どうも、しぶちょーです。
ものづくりのラジオは、産業機械の現役エンジニアである私、しぶちょーが、ものづくりに関するトピックをザックバランに語るポッドキャストです。
この番組は、株式会社フレアオリジナル、グラフテスター・デザイン株式会社の提供でお送りします。
本日は、科学系ポッドキャストの日という企画に参加しております。
この企画は、科学系のポッドキャスターが集まって、毎月10日あたりに共通のテーマについて、
それぞれの専門分野の視点で語るという取り組みでございます。
毎月ですね、テーマを決めるホスト番組があるんですけども、
今月のホストは、メカラウロコのメカラジオ、略してメカラジさんですね。
メカラジは、科学の話題が好きな人が集まるオンラインコミュニティ、理系トークラボのメンバーが、
身近な科学元素の話や、科学系の辞書ネタを扱ったり、
歴史上の出来事を科学で読み解いたりしていくという番組でございます。
そのメカラジさんが出した今月のテーマがこちらですね。
水となります。
農業にも工業にも水は必要。水がなければ宇宙進出もできない。
お茶も温泉も水が基本。
そんな大事な水のことを改めて考えてみませんか?というテーマでございますけども、
ということで今日はね、ものづくりと水の話をしていきたいと思います。
水ってまあね、機械にも使われたりしますし、水中で動く機械っていうのもね、もちろんありますよね。
ただ今日はもっとこう、なんだろう、ものづくりの歴史に入り込んでいって、
動力としての水の話をしていきたいと思います。
これを深掘りしていきたいんですよ。
今でこそ機械ってね、電気で動いたりとか石油燃料で動いたりしますけども、
はるか昔はね、水の力で機械を動かすということをやっていたんですね。
それによってあらゆるものが作られていたんです。
つまりは、水の力を機械のエネルギーに変換して、それでものづくりをしていた。
だから水がものを作っていたと言っても過言ではない、そんな時代があったんですね。
そんな水の力を機械のエネルギーに変化する機械といえば、
そうですね、水車でございます。
かつてはね、あらゆる場所に水車があって、それでこうものづくりをしていたんですね。
だから本当にこの水っていうのは、いろんな生命の元となる大事なものですけども、
ある意味でもものづくりの源でもあるかもしれないというお話でございます。
というわけで、今日のテーマはこちら。
コンビジの数だけ水車があった動力としての水の話。
さてさて、水車って皆さん言われてパッと何を思い浮かびます?
おそらくそば屋さんの前とか温泉街の入り口でコトコトコトコト回っている木の輪っか、
それをイメージするんじゃないかなと思います。
水しぶきがちょっとあったりとか、ちょっと苔むしたりしててね。
なんかこう、のどかというか、いい感じでついつい写真撮りたくなるよ、みたいなね。
そんな絵ですよね。田舎の絵みたいな、ザ田舎の風景と。
非常に風情がある感じではあるんですけど、
昔はね、今でこそなんかすごい歴史を感じるなーっていう感じ。
風車を見る、水車を見るとね、そういう感じがすると思うんだけど、
昔は全然そんなことじゃなくて、めちゃくちゃインフラだったんですね。
明治30年、西暦でいうと1897年の統計だとですね、
水車って全国に約6万台あったらしいんですよ。6万台ですよ。
これ例えば、今、日本のコンビニ全部で、
日本のコンビニ全部ギューっと数えると、5万6千点ぐらいあるらしいんですよ。
だから、かつてこの国はですね、コンビニと、今のコンビニと同じぐらいの密度で、
水車が回ってたんですよね。相当な数ですよね、これ。
だから、その水車って、ああ、のぞかな、ふぜたなというどころか、もうそこら中にあったと。
電気もエンジンもない時代に、米をついたとか、粉をひいてとかね、油を絞ると。
そういう仕事をしていたのは、まさに水車で、日本中の動力のインフラだったんですね。
そもそも、水車って何なのか、ということなんですけど、
水車っていうのはまあ、そのままですよね。水を汲みますよ。
流れる水のエネルギーを、回転の力に変えると。そういう機械なんですね。
まあ、こういう機械を専門用語でね、原動機と呼びますと。
まあ、今で言えばね、原動機って言ったら、エンジンとか、モーターですね。
まあ、そういうふうなイメージをするんですけど、水車もね、ちゃんと原動機なんですね。
そういうパワーを生み出す存在にあたります。
水車はね、実は人類最古の原動機なんですよ。
じゃあ、そんな水車のパワーですね。水でぐるぐるあの輪っかを回してるだけなのに、
どのくらいのパワー出んねん、という話なんですけど、結構な力出るんですよ。
ここで物差しになるのが、馬力っていう単位ですね。
まあ、最近、車ではあまり使わなくなっちゃいましたけど、
馬力、ざっくり言うと、馬1頭に引っ張り続けられる、
馬1頭が引っ張り続けられる力、これが1馬力です。
1匹の馬がいるよね、みたいな。1匹1頭の馬がいるよね、って感じなんだけど。
人間が出し続けられる、そういう力ってどのくらいかというと、
だいたい0.1馬力と言われてます。
だから、人間が10人いたら、やっと馬1頭分くらいのパワーがあるよね、っていう感じですね。
これをまず頭に置いて聞いてほしいんだけど、
まず、ちっちゃい風車です。
風車、すぐ風車って言ってたね。ちっちゃい水車ですね。
村の粉引小屋みたいなね、ぐるぐるうすを回すような、
そういうちっちゃい水車でどのくらいの力が出るかと。
直径、だいたい数メートルくらいですね。1、2メートルくらいの輪っかで、
だいたい1台でざっくり2馬力、2馬力出ると言われてます。
2馬力って聞くと、車とかと比較すると大したことないなって感じがするんですけど、
それでも人間カーサーって20人分のパワーですからね。
村人20人の労働力が飯も食わさず、寝もせず、休みなく回り続ける、
って考えるとかなり水車ってパワーあるなと思いませんか?
じゃあ、でかい水車ってどうなのって話なんですけど、
歴史上最大級と言われる水車がイギリスとアイルランドの間に浮かんでるマントーっていうね、
マントーTTとかってバイクのレースとか有名ですけど、
そこにある19世紀に作られたラクシー水車というものがあるらしいんですけど、
それが直径22メートルらしいんですよ。
ビルで言うと7階建てくらいのめちゃくちゃでかい輪っかがぐるぐるぐるぐる回ってるらしいんですけど、
そのぐらいの大きさでだいたい推定およそ200馬力出ます。
人間2000人分ですよ。
結構ちゃんと出るんですね。
ただ水を入れてぐるぐるぐるぐる回ってるだけの輪っかなんですけど、
ちゃんと出力出るんですよ、水車って。
じゃあその水車のパワーって何で決まるのかと、
どういう計算で決まるのかというと意外とシンプルというか、
まあまあ思っているようなシンプルさですよね。
どれだけの水の量がどれだけの高さから落ちるかと。
それだけです。水の1エネルギーを使っているというだけの話なんですよ。
だから単純に流量ですね。
水の流量と落差の掛け算で水車のパワーってのは決まってきます。
だから逆に言ったら指標ってそれだけなんで、
輪っかの大きさとか別に計算に入ってこないですよね。
どれだけの重さの量の液体がどれだけの高さから落ちたかと、
その水車を回す過程でそれだけなんですよね。
パワーをその水から得るっていうのは。
だからそこにこの水車の直径とか入ってこないんですけど計算上は。
でも当然ですね高さを稼ごうと水が落ちる楽さを稼ごうとすると、
必然的に水車っていうのは大きくなるんですけど非常にシンプルですね。
どれだけの水から1エネルギーを取ってきたかというものが、
水車の基本的な原理となります。
さてここから水車の話に戻りますけど、
どういう風に水車が機械と関わっていくかと。
水車自体も機械なんだけどね。
その機械を動かす水車というものが、
どういうものかです。
まずイメージして欲しいのは、
産業革命頃の工場です。
と言ってもイメージしろって言ったら、
情報がねえよっていう話かもしれないですけど、
なんとなくこう、
科学館とか博物館行った時とかに、
歴史の教科書とかでもいいんですけど、
昔の工場ってなんか、
ちらっとは見たことあると思うんですよ。
建物の中に防静器とかね、
あとは旋盤とか、
物を作る機械がこうずらっと、
何の機械かわかんないけど、
ずらっと並んでると。
なんかその木のね、
木でできた家屋みたいなところにこう、
並んでるみたいな。
そういう工場、
昔の工場見たことあると思うんですよね。
なんか絵で。
そういう工場っての機械たちって、
一体何で動いてたと思いますかと。
電気がまだ来てないですね。
まあでも産業革命とかだから、
蒸気機関じゃないですかと思うかもしれないんですけど、
蒸気機関が工場でまともに使えるようになったのって、
結構産業革命の中でも後の話なんですよ。
実はですね、
その時代の初期の工場を動かしていたのは、
水車なんですよ。
どういう構造かまず説明すると、
工場の壁の外に、
でっかい水車がまずあるんですね。
工場の外にまず水車がありますと。
それがゆっくり回ってるんだよ。
で、その回転の力を、
軸で建物の中にまず引き込んで、
ゆっくり回ってるから、
歯車で回転数を頑張って上げていって、
かつ、そんなでっかい軸が工場の真ん中にあると邪魔だから、
天井側に持っていくわけね、動力を。
で、天井に一個ですね、
ラインシャフトって言うんだけど、
天井の軸に軸をピュッと通すと。
で、見上げるとですね、
ぐるぐるずい回ってる軸が天井の上にあるという感じなんですよ。
で、このラインシャフトから機械の数だけ、
革ベルトっていうのが垂れ下がってるわけね。
で、旋盤もボール盤も防静器も、
天井からこの動力を取って回すと。
天井から水車の力を繋いで、
そこから取るというのが昔の工場だったんですよね。
機械を一台増やしたければ、
天井のベルト、天井のラインシャフトにベルトを一本かけるだけで済むと。
つまり工場全体が水車を心臓にした、
一台のでかい機械みたいな感じになってたんですよね。
実際、1771年にイギリスのアークライトという人が建てた初期の防静工場っていうのは、
水車で建物中の防静器を回していたらしいんですよ。
この一台、一個の動力から複数の機械に動力を配るという、
そういう発想って別にヨーロッパだけのものじゃなくて、
これは当然、我が国、日本でも使われていました。
江戸時代の日本の水車小屋って全く同じ形なんですよね。
例えば、今でもありますけど、東京の三鷹に保存されている、
1808年頃にできた水車小屋、新車というものがあります。
今は見学できる水車なんですよ。
ここは水車1機から木の歯車で動力を分配して、
米をついたり、粉をひく、
あとは粉をふるいにかける装置まで、
全部一個の機械の中で作業をするみたいな、
数十個の工程を同時に動かしていたみたいなことをやっていたんですね。
単に水車の仕組みだけじゃなくて、
三鷹の水車の水路も面白かったらしくて、
川に石を作って止めて、
上下に水を動かさないといけないから水位差を稼ぎ、
水路に水を運んで、
水門の開け閉めで軌道停止、出力調整を器用にしていたらしいんですよね。
電流みたいなもんだよね。
使い終わったら逃し、リークさせて川に流しちゃうみたいな。
石の設計を電気回路みたいにワンセットで行っていた。
機械というか、ある種プラントに近いような設計ですよね。
今その水路が見れるかわからないんだけど、
私も今せっかく東京にいますから、
三鷹の水車は見に行きたいなと思っています。
これは日本機械学会が認定している機械遺産に認定されていますからね。
三鷹の水車というのは非常に有名な水車が、
観光地、有名人気観光地かどうかは定かではないんですけど、
観光地としてありますから、もし気になるよという方は、
ぜひ三鷹の水車を見に行ってください。
回っているのはわかりました。
回っているのをうまいことガチャガチャやって、
いろんな動きにしているんですよね。
実際どういう風に動きにしているのかと。
具体的なメカの機構の話ですね。
ここで出てくるのがカムというものです。
水車の回転軸に、
何かを吊り潰そうと思った水車の回転軸には、
なで棒という突起状がついているんですね。
それは回転軸が回ると、
なで棒が動かしたいもののお尻みたいなものを持ち上げて、
ある角度でスコッと外れると、
水車だとスコンと落ちるみたいな。
これをグルグル持ち上げてスコンと落ちるみたいな。
ビデオを見ていない人はわからないと思うし、
ビデオを見ていてもわからないと思う。
私も手だけじゃ難しいなって今思ったんだけど、
とにかくそうやって何か引っかかりがあって、
スコンと外れてまた落ちる。
また回ってきたら持ち上げるみたいな。
そういう機構がついています。
これ何をやっているかというと、
キネをグッと持ち上げて、
ある高さになると持ち上げたものが外れて、
キネが自重で落ちると。
それを繰り返してコメをつくってことをやってたわけですね。
これはさっき言った身高にある新車のキネなんですけど、
1個キネの重さが44キロあるということなんですよ。
44キロのキネを自重で落として打ち続けるみたいな。
持ち上げるのは水車の力で、
回りながら持ち上げて落とすという工程までやれると。
すごくシンプルなんですけど、
これはいわゆるカム機構というものですね。
単純だから非常に強力ですよね。
シンプルゆえに壊れにくいし直しやすいし、
44キロのものが上からドーンと落ちてるけど、
それなりの力がありますからね。
こういう単純な機構とかで水車というのは、
いろんな仕事を生み出しているわけですね。
そしてこの回転を上下運動に変えるカムというのは、
今水車の例で言ったのはすごくシンプルなんですけど、
我々の身近なところにあるものとすると、
エンジンの中とかに、車のエンジンの中とかにある、
吸気と排気のバルブの開け閉めをしているカムというものがあるんですけど、
それと同じ原理ですよね。
と言われても知りませんという方がいるかもしれないですけど、
その方はぜひカムでカムシャフトとか、
車のエンジンを検索してみるといいと思います。
シンプルですよ。おにぎりみたいな形をしていて、
それがぐるっと回るとおにぎりの突起の部分で押すみたいな、
それを毎回毎回回転するために繰り返していると。
それでバルブが開け閉めしているみたいな、
そういう単純な機構ですからね。
こういうものをカムと言いますと。
あとはもうちょっと往復運動にしっかり変えたいなと、
回転運動を往復運動に変えたいなという時は、
クランク軸と連携させて、
このクランクを使うという感じもありますよね。
まさにエンジンの中で使われているクランクシャフトというものなんですけど、
これは回転を完全に上下する往復運動に変えるというものです。
こういう点もありますね。
だからこの回転する円盤には棒をつないで、
押し引きさせるみたいな、そんな感じですよね。
このカムもクランクも別に全然近代の発明ではないんです。
で、水車小屋というのは、
水車小屋というか水車自体はですね、
そういういわゆるね、こういうものを気工学と言うんですけど、
気工学の生きた教材なんですよ。
だからもっとわかりやすい言葉で言うと、からくりだよね。
機械の形、物の形で動きを作り出すというからくりの最たる例が、
水車というものなんですよ。
やっぱりメカ設計者としては非常に心をくすぐられるわけですけども、
残念なことに最近はですね、こういう機械的な動きを作るために、
機械とか気工を使うというですね、気工学というものは、
学問的には絶滅危惧種だなんていうふうに言われたりもしてます。
物の動きを物の形で生み出そうという試みですよね。
そうするとどうしても部品の数が増えて複雑になるんですよ。
そうすると故障もしやすくなります。
今はそういう複雑さ、物の形の複雑さっていうのは、
なるべく出さずにシンプルにして、
そういう複雑な動きっていうのはデジタルの世界に入れてしまって、
機械側はあくまでもシンプルに作ろうぜっていうのが、
今のものづくりの基本的な考え方であります。
だからね、例えば私もね、今はちょっと機械設計は仕事でやってないけど、
現役の機械設計者であったとしても、
例えばさっき言ったカムとかクランクとかの組み合わせで、
任意の動きを作り出すような機械を、
1から設計できる人って意外と少ないんですよね。
カム曲線をかけるかみたいな。
そういう人ってね、たぶんほとんど今ね、レアだと思いますね。
そういう意味では、昔の技術者の方が、
機構局においてはかなり上手だったと思いますよ。
水車の、さっき言ったラインシャフトね、
工場の上のシンプルなシャフトの回転から、
いかに複雑な動きを生み出せるかっていうところで、
機械を複雑にしながら勝負をしてたわけですね。
今はね、モーターとかあるから、
別にそんな複雑にしなくても、このモーターこのタイミングで回せばいいよねっていう、
そういう信号として複雑さを持ってると。
それはデジタルの世界にそういうものを持っていってしまったよという、
今の、別に悪いわけじゃないですけどね、
それは合理的ではあるんですけど、
メカ屋さんからするとですね、ちょっと寂しいなと思うこともあるんですね。
個人的にはね、この機構学好きだから、
あのね、機構学は、でも再燃する?また流行る可能性があるなと思ってて、
それが何かって言ったら、
ちょっと話数射から逸れちゃうんだけど、
3Dプリンターと機構学の掛け合わせなんだよね。
これかなり厚いと思ってます。
そのカムとかね、その機構の複雑な部品の形って、
作るのがそもそも金属で難しかったんだけど、
3Dプリンターだったらそういう形、簡単に生み出せるんですよね。
じゃあその、この部品とこの部品を掛け合わせて、
こういう動きを作ろうみたいなことって、
3Dプリンターで非常にやりやすいと。
ただ機構学の知識とか、どういう風に考えればいいか、
なかなか分かりづらいっていうものがありますから、
なんかそこがうまくこうカチッとはまったら、
結構ね、厚いコンテンツになるんじゃないかなと思っていて、
その辺りの話ね、今ちょっと私が可能性を
こういう風に感じてるんですよって話はまた後日にしますけど、
今ですね、実はね、本書いてるんですよ。
3Dプリンターの本書いてるんだけど、
その2冊目の、もともと最初1冊目はねじの本を書きました。
集まり設計1日初めての締結設計というですね、
本を書いたんですけど、
せっかくだから持ってきましたけどね。
一応手元に今あるんだけどさ、
1冊目これ書いたんだけど、ちょっと出版社は変わるんですけど、
2冊目の本を今書いてましたね。
それから3Dプリンターと、
あと物の形を使って物の動きを作るような
機構学の入門みたいな、
そういうテーマで誰でも形を動きに変えれるよねみたいな本を
解説として出せればなと、
3Dプリンターを使って動きを作るみたいなね。
3Dプリンターを使って機構を作って動きを作るみたいなところの
入門書みたいなやつを出せればいいんじゃないかなと思って
今書いてますというところですね。
楽しみにしておいてくださいと。
ちょっと話は戻します。
頑張って書いてますよと。
それが順調に進んでいるかどうかは皆さんの想像にお任せしますけども、
私の顔を見て判断してください。
話は戻しますけど、
今日一番言いたいところなんですけど、
水車って別に粉ひくとか布作るとかね、
そういう仕事ばかりではなくて、
実はですね、工作機械ですね。
皆さん大好き。
私だけかもしれないけど。
工作機械ですね。金属を削って部品を作る機械ですよ。
それの動力でもあったんですね、水車っていうのは。
金属を加工するパワーとしても実は使われてたんです。
1774年のイギリスのウィルキンソンという鉄工所の親方がですね、
異物の塊、異物っていうのは熱を与えて金属をどろどろに溶かして、
型に入れて形を作るっていう。
それを異物と言いますけど、
その異物の塊から大砲の砲台ですね。
砲身の中心、だから弾の入る部分ですね。
ここを精度よくくり抜く中くり板というものがあります。
今でいうところボーリングマシンなんですけど、
これを開発したんですね。
イギリスのウィルキンソン。
ウィルキンソンの中くり板というのはすごく有名な工作機械なんですけど、
この中くり板の動力がですね、実は水車なんですよ。
さらにこの中くり板が何を削ったかというとですね、
さっき言ったように大砲の砲身も削ったんですけど、
一番この機械の歴史の功績として名高いのはですね、
ワットの蒸気機関のシリンダーを削ったんですね。
当時ワットは深淵に近く削れたシリンダー。
だからシリンダーというのは筒ですね。
そこにピストンが入って往復運動をさせたいんです。
蒸気機関なんですけど、
この結構大きな機械の大きなシリンダーの深淵、
だから円、どれだけ円かっていう、
どれだけ丸くなってるかっていうのは結構ちゃんと出なくて、
丸くなってないと何が起こるかというと、
相手側のピストンの形と合わないから蒸気が漏れてしまうんですよね。
なるべく圧縮したりとか圧力を逃がしたくないのに、
隙間が変にできちゃうからそこから蒸気が漏れて、
なかなかうまく動かないと。
安定して加工できなかったり生産できないということで、
実用化にかなり実は蒸気機関って苦しんだんですよ。
それを解決したのがこのウィルキンソンの中栗版で、
この中栗版は水車で動いてですね。
水車の力を使ってぐるぐる動いて、
すごく精度良くですね。
ワットの蒸気機関のシリンダーの内径を加工したんですよ。
これによって蒸気機関っていうのは非常に安定して生産できるようになったりとか、
安定した力を出せるようになってですね。
産業革命っていうのがどんどん起こっていくわけなんですけど、
だからですね、これすごく掘っていくと、
産業革命のきっかけを作ったのは蒸気機関なんですけど、
その蒸気機関を成り立たせたのは水車、つまりは水の力なんですよ。
もっと言っちゃえば工作機械なわけなんですけど、
工作機械がなければ何も生み出せないという母なる機械なわけなんですけど、
その工作機械を動かしている動力は水なんですね。
水が産業革命を起こしたと言ってもこれは過言ではないわけですよ。
同じような構図のことが実は日本でも起きてまして、
爆発ですね。
大砲を作っていた薩摩藩の追似反射炉っていうものがあるんですけど、
反射炉っていうのは、さっき言ったように芋の金属を溶かすための炉の一種なんですけど、
あとは世界遺産になったにらやま反射炉っていうのもあるんですけど、
ここで溶かして固めた金属ですね。
鋳造の技術で使われたもの、大砲の方針を削るっていうところの、
中をくり抜く工作機械。
これの動力はやっぱり水車だったんです。
日本でも水車で削っていたということなんですね。
わざわざこのにらやまなんてね、
その加工のためだけにわざわざ川から水を引いてきて水車を回して大砲を加工していたという歴史もあるんです。
だから日本の工作機械の前身にも結構水車って関わってくるんですよ。
明治に入ってもこの構図っていうのは続いて、
糸を紡ぐがら棒っていうね、
綿みたいなとか板をコロコロコロって作って棒がコロコロコロって回るような、
何言ってるかわかんないでしょう?
一回見てほしいんだけど。
そういう機械があるんだけど、
これもねやっぱり水車で回すのが定番で、
愛知県の三河にはですね、
船に水車と、
そういうがら棒のいっぱい機械を積んだですね、
そういう水上工場みたいなのが浮かんでいたみたいです。
水車を動力としていた時代の機械ですね、
補正機械みたいなやつは、
実はこの名古屋城の近くにあるトヨタ産業記念館の中でいっぱい見れます。
しかもこれ動体保存なんで、
動く状態で見れるんですよ。
ここねお盆休みも休まず営業してます。
ただ月曜日、確か定期日だから、
ちょっとね日付は見ていってほしいんですけど、
お盆休み時間ある人はね、
トヨタ産業記念館ぜひとも行ってほしいですよ。
今私が話したような水車で動く機械みたいなものが、
今も動くような形で展示されてますからね。
どれだけシンプルな動力を複雑な動きにしてるかっていうのが、
一目で分かるんでそこ行くと。
マジでおすすめです。
しかも名古屋駅からすぐ行けるんで、
名古屋駅というか名古屋駅を1駅超えた、
佐藤から行くのが一番近いんだけど、
名古屋駅からでも別に歩いて行ける距離にありますから、
ぜひともご家族で名古屋行くっていう方はですね、
トヨタ産業記念館行くといいんじゃないかなと思います。
ちょっといろいろ話しちゃいましたけど、
余計なことまで。
とにかくですね、水車っていうのは、
燃料を運ばなくていい機械なんですよ。
それどころか水が流れている限り、
ずっと働き続けてくれると、
ずっと動き続けてくれる機械なんですね。
おまけにエネルギーが、
水から輪、輪から軸、軸から歯車、
そして機械って伝わっていく様子を、
やっぱり全部目で追えると。
さらに川、水路、水車、電動して作業機、
っていうのが全部繋がっているんですよね。
だから自然と一体になっているから、
急に動力が流れるんだけど、
川が流れて、山に雨が降り、川が流れて、
それが水車を回し、その水車が軸を回しみたいな、
自然と一体化したものづくりみたいな感じなんですよね。
これなかなかエモーショナルで、
すごく美しいなと思います。
でもですね、この美しさが、
まあまあ当然ですけど、そのまま弱点にもなるんですね。
工場をもっと大きくしたいとか、
いやもっと生産性を上げたいよと、
あとは場所を変えたいなと、
決まった時刻にだけ必ず動かしたいみたいな、
どんどんやっぱり人は効率を突き詰めていくんですけど、
そうなった瞬間にですね、
機械は、水車は非常に困ったことになるわけです。
なので次はですね、
水車が動力の主役から降りてしまった理由を
解説していけると思います。
さて、さっきはね、
日本はかつコンビニぐらい水車あったんだぞね、
って話したんですけど、
今はね、当然ほとんど残ってないです。
なんでだと思いますか。
まあ多分多くの人はですね、
蒸気機関とかモーターとかエンジンとかね、
そういう動力の方が高精度だったから、
だんだん置き換えられたんでしょうと、
思うと思うんですけど、
あのね、まあそうなんですけど、
でも負け方がちょっと微妙に違って、
効率で負けたんじゃないんですよ。
効率で負けたんでしょっていうのも、
まあまあ半分正解なんですけど、
実はそれだけじゃないんですね。
スペックだけじゃなくて、
もっと違う部分に水車っていうのは
大きな問題を抱えてました。
まずですね、押さえたいのは、
水車の生産計画っていうのはですね、
水車を使った設備の生産計画っていうのは、
もう川が握ってるんですよ。
だから滑水ですね。
川の水がなくなれば、
出力が落ちたりとか止まっちゃうし、
逆に洪水になったら、
フィーバータイムかって言われたらそうじゃなくて、
水車壊れるから止めるしかないですね。
冬になったらどうなるかと、
水が凍ってしまったらもう動かないし、
秋は落ち葉で詰まると。
物理的に詰まっちゃうと水路がね。
だからあとはね、
常に落ち葉じゃなくても流木もあるし、
土砂も来ると。
つまり理想上の最大出力。
1年間水車がこうやって動いていれば、
こんだけの生産性が出るんですよっていうものと、
やっぱり実際の稼働は別物なんですよね。
これいわゆる稼働率というものなんですけども、
この稼働率、
理想的な状態でどのくらい生産できるかっていうのと、
実際このくらい稼働しましたよねっていうものが
非常に乖離していて、
稼働率がめちゃくちゃ低いんですよ。
燃料代は水が流れている限り
ほぼタダみたいなもんなんだけど、
この停止時間と、
あとは保全ですね。
これに非常に手間がかかるんですね。
もっと、
そういう水車の独特のですね、
デメリットを抱えているわけなんですけど、
もっと効いてくるのが、
増設の問題です。
じゃあ儲かりますさ、儲かります。
すごく儲かってきましたと。
どんどんどんどん工場を増やしたいですよとなっても、
工場の生産能力を2倍にしたいよと、
機会を増やしたい。
でもじゃあ川が増えるかというと川が増えないですね。
川の流量は一定なんで、
そこのさっき言ったようにですね、
あくまでもどんだけの水をどんだけ落としたか、
ということが水車の出力ですから、
それ以上の出力は出ないんですよね。
川の水量以上の出力は出ないから、
そこは絶対ボトルネックになると。
かつ、
しかも水車の周りの作業機を止めて、
止めてというか、
集めてね。
水車の周りに作業機を集めて、
軸とベルト、
軸とベルトで動力を配るしかないから、
機械が軸の出力を出している部分で、
水車から遠ければ遠いほどですね、
損失が大きくなってくるよね。
摩擦が多かったりとか、
ねじれも増えていくと。
かつ工場の規模が川の能力を超えてしまったら、
もう詰みです。
そこで止まりますと。
工場全体がね。
もう本当にブレーカーが落ちるみたいに、
キャパシティを超えたら、
全部の機械が止まっちゃうという風になるので、
非常にそういう意味では危険だと。
危険というか、
生産性が上がらないということですね。
なので、
設備投資ではどうにもならない上限というのが、
自然側の制約としてあるというのが水車の特徴なんですよ。
実際、
効率はどうかという話なんですけど、
効率というのは、
得たエネルギーに対して、
どれだけの仕事に変換できるかということなんだけど、
これはね、
そんなに悪くないですよ。
近代的に最適化された水車、
上掛けの水車の最大効率というのは、
研究例でいうと、
約85%ぐらいの効率らしいんですね。
現代の水力タービンというものの効率が90%前後なんで、
機械単体の水車という仕組み自体の、
エネルギー効率みたいなやつは結構いいんですよ。
原理としては全然劣っていたわけではないんですね。
でもやっぱり、
いろんな問題があって、
蒸気機関が選ばれたんです。
蒸気機関は最初から万能じゃなくて、
蒸気機関の方が優秀かと思いきやですね、
水車にはないもの、
水車には必要ないものがいっぱいいるわけ。
石炭が必要だったりとか、
ボイラーがいるとか、
あと、
蒸気機関は水がいりますからね。
いろいろ手間がかかるんですよ、実は。
同じくらい手間がかかるんだけど、
でも、じゃあ蒸気機関は何が良かったかって言ったら、
燃料さえ運べば、
どこでも置けるということがあったんですね。
鉱山にも置けるし、
港にも置けるし、
都市のど真ん中になって、
別にボイラーを持っていけば置けるんですよ。
だから、
必要な時に必要だけ増設できて、
生産計画に合わせて運転もできると。
そこがやっぱりね、
水車と蒸気機関の大きな違いです。
逆にそこ以外は、
そんなに大きな違いはなかったんですね。
だから、
意外と戦えてたんですけど、
やっぱり自然の力を使っているというところが、
かなりボトルネックになったらしいですよ。
全然、
水車と蒸気機関を比べたら、
全然話にならないんだろう、みたいなね。
全然勝ち目がないだろうって思うかもしれないですけど、
意外と、
そういうところでは、
機械的なエネルギー効率とかでいい勝負をするんですよ。
なんですけど、
やっぱりインフラとしての不確実性みたいなものは、
自然に頼っている部分があるので、
そこでやっぱり、
蒸気機関が選ばれたという歴史がありますね。
結局、
2024年に発表されたイギリスの研究があるんですけど、
当時イギリス全体で、
水力はまだ余裕があったらしいですよね。
水力の水車を設置できる部分が、
産業革命の時はまだあって、
別に水車をどんどん増やしていけば、
どんどん生産性が上がるよねっていう予知はあったんだけど、
それでも地域によってだいぶ経路は違っていて、
マンチェスターみたいな工場密集地域みたいなところだと、
水力が足りなくなっちゃうと。
なので、
なくなく蒸気機関を導入したと。
蒸気機関を導入したけど、結構メリットあるんじゃない?みたいな。
初期で準備しなきゃいけないものが多かったから、
ハードルは高かったんですけど、
そこで良さに気づいて、
だんだん蒸気機関に水車から切り替わっていくという感じらしいですね。
とは言っても、
産業革命中も、
基本的には水車と蒸気機関の2車卓一というよりは、
ハイブリッドで運用するという時代がすごく長かったみたいです。
完全に水車というのがパンと置き換えられて、
水の動力じゃなくて、
蒸気機関に切り替わったかというと、
別にそういう感じではないみたいですね。
今イギリスの話をしましたけど、
日本で水車ってどう消えたかというと、
これ2段階あるんですよ。
都市部では大正の頃に、
電気の精米機みたいなものが出てきたという影響で、
水車というのは消えていきました。
こっちの方が便利じゃんみたいなね。
ただ、農村部はもっと粘っていて、
ずっと水車を使っていたらしいんですけど、
農地の改革で、
いろいろと電動化しようと、電気化しようという運動が起こり、
それが普及し、
どんどん水車が他の動力に置き換わっていったと。
さっき紹介した三鷹の水車小屋というのが東京にあるんですけど、
シングルマってところね。
あれがいつ止まったかというと、
実は1968年らしいんですよ。
ここが止まった理由は、
電動機に置き換えられたではなくて、
川の改修工事で水が引き込めなくなったらしいんですね。
その水車に。
160年ぐらいその水車が回ってたらしいんですけど、
結局水路の近代化みたいなもので止まってしまったと。
自然の力というのは、
都市開発とか生活インフラの改修の影響を特に受けるんだよね。
川の水路とかってずっとそこに引いているわけじゃなくて、
街づくりの過程で変えたくなったりすると、
そこに水が引けないよねみたいな形になってしまうと。
じゃあそうすると安定して水が流れてこないとか止めざるを得ないと。
そういう事情で日本の水車っていうのはどんどん消えていきます。
だからちょっと話をまとめると、
水車は単体の変換効率とかエネルギー効率で負けたんじゃなくて、
立地の自由みたいなものとか稼働の安定性ですね。
あと増設のしやすさ、制限のしやすさと。
工場システムとしての自由度で主役を譲ったという感じなんですね。
人がさらに豊かさとか生産効率を求めた結果、
徐々に切り替わっていってだんだんなくなっていったのが水車なんですよ。
ただポイントは水車自体は別に動力として踊っているわけじゃないと。
何回も言いましたけど、そういうところなんで。
例えばすでに水路があって配管があって水が決まった場所に必ず流れていると。
そういう条件だったら最大の弱点だった立地の制約っていうのは消えるんで、
そういう条件下であれば実はまだまだ使えるということですね。
なのでこれからは現代の水車の話をちょっとしていきたいと思います。
福岡県の浅倉市に日本最古級の原液で動く水車群っていうのがあるらしいんですよ。
それは観光地として水車を使っているわけじゃなくて、
今まさに水車として働いている水車があるらしいんですよね。
毎年6月17日に山田関という関ですね。
だから関止めている門みたいなやつがあるんですけど、
それの水門が開くと約2キロの用水路を15分ほどかけて水が流れていくんですね。
そこに3連水車が1組と2連水車が2組あって合わせて7機の水車があるんですけど、
そこに水が6月17日以降流り込み始めます。
水の流れで水車を回しながら何をしているかというと、
水をすくって高いところの田んぼに注ぎ込むという、
水車自身がポンプとして働くという用水用の水車が動いているんですよ。
今も約230年前に設置されて、
今も夏の間は川面より高い田んぼに水を汲み上げるという仕事を水車がしているということで、
原液で水車を使っていると。
これは水を一切使わずに水を低いところから高いところに汲み上げるという仕事をずっとしているんですね。
用水ポンプとして動いていると。
約35ヘクタールの田んぼを潤しているらしいです。
稼働は9月下旬までずっと動いていて、
水車は現在5年ごとに地元の水車大工さんという人たちがいるらしいんですけど、
その人たちがいろいろと作り変えて運用していると。
計画保全みたいなものが文化としてずっと続いているんですよね。
これなかなかエモーショナルですよね。
地元の人たちも流木とか土砂を掻き出しながらずっと運用しているらしいんですけど、
2017年に豪雨があって被災した時は地元の人たちがみんなでメンテナンスしたと。
だから地元にもすごく愛されているそういう水車群みたいなものが福岡県にあるらしいですね。
しかも飾りではなくてちゃんと仕事をしているということなんですよ。
それだけやっぱ水車っていうのが普通に便利というか、
ちゃんとあった条件であればずっと使い続けることができるという仕組みだということですね。
あとは水車の動きが品質で選ばれているという例もあるらしいんですよ。
茨城県の石岡市の小間村生命堂さんですね。
水車で杉の葉をついて汚染粉を作っている。
そういう明治創業の工房らしいんですけど、
ここは水車の回転を歯車と絹でそのまま使って粉砕の仕事に使っているらしいんですよね。
直接駆動なんですよ。
直接水車の回転を使ってそのままずっと杉の木、杉の葉をついているということをやっている。
水車がついているというところである種ブランディングしているんですけど、
水車を使っている理由は低速でじっくりつくことによって杉の香りを守っているというところで、
やっぱ水車ならではの出力がこの匂いを作ってるんだよみたいな。
そういう部分でも水車というものが使われてますね。
なんかいいですよね。
職人が手作りで作りましたというものを愛しを感じるというか、
これは職人が手で作ったんだと思うじゃない。
だけどこの匂いって水車、水の力で使われたものが匂いになっている汚染粉になっているんだっていうのも、
またブランド価値として非常に面白いなと思います。
こういう使われ方を現在でもされていたりすると。
ここは定性的な価値っぽいですけど、
定量的な価値でも水車というのはちゃんと価値を発揮している部分があって、
それが何かといったら発電ですね。
水車の子孫、もうちょっと今日あれなんだよね。
皆さんもお気づきかもしれないですけど、あんまり口が回らなくて。
時々そういうことがあるんですよ。
何でそういうふうになるかというと、
往々にして寝不足の時は結構滑舌が悪かったりとか噛みやすかったりするんですけど、
今日はその日でございます。
話は戻しますけど、水車の子孫たちも現役なんですね。
岐阜県の具城市というところの石戸城というところがあるんですけど、
その山合いの集落にですね、
伊都城阪西流発電所という小さい水力発電所があるらしいです。
2016年運転開始ということで結構最近できた、
ちょうど10年目ぐらいの小型の水力発電所ですかね。
約100mのラクサーを利用して、
それを圧力管で受けてペルトン水車というね、
金属製のタービンを回して発電していると。
ペルトンというのは19世紀にアメリカで、
このタービンを開発した人の名前なんですけど、
これ面白いのが、水車ってね、
木の輪っか、皆さんがイメージするザ・水車ね。
輪っかから進化して、
今は小型の高速のタービンみたいなものになっているんですけど、
日本の機械工学では正式に水車って呼ぶんですよね。
タービン、タービンジャンみたいなやつも、
今でもペルトン水車と呼んだりします。
だからあくまでも水車なんだよねとか、
水車の歴史をついているんだよねっていう、
そういう言葉がまだ残っているんですね。
だからこの水力発電所で使われているのも水車なんですよ。
その水車の子孫が名前ごと受け継がれて、
今、日本の山の中で現役で発電機として回っているんですよ。
2019年の市の資料だと、
この発電所で発電された電気は、
全部売電していて、
その収益は国物の加工とか除雪とか、
市の事業に還元されているらしいです。
だから電気がそのまま廃で配られて、
その街で使われているんじゃなくて、
売電されたお金を市の事業として使っている、
そういう発電所があるらしいですね。
さらに最近の水車、現代の水車は、
そういう発電所っていうところだけじゃなくても、
実は目に見えないところにも増えているらしいんですよね。
山形市の松原浄水場というところでは、
設備の中で減圧していた余剰圧力っていうのがあるんですね。
つまりは、今までどうしてもこの工程で圧力出ちゃうけど、
あとは適当に殺して、それを捨てていたみたいな、
水のエネルギーがあるんですけど、
そこの部分に缶の中にタービンを入れて、
発電するということをやってるんですよ。
これによって、本来捨ててしまったエネルギーを、
電力として回収できると。
2024年度には浄水所の再エネ持久率みたいなものを、
82.6%まで達成したみたいなことがあるらしくて、
もともと無駄に捨てていた水の力っていうのを、
水車でまた回収すると。
いろんな説明の中で、
ということも行われているらしいですね。
しかもですね、民間でも、
最近ダイキンという会社初のスタートアップが立ち上がって、
既存のポンプを逆回転させて水車として使う、
みたいな発想の管内発電みたいなものが、
最近展開されているらしいですね。
どういうことかというと、
簡単に言うと扇風機に風を当てて発電機にするみたいな、
そういう話なんですけど、
普通に本来は水を送るようなポンプをそのまま使って、
それを逆回転、それを圧力の中とか流れの中に晒すことによって、
発電をする、捨ててしまうエネルギーを使うんだという理由で、
という文脈でそういう技術も使われているらしくて、
それもある意味、抗議の意味では水車なんですよね。
単純に水力発電所で頑張ってますというわけじゃなくて、
いろんな水を使った機械の中の無駄なエネルギーを、
電気として回収しようという部分、
本当に目に見えない部分なんですけど、
そういうところにも水車の力は使われているわけですね。
だからこう、ザ・水車みたいなね。
大きな木の輪っかの機械っていうのは、
町から当然見えなくなりましたと。
でも水車は死んだわけじゃないですね。
今お姿を変えて、いろんなところで回っているということです。
というわけで今日は水車、水をテーマに水車の話をしてきましたけども、
古代ローマの16期の水車群と、あとは水道管の中のタービンと、
水そのものは昔から何も変わっていなくて、
ただ高いところから低いところに移っていくと。
圧力も高いところから低いところに移っていくと。
そういう水の移り変わりのところに水車、タービンっていうのが入ってですね。
何らかのエネルギーを得ていると。
そういう人間の営みも今も実は俯瞰してみると変わっていないということなんですね。
水ってすごいですよね。
水をテーマに話してきましたけど、
実は飲んだりもできるし、いろんなことに使えるんだけど、
動力としても非常に優秀であるということです。
今度皆さん川とか要水路とか、夏だから水場に行くこと多いと思うんですけど、
見かけたらちょっとだけ想像してみてください。
この水の流れ、どのぐらいエネルギー取れるかなと。
この水の高低差どれくらいとか、この流れからどういうエネルギーを生み出して、
どういう仕事ができるのかなということで、
水をエネルギーの視点を持っている人を見るということを試してみてください。
それが見えてきたら、もうあなたも水車エンジニアになっているかもしれません。
そういうエンジニアがいるかどうかは知らないんですけど。
水車の実物を見たいなと思ったら、東京の三鷹の新車、
またはさっき言った九州だったら、朝倉の三連水車とか、
あとは名古屋のトヨタ産業技術記念館ですね。
ここに行くと、かつて水車で動いていた機械が見れますから、
それから現役で動いている水車も見えますからね。
ぜひともこういう水車とか水車で動いていた機械たちをぜひ見に行ってください。
そういう夏休みのお出かけもありだと思いますよ。
というわけでここからクロージングトークです。
イベントのお知らせです。
サイエンスアゴラというイベントの中で、
ポッドキャストシンポジウム2026というポッドキャストのイベントをやります。
サイエントークのレンさんと共同主催です。
私とレンさんで企画したイベントなんですけども、
9月12日土曜日の10時半から12時までの90分のイベントをやります。
基本的には2つの登壇セッションがあって、
私と誰かのコラボと、
あとはレンさんと誰かのコラボみたいな2セッションがあります。
そういうイベントではあるんですけど、
今回はポッドキャスター同士のコラボはあえてやめて、
僕とレンさんはポッドキャスターなので、
ポッドキャスターと何菓子というか、
誰か他にもそういう違う活動をしている方でコラボしましょうというイベントを、
逆にしようということを決めました。
レンさんの方は陽道社さんという科学系の書籍を出版している出版社さんとコラボして、
そこの編集者さんとレンさんが話すというコラボをやります。
私の方は小木本紀さんという父親エンジニアとして、
家族のためのものづくりをコンセプトにものづくりをされている方とコラボさせていただきます。
小木さんの本ですね。
あの子の死骸が価値になるって本があるんですけど、
リンク貼っておきますけどめちゃくちゃ良くて、
もう2025年、去年の2月ぐらいに出た本なんですけど、
その本を読んだ瞬間からこの人といつか話したいなと思ってたんですけど、
今回このイベントにカコつけて、ちょっとゲスト出てくれませんかと声をかけたら2つ返事ですね。
いいですよというふうにいただきましたので、
小木本紀さんと私支部長とのコラボが、
サイエンスアゴラの中のポテガスシンポジウム2026で行われますので、
ぜひとも楽しみにしておいてください。
無料です。無料で聞けるイベントとなっていますけど、
公式ホームページのところに申し込みフォームがあります。
どのぐらいの人数の人が集まるか知りたいので、
来れるよって方はぜひともそこから申し込みいただけると非常に嬉しいです。
よろしくお願いいたします。
というわけで今回はここまでとさせていただきます。
私は技術ブログ支部長技術研究所も運営してますので、
そちらの方もぜひチェックしてください。
エックスも毎週モノドクニックに関する情報を発信してますので、よろしくお願いいたします。
落ち着きAIラジオというAIに関するポテガスをやってます。
毎週火曜日金曜日週2で配信中です。
こちらもぜひとも聞いてください。
また面白いエックスラボというリスナー向けコミュニティも運営しております。
こちらはROOMというサービスを使って運営してるんですけども、
無料で入ることができます。
無料で入っていただくとその中にディスコードコミュニティがありますので、
そこでリスナーさん同士とか私と交流しながら、
いろいろモノづくり語りましょうぜっていうコミュニティをやっています。
ちょっとなかなか盛り上げ切れてないんですけど、
お盆中に新しいことを始めたりとか整理しようかなと思ってますので、
お時間ある方はぜひとも入っていただけると嬉しいです。
よろしくお願いいたします。
というわけで今回はここまで、
じゃなかった、大事ですよね。
ここから大事ですよ。
このモノづくりのラジオ、いいなと思っていただけたら、
各ポッドキャストアプリでの評価、レビュー、
星5評価よろしくお願いいたします。
YouTubeで聞いている人はチャンネル登録といいねをしていただけると、
私のテンション爆上がりします。
皆様が2秒でできる私への応援となりますから、
よろしくお願いいたします。
というわけで今回はここまで。
以上、しぶちょーでした。
ではでは。