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水力ミルに関連して

水車 (waterwheel) は 2000 年以上もの間、ヨーロッパの工場の 動力源で、このような工場は watyermill (水力ミル、水車工場) と呼ばれます。 日本にはこのような工場がなかったことを示すのが、この文書の主な目的ですが、これはほとんど明らかだと思います。 関連したことにも少々を加えます。

水力ミル (watermill、水車工場) の大多数は製粉工場ですが、 これに使用される仕組みは日本のものと随分違い、工場と呼んで差し支えないと思われます。

製粉を効率よく実施するには、水平回転する臼が必要です。 ところが、(一般的な) 水車は垂直回転なので、水平な回転運動を実現するには歯車が必要となります。 BC 3 世紀の中東の水車は水平水車で、製粉用の臼を回転するのに歯車が必要ではありません。 しかし BC 2 世紀の中東の水車は垂直水車となり、この時に歯車が必要となります。 (水力ミルを参照。)

動力で駆動する製粉用の臼は明らかに重くすることができ、 これを駆動するための水車も最初から大きな出力が得られ、そのためと思われますが、 水車は鉱石の粉砕にも利用されたし、クランク + 連接棒 + 歯車列 を使用した石材用の鋸ミル (ヒエラポリスの鋸ミルを参照) にも使用されました。 以上はローマ時代の応用ですが、ヨーロッパ中世には 製紙技術が伝搬し、製紙工場 (papaer mill) も水力ミル (watermill) で建設されるようになります。 そして英国産業革命の時に水力ミル (watermill) に繊維工場 (textile mill) が含まれることになるのです。

以上からも、ほぼ明らかですが、ミル (mill) を「水車小屋」と訳すのは誤訳と思われます。 単なる製粉用としても、設備はかなり大きく、臼石 (millstone) も随分重い。 日本の水車は皮をはぐためのもので、しかも (第二次世界大戦前には) 貧しい人は米を玄米のまゝで食べた。 ところが、ヨーロッパの小麦はパンにして食べるので、小麦を全部パン粉にする必要があります。 従って、とても大量に製粉する必要があり、 産業規模の製粉所 -- 製粉工場 -- がないと処理できなかったと考えるべきだと思われます。

以上の点から、水力ミル (watermill) は「水車小屋」でないことは自明なのですが、 以下では別の観点からこれを検証します。

  1. 水車には導水路が必要
  2. 日本の水車に関して
  3. 導水路の建設には測量が必要
  4. 水力ミルの変遷
水車には導水路が必要

多くの人はほとんど指摘していませんが、水力ミルには立地条件があります。 固定した場所に水車を設置した場合に、洪水があれば、水車はドロでつまる危険があるし、また 水車が壊れる危険があります。 この問題は非常に古くから良く知られていたはずで、 ローマ帝国では多くの水車は人工の水路 (aqueduct、水道) に設置されており、 この場合には洪水の危険がありませんでした。 (ローマの工学を参照。)

その他の洪水対策としては、「船舶ミル」 (ship mill) を使用し、水車を川岸に固定するのではなく、 係留した船に「水車」を設置するものです。 この方法では、工場が定位置にないため産業地帯ができませんし、 また水車の馬力をあげることもままならないと思われます。

近世に欧米に設置された「水車」 (waterwheel) はほゞ人工水路に設置すると思われます。 このような人工水路は川から水をひき、途中で水車を回し、その後で水を川に戻すものです。 このようにすると良い点は:

  1. 人工水路に落差を付けて水車を上掛け水車胸掛け水車にすることができる。 (下掛け水車では馬力が小さい。)
  2. 人工水路の入り口に洪水ゲートを作り、川の洪水時には洪水ゲートを閉鎖して、 水車を洪水から守ることができる。

このような人工水路のことを英語では、millrace, leat、head race + tail race、... などと色々な呼び方があります。 ところが日本語には、これに対応する呼び方がないので翻訳に随分困ります。 (私は委細構わず「導水路」などとと翻訳していますが、一般的でないと思います。) つまり、日本ではこのようにして水車を作ったことがほとんどなかった。

人工水路に水車を設置する方向の延長線上に、現代の水路式発電所がある。 このような水路の多くはペンストック (penstock) と呼ばれるものになります (スルースの訳注の写真を参照。)。

日本の水車に関して

そうすると、日本では水車を直接川に設置したことしか、あり得ないことになります。 最初に述べたように、これをすると洪水には極めてもろくなります。 あるいは設置したのは大きな川ではなく、小さな川であったことになり、 これでは大きな馬力を出力できないことになります。

更に

始まりの開始 -- 道路建設

戦前の日本に道路建設があり得なかったことの別の理由、その 2により、 第二次世界大戦前の日本ではほとんど治水工事がされておらず、 全国の河川にはまともな堤防がなかったことがわかっており、 とりわけ近世には日本国中で洪水が頻発していました。 従って、水車があったにせよ、洪水による被害で始終壊れていたことが想定され、 そのたびに作り直されたと思われます。従って、そのような条件でも水車を使用したとすれば、 簡単に作り直せる小さな物であったと思われます。

つまり第二次世界大戦前の日本では、まともな治水工事がされておらず、まともな水車がなかったと思われます。

これと比較すると、英国 (イングランド) の場合には、 すでに 1600 年頃には、治水工事が開始され、これと並行して水力ミル (水車) も建設されており、 ちゃんと納得できる状況になっています。

厳密にチェックしたわけではありませんが、 ヨーロッパで水車が建設された場所では治水工事が並行して実施されたはずです。

イングランドでは直接川に水車を作ることもある。

イングランドでは直接川に堰を作り、そこに水車を建設したこともありますが、 これは治水工事と並行して実施されたと思われます。この発展形態が現代の発電ダムです。

このような初期の堰には噴出水門 (Flash lock)を実現するようなものもあり、 増水時には水が通りやすく、全体にきわめて巧妙に作られております。

導水路の建設には測量が必要

ローマ帝国では、水道 (aqueduct) に水車が建設されており、 この水道 (aqueduct) の建設にはコロバテス (Chorobates、水準器 (レベル) の一種) が必要であったことは良く知られていると思われます。

ヨーロッパ文明で高性能な 3 角測量が可能となるのは 19 世紀以後となり、 それ以前にはローマ帝国の水道の建設方法と同様に、水準器 (レベル) で運河の建設をしたと思われるので、 水車のための導水路の建設も同様であったと思われます。

19 世紀に入ってからは、高性能な測量器材も使用できるようになり、測量方法も変化したと思われますが、 ミルを建設するための導水路の建設には測量が必要であったことは変わりないと思われる。

ミル (水車) を建設する人はミルライト (millwright) とよばれますが、 英和辞典にはミルライトの意味として「水車大工」がありますが、これは誤訳です。 恐らく、日本で水車を設置する人を水車大工と呼んだため、欧米圏の水車を設置する「ミルライト」にも「水車大工」 の訳語を与えた可能性が大きい。 ミルライトは色々な能力がないといけないのですが、 導水路の設計・建設もその能力の 1 つになります。 しかし明治時代の日本人には水車の設置に導水路の建設が必要であることが理解できなかったと思われ、 その理由からミルライトに水車大工の訳語を与えた。

すぐわかるように、ミルライト (millwright) の仕事は、運河の技術者と類似している部分があり、そのため 運河の技術者で、ミルライト出身の人は随分多くいます。

水力ミルの変遷

水力ミル (水車工場) は当初は木造の水車を使用しますが、英国産業革命では 木造の水車は鉄製の水車に代り、これはそのうち鉄製の水力タービン (water turbine) に変化します。 水力ミルの発展は 2 つに分化します:

  1. 工場としての変化:  工場の動力源は、水車から、水力タービンに変化し、 工場の動力源は水力のままであることもあるし、蒸気エンジンが水力を補完することもあるし、 場所によっては、主な動力源が蒸気エンジンに代わることもあります。 20 世紀に入ってから、電動モーターが小型化・高性能化し、工場の動力源が電動モーターになって、 水力ミルが凋落を始めることになりますが、これは日本では大正時代ぐらいに相当するはずです。
  2. 発電所への変化:  人工水路における水力ミルは人工水路における発電所に変化し、 人工水路の形態が大幅に変化し現代に至る。 (一方で、ダムの発電所に変化するものもある。)

日本で欧米のように人工水路に水車が建設された実例は琵琶湖疏水が該当しそうです。 この頃には水車はすでに水力タービンに変化しているので、欧米の例に倣い 水力タービン -- ペルトン水車 -- を導入し、これで発電をしてインクラインの動力にしたと 思われます。もっともこれは路面電車を走らせることが主目的であったち思われる。 (というのは、インクラインの動力として電力を使用することはとても効率が悪いからです。 運動エネルギーを電力に変換して、更に電力を運動エネルギーに変換すると、効率が極端に悪く (恐らく 10% 以下に) なるので、 通常はしない方法です。)

日本では水力ミルの段階で欧米の真似することが可能でなく、その次の発電所の段階になってようやく真似をすることができたと考えられる。