クック・ウィートストーン電信 (Cooke and Wheatstone telegraph)

クック・ウィートストーン電信は初期の電気電信システムで 1830 年代に始まり、イングランドの発明家のウィリアム・フォザギル・クック (William Fothergill Cooke) とイングランドの科学者のチャールズ・ウィートストーン (Charles Wheatstone) により発明された。これは商用利用された最初の電信システムである。受信機は幾つかの針から構成され、針は電磁コイルにより移動されて文字盤上の文字を指す。この文字盤の造作はコードを学びたがらない初期の利用者と、スタッフの訓練に投資したがらない雇用者に好まれた。

後のシステムでは文字盤はなしで済まされ、コードが針の動きから直接読み取られた。これが起きたのは針の数が少なくなったからであった。この変化の動機付けは経済的必要性から電信の電線の数を減らすためであり、電線の数は針の個数に関連していた。この変化はずっと緊急性を要するもので、初期に設置した (電線の) 絶縁が低下し、元々の電線の幾つかが使用できなくなったからであった。クックとウィートストーンによる非常に成功したシステムはまもなく 1 本の針からなるシステムとなり、 1930 年代まで使用され続けた。

電信はウィリアム・フォザギル・クックとチャールズ・ウィートストーンの共同事業で生まれた。ウィートストーンは学童 (school children) にはウィートストーン・ブリッジによって最もよく知られている。この共同事業は 2 人の目的が違っていたためうまくはいかなかった。クックは発明家・起業家であり、特許を取って、発明により商的に利用することを望んだ。一方、ウィートストーンは商的なベンチャーに興味を持っていない学研肌の人であった。この見解の違いは発明の優先権に関しての 2 人の要求の苦々しい議論につながった。彼らの違いは調停されることになり、マーク・イザムバード・ブルネル (Marc Isanbard Brunel) がクックのために行動し、ジョン・フレデリック・ダニエル (John Frederic Daniell) がウィートストーンのために行動した。クックはまもなく特許使用料と引き換えにウィートストーンの利権を買収した。

クックはウィートストーンとの共同事業をするまえに電信を建設するための幾つかのアイデアをもっており、科学者のマイケル・ファラディーの助言を求めた。しかしながら、このモデルを実践に移す多くの科学知識はウィートストーンからのものであった。クックの初期の機械的電信 (これには電磁的な戻り止めを持つ時計仕掛けが含まれる) は大半が見捨てられた。

1837 年の 1 月に、クックはリバプール・マンチェスター鉄道のディレクター達に 60 符号の電信のデザインを提案した。これは彼らの目的にはあまりに複雑すぎた；直接必要であったことはリバプール駅とロープ牽引のエンジン棟との間の単純な信号伝達であり、エンジン棟は駅の外にある長いトンネルを抜ける急なインクライン (坂道) の頂上にあった。主要駅へのロープ牽引は騒音と汚染を避けるために、この当時は普通のことで、この場合には勾配が急すぎて、機関車が補助なしでは坂道を登れなかった。必要とされたことは幾つかの単純な信号で、例えばエンジン棟に牽引の開始を知らせることであった。クックはより少ない符号を備えたより単純なバージョンの製造を要求され、彼は 1837 年 4 月末までにこれをした。しかしながら鉄道は、その代わりにホイッスルを備えた圧縮空気電信を使用する決定をした。このすぐあとで、クックはウィートストーンとの共同事業をすることにした。

1837 年の 5 月に、クックとウィートストーンは電信システムの特許を取った。このシステムでは文字盤上の幾つかの針を使用し、針が文字盤のアルファベットを指すように動いた。特許は 5 本の針のシステムを推奨したが、必要とされる符号化文字の数に応じて何本の針も使用できた。針が 4 本のシステムがロンドンのユーストン駅とカムデン・タウンの間の鉄道で設置された。この鉄道はロバート・スチーブンソンがロンドンとバーミンガムの間に建設しているものであった。システムは 1837 年 7 月 25 日に成功裏に実演された。これはリバプールの計画と類似なものであった。車両はカムデン・タウンで切り離され、重力によりユーストン駅まで進んだ。カムデン・タウンのエンジン棟に車両牽引の開始を合図するシステムが必要で、これにより車両がインクライン (坂道) を引き上げられ、待ち受ける機関車に接続された。リバプールでは電気電信は最後には拒否され、ホイッスルを備えた圧縮空気システムが採用された。

クックとウィートストーンはグレート・ウェスタン鉄道で設置した電信により、始めて商的に成功した。この鉄道では 1838 年にパディントン駅からウェスト・ドレートン (West Drayton) の 13 マイル (21 km) で設置した。実際、これは世界で最初の商用電信であった。 5 本の針と 6 本の電線のシステムであった。電線は元々鋼製の導管に入れて地下に埋設された。しかしながら、電線の絶縁の劣化から役に立たなくなり、電柱に設置した絶縁をしていない電線で置き換えた。当面の方法として 2 本の針のシステムが地下に残る 3 本の電線と共に使用された。これは 2 本の針しか使用しなかったが、より多くの符号が使用できた。しかしながら電信がスラウ (Slough) まで 1843 年に延長された時、 1 本の針と 2 本の電線のシステムが設置された。

この時点から電信の使用が、ロンドンから建設される新しい鉄道で増え始めた。ブラックウォール・トンネル鉄道 (ロープ牽引の別の応用) が 1840 年に開通した時にクック・ウィートストーン電信を設置し、多くの他の鉄道がこれにならった。 1 本針の電信は英国の鉄道で非常に成功することとなり、19 世紀の終わりには、まだ 15,000 台のセットが使用されていた。何台かは 1930 年代にも使用されていた。 1845 年 9 月には資本家のジョン・ルイス・リカルド (John Lewis Ricardo) とクックは「電気電信会社」を設立した。この会社がクック・ウィートストンの特許を買収し、電信事業をしっかりと設立した。 1869 年に会社は国有化され、ロンドン郵便本局 (General Post Office) の一部となった。

殺人容疑者のジョン Tawell はスラウからパディントンに至る針使用の電信文により、 1845 年 1 月 1 日に逮捕された。これは殺人犯を捕らえた最初の電信使用であると思われている。電信文は：

A MURDER HAS GUST BEEN COMMITTED AT SALT HILL AND THE SUSPECTED MURDERER WAS SEEN TO TAKE A FIRST CLASS TICKET TO LONDON BY THE TRAIN WHICH LEFT SLOUGH AT 742 PM HE IS IN THE GARB OF A KWAKER WITH A GREAT COAT ON WHICH REACHES NEARLY DOWN TO HIS FEET HE IS IN THE LAST COMPARTMENT OF THE SECOND CLASS COMPARTMENT

( 殺人がたった今 (GUST, just) ソルト・ヒルで起きた殺人容疑者はロンドンへの 1 等切符を購入する所を目撃された列車は午後 742 にスラウを出発した彼はクエーカー教徒 (KWAKER, quaker) のなりをして大きなコートを着てコートはほとんど足首までたれさがっている彼は 2 等車両の最後のコンパートメントにいる )

クック・ウィートストーンのシステムは句読点、小文字やいくつかの文字をサポートしていない。 2 本針のシステムでさえ J, Q, Z の文字が抜けており、 'just' と 'Quaker' の綴りミスがある。これによりパディントン駅の受信操作員が困難に陥った。彼は K-W-A を受信した後に「再送信」を何度も要求した。彼はこれを間違いと思ったからである。これは何度も続いたが、小さな子供が送信操作員に単語を完結させることを提案した。これで理解された。Tawell は到着後、近くの喫茶店に寄る所を探偵に尾行され、そこで逮捕された。この事件の新聞報道により、電信が大いに知れ渡ることになり、明白に世間の注目を浴びることになった。

広く報道された Tawell の逮捕は公衆が電信を大いに注目することになった 2 つの事件の一つであり、これで電信が鉄道信号を越えて広く使用されることになった。もう一つの事件とはビクトリア女王の次男のアルフレッド・アーネスト・アルバートの誕生の電信による発表であった。ニュースは発表の 40 分後に前例のない速さで「ザ・タイムズ」に掲載された。

クック・ウィートストーン電信は幾つかの磁針から構成され、磁針は電磁誘導によって励起コイル (energising winding) で時計式に、あるいは反時計式に小さな角度だけ回転する。動く方向は電信中の電線を流れる電気の向きで決定される。文字盤はダイヤモンド型の格子が描かれ、格子点には文字が記され、この配置により 2 本の針が励起された時に特定の文字を指すようになっている。クック・ウィートストーンのシステムで要求される電線の本数は使用される針の数に等しい。針の数は符号化される文字の数を決定する。クック・ウィートストーンの特許は 5 本の針を推奨しており、これが彼らの初期のデモ用のモデルであった。 2, 3, 4, 5, 6, ... 本の針から得られる符号の数はそれぞれ 2, 6, 12, 20, 30, ... である。

送信側にはボタンが 2 列あり、これはコイル毎に 1 対のボタンである。オペレーターは各列から、1 つずつ選ぶ。これにより、2 個のコイルがバッテリーの正の側と負の側に接続される。コイルの反対側の端は電信の電線に接続され、受信機のコイルの片方に接続されており、受信モードでは、すべての回路が接続されている【訳注：下の回路図を参照】。これにより両端の同じ 2 つのコイルに電流が流れ、同じ 2 つの針が励起される。このシステムでは励起される針は組になっており、常に逆向きに回転される。

5 本針の電信は 20 個の可能な配置があり、アルファベットを完全に符号化するには 6 文字不足する。省略された文字は C, J, Q, U, X とである。この電信の売り文句は使用するのが簡単で、オペレーターを訓練する必要がないことである。符号を学ぶ必要がなく、送信される文字は送信オペレーターにも受信オペレーターにも視覚的に表示されるからである。

パディントンからウェスト・ドレートンへの電信は元々 5 本ではなく 6 本の電線を使用した。 6 番目の電線はリターン・ワイヤ (return wire) となり、(これがあると) 針を独立に操作でき、もっと多くの符号の可能性があった。しかしながら、これらのコードを使用するにはもっと広範なオペレーターの訓練が必要であった。というのは単純なアルファベットの符号のようにその場で格子から読み取ることができなかったからである。電信システムは後にリターン・ワイヤを使用する代わりに、アース (接地) を使用することになるが、この原理はクック・ウィートストーン電信の時代には確立していなかった。

究極的には電線の数を減少させる経済的な必要性が使用の単純性よりも、より強い動機付けとなり、クック・ウィートストーンは 2 本針の電信を開発することになった。

2 本針の電信には 3 本の電線が必要であった。針毎に 1 本と 1 本のリターン・ワイヤがあった。符号化は 5 本針の電信とは少々違っており、ディスプレーから読み取るのではなく、覚える必要があった。針は左右どちらの方向にも連続して 1 回、2 回、3 回動かすことができ、あるいは短時間に連続して、どちらの方向にも動かすことができた。どちらの針も、あるいはどちらも同時に、動かすことができた。これにより全部で 24 個の符号が得られ、このうちの 1 つは停止コードで占められた。これにより 3 つの文字 J, Q, Z が省略され、それぞれ G, K, S で代替された。

このシステムはパディントンからウェスト・ドレートンに至る使用できなくなった複数電線電信を交換するために開発された。これは 2 本の電線しか必要ではなかったが、もっと複雑な符号となり、転送速度が遅くなった。 2 本針のシステムでは 3 ユニット符号 (three-unit code) (すなわち 1 つの文字を表すために針の 3 回までの動き) であったが 1 本針のシステムでは 4 ユニット符号を使用した。しかし全アルファベットを符号化するのには十分であった。 2 本針のシステムと同様に符号単位は連続的に針を素早く左右に動かすことから構成されていた。針は動くと棒にあたって鳴いた。左に動くときと、右に動くときでは違う音色が提供され、オペレーターは針の動いた方向を見なくても聞き取ることができた。

符号は使用されるにつれ、洗練され、適合させられた。 1867 年までに数値が 5 本針符号に付け加えられた。これは 6 番目の電線をリターン・ワイヤとして使用することで達成され、これで 1 本の針だけを動かすことができた。元々の 5 本の針では針を組にして動かすことのみが可能で、しかも常に逆向きでないといけなかった。これはリターン・ワイヤがなかったせいである。もっと多くの符号がリターン・ワイヤにより理論的には可能であるが、その全部が格子表示ディスプレーで便利に使用できるわけではなかった。数値はダイヤモンド型の格子の端のまわりに印をつけることで組み込まれた。 1 番目から 5 番目の針が右に励起されたら、それぞれ 1 から 5 の数値を指し、右に励起されたら、6 から 9 までと 0 を指した。 2 つのボタンが電信装置に追加され、リターン・ワイヤを有効にして、バッテリーの正もしくは負の端子に接続して、針が動く方向を指定した。

1867 年までに、 Q の符号 (

) と Z の符号 (

) が 1 本針の符号に追加されたが、J の符号は追加されなかったようである。しかしながら、 Q の符号 (

)、 Z の符号 (

)、 J の符号 (

) は後に針電信の盤面に印がつけられ、これは数値シフト (

) と文字シフト (

) の 6 ユニット符号と共に使用された。多くの複合コードがオペレーターの制御に加えられ、これには待て (wait) と復唱 (repeat) があった。これらの複合コードはモールス信号の交信略号に類似しており、モールス符号では 2 つの文字が文字間隔なしに出力される。 2 本針の数値シフト符号と文字シフト符号も合成符号であり、これがこれらの符号にオーバー・ラインが付けられる理由である。

4 本針で使用される符号は知られておらず、どの装置も生き延びることはなかった、どの文字が 12 個の可能な符号に割り当てられていたのかさえ知られていない。


クック・ウィートストーンの 5 本針と 6 本電線の電信機	クック・ウィートストーンの 5 本電線の木製のスペーサー【訳注：絶縁用】