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以下の文書は次のページの翻訳です。

Swing Bridge, River Tyne - Wikipedia
Google map: タイン川のスイング・ブリッジ

このページでは「タイン川のスイング・ブリッジ」が動作する仕組みが紹介されており、 これによってアームストロングの会社が製造した可動橋の仕組みがほぼわかることになったので、 最後に訳注として追加します。

タイン川のスイング・ブリッジ

スイング・ブリッジは英国タイン川にかかる旋回橋で、 ニューキャッスル・アポン・タイン (Newcastle upon Tyne) とゲーツヘッド (Gateshead) を接続し、 タイン橋 (Tyne Bridge) と ハイ・レベル橋 (High Level Bridge) の中間にある。

  
タイン川にかかるスイング・ブリッジ
の上にハイ・レベル橋がそびえる。
ニューキャッスルの方を向いている。
タイン・アンド・ウィアにおける
スイング・ブリッジとタイン川

橋を動かすのにいまだに使用されている水圧の動力は 今日では複数の電動ポンプから得られている。 複数の電動ポンプは橋の下の 60 フィート (18 m) の縦穴に沈められている水圧アキュミュレーターに 水を供給し、次に高圧の水が開放され、 これにより橋を回転する機械を走らせる。 これに使用される機械装置は元々 アームストロングによって設置された 機械といまだに同じものである。


機械室、アームストロングの 元々の 3 基のシリンダーが往復し
ハイドローリック・モーター (水圧モーター, hydraulic motor) を駆動。
訳注
上の挿絵とそのキャプションが、スイング・ブリッジの動作の仕組みを完全に説明している。 訳注でもう少し詳しく説明する。

この橋には 281 フィート (85.6 m) の カンチレバー・スパンが あり、中央の回転軸は 360° 回転することができて、 橋のどちらの側も船舶が通過できる。

訳注
日本語版の Wikipedia では カンチレバーを 「片持ち梁」 としていますが、 この場合のカンチレバー・スパンとは支えから対称に突き出た梁のことを指し、 力を加えなければ平衡して釣り合うものを指します。 旋回橋の旋回部は軸の上で正確に釣り合うように作られているのです。

この場所にそれ以前にあった橋は 1868 年に取り壊されて、 より大きな船が ウィリアム・アームストロングの工場に遡上できるようになった。 アームストロングが水圧式のスイング・ブリッジをデザインし、 資金を供給した。工事は 1873 年に開始した。 1876 年の 6 月 15 日に陸上交通が開通し、 1876 年の 7 月 17 日に河川交通が開通した。

スイング。ブリッジは 1270 年、1781 年に建設された昔のタイン橋の 跡地にあり、恐らくはローマ時代のアエリウス橋 (Pons Aelius) のあった場所でもある。

  1. 訳注:橋の歴史
  2. 訳注:初期の蒸気エンジンによる可動橋の仕組み
訳注:橋の歴史

本文だけでは歴史がわかりにくいので、

Swing Bridge - Historic Site in Newcastle, Newcastle upon Tyne - NewcastleGateshead
(スイング・ブリッジ - ニューキャッスル・アポン・タインとニューキャッスルゲーツヘッドを結ぶ歴史的橋)

の説明 (これは観光案内のページ) も翻訳することにします:

スイング・ブリッジはタイン川委員会 (the River Tyne Commission) が 「1861 年のタイン川改善議会法」により授与された権限により建設したもので、 水路を改善して、 川の上流により大きな船舶が遡上できるようにして交易を拡大するための 総合的な計画の一部分であった。 橋の工事は 1873 年にエルスウィック (Elswick) の 「サー W.G. アームストロング会社」(Sir W.G. Armstrong and Company Limited) によりデザイン・建設された。

これは、1876 年の 6 月 15 日に始めて道路交通に使用され、 1876 年 7 月 17 日に始めて河川交通に使用された。 スイング・ブリッジはニューキャッスルのタイン川の同じ場所にかけられた 4 番目の橋である。 最初の橋は AD 130 年頃に、 ハドリアヌス皇帝 (Emperor Hadrian) に よって建設された木と石の橋であり、アエリウス橋 (Pons Aelii) と呼ばれた。 アエリウスとは皇帝の父祖の名にちなむ姓 (patronymic) である。 この橋は 1248 年まで健在で、この年に火災により焼失した。 この火災により町の多くの部分も破壊された。

第二番目の、あるいは中世の橋は石で建設され、1320 年から 1771 年まで健在であったが、 1771 年の大洪水により橋の一区間が流された。橋の残りの部分は取り除く必要があり、 第三番目の橋は 9 基のアーチを持つ石で建設され、1781 年に完成した。 この橋が委員会により取り除かれ、スイング・ブリッジに道を譲った。

1981 年の 12 月 31 日までに、 橋は 286,281 回 開き、448,090 隻の船舶を通し、 通過した純トン数は 2.20 億トンである。 これと比較すると、今日では橋は 1 週間におよそ 4 回開くだけである。

ハドリアヌスは ハドリアヌスの長城の名前でも知られています。

訳注:初期の蒸気エンジンによる可動橋の仕組み

本文の説明などから、初期の蒸気エンジンによる可動橋の仕組みがほぼ明らかです。 つまり、蒸気エンジンが水を水圧アキュームレーターに充填し、 水が十分に蓄積されてから、水圧アキュームレーターが解放され、 これによりハイドローリック・モーター (水圧モーター、あるいは水圧エンジン) に動力が供給され、 ハイドローリック・モーター (水圧モーター) が 歯車を駆動し、この歯車が歯板とかみ合って、橋を駆動する。 バートン旋回水道橋にも類似の説明がある。

Tower Bridge Hydraulic accumulator | Flickr - Photo Sharing!
(タワー・ブリッジで昔使用された水圧アキュームレーターの写真)
ハイドローリック・モーター (水圧モーター)に関して

ハイドローリック・モーター (水圧モーター, hydraulic motor) に関して、 日本語の Wikipedia に 圧力モーターの訳語があてられ、基本原理を次のような動画で説明しています。

ハイドローリック・モーターには色々あり、これは最も簡単なものです。 日本語版の Wikipedia ではこの動画のキャプションに「ラジアルピストンモーター」としています。(ラジアル=radial=放射式) この動画では 5 基のシリンダーがありますが、スィング・ブリッジでは 3 基のシリンダーを使用していることがわかります。

なお英語版の Wikipedia の Hydraulic motorには次のようなくだりがあります。

最初の回転式ハイドローリック・モーター (rotary hydraulic motors) の一つは ウィリアム・アームストロングによって製造され、タイン川のスイング・ブリッジ で使用された。信頼性のために二つのモーターが提供された。 その各々は『3 シリンダー、単動作首振りエンジン』(three-cylinder single-acting oscillating engine) であった。 アームストロングは線形式あるいは回転式の広範囲な水圧エンジンを開発し、 広範囲な産業用あるいは土木技術の用途に使用し、 とりわけドックや可動橋に使用した。

ピストンの両側からガスないしは流体が注入されるのが複動作 (double-acting) で 一方のみから注入されるのが単動作 (single-acting) です。 アームストロングのハイドローリック・エンジン (水圧エンジン) では使用した水は捨てられるはずなので、一番単純な形式の ハイドローリック・エンジン (水圧エンジン) です。

水圧エンジンが「ドック」にも使用されたとありますが、 これはアンダートン・ボートリフト計画とデザインを読めば大体事情がわかります。 アンダートン・ボートリフトでは、通常は 2 台のケーソンが 平衡を取っていますが、各ケーソンを独自に昇降する必要がある場合があり、この場合に 蒸気エンジンで水圧アキュームレーターを使用するとあります。 水圧アキュームレーターで高い圧力を得られれば、ここから直接水圧装置に 高圧の水を供給できたはずです。 アンダートン・ボートリフトをデザインした エドウィン・クラークはボートリフトのデザインををするよりも前に 水圧リフト乾ドックのデザインをしているので、この可能性が大きい。 (但し、この方法では上昇速度が遅い。) アームストロングの会社が水圧装置を使用せずに、 ハイドローリック・エンジンで歯車を駆動したのは上昇速度の理由からかもしれない。

タワーブリッジの場合

かの有名なタワーブリッジは旋回橋ではなく、 バスキュールブリッジ (跳開橋) ですが、この場合にも スイング・ブリッジと類似の方法で橋を動かすようです。 (英語版の Wikipedia のタワーブリッジはあとで全訳しました。 タワーブリッジを参照のこと。下の翻訳とずれていますが、最初に翻訳したままにします。)

英語版の Wikipedia の Tower Bridgeでは、次の記述があります。

1974 年に、元々の操作機構は大半が新しい電気ハイドローリック 【訳注:油圧】駆動システム で置き換えられた。これをデザインしたのは BHA Cromwell House である。 元々のシステムの部品でいまだに使用されているのは、最後の歯車で、これがバスキュールに 取り付けられた歯板にかみ合っている。これらは現代的なハイドローリック・モーター【訳注:油圧モーター】と歯車で 駆動され、ハイドローリック・システムの作動液として水の代わりに油が使用されている。
注意
この箇所を訳した目的は元々の装置の仕組みを理解するためです。 以上の記述から、元々の バスキュールには歯板が取り付けられて、これに歯車がかみ合うように出来ていて (ここまでは現代と同じ)、 この歯車を動かしたのはハイドローリック・モーター (この場合には水圧モーター) であったことが読み取られます。
しかしハイドローリック・モーターは油圧を回転運動に変える装置ですから、 現代では、高い油圧を与えるために電動の油圧ポンプ (ハイドローリック・ポンプ) のようなものが使用されていると思われます。 従って直接電気モーターでバスキュールを駆動していない。類似の身近な機械に油圧クレーンがあります。 この場合もモーターの動力で直接昇降するのではなく、油圧を経由しているので、この方が効率的なのだと思われます。

以上の説明は主に新しい装置の説明ですが、古い装置に関しては 以下に説明があります。

An Introduction to Hydraulics

次のように書かれています。

タワー・ブリッジは、建設された時にはかって建設されたバスキュール橋 (バスキュールはフランス語の「シーソー」から来ている) の中で最も大きく最も洗練されたものであった。 これらのバスキュール橋は水圧技術を使用し、 蒸気を使用して、巨大な給水エンジン (pumping engine) を駆動する。 生成されたエネルギーは 6 基の巨大なアキュームレーターに貯蔵される。 橋を持ち上げるのに必要な動力が蓄積されれば、直ちに利用可能である。 アキュームレーターは駆動エンジン【訳注:水圧モーター】に (水を) 供給し、 これによりバスキュール橋を昇降する。 システムが複雑であるにもかかわらず、 バスキュールを最大角の 86° に持ち上げるのにおよそ 1 分しか必要でない

翻訳に関して: フランス語のバスキュール (bascule) の意味には (遊園地の) 「シーソー」の意味も 「天秤ばかり」のどちらの意味もあるが、バスキュール・ブリッジの場合は「天秤ばかり」 の意味と受け取る方が多いと思う。

英語版の wikipedia の Tower Bridgeの Hydraulic system の箇所には、 更にタワー・ブリッジの水圧システムを作ったのは アームストロングの会社 (正確にはミッチェルと合併後の会社)の ハミルトン・オーウェン・レンデル (Hamilton Owen Rendel, 1843 年 - 1902 年) としている。 (アームストロングの会社の変遷に関しては ウィリアム・アームストロングを参照。)

以上の点を素直に解釈すると、 タワー・ブリッジの水圧システムは、 スイング・ブリッジの水圧システムと基本的に同じと 思われる。タワー・ブリッジの装置を作ったのは ハミルトン・オーウェン・レンデルのようですが、 彼とスイング・ブリッジの関連が不明ですが、 Hamilton Owen Rendel にはタワー・ブリッジの水圧機械のことのみが 記載されているので、レンデルはアームストロングの会社の製造方針を 踏襲したと思われます。

How did the Tower Bridge function ?

にも関連することが書いてあるので少し引用することにします。

1872 年に、英国議会はテムズ川を越える橋の認可に関しての計画を考えた。 ロンドン市の要望により、市の建築家であるホレス・ジョンズ (Horace Jones) はロンドン・ブリッジの 下流にゴシック形式のドローブリッジを建設することを提案した。 新しい橋により、船舶はテムズ川を遡上して、西のドックに行けることとなる。 ロンドン塔の長官の反対にもかかわらず、議会は計画を実行する決定をした。 但し橋のスタイルはロンドン塔のスタイルとマッチすることという条件が付いていた。

計画はユニークで、後方に平衡おもりのついた最初のドローブリッジであった。 これはオランダの水路で使用される小さなドローブリッジに触発されたものである。 橋は現代的な手段で建設され、鋼構造を持ち、外見はレンガであった。


訳注:「オランダの水路で使用される小さなドローブリッジ」とは 恐らく キャッスルフィールド の 「グローサーズ・ウェアハウス」の前にある「リフト橋」のような橋のことだと思われます。 (キャッスルフィールド/歴史/産業化に写真が掲載されています。)

橋には 2 つの主塔があり、道路の 34 m (113 フィート) 上方の 2 つの歩行者用 通路で結ばれ、最大水位の 42 m (140 フィート) 上方にあった。 道路は、後方に重りのついた重量物で途切れていた。 橋の巨大な翼は各々 1200 トンほどの重さで、互いに分離し、 86° までの角度に上昇する。 10,000 トンまでの船は橋の下を安全に通過できる。

水圧装置が重量物を持ち上げ、エレベータを制御し --- エレベーターは道路面から歩行者用通路まで歩行者を持ち上げた -- 更には警告信号を作動させた。 水により供給される動力は必要とされるエネルギーの 2 倍であった。

橋の南端の下に設置された 4 基のボイラーは石炭で加熱され、 1 平方センチあたり 5-6 kg (11-13 ポンド) の圧力を 持つ蒸気を生成し、2 つの巨大なポンプを駆動した。 ポンプは 1 平方センチあたり 60 kg (133 ポンド) の圧力で給水した。 重量物を持ち上げるのに十分なエネルギーを永久に確保するために、 水は圧力をかけられた 6 基のタンク 【訳注:水圧アキュームレーター】 に 貯蔵された。 タンクは重量物を制御する 8 基のエンジン 【訳注:ハイドローリック・モーター】 に動力を与えた。 装置が一旦開始すると、後方に平衡おもりをつけた重量物を直径 50 cm (1.6 フィート) の 軸の周りに上昇させた。 ちょうど 1 分で翼は最高点に達した。

今日では、水圧動力は電気動力で置き換えられている。....

勝鬨橋との比較

勝鬨橋との比較をしてみましょう。次のページを参考にします。

  1. かちどき 橋の資料館 - JCA
  2. 勝鬨橋と可動橋の世界 - 探検コム

ちょっと意外だったのは、勝鬨橋は厳密な意味でのバスキュール橋ではないらしいと言う点です。 2 の方に次の文章があります。

橋桁が10度まで持ち上がると、あとはカウンターウエートによって自然に橋が開きました。

これだと橋が開く時には都合よいでしょうが、 橋が閉じる時には余計時間がかかる気がするし、安全装置も必要となると思われます。 バスキュール橋は基本的には完全に平衡するように製造すべきだと思われます。

あとでタワーブリッジを全訳して気が付いたのですが、 タワーブリッジでは下を通過する船が十分に通過できる余地まで開けるだけで、 全開にする場合はほとんどないようです。勝鬨橋は小さな船が通過する場合にも全開にしたようで、 非常に非合理的に作られている。

注意
完全に均衡がとれている場合には、驚くべきことができます。 次は旋回橋を手動で開ける動画です。 Hodgdon Island Manual Swingbridge - YouTube (ホドン島橋、米国)

タワー・ブリッジの方が優れていると思われる点に現代との接点があります。 元々のタワー・ブリッジは水圧で動かしていましたが、1974 年に、油圧 + 電動 に変化しました。 しかし基本的な変化というわけではなく、昔の方がパワーが小さかったから (あるいは効率が悪かったから) 水圧アキュームレーターが必要だっただけです。

もう一点気になる点があります。一般に日本語のページで戦前の日本で蒸気エンジンの 開発がされたかのように書いてあるページが多く見られる点です。 私の記憶では日本の戦前の技術は大抵が外国の機械のコピーです。 (だから現在のように外国企業が日本で特許を獲得していれば、 日本の企業が特許侵害で有罪となる。) とてもよく記憶していることは、勝鬨橋を蒸気エンジンの方式で作ることができずに電動にしたと言う点です。 (多分、鉄道が電化されようとした時に、この話を読んでいる。 つまり蒸気エンジンでは欧米に到底太刀打ちできないが電動モーターには将来があるというような話ではなかったかと思う。) このページを書いている最中に蒸気エンジンによってバスキュール橋を作るには 次の 3 つができればよいということに気が付きました。

  1. 大きな蒸気エンジンの製造
  2. 水圧アキュームレーターの製造
  3. 水圧モーターの製造

恐らく蒸気エンジンを自主開発したことがあれば、どれもできたはずです。 (水圧アキュームレーターはただの大きいピストンで、 またここで取り上げた水圧モーターは複数のシリンダーで動力を供給する仕組みで、 これは蒸気エンジンの開発初期に考えられた方式の 1 つと思われます。) 従って、恐らく日本では蒸気エンジンを自主開発したことはなく、 単に外国製のエンジンのコピーをし続けたのだとほぼ断言できることになりました。

日本は知的所有権に関してはあまり芳しい歴史を残していない。 私が直接知っている話では、戦後間もないころ日本で洋書の海賊版 (主に科学技術に関するもの) がものすごく出回っていたそうです。 (コピー機はまだなく、ドルはとても高かった。) これは間もなくアジア版が出版されて合法的なものになり、これで廉価な洋書が手に入ることになった。

以上の実例を見てもわかるように昔の日本人は「知的所有権」をきわめて軽んじている。 外国の機械を購入し、分解して寸分違わないものを制作することは第二次大戦前には 英雄行為とみなされていたとの記憶があります。そしてこれが「高い技術力」なのです。 現在では例えば中国で、i Phone の偽物が製造されていますが、戦前の日本人にとっては これこそが「高い技術力」なのです。 恐らく日本人が「知的所有権」のことを重要視するようになったのは 1960 年代ではないかと思います。 この頃、日本国中の企業に研究開発部門ができ、製菓産業でさえこうなり、 朝日新聞が馬鹿にしていたのを記憶しています。 これ以前は日本の企業はまともに研究開発をしておらず、 金をかけても儲けに直結しなかったからでしょう。 外国企業もこの頃から日本で特許申請をするようになったのではないかと思います。 新聞記事には外国企業の特許申請の処理は日本企業のものより、随分遅いことが 指摘されていたと思います。