり、それらはより永続的な証拠に基づいて他の人々によって主張されているが、おそらく優先権は低い。

モールスの振り子式計測器
図5．―モールスの最初の振り子式計測器。

電信を成功に導いた4番目にして最後の偉大な追加要素は、マサチューセッツ州のサミュエル・F・B・モールス教授の発明であるモールス符号とアルファベット符号でした。モールス教授の発明は1832年、ヨーロッパからの帰途の船上で行われました。彼は1835年に実験回線を設置し、1838年10月30日にフランス特許を、1840年6月20日に米国特許第1647号を取得しました。1844年、米国議会は、電信線を建設するために3万ドルを拠出しました。[20]ボルチモアからワシントンへ、そして1844年5月24日、「神は何を成し遂げられたのか？ 」 という有名なメッセージが電線を通して送られた。

オリジナルのモールス信号
図6．モールス信号。

モールスが最初に考案した振り子式信号機は、1837年に製作されたもので、 図5に示されています。鉛筆を取り付けた振り子は、鉛筆の下に描かれた紙片と常に接触していました。鉛筆が動かされていない間は、直線を描きます。振り子には電機子も取り付けられており、電機子の近くに電磁石が配置されていました。電磁石に電流を流すと、振り子は片側に引き寄せられます。電流を放すと振り子は元の位置に戻り、このようにして、図4と図5に示すようなジグザグ模様が紙片に現れ、これがアルファベットを形成しました。その後、モールスはモールス符号として知られる別のアルファベットを採用し、1844年には図7に示す受信レジスタが採用され、最終的に図8に示す形になりました。

[21]

アルファベットは、点と線を様々な順序で並べただけのシンプルなものでした。レジスターは、時計機構と電磁石の複合作用によって作動する装置です。 図8に示すように、ロールの下に時計機構によって紙のリボンが引き出されます。片端に電機子が付いたレバーは、電磁石の極の上に配置され、もう一方の端には点またはスタイラスが付いています。線に電気パルスが送られると、電磁石が電機子を引き付け、レバーのもう一方の端にあるスタイラスが紙の帯に接触し、凹みが刻まれます。短いパルスは点を、長いパルスはスタイラスを紙に押し付けたままにして、時計機構が紙をスタイラスの下に引き込み、ダッシュを刻みます。電気回路を閉じるためのキーを操作することで、短いパルスまたは長いパルスを、操作者の好みに合わせて送ることができます。

モールス信号受信機
図7．モールス信号受信機

これは電信の完全な発明であり、ヘンリー教授とモールス教授の業績を比較すると、ヘンリー教授の電信への貢献は今でも活発に使用されているのに対し、モールス符号は事実上放棄されていると言うのが妥当である。熟練した電信技師は符号の目に見える証拠を必要とせず、今では全員が局部回路に設置された電磁石（サウンダーとして知られる）のクリック音に完全に依存しており、クリック間の間隔の長さが変化することで迅速かつ知的な通信のあらゆる目的に役立っている。電信の発明はミュンヘンのシュタインハイルに帰せられており、[22] イギリスのクックとホイートストンも同様だが、電気電信という偉大な贈り物が今日世界にもたらされたのは、モース教授のたゆまぬ努力と独創的な技術、そしてヘンリー教授の予備的な研究のおかげであることは、誰も否定しないだろう。そしてこの贈り物によって、世界の偉大な神経勢力は親密で繊細な共感関係へと導かれたのである。

モールス信号レジスター
図8．改良型モールス信号レジスター。

発明が世間の支持と商業的利用の宣伝を受けると、その発明は様々な方向で急速に発展する。ヘンリー、モールスらが実用的な電信通信を実現した時も、様々な方向でさらなる進歩が見られた。メッセージ送信の速度向上への取り組みはすぐに実用化につながり、1848年にはベインの化学電信機が発表された（米国特許番号5,957、1848年12月5日、および6,328、1849年4月17日）。この装置は、鍵の代わりに穴の開いた紙片を用いて、穴を通して接触することで自動送信を行う仕組みで、回線の反対側にある化学的に処理された紙が電気パルスによって変色し、記録を形成する。これは、後の改良によって毎分1,000語以上を送信できるようになった自動システムの先駆けとなった。

[23]

印刷電報
図9.—自社印刷電信機。

ティッカー
図10．ガラスカバーを取り外した証券会社の「ティッカー」。

電線の容量を増やすための他の取り組みと同様に、 デュプレックス電信は1853年にオーストリアのウィリアム・ギントル博士によって発明され、その後、ハノーバーのカール・フリッシェンとマサチューセッツ州ボストンのジョセフ・B・スターンズによって改良され、1872年にデュプレックスが完成しました（米国特許番号126,847、1872年5月14日、および132,933、1872年11月12日）。このシステムは電信線の容量を2倍にし、その動作原理により、本局から遠方の局に送信されたメッセージは本局には影響を与えず、遠方の局には完全に影響を与えるため、回線の両端にいるオペレーターは両方とも同じ電線で同時に反対方向に電信することができます。このシステムは、1874年に発表されたエジソンのクワッドプレックスシステムによってさらに拡張されました（その後、1873年に開発されました）。[24] （米国特許第209,241号、1878年10月22日）。これにより、同じ電線で同時に4つのメッセージを送信することが可能になり、ウェスタンユニオンの電線の価値を1500万ドル増加させたと言われている。

1846年、ロイヤル・C・ハウスは、タイプライターのように紙片にメッセージを自動的に印刷する印刷電信機を発明しました（米国特許第4,464号、1846年4月18日）。この機動機構はやや複雑でしたが、メッセージを鮮明に印刷するという点では非常に満足のいくものでした。これは、図10および 11に示す、証券会社のオフィスでおなじみの「ティッカー」の原型となりました。 1856年にはヒューズ印刷電信機が発表され（米国特許第14,917号、1856年5月20日）、1858年にはGM・フェルプスがヒューズとハウスのシステムの優れた特徴を組み合わせました（米国特許第26,003号、1859年11月1日）。

ティッカーテープを読む男性
図11．証券会社の「ティッカー」でメッセージを受信する。

ファクシミリ電信は、重要性は低いものの、この技術のもう一つの分野を構成する。これは、送信者の正確な筆跡でメッセージを回線の終端で再現するという驚くべき成果を達成し、文字だけでなく、地図や絵などのあらゆる輪郭の正確な複製も送信できる。ファクシミリ電信は、1848年にイギリスのF・C・ベイクウェルによって発明された（1848年英国特許第12,352号）。

ダイヤル式電信機は、電信機のもう一つの改良型である。この方式では、文字が円形に配置され、同心円状に回転軸を持つ軽い針または指針が文字の上を往復運動し、目的の文字を順に指し示すように操作される。

電信のその他の有用な用途の一つに火災警報システムがある。1852年、マサチューセッツ州ボストンのチャニングとファーマーはシステムを考案した。[25] ボストン市で採用された電信式火災警報装置（米国特許第17,355号、1857年5月19日）は、様々な改良を加えながら世界中の都市に普及し、消火活動における最も重要な要素である時間効率の向上を実現しました。これにより、何百もの都市と数百万ドルもの財産が破壊から救われました。

同様のローカルアラームの応用例は、地区メッセンジャーサービス、 防犯アラーム、鉄道信号システム、ホテルアナウンサーなど、生活のさまざまな分野にまで広がっている。

誘導電信
図12．誘導による電信。

電信用電源として、近年では発電機、特に蓄電池が有効な用途として利用されている。実際、主要な電信局では、蓄電池が従来のボルタ電池にほぼ取って代わっている。

誘導による電信、すなわち導線による機械的な接続を必要としない電信は、近年の電信技術の発展の一つであり、走行中の鉄道列車への電信に応用されている。電信線に電流が流れると、その線路上の物体は[26] 電流パルスの開始時と終了時に、長さが二次電荷で充電され、接続があればそれが大地に流れます。走行中の列車では、この二次電流が金属製の車の屋根から地面に放電されることで、線路沿いの電信線との機械的な接続なしに電信を行う手段となります。しかし、この二次回路は電信パルスの生成時と消滅時にのみ発生するため、パルスの長さはアルファベットへの区別手段にはなりません。そのため、誘導コイルの振動子によって発生する一連の高速パルスによって、アルファベットを表すさまざまな長さのブザー音が生成され、これらの音はモールス信号記録計の代わりに電話で受信されます。図12、[1]は操作方法を示している。

[1]チャールズ・スクリブナーズ・サンズ社のご厚意により、 『日常生活における電気』より抜粋。

車でメッセージを受信するには、誘導コイルの振動子から電信線Wに送られる電気パルスによって、車の屋根R、電線a、キーK、電話bc、車の車輪、およびアースに誘導電流が発生します。メッセージを送信する際には、キーKを閉じると誘導コイルICと振動子Vが作動し、バッテリーB、一次回路d、c、f、g、および二次回路 a、h、iを介して車の屋根に電荷が供給され、誘導によって受信局の電信線Wと電話に影響を与えます。

1881年、ウィリアム・W・スミスは、移動中の車両と固定された電線との間で誘導によって通信を行う計画を提案した（米国特許第247,127号、1881年9月13日）。トーマス・A・エジソン、L・J・フェルプスらは、この計画を実現するための手段をさらに改良した。1888年には、この原理がリーハイ・バレー鉄道の200マイル区間で実用化され、成功を収めた。

イラストの上部イラストの下部
図13．無線電信、国際ヨットレース、1899年10月。

無線電信、すなわち空間を介して一点から別の点へ電信を一切使わずに送電する技術は、電信技術における最も近代的で驚くべき発展である。一般の人々にとって、これは科学的な介入を強く示唆するものであり、それを可能にする物理的な力は捉えどころがなく未知である。しかし、これは19世紀末の成果の一つである。多くの科学者がこの分野にデータを提供してきたが、原理と理論が技術として結晶化し始めたのは19世紀最後の10年間の前半になってからである。ドイツの科学者ハインリヒ・ヘルツは、おそらくこの分野における真の先駆者であり、彼の名にちなんで「ヘルツ波」、ヘルツ光線、または振動として知られる電気的な波動の性質に関する研究と観察を行った。アメリカのテスラ、フランスのブランリーとデュクレテ、イタリアのリギ、ロシアの学者ポポフ、そしてイギリスのロッジ教授も、この技術に貢献してきた。[27] 概略的に言えば、電気的な波動は、地上100フィート（約30メートル）以上の高さにある板または導体から発生・放出され、そこから空間を介して何マイルも離れた遠隔地まで伝送され、そこで地上の高い位置にある同様の板に影響を与え、「コヒーラー」と呼ばれる特殊な受信装置を通して電信記録を生成する。1891年にブランリーによって発明された「コヒーラー」は、2つの回路端子の間に金属粉を詰めたガラス管である。電気波によってこれらの金属粉が凝集し、電流の通過に対する抵抗が変化することで、記録への変換の基礎が作られる。

1899年3月、当時イギリスに滞在していたイタリア人学生グリエルモ・マルコーニ氏は、イギリス海峡を挟んで32マイル離れたケント州サウス・フォアランドとフランスのブローニュ＝シュル＝メールの間で通信に成功した。マルコーニ氏は垂直導体と[28] ヘルツ振動の原理に基づき、彼のシステムは1897年7月13日付の米国特許第586,193号に記載されている。

彼の特許は多くの請求項を含んでおり、その主要な特徴は、彼の第一請求項に示されているように、金属粉の凝集を解消するために「凝集体」を自動的に揺り動かす手段であり、その内容は以下のとおりである。

「電気振動受信機において、不完全な電気接点、接点を通る回路、および回路によって作動して接点を振動させる手段との組み合わせ。」

マルコーニの無線電信システムは、1899年4月28日、灯台船「グッドウィン・サンズ」号において、陸地から12マイルの地点で衝突事故を起こし沈没の危機に瀕した際に救援を要請する電報を発信する手段として実際に有効に活用された。また、1899年10月には、「グランデ・デュシェス」号に搭載され、サンディフック沖で行われた「コロンビア」号と「シャムロック」号の国際ヨットレースの報告にも使用された（図13参照）。ロバーツ卿も、ボーア人に対する南アフリカでの作戦においてこのシステムを有効活用した。マルコーニ氏によれば、現在の通信範囲は86マイルに制限されているが、間もなく150マイルまで拡張される見込みである。

コーラー
図13A.—コヒーラー。

マルコーニの受信装置は図 13Aに示されており、長さ約 1 1/2 インチのコヒーラーと呼ばれる小さなガラス管で構成され、その両端に 2 つの銀製のポールピースが挿入されています。ポールピースは管にぴったりと収まりますが、両端の間隔は 1/50 インチです。両端の間の空間には、細かいニッケルと銀の粉末とごく微量の水銀からなる混合物が充填されており、ポールピースのもう一方の端は局所回路のワイヤーに接続されています。通常の状態では、金属粉末は非常に高い抵抗を持ち、実質的に絶縁体として機能し、局所電流の流れを妨げます。しかし、金属粉末が電磁波の影響を受けると、コヒーレンスが発生し、抵抗が低下して局所電流が流れるようになります。コヒーレンスは、金属粉末が機械的に揺らされるまで続きます。[29] それらがまるでバラバラになったかのように、絶縁が確立され、電流が遮断される。したがって、コヒーラーが送信機から放出される電磁波の影響下にある場合、遠方の送信機のキーが押されるたびにコヒーレンスが発生する。マルコーニ氏は、前述の特許の対象となっている独創的な装置を考案した。この装置では、ヘルツ波が金属粉を通過するときに閉じられる局所回路の動作によって、小さなハンマーがコヒーラーを連続的に叩くようになっている。波が止まるとすぐにハンマーは最後の一撃を加え、管は次の波の送信に備えてデコヒーレンス状態になる。局所回路をリレーとして動作させ、その回路に標準的な録音装置を組み込むことで、メッセージを通常の方法でテープに記録できることは明らかである。

送信機と受信機の概略図
図13B．送信機と受信機の概略図。

図13Bには回路図が示されている。文字ddは送信機の球体を示しており、一方の球体は垂直線wに、もう一方はアースに接続され、両方とも線c′c′によって誘導コイルcの二次巻線の端子に接続されている。一次回路にはキーbがある 。コヒーラjは、銀とニッケルの粉で隔てられた2つの金属ポールピースj1j2を備えている。管の一端はアースに接続され、もう一端は垂直線wに接続されており、コヒーラ自体は、ローカルセルgと、別の回路を駆動する高感度電信リレーを含む回路の一部を形成している。この回路は、oがデコヒーリングタッパーまたはハンマーである振動装置pを駆動する。電気波がwからj 1 j 2へ伝わると抵抗が低下し、 gからの電流がリレーnを作動させ、コヒーラーとリレーの間にあるチョークコイルkk′が電気波をリレーではなくコヒーラーを通過させるように強制します。リレーnは、より強力なバッテリーrに電流を流します。[30]タッパー、そして記録装置h の電磁石を通して 。

遠方の局で送信キーが押されている限り、電波によるコヒーレンスとタッパーによるデコヒーレンスは途切れることなく継続する。しかし、録音装置のアーマチュアは慣性のため、受信機の高速なコヒーレンスとデコヒーレンスに同期して上下することができず、送信キーが押されている間は下がったままテープ上にストロークを刻み続ける。

無線電信の主な用途はこれまで海上であり、そこでは障害物がないため電気信号が自由に伝わる。しかし、このシステムは陸上でも適用可能であり、北京に閉じ込められていた公使たちが無線電信装置を与えられていれば、北京の城壁も、中国軍の強固な包囲網も、長らく待ち望まれていた通信を阻むことはできなかっただろうことは疑いようもない。謎と虐殺の全容は速やかに明らかになり、文明世界は不安を抱かずに済み、より早期かつ効果的な救援措置が講じられたはずだ。

19世紀末にかけて電信技術が急速に発展するにつれ、発明の独自性は、改良、派生、組み合わせという巨大な迷路の中に埋もれていく。発明はシステムに統合され、システムは企業に吸収されていく。現役の発明家たちの約束においては、願望がしばしば思考の源泉となり、保守的な人間は、有望な発明が大きな期待とともに生まれ、数年間繁栄した後、特許庁の埃っぽいアーカイブの中で静かに眠りにつくのを目にする。どの発明もそれぞれに価値を貢献しているが、まだ試用段階にある発明の中から傑出したものを選び出すのは非常に困難であるため、優れた発明を選抜する作業は、来るべき世代に委ねるしかない。

今日、電信は国家の神経系とも言える重要な役割を担い、あらゆる部分を敏感な力で繋ぎ、活性化させている。1899年当時、ウェスタン・ユニオン電信会社だけでも22,285の営業所、904,633マイルの電線網を有し、61,398,157件のメッセージを送信し、23,954,312ドルの収益を上げ、5,868,733ドルの利益を計上していた。これに郵便電信会社やその他の企業の事業を加えると、19世紀の進歩を支えたこの巨大な要素の規模を理解することはほぼ不可能となる。数字は高額になると印象的ではなくなり、 1898年の全世界の統計が、電信局103,832局、電線2,989,803マイル、送信メッセージ365,453,526件を示していると言っても、読者の理解や知識にはあまり貢献しないかもしれない。この電線は[31] 地球を約120周する距離に相当し、その年は毎日100万通のメッセージが送られた計算になる。これは陸上電信のみの数字であり、海底ケーブルによるメッセージは含まれていない。

電信が長年にわたって世界にもたらした節約効果、生活の様々な分野における価値観の向上、そして人々の快適さと幸福への貢献は、人間の想像をはるかに超えるものであり、想像するにはあまりにも印象的すぎる。

[32]

第4章
大西洋ケーブル。
敷設の難しさ—ヴィクトリア女王とブキャナン大統領の間の祝辞—サイフォンレコーダー—統計。

規模と重要性において特筆に値する電信の応用例の一つが、大西洋横断ケーブルである。その構想の大胆さ、実行におけるたゆまぬ努力、そして成果の価値において、この工学的偉業は、半世紀近く前のものにもかかわらず、今なお世界中の賞賛を集め、19世紀の偉大な時代の幕開けを告げるものである。グッタペルカケーブル内の電線を絶縁する手段以外には、既に知られていた電信にほとんど何も追加しなかったため、実質的な発明としてはそれほど華々しいものではなかったが、あらゆる工学的事業の中でも最も偉大なものの一つであった。これは主に、著名なアメリカ人市民であるサイラス・W・フィールド氏のエネルギーと公共心によるものであった。成功に至るまでに、敷設は3回試みられた。最初の遠征は1857年8月7日に出航し、アイルランド沿岸のバレンシアから出発した8隻の船団（アメリカ船4隻、イギリス船4隻）で構成されていた。 8月11日、ケーブルが切断され、344マイルのケーブルが水深2マイルの海底に失われた。1858年、ケーブル敷設の取り組みが再開された。繰り出し機械に改良が加えられ、船舶に積載された膨大な量のケーブルを巻き取る別の方法が採用され、また、[33] プロペラがケーブルに接触しないように保護するために作られた。6月10日、電信艦隊はプリマス港を出港した。艦隊は、米国フリゲート艦「ナイアガラ」と、外輪蒸気船「ヴァロラス」を母艦とする艦と、英国フリゲート艦「アガメムノン」と、外輪蒸気船「ゴルゴン」を母艦とする艦で構成されていた。3日間の航海の後、猛烈な嵐に遭遇し、大きな損害が生じた。艦船は外洋に進み、「ナイアガラ」と「アガメムノン」が運ぶケーブルの部分を接合し、その後、2隻の艦船はそれぞれの海岸に向かって反対方向に航行することになっていた。最初の接合は6月26日に行われた。それぞれ2.5マイル繰り出した後、ケーブルは切断された。再び合流して接合し、それぞれ40マイル繰り出した後、ケーブルは再び切断された。 28日にもう一度接続作業が行われ、それぞれ150マイルずつケーブルが引き出されたが、またケーブルが切断され、遠征は中止せざるを得なかった。多大な財政的困難と批判を受け、この事業を統括していた勇敢で公共心に富んだ取締役たちは、1858年7月17日に別の遠征隊を派遣した。2隻の船、「ナイアガラ」と「アガメムノン」は、補助船とともに大西洋の中央に向かい、それぞれのケーブル区間の端を接続する同じ方法に従って、反対方向に航行した。1858年8月5日、サイラス・フィールド氏はニューファンドランド沿岸のトリニティ湾から電報で、2,134マイル離れたアメリカのトリニティ湾とアイルランドのバレンシアが接続され、大西洋横断ケーブルが完成したことを発表した。

ケーブルの構築
図14．オリジナルのアトランティックケーブル、実物大。

導体を形成する7本の銅線（4）、獣脂とピッチに浸した糸の巻き（3）、数層のグッタペルカ（2）、そしてそれらすべてを撚り合わせたワイヤーの保護被覆（1）で覆った構造です。

1858年8月16日、ヴィクトリア女王からアメリカ合衆国大統領ブキャナンに最初のメッセージが届いた。その内容は以下の通りである。

「アメリカ合衆国大統領殿、ワシントン：

「女王陛下は、この偉大な国際事業の成功裡の完了を大統領に祝意を表したいと願っておられます。女王陛下はこの事業に深い関心を寄せてこられました。」

「女王陛下は、現在イギリスとアメリカ合衆国を結んでいる海底ケーブルが、共通の利益と相互の尊敬に基づく両国の友好関係をさらに強固なものにすることを、大統領も心から願っていると確信しております。」

「女王陛下は、このように大統領と意思疎通を図ることができ、大変喜ばしく思っております。また、アメリカ合衆国の繁栄を改めてお祈り申し上げます。」

それに対し、大統領は次のように答えた。

「ワシントン市、1858年8月16日」

「英国女王、ヴィクトリア陛下へ」

「大統領は、両国の科学、技術、そして不屈のエネルギーによって成し遂げられた偉大な国際事業の成功に対し、女王陛下からいただいた祝意に心から感謝の意を表します。」 [34]それは、戦場で征服者が勝ち取った勝利よりも、はるかに人類にとって有益な、より輝かしい勝利である。

「大西洋電信が天の祝福のもと、同胞諸国間の永遠の平和と友好の絆となり、神の摂理によって世界中に宗教、文明、自由、そして法を広める手段となることを願います。この観点から、キリスト教世界のすべての国々は、大西洋電信が永遠に中立であり、たとえ敵対行為の最中であっても、その通信は目的地に届くまで神聖なものとして扱われるべきであるという宣言に、自発的に団結するのではないでしょうか。」

（署名済み）

「ジェームズ・ブキャナン」

大西洋の両岸で大きな歓喜が起こり、新聞各紙はこの事業に関する記事で溢れかえった。 1858年10月号の『アトランティック・マンスリー』に掲載された以下の文章は、崇高な詩情に満ちた呼びかけであり、今日においても、成就した喜びの予言として20世紀の人々の心を揺さぶる。

孤独なトリニティ湾よ、
木々に覆われた未踏の海岸、
息を切らしながら、白い波頭の海に身を委ねる
そして、神の声を聞きなさい！
世界から世界へと彼の使者は飛び、
思考の翼を持ち、炎をまとった者。
嵐の空の天使
沈んだワイヤーの上を滑り降りる。
主の使者は何と言うか？
「世界の長きにわたる争いは終わった！」
その神秘的な絆で固く結ばれ、
彼女にとって大陸は一つだ。
「心も血も一つであるように、
彼女の民はすべてこうなるだろうか。
人類の兄弟愛の手
海底で抱き合うだろう。
「東洋の海を越え、アフリカの平原を越え、
そしてアジアの山々が生まれ、
北方の脳の活力
疲れ果てた世界に勇気を与えるだろう。
「気候から気候へ、海岸から海岸へ、
魔法の糸を震わせるだろう。
新しいプロメテウスは再び盗みを働く
死者を蘇らせる炎。
「老いによって灰色になった大地は、その調べを聞くだろう」
それは彼女の幼少期を通して転がり続けた。
彼女にとって、明けの明星が再び輝く
彼らは古の歌を歌うだろう。
[35]
「見よ、大洋の壁が崩れ落ち、
宇宙は嘲笑され、時間は追い抜かれた！
そして世界中で、すべての
それはまるで一つの考えのようだ！
ああ、敬虔な気持ちと感謝を込めて
偉大なる驚異がここに！
耳の聞こえない人は聞くことができ、目の見えない人は見ることができる。
この仕事は神のみに属する。
脈打て、雷鳴のような力強い鼓動！
ビーチからビーチへ、答えをお届けします！
あなたの優しい熱で国々を融合させ、
そして、それぞれの鎖を溶かしてしまえ！
上空の猛烈な恐怖、
下へ滑空して、手なずけて、愚かに！
優しく運んでください、海の運び手である鳩よ、
お前の使い走り！
主の速やかな杵よ、織り続けよ。
深海の底では、
地球の調和の花嫁衣装、
戦争の葬儀用覆い！
両極は団結し、両地域は合意する。
争う舌は止む。
ガリラヤ湖畔のように、
キリストは「平和！」とささやいている。
数か月の稼働後、ケーブルは機能しなくなったが、その成功は実証された事実であり、1866年には巨大蒸気船「グレート・イースタン号」の助けを借りて新しいケーブルが敷設された。それ以来、ケーブルは近代文明の偉大な要素の一つとなっている。

潜水艦電信に関する発明の中で最も重要なものは、おそらくウィリアム・トンプソン卿（後のケルビン卿）が発明したサイフォン式記録装置（米国特許第156,897号、1874年11月17日）でしょう。万年筆のようにインクの流れを維持する小さなガラス製のサイフォンによって記録が行われるため、サイフォン式記録装置と呼ばれています。このサイフォンは電気パルスによって振動し、紙片にジグザグ線を描きます。この線の形状の変化によって文字が表現されます。図 15では、mはインク槽、oは紙片、nはインクサイフォンです。サイフォンの一端は曲げられてインク槽に浸され、もう一端は動く紙片o上に記録をなぞります。サイフォンは垂直軸l上に支持され、その横方向の振動は次のように行われる。極めて細い絶縁線でできた軽量の長方形コイルbb が、強力な電磁石の極 NS 間に吊り下げられ、[36] ローカルバッテリー。コイルbbには、磁極NSによって磁化された固定軟鉄コアaがある。コイルbbは細いワイヤffからなる垂直軸上に吊り下げられており、海底ケーブル上の微弱な電気パルスは、導体として軸ワイヤffを介してコイルbbに入り、電磁石の磁極NS間でコイルbbを大小振動させる。コイルbbは糸kでサイフォンに接続されており、サイフォンを一方向に引っ張る。一方、サイフォン軸l上のアームに取り付けられたらせんばねによって、サイフォンは反対方向に引っ張られる。図16に見られるギザギザの線は「サイフォンレコーダー」という文字を表している。

サイフォンレコーダー
図15．サイフォン式録音機。

サイフォンレコーダースリップ
図16．サイフォンレコーダーメッセージ。

今日、海底には静寂に包まれながらも、世界の生命の鼓動を刻み続ける海底電信ケーブルが1,500本以上も存在する。その総延長は17万マイル、総工費は2億5,000万ドルと推定され、年間600万件のメッセージが送受信されている。大西洋を横断するケーブルは13本が毎日稼働しており、さらにドイツからもう1本が敷設されている。メッセージは現在、大西洋を横断して送受信されている。[37] サイフォン式録音機では毎分50語の速度で、1語あたり25セントの費用で録音される。フィリピンで砲声が轟き、地球の自転よりも速く伝わる電報によって、そのニュースは、実際に起こった数時間前に西半球に届くという逆説的な状況になるかもしれない。マニラへの電報は1語あたり2.38ドルかかり、陸軍省だけでも年間32万5000ドルの費用がかかっている。論理的な帰結は太平洋横断海底ケーブルであり、サンフランシスコとホノルルを結ぶその法案はすでに米国上院を通過している。

ワシントンの大統領官邸からサンティアゴの戦場へ送られたメッセージは12分以内に送信され、返信も受信された。一方、1898年のチェス対局では、ワシントンの下院からロンドンの国会へ送られたメッセージは13.5秒で送信され、返信も受信された。

今日、静かで小さな声を持つ電信ケーブルは、人間よりも神聖さを帯び、地球上のすべての国々に同じ調子で語りかけます。言語や肌の色、思想や宗教、身体的発達や気候が異なっていても、電信はすべての人々に同じように語りかけ、すべての人に理解されます。まさに、引用された聖句に優雅に表現された預言を成就し、地球上の国々を結びつける共通の絆となったのです。

[38]

第5章
ダイナモとその応用。
ファラデーとヘンリーの観測—ピクシーとサクストンの磁気電気機械— 1855年のヒョルトのダイナモ— 1866年のワイルドの機械— 1867年のジーメンスの機械— 1870年のグラムの機械—テスラの多相電流。

19世紀後半の35年間で、この電気の系譜を受け継ぐ力強い存在は、機械の主流へと成長を遂げた。電力供給手段として、今日では発電の偉大な源泉であり、その特殊な分野において蒸気機関と同等の重要性を持つ。1865年頃までは、化学分解によって発電するボルタ電池が、産業用および商業用電力の生産手段として事実上唯一のものであった。電信、電灯、その他多くの電気に関する発見は、ボルタ電池によって実現された。しかし、そのコストと限られた電流量が、実用化の限界を制限し、その電流は美しい実験室実験には適していたものの、機械的な動作は実用というよりはむしろ例示的な性質のものであった。しかし、ダイナモの登場により、電気は世界の商業活動において、これまで以上に大きな地位を占めるようになった。発電機は、私たちの車を動かし、暖め、照明を提供し、金属にメッキを施し、エレベーターを動かし、犯罪者を感電死させ、その他にも数え切れないほどのことを、静かに力強く、秘密裏に迅速にこなしてくれます。では、発電機とは一体何でしょうか？一般の人にとって最も納得のいく答えは、機械動力を電気に変換する機械、ということでしょう。蒸気機関に発電機を取り付ければ、蒸気機関の動力は発電機を通して強力な電流に変換されます。水車、ガスエンジン、風車、あるいは馬や人など、他のどんな機械動力源でも発電機を動かすことができます。発電機の主な、そして唯一の機能は、動力を取り込んで電気に変換することです。

ダイナモ開発の礎となったのは、磁気電気機械である。これは、1831年と1832年にファラデーが、またほぼ同時期にヘンリー教授も観察した一般的な原理に基づいている。すなわち、磁石を絶縁されたらせん状の導体に近づけると、[39] 磁石が前進する限り、らせん状の導線に電流が流れます。磁石をらせん状の導線に通すと、磁石が中間点を通過するとすぐに電流の向きが反転します。この原理は、軟鉄芯にらせん状の導線が巻かれた電磁石の極に磁石を近づけたり遠ざけたりする場合も同様です。同様に、らせん状の導線を持つ電磁石を永久磁石に近づけたり遠ざけたりする場合も同じ結果になります。永久磁石に近づくとらせん状の導線に電流が流れ、永久磁石から離れると逆方向に流れます。この2つの要素が互いに相対的に移動するには、反発力と吸引力を克服するための力が必要であり、この力が電気エネルギーに変換されます。これが磁気電気機械の原理です。

磁気電気機
図17.—1832年製ピクシー型磁気電気機械。

アメリカのサクストンとフランスのピクシーは、磁気から電気を生成するこの種の組織的な装置を最初に製造した。ピクシーの機械（1832年）は、絶縁された電線が巻かれた電機子の近くで回転する永久蹄鉄磁石で構成されていた。1852年3月30日、ゾンネンベルクとレヒテンは、鯨を殺すための電気機械で米国特許第8,843号を取得し、1856年8月19日、シェパードは「アライアンス」機械として知られるようになった機械で米国特許第15,596号を取得した。これらの機械はいずれも永久磁場磁石を使用しており、初期の磁気電気機械であった。これらの磁気電気機械の効率は、誘導磁場磁石の強さに必然的に制限され、永久磁石であるため、正の固定因子であった。電磁石を永久磁石の代わりに用いることは容易なステップであり、磁場磁石や誘導磁石として、また[40]ボルタ電池によって（電磁）場磁石を励起するが、「ダイナモ」（ギリシャ語の「 Δυναμις 」、つまり力） と呼ばれる機械を生み出す重要なステップはまだこれからだった。

ダイナモ
図18．ヒョルトのダイナモ式電気機械。

ダイナモの図
図19．ヒョルトのダイナモ式電気機械、平面図。

このステップは、回転するらせん状コイルまたは電機子に（界磁磁石によって）誘導された電流を、それを生成した界磁磁石のコイルに送り返すことによって、界磁磁石コイルのエネルギーを増加させることから成ります。そして、界磁磁石コイルは、効率と相互作用を高めて、電機子コイルにさらに強い電流を誘導し、このようにして、相互励起の原理、すなわち増幅プロセスが、最大効率に達するまで続けられます。この原理は、コペンハーゲンのソーレン・ヒョルトによって発見され、1855年の英国特許第806号「改良型磁気電気電池」に詳細に記載されています。[41] ダイナモの構造は、図解に値する。 図18および図19において、aは電機子コイルを載せた回転する車輪、cは永久磁石、dは電磁石（界磁磁石）、 gは整流子である。彼の仕様書を引用すると、次のように述べている。「永久磁石は、その極間に順次配置された電機子に作用し、電機子コイルに電流を誘導する。この電流は、整流子によって一方向に流れるようにされた後、電磁石（界磁磁石）の周囲を流れ、電磁石を充電し、電機子に作用する。電磁石と電機子の相互作用により加速力が得られ、その結果、従来同様の方法で得られていたよりも量と強度の大きい電気が生成される。」

ダイナモの原理はヒョルトの特許に明確に示されていたものの、その価値が認識されたのはしばらく後のことだった。11年後、ワイルド（米国特許第59,738号、1866年11月13日）は、永久磁石を用いた小型機械で、より大型の機械のコイル巻き磁界磁石を励磁した。しかし、シーメンス（英国特許第261号、1867年）は、ヒョルトの原理を踏襲しつつ、余分な永久磁石を不要とした。彼は、一度磁化された鉄には常に残留する磁気が、磁化プロセスを開始するための基礎として十分であることを発見した。ファーマー、ホイートストン、ヴァーリーもほぼ同時期にこの事実を認識していた。シーメンスの特許は、ボビン型電機子として知られるものの最初の実施例でもあった。グラムとディヴェルノワ（1870年の英国特許第1,668号、および1871年10月17日の米国特許第120,057号）は、連続巻線リングアーマチュアを初めて発表した。

ウェストン、ブラッシュ、エジソン、トムソンとヒューストン、ウェスティングハウスなど、さまざまな発明家によって、さまざまなタイプの発電機の開発が本格的に始まり、彼らは発電機を現在の高い効率へと導いた。

ダイナモの回転コイルは電機子と呼ばれ、固定された電磁石は界磁磁石と呼ばれ、後者は2個以上になる場合がある。2個の場合、それらは電機子の両側に配置され、双極機と呼ばれるものを構成する。より多くの界磁磁石は多極機を構成する。多極機の界磁磁石は通常、回転する電機子の全周に沿って放射状に配置され、固定された円形フレーム内に保持される。ダイナモの原理を明確に理解するために、双極機を例として用いるのが最も適切であり、図20と図21に示されている。図20はダイナモ全体を表し、図21は[42] 電機子と整流子の端部の詳細。この電機子は絶縁ワイヤのコイルまたはボビンで構成され、各セクションの端子はハブ上の別々の絶縁プレートに接続されており、これらのプレートは整流子として知られています。電機子のいずれかのセクションが界磁磁石の極に近づくと、界磁磁石によって電機子コイルのそのセクションに誘導された電流は、 図 20に示す平ばねによって整流子の対応するプレートから取り出され、ブラシとして知られています。図 20 の界磁磁石 A と B は、接続をより明確に示すために、ワイヤが数ターンだけ巻かれた状態で示されています。接続は次のようになっています。ワイヤaは、界磁磁石 B の周りにコイル状に延長され、そこから界磁磁石 A の周りに、そこから整流子の上部ブラシに、そこから回転電機子 C のワイヤコイルまたはボビンを通って、そこから下部ブラシによってワイヤbに伸びています。ワイヤaとbの端子は、電流が利用される箇所、すなわち電灯、モーター、その他の用途まで伸びています。この図では、回路が界磁磁石のコイルと電機子のコイルの両方を通過し、相互励磁の原理が働いていることがわかります。

双極ダイナモ
図20．双極ダイナモ。

ダイナモには大きく分けて2種類あります。交流電流を生成するものと、連続電流を生成するものです。前者の場合、電流の方向は交互に変化するか、あるいは反対の極性を持つ無数のパルスから構成されます。電機子の一部が変圧すると、一方の極性になります。[43] コイルが北磁極に近づくか、南磁極から遠ざかる場合、極性は逆で、北磁極から遠ざかり南磁極に近づく場合は逆になります。連続電流機では、整流子とブラシは、同じ極性のすべてのパルスを1つのブラシで受け取って伝導し、反対の極性のすべてのパルスを集めて別のブラシで伝導するように配置されています。したがって、連続電流機では、各ブラシの電流は常に同じ極性であり、一方の極性は常に正で、もう一方の極性は常に負であるため、電流は常に同じ方向に流れます。3番目の種類のダイナモは脈動ダイナモで、電流の流れの方向は一定ですが、波のように進みます。

双極ダイナモ電機子
図21．双極ダイナモの電機子。

ダイナモによって生成される電流の性質は、「変圧器」と呼ばれる装置によって変化させられます。この変圧器では、誘導コイルの原理が利用されています。例えば、ナイアガラの滝の強力な水車によって生成される高電位電流は、この方法で20マイル離れたバッファローまで送られ、そこで白熱灯やその他の様々な用途に適した低電位電流に変換されます。同様の計画は、メリーランド州コノウィンゴ近郊のサスケハナ川沿いに建設中の水力発電所でも実現されており、ボルチモア、ウィルミントン、フィラデルフィアに電力を供給する予定です。

発電と送電における重要な発展は、多相電流、多相電流、または回転電流として知られるものに見出すことができ、その先駆的な特許は、1888年5月1日にテスラに付与された特許番号381,968、381,969、382,279、382,280、382,281、および382,282である。

ダイナモの可能性を認識したニューヨーク州議会は、1888年に同州で1889年に施行された法律を可決し、[44]絞首刑の縄の代わりに電気による死刑執行が行われる。図22 に示すように、犯罪者は椅子に縛り付けられ、発電機からの電線の一方の端子が額に、もう一方の端子が足首の足枷に結び付けられる。そして稲妻のように、発電機の致命的なエネルギーがその役割を果たす。

ダイナモの用途の中でも特に重要なのは、電気冶金における金属めっきや化学反応の促進への利用である。ダイナモによって通常では得られないほど高温に加熱された電気炉は、数々の貴重な発見をもたらし、様々な分野で大きな進歩を遂げてきた。金属アルミニウムや、硬質の研磨材または研削材である「炭化カルシウム」は電気炉の産物であり、水に浸すとアセチレンガスを発生する「炭化カルシウム」も同様である。炭化カルシウムは現在、その用途で広く利用されており、商業的な重要性も急速に高まっている。

電気椅子
図22．電気椅子。

図23には、炭化ケイ素を製造するためのアチソン電気炉が示されている。電流は炉の両端にある一連の水平電極を通って流れ、中心にある炭素のコアを高温に加熱する。このコアは、珪質および炭素質の物質の塊の中に配置され、後者は熱によってケイ化炭素、すなわち炭化ケイ素に変換される。[45]図24 には、ブラッドレー特許に基づいて回転する車輪として構築された連続電気炉が示されている。リム部5は車輪の片側に配置され、炭素と石灰の混合物で満たされており、ダイナモgからの電流がそこを通る。電流の熱によって塊が溶融し、炭化カルシウムに変化する。車輪がゆっくりと回転すると、リム部5は反対側から取り外され、xで示される炭化カルシウムの塊が切り離される。ダイナモを利用した銅の電解生産量は年間15万トンに達し、電気炉によるアルミニウムの商業的還元量は1883年の83ポンドから1898年には520万ポンドに増加し、そのコストは約33セント/ポンドにまで削減された。

炭化ケイ素炉
図23．炭化ケイ素炉の部分断面図。

蓄電池は、蓄えた電気エネルギーを蓄えるだけでなく、それを充電する発電機のおかげで、持ち運び可能な電源として利用できるという実用的な価値も完全に持っている。

炭化カルシウム製造炉
図24．炭化カルシウム製造用ブラッドレー電気炉。

不格好で巨大なスプールを持つダイナモを想像すると、平均的な観察者はブロブディンナグの少年の巨大なおもちゃを思い浮かべるかもしれないが、ダイナモはおもちゃではない。それはあらゆる実用的な装置の中で最もコンパクトで、実用的で、危険なものである。ブラシに触れると即死する可能性がある。なぜならダイナモは雷の牢獄であり、侵入を嫌うからだ。人目につかない発電所に隠され、疲れ知らずの無口な生き物のように昼夜を問わず稼働している。[46] そして、偉大なる精霊は、巨大な神経中枢から放射状に伸びる何マイルもの電線を通して、街路の導管を通り、巨大な蜘蛛の巣のように空中を極から極へと張り巡らされた、無音の磁力の衝撃を送ります。その力に反応して、何千もの小さな白熱灯がまばゆいばかりの明るさで飛び立ち、私たちのオフィス、店、ホテル、そして家庭に、穏やかで優しい光を放ちます。太陽に匹敵するほどの力を持つ明るいアーク灯は、夜を昼に変え、[47] 街路には、きらめき、シルエット、そして踊る影が、壮大で絶え間ないスペクタクルを繰り広げる。海岸にそびえ立つ灯台からは、その光が海に向かって放たれ、航海者にとって他のどの灯火よりも輝く道標となる。船の巨大な探照灯は、ダイナモが耳元で「光れ！」と囁くまでは、それ自体は空虚な嘲笑に過ぎない。そして、その光は地平線に沿って何マイルも先まで届き、忍び寄る敵を発見したり、港への安全な帰還を知らせたりする。路面電車の電気モーターに流れ込むダイナモの強大な力は、車輪を回し、乗客がその仕組みをほとんど意識することなく荷物を運ぶ。同じエネルギーが扇風機を回し、疲れた人を優しく慰める一方で、別の場所では、死刑囚の命を容赦なく奪う。ダイナモは現代文明の偉大な要素の一つであり、「ダイナマイト」という名前と同様に、その潜在的な名前は、その性質を的確に表している。

多極ダイナモ
図25．現代の多極ダイナモ。

[48]

第6章
電気モーター。
バーロウのスパーホイール—ダル・ネグロの電気振り子—ヘンリー教授の電気モーター—ヤコビの電気ボート—ダベンポートのモーター—ネフモーター—ペイジ博士の電気機関車— 1879 年ベルリンのシーメンス博士の最初の電気鉄道— 1885 年ボルチモアとハンプデン間の米国初の電気鉄道—第三軌条方式—電気鉄道とゼネラル・エレクトリック社の統計—主要都市における配電電流。

現代の電動機は、実用的な価値を完全に電力供給源であるダイナモに依存しているが、電動機自体はダイナモよりもかなり以前に発明されていた。電動機の起源は、1821年にファラデーが電流を機械的な運動に変換する現象を観察したことに始まる。彼の実験では、銅線を垂直に立てて水銀の入ったカップに浸し、小さな棒磁石の一端を糸でカップの底に固定して水銀の中に垂直に浮かべた。水銀の塊を電池の一方の極に、垂直に立てた銅線をもう一方の極に接続し、銅線を水銀に差し込んで回路を完成させると、浮かんでいる棒磁石が銅線を中心として回転することがわかった。

バーロウの車輪
図26．バーロウの車輪。

1826年、ウーリッジのバーロウは電気式平歯車（図26）を製作し、1830年にはパドヴァのダル・ネグロ神父が一種の振動式電気振り子を製作したと言われている。これらの装置はいずれも磁気エンジンの原始的な形態であった。ダル・ネグロ神父の機械（図27参照）は、長さの約3分の1の位置にある軸を中心に可動する磁石Aと、その上端が電磁石Eの2つの枝の間で振動できる構造から成っていた。電流が電磁石に送られると、8つのカップを持つ水銀整流子Cを通過し、[49]振動する磁石は、棒tとフォーク F によって制御される。磁石が電磁石の一方の極に引き寄せられると、整流子に作用するこの引力の動きによって電流の方向が変わり、磁石は電磁石のもう一方の枝に向かって反発される、といった具合である。

ダル・ネグロのモーター
図27．ダル・ネグロの電動モーター。

1828年、ジョセフ・ヘンリー教授は数千ポンドの重量を支える強力な電磁石を製作し、動力源としての電気の可能性について予言的な示唆を与えた。1831年、彼は図28に示す電動機を考案した。ヘンリー教授自身はこれを次のように説明している。

「ABは水平方向の磁石で、長さは約7インチ、中央の軸を中心に可動します。水平方向に置くと、両端は[50] 線は、直立磁石CとDの北極から約1インチ離れた位置にあります。GとFは、希釈酸が入った2つの大きなタンブラーで、それぞれに銅で囲まれた亜鉛板が浸されています。また、電池の亜鉛と銅に半田付けされた4つの真鍮製指ぬきには水銀が充填されています。

「ガルバニック磁石ABは、それぞれ約25フィートの長さの銅ベル線3本で巻かれており、これらの両端は撚り合わされて2本の硬いワイヤーqrを形成し、それが端部Bから突き出て、指ぬきstの中に差し込まれている。 」

ヘンリーのモーター
図28．ヘンリー教授の電動機。

「導線qrには、反対方向に突き出て指ぬきlmに浸かるように、別の2本の導線がはんだ付けされています。ガルバニック磁石の導線は、いわば4つの突き出た端を持ちます。図を見ると、電池Gの銅に接続された カップ mに浸かる端pは、電池Fの亜鉛に接続されたカップtに浸かる端rに対応していることがわかります。電池が作動しているとき、端Bを押し下げてqrがカップstに浸かるまですると、ABは瞬時に強力な磁石となり、北極はBにあります。これはもちろん北極Dに反発され、同時にCに引き付けられます。その結果、位置が変わり、opがlmの水銀に接触します。接触が確立されるとすぐに極性が反転し、位置が再び変わります。タンブラーに水が満たされると濃希釈酸を用いると、最初は非常に速く力強い振動が生じるが、すぐにほぼ完全に停止してしまう。タンブラーに希酸を部分的に満たし、時折少量の新鮮な酸を加えることで、1分間に75回の振動という一定の振動を1時間以上維持することができた。大型電池と非常に希薄な酸を用いれば、この振動は無期限に継続できるだろう。

[51]

ヘンリー教授に続いて、1832年にスタージョンの回転モーター、1834年にヤコビの回転モーター（図29）が登場しました。これは界磁と電機子の両方に電磁石を備えていました。1834年にダベンポートのモーター、1837年にザブリスキーのモーターが登場しました。ザブリスキーのモーターは振動する磁石によって往復運動を回転運動に変換しました。1837年にダベンポートのモーター（米国特許第132号、1837年2月25日）（図30）、1838年にページの回転モーター、1838年にウォークリーのモーター（米国特許第809号、1838年6月27日）、1838年にスティムソンのモーター（米国特許第910号、1838年9月12日）が登場しました。 1839 年の Page のモーター、1840 年の Cook のモーター (米国特許番号 1,735、1840 年 8 月 25 日)、1842 年の Elias のモーター (オランダで発明)、1850 年の Lillie のモーター (米国特許番号 7,287、1850 年 4 月 16 日)、1851 年の Neff のモーター (米国特許番号 7,889、1851 年 1 月 7 日) (図 31に図が示されている) 、および 1854 年の Page のモーター (米国特許番号 10,480、1854 年 1 月 31 日)。1835 年、Davenport はマサチューセッツ州スプリングフィールドに小さな環状鉄道を建設した。

ジェイコブのモーター
図29．ヤコビの回転式電動機。

1839年、ヤコビ教授はニコライ皇帝の援助を受けて、全長28フィート、乗客14人を乗せたボートに電気モーターを取り付け、時速3マイルで航行させた。ほぼ同時期に、スコットランド人のロバート・デイヴィッドソンは、全長16フィート、重量6トンの電気鉄道車両で実験を行い、時速4マイルを達成した。1840年、ダベンポートは電気モーターを用いて「電磁石と機械工学のインテリジェンサー」という新聞を発行した。1851年、ペイジ博士が1854年の特許に基づいて製作した電気機関車が、ワシントンからブレイドンズバーグまで列車を牽引し、時速19マイルで走行した。

デーブンポートのモーター
図30．—ダベンポートモーター。

ネフのモーター
図31.—ネフモーター。

ウェスティングハウスモーター
図32．ウェスティングハウス製電動機。

これらのモーターはすべてボルタ電池で駆動されていたが、電池のコストが高かったため、電気モーターの実用化はほとんど進まなかった。[52]
[53] ダイナモが発明されるまでは。1873年、偶然の発見が電気モーターの実用化を急速に進めるきっかけとなった。同年ウィーンで開催された産業博覧会では、グラムダイナモが多数展示されたと言われている。[54] 発電機が設置されている最中、作業員がこれらの機械の1つの電気接続を行っていた際、誤って稼働中の別の発電機に接続してしまい、接続した発電機が逆方向に回転し始めたことに驚いた。これが、発電機の構造的同一性を認識する上で重要な手がかりとなった。[55] ダイナモと現代のタイプの電動機。ダイナモと電動機は共に発展し、ダイナモを現在の高効率にまで高めた発明家たちが、それと同等の原理と価値を持つ電動機を生み出した。図32では、[56] 図には最新の電動機が示されています。これはウェスティングハウス製の二相式電動機で、出力は300馬力、自己始動式の誘導型です。毎分3,000回の交流電流と2,000ボルトの電圧が供給された場合、毎分500回転の速度で動作するように設計されています。

シーメンスの電気鉄道
図33．シーメンス初の電気鉄道。

電気モーターの最も重要な用途は路面電車の運行である。最初の電気鉄道は、1879年にベルリンでヴェルナー・ジーメンス博士によって建設されたもので、その図は図33に示されている。アメリカで最初の電気鉄道は1885年にボルチモアに設置され、ハンプデンまで2マイルの距離を走った。

頭上トロリー
図34．架線式トロリーカー

地下鉄トロリー
図35．―地下電気トロリーシステム。

おなじみの架線式トロリーバスと、はるかに優れた導管式トロリーバスシステムは、おそらく電気モーターの最も大きな用途例と言えるでしょう。モーターは、車両の構造に合わせて様々な形で車両の下に配置されています。図34に示す架線式トロリーバスでは、柔軟なトロリーポールによって架線から電流が供給されます。一方、導管式トロリーバスシステムでは、プラウと呼ばれるトロリーが車両下部から導管上部の狭いスロットを通って伸び、移動接触を行います。[57] 導管内には電流を流す導体レールが配置されている。図35は、後者のタイプの路面電車の端面図であり、導管と導体レールが断面図で示されている。電流は一方のレールからプラウの一方のベアリング面に流れ、そこから車両のモーターに流れ、プラウのもう一方のベアリング面と導管内のもう一方の導体レールに戻る。

第三軌条式電力システム
図36.—ニューヨーク・ニューハンプシャー・アンド・ハイウェイ鉄道の第三軌条システム—モーターカーの前面。

短距離鉄道で蒸気機関の使用をある程度置き換えた第3のシステムは、いわゆる第三軌条方式であり、その一例を図36に示す。通常の軌道レール間に第3の導体レールが設置され、この導体から電流が車両のスライドシューによって取り出され、モーターに送られ、そこから車両の車輪を介して軌道レールに送られる。活線レールによる危険を軽減するため、一部の第三軌条では、[58]
[59] このシステムは複数のセクションに分かれており、車両が走行するにつれて自動切り替えプロセスによって、車両の下にあるレールのセクションのみが回路に接続され、他の部分はすべて切り離される。

電気モーターの使用により、路面電車の運行範囲が大幅に拡大し、コストが削減され、運行速度も向上した。現在では、都市や町の主要幹線道路はすべて電気モーターで整備されており、郊外路線も放射状に伸びている。[60] 街から数マイル離れた場所にあり、貧しい人々にとって5セントで、田舎の緑豊かな野原と新鮮な空気を満喫できる、楽しくて手頃な小旅行を提供していた。

密閉型路面電車用モーター
図37．電気鉄道用電動機（閉じた状態）

電気路面電車のモーターを開けた
図38．開いた状態の電気鉄道用モーター。

図37と図38は、ゼネラル・エレクトリック社製の路面電車用電気モーターを示している。外観は、何やら奇妙で無骨な鋳鉄製の箱のようで、事情を知らない人には好奇心をそそるものの、開けてみてもその正体は分からない。しかし、電気技師にとっては、その中に金属と磁気の実に興味深い組み合わせが隠されているのだ。

トンネル内の電気機関車
図39．ボルチモアのB&Oトンネルの電気機関車。

図39には、これまでに製造された電気機関車の中で最も強力なものの1つが示されています。これは、1895年にゼネラル・エレクトリック社がボルチモア・アンド・オハイオ鉄道向けに製造したもので、ボルチモアのカムデン・ストリート駅から長いトンネルを通って列車を牽引し、トンネル内の煙やガスの発生を防ぐ目的で、全長7,339フィートのトンネルを通過させるものでした。この機関車の重量は96トンで、平均的な蒸気機関車より25トン重くなっています。1日に片道100本の列車を牽引するように設計されており、最大重量500トンの旅客列車を時速35マイルで、1,200トンの貨物列車を時速15マイルで走行させることができました。台車は2つ、直径62インチの駆動輪が8つあります。モーターは4つあり、各台車に2つずつ、それぞれ360馬力です。

電気モーターのその他の重要な用途としては、自動車、小型ボート、魚雷の推進、船舶の操舵装置、乗客用エレベーター、鉱山の削岩機、印刷機、扇風機、ミシン、蓄音機の駆動、そしてスペースが限られ清潔さが求められるあらゆる用途が挙げられる。

マルホールによれば、1890年当時、米国とカナダには約645マイルの電気式路面電車が存在していた。これは電気鉄道の最初の10年間をほぼ締めくくるものであった。この分野の急速な発展ぶりは、同じマルホールの記述からもうかがい知ることができる。すなわち、この最初の10年の終わりにあたる1890年には、さらに45の電気鉄道が建設中で、総延長は512マイルに達し、それまでの既存の総延長のほぼ2倍になったというのである。

1898年当時、米国には14,000マイルの電気鉄道があり、名目資本金は10億ドル、従業員数は17万人と推定されていた。同年、サードアベニュー鉄道とニューヨークのユニオン鉄道会社（一体となって行動）とウェスティングハウス電気製造会社との間で、500万ドルの電気設備契約が締結された。これは両社の鉄道路線の電気設備に関するもので、当時としては最大の電気設備契約であった。他の動力源から電気への設備転換はあらゆる方向で急速に進んでおり、[61] 列車の運行が立て続けに行われるようになれば、短距離路線の旅客輸送においては、いずれ蒸気機関車に取って代わることになるだろう。

ゼネラル・エレクトリック社の第 8 次年次報告書によると、1899 年の鉄道およびその他の電気機器の受注額は 26,323,626 ドル、出荷額は 22,379,463.75 ドル、利益は 3,805,860.18 ドルでした。1893 年から 1899 年までの事業の成長率は次のとおりです。1893 年は 1892 年比 36 パーセント、1894 年は 1893 年比 126 パーセント、1895 年は 1894 年比 10 パーセント、1896 年は 1895 年比 60 パーセント、1897 年は 1896 年比 60 パーセント、1898 年は 1897 年比 21 パーセント、1899 年は 51 パーセントでした。 1898年以降。

1898年におけるアメリカ合衆国の電気機器産業の時価総額は19億ドルと推定され、その大部分は電動機を使用する産業に投じられている。この国からの電気機器の輸出額は年間300万ドルを超え、アメリカ合衆国には世界の他の国々を合わせたよりも8倍もの電気鉄道が存在すると言われている。

1898年におけるアメリカ合衆国の主要12都市における電流の使用状況は以下の通りであった。

ランプ、アーク灯、モーターの明るさを16カンデラ相当で表したもの。
ボストン 616,000
ニューヨーク 1,718,000
シカゴ 1,278,000
ブルックリン 322,000
ボルチモア 224,000
フィラデルフィア 488,000
セントルイス 303,000
サンフランシスコ 231,000
バッファロー 12万5000
ロチェスター 184,000
シンシナティ 201,000
ニューオーリンズ 81,000
ボストンは、人口比で見て世界で最も多くの電流を使用している都市である。次いでロチェスターが続く。両都市とも、16cp相当の電気単位で計算すると、それぞれの人口一人当たり1個以上の電球を使用していることになる。

ダイナモと電動機が一体となってこの偉大な発展を成し遂げた。ダイナモは機械動力を電気エネルギーに変換し、電動機は電気エネルギーを機械動力に変換する。しかし、その背後には蒸気機関があり、この3つは力の相関の法則を美しく示している。力は蒸気機関のボイラーの下での石炭の燃焼から始まる。炭素が酸素と化学的に結合すると、熱を相関エネルギーとして放出する発熱反応となる。ボイラー内の水分子への熱の影響は[62] 反発作用によって、それらは弾性気体の性質を帯び、蒸気として膨張することで蒸気機関のピストンを駆動します。蒸気機関は、ダイナモの界磁磁石と電機子コイルの間に存在する抵抗を力で克服し、後者に相関する電流の力を発生させます。電流は適切な導体を通って遠隔地まで伝わり、ダイナモのコイルとは逆の方向に電動機のコイルに入り、電機子磁石と界磁磁石の間に逆の作用を生じさせることで、電気エネルギーが機械エネルギーに変換されます。電動機ではダイナモの電流と全く同じ値を得ることはできず、ダイナモでは蒸気機関の出力と全く同じ値を得ることもできず、蒸気機関では石炭燃焼による化学エネルギーと全く同じ値を得ることもできません。放射、伝導、摩擦、電気抵抗による損失はこれを妨げるが、実用的な意味での損失は存在するものの、真の損失は存在しない。なぜなら、力は物質と同様に不滅であり、1843年にジュールによって証明されたこの普遍的な法則は、哲学における最高の勝利の一つであり、19世紀における最も重要な発見の一つである。

[63]

第七章
電灯。
ハンフリー・デービー卿によるボルタアーク—ジャブロチコフのろうそく—ブラッシュ、ウェストンなどの特許—サーチライト—グローブの最初の白熱電球—スター・キングランプ—モーゼス・ファーマーが電気ランプで最初の住居を照らす—ソーヤーマンランプ—エジソンの白熱電球—エジソンの3線式回路システム—統計。

電灯はごく最近の発明だという認識が一般的で、若い世代でさえ、電灯が一般的に使われていなかった時代を覚えている。しかし、電灯が19世紀の最初の10年間に誕生したことを知れば、多くの読者は驚くだろう。1809年、ハンフリー・デービー卿は、強力なボルタ電池の端子を形成する2つの木炭を接触させた後に分離すると、分離の瞬間に明るい炎の弧が一方の木炭からもう一方の木炭へと伝わり、4,800°Fの温度を生じ、その光の強度が他の既知のあらゆる形態の光を上回ることを発見した。2つの木炭を保持するための装置の構成にさまざまな改良が加えられ、やがて図40のように2本の鉛筆を一直線に並べた形になり、燃え尽きた木炭をもう一方の木炭に供給する装置が設けられた。最初に、このように給電を調整するための時計機構が採用され、これにより炭素原子間の距離を自動的に一定に保つことができた。これはアーク放電に必要な条件であった。しかし、このような光源の使用は、長年にわたり実験室での説明に限られていた。なぜなら、それは多数のボルタ電池によってのみ、非常に高価なコストをかけて製造できたからである。それにもかかわらず、1853年には早くもフーコー、デュボスク、ドゥルイユらがボルタ電池で動作する非常に効率的な電球を考案していた。しかし、ダイナモの登場により、電灯は急速に普及し、広く利用されるようになった。真のダイナモが発明される以前から、電灯に電力を供給するために磁気電気機械が使用されていた。いわゆる「アライアンス」発電機は、1858年にイギリスのサウスフォアランド灯台でアーク灯に電力を供給するために使用され、その時初めて電灯の光が航海者のための灯台として海に向かって照射された。

[64]

アーク灯
図40．単純な電気アーク灯。

ジャブロチコフのキャンドル
図41．
ヤブロコフのろうそく。

ウェストンアークランプ
図42．—
ウェストンアークランプ

初期の電灯開発の一つに、1877年に発表されたヤブロチコフろうそく（図41参照）がある。この装置では、2本の平行な炭素棒GGが非導電性のカオリン層Iで隔てられ、アスベスト製のフェルールAに固定されていた。金属管TTが導線FFを炭素棒に接続していた。炎のアークが一方の炭素棒の上部からもう一方の炭素棒の上部へと伝わり、カオリンの分離層を溶着させ、ろうそくのように全体が燃え尽きた。このタイプの電灯は1877年にパリで広く使用され、ロンドンでも使用され、大きな注目を集めた。

アークランプ給電システム
図43．アークランプ給電機構。

ヤブロチコフのろうそくからアーク灯は2本の垂直に並んだ炭素の形に戻り、さまざまな形やパターンを経て、図42のウェストンランプのような現代的なタイプを経て、都市の街路を照らすために非常に広く目立つ用途に使われるようになり、今日では非常によく知られているため、その発展について多くを語る必要はない。[65] その本質は原理的に変わっていないため、改良点は主に炭素の供給を調整し、ちらつきを避けるために炭素同士を一定の距離に保つ手段に関するものです。この結果は、図43に示すように、電磁石に作用する電流によって作動する自動機構によって得られます。この機構では、電磁石が下側の炭素に近すぎると上側の炭素を持ち上げ、燃焼によって間隔が大きくなりすぎると上側の炭素を下げます。アーク灯の開発に貢献した人々の中で、ブラッシュ、ウェストン、トムソン、ヒューストンの名前が最も顕著であり、ブラッシュの特許（1878年5月7日、特許番号203,411、1879年2月11日、特許番号212,183）とウェストンの特許（1883年9月25日、特許番号285,451）が最も代表的な開発例です。

9000カンデラのアーク灯
図44．9000カンデラ電力のアーク灯。

アーク灯の応用は、最も楽観的な発明家の想像をはるかに超えるほど輝かしいものでした。図44、45、46には、パリのアンリ・ルポーが製造し、1893年のシカゴ万国博覧会で初めて米国で展示された巨大な電灯が示されています。これは、直径9フィートの2つの大きなレンズで構成され、その焦点間に9,000カンデラのアーク灯が配置されています。図45の巨大なランタンは垂直のシャフトで支えられており、シャフトの下端は中空のドラムで終わっており、そのドラムは水銀の浴槽に浮かんでいます。重量は数トンと推定されていますが、水銀上でのバランスが非常に繊細なため、この巨大なランタンは指で押すだけで簡単に回転させることができます。各レンズは、図46に示すように、中央の円盤を囲む190個の同心円状のセグメントで構成されており、これらが一体となって光線を平行線状に放射します。このようにして照射される9フィートの光線は9000万カンデラの明るさを持ち、地球表面の曲率の影響を受けない十分な高度に設置すれば、その光は146.9海里の範囲で視認できるだろう。

大型レンズ
図45．9000万カンデラの二枚貝レンズ。

レンズの正面図
図46．レンズの正面図。

遊覧船の乗客や壮麗な戦艦の見学者にはよく知られているのは、電気探照灯です。しかし、探照灯の最も優れた例は、[66] 海ではなく、南カリフォルニアのシエラ・マドレ山脈の風光明媚な高地にある。パサデナ近郊のロウ山の山頂には、図48に示すように、世界最大のサーチライトが設置されている。その光度は300万カンデラ、高さは11フィート、総重量は6,000ポンドである。その光は海上で150マイル先まで見ることができ、数百マイル離れた山頂から山頂へと強力な光線が照射されることで、自然の崇高さに芸術的な輝きが加わり、母なる地球のこの高貴な冠にふさわしい宝石のように思える。

魚雷艇のサーチライト
図47．サーチライトと機関銃が魚雷艇の夜間攻撃を撃退する様子。

マウント・ロウのサーチライト
図48．カリフォルニア州ロウ山の探照灯。

アーク灯も素晴らしいが、はるかに普及しているのは白熱灯である。小さなガラス球から細い光の筋が伸びているこの電球は、至る所で見かける。世論や裁判所の判決では、この発明はトーマス・A・エジソンによるものとされている。しかし、白熱灯の進化は興味深く、以下のように簡単に概説できる。

最初の白熱電球
図49．グローブ教授による最初の白熱電球、1840年。

スターキングランプ
図50.—
スターキングランプ。

1845年、『フィロソフィカル・マガジン』に、おそらく最初の白熱電球と思われるものの説明が掲載された。これは、グローブ電池の発明者であるウィリアム・ロバート・グローブによって1840年に考案されたもので、 図49に示されている。彼はこの電球で何時間も実験し、読書をしたとされている。その説明は以下の通りである。

「白金線のコイルを2本の銅線に取り付け、銅線の下部、または白金から最も遠い部分にニスを塗る。これらを蒸留水を入れたガラス容器に垂直に固定し、上端が閉じた別の円筒形のガラス容器を逆さまにして、開口部が前のガラス容器の底に接するようにする。銅線の突き出た端をボルタ電池（硝酸と銅の混合電池2～3個）に接続すると、点火した銅線から安定した光が得られる。銅線を水中に通す代わりに、ガラス球の首にしっかりと接着した金属製のキャップに銅線を固定してもよい。」

1845年、オーガスト・キングはイギリスで、密封されていない白金バーナーと真空中の炭素を用いた白熱電球の特許を取得した。キング氏はアメリカの発明家スター氏の代理人として活動し、この電球は[67]図50 に示すように、スター・キングランプとして知られるようになった。バーナーは炭素Bの薄い板または鉛筆で、逆さにした気圧計管の端にあるトリチェリ式真空の中に封入され、電池につながる接続線の端子の間に保持されていた。1859年、モーゼス・G・ファーマーはマサチューセッツ州セーラムの自宅を分割された電灯で照らした。これは電気で照らされた最初の個人住宅であり、おそらく電流を複数の電灯に分割できる可能性を示した最初の例であった。

1877年、ウィリアム・E・ソーヤーは電気工学および照明システムに関する米国特許を申請し、1878年1月にはアルボン・マンと提携し、「ソーヤーマン」ランプ（図51参照）を製造した。このランプでは、白熱した炭素棒が窒素雰囲気中に封入されていた。これはこの分野における活発な活動の始まりとなり、最終的には図52に示すような有名な電球が誕生した。この電球はエジソンによって1880年1月27日に特許番号223,898で特許取得された。このランプの特徴は、紙または炭化物で作られた、非常に細い糸状の湾曲した炭素フィラメントであった。[68] セルロース。これは真空に密封すると燃え尽きず、適切な白熱を発し、その小さな横方向の寸法と[69] 電流に対する抵抗が高かったため、各ランプに特別なレギュレーターを必要とせずに、複数のランプに電流を適切に分配することができました。また、非常に安価に製造できたため、バーナーが最終的に壊れたらランプを捨てることができました。エジソンのこの電球の特徴に関する主張は、特許庁でのソーヤーとマンによる激しい異議申し立てを受け、判決は一方に有利になったり他方に有利になったりと二転三転しましたが、最終的には1885年5月12日にソーヤーとマンに特許が付与されました。こうして争いが始まりました。[70]
[71] 裁判では、1892年10月4日に米国控訴裁判所の判決（エジソン電灯会社対ユナイテッド・ステーツ・ライティング社）により、白熱電球の権利がエジソンに与えられたことで決着した。

ソーヤーマンランプ
図51．
ソーヤーマン
ランプ

エジソンランプ
図52．エジソンの電球。

A — 消耗したグローブ。B —カーボンフィラメント。CC —ガラスに封入されたワイヤー。D —グローブの2つの部分の融着線。EF —絶縁材。G — ねじ山。HI —金属ソケット。J — 固定アーム。K —回路制御キー。

エジソンによる初期の実演では、ガス株の保有者の間で証券取引所に大きな混乱が生じた。マスコミのセンセーショナルな報道は、ガスが完全に取って代わられることを示唆しているように思われたからである。1878年10月11日、ロンドン証券取引所におけるこの不安は、まさにパニック状態にまで発展した。しかし、電灯は多くの面でその予言をはるかに超える成果を上げてきた一方で、ガス株は依然として有望な投資対象であり続けている。

電灯回路の概略図
図53．—電灯回路。

3線式電灯回路の概略図
図54．エジソンの3線式電灯回路。

白熱電球の実用化と密接に関係しているのが、発電機からの電流の供給と制御の方法である。アーク灯には交流が用いられるが、白熱電球には直流しか使用できず、その関係は[72]図53 には、ダイナモと白熱電球の回路が示されています。ここで、Lはダイナモから伸びる主導線の間にある電球を表し、ダイナモのコイルはシャント回路または分岐回路に配置されています。この回路には、可動スイッチレバー付きの抵抗コイルの形をしたレギュレータRが介在しており、これにより、行われる作業に合わせて、フィールドマグネットコイルに流れる電流の量を増減させることができます。近年では、この目的を達成するために自動レギュレータが設けられています。 図54には、1883年3月20日に特許番号274,290で特許を取得した、エジソンの「3線式システム」として知られる回路が示されています。この構成では、D 1 D 2のように 2 つのダイナモが使用され、3 本のワイヤーがダイナモから出ています。1 本は一方のダイナモの負極から、もう 1 本はもう 2 つのダイナモの正極から、そして 3 番目または中央のワイヤーは、2 つのダイナモの残りの両方の極 (正極と負極) に接続されています。説明のために、これは 3 階建ての電流配置と比較できます。一番上のワイヤーは 3 階、真ん中のワイヤーは 2 階、一番下のワイヤーは 1 階を表します。各階から次の階への落下は動作エネルギーを表しますが、一番上のワイヤーから一番下のワイヤーへの落下は、3 階から 1 階への落下に等しくなります。この構成の目的は銅線のコストを節約することです。2 本のメインワイヤーの代わりに 3 本のメインワイヤーが使用されていますが、ワイヤーの総重量 ([73] ランプは図のように配置されていますが、2本の太いワイヤーよりもはるかに少ない量で作ることができ、銅の大幅な節約になります。

白熱灯の用途は数え切れないほどある。よく知られている用途の他に、鉱山、洞窟、船の暗い船室の内部照明に使われ、空気を汚染することもない。また、潜水艦の潜水作業、広告看板の製作、花火などにも使われているが、おそらく最も驚くべき用途の一つは、人間の胃やその他の体腔の内部を探査することだろう。この用途に関する特許は、1879年7月29日にMCF Nitzeに特許番号218,055として付与された。

電灯の炭素バーナーの両端を、ダイナモからの出力線と入力線にそれぞれ接続して橋渡しするように配置した場合、この配置は「並列」または「多重」と呼ばれ、電灯は横並びで歩く馬に例えられます。一方、炭素バーナーの両端を出力線または入力線の隙間や切れ目に配置すると、この配置は「直列」と呼ばれ、電灯は連なって歩く馬に例えられます。

電気用語の説明は、消防車のホースを流れる水の流れという静水力学のアナロジーで最もよく説明できます。「ワット」は一定期間の電気エネルギーの総量を表し、ホース内の水の流れは一定時間内に流れます。[74] パイプは、一定量の水が一定時間、一定の圧力で流れるときの有効力で表されます。「ボルト」は起電力の圧力単位であり、エンジンの出力で表されます。「アンペア」はホースパイプの量、体積単位、または断面積であり、「オーム」は摩擦抵抗の単位です。「ワット」は「ボルト」に「アンペア」を掛けたもので、したがって500ワットは50ボルトで10アンペア、または10ボルトで50アンペアになります。白熱灯に使用されるような低電圧回路は100～240ボルトの範囲で、無害です。トロリー回路は通常500ボルトで、動物を死に至らしめますが、必ずしも人間にとって致命的ではありません。アーク灯などに使われる2,000ボルトから5,000ボルトの高電圧電流は致命的である。

現代の発明品の中で、電灯ほど華々しく宣伝されたものはない。[75] シカゴ博覧会での電気展示、ニューヨークでの電気祭典、オマハ博覧会は、その驚くべき壮麗さと美しさについて改めて説明する必要はないでしょう。ニューヨークのエジソン電灯会社の1898年の年次報告書によると、同市だけで総収入は2,898,021ドルでした。電灯の使用者は9,990人、白熱電球は443,074個、アーク灯は7,353個でした。米国だけでも電灯の発電所と工場の総額は6億ドルと推定されています。1899年には、1つの製造会社（ゼネラル・エレクトリック社）が1,000万個の白熱電球の注文を受けました。これは現在の年間生産量の約半分です。16年前は電球1個1ドルでしたが、今日では18セントで購入できます。

電灯の今後の発展がどのようなものになるかは、誰も予測できないだろう。すでに、電気アークも白熱フィラメントも使用せず、直接的な物質的な存在とは無関係に、極めて高い周波数と電位の電流によって生み出される独特の光が、テスラの特許第454,622号（1891年6月23日）に記載されているように、異なる形態または現象の電灯が実証されている。この分野では他にも多くの優れた発明家が研究に取り組んでおり、その発展は20世紀の興味深い課題の一つとなるだろう。

[76]

第8章
電話。
ブルスール、レイス、ドローボーの予備的提案と実験—ベル教授による最初の音声電話—レイスとベルの電話の違い—ブレイク送信機—ベルリナーの抵抗変化と圧力変化による電気的波動—エジソンのカーボンマイクロホン—電話交換機—統計。

電話という言葉は、ギリシャ語のΤηλε（遠い）とφωνη（音）に由来します。これは、遠く離れた場所に音を伝えるという意味を持ち、現代の音声電話よりも古い言葉ですが、この事実は、後者の発明の目覚ましい素晴らしさに隠れて見過ごされがちです。アメリカ先住民は、よりよく聞こえるように、地面に耳を当てていました。昔の子どもたちは、「恋人たちの電信機」と呼ばれるおもちゃも使っていました。これは、2つのブリキの箱の柔軟な底の間に張られた紐で、箱に向かって話すと、紐を通して振動が一方の箱からもう一方の箱に伝わり、遠くで話された言葉が聞こえるというものでした。これらの工夫は、音波を伝達するために、空気よりも固体の方が優れた伝導性を利用したにすぎません。電磁電話は全く異なる原理で動作します。これは天才の驚くべき創造物であり、19世紀の唯一無二の、卓越した、そして比類なき偉業として際立っています。原理の精緻さ、作用の印象深さ、そして結果の広がりにおいて、機械的な手段の中でこれに匹敵するものはありません。知性ある存在を、千マイルも離れた別の存在と直接、声と共感をもってコミュニケーションさせるという素晴らしい機能において、その目に見えない神秘的な作用様式は、意識ある人間の心から全知全能で応答する神へと昇る、目に見えない祈りの媒体を想像させます。電信と鉄道はすでに地球上のすべての人々を親密なコミュニケーションへと導き、親しい親戚関係を築いていましたが、電話は彼らを家族のようなより緊密な関係へと変えました。そして、人間の思考と感情という無限の重荷を背負い、知覚と応答性を持つ細い電線は、人類家族の連帯における偉大な生命の絆の一つを形成しているのです。

[77]

多くの、おそらくほとんどの偉大な発明は、偶然の発見、つまり別の方向で別の結果を求めていた思考の副産物であったというのは興味深い事実だが、電話はこの種の発明には属さない。電話は、音声の電気的伝送という方向への粘り強い思考と実験の論理的かつ壮大な成果である。ベル教授は明確な目標を持ち、それを常に念頭に置きながら、成功が彼の業績を飾るまで、音声電話の開発という目的の達成に忠実に取り組んだ。彼は当初、その業績の真の偉大さを理解していなかったかもしれないが、19世紀末の視点から見れば、ホラティウスの言葉を借りれば、「永遠の記念碑を解き明かせ」と叫ぶに違いない。

ベル教授の電話の構想は1874年にまで遡ります。彼の最初の米国特許である第174,465号は1876年3月7日に、2番目の特許である第186,787号は1877年1月30日に取得されました。一般的に、優れた発明であっても、一般に広く認知され採用されるまでには何年も、そしてしばしば特許期間全体にわたって停滞するのが常ですが、この発明は初めて公表された際に彗星のごとく輝きを放ち、大衆を驚かせ、世界の学者たちの賞賛を呼びました。1876年にフィラデルフィアで開催された万国博覧会で展示された際、ウィリアム・トムソン卿とヘンリー教授は、これを「電気電信の驚異の中で群を抜いて最も偉大なもの」と評しました。

レイスの電話
図55．フィリップ・レイスの電話機。

偉大な発明の作者は、常に他者の主張に対して弁明を強いられる運命にある。他人が得たものを自分のものだと主張するのは人間の本性の欠点の一つであり、子供時代のいざこざにその最初の例を見出すことができる古くからの話である。おしゃべりな少年たちがヒナギクの中で蝶を追いかけ、目の鋭い少年が獲物を捕まえると、必ず仲間の一人が「俺が先に見たんだ」と叫び、大人は結局は成長した少年に過ぎない。電話の歴史においても、ベル教授はこの栄誉をめぐって競争相手を見つけてきた。そして、これらの先行する実験者の中には、成功にどれほど近づきながらも到達できなかった者がいたかを知ると、驚かされる。1854年、パリのブルスールは電気電話を提案し、1861年にはフィリップ・レイスが音楽音を送信する電気電話を考案した。ペンシルベニア州のダニエル・ドローボーは、1867年から1868年にかけて電気電話を作ったとされ、ベル社に対する彼の主張は特許庁や裁判所で激しく争われたが、成功しなかった。エリシャ・グレイの主張は、おそらく他の誰よりも音声電話の発明者としての栄誉を彼に与えることに近かった。なぜなら、彼は同じ日（1876年2月14日）に米国特許庁に異議申立書を提出したからである。[78] ベル教授の特許出願は、この特許に基づいて行われた。しかし、特許庁でのグレイ、エジソン、ベルリナー、リッチモンド、ホルコム、ファーマー、ドルベア、フォルカーらとの争いで、ベル教授が実用的な音声電話を最初に作ったと判断され、この結論は裁判所によって支持された。ライスはフリードリヒスドルフの貧しいドイツ人教師で、1860年にコイル状のワイヤー、編み針、ドイツソーセージの皮、ビール樽の栓、プラチナの帯を使って、最初の電気電話を製作した。図55に示すように、彼の送信機の典型的な形態は、振動膜Eで覆われた箱で、片側にマウスピースが設けられていた。振動板Eに白金片Fが取り付けられ、白金の先端を持つハンマーGが白金片Fの上に軽く置かれた。ハンマーGと白金片Fは、電池と受信機が回路に組み込まれた導線の両端に接続されていた。箱の中の音波のような空気の振動によって振動板Eが振動し、白金片FとハンマーGの白金の先端との間の接触が断続的に行われることで、一連の独立した断続的なパルスが電池回路を通過し、受信機で受信された。受信機は、コイル状の導線が巻かれた鉄棒で構成されていた。ライスの送信機が回路を交互に接続したり切断したりしていたことは、彼自身の回想録から明らかである。1860年から1861年のフランクフルト・アム・マイン物理学会の年次報告書（Jahresberichte）から引用したこの回想録の翻訳は次のとおりである。

「空気振動の最初の凝縮時に、ハンマー状の小さなワイヤーd（図ではG）は押し戻されます。次の希薄化では、膜の戻り振動に追従できず、新しい凝縮によって駆動される膜が押し戻されるまで、小さなストリップ（プラチナ）を流れる電流は途絶えたままになります。[79]もう一度、 d （ハンマーG） に小さなストリップを当ててください。このようにして、それぞれの音波が電流の開閉を引き起こします。」

ベルの電話
図56．ベル教授の電話機、1876年3月7日。

ライスは明らかに、ダイヤフラムの振動を、速度、範囲、品質が等しい、完全に一致する相関のある電気パルスに変換する方法を知らなかった。もしそれができていれば、彼は音声電話を発明できたはずだが、接触と切断だけでは決してそれができないため、後の装置では送信側オペレーターが受信側オペレーターと通信できるように電信キーを取り付けた。ライスの電話が音声電話であれば、これは不要だっただろう。さらに、知的で進歩的かつ科学的なドイツ人が、1860年に音声電話にふさわしい敬意と注目をすぐに与えなかったとは考えにくい。アメリカでは、1876年に発明されたベルの音声電話が、同年中に文明世界全体に知られるようになった。ライスの断続的な接点回路は音楽的な音色を伝達するだろう。なぜなら、音楽的な音色は主に振動の速さによって変化し、音域や音質によって変化しないからである。また、ライスの電話の断続的な接点も音楽的な音色を伝達するだろう。なぜなら、これらの接点は実質的に均一な振動範囲に調整できるからである。しかし、ベル教授は明瞭な音声について特別な研究を行っており、音声は本質的に音楽的ではなく、母音と子音の不規則で不協和な混合音から成り立っており、その振動は音楽的な音色のように音高や速さだけでなく、音域や音量といった振動の質や種類によっても変化することを知っていた。そのため、彼の発明では、ライスのように接点を介して回路を開閉するのではなく、より感度の高い常時閉回路を採用し、磁気誘導の原理によって電流を波打たせるだけであった。この原理はエルステッドによって最初に発見され、電磁石の極から鉄片を前後に動かすと誘導電流が電磁石のらせん状に振動するというよく知られた事実に発展しました。ライスの分離型オンオフ回路とベルの連続的だが波動する電流の違いは、一方ではドラムスティックでドラムのヘッドを叩くことによって伝達されるインパルスと、他方では凧の紐を交互に引っ張ったり緩めたりすることによって伝達されるインパルスの違いによって説明できます。ドラムのヘッドへの連続的な衝撃では、凧の紐を持つ手の動きによって凧に伝達されるほど、ドラムの下部のヘッドへの動きの伝達は敏感ではありません。ライスの計画は断続的なドラムの打撃に似ており、ベルの計画は常に一定の張力を保つ凧の紐に似ています。ベルは図56に示す方法で目的を達成しました。[80] 図57は、図56が1876年3月7日の最初の特許、図57が1877年1月30日の2番目の特許を表している。どちらの場合も、電流は連続的に閉じられており、Reisの分離接点のように交互に接続と切断は行われていなかった。ベル教授は、磁気誘導の原理によって、声の空気振動を連続的に閉じた回路で波打たせたり振動させたりしました（図56参照）。彼は、発声時にダイヤフラムaが電磁石bの前にある電機子 cを振動させましたが、電機子cには触れませんでした。電機子が電磁石に近づいたり遠ざかったりすると、この電磁石のらせんに波打つが途切れることのない電流が誘導され、遠方の受信機にある電磁石fのらせんへの線に沿って流れ、この波打つ電流がダイヤフラム iには触れているが電磁石には触れていない電機子hに影響を与え、この電機子とダイヤフラムに対する磁石の吸引作用によって、最初のダイヤフラムaに作用した声の振動と同じ速さ、範囲、品質の振動が発生しました。言い換えれば、伝達の順序は、Aにおける空気振動、ダイヤフラムaの機械的振動、回線を伝わる電気的波動、アーマチュアhとダイヤフラムiにおける誘導振動、そして再び空気振動がAに話された音声と同じ明瞭な音声へと分解される、というものでした。ベル電話では、送信機と受信機が同一の構造であったことがお分かりいただけるでしょう。これは、彼の後の特許の図57によく示されています。この図では、片側の電磁石の下の水平線が金属製の送信ダイヤフラムを表し、もう一方の側の電磁石の下の水平線が受信ダイヤフラムを表しています。このようにして音声が再現されただけでなく、回路は連続しており、分離接点によって切断されることがなかったため、磁気誘導によって生じる電気振動の極めて高い感度により、明瞭な音声の振動の不協和音や不規則な性質、そして音楽の音色までもが正確に伝達・再現され、これが音声電話の成功につながりました。後の電話では、電流は実際に伝送されます。[81] 接触点を介して電流を流す方法もあったが、これはカーボンマイクロホン送信機が発明されて初めて実用的になった。カーボンマイクロホン送信機では、電流の本質的な波動が別の方法で生成された。すなわち、振動によってカーボンにかかる圧力を変化させると導電率が変化するという重要な発見を応用することで、電流を遮断することなく波動させるという同じ結果が得られたのである。これは、ベル教授が発見し利用した連続波動電流の原理の価値を少しも損なうものではない。ベル教授の原理と、ライスの硬質白金接点の遮断との間には、成功と失敗の差に匹敵するほどの大きな違いがある。

ベルの後の電話
図57．ベル教授の電話機、1877年1月30日。

ベル教授の電話機が一般に公開された形態は、特許に示されているものとは異なり、すぐに、片端に広がったマウスピースが付いた、ハンドルを形成する細長い円筒形というよく知られた形状になった。この形状の発展は、1877年にチャニング博士によるものとされており、今日ではおなじみの形状となっている。その内部構造は図58に示されている。ハンドルは硬質ゴム製で、そこにねじ込まれるキャップまたはマウスピースも硬質ゴム製である。薄いフェロタイプ板でできた振動板Aは、キャップまたはマウスピースとハンドルの間に端が挟まれている。複合磁石Bは、4本の薄い平棒磁石で構成されており、一方の端にある軟鉄ポールピースcの平らな端の反対側にペアで配置され、もう一方の端にある軟鉄スペーサーピース dに磁石が同極で一方向に挟まれている。ポールピースcの端部は、振動板から1 / 100～2 / 100インチ以内、または振動板が振動時に接触しない程度にできるだけ近い位置まで延びている 。ポールピースcには、絹被覆線（米国WG規格34番）が巻かれた木製スプールが取り付けられている。この線はスプール全体を埋め尽くし、両端は2つの絶縁された端子に半田付けされている。[82]スプールの下にある柔軟なゴム製ディスクf を貫通するワイヤーが、ハンドルの反対側の端にある2つのバインディングポストにそれぞれ接続されている。電流は、一方のバインディングポストとその接続ワイヤーから、スプール上のワイヤーを通って、もう一方の接続ワイヤーとバインディングポストへと流れる。送信機として使用する場合、振動板Aに機械的に作用する声の振動が、磁気誘導によってワイヤーのスプールに波状振動を生じさせ、それがラインの反対側に伝達される。受信機として使用する場合、ラインの反対側からの波状振動が振動板に機械的な振動を生じさせ、それが空気の振動を発生させ、明瞭な音を再現する。

ベル電話セクション
図58．ベル電話の縦断面図。

ベル電話は送信機と受信機の両方の機能を備えているが、実際にはより感度が高く性能の良い送信機がその役割を担っている。最も一般的に使用され、最もよく知られているのは、1880年頃に発表された「ブレイク送信機」である。これは2つの重要な要素を使用している。1つ目はカーボンマイクロホンで、カーボン接点にかかる圧力の変化によって電流の波動を生成する手段である。2つ目は、ローカルバッテリーで駆動される誘導コイルで、その一次回路はカーボンマイクロホンの接点を通り、二次回路は回線を通ります。ブレイク送信機のこれらの基本要素は、ベルリナーとエジソンの発明であり、1877年に実現した。声の振動によって電極間の圧力を変化させることで電気的な波動を生成するという大まかなアイデアは、特許庁で様々な発明家の間で大きな論争の的となった。 1877年6月4日、エミール・ベルリナーが特許庁に同じ特許を出願したが、グレイ、エジソン、リッチモンド、ドルベア、ホルコム、ベル教授らが異議を申し立てた。14年間の訴訟を経て、最終的にベルリナーに特許が認められた。1891年11月17日にベルリナーに付与された特許（第463,569号）は貴重なものであり、アメリカン・ベル電話会社の所有となっている。マイクロホンに低抵抗導体（炭素）を用いる方法は、早くも1877年にエジソンによって発明されていたが、[83] 特許番号474,230は、より広範な原理に関してベルリナーとの抵触があったため、1892年5月3日まで発行されなかった。

ブレイク送信機
図59．ブレイク送信機。

ブレイク式送信機の回路図
図60．ブレイク送信機の回路図。

ブレイク送信機は、その機械的特徴の発明者の名前にちなんで名付けられました。彼は、ベルリナーとエジソンの基本原理を、1881年11月29日付の小規模特許で保護された、繊細かつ実用的な機械構造に組み込みました。これは、おなじみの電話機の中央にある小さな箱で、通話を行う部分です。その内部構造は図59に示されています。ドアの後ろには鋳鉄製の円形リングAが固定されており、その内側には、縁がゴムバンドでクッションされたロシア鉄製の振動板Bがあります。鉄製のリングには、振動板より少し大きい円形の座面が形成されており、この座面に振動板が載っています。リングAの右側に取り付けられた短くて薄い金属板が、振動板を直角に押さえることで所定の位置に固定します。[84] ダイヤフラムのゴム縁に取り付けられています。その機能はヒンジに似ており、ダイヤフラムが自由に内側にスイングできるようにします。鋼製の減衰スプリングがダイヤフラムの反対側の縁のリングに固定されており、その自由端にはゴム手袋が取り付けられ、その上に薄いふわふわしたウール素材が接着されています。減衰スプリングのパッド付き端はダイヤフラムに接し、過度の振動を防ぎます。鉄製のリング A の底部には調整ネジを保持する突起があり、同様の上部の突起にはネジで真鍮製のスプリングが取り付けられています。このスプリングから別の鋳造部品 C が垂れ下がり、マイクロホン装置を支えています。マイクロホン装置は図60に最もよく示されています。この図では、A は電池の一方の端子で、ワイヤ S でボックスのヒンジ H に接続されています。ヒンジのもう一方の葉からワイヤ M が K に通され、そこでジャーマンシルバー製のスプリング I の上端に半田付けされています。K では、このスプリングは 2 個の硬質ゴムで挟まれ、鉄製の部品から絶縁されています。バネIの下端には、太いプラチナ線の短い断片がはんだ付けされており、その両端は丸みを帯びた頭部になっており、一方の頭部はダイヤフラムNに、もう一方の頭部はカーボンボタンJに接触する。このボタンは小さな真鍮製の重りに取り付けられ、上端が金属支持部Tに固定されたバネRによって支えられている。このバネは振動を抑制するために、全長にわたってゴムチューブで覆われている。トランスミッターはネジOによって調整され、このネジOが鋳造部Tに作用することで、カーボンボタン、プラチナ頭部、そしてダイヤフラムNが一定の圧力で互いに接触する。電流は部品KからバネI、プラチナ頭部、カーボンボタンJ、およびその支持バネR、金属鋳造部T、リングVへと流れ、そこからワイヤLを介して下部ヒンジGへ、さらにワイヤPを介して主軸へと流れる。[85]誘導コイルの一次側からワイヤYを介してバインディングポストBに接続され、2つのバインディングポストABは2つのバッテリー端子です。誘導コイルの二次側ワイヤEの両端は、ワイヤXとWを介して2つのバインディングポストCBに接続され、これらは回線端子、または一方が回線端子で他方が接地接続です。このように、一次電流は送信機を通過し、二次電流は回線を流れることがわかります。最も一般的な電話機の形態は図61 と図62に示されていますが、理想的な形態は、外部の干渉音をすべて排除するキャビネットまたは小さな部屋に設置されます。

壁掛け電話
図61．壁掛け電話機

デスク電話
図62．卓上電話機

ベル受信機とブレイク送信機があれば、実用的な電話システムを構築できるが、電話の短い歴史の中でなされた改良は、十分に説明できるものではなく、言及することさえ難しい。それらは、呼び出しベル、バッテリー、交換機、通話記録計、導体、導管、接続部、避雷器、スイッチ、逆誘導装置、中継器、およびシステムに関するものである。その発展に最も大きく貢献した人物としては、ベル、エジソン、ベルリナー、ヒューズ、グレイ、ドルベア、フェルプスなどが挙げられる。この分野の活動は、1876年に本格的に始まった電話技術が、19世紀末には米国で約3,000件もの特許にまで発展したという事実によって最もよく示されている。

電話交換機
図63．電話交換機

電話に最大の商業的価値を与えたのは、「交換」システムである。このシステムにより、電話コミュニティのどのメンバーも、中央局でコミュニティ内の他のどのメンバーとも瞬時に通信できるようになる。この目的のために、図63に示すように、広い部屋の側面に沿って連続した交換台が設置され、壁面の大部分を占めている。交換台は、多数の表示端子、プラグ付きのスプリングジャック、および両端に金属プラグが付いた接続コードで構成されている。各加入者は、それぞれ専用のスプリングジャックに接続される。[86] 発信機が落下し、電話機が中央局に電話をかけると（マグネトベルから）、電話機の番号が書かれた発信機が落下し、交換手に相手と通話したい旨が伝えられます。交換手の注意を確実にするため、同じ動作で交換手の目の前に小さな電灯が点灯し、発信機に気付かせるための目印となります。交換手は、そのスプリングジャックにプラグを差し込むと、発信機が自動的に元の位置に戻り、加入者がかけたい番号を尋ね、番号を確認すると、接続コードのもう一方の端にあるプラグを相手の加入者のスプリングジャックに差し込み、自分の電話を切断します。電話加入者一人ひとりが中央局に専用の機器を持っているため、数千人の加入者がいる電話コミュニティでは、多数の接続が複雑に入り組んだ設備が必要となり、建設に莫大な費用がかかることが分かります。交換手には、声がより明瞭な女性が多く選ばれます。しかし、すべての電話ジャックに専属のジルがいるわけではない。なぜなら、それぞれのジルは100個以上のジャックを担当しており、子供のヘアゴムのように頭を包み込む特殊な形状の電話を常に頭に装着しているからだ。その電話の片端には、片耳を覆うイヤホンが付いている。彼女は忙しすぎて、普通の電話を耳に合わせる時間などないため、常にこの特殊な電話を装着しているのだ。

アメリカン・ベル電話会社の1899年度第20回年次報告書によると、1900年1月1日時点で同社単独で米国で使用されていた電話機の数は1,580,101台、電線の総延長は1,016,777マイル、電話利用者の1日あたりの接続数は5,173,803件であった。同社の総収益は5,760,106.45ドルで、配当金として3,882,945ドルを支払った。ベル社の主要国における交換局の総数は、[87] 世界の上位国は以下の通りです。アメリカ合衆国 632,946人、ドイツ 212,121人、イギリス 112,840人、スウェーデン 63,685人、フランス 44,865人、スイス 35,536人、ロシア 26,865人、オーストリア 26,664人、ノルウェー 25,376人。アメリカ合衆国の人口は、他のすべての国を合わせた人口よりも約85,000人多い。

ベル特許の失効以来、多くの小規模企業が設立され、過去5年間で電話の普及台数は2倍以上に増加した。長距離電話は現在では2,000マイル近くまで可能となり、ニューヨークのベッドに寝転がりながらシカゴのコンサートを聴くこともできるようになった。都市間のビジネスや社交における音声による情報交換は、現代生活において非常に重要な要素となり、このサービスのためだけに大企業を設立するだけの価値があると言えるだろう。

旧約聖書ヨブ記第38章35節には、「あなたは稲妻を送って、彼らがあなたのところへ行って『ここにいます』と言うようにできるか」と記されています。何千年もの間、ヨブへのこの挑戦は、全能の神のみが成し遂げられる偉業と見なされてきました。しかし今日、忍耐強い現代のヨブである発明家は、この一見不可能な課題を成し遂げました。キリスト教時代の19世紀末に、電話は稲妻の使者の声の使者となり、疲れを知らず、忠実で、真実であり、偽りを知らず、神々の翼のある使者よりも速いのです。

[88]

第9章
電気－その他
蓄電池—プランテ、フォール、ブラッシュの電池—電気溶接—燃焼による直接発電—電気ボート—電気めっき—エジソンの電気ペン—医療における電気—電気焼灼—電気楽器—電気爆破。

電気工学において重要な要素の一つに、蓄電池、二次電池、またはアキュムレータと呼ばれるものがあります。蓄電池は、化学力の対応する等価物として電流を出力するという点で、通常のガルバニ電池やボルタ電池とほぼ同じ原理で動作しますが、一次電池の要素が使い果たされると電池が修復不可能なほど消耗してしまうのに対し、蓄電池はダイナモからの電流を流すだけでいつでも再生できるという点で異なります。ダイナモは、電気力を化学力に変換することでこの電池に蓄え、その化学力はダイナモの電力が供給されている間に生成される化学化合物の中に閉じ込められます。しかしながら、これらの化合物は不安定な化学平衡状態にあり、蓄電池の極が接続されていない限りその状態は維持されますが、回路を通して接続されると、化合物の不安定性が顕在化し、通常の平衡状態に戻る際に、ダイナモによって蓄えられた電流に相当するエネルギーが放出されます。

おそらく蓄電池の最も初期の提案は、1812年にリッターが考案した「二次電池」でしょう。この装置は銅と湿らせた厚紙の円盤を交互に重ねたもので、ボルタ電池から電荷を受け取り、通常の電池から得られる物理的、化学的、生理学的効果を生み出すことができました。しかし、重要な最初の蓄電池は、1860年にガストン・プランテによって作られたもので、10%硫酸水溶液に浸した鉛板で構成されていました。図64には、左側に示す一連の板で構成されたプランテ型蓄電池の改良版が示されています。これらの板はそれぞれ、図65に詳細に示されているように、穴の開いた鉛ケースの中に、波状に加工された鉛板と平らな鉛板を交互に重ねて作られています。鉛板の波状加工により、表面積が大きくなります。[89] 面積が広く、平らなストリップと波状のストリップが交互に配置されているため、適切な間隔が保たれ、硫酸溶液が浸透して作用することができます。各プレートセクションには、適切な端子に接続するためのロッドがあります。充電電流が流れると、正極の鉛プレートは過酸化鉛（PbO 2）で覆われ、負極プレートには微細な金属鉛が析出します。バッテリーが放電されると、過酸化鉛は酸素原子の1つをもう一方のプレートに析出したスポンジ状の金属鉛に与え、両方のプレートは一酸化鉛（PbO）で覆われたままになります。

プランテの蓄電池
イチジク。 64.—プランテの蓄電池。

プレートの詳細
図65．プランテの皿の拡大詳細図。

蓄電池の最も重要な開発は、1880年にカミーユ・A・フォールによって行われた（米国特許第252,002号、1882年1月3日）。1881年の初めに、いわゆる「電気エネルギーの箱」がパリからグラスゴーに送られ、ウィリアム・トムソン卿によって検査とテストが行​​われた。[90] 著名な電気技師。これはM.フォールによる最初の蓄電池の1つでした。図66は、プランテ電池の通常の鉛板の代わりに赤鉛（Pb3O4）で覆われた鉛板を使用したこのタイプの電池を示しています。この電池の作用は、電流が流れると、一方の板（負極）の赤鉛が金属鉛に還元され、もう一方の板の赤鉛が過酸化物（PbO2）の状態に酸化されるというものです。充電された電池が放電すると、これらの作用は逆転します。この電池の要素は、鉛板と赤酸化鉛ペーストの交互の層で構成されています。これらは、10パーセント硫酸水溶液に浸されています。蓄電池には多くの小さな改良が加えられており、716件の米国特許で保護されています。そのほとんどは、赤鉛の塊を所定の位置に保持するためのセル構造に関するものです。最も注目すべきはブラッシュの特許であり、彼は1882年と1883年に多くの特許を取得した。

蓄電池
図66．—蓄電池—故障型。

蓄電池は多くの重要な用途があります。路面電車の推進用電流供給としては、振動の影響と鉛の重量（適切な容量の電池では数千ポンドにもなる）のため、期待外れでした。しかし、蓄電池は照明や発電所の負荷を均等化するのに役立ち、負荷が最大となる時間帯にエンジンやダイナモを補うために稼働します。また、長距離送電線の末端での電気圧の維持、電信、独立した電気照明、船舶の推進、自動車の推進、そして携帯型電源が必要とされるあらゆる用途にも使用されます。過去1年間の自動車の大幅な増加は、蓄電池の生産を大きく刺激しました。ある大手企業（電気蓄電池）は[91] （会社）は、1899年6月1日までの1年間で、2,387,049.91ドルの金額の蓄電池を製造および販売しており、他にも多くの製造業者がいます。

電気溶接システム
図67．電気溶接。

電気溶接は、マサチューセッツ州リンのエリフ・トムソン教授によって発明され、1886年8月10日に特許番号347,140-42、1893年7月18日に特許番号501,546を取得しました。電気溶接は、チェーン、工具、馬車の車軸の製造、シャフト、ワイヤー、パイプの接合、バンド、タイヤ、フープの補修、ボルト、棒材などの延長・短縮に役立ちます。電気溶接には、大きな電流と非常に小さな起電力が必要です。したがって、1～2ボルト、1～数千アンペアの電流が最適です。図67を参照すると、ダイナモからの電流は整流子3の一方の端子に導かれ、この端子は変圧器または誘導コイルの一次線Pの6分の1、3分の1、または2分の1に電流を流すように配置されている。整流子3のもう一方の端子は、絶縁された一次巻線の一方の端子に延びている。[92] コイル4と、そのもう一方の端子がダイナモに接続されている。コイル4には電流量を調整するためのスイッチが設けられている。溶接する棒はクランプCC′に挟まれ、Cは二次導体Sの一方の端子に接続され、可動クランプC′はもう一方の端子に接続されている。電流が流れると、C′が移動して溶接する面の一方が他方に突き出し、接触すると加熱されて溶融する（図W参照）。線路の継ぎ目を溶接したり、その他の用途向けに、より大型の装置も考案されている。

燃焼による直接発電
図68．燃焼による発電。

商業目的の発電は 、ボルタ電池よりも安価なダイナモにほぼ完全に依存している。しかし、ダイナモは蒸気機関によって動力を供給されなければならない。石炭の燃焼による直接的な電気エネルギーの生成が理想的な方法である。エジソンが発明したプロセス（特許番号490,953、1893年1月31日）は、この方向への取り組みとして興味深く、図68に示されている。炭素シリンダーDが気密容器B内に吊り下げられ、酸化鉄Fで囲まれ、全体が炉の上に置かれている。温度が上昇し、炭素が酸素によって攻撃され、二酸化炭素と炭酸が生成され、これらは吸引ファンEによって排出される。2つの電極からワイヤーを通して一定の電流が流れ、金属酸化物が還元され、炭素が消費される。

舵、スクリュープロペラ、モーター
図69．トルヴェの電気ボートの舵とモーター、1881年。

電気航法は、1839年にネヴァ川で最初の試みを行ったヤコビから始まった。彼は、それぞれ64対の電池を含む2つのグローブ電池からなるボルタ電池装置を使用したが、二次電池が完成するまでこの分野での進歩はほとんど見られなかった。1881年、G・トルーヴェ氏は蓄電池と電動機を応用した。[93] セーヌ川の小型ボートへ。図69に示すように、舵の上に設置された電気モーターには、鉄製の舵の中央に配置された3枚の羽根を持つスクリュープロペラとエンドレスベルトで接続されたシーメンス製アーマチュアが備えられていた。ボートの中央には、導線を覆うとともに舵を動かす役割も果たす2本のコードでモーターに接続された2つの蓄電池があった。近年、電気モーターは急速に人気が高まっている。シカゴ万国博覧会を訪れた人は、あの大博覧会で水上での楽しみと移動手段の両方を提供した電気モーターの船団を覚えているだろう。そして今日では、安全な港には、これらの静かに滑るように進む魅力的な遊覧船が一定数ある。 図70は、これらのモーターの1つの縦断面図と全体像である。

電動ボートの断面図と眺め
図70．現代の電動ロケット。

電気めっきは、19世紀に始まり、同世紀に広く普及した電気の偉大な産業応用の1つです。その起源は、19世紀初頭のボルタ、クルックシャンク、ウォラストンに遡ります。1805年、ボルタの弟子であるブルニャテッリは、鋼線を用いて2つの大きな銀メダルをボルタ電池の負極に接続し、金溶液に1つずつ浸すことで、銀メダルに金めっきを施しました。1834年、ヘンリー・ベッセマーは、古代のレリーフ像の製作において、鉛鋳物に銅めっきを施しました。1838年、ヤコビ教授は、印刷用の電鋳版を製作するためのガルバノプラスチック法を発表しました。同年、彼はセント・イサク大聖堂の鉄ドームの電気めっきによる金めっきを監督しました。[94]
[95] ピーターズバーグでは、274ポンドのダカット金が使用された。1839年、スペンサーは電気めっき法について説明し、その作業の日付を1837年9月に遡らせた。1839年、ジョーダンも電気めっき法について説明している。1840年、マレーは非導電性の表面を電気めっき用に導電性にするために鉛を使用した。1840年、ド・ル・リーヴは1828年に使用した電気金めっき法を公表し、同年（1840年）、ド・ルオルツは電気金めっきのフランス特許を取得し、翌年には亜鉛と銅のシアン化物から真鍮の電気めっきを形成した。1841年、スミーはさまざまな金属で電気めっきするためにバッテリーを使用した。 1844年には、ダンサーが1838年に行った電気めっき実験の結果が発表された。1847年には、シリマン教授が電気めっき法を用いて真珠貝を模倣することに成功した。

電気メッキワークショップ
図71．電気めっき工場

19世紀後半には、書籍印刷用の電鋳版の製造、布地印刷用ローラーの製造、金、銀、ニッケル、銅を用いた広範な電気めっき技術が発展し、[96] 規模は大きく拡大したが、基本原理は実質的に変わっていない。しかし、この分野では一般的にボルタ電池に代わってダイナモが使われるようになった。卑金属に銀や金を析出させることで、装飾効果が高まるだけでなく、酸化も防げる。食卓用品や装飾品に使われる銀メッキ製品は至る所で見られる。ニッケルはより安価な装飾効果のために用いられ、銅は印刷用の電鋳や、鋳鉄の錆防止コーティングに広く使われている。図71は電気めっき工場の内部を示しており、右側にダイナモが示され、壁に沿って走る2本の水平ロッドとワイヤーで接続され、めっき液の入った様々なタンクを横切っている。タンクにはめっき対象物を支えるロッドがあり、対象物はめっき液の中に吊り下げられている。同様のロッドがタンクの反対側の電極を支えている。ワイヤーはこれらのロッドを壁側のロッドとダイナモの反対側の極に接続している。

電気ペン
図72．エジソンの電気ペン

1876年に発表されたエジソンの電気ペン（米国特許第196,747号、1877年11月6日）は、電気の単純な応用例の一つであり、長年にわたり原稿の複写に広く用いられていました。図72にその仕組みを示します。この電気ペンは 、適切な電流と振動接点lhを備えた電磁石の極上をアーマチュアkが振動することで、 チューブa内を往復運動するスタイラスbで構成されています。スタイラスは高速で往復運動し、操作者が紙に文字をなぞると、スタイラスは連続した穿孔痕を残し、紙をステンシルとして使用して何枚でも複写することができました。しかし、カーボン紙の多段式複写とタイプライターの普及により、電気ペンは姿を消しました。

電気焼灼器
図73．
電気焼灼器。

医学における電気。―迷信深い人は病気の治療に神秘的な手段に頼りがちで、長年にわたり、科学的知識を全く持たない人々が、肉体が受け継ぐあらゆる病気に対してこの魅惑的な手段を用いてきた。正しく用いれば貴重な治療効果があることは、賢明な人なら誰も疑わないだろう。[97] そして残念なことに、この分野はほとんどの場合、怪しげな詐欺師たちの手に渡り、彼らは商品を売りつけ、信仰療法に頼って治療効果を得ようとしてきた。それでも、この分野には知的な研究者も存在し、今後の研究に大きな可能性を秘めている。

西暦1世紀（西暦50年）、スクリボニウス・ラルグスは、ティベリウスの解放奴隷アテロが、電気ウナギの電気ショックで痛風を治したと記している。1803年、M.カルピューは電気の治療効果に関する実験を発表した。1831年、ファラデーによる誘導電流の発見は、ファラデー電流として知られるものの使用という、電気の医療応用における新時代をもたらした。この原理で動作する最初の医療用装置は、フランスのM.ピクシーによって作られ、このような電流を最初に用いた医師は、フランクフルトのニーフ博士であった。医療用電池は、医師の装備に欠かせない、よく知られた便利な補助器具である。電気浴もまた、電流を適用する一般的で効果的な方法である。このような装置の初期の例は、1861 年 5 月 14 日に Young に付与された米国特許第 32,332 号に示されています。電気焼灼器とプローブもまた、科学的で有用な器具です。焼灼器は、適切な非導電性のハンドルに取り付けられた白金線のループで構成され、白熱したワイヤーのループを腫瘍または切除対象物の周りに締め付ける手段を備えています。これは 1846 年にセントピーターズバーグの Crusell によって発明されました。電気焼灼器の形態は図 73に示されており、aは、分岐がガイドチューブ内をスライドし、両端がスライドリング B に取り付けられている白金線のループです。電流は、非導電性のハンドル A の端にある結合ポストからワイヤーに入り、白金ループaを赤熱します。切除対象物の周囲にあるループaは、ハンドルリング B を引き下げることによって締め付けられます。

身体に装着する衣服や器具における電気の様々な応用は、ほとんど終わりがない。無数のベルト、電気手袋、指輪、ブレスレット、ネックレス、トラス、コルセット、靴、帽子、櫛、ブラシ、椅子、ソファ、毛布の特許がある。電気の香りのボトル、絆創膏、電気眼鏡、はさみ、足温器、ヘアシンガー、注射器、飲料カップの特許も取得されている。[98] 散髪器、懐中電灯、カテーテル、ペッサリー、ガスライター、運動器具、ドアマット、さらには電気ヘアピンや電気ガーターベルトまで。

電気楽器には、ピアノ、バンジョー、バイオリンなどがあり、これらはすべて電気機器の助けを借りて自動的に演奏されます。図74には、現代の電気ピアノが示されています。蓄電池または電線で駆動される小型電気モーター1がベルト3を回転させ、プーリー4と鍵盤の下を通る長い水平シリンダー5を回転させます。このシリンダーの上には、鍵盤に作用する機構があります。これは、シリンダー5と摩擦接触すると、小さな垂直ロッドに作用し、演奏時に指が鍵盤を押すのと同じように鍵盤を押し下げる一連のブレーキシューで構成されています。適切な鍵盤の選択は、音符を表す点と線で穴が開けられた移動式の紙片によって行われ、この紙片は電気電池の端子である2つの金属接点の間を通過します。[99] 接点が非導電性の紙によって隔てられているときは電流は流れませんが、接点が穿孔部を通して接触すると、電磁石を通して電流が流れ、これにより適切なブレーキシューが所定の位置に移動して、常に回転しているシリンダ５によって持ち上げられるようになります。

エレクトリックピアノ
図74．―エレクトリックピアノ

電気爆破。— 1812年、シリングはガルバニック電流を用いて機雷を爆破することを提案した。1839年、パスリー大佐は電気爆破によって「ロイヤル・ジョージ」号の残骸を爆破した。1843年1月26日、キュービット氏は電気爆破を用いてラウンド・ダウン・クリフを破壊した。そして現代では、ニューヨーク港の入り口にあるヘル・ゲートの水路を深くし、岩を取り除くための大規模な掘削作業が電気爆破の注目すべき事例であり、その成功は間違いなく使用された電流によるところが大きい。

誘導コイルや変圧器、電気ベルやホテルのアナウンサー、電気鉄道信号、電気ブレーキ、電気時計や精密機器、電気暖房、電気園芸、そして美しい電気噴水については、ごく簡単に触れるにとどめておく。しかし、これらはすべて19世紀のものであり、興味深い発展を遂げたものである。

電気化学および金属の電解精製は、電気の応用分野において、広範かつ重要な分野であり、化学および金属加工に関する章でより詳しく扱われている。

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第10章
蒸気機関。

ヒーローのエンジン、その他の初期の蒸気機関—ワットの蒸気機関—カットオフ—ギファールインジェクター—ブルドンの蒸気ゲージ—給水加熱器、煙消費器など—回転エンジン—蒸気ハンマー—蒸気消防車—複合エンジン—シュリックとテイラーの可動部品の運動量バランスシステム—統計。

原始人が初めて内省という批判的な光を自らに向け、自らの欠点に気づいたとき、彼の中には弱さを補い、世界の運命を左右する存在になろうという願望と決意が芽生えた。彼の腕力は野獣の力には及ばず、動物のように速く移動することも、鳥のように高く舞い上がることも、魚のように海を泳ぎ渡ることもできなかった。自然の力の偉大さに最初は畏敬の念を抱き、やがて神として崇拝するようになり、彼は自らの弱さに震えた。そして彼は発明を始め、物理法則の中に恐怖からの逃避と野望の解決策を見出し、これらの力を訓練して自らの意志に従わせ、支配する権利を確立したのである。何世紀にもわたる迷路から蒸気機関が誕生した――進化の法則に反するから、一度にすべてが生まれたわけではない――しかし、徐々に実用性、効率性、そして最終的には完成へと成長し、今日では生命とエネルギーに満ち溢れ、世界を動かす、人間の創意工夫の美しい記念碑としてそびえ立っている。蒸気機関は19世紀に何をもたらさなかっただろうか？蒸気機関は機関車を鳥が飛ぶよりも速く遠くまで大陸を横断させ、海上ではどんな魚も巨大な蒸気船に匹敵できない。蒸気機関は穀物を挽き、布を織り、本を印刷し、鋼鉄を鍛造し、生活のあらゆる分野において、文明の遍在する、疲れを知らない、強力な原動力となっている。野心的な若い哲学者は、電気が蒸気に取って代わると予測するだろうか？それはまだ合理的な予言とは言えない。石炭の燃焼から直接電気を生成することは未解決の問題であり、発電機の背後には常に蒸気機関が存在する。蒸気機関は控えめに静かに、自らが駆動するダイナモにその全生涯の仕事を与え、功績を気にかけず、電気の美しく印象的な現象にも無関心である。[101] 世界を驚かせるような出来事もあったが、力の相関法則が常に蒸気機関へと導いてくれるという静かな信念のもと、謙虚にその責務を果たし、蒸気機関を本来あるべき場所、すなわち人類のあらゆる有用な手段の頂点へと押し上げるだろうと信じていた。

19世紀には、蒸気機関の発明は含まれていませんでした。ジェームズ・ワットの偉大な功績は、過去から受け継いだ遺産のひとつでしたが、今日の経済的で効率的、優美で数学的に完璧な蒸気機関は、まさにこの時代の産物です。

英雄のアイオロピル
図75．英雄の機関、紀元前150年

蒸気機関の起源は古代に遡り、紀元前150年にヘロンがアレクサンドリアのセラピウムで最初の蒸気機関を製作し展示した。それは回転式で、「アイオロピル」として知られていた。中世には発明の精神は眠っていたようで、ヘロンの機関の時代から、この分野の発明への関心が活発に復活するまでには、およそ18世紀が経過した。1629年のジョヴァンニ・ブランカ、1633年のウスター侯爵、1695年のパパン博士、1698年のサヴァリー、そして1705年のニューコメンはワットの先駆者であり、彼に確かな基礎を与えた。奇妙に思えるかもしれないが、1894年にはイギリスに古いニューコメン式蒸気機関が存在し、おそらく今も存在している（図76参照）。それは少なくとも100年間風雨にさらされ、ゆっくりと錆びて崩れ落ちている。それはフェアボトム渓谷にあり、アシュトン・アンダー・ラインとオールダムの中間地点に位置し、故スタンフォード伯爵の遺産管理人の所有物である。[102] そしてウォーリントン。これは、基部が幅14フィート、高さ7フィートの頑丈な石造りの柱の上に建てられており、その上部には、トラニオンで支えられた長さ20フィート、厚さ12インチ、高さ14インチのオーク材の梁があります。この梁は鉄で補強されており、セグメント状の端部があり、片端にピストン、もう一方の端にバランスウェイトが付いています。ピストンとポンプロッドはチェーンで接続されています。シリンダーは鋳鉄製で、直径27インチ、ストロークは約6フィート、蒸気は底部からのみ流入します。これはかつて鉱山の揚水に使用されていました。

ニューコメン機関の残骸
図76．旧型ニューコメン機関。

しかしながら、19世紀が過去から受け継いだ、他に類を見ない貴重な遺産は、ジェームズ・ワットが1782年に英国特許第1321号で公開した複動式蒸気機関であった。それ以前は、蒸気機関はほぼ専ら揚水に用いられていたが、ワットの発明によって、あらゆる産業分野にその用途が拡大したのである。[103] ワットの複動エンジンを図77に示す。このエンジンは、複動ピストンと弁装置EFGHを備えたシリンダーA、ピストンの往復運動をウォーキングビームの湾曲した振動軌道に変換する平行運動R、排気蒸気を凝縮するための噴霧器Iを備えた凝縮器室K、凝縮器から水と真空によって水から吸い出された空気を除去するポンプLJ、給水ポンプN、自動ボールガバナーD、およびスロットルバルブBから構成される。ポンプロッドL上の2本のピンがレバーHを叩いて弁装置を作動させ、収集ロッドPとクランクQがウォーキングビームの振動をフライホイールの連続回転に変換する。

ワットのエンジンの詳細
図77．ワットの複動式蒸気機関。

ワットの自動ボールガバナーを図78に示します 。その機能は次のとおりです。エンジンの動作負荷が、実行中の作業の一部が停止することによって軽減されると、エンジンは回転速度が速くなりすぎたり、通常の負荷以上の負荷がかかると「回転速度が遅く」なったりします。エンジンの動作において規則的で均一な動きを確保するために、ワットは自動または自己調整式のボールガバナーとスロットルバルブを発明しました。垂直軸Dは、プーリーd上のバンドによって常に回転しています。エンジンが回転速度が速くなりすぎる傾向は、[104] 高速回転は遠心力によってボールを上方に押し上げ、これがトグルリンクfhを介してレバーFGHを引き下げ、スロットルバルブZを部分的に閉じ、エンジンへの蒸気の流れを減少させます。エンジンの回転速度が遅くなりすぎると、ボールが下降し、レバーを反対方向に動かしてスロットルバルブを開き、エンジンへの蒸気の流れを増加させます。ワットのこの複動式エンジンは、蒸気工学の偉大な時代の幕開けを告げるものであり、彼の特許は19世紀に最も偉大な贈り物をもたらすのにちょうど良いタイミングで期限切れとなりました。

遠心式ボールガバナーとスロットルバルブ
図78．ワット式自動調速機およびスロットルバルブ。

蒸気機関は大きく分けて2種類あります。1つは低圧機関で、通常1平方インチあたり40ポンド以下の蒸気を使用します。もう1つは高圧機関で、50～200ポンドの蒸気を使用します。低圧機関では、ピストンの片側に蒸気の膨張圧力がかかり、反対側には真空の吸引力が加わります。この真空は、排出蒸気（排気蒸気）を冷水で凝縮させることによって作られます。ピストンを動かす力が2つあるため、ボイラー内の圧力は比較的低くて済みます。高圧機関では排気蒸気の凝縮は行われず、排気蒸気は直接空気中に排出されます。このタイプは元々「パファー」と呼ばれていました。低圧機関の身近な例としては、外輪式の旅客用蒸気機関車があり、高圧機関の例としては蒸気機関車が挙げられます。

カットオフの図
図79．カットオフの原理。

蒸気機関の開発における最も重要なステップの1つは、カットオフ機構の追加でした。カットオフ機構が採用される以前は、ピストンが作動している間ずっとシリンダー内に蒸気が供給されていました。[105] シリンダーの一端から他端までのストローク。カットオフ（ 図 79参照）では、ポートpから蒸気が供給され、ピストンが矢印の方向に駆動されているとき、ピストンが位置 1 に到達したときに蒸気を遮断すると、チャンバーa内のその背後の蒸気の膨張作用により、ピストンがストロークの終端、つまり位置 2 まで有効な力で移動し続けることがわかりました。これはもちろん、蒸気の大幅な節約につながりました。さまざまなカットオフが考案されています。おそらくほとんどの人が最も簡単に認識できるのは、外輪蒸気船の機関室で見られるもので、図80に図が示されています。これは 1841 年に FE シッケルスによって発明され、最初の成功したドロップカットオフでした。これは、1842 年 5 月 20 日、1843 年 7 月 20 日、1844 年 10 月 19 日、第 3,802 号、および 1845 年 9 月 19 日、第 4,201 号の特許でカバーされています。ロックシャフトsは、パドルホイールシャフトからの 偏心ロッドeによって作動します。ロックシャフトには、ロッドbb上の脚cに作用し、交互に持ち上げるリフティングアームaがあります。これらのロッドbの 1 つは蒸気を導入するバルブを作動し、もう 1 つは蒸気を排出するバルブを作動します。蒸気を導入するバルブロッドは、ピストンがストロークの終わりに達する前に生蒸気を遮断するために、急激に落下します。 図 81には、中央のリストプレートと 4 つの放射状ロッドがバルブを作動させる有名なコーリスカットオフおよびバルブギアが示されています。この弁装置は、コーリスの特許第6,162号（1849年3月10日）および第8,253号（1851年7月29日）に記載されていた。

シッケルの遮断機構
図80．シッケルズ式ドロップカットオフバルブ機構。

コーリス遮断機構
図81．コーリス式遮断弁およびバルブ機構。

蒸気機関の重要な改良点の中には、ボイラーへの給水に関するものもあり、ジファール式インジェクターは、あらゆるボイラー給水装置の中で最もシンプルで独創的なものである。これは1858年に発明され、1858年5月8日付のフランス特許第21,457号および米国特許によって保護されている。[106] 特許番号 27,979、1860 年 4 月 24 日。ジファール インジェクター以前は、蒸気ボイラーへの給水は通常、蒸気ポンプによって行われ、蒸気の圧力に逆らってボイラー内に水が送り込まれていました。ジファール インジェクターは、ボイラーから蒸気のジェットを取り出し、外部パイプ内の水を持ち上げ、ボイラー自身の圧力に逆らって直接ボイラー内に吹き込みます。この仕組みは当初、非常に逆説的で非効率的に思えたため、信じてもらえず、繰り返し実証されて初めて実用的な装置として受け入れられました。その構造は図 82に示されています。A はボイラーと連通する蒸気管、B は A から小さな穴を通して蒸気を受け取り、円錐で終わる別のパイプです。C は先端が円錐形をしたねじ棒で、クランク M によって回転し、蒸気の流れを調整したり、遮断したりする役割を果たします。D は吸水管です。吸い上げられた水は蒸気管の周囲に入り込み、その蒸気管の円錐状の端部にある環状空間を通って排出される傾向がある。この環状空間は、レバーLによって任意に拡大することができ、レバーLはねじに作用し、ねじの役割はパイプBとその付属部品を[107] 前後に動く。E は、I で凝縮した蒸気の噴流によって注入された水を受け取る分岐管であり、ボイラーの圧力に比例して水の速度の一部を与える。F は、装置が作動していないときにボイラーから水が漏れないようにする逆止弁を備えた箱である。G は、注入された水をボイラーに導くパイプである。H はパージまたはオーバーフローパイプであり、K は装置の動作を観察できる点検口であり、自由空間では水の流れがはっきりと見える。図 83 は、現在ではほぼすべての機関車にこの装置が装備されている機関車へのインジェクターの適用例を示している。

ジファール注射器
図82．ギファールインジェクター。

機関車用インジェクター
図83．機関車に搭載されたインジェクター。

圧力計
図84．―
ブルドン管圧力計。

ボイラー内の圧力を安全限界内に維持し、実施中の作業に合わせて調整することは、技術者の重要な職務の一部であり、蒸気圧力計なしではこれを行うことはできません。最もよく知られているものの1つは、図84に示すブルドン圧力計です。これは、1849年にパリのブルドンによって発明され、1849年6月にフランスで、1852年8月3日に米国で特許番号9,163で特許を取得した気圧計の原理に基づいて構築されています。ねじ込み式のシンブルBとストップコックAがボイラーのシェルにねじ込まれ、コイル状のパイプCの一端がシンブルと連通し、もう一方の端Eは閉じられ、リンクFによって軸上のアームに接続され、そのアームには目盛りの付いたスケール上を移動するインデックスハンドが付いています。[108] 拡大断面図に示すように、コイル状の管Cは扁平管の形状をしており、ケースに収められている。この扁平管内の蒸気圧が変化すると、コイルが膨張または収縮し、目盛りの上で人差し指を動かすことで圧力の度合いを示す。

蒸気機関の発展に伴い、燃料節約の取り組みも考慮に入れなければならない。これらは、ボイラー構造における蒸気発生表面積の拡大、排気蒸気用の表面凝縮器、燃料の燃焼促進および煙の燃焼装置、給水加熱器などに分類できる。19世紀以前にも、スミートンは煙道が貫通する円筒形ボイラーを考案したが、今日の多管式蒸気ボイラーは、蒸気機関にとって19世紀の非常に重要な付属装置である。私たちの機関車、消防車、魚雷艇のエンジンは、これがなければ何の価値もないだろう。パッキン継手またはねじ継手で固定された取り外し可能な部分で構成されるセクション式蒸気ボイラーも重要な発展である。これにより、欠陥が生じたセクションを取り外して交換することができ、また、必要なサイズにセクションごとに組み立てることもできる。燃料の燃焼を促進するために、空気または蒸気、あるいはその両方を吹き付けることで通風を促します。通風は、中空の火格子、燃焼室内のジェットパイプ、または煙管内の排気蒸気の排出によって行われます。表面凝縮器は、冷水が流れる多管構造の広い表面積に排気蒸気を通過させます。給水加熱器は、煙道から放出される廃熱を利用してボイラーに供給される水を加熱し、ボイラーが使用する水が温まるようにします。[109] ボイラーに注入され、炉の負担が軽減される。

ブランカの蒸気タービン
図85．ブランカの蒸気タービン、1629年。

蒸気タービンの縦断面図
図86．1891年製パーソンズ水車の断面図。

往復式蒸気機関では、各ストロークの開始時にピストンの慣性を克服し、各ストロークの終了時にその運動量を停止する必要があり、これには大きな動力損失が伴います。蒸気の力を使ってピストンを常に同じ方向に動かすことができれば、この損失は回避できます。この試みは多くの発明家の注目を集めており、これらの装置はロータリーエンジンと呼ばれています。最も成功したエンジンは、[110] このタイプは衝撃式で、水車に水が当たるように蒸気の噴流がバケットに衝突し、今日では蒸気タービンとして知られています。最も古いものは1629年のブランカの蒸気タービン（図85参照）で、今日使用されているこのタイプの最も重要なものは、イギリスのパーソンズ氏とスウェーデンのデ・ラヴァル氏のものです。パーソンズタービンの内部構造は 図86に示されており、1891年の英国特許第10,940号と1896年1月28日の米国特許第553,658号でカバーされています。一連のタービンが同じ軸上に順番に配置され、それぞれが前のタービンから蒸気を受け取り、次のタービンに渡します。各タービンは、ケーシング上の固定蒸気ガイドのリングと、シャフト上の可動ブレードのリングで構成されています。蒸気はまず最初のガイドを通過し、次に最初の可動ブレードを通過し、次に2番目のガイドを通過し、次に2番目の可動ブレードを通過する、といった具合に続きます。

複合蒸気タービン
図87．パーソンズ式複合蒸気タービン、複数のプロペラシャフトによる構成。

パーソンズ氏は、自身のタービンを船舶推進に応用する際に、図87に示すように複数のプロペラシャフトと蒸気タービンを使用しており、これは 1898年8月9日に発行された米国特許第608,969号でカバーされている。

デ・ラバル製蒸気タービン
図88．—デ・ラヴァルの蒸気タービン。

デ・ラバル製タービンで駆動されるダイナモ
図89．デ・ラバル式タービンとダイナモのギア接続。

図88に示すデ・ラバル式タービンは、非常にシンプルな構造で、外周に一連のバケットが円形のリムで囲まれた鋼鉄製のホイールと、側面に発散するジェットオリフィスを備えた一連の蒸気ノズルから構成され、蒸気ジェットをバケットに噴射します。この構造により、毎分30,000回転の速度を達成できます。図89には、ダイナモに適用される300馬力のデ・ラバル式蒸気タービンが示されています。このタイプのエンジンは、ダイナモに特に適しています。ダイナモは右端に、蒸気タービンは右端に示されています。[111] 一番左にあるのがタービンで、その間のドラム状のケーシングには歯車が収められており、タービンホイールの高速回転をダイナモの適切な動作速度まで減速します。ここ数年で、パーソンズ式蒸気タービンが船舶推進に応用され、速度に関して非常に顕著な成果を上げています。1897年に建造された小型蒸気船「タービニア」は、パーソンズ式複合蒸気タービンを3基搭載し、32 3/4ノットの速度を達成しました。さらに最近では、魚雷艇「バイパー」が蒸気タービンで37.1ノット、つまり時速40マイルを超える驚異的な速度を達成しました。米国では、さまざまな形式のロータリーエンジンに関して約2,000件の特許が付与されています。

1893年のシカゴ万国博覧会の交通館で最も注目を集めたものの1つは、ベスレヘム鉄工所の蒸気ハンマーの模型で、脚を立てて立っていた。[112] まるで巨大な「ロードス島の巨像」のように、そびえ立つ高さ91フィートの巨大な機械は、このタイタニック号の機械の働きに大きく依存している大型蒸気船や戦艦の模型の中でもひときわ異彩を放っている。稼働中の機械に取り付けられたハンマーヘッドの重量は125トンにも達し、我が国の戦艦に使用されている厚さ17インチの装甲板の多くは、この機械の凄まじい打撃によって鍛造されたものである。

1838年、当時建造された中で最大の蒸気船「グレートブリテン号」の建造中に、イギリスやスコットランドには、その船のパドルシャフトを鍛造するのに十分な力を持つ鍛造ハンマーがないことが判明しました。この緊急事態に対応したのは、イギリスのナズミス氏で、彼は蒸気ハンマーを発明し、1842年の英国特許第9,382号（1843年4月10日、米国特許第3,042号）で特許を取得しました。その現代版の例を図90に示します。これは、上部に蒸気シリンダーがあり、そのピストンが鉄のブロックに取り付けられ、ハンマーヘッドを形成し、フレームの2本の脚の間のガイド内を垂直にスライドします。バルブギアは、ピストンの両側への蒸気の流れを制御するように配置されており、このような現代の蒸気ハンマーのバルブギアは非常に精巧に調整されているため、熟練した職人は[113] 蒸気ハンマーは、まるでワイングラスに卵を割るかのように、グラスに触れることなく、巨大な金属塊を正確かつ繊細に操る。蒸気ハンマーのおかげで、戦艦用の重装甲板や初期の蒸気船のプロペラシャフトが誕生した。実際、大型蒸気船を可能にしたのは蒸気ハンマーだった。ナズミス氏は蒸気ハンマーだけでなく、蒸気杭打ち機も発明した。

スチームハンマー
図90．蒸気ハンマー。

迅速な対応、精巧に調整された機械、そして華やかな仕上がりを誇る蒸気消防車は、蒸気動力の代表的な活用例です。パレードでは機関車の中でもひときわ目立ち、いざという時には疾走するスプリンターのように、サラブレッドのような気迫と効率で任務を遂行し、生命と財産を守る上で非常に有能で頼りになる存在です。最初の可搬式蒸気消防車は、1830年頃、ロンドンでブラスウェイト氏とエリクソン大尉によって製造されました。1841年には、ホッジス氏がニューヨーク市で同様の機関車を製造しました。シンシナティは、消防署の装備の一部として蒸気機関車を採用した最初の都市です。今日、文明世界の重要な都市や町はすべて、その存続と維持のために蒸気消防車に頼っています。消防車の改良のほとんどの目的は、出動までの時間を短縮することであり、最も重要な改良点の1つは、消防車が車庫で待機している間、ボイラー内の水を高温に保つことである。そうすることで、火災が発生し、現場へ出動する際に、すぐに水が温かくなっている。この装置はウィリアム・A・ブリキルの発明であり、1868年8月18日に特許を取得した。[114] 特許番号81,132。図91に示すように、エンジンから床の点検口を通って伸びる2本のパイプは、地下室にある給湯器に接続されており、この給湯器は蒸気ボイラー内の温水を常に循環させている。これらのパイプに設けられた継手は、火を起こす際にエンジンを素早く切り離すためのものである。

温水循環システム搭載の消防車
図91．—温水加熱装置付き蒸気消防車。

蒸気機関のその他の有用な用途としては、蒸気式耕うん機、蒸気式ドリル、蒸気式浚渫機、蒸気式プレス機、蒸気式ポンプなどがあり、後者の代表的なものとしては、ブレイク式、ノウルズ式、ワーシントン式などが挙げられる。

ドイツの4重拡張エンジン
図92.—「ドイチュラント」号の6気筒4段膨張エンジン、出力35,640馬力。

現代の蒸気機関の最高型は複合多段膨張機関であり、直径の異なる3つ以上のシリンダーとそれに対応するピストンが配置され、蒸気が最初に最も小さいシリンダーのピストンに高圧で作用するように設計されている。[115] そして、中間シリンダーと呼ばれる次のより大きなシリンダーに排出され、そのピストンに膨張作用を与え、そこからさらに大きな低圧シリンダーに流れ込み、そのピストンにさらなる膨張作用を与える。複式エンジンの基本原理はワットの時代に遡り、その最初の形態は1781年の英国特許第1,298号に記載されているホーンブロワー複式エンジンに現れたが、[116] 現代の改良により、それはほぼ新しい発明と呼べるほどに進化しました。その好例が図92に示されています。これは、ハンブルク・アメリカンラインの新しい蒸気船「ドイッチュラント」の4段膨張機関を表しています。ただし、高圧シリンダー2基は、工場内に収まらないほど高いため、図には示されていません。しかし、高圧シリンダー2基は、低圧シリンダー2基の上部にある2枚のベッドプレートの上に垂直に立っています。6基のシリンダーの各セットでは、低圧シリンダー2基が中央にあり、そのすぐ上に高圧シリンダー2基が直列に配置され、前方端に第1中間シリンダー、後方端に第2中間シリンダーがあります。低圧シリンダーの直径は106インチ、中間シリンダーはそれぞれ73.6インチと103.9インチ、高圧シリンダー2基の直径は30.6インチで、蒸気圧は225ポンドです。その改良点には、1897年11月23日に米国で特許番号594,288および594,289を取得したシュリックのシステムと、1898年11月22日に特許番号614,674を取得したテイラーのシステムが含まれており、これらは可動部品の大きな質量の運動量をバランスさせるための精緻な数学的原理を具現化しているため、エンジンは振動や船体への損傷を与えるような負荷をかけることなく高速で運転することができる。

マルホールは、軍艦を除く1895年時点の世界の蒸気馬力を以下のように示している。

 文房具。    鉄道。 蒸気船。    合計。

世界 11,340,000 32,235,000 12,005,000 55,580,000
アメリカ合衆国 3,940,000 10,800,000 2,200,000 16,940,000
アメリカ合衆国における蒸気機関の出力は、1860年の350万馬力から1895年には1694万馬力へと増加し、わずか35年で約5倍になった。

サーストン教授によると、1890年には世界のすべての蒸気機関の合計出力は1億に迫っていたとのことです。[2]馬力は、米国が1500万、英国が同数、その他の国々はそれより少ない量でした。馬力を5人の労働力に相当するとすると、蒸気機関の労働力は5億人の労働者の労働力に相当します。また、蒸気機関の助けを借りれば、今日では1人の人間が前世紀の120人の労働力に相当すると言われています。

[2]サーストン教授の見積もりには間違いなく軍艦が含まれているが、マルホールの後の見積もりには含まれていない（マルホールの『国家の産業と富』、1896年、4ページと379ページを参照）。

[117]

蒸気機関が世界の歴史と運命に及ぼした影響は、いかなる知的な計算や推定をもはるかに超える、実に印象的なテーマである。それは19世紀最大の原動力であった。10万人の労働力が20年間かけても、エジプトに巨大なピラミッドを建設することは不可能であり、それは忍耐の記念碑としてのみ残る。しかし、現代の発明家の天才は、鋼鉄の筋肉を持つ機械を作り上げ、それはエジプトの奴隷よりもはるかに忍耐強く、疲れを知らない。発明家は機械に水を一杯与え、石炭をその黒い奴隷とし、自らは両方を支配することで、19世紀に自らの戦車を星に繋ぎ、比類なき偉業を成し遂げたのである。

[118]

第11章
蒸気鉄道。
トレヴィシックの最初の機関車—ブレンキンソップの機関車—ヘドリーの「パフィング・ビリー」 —スティーブンソンの機関車—リンク・モーション—ストックトン・アンド・ダーリントン鉄道、1825年—ハックワースの「ロイヤル・ジョージ」 — 「ストゥールブリッジ・ライオン」 — 「ジョン・ブル」 —ボールドウィンの機関車—ウェスティングハウスの空気ブレーキ—ジャニーの車両連結装置—ウッドラフの寝台車—鉄道統計。

馬車や荷馬車に関する特許が他のどの分野よりも多く付与されているという事実は、輸送手段が人間の発明の才能の大部分を駆使し、人間の必要性と最も密接に結びついてきたことを示している。乗客や貨物の輸送は文明の進歩と直接関係しているようで、この分野で最も影響力のある要素は蒸気機関車である。1680年、アイザック・ニュートン卿は蒸気の噴流の反作用によって推進される蒸気馬車を提案した。1759年、ロビンソン博士はワットに蒸気馬車を提案した。1769年、キュニョーは蒸気馬車を製作した。1770年、シミントンと1784年、マードックは実動モデルを製作し、1790年にはネイサン・リードも蒸気輸送の実験を行ったが、19世紀はいくつかの実験が放棄されたことと、この分野の発明家たちの批判と失望以外には何も成果がないまま幕を開けた。

トレヴィシックの機関車
図93．トレヴィシックの機関車、1804年。レール上を走行した最初の機関車。

機関車の父であり、その開発に力を注いだ19世紀の最初の発明家は、コーンウォール州カンボーンのリチャード・トレヴィシックでした。1801年、彼は7、8人の乗客を乗せられるように改造した最初の蒸気自動車を製作しました。この自動車は「鳥のように飛び立った」と言われていましたが、故障してしまい、後にトレヴィシックのパートナーとなるヴィヴィアン大尉の家に運ばれました。この斬新で、彼女にとっては恐ろしい機関車を見た老婦人は、「まあ、ヴィヴィアンさん、次はどうなるのでしょう？ まるで歩く、煙を吹く悪魔のようです」と叫んだと言われています。1802年3月24日、トレヴィシックとヴィヴィアンは蒸気自動車の英国特許第2,599号を取得し、1803年には2台目が製作されました。これはトレヴィシック大尉の「煙を吹く悪魔」として広く知られていました。 1804年、南ウェールズのペン・イ・ダランで3番目のエンジンが建造された。[119] レール上を走る蒸気機関車。図93に示されています。ボイラー内部に水平シリンダーがあり、エンジンの前方のガイド上をスライドするクロスヘッドがあり、クロスヘッドは後部ギアホイールのクランクに接続され、さらに走行輪上の他の2つのギアホイールの上と間に中間ギアホイールと噛み合っていました。クランクシャフトにはフライホイールがありました。蒸気は煙突に排出され、エンジン全体の重量は5トンで、負荷がかかった状態で時速5マイルで走行しました。1808年、トレヴィシックはロンドンの囲いの中に環状鉄道を建設し、蒸気サーカスへの入場料と機関車の後ろに乗る乗車料として1シリングを徴収しました。ここで使用されたエンジンは「キャッチ・ミー・フー・キャン」で、図に示されている歯車のない垂直シリンダーとピストンを備えていました。

[120]

ブレンキンソップの機関車
図94．ブレンキンソップの機関車、1811年。

図94には、1811年製のブレンキンソップの機関車が示されています。これはミドルトン炭鉱で石炭運搬に使用されていました。レール側面の歯に噛み合う歯車を備えていました。火はボイラーを貫通し、煙突を形成するように曲げられた大きな管の中で作られました。ボイラー内部には2つの垂直シリンダーが配置され、ピストンはクロスヘッドとコネクティングロッドによって、メインの歯車に噛み合う小型歯車の車軸上のクランクに接続されていました。この機関車は30トンの重量を時速3.75マイルで牽引しました。

ハックワースの機関車
図95.—ヘドリー作「パフィング・ビリー」、1813年。

1813年、「パフィング・ビリー」はウィリアム・ヘドリーによって製造された。 図95に示すように、滑らかなレール上を走る4つの滑らかな駆動輪があり、これらの車輪は車軸上の中間歯車によって連結され、中央の歯車によって駆動された。この歯車は、頭上のウォーキングビームから連結棒によって駆動された。ヘドリーの機関車はウィラム鉄道で使用され、1862年頃まで稼働していたと言われている。

[121]

機関車の開発に積極的に関わった人物の中で最も著名なのは、ジョージ・スティーブンソンとその息子ロバートであった。スティーブンソンの最初の機関車は、1814年7月27日にキリングワース鉄道で試運転された。1815年、ドッズとスティーブンソンは、それまで使用されていた歯車に代わる、連結棒を駆動輪に取り付ける機構の特許を取得し、翌年には、スティーブンソンはロッシュ氏と共同で、蒸気クッションスプリングを用いて機関車の重量を弾性的に支える機構の特許を取得した。

1825年、イギリスのストックトン・アンド・ダーリントン鉄道が、ジョージ・スチーブンソンの機関車「ロコモーション」によって開通し、貨物と旅客の輸送のために恒久的に運行されるようになった。

ハックワースの機関車
図96.—ハックワースの機関車「ロイヤル・ジョージ」、1827年。

1827年、ハックワースは「ロイヤル・ジョージ」（図96参照）を製造した。この機関では、シリンダーがボイラーの後端に垂直に配置され、ピストンはシリンダーの下端から突き出ており、コネクティングロッドを介して後輪駆動輪の車軸の反対側のクランクに、従来よりも直接的な方法で動力を伝達し、それまでのオーバーヘッド機構を廃止した。[122] ほとんどの機関車に採用された。ハックワースはまた、蒸気噴射を改良し、ベルを取り付け、機関車の外観を大幅に簡素化し、近代化した。

スティーブンソンの機関車
図97.—ジョージ・スティーブンソンの「ロケット」、1829年。

1829年にリバプール・マンチェスター鉄道が完成し、取締役たちは最高の機関車に500ポンドの賞金を提供した。図97に示すジョージ・スチーブンソンの「ロケット」は時速24 1/6マイルの速度を達成し、賞を獲得した。しかし、その成功は、[123] これは鉄道事故による初の死亡事故であり、この列車は人を轢いて死亡させた。主な特徴としては、蒸気送風と多管式ボイラーがあり、後者は長さ6フィート、直径3インチの管が25本あった。火室は外側のケーシングで囲まれ、それがウォータージャケットを形成しており、パイプを介してボイラーの水室と開放的に繋がっていた。

ストゥールブリッジ・ライオン
図98.—「ストゥールブリッジのライオン」、1829年。

アメリカ合衆国で鉄道を走行した最初の実用的な機関車は、図98に示す「ストゥールブリッジ・ライオン」でした。これはイギリスから輸入され、1829年5月にニューヨークに到着し、同年、デラウェア・アンド・ハドソン運河会社の鉄道の一部区間で試運転されました。ボイラーは管状で、排気蒸気は図に示すように煙突の前のパイプを通って煙突に送られました。シリンダーは垂直で、ストロークは36インチ、上部にはグラスホッパービームとコネクティングロッドが備えられていました。

ジョン・ブル機関車
図99.—機関車「ジョン・ブル」、1831年。

図99には、現在ワシントンD.C.の国立博物館に所蔵されている「ジョン・ブル」号が示されています。この機関車は、カムデン・アンド・アンボイ鉄道のためにスティーブンソン社によって製造され、イギリスから運ばれ、1831年に運行を開始しました。1893年のシカゴ万国博覧会では、ワシントン博物館で長期間休眠した後、自力でシカゴまで移動し、912マイルの距離を2両編成の列車を牽引しました。また、博覧会会場の線路で5万人の乗客を運ぶなど、その性能を発揮し、当時62歳であったにもかかわらず、かなりの仕事をこなせることを証明しました。

ボールドウィンの機関車
図100.—ボールドウィンの「オールド・アイアンサイズ」、1832年。

アメリカで初期に使用された機関車のほとんどはイギリスから輸入されたものだったが、アメリカの発明家たちはすぐに自分たちで製造し始めた。フィラデルフィアのボールドウィン機関車工場は、機関車製造の分野で注目すべき実績を残している。1832年に製造された「オールド・アイアンサイズ」は、[124] これはバルドウィン社初の機関車で、20年以上にわたって活躍しました。図100に示されています。車輪は4つあり、重量は5トン強でした。駆動輪の直径は54インチ、シリンダーの直径は9 1/2インチ、ストロークは18インチでした。車輪は鋳鉄製の重厚なハブに木製のスポークとリム、錬鉄製のタイヤを備え、フレームは車輪の外側に木製で取り付けられていました。ボイラーの直径は30インチで、直径1 1/2インチ、長さ7フィートの銅製の煙管が72本ありました。この機関車の価格は4,000ドルで、列車を牽引して時速30マイルの速度に達しました。

旅客用機関車
図101．8輪旅客急行機関車、1863年。

急行旅客用機関車
図102．急行旅客機関車、1881年。

図101には1863年当時の標準的な旅客用機関車が示されており、 図102には1881年当時の機関車が示されています。後者は、おそらく世界史上最大の鉄道建設時代と言えるでしょう。プアーズ・マニュアルによると、1882年末までの3年間で、この事業にかかった現金支出は1日あたり100万ドルと推定されており、その期間中に28,019[125] 米国では、地球全体を一周するのに十分すぎるほどの鉄道網が開通した。この時期の鉄道産業の驚異的な成長ぶりは、以下の表からも垣間見ることができる。これらの表は、この時期以前の40年間におけるボールドウィン社単独の機関車の年間生産台数を示している。

[126]

1842 14 1856 59 1870 280
1843 12 1857 66 1871 331
1844 22 1858 33 1872 442
1845 27 1859 70 1873 437
1846 42 1860 83 1874 205
1847 39 1861 40 1875 130
1848 20 1862 75 1876 232
1849 30 1863 96 1877 185
1850 37 1864 130 1878 292
1851 50 1865 115 1879 398
1852 49 1866 118 1880 517
1853 60 1867 127 1881 555
1854 62 1868 124 1882 563
1855 47 1869 235 1883 557
バルドウィン工場の現在の生産能力は年間1000両で、これまでに約1万5000両の機関車を製造しており、これは米国で使用されている機関車のほぼ半分に相当する。

機関車の様々な特徴の詳細な開発は、長期間にわたって行われ、その過程をたどるのはやや困難である。排気蒸気を煙突に導くという方法は、1804年にはすでにトレヴィシックによって行われていたが、1827年頃にハックワースによってその効果は大幅に向上した。ハックワースは、狭い開口部を通して煙突に蒸気を導くことで、その威力を増強したのである。この方法と、1828年にセガンが考案した管状の機関車用ボイラー、1832年のリンク機構、1833年にスティーブンソンが考案した蒸気笛、1858年のジファール式インジェクター、そして1869年のウェスティングハウス式空気ブレーキは、機関車の最も顕著な特徴である。

[127]

リンク動作
図103．―スティーブンソンのリンク機構。

リンク機構は、若いスティーブンソンとニューヨークのWTジェームズの両方に帰属すると主張されているが、後者が真の発明者である可能性が高い。その目的は、エンジンを逆転させ、またどちらの方向にも蒸気を遮断して膨張作用を起こせるようにすることである。最も一般的に使用されているリンク機構の形式は図103に示されており、スティーブンソン式として知られている。ABは、共通の駆動軸の中心から反対方向に突き出た2つの偏心カムであり、そのロッドは外側の端で湾曲したスロット付きリンクCDで接続されている。このリンクのスロットには、下端がスライドバルブロッドHに連結された、吊り下げられた揺動レバーGFに取り付けられたピンEがはめ込まれている。T字型レバーILKMは、Iの腕がCのスロット付きリンクにロッドで接続されている。反対側の腕には、リンクCDと偏心ロッドの重量をバランスさせるためのカウンターウェイトがKに設けられており、垂直の腕は、機関士が容易にアクセスできる位置にある手動レバーPで操作されるロッドにMで接続されている。リンク CD を下げると、偏心 B は振り子レバー GF と弁棒 H にストロークを伝達し、偏心 A はリンクの端 C を揺動するだけで弁には影響を与えません。リンク CD をピン E がスロットの底にある位置まで引き上げると、偏心 A が作動し、B は作動しません。A は B と逆のストロークを持つため、弁の動作が反転します。リンク CD を半分まで引き上げると、ピン E がリンクの揺動の中心となり、弁棒は全く動きません。リンクを中央位置に近づけたり遠ざけたりすることで、[128] スライドバルブの長さを短くしたり長くしたりすることで、ピストンのストロークにおける蒸気の遮断タイミングを遅くしたり早くしたりすることができる。

機関車999
図104.—機関車999号。

図104は、現代最高の急行機関車の一例です。これは、ニューヨーク・セントラル・アンド・ハドソン・リバー鉄道の有名な999号機です。シリンダーは19×24インチ、動輪の直径は86 1/2インチ、重量は62トン、蒸気圧は190ポンドです。この機関車は、停車時間を除いて時速64.22マイル、つまり1分間に1マイル以上の速度でエンパイア・ステート・エクスプレスを牽引します。

複式機関車
図105．複式機関車

蒸気機関の利用効率と経済性を向上させるため、機関車の最新の開発は、複式膨張機関の原理の応用にある。複式膨張機関では、直径の異なる2つ以上のシリンダーが使用され、高圧の蒸気が小さいシリンダー内で作用し、その後、大きいシリンダーのピストンに排出されて膨張作用を与える。複式機関車の優れた例を図105に示す。シリンダーはペアで配置され、小さい高圧シリンダーが上、大きい低圧シリンダーが下にあり、両方のピストンロッドが共通のクロスヘッドに係合する。この複式機関の原理の応用により、石炭の消費量を25%以上削減できると言われている。

[129]

蒸気鉄道の近代的な改良の中でも特に注目すべきは、空気ブレーキである。この発明は主にジョージ・ウェスティングハウス・ジュニア氏の独創性によるもので、彼は1869年に実験を開始し、1872年3月5日に自動空気ブレーキに関する最初の特許（特許番号124,404および124,405）を取得した。その後、多くの人々がこのシステムを改良するために特許を取得している。空気ブレーキの原理は、蒸気ポンプを用いて機関車の貯蔵槽に圧縮空気を蓄えることである。この空気は、車両間をホースで連結した列車管を通って各車両の下にある補助貯蔵槽に送られる。この貯蔵槽は、ピストンと三弁を備えたシリンダーの隣に配置されている。列車管内の圧力は一定に保たれ、ブレーキをかけるためにピストンを動かす動力は、その隣にある補助貯蔵槽から供給される。この補助貯蔵槽は、機関士が機関車の特殊な弁を通して列車管内の圧力を急激に下げることで作動する。空気ブレーキは、列車を平均速度で走行している場合、列車自身の全長以内の距離で停止させることができ、人命と財産を守る上で非常に重要な役割を果たすため、すべての列車において一定数の車両に空気ブレーキを搭載することが法律で義務付けられている。

自動連結器は、人命救助に大きく貢献した重要な改良点の一つである。こうした連結器は数千件も特許を取得しているが、1873年4月29日に特許番号138,405で取得された「ジャニー」連結器が最も代表的な例である。[130] 1900年には、すべての車両に自動連結器が義務付けられることになる。信号による「閉塞方式」では、先行する列車がその区間を通過するまで、どの列車もその区間に入ることができない。改良された分岐器は人間の記憶に頼る必要がなく、全線路の10分の9を占める鋼鉄製のレールが、鉄道の発展に貢献した。[131] 線路の安定性を高めるため、危険に対する最新の安全対策がさらに講じられている。

寝台車はウッドラフによって発明され、1856年12月2日に特許番号16,159および16,160を取得しました。これらは、プルマンやワグナーの豪華客車、生鮮食品用の冷蔵車、家畜輸送車、石炭輸送車などとともに、設備を増強し、輸送量を増加させ、現代の大規模鉄道システムのあらゆるニーズを満たしています。

アメリカで最初の鉄道は、1826年にマサチューセッツ州クインシー近郊に建設されました。アメリカに6つある大陸横断鉄道の最初のものとなる太平洋鉄道は、1869年に完成しました。壮大なシベリア横断鉄道は完成間近であり、20世紀にはサハラ横断鉄道が、すでに馬の負担を軽減したように、ラクダの負担も軽減するでしょう。

1898年末時点で、米国では36,746台の機関車、1,318,700台の客車が使用されており、線路の総延長（2番線と側線を含む）は245,238.87マイルで、これを直線に延長すると月まで鉄道を建設できるほどでした。株式と債券に表される資金投資は11,216,886,452ドルでした。1898年の総収入は1,249,558,724ドルでした。純利益は389,666,474ドルでした。輸送された貨物のトン数は912,973,853トンでした。貨物からの収入は868,924,526ドルでした。輸送された乗客数は514,982,288人でした。乗客からの収入は 272,589,591 ドル、支払われた配当金は 94,937,526 ドルでした。これに含まれていない高架鉄道と路面鉄道を加えると、米国の鉄道事業の巨大さが明らかになります。1898 年、米国は 3,883,719 ドル相当の機関車 468 台を輸出しました。マルホールは、1896 年の世界の鉄道の蒸気馬力は 40,420,000 馬力で、その 3 分の 1 以上が米国にあると推定しています。また、米国の鉄道は毎日、その人口を構成する 7,000 万人の総重量に匹敵する量の商品を輸送しており、1894 年の世界の鉄道輸送量は平均して毎日1,000 万人の乗客と 600 万トンの商品であったと述べています。そして、その年の世界​​の鉄道投資総額は67億4500万ポンド、つまり約330億ドルに達した。

1900年以前に蒸気機関車によって達成された最高速度は、レイクショア・アンド・ミシガン・サザン鉄道の機関車564号機がシカゴからバッファローへの走行の一部で達成したと言われている。この走行では、平均時速72.92マイルで86マイルを走行した。列車の積載量は304,500ポンドで、86マイルの走行には、時速92.3マイルで1マイル、時速85.44マイルで8マイル、そして33マイルの区間が含まれていた。[132] 1900 年 5 月 26 日、ボルチモアとワシントンの間のボルチモア・アンド・オハイオ鉄道で FU アダムス氏が行った実験では、列車を覆い、空気による減速を防ぐことで、平均時速 78.6 マイルを達成し、下り坂の 5 マイルでは時速 102.8 マイルに達することが実証されました。

世界最大かつ最強の機関車は、ピッツバーグ・ベッセマー・アンド・レイク・エリー鉄道向けに鉄鉱石の長大な列車を牽引するために建造されているもので、そのうちの1両がつい最近完成したばかりだ。シリンダーは24×32インチ、駆動輪は直径54インチ、重量は125トン、牽引力は56,300ポンド、牽引能力は7,847トンである。この巨大な機関車のうち1両は、小麦を満載した全長1マイルを超える貨車列を時速10マイルで牽引することができる。この小麦の積載量は、14平方マイルの土地の収穫量に相当する。今世紀末には、14平方マイルの田園地帯の産物を一度に運び出し、しかも地元の郵便馬車よりも速い速度で走らせることができる鉄の馬車が誕生すると知ったら、私たちの祖先はさぞかし驚くことだろう。

[133]

第12章
Steamナビゲーション。
初期の実験—シミングトンのボート—ジョン・スティーブンス大佐のスクリュープロペラ—ロバート・フルトンと「クレルモン」 —スティーブンスの「フェニックス」による最初の航海—大西洋を横断した最初の蒸気船「サバンナ」 —エリクソンのスクリュープロペラ— 「グレート・イースタン」 —ホエールバック型蒸気船—オーシャン・グレイハウンド—世界最大の蒸気船「オーシャニック」 — 「タービニア」 —フルトンの「デモロゴス」、最初の軍艦—砲塔モニター—近代戦艦と魚雷艇—オランダ潜水艦。

蒸気を船舶の推進力として利用することは、蒸気機関そのものの初期開発とともに、発明家たちの注目を集めた。 1543年のブラスコ・デ・ガライ、1655年のウースター侯爵、1698年のサヴァリー、1707年のドニ・パパン、1730年のジョン・アレン博士、1737年のジョナサン・ハルズ、1757年のベルヌイユとジュヌヴォワ、1763年のウィリアム・ヘンリー（ペンシルバニア出身）、1774年のドーシロン伯爵とペリエ氏、1781年のジュフロワ侯爵、1782年のジェームズ・ラムジー（ポトマック川沿い）、1786年と1789年のベンジャミン・フランクリンとオリバー・エヴァンス、1786年と1796年のジョン・フィッチ、そして1788年から1789年のウィリアム・シミントンが初期の実験者であった。パパンのボートはカッセルのフルダ川で使われていたと言われ、船頭たちが自分たちの生計を奪うことを恐れて破壊したと伝えられている。アレン、ラムジー、フランクリン、エヴァンス（1786年）はポンプから出る水柱を後方に排出することを提案した。ジョナサン・ハルズとオリバー・エヴァンス（1789年）は船尾に車輪を付けた。ベルヌイ、ジュヌヴォワ、マルキ・ド・ジュフロワはアヒルの足の原理でパドルを使用し、前方に引きずると閉じ、後方に押すと広がるようにした。フィッチの最初のボートは、ハンドルをクランクで吊り下げたパドルシステムを採用し、回転することでインディアンがパドルに与える動きを模倣した動きをパドルに与えた。1788年のシミントンのボート（パトリック・ミラーの遊覧船）は側面にパドルホイールを付けていた。シミングトンが次に建造した船は1789年に建造され、これもパトリック・ミラーが所有していたもので、カタマラン型、つまり2つの平行な船体の間に外輪を備えた船だった。

19世紀が素晴らしい歴史を刻み始めた頃、この技術はこのような状態だった。実用的な蒸気船はまだ建造されておらず、[134] この方向への努力は、当時の技術の未熟さによって阻害され、実験的なものとしか見なされず、そのほとんどは放棄せざるを得なかった。しかし、この発明の種は天才という肥沃な土壌に蒔かれ、その大きな可能性への構想がこの分野の発明家たちの熱意を燃え上がらせ、新世紀は間もなく、実用的で効率的な蒸気船をその偉大な資源の一つとして数えることになるだろう。

シミングトンの蒸気船
図106．—シミントン社の蒸気船、1801年。

19世紀最初の蒸気船は、1801年にウィリアム・シミントンによって建造された「シャーロット・ダンダス号」（図106参照）で、1802年にフォース・アンド・クライド運河で使用されました。この船は複動式の「ワット式エンジン」を搭載しており、コネクティングロッドを介して外輪軸のクランクに動力を伝達していました。船尾近くの中央に1つの外輪を備え、馬の代わりに運河での使用のみを目的としていましたが、河岸を浸食する恐れがあったため、使用は放棄されました。

二軸スクリュープロペラと蒸気機関
図107.—スティーブンスの二軸スクリュープロペラとエンジン、1804年。

1804年、ジョン・スティーブンス大佐はハドソン川で、ワット式エンジンで駆動し、彼自身が発明した管状ボイラーと二軸スクリュープロペラを備えたボートを建造した。エンジン、ボイラー、二軸スクリューは図107に示されている。同年、オリバー・エバンスはデラウェア川とシュイルキル川で船尾外輪船を使用した。これは複動式高圧エンジンで駆動し、陸上での運搬に使用した荷車の車輪と、水上での外輪を回転させるようにギアが取り付けられていた。これは原始的な形ではあったが、機関車と蒸気船の両方の役割を果たしていた。

蒸気船クレルモン号
図108.—「クレルモン号」、1807年。

1807年、ロバート・フルトンは「クレルモン号」を建造し、ニューヨークとオールバニー間のハドソン川に恒久的な蒸気船航路を確立した。フルトンは1802年から1803年にかけて、ジョエル・バーロウ氏と共にパリに滞在していた際、ニュージャージー州のリビングストン学長の援助と励ましを受け、全長86フィートの蒸気船を建造していた。船体の強度に欠陥があったため故障したが、フルトンはそこから大きな勇気を得た。[135] 彼はイギリスのボルトン＆ワット社にアメリカへ新しい蒸気機関を送るよう命じ、アメリカに戻ると「クレルモン」を建造した。この船は最初の蒸気船ではなかったが、それでもかなりの長さの航海を行い、実用的な目的で定期的かつ連続的に運航した最初の船であり、フルトンはこの分野で放棄された実験として分類されない最初の発明家であった。最初に建造された「クレルモン」は、歴史書に通常記載されているものとは全く異なる外観の船であった。元の構造の模型はワシントンの国立博物館にある。1807年から1808年の冬に、図108に示すように改造された。その後、外輪蒸気船として登場し、外輪には外側のガードが設けられ、サイドホイールハウスに覆われ、シャフトにはガード内に外側ベアリングが設けられたが、これは元の船にはなかった。船体は全長133フィート、幅18フィート、深さ7フィートであった。 「クレルモン号」のエンジンはベルクランクでクランクシャフトに連結され、外輪シャフトはクランクシャフトとは別個に、ギアで接続されていた。シリンダーの直径は24インチ、ストロークは4フィートだった。外輪のバケットは長さ4フィート、傾斜は2フィートだった。同船はニューヨークからオールバニーまでの150マイルの航海を32時間で達成し、30時間で帰ってきた。これは蒸気機関による初の本格的な航海だった。

蒸気船の発明の栄誉は多くの発明家に帰せられており、多くの優れた実験家がこの分野で研究を行っていたこと、そしてフルトンが彼らの経験から恩恵を受けていたことは事実である。[136] しかしながら、偉大な発明の進化は、多くの人々の知恵の結晶であり、ゆっくりとした累積的なプロセスである。提案者、提唱者、実験者はそれぞれ功績を分かち合う権利があるが、成功を収め、その努力の恩恵を世にもたらした人物こそが世界から称賛される。この点において、フルトンの名は傑出している。「クレルモン号」はブラスコ・デ・ガライの蒸気船より264年後に建造されたものの、「クレルモン号」は実用的な蒸気航行の始まりを告げるものであり、他の発明家の主張がどうであれ、1807年にハドソン川でフルトンによって確立された蒸気航行は、他のどの国においても蒸気船の実用化に少なくとも5年先行していたことは確かである。スコットランドのヘンリー・ベルがクライド川のグラスゴーとグリーノック間を航行する「コメット号」を建造したのは1812年のことであり、1814年になってようやく蒸気船が貸切で運航されるようになった。イングランドのテムズ川。

フルトンがパリで蒸気船の最初の実験を行っていたのと同時期に、当時最も有名な造船技師でありエンジニアであったジョン・スティーブンス大佐は、アメリカで同じ分野で精力的に実験を行っていた。1804年にスクリュープロペラに初めて蒸気を応用した彼は、1807年に外輪駆動の「フェニックス号」を建造した。「フェニックス号」はフルトンの船の直後に建造されたが、フルトンとリビングストンが州議会から得た独占権によってハドソン川での使用が禁じられていたため、ニューヨークからフィラデルフィアまで海路で運ばれ、これが蒸気船による最初の外洋航海となった。

ミシシッピ川で最初の蒸気船は、1811年にピッツバーグのフルトン・アンド・リビングストン社によって建造された100トンの「オーリンズ号」だった。この船は船尾に外輪を備え、ピッツバーグからニューオーリンズまで14日間で航行した。

[137]

1808年にスティーブンス大佐の息子が「フェニックス号」でニューヨークからフィラデルフィアへ航海し、初めて外洋に出たが、大西洋横断の試みは1819年まで行われなかった。この年、380トンのアメリカ蒸気船「サバンナ号」がこの偉業を成し遂げ、大西洋を横断した最初の蒸気船という栄誉を得た。1824年には、イギリス蒸気船「エンタープライズ号」が喜望峰を回り、インドへ向かった。

スクリュープロペラと駆動系
図109.—「ロバート・F・ストックトン」のスクリュープロペラ、エリクソンの特許、1836年。

1804年にスティーブンス大佐が採用したスクリュープロペラは、一般に考えられているように彼が新たに発明したものではなく、その起源は前世紀初頭にあり、古代の風車の単なる発展形であった。1836年に、当時イギリスに住んでいたフランシス・P・スミスとジョン・エリクソン大尉によってさらに発展した。エリクソンは1836年に英国特許第7,149号、1838年2月1日に米国特許第588号を取得し、数隻のスクリュー蒸気船を建造した。そして、米国海軍のロバート・F・ストックトン大尉を通じて、特許の設計図に従ってスクリュー蒸気船「ロバート・F・ストックトン号」を建造し、米国に送ることに成功した。同船の機械配置は図109に示されている。同船には、同じ軸上に2つのプロペラがあり、それぞれ反対方向に回転していた。1つは中央のシャフト上に、もう1つは同心円状の管上にあった。エンジンはプロペラシャフトに直接接続されており、これはエリクソンの改良点のひとつであり、今日まで承認された方式として用いられている。

蒸気船航行の初期の歴史においては、外輪式蒸気船が最も好まれ、内水路だけでなく外洋航行にも用いられた。[138] 1840年、キュナードライン初の船である「ブリタニア」が、この名高い航路の航海を開始しました。この船は、図110に示す「ユナイテッド・ステーツ」と同様に、外輪を備えていました。「ユナイテッド・ステーツ」は、大西洋航路専用に建造された最初のアメリカの蒸気船でした。1852年、コリンズラインのアメリカ合衆国の郵便蒸気船「アークティック」は、大西洋のグレイハウンドとみなされ、航海時間は9日17時間12分でした。この船も外輪を備えていました。

蒸気船ユナイテッド・ステーツ
図110.—蒸気船「ユナイテッド・ステーツ」、1847年。

しかし、内水用の外輪蒸気船と外洋航行用のスクリュープロペラ船は、それぞれが活躍する場面で次第にその適性を確立していった。外輪蒸気船では、最も注目すべき改良点は、ブレースによる船体の補強と、羽根車が垂直位置で水中に出入りし、デッドウォーターを引きずらないようにする機能を持つフェザリングパドルホイールの採用であった。1862年にマンリー、1875年にモーガンが、実用的なフェザリングパドルホイールの特許を取得した。スクリュープロペラ船では、1832年にウッドクロフト、後にグリフィスが貴重な改良を行った。表面凝縮器は、1838年にホールが蒸気船「ウィルバーフォース」で使用し、1841年にシッケルズがドロップカットオフを発明した。

グレート・イースタンとオーシャニック
図111.— 「グレート・イースタン号」、スクリュー式外輪船、1858年建造。全長692フィート、速力12ノット。
「オーシャニック」、二軸推進、1899年建造。全長704フィート、速力20ノット。
1854年に「グレート・イースタン」の建造が始まり、1858年に完成しました。これは当時建造された蒸気船の中で最大であり、1899年に「オーシャニック」にその寸法を抜かれるまで、その大きさの記録を保持していました。両船の比較は図111に示されています。「グレート・イースタン」の全長は692フィート、幅は83フィート、深さは57フィートでした。[139]
[140]全長1/2フィート 、喫水 25 1/2フィート、排水量 27,000 トン、速力 12 ノット。イギリスのエンジニア、ブルネルによって設計され、オーストラリア貿易を目的としていました。スクリュー プロペラと側面に外輪があり、それぞれに 4 基のエンジンが連結されていました。外輪エンジンの蒸気シリンダーは直径 74 インチ、ストローク 14 フィートで、スクリュー エンジンのシリンダーは直径 84 インチ、ストローク 4 フィートでした。合計出力は 10,000 馬力でした。外輪の直径は 56 フィート、スクリュー プロペラは 24 フィートでした。1860 年に大西洋を横断してニューヨークへ行った最初の航海では、15 ～ 24 ポンドの蒸気を運び、2,877 トンの石炭を消費しました。建造費は 3,831,520 ドルでした。この巨大な船は、設計された用途に対して大きすぎて扱いにくく、投資としては失敗に終わった。しかし、その巨大な船体、安定性、積載能力のおかげで、1866年の大西洋横断海底ケーブルの敷設、そして1873年から1874年にかけての他のケーブルの敷設において、非常に有用な役割を果たした。

1874年に「カステリア号」が建造された。これは、2つの平行な船体を横方向に甲板で覆った蒸気船で、イギリス海峡横断時の安定性を高めるように設計されていた。同じ目的で設計され、ほぼ同時期に建造された蒸気船「ベッセマー号」は、4つの外輪を備え、船室全体が回転軸で吊り下げられていたため、海の揺れの影響を受けなかった。

[141]
[142]

後年、エンジンの軽量化、強制送風、蒸気操舵装置、錨巻き上げ装置、防水隔壁、表面凝縮器、電灯、信号装置などにおいて大きな改良が加えられた。1880年までに、大型船舶用エンジンの標準形式は、初期圧力が90ポンドにも達する蒸気を膨張させる複式二気筒型となった。1890年には、3気筒で初期圧力が180ポンドにも達する蒸気を使用する三段膨張エンジンが普及した。1890年には、マクドゥーガルのホエールバック型蒸気船が導入された。1890年6月3日発行の米国特許第429,467号および第429,468号、ならびに1893年6月27日発行の米国特許第500,411号を参照。

ストラムボート・プリシラ
図112．蒸気船「プリシラ」

世界中でアメリカ合衆国ほど優れた外輪蒸気船が見られる国はなく、また、それらの船の舞台としてこれほど素晴らしい内水域がある国もない。ロングアイランド湾を航行するフォールリバーラインの「プリシラ」（図112参照）とハドソン川の「アディロンダック」は、このタイプの優れた例である。「プリシラ」は世界最大の河川船と言われており、全長440フィート6インチ、ガード上部の幅は93フィートである。2基の複合傾斜エンジンで駆動し、直径35フィート、幅14フィートのフェザリング外輪を備え、時速20マイルを超える速度を誇る。エンジンとフェザリング外輪を図113に示す「アディロンダック」は、全長412フィート、ガード上部の幅は90フィートである。[143]
[144] 「アディロンダック」のエンジンと外輪は、現代のアメリカ製外輪蒸気船をまさに象徴するものである。

アティーマー・アディロンダック
図113．ハドソン川を航行する蒸気船「アディロンダック号」のエンジンと外輪。

現代の大西洋横断航路を航行する大型汽船は、最大規模かつ多くの点で最高水準の船舶建築技術を誇っている。近年、各社はしのぎを削り、より大型で高速、そしてより高性能な設備を備えた汽船が次々と登場し、もはや限界に達したかに思われた。添付の表では、最大規模かつ最新の汽船を「グレート・イースタン」号と比較している。

最大級の外洋汽船の寸法。
船名 日付。 全長。
​
ビーム。 深さ。 下書き。 変位。
​
最高
速度。
足。 足。 足。 足。 たくさん。 結び目。
グレート・イースタン 1858 692 83 57 1/2​​ 25 1/2​​ 27,000 12
パリ 1888 560 63 42 26 1/2​​ 13,000 20
ゲルマン民族 1890 585 57 1/2​​ 42 26 12,000 20
カンパニア 1893 625 65 41 1/2​​ 28 19,000 22
セントポール 1895 554 63 42 27 14,000 21
カイザー・ヴィルヘルム・デア・グローセ 1897 649 66 43 29 20,000 22 .35
海洋 1899 704 68 49 32 1/2​​ 28,500 20
ドイツ 1900 686 1/2​​ 67 1/3​​ 44 29 22,000 23 1/2​​
カイザー・ヴィルヘルム・デア・グローセ
イチジク。 114.—「皇帝ヴィルヘルム・デア・グロッセ」

建物の大きさと比較すると、海のように巨大だ。
図115．「オーシャニック」とブロードウェイの建物との比較。

北ドイツ・ロイド社所有で1897年に建造された「カイザー・ヴィルヘルム・デア・グローセ」は図114に示されており、3年間、当時最速の蒸気船として記録を保持していました。「カイザー・ヴィルヘルム」に続いて、1899年にホワイト・スター・ライン社が建造した「オーシャニック」は、史上最大の外洋蒸気船であり、「グレート・イースタン」の規模を凌駕しています。前述の表に示されている「オーシャニック」の寸法が具体的に何を意味するのかは、図115で最もよく理解できます。この図では、ニューヨークのブロードウェイ沿い、市庁舎公園の向かいにある高層ビル群と「オーシャニック」が並べて描かれています。「オーシャニック」をアメリカ合衆国議会議事堂のワシントン記念塔の横に立てると、記念塔の頂上から150フィート（約46メートル）も高くそびえ立ちます。これは、奥行き4部屋、高さ3階建ての普通のレンガ造りの家を、その長さを横に並べて建てた高さに相当します。[145] 船体には、一等客410名、二等客300名、三等客1,000名分の客室があり、乗組員は390名となるため、定員いっぱいの乗客を乗せた場合、総乗客数は2,100名となる。

しかし、海洋建築における最新の成果は、ハンブルク・アメリカン・カンパニーのために建造された「ドイチュラント」号である。「ドイチュラント」号は「オーシャニック」号ほど大きくはないが、速度は速く、最高速度は時速23 1/2ノットで、他のどの外洋蒸気船よりも速い。大西洋を横断した最初の蒸気船「サバンナ」号は、1819年に26日間かけて大西洋を横断した。「ドイチュラント」号は、1900年9月4日の東向き航海で、5日7時間38分で大西洋を横断し、これは記録上最速のタイムである。「ドイチュラント」号は35,640馬力で、2基の青銅製プロペラは直径23フィート、重量30トン、プロペラシャフトは直径25インチである。カイザー・ヴィルヘルム号やオーシャニック号と同様に、同船のプロペラシャフトのクランクは、振動を軽減するためにシュリック方式で設定されている。ドイッチュラント号のエンジンは図92に示されており、外観はカイザー・ヴィルヘルム号に似ている。さらに大型で、おそらくより高速な蒸気船が建造中である。すなわち、北ドイツ・ロイド社によるカイザー・ヴィルヘルム2世号、そしてホワイト・スター・ライン社による全長750フィートで他のどの船よりも長い、名前のない巨大な船である。

これらの巨大な移動宮殿がどのような設備を備えているかを、分かりやすい言葉で説明してみるのも興味深いでしょう。乗客の安全と快適性を確保するため、船体の長さはピッチングを軽減し、ビルジキールはローリングを防ぎ、シュリック式クランクシステムはエンジンの振動を中和します。頑丈な隔壁と気密区画を備えた二重底は、衝突時の浮力を確保します。ボイラーはそれぞれ独立した水密区画に設置されているため、1つのボイラーが損傷しても他のボイラーが作動しなくなることはありません。強力なポンプが流入水の排出用に配置され、最高級の救命ボートも備えられています。広々としたダイニングルーム、遊歩道デッキ、応接室、ピアノ、図書室、喫煙室、客室、子供用キャビン、トイレ、浴室、薬庫、印刷室、そして至る所に設置された電灯は、あらゆるニーズを満たし、あらゆる贅沢な嗜好を満足させます。料理には冷蔵設備、最高級のレンジ、そして豊富な食料品が用意されています。主婦の方々にとって、現代の大西洋横断汽船の市場リストを見るのは興味深いかもしれません。標本は、以下の品目に部分的に含まれています。生肉25,450ポンド、魚3,250ポンド、狩猟肉および家禽類6,370ポンド、パン12,715ポンド、小麦粉43樽、バター3,938ポンド、コーヒー1,307ポンド、砂糖2,790ポンド、102[146] 紅茶7,220ポンド、新鮮な果物7,220ポンド、牛乳1,230ガロン、卵26,106個、オレンジとレモン29,180個、ミネラルウォーター7,033本、ビール1,800本、樽ビール2,688ガロン、ワイン1,240本、シャンパン630本、レタス1,600個、保存果物800瓶、その他比例配分。

大きさの点では「オーシャニック」はこれまでの造船のあらゆる試みを凌駕しているが、外洋汽船は到達可能な最高速度には達していない。パーソンズ型複合回転式蒸気タービンを搭載した40トンの小型船「タービニア」は、時速32 3/4ノットの速度を達成した。最近では、中国政府のためにイギリスで建造された大型船「海龍」がさらに速い速度を達成した。この船は往復動エンジンを搭載しており、平均時速35ノットで18 1/2ノットの航行を達成したとされている。しかし、これまでに達成された最高速度は、全長210フィートのイギリスの魚雷艇「バイパー」によるもので、「タービニア」と同様にパーソンズ型蒸気タービンを搭載している。最近の試験では、「バイパー」は計測された1マイルの距離を時速37.1ノット、つまり時速約43マイルで走行した。

多くの点で、近年の蒸気航海において最も重要な分野は軍艦である。1898年末の世界の主要海軍[3] は次のようにランク付けされています。イギリス、1,557,522 トン。フランス、731,629 トン。ロシア、453,899 トン。アメリカ合衆国、303,070 トン。ドイツ、299,637 トン。イタリア、286,175 トン。そして、それらはすべて蒸気機関のおかげで効率的に運用されています。最初の蒸気軍艦は、当時戦争状態にあったニューヨーク港の防衛のために、1814 年にフルトンによって建造されました。この艦は「デモロゴス」（民衆の声）または「フルトン一世」として知られていました。図 116 の原設計図に示すように、この艦は両端が尖った形状で、側面の厚さは 5 フィートでした。中央には、直径 16 フィート、幅 14 フィート、傾斜 4 フィートの保護された外輪を収容する水路または井戸がありました。単気筒エンジンが片側の外輪を回転させ、反対側のボイラーでバランスを取っていた。当初は20門の砲を搭載する予定だったが、完成時には30門の長砲身32ポンド砲と2門のコロンビアード100ポンド砲が装備された。また、両舷の艦首に潜水艦砲を吊り下げることも提案されていた。敵に熱湯を放つためのエンジンと、砲弾を真っ赤に熱するための炉も備えられていた。全長156フィート、深さ20フィート、幅56フィートで、非常に強力な艦と見なされていた。建造費は278,544ドルだった。鉄甲浮砲台は[147] 1855年のクリミア戦争で初めて使用され、その直後にフランスが初の外洋航行可能な装甲艦「グロワール」を建造し、1859年にはイギリスが装甲艦「ウォーリア」を建造した。

[3]これらの数字は、老朽化し​​て非効率な船舶の約15％を除外した、選別的なリストを表しています。

軍艦デモロゴス
図116。

大きな画像
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1861年の南北戦争は、「モニター」と呼ばれる斬新で印象的な形状の軍艦をもたらした。[4]それはエリクソン大尉の設計図に基づいて建造された。[148] 当時米国に居を構えていた、最も円熟した経験、技能、業績を持つエンジニアが、米国海軍省のために、連合国の河川や港湾を航行するのに適した、軽喫水の鉄甲蒸気砲台を建造することになった。その結果生まれたのが「モニター」である。図117に垂直断面図で示されている主な特徴は、敵にできるだけ標的とならないように水面からわずか数インチしか突き出ていない低い甲板と、砲台を収容する回転式の重装甲砲塔である。1862年、連合国軍は鶏小屋のような装甲で覆われた蒸気船を再建し、これは通常の軍艦の攻撃に対して事実上無敵の恐るべき戦争兵器となり、北軍の艦船に大きな損害を与えていた。 1862年の春、「モニター」はハンプトン・ローズ沖で「メリマック」と交戦し、砲塔式モニターの優れた性能を証明した。

[4]旋回砲塔は、セオドア・R・ティンビーによって発明され、1862年7月8日に特許番号35,846、同年9月30日に特許番号36,593を取得しました。

モニターの断面図
図117．「モニター」の断面図。

「モニター」型艦艇は、現在でもアメリカ海軍の重要な構成要素であり、「モンテレー」と「モナドノック」はその代表的な艦艇である。「モナドノック」は二連砲塔の沿岸防衛モニターで、図118に示されている。低い舷側と小さな浮力のため、航海に適さないと見なされることもあるが、このモニターはそのような疑念を払拭してきた。最近のスペインとの戦争では、「モナドノック」と「モンテレー」の両艦がホノルル経由でマニラまで7,000マイルの太平洋を横断し、デューイ提督の艦隊に何事もなく遅れることなく合流したのである。

モナドノック島でのセーリング
図118.—モニター「モナドノック」

愛国的なアメリカ国民であれば、現代の軍艦に関する記述を読む際に、これら2隻の素晴らしい艦艇について特別な言及がないとは考えないだろう。[149]
[150] 同型艦の代表格である戦艦「オレゴン」と装甲巡洋艦「ブルックリン」は、先月のスペインとの戦争での活躍により、アメリカ海軍の名誉と栄光に大きく貢献し、アメリカの造船技師の技術と効率性を証明した。戦争が始まる前、「オレゴン」は建造された太平洋岸に配備されており、キューバ海域でサンプソン提督の艦隊に加わることが望まれていた。1898年3月6日にピュージェット湾を出港したこの鋼鉄の浮遊要塞は、巨大な砲と18インチ厚の装甲で重く、西大陸の南端を回り、フロリダ沿岸のジュピター入江まで14,500マイルを超える長い航海をし、5月24日に到着した。機関の故障で1時間も遅れることはなく、石炭補給のために停泊しただけであった。キーウェストで石炭補給を終えるとすぐにサンティアゴの封鎖線に加わり、7月3日の大海戦では、試運転時よりも強力な戦力と、わずかに劣るだけの速力を急速に発揮し、「ブルックリン」を除く交戦中の他のすべての艦を容易に引き離し、「ブルックリン」と連携してスペインの巡洋艦の中で最も速い艦を降伏させた。

戦艦オレゴン
図119．戦艦「オレゴン」

図119に「オレゴン」を示す。同艦はサンフランシスコのユニオン・アイアン・ワークスで建造された一級装甲戦艦で、1893年10月26日に進水した。全長は348フィート、全幅は69 1/4フィート、喫水は24フィート、排水量は10,288トン、最大速力は16.79ノット、石炭積載量は1,594トンである。舷側装甲は厚さ18インチの鋼板でできており、[151] 甲板の厚さは 2 3/4 インチです。砲塔の装甲は 6 ～ 15 インチの厚さで、バーベットの装甲は 6 ～ 17 インチの厚さです。エンジンは、ツインスクリュー、垂直三段膨張、直動式倒立シリンダー型です。ストロークは 42 インチで、シリンダーの直径はそれぞれ 34 1/2 インチ、48 インチ、75 インチです。砲塔は、 13 インチ後装式ライフル砲 4 門、8 インチ後装式ライフル砲 8 門、6 インチ砲 4 門、6 ポンド速射砲 20 門、1 ポンド速射砲 6 門、コルト 2 門、3 インチ速射野砲 1 門、魚雷発射管 3 基で構成されています。 13インチ砲はそれぞれ136,000ポンドの重さがあり、全長は39フィート9 1/4インチ、水面から18フィートの高さに設置され、270度の弧を描くように旋回でき、1,100ポンドの砲弾を12マイルの距離まで発射でき、1,000ヤードの距離では厚さ2 1/2フィートの鋼鉄の塊を貫通する威力を持つ。「オレゴン」の建造費は3,180,000ドルだった。

クルーザー・ブルックリン
図120．装甲巡洋艦「ブルックリン」

図120に「ブルックリン」が示されており、1898年7月3日の戦闘で40回以上被弾しながらも航行不能にならなかったという特筆すべき功績を持つ。同艦はフィラデルフィアのウィリアム・クランプ＆サンズ造船・機関建造会社によって建造され、1895年10月2日に進水、建造費は298万6000ドルであった。装甲巡洋艦であり、同型艦としては最新鋭かつ最速の艦の一つである。全長400フィート6インチ、全幅64フィート8インチ、喫水24フィート、排水量9215トン。機関は二軸垂直三段膨張式で、時速21.91ノットの速力を発揮する。最大指示馬力は18,769、石炭積載量は1,461トンである。彼女の砲兵隊は、8インチ後装式ライフル砲8門、5インチ速射砲12門、6ポンド速射砲12門、1ポンド速射砲4門、コルト銃4丁、3インチ速射野砲2門、ホワイトヘッド魚雷発射管4基で構成されている。[152] 装甲の厚さは3インチ、砲塔は5 1/2インチ、砲郭は4～ 8インチ、甲板は3～6インチである。また、砲弾による開口部を自動的に塞ぐためのココア繊維製の喫水線保護装置も備えている。

蒸気船ではないものの、軍艦艇の中で「ホランド」型潜水艦を挙げないわけにはいかないだろう。この潜水艦は1898年の米西戦争で注目を集め、水面下に潜航して攻撃を行うように設計されていた。この種の魚雷艇はアメリカ海軍に導入され、現在では同海軍の装備の一部となっている。

世間の注目を集めてきたあらゆる種類の蒸気軍艦の中で、その大きさに比べて最も興味深いのは魚雷艇である。なぜなら、この海の小さな悪魔ほど、凝縮されたエネルギーと致命的な効果を体現しているものはないからだ。船体はただの殻で、エンジンとボイラーは最高速度のために作られ、乗組員は船底で計り知れない不快感と危険に耐えている。この現代の破壊機関は、急行機関車の速度とサソリの無力さと致命的な意図をもって、暗闇に紛れて巨大な戦艦に忍び寄り、発見される前に魚雷を発射して巨大な船の側面に致命傷を与え、海底に沈め、おそらく自らも破壊の中で滅びる。アメリカ合衆国はこのような魚雷艇を37隻保有している。魚雷艇駆逐艦は、より大きく速い船で、この危険な小型戦闘艦を追い越して破壊することが特別な任務である。

船舶における帆船と蒸気船の比率
図121．―各国の船舶。蒸気船と帆船の比率。

現代における蒸気船航行の発展は驚くほど急速である。マルホールの『国家の産業と富』からの図121は、 1860年に30パーセントが[153] 蒸気船は帆船の70パーセントを占めるが、1894年には蒸気船が80パーセント、帆船が20パーセントという比率になっている。同じ機関は、1895年の世界の商船隊における蒸気船の総馬力を12,005,000と推定した。これに過去5年間の成長と、含まれていない世界の海軍の蒸気軍艦の約4,000,000馬力を加えると、世界の蒸気船の総馬力は2,000万に迫るだろう。

この一章だけの簡略な概観では、この偉大な主題を十分に扱うことはできない。この分野を網羅するには図書館全体が必要となるからだ。しかし、人間の行動という劇場における数々の偉大な場面や出来事の中で、蒸気船ほど注目を集め、人生というドラマにおいて重要な役割を果たした人物はいないとだけ言っておこう。その舞台は地球の雄大な海であり、その上で巨大な軍艦の戯れ​​は、稲妻の閃光と激しさ、自然の渦と混乱と力と壮大さを競い合ってきた。舞台上のいかなる再現も及ばない深い意味を帯び、紛争の煙を幕として、歴史のページに悲劇を刻み、世界の地図を変えてきたのだ。一方、舞台裏では、巨大な旅客船が絶え間なく人々を輸送することで、より静かに、しかし確実に、地球上の人々を文明の均質な発酵へと駆り立て、国家をゆっくりと共通の兄弟愛の連帯へと形作っている。

[154]

第13章
印刷。
初期の印刷機—ニコルソンの輪転印刷機—コロンビアン印刷機とワシントン印刷機—ケーニッヒの輪転蒸気印刷機—ホータイプ回転印刷機—カラー印刷—ステレオタイプ印刷—製紙—木材パルプ—ライノタイプ—版画印刷—リトグラフ。

印刷術は、あらゆる芸術の保存手段として正当に評価されてきた。印刷術が誕生する以前、人類は幾世代にも渡り生き、そして死んでいったが、それぞれの世代は先代と比べてわずかに賢くなっただけで、わずかに優れていたに過ぎなかった。伝統とは、生きている者にとってぼんやりと曖昧で、時には全くの偽りの頼みの綱であり、人類の経験は、ある著名な作家の言葉を借りれば、船の船尾灯のようなもので、それぞれが歩んできた道を照らすだけであった。しかし、印刷術は過去の蓄積された知恵を現代にもたらし、文明の偉大な発展の時代を切り開いた。印刷術は人間の思想を保存し、不滅のものとするため、各世代はより豊かな思想の遺産を携え​​て生まれ、より高次の存在、より崇高な運命を保証されるのである。

木版に刻まれた文字から印刷する技術は、キリスト教時代より何世紀も前に中国で始まった古代の芸術です。現在も用いら​​れている中国の方法は、紙に筆で文字を書き、インクがまだ乾いていないうちに、紙を滑らかな板の上に裏向きに置いてインクの線を転写し、板上のインクの線以外の部分を切り取るというものでした。こうして、本のページごとに1枚の活字版が作られました。活版印刷、つまり各文字ごとに別々の活字を用い、それを繰り返し様々な構成の活字に組み替える印刷は、事実上、近代印刷技術の始まりです。この発明は、通常、1436年頃のメンツのヨハネス・グーテンベルクに帰せられています。

フランクリンの印刷機
図122．ベンジャミン・フランクリンの印刷機、1725年。

初期の印刷機では、版はトレイに固定され、台座の上に置かれ、上部の横棒にあるネジを回すことでプラテンが版の上に下ろされました。このタイプの最初の印刷機は、1620年にアムステルダムのブラウによって作られ、印刷後にネジが跳ね返るバネが付いていました。ベンジャミン・フランクリンが1725年にロンドンで使用した印刷機はこのタイプのもので、[155]
[156] ワシントンの国立博物館で見ることができる。ほぼ全体が木製で、図122に示されている。19世紀初頭頃、スタンホープ卿は鋳鉄製のプレス機を発明した。このプレス機では、揺動するハンドルがトグルを操作してプラテンを押し下げ、版画を印刷する仕組みになっていた。ベッドはガイドウェイ上を移動し、ティンパンとフリスケットは蝶番で折り畳まれ、高い位置に置かれるようになっていた。

ワシントン・プレス
図123.—ワシントン・プレス。

「コロンビア式」プレスは、アメリカで最初に開発された重要な改良型プレス機です。フィラデルフィアのジョージ・クライマーが発明し、1817年の英国特許第4,174号にその図が示されています。動力伝達には複合レバーが用いられました。「ワシントン式」プレスは、1829年4月17日にサミュエル・ラストによって米国で特許が取得されました。このプレス機（図123参照）では、トグルジョイントに取り付けられた複合レバーによってプラテンが下方に押し下げられ、両側のバネによって持ち上げられます。ベッドは、プーリーとベルトが巻き付いたシャフト上のクランクを回すことによって出し入れされます。

これまで述べてきたように、印刷機は手動式でした。この技術の発展において重要な一歩となったのは、蒸気で動く動力式印刷機の導入です。これらの印刷機は、活字を円筒の表面に並べるものでした。おそらく最も初期の回転式円筒印刷機は、1790年に英国特許第1,748号でニコルソンが発明したものです。その主な特徴は次のように説明されています。「活字は、足元に向かって細くなるように擦ったり削ったりして、円筒に放射状に固定されます。この活字を載せた円筒は、柔らかい革で覆われた別の円筒（圧胴）と歯車で回転し、活字にはインク供給装置が取り付けられた別の円筒からインクが供給されます。紙は、活字と圧胴の間を通過することで印刷されます。」

[157]

しかし、回転式蒸気印刷機で最初に実用的な成功を収めたのは、ドイツ人のケーニッヒでした。彼は1814年にロンドン・タイムズ紙のために 2台の機械を設置し、それによって同紙は1時間に1,100枚の印刷速度で印刷されました。彼は1810年に英国特許第3,321号、1811年に第3,496号、1813年に第3,725号、1814年に第3,868号を取得しました。ケーニッヒの機械は1827年にアップルガスとカウパーの機械に取って代わられ、そちらはよりシンプルで高速でした。

その後、紙の取り扱い方法に多くの改良が加えられ、1時間に4,000枚の印刷が可能なダブルシリンダー印刷機が作られました。1845年、長年印刷機の製造に携わってきたR. Hoe & Co.社は、Hoe Type Revolving Machineを発表しました。最初の1台は1846年にフィラデルフィア・レジャー紙のオフィスに設置され、4つの圧胴を備え、1時間に8,000枚の新聞を印刷できました。しかし、新聞の発行部数は絶えず増加し、より迅速な作業に対する飽くなき要求が続きました。この要求に応えるため、Hoe社は1871年に連続ウェブ印刷機を発表しました。この印刷機では、紙はロール状で機械に供給され、印刷後にシート状に分離されます。この動作原理は無限の速度を約束し、機械のすべての部分で重要な再編成を必要としました。こうした高速化の条件を満たすためには、にじみを防ぐために速乾性のインクを製造する必要があり、均一な品質と強度の紙を作る必要があり、ウェブの反対側に印刷するための手段を考案する必要があり、ウェブをシートに切断するための切断装置が必要でしたが、おそらく最も重要な特徴は、紙を印刷するのと同じ速さで、人間の手作業よりもはるかに速く紙を集めて処分できる収集および排出シリンダーと呼ばれる装置でした。これはスティーブン D. タッカーの発明であり、現代の印刷機の速度はこれに依存するメカニズムです。なぜなら、機械から適切な状態で紙を取り出すよりも速く印刷しても明らかに無意味だからです。ホー & タッカー社はさまざまな改良に関する多くの特許を取得しており、その中でも特に有名なのは、1857 年 11 月 17 日の第 18,640 号、1859 年 8 月 23 日の第 25,199 号 (再発行第 4,429 号) です。第84,627号、1868年12月1日（再発行第4,400号）；第113,769号、1871年4月18日；第124,460号、1872年3月12日；第131,217号、1872年9月10日。ホー社初の高速印刷機は1871年にニューヨーク・トリビューン紙のオフィスに設置され、最大印刷部数は1時間あたり18,000部でした。これは新聞の高速印刷の偉大な時代を告げるものであり、その後、紙を自動的に折り畳んだり数えたりする装置など、多くの改良が加えられ、今日ではホー社は、[158]
[159]図124 に示すオクタプル・プレスは、19世紀の驚異的な機械です。1時間に4ページ、6ページ、または8ページの新聞を96,000部印刷でき、1分間に1,600部という驚異的な速度を誇ります。しかも、印刷だけでなく、同じ機械で裁断、糊付け、折り畳み、そして枚数カウントまで自動で行われます。通常の新聞と同じ幅の紙が、複数のロールから毎時50マイル（約80キロメートル）もこの機械を通過します。機械の重量は60トンを超え、約16,000個の部品で構成されていますが、その動作は非常に巧みで、各部品は繊細かつ正確に調整されているため、機械を通過する際に柔らかい紙を破ることはありません。印刷速度は非常に速く、1ページを印刷するのにわずか0.2秒しかかかりません。

鍬八重プレス
図124．ホー・オクタプル・プレス。新聞を1分間に1,600部印刷、裁断、貼り付け、折り畳み、計数する。

印刷機の最新技術革新はカラー印刷であり、近年、大手日刊紙の挿絵にも導入されている。このような印刷機は5万から6万個の部品で構成され、価格は3万5000ドルから4万5000ドルである。

印刷機の発展に伴い、活版印刷、製紙、活字組版という3つの重要な技術分野が発展した。

ステレオタイプ印刷は、1731 年にエジンバラのウィリアム・ゲドによって発明され、1813 年にニューヨークのデイビッド・ブルースによって米国に導入されました。ステレオタイプとは、組版された活字面を型取りして複製したもので、まず組版された活字面から可塑性材料で型を取り、次にこの型に融解しやすい金属でこの活字面の正確な複製を鋳造することによって、単一の金属ブロックの形で複製されます。この技術は、印刷に伴う活字の摩耗を防ぎ、また、型を組版し、ステレオタイプ印刷を行い、その後、活字を配布して別の型に組版することができるため、大量の貴重な活字を永久的な型に固定することを避けることができます。ステレオタイプ印刷は書籍印刷で使用されていましたが、型の形成と乾燥、および版の鋳造に要する時間の長さから、1861 年頃までは新聞印刷には実用的ではないと考えられていました。しかしこの頃、蒸気床を用いて型を乾燥させ、活字の円筒の周りに簡単に配置できる新しい形状の張り子製の型（マトリックス）を用いることで、版の作成が大幅に効率化されました。湿らせて可塑性を持たせた張り子のシートをブラシで活字の表面に叩き込み、その後取り外して乾燥させ、ステレオタイプ版を鋳造するための型として使用します。ステレオタイプ版は、現在では約7分で作成できます。

製紙パルパー
図125．紙パルプ叩解機。

製紙は印刷技術の重要な補助手段であり、均一な強度を持つ長いロール状に安価に製造することは、高速ウェブ印刷機の成功に不可欠な条件である。1799年頃、ルイ・ロベールという名のフランス人が初めて連続した紙のウェブを製造した。[160] そして1800年、彼はその発見に対してフランス政府から8,000フランの報奨金を受け取った。彼の発明はその後、イギリスの大手製紙会社であるフォアドリニエ兄弟によって採用され、成功を収め、その機械の名前は兄弟にちなんで付けられた。フォアドリニエ法では、水槽の中で回転するビーター（図125）によってぼろ布がパルプに粉砕される。適切に叩解、精製、篩分けされ、水で希釈されたパルプは、フォアドリニエ機の「フローボックス」にパイプで送られる。図126の右側に示されている「フローボックス」は、機械の全幅にわたって広がる深い長方形の部屋で、そこからパルプが細い流れとなって、エンドローラーの上を走る70メッシュの金網のエンドレスベルトに流れ出る。パルプの流れがベルトの端から横方向に流れ出るのを防ぐため、断面が2インチ四方の2本のゴム製ガイドまたはバンドが、ベルトの最初の20フィートの長さに沿ってベルトと共に移動し、金網の上にある2つのプーリーの上を通ります。金網ベルトの上半分は、密接に並んだ一連のローラーによって支えられ、その上を通ります。パルプが「フローボックス」を通過すると、無数の綿繊維の粒子が水の流れに浮かぶように、繊維の粒子がその中に浮かびます。繊維を結合して絡み合わせるために、金網ベルトに横方向の振動または揺動運動が加えられ、これが繊維を絡み合わせる役割を果たします。一方、水は金網を通して濾過され、湿った絡み合った繊維の薄い層が白いシート状にベルトの表面に広がります。水の分離は、ベルトの上部のすぐ下に伸びて吸引ポンプに接続された吸引ボックスによってさらに促進されます。

製紙機械
図126．―フォアドリニエ抄紙機。

湿ったパルプ層が付いた金網は、繊維を圧縮するロールの下を通過し、図126に示す機械を出た後 、フェルトで覆われた2番目のより大きなロールの下を通過して、さらに水分を絞り出します。次に繊維は「第1プレス」に送られ、エンドレスベルトに巻き取られて2つのローラーの間を通過し、さらに[161] シートから水分が絞り出されます。その後、「第2プレス」と呼ばれる工程を経て、最後にシートは蒸気で加熱された一連の乾燥ロールの上を上下に往復する長い旅を始め、そこで乾燥されます。

木材パルプ。—ニューヨークの日刊紙の購入者が朝刊の分厚い版を読むとき、手に持っているのが、かなり大きな棍棒ほどの大きさの木片の残骸であることにほとんど気づかないが、実際そうなのだ。もともとはパピルス植物の繊維から作られ、後にぼろ布を叩いてパルプにしたものから作られた書籍や新聞の印刷用の紙は、現在ではほぼ完全に木材から作られている。木材から紙パルプを作るには、ソーダ法と亜硫酸法の2つのプロセスが用いられる。どちらの場合も、木材は細かく切断され、その後、大きなドラムの中で化学薬品とともに消化され、樹脂質が抽出され、生の綿に似た質感の純粋な繊維状セルロースが残る。この産業は、ソーダ法を発明したワットとバージェスによって1853年に開発された（米国特許第11,343号、1854年7月18日）。木材を粉砕または細断する手段を考案したVoelter（米国特許第21,161号、1858年8月10日）と、亜硫酸塩法を発明したTilghman（米国特許第70,485号、1867年11月5日）による。

通常はトウヒやポプラの丸太は、図127の下部に示すように、まず分割され、次にチッパーに入れられます。チッパーでは、回転する刃付きディスクが丸太を小さなチップに切断し、それらはエレベーターに送られて選別機まで運ばれます。[162] 上部に写っている装置は、おがくず、汚れ、節を取り除くためのものです。亜硫酸塩処理では、チップは図に示す蒸解釜に送られます。[163]
[164]図128 に示すように、図129に示すプラントで生成された亜硫酸が供給される。蒸解槽では、熱と化学薬品によって粘着性物質や樹脂状物質が溶解され、残った羊毛状の繊維は漂白、洗浄、乾燥され、その後、フォアドリニエ抄紙機で紙に加工される。

[165]

丸太から木材チップを製造する
図127．紙パルプ用のチップ状丸太。

木材パルプ蒸解装置
図128．木材パルプ用蒸解釜。

木材パルプを製造する化学工場
図129．木材パルプ製造用亜硫酸プラント。

1897年のペーパー・トレード・ジャーナル誌は、米国における製紙業の過去15年間の増加率は352%に達し、その主な要因は木材パルプ産業の成長であったと述べている。1870年にメイン州に設立されたアンドロスコギン製紙工場は、この分野の先駆者の一つであった。メイン州では、1897年には製紙産業の規模が1300万ドルを超え、5000人以上の雇用を生み出したが、この産業においてはニューヨーク州とウィスコンシン州に及ばず、同年、ニューヨーク州の製紙工場の1日あたりの生産能力は180万ポンド、ウィスコンシン州は67万ポンド、メイン州は66万5000ポンドであり、他の州はそれよりも少なかった。米国には1000以上の製紙工場があり、それらの1日あたりの生産能力の合計は1万3000トンを超えている。 1898年、アメリカ合衆国は500万ドル以上の紙と5000万ポンド以上の木材パルプを輸出した。マルホールは1890年に、世界の紙生産総量を年間26億2000万トンと推定した。現在ではこの量は大幅に増加しており、その大部分は木材から製造されている。

1891年、フィラデルフィア・レコード紙はスピードの実験として、森林から木を切り出し、紙に加工し、印刷された新聞に仕上げるという作業を22時間以内に行いました。後に木材パルプ技術が始まったドイツでは、この迅速な作業をさらに上回るものがありました。木は午前7時35分に伐採され、紙に加工され、午前10時には午前中のニュースを収録した印刷された新聞として発行されました。 1898年4月30日発行のサイエンティフィック・アメリカン誌の海軍特集号は、100トンの木材パルプ紙を消費し、125コードの木材を材料として使用しました。この木材パルプの使用により、6エーカー以上の良好なトウヒ林が伐採されました。書籍や新聞がこれほど安価に製造できるようになったのは、主に木材パルプのおかげです。現在では、古い方法でぼろ布から作られた紙よりも安価に入手できます。

ライノタイプ印刷機
図130．―ライノタイプ印刷機。

ライノタイプマトリックス
図131.—ライノタイプマトリックス。

組み立てられたライノタイプマトリックス
図132．マトリックスの組み立てられた列の間隔。

ライノタイプ。―今世紀の印刷技術において最も革新的で、おそらく最も重要な発展は、ライノタイプ印刷機である。印刷の骨の折れる、手間のかかる、そして高価な特徴は常に、活字の組版と再配置であった。なぜなら、小さな活字の断片を一つ一つ選んで組版棒に置き、その後、行を「均等割り付け」しなければならなかったからである。均等割り付けとは、単語間のスペースを配分して、各行の長さを列内でほぼ同じにすることを意味する。活字をケースに戻す際にも、同様に各活字を個別に扱う必要があった。このように活字を組版し、配置する機械は考案されていたが、その作業は非常に複雑で、ほとんど思考力を要するものであったため、[166]全ての自動機械は複雑すぎて実用的ではないことが判明した。しかし1886年、ニューヨーク・トリビューン紙 のオフィスに、 従来の植字工を驚かせ、不安にさせるほどの性能を発揮する機械が設置された。この機械のおかげで、活字を扱う必要も、別途植字機を用意する必要もなくなった。[167] 全くタイプライターのようなものだった。それは、一度に一行全体を鋳造して自動的に独自のタイプを形成するメルゲンターラー・ライノタイプ機だった。最初の機械は1884年に発明され、1885年に特許を取得したが、その後、1890年4月8日の特許番号425,140、1890年9月16日の特許番号436,531および436,532、1890年10月14日の特許番号438,354で再編成され、大幅に改良された。添付の図（図130 ）に示されている。タイプライターに似たキーボードを操作することで、各文字キーが傾斜した高いマガジンから図131に示す形状の小さな真鍮板を降ろすようにする。この板は、 xの縁にタイプ文字の型が付いているため、マトリックスと呼ばれる。使用される文字ごとにマトリックスプレートがあります。これらの小さなマトリックスは、図132に示すように楔で間隔を空けて配置され、図133に示すように、スロットのあるモールドホイールの側面に沿って組み立てられます。このスロットは、片側の整列したタイプモールドまたはマトリックスと、溶融金属が下部のガスバーナーによって流動状態に保たれている溶解ポットの排出口との間の通路を形成します。溶解ポットにはシリンダーとプランジャーがあり、プランジャーが下降すると、溶融金属が排出口を通ってモールドホイールのスロットに押し上げられ、構成または整列された各マトリックスの文字モールドxに押し付けられます。ホイールはマトリックスとともに回転し、スロット内の金属は、図134に示すライノタイプスラグの形で排出されます。ライノタイプスラグは、金属板に刻印が施されています。[168] その端には、印刷用の型にセットする準備ができた、完全に成形された活字の列があります。マトリックスの上部にあるギザギザの切り込み（図 131）は、使用後にマトリックスを適切なマガジンに戻すための分配バー（簡単に説明できない）と連携するためのものです。小さな真鍮製のマトリックスは全部で約 1,500 個あります。機械は約 5 フィート四方で、重さは 1,750 ポンド、価格は 1 台あたり 3,000 ドルです。この費用にもかかわらず、これらのライノタイプ マシンは今日、文明世界のほぼすべての日刊新聞社、さらにはオーストラリアやハワイ諸島にまで普及しています。日刊新聞社や大規模な書籍印刷所の組版室には、これらのライノタイプ マシンがずらりと並んでおり、それぞれが 4 ～ 5 人の作業を行っています。現在、アメリカでは 5,000 台を超えるライノタイプ マシンが使用されています。他の国々では約2,000台、合計で7,000台となっている。各機械は5分で調整でき、あらゆるサイズやスタイルの活字を生産できる。また、活字を配布する際の通常の手間を一切かけずに、毎日発行される新聞に新しいきれいな活字を提供できる。機械のおかげで組版が安価になったことで、新聞のサイズは飛躍的に大きくなり、[169] 版の発行頻度が高まったことで、製紙、印刷、印刷機の作業員、ステレオタイプ印刷など、関連するすべての分野で労働需要が増加しました。ボストン図書館では、発行日から24時間以内に印刷された目録を保管しており、ライノタイプ印刷機は23言語で印刷されています。

ライノタイプ鋳造ライン
図133．―釣り糸を投げる。

サイエンティフィック・アメリカンの住所が記載されたライノタイプ
図134.—ライノタイプ。

ライノタイプ印刷機が初めて特許を取得した当時、印刷業者の間では実用的な機械とは見なされておらず、特許庁が扱う数多くの複雑で理論的ではあるものの実用化不可能な装置の一つに過ぎないと考えられていた。しかし、その歴史は他に類を見ないものである。それは、ボルチモアに住む、極めて独創的で精力的な発明家、オットマー・メルゲンターラーという一人の人物の頭脳から生まれた産物と言える。新聞業界の有力な後援のもとで開発が進められ、実用的な成果が得られるまでに、改良に数十万ドルもの費用が費やされた。今日では、輪転式両面印刷機と並ぶ重要な発明品として、人類の創意工夫の結晶として君臨し、おそらく現存する実用的な機械装置の中で最も独創的なものと言えるだろう。

印刷の3つの形態のうち、これまで注目されてきたのは、活字印刷、または「レタープレス」と呼ばれる主要な分野のみです。活字印刷では、文字が浮き彫りにされ、浮き彫りになった表面にのみインクが付着します。印刷の2番目の分野は版画印刷です。版画印刷では、線や文字が版に凹版で彫られ、版にインクが塗布され、版の表面が拭き取られると、インクが凹みに残ります。ローラーで圧力をかけると、このインクが紙に吸収されます。版画印刷は非常に古い技術であり、版画印刷機は1460年にフィレンツェのトマソ・フィニゲラによって発明されたとされています。彫刻された版を載せた往復運動するテーブルと、長い放射状のアームで手動で回転させる加圧ローラーは、古くから使われている馴染み深い印刷機です。この印刷方法は、美術作品の細線彫刻、カードの招待状、紙幣の彫刻などに用いられています。非常に巧妙な自動印刷機が発明され、数年前には米国政府が紙幣印刷に使用していたが、その後、旧式の手動印刷機に取って代わられた。この後退的な措置が取られたのは、機械自体に欠陥があったからではなく、労働組合の反対によるものであったことを、機械の名誉のために述べておくべきだろう。

[170]

リトグラフは印刷技術のもう一つの重要な分野であり、石版に油性インクを用いて線や文字を描きます。この油性インクは印刷インクが付着する一方、石版の他の湿った表面からはインクがはじかれます。リトグラフは1798年にミュンヘンのアロイス・ゼネフェルダーによって発明されました。様々な色のインクを用いた芸術的で想像力豊かな作品に最もよく応用され、19世紀にクロモリトグラフへと発展したことで、美術の域にまで達しました。私たちの美しい色彩のクロモリトグラフ、版画、ラベル、地図などは、この技法によって作られています。この技術のより最近の重要な発展は フォトリトグラフであり、これについては写真の項でより詳しく考察します。

印刷技術の多くの派生分野、例えばキャラコ印刷、壁紙印刷、油布印刷、盲人向け印刷、製本、活字鋳造、折り畳み機や宛名印刷機などは、その発展において興味深いものですが、紙面の都合上、ここでは簡単に触れるにとどめます。

印刷はおそらく文明のあらゆる芸術の中で最も偉大なものであり、19世紀の図書館や新聞はその価値を証明している。もしベンジャミン・フランクリンが長い眠りから覚めて、現代の大手新聞社の組版室に入り、印刷所というより機械工場を思わせる堂々たるライノタイプ印刷機の数々を目にし、さらに印刷室を訪れて、毎分1600部もの印刷された紙が、きちんと折り畳まれ、配達のために数えられながら雪崩のように流れてくる光景を見たら、彼はきっと驚きと信じられない思いに圧倒されるだろう。なぜなら、彼のような寛大な人物でさえ、このような進歩を想像することなどできなかったからだ。

[171]

第14章
タイプライター。
1714 年製の古い英語のタイプライター— 1829 年製のバートのタイプライター— 1833 年製のプロギンのフランス製タイプライター— 1843 年製のサーバーの印刷機—ビーチのタイプライター—ショールズのタイプライター（近代的なタイプライターの先駆けであり、レミントンとして商業的に開発された） —カリグラフ—スミス・プレミア—ブックタイプライターなど。

昔ながらの筆記者と印刷工の中間的な位置を占めるタイプライターは、19世紀後半に独自の重要な職業を確立し、現代のビジネス生活に欠かせないものとなった。筆記、つまり手書きは、書き手の個性を反映していたため、時間がかかるだけでなく、多忙なビジネスの慌ただしさの中では、ほとんどの場合、判読不能な走り書きになってしまう。記者など、より速いスピードを必要とする人々は速記、つまり速記に頼ったが、多忙な人の通信やコピー作業を、簡単で迅速、読みやすく、統一された方法で記録する必要性が明確にあり、現代のタイプライターがそれを提供したのである。

他の多くの重要な発明と同様に、タイプライターも突然出現したわけではありません。実際に実用的な機械として実現したのは1868年頃からですが、それよりずっと以前に多くの実験が行われ、ある程度の成功を収めていました。ヘンリー・ミルズによる1714年の英国特許第395号は、この方向での取り組みの最も古い記録です。この初期の特許には図面は添付されておらず、明細書は使用される装置よりも機械の機能に重点を置いています。この機械の構造に関する記録は残っておらず、失われた技術とみなしても差し支えないでしょう。古風で古風な英語で書かれた特許明細書は、次のように続いています。

「神の恵みにより、アン、その他、この贈り物を受け取るすべての方々に挨拶を申し上げます。さて、我々の信頼できる愛すべき臣下、ヘンリー・ミルズは、謙虚な請願書において、多大な研究、労力、費用を費やして、最近発明し完成させた「文字を1つずつ、または順次、筆記のように印字または転写するための人工機械または方法」を我々に報告しました。[172]それによって、紙や羊皮紙に書かれたあらゆる文字を、 印刷物と区別がつかないほど正確かつ精緻に印字することができ、この 機械または方法は、土地の整理や公文書の記録において非常に有用であり、その印字は他のいかなる 文字よりも深く、より永続的で、明白な発見なしには消去または偽造することができない。したがって、彼は、この発明の独占的な使用のために、14年間、我々の王室特許状を彼に与えるよう、謹んで請願した。

「あの子を知ってるよ」など。

現存する最古のアメリカ製タイプライターは、1829年7月23日にWAバートに付与された特許に記載されているもので、「タイポグラファー」と呼ばれていました。アルファベットの文字とそれに対応する切り欠きがインデックスとして機能するセグメントを備えていました。上下左右に動かすことができる上段のレバーには、曲線状に配置された一連の活字が備えられており、レバーを下のインデックスセグメントの適切な切り欠きまで振り下ろすことで、任意の活字を下の紙に印字することができました。このタイプの復元模型は、米国特許庁に保管されています。

フランス語のタイプライター
図135．フランス製タイプライター、1833年。

各タイプごとに独立したキーレバーを備えた最初の体系的なタイプライターは、フランスの発明品です。これは、マルセイユのM. Progin (Xavier) のフランス特許第3,748号（1833年9月6日）に記載されています（Brevets d’Invention、第37巻、第1シリーズ、図版36）。これはタイポグラフィマシンと呼ばれ、図（図135）に示されています。垂直なキーレバーsは、円形のプレートnの周りに円状に配置されています。[173] 上端には鉤状のハンドルがあり、下端はフォーク状になっており、タイプハンマーの軸に回転軸で接続され、ハンマーを上下させる。これらのハンマーはインクパッドからインクを吸い上げ、中央の点で下の紙に印刷打撃を与える。紙は固定されており、印刷される文字ごとにレバー全体が紙の上を移動する。円形のインデックスプレートnには、それぞれのレバーの反対側に、そのレバーが表す文字や記号がマークされている。この装置は文字の印刷のほか、楽譜の印刷やステレオタイプ版の作成にも使用される予定だった。

サーバータイプライター
図136．—サーバー社製タイプライター。

1843年8月26日、マサチューセッツ州ウースターのチャールズ・サーバーは、印刷機の特許番号3,228を取得しました。彼はこの特許に基づいて図136に示す機械を製作しました。この機械は、特許に記載されている形状とは若干異なり、特許には記載されていない給紙ローラーを備えています。この機械は、長年放置され誰にも気づかれずにいた後、サーバー氏の遺品の中から発見され、ウースターのHR・カミングス氏によって損傷した部品が修復されました。活字は、水平回転ホイールにバネで固定された一連の円形の押し下げ可能なバーの下端に取り付けられています。ホイールを回転させることで任意の活字を前面に出すことができ、固定ガイドが活字の押し下げを制御して印字を行います。右側には、活字の表面にインクを塗布するインキングローラーが見えます。活字ホイールの前には[174] 紙シートがクリップで取り付けられる水平ローラーです。ローラーの両端にあるラチェットに噛み合う爪が、各行が印刷されるたびにローラーを回転させます。フレームの右側から突き出ているハンドルによって、各文字が印刷されるたびにローラーは軸棒上で長手方向に移動します。これは、新しい行を搬送するために回転する送りローラーと長手方向の送り機構を備えた最初の実施形態のようですが、これらの動作はオペレーターが別々に実行する必要があったため、機械の動作は必然的に非常に遅くなりました。この古いサーバ機がいつ製造されたのかは、現在の情報から断定することはできませんが、送りローラーはサーバの1843年の特許には記載されていないため、回転運動と長手方向運動の両方を備えた送りローラーの発明者としての権利は、1852年6月1日の特許番号8,980でそのような送りローラーが初めて記録されたと思われるJ.ジョーンズに帰属する可能性があります。ジョーンズはまた、印刷時に用紙搬送車が動くことで張力がかかり、用紙搬送車を自動的に新しい行の開始位置まで引き戻すバネを初めて考案した人物でもあった。

ビーチのタイプライター
図137．ビーチタイプライター。

タイプライターの完成に貢献した天才の中でも特に有名なのが、長年にわたりマン＆カンパニーに勤務し、『サイエンティフィック・アメリカン』の読者にはよく知られているAEビーチ氏である。ビーチ氏が最初にタイプライターを製作したのは1847年である。ローラーで支えられた紙に印刷し、ラチェットと爪で動くスライドフレームに載せて運ぶ方式だった。フレームを動かすための重り、文字間隔と行間隔のキー、給紙装置、行信号ベル、カーボン紙を備えていた。円形に配置された印刷レバーに接続された一連の指キーがあり、共通の中心で叩くようになっていた。この機械はうまく機能したと言われているが、さらなる改良のために保留された。その間、彼はインクを使わずに浮き彫り文字を印刷するタイプライターを製作した。主に盲人の使用を目的としたこの機械は、図137と138に示されている。この印刷機は、1856年秋にアメリカ協会が開催したクリスタル・パレス博覧会で初めて実演され、大きな注目を集め、金メダルを獲得しました。浮き彫りの文字は、機械の中央を走る紙の帯に印刷されていました。印刷レバーは円形に一対ずつ配置され、上下に重なっていました。操作者がキーを押すと、文字キーに対応する各ペアの2つの印刷レバーが、紙を挟んで押し合わされました。印刷用の活字はレバーの先端にあり、一方のレバーには浮き彫りの文字、もう一方のレバーには凹版の文字が刻まれていました。これらの活字は、ペンチの顎のように紙の帯を挟み込み、浮き彫りの文字を紙に押し付けました。[175]この機械の特許は1856年6月24日に第15,164号として取得されましたが、実際の機械は特許に記載されているよりもはるかに高度な発展を遂げていました。この機械は、放射状に揺れるタイプレバーの円形バスケットと、片側にキーボードとして組み立てられた指キーを組み合わせた、現在ではほぼ普遍的な特徴を持つ最初の例であり、この機械が後世の発明家たちに伝えたアイデアは、今日のタイプライターを実用的な機械へと発展させる上で、間違いなく大きな役割を果たしました。

ビーチタイプライターの一部
図138．ビーチタイプライターの中央部。

しかし、1868年までは、タイプライターは、一部の人の趣味として、あちこちで散発的に現れる天才の単なる例に過ぎなかった。[176] 盲人を助けたり、麻痺した人の震える指の不自由さを補ったりする人道主義者が、タイプライターを考案した。しかし、19世紀後半に進歩と繁栄の勢いが加速するまでは、タイプライターは特別な用途があるとは考えられておらず、そのような装置に対する需要も強く感じられていなかった。実用的なタイプライターを最終的に生み出し、それを世界の日常業務に定着させたのは、C. レイサム・ショールズという人物だった。ミルウォーキーのC. グリッデンとSW ソウルと共同で発明したショールズは、1868年6月23日に特許番号79,265、同年7月14日に特許番号79,868を取得した。これらは、ショールズの1871年8月29日の特許番号118,491とともに、オフィスで使用される最初のタイプライターの基本的な仕組みを形成した。これらのタイプライターは、1873 年頃にオリジナルの発明者 (ショールズ、ソウル、グリッデン) の管理下で一般に初めて紹介され、当初は大文字のみを使用していました。1878 年 8 月 27 日、ショールズに特許番号 207,559 が付与され、この頃、不安定で不安定な事業運営が 5 年間続いた後、この機械はニューヨーク州イリオンの E. レミントン & サンズで製造されることになりました。それ以来、有名な「レミントン」は、タイプライターの中で第一位の地位を占めるほどの評判と商業的重要性を築き上げてきました。1873 年から 1882 年までの 9 年間で、製造された機械は 8,000 台未満だったと言われています。1882 年に、ワイコフ、シーマンズ & ベネディクトがこの機械の支配権を獲得し、その後 14 年間で約 20 万台の「レミントン」が製造および販売されたと言われています。[177] 現在、この機械の製造には1,000人が従事しており、現在の生産量は週に約800台であると言われています。これは、この機械が一般の支持をめぐって6つもの有力な競合製品を抱えているにもかかわらずのことです。図139に示す現代のレミントン機は、あまりにも有名なので、特別な説明は不要でしょう。ショールズの特許に加えて、1878年1月15日にクラウとジェンヌに付与された特許第199,263号でカバーされている改良が盛り込まれています。ジェンヌの特許第478,964号（1892年7月12日）および第548,553号（1895年10月22日）、またブルックスの特許第202,923号（1878年4月30日）があり、後者の特徴は、大文字と小文字の両方が同じ打鍵レバーに配置され、キーによって紙ローラーを移動させて大文字または小文字を印刷範囲に収めることである。

レミントン社製タイプライター
図139．レミントン社製タイプライター。

レミントンの初期のライバルは、アメリカン・ライティング・マシン社製のカリグラフでした。この有名な機械は、1880年代に登場し、GYNヨストの特許（1884年3月18日、特許番号295,469、1885年3月17日、特許番号313,973、1889年7月30日、特許番号408,061）に基づいて製造されました。カリグラフの最新型は「ニューセンチュリー」として知られており、図140に示されています。カリグラフは、各文字に独立したタイプレバーとキーを使用し、複合キーレバーのシステムにより、タッチが簡単で均一かつ弾力性のあるものとなり、機械構造において完璧な位置合わせとノイズの排除が追求されています。

新世紀のカリグラフィー
図140．―新世紀のカリグラフィー。

[178]

次に挙げるのは、初期のタイプライターである「ハモンド」です。これは、JB ハモンドの特許番号224,088（1880年2月8日）と290,419（1883年12月18日）に基づいて製造されました。この機械の特徴は、印刷された内容が画面上に表示されるため、操作者が自分の作業内容を確認できる点です。印字は、振動するタイプホイールによって行われ、キーによってタイプホイールに可変のストロークが加えられ、任意の文字を印字位置に配置できます。文字が印字位置に配置されると、用紙の裏側に配置されたハンマーが用紙をタイプに押し付け、タイプホイールを印字位置に配置したのと同じキーの動きによって印字が行われます。

スミスプレミアリング（キャラクター入り）
図141．スミス・プレミア型バーリング。

後期の機種の中で、1891年12月22日にATブラウンらが取得した特許番号465,451に基づいて製造されたスミス・プレミアほど人気を博したものはない。この機種の大きな特徴はタイプバーである。[179] 印刷機構のリング。すべてのタイプライターにおいて、印字位置の正確さは文字の適切な整列に不可欠であり、適切な整列はタイプライティングの必要条件です。古いピボット式タイプバーはジョイント部分が摩耗しやすく、この部分のわずかな緩みでもタイプを保持する端の横方向の遊びが大きくなり、文字がすぐに不規則に配置され、整列しなくなります。Smith-Premierでは、短いタイプバーを作成し、配置することで、この問題を最小限に抑えています。[180] それぞれが揺動するロックシャフト上にあり、その両端のベアリングは、タイプバーに横方向の遊びがほとんど、あるいは全く生じないように広く離れている。接線方向に配置されたロックシャフトが円形に並んだタイプバーリングの図を図141に示す。一方、機械全体の図を図142に示す。後者の図には、外側リングのすべてのタイプを一度に素早く清掃するためのクリーニングブラシも示されている。これは、大工のブレースに似た工具の先端に取り付けられた円形のブラシで、機械にとって便利で役立つ付属品である。

スミスプレミア（クリーニングブレース付き）
図142．スミス・プレミアとクリーニングブラシ。

1891年、「デンスモア」タイプライターが初めて一般に公開されました。このタイプライターは、ショールズの最初の実用的なタイプライターの時代からタイプライター事業に関わっていたジェームズ・デンスモアとエイモス・デンスモアにちなんで名付けられました。デンスモアは、1893年10月31日にA.デンスモアに付与された特許番号507,726および507,727に基づいて製造されています。ボールベアリング式のタイプバージョイントにより、正確な位置合わせと軽いキー操作を実現し、プラテンロールで印字内容を確認でき、行末にはキャリッジロックが装備されているため、印字内容が保護されます。

鮮明でシャープな印字で知られる「ヨスト」タイプライターは、多くの賞賛を集めています。これは、1889年3月26日にフェルベルとシュタイガーによって特許番号400,200で取得された特許に基づいて製造されています。ほとんどのタイプライターのように、活字と紙の間にインクリボンを挟むのではなく、活字を支えるレバーは、静止時には活字がすべて円形のインキングリングまたはパッド内に収まり、パッドに接触する位置にあります。キーが押されると、レバーは独特で巧妙な動きでインキングパッドから離れ、内側と後方に中心に向かって移動し、その後上昇して中央を上向きに叩き、紙に文字を印字します。活字から直接印字されるため、文字はシャープで鮮明な輪郭を持ち、美しく整った印字となります。レバーの活字側が紙を叩く際に通過する中央のガイド穴によって、位置合わせが保証されます。

シンプルな構造の機械としては、ブリッケンスダーファーが挙げられます。これは、1892年4月12日にブリッケンスダーファーの特許（特許番号472,692）に基づいて初めて製造された、驚くほどシンプルで効果的な小型機械です。ハモンドと同様に、回転式タイプホイールを使用するタイプライターの一種で、キーを押すことでホイールが可変ストロークし、適切な文字を印刷位置に配置します。しかし、ハモンドとは異なり、タイプホイールが紙に接触するまで前進し、小さなフェルト製のインクローラーがタイプホイールに接触してインクを供給します。印刷された内容は完全に視認でき、行間は任意の分数単位で調整可能で、動作音は全くありません。機構は最小限かつ最もシンプルな部品で構成されているため、機械全体の重量はわずか6ポンドで、多くの点で一般的なタイプライターとは異なります。[181] タイプライター。数年前に登場して以来、その人気は非常に急速に高まっている。

最近登場したもう一つの機械は「オリバー」です。この機械は、通常、印刷物の上部にタイプバーが配置されています。各バーはループ状で、下端が蝶番で繋がっており、上端の曲がった部分に活字が刻印されています。タイプバーは中央の両側に1列ずつ、計2列に配置されており、印刷時には各ループが鳥の翼のように下方に揺れ動きます。印刷は上から行われ、印刷直後にリボンが印刷線の手前から移動されるため、オペレーターは常に文字を見ることができます。この機械はトーマス・オリバーの様々な特許に基づいて製造されており、最初の特許は1891年4月7日に付与された特許番号450,107です。その後の改良は、特許番号528,484、542,275、562,337、および599,863によってカバーされています。オリバーは、その優れた整列性と見やすい文字によって多くの支持を集めており、他の標準的な機械と同様に、かなりの支持を得ています。

タイプライターは一大産業へと成長したため、その最新技術をすべて網羅的に紹介することは現実的ではありません。これまでに約1,700件の特許が取得され、100種類以上の有用かつ優れた機種が開発され、市場に投入されています。代表的な機種としては、ホール、アンダーウッド、マンハッタン、ウィリアムズ、ジュエットなどが挙げられます。

ブックタイプライター
図143．エリオット＆ハッチ社製ブックタイプライター。

通常のタイプライターに加えて、特殊な作業に適した様々な改良が加えられてきました。銀行で使用される「コンプトメーター」はタイプライターの一種であり、ダドリー社の加算減算機「ニューメログラフ」も同様で、特許番号554,993、555,038、555,039、579,047、579,048で保護されています。速記文字用、外国語用、記録帳や白紙帳への印刷用タイプライターも、この技術の現代的な発展に含まれます。後者では、全体が[182] キャリッジとタイプレバーのシステムが原稿の上を移動する。図143に示すエリオット＆ハッチ社のブックタイプライターは、よく知られた例である。アタッチメントに関しては、原稿ホルダーが特に注目されており、請求書や表作成用のシンプルで実用的なアタッチメントが考案されている。これらは、会計報告書や列ごとの番号付けを必要とするその他の作業を迅速化し、容易にする。ゴリン・タブレーターは、実際に使用されているアタッチメントの一つである。

速度に関しては、タイプライターは完全に操作者の熟練度に依存します。判読不能な走り書きを解読するのに多くの時間を費やす通常のコピー作業では、おそらく1分間に40語が平均的な作業です。口述筆記の場合は1分間に75語を書くことができ、特別な場合、記憶からコピーする場合は、限られた時間ではありますが1分間に150語の速度を維持したことがあります。1896年には米国で15万台のタイプライターが使用されており、それまでに合計45万台が製造されたと推定されていました。過去4年間でこの数は大幅に増加し、現在の米国での生産量は年間7万5千台から10万台の間と推定されます。1898年には、1,902,153ドル相当のタイプライターが米国から輸出されました。

タイプライターは、口述筆記から素早く読みやすい原稿を作成できるだけでなく、同時に筆者用の複写も作成できるため、現代のビジネス手法に革命をもたらしただけでなく、特に女性の器用さと技能に適した独自の職業を確立しました。19世紀末、家計を支える女性たちは、100年前には考えられなかったような、ビジネス活動における運命と地位を築き上げていたのです。タイプライターは時間、労力、郵便料金、紙を節約し、ミスを減らし、公式文書に体系性をもたらし、印刷業者の心を喜ばせます。若者には有益な娯楽を提供し、神経質な人や麻痺のある人には満足のいく援助となります。それはすでに世界中を旅してきた。商人の会計事務所からヨーロッパの帝国の宮廷まで、西半球の新しい女性の家から東洋のハーレムまで、そのおなじみのクリック音が聞こえる場所ならどこでも、思考をあらゆる言語に、あらゆる人々のために忠実に翻訳している。

[183]

第15章
ミシン。
刺繍機、ミシンの先駆け—トーマス・セイントのミシン—ティモニエの木製ミシン—グリーノーの両端針—ビーンの固定針—ハウミシン—バチェルダーの連続送り—シンガーの改良—ウィルソンの回転フックと4方向送り—マッケイ靴ミシン—ボタンホールミシン—カーペットミシン—統計。

「疲れてすり減った指で、
まぶたが重く赤くなり、
女性らしくないぼろをまとった女性が座っていた。
針と糸を操りながら――
ステッチ！ステッチ！ステッチ！
貧困、飢餓、汚れの中で、
そして悲しげな声で、
彼女は「シャツの歌」を歌った。
1844年、トーマス・フッドは有名な「シャツの歌」を執筆・出版した。この詩の中で、針仕事の単調さが痛ましいほど忠実に描かれている。これらの出来事の間に因果関係があるとは考えられないが、この頃、ハウが偉大な発明に着手し、それが1846年に特許を取得し、現代のミシンの原型となったことは、特筆すべき事実である。もしミシンが数年早く登場していたら、「シャツの歌」は間違いなく書かれることはなかっただろう。

イブの時代、彼女がイチジクの葉を粗雑に縫い合わせていた頃から、裁縫は女性特有の職業として位置づけられてきたようで、機械の進歩の歴史においてミシンが登場するのが遅かったのは、おそらくそのためだろう。なぜなら、女性は一般的に発明家ではなく、ミシンも女性によって発明されたものではないからだ。

それまでの文明の歴史において、手縫いはもっぱら用いられてきた技術であり、19世紀になって初めて、女性を何世紀にもわたって奴隷のように縛り付けてきた重労働から解放する手段として用いられるようになった。

[184]

刺繍機は、1755 年に Weisenthal が、1770 年に Alsop がイギリスで特許を取得しており、1790 年 7 月 17 日には、水平アームと垂直針を備えた原始的なミシンのイギリス特許第 1,764 号が Thomas Saint に付与されました。1826 年にアメリカ合衆国で Lye という人物にミシンの特許が付与されましたが、1836 年の火災ですべて焼失したため、その記録は残っていません。1830 年に B. Thimonnier がフランスでミシンの特許を取得しました。木製のミシン 80 台が 1841 年に軍服の縫製に使用されていましたが、他の多くの省力化発明と同様に暴徒によって破壊されました。1832 年から 1835 年の間に、ニューヨークの Walter Hunt がロックステッチミシンを製作しましたが、放棄しました。1842 年 2 月 21 日、アメリカ合衆国特許第 1764 号が発行されました。特許第2,466号は、中央に穴のある両端が尖った針を備えたミシンで、移動する一対のピンセットによって針が布に通されるミシンについて、JJ Greenoughに付与された。これは革を縫うために設計され、針の前に錐で穴が開けられていた。1843年3月4日、米国特許第2,982号は、針が固定され、布が縮れまたは折り畳まれて固定された針に押し付けられるミシンについて、BW Beanに付与された。1844年、英国特許第10,424号は、機械で装飾デザインを施す方法について、FisherとGibbonsに付与された。この機械では、2本の糸がループ状になっており、1本は布を通り、もう1本は布を通さずに表面でループ状になっている。

しかし、ミシンの偉大な時代は、エリアス・ハウと彼が1846年9月10日に特許を取得したミシン（特許番号4,750）から始まります。現代のハウミシンはほとんどの人が知っているので、その原型を紹介する方が興味深いでしょう。これは図144に示されています。湾曲した針先を持つ針が、吊り下げられた振動レバーの先端に取り付けられており、その動きは職人の手にあるつるはしの動きを模倣していました。針はレバーの上にあるスプールから糸を引き出し、糸の張力は、半円形の端がスプールに当たるバネブレーキによって発生し、圧力は垂直のつまみネジで調整されました。作業物は、薄い金属製の「バスタープレート」の端から突き出た水平のピン列によって垂直面に保持され、ピニオンの歯によって断続的な動きが与えられました。 「バスタープレート」の上部と片側にはシャトルレースがあり、2本目の糸を通したシャトルは、水平主軸上の2本の腕とカムによって作動する2つのストライカーによって駆動された。ご覧のとおり、この機械は現代の機械とはほとんど似ていないが、ほとんどすべての実用的な機械に共通する3つの基本的な特徴、すなわち、先端に穴のある溝付き針、シャトルを備えていた。[185] 針とは反対側の布地を操作してロックステッチを形成し、自動送り機構を備えている。

ハウのミシン
図144．ハウのミシン、1846年。

ハウは1844年にミシンの研究を始め、その時点で粗雑な模型を作っていたものの、貧しすぎて実用的な成果を出すことができなかった。そこで、かつての学友であるジョージ・フィッシャーが、ミシンを製作し、製作期間中の家族の生活費として500ドルを提供した。その見返りとして、フィッシャー氏は発明の半分の権利を受け取ることになった。1845年4月にミシンが完成し、7月には2着の服を縫った。そのうち1着はフィッシャー氏のためのものだった。[186] そしてもう1台は自分のために作った。公開展示で最速の手縫い職人5人を凌駕するほどの成功を収めた彼のミシンにもかかわらず、彼は落胆と失望しか感じなかった。しかし、彼は2台目のミシンを作り、それが彼の特許の基礎となり、図に示されているものとなった。米国特許を取得した後、ハウは自分のミシンをイギリスに導入することを期待して渡英したが、失敗に終わり、数年後アメリカに戻ったところ、彼の発明が侵害者に利用され、彼の発明を具現化したミシンが製造・販売されていることを知った。これらの侵害者は、ハウの発明が1834年のウォルター・ハントの放棄された実験によって先行していたことを証明しようとしたが、成功しなかったことで、彼の特許を無効にしようとした。ハウは訴訟に勝ち、侵害者は彼にロイヤリティを支払う義務を負い、そのロイヤリティはしばらくの間、ミシン1台につき25ドルに達した。その後、ハウは特許の残りの権利を買い取り、ニューヨークに工場を設立した。製造による利益と特許使用料から、彼はすぐに数百万ドルという莫大な富を築き上げた。6年間で特許使用料は年間300ドルから20万ドルに増加し、1863年には1日あたり4000ドルと推定された。

ミシン送り機構において重要な位置を占めた特許の一つに、1849年5月8日にバチェルダーに付与された特許番号6,439がある。この特許では、突起付きのエンドレスベルトが2つのプーリーの周りを水平に通過する仕組みが採用されていた。この特許は最初の連続送り機構を規定しており、その後も再発行・拡張され、連続送り機構に関する特許権を1877年まで保持した。

ウィルソンのミシン
図145．ウィルソンミシン、1852年。

[187]

ミシンの開発において、AB ウィルソンの名前はハウの名前に次ぐ地位を占めています。ウィルソンは、往復運動するシャトルに代わる、ボビンを運ぶ回転フックを発明しました。これは、1852 年 6 月 15 日に特許番号 9,041 で彼によって特許取得され、図 145に示されています。彼はまた、ほぼすべての実用的な家庭用ミシンの特徴である、はるかに重要な改良である 4 モーション フィードを発明しました。この 4 モーション フィードは、初期のミシンにバチェルダーや他の特許と組み合わされ、その推進者に、オリジナルのハウ ミシン自体よりもはるかに大きな金銭的利益をもたらしました。この利益は数百万ドルに上ると推定されています。4 モーション フィードは、1854 年 12 月 19 日に特許番号 12,116 で取得され、比較的単純なものです。作動機構を取り外すと、それは単に上面に前方に突き出た鋸歯状のギザギザが付いた小さな金属棒で構成されており、この棒は作動カムによって、長方形の経路に沿って4方向に動くようになっている。ギザギザの付いた棒は、まずテーブルのスロットを通って上昇し、次に水平方向に移動して布を送り出し、その後テーブルの下に下がり、最後に再び水平方向に移動して開始位置に戻る。

1852年にウィルソンが特許を取得した回転フックと、1854年に特許を取得した4方向送り機構という、この2つの重要な特徴を基盤として、大規模かつ重要な事業が築き上げられました。この事業において、ナサニエル・ウィーラー氏はウィルソン氏と協力関係にあり、彼らの企業家精神と創意工夫の結晶として、有名なウィーラー＆ウィルソン社の機械が誕生しました。

シンガーのオリジナルミシン
図146．―オリジナルのシンガーミシン。

ウィーラー＆ウィルソン社のミシンと同時期には、他にも優れたミシンが存在した。その一つとして、アイザック・M・シンガーが1851年8月12日に特許番号8,294を取得したシンガー社のミシンが挙げられる。その原型は図146に示されている。シンガー社のミシンは、仕立て業や皮革産業が求める、より重くパワフルなミシンのニーズを満たしていた。[188]特徴的なのは、作業台の上に水平アームが付いた垂直の支柱で、これは後に他の多くの機械にも採用されました。シンガーは、手動クランクホイールの代わりに足の力でミシンを作動させるために、初めて足踏み式ミシンを採用しました。1851年、WO グローバーとWE ベイカーは、グローバー＆ベイカーミシンの特徴である二重チェーンステッチを作るミシンの特許を取得しました。ジェームズ E.A. ギブスは、1856年から1860年にかけて、ウィルコックス＆ギブスミシンに具現化された単糸回転フックを発明し、いくつかの特許を取得しました。これらに加えて、フェアフィールドの特許に基づいて作られた「ウィード」ミシン、マックの特許に基づいて作られた「ドメスティック」ミシンがありました。そして、ラングドンの特許に基づいて製造された「フローレンス」ミシンは、ハウの特許取得から数年後、仕立ての技術に革命をもたらし、既製服と既製靴の黄金時代を到来させ、女性を針仕事の苦役から解放し、一人の手の効率を実に10倍に高めた、代表的なミシンであった。

1856年、ミシン特許の初期所有者たちは、共通のライセンス料を設定し、相互の利益を保護するために、有名な「ミシン組合」を結成しました。この組合には、エリアス・ハウ、ウィーラー＆ウィルソン製造会社、グローバー＆ベイカーミシン会社、そしてIMシンガー社が含まれていました。1853年から1876年にかけて主要企業が製造したミシンの概要は以下のとおりで、この産業の初期の発展ぶりを示しています。

製造業者。 1853年。 1859年。 1867年。 1871年。 1873年。 1876年。
ウィーラー＆ウィルソン製造会社 799 21,306 38,055 128,526 119,190 108,997
シンガー・マニュファクチャリング・カンパニー 810 10,953 43,053 181,260 232,444 262,316
グローバー＆ベイカーミシン会社 657 10,280 32,999 50,838 36,179 ….
ハウミシン会社 …. …. 11,053 134,010 90,000 109,294
ウィルコックス＆ギブスミシン会社 …. …. 14,152 30,127 15,881 12,758
国内ミシン会社 …. …. …. 10,397 40,114 23,587
上記の表から、四半世紀前にはすでに機械の生産台数が年間50万台を超えていたことがわかる。[189] 1877年にはミシンに関する基本的な特許はすべて失効しましたが、この分野における発明家の活動は今もなお続いており、今日ではミシンとその部品に関する特許が数千件も存在します。ミシン本体の構造に関する特許に加え、裾上げ、折り返し、縫い合わせ、キルティング、綴じ合わせ、ギャザー寄せ、フリル付け、刺繍、コーダー、ボタンホール付けなど、無数のアタッチメントが存在します。ミシンの各部品もそれぞれ個別に注目され、個別の特許が取得されており、すべてがミシンの改良を目指しています。今日では、すべての基本原理が公有化され、細部に至るまで絶え間ない改良が加えられているため、どれが優れているかを比較することは困難です。

現在、市場には多種多様なミシンが出回っており、一般的な作業用の標準的なミシンから、数多くの特殊用途向けの専用ミシンまで様々である。ある一社だけでも、400種類以上のミシンを製造していると言われている。

ミシンの最も重要かつ革新的な用途の 1 つは靴の製造です。1861 年以前は、靴の製造は靴職人の時間のかかる骨の折れる手作業の方法に限られていました。安価な靴は、靴底をアッパーに木製のペグで粗雑に固定することによってのみ製造できましたが、ペグの内側に並んだ突起によって、多くの男性や少年が不必要な苦行を強いられていました。手縫いの靴は 1 足あたり 8 ドルから 12 ドルかかり、裕福な人以外には高価すぎる贅沢品でした。しかし、1861 年にマッケイ靴ミシンが登場すると、靴底がアッパーにしっかりと縫い付けられた快適な靴が、粗雑で扱いにくいペグ縫いのものよりも安価に製造できるようになりました。マッケイミシンは、3 年以上の忍耐強い研究と作業の成果でした。このミシンは、1862 年 4 月 29 日に米国特許第 35,105 号、1862 年 5 月 6 日に米国特許第 35,165 号で保護されています。 1862 年 8 月 12 日発行の特許番号 36,163 と 1864 年 12 月 13 日発行の特許番号 45,422 があり、実用的な結果が得られるまでに開発費用 130,000 ドルを費やしました。その現代版を図 147に示します。この機械で靴を準備するには、まずインソールを木型に置き、次にアッパーを木型に当てて、その縁をインソールに固定します。次に、ステッチを受けるための溝が掘られたアウトソールを仮止めし、アッパーの縁が 2 つのソールの間に挟まれて保持されるようにします。次に、靴をホーンと呼ばれる回転支持具の端に置き、ホーンが靴を針まで持ち上げます。靴職人用のワックスでコーティングされた糸が入ったスプールがホーンによって運ばれ、ランプでワックスが柔らかく保たれた糸がホーンの内側を上って渦巻きまで伸びます。後者は角の上端に取り付けられた小さなリングで、針を通すための開口部があります。針には返しまたはフックがあり、それが底を通って下降すると、渦巻きが糸を巻き取ります。[190] このフックが上がり、針が上がると、糸がソールに通され、アウトソールの外側の溝にチェーンステッチが形成されます。縫製が進むにつれて、ホーンが回転し、ソールの縁のすべての部分が針の下に入るよ​​うになります。この機械では、1人の作業員が10時間で900足の靴を縫うことができ、500足から600足は平均的な作業員の生産量にすぎません。1877年までに、米国ではこの機械で3億5000万足の靴が製造され、ヨーロッパではおそらく同数かそれ以上の数が製造されたと言われています。この機械で作られた靴は丈夫で快適でしたが、靴職人が釘打ちまたはペグ打ち以外でソールを張り替えることはできず、さらにソールはやや硬く柔軟性に欠けていました。これらの問題に対処するため、「グッドイヤーウェルト製法」として知られる新しい機械が1871年と1875年に特許を取得し、少し後に発売されました。これはアッパーにウェルトを縫い付け、その後の工程でそのウェルトを外側のステッチ列でソールに縫い付けるというものでした。これにより柔軟性が大幅に向上し、さらに靴職人が昔ながらの手縫いで靴底を半分だけ仕上げることができるという利点もありました。これは高級靴の製造技術を進歩させ、今日では紳士用の高級靴のほとんどすべてがこの方法で作られています。ミシンが靴業界に導入されたことで、履物に新たな時代が到来し、地球上でアメリカ合衆国の人々ほど良質で安価な靴を履いている国はないと言われています。

靴用ミシン
図147．マッケイ製靴ミシン

ボタンホールは、一般の人にとっては何ら重要なものとは思えない。しかし、ボタンホールを根気強く縫い合わせて形作る裁縫師は、そうではないことをよく知っている。そして、大きなシャツ工場や靴工場で働く裁縫師が、襟、袖口、シャツ、靴に無数にあるボタンホールを目の当たりにすると、この骨の折れる、神経をすり減らすような作業の多さに愕然とする。ボタンホールのコストを削減し、[191] 手作業に加え、さまざまなボタンホールマシンやミシンへのアタッチメントが考案されてきた。1862年10月7日にハンフリーに付与された特許番号36,616と36,617は、最も初期の形態の一つをカバーしているが、この作業のために特別に考案されたリースボタンホールマシンは、最も近代的で成功したものの1つである。これは1881年4月26日、1886年9月21日、1895年8月20日に特許を取得している。これらのマシンは、布を動かす代わりに、ステッチ形成機構をボタンホールの周りで動かすことでボタンホールを作るという重要な転換点を示している。このマシンの図は図148に示されている。このマシンでは、9時間50分で10,010個のボタンホールが作られた。マシンはまずボタンホールを切り、次にそれをステッチ装置に転送し、ステッチ装置がボタンホールを縫い、バーを付けて、完全に自動で仕上げる。この機械を使うことで、手作業に比べて製造業者にとって数百パーセントのコスト削減が見込めるが、裁縫をする女性にとっての負担軽減効果は、それよりもはるかに大きい。

ボタンホールマシン
図148．リース社製ボタンホールミシン

ミシンは様々な種類の作業に数多くの驚くべき応用例を生み出してきた。最近の例としては、自動動力カーペット縫製が挙げられる。[192] シンガー・マニュファクチャリング社が製造・販売したこの機械は、1894年にE・B・アレンによって特許が取得されました。この機械は、外観上はミニチュアの高架鉄道に似ています。長さ約36フィートの高架レールが3～4フィート間隔で支柱に支えられ、縫い合わせる2枚のカーペットの上端を挟むためのクランプジョーが付いています。ティーポットほどの大きさしかない小型の縫製装置は、片端の電動モーターからエンドレスベルトで駆動されます。この小型機械はレールに沿って移動し、吊り下げられたカーペットの上端を縫い合わせます。その動きは、まるで柵の上をリスが這うように、非常に滑らかです。この機械は毎分5ヤードの縫い目を縫い、10ヤードのカーペットを均一かつしっかりと縫い合わせることができ、最も粗く扱いの難しいこの生地の縫製において、一切の手作業を不要にします。

おそらく、ミシンほど組織的に利用され、徹底的に宣伝され、執拗に勧誘され、広く販売された機械は他にないでしょう。本社、支店、代理店、そして馬車に乗った巡回勧誘員によって、あらゆる都市、村、集落、農家が積極的に攻め立てられ、魅力的な分割払い制度のおかげで、ミシンのない家はほとんどないと言えるほどです。ミシンの小売価格は原価とは全く関係がありませんが、この消費者価格の高さは、代理店への多額の手数料と高額な勧誘方法によるものです。ミシンの初期の頃は、主に家庭用として販売されていましたが、今ではそうではありません。ほとんどすべての家庭がミシンを所有していますが、男性、女性、子供の衣服のほとんどすべてが既製品で購入できるようになったため、より精巧で特別な種類の作業にのみミシンが使われるようになりました。既製品の価格は、材料費と縫製の労力よりもはるかに安価です。今日では既製シャツを50セントで買えるが、50年前なら2ドルもしただろう。この変化によって、ミシンの活躍の場は家庭から工場へと大きく移った。今や大工場では、男性、女性、子供用の既製服、シャツ、襟、袖口、靴、帽子、キャップ、日よけ、テント、帆、バッグ、旗、バナー、コルセット、手袋、ハンドバッグ、馬具、鞍、ゴム製品などを製造している。そして、これらの産業はすべてミシンを基盤としており、工場の壁沿いにずらりと並んだミシンが、世界の需要を満たすために忙しく稼働している様子を見ることができる。このミシンの進化に伴い、足踏みペダルはもはや使われなくなり、カウンターシャフトからの動力で駆動されるようになった。これにより、より高速で効率的な縫製が可能になった。[193] 機械の効率は向上する。しかし、発明家たちは高速化にはいくつかの制約があることを発見した。一定の速度を超えると、摩擦によって針が熱くなり、糸が焼けて焼き付きが発生する。さらに、カムとバネでは、バネの弾力性が十分に速く作用しないため、動作が確実ではなく、偏心歯車やクランクなどのより確実なギア機構を使用する必要がある。しかし、これらの困難にもかかわらず、現代の工場用機械は、昔ながらのミシンの速度を毎分数百針から毎分3,000針、4,000針にまで向上させた。

アメリカはミシン発祥の地であり、ニューヨーク市はミシン産業の中心地で、おそらくミシン取引の9割がそこで管理・処理されている。ドイツのメーカーもこの分野での競争力強化に力を入れているが、一般的にはアメリカ製のミシンが世界最高とされている。

初期の頃、この機械に特に関心を示していた人物の中には、オーランド・B・ポッターとジョーダン＆クラーク法律事務所がいた。後者は著名な発明家たちの訴訟代理人を務めており、その過程でエドワード・クラーク氏もこの事業に興味を持つようになった。そして1856年、彼は分割払い販売制度を導入した。クラーク氏は亡くなる数年前まで、シンガー社の社長を務めていた。

ミシン業界に関する最近の統計は入手が困難である。その理由の一つは、この事業の規模と影響の大きさであり、もう一つは、大手企業が公表用のデータを提供したがらないためである。1891年にワシントンで開催された特許100周年記念式典で、元特許局長のバターワースは、「カエサルはガリアを征服したが、その兵力はミシンの部品の発明と改良に費やされた兵力よりも少なかった」と述べた。ニューヨークに本社を置く大手シンガー社は、ニュージャージー州エリザベスポートに5,000人を雇用する工場を運営しているだけでなく、ヨーロッパやカナダにも工場を持ち、スコットランドのキルボウィには6,000人を雇用する工場がある。1853年から1896年末までに同社が製造した合計1,350万台のミシンのうち、約600万台は海外の工場で製造されたものだが、ニューヨーク本社が直接管理・運営している。シンガー社のアメリカ工場の現在の生産量は、週1万1000台以上、年間50万台以上であると言われている。これほど多くのミシンが海外で製造されているにもかかわらず、1899年のアメリカからの輸出額は326万4344ドルに達した。

ハウミシンの初期の頃は、何千人もの男女の職業に対する脅威として非難されていました。[194] 衣料品店で働いていた発明家が、こうした反対​​や落胆と闘ったことは、歴史の興味深い一ページを形成している。しかし、それは定着し、成長していった。約7,000件の米国特許は、この分野への関心と創意工夫を証明しており、約10万人が機械の製造と販売で生計を立て、何百万人がその使用で利益のある仕事を見つけ、米国では年間70万台から80万台の機械が製造されている。すべての国の生産量は、年間120万台から130万台と推定されている。

ミシンの本来の目的は、布地を一枚ずつ縫い合わせるという単純で取るに足らない機能に過ぎないが、人類のニーズを満たすことで文明に与えた影響は非常に大きく、時代を画する発明品の一つとして数えられるほどである。ミシンは新たな産業を生み出し、資本に有益な雇用機会を与え、賃金労働者の雇用を拡大し、日給を引き上げてきた。裸の人々に衣服を与え、飢えた人々に食料を与え、寒さと死の脅威から人々を守ってきた。しかし何よりも素晴らしいのは、ミシンの心地よい音色が、疲れた働く女性の心を軽くし、人生の道を平坦にしてくれたことである。疲れた指と痛む目に、ミシンは切望していた休息という癒しをもたらしたのだ。

[195]

第16章
死神。
初期のイギリスの機械—パトリック・ベルの機械—ハッセイの刈り取り機—マコーミックの刈り取り機とその大成功— 2 つのアメリカの刈り取り機のライバル関係—自動レーキ—自動結束機—複合蒸気刈り取り機と脱穀機—西部の広大な小麦畑—統計。

古代テーベの墓に描かれた収穫の場面には、喉の渇いた刈り手が、湾曲した鎌を手に、穀物に向かって背中を曲げたり、皮製の水筒で喉を潤したりしている様子が描かれている。30世紀以上もの間、人々はこのようにして額に汗して生計を立ててきた。現代でも、木製の柄が付いた鎌は時折見かけられ、年配の人々にとっては、昔の収穫期の汗と苦労、喧騒と興奮を思い起こさせる馴染み深いものとなっている。しかし、刈り取り機の登場によって、こうした光景はすべて変わり、やがて穀物の柄は、民族誌的な標本として博物館の壁に飾られるだけになるだろう。

歴史的証拠が見つかる最初の刈り取り機は、紀元1世紀（西暦70年）にプリニウスが記述したものです。彼は次のように述べています。「収穫方法は地域によって大きく異なります。ガリア属州の広大な地域では、櫛状の歯を備えた大きな中空の枠を2つの車輪で支え、立っている穀物の中を走らせます。その後ろには家畜が繋がれており（in contrarium juncto）、その結果、穂が引きちぎられて枠の中に落ちます。」

この原始的な機械は近年何度も改良され、今日ではクローバーの種子を集めるための特別な用途が見出され、「ヘッダー」と呼ばれている。

近代における最初の刈り取り機の発明は、1786年にイギリスのピットが発明したもので、これは古代ガリアの農具の原理を踏襲し、立っている穀物から穂を剥ぎ取るものでした。しかし、ピットの機械は回転する円筒に櫛歯が並んでおり、穀物の穂を引きちぎって容器に排出する仕組みになっていました。1799年、イギリスのボイスは水平回転する刃を備えた垂直軸を発明しました。1800年には、メアーズが[196] 鋏。1806年、グラッドストンは前方牽引式、側面切断式の機械を考案した。この機械では、指の付いた湾曲したセグメントバーが穀物を集めて保持し、水平に回転するナイフがそれを切断する。1811年、カミングはリールを導入し、1814年、ドブスは分割器を使用した手押し車式の刈り取り機について説明した。1822年、オグルは往復ナイフバーの重要な改良を行い、これはその後のすべての成功した刈り取り機の特徴となった。それは前方を馬で牽引した。カッターバーは側面に突き出ていた。穀物をカッターに集めるためのリールがあり、穀物プラットフォームは傾いてハンマーを落とした。1826年、スコットランドのパトリック・ベル牧師は、一連の鋏のように機能する可動式の振動カッター、リール、および穀物を片側に運ぶ移動式エプロンを備えた刈り取り機を考案した。この機械は後ろから押され、幅5フィートで1エーカーを1時間で刈り取った。しかし、何らかの理由で1851年まで放置され、その後再編成されてロンドン万国博覧会でアメリカの機械と競合する形で実用化された。刈り取り機の開発に関する初期の実験はすべてイギリスで行われた。アメリカでは穀物栽培はまだ初期段階にあり、18世紀末近く、イギリス王立農業協会は成功した刈り取り機の生産に賞を与えることで自国の発明家を刺激し、その後も長年にわたって賞を与え続けた。しかし、[197] それまでの機械は実用的な成果を上げておらず、満足のいく作業を行い、かつ継続的に作業を行う実用的な刈り取り機を発明するには、アメリカの天才たちの豊かな発想力が必要とされていた。20世紀初頭には、アメリカの発明家たちに数多くの刈り取り機の特許が与えられたが、その中でも特筆すべきは、1831年5月3日にニュージャージー州プレインフィールドのマニングに与えられた特許である。この特許は、穀物を保持するためのフィンガーバーと、槍状の刃を備えた往復運動するカッターバーを特徴としていた。

ハッセイの死神の詳細
図149.—特許庁図面、ハッセイの刈り取り機、1833年12月31日。

バージニア州のサイラス・H・マコーミックとメリーランド州のオベド・ハッセイは、収穫機を実用的なレベルにまで高めた人物である。彼らの機械の商業的開発はほぼ同時期に行われ、それぞれの優位性に関する主張は、当時の農民の間でほぼ同数の支持を得ていた。元々はシンシナティ出身で、後にメリーランド州に移住したハッセイは、1833年12月31日に特許を取得した最初の人物である。特許図面の図は図149に示されている。この図面は、二重のガードフィンガーe内をスライドする往復鋸歯カッター fを備えていた。前引き、横切り、およびプラットフォームを備えていた。カッターは、主駆動輪からギアホイールを介して作動するクランクシャフトからピットマンによって駆動された。彼の仕様書には、駆動輪のロックまたはロック解除、およびプラットフォームのヒンジ機構が規定されており、穀物を収穫する作業員は機械に乗ることができると記載されている。

マコーミックのリーパー
図150.—特許庁図面、マコーミックの刈り取り機、1834年6月21日。

1834年6月21日、バージニア州のサイラス・H・マコーミックは、自身の発明した刈り取り機の特許を取得した。図150には、その特許図面が示されている。[198] この機械にはハッセイ特許にはない2つの特徴があった。すなわち、カッター上部の水平軸上のリールと、カッターの外側端にある仕切りLである。この仕切りLはカッターの前方に突き出ており、切断する穀物と残しておく穀物を事前に分離する。マコーミックの機械には、互いに反対方向にクランクで往復運動する2つのカッターまたはナイフがあった。彼は後にこの特徴を放棄し、代替案として説明した単一のナイフを採用した。この機械は、後部の舌BのバーCに繋がれた馬車の前に押して運ぶことになっていたが、前方の一対のシャフト（点線で示されている）によって前方牽引も可能になっていた。シャフトの横にある湾曲した点線は、馬から残しておく穀物を押し出すための湾曲したガードを示している。仕切りLには、プラットフォームの後方まで伸びる布製のスクリーンがあった。

ハッセイもマコーミックも当時、先行技術の状況を認識していなかったようで、1836年の特許法がまだ制定されていなかったため、新規性に関する審査はほとんどなく、発明の優先権に関する干渉手続きもなかったため、それぞれの特許請求の範囲は古いものが多く、おそらく現在の特許庁の慣行では互いに矛盾するものが多かっただろう。 1854年12月16日と23日のサイエンティフィック・アメリカン誌の刈り取り機に関する非常に興味深い一連の記事で、ハッセイの機械が詳しく説明されている。最初の公開試験は1833年7月2日にオハイオ州カーセージ近郊のハミルトン郡農業協会で行われ、その成功は9人の証人によって証明された。ハッセイ氏は、二重フィンガーバー、つまり、片方の部材がナイフの上、もう片方がナイフの下にあるフィンガーバーを非常に重視した。 『サイエンティフィック・アメリカン』誌 は、この機械は最初から成功を収めたと述べ、「1834年にイリノイ州とニューヨーク州に、1837年にはペンシルベニア州に導入され、1838年にはハッセイ氏はオハイオ州からメリーランド州ボルチモアに移転し、現在に至るまでそこで刈り取り機の製造を続けている」と伝えた。

1836年、ハッセイはメリーランド州イースタンショア農業協会から、自身の機械を展示するよう招待された。7月1日、彼はその招待に応じ、タルボット郡オックスフォードで協会員に機械の動作を実演し、7月12日にはイーストンでも再び実演を行った。翌土曜日にはトラップで展示され、その後、テンチ・ティルグマン氏の農場で使用され、180エーカーの小麦、オート麦、大麦がこの機械で刈り取られた。協会の理事会の報告書は、この機械の実用性、効率性、価値を全面的に称賛し、発明者には立派な銀のカップ一対が贈られた。報告書には、イースタンショアの以下の著名な住民が署名していた。[199] ショア：ロバート・H・ゴールドスボロー、サミュエル・スティーブンス、サミュエル・T・ケナード、ロバート・バニング、サミュエル・ハンブルトン・シニア、ニコル・ゴールドスボロー、エド・N・ハンブルトン、ジェームズ・L・チェンバレン、マーティン・ゴールドスボロー、ホレイショ・L・エドモンソン、テンチ・ティルグマン。

ハッセイは長年にわたり、自身の機械を製造・販売した。 1847年10月号のボルチモアで発行されていた農業雑誌『アメリカン・ファーマー』には、彼の機械の広告が掲載されており、様々なサイズの機械の価格表や、穀物の処理方法の改良についても紹介されている。この改良はテンチ・ティルグマン氏の発明であり、ハッセイは自身の刈り取り機に採用した。

マコーミック社の刈り取り機
図151．1847年製のマコーミック社製刈り取り機。

ハッセイが刈り取り機の開発に取り組んでいる間、マコーミックもまた自身の刈り取り機の開発に忙しく取り組んでおり、1845年1月31日に2番目の特許（特許番号3,895）を取得しました。これは、刈り取り棒、分割器、およびリールポストに関するものでした。マコーミックの次の特許は1847年10月23日付で、特許番号5,335であり、この特許では、図151に示すように、刈り取り機の座席をプラットフォームに取り付けることになっていました。マコーミックの最後の特許では、刈り取り機の重量をバランスさせるために、駆動輪の前にギアとクランクを配置することも規定されていました。同じ年に、ハッセイは1847年8月7日付で、開口部のある上部とスロット付きフィンガーガードに関する特許（特許番号5,227）を取得しました。これは、成功したすべての刈り取り棒の重要な部分です。

マコーミック社とハッセイ社の機械のライバル関係は何年も続き、アメリカとイギリスの両方で頻繁に競争が繰り広げられた。このライバル関係の刺激が、間違いなく刈り取り機の開発と成功に大きく貢献した。ハッセイ社とマコーミック社は、[200] 彼らは特許の延長を申請したが、認められなかった。1848年、マコーミックの延長手続きが係属中、彼は自身の収穫機の発明がハッセイの発明よりも古く、1831年には既に機械を製作し、当時バージニア州のジョン・スティール氏の農場で使用していたことを示す事実を提出した。この優先権の主張は、1833 年 9 月 28 日にバージニア州レキシントンで発行された新聞「ユニオン」に機械の説明と使用証明書が掲載されたことで裏付けられました。この問題について裁定は下されませんでしたが、この事実と、1851 年にイギリスで行われたコンテストでのマコーミック氏の成功、そしてその後の刈り取り機の改良、開発、導入における彼の粘り強い活動により、彼はこの分野で非常に有名になり、今日では彼の名前は、フルトンが蒸気船と、モールスが電信機と結びついているのと同様に、刈り取り機と結びついています。刈り取り機の完成は、誰よりもマコーミック氏によるものです。1851 年の春、マコーミック氏はロンドン万国博覧会に刈り取り機を展示しました。ハッセイもそこに機械を出展しており、展示されていたのはこの 2 社だけでした。機械は現場でテストされ、その動作を見たすべての人を驚かせました。進行中の重要な時代に授与される4つの特別メダルのうちの1つであるグランド・カウンシル・メダルはマコーミックに授与され、審査員はマコーミックの機械はイギリス国民にとって「博覧会の全費用に見合う価値がある」と述べた。ハッセイが指揮を執るためにその場にいなかったことは言うまでもない。[201] 彼の機械の試用が行われ、その後の試用では別の陪審が彼に有利な判決を下し、アルバート王子殿下は1851年にハッセイの機械を2台注文し、1台はウィンザーに、もう1台はワイト島に納められました。マールバラ公爵もハッセイ氏に彼の機械の優秀さについて個人的な推薦状を贈りました。1855年、パリ近郊で行われた刈り取り機の競技会には3台の機械が出品されました。アメリカ製の機械は1エーカーのオート麦を22分で刈り取り、イギリス製の機械は66分、アルジェリア製の機械は72分で刈り取りました。1863年、ハンブルクで開催された大国際博覧会で、マコーミックの刈り取り機は再びグランプリを獲得しました。1878年にパリに滞在していたマコーミック氏は、「農業のために生きている人間の中で最も貢献した人物」としてフランス科学アカデミーの会員に選出されました。マコーミック氏は1884年に亡くなるまで、全力を刈り取り機の開発に注ぎ込み、そのたゆまぬ努力によって莫大な富を築き上げました。彼はその富の大部分を生涯にわたり教育振興と慈善活動に捧げました。イリノイ州クック郡の遺言検認裁判所に提出された彼の遺産目録には、その才能と勤勉さに対する報酬として1,000万ドルが示されており、20世紀の野心的な若者にとって、功績が報われることを示す好例となっています。

マン・リーパー
図152．1849年製のマン・ハーベスター。

沼地の刈り取り人
図153．1858年の湿地収穫機。

チャンピオンリーパー
図154.—チャンピオン・リーパー。

収穫機の開発において、最初に補うべき欠点の1つは、プラットフォームから穀物を自動的に取り出す機構であった。[202] 1848 年 11 月、FS ピースは、プラットフォームのスロットから歯が突き出て前後に動き、穀物を地面に落とす熊手の特許番号 5,925 を取得しました。1849 年 6 月 19 日、JJ & HF マンは、刈り取った穀物を機械の側面に運ぶためにエンドレス バンドの原理を採用した機械の特許番号 6,540 を取得しました。穀物は傾斜面を上って容器に集まり、塊となって地面に落ちます。この機械は図 152に示されています。1851 年 7 月 8 日、WH シーモアは、自動レーキ機の特許番号 8,212 を取得しました。この機械は自動レーキ式刈り取り機の時代の始まりを告げるものであり、さまざまな改良が加えられながら四半世紀にわたって使用され続け、その後、結束装置の改良によって取って代わられました。 1853年にシラとアダムスの機械が発売され、その特許はオルトマン家が購入し、オルトマンとミラー、または「バックアイ」収穫機がそれに基づいて製造されました。現代の収穫機の一般的な形状は、1849年のマンの機械の流れに沿っています。開発は、その機械の右側にある木槌受け（図152）を、穀物を束ねる際に機械に乗る人が立つプラットフォームに置き換えることから始まりました。この種の収穫機の初期の重要な例は、1858年8月15日に特許番号21,207で特許を取得したマーシュの機械で、図153に示されています。この種の機械には後に自動結束装置が応用されましたが、それが実現する以前にも、自動レーキ機には多くの改良が加えられ、応用されていました。その中には、メリーランド州のオーウェン・ドーシー（1856年）による、四分円状のプラットフォームを水平に掃引するレーキとリールの複合装置、レーキを装着したマクリントック・ヤングの回転リール、ウッド社の機械で使用されたヘンダーソンレーキ（1860年）、木槌を排出するために移動するスロット付きプラットフォームからなるセイバーリングドロッパー（1861年）、そしてホワイトリーの特許でカバーされた様々な改良が挙げられます。これらの改良は、オハイオ州スプリングフィールドのチャンピオン刈り取り機に具体化され、図に示されています。[203]図154 に示すように、この機械はドーシー式の複合レーキとリールを備えており、そのアームは円形の傾斜した固定カム上を移動し、レーキはプラットフォーム上で水平方向に掃引され、車輪上で垂直方向に戻ります。

ロックワイヤーバインダー
図155．1873年製のロック式ワイヤーバインダー。

刈り取り機の開発における次の段階、そしておそらく最も重要な段階は、穀物の束を束ねるための自動装置を提供することでした。オハイオ州のジョン・E・ヒースは、1850年7月22日の特許番号7,520で先駆者となり、紐を使用しました。ワトソン、レンウィック＆ワトソンは、1851年5月13日の特許番号8,083で、CAマクフィトリッジは、1856年11月18日の特許番号16,097で、すぐに同様の装置を提供しようと試み、前者は紐を、後者はワイヤーを使用しました。しかし、この問題は簡単に解決できるものではありませんでした。1858年11月16日、W・グレイは、束の重さで結束機構を始動させる特許番号22,074を取得しました。おそらく、部分的に自動化された結束装置を完成させ、それを収穫機に取り付けた最初の人物は、イリノイ州のHM & WW Burson社であった。1860年6月26日と1864年10月4日に、WW Burson社はコード結束機の特許を取得し、1863年には1000台の機械が製造された。しかし、これらの機械はワイヤーを使用しており、手作業による補助があったため、真の意味での自動化ではなかった。1864年2月16日、イリノイ州のJacob Behel氏は、結束機に関する非常に重要な発明で特許番号41,661を取得した。彼は、結び目を作るための結び目巻きと、コードの端を保持するための回転コードホルダーを初めて示し、特許を主張した。1870年5月31日、George H. Spaulding氏は、[204] 束を自動的に均一なサイズに調整した。ウィスコンシン州のシルバナス・D・ロックは、この問題の解決に取り組んだ次の発明家であった。彼は1871年11月28日に特許番号121,290、1874年3月31日に特許番号149,233、その他多くの特許を取得した。1873年、彼はウォルター・A・ウッドと提携し、おそらく市場に出回った最初の自動結束収穫機を製造・販売した。1873年のロックのワイヤー結束機は図155に示されている。しかし、穀物を結束するためにワイヤーを使用することには、脱穀機で束を切断するための特別な切断工具が必要であり、ワイヤーを取り外すのが容易ではなく、ワイヤーの一部が脱穀機を通過する可能性があるといういくつかの問題があった。そのため、発明家たちは紐やコードの使用に注目した。イリノイ州のマーキス・L・ゴーラムは、優れた結束機を開発し、1874年には収穫畑で稼働させていました。1875年2月9日に特許番号159,506で保護されたこの機械は、紐で結束するだけでなく、同じサイズの束を生産しました。この機械では、穀物は収穫機の昇降機によってプラットフォームに運ばれ、そこで梱包機によってつかまれ、第2のチャンバーに運ばれます。そこで梱包機は、伸縮するトリップに押し付けて圧縮します。十分な量の穀物が蓄積されると、トリップが伸縮して結束機構が作動します。機械に搭載された紐のボールは、片端が針に通され、ホルダーに固定されています。穀物は梱包機によって紐に押し付けられ、結束機が作動すると、針がハンマーを一周して紐を結び目まで運び、端が再び回転ホルダーにつかまれ、ループが形成され、バンドの両端が切断され、結束された束が機械から排出されます。その間に閉ざされたゲート[205] 穀物の流れは引き戻され、この操作が繰り返されます。1879年2月18日、ジョン・F・アップルビーは、ゴーラム結束機の改良に関する特許第212,420号を取得しました。図156には、マコーミックとハッセイの基本原理、マーシュが示した傾斜エレベーターとプラットフォーム、そしてベヘル、ゴーラム、アップルビーの自動結束装置を具現化した、現代の自動結束式刈り取り機が示されています。

自動自己拘束リーパー
図156．現代の自動式自動結束刈り取り機。

この機械は、好条件の下では、運転手1人で1日に20エーカーの小麦を刈り取り、束ね、束ねた束を列状に運びます。また、集草機1台で20人分の作業をこなし、しかもより効率的に行います。手作業に比べて穀物の無駄が減るため、束ねるのに使う紐の費用を賄うのに十分な節約になります。自動結束式の刈り取り機のおかげで、穀物の収穫コストは1ブッシェルあたり0.5セント以下にまで削減されたと言われています。

自結束式の機械は現在、年間18万台以上生産されていると推定されており、そのうち4分の3以上はシカゴのメーカーが製造している。この偉大な産業に携わるすべての優秀な労働者に敬意を表することは不可能である。刈り取り機と草刈り機に関する特許は1万件近く取得されており、既に挙げた人物に加え、ホワイトリー、ウッド、アトキンス、マニー、ヨスト、ケッチャムといった著名な人物は、刈り取り機の開発と改良に貢献した偉大な発明家たちのほんの一部に過ぎない。

1840年には、わずか3台の刈り取り機しか製造されなかったと言われている。今日では、自走式収穫機、刈り取り機、草刈り機の総数は200万台と推定されている。この産業の過去40年間の成長は以下の通りである（1860年から1870年の間の比較的わずかな増加は南北戦争によるものである）。

 1840年。  1850年。  1860年。  1870年。  1880年。

製造された機械 3 3,000 20,000 30,000 60,000
この時期の直後に自動コード結束機が導入され、5年以内に刈り取り機と草刈り機の生産量が大幅に増加しました。1885年には、10万台以上の自動結束式収穫機と15万台の刈り取り機および草刈り機が製造・販売されました。1890年には、シカゴの2つの製造工場で20万台以上の機械が製造され、その半分が自動結束機、残りの半分が刈り取り機および草刈り機でした。この2つの工場だけで、製造と販売のさまざまな部門で1万人の従業員を雇用していました。1895年には生産量が[206] これらの製造施設の中で最大規模のものは、束ね運搬装置とトラックを備えた自結束式収穫機6万台、草刈り機6万1千台、トウモロコシ収穫機1万台、刈り取り機5千台を製造し、合計13万6千台の機械を生産した。1898年には、この工場1つだけで、自結束式収穫機7万4千台、草刈り機10万7千台、トウモロコシ収穫機9千台、刈り取り機1万台を生産し、合計20万台の機械を生産した。この生産量に、同じく製造された馬熊手7万5千台を加えると、1日10時間稼働した場合、年間平均で40秒に1台の機械が完成したことになる。この種の農業機械の全工場における年間推定生産台数は、自走式収穫機18万台、草刈り機25万台、トウモロコシ収穫機1万8千台、刈り取り機2万5千台である。

蒸気収穫機
図157．蒸気式収穫機および脱穀機。

この機械は、小麦の穂取り、脱穀、洗浄、袋詰めを連続した一連の作業で行います。
切断幅は26フィート（約8メートル）、処理能力は1日あたり75エーカー（約30ヘクタール）です。

耕起と播種の組み合わせ
図158．50馬力蒸気式植栽装置。

牽引機関車が、16枚の10インチプラウ、4枚の6フィートハロー、およびドリルを牽引している。

1880年には、自結束式収穫機約800台、刈り取り機2,000台、草刈り機1,000台が輸出された。1890年には、自結束式収穫機3,000台、刈り取り機4,000台、草刈り機2,000台に増加した。[207] 1890年に輸出された刈り取り機と草刈り機の総額は2,092,638ドルでした。1890年以降の成長は、1899年の輸出額が9,053,830ドル、つまり1890年の4倍以上であったことからも明らかです。これらの輸出された機械は、南米のアルゼンチン、パラグアイ、ウルグアイの作物を収穫し、その省力化効果はオーストラリアやニュージーランドにももたらされ、紅海やヴォルガ川沿いの小麦畑を横断し、ヨーロッパ大陸全体で使用されています。

収穫風景の半分
図159．西部の収穫風景（左側の断面図）。

収穫風景のもう半分
図159．西部の収穫風景（右側の視点）。

自動結束式収穫機が20人分の作業、つまり穀物の刈り取りと結束、そして束を風列に並べる作業をこなすと、この技術は完璧に達したように思えるが、時代の流れは物事を常に規模を拡大していく傾向にあるため、収穫機の最新開発は、蒸気で穀物畑を横断する巨大な機械（図157）であり、同じ動力で26～28フィート幅の刈り取り幅で穀物を刈り取り、移動しながら脱穀し、籾殻を吹き飛ばし、1分間に3袋の速度で穀物を袋に詰める。各袋には115ポンドの穀物が入っており、2人の熟練した袋縫い職人が排出口から穀物を取り出し、袋を縫い、地面に捨てる必要がある。1日に75エーカーの作業が可能である。この機械の姉妹機が図158に示されており、同じ動力が植え付けに利用されている。 50馬力の強力な蒸気牽引機関が、16 枚の 10 インチのプラウ、4 枚の 6 フィートのハロー、後部に播種機を備えた播種機を畑を横切って牽引します。このような大型の収穫機は、乾燥した気候により穀物が畑に立っている間に十分に成熟して乾燥するカリフォルニア州と太平洋沿岸諸州の広大な小麦畑でのみ有効に活用されます。さらに、穀物の穂だけが刈り取られ、藁は立ったままです。西部諸州で穀物が栽培されている規模の大きさは、農場の規模からある程度想像できます。グレン博士の小麦農場は 45,000 エーカー、ノースダコタ州のダルリンプル家の農場は 70,000 エーカー、カリフォルニア州サンホアキンバレーのミッチェル氏の農場は 90,000 エーカーと言われています。 1893年当時、ダルリンプル農場は54,000エーカーの小麦畑を所有し、283台の自動刈り取り機を使って収穫を行っていた。カリフォルニア州マデラ郡、クロービスの町近郊、サンホアキン川のほとりには、25,000エーカー、つまり約40平方マイルにも及ぶ、途切れることのない小麦畑が広がっている。まさに波打つ穀物の海だ。畑はほぼ正方形で、各辺の長さは6マイル強。もし幅を1マイルにすれば、長さは40マイルになる。西部の穀物畑について、男たちと馬車が朝食をとる、とよく言われる。[208]
[209] 畝の一方の端で昼食をとり、列の真ん中で夕食をとり、夜は同じ列の端で野営して夕食をとる。このような規模の畑では、これが真実である理由が容易に理解できる。このような広大な土地での作物の栽培と収穫は、比較することによってのみ理解できる。もし、このような畑を耕すのが一人の男の仕事だとすれば、たとえ幅24インチの畝を切るダブルギャングプラウを使ったとしても、彼は105,600マイル移動することになり、これは地球を4周するのに相当します。彼が1日に20マイル耕したとすれば、5,280日かかります。耕うんにも同じくらいの時間がかかり、種まきにもほぼ同じくらいの時間がかかり、合計で約43年かかります。作物を植えるには一生かかり、収穫するには2世代目が必要になります。しかし、大きな成果を上げるには大きな組織力が必要であり、そのため、大勢の人員によって操作される巨大な省力機械が動員され、それらを用いて作物の植え付けと収穫が行われる。自動巻き取り式の収穫機が長い列をなし、互いにぴったりと並んで作業を進め、天候が変わる前にこの広大な畑は刈り取られ、作物が収穫され、あらゆる国の飢えた人々にパンが供給される。

1898年の小麦の対外輸出量は1億4823万1261ブッシェル、金額にして1億4568万4659ドルであり、同年の小麦粉の輸出量は1534万9943バレル、金額にして6926万3718ドルであった。1898年のアメリカ合衆国における小麦の総収穫量は6億7514万8705ブッシェルであった。

肥沃な大地と、才能あふれる発明家たちのおかげで、アメリカ合衆国は世界で最も豊かな国となった。その未来がどうなるかは誰にも分からないが、その運命はまだ成就しておらず、計り知れない可能性を秘めている。

[210]

第17章
加硫ゴム。
インディアンによるゴムの初期の使用—ゴムの採取—初期実験の失敗—グッドイヤーの粘り強い実験—ナサニエル・ヘイワードによるゴムへの硫黄の適用—グッドイヤーの加硫プロセス—彼のプロセスのヨーロッパへの導入—債務による裁判と投獄—ゴム靴産業—用途の広範さと多様性—統計。

ほとんどすべての重要な発明は、緩やかな発展段階を経て、多くの人々の貢献によって誕生してきた。中には、数世紀前の時代から徐々に進化してきたものも少なくない。しかし、加硫ゴムはそうした類のものではない。加硫ゴムは19世紀にのみ誕生し、一人の人物のたゆまぬ努力によって生まれた。ゴムの原料となる天然ゴムの価値は以前から推測され、長年にわたりその利用が試みられてきたが、グッドイヤーが加硫法を発明するまでは、ゴムに真の価値はなかった。この加硫法は、グッドイヤー氏の独創的で、他に類を見ない重要な技術であり、今日に至るまで、いかなる形でも凌駕されたり、改良されたりしたことはない。チャールズ・グッドイヤーは1800年12月29日、ニューヘイブンで生まれた。19世紀の幕開けの2日前に始まった彼の生涯は、発明家が逆境に立ち向かう苦闘と試練を如実に物語っており、自己犠牲、たゆまぬ努力、そして報われない苦労の痛ましい例でもある。虚弱体質で小柄、貧しく、借金のためにたびたび投獄された彼は、この技術の発展を人生の最重要目標とし、敬虔な信仰と揺るぎない勇気をもって30年間、この仕事に身を捧げた。仕事を続けるために必要な分以外は、お金には全く興味がなく、1860年7月1日にこの世の財産は乏しかったものの、自らの発明が人類にもたらした大きな恩恵を深く認識したまま亡くなった。

生ゴムガムの採取
図160．ガムの採取。

インドゴム、またはより正確にはカウチュックと呼ばれるものは、南米、メキシコ、中央アメリカ、東インド諸島に自生する特定の樹木の乳白色の樹液を蒸発させて得られる濃縮ゴムである。南米産のものはヤトロファ・エラスティカ、東インド産のものは[211]ゴムの木は、Ficus elastica の 一種です。南米のインディアンはこれをカチュチュと呼んでいました。ブラジルの赤道の南にあるパラ州は、ゴムの大部分と最高品質の産地です。ゴムが滲み出る木は、高さが 80 フィート、時には 100 フィートまで成長します。枝がなく、40 フィートまたは 50 フィートまっすぐに伸びています。その頂部は広がり、厚く光沢のある葉で飾られています。ゴムは、斧で樹皮を切り、一連の切り込みの下に職人の手で作った小さな粘土のカップを置くことによって採取されます。1 日の間に各カップに約 1 ギルの樹液が溜まり、それを容器に移してキャンプに持ち帰ります。ゴムを最初に利用したのは南米のインディアンで、彼らはゴムから靴、瓶、ボール、その他さまざまなものを作りました。彼らの靴の作り方は、粗末な木型を取り、ゴムが付着しないように粘土で覆うことでした。次に、それを樹液に浸すか、樹液を上から注ぎ、薄いコーティングを施した。その後、煙の出る火にかざし、濃い色にして樹脂を乾燥させた。コーティングが十分に硬くなったら、次のコーティングを加え、同様に煙をかけて、十分な厚さになるまでコーティングを繰り返した。作業が完了すると、数日間日光にさらし、まだ柔らかいうちに、作り手の好みやセンスに合わせて靴を装飾した。その後、粘土の型を壊し、靴の形を保つために草を詰めて、使用または販売できるようにした。1820年には、一組の靴が[212] これらの不格好な靴がボストンに持ち込まれ、珍品として展示された。それらは金箔で覆われており、中国人の靴に似ていた。その後、これらの靴が南米から大量に持ち込まれ、高値で売られたため、ヤンキーの創意工夫を刺激し、ブラジルから船のバラストとして安価に入手できた原材料から靴を作る方法を考案するに至った。フランスではこの素材にいくらか注目が集まり、インディアンのゴムボトルを細い糸に切って布の帯に織り、サスペンダーやガーターを作った。イギリスでは、マッキントッシュ氏が薄い溶液にしたものを使用し、それを2枚の薄い布の間に挟んでマッキントッシュ防水コートを作った。ガムを大規模に実用化した最初の例は、1830 年頃、マサチューセッツ州ロクスベリーのチャフィー氏によるものでした。彼はガムをテレピン油に溶かし、布に塗布するための蒸気加熱式ロールを発明しました。製品を販売するために会社が設立され、1833 年と 1834 年の秋と冬には、ロクスベリー社によって数千ドル相当の製品が製造されましたが、夏には製品が溶けて分解し、使い物にならないほど悪臭を放つようになり、冬の寒さで製品が硬くなり、ひび割れやすくなったため、事業は完全に失敗に終わりました。これらの事実と状況を知っていたチャールズ・グッドイヤーは、夏に溶けたり冬に硬くなったりするのを防ぐことができれば、この材料には大きな将来性があると信じて実験を開始しました。彼はさまざまな材料と混ぜることを試み、最初はマグネシアを使用しましたが、これは効果がありませんでした。 1837年6月17日、彼は特許第240号を取得し、その中で、銅またはビスマスを含む硝酸溶液を表面に塗布することでゴムの接着性を破壊することを提案した。彼はまた、ゴムを漂白するために石灰をゴムに混ぜることも主張した。この製法で、グッドイヤー氏は布地、玩具、装飾品など様々な製品を製作し、その布地を使って自分の服を作り、着用することでその価値と耐久性を実証した。当時のグッドイヤー氏を印象的に描写した言葉として、グッドイヤー氏を探している男性に、どうすれば彼を見分けられるかと尋ねられた紳士が、「インドゴム製の帽子、ストック、コート、ベスト、靴を身に着け、ポケットに一銭も入っていないインドゴム製の財布を持っている男性に出会ったら、それが彼です」と答えたという逸話がある。

この最初の特許取得プロセスにより、地図や外科用包帯など、多くの有用で芸術的な製品が作られ、グッドイヤー氏によってジャクソン大統領、ヘンリー・クレイ、ジョン・C・[213] カルフーンからは非常に励みになる手紙を受け取った。しかし、彼の製法を商業的に導入しようとする努力は成功しなかった。資本家や製造業者はロクスベリー社の巨額の損失によって非常に保守的になっており、それ以上この会社と関わりたくなかった。事実上、彼は一人で仕事を続けざるを得なかった。チャフィー氏とハスキンズ氏の親切により、ロクスベリーの工場で使われずに放置されていた貴重な機械の使用を許可され、彼は高品質の靴、ピアノカバー、テーブルクロス、馬車カバーを製造し、これらの販売と製造ライセンスの販売によって、初めて家族を快適に養うことができた。しかし、グッドイヤー氏はまだゴム産業の基礎となる加硫法を発見していなかった。1838年、マサチューセッツ州ウォーバーンのナサニエル・ヘイワード氏は、倒産し​​たゴム会社に勤務していたが、ゴムに少量の硫黄を塗布することでゴムの粘着性を防ぐことができることを発見した。同様の結果は、ドイツの化学者にも注目されていた。1839年2月24日、ヘイワード氏は自身の製法に関する特許第1,090号を取得し、グッドイヤー氏に譲渡した。この特許は、硫黄をテレピン油に溶解してゴムと混合する製法、および乾燥硫黄粉をゴムに添加し、その後グッドイヤー氏の金属塩法で処理する製法を網羅していた。これが加硫の出発点であり、加硫とは、硫黄をゴムに混合し、その後6～8時間、約300℃の温度にさらすだけの簡単な工程である。加硫の効果は、ゴムの性質を変化させ、熱の影響で溶けたり粘着性が増したり、寒さの影響で硬化したり硬くなったりするのを防ぎ、加硫されたゴムは通常のあらゆる条件下で弾力性、不浸透性、不変性を保つ。硫黄処理したガムに対する熱の影響に関するこの偉大な発見は、全くの偶然であり、全く予想外のものでした。これまでの観察において、何よりも恐れられていたのは熱でした。なぜなら、熱こそが、彼が製造したあらゆる製品を溶かし、分解し、破壊する最大の要因だったからです。熱いストーブのそばに座って実験について熱心に議論していたとき、手に持っていた硫黄処理したガムのかけらを、彼は素早くストーブの上に投げました。驚いたことに、この比較的高い熱でも、以前のように溶けることはなく、わずかに焦げたものの、全く粘着性は生じませんでした。彼はガムのかけらを、厳しい寒さの中、台所のドアの外に釘で打ち付け、翌朝調べてみると、置いたときと全く同じように柔軟性を保っていました。グッドイヤーは、後に画期的な発見となるプロセスを発見したのです。[214] 後に「加硫」として知られるようになった。この発見は1839年になされたが、提出された人々には重要性があるとは認められなかった。しかし、イェール大学のシリマン教授は1839年秋、グッドイヤー氏が主張する結果、すなわち熱で溶けず、冷たさで固まらないことを証言した。1844年6月15日、グッドイヤー氏は、硫黄を使用するだけでなく、一定量の白鉛を加えるこの製法に関する有名な特許第3,633号を取得した。その配合比率は、ゴム25部、硫黄5部、白鉛7部で、これらの成分はテレピン油で粉砕するか、ロール間に乾燥状態で混ぜ込むことになっていた。硫黄による臭いは、炭酸カリウムまたは酢で洗うことで消臭されることになっていた。この特許は1849年12月25日と1860年11月20日の2回に分けて再発行され、最初の期間の終了日である1858年6月15日から7年間延長されました。この特許に基づいて2種類のゴムが製造・販売されました。1つは硫黄を少量しか含まない「軟質ゴム」で、もう1つは「バルカナイト」、「エボナイト」、または「硬質ゴム」として知られ、硫黄を25～35パーセント含み、より長い加熱処理が施されていました。

この特許の歴史は実に興味深い。莫大な価値を持つ特許であったにもかかわらず、グッドイヤーはわずかな利益しか得られなかった。貧困と生活苦に喘いでいた彼は、権利の真の価値をはるかに下回る金額でライセンスを売却し、使用料を設定せざるを得なかったのだ。グッドイヤー氏が築き上げた事業の偉大さは、靴製造に関する特許権を保有していた企業が、特許権の擁護のためにダニエル・ウェブスターに2万5000ドルという巨額の報酬を支払ったという事実からも伺えるだろう。

発明の普及を目指し、グッドイヤー氏は1851年にイギリスを訪れましたが、そこでマッキントッシュ社のトーマス・ハンコック氏が発明者ではないものの、すでに先手を打っていたことを知りました。これは、最初に導入した者に特許を与えるというイギリス特許法の特殊な規定によるものでした。しかし、グッドイヤー氏はひるむことなく、1851年にロンドンのハイドパークにあるクリスタルパレスで開催された万国博覧会に、壮大な展示を企画しました。この展示には3万ドルを費やし、「グッドイヤー・バルカナイト・コート」と名付けました。そこには、美しい彫刻で装飾された硬質ゴム製の開放的な部屋が優雅に並び、ゴム製の家具、楽器、地球儀が置かれ、床も同じ素材で覆われていました。この展示により、グッドイヤー氏は博覧会で最も栄誉ある賞の一つである「グランド・カウンシル・メダル」を受賞しました。この展示品はその後ロンドンからシデナムに移され、そこで数年間、ゴム製品の販売代理店として展示・利用された。

[215]

洗浄・粉砕ドラム
図161．粗ゴムの粉砕および洗浄機械。

グッドイヤー氏は自身の発明でフランス特許を取得しており、1855年のパリ万国博覧会では、5万ドルの費用をかけて、ゴム製の家具、小箱、豪華な宝石で飾られた2つの優雅な中庭を設営しました。この展示に対し、彼はナポレオン皇帝から「大名誉勲章」と「レジオンドヌール勲章」を授与されました。レジオンドヌール勲章の授与が、パリの債務者監獄「クリシー」で債務のために投獄されている最中に行われたことは、運命の皮肉を象徴する特異な出来事でした。この時、妻が監獄でどのように夜を過ごしたかを心配して尋ねた際、グッドイヤー氏はこう答えました。「私は人間が経験しうるほぼすべての試練を経験してきました。」[216]肉体は罪の相続人であり、人生で恐れるべきものは罪だけだ と私は思う。」彼の晩年は悲しみ、苦痛、苦悩に満ちており、1860年に亡くなったときには、彼の遺産は20万ドルの負債を抱えていた。しかし、彼は長生きし、彼の材料が500近くの用途に利用され、イギリス、フランス、ドイツで6万人の雇用を生み出し、この国だけでも年間800万ドル相当の商品を生産するのを見届けることができた。

ゴム布の製造
図162．ゴム布の製造

ゴムの最も偉大な用途は、ブーツや靴の製造に見られる。ゴム靴の使用によって、濡れた足が原因で起こる風邪、リウマチ、そして命に関わる病気の発症をどれだけ防いできたかは計り知れないが、ゴム靴は他のどんな衣類よりも人類の健康維持に貢献してきたと言っても過言ではないだろう。

靴の製造においては、最高品質のゴムが4×2×1 1/2フィートの木箱に、1～75ポンドの塊で約350ポンド入った状態で納入される。これらの塊は適切な大きさに切断され、図161に示す機械で粉砕・洗浄される。この際、ゴムには水と蒸気が噴霧される。その後、シート状に加工される。[217] またはロール間のマット。研磨室からシートは混合室に運ばれ、そこで煤、硫黄、その他の成分が加えられ、加熱されたロールの間を何度も通過させることで練り込まれ、最終的にシートの厚さは1/32インチ未満になります。次に、図 162に示す布カレンダーロールによってゴムシートが布の裏地に貼り付けられます。このロールは蒸気で加熱され、高圧によってゴムシートと布を密着して一体化させます。アッパー、ソール、ヒール用に異なる厚さで作られたこのゴム生地から靴の型が切り出され、図 163に示すように、女性たちが器用に型に部品をはめ込み、ゴム接着剤で固定します。次に靴にゴムニスを塗り、カートに入れて加硫炉に運び込み、そこで約 275° の温度で 6 ～ 7 時間保持します。商品はその後取り出され、検査を経て箱詰めされて出荷されます。加硫処理はゴム靴の製造において非常に重要な工程であり、安定性と耐久性を確保するために不可欠です。加硫処理されていない靴は、数時間履いただけで潰れたり、広がったり、べたついたり、バラバラになったりしてしまいます。

アメリカのゴム靴産業は、約15の大企業によって営まれており、その投資額は数百万ドルに上り、これらの企業のほとんどはマサチューセッツ州、ロードアイランド州、コネチカット州に拠点を置いている。

この産業の巨大さは、輸入統計からある程度想像できるだろう。1899年、米国だけで51,063,066ポンドもの原ゴムを輸入し、これはパラ港一港からの月間輸入量が1,000,000ポンドにも上る。同年、ゴム製品の輸出額は1,765,385ドルに達した。1896年の英国の統計によると、同国へのゴム輸入量は米国の輸入量の3分の1増であった。ドイツもまた、ゴムの大消費国である。ハーブルク＝ウィーンの巨大工場は67エーカーの敷地を占め、資本金は9,000,000マルク、従業員数は3,500人に上る。ここでは、精巧な技術機器、おもちゃ、ボールなどが数多く製造されており、ボールの1日の生産量は8,000個にも達する。これらは、インド製のゴム製動物のノアの箱舟とともに、世界中の子供たちの喜びとなっている。

私たちの身の回りに溢れているにもかかわらず、インドゴムは決して安価な素材ではありません。グッドイヤーが実験を始めた頃は1ポンドあたりわずか5セントでしたが、現在では1ポンドあたり1ドルもするため、一般的な金属、木材、建築材料よりもはるかに高価です。様々な成分を配合した多くの代替品が開発され、特許も取得されていますが、真の代替品はまだありません。[218] 自然の恵みは、まだ十分に活用されていない。長年にわたり、古くなったゴム製品は価値がないとして捨てられていた。しかし今では、そうしたゴムはすべて回収され、純粋なゴムを必要としない様々な製品に利用されている。ゴム産業の需要は飽くことなく続くように見えるかもしれないが、ゴム不足を恐れる必要はない。南米や東インド諸島の森林は事実上枯渇することがなく、その豊かな沖積土壌では、自然の力による成長によって、減少したゴムは急速に回復するからである。

ゴム靴の製造
図163．ゴム靴の製作

グッドイヤーの時代以来、この技術の発展とゴムの用途の多様化、そして商業的重要性の増大は、今日ではゴムの時代に生きていると言えるほどの速さで進んできました。その用途と応用は無数にあり、文字通りゆりかごから墓場まで及んでいます。赤ちゃんがこの世に生まれると、哺乳瓶とゴム布によってインドゴムとの出会いが始まり、老いた病人がこの世を去るときも、[219] この世で彼の最期の瞬間は水袋とゴム製のベッドで癒され、その両極端の間には、私たちの周りの至る所にゴムが存在している。衣服においては、頭頂部から足の裏まで、ゴム製の帽子、コート、手袋、靴にゴムが使われている。男性はサスペンダーとパイプの柄に、女性はガーターとドレスの縁飾りに、赤ちゃんは歯固めとガラガラにゴムが使われている。兵士は雨の中哨戒任務に就き、ゴム製の毛布がリウマチから彼を守る。負傷した場合、外科医は傷ついた手足をゴム製の包帯で覆い、回復すると松葉杖の先や義足の足にゴム製のクッションが付けられる。口を負傷した場合は、政府がゴム製のプレートに義歯を装着させるかもしれない。玄関ではゴムマットが出迎えてくれ、ドアストッパーや椅子の背もたれには小さなパッドが敷かれ、果物瓶の口はゴム製のリングで密閉されている。櫛、ブラシ、鏡、靴べらなど、あらゆるトイレ用品はゴムでできています。居間では額縁やピアノのカバーに、浴室では洗面タオル、水袋、ゴム製のコップ、シャワーのホースなどに使われています。遊び部屋にはゴムボールやあらゆる種類のおもちゃがあり、台所では洗濯絞り器やテーブルクロス、食堂ではナイフの柄やティーセットなどに使われています。オフィスでゴムバンド、ゴム製の定規、鉛筆の消しゴム、万年筆ほど便利でどこにでもあるものがあるでしょうか。しかし、これらは個人用や室内での用途のほんの一部にすぎません。機械、消防車、庭のホース、蒸気機関のパッキン、自動車のスプリング、馬車や海軍の大砲のカバー、救命胴衣、ビリヤード台のクッション、そして化学・外科用器具など、ゴムは実に多種多様な用途に使われています。電気業界は、海底ケーブルや電線の絶縁材、バッテリーカップ、あらゆる電気機器の絶縁マウントなど、ほぼ完全にゴムに依存しています。空気入り自転車タイヤはゴムなしでは存在し得ず、現代ではこの用途だけでも年間約400万ポンドものゴムが使用されています。自動車1台につき、タイヤ1本あたり25ポンド、合計100ポンドのゴムが使われています。この巨大で成長を続ける産業に加え、現在では馬車にもゴムタイヤが広く使われているため、工芸分野で使用されるゴムの総量は膨大な量に達しています。

文明から何千マイルも離れた、沼地の熱帯マラリアの蔓延する森林に自生する未開の樹木の樹液が、現代生活の必需品においてこれほど大きな役割を果たすとは、どんな確率論に基づいても奇妙で説明がつかないように思える。しかし、これは発明家の忍耐強く粘り強い努力がもたらす可能性を示すもう一つの例に過ぎない。チャールズ・グッドイヤーはこのほとんど価値のない材料を取り上げ、1865年にパートンが述べたように、「[220] それは単なる新素材ではなく、千差万別の用途に応用可能な、全く新しい種類の素材だった。それは依然としてインドゴムだったが、その表面は付着せず、どんなに低温でも硬化せず、どんなに高温でも軟化しなかった。それは水を通さない布であり、破れない紙であり、しわにならない羊皮紙であり、雨や太陽にも傷まない革であり、型に流し込める黒檀であり、蝋のように加工できる象牙であり、ひび割れも収縮も腐ることもない木材だった。それは金属であり、ダニエル・ウェブスターが「弾性金属」と呼んだもので、指に巻き付けたり、結び目を作ったりすることができ、鋼鉄のように弾力性を保つことができた。成分、配合、加熱方法にわずかな変化を加えるだけで、子ヤギのようにしなやかにも、牛革よりも丈夫にも、鯨骨のように弾力性にも、火打ち石のように硬くもできた。

[221]

第18章
化学。
科学としての進化—コールタール製品—発酵と醸造—グルコース、綿火薬、ニトログリセリン—電気化学—肥料と商業製品— 19世紀の新しい要素。

この科学の基礎となる経験的発見の礎石は、それ以前の世紀の職人たちによって粗雑に形作られてきたが、それらを分類し、厳密な科学の構造に組み込んだのは19世紀の業績である。フェニキア人のガラス、エジプト人の染料や冶金操作には、ある程度の化学的知識が関わっていた。卑金属を金に変えようと無駄な努力をした錬金術師たちの操作には、さらに多くの化学的知識が関わっていたが、これらは現代の巨大で複雑な構造を築き上げるための粗雑な礎石に過ぎなかった。16世紀には、錬金術とは別に化学の研究が始まり、医学への応用にもいくらか注目が集まった。アリストテレスの四元素（火、空気、土、水）はもはや正しい理論として受け入れられず、新しい元素が提案されたが、それらは誤りであることが判明し、やがて他の元素に取って代わられた。

初期の重要なステップを簡単に概観すると、18 世紀前半のシュタールのフロギストン説、1766 年のキャベンディッシュによる水の組成の発見、1774 年のプリーストリーとシェーレによる酸素の組成の発見、18 世紀後半のラヴォアジエの電気化学的二元論、それに続くギトン・ド・モルヴォー、ベルトレ、フルクロワによる合理的な命名法、1777 年のヴェンツェルと 1792 年のリヒターによる化学当量論、ドルトンの原子論、ウォラストンの化学当量尺度、ゲイ＝リュサックの体積結合法則、ベルセリウスの化学記号体系と複合ラジカル理論、ハンフリー・デービー卿とファラデーの電気化学への貢献などが挙げられます。[222] そしてテナールによる金属の分類。こうした旧来の化学の興味深い発展段階に続いて、デュマらによる置換反応の新理論が提唱された。1860年頃から始まり、約20年にわたるこの変化は、旧来の電気化学的二元論を徐々に置き換え、現在の体系を確立した。

19世紀の化学における重要かつ興味深い成果の一つに、有機化合物の人工的な製造がある。それまで、そのような化合物はすべて、植物や動物から直接的または間接的に得られたものであった。1828年、ヴェーラーは無機物から尿素を製造した。これは有機化合物の合成製造の最初の例であり、長年にわたり、このようにして作られた唯一の製品であった。パリのベルテロは、二酸化炭素を水酸化カリウムで加熱することによりギ酸カリウムを製造し、そこからギ酸を得た。また、オレフィンガスを硫酸と撹拌することにより、水を加えて蒸留するとアルコールが生成される化合物を製造した。さらに、脂肪酸をグリセリンと再結合させて元の脂肪を生成した。

この学問の分類において、無機化学は金属、鉱物、および有機生命と関連しない物質に関するものであり、有機化学はかつては成長や生命過程に関連する物質、あるいはその結果として生じる物質に限定されていたが、現在ではより広範なすべての炭素化合物の分野にまで拡大されている。近年、最も目覚ましい進歩を遂げたのは有機化学の分野である。炭素、水素、酸素、窒素の4つの元素は無数の組み合わせで、さまざまな比率と無限の組み合わせで組み合わされ、染料、爆発物、医薬品、香水、香料抽出物、消毒剤など、無数の有用な化合物が生み出されてきた。

これらの化合物の中で最も興味深いのは、コールタール製品です。コールタールは、長年にわたりガス製造の副産物でした。40年ほど前は、農夫がフェンスの支柱の先端に塗って腐敗を防ぐか、漁師が船底や漁網に塗るくらいしか使われていませんでした。今日では、黒くて不快で見込みのない物質が、化学者によって魔法のような変容を遂げ、虹の色合いや陰影を凌駕する最も美しい染料、最も心地よい香水や香料抽出物、最も有用な医薬品、最も強力な消毒剤、そして知られている中で最も甘い物質へと生まれ変わりました。アニリン染料は、この分野における偉大な発展の一つです。1826年、ウンヴェルドルベンはインディゴから「結晶」と名付けた物質を得ました。[223]1834年、ルンゲはコールタールから「キヤノール」を得た。1840年、フリッチュはインディゴから「アニリン」と名付けた物質を得た。これはポルトガル語でインディゴを意味する「アニル」に由来する。その後まもなく、ジニンは「ベンジダム」を得た。これらの物質はすべて後にアニリンと同じであることが証明されました。パーキンスの1856年の英国特許第1,984号は、アニリン染料の最初の特許開示であり、その商業生産の始まりを表しています。これは、硫酸アニリンと重クロム酸カリウムを組み合わせて、絶妙なライラック色または紫色を生成します。最初の米国特許は1861年に取得され、現在では炭素染料および化合物に関する特許は約1,400件あり、そのほとんどはコールタールグループに属しています。染料としては、グレーベとリーバーマンによる人工アリザリン（特許番号95,465、1869年10月5日）、ライトフットによるアニリンブラック（特許番号38,589、1863年5月19日）、ボーンによるナフタザリンブラック（特許番号379,150、3月）などがあります。人工インディゴ (特許番号 259,629、1882 年 6 月 13 日)、アゾ染料 (特許番号 210,054、1878 年 11 月 19 日)、繊維に色をつける方法 (特許番号 241,661、1881 年 5 月 17 日) が最も重要である。サリチル酸の人工製造 (特許番号 150,867、1874 年 5 月 12 日) は、消毒薬の重要な一歩である。人工バニラ (フリッツ・アッハ、特許番号 487,204、1892 年 11 月 29 日) は香料抽出物であり、人工ムスク (特許番号 6、1888 年) はバウアーによるものである。 536,324、1895年3月26日）は香水の例である。医薬品では、クノールによる解熱剤アンチピリン（特許番号307,399、1884年10月28日）、ヒンスベルクによるフェナセチン（特許番号400,086、1889年3月26日）、フォン・ネンツキによるサロール（特許番号350,012、1886年9月28日）、バウマンによるスルホナール（特許番号396,526、1889年1月22日）など、多数の化合物が製造されている。これらに加えて、頭痛薬アンチカムニア（アセトアニリド）や、ファールベルクによるサッカリン（特許番号319,082、1889年6月2日）も挙げられる。 1885年）、後者は砂糖の代替品であり、砂糖の13倍の甘さがある。コールタールや石油から作られるより身近な製品としては、防虫剤、石炭酸、ベンジン、ワセリン、パラフィンなどがある。

化学の商業的応用において、ルイ・パスツールの発酵と醸造に関する研究は、この分野における大きな進歩をもたらしたとして特筆に値する。彼の米国特許第141,072号（1873年7月22日）は、醸造用酵母の製造に関するものである。

デンプンから砂糖とブドウ糖を製造する産業は、過去25年間で大きく成長した巨大な産業である。硫酸1/100で酸性化した水を沸騰させ、デンプンと水の熱い混合物を徐々に注ぎ込む。沸騰後30分経ったら、硫酸を中和するために石灰を加え、硫酸カルシウムが沈殿したら透明なシロップを抜き取り、[224] シロップとして販売されるか、蒸発させて結晶ブドウ糖が作られるが、後者はサトウキビ糖の約半分の甘さしかない。しかし、グルコースシロップは他のテーブルシロップをほぼ完全に凌駕し、醸造、安価なキャンディー、養蜂用飼料などに広く使われている。1899年のグルコースとブドウ糖の輸出量は2億2900万3571ポンド、金額にして362万4890ドルであった。

1846年になされた重要な発見は、デンプン、砂糖、セルロースなどの炭水化物とグリセリンが、最も強い硝酸で処理されると、爆発性で知られる化合物を生成するということだった。 綿火薬とニトログリセリンはその最も顕著な例である。綿火薬は、生の綿を硝酸で処理することによって作られ、硝酸の強度を維持し、より完全な変換を実現するために、一定量の硫酸が加えられる。綿火薬は爆発物としての用途の他に、エーテルに溶解すると、写真技術におけるコロジオンとして重要な用途が見出された。ニトログリセリンは、綿火薬の製造方法と異なるのは、綿の代わりにグリセリンが酸で処理される点だけである。ピロキシリン、キシロイジン、セルロイドは関連製品であり、化粧品や硬質ゴムの代替品として、さまざまな用途で無限の用途が見出されている。

近年、商業の世界における化学の応用は非常に多岐にわたり、ソーダやカリ、アルコール、エーテル、クロロホルム、アンモニアの製造、石鹸製造、洗浄剤、なめし、ゼラチンの製造、綿実油やその他の油の精製、リノリウムや油布の製造のための油の酸化技術、肥料、鉛白やその他の塗料の製造、特許医薬品、ソーダ水や写真用薬品の製造、塩や保存剤の製造、酒類の発酵やビールの醸造、セメントや道路舗装の製造、ガスの製造、死体の防腐処理など、その用途を挙げることしかできない。

過去 25 年間で最も興味深く、多くの点で最も重要な発展は電気化学の分野である。電気化学的方法は現在、アルカリ金属やアルカリ土類金属、銅、亜鉛、アルミニウム、クロム、マンガン、ハロゲン、リン、水素、酸素、オゾンなどの多数の元素、鉱酸、水和物、塩素酸塩、次亜塩素酸塩、クロム酸塩、過マンガン酸塩、消毒剤、アルカロイド、コールタール染料、各種炭素化合物などのさまざまな化学物質、鉛白やその他の顔料、ワニス、漂白、染色、なめし、抽出などに使用されている。[225] 羊毛のグリース、水、下水、砂糖溶液、アルコール飲料の浄化。アルミニウムの現在の低価格は、1878年に1ポンドあたり12ドルだったものが、現在では33セントにまで下がっており、これは電気的な方法で製造されているためである。最も初期の成功したプロセスの一つは、1885年6月9日のCowles and Cowlesの特許第319,795号、および1885年8月18日の特許第324,658号に記載されているもので、アルミナ、炭素、銅の混合物を電流を流して白熱させ、還元されたアルミニウムを銅と合金化するものである。これは現在、溶融氷晶石に溶解したアルミナを電気分解するHall法（特許第400,766号、1889年4月2日）に取って代わられている。現在生産されている銅は、スペリオル湖産のものを除き、ほぼすべてファーマーの特許（特許番号322,170、1885年7月14日）に実質的に記載された方法による電解精製によって得られている。金属ナトリウムと金属カリウムはすべて、溶融水酸化物または塩化物の電解によって得られている（特許番号452,030、1891年5月12日、カストナー、および特許番号541,465、1895年6月25日、ヴォーティン）。苛性ソーダ、炭酸ナトリウム、塩素の塩水電解による生産は大規模に行われており、おそらく他のすべての方法に取って代わるだろう。ノルフの方法（特許番号271,906、1883年2月6日）とキャスターの方法（特許番号528,322、1894年10月30日）は、水銀の受容体または陰極を使用し、これを分解中の塩水と水と交互に接触させて、含まれるナトリウムを酸化します。カーボランダム、またはケイ化炭素は、研磨剤としてエメリーやダイヤモンドダストに取って代わりつつあります。これは、シリカと炭素の混合物に電流を流すことによって、アチソンによって製造されています（特許番号492,767、1893年2月28日）。数年前までは希少な化合物であった炭化カルシウムは、現在ではウィルソン（特許番号541,137、541,138、1895年6月18日）が説明したように、石灰と炭素の混合物に電気アークを作用させることで安価に製造できる。炭化カルシウムは外観上はコークスに似ており、アセチレンガスの製造に用いられる。アセチレンガスの製造には、炭化カルシウムを水に浸すだけで​​よく、水と炭化カルシウムの相互分解によってガスがすぐに発生する。

農業化学は、19世紀の実用的な発展の一つです。100年前、農民は作物を植え、雨を祈り、豊作を神の摂理に委ねていました。しばしば失望しましたが、その失敗の原因を全く理解できませんでした。今日、賢明な農民は窒素の価値を理解し、硝化微生物の働きによって作物に窒素を供給する方法を解明しています。あるいは、農業省で土壌分析を行い、目的の作物に必要な栄養素が不足していることを突き止め、化学的に調製された肥料でその不足分を補います。[226] 飲料水の普及は、正しい生き方に関する知識の獲得や、病気や死の回避にも大きく貢献してきた。これらは、私たちの祖先が神の摂理によるものだと考えていたものである。

アメリカは19世紀に、特に冶金学の分野で科学に多大な貢献をした著名な化学者を輩出した。しかしながら、残念ながら認めざるを得ない事実として、アメリカは化学研究の分野では、機械工学の進歩において築いてきたような主導的な地位を占めていない。化学分野における現代の発明のほとんどはヨーロッパの研究所で生まれており、これはひとえに、ヨーロッパの研究者たちが、より忍耐強く、体系的に、そして粘り強く化学発明に取り組んできたからである。ドイツの大手企業の中には、1つの製造施設に100人以上の博士号取得者が在籍し、製造管理ではなく、独創的な研究と発明に専念しているところもあると言われている。こうした企業の研究所は、大学の研究所と比べて、設備がより充実し、より豪華に装飾されているという点以外に違いはない。その結果、1899年に米国はコールタール染料だけで3,799,353ドル、アリザリン染料5,227,098ポンドを輸入したが、そのほとんどはドイツから輸入され、ドイツの製造業者が米国の特許を支配していたため、米国は高額で購入した。アリザリン染料は、ほとんどがドイツの化学者によって作られた人工のものである。1869年以前は、赤いアリザリン染料はアカネの根から得られる植物由来のもので、1ポンドあたり2ドルだった。ドイツの化学者は人工的に作られた製品を製造し、それがアカネ染料に取って代わり、1ポンドあたり1.20ドルで販売された。特許期間（17年）の終了時には、価格は15セントに下がった。 1ポンドあたり1.05ドル以上の利益が見込めることから、この製品は年間数百万ポンドが輸入されていたことが分かります。科学とビジネスを融合させた先見の明に対して、ドイツの化学者たちが支払った代償は3500万ドルと推定されています。外国の化学者に付与された多くの米国特許は今も有効であり、彼らの技術による莫大な利益は、私たちの負担の上に成り立っています。

元素の発見。―化学知識の黎明期には、火、空気、土、水が元素のごく一部を占めるに過ぎず、その分類は不完全であると同時に、その数も少なかった。化合物の段階的な分解と元素数の増加は、数百年にわたって徐々に進み、今日では元素の総数は100以上にも及ぶ。19世紀に発見された元素は、発見者名と発見年月日とともに、以下の表に示されている。

[227]

19世紀に発見された元素。
要素。 発見者。 年。
コロンビウム ハチェット 1801
タンタル エケベリ 1802
イリジウム テナント 1803
オスミウム テナント 1803
セリウム ベルセリウス 1803
パラジウム ウォラストン 1804
ロジウム ウォラストン 1804
カリウム デイビー 1807
ナトリウム デイビー 1807
バリウム デイビー 1808
ストロンチウム デイビー 1808
カルシウム デイビー 1808
ボロン デイビー 1808
ヨウ素 クルトワ 1811
シアン化物 ゲイ・リュサック 1814
（比較放射線）
セレン ベルセリウス 1817
カドミウム ストロマイヤー 1817
リチウム アルフベドソン 1817
シリコン ベルセリウス 1823
ジルコニウム ベルセリウス 1824
臭素 バラード 1826
トリウム ベルセリウス 1828
イットリウム ウォーラー 1828
グルシナム ウォーラー 1828
アルミニウム ウォーラー 1828
マグネシウム バッシー 1829
バナジウム セフストローム 1830
ランタン モサンダー 1839
ジジミウム モサンダー 1839
エルビウム モサンダー 1843
テルビウム モサンダー 1843
ルテニウム クラウス 1845
ルビジウム ブンゼン 1860
セシウム ブンゼン 1860
タリウム クルックス 1862
インジウム ライヒ 1863
リヒター
ガリウム ボワボードラン 1875
イッテルビウム マリニャック 1878
サマリウム ボワボードラン 1879
スカンジウム ニルソン 1879
ツリウム クリーブ 1879
ネオジム ウェルスバッハ 1885
プラセオジム ウェルスバッハ 1885
ガドリニウム マリニャック 1886
ゲルマニウム ウィンクラー 1886
アルゴン ローリー 1894
ラムジー
クリプトン ラムジー 1897
トラバース
ネオン ラムジー 1898
トラバース
メタゴン ラムジー 1898
トラバース
コロニウム ナシニ 1898
キセノン ラムジー 1898
モニウム クルックス 1898
エーテリオン（？） ブラシ 1898
これらのいわゆる元素が、本当に分割不可能な真の基本物質であるかどうかは、来るべき世紀の化学者たちが解決すべき問題である。この分類は現代において承認されている。どのような新元素が発見されるかは誰にも予測できない。しかし、メンデレーエフの周期律はこの分野において大きな可能性を示唆している。同じ元素が全く異なる物理的様相を示す同素性もまた、重要かつ示唆に富む現象である。例えば、炭素は、ある時は粗雑で黒く不格好な石炭の塊として現れ、またある時は透明で輝くダイヤモンドとして現れる。結局のところ、すべての物質は原子の不思議な相互作用によってそこから派生した、ただ一つの原始物質の形態しか存在しないのではないかという疑念が、多くの人々の心に潜んでいる。もしそうであれば、錬金術師の金属の変成に関する古い考えは、全く間違っているわけではないのかもしれない。20世紀は、私たちにさらなる光を与えてくれるだろう。

[228]

第19章
飲食。
食品の性質—ローラーミル—中間製品精製機—調理器具—パン製造機械—乳製品製造装置—遠心式ミルクスキマー—缶詰産業—殺菌—食肉の解体と加工—オレオマーガリン—砂糖の製造—真空パン—遠心フィルター—現代の栄養学と特許食品。

人間の存在を支える最も重要な要素、つまり生命そのものに至るまであらゆる要素の根底にあるものを一つ挙げるよう求められたら、誰もが食物であると答えるだろう。この点で注目すべき事実は、すべての動物は、生きているもの、あるいはかつて生きていたもの、あるいは有機的な成長の産物である何かを食べることによって生き、繁栄しているということである。菜食主義者は、自らの高尚な生活理想を誇りにしているかもしれないが、結局のところ、彼らが食べる果物、野菜、穀物は、生物という大きなカテゴリーに属し、ある程度は知覚と意識を持っている。なぜなら、植物でさえ太陽に向かって回転するからである。野獣や空鳥は、より弱い動物や鳥を捕食することによって生き、それらは植物や草を捕食し、植物や草は土壌の腐敗した苔や有機質の腐植土を捕食し、苔はさらに下等な生物を捕食することによって生きている。海の大きな魚は小さな魚を食べ、小さな魚は稚魚を食べ、稚魚は今度は虫や動物を食べて生き、こうして原形質まで続いていく。あらゆるものを食べる人間は、自慢の文明と啓蒙にもかかわらず、肉、鳥、魚、穀物、植物など、あらゆるものを食べるだけでなく、それらだけで生きている。しかし、人間は生命の神秘的な働きによって生み出されたものだけで生きられる。そして、これは哲学者にとって重要な示唆を与える。なぜなら、生命そのものは、有機食物の細菌に蓄えられた生命力から何らかの変容的な方法で再生された蓄積された活動力または統一的な力にすぎず、必然的に無限の複製連鎖でそれと結びついているのかもしれないからだ。もしこれが真実ならば、科学者が食物をその要素から合成するという希望は、永遠に哲学的な夢のままでなければならない。なぜなら、科学者は細菌を作り出すことはできないからだ。

人は肉を食べると肉のことを考え、パンを食べるとパンのことを考え、果物を食べると果物のことを考えると言われたことがある。人間の食べ物の質や性質がそれほど密接に関連しているかどうかは明らかではない。[229] 彼の思考にまで影響があるわけではないが、その影響は疑いようもない。しかし、人が肉を食べると肉のように振る舞い、パンを食べるとパンのように振る舞うと言う方がより安全だろう。なぜなら、筋肉のエネルギーと攻撃的な潜在能力は、思考よりも食べ物の質とずっと密接に関係しているように見えるからだ。大英帝国の偉大な業績は、ローストビーフと直接関係していたのではないだろうか？中国人の無気力な無関心は、米中心の食生活によるものではないか？ライオンやワシの支配的で力強い力は肉食と関係があり、牛の穏やかで落ち着いた気質は、植物性の食べ物の反射的な表現ではないだろうか？私たちの潜在能力は、私たちが食べるものによって大きく左右されるというのは全くその通りであり、したがって、食べ物は、その不可欠な質だけでなく、人類の向上と発展の可能性という点でも、非常に興味深いテーマとなるのだ。

人類の食糧は、太古の昔から現代に至るまで、肉、魚、穀物、果物、野菜という点で変わっていません。今世紀の発展は、このカテゴリーを拡大したわけではなく、供給量の増加、品質の向上、腐敗や廃棄を防ぐための保存、そして身体の特別なニーズに合わせた賢明な選択と適応へと向かっています。進歩は、農業という広大な分野、製粉のための改良された工程と機械、食肉の解体、包装、取り扱い、果物の保存と乾燥、缶詰の製造、乳製品製造装置、ケーキやクラッカー製造機、砂糖の製造、料理の大きな進歩、栄養学、そして数千もの小規模産業において顕著に表れています。

農業において、穀物の栽培は19世紀に驚異的な規模にまで拡大した。1万件を超える鋤の特許、同数の刈り取り機の特許、そしてそれに比例する数の播種機、耕うん機、脱穀機、その他の農具や道具の特許は、収穫量の増加にどれほど多くの発明の才能が注がれてきたかを示している。

1898年のアメリカ合衆国における収穫量は以下の通りでした。

トウモロコシ 1,924,184,660 ブッシェル
小麦 675,148,705 ブッシェル
オート麦 730,906,643 ブッシェル
ライ麦 25,657,522 ブッシェル
大麦 55,792,257 ブッシェル
そば 11,721,927 ブッシェル
ジャガイモ 192,306,338 ブッシェル
ローラーミル
図164．小麦粉製造のローラープロセス、ウェグマン特許。

穀物を小麦粉に加工するために、19世紀の発明家たちは[230] 21世紀は革命的な変化をもたらしました。過去25年間で、製粉工程はローラーミルと中間物精製機の導入によって完全に変革されました。以前は、2つの水平円盤状の石またはバーが使用されていました。下側の石は固定され、上側の石は水平面内で回転し、その間で穀物を粗く粉砕していました。現代の製粉機では、これらはすべて、水平軸上で回転し、その間で穀物を粉砕する磁器製のロールに完全に置き換えられています。これらのローラーミルの最初のものは、1876年9月12日にウェグマンに付与された特許番号182,250に示されています（図164参照）。外側のロールdeは、重り付きレバーのシステムによって内側のロールacに押し付けられ、下部のスクレーパーがロールの外周から粉砕された穀物を取り除きます。その後、多くのローラーミルが開発されました。[231] 改良が加えられており、その一つは、複数のローラーが対になって順番に穀物に作用し、段階的に細かくしていく方式を採用している。

中程度の浄水器
図165．—中間精製器。

図165に示す中間物精製装置は、上部の吸引ファンDによって生成された上向きの空気の流れが通過する囲いケース内に水平の仕切りとして配置された、平らなボルトまたはシェーカースクリーンb（ボルトクロス製）を備えている。この空気がボルトスクリーンを上向きに通過すると、振とうされた材料がスクリーンを下向きに通過する際に、ふすまの粒や綿毛が持ち上げられる。スクリーンを常に清潔に保つために、下部にはブラシKが配置されている。この機械の代表的な先駆的なタイプは、1875年6月1日にジョージ・T・スミスに付与された特許第164,050号に記載されており、図はその特許から引用したものである。ローラーミルと中間物精製装置の有益な効果は、穀物の最も栄養価が高く価値のある部分、すなわち外側のクチクラと内側の白いデンプンの間にある部分を保存することであり、この部分は細かく砕かれ、黄金色をしている。かつては分離されずに、この穀物部分はふすまや中間粉と混ぜられ、劣悪な製品として扱われていました。しかし、現代の分析によってその優れた栄養価が明らかになり、ローラーミルや中間粉精製機によって、ふすまから分離して小麦粉に混ぜ込むことが可能になりました。これにより、その健全な性質と栄養価が大幅に向上し、高級小麦粉に特徴的な濃厚なクリーム色の色合いがもたらされるようになりました。

ミネソタ州ミネアポリスは、アメリカ合衆国の製粉業の中心地である。ピルズベリー製粉所もそこにあり、世界最大規模と言われる「ピルズベリーA」は、1日あたり7,000バレルの生産能力を持つ。

1877年から1878年にかけてミネアポリスで発生した壊滅的な小麦粉の粉塵爆発は、[232] 製粉工場内の空気から、爆発の危険性があるだけでなく、呼吸に適さない空気となる小麦粉の粉塵粒子を除去するための集塵装置の開発について。ウォッシュバーンの特許第213,151号（1879年3月11日）は、その初期の例である。

粉砕機の使用により、ひき割り小麦やオートミールグリッツなど、さまざまな新しい食品が開発されました。これらの粉砕機は中空に作られ、蒸気で加熱されることもあります。穀物を粉砕する際に、同時にデンプンの調理または部分的な変換が行われ、ホミニーフレーク、セラリン、コラリンなどと呼ばれる製品が作られ、クリームを添えて提供される人気の朝食食品となっています。

生地ミキサー
図166．生地ミキサー

練り機
図167．ブレーキ、またはニーディングマシン。

料理の分野では、このような活動が見られ、今日の平均的なキッチンはまさに現代の発明品の博物館と言えるでしょう。卵泡立て器、ワッフルメーカー、トースター、ブロイラー、ベーキングパン、リンゴの皮むき器、サクランボの種抜き器、チーズカッター、バター製造機、コーヒーミル、ポップコーンメーカー、クリームフリーザー、食器洗浄機、卵ボイラー、小麦粉ふるい、アイロン、包丁研ぎ器、缶切り、レモン絞り器、ポテトマッシャー、肉ボイラー、ナツメグおろし器、ソーセージグラインダー、フライパンなど、数えきれないほどの製品が並び、すべて特許を取得し、密集しています。[233] 現代の調理器具は中心的な存在であり、経済性や利便性、あるいは結果の向上といった点で優れた点がすべて提示されている。発明の天才が最も広く応用されているのは、食料品店の棚や陳列棚を埋め尽くす何百万ポンドものクラッカーやケーキを製造・販売する大規模な製パン工場である。これらの工場では、図166に示すように、ミキサーで生地が作られる。ミキサーは、溝の中で回転する螺旋状の刃で構成され、一度に6樽の小麦粉を処理できる。次に、図167に示す「ブレーキ」と呼ばれる混練機に通され、長さ25フィートの巨大な機械でクラッカーやケーキに加工される準備が整う。この機械はクラッカーを仕上げ、オーブンに入れる準備としてパンに並べる。図168に示すこの機械は、Aで生地を受け取り、小麦粉をまぶし、ロールの間でシート状に平らにする。生地は移動式エプロンBに載せられ、回転ブラシCで小麦粉が払い落とされた後、垂直往復運動する金型Dでクラッカーまたはケーキ状にカットされる。Eでは、一連のフィンガーが生地シートを通してケーキを押し下げ、周囲の切れ端はベルトFで持ち上げられ、適切な容器に送られる。B′で分離されたケーキはGのパンに送られ、パンはG′の下段のベルトで供給される。このような機械は1,000ドル近くするが、1日に40～60バレルのクラッカーを生産し、小売価格は1ポンドあたり約5セントとなる。

クラッカーとケーキ製造機
図168．クラッカーとケーキの製造機。

19世紀の発明家たちは、乳製品関連機器に大きな注目を集めてきました。米国には約1600万頭の乳牛がおり、牛乳、バター、チーズといった食品への貢献は決して軽視できるものではありません。攪拌機だけでも2700件以上の特許が取得されており、その他にも牛乳冷却器、チーズプレス、脱脂機、さらには搾乳機まであります。遠心式脱脂機は、この種の機械の中でも特に興味深いものです。[234] 従来の方法では、牛乳をクリームが浮かび上がるように調整していたが、クリームは比重が軽いためゆっくりと浮かび上がった。遠心分離式スキマーでは、牛乳は漏斗を通して連続的に注ぎ込まれ、クリームは一方の注ぎ口から、脱脂乳はもう一方の注ぎ口から連続的に流れ出る。[235]この機械の代表的なタイプを図 169 に示す。底部付近の蒸気タービンホイールが垂直軸を回転させ、その上端に外側ケース内で回転するパンが取り付けられている。牛乳は上部の蛇口から流入し、内部のパンが回転すると、比重の大きい重い牛乳はパンの外側に押し出され、2 つの注ぎ口のうち大きい方から排出される。一方、軽いクリームは中央に集まり、パンの中央に開いている上側の注ぎ口から排出される。1877 年 9 月 25 日に Lefeldt と Lentsch が取得した特許番号 195,515 および 1881 年 4 月 5 日に Houston と Thomson が取得した特許番号 239,659 は、このタイプの牛乳脱脂機の先駆けとなるものである。

牛乳遠心分離機
図169．遠心式ミルクスキマー。

乳製品製造機器と密接に関連しているのが、孵卵器と養蜂箱であり、どちらも大きな注目を集め、多くの特許が取得されている。

現代の重要な特徴の一つは、腐りやすい食品の無駄をなくすことである。果物、野菜、魚、牡蠣は、私たちの祖先にとって新鮮な時だけ適した食料であり、余剰分は自然の腐敗過程によって無駄になるか、豚の餌にされていた。今日では、何千もの特許取得済みの果物乾燥機、サイダー製造機、保存プロセスによって、こうした無駄がなくなり、生産性の低い冬の間も、これらの健康的で貴重な食品を有効活用できるようになっている。さらに重要なのは缶詰産業であり、[236] 缶詰は、果物を事実上新鮮な状態で無期限に保存できるだけでなく、牡蠣、肉、魚、スープ、野菜なども大量に保存できる。今日、食料品店の棚には、缶詰のトマト、桃、トウモロコシ、エンドウ豆、豆、魚、牡蠣、練乳、缶詰肉がずらりと並び、おそらく食料品店の主要商品の4分の3を占めている。缶詰自体は、偉大な発明品と肩を並べるほどのものではないが、日常生活において重要な役割を果たし、その影響力は、何気なく見ている人には想像もつかないほど大きい。缶詰は、軍事遠征や探検を可能にし、飢饉や食糧不足を回避し、富裕層と貧困層の両方に健康的な食生活の多様性をもたらし、豊作期の豊作を将来の不足期に備える。現代生活において、これほど大きな経済的価値を持つ要素は他にないだろう。ブリキ缶は単純な構造をしているが、製造には非常に複雑な機械が必要となる。当初、こうした機械は手動または足踏み式で操作されていたが、ここ25年ほどで、単純な金属板やブランク材を自動的に完成品の缶に加工する動力機械が開発された。こうした機械に関して付与された多くの特許の中で、最も代表的なものは、243,287、250,096、267,014、384,825、450,624、465,018、480,256、495,426、489,484である。

缶詰の製造工程では、製品を缶に詰め、蓋（キャップ​​）をはんだ付けします。これらの蓋の中央には、調理と殺菌の過程で空気と蒸気を逃がすための小さな穴が開いています。調理と殺菌は次のように行われます。多数の缶をクレーンで吊り下げたトレイに載せ、一連の大きな調理用ボイラーのいずれかに下ろします。次に、ボイラーの蓋を閉じて留め具で固定し、缶の中の製品が完全に加熱されるまで蒸気を出します。この過程で、各缶の内部にある小さな通気孔から空気と蒸気が逃げます。その後、缶を取り出し、通気孔をはんだで塞ぎ、調理または殺菌された状態で密閉された製品は長期間保存できます。

殺菌。―細菌学という素晴らしい科学が発展したこの四半世紀の間に、殺菌装置と呼ばれる装置群が誕生しました。その主な機能は、熱によって腐敗菌を殺すことです。これは缶詰業界において重要な商業的応用となっています。その一例は、1874年3月31日に取得されたシュライバーの特許第149,256号に見られます。これらの装置の中には、食品を入れた容器を加熱室内に多数配置し、外部から操作する装置によって缶詰や[237] 蒸気で満たされたチャンバー内でボトルを開閉する。この様子を示す最新の図は、Poppらによる特許（特許番号524,649、1894年8月14日）に掲載されている。

食肉の解体と加工。シカゴはこの業界で世界をリードする都市であり、アーマー社は最大の食肉加工業者である。1891年4月1日までの1年間で、同社は豚171万4000頭、牛71万2000頭、羊41万3000頭を屠殺し、加工した。従業員数は7900人で、製品の輸送には2250台の冷蔵車が使用された。建物の敷地面積は50エーカーで、延床面積は140エーカー、冷蔵室と冷凍倉庫の面積は40エーカー、貯蔵容量は13万トンであった。同社は食肉加工事業の他に、15エーカーの敷地に建つ接着剤工場も所有しており、600人が雇用され、1890年には接着剤700万ポンドと肥料9500トンを生産した。1891年以降、この巨大事業は拡大を続け、今日では従業員数はクセノフォンの兵力を上回ると言われ、賃金だけで毎月50万ドルを支払い、工場の製品を輸送するために4000台の車両が必要となり、年間売上高は1億ドルという巨額に達すると言われている。

豚の屠殺と解体の工程
図170．豚の屠殺と解体。

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米国では4000万頭から5000万頭の牛が飼育されており、羊も同数飼育されている。豚の飼育頭数はここ数年でやや減少しているが、1889年から1892年までは5000万頭以上が飼育されていた。今日行われている豚肉の屠殺と解体の工程は連続的で、図170に13の工程でよく示されている。動物は1で捕獲用の囲いに追い込まれ、片足を吊り上げられ、頭上のレール上の移動滑車に固定される。2で動物は心臓に達するナイフの一突きで即座に殺され、3で蒸気管で温められた熱湯の入った桶に投げ込まれ、そこで毛がほぐされる（詳細図は図171を参照）。馬の干し草熊手のような形をした一連の振動する湾曲したアームが、湯通し槽から死体をすくい上げ、テーブル 4 (図 170 ) に置きます。そこで、死体はエンドレス ケーブルに取り付けられ、5 にある削り取り機を通って引きずられます。これにより、詳細図図 172に示すように毛が取り除かれます。6 (図 170 ) では、残った毛が手で取り除かれ、7 では皮がきれいに洗われます。8 では死体が検査され、喉が横に切られます。9 では内臓が取り除かれ、10 では葉脂が取り除かれ、11 では頭が切断され、舌が取り除かれます。12 では死体が半分に分割され、13 では各部分が冷却室に送られる準備が整います。

豚の死骸を湯通しする
図171．―熱湯で髪を柔らかくする。

毛を削り取る機械
図172．機械による毛髪の除去。

生きた動物を加工済みの豚肉に変えるのに必要な時間はわずか10分から15分です。動物のすべての部位が利用されます。肺、心臓、肝臓、および端材はソーセージ部門に送られます。足は塩漬けにされ、[238]
[239] 糊に加工される。腸はソーセージのケーシング用に剥がされ、洗浄される。頭部の柔らかい部分はチーズに加工され、脂肪はラードに精製される。良質な毛はブラシ製造業者に、残りは家具職人が馬毛と混ぜて使用する。血液は主に写真用アルブミンの製造、砂糖精製、肉エキス、肥料などに利用される。骨は肥料用に粉砕され、タンクの水さえも濃縮されて同じ目的で使用される。

オレオマーガリン。 —1868年頃、フランス政府の委託を受けて国内経済の特定の問題を調査していたフランスの化学者M.メージュは、牛の脂肪の研究に着手し、それをバターと比較した。彼は、牛が脂肪を含む餌を与えられなくても、クリームや脂肪製品を含む牛乳を出し続けることを発見した。そのため、彼は動物に蓄積された脂肪がクリームに変換され、したがって牛の脂肪をバター脂肪に変換することが可能であると結論付けた。生理学によれば、生きた動物では、呼吸燃焼によってステアリン酸の大部分が除去されることで変化が起こり、オレオマーガリンは乳腺から分泌され、乳房ペプシンの影響下で乳房内で酪酸オレオマーガリンに変換される。通常のクリーム攪拌法でバターを作る過程で、[240] 細かく分割されたバター脂肪球は、機械的混合により 12 ～ 14 パーセントの水またはバターミルク、そして数パーセントのチーズを含む塊に結合します。このバターミルクは風味に多少寄与しますが、同時に発酵を促し、最終的にはバターを酸敗させて劣化させます。これは全く偶然の成分であり、全く望ましいものではありません。バターに変化に富むが特徴的な風味を与える可溶性脂肪についても、ある程度同じことが言えます。これらは不安定な化合物であり、容易に分解し、「強い」バターを作る刺激臭のある生成物をもたらします。M. メジュは、バター製造の自然なプロセスを模倣しようとしました。それは、まず牛脂の油性脂肪から細胞組織と過剰なステアリンまたは硬脂肪を分離することでした。第二に、油に十分な量の酪酸化合物を加えて必要な風味を与えること、第三に、バター脂肪を粒状にならないように固め、同時に必要な量の水、塩、着色料を加えて、クリームから撹拌したバターと組成、風味、外観が実質的に同じ化合物を作ること、そしてこれらすべてを、元の脂肪に栄養的に好ましくないものを加えることなく、またその健全な品質を損なう可能性のある工程を経ることなく行うこと。これらの目的は、オレオマーガリンとして知られる製品で十分に達成され、その米国特許は1873年12月30日にメゲに付与され、特許番号は146,012である。

簡単に言うと、まず新鮮な牛脂を細かく刻む[241] 十分に洗浄した後、122°～124°Fの温度の溶解タンクに入れ、透明な黄色の油を取り出し、顆粒状になるまで放置します。次に、脂肪を型にセットした布で包み、ゆっくりと圧力を上げて純粋な琥珀色の油を絞り出し、ステアリン酸を残します。この甘くて純粋な黄色の油を牛乳で20分間攪拌し、油が完全に分解されるまで攪拌し、少量のアナトー（植物性着色料）を加えて黄色にします。その後、製品を氷で冷却し、牛乳で2回目の攪拌を行った後、塩を加えてバターのように仕上げます。化学分析によると、オレオマーガリンは、純粋なバターとほぼ同じ成分をほぼ同じ割合で含んでいます。同様に健康的で、同じような濃厚な風味はありませんが、保存性が高く、酸化したり強くなりにくいという利点があります。オレオマーガリン産業は、米国の牛肉加工産業と密接な関係があり、その成長は著しい。この分野に関する厳しい法律にもかかわらず、製造されたオレオマーガリンの多くは、純粋なバターとして販売され、一般の消費者はそれを純粋なバターと区別できない。1899年には、米国で80,495,628ポンドのオレオマーガリンが製造され、これは国内の男性、女性、子供一人当たり1ポンド以上に相当する。これに支払われた内国歳入税は1,609,912.56ドルであった。1899年の輸出量は、人工バター5,549,322ポンドと、牛乳と混ぜるだけで完全な製品に変換できるオレオオイル142,390,492ポンドであった。

砂糖。—砂糖の原料はサトウキビ、テンサイ、カエデの樹液ですが、供給量の大部分はサトウキビです。サトウキビを圧搾機で圧搾すると、重量の65%がジュースとなり、そのうち18%が砂糖です。これを低温で蒸発させて濃縮すると、結晶化した部分は「粗糖」または「黒糖」と呼ばれ、その後精製されます。一方、結晶化していない部分は糖蜜となります。

製糖工場の真空パン
図173．砂糖を製造するためにシロップを蒸発させるための真空釜。

精製工程では、粗糖2～3に対し、少量の石灰、粉砕した骨粉、雄牛の血清を加えた水1の割合で、蒸気を通しながら加熱する。血清中のアルブミンが凝固して表面に浮上し、不純物や骨粉を巻き込み、シロップは淡色になる。このシロップを骨粉を通して濾過し、無色透明になったら、真空蒸発器で蒸発させる。真空蒸発器は、砂糖製造における今世紀の重要な発明である。熱は結晶化した砂糖を非結晶化させる作用があるため、これを防ぐために蒸発は低温で行う必要がある。空気との接触も好ましくない。[242] これらの条件は、蒸発を真空中で行うことで実現されます。真空によって蒸発温度が下がり、空気との接触が回避されます。真空蒸発器は、イギリス人のハワードの発明です（1813年英国特許第3,754号）。現在製造されている真空蒸発器は巨大な容器（図173参照）で、7,000ガロン以上の容量を持ち、一度に250バレルの砂糖を生産できます。この容器では、凝縮器によって真空が維持され、蒸気は上部から伸びる直径5フィートの大きな湾曲したパイプを通って蒸発器へと流れます。内部の蒸気加熱コイルを通して穏やかな熱が加えられ、[243] 片側に外部の蒸気入口パイプ列があり、反対側には対応する蒸気出口パイプ列がある。濃縮シロップ用の大きな排出弁が鍋の底を閉じる。濃縮後、結晶化した砂糖は遠心フィルターによってシロップから分離され、遠心作用によって液体が結晶化した砂糖から投げ出される。最初の遠心フィルターは、1831年のジョシュア・ベイツの英国特許第6,068号に示されている。しかし、これは水平軸を中心に回転していた。現在の遠心フィルターは、垂直軸を中心に回転する円筒であり、円筒の側面は濾過媒体で形成され、遠心作用によって液体がそこを通過し、砂糖は内部に保持される。これは、マサチューセッツ州のジョセフ・ハードの発明であり、米国特許第3,772号、1844年10月3日である。 1858年9月29日の再発行第607号特許は、1858年10月3日から7年間延長された。サトウキビをスライスして水に浸すことでジュースを抽出する拡散法、搾汁したサトウキビの茎を乾燥させて燃料として燃やすバガス炉、硫酸とデンプンの反応によるグルコースとブドウ糖の製造は、この産業の興味深い関連機能であり、簡単に触れることしかできない。米国で消費される砂糖のほとんどは輸入されており、多くの粗糖が輸入されてここで精製されている。1899年の輸入量は3,980,250,569ポンドで、1898年の1人当たりの消費量は年間61.1ポンドであった。

消化を助けるもの。—世界が生き方を学んだのは19世紀後半になってからのことです。「ある人にとっての食べ物は、別の人にとっては毒である」というのは長年ありふれた古いことわざですが、その理由は近年になってようやく完全に理解されるようになりました。消化の生理学、さまざまな食品の相対的な消化性、およびそれらの栄養価は、近年、医師や栄養学の学生の真剣な関心を集め、食品の質と種類、そしていつどのように食べるべきかについての知識に大きく貢献してきました。デンプン質の食品はアルカリ性の消化である唾液によって消化されることがわかっています。肉、魚、卵、チーズ、およびアルブメノイドは胃液（ペプシンと塩酸）によって胃で消化され、これは酸性消化であり、残りのデンプン、糖類、および脂肪は腸で消化され、これもアルカリ性消化であり、これが私たちの問題を解決するのに役立っています。また、馬や牛がトウモロコシを食べるときのように、新鮮な空気、日光、および運動によって生命力が十分に刺激されれば、デンプンは優れた食品であることもわかっていますが、さらに、現代生活の座りがちな仕事は多くの人の胃をデンプンを同化できない状態にし、そのためパン、オートミール、ジャガイモなどの単純な主食、[244] 体を養う代わりに、弱った胃の中で発酵し、酸とガスを生成し、深刻な慢性疾患の基礎を築きます。化学と栄養学の学生は今日、ジアスターゼ1部がデンプン2,000部をブドウ糖に変換し、消化の予備段階となることを知っています。したがって、デンプン質をジアスターゼ（麦芽由来）を含む物質で処理することにより、部分的な変換が行われ、消化が大幅に短縮され、促進されます。この事実は、容易に溶解または前消化された食品の製造に広く利用されており、その例は、1883年6月5日のホーリック（麦芽乳）特許第278,967号、1887年12月27日のカーンリック（ミルク小麦食品）特許第375,601号に見られます。およびボイントンとヴァン・パッテン（穀物とジアスターゼ）、344,717、1886年6月29日。

飲料。—自然からの贈り物である純粋な水は、人類のあらゆる正当なニーズを満たしてきたが、文明化された生活は、飲料の種類を大幅に増やし、その結果、多くの弊害をもたらしてきた。ソーダ水、ウイスキー、ビール、ジンジャーエール、紅茶、コーヒー、チョコレートは巨大な産業を形成しており、おそらくどれも、良いことよりも害の方が大きい。19世紀には、ソーダ水噴水、蒸留器、酒類の熟成方法、ビールの醸造方法、サイダーやワインの圧搾機、瓶詰め機や瓶の栓、炭酸水を作る装置、コーヒーやティーポットなどに、多くの発明の才能が注ぎ込まれた。1898年の米国における一人当たりの飲料消費量を表す以下の数字は、当時の傾向を示している。紅茶、0.91ポンド。コーヒー、11.45ポンド。ワイン、0.28ガロン。蒸留酒、1.10ガロン。そして麦芽酒は15.64ガロン。1870年以降、一人当たりの増加量が最も大きいのは麦芽酒で、次いでコーヒーである。紅茶と蒸留酒は減少しており、ワインの消費量は最も少なく、ほとんど変化していない。

[245]

第20章
医学、外科、衛生。

ハーヴェイによる血液循環の発見—ジェンナーによるワクチン接種—麻酔薬の使用は今世紀の医学進歩における大きな一歩—薬物学—器具—医学学校—歯学—義肢—消化—細菌学と病原菌—消毒手術—家庭衛生。

人類は、初期の進歩という不確かな光の中を手探りで進んでいた頃、肉体の不調を神々の怒りのせいにして、卑屈で迷信深い心で供物を捧げていた。その後、原因を自分自身の中に見出すことを学び、体液の乱れが原因であるという理論を構築した。19世紀のこの分野における進歩の特徴は、原因と結果の関係を正確に解明したことであり、真の原因の発見とともに、効果的な治療法が開発された。お守り、呪文、呪術、悪魔払いといった古い手段は、まず賢明な薬に取って代わられ、そして今度は、衛生状態の改善と正しい生活習慣による疾病予防へと急速に移行しつつある。予防は治療に勝るということが証明されたのである。 20世紀がもたらした生理学、解剖学、化学、生物学の知識の向上により、聡明な医師は論理的で、ほとんどの場合正しい診断を下すことができた。しかし、目に見えない小さな世界の偉大な発見者である顕微鏡が加わることで、肉体の存在そのものが開かれた書物となり、有機的進化の原理から病原菌説に至るまで、生と死の謎が徐々に明らかにされつつある。

18世紀から19世紀へと時代が移り変わる時、医学における最大の恩恵はワクチン接種であった。ジェンナーは1798年に人類にとってこの大きな恩恵となる発見を初めて発表した。1799年、ボストンのベンジャミン・ウォーターハウス博士はジェンナーからウイルスを入手し、4人の子供にワクチン接種を行った。そして1801年、バレンタイン・シーマン博士はウォーターハウス博士からウイルスを入手し、ニューヨークで最初のワクチン接種を行った。17世紀から18世紀にかけて、ロンドンにおける天然痘による年間死亡率は人口1,000人あたり2～4人であった。1892年には、わずか1,000人あたり0.073人となった。

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また、信頼できる情報筋によると、ワクチン接種の導入後、イギリスだけでも天然痘による死亡者数は前世紀に比べて年間2万人減少したとされており、世界全体への恩恵は非常に大きく、ジェンナーのメスによって救われた命の数は、ナポレオンの剣によって犠牲になった命の数よりも多いとされている。

近代史の各世紀は、医学分野における重要な発見によって特徴づけられてきた。17世紀はハーヴェイによる血液循環の発見で知られ、18世紀はジェンナーによるワクチン接種をもたらした。19世紀におけるこの分野での最大の功績は、麻酔、すなわち痛覚の消失である。自然は、生命維持のための危険信号として、人間に感覚神経を賢明にも授けてきた。しかし、事故や病気は人間の存在に不可避な付随物であり、苦しみや痛みは死すべき運命の消し去ることのできない遺産である。感覚神経がモニターとして役に立たなくなることもあり、事故、外科手術、出産、特定の病気といった避けられない緊急事態においては、苦痛は役に立たず、恐怖の君主である痛みが不幸な犠牲者に迫り、体と手足を苦しめ、うめき声​​、叫び声、もがきを引き出し、哀れな患者は、人生、友人の記憶、神への愛といったあらゆる考えを凌駕する圧倒的な苦痛に囚われ、言い表せないほどの苦悩の中で崩れ落ち、死と忘却を祈る。この哀れな患者にとって、無感覚は天国に次ぐものである。過去半世紀にわたり、外科医のあらゆる恐ろしい手術は麻酔薬の助けを借りて患者に苦痛を与えることなく行われ、良好な回復をもたらし、外科医が患者の痛みによる注意散漫や不随意運動の妨害から解放されることで、結果の成功に大きく貢献してきた。今日では数多くの麻酔薬が知られ、使用されている。より一般的に使用されているものは、最初に使用された順に、亜酸化窒素ガス、エーテル、クロロホルムである。亜酸化窒素ガスは主に抜歯に使用される。1800年、ハンフリー・デービー卿は、亜酸化窒素ガスの特異な性質を初めて観察し、吸入した人が異常な高揚感を示すことから、「笑気ガス」という名前が付けられた。1844年、コネチカット州ハートフォードの歯科医ホレス・ウェルズ博士は、抜歯手術中に実験的にこのガスを自分自身に投与し、麻酔薬としての有用な用途を発見した。

しかし、麻酔薬における最大の発見は、この目的のためにエーテルを応用することである。エーテルは化学製品として数世紀前から知られており、1818年にはファラデーが類似性を指摘していた。[247] エーテルと亜酸化窒素ガスの効果の中間の作用を持つ。ボストンの歯科医であるモートン博士は、1846年10月16日に初めてこれを麻酔薬として使用したが、その選択と使用に関しては、同市の著名な化学者であるジャクソン博士の指導を大いに受けていた。1846年11月12日、この発明に対して米国特許第4,848号が彼らに発行された。同年12月下旬、著名なイギリスの外科医であるリストン博士は、患者がエーテルの影響下にある間に大腿切断手術を行った。

1831年にガスリーによって発見されたクロロホルムは、1847年にエジンバラのジェームズ・Y・シンプソン卿によって初めて麻酔薬として用いられました。主要な麻酔薬2種のうち、米国ではエーテルが、ヨーロッパではクロロホルムがより広く使用されています。エーテルは危険性は低いものの、投与がより困難で不快です。最も信頼できる情報筋によると、クリミア戦争ではクロロホルムが2万5千回投与されましたが、死者は一人も出なかったとされています。エーテルはクロロホルムよりもさらに安全です。熟練した医師が使用すれば、どちらの麻酔薬もほとんど危険はありません。今から50年ほど前までは、重度または長時間の外科手術は耐え難いほどの痛みを伴い、患者の苦痛を抑えるために力強い助手や手術台に患者を縛り付けるベルトが必要でした。わずか100分の1インチの切り間違いでも命取りになりかねないことを考えると、手術の焦り、外科医への不安、そして手先の正確さへの妨害は、手術の失敗率と患者の苦痛の長期化に大きく影響していました。これに対し、現在の麻酔法では、患者は手術前に穏やかで安らかな眠りにつき、手術後に目覚めると、すべてが終わっていて、回復は丁寧な看護だけの問題であることに驚きます。

薬物学。—この世紀には、薬局方に多くの重要な貢献がなされました。1807年、麦角として知られる治療薬がスターンズ博士によって専門家の注目を集め、彼によって pulvis parturiens と名付けられました。ヨウ素は、1819年にジュネーブのコワンデ博士によって初めて薬として使用されました。キニーネは、1820年にペルティエとカヴァントゥーによって発見されましたが、ペルーの樹皮は長い間同じ目的で使用されていました。1832年にリービッヒによって発見された抱水クロラールは、1869年にベルリンのリーブライヒ博士によって医学に応用されました。石炭酸は、1834年にルンゲによって発見されました。人工ザイドリッツ粉末は、セイボリーの英国特許の下で初めて公開されました。 1815年第3954号。ベラトルム・ビリデ、ロベリア、ワームシード、クロロホルムはすべて18世紀前半に導入された。モルフィア、ストリキニーネ、アトロピア、その他のアルカロイドの硫酸塩は比較的最近薬局方に追加されたものであり、ヨウ化カリウム、チンキ[248] 鉄、ジギタリス、塩化第二水銀、硝酸ビスマス、ホウ酸、没食子酸、塩素酸カリウム、ドーバー粉末は、100年以内に標準的な治療薬となった。世紀後半には、コールタール由来の新しい治療薬が重要な位置を占めるようになった。これらの中には、クノールによるアンチピリン（1884年10月28日特許）、ヒンスベルクによるフェナセチン（1889年3月26日特許）、フォン・ネンツキによるサロール（1886年9月28日特許）、バウマンによるスルホナール（1889年1月22日特許）、アンチカムニア（アセトアニリド）など、その他多くのものがあり、さらにサリチル酸やホルマリンなどの新しい貴重な消毒化合物もある。現代医学の特徴は、その投与方法の改善にある。糖衣錠、ゼラチンカプセル、タラ肝油乳剤などは、薬の服用をはるかに容易にし、また、そのような形態の薬を製造するための非常に巧妙で効果的な機械が考案されている。

眼底計
図174．眼底計。

[249]

機器。 —1819年にラエンネックが聴診法と聴診器を発見し、音によって体内の状態を判定するようになったことは、病気の診断において大きな進歩でした。両耳聴診器は1854年にカマンによって発明され、後にビアンキによって改良されたフォノスコープが開発されました。眼底鏡は眼の内部を検査するための機器で、ヘルムホルツ教授によって発明され、1851年に彼によって記述されました。喉頭鏡は喉頭を観察するためのもので、1846年にはロンドンのジョン・エイブリー氏によって製作されたと言われています。 図174の眼底計は比較的新しい発明です。これは角膜乱視の矯正のために角膜曲率の変化を測定するように設計されています。患者の頭の両側に反射板付きの電灯が配置され、操作者は望遠鏡で眼の中を覗きます。脈拍の動きを記録するために手首に装着する小型の器具である脈拍計は、1860年にマレーによって初めて実用的な形に改良されました。ヴェルダンによるこれらの装置の後の発展形である脈拍計は、図175に示されています。尿道内を観察するための内視鏡と膀胱内を観察するための膀胱鏡は、現代の医師にとって有用な器具です。しかし、それらすべてを凌駕するのは、体内の異物の位置を特定し、肉を通して骨を可視化する現代のX線装置です。これについては、 特別な章を参照してください。発熱の経過を記録するための体温計の使用も、貴重な現代の応用例であり、器具や小型ツールのリストは列挙しきれません。産科用器具、骨外科用器具、動脈摘出器具、吸玉器具、穿頭器具、膣鏡、皮下注射器、電気焼灼器、骨折治療器具、結石破砕器具、静脈瘤用包帯、噴霧器、搾乳器、吸入器、鼻洗浄器、トラス、ペッサリー、カテーテル、腹部サポーター、その他無数の独自製品が存在する。[250] 電気風呂やベルト、絆創膏、胸部保護具、肝臓パッドなど、これらはすべて実質的に19世紀の産物である。現代の外科医は、斜視の人の目をまっすぐにしたり、O脚の人のO脚を矯正したり、自分の肉で新しい鼻を作ったり、銀の板で頭蓋骨を補綴したり、膀胱から結石を取り除いたり、気管を移植したり、胃を洗浄したり、その他多くのより困難な手術を行うことができる。そのような重要な手術の中には、1809年にケンタッキー州ダンビルのエフライム・マクドウェル医師によって初めて行われた卵巣摘出術や、大動脈結紮術が挙げられる。結石を砕いて膀胱から結石を取り除く結石破砕術は、1817年から1824年にかけてシヴィアーレによって導入され、彼は効果的な器具と使用方法を考案した。 1836年から1840年にかけて、イギリスの医師リチャード・ブライトは、腎臓の機能と疾患に関する重要な研究と発見を行い、いわゆる「ブライト病」の性質を確立した。

血圧計
図175．―脈拍の作用を記録するためのヴェルダン式脈拍計。

医学の学派。―通常の医学（一部では「アロパシー」と呼ばれる）が医学において主導的な地位を占めてきた一方で、19世紀にはさまざまな学派が出現し、それらはすべて健康の法則と病気の予防と治療の方法に関する知識の進歩を表している。ハーネマンは1810年に著書『合理的治療学のオルガノン』でホメオパシーにその名を与え、体系化した。同類療法（似たものが似たものを治す）の教義は、19世紀後半に大きな人気を博した。水療法も学派として19世紀初頭に登場した。プリースニッツはその最初の弟子であり、 1826年に設立されたグラーフェンベルク療法は長年にわたり著名な機関であった。入浴や冷湿布といった形で水が有益に利用されることは数世紀前から知られており、病気や健康の時において常に貴重な手段として用いられてきた。「トンプソン式」の病気治療法は1813年、1823年、1836年に特許を取得し、19世紀前半にかなりの名声を得た。熱したレンガで発汗させたり、「配合粉末」で作った熱いお茶を飲ませたり、ロベリアで嘔吐させてリラックスさせたり、「No.6」と呼ばれる痙攣用の熱い液体を飲ませたりすることが主な治療法であり、この治療を受けた少年で、その後病気だと認めたがる者はほとんどいなかった。19世紀後半には電気療法が大きな注目を集め、多くの種類の医療用電池が考案され、おそらく医学の分野全体において、これほど有望な研究分野は他にないだろう。

歯科。ジョージ・ワシントンは入れ歯をしていたと言われ、エジプトのミイラの中には金の詰め物があったものもあると言われているが、[251] 19世紀に歯科医療が芸術として確立され、食物の咀嚼と消化の改善、口腔衛生の向上、顔の輪郭の改善に及ぼした影響は計り知れません。今日、歯の詰め物、ブリッジ、金冠、人工歯のいずれかを経験したことのない人はほとんどいません。この分野における最も重要な進歩は、陶器の歯を保持するためのゴム板の発明でした。これはJA Cummingsの発明であり、1864年6月7日に彼の特許番号43,009で保護されました。近年では、「ブリッジ」が最も重要な進歩となっています。この治療法では、1本または複数の人工歯が、両端が隣接する天然歯に固定された丈夫な金属製のブリッジピースによって、欠損した歯の場所にしっかりと固定されます。これはビング（1871年英国特許第167号）によって最初に行われ、その後、米国ではJEロウ（1881年3月15日特許第238,940号、1885年3月3日特許第313,434号）、リッチモンド（1883年5月22日特許第277,933号）によって、やや異なる形で特許が取得されました。磁器や金のクラウン、電気で動く歯科用プラグは、この分野におけるその他の重要な進歩です。米国には20,425人の歯科医がおり、1899年には彼らが診療で20,499,000本の義歯を使用したと言われています。

義肢。—外科医の手術の成功に伴い、可能な限り切断された肢を修復する努力がなされた。19世紀半ば頃までは、手術で生き残った肢は左右非対称で、独特で、哀れな存在であった。ピーター・スタイフェサントの義足は歴史に名を残し、キャプテン・カトルの腕フックは読者なら誰もが知っている。米国で最初の義足の特許は、1846年11月4日にBFパーマーに付与され、特許番号は4,834であった。足首の前後の動きが制限され、バネが付いた木製の義足は、1853年から1863年にかけてA.A.マークスによって製作された。1863年12月1日、マークス氏は、関節を不要にし、大きな進歩をもたらした、スポンジゴムを使用した義足と義手の製造に関する特許番号40,763を取得した。 1887年7月12日にGE Marksに付与された特許第366,494号では、木製の義足の足と脚の部分は、木の根元のように曲がって成長する木材で作られており、足の甲では連続した自然な木目の強度と軽さが得られています。義足と義手には約300の特許が付与されています。現代の改良は構造のあらゆる細部にまで及んでおり、今日では平均的な木製の義足は非常に完璧で、ほとんど見分けがつきません。木製の義足をした男性は乗馬をし、自転車の熟練した使用者であり、綱渡りの技さえ披露しています。しかし、発明家の才能は四肢の修理にとどまらず、義眼、人工鼓膜、補聴器、短い脚のための足延長、松葉杖、装具、腹部サポーター、[252] また、身体の欠陥を補うための様々な応用方法も考案されている。

消化。―消化の生理学は、おそらく1825年から1832年にかけてのボーモントの観察によって初めて真に解明されたと言えるでしょう。カナダの船員アレクシス・サン・マルティンは散弾銃の弾丸で腹部を負傷し、傷は治癒したものの胃に永久的な開口部が残りました。この開口部を通して消化の働きを観察することができたのです。これにより、様々な種類の食物の消化率の違いや胃の一般的な機能が視覚的に明らかになりました。デンプン質の食物、アルブミン質の食物（肉や魚など）、糖類や脂肪の消化を左右する特有の異なる条件が明確に解明され、「ある人にとっての食物は、別の人にとっては毒」という現象も、今では的確な診断と効果的な調整が可能となっています。近年では、調理済み食品や消化済みの食品によって胃の機能が大いに助けられています。ジアスターゼがデンプンをブドウ糖に変換する作用は有効活用されており、ジアスターゼ処理された穀物、麦芽乳、乳化食品、ペプトン化食品は、弱った消化器系に恩恵をもたらすことが証明されている。また、栄養学の賢明な研究は、医師の負担を軽減し、正しい生活習慣によって個人の健康を促進する上で大きな役割を果たしてきた。

細菌学。―レーウェンフックが1668年から1675年にかけて細菌を発見したが、100年ほど前までは、病気や死は主に神の摂理によるものと考えられ、愚かな諦めとともに避けられないものとして受け入れられていた。しかし、顕微鏡と細菌学の研究によって、私たちの周りのあらゆる場所に、空気、土壌、水、食物、人体、そしてあらゆる有機物に無数の微小な生物、すなわち細菌が存在することが明らかになった。これらの極めて小さな生物は、想像を絶する速さと繁殖力で増殖する。その増殖方法は分裂増殖、つまり、それぞれが2つの独立した個体に分裂し、その後分離して独立した生活を送るというものである。分裂に6分か7分しかかからない種もあると言われている。 1匹の個体は、1時間で1000匹以上の子孫を、2時間で100万匹以上を、3時間で地球上の人口を超える子孫を産む可能性がある。これらは微生物として知られており、その中でも細菌が最も重要である。細菌はさらに種に分類され、異なる形態を区別するために名前が付けられている。小さな棒状のものは桿菌と呼ばれ、球状のものはミクロコッカスまたは球菌と呼ばれる。鎖状に集まっているものは連鎖球菌と呼ばれ、らせん状またはコルク栓抜き状のものは[253]らせん状のものはらせん菌 と呼ばれます。湾曲した桿菌は、その名前の句読点に似ていることから「コンマ」 桿菌と呼ばれます。病気にこれらの細菌の特殊な形態が存在することは、原因と結果の関係を示唆し、いわゆる「細菌説」を生み出しました。現在では、コレラ、ジフテリア、腸チフス、百日咳、おたふく風邪、髄膜炎、肺炎、結核、狂犬病、その他多くの病気には、それぞれ微生物という形で特定の原因があることが、かなり確実な事実としてわかっています。

結核菌
喀痰中の結核菌。

ジフテリア菌
ジフテリア菌（クレブス・レフラー菌）

図176。

腸チフス菌
腸チフス菌。

（写真：顕微鏡写真、直径1,000mm、撮影：ウィリアム・M・グレイ医師）

ドイツの生理学者ヘンレは、早くも1840年には、生きた病原菌の伝播による伝染、すなわち「生きた病原菌の伝播による伝染」の教義を提唱していた。[254] ある種の病気は、古くから発酵性疾患、あるいは発酵病として知られていました。しかし、ルイ・パスツールの研究は、細菌学研究における最初の明確かつ重要な成果であり、彼は「病原菌説」の父です。彼は、それまで科学者たちが信じていた生物の自然発生説を覆し、病原菌に関する知識を明確に確立し、広めました。1865年頃、フランスで発生した蚕病の調査から始まった彼の偉大な研究は、蚕病の原因が寄生虫であることを発見し、それを検証しました。彼はまた、発酵という現象にも大きな関心を寄せ、それが微生物によって引き起こされることを証明しました。人間や動物の病気を取り上げ、彼はワクチン接種の原理を用いて、生きた病原菌から生じる毒素や病原性物質を破壊または無害化することで、狂犬病、ジフテリア、その他の病気の治療において、自らの理論の真理に実践的な価値を与えました。同様の研究を行った人物として、結核やコレラの原因となる微生物の発見に成功し、世界的に有名になったコッホ博士を挙げなければならない。個別に同定されたこれらの小さな微生物の多様性のうち、多くは無害であり、実際、自然界で多くの重要かつ有用な役割を果たしているが、中には毒蛇コブラやガラガラヘビのように恐ろしいものもある。後者の典型的な例をいくつか図176と図177に示し、直径を1,000倍に拡大している。[255]図177 には、マラリア、すなわち発熱や悪寒を引き起こす寄生虫が示されています。黒っぽい豆形の細胞は正常な血球であり、斑点のある少数の細胞はマラリア原虫に感染した細胞です。現在では、蚊がマラリアの拡散における主要な要因であると考えられており、この厄介な小さな昆虫は、刺されることで痛みや不快感を与えるだけでなく、同時に毒性のあるマラリア原虫を体内に注入することを忘れてはなりません。

マラリア：三日熱型
三度形式。

マラリア：Aestivo-秋型
夏・秋季のフォルム。

図177．ヒトの血液。マラリア原虫（ラベラン）を示す。
（ウィリアム・M・グレイ医師撮影、直径1,000倍の顕微鏡写真）

結核菌コレラ菌
図178。

結核菌の培養液が入った試験管。

コレラ菌（コンマ菌）の培養液が入った試験管。

細菌の研究には、試験管内で人工的に細菌を増殖させる。つまり、人体の物質と同様に細菌の増殖に適した有機物から「培養液」と呼ばれる物質を調製する。このような培養液は、牛の血液、ゼラチン、牛肉エキス、肉汁、牛乳などに含まれる。通常の試験管に培養液を入れ、火で滅菌して、邪魔になる細菌をすべて死滅させる。次に、微生物に感染した材料を滅菌した白金線で試験管に入れ、試験管を綿で閉じる。その後、試験管をインキュベーターオーブンに入れ、穏やかな熱を加える。しばらくすると、微生物は増殖し始め、コロニーを形成し、数百万個が群がり、図178に見られるような凝血塊の外観を示す。同一材料中に存在する異なる細菌を分離し、各菌種を単離して「純粋培養」と呼ばれるものを得る方法は、コッホ教授の平板培養法によって大きく促進された。この方法では、滅菌したガラス板をベルジャーの下に置き、細菌を非常に薄い層で培養することで、菌種の分離を容易にし、顕微鏡下で菌数を数え、選別して別の培養に播種することで、混ざり合っていない菌株を得ることができる。[256] 特定の種。このような培養では、他の微生物を排除して同一の微生物のみが増殖するため、容易に識別および研究することができる。

現代の自治体保健規則では、ジフテリアから回復した子供が病気を拡散する能力がなくなったかどうかを判断するために、培養検査が行われます。綿棒を子供の喉の内壁にこすりつけて細菌（存在する場合）を採取し、その綿棒を試験管内の「培養液」に入れ、試験管を培養器に入れます。培養期間後、細菌のコロニーが形成されなければ、喉にジフテリア菌がもはや存在しないという証拠とみなされ、子供は隔離から解放されます。

病気の原因は、体内の体液や固形物中にこれらの特定の微生物が存在することであり、現代の賢明な医師は、その治療において、薬よりも、病原菌を破壊したり、その影響を中和したり、あるいは身体を病原菌に対して耐性を持たせたりする薬剤を重視する。病原菌に関する知識から、ジョセフ・リスター卿が1865年頃に始めた消毒外科の偉大な時代が生まれた。石炭酸、塩化第二水銀、ホルマリンは、恐ろしい微生物に対する最も効果的な武器である。今日、文明世界のすべての外科医は、遍在する微生物の致命的な影響に関する知識に基づき、メスを滅菌し、傷の治療やあらゆる手術を消毒法で行っている。その結果、生命の危険が大幅に軽減され、大手術でさえ死の不安を伴うことはなくなった。すべての病院、保健委員会、および組織化された医療衛生団体は、その法律と治療法を細菌学の原理に基づいて定めている。

住宅衛生。微生物の恒久的な住処は下水道であり、下水道から発生する細菌や病原菌を含んだガスを家屋から排除するように設計された衛生的な配管設備は、今世紀における大きな進歩の一つである。水洗トイレや浴室設備に関する特許は約3,500件、下水道だけでも約900件が取得されており、そのほとんどは衛生状態の改善に関するものである。

住宅配管
図179A.—道路接続、現代の衛生住宅配管。

[257]

住宅配管
図179．現代の衛生住宅配管。

大きな画像（750 x 985ピクセル、145KB）。

[258]

現代の住宅の配管と下水接続の図は、図 179および179Aに示されています。下水管は黒の実線で示され、網掛けされていないパイプ (輪郭のみ) は換気管、黒の実線は冷水管、点線は温水管です。現代の配管における重要な衛生上の特徴は、下水ガスや病原菌を家の中に入れないことです。この目的のために、洗面器、便器の排水口、シンクの下にトラップが長年使用されてきましたが、下水ガスの背圧によってトラップから泡が出て家の中に入り込むことがあり、また、洗面器から出る水がサイフォン効果によってトラップから完全に流れ出て、トラップが密閉されないままになることもありました。これらの問題は、家の中のすべてのトラップの排水側に接続され、屋根を貫通して外に伸びる煙突につながる換気管によって防止されます。これにより、トラップの水封部に下水ガスの圧力がかかるのを防ぎ、トラップのサイフォン作用を破壊し、稼働中のトラップの住宅側の歩道から空気を取り込み、住宅の下水管を通って、そこから通気管を通って屋根へと空気を循環させることができます。

細菌学という、これらの最小の生物を扱う偉大な科学は、顕微鏡の発明によって初めて誕生しました。それは数年前まで全く未知の未開拓の分野であっただけでなく、顕微鏡がミクロ世界の秘密を明らかにし始めるまで、それに注目するよう促すような兆候すら目に見えませんでした。将来どのような発展がもたらされるかは誰にも予測できませんが、生物学者や医師にとって、これほど有望な分野は他にありません。すでに得られた知識は計り知れない恩恵をもたらし、世界が知る最も偉大な進歩の時代の一つを構成していることは確かです。忍耐強く献身的で自己犠牲的な医師たちの崇高な軍勢、科学者の発見、保健委員会、病院や精神病院、検疫法、家庭や公共部門における近代的な配管設備と改善された衛生設備があれば、人間の寿命が70歳や50パーセントをはるかに超えて延びない理由はありません。幼少期に死亡する人口のうち、有益な人生と市民権のために救われた人々の割合。

[259]

第21章
自転車と自動車。
ドレイジン、1816年—ミショーの自転車、1855年—ラレマンとキャロルへの米国特許、1866年— 「垂直フォーク」と「スター」から現代の「セーフティ」への移行—空気入りタイヤ—自動車、機関車の原型—トレヴィシックの蒸気ロードキャリッジ、1801年—今日のロコモビル—ピンカス、1839年、セルデン、1879年、デュリエ、ウィントンなどのガスエンジン自動車—電気自動車、1836年にはすでに電気機関車が発展—グルーネルの電気自動車、1852年—コロンビア、その他の電気馬車—統計。

人間は知性において他の動物よりどれほど優れていようとも、移動のための自然な器官においては圧倒的に劣っていることは認めざるを得ない。四足動物は足が2倍もあり、より速く走り、よりしっかりと立つことができる。鳥類は2本の足に加えて翼を持ち、飛行速度が驚くほど向上する。そして、足を持たない魚類は、最速の汽船と競走する。しかし、人間は先史時代から2本の支柱でぎこちなくよちよち歩き、生後1年間は全く歩くことができない。人間が自らの劣等感を抱いてきたことは明らかであり、想像力によって天使に翼を与え、神々の使者であるメルクリウスにも同様の器官をかかとに付けて描いてきたのである。スピードへの憧れは、速い動きに興奮して歓声を上げる赤ん坊にも、空飛ぶ馬に乗ったり、氷の上を滑ったり、そり滑り台を勢いよく滑り降りたりして、目を輝かせ、頬を赤らめる少年にも見られる。

現代の特徴的な傾向はあらゆるもののスピードアップであり、近年のスピード加速の最も顕著な例は自転車である。静かな動きの魅力と疾走感で、若い世代を熱狂させ、高齢者の筋肉をほぐし、男女の服装に革命をもたらし、昔ながらの脚の使用をほぼ完全に取って代わった。自転車は、これまでに作られた組織的な機械の中で最も独特で遍在するものである。文明の幹線道路や高速道路は、何千ものきらめき、静かに滑走する車輪で溢れかえっている。[260] アジアの草原地帯、オーストラリアの平原、北極の氷原など、あらゆる場所に生息している。

自転車の真の定義は、前輪と後輪がそれぞれ1つずつあり、両方とも同じ垂直面にある二輪車である。その基本原理は、回転する物体は回転面を維持しようとするという物理法則であり、そのため、回転するコマや転がる子供の輪が直立するのと同じ原理で、自転車は動いている間も直立する。

ドレイシン
イチジク。 180.—ドレーシン、1816年。

ブランシャールとマグリエは、騎乗者の筋力で推進するように改良された馬車を製作し、パリで展示した。この馬車は早くも1779年7月27日の『ジュルナル・ド・パリ』紙に掲載されたが、真の自転車は19世紀の産物である。ライン川沿いのマンハイムのドレイス男爵が発明した。図180を参照。この馬車は、同一平面上に前後に並んだ2つの車輪からなり、サドルを取り付けた棒で連結されていた。前輪は垂直軸を中心に回転するように配置され、ハンドルが付いていた。騎乗者は肘掛けに肘を置き、つま先で地面を蹴って馬車を推進させ、ハンドルと回転する前輪で進路を誘導しながら前進した。この馬車は「ドレイジーヌ」と呼ばれた。これはフランスでルイ・ジョゼフ・ディヌール男爵のために特許を取得し、1816年にパリで展示されました。1818年にデニス・ジョンソンはこの装置の改良版でイギリスの特許を取得しましたが、推進原理は同じままでした。この装置は「ドレージン」、「ヴェロシペード」、「セレリフェール」など様々な名称で知られています。[261]「歩行者用三輪馬車」「ダンディホース」「ホビーホース」は1819年にニューヨークで導入され、しばらくの間、同市や他の都市で大きな熱狂をもって迎えられた。

ベロシペード
図181．1868年製の自転車。

1819年6月26日、ウィリアム・K・クラークソンはヴェロシペードの米国特許を取得しましたが、その記録は1836年の火災で焼失しました。1821年、ルイ・ゴンペルツは改良型の「ホビーホース」を考案しました。これは、前輪車軸のピニオンに噛み合うセグメントラックを備えた振動ハンドルにより、足だけでなく手も使って機械を推進できるというものでした。しかし、これらの装置はすべて、つま先で地面を叩くことに頼っていました。しかし、その名声は束の間のもので、その後40年間、子供用ベビーカーや3輪以上のヴェロシペードの製造を除いて、この移動手段にはほとんど、あるいは全く注目が集まりませんでした。

1855年、フランスの錠前職人エルンスト・ミショーは、初めて駆動輪の車軸に足踏みクランクとペダルを取り付けた。1866年11月20日にラレマンの共同名義で取得された米国特許第59,915号。[262] しかし、キャロルは、この分野の発展の復活を象徴していた。ラレマンはフランス人で、駆動輪の車軸にペダルが付いた機械を製作し、かつてはこの特徴の功績は彼にあると考えられていたが、ミショーの功績とされ、1894年にフランス人がバール・ル・デュックにエルネストとピエール・ミショーのために建てた記念碑は、その主張を裏付けている。この発展段階における自転車は、図181に示されている。1868年から1869年にかけて、このタイプの機械が広く使用されるようになった。自転車学校や乗馬学校が東洋中に現れ、重くて扱いにくい木製の車輪を漕ぐのに過度の筋力が必要であったにもかかわらず、古い「骨を揺らす乗り物」は熱狂的な熱狂をもって受け入れられた。

ペニー・ファージング型自転車
図182.—1879年の垂直フォーク。

1869年、パリのマギーは自転車全体を鉄と鋼で作り、ソリッドラバータイヤとブレーキがそれに続き、前輪は徐々に大きくなり、1879年には図182に示すような形になった。これにより、ライダーの体重が駆動輪の真上に直接かかるようになり、「垂直フォーク」として知られるようになった。事故はあったものの、良い結果をもたらした。[263] 特に危険にさらされていた「ヘッダー」から。危険を克服するための手段が講じられ、「スター」自転車はそのような構造の代表例である。この自転車では、大きな車輪が後ろに、小さな車輪が前にあり、ストラップとラチェットホイールでペダルと車軸が接続されていた。1877年、マルセイユのルソーは、ペダルを車軸から外し、ペダルシャフトのスプロケットホイールから車軸のスプロケットホイールまで伸びるチェーンで車軸に動力を伝達した。1880年にスターリーの「ローバー」（図183参照）で始まった段階的な改良により、大きな前輪は徐々に小さくなり、現代の「セーフティ」（図184）の比率が得られた。不思議なことに、これらの比率は、ほぼ1世紀にわたる進化を経て、2つの車輪が同じ大きさだった古い「ドレイジン」で使用されていた比率に戻った。しかし、現代の「セーフティ」は全く異なる機械である。軽量でありながら丈夫な鋼管製のダイヤモンドフレーム、ボールベアリング、サスペンションホイール、空気入りタイヤといった特徴により、現代の自転車は、このような過酷な作業のために設計された他のどの機械でも滅多に達成できないほどの強度と軽さ、そして美しさと効率性を兼ね備えている。

ローバー自転車
図183.—「ローバー」、1880年。

安全自転車
図184.—現代の「安全性」

自転車の近代的な改良の中で最も重要なものは、おそらく空気入りタイヤでしょう。これは元々自転車用に設計されたものではありませんでしたが、1845年にイギリスでRWトンプソンによって、1847年5月8日に米国で特許番号5,104を取得しました。自転車への応用は1889年にダンロップによって行われ、米国特許番号435,995（1890年9月9日）および453,550（1891年6月2日）を取得しました。空気入りタイヤは衝撃を緩和する弾性ベアリングを提供するだけでなく、より広いトレッド幅を実現し、田舎の柔らかい道路でのサイクリングを実用的かつ楽しいものにします。ペダルクランクの車軸と車軸を接続するチェーンレスホイール[264] 後輪をベベルギア付きシャフトで駆動する方式は、メーカーが採用している最新の方式ですが、チェーン式に比べて優位性があるかどうかは疑問です。自転車のすべての部品は発明家の手によって注目されてきましたが、差動ギアとブレーキは特に注目されてきました。ペダルに背圧をかけることで後輪ハブに摩擦をかけるモローハブブレーキは、現代の一般的な方式です。最初のバックペダルブレーキは、1889年12月24日にストーバー＆ハンスに発行された米国特許第418,142号に示されています。

今日使用されている自転車の多くの改良点の中には、女性のサイクリングを可能にしたドロップフレーム、2人乗りのタンデム、6人または8人乗りで動きはムカデに似ており、スピードは特急列車に似ているセクステットまたはオクテット、2つのランナーとスパイク付きの駆動輪を組み合わせたアイスベロシペード、そしてパドルで形成された駆動輪を使用して浮力のある船体を水中で推進するハイドロサイクルまたはウォーターベロシペードなどが挙げられる。

速度に関しては、自転車には限界がないように思える。1899年の夏、ロングアイランド鉄道で行われた自転車と急行列車の速度比較テストでは、線路間の板張りの道を走り、列車の後ろの防風壁で保護された自転車乗りが、1マイルを57秒4/5で走破した。最高速度は毎分1 マイル以上で、列車を追い越した彼は、後部プラットフォームにいた友人たちに捕まり、自転車ごと列車に引き上げられた。これは記録に残る最初の追い越し事例である。[265] そして時速64マイルで走る特急列車に乗り込んだにもかかわらず、運転手（マーフィー）は全力を尽くしていなかったと言われている。

自転車とベロシペードに関する特許は5,000件近く取得されている。そのほとんどは自転車に関するもので、今日では改良が進み、自転車は鳥のように速いだけでなく、その数も数えきれないほどになっている。1889年には、この国における自転車の総生産台数は年間20万台に達したと推定されている。1892年に空気入りタイヤが広く普及すると、生産量は大幅に増加し、その後も年々増加を続け、1899年には米国における生産台数は年間100万個、金額にして3,000万ドルから5,000万ドルと控えめに推定されている。自転車のタイヤ1本には約2ポンドの純ゴム、ホイール1本には4ポンドのゴムが使われている。したがって、ホイールの年間生産量には約400万ポンド、つまり2,000トンのゴムが消費されることになる。10年前には、米国には25社を超える正規の自転車メーカーは存在しなかった。 1897年には、この業界には200社以上の企業が存在していました。現在では、部品組立業者を除いて、150社から155社の正規製造業者が存在すると推定されています。業界を牽引するポープ・マニュファクチャリング社は、1888年には約500人を雇用していました。現在、同社の工場では3,800人の労働者が働いており、この業界の重要性と成長ぶりを示す好例となっています。

自動車。馬の蹄の音というお決まりの音もなく、静かに街路を滑るように走る自動車は、一般の人々には非常に新しい発明品のように映る。しかし、そうではない。自動車は機関車よりも古く、実際には鉄道機関車が発展した初期のモデルである。1680年にはすでに、アイザック・ニュートン卿が、推進力として後方に噴射される蒸気の反作用を利用した蒸気自動車を提案していた。1769年には、キュニョーが蒸気自動車を製作し、それは現在もパリの工芸院博物館に保存されている。ホーンブロワーも同年、蒸気自動車を考案した。ワットの1769年と1784年の特許は、陸上を走る馬車への蒸気機関の応用を想定していた。 1770年にシミントン、1784年にマードックが試作モデルを製作した。1787年、オリバー・エバンスはメリーランド州で蒸気自動車の製造独占権の特許を取得した。1790年にはネイサン・リードも蒸気自動車の特許を取得し、製造した。

これらのうち、キュニョーは自走式車両の大型形態の先駆者を表しているが、現代の乗用自動車の原型として最もふさわしい蒸気自動車は、[266] イギリスのトレヴィシックは、機関車の父とも言える人物である。1801年のクリスマスイブに、この蒸気自動車は7、8人の乗客を乗せて幹線道路沿いの試験走行を行った。翌日、トレヴィシックが機関車の責任者として、ダンスタンヴィル卿の邸宅であるテヒディ・ハウスを訪れた。しかし、事故に遭い、自動車は横転した。自動車は屋根の下に置かれたが、一行がホテルでローストグースや人気の飲み物を堪能している間に、機関車の水は沸騰し、鉄は真っ赤に熱くなり、自動車も、自動車が置かれていた建物も、燃えるものは何も残らなかった。1802年3月24日、トレヴィシックとヴィヴィアンはこの装置でイギリス特許第2,599号を取得し、別の自動車が製造され、1803年の春にカンボーンからレドルースへの運行を開始したが、泥にはまって動けなくなった。それはトレヴィシック大尉の「パフィング・デビル」として広く知られていました。その後、ロンドンで復元され、その街の通りを走りました。図185は最初の蒸気自動車の図を示しています。シリンダーとピストンは後部の火室の中に収められていました。前輪の車軸にあるクラッチ（ストライキングボックスと呼ばれる）により、回転時にどちらかの走行輪がもう一方とは独立して動くことができました。一対の小さな前輪操舵輪は垂直軸を中心に回転するように配置されており、ハンドルバーで操作されました。仕様にはブレーキが規定されており、速度変更用の可変ギアと火用の自動送風機も規定されていました。馬車はスプリングで支えられた高架の車体を持ち、走行輪は大型で、高速かつ軽量な旅客輸送に適していました。

トレヴィシックの蒸気自動車
図185．トレヴィシックの蒸気自動車、1801年。

ジェームズとアンダーソン、1822年のガーニー、1833年のマルセローネとスクワイア、1846年のラッセル、その他多くの人々による蒸気自動車開発のその後の段階をたどることは不可能である。[267] 道路状況の悪さと鉄道における蒸気機関車の成功により、蒸気自動車への関心が薄れ、19世紀後半になってようやくこの分野への関心が顕著に復活した。その後、まず牽引機関車として知られる重厚な道路用エンジンが登場し、重量物の運搬に使用された。そして、この10年間で、現代の蒸気自動車が登場した。その一例が図186と186Aに示されており、これらは「ロコモビル」とその作動機構を表している。燃料はガソリンで、フットボードの下にある3ガロンのタンクに貯蔵されている。座席の下に配置されたボイラーは、引張強度を高めるためにピアノ線で巻かれた垂直シリンダーで、298本の銅管が入っている。図186Aに示すエンジンは、座席の下、ボイラーの前に直立した状態で配置されており、直径2 1/2インチ、ストローク4インチの2つのシリンダー、スティーブンソンリンク機構、および通常のDバルブを備えています。スプロケットホイールとチェーンがエンジンシャフトを後車軸に接続しています。エンジンは毎分300～400回転で回転し、[268] 出力は4～5馬力。蒸気排気用の消音器を備え、総重量は550ポンド。最も軽量かつ安価な自動車の一つで、時速10～12マイルで楽に走行でき、坂道も効率的に登れる。蒸気自動車という名称は、その起源が古いことに由来するが、現在最も人気のある自動車タイプというわけではないものの、将来的にそうなる可能性は十分にある。

蒸気機関車
図186.—「ロコモビル」蒸気客車。

機関車用蒸気機関
図186A.—「ロコモビル」の4馬力エンジン。

フランスやヨーロッパ大陸では、ガソリンと空気の爆発性混合物を用いるタイプが最も一般的であり、イギリスやアメリカでは、蓄電池を備えた電気モーターが主に使われている。

爆発性ガスエンジンの自動車の最も初期の例は、おそらく1839年のピンカスの英国特許第8,207号に見られる。フランスでは、1860年のルノワールが先駆者とされている。現代の応用例の中では、ジョージ・B・セルデンの特許第549,160号が重要な位置を占めている。これは1895年11月5日に付与されたばかりだが、特許出願は1879年5月8日に特許庁に提出されているため、記載された発明はかなり早い時期に行われたものであり、発明者には広範なクレームが認められている。過去10年間、爆発性ガスエンジンは、特にフランスで、道路用馬車や三輪車に数多く応用されてきた。このタイプの代表的な自動車は、米国ではデュリエとウィントンに見られる。後者の例は図187に示されている。図示されている形状は、重量1,400ポンドのフェートンを表しており、エンジンは単一炭化水素燃料式で、シンプルでパワフルかつコンパクトです。[269] また、騒音や振動がなく、常に制御下にあります。最高速度は時速18マイルです。

ウィントン自動車
図187．ウィントン自動車。炭化水素タイプ。

おそらくアメリカで最も人気のある自動車の種類は「電気自動車」でしょう。電気モーターを車両の推進力として利用する試みはかなり古くから行われてきました。1835年にはグローニンゲンのストラティングとベッカー、1836年にはトリノのボットが粗末な電気自動車を製造したと言われています。1835年にはダベンポート、1838年にはデイビッドソン、1851年にはペイジ博士が、レール上を走る電気機関車を製造しました。電気自動車の原型は[270]しかし、最もよく表れているのは、1852年2月7日にM. Grounelleに付与されたフランス特許第7,728号（第2シリーズ、第25巻、220ページ、図版46）である。これは、完全に装備された電気自動車を示している。ただし、当時は蓄電池が知られていなかったため、実用的な発電機は搭載されていなかった。大型の硫酸銅電池が使用され、ギア列を介して非常に低速な速度しか得られなかった。しかし、この道路車両は、蓄電池さえあれば、よく組織化された効率的な電気自動車になることができた。多くの人々は、電気は自動車の動力源として成功するために必要な条件を他のどの動力源よりも多く満たしていると考えている。電気はクリーンでコンパクト、無音で振動、熱、汚れ、ガスがなく、完全に制御可能である。その主な欠点は、電力供給が可能な場所でしか充電できないことであり、この点では、都市、村、田舎のどの商店でも手軽に入手できるガソリンエンジンに劣る。コロンビアの2人乗りドス・ア・ドス[271] （図188）ウッズのビクトリア・ハンサムキャブとライカー・エレクトリック・デリバリーワゴンは、現代の電気自動車の代表的なタイプである。

コロンビア・ドス・ア・ドス
イチジク。 188.—コロンビアの「ドス・ア・ドス」。

掲載されている自動車はすべてアメリカ製で、軽さ、優雅さ、効率性において他に類を見ない。1899年9月にベルリンで開催された自動車博覧会で大きな注目を集め、金メダルを獲得した、珍しい新型車がパイパー二連自動車である。この自動車はガソリンエンジンと電気モーターの両方を搭載しており、それぞれ単独でも同時にでも運転できる。しかも、ほとんどの電気自動車よりも軽量であると言われている。長距離走行で電力供給源から遠く離れている場合、ガソリンエンジンは自動車の推進だけでなく、電気モーターをダイナモまたは発電機として運転することで蓄電池を充電する。平坦で走りやすい道路では、必要な動力がガソリンエンジンの最大出力よりも低い場合、電気モーターは自動的にダイナモに切り替わり、ガソリンエンジンの余剰動力は電流に変換されて蓄えられる。下り坂を走行したり、車両を停止させたりする際、車両の運動エネルギーは発電機およびブレーキとして機能する電気モーターによって受け取られ、バッテリーに電気エネルギーとして蓄えられる。そのため、通常の走行中はバッテリーは常に充電された状態に保たれる。

人間が馬なしで生活できるようになる可能性は低いが、数年前に路面電車の動力で始まった、都市交通の束縛から高貴な動物を解放する動きは、馬車や自動車トラックが馬車に取って代わることで、今後大きく進展することが期待される。この産業の成長の速さと将来性は、実用的成果という点では19世紀最後の10年間にすべてが成長したことを思い出せば理解できるだろう。今日でも、米国には自動車製造を目的とした約200の法人企業があり、総資本は約5億ドルに達していると言われている。この分野で実験を行っている個人は数え切れないほどいる。しかし、最も活発なのはフランスであり、600以上のメーカーが存在し、ヨーロッパ全体の11,0​​00台のうち6,000台がフランスで使用されている。

自動車の将来にとって最も重要な示唆は、維持費やその他諸々を考慮すると、同じ効率の馬車よりも一部の用途では安価であるということである。1899年10月16日付の領事報告書（バーミンガム領事マーシャル・ハルステッド氏が国務省に送付）の中で、イギリスの権威であるE・H・ベイリー氏は、自動車の運用において、[272] 大型自動車による運搬費用は、1マイルあたり正味トン当たり3.5ペンス（3セント）であるのに対し、馬車による運搬費用は1マイルあたり正味トン当たり18～24セントである。イギリスではこの問題に大きな注目が集まっている。

先に述べたように、現代の自動車は、その基本原理に関して言えば、新しい発明とは言えません。近年の自動車の成功は、技術全般の進歩によるものであり、その要因として、軽量化と強度向上を両立させた鋼鉄の精製、動力効率の向上、ゴムの加硫、機械的調整の数学的な精緻化、ボールベアリングによる摩擦の低減、電気技術の目覚ましい発展、そして道路の改良などが挙げられます。

[273]

第22章
蓄音機。
エジソンによる蓄音機の発明—スコットのフォノトグラフ—ベルとテインダーの改良—グラフォフォン—ワックスシリンダーのライブラリー—グラモフォン。

電話の発見に続いて、蓄音機が登場しました。文字通り、蓄音機は自ら語り、この多作な時代の素晴らしい発明にまた一つ驚きを加えました。1877年の後半、トーマス・A・エジソンは、ごく少数の選ばれた友人に、控えめな外観の小さな機械を見せました。彼がクランクを回すと、居合わせた人々は驚きました。「おはようございます！ご機嫌いかがですか？蓄音機はいかがですか？」確かにその声は少し金属的でしたが、ここに、紛れもなく話す機械であり、しかも語彙が無限である、取るに足らないように見える機械が提示されたのです。いわゆる「トーキングマシン」は以前にも作られており、ファーバー社の機械はその一例でした。これらは、空気を供給するためのふいごと喉頭や発声器官を模倣した柔軟なパイプの配置によって、明瞭な発話における喉と舌の機械的機能を模倣しようと苦労して喘ぎ声のような努力をしましたが、その方法は根本的に欠陥があり、成功しませんでした。エジソンはそうした先例に倣わなかった。彼の蓄音機は、人間の喉の複雑な構造を模倣しようとはせず、むしろそこから大きく逸脱し、その単純さにおいて驚くべきものであり、その成果もまた驚くべきものであった。この機械は1878年2月19日に特許番号200,521で彼によって特許取得され、その動作原理は特許の最初の請求項に次のように簡潔かつ明確に定義されている。

「本明細書に記載の方法は、音の振動を実質的に記載のとおりに記録し、その記録から音の振動の再生のために規定された動きを得ることによって、人間の声またはその他の音を再生するものである。」

この発明は斬新で興味深いものであり、科学者だけでなく一般大衆の注目もすぐに集めた。最初の公開展示は1878年1月下旬頃、ニューヨークのアメリカ工科大学協会で行われた。[274] 英語、フランス語、ドイツ語、オランダ語、スペイン語、ヘブライ語を同じように流暢に話した。犬の吠え声や鶏の鳴き声を真似し、風邪をひいて咳やくしゃみ、喘鳴を起こしたため、聴衆の中にいた医師が処方箋を送ることを提案したと言われている。また、不敬な男が説教の朗読で説教者の代わりになるかもしれないと提案し、別の男は音楽も同じように流暢に再現できるので、説教者と聖歌隊の両方の代わりになるかもしれないと考えた。1878年の春、エジソンと彼の助手であるバチェラー氏がワシントンでこの機械を展示した。エジソン氏はUHペインター氏の客であり、彼の応接間で紳士の一団にこの機械を見せた。

ペインター氏の自宅から、その機械は内務次官補の事務所に運ばれ、そこからスミソニアン博物館で開催されていた科学アカデミーの会合に運ばれ、夜にはホワイトハウスに運ばれてヘイズ大統領夫妻に展示された。

蓄音機
図189.—最初の蓄音機。

最初の蓄音機の形状を図 189に示す。蓄音機は、主に 3 つの部分から構成されていた。音声を発するマウスピース A、外周に錫箔を張った螺旋状の溝のあるシリンダー B、そして第 2 マウスピース D である。シリンダー B とその軸軸には、同じピッチの螺旋状の溝またはねじ山が設けられており、軸をクランクで回転させると、ねじ山付きベアリングによってシリンダーが回転しながらゆっくりと前進した。マウスピース A には、シリンダーに隣接して、シリンダー上の錫箔に当たる小さな針またはスタイラスを備えた柔軟なダイヤフラムがあった。マウスピース A に音声を発し、シリンダー B を回転させると、音声の振動によって振動する小さなスタイラスが、凹みをトレースした。[275] 記録を形成する錫箔上の小さなギザギザの溝。記録を音声として再生するには、マウスピースAをシリンダーから離し、シリンダーを元の位置に戻してから、マウスピースDをシリンダーに近づける。このマウスピースは、もう一方のマウスピースと同様の振動板と針を備えていたが、より精巧に作られていた。この針は、もう一方の針が錫箔上に描いた小さな螺旋状の溝に軽く接触するように調整され、錫箔がシリンダーとともに回転すると、そのギザギザの凹凸が、もう一方の振動板に音声が及ぼす振動と同じ振動をマウスピースDの振動板に発生させ、記録を明瞭な音声に変換し、最初に楽器に発せられた言葉と完全に一致する音声を再生した。図190には、振動板と針を備えた単一のマウスピースが機能する蓄音機のさらなる発展が示されている。[276] 録音機は録音を行い、スピーカーはそれを再生する両方の目的を持ち、点線で示されているように、トランペットまたはホルンが録音時に振動を集中させ、再生時に音を増幅するために使用される。

蓄音機
図190．蓄音機の第二形態。

蓄音機は実際にはフォノトグラフの発展形であり、フォノトグラフは1857年にレオン・スコットが発明した、図によって音を自動的に記録する装置である。ワシントンD.C.の国立博物館にはスコットのフォノトグラフの模型があり、音波を捉えるチャンバーと、煤を塗った紙を載せた回転シリンダー上で針が動く弾性振動板で構成されている。蓄音機の録音用マウスピースは、振動板と針を備えており、基本的にはフォノトグラフと同じだが、単に針でカーボン紙に記録をなぞって終わりにするのではなく、エジソンは錫箔という物質に記録をなぞり、針と振動板の機能を逆転させるだけで機械的に音に変換できるようにした。これこそが、シンプルさと論理的思考の真髄であった。それまでの記録はすべて、目視検査のためだけになぞられていたのである。エジソンのレコードは視覚的な検査のためではなく、音を再生するという機械的な機能を備えていた。

エジソンは当初から、蓄音機が世界のビジネス活動において重要な位置を占めるだろうと信じていた。なぜなら、蓄音機は、話し手の言葉を、強調や抑揚の質に至るまで完全に忠実に再現し、間違いを犯さず、常に話し手と歩調を合わせ、疑問を抱くこともない、静かで忠実な速記者のように思えたからである。しかし、この発明は長年にわたり休眠状態にあり、科学的な好奇心や楽しいおもちゃ以外の用途には使われなかった。実用化の難しさは、主にレコードの劣化しやすい形態にあった。錫箔でできているため、破損や歪みが生じやすく、保管や輸送にも適していなかったのである。

エジソン氏の発明発表から数年後、電話の発明者として名高いアレクサンダー・グラハム・ベル博士は、チチェスター・A・ベル氏とチャールズ・サムナー・テインダー氏という協力者とともに、蓄音機の改良に力を注ぎました。ベル博士は、音響学における功績と電話の発明が認められ、フランス科学アカデミーの推薦によりフランス政府から5万フランのボルタ賞を受賞しており、この賞金でワシントンにボルタ研究所を設立し、蓄音機の開発に取り組みました。

[277]

1886年5月4日、チチェスター・A・ベルとサムナー・テインダーは、蓄音機のレコードの大幅な改良に関する特許第341,214号および第341,288号を取得しました。この発明では、錫箔シートの代わりにワックスの表面が使用され、最終的に円筒形に成形されました。そして、錫箔にレコードを刻む代わりに、回転するワックス円筒にスタイラスが明確な溝または切り込みを入れ、そこから微細な削り屑を剥がしてレコードを形成しました。このレコードは、変換効果がはるかに高く、持ち運びや保管が容易なだけでなく、劣化しにくく、さらに、新しいレコードを作成する際に円筒の表面を再び滑らかにするだけで簡単に消去でき、円筒を紛失することなく使用できました。この発明はすぐに実用化され、「グラフォフォン」として知られるようになりました。

グラフォフォンによる録音と再生
図191．グラフォフォン、録音および再生装置。

図191の左側には、グラフォフォンの振動板、記録針、およびワックスシリンダーの断面図が示されており、音声を録音する際にワックスシリンダーに微細な溝を刻む針が描かれている。右側には、ワックスシリンダーの記録溝を横切る再生針と、耳管が接続されている振動板室が示されている。ワックスの溝は、[278] 音に変換される機械的な動きは非常に微細で、深さはわずか6 / 10,000インチです。

グラフォフォンの可能性が知られるようになると、商業利用のための資金がすぐに供給され、コロンビア・フォノグラフ社が設立されました。現在、事業の大幅な拡大により、グラフォフォン事業の支配権は2つの部門に委ねられています。1つは販売を担当するコロンビア・フォノグラフ社で、この国の主要都市すべてとヨーロッパのいくつかの大都市に事務所を構えています。もう1つは製造部門を担当するアメリカン・グラフォフォン社で、コネチカット州ブリッジポートに工場があります。1898年には、同工場の生産量が1分に1台のペースに達し、1日の総生産台数は600台に達したと言われています。1886年のベルとテインダーの特許はグラフォフォンの基本原理を表していますが、その後、ベル氏、テインダー氏、マクドナルド氏らによる多くの改良によって、その発展と完成度が高まりました。これらのうちより重要なものは、1887年12月27日発行の特許第375,579号、1888年4月3日発行の特許第380,535号、1894年10月16日発行の特許第527,755号、および1897年3月30日発行の特許第579,595号によってカバーされている。

この産業の黎明期には、この機器の主な用途は速記係の代わりとしてビジネス用途に見出されると考えられていましたが、特に初期の機械はやや複雑で、ビジネスマンが機械の設計に時間を割く余裕がなかったため、事務作業の方法を革新するのは困難であることが判明しました。しかし、現代の改良と機械の簡素化によってこれらの困難は克服され、現在では企業で筆記係として使用されることが非常に一般的になっています。しかし、グラフォフォンの最大の用途は娯楽目的です。歌、オーケストラやソロの演奏、そしてユーモラスなモノローグの録音は、今日では膨大な数のワックスシリンダーのライブラリーを構成しており、定期的にカタログ化され、何千本も販売されています。各グラフォフォンには多数の録音シリンダーが付属し、1つの会社が1分間に1本のペースで生産していることを考えると、シリンダーの製造自体が大きなビジネスになっていることは容易に理解できるでしょう。これらのシリンダーは毎日何千本も製造されています。中には、購入者の声が録音されるだけのシンプルなワックスシリンダーとして送られてくるものもあれば、ポピュラー音楽、方言の独白、ユーモラスなスピーチなどの録音を依頼されたものもある。ワックス状の素材は、実際には石鹸の一種で、溶かされて[279] 巨大な壺に入れられ、その後、ある階から別の階へと移動し、その過程で精製工程を経て、最終的に型に到達します。これらの型は、直径約8フィートの水平な車輪の周りに列状に並べられています。車輪は回転し続け、片側にいる作業員は、到着した溶融材料を型に絶えず注ぎ込んでいます。車輪が半回転すると、充填された型は部屋の反対側に運ばれ、その時点で材料は十分に固まり、そこに配置されている別の係員が円筒を型から取り出すことができます。このようにして車輪は回転し続け、片側で溶融ワックスを受け取り、もう片側で成形された円筒を排出し、その後、表面が滑らかに仕上げられます。レコード制作部門は、他に類を見ない興味深いものです。ここでは音楽レコードが制作され、その目的のために雇われたバンドや演奏家によって制作されます。その多くは同時に活動し、訪問者にはほとんど区別がつかないようなメドレーを制作します。レコードの試聴は、約50人の女性によって行われる。彼女たちはそれぞれ、ガラスの仕切りで区切られた小さな個室またはブースを与えられている。試聴者の役割は、蓄音機で実際にレコードを聴き、その良し悪しを判断することである。

商業的な観点からレコード制作において非常に重要な特徴は、レコードを安価に複製する手段である。もしレコードシリンダーを演奏者が個別に作成しなければならないとしたら、レコードは非常に高価になるだろう。まず、著名な音楽家や講演者がオリジナルレコードを作成し、その後、このレコードを複製して大量に製造する。この目的のために、適切な機構によってオリジナルレコードが作られ、講演者や歌手の代わりとなり、オリジナルレコードを複製する。レコードの複製は、エジソンが1878年の英国特許第1,644号で示したように、当初から構想されていたものであり、その後、このような結果を達成するための装置は、テインダーの特許第341,287号、ベッティーニの特許第488,381号、マクドナルドの特許第559,806号でカバーされている。録音機や再生機に使用される振動板は、通常の筆記用紙よりも薄いフランス製の圧延板ガラスでできている。録音用スタイラスは、ワックスに微細な溝を刻むための小さな彫刻刀のような形状をしており、再生機の対応するスタイラスは、溝の中を移動するための球状の先端部を備えています。録音用スタイラスと再生用ボールはどちらもサファイア製で、その硬度の高さから、大きな摩擦摩耗に耐えられるようになっています。レコードをシリンダーから消去する際には、旋盤のような装置で表面を滑らかに削り取りますが、この際に使用する切削工具（ナイフ）もサファイア製です。

[280]

最新の、最も音量が大きく、最も印象的な蓄音機は「グラフォフォン・グランド」です。この蓄音機は、ブラスバンドの大きなホーンよりも大きなホーンを備え、ワックスシリンダーの直径は約4インチです。音楽や音声の再生は非常に豊かで力強く、広いホールの最も奥まった場所でもはっきりと聞こえます。また、その多彩な音声は、「見えない合唱団」の感動的な和音から、騒々しくせわしない競売人の大げさで滑稽なガラガラ音まで、あらゆる種類の音を効果的に再現します。

蓄音機
図192．現代の蓄音機。

しかしながら、蓄音機が市場で唯一の音声機器であると誤解してはならない。蓄音機と蓄音機に関する特許は約250件も取得されているからである。ナショナル・フォノグラフ社は、エジソン氏に付与された多くの後期の特許に基づき、図192に示す蓄音機を製造・販売している。これは非常に独創的で効果的な装置である。この現代的な蓄音機は、電気またはバネの力で駆動し、速度調整器によって速度が制御され、二股に分かれた耳管が振動板ケースに接続されており、この耳管は装置を操作する際に耳に装着される。

蓄音機
図193．蓄音機。

蓄音機もまた、音声再生装置の一種です。これはE・ベルリナー氏の発明であり、1887年11月8日に特許番号372,786で彼によって保護されています。蓄音機の図解は、[281] 図193。この機械は、ワックスシリンダーの代わりに平らなディスクを使用し、その上に渦巻き状の溝が刻まれ、中心に向かって徐々に引き込まれていく。製造方法は以下のとおりである。亜鉛ディスクをワックスやグリースなどの耐酸性材料の薄膜で覆い、垂直軸を中心に回転するターンテーブルとして取り付けられた水平なパンに置く。ディスクの上には、スタイラスと発声管が取り付けられた振動板が配置されており、発声すると振動板の振動によってスタイラスを通してワックス上にレコードが刻まれ、亜鉛まで到達する。ワックスディスクとパンが回転すると、スタイラスと振動板はギアによってディスクの中心に向かって徐々に移動する。レコードが刻まれている間、ワックスディスクは、図に見られるガラス瓶からアルコールで満たされ、フィルムが柔らかくなり、スタイラスの目詰まりを防ぐ。ディスクが完成すると、洗浄され、水素気泡の発生を防ぐためにクロム酸を用いて酸でエッチングされる。エッチングされたディスクは、次に電鋳されてマトリックスを形成し、この電鋳された硬質ゴムの複製が作られる。[282] オリジナルのレコードは、1,000 回の複製が可能な成形レコードです。これらのゴム製のディスクは再生装置にセットされ、スタイラスが螺旋状の溝に沿って自由に動くように配置されています。ディスクがスタイラスの下で回転すると、そのレコードは明瞭な音声に変換されます。このような平らなディスクレコードは非常に大きな音量で再生でき、壊れにくく、コンパクトに保管および輸送できます。グラモフォンでは、振動板はレコードディスクに対して直角に立っており、スタイラスは蓄音機やグラフォフォンのように縦方向に振動して深さの異なる経路を描くのではなく、横方向に振動して小さなジグザグの線を描きます。

蓄音機の価格は5ドルから150ドルです。ワックスシリンダーは25セントから3ドルで、シリンダーには800語から1,200語の録音が可能で、これは八つ折り判の書籍の約3～4ページ分に相当します。このような機械の重要な部品はモーターで、一定の速度を維持する必要があり、この部分には多くの工夫が凝らされています。蓄音機（グラフォフォン）の用途としては、おそらく家庭での娯楽や展示目的が最も多いでしょう。コイン式、つまり「ニッケル硬貨投入式」の機械は人気がありますが、速記機としての実用的な用途は、今のところそれほど多くありません。

21歳になり、すでに成熟した存在となった蓄音機は、今なお驚くほど斬新で印象的な装置である。初めてその音を聴いた時、それが引き起こす感情の葛藤を分析するのは難しい。人間味あふれる、明瞭で親しみやすい発音で、ごく当たり前のことをごく当たり前のように語る声が、取るに足らない、感覚のない金属片から発せられ、スピーカーなしで会話が行われているという、一見すると異常な状況を提示する。それがトリックではないと確信すると、驚きと賞賛、そして自己紹介を求める気持ちがせめぎ合う。蓄音機に向かって話しかけると、自分の口からではなく、部屋の別の場所から自分の声が聞こえてくるという、他に類を見ない体験をする。自分の感覚を信じるのは本当に難しく、迷信深い人々が畏敬の念を抱くのも無理はない。もしエジソン氏が数世紀前に生きていて、このような装置を発明していたとしたら、彼の才能は代償を払うことになったかもしれない。なぜなら、彼は間違いなく魔法使い、それも悪魔の近縁者として扱われただろうからだ。

蓄音機は真実を語り、反論の余地のない証人であり、その記憶は決して誤りがなく、いかなる反対尋問にも動揺しない。法廷での証拠として、その言葉は疑われることはなく、証人は蓄音機に録音された自分の発言と対峙することになる。[283] 蓄音機は、その絶対的な権威に従わざるを得ない。筆記能力を失った死にゆく父親は、蓄音機に遺言を口述し、愛する家族へのメッセージを残すことができる。そして、墓の土が青々と茂った後も、そのメッセージはなおも聞こえ、心の繊細な感情のあらゆるニュアンスを鮮やかに、そして真実に伝えるだろう。蓄音機の助けを借りて、ローマの教皇は、何千マイルも離れていても、世界中にいる子供たちに、個人的に、そして声で祝福を与えることができる。もし蓄音機が過去の時代に登場し、その録音が保存されていたとしたら、どれほど興味深く、ためになる知識の物語が私たちの手元にあっただろうか。壁に飾られた肖像画に描かれた亡き祖先たちの声、そしてデモステネスやキケロの雄弁な言葉が、私たちに伝えられていただろう。実際、私たちは世界の英雄、殉教者、聖人、賢者、そして歴史を彩り、その教えによって私たちに最高の理想を与えてくれた偉大な俳優や教師たちと、声を交わす機会を持つべきである。しかし、蓄音機を最も実用的かつ的確に表現しているのは、エジソン氏自身の簡潔な言葉だろう。彼はこう述べている。「ある意味では、蓄音機は私たち自身よりも多くのことを知っている。なぜなら、私たちが口にしたにもかかわらず忘れてしまった多くのことを記憶しているからだ。蓄音機は、私たちが何を言うかに注意するよう教えてくれる。そして、きっと人を簡潔に、より実務的に、より率直にしてくれるだろう。」

[284]

第23章
光学。
初期の望遠鏡—リック望遠鏡—グランデ・ルネット—ステレオ双眼視野鏡—顕微鏡—分光器—光の偏光—万華鏡—ステレオスコープ—距離計—キネトスコープと動画。

「神は言われた、『光あれ』。すると光があった。神はその光を見て、それが良いとされた。そして神は光と闇とを分けられた。」このように、創造の物語の早い段階で、人間が視覚の価値を認識していたことが明らかになる。人間を環境と知的な関係に置くすべての感覚の中で、視覚ほど重要なものはない。他のどの感覚よりも、視覚は物質世界との関係を確立する。赤子が生まれ、その小さな解放された魂が世界と接触すると、その驚きに満ちた視線は、目に触れる可視物のパノラマを捉え、手の届くところにあるように見える星を摘み取ろうと、小さな腕を無駄な努力で伸ばす。距離と時間は光と視覚にその価値を加え、人生がより充実するにつれて、存在の視点が意識に忍び込み、彼は自分がより遠くにいることに気づくが、それでもなお、無限の距離の向こうを見つめ、知識の目に見える証拠を探し求めている。人類は太古の昔から、地上の卑しいものを拒絶し、空とその天体の驚異的な無限性に心を奪われてきた。今こそ星へ向かえ、というのが人類の野心的な叫びであり、天文学の研究ほど、知識の探求が巧みに導かれ、忠実に維持され、豊かに報われた分野はない。19世紀にはこの分野で多くの重要な発見がなされ、その中には、1846年にアダムス、ルヴェリエ、ガレによって発見された海王星、1846年にラッセル氏によって発見された海王星の衛星、1848年にラッセル氏によって発見された土星の衛星、1877年にアサフ・ホール教授によって発見された火星の2つの衛星などが挙げられる。そして、1877年にスキアパレッリが発見した、いわゆる火星の運河も挙げられる。しかし、本書の目的は科学的発見ではなく、物質的な発明を扱うことであり、光学における主要な発明は望遠鏡である。

望遠鏡を発明したのは誰かという問いは、今となっては答えられない。[285] 長年にわたり、ガリレオは1609年にこの発明をしたと一般的に考えられてきた。しかし、現在では、彼が望遠鏡を作り、月の山々、太陽の円盤上の黒点、金星の三日月形、木星の4つの衛星、土星の環を発見し、最初の重要な天体観測を行ったことは知られているが、望遠鏡という機器の発明を彼に帰するのは正当ではない。ボレッリは、1590年頃のオランダのミデルブルフの眼鏡職人ヤンセン＆リッペルシャイムに帰している。デカルトはジェームズ・メティウスに帰している。フンボルトは、1608年にヴェーゼル出身でミデルブルフの眼鏡職人ハンス・リッペルシャイ（またはラプレイ）と言い、また、メティウスとも呼ばれるヤコブ・アドリアンスゾーンとザカリアス・ヤンセンにも言及している。

1609年にガリレオが天文学の研究に大きな推進力を与えた後、1655年にホイヘンスが改良を加え、1663年にグレゴリーが反射望遠鏡を発明し、1668年にニュートンが同様の改良を加えた。1733年、チェスター・モア・ホールはクラウンガラスとフリントガラスを用いた無色対物レンズを発明した。1758年、ジョン・ドランドはこれを再発明し、望遠鏡の製造に導入した。1779年、ハーシェルは反射望遠鏡を製作し、1781年3月には天王星を発見した。1789年には、彼は大型反射望遠鏡を製作した。この大型反射望遠鏡が天体観測を行っていた時期に19世紀が始まり、この世紀の初めにハーシェルは王立協会に数千もの星雲と星団のカタログを提出した。 19 世紀の偉大な望遠鏡の中には、1802 年にロンドンでマドリード天文台のために作られた、費用が 11,000 ポンドの望遠鏡、1842 年から 45 年にアイルランドのパーソンズタウンに建てられたロス伯爵の巨大な反射望遠鏡 (直径 6 フィート、焦点距離 54 フィート、費用は 20,000 ポンド以上)、1860 年にグリニッジとパリの国立天文台に設置された壮大な赤道儀望遠鏡、1862 年にパリに設置されたフーコーの反射望遠鏡 (鏡の直径が 31 1/2 インチ、焦点距離が 17 3/4 フィート)、1870年 にヨークのクックスによってゲーツヘッドに設置された R.S. ニューオール氏の望遠鏡 (対物ガラス 25 インチ、鏡筒 30 フィート) などがある。 A. エインズリー・コモン氏の反射望遠鏡（ミドルセックス州イーリング、1879年、鏡径37 1/2インチ、鏡筒長20フィート）、米国天文台（ワシントン、1873年、対物レンズ径26インチ、鏡筒長33フィート）、そしてハワード・グラブがダブリンでウィーン向けに製作した大型屈折望遠鏡（1881年）。

リック天文台の望遠鏡
図194．リック天文台の望遠鏡。

近年では、1888年にカリフォルニア州マウントハミルトンのリック天文台のためにアルバン・クラーク＆サンズ社が製作した巨大な屈折望遠鏡が、それまで存在したどの望遠鏡よりも優れているとして注目を集めた。これは図194に示されている。支柱と基部は鉄製で、重量は25トンである。これは石造りの基礎の上に設置されており、[286]
[287] これは創設者ジェームズ・リックの墓所となっている。鏡筒は長さ52フィート、中央部の直径は4フィート、両端に向かって3フィート強まで細くなっている。対物レンズの直径は36インチで、セルを含めた重量は530ポンドである。鋼鉄製のドームは直径75フィート4インチで、可動部の重量は100トンである。この望遠鏡には、あらゆるゲージ、スケール、写真および分光器の付属品が完璧に装備されており、ジェームズ・リックの信託証書に課せられた「これまでに作られたどの望遠鏡よりも優れ、強力である」という条件を満たしていた。これは精密機器の中でも巨大な存在であり、その重厚な外観は今なおその目的の尊厳を主張し、軽薄な訪問者でさえも静かで思慮深い敬意を抱かせる。

しかし、偉大なリック望遠鏡が今もなおその優位性を保っていると理解してはならない。1893年にシカゴで開催された万国博覧会に出展されたヤーキス望遠鏡は、対物レンズの直径が3.28フィート、焦点距離が65フィートで、直径78フィートの巨大なドームの中で中心軸を中心に回転した。最近のベルリン万博に出展されたグリューネヴァルトのグランド・エクアトリアル望遠鏡は、対物レンズの直径が3フィート7インチ、つまりヤーキス望遠鏡より2インチ近くも大きかったため、さらに大型だった。

パリ博覧会望遠鏡
図195．―巨大望遠鏡、パリ万国博覧会。1900年。

これらの優れた望遠鏡でさえ、1900年のパリ万国博覧会のグランデ・リュネットによって凌駕されてしまった。円形物体の直径が1インチ増えるごとに、断面積と重量が著しく不均衡に増加することを念頭に置けば、望遠鏡の性能向上において、機器製造者がいかに不利な立場に置かれるかが容易に理解できるだろう。ガラスレンズの直径が数インチ増えるだけで、断面積、重量、そして欠陥のない鋳造、レンズの完璧な研磨と仕上げに伴う困難が著しく増大する。望遠鏡の筒状ケースの長さが長くなると、重量が増大するため、赤道調整のために中央付近で支えられた際に、わずかに曲がったり、軸がずれたりする可能性がある。また、重厚で可動式の鋼鉄製ドームの直径が数フィート増えるだけで、重量が大幅に増加し、その製作と繊細な調整に伴う困難も増大する。図195に示す大型ルネットは、望遠鏡の操作方法を完全に変え、また、ある程度は動作原理も変えて、これらの困難のいくつかを回避しています。可動ドームのスロットを通して上向きに向けられ、ドームで調整される代わりに、その筒は支持柱の固定ベース上に水平に置かれ、調整可能な反射鏡と「シデロスタット」と呼ばれる調整機構が、[288] 片端に配置され、星や月を捉えて大きな筒に反射させ、そのレンズを通して反対側の端にあるスクリーンに映し出す。筒の長さは197フィート、対物ガラスまたはレンズの直径は4フィート強である。このようなものが2つあり、合計で12万ドルかかる。シデロスタットは大きな鋳鉄製のフレームで支えられており、時計仕掛けと、観測している天体の動きに合わせて鏡を追従させるための装置が備えられている。シデロスタットと台座の総重量は99,000ポンド、可動部分は33,000ポンド、鏡とそのセルは14,740ポンドである。鏡自体はガラス製で、重量は7,920ポンド、直径は6.56フィートである。[289] 厚さは 10.63 インチです。この巨大な鏡を自由かつ繊細に調整できるように、その台座は水銀の貯水槽に浮かんでいます。この装置の総費用は 2,000,000 フランを超えると言われています。あらゆる発明分野における驚異的な進歩を考えると、天文学における発見が世俗的な関心事の発見に追いつき、近い将来、偉大な発見がなされると考えるのは不合理ではありません。一般の人は、日食の計算や、不規則な彗星の動きを支配する法則についてあまり気にしません。しかし、彼は非常に個人的で隣人愛があり、知りたいのは、火星には人が住んでいるのか、もし住んでいるとしたら、そこの住人は人間なのか、そして私たちは彼らとコミュニケーションをとることができるのか、ということです。火星の表面ですでに発見されている、知的な設計によると思われる、いわゆる運河の驚くべき規則性は、近隣住民の好奇心を刺激し、期待に満ちた関心へと発展させた。そして、現代の望遠鏡がどのような素晴らしい発見をもたらすかは、誰にも分からない。

立体視・双眼視
図196．アッベ教授の立体双眼鏡。

近年、フィールドグラスやオペラグラスと呼ばれる望遠鏡の形で多くの小さな改良が加えられてきました。おそらく最も重要なのは、ドイツのアッベ教授が発明し、1893年にドイツで、また1897年6月22日に米国で特許番号584,976を取得して特許を取得したステレオ双眼鏡です。これは、対物レンズが観察者の目よりも広く離れているため、視野が大幅に広がり、立体視効果、つまり相対的な距離の概念も向上します。視野もより平坦になり、装置は非常に小さくコンパクトになり、近くの物体から遠くの物体に切り替える際に焦点を変える必要がありません。光線は、図196に示すように、対物レンズに入り、二重反射プリズムに当たり、まず観察者から遠ざかる方向に投げ出されます。[290] そして、ポロの方法に従って配置された別の二重反射プリズムに衝突した光は、接眼レンズと一直線になるように観察者に戻される。

顕微鏡
図197．現代の顕微鏡。

顕微鏡。望遠鏡が私たちの上空や周囲の広大な世界の無限を明らかにするように、顕微鏡は私たちの周りや内部にある小さな世界の無限を明らかにします。望遠鏡と同様に、その起源は遠い過去に隠されていますが、望遠鏡よりも古いと考えられています。おそらく、葉の上の露が最初の顕微鏡だったのでしょう。ガラス球の拡大力は中国人、日本人、アッシリア人、エジプト人に知られており、ニネベの遺跡からは水晶で作られたレンズが発見されています。顕微鏡には単眼式と複眼式があります。単眼式では、対象物を直接観察します。複眼式では、2つ以上のレンズが配置され、1つのレンズで形成された像が他のレンズによって拡大され、対象物そのもののように見えます。単眼式顕微鏡は、どの発明者も自分の発明だと主張することはできません。複眼式顕微鏡は1624年にファルンチェッリによって発明され、その世紀に科学調査のための最初の重要な応用が行われました。しかし、調査のほとんどは単一の顕微鏡で行われ、ボレッリ、マルピーギ、リーバーキューン、[291] フック、レーウェンフック、スワンマーデン、リヨネ、ヒューソン、エリスは顕微鏡学の父として際立っていました。顕微鏡は250年以上にわたり、人間の目に拡大の助けを提供し、段階的に改良されてきました。1829年にジョセフ・J・リスターが開発したアプラナート焦点と複合対物レンズは、世紀前半における注目すべき改良であり、その後、さまざまな発明家による貢献が続き、 図197に示す現代の複合顕微鏡は、光学技術の勝利であり、驚くべき精度とパワーを備えた機器となっています。その最大の成果は19世紀に達成されました。

最小の細胞の大きさを千倍以上に拡大することで、これまで見えなかった世界が視界に入り、新しい科学が発展し、人類の知識の蓄積が飛躍的に増えました。生物学者や植物学者には細胞構造と成長に関する発見をもたらし、医師には尿検査や血液検査の診断に役立ち、組織学や病的な分泌物には計り知れない価値があり、地質学では世界の物理的歴史の知識への貢献が同様に重要です。一方、細菌学や病原菌の研究においては、健康と衛生の法則、生と死の状態に関する私たちの概念を根本的に変革し、私たちの幸福と密接に関係しているため、おそらく世界がこれまで経験した中で最も進歩的で有益な知識の拡大の時代を象徴しています。また、実用的な技術においても、ほぼすべての分野で重要な役割を果たしています。宝石商、彫刻家、鉱夫、農業従事者、化学メーカー、食品検査官など、あらゆる職業の人々が、その拡大機能を利用している。

写真術は顕微鏡に貴重な助けとなり、顕微鏡で観察されたあらゆる発見を写真顕微鏡写真として永久記録として保存することが可能になった。1870年から71年にかけてのパリ包囲戦中に、顕微鏡は奇妙だが非常に実用的な方法で利用された。外界から遮断されたフランス人は、機知に富んだ方法でその日のニュースを顕微鏡で撮影し、一羽の鳩が1グラムにも満たない重さの5万通ものメッセージを運ぶことができた。これらのメッセージは繊細なフィルムに載せられ、丸めて羽根ペンに詰められた。鳩は気球に乗せられて外界からパリへと飛び立ち、メッセージを往復運んだ。目的地に到着したメッセージは判読可能な大きさに拡大され、顕微鏡で解読された。この方法で250万通ものメッセージが伝達されたと言われている。

[292]

分光器。―一般の人々の理解では、科学機器の最も適切な定義は、それが何をするかを説明することです。しかし、分光器の機能と可能性の説明ほど、知識のない人々の信憑性を試すものはありません。何百万マイルも離れた太陽や星にどのような物質が含まれているかを教えてくれると言うと、想像力に対する不当な攻撃のように思えるかもしれませんが、これは分光器が行うことの1つです。いくつかのありふれた観察が、その動作を説明するのに役立ちます。すべての小学生は、図198に示すように、ガラスの三角プリズムを通して色の戯れを見たことがあります。また、年配の世代は、カットガラスの輝くペンダントが付いた昔ながらの燭台を覚えているでしょう。その踊るような美しさは、50年前の多くの少年少女の心を喜ばせました。この色の広がりはスペクトルと呼ばれ、分光器はスペクトルを扱います。太陽の白色光は、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫の7色から構成されています。太陽光線がガラス製の三角プリズムに当たると、光線は進路からある角度で曲げられ、その光の各色はそれぞれ異なる角度で偏向されます。その結果、白色光として見えるのではなく、光線は発散するくさび形に広がり、色が分離されてスペクトルと呼ばれるものが生成されます。この発見は、1675年にアイザック・ニュートン卿によってなされました。

プリズムとスペクトル
図198．プリズムとスペクトル。

1802年、ウォラストン博士はニュートンの実験を再現し、[293] 丸い穴ではなく、非常に狭いスリットを通して光線を照射したところ、スペクトルは色が連続的に変化するのではなく、黒い線がスペクトルを横切っていることに気づきました。これらの黒い線は、1814 年にドイツの光学技師フラウンホーファーによって注意深くマッピングされ、576 本の線があることが分かりました。分光器への次の段階は、1830 年に光学技師のシムスによって行われました。彼はプリズムの前にレンズを配置し、スリットがレンズの焦点に合うようにしました。スリットを通過する光は、まずレンズを通過し、次にプリズムを通過します。このレンズは「コリメート」レンズと呼ばれました。こうした開発の予備段階を経て、キルヒホフ教授は1859年に太陽スペクトルのマッピングという偉大な研究に着手し、ブンゼン教授と協力してスペクトル中の数千もの暗線を発見し、スペクトル分析、すなわち物質が白熱状態にあるときに放出するスペクトルからその性質を決定する方法の基礎を築いた。

分光器
図199．キルヒホッフの四プリズム分光器。

キルヒホッフの分光器の形状を図199に示す。スリット形成スライドは管Aの遠端にあり、右側に拡大した分離図で示されている。コリメートレンズは管A内に収められている。管Aの遠端のスリットから入射した光線は、管内のレンズを通過し、テーブル上の4つの三角プリズムを順に通過し、これらのプリズムによって順に屈折され、スペクトルの形となって望遠鏡管Bに投射される。[294] そして、それは前記管Bの遠端にある目で見える。プリズムの数が多いほど光線の分散は広くなり、スペクトルは長くなり、ウォラストンとフラウンホーファーが発見したスペクトルを横切る特異な線はより容易に研究できる。スペクトル上にこれらの黒線が存在することが分光器の開発につながり、その重要性と価値を確立した。分光器の働きは単に拡張スペクトルを形成することであるが、このスペクトルはスリットを通して入射する光の種類によって変化し、光の種類によって色の帯と暗線の配置が異なり、様々な白熱する素粒子の光とそのスペクトルの間に明確な関係が存在することが発見されたため、太陽や星から明確なスペクトルを投影すると、そのスペクトルを生成する白熱する要素が太陽や星に存在することが確実に示される。この分光器の応用はスペクトル分析と呼ばれ、ブンゼンバーナーの炎で物質を白熱させ、その光を分光器に通すことで得られるスペクトルが、正確な化学物質同定の基礎となる。この検査は非常に精密で、キルヒホフ教授とブンゼン教授の計算によると、ナトリウムの1800万分の1の粒子まで検出できるという。

分光器の有用な用途は主に天文学と化学実験室に見られるが、冶金工程における工業用途にもいくつか利用されており、例えば、ベッセマー法による鋼鉄製造の進行状況の判定や、合金の試験などに用いられている。また、分光器の働きによって、これまで知られていなかった多くの金属が発見されており、その中にはセシウム、ルビジウム、タリウム、インジウムなどが挙げられる。

光学の分野は非常に広大であるため、興味深い分野の多くは簡単に触れるにとどまる。光の偏光は、1669年にバルトリヌス、1678年にホイヘンスがアイスランドスパー結晶を用いた複屈折実験で初めて発見し、19世紀にはマリュス、アラゴ、フレネル、ブリュースター、ビオらの発見に続いた。マリュスは1808年に研磨面からの反射による偏光を発見し、アラゴは1811年に色偏光を発見し、ニコルは1828年に自身の名にちなんで名付けられたプリズムを発明した。万華鏡は1814年にデイビッド・ブリュースター卿によって発明され、1817年7月10日に英国特許第4,136号が彼に付与された。反射式立体鏡は1838年にホイートストンによって発明され、現在一般的に使用されているレンズ式立体鏡は、1849年にサー・デイビッド・ブリュースターによって発明された。

光学分野で近年重要とされている発明の中には、[295] フィスク測距儀（特許番号418,510、1889年12月31日）は、砲手が目標までの距離が不明な場合、あるいは霧や煙で視界が遮られている場合でも、大砲を目標に向けることができるようにするための装置である。ビーラー太陽計（特許番号533,340、1895年1月29日）もまた重要な科学的発明であり、水平線が遮られている海上における船舶の位置、あるいは羅針盤の誤差を測定することを目的としている。近年では、写真に関する娯楽的かつ教育的な装置が数多く開発され、ステレオオプティコンやマジックランタンも改良されている。

後者の中で最も興味深いのは、いわゆる動画を制作するためのキネトスコープである。キネトスコープでは、幻灯機と現代の写真技術の進歩が、スクリーン上に驚くべき映像を生み出した。昔ながらの幻灯機による投影は、興味深く教育的な教材であったが、現代の発明によって、映像はまるで現実の生活シーンのように、人物が動き、行動し、場面が変化する、臨場感あふれる自然な雰囲気を帯びるようになった。

これらの動画が存在する基礎原理は、残像現象です。動いている同じ物体を連続して撮影し、それぞれの画像で動いている物体の位置を少しずつ、一定の動きで徐々に変化させ、それらの異なる位置を素早く連続して切り離して目に提示すると、物体は絶えず変化する位置を移動しているように見えます。視覚的印象の持続時間に関する理論は、15世紀にレオナルド・ダ・ヴィンチによって提唱され、フェナキスティスコープ、ソーマトロープ、ゾートロープ、ストロボスコープ、ロータスコープなど、さまざまな昔ながらのおもちゃで実際に利用されてきました。

フェナキスティスコープはロジェ博士によって発明され、1829年にプラトーとファラデーによって改良されました。円形の円盤に円形の図形が描かれており、ハンドルに取り付けられて回転します。図形は順番に徐々に進行したり、位置が変わったりする様子を示します。円盤の周囲には放射状のスリットがあり、図形のある面を鏡の前に置きます。スリットを通して鏡に映った反射像を見ると、スリットの前を次々と素早く通過する図形が生きているかのように動きます。ジョン・ハーシェル卿が考案したソウマトロープは、薄い円盤の両面に鳥と檻、または馬と人などの関連する2つの物体が描かれています。これを直径を中心に回転させると、鳥と檻が交互に見えるようになり、鳥が檻の中に入ったり、騎手が馬の背に乗ったりするように見えます。[296]
[297]1834年1月号の『フィロソフィカル・マガジン』 に掲載されたゾートロープは、フェナキスティスコープの基本的な原理を採用しているが、鏡の前に円盤を置く代わりに、直立した回転するドラムまたは円筒が用いられ、その内側に図像が描かれており、回転しながらドラムに設けられた一連の垂直なスリットを通して図像を見るようになっている。

この分野で最も古い特許としては、1860年5月22日に取得されたショーの英国特許第1,260号、1861年2月5日に取得されたセラーズの米国特許第31,357号、および1867年4月23日に取得されたリンカーンの米国特許第64,117号が挙げられる。1869年8月10日に取得されたブラウンの特許第93,594号では、マジックランタンが動画に応用され、1872年のマイブリッジによる疾走する馬の写真、それに続く瞬間撮影技術によって、動く物体を連続して多数撮影することが可能になり、現代の写真芸術の基礎が築かれた。

ガラス玉を撃つ写真1消えた銃の写真 1ガラス玉撮影写真2消えた銃の写真2ガラス玉撮影写真3消えた銃の写真3ガラス玉撮影写真4消えた銃の写真4
ガラス玉を撃つ。

消える銃を発射。

図200。

図200には、スポーツマンがガラス玉を撃つ様子と、消える銃の発射を捉えた一連の瞬間写真が示されています。これらの動きのすべての段階にわたる多数の視点が、マジックランタン投影装置の前で順番に提示されると、目には実際の動きの驚くべき類似性を与えます。実際には、これらの画像は特殊なカメラで撮影され、数百、あるいは数千もの画像を含む長い透明なリボンに印刷されます。エジソンのキネトスコープは、1893年3月14日の特許番号493,426で保護されており、彼のバイタスコープとして知られる装置は、画像をスクリーンに投影するために使用されるものの1つです。図201には 、バイオグラフと呼ばれる同様の装置が示されており、機関車が近づいてくるように見えることで、目撃者は明らかな危険に身震いします。

バイオグラフ劇場公演
図201.—劇場における伝記。

最良の結果を得るには、画像が印刷されたリボンが光とレンズの間でできるだけ長い時間同じ位置に留まり、次の画像への切り替えが可能な限り瞬時に行われる必要があります。この問題は、1894 年にこれを実現する方法を考案し、公共の展示会に適した大型スクリーンに画像を投影することに成功した最初の人物の一人、あるいは最初の人物であった C.F. ジェンキンスによって見事に解決されました。彼の装置は図 202に示されています。左側に見える電動モーターは、ベルトとプーリーを介してカウンターシャフトを駆動し、またウォームギアを介してカウンターシャフトと平行な別のシャフトを回転させます。このシャフトにはスプロケットプーリーが取り付けられており、その歯が画像が印刷されたリボンの縁の小さな穴を貫通し、上部のリールからリボンを引き下ろして右側の受信リールに送ります。カウンターシャフトの端、スプロケットホイールのすぐ前には、回転するクランクピンまたはスプールがあり、これが断続的にリボン状のビューを叩き、[298] 後者は、レンズ前の垂直ガイドを連続した急激な動きで通過します。これにより、各ビューがレンズの前で最大時間保持され、その後、リボンが突然急激に動いて次のビューが位置に移動します。キネトスコープでは、アニメーション画像は、[299] 生活の動きを映し出すだけでなく、蓄音機と組み合わせることで、音声や場面に合った音楽も同時に提示され、目と耳の両方にとって現実の生活の素晴らしいシミュレーションとなる。

ファンタスコープ
図202.—ジェンキンスのファンタスコープ。

発明家が最近約束したことの一つに、「遠距離視察装置」、すなわちテレクトスコープがある。これは、電線を通して電信や電話をするように、電線を通してあらゆる距離を見ることができるという。19世紀には驚くべき出来事が数多く起こり、この発明の原理も今のところ正しいので、この希望が実現しないと断言するのは独断的だろう。

人類の知識の総体において、光学ほど貢献した科学分野は他にない。望遠鏡によって人類は天空の果てしない空間へと昇り詰め、宇宙の無限の広大さを確かめた。世界を温め、活力を与える燃えるような太陽は、9000万マイル以上も遠くにある。肉眼で見える最も近い恒星は、太陽の20万倍以上の距離にあり、その光は毎秒19万マイルの速度で進むため、地球に届くまでに3年以上かかる。これほど遠く離れているにもかかわらず、それらの大きさ、距離、構造は解明され、その動きは鉄道の時刻表のように正確に予測されている。天文学者が日食を予測すると、その瞬間に天球が一直線に並び、天球の動きに関する法則の正しさが疑いの余地なく証明される。[300] しかし、望遠鏡、顕微鏡、分光器の驚異は、私たちがこれから期待できることのほんの一端に過ぎない。なぜなら、科学は、肉眼では現在見えないものもいずれ見えるようになること、そして、今は暗闇に見えるものの中にも光が存在することを、豊富に教えてくれるからである。

恐怖の王との最後の闘いの最中、ゲーテが「もっと光を！」と叫んだ時、彼の心の中で何が最も重要だったのかを確実に言う人はいないだろう。それは、薄れゆく感覚の暗闇を払拭したいという願望だったのかもしれないし、あるいは、より明るい未来への啓蒙されたビジョンが展開したのかもしれない。しかし確かなことは、「もっと光を！」という叫びほど、啓蒙された人類の願望を雄弁に物語る言葉はないということだ。

[301]

第24章
写真。
ウェッジウッドとデイビーの実験—ニエプスのヘリオグラフィー—ダゲールとダゲレオタイプ—フォックス・タルボットがネガから最初のプルーフを作成—ジョン・ハーシェル卿がガラス板を導入—コロジオン法—銀とカーボンのプリント—アンブロタイプ—乳剤—乾板—コダックカメラ—プラチノタイプ—カラー写真—パノラマカメラ—写真製版と写真リソグラフィー—ハーフトーン製版。

「芸術の最大の偉業は、自然を模倣することである。」

自然が絵を描くとき、​​それは真実の顔料に浸した美の筆で描かれる。一筋の光の優しい愛情がバラの心に触れ、その頬に赤みを帯びさせ、生命は化学的親和性の花嫁となり、比類なき美しさと愛らしさへと花開く。写真は自然の絵画と密接に結びついている。光が自然の生き生きとした美しさを生み出すように、光は加速された化学的親和性という同じ繊細で神秘的な力によって、これらの美しさを固定し、保存し、永続させる。写真は芸術であり科学でもある。それゆえ、美しくもあり真実でもある。それは人間の心の最も優しい愛情と深く結びつき、大切な思い出を生き生きと保つ芸術である。写真によって、遠い昔の若い恋人、亡くなった母の愛情深い顔、そして愛おしい亡き子の姿が、見慣れた姿で私たちの前に蘇り、偉人たちは庶民の日常の友人であり理想となる。もし写真という芸術が歴史と同時期に生まれ、世界のあらゆる崇高な光景や人物像が、絶対的な真実と忠実さをもってカメラを通して私たちに届けられていたとしたら、私たちの人生はどれほど豊かで満足のいくものになったことでしょう。しかし、写真が偉大な芸術であるのは肖像写真だけではありません。山々の荘厳な姿、海の壮大さ、森の美しさ、ナイアガラの滝の雄大さを捉え、それらをすべて私たちに、寝たきりの病人の目にも届けてくれます。カメラは星空の秘密も、ミクロの世界の細菌も等しく記録します。凧の尾にぶら下がって母なる地球の姿を撮影し、稲妻よりも速く動き、その軌跡を捉え、定義づけるのです。[302] その不規則な閃光。それは私立探偵の役割を果たし、法廷での証言は決して疑われることはない。建築家、技師、イラストレーターは、常にその存在を必要としている。レントゲン線の助けを借りて、負傷した兵士の体内の弾丸の位置を特定し、脊柱の写真を撮影する。実際、それは目に見えるものも目に見えないものも見て記録し、思考の速さで行動し、決して間違いを犯さない。

写真術は、ギリシャ語のφωτος γραφη（光の筆記）という2つの単語に由来する比較的新しい技術であり、完全に19世紀に生まれたものです。古代の錬金術師たちは、「角銀」（溶融塩化銀）が光にさらされると黒くなることを知っていましたが、この作用の性質は明確に理解されておらず、1800年以前には応用もされていませんでした。現在では、写真術は、スペクトルの特定の光線が、有機物と結合した特定の化学塩、特に銀とクロム酸の塩に及ぼす光化学反応に依存していることがわかっています。この効果を持つ光線は、スペクトルの一方の端にある青色と紫色の光線、さらには紫色の外側の目に見えない光線であり、赤色と黄色の光線には、このような光化学反応はほとんど、あるいは全くありません。

19世紀に写真術を可能にしたのは、1777年にシェーレが行った、光が銀塩に及ぼす分解作用と、この効果を生み出す上でスペクトルの紫色の光線が他の光線よりも優れているという哲学的考察であった。1801年、リッターは、可視光スペクトルの紫色の端を超えた領域に、塩化銀を黒く変色させる力を持つ目に見えない光線が存在することを証明した。

原理の初期の応用。―銀塩の光による黒化を芸術目的で利用しようとする最初の試みは、1802年にウェッジウッドとデイビーによって行われた。白い紙に硝酸銀溶液を染み込ませ、模写したい人物の影をその上に投影した。影が落ちた部分は紙が白く残ったが、周囲の露出した部分は太陽光の下で黒くなった。しかし、このような絵を定着させる手段はなく、時間が経つにつれて白い部分も黒く変色してしまった。

カメラの紹介。—カメラ・オブスクラは、芸術家が自然を模写するために考案された非常に古い発明品で、非常に早い時期にこの芸術に取り入れられましたが、ウェッジウッドとデービーが使用した化学薬品は、その弱い光に影響を受けるほど感度が高くないことがわかりました。しかし、1814年にシャロンのジョセフ・ニセフォール・ニエプスは、カメラを利用したプロセスを発明し、それは「ヘリオグラフィー」、つまり太陽描画と呼ばれました。1827年に彼は[303] 銀塩を使用し、「ユダヤの瀝青」（アスファルト）として知られる樹脂を用いた。この樹脂の溶液をプレートに塗布し、露光した。プレートに光が当たると、露光された部分の樹脂は不溶性となり、影の部分では溶解した状態が維持された。そのため、油性溶剤で処理すると影の部分が溶解し、溶解していない樹脂によって表される光の部分が画像を形成した。これは実際には永久的なネガであった。しかし、このプロセスは時間がかかり、数時間を要した。

ダゲレオタイプ。— 1829年、ニエプスとダゲールは共同経営者となり、1839年、ニエプスの死後、ダゲールの名を冠したこの技法が完成しました（1839年英国特許第8,194号）。彼は感光材料として樹脂の使用を放棄し、銀塩に戻りました。彼は研磨された銀表面のプレートを用い、ヨウ素蒸気にさらすことで、表面にヨウ化銀の層を形成し、非常に感度の高いものにしました。カメラで短時間露光することで、肉眼では見えない効果が得られましたが、プレートを水銀蒸気にさらすと現れました。この技法により、必要な時間が数時間から数分に短縮され、潜像の生成とその後の化学薬品による現像を伴うため、事実上、今日行われている写真技術の始まりとなりました。ダゲールは写真の定着を試みましたが、1839年にジョン・ハーシェル卿が亜硫酸塩が銀塩を溶解する性質を明らかにしたことで、ようやく不完全な形で定着することができました。1844年にはハントが硫酸第一鉄を現像液として導入しました。

ネガからポジティブプルーフを作成する。これは、1834年から1839年の間にイギリスのフォックス・タルボット氏によって初めて行われた。1839年1月に王立協会に提出された最初の論文では、まず紙を塩化ナトリウム溶液に浸し、次に硝酸銀溶液に浸すように指示されている。この反応により、紙の表面に硝酸銀よりも光に敏感な塩化銀が生成される。複製したい対象物を準備した紙に接触させ、光にさらして、明暗が反転したネガのコピーを作成する。次に2枚目の紙を用意し、最初のネガの印象をその上に置き、ステンシルとして使用して2枚目のプリントを作成する。明暗が反転することで、元の画像の正確な複製が作られる。 1841年、タルボット氏は「カロタイプ」と名付けた装置で英国特許第8,842号を取得し、後に「タルボタイプ」として知られるようになった。まず、紙にヨウ化物を塗布した。[304] 銀をヨウ化カリウムと硝酸銀に交互に浸し、その後硝酸銀を含む没食子酸溶液で洗浄することで、光に対する感度を高めた。光の明るさに応じて数秒から数分露光すると、プレートに印影がつき、これを新しい没食子酸と硝酸銀で処理すると、画像が現像された。定着するとネガが形成され、そこから何枚でもプリントを得ることができた。タルボット法はこの技術における大きな進歩であった。感光フィルムを保持するためのガラス板は、1839年にジョン・ハーシェル卿によって導入され、透明性と質感の均一性の欠如から、細かい描写と輪郭の鮮明さを妨げていた紙ネガに比べて大きな改善となった。青写真も1842年にジョン・ハーシェル卿によって発明され、彼は写真において「ネガ」という用語を初めて適用した人物である。 1848年、ダゲールの元パートナーの甥であるM・ニエプス・ド・サン・ヴィクトールは、感度の高い銀コーティングを施すために、ガラスに卵白の薄膜を塗布した。

コロジオン法。—ネガの作成において最も重要なステップは、コロジオンを塗布することであった。コロジオンとは、エーテルとアルコールにピロキシリンを溶解させた溶液で、急速に蒸発し、ガラスに付着する薄い膜を残す。パリのル・グレイ氏がこの目的でコロジオンを最初に提案したが、実際にそれを実行したのは、1851年にロンドンのスコット・アーチャー氏であった。きれいなガラス板に、ヨウ化カリウムなどで感光させたコロジオンを塗布し、硝酸銀溶液に浸す。金属銀がカリウムと置き換わり、膜上に不溶性のヨウ化銀が形成される。その後、ガラス板を露光し、ピロガロール酸または硫酸第一鉄の水溶液で潜像を現像する。十分に現像されたら、プレートを洗浄し、未反応のヨウ化銀をシアン化カリウムまたは次亜硫酸ナトリウム溶液で溶解して画像を定着させる。こうしてネガまたはステンシルが完成し、そこから光線を感光紙に通すことでポジがプリントされる。

アンブロタイプはダゲレオタイプの後継であり、ガラスに露光不足で非常に薄いネガを作り、コロジオン法を用いて、乾燥後にガラスの裏に黒色のアスファルトニスまたは黒色のベルベットを貼ることで、反射光によってネガの濃い部分が白く、透明な部分が黒く見えるようにして作られました。このような写真はすぐに作成でき、40年前には非常に流行しましたが、現在では廃れています。しかし、アンブロタイプの改良版は、「ティンタイプ」または「フェロタイプ」として今も残っています。ティンタイプでは、コロジオン像が非常に薄い鉄板に直接作られます。[305] 黒いエナメルで覆われているため、現像液中の化学薬品からプレートを保護すると同時に、アンブロタイプの黒い背景に相当する役割を果たしている。

銀塩プリント。—塩化ナトリウム溶液で前処理し乾燥させた紙を、硝酸銀のアルカリ浴で感光させる。紙をネガの下に露光すると、ネガの透明部分を通る光によって銀が還元され、塩化銀が金属塩化銀に変化すると考えられている。この金属塩化銀は暗色または黒色になり、画像の主要部分を構成する。次に、光によって変化しなかった塩化銀を次亜硫酸ナトリウム浴で溶解して画像を定着させる。定着後、画像を数回水でよく洗い、次亜硫酸ナトリウムの痕跡をすべて除去し、画像の暗色の部分の退色と白色部分の黄変を防ぐ。プリントされた画像をすぐに定着させると、赤色になる。これを避けるために、まず水で洗い、次に塩化金調色浴に浸してから定着させる。

プラチナタイプ法とは、クロロ白金酸カリウムとシュウ酸第二鉄を光によって二価鉄に変換し、金属白金をシュウ酸第一鉄カリウム溶液と接触させることで還元するプロセスである。未反応部分は希塩酸で溶解され、黒色の永久的な画像が残る。このプロセスは、簡便性、反応の感度、印刷の永続性、そして独特の柔らかく芸術的な質感を特徴とする。プラチナタイプ法の最初の開示は、1873年にウィリスによって取得された英国特許第2,011号である。

カーボン印刷とは、煤などの不朽顔料を化学薬品に混ぜることで、写真の構成要素が徐々に分解して退色するのを防ぎ、写真の安定性を高めるプロセスである。1838年、マンゴ・ポントンは重クロム酸カリウムの感光性を発見し、これがカーボン印刷の誕生につながった。1855年、パリのベクレルとポワトヴァンがこの方向で最初に実験を行い、その後、ファルジエ、スワン、ジョンソンらが貴重な貢献を果たした。

乳剤。—写真乳剤は、コロジオンやゼラチン溶液などの粘性のある液体で、感光性の銀塩を含み、ガラス板に直接塗布されます。これは、ガラス板にコロジオンやゼラチンを塗布してから感光浴に浸すという従来の方法とは異なります。乳剤の有用性は、早くも1850年にギュスターヴ・ル・グレイによって、また1853年にはゴーダンによって認識されていました。臭化銀を含むコロジオン乳剤はセイスによって発明され、1864年に公表されました。1871年にマドックスはゼラチン乳剤に関する最初の報告を発表し、1873年にはゼラチン乳剤が発表されました。[306] バーガスの製品は販売広告が出されていた。1878年、チャールズ・ベネット氏は加熱処理によって極めて感度の高いゼラチン臭化物乳剤を開発し、この時からゼラチンは他のすべての有機媒体に取って代わるようになった。

乾板は、浴槽用のトレイ、薬品のボトル、その他の付属品が必要だった従来の湿式プロセスに比べて大きな進歩でした。特に屋外での作業では、これまで多くの扱いにくく不便な道具を持ち運ぶ必要がありました。乾板プロセスでは、カメラとプレートだけが必要で、このステップはアマチュアの間でのこの技術の普及の始まりを示し、1888 年頃に明確な運動へと成長した写真の偉大なスナップショット時代は、その後世界中に広がりました。最初の実用的な乾板プロセス (コロジオン アルブミン) は、1855 年にフランスの科学者 JM タウペノ博士によって発表されました。ラッセルは 1862 年に、セイスは 1864 年に、アブニー大尉は 1874 年に金星の太陽面通過を撮影するために、ビーチェイ牧師は 1875 年に乾板プロセスを発表しました。ニューヨーク大学のジョン・W・ドレイパー教授とロチェスターのイーストマン・ウォーカー社は、乾板写真の主要な推進者であった。実用化は、アルカリ現像液の使用により1862年頃に始まった。

写真芸術の進歩は、おおよそ以下のようにまとめることができる。

プロセス。 所要時間 紹介された。
ヘリオグラフィー 6 数時間の暴露 1814
ダゲレオタイプ 30 数分間の露出 1839
カロタイプまたはタルボタイプ 3 数分間の露出 1841
コロジオン法 10 数秒間の露光 1851
コロジオン乳剤（乾板） 15 数秒間の露光 1864
ゼラチン乳剤（乾板） 1 2回目の露光 1878
機械的発展。―写真カメラは、1297年のロジャー・ベーコン、1569年頃のバプティスタ・ポルタなど、様々な人物に帰せられる古いカメラ・オブスクラの光学原理を応用したものである。カメラ・オブスクラの基本的な構成要素は、暗室であり、その一方の端にはレンズを収めた穴があり、反対側の暗室の背面にはスクリーンが設置されている。このスクリーンにレンズによって投影された物体の像は、鉛筆で直接なぞることができるようになっている。1839年にダゲールによって導入された写真カメラは、カメラ・オブスクラにレンズと像が投影されるスクリーンとの距離を調整する手段を追加したものである。これは、暗室の長さを調整可能にすることで実現された。[307] レンズは、互いにスライドする2つの伸縮式セクションで構成され、後年にはよく知られている蛇腹機構によって構成されました。レンズの前に置かれた物体の光像は、すりガラス製のスクリーン上に反転した状態で投影され、ピントを合わせたときに像を見ることができます。すりガラス上で適切なピントが得られたら、スクリーンの平面上に感光板を置いて像を受け取ります。

コダックのカメラ
図203.—コダック。

カメラが現在の完成度に至るまでの発展の全過程をたどることは不可能である。改良点のほとんどは、色収差や球面収差を補正するレンズ、露出を調整するシャッター、斜光線を遮断する絞り、そして感光板を固定するホルダーに関するものであった。

「アイリスシャッター」とは、その機能が目の虹彩に似ていることからそう呼ばれるシャッターで、接線方向に配置された一連のプレートで構成されており、中央の開口部をあらゆる方向から対称的に開閉する。

写真家の普通のカメラは、特別な説明を必要としないほど馴染み深いものです。世界中の富裕層も貧困層も、身分の高い人も低い人も、皆カメラを覗き込んできました。旅の衣装や、旅する芸術家の「どうぞ、愛想よく！」という表情、そして都市の立派なスタジオの間で、[308] 文明社会において、そのレンズの前に立ったことのない人はいない。そのレンズの力によって、その時代の偉人は至る所でその姿を目にするようになり、田舎の娘は何度もそのレンズの前でポーズをとることで、満たされた虚栄心の甘美な高揚感を味わい、迷信深い野蛮人は、その神秘的なものが自分の魂を奪ってしまうのではないかと恐怖に震えている。

折りたたみ式コダック
図204.—折りたたみ式コダック。

1851年、ニューヨークのキャディ氏とベッカーズ氏、そしてライデン瓶の火花をフラッシュライトとして使用したタルボット氏によって、最初の瞬間写真が撮影されました。1864年には、マンチェスターのブラザーズ氏が写真撮影にマグネシウムランプを使用し、1876年から1878年頃には、ファン・デル・ウェイデが同じ目的で電灯を使用しました。

ローラースライド、またはロールフィルムは、1854年にイギリスのA.J.メルヒュイッシュによって発明されました（1854年英国特許第1,139号）。しかし、当時のフィルムは紙製でした。1856年、ノリスはコロジオンまたはゼラチンを用いた感光性乾燥フィルムを製造しました（1856年英国特許第2,029号）。その後、ロールフィルムを利用するための装置は、ニューヨーク州ロチェスターのイーストマン・ウォーカー社によって大幅に改良され、広く応用されるようになりました。

1888年頃、写真の世界に新しいものが登場した。それは、長さ約6インチの黒い革張りの小さな長方形の箱で、片方の端に円筒形の蓋で閉じられた一種の盲目部があった。[309] シャッターは、図203にほぼ示されているとおりである。このシャッターは、プルコードで操作されるバネによって巻き上げられる。箱の背面には、感光紙のフィルムまたはリボンが1つのスプールに巻き取られており、そこから巻き戻されて別のスプールに巻き取られ、通過する際に膨張してレンズの真後ろに位置する平らな面を形成する。上部のサムピースまたはキーと側面のプッシュボタンだけが、内部の操作機構を示唆する唯一の手がかりであった。ボタンを押すと、シャッターは一瞬レンズの前から移動し、すぐに再びレンズを覆ったが、この短い間に感光紙またはフィルムに画像がフラッシュされ、スナップショット写真が撮影された。サムピースまたはキーを軽く動かすだけで、受光ロールが感光紙の露光された部分を巻き取り、別の部分をレンズの範囲内に持ってきて、操作を繰り返すことができた。この小さな装置はカートリッジボックスのようなケースに収められており、感光フィルムには100枚の連続写真が記録できました。フィルムがなくなると、フィルムを取り出して暗室で現像しました。この装置はイーストマン社によって市場に投入され、「コダック」と名付けられました。同社の「ボタンを押すだけで、あとはお任せください」という広告はすぐに真実であることが証明され、あっという間にスナップ写真の黄金時代が到来しました。今日では、このタイプのカメラは、観光客、旅行者、科学者、アマチュアなど、あらゆる人の荷物の一部となっています。実際、老若男女を問わず、誰にとっても興味深く、ためになり、役に立つ、身近な科学玩具となっています。図204には、様々なサイズがあり、コンパクトで持ち運びに便利な折りたたみ式の現代版コダックが示されています。

フィルムにおける非常に便利で有用な技術革新の一つに、カートリッジ式フィルムシステムがある。このシステムにより、フィルムを明るい日中でもカメラに装填したり取り外したりできる。フィルムの全長にわたって黒い紙の裏地が貼られており、フィルムの両端から十分に伸びているため、フィルムを巻き戻してロールホルダーに接続するまでの間、フィルムを光にさらすことなく操作でき、また、すべての撮影が終わった後も、光にさらすことなくフィルムを取り外すことができる。

ハンドプレモ
図205.—ハンドプレモ。

その他にも多くの独創的で便利なハンドカメラがあるが、ロチェスター光学会社製の「Premo」などが挙げられる。[310]図205 に示すように、「Premo」はスナップ撮影または長時間露光のどちらにも対応し、手持ちでも三脚に取り付けても使用でき、ガラス板またはロールフィルムのどちらでも使用できるように設計されている。 図206には、立体視撮影用の「Premo」が示されている。立体視撮影では、2枚の画像が同時に撮影され、両眼視の効果を生み出し、立体鏡を通して見ると立体感があるように見えるように、互いに十分な距離が保たれている。1853年のブレットの英国特許第1,629号は、立体視カメラに関する最も初期の記述であると思われる。

立体視カメラ
図206．立体視カメラ。

写真分野では、米国で2,000件の特許が取得されており、そのほとんどは過去30年以内に取得されたものである。そして、この技術の化学的および機械的分野の両方において、非常に効率的かつ詳細な技術が実現されている。

この芸術の有用な応用分野は数多く、多岐にわたる。肖像画制作はおそらく最も大きな分野だろう。これは1839年に、電信で有名なモース教授がニューヨーク大学のジョン・W・ドレイパー教授と共同で初めて成功させた。

天体写真術は、1840年3月にドレーパー教授が月を撮影したことから始まり、1851年にはマサチューセッツ州ケンブリッジのボンド教授が月を撮影しました。1872年にはドレーパー教授が星のスペクトルを撮影し、1880年から81年にはオリオン座の星雲を撮影しました。1887年にはパリで開催された世界天文学者写真会議で、全天の撮影が始まりました。近年では、リック天文台でホールデン教授が注目すべき業績を残しています。1861年にはウェイマスのトンプソン氏が海底を撮影し、同年、ニューヨーク州トロイのON・ルード教授は顕微鏡への応用について記述しました。1871年にはイギリスで犯罪者の写真撮影が命じられ、アメリカでは1857年には早くもニューヨークで「悪党写真集」が定着し、アンブロタイプが初めて使用されました。 1876年、写真の保管​​と展示を目的としたアダムズ・キャビネットが発明された。現在、ニューヨークのコレクションは約3万点、シカゴにある国立身元確認局のコレクションは約10万点に及ぶ。写真を利用して紙幣を偽造した犯人が、同じ「悪党名簿」に掲載された写真によって特定され、有罪判決を受けるというのは、補償の法則を如実に示す例である。

色彩写真が芸術家や科学者の目標となっている[311] この分野は長年にわたり研究されてきました。1843年にイギ​​リスのロバート・ハント、1848年にフランスのエドモン・ベクレルが色彩のエヴァセント写真を撮影しましたが、19世紀末の10年頃まで大きな進歩はありませんでした。1890年のフランツ・ヴェレス、1890年7月22日の米国特許番号432,530、1893年5月30日の米国特許番号498,396、1892年と1896年のガブリエル・リップマン、1892年のアイヴス、1893年のリュミエール、1895年のジョリー博士、1897年のヴィルディアン・シャサーニュ、アドリアン博士、ダンサック、ベネットは、いずれもこの分野で活躍した研究者です。

パノラム・コダック
図207.—パノラマ・コダック。

近年のカメラの発展としては、近くの小さな被写体からより大きな画像を撮影できる広角レンズ、敵の要塞などの遠くの被写体を大きく撮影できる望遠カメラ、そして広い視野をカバーするように設計されたパノラマカメラが挙げられる。この目的のために、レンズは半円状に回転するように可動式に取り付けられており、画像はケース内の湾曲したフィルムに露光される。 図207に示すイーストマン・パノラマ・コダックは、このタイプのカメラの外観例であり、図207Aには、別のメーカーのパノラマカメラの断面図が示されており、内部構造が明確に示されている。

パノラマカメラのセクション
図207A.—パノラマカメラの断面図。

写真芸術の関連分野として、写真製版、写真石版印刷、ハーフトーン製版は、19世紀における重要な発展である。

[312]

写真製版は、写真を用いて版を作り、そこからインクで印刷を行うプロセスです。このプロセスは、重クロム酸カリウムなどの化学物質が、光によってゼラチンや類似の物質を不溶化する性質を利用しています。こうして金属板上に画像が作成され、空白部分は酸でエッチングされ、線が浮き彫りになって印刷面として残ります。操作を逆にして、銅版画のように暗い部分だけを凹版でエッチングし、インクで埋める場合、それは写真製版と呼ばれます。1839年、マンゴ・ポントンは重クロム酸カリウムで処理した紙の感光性を発見しました。1840年、ベクレルはサイジングが重要な機能を持つことを発見し、1853年、フォックス・タルボットは重クロム酸カリウムの存在下で光にさらされたゼラチンの不溶性を発見し、利用しました。 1854年、ポール・プレッチは、ゼラチンの露出部分が水中で膨潤しないことを観察した。写真製版に関する最初の提案の一つは、1851年にジェームズ・パーマーが取得した英国特許第13,736号に記載されている。近年、フォト・エングレービング社のモス氏らが、細部に至るまで非常に高い精度を実現している。アルバート型とウッドベリー型は、この技術の初期の改良例である。

写真リソグラフィーでは、写真が石版に転写され、その後、石版を使って印刷されます。これはリソグラフィーと同様です。操作は次のとおりです。1. 写真ネガを作成する。2. ゼラチンと重クロム酸カリウムを塗布した転写紙にネガで印刷する。3. 転写紙にインキングストーンから不溶性の脂肪転写インクを塗布する。4. 光が当たらない可溶性表面上のインクはすべて洗い流され、光が作用して画像を形成する不溶性の線だけが残る。5. 洗浄された転写シートを石版に貼り付け、デザインの残りのインク線を石版に転写する。6. 転写された線のある石版は、これらの線上のインクロールからインクを受け取り、他のすべての表面からインクをはじく。[313] 通常の石版印刷と同様に、常に湿らせておくことで撥水性を持たせる。この技術の最初の試みは、1841 年にジャージーシティのディクソンとダブリンのルイスによって行われ、彼らは樹脂を使用した。ジョセフ・ディクソンは、1854 年に、石の上に有機物と重クロム酸カリウムを使用してフォトリソグラフを作成した最初の人物である。1859 年に JW オズボーンはオーストラリアで、1861 年に米国で、この技術に大きな推進力を与えた転写プロセスを特許取得し、彼はその創始者および主要な推進者と見なされる。彼の米国特許は、1861 年 6 月 25 日の第 32,668 号と、1861 年 8 月 27 日の第 33,172 号である。

写真ギャラリー
図208．写真ギャラリー。

写真製版では、滑らかな陰影のない線画、活字、または手書き文字のみが使用できます。写真製版の最も広範な用途は、特許庁の図面の複製であり、これは毎週約6万枚に及びます。おそらく世界最大の契約会社は、特許庁公報（図面と特許請求の範囲を含む約165ページ）を毎週7,000部写真製版で印刷し、また、誤りや校正なしに仕様書を複製することで、活版印刷に比べて約200%のコスト削減を実現しています。この技術は地図の印刷にも広く用いられており、この方法で書籍のページを複製することで、安価な書籍が書店や新聞スタンドに溢れかえっています。

スクリーンによるドット絵の制作
図209.—ドットの製造を示す図。

[314]

ハーフトーン彫刻は、写真を印刷機で複製することを可能にし、その忠実な再現性と低コストにより、イラストレーションの芸術に革命をもたらしました。現在では、ほとんどすべての書籍、雑誌、新聞がこのプロセスでイラスト化されています。ハーフトーン彫刻が導入される以前は、写真、筆画、絵画などの陰影のある画像を印刷インクで安価に複製することは不可能でした。ハーフトーン彫刻により、印刷インクを使用して、写真やあらゆる陰影のある画像の複製を印刷機で印刷することが可能になりました。これらの画像では、柔らかな影が深みを増すにつれて、ほとんど知覚できないほど薄く白くぼやけていきます。これは、カメラレンズと感光板の間に細かい網目状のスクリーンを挟むことで、柔らかな影を微細な点描に分解し、インクが乗る印刷面を浮き彫りにすることで実現されます。これにより、一種のステンシルネガが形成され、そのネガを通して銅版がエッチングされ、銅版は浮き彫り版に変換されます。エッチングによってできた隆起面は、通常の浮き彫り版と同様にインクを乗せて印刷することができます。スクリーン線を非常に細かく（1インチあたり80～250メッシュ）することで、陰​​影の視覚的な効果が十分に保たれ、印刷インクで写真を複製してもほとんど劣化しない。当初はスクリーンにボッティングクロスが使用されていたが、現在では、細かい線が引かれた2枚のガラス板を互いに交差させてスクリーンを構成している。ハーフトーン作品の特徴は、規則的に点描された表面で、[315] スクリーンによって画像の一部がステンシルで塗りつぶされることで、これは拡大鏡を使えば容易に確認できます。これは、階調または影の半分が保持され、残りの半分がステンシルで塗りつぶされることから、ハーフトーン方式と呼ばれています。ガーゼスクリーンの使用は、1852年10月29日にフォックス・タルボットによって英国特許第565号で初めて記述されました。

フィルムのトリミング
図210．トリミングフィルム。

ハーフトーンネガを作成する際には、図208に示すように、傾斜したレール上に配置されたカメラの前に、複製する写真、絵画、または水彩画をセットし、湿式コロジオン法で準備したプレートに露光します（304ページ参照）。レンズと感光板の間にプレートホルダー内に配置された格子状のスクリーンを介在させることで、画像の影の部分が点またはドットに分解され、撮影された画像は「ハーフトーン」または点描画像となります。図209は各部の位置関係を示しており、右側に複製する画像、中央にカメラレンズ、左側に感光板の前に格子状のスクリーンが配置されています。

フィルム剥離
図211．剥離フィルム。

電灯による印刷
図212．―電灯による印刷。

次にプレート上の画像を現像して定着させ、左右の位置に関してコピーと全く同じ印刷画像を得るためには、ネガを反転させる必要があります。これは、[316]図210 に示すようにフィルムを正方形に切り取り、図211に示すようにガラスから剥がし 、反転した状態で別のガラス板に転写します。銅版は次のように製造されます。まず、図213の上部に示すように版を研磨し、次に有機物とアルカリ性二クロム酸塩の溶液で感光させます。反転したネガの表面を、感光させた銅版の表面に直接密着させ、ハーフトーン印刷フレームのネジ式クランプでしっかりと固定します。次に、点描またはハーフトーンのネガを通して感光させた銅版面に、日光または電灯で印刷を行います。この目的で電灯を使用する様子を図212に示​​します。次に、銅版を取り出し、図213に示す3つの下部の工程を行います。まず、左側に見られるように蛇口から出る水流で現像し、次にペンチで挟んでガスコンロの上にかざして（下図参照）、画像を「焼き付け」、次に右側に見られるように塩化鉄のエッチング液が入ったトレイに浸します。これにより、小さな点の周りの銅が腐食され、元の画像の中間調を表す点が盛り上がったり、浮き上がったりして、印刷版のインクを塗布する面が形成されます。しかし、これらの点は非常に細かいため、画像は[317] 肉眼では完全に再現されている。この工程を示すいくつかの図は、このようにして作成され、網目状のスクリーンの線数は1インチあたり175本である。次に、図214に示すように、このプレートはルーターマシンによって不要な部分を「ルーター加工」または切り取る機械加工を受ける。その後、さらに機械的な処理が施される。[318] 欠陥を修正し、縁を仕上げた後、最終的に印刷準備が整ったブロックに取り付けられます。

銅板の処理
図213．銅板の処理。

ハーフトーンプレートを加工するルーター
図214．ハーフトーン版を加工中のルーター。

近年の写真技術の最も顕著な応用例は、いわゆる動画の制作である。動画では、スクリーン上に映し出された一連の写真像が、カメラの高速かつ決して失われることのない記憶によって捉えられ、閉じ込められたアニメーションシーンのような動きを持ち、キネトスコープやバイオグラフを通して再び生き生きとした動きを見せる。世紀末におけるこの技術の科学への最も価値ある貢献は、おそらくレントゲン線を用いて不透明な物体を撮影する外科手術であろう。しかし、後者の主題については、別の章で詳しく論じる必要がある。

[319]

第25章
レントゲン線、またはX線。
ガイスラー管—クルックス、ヒットルフ、レナードの真空管—陰極線— 1895 年のレントゲンの偉大な発見— X 線装置—サルヴィオーニのクリプトスコープ—エジソンの蛍光鏡—蛍光計— X 線による日焼け— X 線の利用。

多くの人々は、光を、雨をトタン屋根で防ぐのと同じように、あるいは寒さをレンガの壁で防ぐのと同じように、不透明なスクリーンで効果的に遮断し制御するものと考えることに慣れてきた。日陰の隠れ家は原始人にとって眩しい昼間の安らぎを与え、現代文明の不透明なシェードやベネチアンブラインドは、私たちの窓からの過剰な光を遮断する。実際、日光と影は、有史以来、人間の日常的な観察において相関関係にある条件であった。しかし、19世紀末の数年間は、その振る舞いにおいて、光の性質と作用に関するそれまでのあらゆる概念を覆す、新しい種類の光線の発見を目撃することになる。それは、私たちが明るいと見なす電気光の一種であったが、この光線は目には見えなかった。それはプリズムやレンズによって屈折したり、進路を変えられたりすることはなく、非常に繊細で、浸透力があり、巧妙な光線であったため、太陽光のように遮断することはできず、木材、肉組織、紙（1,000ページの本でさえも）や一部の金属など、多くの不透明な物質を容易に通過しました。物質の重量が軽いほど、つまり密度が低いほど、これらの光線は通過しやすく、つまり、そのような物体は光線に対してより透明でした。プラチナ、金、鉛などの重い金属は、実質的に不透明で、光線を全く通過させませんでしたが、非常に軽い金属であるアルミニウムは、通常の光に対するガラスとほぼ同じくらいこれらの光線に対して透明であり、そのため、この金属は他の光を遮断しながら、これらの光線に対する窓ガラスを形成することができました。ほとんどの有機物質はこれらの光線に対して透明または半透明であるため、このような光線は容易に個人の体を透過し、骨などの解剖学的構造の密度の高い部分によって部分的に遮断されるだけなので、そのような光の下では人は輪郭の明確な影を落とさず、[320] 明らかにされた影は、骨の密度が高いため、骨格の影です。指にはめた指輪など、密度が高い物体は、その密度が高いため、はっきりと影を落とします。同様に、銃創から飛び出した弾丸や誤って飲み込んだ異物など、体内の異物は、それが落とす影によって完全に明らかにされ、位置が特定されます。これらの光線は不可視であるとされているため、不可視の光線がどのようにして目に見える影を落とすのか理解しにくいかもしれませんが、ここで述べておくべきことは、これらの目に見えない光線が特定の化学物質に当たると、その化学物質が独特の蛍光を発し、そのような蛍光物質で作られたスクリーンは、光線が当たった場所で明るくなり、光線を遮断する物質によって光線が遮られた場所では暗く残るため、影の輪郭が浮かび上がるということです。

これらの光線は、体組織（体組織に対して透明）を通過する際に、骨や異物の影を映し出すだけでなく、この影像に写真撮影技術を適用することで、レントゲン写真またはスキアグラフと呼ばれる写真を作成することができ、弾丸などの異物を人体内で確実に特定し、迅速に摘出することが可能になります。これは、せいぜい推測に過ぎなかった従来の診断方法につきまとう疑念を一切排除したものです。異物の位置特定だけでなく、骨折の正確な観察、研究、治療も可能になります。膀胱結石の発見や、心臓や肺の状態および動きの確認もできます。

この新しい種類の光線は、1895年11月8日にヴュルツブルク王立大学のW.C.レントゲン教授によって発見され、彼によって「X線」と名付けられました。おそらく、代数式における文字xが未知数を表すことと、この光のこれまで未知で捉えどころのない性質が、レントゲン教授にこの適切な名前を思いつかせたのでしょう。

先に述べたように、X線の特異な性質の一つは、肉眼では見えないことである。アルミ窓を通して暗室にX線を照射しても、室内は全く明るくならないが、それでもX線は室内を透過し、その経路に蛍光スクリーンを置けば瞬時に発光する。したがって、このような微弱な光線が長らく科学者の目に留まらなかったのも不思議ではない。

光線の発見に至るまでの経緯を簡単に概説することは、その発見を正しく理解するために必要である。

陰極線
図215．陰極線。

物理学を学ぶ学生なら誰でも、昔の講義室で行われた実験を覚えているだろう。[321] ガイッスラー管は、色とりどりの光の美しい戯れによって、ガラス板装置またはルムコルフコイルからの放電が希薄な気体媒体に及ぼす作用を示しました。ウィリアム・クルックス卿、ヒットルフ、レナードによる高真空での電気実験は、この分野の現在の知識を大きく増やし、レントゲン教授の発見への道を開きました。これらの科学者の名前にちなんでクルックス管、ヒットルフ管、レナード管などと呼ばれる真空管は、両端に白金電極が封入されており、静電気放電によって独特の光の現象を示すことが知られていました。このような管の導電端子の1つは、電気用語で「陽極」と呼ばれ、ギリシャ語のανα（上）ὁδος（道）に由来し、管への上または中への道を意味し、電流の進入経路、または正極を指します。一方、もう一方の電極は「陰極」と呼ばれ、これはκατα（下）、ὁδος（道）に由来し、下または外への道を意味し、電流の出口、つまり負極を指します。空気を部分的に抜いたこのようなガラス管に、陽極と陰極の端子を通して静電気放電を行うと、陽極と陰極の端子の間に独特の光が現れます。陽極では桃の花のような光、陰極では青緑色の光として現れます。管内の空気の除去を非常に進めて、完全な真空に近い状態、つまり大気圧の約100万分の1まで下げると、陽極の光は消え、陰極の光は増大して管全体をその特徴的な光で満たします。これは「陰極線」または「陰極線」と呼ばれ、図215にその例が示されています。図では、陰極線がクルックス管の負極Nまたは陰極aから放射され、管の端にマルタ十字bの影を落としている様子がdで示されています。陰極線の特性の多くは、レントゲン教授の発見以前にも観察されていました。レントゲン教授の発見は、簡単に言うと、以下のことから発展したものです。[322] 観察結果：彼は、陰極線で照射された真空管を黒い紙の外部遮蔽板で完全に覆い、管の照明が目に見えない状態でも、目には見えない微弱な光線が管を通過し、片面にシアン化白金バリウムを塗布した紙を2ヤード以上離れた場所からでも瞬時に照らすことに気づいた。また、これらの目に見えない光線は、通常の光に対して不透明な多くの物質を透過できることも発見した。さらに、これらの光線は、通常の露光方法を用いなくても感光板に影写真を撮影できることも発見した。X線は、不透明なエボナイトや厚紙製のプレートホルダーのスクリーンを自由に透過するからである。科学界はこの発見の計り知れない重要性をすぐに認識し、今日ではX線装置は、機械器具の形で外科医の医療資源に加わった最大の進歩となっている。なぜなら、X線装置を使えば、人体にある肉よりも密度の高い異物を即座に特定して摘出したり、骨折の有無を明らかにしたりすることができるからである。図216には、病気で親指の骨が破壊された男性の手のX線写真が示されている。

X線写真
図216．手のX線写真。親指の骨の病変が写っている。

レントゲン教授の発見が発表されて間もなく、X線の影によって形成される像を肉眼で見るための装置が考案された。サルヴィオーニ教授はそのような装置を製作し、[323] 1896年2月8日にはローマ医学会でこの装置について説明し、「クリプトスコープ」と名付けました。これは非常にシンプルな装置で、レンズ付きの観察管の前面に、白金シアン化バリウムなどの蛍光物質のスクリーンが配置されていました。例えば、検査対象である手を蛍光スクリーンの前にかざし、真空管から発せられたX線が、真空管と蛍光スクリーンの間にある手に当たると、骨の密度が高いため、蛍光スクリーン上に骨の影が映し出され、観察管の先端でその影がはっきりと見えるという仕組みでした。この装置によって、肉を通して自分の骨を見ることができたのです。エジソンが発明した「フルオロスコープ」と呼ばれる装置も、ほぼ同じ原理に基づいて作られていました。これは、昔ながらの立体鏡の箱のような先細りの観察管を使用しており、外側の広い端に蛍光スクリーンがあり、[324] その小さな端は額に合うように作られ、両目を覆うようにそこに固定される。この装置は図 217に示されており、X 線真空管が木箱に収められ、その上に患者の手、または観察する他の部位が置かれ、X 線は箱の上部を容易に通過し、観察管の蛍光スクリーン上に手の骨または異物の影を落とす。エジソンの実験では、蛍光スクリーンを作る際にも、多数の物質をテストした後、白金シアン化バリウムの代わりにタングステン酸カルシウムとして知られる化学物質を選択することになった。これは、タングステン酸カルシウムの方が蛍光においてより良い結果をもたらすように見えたためである。しかし、蛍光スクリーンを作るために使用できる他の多くの化学物質、例えばカルシウム、バリウム、ストロンチウムの硫化物などがある。最近発見された強力な蛍光物質は、メックルベケ博士によって発見されたアンモニウムとウランの複フッ化物である。このような蛍光物質は、観察装置内の観察者側のスクリーンの側面に薄く塗布される。

エジソンのX線装置
図217．エジソンの外科医用X線装置。

手術写真の撮影において、このような観察装置が必ずしも必要であると理解すべきではない。手術写真の場合、X線管、それを励起する装置、患者の体、そして感光性写真乾板のみが重要な要素となる。患者の四肢または体は、X線管と写真乾板の間に挟まれることで、X線管から発せられるX線が患者の骨、体内の弾丸、またはその他の異物の影を写真乾板上に直接投影する。感光性で意識のある乾板は、これらの微弱な光線の意のままに反応し、通常の光では得られない条件下で、X線による光化学作用の痕跡を受け取るのである。

X線装置使用中
図218．使用中の完全なX線装置。

真空管を励起するには、約 5 インチのギャップに一連の火花を発生させることができる電気機械であればどれでも十分です。この目的には、ホルツ式、ウィムズハースト式ガラス板装置、ルムコルフ式、誘導コイル、あるいは高周波トランスなど、さまざまな電気機械を使用できます。完全な X 線装置の好例として、ワシントンの陸軍医療博物館で使用されている、オーティス クラップ & サン社製の装置が挙げられ、図 218に示されています。電気発生器はウィムズハースト式で、右側の大きなガラスで囲まれたキャビネットに収められています。内部のガラスディスクは、床に置かれている小型の電動モーター、または上部の手回しクランクによって回転します。球状または電球状の X 線管は患者の腰のすぐ上にあり、その反対側の極は、配線によって発生器の反対側の電極に接続されています。操作者が電流をオンにすると、電球が陰極線で照らされ、X 線が照射されます。[325] そこから、患者の衣服や皮膚を通して、患者の股関節の影が、患者の下のベッドに置かれた写真乾板に映し出される。

X線集束管
図219．X線集束管。

[326]

X線によって形成される画像の鮮明度を高めるため、様々な形状の真空管が考案されてきた。 図219に示す真空管は、最も重要な改良の一つである。Kは陰極板で、アルミニウム製の凹面円盤からなり、真空管の中心付近にX線を集束させる。この中心付近には、X線をほとんど透過させない白金板Aが陽極に取り付けられており、集束されたX線を集めて管の側面から反射させるような角度で配置されている。そのため、ガラスの広い表面から放射される場合よりも、より鮮明な影が形成される。

頭蓋骨内部を観察するために使用されるX線装置
図220．脳内の異物の位置特定。

図220は、脳腔内の異物の位置を特定するために用いられるX線管を示しており、この図では患者の頭部がX線管と蛍光スクリーンまたは写真乾板（場合による）の間に挟まれている。一方、図221は、同じ装置を人体に適用した様子を示している。これらの図の両方において、特定の形状の X 線装置は、1897 年 4 月 27 日のデニス特許第 581,540 号に基づいて製造された「蛍光光度計」として知られており、異物の影によって異物をより正確に特定することを目的として考案されています。この目的のために、図 221 に本体の反対側に見られる調整可能なブラケット サイトが設けられており、X 線を適切に整列させて、異物の影を蛍光スクリーン上に正確な位置に投影します。一方、本体の後ろにある 1 インチ間隔で目盛りが刻まれた格子が測定フィールドを提供し、異物の位置を簡単かつ迅速にプロットする手段となります。2 つの図の部品の位置では、異物が位置する水平線が決定されますが、異物がどのくらい奥にあるか、つまり、異物が中央にあるかどうかは示されません。[327] あるいは片側にある場合もある。これを判断するには、患者の下に蛍光スクリーンと格子を置き、その上にX線管を配置し、物体の垂直線を得る。垂直線と水平線の両方が得られれば、異物はこれら2本の線の交点にあることが明らかになり、外科医は異物の正確な位置を特定できる。

X線装置で胴体をスキャンする
図221．人体にX線装置を当てた状態。

エリフ・トムソン教授とコレ博士は、X線は一枚の写真乾板の感光性化学物質によって吸収・破壊されるのではなく、その影響が非常に強力で浸透力が高いため、光線が透過して、互いに重ねて配置された複数の乾板上に画像を生成することを観察しており、これにより、一度の露光で画像を複製する手段が得られる。

X線のその他の用途としては、偽物と本物の宝石を見分ける能力が挙げられる。ダイヤモンドは模造品とは明らかに異なる色を呈するが、他のほとんどの貴石も同様である。

X線が持つ特異な生理学的効果は、[328] 皮膚に深刻な影響を及ぼし、日焼けにやや似た症状を引き起こす。長期間にわたる継続的な曝露によってこのような結果が生じ、皮膚組織が著しく損傷を受け、皮膚が完全に失われ、再生されるような潰瘍が発生することもある。

レントゲン教授によるX線の発見は、今世紀における最も素晴らしい科学的業績の一つ​​とみなされても差し支えないだろう。1895年に彼が発表した最初の論文は、非常に詳細かつ明快で正確な記述がなされており、それ以上のことを述べる余地はほとんど残されていない。1895年に彼が発見した当時と変わらず、X線は今日においても、神秘的で目に見えないが確かな力であり、特定の場所を持たず、導体も必要としない一種の電気エネルギーであり、閉ざされた扉を通り抜ける光であり、それ自体は目に見えないが、ある種の物質を輝かしい光輪で照らし出し、他の物質を根本的に変化させ、分解させる。その光化学作用は太陽に匹敵し、目に見えない手で自らの痕跡を残すX線は、まさにX線、すなわち未知の光線と呼ばれるにふさわしい。

[329]

第26章
ガス灯。
天然ガスの初期利用—マードックによる石炭ガスの導入— 1804年にウィンザーが最初のガス会社を設立— 1817年にアメリカのメルヴィルがビーバーテール灯台をガスで点灯—ローによる水ガス製造法—アセチレンガス—キャブレター式空気—ピンチガス—ガスメーター—オットーガスエンジン—ウェルスバッハバーナー。

何世紀にもわたり、日没は人間の労働の終焉を意味し、効率を高めるための最初の試みの一つが、人工照明によって視力を延長することであった。貝殻をランプ、イグサを芯、獲物の脂を油として、最初の粗末なランプが作られた。その光は弱々しくちらつくものであったが、人間は鳥や獣と一緒に眠りにつくのをやめ、夜遅くまで労働や娯楽を続けた。ランプは何世紀にもわたりその地位を独占し、おそらく今後も有用な場所を見つけるだろう。しかし、石炭ガスの発見とその実用的な製造によって、19世紀の夜は世界の進歩を照らす光に満ちた光景となった。とはいえ、石炭ガスを発明品と断言することは難しい。なぜなら、地中深くから湧き出る天然ガスは、中国では太古の昔から発見され、利用されてきたからである。カスピ海沿岸のバクーの聖火も、同様に石炭ガスによって供給されていた。人工ガス製造への第一歩は、17世紀後半にクレイトン博士によって踏み出された。1750年にはワトソン司教、1786年にはダンドナルド卿も石炭から作られた可燃性ガスの実験を行ったが、その実用化と普及に最も貢献したのは、イングランド、コーンウォール州レドルースのマードック氏であった。1792年、マードック氏はガス蒸留装置を設置し、配管を通してガスを供給して自宅と事務所を照明した。1798年には、バーミンガム近郊のソーホーにあるボルトン＆ワット社の蒸気機関工場をこの方法で照明し、1802年には祝賀行事の際にこの方法で工場を一般公開した。1801年、パリのル・ボンは木材から作られたガスを自宅の照明に使用した。1803年から1804年にかけて、フレデリック・[330] アルバート・ウィンザーはライシーアム劇場を照明し、1804年にガスによる街路照明に関する英国特許第2,764号を取得し、最初のガス会社であるナショナル・ライト・アンド・ヒート・カンパニーを設立した。1804年から1805年にかけて、マードックはマンチェスターのフィリップス＆リーの綿工場を照明し、その光は3,000本のろうそくに相当すると推定され、これは当時としては最大の事業であった。1807年、ウィンザーはロンドンのパル・モールの片側を照明し、これが最初の街路照明となった。その直後に大爆発が発生し、ハンフリー・デービー卿、ウォラストン、ワットといっ​​た著名人が安全に使用できないという意見を表明したが、いわゆる「石炭の煙」は定着し、1813年にはウェストミンスター橋と国会議事堂がガスで照明された。 1815年にはロンドンの街路でガス灯が広く採用され、その後まもなくパリでも採用された。1805年から1806年にかけて、ロードアイランド州ニューポートのデイビッド・メルヴィルはガス灯を発明し、それで自宅を照らした。彼は1813年3月18日に米国特許を取得し、1817年には米国と契約を結び、ビーバーテイル灯台に1年間ガス灯を供給した。1815年にはジェームズ・マクマートリーがフィラデルフィアの街路灯を提案し、ボルチモアは1816年、ボストンは1822年、ニューヨークは1825年にガス灯の使用を開始した。

石炭ガス発電所（概略図）
図222．石炭ガス発電所。

図222には、19世紀の大部分で用いられたガス工場の主要な特徴を模式的に示した図が示されている。左側には炉があり、その火の上には水平に閉じた鋳鉄製の箱状のレトルトが複数配置されている。このうち1つだけが図中に示されている。[331] 炉壁から突き出た端部には内部へのアクセス用の扉があり、炉外の各レトルトは、油圧主管と呼ばれる高所に設置された円筒に垂直のパイプで接続されています。レトルトの端部の扉から石炭が投入され、炉の下部の火によって赤熱すると、石炭から重いガスが発生し、パイプを通って油圧主管に送られます。そこでガスは部分的に凝縮し、より重い成分はコールタールとアンモニア水の形で残ります。ガスはその後、凝縮器を形成する一連の曲がったパイプを通過し、そこで残りのタールやその他の不純物が凝縮され、コイルの左側に示されている小さな井戸に時々排出されます。凝縮器コイルからガスは精製器へと送られます。精製器はコイルの右側に、一連の棚を備えた密閉ケースとして示されており、その棚には消石灰が敷き詰められています。消石灰はガス中の不純物を硫化水素と炭酸の形で吸収します。この精製器からガスはパイプを通って下方へ流れ、大きなガスタンクへと送られます。ガスタンクの下端は水槽内に密閉されており、滑車を介して重りと鎖でバランスが取られています。ガスタンクには、都市の配給本管が接続され、ガスの供給を受けます。ガスタンクが満杯になると、軽いガスによって浮力を得て高い位置を占め、ガスが消費されるにつれて、ガスタンクは水中に沈んでいきます。

ガス製造の過程では、多くの貴重な副産物が生成されます。レトルト内の石炭は完全に消費されるのではなく、コークス状に還元され、この状態で燃料として販売されます。アンモニア凝縮物は精製されてアンモニアとなり、数年前までは廃棄物に過ぎなかったコールタールは、現在では貴重な商業製品となり、アニリン、フェノール、ナフタレン染料の製造、医薬品や香水の製造に広く使用されているほか、粗製のまま道路舗装材の重要な成分としても使用されています。

水性ガス。— 1875年、ガス製造における重要な時代が幕を開けました。それは「水性ガス」と呼ばれるものの導入によるもので、水蒸気の形で水が分解され、その水素が二酸化炭素ガスと混合され、石油由来のより重い炭素ガスと混合され、高温で永久的に安定した照明用ガスに変換されることからそう呼ばれています。これは石炭ガスよりもはるかに低コストで実現しました。

水ガス設備
図223．―ロウのウォーターガス装置、1875年9月21日特許取得。

フォンタナは、白熱した炭素による水蒸気の分解によって水素と二酸化炭素が生成される現象に最初に気づいた人物である。イベットソンの1824年の英国特許第4954号は、この原理を初めて応用したものである。[332] これに続いて、アレクサンダー・セリグが1834年にフランス特許第9800号を取得し、1842年にはパリ郊外のバティニョールで水性ガスを製造した。サンダースの米国特許第21027号（1858年7月27日）は、フィラデルフィアのジラール・ハウスで行われた実験の基礎となった。これらは、炉の構造方法に関するシーメンスの英国特許第2861号（1856年）および第972号（1863年）とともに、水性ガスの開発における初期の段階を構成しているが、後者の日付以前にもさまざまな方法や形態の装置に関する多くの特許が付与されていた。しかし、水性ガスの実用的生産と商業的成功は、TSC・ロウによって始まり、彼は1875年9月21日に米国特許第167847号を取得し、ガス製造業界に革命をもたらした。特許取得から12年も経たないうちに、アメリカ合衆国の150の都市や町が水ガスを使用するようになり、1886年にはフランクリン[333] 研究所は、ロウ氏の発明に対して、その年に展示された発明の中で、照明のコストを削減することで人類の福祉に最も貢献すると考えられた発明に対して、ロウ氏に名誉大メダルを授与した。図223は、ロウ氏の特許に示されているロウ装置を図解したもので、その動作は次のとおりである。バルブ9と10が開いていると、発生室1の無煙炭の火から二酸化炭素ガスが発生し、パイプ2を通って過熱器3の底部に入り、パイプ4を通って入ってくる空気と混ざり合って燃焼し、強烈な熱を生じる。室3には、ゆるく砕いた耐火レンガが詰められており、すぐに白熱する。次にバルブ9と10が閉じられ、縦型ボイラー6から蒸気が取り込まれ、小さなパイプ7を通って室3の白熱した塊に運ばれ、そこを通過する際に過熱される。この過熱蒸気は、チャンバー3の底部からチャンバー1の底部へ流れ、その後、赤熱した石炭の塊の中を上昇します。この非常に高温の蒸気は、水素と酸素に分解され、酸素は石炭の炭素と結合して二酸化炭素ガスを生成します。水素と二酸化炭素は弱い青い炎でしか燃焼しないため、この時点で、高所に設置されたタンク8に収容された油を加えることで、これらのガスは発光炭素を豊富に含むようになります。この油は、チャンバー1の白熱した石炭に滴り落ち、揮発すると同時に、水素と二酸化炭素を濃縮して結合し、永久照明ガス（水性ガス）を生成します。このガスは、パイプ5を上昇し、ボイラー6の煙道を通って出口13に流れ、そこから通常の経路で凝縮器、スクラバー、ガスホルダーへと送られます。これらの装置は図示されていませんが、単にガスを精製する役割を果たします。高温の温水ガスがボイラーの煙道を通過する際に、蒸気発生に必要な熱が供給される。この過程で使用される空気は、煙突11内のドラム12に送り込まれ、燃焼生成物によって加熱される。実際の運転では、蒸気過熱室3が2つ（またはそれ以上）交互に作動し、一方の過熱室が加熱されている間に、もう一方の過熱室が蒸気を過熱する。

水性ガスは石炭ガスのような照明や暖房能力を持たず、さらに毒性もはるかに強い。O・ウィスによれば、未処理の水性ガスが0.1%でも室内の空気を健康に有害なものにし、1%では温血動物すべてにとって致命的である。しかしながら、こうした事実にもかかわらず、その極めて安価な価格と比較的良好な照明性能により、水性ガスは広く普及し、今日では米国で生産されるガスの3分の2が未処理の水性ガスであると言われている。

アセチレンガスは炭素2分子と水酸基2分子の混合物である。[334] 水素。これは1836年にエドモンド・デービーによって発見されました。彼はカリウムの炭化物を作り、それを水で分解してアセチレンガスを発生させました。長い間、クルメンとして知られており、燃焼すると強い白色光を発しました。長い間、実験室で少量しか生産されていませんでした。現在では、水と炭化カルシウムの相互分解によって商業的に生産されています。炭化カルシウムは水と接触するとアセチレンガスを放出し、それが泡となって上昇します。反応では、炭化物の炭素が水の水素の一部と結合してアセチレンガス（C 2 H 2）を生成し、炭化物のカルシウムは水の酸素と残りの水素と結合して水酸化カルシウム、つまり消石灰を形成し、それが泥状になって沈殿します。

炭素とアルカリ金属の結合は、1836年にデービーによって初めて達成され、1861年にはヴェーラーによって炭素とカルシウムの結合が達成された。しかし、電気炉が化学反応の手段となるまでは、炭化カルシウムは商業規模で製造されなかった。照明用アセチレンガスの製造は、1893年にトーマス・L・ウィルソンの事業から始まり、1895年6月18日の特許番号541,137および541,138、1896年7月7日の特許番号563,527および563,528は、化学プロセス、製品、および操作方法を網羅している。反応は非常に単純である。石灰と炭素の混合物を電気アークの熱にさらすと、炭素が石灰のカルシウムと結合して炭化カルシウムが形成され、これは汚れた黒色の石のような塊として市場に出回る。この物質を単に持ち込むだけでアセチレンガスを生成する方法の簡便さ[335] 水との接触は、この分野における発明を大きく促進した。この技術は実質的に1895年に始まり、それ以来、アセチレンガス装置に関して500件以上の特許が取得されている。

アセチレン製造業者
図224．アセチレンガス装置。

図224に、この目的のための非常にシンプルな装置を示す。この装置では、水を入れた容器の中に、下端が開いた逆さのベル型または円筒型の容器が配置されている。内側の円筒内には、バスケットまたはケージが吊り下げられており、その中に少量の炭化カルシウムの塊が入っている。これらの塊は、グランドパッキンボックスを通る支持棒によって押し下げられ、最初に水中に浸される。すると、アセチレンガスが直ちに発生し、その圧力によって内側の円筒内の水位が下がり、円筒とケースの間の環状空間の水位が上昇する。内側のチャンバー内の水位が下がると、水は炭化カルシウムと接触しなくなり、ガスの発生が停止する。[336] ガスの一部がバーナーで吸い出されるか消費されるまで、ガスは燃焼し続けます。バーナーのパイプは、内側シリンダーのガス空間に接続されています。ガスが吸い出されると、内側シリンダー内の圧力が解放され、内部の水が上昇して再び炭化カルシウムと接触し、ガスの発生が再開されます。この自動作動の原理は非常に古くから知られており、学生は1824年にイエナのドベライナー教授によって発明された化学実験室のドベライナーランプの原理として認識するでしょう。

アセチレンガス発生器
図225．多段式アセチレンガス発生器。

アセチレンガス装置では、水と炭化カルシウムを接触させるために様々な方法が用いられている。前述の自動圧力レベル方式の代わりに、多くの装置では一定量の粉末炭化カルシウムを水中に放出する方式が採用されている一方、別の方式では水を炭化カルシウムに放出する方式が採用されている。後者の例を図225に示す。これはCriterion社製の発生装置である。炭化カルシウムの充填物を収容する複数の容器に、一定量の水が順次供給され、ガスは上下動するホルダーに収集される。

アセチレンガスは、主に孤立した工場や田舎の住宅で利用されている。その使用方法の一つとして、高圧下でボンベに圧縮する方法があるが、この方法は過去に大惨事につながる爆発事故を引き起こしたことがあり、保険会社からも敬遠されている。

炭化カルシウムは現在、ノースカロライナ州スプレーにあるウィルソン・アルミニウム社、ナイアガラフォールズ、ミシガン州スーセントマリーで大規模に生産されており、その価格は1ポンドあたり3～4セントである。

アセチレンガスは刺激的なニンニク臭があり、非常に白い炎で燃焼する。また、照明力において石炭ガスよりも優れているため、同じ照明効果を得るのに必要なパイプの直径は、石炭ガスの場合の3分の1で済む。

キャブレター式空気は、照明用ガスの一種で、いくつかの有用な用途が見出されています。これは、ナフサ、ベンジン、ガソリンなどの軽質炭化水素に空気を通し、これらの揮発性物質の蒸気で飽和させて可燃性混合物にしたものです。この原理を利用した装置には多くの特許が取得されており、田舎の邸宅や海辺のリゾート地などで実際に使用されています。

ピンチガスは、もう一つの特殊な用途です。これは石油から作られ、携帯用にポンプで圧縮されて貯蔵シリンダーに充填されるガスです。1インチあたり150ポンドもの高圧で貯蔵され、バーナーでは圧力調整器によって減圧されます。鉄道車両、ブイ、灯台船の照明などに使用されます。

[337]

ガス製造は、19世紀の商業化学事業の中で最も大規模かつ重要な事業であったと考えられ、それに伴って数多くの小さな発明品が付随的に生み出されました。その中でも最初に登場したのがガスメーターと圧力調整器です。家庭へのガス導入に伴い、消費量を測定し料金の算定基準とする手段が必要となり、そのためにガスメーターが考案されました。最初のガスメーターは湿式メーターと呼ばれ、ガスを液体に通し、その中でホイールを回転させることで計測を行いました。湿式メーターはクレッグ（1815年英国特許第3,968号）によって発明され、乾式メーターはマラム（1820年英国特許第4,458号）によって発明され、デフリーズ（1838年英国特許第7,705号）によって改良されました。ガス調整器は、ガス本管内の圧力変動を低減し、バーナーへのガスの流れを完全に均一にする小型の自動装置です。圧力が過剰になったときにガスが噴出するのを防ぐことでガスの節約につながり、より安定した均一な光が得られる。

ガスの使用から生まれた数多くの機械装置の中でも、暖房用のガスレンジ、動力用のガスエンジン、照明用のウェルスバッハバーナーなどが挙げられます。ガスレンジは、都市部の住宅の家計に大きく貢献してきました。燃料の運搬や灰の処理といった煩わしさもなく、調理や家事全般に必要な熱をキッチンで即座に得ることができます。瞬時に点火・消火でき、労力と時間を節約できるだけでなく、暑い夏の時期に石炭ストーブの熱や不快感を避けることができます。原理的にはブンゼンバーナーを模して作られており、煙や煤の発生もなく、炭素の完全燃焼によって最大の暖房効果が得られます。

オットー式ガスエンジン
図226.—オットー式ガスエンジン。

図226に示すオットーガスエンジンは、近年蒸気機関の有力な競合相手となっている数多くの爆発式ガスエンジンの先駆的かつ代表的なタイプであり、蒸気機関はごく少数の機関にしか普及していない。[338] 動力が必要である。オットーエンジンは、1877年8月14日発行の特許番号194,047で保護されている。特許番号222,467、297,329、336,505、358,796、320,285、386,211、および549,160は、この技術分野における重要な発展を表している。

ウェルスバッハ製ガスバーナー
図227．ウェルスバッハ製ガスバーナー。

ガス灯の品質を向上させ、消費を節約するためのウェルスバッハバーナーも広く知られ、好評を得ています。これはブンゼンバーナーの原理を利用して、可能な限り最大の熱と最小限の煙でガスを非常に完全に燃焼させ、その大きな熱を燃えない耐火体に照射し、その耐火体は明るい白色の白熱光を発します。ウェルスバッハバーナーは1885年に発売されました。その米国特許は1890年10月7日にカール・アウアー・フォン・ウェルスバッハに付与され、特許番号は438,125です。ウェルスバッハライトは、1826年にイギリスのドラモンド中尉によって発明されたドラモンドライト、またはライムライトの発展形です。後者は、生石灰の塊を、ロバート博士によって発明された酸素水素吹き管の非常に高温の炎にさらしました。 1802年のヘアーによる実験では、石灰片が電灯に匹敵するほどの強烈な輝きを放っていました。ウェルスバッハバーナー（図227参照）は、基本的に同じ原理で動作しますが、白熱するまで加熱される耐火体は、耐火土の塩の溶液に浸した網状の布の管状スリーブであり、その後、熱で焼却して繊維を焼き尽くし、耐火土酸化物を布の骨格として残し、「マントル」と呼ばれています。このマントルは、空気とガスの適切な混合によって生じる炎の上に吊り下げられ、それによって明るい白熱状態に加熱されて光を提供します。ウェルスバッハバーナーでは、見える光はガスの燃焼から直接ではなく、白熱したマントルから生じます。光は非常に純粋な白色で、色を歪めたり偽ったりせず、ガスの大幅な節約につながります。マントルに対する重要な改良は、パラフィンまたは類似の物質でマントルをコーティングするローソンの1889年7月30日の特許第407,963号でカバーされている。[339] 梱包や輸送中に破損しないように、強度を高めるための素材。

天然ガス。―ガス照明に関する考察は、地球内部の貯留層から湧き出る天然ガスの利用に伴う発展に触れずには完結しないだろう。このようなガスは中国では何世紀にもわたって知られ、利用されてきた。中国人は竹製のパイプを使って利用地点までガスを運んでいた。1859年に米国で石炭油が発見され、油井を掘削するための方法と装置が大きく進歩した結果、数多くの天然ガス井が発見され、その価値は所有者によってすぐに認識され、利用されるようになった。ニューヨーク州フレドニア村はおそらく天然ガスで照明された最初の村であり、1865年に開坑されたニューヨーク州ウェストブルームフィールドのガス井からのガスは、木製の幹線管を通って20マイル以上離れたロチェスター市まで運ばれた。その後、各地で多くの天然ガス井が発見され、調理、暖房、照明、冶金プロセスなどへの利用が非常に広範になったため、天然ガスを利用するための様々なバーナー、圧力調整器、その他の機器に関する特許が数千件も取得されている。 1888年のアメリカ合衆国における天然ガスの年間生産額は22,629,875ドルと評価された。しかし、過去10年間で生産量は着実に減少しており、1897年の生産額は13,826,422ドルであった。現代文明の飽くなき需要は、いつか天然ガスの供給を枯渇させるだろう。そして、地下のガス田から天然ガスが枯渇したときに何が起こるのかは、地質学者が解明すべき課題である。

[340]

第27章
土木工学。
偉大な橋—空気圧ケーソン—トンネル—ビーチトンネルシールド—スエズ運河—浚渫船—リジャーウッドケーブルウェイ—運河閘門—自噴井—圧縮空気式削岩機—発破—ミシシッピ川の防波堤—鉄鋼建築物—エッフェル塔—ワシントン記念塔—アメリカ合衆国議会議事堂。

19世紀の工学的成果は、ほぼすべてが屋外にあり、必然的に一般公開されているため、常に人々の目に留まり、賞賛を集めてきた。それらは、人間の抑えきれない進歩の精神に対し、自然がもたらす障害に立ち向かう人間の姿を象徴している。一見克服不可能に見える困難が人間に立ちはだかるが、人間の粘り強い才能によって、もはや不可能なことは何もないように思える。人間は電信で大陸を結び、鉄道で国土を縦横に走り、自噴井で地中深くまで掘り進み、スエズ運河で大洋間の交通路を開拓し、オランダで海から土地を干拓し、トンネルで山脈を貫き、湿地を干拓し、砂漠に灌漑を行い、石造りや鉄骨造りの高層建築物を建設し、壮大な橋で海を渡り、海への航路を開拓し、航海士のために灯台を、嵐に遭った船のために防波堤を建設してきた。

おそらく最も重要な工学分野は鉄道建設であり、これは既に蒸気鉄道の項で述べた通りである。しかし、鉄道と密接に関連しているのが橋梁建設であり、これらの壮大な建造物の多くは天と地の間に架けられ、技術者の技術力の顕著な証となっている。

フォース橋建設中
図228．フォース橋。世界最大の高架橋。建設中の写真より。全長8,290フィート、水面からの高さ361フィート、主径間長1,710フィート、高さ150フィート。

フォース橋。—この巨大なカンチレバー構造の橋は図228に示されている。1882年に着工し、1890年に完成したこの橋は、世界最大かつ最も建設費のかかった高架橋である。フォース湾を横断して建設され、エディンバラとパース、ダンディーを結ぶノース・ブリティッシュ鉄道および関連道路の直通鉄道連絡路において最も重要な役割を担っている。高架橋の全長は8,296フィート、約1 5/8マイルである。[341]
[342] 構造物の高さは水面から361フィート、基礎は水面下91フィートまで伸びています。2つの主径間は1,710フィートで、どちらも航行のための高さ150フィートのクリアランスを確保しています。上部構造には5万トン以上の鋼材が使用され、基礎の橋脚には約14万立方ヤードの石材とコンクリートが使用されています。3つの主橋脚はそれぞれ、花崗岩で覆われた4本の石積み柱のグループで構成されており、上部の直径は49フィート、高さは36フィートです。これらの柱は、固い岩盤、またはほとんどの場合、最大直径70フィートのケーソンによって岩盤または氷礫粘土まで運ばれたコンクリートの上に設置されています。

この巨大な建造物の途方もない大きさを的確に理解するには、比較するしかない。石造りの橋脚の底部からそびえ立つ片持ち梁の高さまでを測ると、ローマのサン・ピエトロ大聖堂のドームを凌駕し、エジプト最大のピラミッドの高さにわずかに及ばない程度である。橋の建設費は325万ポンド、約1600万ドルとされている。

ブルックリン橋。—建設と維持管理において、クモが巣を作るのと同じ基礎原理を採用したこの壮大な鋼鉄製の橋は、ニューヨークとブルックリンの間を流れるイースト川に架かっており、全長は5,989フィートで、スパンの長さと建設費では、偉大なフォース橋に次ぐ規模を誇ります。図229に示されており、吊り橋の中では第一位にランクされています。2つの塔の間には1,595 1/2フィートの中央スパンがあり、その上に吊りケーブルが張られ、その下の有効幅は135フィートです。塔と岸の間には、それぞれ930フィートの両側スパンがあります。

ブルックリン橋
図229．ブルックリン橋。世界最長の吊り橋。全長5,989フィート、塔間スパン1,595フィート6インチ。

吊り橋の塔は、満潮時の水位から78フィートと45フィート下の川底の堅固な岩盤に築かれた2つの橋脚の上に建っており、同じ水位から277フィートの高さまでそびえています。直径15 1/2インチの吊りケーブルが4本あり、それぞれ5,282本の亜鉛メッキ鋼線が撚り合わされずに並べて配置され、19本の撚り線がワイヤーで束ねられています。これらのケーブルは、128フィートの大きなスパンの中央で窪みがあり、膨張と収縮によるケーブルのわずかな動きを許容するために塔の上部にある可動式のサドルに載せられ、岸の両端は巨大な石造りのアンカーで固定されています。橋の幅は85フィートで、車道2本、鉄道2線、歩道があります。1876年に着工し、1883年に開通し、費用は約1,500万ドルでした。それは賑やかな大都市にとって大きな役割を果たしており、ロープリング兄弟の天才性を称える鋼鉄製の記念碑として空中に浮かんでいる。

石造橋。―アメリカで最大かつ最も優れた単一スパンの石造橋は、世界最大とも言われており、約[343]
[344] ワシントン市から北西に9マイルの地点にある。ワシントン水道橋またはキャビン・ジョン橋として知られ、図230に示されている。キャビン・ジョン・クリークと呼ばれる小川を横断し、直径9フィートの水道管を通し、首都に水を供給している。水道管の上部表面は、立派な道路になっている。全長は450フィート。スパンは220フィート、道路の高さは川床から100フィート、構造物の幅は20フィート4インチである。モンゴメリー・C・メイグス将軍が建設責任者を務めた。1857年に着工し、1864年に完成したが、道路の欄干壁は1872年から1873年にかけて追加された。建設費は25万4000ドルであった。これに匹敵する規模の石造アーチ橋は他に1つしか建設されていない。北イタリアのアッダ川に14世紀に建設され、その後破壊されたトレッツォ橋は、スパンが251フィートあったと言われているが、キャビン・ジョンのワシントン水道橋は石造りの見事な建造物であり、その雄大な曲線の下に立ち、ほぼ100フィートの高さに吊り下げられ、両側の土手から100フィート以上も突き出ている規則的な石積みの列を眺めると、[345] 彼はアーチの原理を見失い、巨大な物体が自分に落下してくるかもしれないという恐怖は、自然が人間の天才に屈服し、重力の法則を停止させたという印象へと変わっていく。

キャビン・ジョン・ブリッジ
図230．ワシントンDC近郊のキャビン・ジョン橋。世界最大の石造アーチ橋。長さ450フィート、アーチ幅220フィート、高さ100フィート。

橋梁に関する特許の中で最も重要なのは、片持ち梁型橋梁に関するものであり、その中には、ベンダー、ラトローブ、スミスによる特許（1873年7月29日、特許番号141,310）、イーズによる特許（1873年9月2日、特許番号142,378～142,382）、クラークによる特許（1893年9月5日、特許番号504,559）などが挙げられる。

ケーソン。—潜水探査では、2000年以上前に使われていたとされる古代の潜水鐘は潜水装甲に取って代わられ、より広範囲な局地的な作業には空気圧ケーソンが用いられる。後者は、1841年にフランス人技師M. Trigerによって発明された。その初期の例は、1861年のCochraneの英国特許第3226号にも記載されている。これは、複数の区画に分割された垂直円筒で構成され、下部の開口部が川底に接している。作業員が作業している間、下部区画に圧縮空気を送り込むことで水を押し戻し、中間室がエアロックとなって、下部作業室への出入りを可能にする。イーズ（特許番号123,002、1872年1月23日、および123,685、1872年2月13日）とフラッド（特許番号303,830、1884年8月19日）の空気圧ケーソンは、同じ原理の現代的な応用例である。流砂を人工的に凍結させて固体として扱うことで流砂に坑道を掘削する方法は、ポエッチ（特許番号300,891、1884年6月24日）とスミス（特許番号371,389、1887年10月11日）の特許に示されている独創的な現代的方法である。

トンネル。橋梁ほど目立たないものの、地下に掘られたこれらのモグラのような交通手段は、橋梁に劣らず重要である。土壌や岩盤の性質がほとんど不明であること、また、工事中に岩盤の断層や地中の湧水や流砂に遭遇する可能性があることから、建設は特に困難である。しかしながら、鉄道会社が移動距離の短縮と時間の節約を求めていることから、技術者たちはこれらの巨大な地下通路を地中に掘るために何百万ドルもの費用を投じてきた。

モン・スニ・トンネルは、アルプス山脈を越えてフランスとイタリアを結ぶ鉄道網を確立するために建設されました。1857年に着工し、13年間の工事を経て1871年に開通しました。このトンネルは、大部分が岩盤を貫通する手掘りで始まり、1862年までの工事の進捗は非常に遅く、完成まで30年かかると予想されていました。[346] トンネルの建設には、圧縮空気で駆動する削岩機の導入が必要でした。この機械は掘削速度を3倍にし、岩盤掘削と鉱山採掘作業に新たな時代をもたらしました。トンネルは両端から同時に掘削され、山塊を貫通する2つの坑道の位置合わせに関する測量は非常に正確であったため、トンネルの長さが7.5マイル以上あったにもかかわらず、 2つの坑道が中央で合流したとき、両者の標高差はわずか1フィートしかありませんでした。7.5マイルのトンネルの大部分が掘削と発破によって固い岩盤を貫通して掘削されたことを考えると、この事業の巨大さが理解できます。完成したトンネルは長さ8マイルで、複線鉄道が通れるほどの幅があります。

サン・ゴッタルド・トンネルは、アルプス山脈を貫くもう一つのトンネルで、モン・スニ・トンネルよりもさらに長く深い山岳地帯を掘削したものです。全長は9.5マイル（約15.7キロメートル）で、 1872年に着工、1880年に坑道が接続され、1882年に開通しました。当時としては群を抜いて大規模な事業でしたが、岩盤掘削機械の改良により、はるかに迅速かつ低コストで建設することができました。

アルルベルク・トンネルもまた、アルプス山脈にあるトンネルの一つである。全長は6.5マイル（約10.5キロメートル）で、1880年に着工し、1884年に開通した。

河川の下をトンネルで掘削することは、最も硬い岩盤を掘削するよりもはるかに多くの困難を伴う。これは、水の流入が原因である。この種のトンネルの成功例としては、1886年に開通したイギリスのマージー・アンド・セヴァーン・トンネルや、アメリカとカナダを結ぶセント・クレア・トンネルなどが挙げられる。放棄されたデトロイト・トンネルとハドソン・トンネルの歴史は、この種の工事で遭遇する困難さを如実に示す教訓となっている。

シルトや軟弱地盤を掘削するための重要な工学的発明の一つに、いわゆる「シールド」があります。これは、1825年に着工し、1843年に幹線道路として開通したテムズ・トンネルの建設において、技師のブルネルによって初めて採用されました。現在使用されているシールドは、トンネルと同じ大きさの円筒形または筒状のもので、掘削が進むにつれて、この筒は前方に押し出され、リング状のカッターとして、また作業員の保護具として機能します。その前進は、トンネルの完成した壁に背面支持力を得る強力な油圧ジャッキまたはスクリューによって行われます。掘削が進むにつれてシールドが前進し、その背後にトンネルの一部が構築され、それが今度はシールドのさらなる前進のためのジャッキの支持力となります。

この後者の改良は、故アルフレッド・E・ビーチの発明である。[347]この技術は『サイエンティフィック・アメリカン』 誌に掲載され、1869年6月8日に特許番号91,071で彼によって特許取得され、1868年から1869年にかけて彼がニューヨークのブロードウェイの下に建設した実験的な空気圧式地下鉄の駆動に使用されたほか、セントクレア川トンネルや未完成のハドソン川トンネル、その他の工事にも使用された。

その後、イギリスのJHグレートヘッドによってシールドに加えられた改良は、1887年4月12日の米国特許第360,959号、および1890年7月22日の米国特許第432,871号で彼によって保護されており、この装置の価値と効率を大幅に向上させ、トンネル建設における主要な手段の一つとなった。

スエズ運河。地中海と紅海を結ぶ事業は、ヘロドトスの時代から検討されていたと言われており、25世紀前に小さな運河が開通したものの、その後放棄されたようです。1847年にこの計画が再び本格的に検討され、1860年に着工、1869年に完成しました。費用は2050万ポンド、つまり1億ドル以上でした。運河は地中海のポートサイドから始まります。図231には、あらゆる国の船が行き交い、遠くまで運河が伸びているポートサイドの風景が描かれています。運河はほぼ真南に伸びて紅海のスエズに至り、砂漠の荒地や時折現れる湖を通り抜けて約100マイルの距離があります。当初は底部の幅が72フィート、上部の幅が196～328フィート、深さが26フィートで形成されていたが、その後、交通量の著しい増加に対応するため、横幅が拡張された。

ポートサイドにあるスエズ運河の入り口
図231．ポートサイドのスエズ運河入口。あらゆる国の船が停泊する港と、遠くまで伸びる運河が描かれている。

工事には60隻の大型浚渫船が使用され、浚渫された土砂はシュートを通って岸に排出された。運河は著名なフランス人技師M.ド・レセップス氏の作品であり、工学的にも財政的にも大きな成功を収めた。株式は主にイギリスで保有されており、エジプトのヘディーヴから購入されたものである。1898年には、運河を通過する船舶数が3,503隻という驚異的な数に達した。通行料は正味トン当たり10フラン（約2ドル）である。1898年に通過した船舶の総トン数は12,962,632トン、正味トン数は9,238,603トンであった。年間総収入は87,906,255フラン（約17,500,000ドル）、純利益は63,441,987フラン（約12,500,000ドル）でした。平均的なサイズの客船は、この大きな運河を航行する特権のために約5,000ドルを支払います。フィリピンから帰航するデューイ提督の船「オリンピア」は通行料として3,516.04ドル、「シカゴ」は3,165.95ドルを支払いました。反対方向では、補給船「アレクサンダー」が4,107.99ドル、「グレイシャー」が5,052.38ドルを支払いました。運河を通過する船はゆっくりと進みます。[348]
[349] 堤防の洗浄には約22時間かかるとされているが、喜望峰を迂回する遠回りで嵐の多い航路を避けることで、東西に航行する船舶の航行時間が短縮され、人命、財産、時間を節約できることは、世界にとって計り知れない恩恵となっている。

ヘラクレス浚渫船
図232．―ヘラクレス浚渫船

運河や港の建設に伴い、浚渫船は大きく改良されてきた。浚渫船には、貝殻型のもの、すくい棒とレバーを使用するもの、無限に続くバケットの列を使用するものなどがある。後者の例は、パナマ運河で使用されており、図 232に示されている。さらに別の形態で、最も重要ではないにしても最新のものは、油圧式浚渫船である。これは、回転するカッターによって泥やシルトをかき混ぜて切断し、強力な吸引ポンプと巨大な管によって半流動状の塊を吸い上げて適切な排出地点に送る。後者のタイプの最も有名なものは、多くの特許で保護されているバウワーズ油圧式浚渫船であり、特許番号は 318,859 号と 318,860 号 (1885 年 5 月 26 日)、388,253 号 (1888 年 8 月 21 日) である。そして、1892年10月18日の484,763が最も重要なものである。

固い土の表面掘削において、リジャーウッド・ケーブルウェイは重要かつ省力化に役立つ装置です。2つの離れた塔からケーブルが張られ、1トンの土を載せたバケットがそのケーブル軌道上を走るトロリーに乗って移動します。バケットは掘削箇所から一端まで上昇し、もう一端で土を排出して掘削箇所を埋め戻します。[350] 切削作業は、連続的かつ経済的に進められます。この装置は、1884年3月25日にMWロックが取得した特許番号295,776に基づいて製造されており、ミラー、デラニー、ノースなどが特許を取得した多くの改良が含まれています。シカゴ排水路は、これらの装置を多用して最近完成した工事です。この運河は、シカゴ川とミシシッピ川を結び、シカゴの下水をミシガン湖ではなくミシシッピ川に流すように設計されました。建設費用は3,300万ドル、完成までに7年を要しましたが、省力化ケーブルウェイのおかげでコストが大幅に削減され、工期も短縮されました。

運河建設に関する主要な発明としては、熊捕獲式運河閘門（特許番号229,682、236,488、552,063）やダットン式空気圧リフト閘門が挙げられる。後者は、一対の閘門のバランスを取る原理により、容易かつ迅速な動作を実現しており、1891年8月11日付の特許番号457,528およびそれ以降の複数の特許で保護されている。

自噴井は重要な工学分野であり、その名はフランスのアルトワ地方に由来する。アルトワ地方では古くから自噴井が利用されてきた。数千フィートもの深さまで地中深く伸びる自噴井は、サハラ砂漠から現代都市のホテルに至るまで、世界中の地表に豊富な水を供給してきた。また、光と熱を供給するために膨大な量の石油と天然ガスを産出し、世界の塩の供給にも貴重な貢献をしてきた。

それらは、直径約 6 インチの鉄管内で重い鑿状のドリルを往復運動させることによって駆動され、その鉄管はセクションごとに組み立てられ、切削が下降するにつれて下降します。ドリルは、掘削櫓内の機械から吊り下げられたロープによって往復運動され、鑿にハンマーのような打撃を与えるために、チェーンのように連結された一対の重い鉄製のリンクがドリルとロープに接続され、「ドリル ジャー」と呼ばれます。リンクのセクションが互いに滑り合うと、持ち上げる瞬間にハンマーのような打撃で合わさり、ドリルを岩から外します。また、下降運動では、ドリルが岩に触れた直後にハンマーのような打撃で合わさり、岩にドリルを打ち込みます。ドリル ジャーに関する最初の米国特許は、モリスによるもので、1841 年 9 月 4 日、第 2,243 号です。油井が流れなくなると、「ショット」によって若返りますが、これは寿命を延ばすという一般的な概念とは全く異なります。この目的のために、井戸の底でダイナマイトカートリッジが爆発し、岩が砕け散り、[351] 石油の新たな流れ経路を開拓することで、生産量が回復する。油井掘削の分野では多くの特許発明がなされており、1859年の米国における石炭油の発見は、一大産業を発展させ、莫大な富を築き上げた。1896年の米国における石油生産量は60,960,361バレルで、記録上最大の生産量となった。1897年には60,568,081バレルであった。

自噴井戸ほど重要ではないものの、多くの用途で活用されているのが、打ち込み井戸である。下端に穴が開いた金属管をハンマーで地面に打ち込むことで、迅速かつ安価な水源が得られる。これは、南北戦争中にグリーン大佐が軍事キャンプのニーズを満たすために1861年に発明し、1868年1月14日に特許番号73,425を取得した。

岩盤掘削機。―岩盤の採掘やトンネル掘削において、岩盤掘削機は極めて重要かつ有用な道具である。回転運動による掘削には、ダイヤモンドドリルが最も効果的である。これは、極めて硬いダイヤモンドを取り付けたビットを使用し、その硬度によって最も難削性の岩盤でも非常に速く掘削できる。これはヘルマンによって発明され、1854年6月3日にフランスで特許を取得した。

しかし、より重要なのは圧縮空気式削岩機で、ピストンロッドにドリルビットが直接取り付けられており、往復運動によって切削を行う。ピストンは、バルブによって自動的に交互に反対側に供給される圧縮空気によって作動する。トンネルや鉱山内のドリルに送られる圧縮空気は、ドリルを駆動するだけでなく、トンネルの換気にも役立つ。1849年には早くもイギリスのクラークとモトリーが機械式ドリルを発明し、1851年にはファウルが同様の機械を考案した。この機械では、ドリルがピストンのクロスヘッドに直接取り付けられていた。フーサックトンネルとモンセニストンネルはこの分野の発明を大きく刺激し、この種のドリルの代表的なものとしては、バーリー、インガソール、サージェントなどが挙げられる。バーリードリルは1866年に発売され、同年発行の特許番号52,960、52,961、59,960、および1871年発行の特許番号113,850によって保護されていた。また、インガソールドリルは、1871年発行の特許番号112,254および120,279によって保護されていた。

フラッドロック爆破の準備
図233．洪水岩の爆破。

爆破。 1846年のニトログリセリンの発見、それに続くダイナマイトという形での簡便な商業的製造法の確立は、爆破技術に大きな推進力を与えた。20世紀最大の爆破作業として特筆すべきは、ニューヨーク市とロングアイランド湾を結ぶ航路上のフラッドロックの爆破である。この岩や周辺の岩の危険性から、この水路は古くから「ヘルゲート（地獄の門）」という意味深な名前で呼ばれていた。図233には、坑道やトンネルによる岩盤の掘削の様子と、最終的な爆破の様子が示されている。[352] 1回の爆発は、この地点でより安全な航行を目指して行われた一連の同様の作戦の集大成であった。1885年10月10日、7万5000ポンドのダイナマイトと24万ポンドの ラック・ア・ロックを詰めた4万個のカートリッジが、ボタンに触れて電気回路を閉じることによって同時に爆発した。瞬く間に9エーカーの岩盤が途方もない力で粉々に砕け散り、長さ1400フィート、幅800フィート、高さ200フィートの巨大な噴水のように水が空中に噴き上がった。世界史上類を見ない壮大な土木工事の終着点として、そして工事費100万ドルという巨額に見合う壮観な特徴を備えたこの最終場面は、フラッドロックの脅威に終止符を打ち、ヘルゲートの最悪の危険を根絶した。

ミシシッピ川の防波堤の一部
図234．ミシシッピ川防波堤の断面図。

ミシシッピ川の突堤。―ミシシッピ川河口の広い砂州と浅瀬は、商業活動の大きな障害となっていたため、1872年に議会の注目を集め、イーズ船長によって有名な突堤が建設されることになった。突堤は1875年に着工し、1879年に完成、費用は525万ドルであった。確保された水路は深さ30フィート、幅200フィートであった。建設には、砂州を横断してメキシコ湾に突き出すように、突堤と呼ばれる平行な堤防を2本建設することが含まれていた。これは、柳の枝を束ねて石で重しをしたマットを沈めることで行われた。これらは4層に敷かれ、水没して海底に接したら、緩い石の層で覆われ、さらにその上にコンクリートブロックの笠石が載せられた（図234の断面図参照）。これらの突堤は、[353] 水流を狭い水路に集中させることで、流速を上げて泥や沈泥を洗い流し、水路を深くした。この工事の規模は、建設に使用された資材の量からもわかる。使用された資材には、600万立方ヤードの柳のマットレス、100万立方ヤードの石、1300万フィート（板材換算）の木材、800万立方ヤードのコンクリートが含まれていた。マットレスは底部で幅35～50フィートで敷設され、その幅は上に重ねられた石の層によってかなり広くなり、突堤は海に向かって2 1/4マイル伸びていた。それらが商業に与えた影響は、建設前はニューオーリンズからの年間穀物輸出量が50万ブッシェル未満であったのに対し、完成翌年の1880年には1400万ブッシェルに増加したという事実からも明らかである。

鉄骨造建築物の建設
図235．現代の鉄骨造建築物の内部構造。

高層建築物。—現代建築の際立った特徴は、「スカイスクレイパー」として知られる非常に高い鉄骨造の建物です。都市部の土地の価値の上昇が、まず建物の垂直方向への拡張、すなわちより多くの階数への拡張をもたらし、耐火性を確保する必要性と、基部の厚い壁による内部空間の損失を避けたいという要望が相まって、異なる建築様式が求められるようになりました。これに対応するため、鉄骨の骨組みが一体構造でボルト締めされ、すべての床は鉄骨骨組みで支えられ、外側の石積みの壁は比較的薄く、自重のみを支えています。図235は、このような建物の内部構造の一例を示しています。垂直の柱は非常に強固な基礎の上に建てられ、床レベルで水平のI形梁と桁がボルト締めされ、タイロッドで支えられています。I形梁の間には中空の耐火タイルがはめ込まれ、床を形成します。図236に示すように、外側の石積み壁は骨組みの周りに構築され、床部材の接合部の詳細は図237に示されています。

鉄骨フレームを組積造で囲んだ構造
図236．鉄骨フレームを石積みで囲む。

鉄骨構造の詳細
図237．内部構造の詳細。

鉄骨建築の建設は、19世紀半ば頃に始まった。[354] 1845年、ピーター・クーパーは鉄道用鉄を製造するために当時米国最大の圧延工場を建設し、この工場で耐火建築用の錬鉄梁が初めて圧延された。[355] 1857年にニューヨーク市にクーパー研究所を建設した彼は、床を支えるためにレンガのアーチを持つ梁を初めて採用した。しかし、床の重量から側壁の負担を軽減するために鉄骨を一体化した骨組み構造は、比較的最近の発展であり、これにより現代のオフィスビルの高さが高まり、見る者に住居というよりオベリスクのような印象を与えるようになった。日本の皇太子のための耐震鉄骨宮殿は、建築における鉄の現代的な応用例の一つである。これはアメリカ人技術者によって建設されており、費用は300万ドルである。

エッフェル塔
図238．エッフェル塔。高さ984フィート。世界で最も高い建造物。

ワシントン記念塔の上部ワシントン記念塔の下部
図239．ワシントン記念塔。高さ555フィート5 1/2インチ。世界で最も高い石造建築物。

エッフェル塔。―世界で最も高い建造物であり、鉄骨構造の可能性を示す重要な建造物である1889年のパリ万国博覧会のエッフェル塔は、工学界における特筆すべき業績でした。図238に示されています。高さは984フィート、基礎の幅は410フィートで、4本の独立した格子状の柱で支えられています。頂上には、強力な電灯を備えたランタンを頂上に載せた科学実験室が建設されました。[356] 構造に使用されている鉄の重量は約7,000トン、リベットだけでも450トン、総数は2,500,000個に及ぶ。1階の基部には大胆なフリーズが施され、そのパネルの四面すべてに、19世紀の著名なフランス人の名前が巨大な金文字で刻まれている。塔の頂上へは、1,793段の階段と、4段階に分かれた油圧式エレベーターで到達できる。この建造物の建設費は100万ドル近くに達した。

ワシントン記念塔。―エッフェル塔に次ぐ高さで、実際には世界で最も高い石造建築物であるこの堂々たるオベリスクは、その簡素さ、大胆さ、堅牢さで、訪れるすべての人の賞賛を呼び、すべての愛国者の誇りを満たします。図239に示されており、高さは555フィート5 1/2インチ、基部は55フィート四方、頂部は34フィート四方です。壁の厚さは基部で15フィート、頂部で18インチで、頂上へは内部の螺旋階段と中央のエレベーターで到達します。高さ504フィートの壁に丸窓が開けられており、そこから首都と周囲の田園地帯の壮大な景色を眺めることができます。頂上には「 Laus Deo」と刻まれたアルミニウム製のキャップが載せられています。岩とセメントでできた基礎は深さ36フィート、一辺126フィートの正方形で、記念碑の総費用は130万ドルだった。[357] 礎石は1848年に据えられた。1855年、資金不足のため、高さ152フィートの地点で工事は中断された。1878年、議会の予算措置により工事は再開され、米国工兵隊のトーマス・L・ケーシー大佐の指揮の下、1885年に完成・献納された。

国会議事堂。—偉大なアメリカ共和国の中心を象徴し、首都を見下ろすこの壮大な建物（図240参照）は、建築の詩と言えるでしょう。巨大で左右対称かつ調和のとれたこの建物の最高地点は、東側の広場から307 1/2フィートの高さに達します。長さは751フィート4インチ、幅は350フィートで、建物本体の壁は3 1/2エーカーを覆っています。建物の中心には、ランタンを載せた堂々とした鉄製のドームがあり、その上には高さ19フィート6インチの自由のブロンズ像が立っています。[358]
[359] 重量14,985ポンドのドームは、1863年12月2日に設置された。ドームの基部の直径は135フィート5インチで、内部の円形広間の開口部は直径96フィート、高さ180フィートである。

元の建物の礎石は1793年にワシントンによって据えられました。最初の議会がそこで開かれたのは1800年で、建物はまだ未完成でした。元の建物は1811年に完成しました。1814年にはイギリス軍によって一部が焼失しました。1815年に再建が始まり、1827年に完成しました。1850年、議会は国会議事堂の拡張を承認する法律を可決し、その結果、現在の上院議場と下院議場を含む北棟と南棟が建設されました。拡張部分の礎石は1851年にフィルモア大統領によって据えられ、ダニエル・ウェブスターがその式典で演説を行い、両棟は1867年に完成しました。この時から、西正面に大理石のテラスという形で美しい増築が行われ、建物の美しさと見かけ上の大きさが大幅に増しました。

米国議会議事堂
図240—アメリカ合衆国議会議事堂。長さ751 1/3フィート、幅350フィート、高さ307 1/2フィート、建物面積3 1/2エーカー。

19世紀の工学における発明と業績を1章で十分に概観することは不可能であり、ここでは最も注目すべきものだけを取り上げた。しかしながら、現代社会は技術者の創意工夫と、計画を実行するために発明された独創的な装置に満ち溢れている。橋梁に関する特許は約1,000件、掘削装置に関する特許は約2,500件、水力工学に関する特許は約1,500件に上る。鉱業においては、1815年のハンフリー・デービー卿の安全灯に続き、スタンプミル、削岩機、デリック、昇降装置などが開発され、近年では高圧の水流で山腹を削り取る水力採掘装置が登場している。積み下ろし装置、空気圧コンベア、大規模な灌漑システム、灯台、防波堤、杭打ち機、乾ドック、船舶用鉄道、道路建設装置、非常階段、耐火建築物、給水塔、浄水場などが考案、建設、利用されてきた。すでに着手されている多くの巨大計画は、まだ完成を待っている。その中には、ズイデル海の排水、シベリア鉄道、パナマ運河とニカラグア運河、シンプロン・トンネル、新しいイースト・リバー・ブリッジ、ニューヨーク市地下の高速鉄道トンネルなどが挙げられる。一方、イギリス海峡を横断する橋やトンネル、フランスへの運河、ビスケー湾と地中海を結ぶ運河、ジブラルタル海峡の下を通るトンネル、五大湖とメキシコ湾を結ぶ運河などは、20世紀の技術者に挑戦する可能性のある成果である。

[360]

第28章
木工。
サー・サミュエル・ベンサムの初期の機械—鋸の進化—丸鋸—張力をかけるためのハンマリング—製材機キャリッジへの蒸気供給—四分の一鋸切断—バンドソー—プレーナー—ウッドワースプレーナー—ウッドベリー降伏圧力バー—ユニバーサルウッドワーカー—ブランチャード旋盤—ほぞ穴加工機—特殊木工機械。

現代の家庭では、美しく芸術的な家具に囲まれ、快適で安価な住宅に住んでいるため、現代の一般市民の生活と、曾祖父の時代の住居設備との対比を実感することは難しい。100年前、中流階級や貧困層の住居のほとんどは粗雑に作られており、羽目板と根太は大斧で苦労して削り出され、屋根は割ったこけら板で覆われていた。粗雑で不格好なドア、窓、ブラインドは、最も単純な実用性に基づいて作られ、わずかな粗末な手作りの家具が、家庭の基本的なニーズを不完全に満たしていた。今日では、ほとんどすべてのコテージに、美しいモールディング装飾、羽目板張りのドア、見事に彫刻された暖炉、旋盤加工された手すり子などが備え付けられており、しかもそれらはごくわずかな費用で手に入る。芸術は家具をはじめとする木製の実用品に美的価値を付加し、美しく、芸術的で、趣味の良い家はもはや富裕層だけの特権ではなく、誰もが楽しめるものとなった。この大きな変化をもたらしたのは、製材所、かんな盤、ほぞ穴加工機、穴あけ機、そして旋盤である。

木工機械の分野において傑出した存在であり、この技術の父と呼ぶにふさわしい人物として、イギリスのサミュエル・ベンサム将軍の名前を挙げなければならない。18世紀末の彼の発明は、近代木工技術の核を形成した。

鋸は木工機械の偉大な先駆者であり、19世紀には丸鋸がその代表的なタイプであった。文明の辺境を突き進み、その光り輝く、そして一見[361] 静止した円盤は、隠された、しかし恐るべきエネルギーに満ち、開墾地で陽気な歌を歌い、木々を住居に、森を暖炉に変え、地球の様相を変えてきた。その仕事の記録は、それが枯渇させた森の広大さによってのみ測られる。最初の円形鋸の日付を特定することは不可能である。回転切断動作は古代の旋盤に遡るからである。円形鋸の最も古い記述は、1777年のミラーの英国特許第1,152号に見られる。しかし、それが一般的に使用されるようになったのは19世紀になってからであり、その偉大な仕事はこの時代に属する。それ以前の鋸は、直線状の往復式であった。古いピットソーは最も初期の形態であり、時を経て、人間は機械に取って代わられ、「ミューリーソー」が誕生しました。ピットソーでは、人間が機械の「ピットマン」に置き換えられ、これが「ピットマン」という言葉の語源となっています。ミューリーソーでは、丸太の両端を支え、それぞれの端を交互に動かして新しい切断位置を設定しました。最初の発展はこの形態の鋸に沿って行われ、効率を高めるために鋸を複数台並べて配置し、丸太を一度通過させるごとに複数の切断を行うようにしました。このタイプは特にヨーロッパで使用されましたが、上向きのストロークでは作業が行われず、そのため時間の半分が無駄になっていました。このような問題やその他の困難から、最終的に円形鋸が採用されました。円形鋸は連続切断と高速回転により、多くの時間を節約し、[362] 他にも多くの利点があります。丸鋸の代表的な例を図241に示します。

丸ノコ
図241．携帯型丸鋸。

しかし、丸鋸の直径と周速が増加するにつれて、深刻な問題が生じました。鋸の外周部が熱くなり、中央部が膨張しないまま外周部が膨張すると、遠心力によって鋸が割れて粉々に砕けてしまうのです。この問題は、「張力ハンマー打ち」と呼ばれる方法で解決されます。つまり、鋸を外周部から中央部に向かって徐々に圧縮状態になるようにハンマーで叩くことで、鋸の中央部の金属分子が最初に膨張または広がり、それが弾性膨張力として蓄積されます。この膨張力は、外周部の膨張によって生じる張力に適応し、丸太を通過する際の摩擦熱による外周部の膨張によって生じる不均一で破壊的な歪みを防ぎます。

持ち運び可能なフレームに取り付けられたこの機械は、アメリカの森林で丸太の製材に大活躍し、このタイプの製材機は長年にわたり主流となり、膨大な量の作業がこの機械によって行われました。便利な付属品としては、丸太保持ニーを新しい切断位置に調整するためのセットワークス、丸太を回転させて切断面を変更する丸太回転装置、そして鋸台車を前後に動かすためのラックアンドピニオン送り装置がありました。ラックアンドピニオン送り装置に続いてロープ送り装置があり、ドラムに巻き付けられたロープが両端で滑車を介して台車の両端に送られ、ドラムの前後の動きによって台車が前後に動かされました。

製材所用台車
図242．—直接作動式蒸気供給製材機キャリッジ。

しかし、近年製材所で最大の進歩は蒸気供給方式であり、非常に長い蒸気シリンダーにピストンが設けられ、その長いロッドが鋸台車に直接取り付けられ、蒸気を交互に供給することで鋸台車が前後に動くようになっている。[363] ピストンの反対側へ。このタイプの送りは、 長いシリンダーが銃身に似ていることからショットガン送りとも呼ばれ、約25年前にデ・ウィット・C・プレスコットによって発明され、1876年2月22日の特許第174,004号で保護されており、その後の改良は1887年4月12日の特許第360,972号で示されています。蒸気送りの価値は、鋸の台車の動きを速めることで鋸の速度と効率を高めることであり、平均的な長さの丸太から毎分6枚の板を切断することができます。製材所の台車用の現代的な蒸気送りの例を図242に示します。現代の技術の発展により、蒸気作用の容易さと速さから、製材所のほとんどすべての作業での使用が推奨され、[364] シリンダー内で作動する蒸気ピストンを直接利用して、丸太を傾けたり、蹴ったり、ひっくり返したり、転がしたり、木材を持ち上げたり、板材を運び出したりといった作業が行われてきた。

四つ切り
図243．丸太を四つ割り製材するための成形および保持方法。

美しく仕上げられた柾目オーク材の家具は、いつの時代も人々を魅了し、また、その仕上がりの秘密を知らない人々の好奇心を掻き立ててきました。図243は、この効果を生み出すための鋸引き方法を示しています。丸太を単純に縦方向に4等分し、それぞれの柾目部分を鋸の垂直面で斜めに切断します。こうすることで、仕上げや研磨を施した際に高く評価される、木目の独特な斑点や模様が板の表面に現れるのです。

バンドソー
図244．自動バンドリップソー。

バンドソーは、片方の縁に歯が形成された鋼鉄製のエンドレスベルトで、上下のプーリーの周りを連続的に移動し、歯の付いた縁を切断する木材に当てます。図244は、シンシナティのJA Fay & Egan社製のバンドソーの一例です。バンドソーの一種は、早くも1808年にニューベリーに与えられた英国特許第3,105号に見られます。1834年3月25日には、エティエノにフランス特許第3,397号が付与されました。バンドソーの最初の米国特許は、1836年1月6日にB.バーカーに付与されましたが、バンドソーが木工機械で重要な役割を果たすようになるのは19世紀後半になってからのことでした。それ以前には広く普及しなかったのは、バンドの両端をしっかりと均等に接合することが困難だったためです。長年にわたり、そこそこ成功したバンドソーはフランス製のものだけでしたが、熟練した機械技術によってこの問題は克服され、近年ではバンドソーは木材切断機械の最前線に躍り出ました。今日では、糸鋸に使用される赤ちゃんのリボンよりも小さい繊細なフィラメントから、直径8フィートのプーリー上を移動し、毎分500回転する、外周50フィート、幅12インチの巨大な鋼鉄ベルトまで、さまざまなサイズのバンドソーが使用されています。[365] そして、どんな丸鋸でも切断できないほど大きな丸太を、毎分約2マイルの速度で切り裂いていく。このような鋸の現代版は図245に示されている。プレスコットの特許、1887年の第368,731号および第369,881号、1889年の第416,012号、1892年の第472,586号および第478,817号は、帯鋸の重要な発展のいくつかを表している。

大型バンドソー
図245．大型木材用最新式バンドソー

バンドソーを丸太の切断に使用すると、丸太の切断面に木片が残っている場合、キャリッジの後退動作によって木片がバンドソーの滑らかな刃に押し付けられ、刃が変形したり、場合によっては破損したりする恐れがあります。これを回避するため、ソーキャリッジには後退動作の横方向調整機構である「オフセット」が設けられており、丸太がソーと接触しない状態で次の切断動作に戻されるようになっています。このようなオフセットの例は、Gowen の特許番号 383,460 (1888 年 5 月 29 日) および 401,945 (1889 年 4 月 23 日)、Hinkley の特許番号 368,669 (1887 年 8 月 23 日) に見られます。しかし、現代のバンドソーは、刃の両側に歯があり、オフセット機構は不要で、両方向に切断できます。その例として、[366] 伸縮式バンドミルとして知られるこの機械は、ミルウォーキーのエドワード・P・アリス社によって製造されている。

鉋と切断の両方の機能を備えた鋸は、ダグラスの特許第431,510号（1890年7月1日）および第542,630号（1895年7月16日）に示されている。ニーを操作するための蒸気動力機構は、ウィルキンの特許第317,256号（1885年5月5日）に示されている。丸太の移動方向の両方で四分の一切断を行う手段は、グレイの特許第550,825号（1895年12月3日）に示されている。丸太回転機および丸太積込機を操作する手段は、ヒルの特許第496,938号（1893年5月9日）および第466,682号（1892年1月5日）に示されている。特許番号 526,624 (1894 年 9 月 25 日) および Kelly の特許番号 497,098 (1893 年 5 月 9 日) には、自己冷却式丸鋸が記載されています。また、Jenks の特許番号 193,004 (1877 年 7 月 10 日) には、屋根板切断機が記載されています。O’Connor の特許番号 358,474 (1887 年 3 月 1 日) および 292,347 (1884 年 1 月 22 日) および Perkins の特許番号 380,346 (1888 年 4 月 3 日) には、屋根板切断機が記載されています。さらに、Hayne の特許番号 509,534 (1893 年 11 月 28 日) には、単板を螺旋状に切断して完成した板に分割する手段が記載されています。

かんな盤。鋸は粗い丸太を製材に成形する最初の段階を担いますが、木工の仕上げはかんな盤によって行われます。かんな盤の高速回転する刃は、不均一な厚みの木材を正確な厚さに削り、同時に滑らかで美しい表面を作り出します。かんな盤は用途に応じて様々な形状に作られています。刃がまっすぐで水平に並んでいるものは、単純なかんな盤です。刃が短く、板の端で作業するように配置されているものは、エッジャーと呼ばれます。端を舌と溝にカットするものは、マッチングマシンと呼ばれます。刃が曲線状の装飾的な輪郭を持つものは、モールディングマシンと呼ばれ、家のトリムや様々な装飾用途の装飾的な輪郭をカットするために使用されます。

かんな盤は、ベンサム将軍が発明した数多くの木工機械の一つである。彼が最初に発明した機械は、1791年の英国特許第1838号で、往復運動式の機械であったが、1793年の英国特許第1951号では、回転式の機械をはじめ、その他様々な木工機械について記述している。

1802年に英国特許第2,652号を取得したブラマのプレーナーは、19世紀最初のプレーナーの一つでした。これは横プレーナーとして知られており、刃は垂直回転軸に固定された水平ディスクの下面にあり、その下を通過する板の上に突き出ており、刃は板の上面と平行な平面内で回転します。グラスゴーのミュアのプレーナーは、[367] 1827年に取得された英国特許第5502号は、床材用の板を製造するために考案されたもので、この分野における著しい進歩を示すものであった。

広大な森林地帯を持つアメリカ、若い共和国の急速な発展、そして新しい文明の創意工夫に満ちた精神により、19世紀第2四半期には木工機械の主要産業がアメリカ合衆国に移り、この技術は驚異的な成長を遂げた。アメリカ合衆国における初期のプレーナー機特許の中で特に注目すべきは、1828年12月27日にウィリアム・ウッドワースに付与された特許である。この特許は、切削シリンダーと、板を切削シリンダーに押し当てるためのローラーの組み合わせ、そして一回の作業で溝加工と舌加工を行う手段を広く網羅していた。回転式切断シリンダーは35年前にベンサムによって使用されており、丸鋸に木材を供給するためのローラーは1811年のハモンドの英国特許第3,459号に記載されていたが、ウッドワースは供給のためにローラーを使用したのではなく、ラックアンドピニオンを使用していた。しかし、彼のローラーはプレーナーシリンダーまたはカッターヘッドと協調して、カッターヘッドが板を引っ張ろうとする傾向に抗して板を保持する役割を果たした。ウッドワースはこれら2つの特徴の組み合わせについて特許を取得し、この特許は1845年7月8日に再発行され、2回延長され、最初の特許付与から28年間、あらゆる実用的なプレーナーに必要な2つの要素の組み合わせを網羅していたため、この技術分野で圧倒的な独占権を行使した。

ウッドワースの特許に続いて、数々の小規模な改良が加えられ、その中には19世紀第3四半期にかけてのウッドベリーの特許も含まれており、中でも特筆すべきは、1873年4月20日にJPウッドベリーに付与された特許第138,462号である。この特許は、回転式カッターヘッドと、カッターヘッドの持ち上げ動作に抵抗して板を保持する伸縮式圧力バーを組み合わせたものを広く網羅している。

現代のプレーニング機械において、その実用性の頂点は、いわゆる万能木工機械に見られます。これは、プレーニング工場における万能の作業機です。平らな面、成形された面、溝付き面、またはビーズ状の面を削ることができ、縦挽きと横挽きの両方で鋸引きができ、舌と溝を切削し、留め継ぎ、面取り、くさび、ほぞ穴、ほぞを作ることができ、まさに工場の万能機械と言えるでしょう。

図246には、よく知られたタイプのプレーナーが示されています。この機械は、板の表面を平らにし、床材に必要なような舌と溝を端に切削する役割を果たします。この機械は、幅24インチ、厚さ6インチまでの板を平らにすることができ、幅14インチまでの板に舌と溝を加工することができます。

サーフェサーとマッチング機能を兼ね備えた製品
図246．24インチシングルサーフェーサーおよびマッチング装置。

[368]

木工旋盤。—この古くからある技術に、ブランチャードは1819年に、不規則な形状を旋削するための非常に独創的で重要な改良を加えた。不規則な形状の旋削は以前にも試みられていたが、一般的には円形の形状のみが旋削されていた。1820年1月20日に特許を取得したブランチャードの改良により、靴型、銃床、斧の柄、車輪のスポークなど、あらゆる不規則な形状を、必要な形状にスムーズかつ迅速に旋削して仕上げることができるようになった。通常の旋盤では、ワークは高速で回転し、切削工具は固定されているか、または手でゆっくりと動かされるだけである。ブランチャード旋盤では、ワークは揺動フレームに吊り下げられ、非常にゆっくりと回転してさまざまな面を切削作用に当て、切削工具は高速回転する円盤として構成されており、揺動フレームの振動によってワーク全体がこの円盤に押し付けられ、形状の不規則性に対応する。これを自動的に行うために、旋削加工する製品の型またはモデルも旋回フレームに吊り下げられ、ゆっくりと回転して型ホイールに接触するようにしました。この型ホイールは、加工物を載せた旋回フレームに作用し、モデルの輪郭に正確に比例してフレームを切削ディスクに近づけたり遠ざけたりします。これにより、回転するカッターが、モデルと同期して回転するブロックを、モデルに正確に対応する形状に切削します。

ブランチャード旋盤
図247.—ブランチャード旋盤。

図247は、1820年1月20日に特許を取得したブランシャール旋盤の斜視図である。Hは揺動フレームで、靴型Tと、部分的に靴型に加工された粗削りブロックUが取り付けられている。ねじによって水平方向に送られるスライドフレームには、パターンが取り付けられている。[369] パターンTに接触するホイールKと、荒削りされたブロックUに作用する回転カッターEとを備える。回転する円盤状のカッターEは、フレームの移動を収容できる十分な長さのドラムからプーリーとベルトによって回転する。パターンTとブロックUは、フレームHの揺動動作によってそれぞれパターンホイールKとカッターEに接触するように前進し、パターンTとブロックUがゆっくりと回転すると、TとKの移動がフレームHに反作用し、UとEの前進が調整される。その結果、荒削りされたブロックUはパターンTと同一の形状に切削される。

この技術分野の現代的な発展としては、キンボールの特許第471,006号（1892年3月15日）および第498,170号（1893年5月23日）が挙げられる。後者の特許は、長さは同じだが幅が異なる靴型を旋削できる独創的な方法を示している。多角形旋盤はメリットの特許第504,812号（1893年9月12日）に、多連旋盤はアルビーの特許第429,297号（1890年6月3日）およびアラムの特許第550,401号（1895年11月26日）に、管状旋盤はレンハートの特許第355,540号（1887年1月4日）に示されている。また、マッキントッシュが特許を取得した螺旋切削旋盤（特許番号396,283、1889年1月15日）も含まれる。

ほぞ穴加工機
図248．ほぞ穴加工機

ほぞ穴加工機は、ドア、サッシ、ブラインドの縦枠の接合や家具製作において、製材業に重要な影響を与えてきました。フェイ＆イーガン社の機械は図248に示されています。自動ほぞ穴加工機は、ベンサム将軍による木工機械への数多くの初期の貢献の一つであり、1793年の英国特許第1,951号に記載されています。これらの機械の多くは、彼によって英国海軍省のために製作されました。ブルネルのほぞ穴加工機は、[370] 船舶用滑車を製造することは、1801年の英国特許第2,478号に記載されている初期の形態の一つです。この分野における斬新な試みとして、1888年3月20日のダグラス特許第379,566号に示されているエンドレスチェーン式ほぞ穴加工機が挙げられます。また、1885年10月27日にオッペンハイマーに再発行された特許第10,655号、および1891年10月20日にチャールトンに再発行された特許第461,666号は、ほぞ穴加工用オーガーの例です。

特殊木工機械。―こうした機械は、数も種類も非常に豊富である。ある製品が広く使われるようになると、すぐにそれを自動で製造する機械が作られる。実際、製品を安価に製造できる機械は、その極めて低い製造コストによって、多くの場合、製品の普及を促してきた。

特殊品を製造するためのさまざまな自動機械の中には、洗濯ばさみを作る機械、木製トレイをくり抜く機械、串を尖らせる機械、箱のブランクを蟻継ぎする機械、サッシの縦枠ポケットを切る機械、つまようじを切って梱包する機械、マッチを作る機械、ボクシングマッチを作る機械、彫刻を複製する機械、栓を切る機械、コルクを切る機械、傘の柄を作る機械、ブラシブロックを作る機械、椅子の脚に穴を開ける機械、ねじ締め機、箱釘打ち機、葉巻箱を作る機械、かごに釘を打つ機械、箱のブランクにワイヤーを張る機械、板を取り付ける機械、箱を接着する機械、スレートフレームを接着する機械、ベニヤを作る機械、ほぞ穴にブッシングを打つ機械、ピアノのハンマーを覆う機械、樽板や樽を作る機械、果物かごを作る機械などがある。

簡潔な概観で、アメリカ合衆国における木工産業の巨大さを正しく伝えることは不可能である。特許庁の推計によると、木工機械に関する特許は約8,000件に上る。これに加えて、木材切断に関する特許が約5,000件、木工工具に関する特許もほぼ同数あり、これらに加えて、木工旋盤加工、樽製造、車大工、その他の小規模な分野における特許発明も含めると、この巨大な産業分野における活発な活動の一端がうかがえる。

1899年のアメリカ合衆国からの木材および木製品の輸出額は41,489,526ドルで、そのうち15,031,176ドルは完成板材、4,107,350ドルは樽、樽板、樽蓋、そして3,571,375ドルは家庭用家具であったが、これはほんの一部に過ぎない。なぜなら、国が繁栄し、木材が豊富にあり、倹約家で野心的な住宅建設国民がいるため、国内消費は計り知れないほど大きいからである。

[371]

第29章
金属加工。
初期の鉄炉—ダドリー卿、エイブラハム・ダービー、ヘンリー・コートの操業—ニールソンの熱風—現代の巨大高炉—パドル炉—ベッセマー鋼と転炉—平炉鋼—シーメンスの再生炉—シーメンス・マーティン法—装甲板—蹄鉄の製造—ねじと特殊機械—電気溶接、焼きなましと焼き戻し—金属コーティング—金属鋳造—有刺鉄線製造機—釘、ピンなどの製造—ショットの製造—合金—アルミニウムの製造と希少金属の冶金—シアン化物法—電気濃縮器。

現代生活の資源から鉄と鋼を取り除けば、文明の根幹が崩壊する。鉄道、蒸気機関と蒸気船、ダイナモと電動機、電信と電話、あらゆる種類の農具、製粉機、紡績機と織機、戦艦と火器、ストーブと炉、印刷機、そしてあらゆる種類の道具――そのすべてが、存在に不可欠な基本材料を奪われることになる。蒸気と電気は世界の生命の心臓部であり魂かもしれないが、鉄こそがその巨大な肉体である。金属の王である鉄は、現在の時代を「鉄器時代」と名付け、19世紀は鉄に洗練された形状と優れた実用性、そして威厳を与え、組織化された機械におけるその力は、効果的な奉仕のために、思考を除く人間の能力のあらゆる機能と尊厳にまで高められた。

山腹に湧き出る、自然からの粗削りな贈り物であるそれは、人間の天才によって抽出され、精製され、形作られるまでは、水浸しの塊のままだった。発明の魔法のような力に屈し、それは鋳型に流し込まれて大砲、水車、鋤、そして一万もの品々に加工された。あらゆる細さと長さのワイヤーに引き伸ばされ、巨大な吊り橋のケーブルを形成した。大陸を貫くレールに、屋根を覆うシートに、そして家々を支える釘に転がされた。磁気の影響を受けやすい性質を持つ柔らかさに加工され、剣や刃物を作る鋼鉄に焼き入れられた。繊細な髪の毛から[372] 時計のゼンマイから戦艦の巨大な装甲板まで、その用途は無限にあり、豊富で安価で耐久性があるという点で、自然が人類に与えた最も永続的な贈り物と言える。

冶金は古代の技術であり、金、銀、銅の加工は歴史の始まりにまで遡ります。比較的純度が高く、精製もほとんど必要としないこれらの金属は、そのため、人間のニーズを満たすために最初に加工された金属でした。やや耐火性の高い鉄は後に登場しましたが、その歴史も古く、旧約聖書（創世記4章22節）にも、真鍮と鉄の職人であったトゥバル・カインについて言及されています。バシャンの王オグの鉄製のベッドも、その証拠の一つです。少なくとも紀元前1000年にはエジプト人とギリシャ人が鉄製ベッドを知っていたことは、ほぼ確実と言えるでしょう。アッシリア人も鉄器に精通していたことは、レイヤード氏の調査によって明確に立証されている。レイヤード氏が大英博物館に寄贈したニネベ遺跡からの鉄器には、鋸、つるはし、ハンマー、ナイフなどがあり、これらは紀元前880年以前のものと考えられている。

鉄鉱石は通常、酸化物（赤鉄鉱）の形で産出され、金属鉄に還元するには、酸素を置換する必要があります。これは、鉄鉱石に何らかの形で炭素を混合し、送風によって混合物を高温に加熱することによって行われます。炭素は酸素と結合して炭酸ガスを生成し、それが放出されます。一方、金属鉄は溶融して炉の底に流れ出し、樋状の鋳型に集められると銑鉄として知られています。

ヒンドスターニー製鉄炉
図249．ヒンドスタンの原始的な鉄炉。

最初の製鉄炉は空気製鉄所として知られており、[373] 強制通風。製鉄において最初に重要な工程は強制送風でした。初期の溶鉱炉の例を図249に示します。これは、ベンガル地方とオリッサ州に住む製鉄職人の部族であるコル族の溶鉱炉を表しています。傾斜したトレイの下端は炉の囲いの中にあります。炉内の木炭は十分に着火され、トレイの上に置かれた鉱石と木炭が交互に炉にかき込まれます。送風機は2つの箱で、竹管で炉に接続されており、バネ棒から張られた紐で足で交互に押し下げたり持ち上げたりできる皮製のカバーが付いています。それぞれの皮製のカバーの中央には穴があり、作業員の体重が加わるとかかとで塞がれ、カバーが持ち上げられると足が引っ込められて開いたままになります。交互に持ち上げられる作業員のかかとが交互に作用する弁となり、押し下げられた皮製のカバーはふいごのように機能します。溶融した金属は炉底の受け皿に沈み、スラグや不純物は受け皿より上の炉側面に流れ出る。

鉄加工の偉大な近代技術は、1621年にダドリー卿が取得した英国特許第18号に遡ります。この特許は、「鉄粉を溶かし、それを海炭または炭火でふいご付きの炉で鋳物または棒状にする秘訣、技術、方法、手段」に関するもので、その鋳物は、これまで木炭で作られてきたものと同等の品質を有しています。

高炉に続く重要な段階は、鉱石の還元に石炭の代わりにコークスを用いることであり、これは1750年頃にアブラハム・ダービーによって導入された。

次に、鋳鉄を錬鉄に転換する工程が始まりました。これは主に、イギリスのゴスポート出身のヘンリー・コート氏の功績であり、彼は1783年から1784年にかけて、溶鉱炉の使用以来、鉄の生産に関連する最も重要な発明の2つであるパドル法と圧延法を導入しました。コート氏は、この発明で1783年に英国特許第1,351号、1784年に第1,420号を取得しました。最初の特許は鉄のハンマー打ち、溶接、圧延に関するものでしたが、2番目の特許では、凹底を持つ反射炉と呼ばれる炉を導入しました。この炉には、製錬炉から流動金属が流し込まれ、一定割合の炭素を含む脆い鋳鉄が、炭素が除去され、展延性と靭性に優れた錬鉄に変換されます。この工程はパドリングと呼ばれ 、溶融金属を酸化性の炎と空気の流れにさらすことから成ります。炭素が燃焼して金属が沸騰し、より可塑性が高く硬くなると、ブルームと呼ばれる塊に集められ、これをハンマーで叩いてスラグを取り除き、還元します。[374] コルト氏は、以前の特許に記載された方法により、錬鉄として販売可能な形状に加工した。コルト氏は鉄鋼業の発展に莫大な資金を投じ、この分野における最も偉大な先駆者の一人であった。

19世紀最初の注目すべき発展は、ふいごや送風装置が必要だった鍛冶場や炉に熱風送風が導入されたことである。これはグラスゴーのJ・ボーモント・ニールソンの発明であり、1828年の英国特許第5,701号で彼によって特許取得された。この技術は、送風を炉に導入する前に加熱するというもので、高炉内での耐火鉱石の還元率を大幅に向上させ、燃料消費量を3分の1強に抑えながら、鉄の生産量を3倍から4倍に増やすことが可能になった。

高炉
図250．現代の高温高炉。

図250に、現代の高炉プラントの概略図を示す。Aは炉であり、鉄鉱石と燃料が交互に層状に配置されている。熱風は底部にある羽口と呼ばれる管tを通って流入する。ガスは上部の開口部bから排出されると、まず沈殿槽と洗浄槽Bで粉塵が除去され、その後管Cを通って再生器DDDに送られ、そこで流入する熱風を加熱する。[375] 空気。空気と混合されたガスは再生器内で燃焼し、再生器内のレンガ塊を赤熱させた後、地下通路を通って右側の煙突へ排出されます。いずれかの再生器内のレンガが十分に熱くなると、そこからガスの供給が停止され、別の再生器へ送られます。パイプHからの新鮮な空気が加熱された再生器のレンガを通過し、加熱された空気は上部のパイプFから出て、そこからパイプGと羽口tを通って、高炉内の化学反応を促進します。

初期の高炉では、膨大な量の熱が逃げてしまい、無駄になっていました。この熱の利用は、1810年から1814年にかけてフランスのオーベルト、イギリスのティーグ（1832年の英国特許第6,211号）、バッド（1845年の英国特許第10,475号）らの注目を集めました。逃げる高温ガスを熱風再生器の加熱に利用できるようにするため、図250のaに示すように、装入装置が現在使用されています。この装置では、大きな円錐形の弁によって鉱石と燃料の投入が調整され、ガスはbから排出されて利用されます。

世界最大級の高炉としては、オーストリアのアルペン・モンタン社が挙げられ、同社は32基の高炉を所有している。これは世界最大の高炉保有数と言われているが、そのほとんどは小型で、木炭鉄を燃料としている。一方、アメリカ合衆国の高炉は生産量が最も多く、代表的なものとしては以下のものが挙げられる。

 いいえ。

炉です。 年間生産能力
（トン）
カーネギー・スチール社 17 2,200,000
フェデラル・スチール社 19 1,900,000
テネシー・コール・アンド・アイアン社 20 1,307,000
ナショナル・スチール社 12 1,205,000
現在、米国における銑鉄の年間生産量は約1000万トンであり、そのうちこれら4社が約半分を生産している。

精錬炉
図251．パドリング炉。

高炉の底から流れ出た鉄は、床の砂の中にある溝状の鋳型に流れ込み、銑鉄となる。銑鉄は再溶解して鋳型で様々な製品に鋳造できるが、鉄と炭素に他の不純物が混ざった化合物であり、結晶性であるため、ハンマーで鍛造したり、レールや板に圧延したり、金床で溶接したりすることはできない。可鍛延性のある錬鉄にするためには、銑鉄を練り、精錬する必要があり、その主な工程は炭素とケイ素の燃焼除去である。銑鉄は、高炉の熱を利用して、トレイ状の炉床bで再溶解される（図251参照）。[376] 反射炉a内で火が焚かれる。反射炉とは、処理される材料が炎の熱にさらされるが、燃料とは接触しない炉である。炉床b上の溶融鉄に、空気と混ざった高温の炎が約2時間吹き付けられ、ケイ素と炭素が燃焼する。この過程は、攪拌や工具による加工によって促進される。この操作中、空気中の酸素が炭素と結合して炭酸ガスを生成し、このガスが金属から放出される際に、金属が沸騰しているように見える。鉄が炭素と分離すると、流動性を失い、可塑性および凝集性を持ち、ブルームと呼ばれる球状に成形される。これらのブルームは、ほぼ純粋な鉄の粒子が凝集してできたものですが、スラグやガラス質の物質、その他の不純物がまだ残っています。このスラグなどは、まだ熱いうちに、圧縮、練り、ハンマー打ちの工程によって除去され、ロールの間やハンマーの下で任意の形状に加工できる錬鉄が形成されます。

ベッセマー転炉
図252．「ブロー」中のベッセマー転炉。

ベッセマー鋼。—鋼は鉄と炭素の化合物であり、錬鉄と鋳鉄の中間に位置する。錬鉄は純粋な状態では実質的に炭素を含まず、鋳鉄は鋼よりもかなりの割合で炭素を含んでいる。製鋼は主に鋳鉄を処理して炭素やその他の不純物の一部を取り除くことによって行われる。製鋼法、そして実際には金属加工技術の進歩のあらゆる段階の中で、ベッセマー法ほど重要で広範囲に影響を及ぼすものはない。これは1855年にイギリスのヘンリー・ベッセマーによって発明された。ベッセマー氏は鉄鋼業のさまざまな改良に関して約50の英国特許を取得したが、いわゆるベッセマー法の先駆的な段階を表す特許は1855年の第2,321号である。[377] 1855 年の第 2,768 号と 1856 年の第 356 号。このプロセスは図 252、253、254 に示されています 。このプロセスが行われる転炉は、高さ 15 フィート、幅 9 フィートの大きなボトル型の容器で、耐火材の厚い内張りが施された鉄製のシェルで構成されており、8 トン以上の溶融鉄を収容でき、上部の開口部は片側に向いています。これはトラニオンに取り付けられており、トラニオン上で回転できる歯車が備えられているため、図 252のように直立させたままにすることも、図 253および254のように内容物を鋳造用取鍋に注ぎ出すために下向きにすることもできます。転炉の底部には、トラニオンの一つから伸びるパイプによって空気が供給される中空の空気室があり、上向きに空気を排出する多数の空気口またはノズルから、赤熱した鋳鉄の溶融塊に空気が送り込まれる。赤熱した鋳鉄には多かれ少なかれ炭素とケイ素が含まれており、空気が炭素とケイ素と結合して燃焼させ、その過程で操業継続に必要な熱が供給される。空気圧が溶融鉄の塊に伝わると、炎の舌が次第に明るさを増し、強烈な白色に輝きながら転炉の口から轟音を立てて噴出し、内部で激しい沸騰が起こり、火花や金属の飛沫が周囲の空高く舞い上がり、まるで火山の噴火のような光景が繰り広げられる。15分後には炎の音量と明るさが弱まり、これが鋼鉄への転換の決定的な瞬間であることを示している。この転換は極めて精密に調整する必要がある。炭素が十分に燃焼し尽くされると、爆風が停止され、転炉の回転数が下げられ、フェロマンガンまたはシュピーゲルアイゼン（マンガンを含む鉄化合物）が投入される。これは鉄と結合して硫黄と酸化鉄を除去する。すると、恐ろしい怪物は、火の息が弱まり、エネルギーを使い果たし、頭を下げて沸騰した鋼鉄を吐き出し、それを加工または鋳造して、1万もの有用な製品を作る。

金属を注ぐ
図253．溶融金属の注ぎ込み。

ベッセマー転炉の側面図
図254．側面図、回転ギアを示す。

ほとんどすべての貴重な発明と同様に、ベッセマー氏の発明の優先権主張は争われた。アメリカの発明家ウィリアム・ケリーは、[378] ベッセマー氏の米国特許に対する異議申し立てにより、ケリー氏は赤熱した鋳鉄に空気を送り込むという広範なアイデアに対する権利を確立することに成功し、1857年6月23日に米国特許第17,628号がケリー氏に付与された。この成功した製法を発明し導入した栄誉は、[379] しかし、この方法で鋼を製造するための装置は、ベッセマー氏の功績によるものであり、ロバート・F・マシェット氏（1856年英国特許第2,219号）が転炉内の原料に鉄、炭素、マンガンの三元化合物であるシュピーゲルアイゼンを添加するという貴重な貢献をした。この工程により炭素の供給が調整され、酸素が除去され、鋼の製造工程が完了した。1869年1月26日に米国特許第86,303号および第86,304号で保護されたホーリー転炉は、ベッセマー転炉の最も重要なアメリカにおける発展の一つであった。

ベッセマー鋼が現代文明に与えた影響の重要性は、広く認められている。ベッセマー鋼のおかげで鉄鋼の価格は大幅に下がり、今では鉄と価格面で競合するほどだ。鉄道レール、建物の鉄骨梁、釘など、事実上あらゆるものがベッセマー鋼で作られており、そのコストは1ポンドあたり1～2セントである。

この製法が人類にもたらした多大な恩恵を認め、ヴィクトリア女王は発明者にナイトの称号を授与し、発明によって得た彼の財産はしばらくの間、年間50万ドルのペースで増え続けたと推定されている。1896年12月、ニューヨークで開催された米国機械学会でヘンリー・ベッセマー卿が行った製法の発展に関する歴史的概略の中で、ベッセマー氏はヨーロッパとアメリカにおけるベッセマー鋼の年間生産量が1000万トンに達すると述べたと伝えられている。1897年の米国におけるベッセマー鋼の生産量は、インゴットと鋳物で547万5315トン、鉄道レールで164万4520トンであった。鉄鋼が鉄に取って代わった度合いは、同年に製造された鉄レールがわずか2,872トンであったのに対し、ベッセマー鋼は150万トン以上も製造されたという事実からも明らかである。

1896年7月25日付けのサイエンティフィック・アメリカン誌が行った、過去50年間に人類に最も大きな恩恵をもたらした発明品に関する一般投票では、ベッセマー鋼が栄えある地位を獲得した。

図255は、高炉からの鉄の取り扱いにおける最近の改良例を示しています。従来、鉄は床に置かれた開放型の砂型で流し込まれ、「ピッグ」と呼ばれる棒状の鉄塊に冷却され、一連の鉄塊が「ソウ」と呼ばれる流れの本体に連結されていました。「ピッグ」を「ソウ」から切り離し、鉄を輸送する際の取り扱いは、非常に手間と費用のかかる作業でした。図は、それぞれが車輪で動くエンドレスベルトを形成する2つの平行なトラフ型を示しています。溶融した鋳鉄はこれらの型に直接注がれ、型が移動するにつれて水の下を通過し、そこで鉄が冷却されて固まり、ピッグになります。[380] そして、それらを坂の上まで運び上げ、直接車の中に放り込む。

銑鉄製の鋳型が積載前に冷却される様子
図255．銑鉄の鋳造と装填。

平炉鋼はベッセマー鋼ほど安価ではありませんが、よりきめ細かく均一な品質です。ベッセマー鋼は最も強力で迅速かつ精密な工程により数分で製造されますが、平炉鋼は数時間かかるため、製造工程が長くなり、より精密な結果を得るために監視および制御が可能になります。鉄道レールや建築構造物にはベッセマー鋼が依然として広く利用されていますが、蒸気ボイラー、工具、軍艦の装甲板などの製造に使用される最高品質の鋼には、平炉法で製造された鋼が好まれます。平炉法は、ガスで加熱された反射炉の炉床で、鋳鉄を錬鉄、スポンジ鉄、鋼くず、または酸化鉄と溶融させて脱炭し、その炎が反応を促進し、工程の最後に鏡鉄鉱またはフェロマンガンを添加して浴を再炭化または脱酸素する工程です。融解期間は4～8時間続く。ベッセマー法に比べて、より安価な設備とより長い運転時間が可能であり、[381] サンプリング手段の拡充、製品品質のより徹底した管理、そして結果の均一性の向上。

再生炉に関するシーメンスの英国特許第2,861号（1856年）、第167号（1861年）、第972号（1863年）、およびエミールとピエール・マルタンの英国特許第2,031号（1864年）、第2,137号（1865年）、第859号（1866年）は、いわゆるシーメンス・マルタン法を表しており、これは最もよく知られ、広く用いられている平炉法である。

シーメンス再生炉
図256．シーメンス再生炉。

このプロセスが行われるシーメンス再生炉を図256に示す。4つのチャンバーC、E、E′、C′には、格子状に間隔を空けて耐火レンガがゆるく積み重ねられている。ガスはチャンバーCの底部に、空気はチャンバーEの底部に送り込まれ、それぞれ左側の煙道Gを通って上昇し、上部のチャンバーDで点火されると、炉床Hの金属に炎となって衝突する。高温のガスは右側の煙道Fから排出され、チャンバーE′とC′の格子状のレンガを浸透して高温にする。これらのチャンバーが十分に熱くなると、バルブによってチャンバーCとEからのガスと空気が遮断され、ガスと空気が加熱されたチャンバーC′とE′の底部に導入される。これらのチャンバーC′、E′を上昇するガスと空気は高温になり、炉床Hの溶融鉄の上で燃焼すると、強烈な熱を発生する。排ガスは煙道Gを通って流れ、[382] ガスと空気は、チャンバーCとEの格子状のレンガに熱を伝えます。E′C′のレンガがガスと空気の通過によって冷却されると、バルブが再び調整され、ガスと空気の流れが逆転し、今度はチャンバーCとEを再び通過します。このようにして熱は[383] 煙突に逃げる熱はレンガの中に蓄えられ、燃焼前に流入する燃料ガスを加熱するために利用されるため、炉の有効エネルギーが大幅に増加し、燃料が節約され、煙突の温度も比較的低く保たれる。

装甲板。―砲弾の威力と戦艦の抵抗力との覇権争いが続くこの時代において、装甲板の生産は興味深く重要な産業となっている。

3つの方法が採用されている。1つは、巨大なインゴットを巨大なローラーの間で直接板状に圧延する方法で、クルップ工場で使用されているような一対のローラーは、粗削りの状態でも10万ポンドもの重さがあると言われている。通常、3つの巨大なローラーが上下に配置され、板が一方のローラーからもう一方のローラーへ移動する際に、自動テーブルによって板の昇降が行われる。担当者は笛を使ってこれらの動作を指示する合図を出し、トングやレバーを使わずに、赤熱したブロックはローラーの間を容易に往復する。ローラーの両側に立っている作業員は、ほうきで板を拭き、時折板を回転させるだけでよい。

油圧プレス
図257．14,000トン油圧プレスによる装甲板の鍛造。

2番目の方法は、125トンもの重さの巨大な蒸気ハンマーを使用し、変形した金属にタイタニック号並みの打撃を与えるものです。しかし、最も近代的な方法は、現在ベスレヘム製鉄所の工場でハーベイ化装甲板の製造に使用されている油圧プレス鍛造です。図257には、14,000トンもの巨大な油圧プレス鍛造機が戦艦「アラバマ」の左舷装甲板を成形している様子が示されています。鍛造後、図258と259に示すように、回転鋸とプレーナーの猛烈な刃で鋼板を形を整えます。これらの機械は飢えた悪魔のように鋼板をむしり取ります。その後、図260、261、262に示すように、鋼板は浸炭、焼入れ、焼き戻しによってハーベイ化されます 。機関車よりも重い、原板を表す125トンもの金属の塊が、いとも簡単に、そして迅速に形作られていく様子は、見る者に感嘆と畏敬の念が入り混じった複雑な感情を抱かせる。

丸鋸で装甲板を切断
図258．回転鋸による重装甲板の切断。

プレーナートリミング装甲板
図259．ロータリープレーナーによる重装甲板のトリミング。

セメント化炉
図260．セメント化炉。

水流による硬化
図261．―水噴射による鋼板の硬化。

油浴による焼き戻し
図262．油温調整

蹄鉄製造。 1831年4月8日のアンソニーの特許、1834年10月24日のトールズの特許、そして1835年11月23日のH・バーデンの特許は、蹄鉄製造機の先駆者であった。バーデン氏はその後も多くの特許を取得し、機械製蹄鉄の導入という功績は、他のどの発明家よりも彼に帰せられるべきである。この機械製蹄鉄は、質素ながらも有用な品物である蹄鉄のコストを大幅に削減した。米国では、蹄鉄製造機に関する特許が400件近く取得されている。

ねじ、ボルト、ナット等の製造 — ねじの製造方法[384]
[385] 近代的な方法は、1800年から1810年の間にモーズリーの事業で始まった。1851年にスローン、1864年にハーヴェイは、ねじブランクを加工する機械に多くの改良を加えた。ギムレットの先端を持つねじは、[386] ネジを穴を開けずに木材にねじ込むことができるようになったことは、この技術における重要な進歩でした。これはトーマス J. スローンによる発明で、1846 年 8 月 20 日に特許番号 4,704 を取得しており、2 回再発行され、拡張されました。後年、ねじ切り工具でねじ山を切る代わりに、ねじを転がすことがかなりの重要性を獲得し、よりシンプルで安価な製造方法を提供しています。ノウルズの 1831 年 4 月 1 日に取得され、1833 年 3 月 1 日に再発行された米国特許では、そのようなプロセスが説明されており、ロジャースは、1887 年 9 月 20 日に特許番号 370,354、1889 年 8 月 6 日に特許番号 408,529 を取得しています。 1890年6月17日発行の特許第430,237号および1890年8月19日発行の特許第434,809号は、その方法に実用的な改良を加えた。

金属加工という偉大な芸術において、20世紀初頭にはブラマ、ウィットワース、クレメンツ、セラーズといった名前が、金属加工用の平面加工機、穴あけ機、旋削機の発明者として際立って登場します。現代の素晴らしい機械工場、銃器工場、機関車工場、タイプライター工場、自転車工場などは、この芸術の驚くべき発展の例です。その後、この分野は改良や特殊作業用の特殊機械で溢れかえり、代表的な機種をいくつか簡単に挙げることしかできません。それでもなお、選択は非常に困難です。[387]難しい作業です。特に自転車作業 用に設計された多くの特殊工具が考案されており、1891 年 8 月 11 日のヒルマンの特許第 457,718 号に示されています。自動車のホイールを旋削する際には、ホイールを高速回転する滑らかな金属ディスクの端に近づけることで、ホイールの表面とディスクが実際に接触することなくホイールの表面を溶かすという改良が加えられています。これは、1886 年 8 月 24 日のミルティモアの特許第 347,951 号に示されています。金属管の製造では、次の 3 つの工程が注目に値します。(1) 加熱した固体棒を、軸が互いに角度をなすように設定された 2 つの高速回転するテーパーロールの作業面の間に端から通す。これは、1887 年 4 月 26 日のマンネスマンの特許第 361,954 号および第 361,955 号に示されています。 （２）チューブを高速回転する金型に押し込むことにより、摩擦によってチューブが軟化し、金型の圧力と回転によってチューブが回転して直径が縮小する。これは、1891年1月13日にベビントンに付与された特許第444,721号に示されている。（３）熱したインゴットを金型に入れ、マンドレルをインゴットに通すことにより、インゴットが金型の内側の形状になり、金属が大幅に凝縮される。これは、1889年11月26日にロバートソンに付与された特許第416,014号、および1893年4月11日にエアハルトに付与された特許第495,245号に示されている。

溶接において、電気の使用は最も重要な転換点である。これはエリフ・トムソンによって導入され、1886年8月10日の特許第347,140号から第347,142号、および1893年7月18日の特許第501,546号に記載されている。焼きなましと焼き戻しにおいても、電気は加熱手段として用いられてきた（1879年2月4日のショーの特許第211,938号を参照）。電気は均一な熱と温度を供給し、時計や懐中時計のゼンマイの製造に広く用いられている。金属酸化物の床で炉内で長時間焼成することにより可鍛鋳鉄を製造することは、重要ではあるが初期の段階であった。これはサミュエル・ルーカスの発明であり、1804年の英国特許第2,767号に開示されている。

ハーベイの装甲板製造法は、浸炭および表面硬化における重要な最近の発展であり、1888年1月10日発行の米国特許第376,194号および1891年9月29日発行の米国特許第460,262号によって保護されている。図260に示すように、この方法は、装甲板の表面を炭素に埋め込み、裏面と側面を砂で保護し、鋳鉄の融点付近まで加熱し、その後表面を硬化させることからなる。現在最高と評価されているクルップ装甲板は、1895年2月12日発行のシュミッツとエーレンツベルガーの特許第534,178号に基づいて製造されている。

金属コーティングにおいて、いわゆる鉄の「亜鉛めっき」は重要な技術である。これはクローフォード（1837年4月29日付英国特許第7,355号）によって導入され、鉄を亜鉛めっき浴に浸すというものである。[388] 溶融亜鉛を塩化アンモニウムで覆う。近年では鉄の錫めっきが重要な産業となり、プレートを自動的にコーティングして手作業を不要にする機械が作られており、その例は、1879年10月21日のモアウッド特許第220,768号、1885年10月27日のテイラー他特許第329,240号、および1890年4月29日のロジャースとプレイヤー特許第426,962号に記載されている。

金属鋳造において、チルモールドの使用は重要な工程である。鋳造品の特定の部分が異常な摩耗を受ける場合、その部分の反対側に砂ではなく金属でモールドを形成する。この金属表面は、その熱伝導性によってその部分の熱を急速に奪い、その部分の鋳造品の金属を硬化させる。チルモールドを用いた自動車用ホイールの鋳造は、ホイールのトレッド部分を硬化させ、耐摩耗性を向上させる良い例である。重要なタイプとしては、ウィルミントン特許（特許番号85,046、1868年12月15日）、バール特許（特許番号207,794、1878年9月10日）、およびホイットニー再発行特許（特許番号10,804、1887年2月1日）などが挙げられる。

ワイヤー加工の分野では、有刺鉄線フェンス製造機において大きな進歩が見られました。1861年にグラッサンとバレダンが取得したフランス特許は、有刺鉄線フェンスを初めて公開したものです。しかし、この技術が本格的に発展したのは、グリッデンとヴォーンが有刺鉄線製造機に関する米国特許（1874年12月8日発行、1877年3月20日再発行、特許番号7,566）を取得した時であり、以来、大きな発展を遂げてきました。金網製造機は、1888年4月3日発行のスカーレス特許第380,664号に示されており、金網柵製造機は、1884年5月13日発行のフルツ特許第298,368号および1887年1月18日発行のキッツェルマン特許第356,322号に示されている。金網釘製造機は初期の頃に発明されたが、1880年頃まではあまり普及せず、その後広く使用されるようになり、円形の断面とテーパーがないことで保持力が高く、木目を切断する必要がないため、特定の種類の作業では切断釘をほぼ完全に置き換えるようになった。 1897年、アメリカ合衆国で生産されたワイヤー釘は、100ポンド入りの樽で8,997,245個に達し、1896年の生産量のほぼ2倍となった。同年の切断釘の生産量は2,106,799樽であった。

ワイヤーを曲げてリンクを溶接せずに鎖状にする方法は、懐中時計の鎖などに古くから用いられてきたが、近年ではこの方法は様々な種類の重鎖にも応用されている。1887年3月8日付のブルール特許第359,054号と1892年1月19日付の特許第467,331号は、その好例である。

興味深い機械のクラスの一つだが、その複雑さゆえに図示することは不可能である。それはピン製造機である。[389] かつては、ピンの頭は別の工程で取り付けられていました。針金からピンを作り、切断した部分から頭を成形する技術は、19世紀にハントの1817年の英国特許第4,129号で始まりました。しかし、この技術は、1824年のライトの英国特許第4,955号の下で最大の推進力を得ました。1年分のピンが入った紙のピンは、わずか数セントで購入できますが、購入者は、それを製造するために機械に費やされた時間、思考、資本を想像することはできません。しかし、針金のコイルを素早く適切な長さに切断し、ピンを尖らせて頭を取り付け、紙に刺すような機械がなければ、世界は最も普及していて便利な物品の1つを失うことになるでしょう。米国では毎週何トンものピンが製造されており、需要を満たすには1日に2,000万本のピンが必要だと言われています。

金属加工の分野では、銃器や弾丸の製造が驚くべき規模にまで発展しました。刃物や建築金物も巨大な分野であり、線引き、板金加工、鍛造、工具、バネ、ブリキ缶、針、フックとアイ、釘と鋲、その他無数の小物類の製造も、その規模があまりにも大きいため、この分野全体を俯瞰することしかできません。

ショットの製造において、従来の方法は、溶融金属をふるいに通し、高さ180フィート以上の塔から落下させるというものであった。1849年5月22日にデイビッド・スミスが取得した特許第6,460号は、上昇気流を流しながら金属を落下させる方法を提案しており、落下速度を遅らせてショットを冷却し、より多くの空気粒子をショットに接触させることで、そのような高層塔の必要性をなくした。1868年には、グラスゴーとウッドが、グリセリンまたは油の柱を通してショットを落下させる方法を特許取得した。また別の方法として、溶融金属を回転する円盤に落下させ、遠心力によって滴に分割する方法もある。

合金。—米国では、さまざまな金属合金に対して300件以上の特許が付与されています。いわゆるバビットメタルは、1839年7月17日にアイザック・バビットによって米国で、また1843年5月15日に英国で特許番号9,724として特許が取得されました。これは、スズ10部、銅1部、アンチモン1部からなる摩擦防止化合物で、機械の潤滑ベアリングに特に適しています。 1871年に導入されたリン青銅は、銅80～92部、スズ7部、リン1部を組み合わせたものです（1871年8月22日、ラヴロフの米国特許番号118,372、および1871年5月23日、レヴィとクンツェルの米国特許番号115,220を参照）。リンの添加は金属の流動性を高め、非常にきれいで精緻で丈夫な鋳造品を作る。鉄合金では、クロム鋼はバウアーの特許（1865年8月22日発行、特許番号49,495、1870年2月8日発行、特許番号99,624）で保護されている。[390] 1872年2月6日、特許番号123,443。マンガン鋼は、ハドフィールドの特許番号303,150、1884年8月5日。アルミニウム鋼は、ヴィッテンシュトレームの特許番号333,373、1885年12月29日。リン鋼は、クンケルの特許番号182,371、1876年9月19日。しかし、最も新しく、おそらく最も重要なのは、戦艦の装甲の製造に使用されるニッケル鋼である。これは、シュナイダーの特許番号415,655および415,657、1889年11月19日でカバーされている。

1878年、イギリスは銑鉄生産量6,381,051トンで鉄鋼業界をリードし、アメリカ合衆国の2,301,215トンを大きく上回った。1897年、アメリカ合衆国は以下の比率で世界をリードした。

銑鉄のトン数。 鋼材のトン数
。
アメリカ合衆国 9,652,680 7,156,957
イギリス 8,789,455 4,585,961
ドイツ 6,879,541 4,796,226
フランス 2,472,143 1,312,000
その年、アメリカ合衆国は世界の銑鉄生産量の29.30％、鉄鋼生産量の34.58％を占めた。同年の世界全体の生産量は、銑鉄が32,937,490トン、鉄鋼が20,696,787トンであった。

希少金属の冶金。鉄ほど顕著ではないものの、これは世紀の初めから科学者の注目を集めてきた。1800 年以降に発見された金属の全リストは「化学」の項にある。ここではより重要なものだけを挙げる。パラジウムとロジウムは 1804 年にウォラストンによって還元された。カリウムとナトリウムは、1807 年にサー・ハンフリー・デービーによってボルタアークの作用により初めて金属の形で分離された。バリウム、ストロンチウム、カルシウム、ホウ素は、1808 年に同じ科学者によって分離された。ヨウ素は、1811 年にクルトワによって分離された。セレンは、1817 年にベルセリウスによって分離された。カドミウムは、1817 年にストロマイヤーによって分離された。ケイ素は1823年にベルセリウスによって、臭素は1826年にバラールによって分離された。マグネシウムは1829年にブッセイによって初めて製造された。アルミニウムは1828年にヴェーラーによって、塩化物をカリウムで分解することによって初めて分離された。1827年にエルステッドが重要な予備的ステップを踏み、1854年にドゥヴィルが最初の商業的応用でそれに続いた。近年、アルミニウムの冶金は大きく進歩した。カウルズ法は、アルミナ、炭素、銅の混合物を電流で白熱するまで加熱し、還元されたアルミニウムが銅と合金化する。このプロセスは、1885年6月9日にカウルズとカウルズに付与された米国特許第319,795号、および1885年8月18日に付与された第324,658号および第324,659号によって保護されています。しかし、このプロセスは、大部分が特許取得済みのプロセスに取って代わられています。[391] ホールによる1889年4月2日付特許第400,766号では、溶融氷晶石に溶解したアルミナを電気的に分解する方法が示されている。

貴金属の冶金において、おそらく最も重要な工程は、金と銀を得るためのシアン化物法であろう。1806年には、金がシアン化カリウム溶液に溶解することが知られていた。1844年、L.エルスナーはこの研究を発表し、溶解は酸素の存在下でのみ起こることを実証した。マッカーサーとフォレストはこの製法を商業的に応用できるよう改良し、現在ではトランスバール地方をはじめとする各地で広く利用されている。これは、1887年の英国特許第14,174号、および1889年5月14日の米国特許第403,202号、1889年12月24日の米国特許第418,137号によって保護されており、シアン化カリウムの希薄溶液（シアン化物8部に対し水1,000部以下）の使用、微細な亜鉛を用いて溶液から金を沈殿させること、および部分的に酸化された鉱石をアルカリまたはアルカリ塩で前処理することが記載されています。この溶解プロセスにより、他の方法では土から抽出できなかった微細な金を、簡便かつ実用的で安価な方法で回収し、保存することができます。

磁気集束装置
図263．エジソン磁気選鉱工場。巨大な粉砕ロール。

磁気集束器
図264．エジソン磁気集光器。

金や銀の鉱石の採掘では、岩石を粉砕し、アマルガム法によって金と銀を分離するという古い方法が用いられてきた。[392] 水銀を用いた技術は、スタンプミル、アマルガム装置、鉱石洗浄機、濃縮機、分離機など、数千もの発明を生み出してきました。鉄鉱石、特に低品位の鉄鉱石の処理において、磁気濃縮機は興味深く、画期的な方法です。この方法は19世紀前半に遡り、1849年2月20日に取得されたクックの特許第6,121号にその例が見られます。しかし、1880年6月1日に取得されたエジソンの特許第228,329号は、落下する鉄鉱石の粒子に磁石が引き付けることで、鉄分を多く含む粒子を砂から分離するという、最初の実用的な操作の基礎となりました。図263に エジソンの磁気濃縮装置を示します。鉱石は、重さ5～6トンの巨石まで、あらゆる大きさの塊となって巨大なロールの間に投入され、これらの巨大な塊は犬が骨を噛み砕くよりも簡単に粉砕される。これらの巨大なロールは直径6フィート、長さ6フィートで、表面には粉砕用の突起が並んでいる。可動機械を含めた重量は70トンで、毎分3,500フィートの周速で回転すると、その飽くなき、抗しがたい力で岩石をすぐに破片に砕き、それらはさらに接近した同様の粉砕ロールへと送られる。[393]所望の細かさに粉砕された砂は、図264 に示す濃縮装置の上部に持ち上げられ、一連の磁石の前にある傾斜板からシート状に落下させられます。この磁石は、図に4組示されています。これらの磁石は、鉄を多く含む粒子（引き寄せられる）の落下を偏向させ、非磁性の砂粒子はまっすぐ落下します。落下する砂のシートの下に配置された薄いナイフエッジ状の仕切り板が、偏向された磁性粒子とまっすぐ落下する砂を分離します。これらの磁性粒子は収集され、小さなレンガ状に圧縮されます。濃縮により鉄分が非常に豊富になったこのレンガは、高炉での鉄の最終還元を容易かつ収益性の高いものにします。この技術のより最近の発展は、ウェザリルの特許（特許番号555,792、1896年3月3日）およびペインの特許（特許番号641,148、1900年1月9日）に示されています。

銅の製造においては、鉄の精錬に用いられることで知られるベッセマー法が現在広く用いられている。これは、1891年7月21日にマンヘスが取得した特許第456,516号に示されているように、溶融した銅に空気を吹き付けて硫黄などの不純物を除去する方法である。また、銅の精錬には電解法も広く用いられており、これは1885年7月14日にファーマーが取得した特許第322,170号に記載されている。

1897年のアメリカ合衆国における鉄以外の金属の生産量は以下のとおりであった。

金2,774,935オンス、価値57,363,000ドル。
銀5386万オンス、価値3231万6000ドル。
銅、220,571ロングトン。
鉛、21万2000ショートトン。
亜鉛、99,980ショートトン。
アルミニウム、4,000,000ポンド。価値（1ポンドあたり37 1/2セント） 1,500,000ドル。
（これは1896年の3倍の生産量だった。）
水銀、26,691フラスコ。価値は993,445ドル。
ニッケル、23,707ポンド。価値（1ポンドあたり33セント）7,823ドル。
[394]

第30章
銃器および爆発物。

大砲は最も古い火器です— 16 世紀の前装式および後装式銃—アームストロング銃—ロッドマン銃、ダールグレン銃、パロット銃—後装式兵器—速射後装式ライフル—消える銃—ガトリング銃—ダイナマイト銃—コルトおよびスミス＆ウェッソン リボルバー—ドイツ製自動拳銃—後装式小火器—弾倉銃—リー、クラーグ＝ヨルゲンセン、モーゼル ライフル—ハンマーレス銃—反動式ロック—綿火薬—ニトログリセリンおよび無煙火薬—機雷および魚雷。

奇妙に思えるかもしれないが、啓蒙された文明の発展と銃器の致命的な使用は、並行して発展してきた。キリストの教えである「互いに愛し合う」という教えが人々に受け入れられたことと、人々が互いに殺し合うための手段が増えたことの間には、どのような関係があるのか​​、これは哲学者にとっての難問である。遠距離からの殺害は残酷さが少ないからなのか、それともこの手段が増えたことによる抑止力が個人の恐怖心に訴える抑制力として作用しているのか、あるいは大砲は適者生存という偉大な法則を実践する神の宣教師の一人なのか。いずれにせよ、この二つの要因の間には何らかの因果関係があるように思われ、疑いなくこれら三つの要因すべてが影響を与えてきた。昔は、戦いの勝敗はほぼ例外なく体力によって決まり、知性はそれに従属していた。銃器の出現は、このすべてを変えてしまった。知能の発達は、同等あるいはそれ以上の知的能力によって支えられれば、最も弱い腕でも最も強い腕と同等の力を発揮できるようになり、肉体的に強い者の攻撃に対して知性が優位に立つための大きな一歩となった。5世紀、偉大なローマ文明は北方の蛮族の容赦ない攻撃によって滅びた。ガトリング砲、弾倉式ライフル、ダイナマイト弾で守られた城門で、このようなことが起こり得ただろうか。それとは対照的に、今日では、近代的な銃器を装備した少数の訓練された兵士が、無知な野蛮人の群れを撃退している。近代戦争の歴史は、人間同士の闘争が力の勝負から知力の勝負へと移行し、銃器が後者を支えてきたことを示す事例に満ちている。[395] しかし、戦争は本当に必要なのだろうか？そして、戦争が終結することを願うことはできないのだろうか？剣を鋤に打ち直すという理想的な考えは、いまだ楽観主義者の夢に過ぎないと言わざるを得ない。なぜなら、人類は戦争の技術を磨き上げ、銃器の威力を極めて高いレベルにまで高めてきたからである。特に19世紀は、この技術の進歩において際立って注目すべき時代であった。19世紀末に至るまで、発明が次々と急速に行われ、今や戦争は自殺行為と絶滅行為の様相を呈している。

銃器と爆発物の歴史を簡潔に概説することは不可能である。大砲、大砲、迫撃砲、マスケット銃、ピストル、ペタード銃はすべて過去の世紀に属し、形は様々だが、最も古い時代にまで遡る。しかし、19世紀には、精度と射程距離、作動速度、連射システムの効率性、爆発物のエネルギー、そして発射体の容易な形状と貫通力において、目覚ましい発展を遂げたため、これらの主題は別々の項目に分けて考察する必要がある。

城にある前装式大砲
図265．16世紀の前装式大砲。

大砲はあらゆる火器の中で最も古く、火薬と同様に中国に起源を持つと考えられています。11世紀、チュニス王の船はセビリア攻撃の際に、轟音を立てて火を噴く鉄管を船上に搭載していたと言われています。コンデはスペインにおけるムーア人の歴史の中で、1118年にはすでにスペインで大砲が使用されていたと述べています。1309年、フェルディナンドはムーア人からジブラルタルを大砲で奪取し、1346年にはイギリス軍がクレシーの戦いで大砲を使用し、それ以降、大砲は一般的な戦争兵器となりました。最初に使用された大砲の砲弾は石製で、一部は[396] 巨大なサイズ。西暦1464年のムハンマド2世の青銅製大砲は、口径が25インチで、800ポンドの石球を発射しました。 1586年に鋳造されたモスクワの大青銅砲ツァーリ・プーシカはさらに大きく、口径は36インチでした。大砲の歴史の初期に、後装式機能が導入されました。図265と266には16世紀の図が示されており、図265は前装式、図266は後装式を表しています。

船に搭載された後装式大砲
図266．16世紀の後装式大砲。

様々な発展段階を経て、大砲は19世紀にまで伝わり、一般に兵器または砲兵、特に大砲または重砲、高所に砲弾を発射するための迫撃砲、野戦、山岳、または攻城用の榴弾砲として知られていました。後者は大砲よりも軽量で短く、比較的少量の装薬で中空の砲弾を発射するように設計されています。大砲の効率に最も貢献した重要な特徴は、螺旋状の溝による砲身のライフリングでした。これにより、砲弾に回転効果を与え、回転する物体は回転面を維持しようとするという物理法則を利用して、より正確な飛行を維持しました。しかし、銃身のライフリングは非常に古い起源を持っています。1635年のロツィペンへの英国特許第71号は、この技術の初期の開示です。

「もし彼がそれほど長く生きれば、14年だ。」 * * * 「あらゆる種類の部品の銃身をまっすぐで均一で滑らかに引き抜いたり削ったりすること、また、曲がった銃身を非常に簡単に完全にまっすぐにすること、また、銃身を必要な幅、間隔、深さ、浅さでライフリング加工したりねじ込んだりすることを非常に簡単に行う。」

しかし、ライフル銃の溝は最初に螺旋状、つまり「ねじ込み式」に作られました。[397] バーミンガムのコスターが1620年頃に作ったのに対し、直線状の溝は1498年には既に使われていたと言われている。ベルリンには1664年製の13本の溝を持つ施条砲がある。施条砲が実戦で初めて使用されたのは、1859年のルイ・ナポレオンのイタリア遠征で、アメリカ合衆国軍に初めて導入されたのは1861年のジェームズ将軍によるものだった。

19世紀半ば頃、クリミア戦争、そしてそれに続くアメリカ南北戦争によって、砲兵技術の発展に大きな推進力が与えられた。

イギリスでは、アームストロング砲は1855年頃に導入され、1857年の英国特許第401号、1858年の第2,564号、1859年の第611号、1861年の第743号で保護されていた。これは当初、錬鉄または砲金製の内筒に錬鉄製の円筒形のケーシングを焼き付けたものであった。後に改良され、フレーザー砲として知られるようになった。ドイツでは、この頃からクルップ社が砲製造業者として注目を集めるようになった。アメリカ合衆国では、ロッドマン大佐が、中空のコアを通して水を循環させ、砲身付近の金属を急速に冷却・硬化させ、冷却時の不均一な応力を緩和することで、大口径砲を鋳造する方法を考案した。彼は1847年8月14日にこの方法で特許第5,236号を取得した。ダールグレン砲は、1861年8月6日に米国海軍のダールグレン提督によって特許番号32,983、32,984、および32,985で特許取得されました。改良点は、砲身に沿った圧力の変化に応じて砲尾の金属の厚さを調整することでした。これらの砲は、厚みがあり曲線的な輪郭を持つ滑らかな球根状の砲尾によって区別されました。1861年10月1日に特許番号33,401、1862年5月6日に特許番号35,171で特許取得されたパロット砲は、砲尾が焼き付けられた囲いの輪またはスリーブによって補強された輪状の砲の形態を含んでいました。

クルップ式閉鎖機構
図267．クルップ式閉鎖機構。

後装式砲。—後装式大砲は数世紀前から存在し、実際には火器の初期の形態の一つであったが、現代の兵器の速射性と優れた性能は主にこの作動原理によるものである。現存する最も初期の後装機構は、後装部に横方向に溝を設けてテーパー状のプラグを受け入れる構造であり、これにより、砲の後端の開口部に装薬を溝の前に配置することができ、その後、横方向のプラグが装薬の後ろで閉じられる。これは、1741年のハドレーの英国特許第577号に記載されている。この原理は、1858年12月14日にライトとグールドによって米国で改良された形で初めて特許（特許番号22,325）を取得され、その後、ブロードウェルシステムとして知られるようになり、彼によって開発され、1861年12月10日の特許番号33,876、1864年7月12日の特許番号43,553、および1866年6月19日の特許番号55,762でカバーされました。この一般的な原理は[398] クルップ社が現在も一部の砲に採用しているもので、同社が使用しているものを図267に示す。砲尾を通る横方向の溝はテーパー状になっており、スライド式砲尾ブロックXは、その溝にぴったりと収まるようにわずかに楔形になっている。図示のように、装填のために砲尾ブロックを引き抜くと、点線で示されたスリーブSが一時的に砲身と一直線になるように配置され、装薬が砲尾ブロックの前方の位置までスムーズに通過できるようにする。このスリーブを引き抜くと、砲尾ブロックが押し込まれ、そこでロックネジbのねじ山を砲尾の対応する凹部aに回すことでロックされる。取り外し可能なレンチeは、ネジdbに回してロックまたはロック解除するか、またはトラバースネジcに回してナット（図示せず）と噛み合うことで砲尾ブロックを出し入れすることができる。

ねじ山が途切れている尾栓機構
図268．断続ねじ閉鎖機構。

しかし、最も普及している閉鎖機構の原理は、図268に示す断続ねじ式である。この方式では、閉鎖プラグは閉じた状態で、その軸が砲の軸方向の穴と一直線に並ぶ。プラグのねじ山は、長手方向に配置された溝によって分断されており、砲の閉鎖部にも対応するねじ山と溝が設けられている。プラグを砲に押し込むと、プラグのねじ山が閉鎖部の溝に入り込み、プラグを回転させることで、そのねじ山が閉鎖部のねじ山にしっかりと固定される。プラグは、片側が砲にヒンジで取り付けられたキャリアによって支持され、プラグを砲身の軸方向と一直線に回転させたり、装薬を装填するために片側に投げ出したりすることができる。チェンバースの特許（特許番号6,612、1849年7月31日、再発行番号237、1853年4月19日）とコックランの特許（特許番号26,256、1859年11月29日）は、この作用原理の最も初期のアメリカの例であり、この原理の独創的な発明であると考えられている。

この構造は、何らかの形で現代のほとんどすべての尾栓機構に採用されている。米国で使用されている形式には、ドリッグス・シーベリー式、ダシェル式、ビッカース・マキシム式などがある。膨張するガスが尾栓の隙間から噴出するのを防ぐため、ガスチェックと呼ばれる膨張または膨張するリングが尾栓に配置されている。[399] 尾栓の前面。デ・バンジュの特許第301,220号（1884年7月1日）は、最も一般的な形状を網羅している。

連射銃を狙う
図269．6インチ速射砲の照準合わせ。

現代の速射後装式ライフルの効率性を高める要素は、以下の特徴に見られます。第一に、砲身の長さが長くなったことです。6インチ砲の場合、全長は現在25フィートにも達し、砲身の長さが長くなったことで火薬の爆発膨張時間が長くなり、それに伴って運動量も増加します。第二に、固定式弾薬です。これは、金属製の薬莢が火薬を包み込み、弾丸と連結している薬莢を意味します。第三に、後装機構の大幅な改良と動作の迅速化により、毎分最大8発の発射が可能になりました。図269には、装填され、射撃のために照準を合わせている米国海軍の6インチ速射砲が示されています。この種の速射砲は、現代の兵器の中で最も効果的な形態です。マニラでスペイン艦隊を壊滅させ、サンティアゴでセルベラ艦隊を恐ろしい砲弾の雨で打ち砕いたのは、主にデューイ提督の艦隊のこのような速射砲台であった。これらの比較的小型の砲は砲弾を6マイル飛ばし、砲口での砲弾の衝撃エネルギーは、厚さ21インチの鉄板、または16インチの鋼鉄を貫通するのと同等である。砲が装填されると、シリンダー内に収められ、砲耳の反動シートを保持するコイルばねによって前方の位置に保持され、グリセリンで満たされたシリンダー内を移動する2つのピストンも備えている。砲が発射されると、反動によって砲は後退し、[400] ピストンを支えるのはグリセリンで、ピストンを通過する開口部を通るグリセリンの抵抗によって反動が抑制されます。完全な反動の後、反動中に圧縮されるコイルばねの作用により、砲は自動的に前方の位置に戻ります。砲員は厚さ4インチのハーベイ鋼板で保護されており、砲はボールベアリングに非常に繊細に取り付けられているため、7 1/2トンという巨体にもかかわらず、砲の照準時にわずかな圧力にも容易に反応します。

射撃場のイラスト
図270．16インチ砲の射程。

これらの砲は強力に見えるが、旋回砲塔に搭載された大型砲ははるかに強力である。機敏さには欠けるものの、主砲台のこれらの砲の強力な威力、そして操作、弾薬供給、砲塔回転のための精巧で完全な機構は、それ自体で完全な兵器の世界を構成する。砲のサイズが大きくなるにつれて、製造コストと維持コストの両方が著しく不均衡な比率で増加する。6インチ後装式砲[401] ライフルは1回の発射につき64.40ドルかかるのに対し、12インチ砲は1回の発射につき458ドルかかる。我々の戦艦の最大の砲は13インチ口径で、長さは約40フィートだが、海岸防衛にはさらに大きな砲が使用される。現在、米国向けにウォーターブリート兵器廠で建造中の巨大な16インチ126トン砲は、長さ49 1/4フィート、砲尾の直径は6フィート以上あり、最大射程は20マイル以上になる。砲弾の重量は2,370ポンドで、1回の発射には865ドルかかる。添付の図、図270は、この砲の射程を視覚的に示している。ニューヨーク南端の砲台から北方向へ最大仰角で発射した場合、その砲弾はニューヨーク市、グラント将軍の墓、スパイテン・ダイビル、リバーデール、セント・ヴィンセント山、ラドロー、ヨンカーズの上空を通過し、地図図271に示すように、約20マイル離れたハドソン川沿いのヘイスティングス付近に着弾するだろう。その軌道の最高高度は30,516フィート、つまり約6マイルとなる。これは、西半球のパイクスピークの上に東半球のモンブランが重なったとしても、この大砲はその巨大な砲弾を両方の山の上空高く打ち上げ、その軌道の曲線の下にモンブランの頂上にワシントン記念塔を建てるだけの空間が残ることを意味する（図270参照）。

銃の射程範囲を示すニューヨークの地図
図271．16インチ砲の作用半径。

消える砲。—沿岸防衛における砲台の位置を隠蔽すること、および砲兵の保護を強化することの重要性から、砲を通常は胸壁の後ろや下に隠し、発砲時のみ一時的に胸壁の上に持ち上げることができる砲架が考案された。この砲架には様々な形態が考案されている。アメリカ陸軍工兵隊のR.E.デ・ルッシー将軍は1835年にこのような砲架を考案した。イギリスのモンクリフは、このような砲架を最初に実用化した人物の一人である。この発明に関する米国特許は、以下のように彼に付与された。[402] 特許番号83,873（1868年11月10日）、特許番号115,502（1871年5月30日）、特許番号144,120（1873年10月28日）。その作動原理は、反動の力を利用して砲を発射位置まで持ち上げるというものであった。砲は、砲のバランスを十分に保つカウンターウェイトを備えたレバーフレームに支点として取り付けられている。砲が発射されると、反動によってカウンターウェイトが上昇し、砲は下降して低い位置で固定される。装填して解放すると、カウンターウェイトが再び砲を発射位置まで持ち上げる。

消える銃、下ろす
図272.—バフィントン・クロージャー式隠蔽砲、降下状態。

消える銃、上げられた
図273.—バフィントン・クロージャー式隠蔽砲、発射のために仰角を上げた状態。

この種のアメリカ製砲架の後期の例として、スピラー、ゴードン、ハウエルらが考案したものが挙げられるが、最も広く知られているのはバフィントン・クロージャー砲架であり、1896年2月25日付特許第555,426号および1898年11月1日付特許第613,252号で保護されている。この砲架は、ニューヨーク港防衛のためフォート・ワズワースに配備された8インチおよび10インチ後装式ライフル砲を支えており、図272に示されている。[403]
[404]
[405] 図272は砲身を下げた状態、図273は発射のために砲身を上げた状態を示しています。砲の砲耳は一対のレバーの上端にあるベアリングに保持され、レバーは中央付近で水平方向にスライドするキャリッジに支点を持ち、油圧シリンダーに接続されています。油圧シリンダーは砲身が後退するにつれて後方に移動します。これらのシリンダーは、液体がピストンの片側からもう片側に流れるオリフィスを備えた固定ピストン上を移動します。砲身が後退し、レバーが水平位置に回転すると、レバーの前端は、通常、レバーにかかる砲身の重量を上回る重さの32,000ポンドの巨大な鉛のカウンターウェイトを垂直に持ち上げます。この円筒形のカウンターウェイトは、図272の左側に持ち上げられた状態で示されています。発射時、反動エネルギーは、カウンターウェイトの上昇と油圧シリンダーの抵抗によって部分的に吸収され、砲が最下点に達すると、ラチェット機構によって捕捉・保持されます。装填後、ラチェット機構が作動し、カウンターウェイトの重力によって砲は再び発射位置まで上昇します。この砲架に搭載された8インチ砲から10発の砲弾が12分21秒で発射されました。

機関銃。南北戦争中、口径は小さいものの、その殺傷力において大砲の大量殺戮に匹敵する銃が登場した。それは新型の銃で、機関銃またはバッテリーガンとして知られ、比較的小さな弾丸を途切れることなく、信じられないほど連続して発射するものであった。これはRJガトリング博士の発明であり、1862年11月4日の特許第36,836号、1865年5月9日の特許第47,631号、およびその後の多くの改良特許で保護され、現在ではガトリング砲として広く知られている。中央の軸に取り付けられた円形の銃身の列で構成され、適切な歯車と手回しクランクによって回転する。カートリッジは自動的に順次銃身の薬室に供給され、複数のハンマーは銃身と連動して配置されていたため、ハンドクランクを回して銃身を連続的に回転させながら、装填、閉鎖、発射、空薬莢の排出といった一連の動作が行われた。図274には、アクルズ式給弾機構を備えた現代のガトリング砲の例が示されている。通常、この銃には10本の銃身と、それに対応する10個のロック機構があり、銃の作動中はこれらが一緒に回転する。銃が作動している間は、常に5本のカートリッジが装填過程にあり、5個の空薬莢が様々な段階で排出されている状態であり、毎分数百発の発射が可能である。この銃は、ホッチキス、マキシム、ノルデンフェルト、ベネットなどによって多くの改良が加えられてきた。[406] 両者はそれぞれ、やや異なるタイプの機関銃において貴重な発明を行ってきた。その中には、爆発する装薬の力を利用して給弾機構と発射機構に作用させ、それによって銃の連続作動に必要な動力を供給するものがあり、手動クランクは不要で、弾薬が尽きるまで銃は絶え間なく弾丸を発射し続ける。

ガトリングガン
図274．―アメリカ陸軍模型砲架に搭載されたガトリング砲。

ダイナマイト砲。――一般人にとって最も印象的で、敵にとって最も士気をくじくのは、この現代の兵器である。ダイナマイト弾を砲から発射する最初の試みは、砲の中の敏感なダイナマイトが早期に爆発する恐れがあったため、圧縮空気を使用して行われた。爆発は敵よりも砲手自身にとってより悲惨な結果をもたらすからである。ザリンスキー・ダイナマイト砲はこの種のもので、最初に悪名を馳せたものである。無謀に見えるかもしれないが、ヤンキーの天才たちはダイナマイト弾を火薬で発射できると信じ込まされ、現在ではシムズ・ダドリー・ダイナマイト砲で実用的かつ安全な方法でそれが実現されている。これは、1889年7月23日にダドリーが取得した特許番号407,474、407,475、407,476に基づいて製造されており、これらの特許は、1つの銃身内の火薬を爆発させ、その前方の空気を圧縮してダイナマイト弾の後ろにある別の銃身に押し込むことで、比較的低温の空気を高温の火薬の間に挟み込む方法を規定している。[407] ガスとダイナマイト。図275はダドリーの特許図面です。CはバレルA内の火薬、HはバレルG内のダイナマイト弾です。バレルAの前部は、ダイナマイト弾の後ろでチューブFによってバレルGの後部に接続されています。火薬Cが爆発すると、バレルAとチューブF内の空気がすべて押し出され、ダイナマイト弾Hに作用して、高温の火薬ガスに接触することなく発射します。脆性プレートDはバレルAの端を閉じていますが、一定の圧力を超えると吹き出し、銃の破裂応力を回避します。1899年2月7日のシムズ特許第619,025号は、この原理に基づく銃のより単純で実用的な構造を扱っており、米国で使用されている銃はこの改良に従って製造されています。

ダドリーのダイナマイト銃
図275.—ダイナマイト銃、ダドリー特許、1889年7月23日。

小型武器。―一般人は小型武器をピストルと銃の2種類に分類するが、近年では、ピストルを銃と呼ぶ西部開拓者や、大砲を銃と呼ぶ砲兵によって、この分類は大きく混乱している。

ピストルとは、片手で持って発射する小型の銃器と定義できる。ピストルは古くから存在する武器だが、19世紀以前には特別な重要性や人気を得ることはなかった。長銃身、軽い引き金、象嵌細工の施された銃床を持つ決闘用ピストルと、短銃身で大口径のデリンジャーが主流だった。リボルバーが登場するまで、ピストルは重要性を増すことはなかった。リボルバーの発明者として広く知られているが、実際には非常に古い原理に基づいている。[408]1872年にダルムシュタットとライプツィヒで出版されたエドワード・ツェルニン著『古代ドイツの火縄銃』 には、1480年から1500年頃のものとされる古代型の火縄式リボルバーが描かれている。これはおそらく、同じく15世紀のものとされるロンドン塔博物館所蔵の火縄式リボルバーと同じものだろう。1718年のパクルの英国特許第418号には、三脚に載せられた、現代の機関銃と同程度の大きさの精巧なリボルバーが描かれ、説明されている。発明者は素朴にも、丸い弾丸用の丸い薬室はキリスト教徒向けに、四角い弾丸用の四角い薬室はトルコ人向けに設計されていると述べている。米国で最初の回転式銃は、1829年にノースカロライナ州ニューバーンのジョン・ギルによって作られました。これは14個の薬室を備えたパーカッション式銃でしたが、特許は取得されませんでした。米国で最初に特許を取得した回転式銃は、1833年6月29日にDGコルバーンによって取得されました。サミュエル・コルト大佐の回転式銃は、1836年2月25日に特許を取得し（1848年10月24日に再発行第124号）、さらに1839年8月29日に第1,304号、1850年9月3日に第7,613号、1850年9月10日に第7,629号として再発行されました。これはこの種の最初の実用的な発明であり、ハンマーの爪がシリンダーの端にあるラチェットにかみ合うことで、コッキング時にシリンダーが自動的に回転するという特徴を備えていました。

スミス＆ウェッソン製リボルバー
図276．スミス＆ウェッソン製リボルバーの薬莢発射。

その後、1836年4月13日にダーリングが特許を取得した旧式のペッパーボックス、1845年4月16日にアレンが特許番号3,998で取得した自動コッキング式ペッパーボックス、1849年12月18日にシャープが特許番号6,960で取得した4つのスライド式バレルなど、さまざまなタイプが登場しました。しかし、後継のタイプの中で最も人気があり成功したのは、図276に示すスミス＆ウェッソンのもので、多くの特許で保護されています。その中でも最も重要なものの1つは、[409] この銃の特徴は、シリンダー内をステムがスライドするエジェクターによって薬莢を同時に排出する点である。これはWC・ドッジの発明であり、1865年1月17日に特許番号45,912で取得され、1871年7月25日に再発行番号4,483で再発行された。図277には、自動薬莢排出装置とリバウンドロックを備えたスミス＆ウェッソン社の最新型ハンマーレスセーフティリボルバーが示されている。

もう一丁のスミス＆ウェッソン製リボルバー
図277.—スミス＆ウェッソン社製自動ハンマーレスリボルバー。

この種の武器の最新の開発は、ドイツ軍将校の使用用に設計され、10秒間に10発の弾丸を発射するように改良された自動マガジンピストルです。セルフコッキングリボルバーの場合のように、トリガーで他の部品を回転させる作業を行う必要がないため、トリガーにわずかな圧力をかけるだけで済みます。爆発のたびに発生するガス圧が、薬莢の反動によって薬室の閉鎖部品を押し戻し、薬莢を抽出して排出し、ハンマーを起こし、さらに武器の再装填と閉鎖を行う復元バネを圧縮するすべての作業を行い、これらの機能はすべて爆発のたびに数分の1秒で適切な順序で実行されます。したがって、発射行為によってピストルは自動的に次の発射の準備が整います。図278には、このタイプのピストルの2つのメーカーが示されています。No.1はモーゼルとして知られています（米国特許番号584,479、1897年6月15日）。図2は、肩に担いで射撃するカービン銃として使用するための、即席のストックを取り付けた状態を示しています。このストックは中空になっており、ピストルのホルスターまたはケースとして機能します。図3は、同じタイプの別の形態であるマンリッヒャーピストル（米国特許番号581,296、1897年4月27日）を示しています。モーゼルでは、反動時に薬室が後方に移動します。マンリッヒャーでは、銃身が前方に移動し、下部のマガジンから新しい弾薬が出てくるためのスペースが確保されます。[410] このピストルの口径は0.3インチ、初速は1,395フィートです。33フィートの距離で弾丸は10 3/4インチのトウヒ材を貫通し、490フィートの距離で5インチを貫通します。最大射程は3,000フィート、つまり半マイル以上です。弾切れになった場合は、10発入りのカートリッジをケースにセットして、ワンアクションで装填できます。

自動拳銃
図278．自動拳銃。

[411]

後装式銃。—後装の原理は19世紀以前からよく知られていましたが、この時代にようやく実用化されました。後装式銃の最初の米国特許は、1811年5月21日にソーントンとホールによって取得されました。これはフリントロック式で、1814年にハーパーズフェリー兵器廠で多数製造され、兵士に支給されました。また、議会の命令により、各議員に1丁ずつ支給され、選挙区の有権者に見せるために持ち帰ることができました。現在のタイプの分解式銃は、フランスのポーリーによって発明され、1814年の英国特許第3,833号に記載されています。しかし、パリのルフォーショーがこの形式の銃を実用化しました。マイネジンガーは、1849年2月27日付の米国特許第6,139号において、金属製薬莢の先端部を他の部分よりも薄くすることで、爆発する装薬の圧力によって膨張し、銃身にぴったりと収まるようにするという重要な改良を加えた。1851年5月27日に特許第8,126号で初めて特許を取得したメイナード・ライフルは、後装式銃の最も初期の実用的な形態の一つであった。

マガジン銃。—ウォルター・ハントの米国特許第6,663号（1849年8月21日）は、現代的なタイプのマガジン銃の最初の特許でした。これは、メインスプリングと撃針を保持するスライド式ブリーチブロックを備えていました。スペンサーライフルは、初期に使用されたものの1つです。これは、銃床にカートリッジが一列に並んでおり、1860年3月6日に特許第27,393号で初めて特許を取得しました。南北戦争で、後装式マガジン銃の致命的な有効性と、旧式の軍用銃に対する優位性を証明したのはこの武器でした。過去半世紀で大きな名声と人気を得たもう1つのタイプのマガジン銃は、いわゆる「ウィンチェスター」です。これは、カートリッジが銃身の下と平行なチューブに配置されており、薬室で消費されるのと同じ速さで、らせん状のスプリングによって列状に後方へ供給されます。このタイプの先駆けは、スミス＆ウェッソン社が1854年2月14日に特許番号10,535を取得し、1873年12月30日に再発行番号5,710を取得した銃である。その後、BFヘンリーが1860年10月16日に特許番号30,446を取得し、1868年12月7日に再発行番号3,227を取得したことで、エキストラクターが改良され、ヘンリーライフルとして長年にわたり製造され、高く評価された。このライフルは南北戦争でも使用された。その後、OFウィンチェスターが1866年9月4日に特許番号57,808でこれを再設計し、近年ではこの銃は彼の名を冠するようになった。

プロイセン製のニードルガンは、後装式銃の初期形態であり、現代のボルトガンの原型とみなすことができる。ニードルガンは、振り子式ハンマーの代わりに直線状にスライドするボルトを備えており、その前方に針が付いていて、これが装薬を貫通し、雷管に点火する。[412] 摩擦によって。その構造により、雷酸塩を火薬の前に配置することができ、雷酸塩は前方から燃焼し、後方から点火した場合のように部分的に銃から吹き飛ばされることなく、銃内で完全に消費される。ニードル銃は1838年にドライゼによって発明され、1846年頃に初めて導入され、1866年のプロイセン・オーストリア戦争で効果的に使用された。 1867年に発表されたシャスポー銃（米国特許番号60,832）は、プロイセンのニードル銃をフランスで発展させたものである。

1879 年頃、このクラスのその後のほとんどすべての銃の原型となった 2 種類のマガジン銃が登場しました。どちらも、以前のニードル銃に採用されていたボルトシステムを採用していましたが、マガジン方式を追加し、カートリッジの供給と給弾方法を変更しました。1 つはジェームズ・リーの発明で、もう 1 つは米国陸軍工兵隊のリバモア大佐と米国兵器局のラッセル少佐の共同発明でした。近年その名が頻繁に見られるリーの銃には、5 発のカートリッジを収納できる比較的小型の着脱式ボックス (図 279参照) があり、カートリッジを充填してから、レシーバーの下、トリガーガードの真前にある銃の中央下部のスロット開口部に配置するように設計されていました。マガジン内のバネがカートリッジを銃身と一直線になるように送り上げました。リーの最初の特許は、1879 年 11 月 4 日の第 221,328 号でした。

リーのマガジンライフル
図279．リーのマガジンライフル、1879年11月4日特許取得。

1879年10月28日に特許番号221,079で取得されたリバモア・ラッセル銃は、ボルトの後ろのストックの上端に横方向にマガジン開口部があり、カートリッジはボルトの下から銃身に供給された。しかし、この銃の重要な特徴は、側面にスロットがあり、銃から取り外し可能なカートリッジケースで、各ケースには5発のカートリッジが収められており、これらを小パックにして兵士のベルトやカートリッジボックスに入れて持ち運ぶことになっていた。このアイデアはその後、リバモアとラッセルによって1880年8月3日の特許番号230,823で発展し、モーゼル銃やマンリッヒャー銃の「クリップ」が後に獲得した重要性を考慮すると、この特徴はボルトアクション銃用のカートリッジをパックにまとめるというアイデアの先駆けとみなすことができる。その大きな利点は、発射弾数が多いことである。[413] 銃自体に過度の重量をかけずに、短時間で発射できる弾丸。

その後、リーは改良に関する特許を以下のように取得した。1894年1月30日発行の特許番号513,647、および1895年10月8日発行の特許番号547,583。アメリカ海軍で使用されている砲は、リーの発明に基づいて設計されている。

クラーグ＝ヨルゲンソン式弾倉ライフル
イチジク。 280.—クラグ・ヨルゲンセン マガジンライフル。

クラーグ・ヨルゲンセン式弾倉ライフルは、1890年6月10日に特許番号429,811、1893年2月21日に特許番号492,212を取得しました。これはアメリカ合衆国歩兵部隊に採用された銃であり、図280に示されています。断面図に示されている固定式弾倉室は、銃身の下側で尾栓を横方向に貫通しており、銃の片側から弾薬が装填されます。弾薬は尾栓を横方向に通過し、カーブを描いて反対側から銃身に入ります。ノブハンドルでボルトを後退させると、弾薬が銃身に入る位置まで送り込まれ、前方に押し出されると弾薬が銃身内に押し込まれます。同時に、螺旋ばねに張力がかかり、銃のハンマーがセットされます。ハンマーの前端には撃針が付いています。引き金を引くと、ハンマーと撃針が前方に突き出て薬莢内の雷管を爆発させ、ボルトのハンドルを再び引いて空薬莢を取り出すと、新しい薬莢がその場所に収まるように上昇する。

図281にモーゼルライフルを示す。これは、最近のスペインとの戦争でよく話題になった銃であり、我々の兵士が対峙しなければならなかった銃である。5発の弾薬は、引き金のすぐ前にある弾倉に装填され、つまみ付きのハンドルが付いたボルトを前後に動かすと、下にあるバネによって1発ずつ、薬室の中央を通って銃身と一直線になるように送り込まれる。兵士は、弾薬を5発ずつ「クリップ」と呼ばれる金属製の帯にまとめて携行する。クリップとは、内側に折り返された平行な縁を持つ単純な金属片で、クリップに対して直角に突き出た弾薬のフランジ付きヘッドを包み込むようになっている。[414] 弾薬をマガジンに移すには、弾薬が入ったクリップを銃身の上に配置し、クリップから弾薬を押し出してマガジンに送り込む。ドイツ軍が採用したマンリッヒャー銃では、弾薬を保持するクリップ自体が弾薬と一緒にマガジンに挿入される。

クリップ付きモーゼルライフル
図281．モーゼルライフルと弾倉。

現代の銃器開発の傾向は口径の縮小であり、小火器の標準は30 ⁄ 100である。鉛弾はより硬い金属の継ぎ目のないジャケットで覆われており (ガイガーの特許、第 306,738 号および第 306,739 号、1884 年 10 月 21 日)、銃の「鉛付着」や汚れ、弾丸の変形を防ぐ。現代の弾倉銃は、単発装填式で毎分 25 ～ 30 発の発射が可能で、さらに 5 発の予備弾薬を装填できる。有効射程は 1 マイルで、弾薬のコストは 3.2 セントである。数年前のワシントン海軍工廠での試験では、長さ 1.07 インチ、口径32 ⁄ 100の鋼鉄弾が、80 度の角度で発射され、厚さ 1.15 インチの鉄板を貫通した。また、50インチ（約127センチ）の松板を貫通し、射程距離は3マイル（約4.8キロメートル）と推定された。

より環境に優しいハンマーレス銃
図282.—グリーナー式ハンマーレス砲。

ハンマーレス銃― ショットガンの改良点の中でも、いわゆる「ハンマーレス」機能は注目すべき特徴である。これは、ハンマーを薬室に隠し、銃を分解する動作によってハンマーをコッキングする。 図282は、1880年7月6日に特許番号229,604で特許を取得したグリーナー機構の断面図と平面図であり、この種の銃として最初に市場に出回ったものの1つである。ハンマーAは肘レバーとして構成されている。それぞれの上端には、薬室の小さな穴を通して薬莢のキャップを叩くための丸い先端部がある。ハンマーの下部前部は前方に伸び、互いに内側に湾曲しているため、内側の端がほぼ接している。Cは銃身に取り付けられた吊り下げフックであり、点線で示されているように銃身を傾けると、ハンマーの前方に突き出たアームに作用するフックがハンマーを後方に回転させ、コッキング位置に戻す。[415] ハンマーは、ドッグBがノッチに噛み合うことで保持されます。ハンマーが後退するとメインスプリングが圧縮され、トリガーを引いてドッグBがノッチから外れると、ハンマーが解放されて銃が発射されます。

現在ショットガンに広く採用されているリバウンドロックは、比較的最近の改良点の一つです。これは、ハンマーが撃針から通常かつ自動的に離れた位置に保持されるようにすることで安全性を高めます。このロックの最初の実用的な形態は、1870年7月26日にヘイラーによって特許番号105,799で取得されました。このロックでは、1つのバネがハンマーの打撃を与えると同時に、ハンマーを撃針から引き離す役割を果たします。近年のショットガンの顕著な傾向は、口径の縮小であり、多くのスポーツマンは、従来の規制である12ゲージよりも28ゲージを好んで使用しています。

米国では銃器に関する特許が約5,000件、発射体に関する特許が約2,400件付与されている。後者の中で最も重要なのは魚雷であり、その中でもホワイトヘッド式魚雷（フィッシュ魚雷とも呼ばれる）は、自力で推進する方式で、最もよく知られ、最も広く使用されている。これは1866年にハンガリーの港町フィウメでホワイトヘッドによって初めて発表された。重量1,800ポンド、湿った綿火薬625ポンドを搭載したガートマン航空魚雷は、全長44フィート、口径18インチの砲から発射されるように設計されており、射程は10マイルとされている。議会の特別予算の下で試験が実施される予定であり、その主張が立証されれば、史上最も破壊的な兵器となる可能性がある。

爆発物。—火薬の発明は中国人に帰せられ、[416] そして、その起源が古代に埋もれるほどはるか昔に遡る。モーセの時代から知られていたと考えられており、紀元前1500年から2000年の古代インドのジェントゥー法典にもこれによく似たものが言及されている。長年、ロジャー・ベーコンが1249年に発明したと考えられていたが、現在では彼がその発展の一因であったに過ぎないことが分かっている。おそらく、中国の平原の硝石が先史時代の火の燃えさしと偶然接触し、酸素を与える硝石が木炭に初めて強力な燃焼手段を与えたことが、観察力のある人間にとっての起源となったのだろう。

火薬は、硝石（硝酸カリウム）約75部、木炭約15部、硫黄約10部からなり、その割合は用途によって多少異なります。通常の燃焼では、空気が必要な酸素を供給します。火薬では、硝石が組成中に大量の酸素を閉じ込めているため、空気の存在は必要ありません。この酸素が炭素と硫黄に燃焼、ガス化、そして巨大な膨張の手段を提供します。元々、火薬は花火に使われるような粉末状で、推進力はほとんどありませんでした。火薬を粒状（「コーン状」）にしたのは、1320年頃のドイツの修道士ベルトルト・シュヴァルツであるとされています。この粒状化によって燃焼速度が速くなり、有効力が大幅に向上し、火器に新たな推進力がもたらされました。

19世紀初頭には、火薬の組成や製造方法にほとんど改良は見られなかった。しかし、古いフリントロック式火打ち石の代わりに、打撃によって装薬を爆発させる雷管が導入されたことは、注目すべき進歩であった。スコットランドの聖職者アレクサンダー・ジョン・フォーサイスは、1807年の英国特許第3,032号に記載されているように、打撃または起爆剤を初めて応用した人物である。このような化合物を小さな銅製の雷管に具現化したのは1818年頃で、様々な企業が特許を主張している。マントンの1818年の英国特許第4,285号は、雷酸塩を充填した細い銅管をハンマーで横から叩いて爆発させる方法を記述している。ジョシュア・ショーは1822年6月19日にパーカッション銃の米国特許を取得し、銅製のパーカッションキャップは1842年に彼によって米国に導入されたと言われている。真鍮と銅の薬莢に火薬と弾丸を詰める方法は、1826年にはすでにフランスでガレー・カザラによって実現されていた。引き抜き式の金属薬莢は、1853年にフロベールとルフォーシューによって、1854年にパーマーによって作られた。センターファイア式の引き抜き銅製カートリッジは米国に導入され、1854年8月8日にスミス＆ウェッソンによって特許番号11,496で、ソリッドヘッドの薬莢は1869年8月31日にホットキスによって特許番号94,210で特許取得された。

[417]

潜水艦機雷
図283．潜水艦機雷。装薬量：ダイナマイト250ポンド。

1846年、シェーンバインによる綿火薬の発見、そして1847年のソブレロによるニトログリセリンの発見は、爆薬分野における新たな画期的な進歩であった。前者は、硫酸の助けを借りて硝酸を通常の綿に反応させることで作られ、綿の物理的性質はほとんど変化しないものの、驚異的な爆発エネルギーを与える。ニトログリセリンは、グリセリンを硝酸と硫酸で処理することで、やや似た方法で作られる。当初は頭痛のホメオパシー薬として以外に実用的な用途はなかったが、1864年頃、ノーベルが爆薬としての製造を開始し、それ以来、大規模な爆破作業のほとんどすべてがニトログリセリンによって行われるようになった。最もよく知られている形態はダイナマイト、または巨大粉末で、ノーベルの特許番号78,317、1868年5月26日取得。これは、ニトログリセリンを、例えば珪藻土などの不活性な粒状固体に吸収させたもので、取り扱いがより安全で、使用もより便利になっている。これらの爆薬の恐るべき威力を示唆する応用例として、機雷が挙げられる。1898年2月15日、ハバナ港で、乗組員250名とともに戦艦「メイン号」が、これらの機関の一つによって瞬時に卑劣にも破壊された事件は、その恐ろしさを如実に物語っている。図283は、ダイナマイト250ポンドを搭載した機雷の一つを示しており、図284は爆発の瞬間を捉えた写真である。

海底機雷爆発
図284．―地雷の爆発。水柱の底部の幅は100フィート、高さは246フィート。

白火薬、または木火薬は、プロイセン軍のシュルツ大尉によって発明されました。これは、粒状の木材を硝酸と硫酸の混合物で処理することによって作られます。この混合物は木材のセルロースに作用し、綿火薬のような爆発性物質に変化させます。その後、粒状の木材は硝石で飽和されます。これは、1863年6月2日に米国で特許番号38,789、1864年に英国で特許番号900として取得されました。ディットマーの火薬も、これとほぼ同じ原理の火薬です。[418]
[419] この性質は、1870年1月18日付米国特許第98,854号、1870年1月25日付米国特許第99,069号、および1873年12月9日付米国特許第145,403号によって保護されている。

近年開発された高性能爆薬としては、以下のようなものが挙げられます。

トナイト（綿火薬と硝酸バリウム）、1874年の英国特許第3612号、および1876年の特許第2742号。
ラック・ア・ロック（塩素酸カリウムとニトロベンゼン）、米国特許第243,432号、1881年6月28日；英国特許第5,584号、1881年。
ベライト（硝酸アンモニウムとニトロベンゼン）、米国特許第455,217号、1891年6月30日；英国特許第13,690号、1885年。
メリナイト（ピクリン酸と綿火薬）、1885年英国特許第15,089号。
リッダイトは特許を取得していないが、実質的にはメリナイトと同じであると考えられており、有効成分としてピクリン酸を含んでいる。ピクリン酸は、硝酸と石炭酸の反応によって生成される化合物である。
コルダイト（ニトログリセリン、綿火薬、鉱物ゼリーまたは油）、英国特許第5,614号、1889年；米国特許第409,549号、1889年8月20日。
インデュライト（綿火薬とニトロベンゼンを硬化させたもの）、米国特許第489,684号、1893年1月10日；英国特許第580号、1893年。
近年、無煙火薬は他の火薬をほぼ完全に凌駕している。無煙火薬は通常、ニトロセルロース（綿火薬）またはニトログリセリン、あるいはその両方を含み、粘性のある可塑性、凝集性、均質な化合物に加工され、小さな穴が開いた金型を通して圧力をかけて押し出すことで角状の棒やロッド状に成形される。この金型を通して可塑性材料はマカロニのような紐状に絞り出されるか、あるいは立方体状の錠剤、ペレット、または粒状に成形される。この技術に貢献した著名人としては、ターピン、アベルとデュワー、ノーベル、マキシム、マンロー、デュポン、ベルナドゥーなどが挙げられる。

19世紀の近年、この分野の発明は目覚ましい発展を遂げた。米国では600件以上の爆薬特許が取得されており、その大部分はニトロ化合物に関するもので、これらは多かれ少なかれ綿火薬やニトログリセリンの性質を併せ持っている。これらの爆薬がもたらした影響は計り知れない。原子間の相互作用に秘められた力は、いかに繊細であっても、大砲の轟音の原動力となり、堅固な岩盤を貫く巨大なトンネルの掘削を可能にし、山の堅固な地中から石炭や鉱石を掘り出し、採石場で眠っていた建築用石材を運び出し、海への水路や陸上の運河を開通させ、戦時においても平時においても、文明の偉大な推進力の一つとなってきた。

[420]

第31章
繊維製品。
紡績と織物：古代の芸術—ハーグリーブスのジェニー紡績機—アークライトのロールドローイング紡績機—クロンプトンのミュール紡績機—綿繰り機—リング紡績—ラベス紡錘—ジョン・ケイの飛び杼とロバート・ケイのドロップボックス—カートライトの動力織機—ジャカード織機—クロンプトンのファンシー織機—ビゲローのカーペット織機—ライアルのポジティブモーション織機—編み機—布プレス機—人造絹糸—マーセライズド布。

はるか昔、太古の暗闇の中で、人間はおそらく自然が与えてくれた毛皮だけを身にまとっていた。野蛮な時代から抜け出すにつれ、慎み深さという感情が人間の精神の進化を特徴づけ、寒さや暑さからより十分に身を守る必要性と相まって、人工的な衣服が身体を覆う必要性を生み出した。最初は動物の毛皮を剥ぎ取り、それを身にまとった。その後、紡績と織物を学び、食料と飲み物に加えて衣服は基本的な必需品となった。衣服がなければ、熱帯地方という限られた地域以外では生活できなかったからである。食料と飲み物は自然からの贈り物として得られたが、衣服は作らなければならず、その製造は恐らく現存するあらゆる技術の中で最も古いものであった。布の製造は歴史と同時期に始まったと言えるだろう。聖書の旧約聖書には紡績や織物に関する記述が数多く見られ、古代エジプトのミイラに巻かれていた布は、数千年前のものにもかかわらず、非常に規則正しく、精巧なものであった。

これほど古くからある技術であり、その製品に対する需要が非常に大きく、かつ継続的であった以上、必然的に多くの発展と進歩がもたらされたに違いない。19世紀が始まった頃には、世界はすでにハーグリーブスのジェニー紡績機、アークライトのロール引き抜き紡績機、ミュール紡績機、綿繰り機、そして動力織機の成果を享受していた。これらはすべて極めて革新的な発明であり、おそらくその後に続くどの発明にも劣らない重要性を持っていたと言えるだろう。

ジェニー紡績機の発明以前は、ばらばらの繊維は昔ながらの紡績機で手作業で糸や撚糸に紡がれていた。[421] 糸を紡ぐのに一人の人の注意を必要とする。1763年、ハーグリーブスは紡績機（図285参照）を発明した。この機では多数のスピンドルが使用され、一人の人が同時に多くの糸を作ることができた。この目的のために、スピンドルはフレームの端に垂直に設置され、撚りのない繊維のロービングまたはストリップは傾斜したフレーム上のボビンに巻かれていた。ロービングはこれらのボビンから、作業者の左手に持った往復運動する「留め金」まで伸び、そこからフレームの端にあるスピンドルまで伸びていた。作業者は留め金を前後に動かしてロービングを引き出し、同時に右手でクランクを回してスピンドルを回転させた。ハーグリーブスの機械は、1770年の英国特許第962号に図示され、説明されている。

スピニングジェニー
図285.—ハーグリーブスの紡績機。

紡績における次の重要なステップは、紡績ロールの導入でした。これは、紡績された粗糸を糸に引き伸ばすために、異なる速度で回転する一連のロールです。これは主に、ハーグリーブスと同時代のアークライトによるものでした。紡績ロールの原理は、ルイ・ポールの1738年の英国特許第562号と1758年の特許第724号で予見されていましたが、アークライトは[422] アークライトは、この技術を実用的に応用した最初の機械を、1769年の英国特許第931号と1775年の第1111号で取得した。アークライトの紡績機は図286に示されており、図の上部に引き抜きロールが示されている。

ロール引き抜き紡績機
図286．アークライトのロール引き抜き紡績機。

これらの重要な発明に続いて、ミュール紡績機が登場しました。これは1774年から1779年の間にクロンプトンによって発明されましたが、特許は取得されませんでした。これはハーグリーブスとアークライトの主要な特徴を組み合わせたものでした。スピンドルは車輪付きの台車に取り付けられ、固定フレームのベアリングに取り付けられた引き伸ばしロールからかなりの距離を往復しました。台車の長い往復移動と、糸の同時撚りと引き伸ばしにより、非常に細く均一な糸が作られました。台車の長い往復移動の利点は、簡単に次のように説明できます。引き伸ばしロールから出てくる糸やスライバーは、完全に均一なサイズではなく、太い部分は細い部分ほど強く撚られていません。台車の後退によってこれらの太い部分が均一なサイズに引き伸ばされることが、この機械の動作の際立った特徴です。糸は、より細い撚りの強い部分の方が、より太い撚りのない部分よりも引張強度が高いため、伸張作用は糸のより太い撚りのない部分に集中し、その結果、伸長によって均一なサイズになることがわかります。糸の引き抜きと撚りは、キャリッジが外側に動くときに行われ、キャリッジが内側に動くときに、これらの撚られた長さがスピンドルに巻き付けられます。ミュールの往復運動を自動または自己作動させる方法は、イギリスのリチャード・ロバーツの発明です。[423] そして、この技術は1825年の英国特許第5,138号および1830年の特許第5,649号で彼によって特許取得された。図287に示すミュール紡績機は、この機械の優れた現代例である。

ミュール紡績機
図287．ミュール紡績機。

繊維技術における初期の発明の中で最も重要なもののひとつが綿繰り機です。これはマサチューセッツ州のイーライ・ホイットニーの発明で、1794年3月14日に特許を取得しました。綿繰り機が使用される以前は、綿の綿実の中に密集して蓄えられている豆のような種子から綿繊維を摘み取る作業はすべて手作業で行われており、時間がかかり面倒な作業で、1人の平均​​的な作業量は1日あたり約4ポンドでした。図288に示す綿繰り機は、この作業を機械で迅速かつ徹底的に効率的に行うための装置です。種子と混ざった綿はロールボックスJに供給され、そこで一種のリールFが綿を連続的に回転させます。ロールボックスの底部は平行なリブEの格子状になっており、その間に円形鋸Cの歯が突き出ている。この鋸Cは繊維をリブの間を通して引き込み、回転ブラシBに送り込む。回転ブラシBは鋸の歯から繊維を叩き落とし、綿毛を綿繰り機の背面から吹き出す。綿実、[424] 繊維と一緒にリブの間を通れないほど大きいものは、ロールボックスの底から落ちます。綿繰り機の助けを借りて、1 人の作業効率は 1 日 4 ポンドから 1 日あたり数千ポンドに向上し、綿繊維の栽培と製造は、妥当な価格で商品として使える状態にする方法を提供することで革命的に大きく刺激されました。綿の収穫量は 1791 年の 189,316 ポンドから 1859 年の 2,000,000,000 ポンドに増加したと言われています。100 年以上前にホイットニーによって発明された綿繰り機は、原理的には実質的に変更されずに今でも使用されていますが、その効率は 1 日あたり 70 ポンドから数千ポンドに向上しました。この速度で現代の綿繰り機によって処理された 1899 年の米国の綿の収穫量は、1 俵あたり約 500 ポンドの 11,274,840 俵、つまり 50 万ポンド以上でした。しかし、綿繰り機がなければ、この重要な原料はごく限られた用途しか持たず、世界有数の産業の一つは事実上存在しなかっただろう。

綿繰り機
図288．綿繰り機

[425]

紡錘
図289．
現代の
紡績用
スピンドル。

紡績における近代的な重要な進歩の一つは、リング精紡機の登場である。リング精紡は、ロードアイランド州のジョン・ソープによって発明され、彼は1828年11月20日に同じ発明で2つの特許を取得した。リング精紡機の主な特徴は、従来用いられていたフライヤーの代わりに、スピンドルを囲むリングの上端に沿って動く軽量の鋼鉄製のフープ（トラベラー）を使用している点である。糸はスピンドルに巻き取られる際に、このフープを通過する。現代では、リング精紡は特に綿製品の製造において、かなりの割合を占めるようになった。

紡績の分野では、米国特許が3,000件近く取得されており、近年、紡績機械の構造の詳細において多くの貴重な改良がなされてきました。おそらく最も重要なのは、スピンドル構造に関する改良であり、これにより紡績機の速度と効率が大幅に向上しました。1878年以前は、平均的なスピンドルの回転速度は毎分5,000回転に制限されていました。1878年に改良が行われ、その動作速度は2倍になり、毎分20,000回転まで可能になりました。この成果は、弾性ボルスターを作ることによって達成されました。ボルスターは、スピンドルが回転する直立したスリーブベアリングであり、スピンドルを駆動するバンドの張力に耐えるものです。このボルスターまたはスリーブベアリングを、周囲に弾性パッキンを挟んで横方向に変形させることにより、回転の自由度と速度が大幅に向上しました。この方向への第一歩は、1878年7月9日にバーケンヘッドが取得した特許第205,718号で踏み出された。同年、このアイデアはラベスによって完成された。ボルスターは、ボルスターよりもわずかに直径の大きいボルスターケースに緩く配置され、スピンドルの底部は上部と同様に自由に横方向に動くことができた。これは、1880年5月4日にラベスが取得した特許第227,129号に示されている。このような完全な自由な動きにより、スピンドルは高速回転時に自身の回転中心を見つけることができ、無限に高速回転が可能となり、効率は4倍になった。ドレーパー・スピンドルは、最も近代的で代表的な紡績スピンドルの1つとして図289に示されている。現代のスピンドルの高速回転と、1人の職人が1000個以上のスピンドルを管理しているという事実を考慮すると、この技術の進歩は目覚ましいものとなる。 1805年には、アメリカ合衆国で稼働していた綿紡錘はわずか4,500基だった。1899年には、その数は1,810万基にまで増加した。

織物。—織物は縦方向に走る糸で構成され、[426] 経糸は「縦糸」と呼ばれ、横方向に走る糸は「横糸」、「緯糸」、または「緯糸」と呼ばれ、後者は縦糸によって挟み込まれたり、固定されたりします。単純な織機では、縦糸は 2 つのグループに分けられ、一方のグループの糸が他方のグループの糸と交互に配置され、これらのグループを分離して、その間に「開口部」と呼ばれるくさび形の空間を形成する手段が設けられています。この開口部を通して、横糸または緯糸を運ぶシャトルが縦糸に対して横方向に送られます。緯糸を固定し、次の緯糸を受け入れる位置に縦糸を配置するために、2 つの縦糸グループの傾きと位置を互いに対して変更する手段が設けられています。この目的のために、通常は水平方向の縦糸はそれぞれループに通され、交互のループが「綜絖」と呼ばれるフレームに取り付けられます。中間のループと糸は別のフレームまたは「ヘドル」に取り付けられ、2 つのヘドルを一方を上げて他方を下げることで、経糸が分離され、開口部が形成されます。以前は、シャトルは手で開口部に投げ込まれていました。1733 年、イギリスのジョン ケイは、シャトルをハンマーのような打撃で叩き、バットからボールを​​打つように経糸を横切って飛ばし、反対側で同様の棒で叩いて同じように戻すフライング シャトルとピック スティックに関する英国特許第 542 号を取得しました。これは、手で投げるよりもはるかに速い動作を実現し、1 人の織り手が 2 人または 3 人の仕事をこなせるようになりました。1760 年、ロバート ケイはドロップ ボックスを発明し、異なる色の糸を運ぶ異なるシャトルを使用しました。

しかし、力織機は織物技術における最初の大きな発展を象徴するものでした。アークライトの機械によって紡績される綿の量が飛躍的に増加したことで、それを布に織るための設備の増強が求められるようになりました。イギリスのカートライト博士はこの需要を予見し、動力織機でそれに応えました。動力織機では、複雑な作業すべてが動力駆動の機械によって行われました。彼の発明が広く普及したのは19世紀初頭頃になってからです。当時、経糸は毛羽立ちやすい性質のため、糊付けする必要があり、そのためには織機を時々停止させ、経糸の糊付けを行う人員が必要でした。しかし、この問題は1803年頃、ジョンソンとラドクリフによって克服されました。彼らは、糸をローラーに通し、織機に入れる前に薄いペースト層でコーティングすることで、糸の糊付けと仕上げを行いました。カートライト博士は、1785 年の第 1,470 号、1786 年の第 1,565 号、1787 年の第 1,616 号、および 1786 年の第 1,676 号の英国特許を取得しました。[427] 1788年、彼は特許に基づいて独占権を維持することができなかったため、議会から1万ポンドの助成金で補償された。

ジャカード織機
図290．現代のジャカード織機。

ジャカード織機。—織物技術におけるこの最も注目すべき進歩は、19世紀初頭に達成されました。これにより、最高級から最粗いものまで、あらゆる種類の生地を安価に織ることが可能になりました。[428] 模様や装飾的なデザインのあるパターン。リヨン出身のジャカールは、18世紀末にこの偉大な発明の構想を練り、1801年12月28日にフランス特許第245号を取得しました。彼の発明は、実際には新しい織機ではなく、あらゆる織機に普遍的に適用できる織機へのアタッチメントでした。彼の発明以前は、布の模様を作るには、時間と労力を要する工程が必要でした。ジャカールの発明は、経糸を一定のグループで操作するのではなく、経糸の動きを個別に、かつ区別して操作することにあります。経糸の動きを個別に操作することで、パターンの形状を形成するために必要な時間に応じて、任意の経糸を自動的に保持したり、緩めたりすることが可能になりました。これは、スラットベルトのような関節式カードのチェーンを作り、これらのカードにさまざまな配置の穴を開けることによって実現されました。カードは、一連の針に順次断続的に供給され、針は上下に動くことで、それに取り付けられた経糸を上げ下げします。これらのカードに異なる穴を開け、カードを針の前に持ってきたときに特定の針だけが穴を通り、他の針は穴を塞ぐように配置することで、各カードが異なる針の動作を制御し、一連のカードの順序によって、布地に模様を形成するために必要な針の変更と経糸の動きが実現されることがわかります。

図290には、現代的なジャカード織機が示されており、その端には穴の開いたカードのチェーンが見える。ジャカードは1801年のフランス博覧会で銅メダルを受賞し、レジオンドヌール勲章を授与された。また、国民の感謝の念は、6,000フランの年金と、1840年にリヨンに建立された彼の記念像によって証明された。

ジャカード織機のその後の改良と発展により、その性能は極めて精緻で洗練されたものとなった。模様カードの連鎖においては、1ヤードの錦織を織るのに、2万5千枚もの個別に穴が開けられたカードやプレートが使用されることもあると言われている。絹織物の繊細な模様、錦織の豊かな模様、絨毯の華麗な図柄など、多種多様な精巧なデザインは、この芸術におけるジャカード織機の重要な貢献を証明している。

織物分野では、米国で約5,000件の特許が取得されている。20世紀初頭には、多くの注目すべき研究が行われた。ウィリアム・ホロックスは織機に蒸気を導入した（英国特許第2,699号、1803年）。1830年から1842年にかけては、ファンシー織機が開発された。[429] クロンプトンの織機、ドレーパーによるレース機へのジャカード機構の応用、ビゲローのカーペット織機などがある。1853年、ボネリは、穴あきカードの代わりに電磁石を用いて針を選択することで、ジャカード機構の改良を試みた（1853年の英国特許第1,892号）。

より最近の発展としては、ライアルのポジティブモーション織機が挙げられる。これは1872年12月10日に特許番号133,868で取得され、1880年1月20日に再発行番号9,049で再発行された。この織機の特徴は、シャトルが2組の経糸の間のくさび形の空間（開口部）を投射物として投げられたり推進されたりするのではなく、シャトルキャリッジに取り付けられたエンドレスベルトによって、シャトルがまず一方向に、次に反対方向に回転することで、その空間を前後に確実に引きずられる点にある。

クロンプトン ファンシールーム
図291．クロンプトン社製ファンシー織機。

ポジティブモーション織機がフライングシャトル織機に取って代わったと理解してはならない。後者は依然として主流のタイプであり、図291に示すクロンプトン社製ファンシー織機はその代表的な例である。

近年の織物技術の傾向は、省力化装置の開発、あらゆる種類の織物製品の消費者価格の引き下げ、そして織機を新たな素材の織物にまで拡張することへと向かっている。これらの中でも特に注目すべきは、1881年から1895年の間に発明された平織り織機であり、ノースロップ（特許番号454,810、1891年6月23日）、529,943（1894年11月27日）、およびドレーパー（特許番号536,948、1895年4月2日）の特許に示されている。この織機は、従来通り1つのシャトルを使用するが、緯糸がなくなると別のシャトルが作動する。[430] ボビンは機械の動作を停止することなくシャトルに自動的に供給されます。1895 年、斜めの糸を持つオープンメッシュの籐織物を織るための最初の織機が発明されました。これに関して、モリス (特許番号 549,930) とクロンプトン (特許番号 550,068) が 1895 年 11 月 19 日に取得されました。この時まで、この織物を生産するには 2 つの異なる機械が必要であり、作業は遅く、費用がかかりました。1893 年と 1895 年の間に 2 台の機械が発明され、どちらの機械でも有名なトルコ絨毯を織ることができます。ヤングジョンズ (特許番号 510,755) が 1893 年 12 月 12 日に、ラインハルト・フォン・ザイドリッツ (特許番号 533,330) が 1895 年 1 月 29 日にこれを開示しています。経糸を綜絖の穴に通し、織機の筬に通す作業は高度な技術を要し、1880年以前は多大な費用をかけて手作業で行われていました。しかし、1882年にこの作業を行う機械が発明され、従来の手作業による方法が不要となり、作業コストが削減されました。この機械は、シャーマンとインガソールに1882年3月14日付で特許第255,038号、インガソールに1891年10月20日付で特許第461,613号が付与されました。

今日では、シャトルは毎分180～250回の速度で飛行するが、その複雑な機械機構は、人間の腕力、記憶力、そして目の正確さをはるかに凌駕するエネルギー、均一性、正確さ、そして連続性をもって動作する。しかし、もし細い糸が切れたとしても、機構全体は瞬時に停止し、注意深く見守る主人の修復を辛抱強く待つのである。

編み機。—編み物は、織物、組紐、または三つ編みとは以下の点で異なります。織物では、縦方向の糸である経糸があり、それが別の緯糸または横糸に交差します。組紐や三つ編みでは、すべての糸が縦方向に走るように配置されているため、経糸とみなすことができます。また、別の横糸に直角に巻き付くのではなく、斜めに伸びて互いに織り合わされます。しかし、網編みや編み物では、1本の糸しかなく、網編みでは、一定の間隔でその糸を結び合わせて一定の大きさの網目を作りますが、編み物では、1本の糸を単にループ状にするだけで、一定の網目は作りません。編み物は、その生地の構造上、非常に高い伸縮性を持つという特徴があり、そのため、足用の靴下、手用の手袋、身体用の下着など、不規則な形状にぴったりとフィットする必要のあるあらゆる衣類に特に用いられています。

織物、組紐、網作りは非常に古い技術ですが、編み物の技術は比較的新しいものです。編み物はおよそ1950年代に始まったと考えられています。[431] 1500年、スコットランドにて。1589年、イングランドのウィリアム・リーが最初の編み機を発明したとされている。彼が恋焦がれ、気にかけていた女性が手編みに没頭しすぎて彼に十分な注意を払えなかったため、二人がもっと恋愛に時間を割けるように編み機を発明したと言われている。別の説では、彼はその女性と結婚し、彼女の疲れた指を編み針の作業から解放するために編み機を発明したという。また別の説では、編み機が彼の愛情の対象であり、恋人はおろそかにされ、彼が編み機でミトンを編む前に彼女が「彼にミトンを贈った」という。

自動編み機
図292.—ブランソン15/16自動編み機。

[432]

最も初期の丸編み機はブルネルによるもので、1816年の英国特許第3,993号に記載されています。1831年にベイリーが編み機に動力を加え、ラッチ針は1849年1月9日にヒバートによって米国で特許番号6,025を取得しました。この特許は1863年1月9日から7年間延長され、編み機の非常に重要で広く使用されている機能を網羅していました。しかし、調査によると、ラッチはヒバートによって広く新しいものではなく、1806年4月25日のジャンドーのフランス特許第1,900号に記載されていました。初期の編み機の中では、直線往復式が最も一般的で、ラム機はその代表的なものでした。しかし、丸編み機の速度と容量の向上により、他の編み機はほぼ完全に取って代わられました。円形編み機では、円筒の溝に沿って垂直に並んだ一連の針がスライドし、内側に針に作用するカムを備えた外部回転円筒によって順次上下されます。 図292に示すブランソン15/16自動編み機は、現代の好例です。これは、通常手動編み機で手作業で行うさまざまな動作の15/16を自動的に実行します。その主な特徴は、1885年12月29日付け特許第333,102号および1894年5月1日付け特許第519,170号でカバーされています。編み物およびネットの分野では、約2,000件の米国特許が付与されており、1890年の米国における靴下およびニット製品の価値は67,241,013ドルでした。

繊維技術の重要な分野の一つに、布地仕上げがあります。これは、織機から出てきた布地の粗い表面を柔らかく滑らかにする技術です。一つの方法は、多数の細い突起で繊維を引き出して、布地の毛羽立ちを出すことです。元々は、多数の細い鉤状の突起を持つ、乾燥した植物の棘であるアザミで布地を梳くことで行われていました。現在では、この目的のために、細い金属製のカード歯を備えた機械が広く使用されており、1886年7月6日に特許番号344,981を取得したオットの遊星式起毛機はその一例です。布地を仕上げるもう一つの方法は、アイロンをかけたりプレスしたりすることです。当初は、滑らかな板を布と交互に重ねて折り畳み、圧力を加える板プレスが用いられていましたが、後年には連続回転プレスが用いられるようになりました。ゲスナーのプレス機（特許番号206,718、1878年8月6日、再発行番号9,076、9,077、1880年2月17日）は、連続回転プレスの初期の例の一つです。ザクセンの古いゲスナープレスは、この分野の先駆者でした。現代のゲスナー布プレスは図293に示されています。

布プレス機
イチジク。 293.—最新の「ゲスナー」布プレス機。

繊維分野には、関連する技術や機械がたくさんあります。帽子のフェルト化や仕上げの機械、ダーニングマシン、キルティングマシンなどがあります。[433] 機械、刺繍機、染色および糊付けのための工程および装置、布地印刷機、ロープおよびコード製造機、絹の巻き取りおよび加工機、そして原材料の処理においては、綿摘み機、綿梱包プレス機、綿開繊機および洗浄機、亜麻破砕機および梳毛機、供給装置、羊毛梳毛および洗浄装置など、その種類と数は、数えきれないほど多岐にわたります。

織物においては、あらゆる種類の繊維が活用されてきた。亜麻、羊毛、絹、綿に加え、金属繊維、ガラス繊維、ココナッツ繊維、松葉繊維、苧麻繊維、木材パルプ、その他多くの植物、葉、草の繊維が用いられている。

人造絹糸は化学的に調製された組成物から作られ、その繊維は蚕の活動だけでなく、その製品の品質においても模倣したプロセスによって紡がれます。ヴァンドゥラ絹はゼラチン水溶液を細い毛細管に通すことで紡がれましたが、実用的な価値はほとんどありませんでした。はるかに重要な人造絹糸は[434] 1888年12月18日発行のド・シャルドネ特許第394,559号、1891年10月6日発行の第460,629号、1894年12月18日発行の第531,158号、およびその後のレーナーとタークの特許でカバーされている。これらはすべて、ピロキシリン（綿火薬の溶液）、コロジオン、または急速に蒸発して微細な糸を残す粘性溶液から糸またはフィラメントを紡いで人造絹を製造することに関するもので、絹の特性のほとんどを備え、蚕が粘液を絞り出して引き出すのと同じ方法で製造される。ド・シャルドネの人造絹は1889年のパリ万国博覧会で「グランプリ」を受賞し、産業は相当な規模に成長している。フランスのブザンソンでは大規模な工場が稼働しており、週7,000ポンドを生産している。さらに、工場の生産能力を1日2,000ポンドまで増強する予定だという。イギリスのコベントリー近郊のエイボンにも同様の工場があり、生産能力は同等である。また、ベルギーとドイツにも工場が設立される予定だ。

光沢綿またはダイヤモンドコットンとは、糸にワックス状およびデンプン状の物質の液状乳剤を塗布し、高速回転するブラシで糸を磨くことによって作られる、柔らかく絹のような質感を持つ光沢のある製品である。

マーセライズド生地。近年、雑貨店の棚に目新しい商品が登場しました。絹ではないものの、見た目が絹に非常に近く、ほとんど見分けがつかないほど美しい薄手の生地と光沢のある刺繍糸が、大きな人気を集め、大量に売れています。これらはマーセライズド製品として知られています。19世紀半ば頃、イギリスのジョン・マーサーは、綿製品を化学薬品（アルカリまたは酸）で処理すると、繊維に変化が生じ、縮んで太くなり、染料との親和性も高まることを発見しました。彼は1850年にこの発明で英国特許第13,296号を取得しましたが、この製法はその後ほとんど進展しませんでした。最近、トーマスとプレヴォストによる張力下でのマーセライズという重要な技術革新により、いくつかの新しい素晴らしい成果が得られました。 1898年5月15日発行の米国特許第600,826号および第600,827号は、この方法を開示している。布または糸は、化学処理されると同時に強力な張力にさらされ、化学薬品によって軟化され粘着性になった繊維が溶融ガラスの繊維のように引き伸ばされ、絹と同じ縞模様の質感と繊細な光沢を帯びる。これは、絹糸に絹のような光沢を与えるのは蚕から出る可塑性のある粘着性の糸の伸長であるため、実質的に同じ機械的作用によるものである。[435] このプロセスは、紡績ガラスや引き伸ばしタフィーに光沢を与える分子構造の調整という、よく知られた例で説明できる。

20世紀の光の下、過去の時代を振り返ると、紡績と織物の技術は、歴史のあらゆる局面において、途切れることなく存在し続けてきた証拠の糸として見いだされる。戦争や飢饉、洪水や大火災、国家の興亡、あらゆる変化の段階、そして幾世紀にもわたる変遷を経ても、それは決して失われた技術の領域に追いやられることなく、永続的な発明として存在し続けてきた。それは人類にとって極めて重要なものであり、人類の存続と福祉と不可分に結びついており、人類の存在というより大きな基盤を維持するために、これからもその役割を果たし続けるだろう。

[436]

第32章
製氷機。
一般原理—混合物の凍結—パーキンスの製氷機、1834年—ピクテの装置—カレのアンモニア吸収法—直接圧縮および缶システム—ホールデン製氷機—スケートリンク—ウィンドハウゼンの船舶冷却および換気装置。

製氷の原理を正しく理解している人はごくわずかです。ほとんどの人は、製氷に化学物質が使われていると漠然と聞いたことがあるだけで、中には化学物質の味がするから健康に良くないという理由で人工氷に反対する神経質な人もいます。想像力の力はそれほど強く、世間一般には誤解が蔓延しているのです。水にも氷にも化学物質が接触することはないので、物理学者にとってはこれほど誤った考えはなく、またこれほど面白いものもありません。製氷機の仕組みを正しく理解するには、熱と物質の関係、そして物質が様々な温度でどのような形態をとるかという物理法則の一つを正しく認識するだけで十分です。温度が上昇するだけで、水は固体の氷から液体の水、そして気体の蒸気へと変化し、逆に熱が奪われると蒸気は水に戻り、そして氷へと変化します。

手が濡れると冷たくなるのは当然のことです。その身近な例として、指を口で濡らして空中に持ち上げてみてください。すぐに明らかな温度低下が感じられるでしょう。さらに分かりやすい例としては、洗面器の水で手を濡らし、暖房器具の吹き出し口から出る熱く乾燥した空気に手を突っ込んでみてください。多くの人が想像するように手が温まるどころか、手が濡れている間は、明らかに冷たさが増すのを感じるはずです。これは、水が液体から気体に変化する際に急速に蒸発し、手から熱が奪われるためです。

蒸発は2つの方法で起こり得る。一般的な方法は、やかんの下など外部から熱を加えることで、この場合、蒸発した蒸気は火から吸収した熱によって熱くなる。もう1つの方法は、圧力を下げるか、部分的な真空を作り出すことである。[437] 液体は加熱せずに蒸発し、その場合、蒸気は冷たくなります。1755年にはすでにカレン博士がこれを観察し、このようにして生成された冷たさが氷を作るのに十分であることを発見しました。蒸発とは、液体の限られた体積から気体の体積が大幅に増加する現象です。たとえば、水が蒸気に変化すると、体積は約1,700倍になります。つまり、1立方インチの水は約1立方フィートの水蒸気になり、圧力の低下によって蒸発が起こると、増加した体積全体に熱が散逸し、それに伴って冷たさが発生します。しかし、物質が液体から気体へ、または固体から液体へ変化すると、大量の熱が吸収され、感覚の証拠によれば、単なる状態変化で消えるという特異な現象が現れます。これは潜熱と呼ばれます。このような場合、熱は感覚では感知できない別の形態の分子間力に変換され、温度上昇をもたらさないため、感覚から隠されてしまいます。例えば、212°Fの水1ポンドと34°Fの水1ポンド（どちらも同じ状態の物質）を混ぜると、平均温度123°Fの水2ポンドが得られます。しかし、212°Fの水1ポンドと32°Fの氷1ポンド（別の状態の物質）を混ぜると、予想されるような平均温度122°Fの水2ポンドではなく、51°Fの水2ポンドしか得られません。氷が水に変化するだけで、2ポンドの水を71°F上昇させるのに十分な熱が吸収され、目に見える温度上昇は生じないのです。この吸収された熱は潜熱と呼ばれ、人工的な凍結において重要な役割を果たします。固体から液体への変化における熱吸収の身近な例として、アイスクリーム冷凍庫の周りの塩と氷の混合物が挙げられます。これら2つの固体は、一緒にすると急速に液化し、熱を吸収します。この熱吸収によって、氷から単なる伝導で得られる冷たさよりもはるかに大きな冷たさが短時間で得られます。これは、液化による温度低下が、空気からの熱吸収によって補われるよりも速いためです。もしこれが真実でなければ、塩と氷の混合物でアイスクリームを凍らせることはできません。このような凍結混合物は数多く知られており、いくつかは市販されていますが、製氷に経済的に利用することはできないため、液体から気体への変化が起こる、より一般的な蒸発と膨張の原理の発展についてのみ考察する必要があります。最初に用いられた揮発性液体は水でしたが、他の液体ほど容易に蒸発しなかったため、すぐに揮発性の高い代替物質が発見されました。[438] これらはエーテル、アンモニア、液体炭酸、液体亜硫酸、二硫化炭素、キモゲンなどと呼ばれる。キモゲンは、ベンジンやガソリンよりも軽くて揮発性の高い石油製品である。これらの液体は高価であったため、反応物がすぐに拡散して失われてしまうので、これらの液体を大気中で蒸発させることは明らかに不可能であった。そのため、この貴重な揮発性液体を凝縮して保存し、再利用するための手段が考案された。揮発性液体を蒸発させて冷気を生成し、それを液体に再凝縮して無限の循環サイクルで再利用するという方法は、イギリスのパーキンス氏によって初めて実現されたようで、1834年の英国特許第6,662号は、現代の製氷機のほとんどの基本原理を簡潔かつ明確に示している。彼の装置は図294に示されている。タンクaには、凍結または冷却する水が満たされる。水中に浸された冷却室bには、エーテルなどの揮発性液体が内部に充填されている。吸引ポンプcのピストンが上昇すると、その下に部分的な真空状態が形成され、 b内の揮発性液体は圧力が解放されて蒸発・膨張する。[439] 蒸気は膨張して体積が大きくなり、パイプfを通って上向きに開く弁eから排出されます。この蒸気は膨張によって非常に冷たくなり、この冷たさがタンクa内の水に伝わり、水を凍らせます。しかし、より科学的に言えば、冷たい蒸気が水の熱量を吸収し、それを運び去ることで、水の温度を凝固点まで下げます。ポンプcのピストンが下降すると、弁eが閉じ、水から吸収された熱量を含んだ蒸気は、下向きに開く弁e′を通ってパイプgを通り、冷却コイルdに送られます。このコイル d の周囲には、冷水が絶えず流れています。この水は、今度は蒸気から熱量を奪い、一定の流れでそれを運び去ります。一方、エーテルの蒸気は冷水によって再び液体に凝縮され、重り付き弁hを通って蒸発室または冷却室に入り、無限の流れの循環の中で再び気化されます。タンクa内の水から得られた熱量は、まずチャンバーbから排出される冷たいエーテル蒸気に伝達され、この蒸気によってコイルdを囲む水の流れに伝達されることがわかる。その結果、コイルdの周囲を流れる水によって運ばれる熱量は、タンクa内の水から奪われた熱量と同じであり、タンクa内の水はこうして凝固する。

パーキンスの製氷機
図294．パーキンスの製氷機、1834年。

この種の製氷機の後期の例として、ピクテ社の製氷機が挙げられます。この製氷機は揮発剤として無水亜硫酸を使用しており、1877年2月13日付の米国特許第187,413号、および1875年のフランス特許第109,003号に記載されています。

ピクテ製製氷機
図295．ピクテ製氷機。

図295には、ピクテ製氷機の縦断面図と横断面図が示されています。Aは複動式の吸引・圧縮ポンプで、DとEは2つのシリンダーで、どちらも煙道管とヘッドを備えており、流体の二重循環を実現しています。一方の流体は管内を流れ、もう一方の流体は管間の空間を流れます。これは蒸気機関の凝縮器によく似ています。シリンダーDは、揮発性液体を蒸発させて冷気を発生させる冷蔵庫で、シリンダーEは、気化した蒸気を冷却して再び液体に凝縮し、冷蔵庫に戻す凝縮器です。動作は次のとおりです。ポンプAは、パイプBを介して冷蔵庫D内の揮発性液体を含むチャンバーから液体を吸い上げ、蒸発させて強い冷気を発生させ、その冷気が周囲の液体に伝わり、タンクを満たします。この液体は、塩水、グリセリンと水の混合物、塩化マグネシウム溶液、または氷点よりかなり低い温度で凍結しないその他の液体のいずれかである。[440] 水。この凝固しない液体は凝固点以下であるため、缶 H に純水を満たし、この非常に冷たい凝固しない液体に浸すと、缶の中の水が凍ることがわかります。まさにこれが起こり、氷が形成されるのです。揮発性液体がポンプ A によってパイプ B を通って冷蔵庫 D から吸い出されると、ポンプによってパイプ C を通って凝縮器 E のチャンバーに押し込まれます。冷水の流れが E 内のパイプの周囲を流れ続け、一方の端のパイプから入り、もう一方の端のパイプから出ていきます。圧縮された比較的高温のガスは、パイプの側面に沿ってこの冷水と接触することで冷却され、再び液体に凝縮されます。この液体は小さな湾曲したパイプ F を上昇し、冷蔵庫 D に戻され、ポンプの吸引によって再び蒸発して冷気の生成が続きます。大規模な工場では、凍結させる非凝固性液体や缶入りの水は、（より大きな容量を確保するために）離れた場所に設置された大型の床下タンクに運ばれる。

限られた量の氷を製造する最も初期の方法の1つは、圧力を下げて水を蒸発させ、その蒸気を水と強い親和性を持つ硫酸に吸収させることでした。[441] 水蒸気。1777年、ネアン氏は硫酸が水蒸気と親和性を持つことを初めて発見し、1810年にはレスリーがこの方法で水を凍らせた。1824年、ヴァランスは、この原理に基づいて鉛球を硫酸でコーティングして吸収面を増やし、かなりの量の氷を凍らせることに成功した装置を開発し、英国特許第4,884号および第5,001号を取得した。

パリのレストランで提供されていたカラフェ・フラッペは、海水タンクに浸したデカンタに水を浸し、そのタンク内のエーテルを蒸発させることで海水の温度を氷点下まで下げて凍らせたものでした。エドモン・カレの カラフェ・フラッペの作り方は、硫酸の吸収原理を利用したもので、水蒸気をポンプでデカンタから直接排出し、その蒸気を大量の硫酸に急速に吸収させることで、デカンタに残った水を凍らせていました。

製氷工場用圧縮ポンプ
図296．製氷工場の圧縮ポンプ。

おそらく商業ベースで組織化された最も初期の実用的な製氷機は、フェルディナン・カレのアンモニア吸収式製氷機であり、これは連続運転式の機械であった。これは、1860年のフランス特許第81号および第404号、1867年特許第75,702号、1860年10月2日の米国特許第30,201号に開示されている。この場合、まずプロセスの膨張部分で無水アンモニアの非常に揮発性の高い性質が利用され、次に、水がそのようなガスを吸収する親和性が非常に高いことが利用される。奇妙に思えるかもしれないが、カレ式製氷では、氷の製造は加熱から始まる。しかし、これは本来の冷凍プロセスの一部ではなく、無水アンモニアガス（冷媒）を水溶液から蒸発または蒸留するための手段にすぎないことを理解する必要がある。水に溶かしたアンモニア（アンモニア水として知られる）を、炉の上にあるボイラーまたは蒸留器に入れます。純粋なアンモニアガスは、蒸気ボイラーと同様に、圧力下で熱によって水から蒸発し、直接凝縮器に送られます。そこで、パイプを流れる冷水によって、純粋なガスは圧力下で液化されます。液化されたガスは、蒸発室または冷却室に送られ、そこで膨張して冷気を発生させ、その後、蒸留器で最初に蒸発した水に再び吸収されて再利用されます。この種の機械は、揮発性ガスが膨張後に溶解した液体に再吸収され、蒸留器の熱によってそこから連続的に蒸発するという理由から、吸収式機械として知られています。吸収式機械は、1823年のファラデーの観察から発展したものです。曲がったガラス管が用意され、一方の端に一定量の水が入れられました。[442] 塩化銀をアンモニアで飽和させ、密閉した容器を用意した。この混合物を加熱すると、アンモニアは冷浴に浸した管のもう一方の端に移動し、アンモニアガスが液化した。そこで彼は、塩化銀を含む端を冷浴に浸し、液体アンモニアを含む端を水に浸すと、水の熱でアンモニアが急速に蒸発し、管のもう一方の端にある塩化銀がアンモニア蒸気を吸収し、液化アンモニアを含む管の端の周りの水は、アンモニアを揮発させるために与えられた熱を失うことで氷に変わることを発見した。アンモニアの吸収剤として塩化銀の代わりに水を使用し、このプロセスを経済的に連続的に行うための機械的な手段を用意するだけで、カレ吸収機を製造することができた。しかし、今日最も一般的な製氷機は、圧縮式または直接 式と呼ばれるもので、吸収原理は用いられず、アンモニアは強力な蒸気ポンプで圧縮され、凝縮器で冷却されて液体となり、その後、大きな床タンク内の塩水に浸されたパイプを通して自身の圧力で膨張する。このタンクには純水を入れた缶が浸されており、水が凍結する。図296[5]は圧縮ポンプを、図297は床タンクを示している。[443] 純水で満たされた100個の缶がタンクの冷たい塩水に沈められ、図297に示すように、缶の上端が床を形成します。缶内の水が凍ると、移動クレーンによって缶が床から持ち上げられ、部屋の奥に見える4つのドアのいずれかに運ばれます。缶内の氷は温水で緩められ、氷塊はドアを通ってシュートに落とされ、そこから下の貯蔵室へと送られます（図298参照）。缶システムでは、水は四方から中心に向かって凍り、水に含まれる気泡や不純物は中心に閉じ込められます。プレートシステムでは、中空のプレートの外壁に水が凍り、プレート内部には凍結媒体が入っています。これらのプレート上で水を外部から凍らせることで、不純物や気泡はすべて排除され、氷は透明になります。

[5]「アイス・アンド・リフリジレーション」誌のご厚意により掲載。

缶システムの床タンク
図297．缶システムの床タンク。

氷貯蔵室
図298．製氷工場の貯蔵室。

「缶」システムと呼ばれる製氷工場は、24時間で100トンの氷を生産できますが、冷凍タンクと、その中に浸される多数の缶を収容するために必要な広い床面積のため、幅約100フィート、長さ約150フィートの建物が必要です。このタイプの工場とは根本的に異なるのが、ホールデン製氷機です。この製氷機は多数の缶や広い床面積を必要とせず、25フィート×50フィートの敷地で十分です。氷は連続プロセスで排出されるためです。[444] レンガ製造機からレンガが作られます。この機械はアンモニア吸収原理に基づいて動作しますが、凍結は回転する円筒の外周で行われ、そこから氷の膜が自動的に削り取られ、氷のスラッシュはらせん状のコンベアによって2つのプレス金型のいずれかに運ばれ、そこで高圧によって氷がブロック状に固められ、図299に示すように、プレスからシュートを通って貯蔵室に次々と打ち出されます。

ホールデン製製氷機
図299．ホールデン製製氷機。

前述の製氷機の例だけでは、19世紀の冷凍分野におけるこの分野の活発な活動のほんの一部しか伝わりません。製氷機だけでも600件以上の米国特許が取得されており、冷凍ビル、冷蔵車、家庭用冷蔵庫、アイスクリーム冷凍庫などは言うまでもありません。製氷機の初期の研究者としては、既に挙げた人物の他に、1851年5月6日に特許番号8,080を取得したゴリー、1853年から1862年にかけてのトワイニング、1865年のミニョンとルアール、1867年のロウ、1867年から1868年のソームズ、1870年のウィンドハウゼン、1876年から1877年のランキンなど、多くの研究者の名前が挙げられます。

製氷機の用途で、しばらくの間大きな注目を集め、非常に人気を博したものは、人工スケートリンクの製造に用いられたもので、製氷機からの冷水を循環させる水中パイプのシステムによって氷の床が凍らせられた。最も初期の人工スケートリンクは[445] この発明は、1870年にニュートンに付与された英国特許第236号に記載されているが、それを実現するための実用的な手段を考案し、一般に普及させたのは、1875年と1876年にガムジーが行ったものである。彼の発明は、1875年の英国特許第4412号、1876年の英国特許第4176号、および1877年10月30日の米国特許第196653号、その他1878年の特許に記載されている。

ウィンドハウゼン式換気装置は、船舶の冷却と換気に用いられた初期の装置の一つです 。この装置は、空気を交互に圧縮・膨張させる原理に基づいており、1870年3月22日発行の米国特許第101,198号（1871年10月17日再発行第4,603号）および第111,292号（1871年1月24日）に記載されています。今日では、すべての外洋客船にこの装置が搭載されています。[446] 自社で冷蔵倉庫と製氷設備を備え、冷蔵貨車は肉や魚などの大量の貨物を大陸横断で輸送し、カリフォルニアの熟した果物を東海岸に運びます。どの市場にも冷蔵倉庫があり、ビール醸造所にとって冷蔵設備は基本的かつ重要な要件の一つです。

冷凍機器の大きな価値は、化学的分解を遅らせ、腐敗を阻止することにある。そして、これは主に世界の食品の保存に関わるため、その価値は容易に理解できる。この産業分野は19世紀に完全に発展し、この分野における活発な活動は、この分野における4,000件もの米国特許によって証明されている。

[447]

第33章
液体空気。
ノースモア (1805 年)、ファラデー (1823 年)、ビュッシー (1824 年)、ティロリエ (1834 年) らによる気体の液化—ピクテとカイユテによる酸素、窒素、空気の液化 (1877 年) —ジーメンス (1857 年) とウィンドハウゼン (1870 年) による冷気の自己強化—デュワー、ヴロブレフスキー、オルシェフスキーの操作—ソルベー、トリプラー、リンデ、ハンプソン、オスターグレン、ベルガーによる自己強化プロセス—液体空気の実験と使用。

ごく最近まで、物理学者は気体を凝縮性蒸気と永久蒸気に分類していました。今日では、永久ガスは存在しないことが知られています。なぜなら、水素のような最も希薄なものも含め、いわゆる永久ガスはすべて液体や固体にすることができるからです。一般の人は水素についてはほとんど知りませんが、空気についてはよく知っています。そして、自分が呼吸する空気、つまりそよ風、北から吹き荒れる風、カンザスで猛烈なサイクロンに変わる風が、液体の形で閉じ込められ、開いたコップの中に閉じ込められたり、フラスコに詰められたり、あるいは完全に凍らせたりできると聞かされたとき、最初はまるで作り話のように感じたことでしょう。しかし、彼にとって百聞は一見に如かずであり、講義台からの印象的な実験、科学者たちの賛同、そしてマスコミのセンセーショナルな報道は、彼を説得力のあるものにしただけでなく、完全に彼の心を奪い、彼を投機家の都合の良い犠牲者にしてしまった。液体空気は確かに偉業であり、一般の人々にとっては驚くべきことであるが、物理学者にとってはごく当たり前のこととして受け止められる。なぜなら、それは自然の最も単純な法則の成就に過ぎず、彼が長年期待してきたことと完全に一致するからである。

ガスの液化は、20世紀初頭から科学者の注目を集めてきた。1805年から1806年にかけて、ノースモアは塩素ガスの液化に成功した。これは1823年にファラデーによっても再び行われた。1824年には、ブッシーが亜硫酸蒸気を液体に凝縮させた。1834年には、ティロリエが炭酸ガスの液化に関する広範な実験と実証を行った。1843年には、エイムが液化実験を行った。[448] 気体を適切な容器に入れて海洋の深海に沈めることで、気体の液化が行われた。1844年、ナッテラーは新しい方法と装置の両方でこの主題の研究を大きく前進させた。空気の液化は、早くも1823年にパーキンスによって、また1828年にはコラドンによって試みられたが、1877年まで成功しなかった。この年、ジュネーブのピクテとシャティヨン・シュル・セーヌのカイエテによって、酸素の液化がそれぞれ独立して達成された。ピクテは、液体の亜硫酸と液体の炭酸の蒸発によって得られた320気圧と-140℃の温度を使用した。カイエテは、液体の亜硫酸の蒸発によって得られた300気圧と-29℃の温度を使用した。 1883年、デュワー、ヴロブレフスキ、オルシェフスキは、この分野での活動を開始し、この分野の研究を大きく前進させた。1884年1月、ヴロブレフスキは、それ以前にカイユテによって不完全に達成されていた水素の液化を実証した。空気の主成分ガスである酸素と窒素の液化においては、空気自体の液化も当然のこととしてすぐに起こった。

空気は一般的に、窒素4体積と酸素1体積、そしてごく少量の炭酸ガスとアンモニアから構成されていると考えられてきた。しかし、近年の発見により、空気中にアルゴンをはじめとする新たなガスが確かに存在することが確認されている。とはいえ、実際には、空気は窒素と酸素の混合物とみなすことができる。窒素は不活性で、生命維持にも燃焼にも関与しない。一方、酸素はこれらの機能を非常に効率的に果たす。空気は地表付近で最も密度が高く、高度が上がるにつれて徐々に希薄になり、最終的には極めて希薄なエーテルとなる。私たちが普段軽いと感じているように、1平方インチの空気柱の重さは15ポンドであり、この希薄で感じられない空気の層が地球を覆い、総重量は300,000百万トンにも及ぶ。

液体空気とは、圧縮され、臨界温度と臨界圧力と呼ばれる温度と圧力まで冷却された空気のことです。臨界温度と臨界圧力とは、空気が気体から液体へと変化する温度と圧力のことです。空気を液化するには、体積が 1/800になるまで圧縮します。つまり、800立方フィートの空気を1立方フィートに圧縮します。これには、1平方インチあたり1,250～2,000ポンドの圧力が必要です。

空気を安価かつ大規模に液化する上で重要なステップとなったのは、自己増強 作用と呼ばれる現象の発見でした。この作用は補助冷媒を不要にし、膨張するガスが、完全に機械的なプロセスによって液化に必要な冷気を供給するようにしました。具体的には、空気を圧縮し（この過程で熱が発生します）、次に流れる水で冷却し、その後、[449] 圧縮空気は長いコイル状のパイプを通って送られ、バルブから膨張室に排出されることで圧縮空気が膨張し、そこで圧力が1,250ポンドから300ポンドまで低下し、大きな冷気が発生します。次に、この非常に冷たい空気の流れをコイル状のパイプの壁に沿って逆方向に戻し、戻ってきた冷たい空気が圧縮機から膨張タンクに流れてくる空気をさらに冷却し、最後に冷たい戻り流を圧縮機に送り、最初のサイクルで開始したよりも低い初期点から再び圧縮します。このように、圧縮と冷却の交互の段階を通して循環サイクルが繰り返され、膨張室の底で空気が液体に凝縮するまで続きます。空気が自身に作用して温度が連続的に低下するこの現象は、冷気の自己増強と呼ばれ、再生炉にも類似点があります。再生炉では、熱の増強が自己増強作用における冷気の増強に対応しています。

空気の液化に用いられる自己増強プロセス
図300．空気を液化するために用いられる、自己増幅型の冷気生成原理。

この自己強化の原理は、CW Siemens 教授が英国特許第 11 号の仮明細書で初めて発表しました。[450] 1857 年 2,064 号だが、当時、実用的成果は得られなかったようだ。冷凍装置におけるこの原理の最初の実施形態は、ウィンドハウゼンによるもので、1870 年 3 月 22 日の米国特許番号 101,198 である。ソルベイは、1885 年英国特許番号 13,466 でこのアイデアをさらに発展させ、その後、大量の空気を液化してアメリカ国民に紹介した最初の人物であるトリプラー教授が続いた。リンデ、ハンプソン、オスターグレン、ベルガーは、この自己強化の分野でより最近の活動家であり、リンデの 1895 年英国特許番号 12,528 は、この原理の代表的な説明と見なすことができる。リンデ装置の簡略化された形態は、図 300に示されている。 Cは空気圧縮ポンプであり、そのプランジャーが下降すると空気が圧縮され、バルブI、パイプ2、コイル3を通して押し出される。コイル3は凝縮器W内の流れる水に浸されており、水はYから入り、Zから出る。圧縮された冷たい空気はパイプ4と5を通過する。パイプ5はより大きなコイル7の内側に同心円状に配置されている。パイプ5を流れる冷たい空気は、ハンドル6で調整されたバルブを通って下のチャンバーLに排出され、より大きな容積に膨張して、大きな冷気を生み出す。この冷たく膨張した空気は、より大きく外側のパイプ７を上昇し、パイプ５内の流入空気の流れの上を流れ戻り、凝縮器Wよりもさらに低い温度に冷却されます。この冷たい戻り流は、コイル７の上部からパイプ８を通って圧縮ポンプＣに下降し、ピストンが上昇すると、内側に開く弁９を通ってポンプに入り、ここでパイプ２、３、４、５を通って再び圧縮および循環しますが、２回目の移動では最初に圧縮されたときよりも低い温度で圧縮されます。このように、チャンバーLに向かい、膨張し、流入パイプ５の上を戻り、流入パイプ５を順次冷却し、また循環の各サイクルで連続的に低い温度で圧縮機に入り続ける空気の循環は、最終的にパイプ５の下端の弁を通って排出され、非常に低い温度まで膨張してチャンバーL内で液体の形で凝縮します。新鮮な空気は、空気が液化されるのとほぼ同時に、バルブ10を通して装置に供給される。液化室への流入は実線の矢印で、圧縮機への戻りは点線の矢印で示されている。自己強化という用語の説明は、パイプ5内の流入空気が周囲のパイプ7からの流出空気によって冷却されること、および空気が圧縮機に戻される際の温度の繰り返し低下によって説明される。

液体空気の製造
図301．液体空気の商業生産。

液化ガス輸送容器
図302．液体空気輸送用容器。

図301には、現代の液体空気プラントの液化装置が示されています。[451]
[452] 液化空気は、液化装置からバケツに吸い込まれています。液化空気は非常に速く蒸発し、零下312°の極寒を生み出します。限られた時間を超えて保存する方法は知られていません。なぜなら、丈夫で密閉された容器に入れると、すぐに蒸発するのに十分な熱を吸収し、やがて1平方インチあたり12,000ポンドの張力を得て、容器が破裂して大惨事を引き起こすからです。空気にさらしておくと（これが唯一安全な輸送方法ですが）、すぐに蒸発してしまいます。ニューヨークからワシントンへ講演用に8ガロンの液体空気を輸送したところ、2日で3ガロンにまで減ってしまいました。しかし、鉄道の揺れが蒸発と損失を促進するため、通常はこれよりも長く保存できます。半パイントなどの少量であれば、25分から30分で蒸発してしまいます。長期間保存する唯一の方法は、熱を遮断するジャケットで覆うことです。実験室でこれを行う最も単純かつ効果的な方法は、周囲を真空で囲むことである。図302は、液体空気の商業輸送用に特別に設計された容器を示している。[453] 二重壁の球状容器は、壁の間に空気層と非導電性の充填材を備えている。内部チャンバー内の液体空気は徐々に蒸発し、上部の外向きに開く弁から排出され、内側容器を取り囲む空気層に膨張する。この空気層から、外側容器底部の弁を通って外部の空気へと放出される。蒸発中の液体空気は、中央の液体空気塊の周囲を循環し、それを極めて低温の層で包み込むことで、内側容器への熱伝達を防ぐ。液体空気を抜き取るには、上部の弁の代わりに、図に示すようにピペットまたはサイフォン管と呼ばれるものを使用する。

亜酸化窒素の分離
亜酸化窒素の蒸発。

窒素分離
窒素の蒸発。

酸素分離
純酸素の蒸発。

図303．液体空気の成分への分離。

液体空気の用途については、現在まで実用的な応用例はほとんど、あるいは全くないと言えるでしょう。主な利用方法は2つあります。1つは、その巨大な膨張力を利用して機械動力を生み出すこと、もう1つは冷媒として使用することです。動力源として液体空気を用いる場合、膨張によって得られる動力は、製造時に必要だった動力よりも大きいと考えるのは誤りです。この点において、液体空気は弾性ばねに似ており、圧縮に必要だった動力以上の動力は発生しません。しかし、魚雷の推進など、コストが効果に完全に左右されるような特殊な用途では、価値があるかもしれません。爆破用途においても、将来的な利用が期待されています。[454] 商業用冷媒として、病室に乾燥した涼しい温度を供給するため、また製造に低温を必要とする化学物質の製造のために、有用な用途が見つかるかもしれない。液体空気中の窒素が最初に蒸発し、ほぼ純粋な液体酸素が残るため、酸素を生成および使用する手段としても利用できる。このことは図303によく示されており、1には液体空気で満たされた容器が示されている。最初に蒸発するガスは窒素であり、窒素は燃焼を支えないため、液体の表面に火のついたマッチを近づけるとすぐに消える。蒸発によって液面が下がると、残りの部分は酸素が豊富になり、窒素が少なくなり、2に示すように燃焼を支える亜酸化窒素ガスが発生する。そして、3に示すように液体の最後の部分が蒸発すると、[455] 実質的に純粋な酸素は、カーボンペンシルや、真っ赤に熱した鋼鉄製のバネさえも鮮やかに燃焼させる。ピクテ教授はすでに、液体空気の成分である窒素、炭酸、酸素を蒸発温度の違いを利用して分離し、さまざまな工業用途に利用するための商業生産計画を策定している。しかし、液体空気の商業的な用途はすべて、その生産コストに左右されるが、現時点ではそれは不確実な要素である。一部の主張によれば、1ガロンあたり数セントのコストで生産できる可能性がある。より保守的な物理学者は、1ガロンあたり5ドルかかると述べている。

液体空気を用いた実験
図304．液体空気実験。

1. 酸素の磁性。2. 液体酸素中での鋼鉄の燃焼。3. 凍結した鉄板。4. 密閉された液体空気の爆発。5. 紙の燃焼。6. スポンジの爆発。7. ゴムボールの凍結。8. 二重壁真空球。9. 沸騰する液体空気。

いずれにせよ、この現象は興味深く、かつ示唆に富むものである。 図304と305にいくつかの実験結果を示す。図1では、窒素が抜けた液体空気の入った試験管が電磁石に強く引きつけられ、酸素の磁性を示している。図2では、窒素の蒸発によって酸素が豊富になった液体空気中で加熱された鋼片が燃焼する様子が示されている。図3では、液体空気に浸された錫製の柄杓が非常に冷たく結晶化し、落とすとガラスのように割れる様子が示されている。図4では、管に閉じ込められ、しっかりと栓で閉じられた液体空気が、数分で栓を吹き飛ばす様子が示されている。[456] 爆発効果。No. 5では、液体空気で飽和した紙片が大きなエネルギーで燃え、No. 6では、同様に飽和したスポンジまたは生の綿片が点火されると爆発します。No. 7では、タンブラー内の液体空気に浮かべられたゴムボールが非常に硬く凍り、落とすとガラス玉のように粉々に砕けます。タンブラーの縁から落ちてくる白い雪のような蒸気は非常に冷たく、通常の空気よりも重いです。No. 8では、デュワー瓶の球状容器内で液体空気を真空で囲むことによって液体空気を保存する様子が示されています。No. 9では、液体空気の入ったフラスコが、手の熱だけで沸騰します。同じ種類のさらに印象的な実験は、液体空気の入ったティーポットを氷の塊の上に置くことです。氷の塊は液体空気よりも相対的にかなり高温であるため、ポット内の液体空気が沸騰します。図305の10番では、液体空気中で完全に凍らせた水銀の棒でできたリンクで重い重りが吊り下げられています。凍った水銀は非常に硬く、それで作ったハンマーで松の板に10ペニー釘を頭まで打ち込むことができます。11番では、水の上に液体空気の層が最初は水よりも軽いため浮いています。軽い窒素が蒸発すると、重い酸素が滴となって水中に沈んでいきます。12番では、液体空気を入れた管をウイスキーの入ったタンブラーに浸すことで、ウイスキーが完全に凍ります。管によってできた空洞のある凍ったウイスキーの塊が左側に示されています。これはウイスキーでできたウイスキーのタンブラーです。よりセンセーショナルな実験は、管の代わりに先細りのブリキのカップを使用し、液体空気を満たして水に浸すことです。数分後には、先細りのブリキのカップの外壁に氷のタンブラーが凍ります。これを慎重に取り除き、氷のタンブラーに酸素を豊富に含んだ液体空気を満たします。液体空気は氷のタンブラーの冷たさを保つことで、氷が溶けるのを防ぎます。赤くなるまで加熱したカーボン鉛筆や鋼鉄製のバネを氷のタンブラー内の液体酸素に浸すと、タンブラーを溶かすことなく、氷のタンブラーの中心部で白熱した熱と活発な燃焼という異常な状態を伴い、激しく燃え上がり、美しい閃光を放ちます。実験13、図305液体空気の入ったガラス容器に炭酸ガスのジェットを噴射すると、瞬時に微細な氷片に凍り、炭酸のミニチュア吹雪が生まれます。実験14では、先端を赤熱させた電気式の炭素棒を、液体酸素の入った深いガラス容器に垂直に突っ込みます。非常に特異な燃焼が起こります。炭素棒の熱で周囲の酸素が蒸発し、炭素棒は激しく燃え上がり、炭酸を生成します。炭酸は液体の表面に達する前に大部分が凍結し、容器の底に沈むため、燃焼が継続し、生成物が容器内に保持されます。牛肉ステーキも液体空気で凍らせることができます。[457] 液体空気は脆く、軽く叩くと陶器の皿のように粉々に砕けてしまう。液体空気の極度の冷たさは種子の生命力や発芽力を損なうことはないが、肉に深刻な、いわゆる火傷を引き起こし、組織を破壊して何ヶ月も治癒しない。しかし、指が一時的にガス状の膜に包まれているため、一瞬の間は液体空気に指を浸しても問題ない。

液体空気を用いたさらなる実験
図305．液体空気実験。

10. 凍結した水銀。 11. 水中の液体酸素。 12. 凍結したウイスキー。 13. 炭酸雪。 14. カーボンペンシルの燃焼。

[458]

第34章
世界の主要国における小規模な発明
および特許。
前のページを辛抱強く読んでくださった読者は、ここで言及した注目すべき発明が、人類の偉大な業績の分野において検討する価値のあるすべてを表しているという印象を抱いたかもしれません。しかし、そのような考えは誤りです。小さな星は大きな星よりも多く、木の枝は枝よりもはるかに多いからです。人生における偉大なことは比較的少なく、めったに起こりません。人間の存在の大部分は、偉大な出来事の岩の間に時間の海岸に砂のように散りばめられた、分類されていない小さなものの塊で構成されています。発明においても同様で、その縦糸と横糸は、流星のような天才の華麗な模様の背後にある無数の小さな糸で構成されています。現代生活の1日のあらゆる時間は、発明の成果で満ちています。部屋を見渡せば、時代の物質的進歩を示唆しないものは何も見えません。本、家具、カーペット、カーテン、壁紙、時計、暖炉のマントルピース、室内装飾品、調理器具、衣服、これらはすべて今世紀の産物である。これらの品々は日常生活に欠かせないものとなり、あまりにもありふれたものとなったため、人々の目に留まることはほとんどない。一日の中で最もありふれた、そして散文的な30分間、起床の時間を例にとってみよう。平均的な男性の日常生活を忠実に描写すれば、どのような光景が目に浮かぶだろうか。起床は必ず目覚まし時計によって行われ、眠い19世紀の男性は、スプリングベッドの心地よい寝心地に身を委ね、もう一度昼寝をする。なぜなら、高速鉄道が彼に余裕を与えてくれることを知っているからだ。少し遅れて起き上がると、素足は機械織りの絨毯の上で心地よく足場を見つけ、やがてフルファッションの靴下を履き、機械縫いのスリッパに身を包む。彼は織機で作られたレースのカーテンを下ろし、自動ハルトホーンローラーで窓のシェードを始動させ、襟のボタンの付け方やシャツのスタッドの調整方法を確認できる。彼は目を覚ます。[459] 階下の召使いが電気ベルで伝声管を通して朝食の注文をし、押しボタンでガスに火をつけることもある。それから彼は浴室へ向かう。そこには温水と冷水、トイレ、ガスヒーター、そしてワセリン、ハマメリス、歯磨き粉、コールドクリーム、石鹸、消毒薬など、あらゆる贅沢な欲求と現代的な衛生観念を満たす便利な現代品が揃っている。入浴を終えると、彼は着替えに取りかかり、入れ歯を入れたり、義足を装着したりするかもしれない。特許取得済みのマチとバンドが付いたシャツを着て、取り外し可能なカフスのボタンを素早く調整し、特許取得済みのサスペンダーを装着し、ゼンマイ式の腕時計を巻きながら階下へ降りて朝食をとる。回転式のハエ取りブラシと網戸が彼の快適さをさらに高めている。ドリップ式コーヒーポットで淹れたコーヒー、タンブラーに入った人工氷、機械で挽いたソーセージ、泡立て器で作った生地のケーキ、特許取得済みのワッフルメーカーで焼いたワッフル、人工ハニカムで作った蜂蜜、遠心分離機で持ち上げたクリーム、特許取得済みの攪拌機で作ったバター、調理用レンジで焼いた熱々のビスケット、そして食材がたっぷり詰まった冷蔵庫。これらすべてが彼を快適で幸せな気分にさせてくれる。この絵は、創作された道具の多さという点で特別なものではなく、この市民のその後の1日の体験を追って、朝食後に特許取得済みのマッチ、特許取得済みのマッチケース、特許取得済みのタバコ、特許取得済みのオーバーシューズと傘を持たせて、特許取得済みの舗装路を歩いて特許取得済みの路面電車や自動車に乗り、1日の終わりまで続けても構わない。

些細な発明の中には、コメントなしに済ませるにはあまりにも重要なものもある。ケーブルカーは、都市生活において少なからぬ役割を果たしてきた。レール間の溝付き地下導管に牽引ケーブルを通し、滑車で動かす方式に関する最初の特許は、1858年3月23日にE.A.ガードナーによって取得された特許番号19,736である。1876年、サンフランシスコのハリディはこのシステムの開発に力を注ぎ、完成度を高め、広く普及させた結果、長年にわたり路面電車の推進システムとして主流となった。しかし今日では、電気の優れた利点に取って代わられ、もはや時代遅れのシステムとなっている。

乗客用エレベーターは、現代の移動手段における顕著な特徴の一つである。エレベーターがなければ、高層オフィスビル、ホテル、デパートは存在せず、エッフェル塔は夢にも見られなかっただろうし、階段を上る際の体力消費は大幅に増加していたはずだ。乗客用エレベーターの原型は、古代の鉱山用ホイストやリフトにあるが、19世紀後半には、独自の設備、つまり贅沢な小型の乗り物へと発展した。[460] エレベーターは、目に見えない動力によって静かに上下に動き、調速機、安全装置、自動停止装置、鏡、クッション付き座席など、安全と快適性のためのあらゆる装置を備えています。スクリュー、バランスウェイト、レイジートングなどの機械的な動力の原理はそれぞれエレベーターに応用されてきましたが、現代のエレベーターの動力源は蒸気、水力、電気です。1861年1月15日にE・G・オーティスに付与された特許第31,128号は、その実用的な応用の始まりを示しています。

エレベーターと密接な関係にあるものとしては、非常階段、小型荷物用昇降機、穀物用エレベーターなどがあり、それぞれが現代生活において多かれ少なかれ重要な役割を果たしている。

現代の進歩をこれほど普遍的かつ独創的に表すものは、アメリカ製の巻き上げ式腕時計以外にないでしょう。19世紀半ばまでは、すべての時計は完全に手作業で作られていました。それぞれの時計は独立した作品として独自の個性を持っており、それを身につけることができたのはごく一部の特権階級の人々だけでした。1848年、ボストンの時計職人アーロン・L・デニソンが機械による時計製造を開始し、互換性のある部品システムの基礎が築かれました。1850年にマサチューセッツ州ロクスベリーに小さな工場が設立され、4年後にウォルサムに移転しました。1857年にはアップルトン、トレーシー＆カンパニーの手に渡り、その後アメリカン・ウォッチ・カンパニーに買収されました。この技術にどれほどの精緻さが伴うかを示す例として、数年前には、通常の機械製腕時計を作るのに3,746もの異なる機械的な工程が必要だと推定されました。 1ポンドの鋼線は、時に数十万個もの小さなネジに加工され、さらに1ポンドの細い鋼線からは、数千ドル相当の17,280個のヒゲゼンマイが作られる。アメリカ製時計の部品の絶対的な均一性と完全な互換性は、昔ながらの時計職人の神経質な指と衰えゆく視力を、機械の不変かつ数学的な精度に置き換えることによって実現された。そして、当初は信用されなかったものの、アメリカ製の機械時計は今日、時計製造における最大の現代的進歩となっている。

摩擦マッチ。— 1805年、パリのテナールは、通常の火起こしに化学薬品を利用する最初の試みを行った。1827年、イギリスの薬剤師ジョン・ウォーカーは「コングリーブ」と呼ばれる摩擦マッチを製造した。1833年、ウィーンのプレシェルはリン摩擦マッチを商業規模で導入した。1845年、ウィーンのフォン・シュロッターは赤リンマッチ（パーラーマッチ）を製造し、1855年にはスウェーデンのルンドストロムが特定の物質でのみ着火する安全マッチを製造した。19世紀以前、そして実際には[461] 1833年頃、火を起こすには、火打ち石と火打ち金、そして火口箱といった、不器用で不安定な方法が用いられていた。今日では、摩擦式マッチは自動機械によって何百万個も生産され、おそらくあらゆる小さな発明の中で最も普及し、最も有用なものとなっている。

大手百貨店に足を踏み入れると、レジ係のデスクから建物の隅々まで小さな貨車を素早く往復させる現金運搬車に、発明家の天才ぶりが垣間見える。店舗サービス用に改良された最初の機械式運搬車は、1875年7月13日にD.ブラウンによって特許番号165,473で取得された。しかし、このシステムが目立った形で採用されたのは1882年頃で、マーティンの特許番号255,525（1882年3月28日）、276,441（1883年4月24日）、284,456（1883年9月4日）で実用的な開発がなされた。ランチカウンターに行くと、レジが、完全な正直さの千年紀がまだ実現していないことを思い出させる。路面電車のベルパンチや、ダイヤル錠付きの防犯金庫も、同じ流れを汲む例である。最初の耐火金庫は、1801年にリチャード・スコットに付与された英国特許第2,477号に開示されている。金庫を特定の時間帯以外には開けられないようにするタイムロックは、JV・サベージによって発明され、1847年10月9日に彼によって米国特許第5,321号で保護された。タイムロックの実用化は、サージェント、ストックウェルらの事業により1875年頃から始まり、今日では銀行の金庫や保管庫の最も重要な機能の一つとなっており、驚くほど美しく正確な機械技術の好例と​​なっている。

オットー式ガスエンジンとエリクソン式空気エンジンは動力発生モーターの重要な発展であり、舗装路 やそれを清掃する路面清掃車の改良は都市生活の清潔さ、衛生、美的価値に貢献している。タバコの芯に紙のリボンを巻き付けてロープ状にし、それを切り取ってタバコにするタバコ製造機は、その衛生的価値が世界的に疑問視されるかもしれないが、タバコ産業における重要な発明である。避雷針 は家屋と生命を守り、孵卵器は 鶏の乳母となった。農業では、刈り取り機に加えて脱穀機、種まき機、ドリル、耕うん機、馬熊手、鋤が開発された。農場には改良された馬車や荷馬車、井戸ポンプ、風車、果物乾燥機、養蜂箱、綿とリンゴ酒の圧搾機が登場した。台所では、洗濯機、バター攪拌器、チーズプレス、アイロン機、脱水機、ネズミ捕り、果物瓶。家の中では、折りたたみベッド、傾斜椅子、カーペット掃除機、ピアノ。暖房器具では、蒸気暖房システム、温水暖房システム、ベースバーニング、[462] ラトローブストーブ、熱風炉、ガスストーブ、石油ストーブ。プラスチック分野では、レンガ製造機、プレスガラス製品、ホーロー板金製品、タイル、紙バケツ、セルロイド製品、ゴム製品などがある。水力分野では、ラム、水洗トイレ、ポンプ、タービン水車などがある。鉱業分野では、スタンプミル、鉱石破砕機、分離機、濃縮機、アマルガム化装置などがある。皮革および靴産業には、多種多様な機械や器具がある。製本機や紙箱製造機などがある製紙産業は、発明の宝庫である。蒸気ボイラー、冶金装置、石鹸製造、化学消火器、万年筆、サンドブラスト、ボトルストッパーなど、その他無数のものが、雑多かつ無限に存在している。しかしながら、これらは紙面の制約上個別に扱うことができないものの、現代生活の豊かな資源を構成する上で非常に重要なものであり、大部分はこれまで考察されてこなかった19世紀の貢献を表している。

観察力と思慮深さのある読者は、まさにここで、19世紀を特徴づけたこの偉大な進歩の潮流の意味を問う機会を見出すだろう。それは主に特許法によるものであり、特許法は発明者を公共の恩人として正当に扱い、その権利の享受において一定の保護を与えようとしている。もし人が生まれながらにして遺産を所有している場合、相続法はそれが正当にその人のものであると定めている。漂流物、漂着物、あるいは最初の発見という幸運な偶然によって物を見つけた場合も、他に所有者がいなければ、その人の所有権は有効となる。しかし、他のすべての権利よりも上位の所有権があり、それは物の所有と、その創造の神聖な機能が結びついている。母親が子供に対して持つ権利はこのような性質のものであり、発明家が自らの才能の創造に対して持つ権利もこれに似ている。世界史の過去2世紀において、この権利は啓蒙された文明によって認められ、特許の付与によってその享受が保障されてきました。そして、公平と正義の永遠の真理において、他の権利よりも強く確立されている権利があるとすれば、それはこの権利です。最初の粗雑な特許法は1790年に制定されましたが、現在の制度が採用されたのは1836年になってからです。したがって、比較的新しい我が国は、現在の特許制度の下でまだ100年も経っていませんが、今日では物質的資源と特許発明の豊富さの両方において世界を凌駕しています。添付の​​図306は、特許付与に関して米国が世界の他の主要国とどのような関係にあるかを視覚的に示しています。そして、我が国の制度では特許は[463] 新規発明は、他の国々では特許付与の必須条件ではない場合もあるが、65万件もの特許を保有するアメリカ合衆国の発明の豊かさは、よりよく理解できるだろう。これは、イギリスとフランスが発行した特許の数を合わせた数よりも多い。コネチカット州は人口比で最も発明の生産量が多い州であり、エジソンは最も多作な発明家である。彼は1870年から1900年の間に727件の米国特許を取得しており、他にも25人から30人のアメリカ人発明家がそれぞれ100件以上の特許を取得している。

1900年までの特許
図306。

1790年は、特許制度の誕生とベンジャミン・フランクリンの死という2つの出来事で特筆すべき年でした。偉大なる老哲学者であり、発明家の天才から生まれる未来の偉大さを予見していた彼は、死ぬ前に、古いマデイラワインの樽に封印され、100年後に蘇生して世界の発展を見届けたいと願ったと言われています。もし彼が今日私たちと共にいたら、どんな感情を抱くでしょうか。凧糸の繊維が分かれ、凧糸から火花が飛び、稲妻が初めて人間の意志に従うのを見たとき、彼は深い溜息をつき、その瞬間が自分の最後の瞬間であることを願ったと言われています。電気に関するこの乏しい知識に、彼は今、電信、ダイナモ、電話、電信、ダイナモ、電話のあらゆる驚異と力を付け加えたことでしょう。[464] そして、偉大なる現代の電気科学。彼の原始的な手動印刷機と比べれば、毎分1600枚の紙を印刷できる八重印刷機がいかに優れているかが分かるだろう。彼の質素な活字組版機は、膨大な数のライノタイプ印刷機に取って代わられ、ニューヨークの日刊紙1部分の紙を作るために、何エーカーもの森林が犠牲になっているのを目にするだろう。真実は小説よりも奇なり、事実は空想よりも驚くべきものだということを、彼は本当に理解しないだろうか。

[465]

第35章
エピローグ。
今後数世紀にわたって新たな有用な発明がもたらされるとしても、19世紀が人類の業績の分野で傑出した存在であることは間違いない。他のどの時代をも凌駕し、歴史のページに他に類を見ないほど注目すべき時代として刻まれた。かつて人間の構想がこれほどまでに物質的な具現化によって表現されたことはなく、思考が物質の持つ豊かな可能性とこれほどまでに実り豊かに結びついたこともなく、創造の神聖な機能がこれほどまでに近づいたこともなく、これほど多くの有益な道具や物質的資源が世界の富に加わったこともなかった。それは金や宝石といった倹約的で不活性な富ではなく、拡大した人間存在の富である。この人生は限られた期間に過ぎない。幼少期に始まり、中年期に最高の業績に達し、晩年には衰退し、あっという間に過ぎ去り、次の世代が続く。すべての生物における成長と衰退は、自然の不変の法則であり、死すべき運命である。バラは美しく咲き誇り、やがて枯れ、朽ちる。空を飛ぶ鳥も、野を駆ける獣も、それぞれが役割を果たし、偉大なる未知の世界へと旅立ち、何の記録も残さない。人間自身は死すべき存在だが、その業績は不滅である。最高の思想のひらめき、有用な道具として具現化された業績、そして自然の法則を自らの意のままに操る力、これらすべては人間の発明の中に永遠に生き続ける。これらは生命の息吹を宿し、その不滅性において魂と深く結びついている。都市は興隆し、そして滅び、文明は衰退し、人間自身も退廃するかもしれないが、てことねじの原理は、一度発見されれば、永遠に完璧で、不変で、不滅である。あらゆる発明は、後世への永続的な贈り物となる。現在が過去から受け継ぐ永続的な富はすべて、過去のアイデアを実用的な基盤へと還元したものである。それ以外のものはすべて、屑鉄か、より大きな知識の光の中で忘れ去られる儚い夢に過ぎない。しかし、アイデアが実用的で実質的なものに形作られ、試されて真実であることが証明されたものは、発明、つまり不滅の創造物であり、19世紀はこれらの発明から実を結んだ。[466] 比類なき豊かさ、そしてそれが今、来るべき世紀に受け継ぐ遺産。

従来のやり方に従えば、本の最終章は「結論として」という文と「終わり」、そして分解されたトーチで締めくくられるべきだろう。しかし、発明の歴史は常に続く物語である。この分野に終わりはない。20世紀の人間の担うべき責任は大きく、その責任もまた大きい。しかし、彼らの飽くなき探求心と支配的な精神は衰えることを知らず、歴史上類を見ない知的能力と物質的設備は、未来の偉業を保証する。化学者は石炭の燃焼から直接電気を生み出す方法や、食物合成の問題を解決する方法を学ぶのではないだろうか。アメリカ大陸は大洋間運河によって分断されるのではないだろうか。あるいは、イギリス海峡の荒波は海底トンネルによって回避されるのではないだろうか。フランスから地中海に至る運河が、ジブラルタルの険しい壁を越えることなく、フランスに沿岸権の恩恵をもたらすのではないだろうか。あるいは、ジブラルタル海峡の下を通るトンネルが、ヨーロッパとアフリカを鉄道で直接結びつけるのではないだろうか。電気と生命の関係は、無限の可能性を秘めた分野であり、夏の余剰熱を冬の寒さと交換し、その両極端を均衡させることで、生命に満ちた世界に永遠の春と喜びをもたらす方法を学ぶことはできないだろうか？私たちはまだ北極点に立っていないだろうか？あるいは、宇宙を見つめながら、もし火星に兄弟がいるならば、彼らに友好的な歓迎の意を表すことはできないだろうか？この分野で夢を見ることは許されている。なぜなら、未知の世界へと手を伸ばすことこそが、広大な世界の境界を定め、人類の所有物を増やすからである。

老人は過去の夢の中で、自らの業績に歓喜する。なぜなら、彼はプロメテウスの火を盗み、平和の技のためにジュピターの雷を新たに鍛造したからだ。地球の奥深くを探り、自然の燃料の隠された供給源を掘り当て、金銀の宝庫に侵入し、母なる大地が蓄えてきたものを奪い、その家族の記録を手に入れ、地質学のページから6000万年の歴史を発見した。目に見えない小さな世界を覗き込み、ミクロコスモスの無限の秘密から、細菌と細胞の成長に関する豊かで強力な知識を得た。麻酔によって痛みの恐怖は取り除かれ、電気炉で太陽の熱が、製氷機と液体空気で星間空間の冷気がもたらされた。望遠鏡と分光器で彼は無限の宇宙へと登り、数百万マイル離れた星の大きさ、距離、構成を解明した。北極星は海上の彼の番人となり、稲妻は彼の素早い使者となり、思考は閃く。[467] 世界中の深海。無生物は蓄音機で語り、目に見えないものはX線で明らかにされ、石炭は彼の黒い奴隷となり、蒸気は世界の生命の息吹となり、自然のあらゆる力が彼の忠実な召使いとなった。

このような回顧を通して、19世紀の賢者は、神が成し遂げたことは善であり、そうでないものもいずれ善となるという確信をもって、静かに安らかに眠りにつくことができるだろう。

特許に関するアドバイス。
ドロップキャップのイラストT
発明が現代生活に及ぼす影響は、『19世紀の発明の進歩』を読めば十分に理解できるでしょう。発明家が特許庁で特許出願を行う際に、特許弁理士の支援が不可欠であることは周知の事実です。マン＆カンパニーは、50年以上にわたり、特許庁に提出された最も重要な特許案件のいくつかを担当してきたことを喜んでお知らせいたします。この長い期間に、10万件を超える特許出願を受理し、審査してきました。マン＆カンパニーの評判は非常に高く、発明家は安心してアイデアを提出でき、信頼が裏切られることはなく、利益が最大限に保護されると確信しています。特許、商標、権利証、著作権の取得も承っております。「特許実務ハンドブック」という小冊子を無料でお送りいたします。また、特許に関するご質問には、無料で返信いたします。米国全土の何千人もの顧客、その多くは米国が生んだ最も成功した発明家であり、米国および外国の特許庁への特許出願の準備と手続きにおいて、Munn & Co. の専門サービスを利用してきました。同社の誠実さと、この事業分野への注力により、米国最大の特許弁理士事務所となっています。発明家は自由に発明について書き込むことができ、スケッチは注意深く迅速に検討されます。このような通信はすべて厳重に秘密として扱われます。「19世紀の発明の進歩」の読者は、Munn & Co. がニューヨークとワシントンの両方に事務所を構え、特許庁の業務と密接に連絡を取り合えることも知っておくと良いでしょう。同社は発明の特許可能性を調査および報告するための比類のない設備を備えており、特許の侵害と有効性の問題に関する意見を提供します。また、彼らは妨害行為の訴追においても非常に大きな成功を収めてきた。

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マン＆カンパニー

支店所在地：ワシントンD.C.
、Fストリート625番地

サイエンティフィック・アメリカン編集部、ニューヨーク市
ブロードウェイ361番地。

サイエンティフィック・アメリカン

世界で最も人気のある科学論文

1845年設立。

週払い、年間3ドル、6ヶ月払い1.5ドル

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『サイエンティフィック・アメリカン』は、あらゆる家庭、商店、オフィス、学校、図書館に置かれるべき雑誌です。労働者、現場監督、技師、管理者、取締役、社長、役人、商人、農民、教師、弁護士、医師、聖職者など、あらゆる職業の人々が、『サイエンティフィック・アメリカン』を定期的に読むことで満足感と恩恵を得られるでしょう。

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サイエンティフィック・アメリカン・サプリメント

設立1876年

この雑誌は『サイエンティフィック・アメリカン』とは別の出版物であり、親誌である『サイエンティフィック・アメリカン』の活動を拡張・拡充することを目的としています。サイズや構成は『サイエンティフィック・アメリカン』と統一されており、16ページにわたってびっしりと印刷された文章と美しい図版が掲載されています。広告ページはなく、全ページが当時の科学、機械、工学に関するニュースに充てられています。『サイエンティフィック・アメリカン』と異なる点は、旧誌では掲載するには長すぎる記事や、より専門的な内容の記事を多数掲載していることです。大学教授や学生は、この版が特に自分たちのニーズに適していると感じているでしょう。国内外の科学学会の会合報告や、そうした学会で発表された多くの論文の要旨が掲載されています。また、当時の電気、工学、および一般的な科学ニュースに関する短い記事のページと、厳選された数式を掲載した欄もあります。各号には多くの海外の科学ニュースが掲載されており、『サイエンティフィック・アメリカン』と併せて読むことで、読者は世界中の最新かつ最も重要な発見や、最先端の技術・科学研究に関する週刊レビューを得ることができます。

増刊号の価格は年間5ドル、または『サイエンティフィック・アメリカン』と増刊号を1冊ずつ、1つの住所に郵送で1年間購読する場合は7ドルです。住所を明記の上、郵便為替または小切手でお支払いください。

MUNN & CO.、出版社

サイエンティフィック・アメリカン編集部
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おしゃれなもの
サイエンティフィック・アメリカン、

建築家・建設業者向け版。

年間2.50ドル

1部25セント。

これは、毎月1日に発行される『サイエンティフィック・アメリカン』の特別版です。各号は約40ページの大判四つ折り判で、通常の書籍約200ページに相当し、実質的には大型で豪華な建築雑誌となっています。現代建築とその関連分野における最も興味深い事例を、カラーの美しい図版や精緻な版画で豊富に彩っています。特筆すべき点は、各号で、都市部と郊外を問わず、手頃な価格帯のものから高価なものまで、最新かつ最高の個人住宅の設計図を多数掲載していることです。透視図法を用いたカラー図面に加え、設計図、仕様書、費用なども掲載されています。『サイエンティフィック・アメリカン』ほど多くの設計図と仕様書を定期的に掲載している建築専門誌は他にありません。すでに数千戸の住宅が、当誌が発行した様々な設計図に基づいて建設されており、その他多くの住宅が現在建設中です。

建築家、建設業者、住宅所有者にとって、本書は新鮮で有益な提案を提供する貴重な資料となるでしょう。住宅の建設や改築、あるいはあらゆる種類の建造物の建設を検討しているすべての人にとって、本書は最新かつ最良の事例をほぼ無限に網羅しており、そこから選択することで時間と費用を節約できます。

下水道、配管、照明、暖房、換気、装飾、敷地造成など、その他多くの主題についても図解されています。また、メーカー各社の発表を網羅した包括的な資料集も掲載されており、最も信頼性が高く承認された建築材料、商品、機械、工具、器具などが、メーカーの住所などとともに説明および図解されています。

この作品は、その充実度、豊かさ、低価格、そして利便性によって、世界中の建築関連出版物の中で最大の発行部数を誇るに至った。

『サイエンティフィック・アメリカン』創刊50周年記念号
。

『サイエンティフィック・アメリカン』週刊誌の創刊50周年を記念して、発行元は1896年7月25日に記念号を発行した。この記念号は、過去50年間の科学と発明の進歩をまとめた貴重な資料となっている。取り上げられたテーマには以下のようなものがある。

発明が人々の生活に及ぼす影響。特許制度。大西洋横断蒸気船。鉄道と橋。電信。物理学。進歩の人。1846年以降のアメリカ合衆国の繊維産業。海底ケーブル。写真の50年。化学。蓄音機。過去50年間の電気エネルギーの生成とそのモーターの運転への応用における進歩。アメリカの機関車。自転車。ミシン。農業機械。海軍と沿岸防衛。印刷業の50年。創刊50周年記念号の優秀論文賞：「過去50年間の発明の進歩」。鉄鋼。著名な発明家。アメリカの造船業。50年間の天体望遠鏡の開発。電話。「サイエンティフィック・アメリカン」50年。

この号は図版が豊富で、全50ページから構成されています。掲載されているのは「過去50年間の発明の進歩」という論文で、250ドルの賞金が贈られました。興味深いことに、この賞は「19世紀の発明の進歩」の著者であるエドワード・W・バーン氏が受賞しました。これほど多くの歴史的に貴重で重要な情報が、これほど簡潔かつ一般向けに刊行されたことはかつてありませんでした。あらゆる図書館にとって貴重な蔵書となるでしょう。記念号は1部25セントで入手できます。

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サイエンティフィック・アメリカン編集部
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実験科学。

ジョージ・M・ホプキンス著

第20版、改訂増補版。

914ページ。820点の挿絵。豪華な布装丁。

郵送料金（送料込み）：4.00ドル、ハーフモロッコ：5.00ドル。

この新しい資料は、付録の形式で80ページのテキストから構成されており、その内容はとりわけ以下の主題を含む。

X線、
無線電信、空気の液化、
アセチレンガス装置、人工スペクトルに関する完全な記事。
その他、最新の研究成果を網羅した記事も掲載。

本書は、物理学の実践的な知識を伝えたり習得したりしたいと願う教師、学生、その他すべての人にとって、興味深く価値のある一冊です。

その日最も人気のある科学書。

報道機関が「実験科学」について語ること。

実験科学の本
「本書の電気に関する章は特に優れており、簡単な電気機械を製作するための実践的な手順は、自分で装置を作るのが好きな人たち（少なくない）にとって安全に役立つだろう。」―エレクトリカル・ワールド誌。

「著者は、長年にわたり書籍から書籍へと使い回されてきた陳腐な図解を繰り返すことを避け、代わりに、斬新で非常に印象的な一連の実験を紹介している。」—エンジニアリング・アンド・マイニング・ジャーナル。

「物理学の原理を数学を使わずにこれほど完全に解説した本を読むのは、実に素晴らしい体験だ。」― 『ザ・ロコモーティブ』

「科学の教師は皆、真の知識は生徒自身が実験を行うことで最もよく得られることを認識しており、そうした実験を簡単に行う方法を指摘する人は誰でも素晴らしい仕事をしている。」— English Mechanic and World of Science。

「この作品には、行動と結果に対する確信をもってのみ執筆する作家、そして科学情報を魅力的で興味深い方法で伝える教師の個性が刻み込まれている。」―アメリカン・エンジニア誌

トーマス・A・エジソン氏は次のように述べています。 「物理装置の実用性、記述内容の明快さ、そして数学を一切用いない点において、本書は私が知る限り、他のどの初等物理学に関する著作よりも優れた価値を持つと私は考えています。」

図解入りの案内状と完全な目次をご希望の方は、お申し込みください。

☛新しくなった完全版の書籍カタログをご希望の場合は、無料でご送付いたします。

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サイエンティフィック・アメリカン

領収書百科事典

注記と質問

領収書12,500枚、708ページ

編集：アルバート・A・ホプキンス

この素晴らしい著作には、過去50年間に『サイエンティフィック・アメリカン』誌に掲載された通信員からの質問や回答の中から、最も有用な回答と返信を慎重に編集したものが収められており、さらに多くの貴重で重要な追加情報も含まれています。

本書には、厳選された1万2千件以上のレシピが収録されており、あらゆる分野の有用な技術が網羅されている。これは、これまでに一般に公開された同種の書籍の中で、群を抜いて最も包括的なものである。

領収書帳
領収書12,500枚、708ページ。

本書は、世界各地の最も有能な化学者や研究者の研究と実践経験の成果と見なすことができる。掲載されている情報は極めて価値が高く、簡潔な形で整理・要約されており、すぐに利用できるようになっている。

様々な製造業で使用される数式に関する、考えられるほぼすべての疑問に対する答えが、ここには見つかるでしょう。

美術における様々な工程の進め方に関する指示が示されている。

製造工程で使用される主要な物質や原材料の多くは、定義され、説明されています。これらの付随情報は、信頼性を確保するためにあらゆる努力が払われています。

あらゆる産業分野に携わる人々にとって、本書にはそれぞれの仕事において実践的に役立つ多くの情報が見出されるだろう。

自営業や、販売可能な物品の家庭製造に関連する雇用を探している人は、この本の中に何百もの非常に優れた提案を見つけることができるでしょう。

これほど大規模な作品のほんの一部の特徴を、目録という限られたスペースでご紹介することは不可能です。ご興味のある方には、お申し込みいただければ詳細な説明を記載したパンフレットを無料でお送りいたします。

価格は、布地で5.00ドル、羊皮で6.00ドル、ハーフモロッコで6.50ドル。送料込み。

MUNN & CO.、出版社

サイエンティフィック・アメリカン編集部
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完全な電気関連資料集。

T・オコナー・スローン教授（AM、EM、Ph.D.）著

電気に関する完全なライブラリ
電気に関する良書を集めた、お手頃価格のライブラリー。すっきりとした折りたたみ式ボックスに収納されています。学生、アマチュア、作業場、電気技師、学校、大学に最適です。以下の5冊で構成されています。

電気の算術、138ページ 1.00ドル
電動玩具製作、140ページ 1.00
成功する電気技師になる方法、189ページ 1.00
標準電気用語辞典、682ページ 3.00
電気の仕組みを分かりやすく解説、158ページ 1.00
全5巻、1300ページ、450点以上の挿絵を収録。あらゆる図書館にとって貴重で欠かせない一冊です。

特別特別オファー。上記5巻を、美しい青い布装丁、銀色の文字、そしてきちんとした折りたたみ式箱に収め、送料前払いで特別価格5ドルでお届けします。通常価格は5巻で7ドルです。ご希望の方には、特別チラシを無料でお送りいたします。

魔法。 舞台上のイリュージョンと科学的な仕掛け
（トリック写真を含む）。
ライン
編集・編纂

アルバート・A・ホプキンス

「サイエンティフィック・アメリカン・サイクロペディア・オブ・レシート、ノート・アンド・クエリーズ」などの編集者。

魔法の本
ヘンリー・リッジリー・エヴァンスによる序文付き 。

『幽霊との時間、あるいは19世紀の魔術』などの著者。

568ページ。イラスト420点。価格：2.50ドル。

本書は老若男女問わず楽しめる作品であり、年間を通して最も魅力的なホリデーブックの一つです。イリュージョンは最高級の版画で解説され、トリックの解説は多くの場合、マジシャン自身によって提供されています。手品、大規模な舞台イリュージョン、火食い、剣呑み、腹話術、金属マジック、古代マジック、オートマタ、奇妙な玩具、舞台効果、写真トリック、動画投影など、あらゆるマジックが詳細に解説され、図解されています。装丁も美しく、印刷も製本も上品です。マジック界では「マジックの決定版」として広く認められています。大型の図解入り冊子をご希望の方は、ご請求ください。無料でどの住所にもお送りいたします。

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サイエンティフィック・アメリカン編集部
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機械的な動き、

電力、機器、および器具。

ガードナー・D・ヒスコックス（ME）著

『ガス、ガソリン、そして石油エンジン』の著者。

大型8vo判。402ページ。1649点の挿絵と解説文付き。価格：3.00ドル。

機械の動き、動力、装置、器具に関する辞典。あらゆる言語で、最も多様な機械の動きと装置を図解付きで解説しています。機械工学、機械の動き、装置、器具に関する図解付きの新しい著作で、実用的かつ発明的な分野のほぼ全範囲を網羅し、機械工、機械技師、発明家、エンジニア、製図技師、学生、その他あらゆる種類の機械装置の考案と操作に何らかの形で関心を持つすべての人々に役立ちます。

各章では以下の内容を扱います。
私。 機械的な力。
II. 電力の伝送。
III. 電力の測定。
IV. 蒸気動力 ― ボイラーおよび付属機器
V. 蒸気調理器具。
VI. 動力源 ― ガスおよびガソリンエンジン
VII. 油圧動力および油圧機器。
VIII. 空気圧機器。
IX. 電力および建設。
X。 航行と道路。
XI. ギアリング。
XII. 動作および動作を制御する装置。

13. 時計学。
14. 鉱業。
15. 製粉所および工場用機器。
16. 建設および機器。
17. 製図装置。
18. その他の機器。
    詳細な回覧文書を請求してください。

ガスエンジンの構造、

ガスエンジンの実際の組み立て方法を詳細に解説した実践的な解説書。

ヘンリー・Y・H・パーセル・ジュニア著、Mem。 AIエレク。エル、そしてアーサー・J・ウィード、私

大型8vo判。美しい挿絵入り、装丁も豪華。300ページ。価格：2.50ドル。

本書は、理論よりも実践的な観点からガスエンジンを扱っています。ガスエンジンの動作原理を明快かつ簡潔に説明した後、1/2馬力エンジンの実際の製作手順を段階的に解説し、ガスエンジンの製作過程を詳細に示しています。まず、型を作る手順から始まり、鋳造部品の仕上げと取り付けといった機械的な作業の詳細が続きます。実際の作業の様子を美しい図版で豊富に描き、旋盤での部品のチャッキング、旋削、穴あけ、仕上げの方法、そしてエンジンの位置合わせと組み立てを分かりやすく示しています。寸法入りの作業図面により、各部品のサイズと形状が明確に示されています。フライホイールを除くエンジン全体は、スライドレスト付きのシンプルな8インチ旋盤で製作できるように設計されています。本書の最後には、アメリカにおけるガスエンジンの設計に関する章があり、他の出力の同様のエンジンの寸法を誰でも簡単に計算できるような簡単なルールが示されています。本書に掲載されているイラストはすべて新規のオリジナル作品であり、本書のために特別に制作されたものです。

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MUNN & CO.、出版社

サイエンティフィック・アメリカン編集部
　ニューヨーク州ブロードウェイ361番地

おしゃれなもの
転写者メモ

このテキストは、下記に記載されている場合を除き、スペル、ハイフネーション、句読点などの不一致を含め、原文のテキストを使用しています。英語（omniverous、millenium）、非英語の単語（licht、tuyeres、frappees）、および固有名詞（Swammerden、Mege）のスペルも、下記に記載されている場合を除き、修正されていません。
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本文に関するコメント：

7ページと371ページ：目次には電気式集光器が記載されているが、本文では磁気式集光器について扱っている。
171/172ページ（特許本文）：閉じ引用符が1つ欠落しています。
p. 291、スワンマーデン: これはヤン・スワンマーダム (1637-1680) を指します。
p. 373、condicon: condicion または類似の単語の誤りの可能性があります。
239ページ、M. Mege、フランスの化学者：これはイポリット・メージュ＝ムーリエ（1817-1880）のことを指します。
p. 408、Alte Deutscher Drehling Der Ruckladungs Gewehre: 参照は Alte Rückladegewehre: Alt-Deutscher Drehling です。
428ページ、写真：原本では、穴の開いたカードの連なりはほとんど見えない。
索引：項目は完全にアルファベット順に並んでいません。この点は変更されていません。
目次および章見出しに示されている主題の順序は、本文中の順序と必ずしも一致するとは限りません。目次と章見出しが若干異なる場合もありますが、これは変更されていません。ハイパーリンクは適切な段落を指しています。目次は完全ではなく、多くの主題が掲載されていません。
著者はいくつかの箇所で、距離と速度を表すのにノットとノット/時、速度を表すのにフィートを使用しているが、これは変更されていない。
変更点：

脚注と図版は、（必要に応じて）本文の流れを妨げないように移動されています。
いくつかの例：推薦状は視認性を高めるために改良されています。
明らかな句読点の誤りがいくつか、通知なしに修正されました。
テキスト内の同じ単語に合字と一文字の両方が含まれている場合（広告を除く）、これらは標準化されています。ae/æ は æ に（anæsthetics）、e/é は é に（Carré、Lindé、Niépce）、oe/œ は œ に（homœopathy、Phœnix）。
元の作品では、 1 / 2や 15-16の形の分数が使用されています。これらはx / yに標準化されています。
p. v: ニトログリセリンは、他の箇所と同様にニトログリセリンに変更されています。
p. vi、「写真：プラチナタイプ」の章の見出しにあるように追加
6ページ：他の箇所と同様に、KinetescopeをKinetoscopeに変更。
p. 7: Hahneman を Hahnemann に変更
p. 9: Perkin’s を Perkins’ に変更
10ページ：RhumkorffがRuhmkorffに変更されました
11ページ：FoucaltをFoucaultに変更。Herman’sをHermann’sに変更。
p. 15: ecomon が economy に変更されました
p. 29: チョークコイルkk は、図のようにチョークコイルkk′に変更されています。
p. 35: ガリラヤはガリラヤに変更されました
37ページ：SomnenbergをSonnenbergに変更
41ページ：and other を and others に変更
p. 47: corruscations を coruscations に変更
51ページ：BadensburgがBladensburgに変更されました
87ページ：Christian EraをChristian Eraに変更
p. 88: プランテがプランテに変更されました
p. 89: PLANTE から PLANTÉ に変更 (2x)
p.92: commercial を commercial に変更
p. 93: electrictiy を electricity に変更; TROUVE’S を TROUVÉ’S に変更
p.95: St. Petersburg を St. Petersburgh に変更
p. 97: attached を attached に変更
98ページ：どれがどれに変わったか
105ページ：特許一覧のコロンをコンマに変更（2回）。
108ページ：Ninetenth Century を Nineteenth Century に変更
129ページ：他の箇所と同様に、air-brakeをair brakeに変更。
133ページ：ペンシルバニアがペンシルベニアに変更されました
150ページ：greater that が greater than に変更されました
p. 153: から に変更されました。遠くから
159ページ：sterereotypingをstereotypingに変更。Edinburgを他の箇所と同様にEdinburghに変更。
p. 160: 金網が金網に変わった
p. 182: ほぼ毎年変更
188ページ：ManufacturingがManufacturingに変更されました
p. 235: ilustative を illustration に変更
237ページ：half a millions を half a million に変更
p. 240: carry- a fractional per cent. を carrying a fractional per cent に変更しました。
p. 247: irr​​esitable を irresistible に変更
p. 248: acetanalide を acetanilide に変更。OPHTHALMOMETER を他の箇所と同様に OPTHALMOMETER に変更。
p. 250: 合理的なハイルクンデが合理的なハイルクンデに変更されました
p. 253: bactilli を bacilli に変更
p. 260: vélocipéde が vélocipède に変更されました。セレリフェールがセレリフェールに変更されました
p. 261: vélocipéde が vélocipède に変更されました
p. 265: メティエからメティエに変更
p. 285: Middeburg、Middleburg を Middelburg に変更
p. 301: Niepce’s が Niépce’s に変更されました
309ページ：advertisementをadvertisementに変更
p. 324: currentrent を current に変更
p. 389: fire-arms を firearms に変更（他と同様）
p. 395: must must を must に変更
401ページ：MoncriefがMoncrieffに変更されました
412ページ：Livermore-RusselをLivermore-Russellに変更。RusselをRussellに変更。
416ページ：pulvurulentをpulverulentに変更
425ページ：efficencyがefficiencyに変更されました
p. 462: latrobe stoves を Latrobe stoves に変更
469ページ：アセトアニリドをアセトアニリドに変更
p. 470: Cemementation を Cementation に変更しました。
*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍『19世紀における発明の進歩』の終了。 ***
　《完》