月刊ポピュラーサイエンス/第37巻/1890年7月号/実用化されたテルファージュ

電気が応用され始めたのは、貨物輸送と旅客輸送の分野である。路面電車の客車に電気モーターを使用することは、実験段階を経て商業の領域に入ったと言えるかもしれない。アメリカの各地には、4つか5つの方式のいずれかを採用した道路があり、運転中または建設中であり、新しい契約が頻繁に発表されている。しかし、電気で貨物を運ぶという点では、この国ではまだ何も成し遂げられていない。しかし、イギリスでは「テルファージュ」と呼ばれるシステムが開発されており、これは特に、馬がすでに自動車の推進力から切り離されていることから、馬車の代わりになるものであると考えられている。

この方式では、貨物は高架のワイヤーケーブルからグリップで吊るされたバケツで運ばれる。数百フィートの距離には、傾斜したケーブルを使用し、走行車輪に吊り下げられた荷を積んだバケットが自重で移動する方式も使用されてきた。テルファーシステムは、W.E.アイルトン教授とW.E.アイルトン博士の共同発明から生まれた。W・E・エアトン教授とジョン・ペリー教授、それにフレミング・ジェンキン教授の共同発明を組み合わせたものである。ジェンキンは以前から、電気を通す高架のロープやレールに沿って、係員なしで軽便鉄道を連続的に電気で走らせるというアイデアを考えていた。しかし、これらの列車が自動的に互いにぶつかり合うのを防ぐという問題は、まだ解決していなかった。エアトン教授とペリー教授が考案し、前者が1882年末にロンドンの王立研究所で行った講演で説明したものである。この計画は、電気の漏れを防ぐために考案されたもので、前の列車に接近しすぎると自動的に電源が切れるという絶対的なブロックでもあった。ジェンキンの提案で、この3人がパートナーシップを結び、「テルファージュ・カンパニー」が設立され、このシステムを実用化することになった。この会社の会長であるメルトン・R・プライオ氏の土地で、2年以上にわたって実験が行われた。

この実験で、さまざまな構造の詳細が明らかにされ、1885年の初めには、この方式が実用化されるに十分なほど発展していた。サセックス州のグラインドにあるハンプデン卿の領地にある粘土採取場から、グラインド鉄道の駅まで粘土を運ぶ索道線の建設が、サセックス・ポルトランド・セメント社との間で取り決められました。この工事が進行中にジェンキン教授が亡くなり、ペリー教授が後任の技術者となり、ペリー教授の指揮の下、この線路は完成した。1885年10月17日、運行が開始された。グラインド鉄道の概観は図1に示すとおりで、以下はジェンキンとペリー両教授の講義に基づく説明である。この構造は、高さ18フィート、間隔66フィートの支柱を並べたもので、上部には8フィートの長さのクロスヘッドがある。ワイヤーロープによる運搬方式で使われるケーブルの代わりに、4分の3インチの太さの丸い鉄の棒を支柱から支柱に通して、バケツ（スケップ）を走らせるのがよいことがわかった。この鉄棒の先端は、鋳鉄製のサドルに固定されている。スケップは1本のレールの上を走るので、1本の支柱の上にあるクロスヘッドの両端には、複線、つまり2列のロッドを支えることができる。当然のことながら、この細いロッドは荷重を受けたスケップの重みで多少たわむが、列車は1スパンまたは2スパンの長さで作られているので、窪みから上がってくる部分は、ちょうどそこに降りてくる部分の重みに助けられて進むことができる。この弛みによって、機械的な抵抗は、同じ重量の列車を硬い軌道で運ぶときとほとんど変わらない。一方、フレキシブル・ロッドを使うことによって、硬いレールを使った場合よりもはるかに軽く、したがってはるかに安価に道路を建設することができる。しかし、カーブや側線、荷役のための区間では、13フィート間隔で支柱を立てた硬いレールを使用する方が良いことが分かっている。索道線用に考案されたスイッチの形式は、鋼鉄製の硬い刃をヒンジで固定したもので、列車が本線上に停止するように下げられると、硬いサイディングに逃げ込むことができるようになっている。

この支柱は、片側のスパンの支柱として機能し、反対側の同数のスパンが適切な張力に保たれるよう、補正ギアを搭載しています。この歯車は、サドルにボルトで固定されていないロッドの先端に取り付けられたチェーンで、軌道の下にあるレバーと重りに伝わっています。この歯車は、荷重や温度が変化してもロッドの張力を一定に保つもので、グラインド線では2.4トンの張力がかかっている。この線路の建設中、ペリー教授は、棒を振動させ、その振動を1/4分ごとに数えれば、棒の張力が非常に簡単に求められることを発見した。

グラインド線の列車は、電気機関車1台と5本または10本のスケップからなり、後者の場合、機関車は列車の真ん中にある。これは、積載した列車の重量をレールのかなりの長さに分散させ、線路を軽量で安価にするためと、列車がスパンからスパンへと移動する際に必要な電気接続を行うために適切な長さにするためである。ポールはバケットにフックとアイのカップリングで取り付けられており、簡単に取り外すことができる。1本の杭の重さは100.1ポンドで、250ポンドの乾燥粘土を入れることができる。両輪をつなぐ横木は木製で、バケツはこれにハンガーで吊るされ、線路から絶縁されているため、衝撃を受けずに扱うことができる。グラインドで空車を走らせると、線路が傾斜しているので、バケットが地面とほぼ同じ高さになる。労働者が鍵に触れて列車を止めると、スケップが充填され、再び鍵に触れて列車が発車する。

鉄道の側線では列車は止まらない。バケツは車両の真ん中より上を通り、バケツの底にあるハンドルが支柱から突き出たアームに当たって、粘土が自動的に投げ込まれる。バケットの代わりに、穀物や丸太の袋など、どんな荷物でもハンガーに吊るすことができるし、バケットの代わりに2人掛けの座席を使えば、1台の機関車に20人の乗客を乗せることも可能である。しかし、ペリー教授によれば、旅客線にはフレキシブル・ロッドよりも硬いレールを使う方が便利だろうとのことである。ホレス・ダーウィン氏が提案した単輪スケップは、ゴードン・ウィガン氏によって実用化された。このスケップの列車は、二輪のスケップより摩擦が少なく、柔軟で、カーブを容易に曲がることができる。ウィガン氏は一輪の機関車も設計している。 図3は、グラインドで使われているタンデム機関車の端面図である。

これはレッケンザウンモーターと必要な歯車、駆動輪などで構成されている。機関車は2つの車輪Qで吊り下げられており、Qにはゴムタイヤが付いている。この動力は歯車A、Bによって2番目の水平軸に伝えられ、その軸にはチェーンホイールFが載っている。このホイールとC、Cの2つのチェーンホイールに巻かれたチェーンによって、機関車の2つの駆動輪が回転する。

グリップ式や摩擦歯車式の機関車がいろいろ考案されたが、図に示すような単純な機関車であれば、13mほどの急勾配でも楽に走れることが分かった。ペリー教授は、レールを完全に乾燥させておけば、10分の1の急勾配でもこの簡易機関車は有効であると確信している。この機関車の重量は、荷を積んだ骸骨の1本分にも満たないが、ゴムタイヤがレール上で十分な摩擦力を発揮し、列車を推進させることができることがわかった。ゴムタイヤの寿命は、雨季には2週間ほどだが、乾季にはもっと長くなる。しかし、雨の日でも機関車は十分な働きをしてくれる。

当初は、機関室に近い列車は遠い列車よりはるかに速く動くのではないかと心配された。しかし、各機関車に電気式ガバナーを取り付けることにより、この難点を防ぐことができる。図4において、Dは第二軸、W' W'は遠心式ガバナーの二つの錘で、通常はスプリングSによって軸近くの位置に保持されている。錘が点線の位置W'、W'に飛散すると、レバーを点線の位置に引き込んでcで金属接触を破壊し、モーターで電気を受けることができないようにする。しかし、cで火花が出ないのは、そこで接点が切れた後、aで2つの炭素、あるいは炭素と鉄片の間に小さな抵抗の接続が短時間続き、一方がばねで他方をしばらく追いかけるように強制されるからである。モーターが1分間に1700回転しているときに突然接触が切れると、モーターの回転数が約1500回転になるまで電流は遮断されたままである。機関車のガバナーの位置は、図3のモーターの下にあるように見える。急勾配を上るときは、ほとんどずっと電流を流しているが、そのような勾配を下るときは、まったく電流を流さない。この方式は、スイッチや抵抗の無駄を省き、ガバナーによって遮断される電流も小さいので、発電機を傷めることはない。

しかし、急勾配を下る列車は、モーターが電気を受けなくても速度が上がりすぎることがあるので、機関車には図5に示すようなブレーキが設けられている。図5において、W Wは2個の錘で、軸Aが毎分1800回転するまでの遠心力はスプリングS Sによって釣り合うが、それ以上の速度では錘が外側に引き出され、木製のブレーキブロックB Bを機関車のフレームに固定された金属リングCに押し付けて、列車の動きを遅らせることができるようになっている。

グラインド社で採用されたテルファー列車の運転方法は、発明者が "クロスオーバー・パラレル・システム "と呼んでいるものである。図6は、この方式による電気的接続を示す図であり、上り線と下り線が使用されている。各軌道はセクションに分けられ、通常の長さの各スパンがセクションとなる。各軌道の交互の区間、A1、B2、A3、B4などは一緒に電気的に接続され、発電機Dの一方の極に、他の区間も一緒に、発電機のもう一方の極に接続されている。この2つのセットは、互いに十分に絶縁されている。列車は2つの車輪だけが接触するようになっており、これらの車輪はちょうど1区間の長さだけ離れている。先行車輪Lがマイナス区間（A2）にあるとき、後行車輪Tはプラス区間（A1）にあり、その逆もしかりで、レールを介して発電機の極の間に回路を作り、列車の二つの接触車輪と、これらの車輪を結ぶ電線が機関車のモーターMを通り、電気エネルギーの供給を受けているのである。もちろん、接触輪がプラスからマイナス、マイナスからプラスの区間を通過するたびに、モーターに流れる電流は停止して逆転するが、モーターの回転方向には違いがなく、発電機にも支障がない。しかし、モーターの整流子ブラシの位置を変えることによって、機関車を逆走させることができる。単線の場合、正極のA1、A3などはB2、B4などのレールを通さず、長いワイヤーで接続しなければならない。この方式では、各区間の長さが等しくなければならないので、広い渓谷を越えなければならない場合や、線路の曲線部では不便なことがある。しかし、この難点は、列車の接触輪の間隔より長い「重力区間」を採用することで、ある程度克服することができる。この区間は下り勾配になっており、電気エネルギーを受けない部分は列車の重さで推進されるようになっている。

図7は、鉄の棒の両端を固定し、互いに絶縁している様子を示している。図の右のように、1本の棒の先端を下にして、鋳鉄製のサドルにナットで固定する。次のロッドAは鋳鉄製のキャップCにボルトで固定され、キャップはバルカナイト製のインシュレーターVでサドルから絶縁されている。ロッドの張力でバルカナイトが破れないように、サドルとインシュレーター、およびインシュレーターとキャップの間には溶けた鉛が入れられている。串の金属輪が支柱の上を横切るときに2つの部分が短絡しないように、各ロッドと次のロッドの間のサドルには、この図に示すような絶縁ギャップピースが設けられている。

グラインド線の各モーターは、約1500ワット、つまり約2馬力の電力を受け、線路上の電位はどこでも約200ボルトなので、列車が時速約4.5マイルで走っているとき、各モーターには約8アンペアが供給されます。この線路で使われている発電機は、クロンプトン社の6連シャントワインド式で、蒸気機関車によって駆動されるグラム式である。このように、水力発電があれば、線路から数マイル離れていても、索道線は走れることがわかる。 グライドの線路は1マイル弱の長さである。長い線路では、10マイルごとに電源が必要で、片道5マイルずつ列車を走らせることになると思われる。

索道線が蒸気機関車を使用する地上鉄道より優れている点は、第一に、道路と設備の費用がはるかに少なくてすむということである。グラインド線の建設で得た経験から、同様の路線は、機関車、発電機、軌道、列車5編成、1日100トン運べる機関車を含めて、総費用約6千ドルで建設できると推定された。川や渓谷を越えなければならないところや、非常に凸凹の多い地面を通過しなければならないところでも、高価な橋や整地は必要ない。線路は高架になっているので、道路が農業や他の目的に使われるのを邪魔することはないのだ。グラインドではこの点が重要で、線路が高架になっていることは、冬には線路が通る畑が数フィートの水深になることがあるため、重要なことであった。根切り機、剪定機、破砕機、丸鋸、その他の農業機械は、小型の電気モーターを機械に取り付け、電線で線路に接続して駆動することができる。

今説明したような柔軟なロッドでできた道路に、10台の荷を積んだスケップ列車を走らせると、約2トンの重さになるが、特に硬いレールを使用した場合には、ほとんど希望通りの重さの荷を運べるような線路を設計することが可能である。しかし、索道線は、交通量が少なく、建設が困難で、通常の鉄道では採算がとれず、荷車や荷馬で荷物を運ぶような場合に特に有効である。ペリー教授は、鉄道の場合、十分な交通量があれば、貨物輸送の費用は1マイルあたり1トンあたり約1ドル、テルファーラインの場合、1トンあたり2¼ドルから3½ドルであると推定している。一方、馬車運送は1トンあたり1マイルをはるかに下回る価格で行うことはできず、この高い価格でさえ、馬車道の建設とその維持の費用は計算外である。テルフラージは、ワイヤーロープによる運搬方式に比べ、急カーブを容易に曲がることができるという点で優れているとされている。

昨年の春、グラインド線が3年以上にわたって連続運転され、満足のいく結果を得たので、英国内外で索道線の建設交渉が進んでいると報じられた。最近結んだ契約には、コーンウォールの2線で、それぞれ1週間に1000トンと500トンの錫鉱石を輸送するものがあった。

ペリー教授は、テルフェラージュの可能性について次のように述べている。現在のところ、鉱山から鉱石を運ぶのに非常に役立つだけでなく、水深が浅いために岸に近づくことができない船舶に積み下ろしするためのテルファーラインを手配するのは簡単で、スケップの列車が海を走り、船倉に降り、再び走り、陸に戻ってくることが想像できる......。今のところ、私たちは非常に控えめな目標を持っています。私はしばらくは、グラインドにあるようなラインを開発するだけでいいと思っています。しかし、将来、このシステムを開発するために、私たちの手元にある以上の資本が使われるようになれば、スケップの列車が空のまま炭鉱に入り、坑道に沿って進み、切羽から石炭を掘り出す作業員が充填し、坑底に戻り、垂直の棒を上って、通常の線路に乗り入れることができると確信している。そして、ラベルを貼る以外は停車することなく、きちんと配置された係員によって各地を移動し、切符を切れば何をすればよいかがわかるようになっていて、最終的には石炭を使用する顧客のもとに到着する。テルフラージの発展には、現在でも膨大な心配がつきまといますが、このことは、テルフラージの最も大きな発展は、私の時代にはありえないこと、しかし、長い目で見れば必ず来ること、テルフラージが商品の一般流通システムになるということは、私の心にしっかりと固定されており、どんな失望や心配もこれを取り除くことはできないことを示しています" 。