Gristmill

The Greek geographer Strabo reported in his Geography that a water-powered grain-mill existed near the palace of king Mithradates VI Eupator at Cabira, Asia Minor, before 71 BC.^[1]

The early mills had horizontal paddle wheels, an arrangement which later became known as the "Norse wheel", as many were found in Scandinavia.^[2] The paddle wheel was attached to a shaft which was, in turn, attached to the centre of the millstone called the "runner stone". The turning force produced by the water on the paddles was transferred directly to the runner stone, causing it to grind against a stationary "bed", a stone of a similar size and shape.^[2] This simple arrangement required no gears, but had the disadvantage that the speed of rotation of the stone was dependent on the volume and flow of water available and was, therefore, only suitable for use in mountainous regions with fast-flowing streams.^[2] This dependence on the volume and speed of flow of the water also meant that the speed of rotation of the stone was highly variable and the optimum grinding speed could not always be maintained.^[2]

垂直水車は紀元前1世紀末までにローマ帝国で使用されており、ウィトルウィウスによって記述されている。^{[ 3 ]}回転水車は「人類最大の発見の1つ」と考えられている。労働者にとって非常に肉体的に過酷な仕事であり、奴隷労働者は動物とほとんど変わらないと考えられており、その悲惨さは図像やアプレイウスの『黄金のロバ』に描かれている。^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}ローマ技術の頂点はおそらくバルベガル水道と水車であり、19メートルの落差の水が16個の水車を駆動し、1日あたり28トンの粉砕能力があったと推定されている。^{[ 7 ]}水車はローマ時代以降も使用され続けたようだ。

クランクと連結棒を利用した手動式の水車は、西漢時代に使用されていた。^{[ 8 ]}

ビザンツ帝国とササン朝ペルシアでは西暦3世紀以降に製粉業が拡大し、その後、8世紀以降にはイスラム世界全体に大規模な工場製粉設備が広く普及した。 ^{[ 9 ]}中世の近東と北アフリカでは、穀物やその他の種子を挽いて粉を作るために、歯車式の製粉所が建設された。^{[ 10 ]}イスラム世界の製粉所は水力と風力の両方で動いていた。最初の風力製粉所は、現在のアフガニスタン、パキスタン、イランにあたる地域で9世紀と10世紀に建設された。^{[ 11 ]}エジプトのビルバイスという町には、1日に推定300トンの小麦粉と穀物を生産する穀物加工工場があった。^{[ 12 ]}

10世紀後半以降、北ヨーロッパでは製粉業が拡大した。^{[ 9 ]}イングランドでは、1086年のドゥームズデイ調査で、水力製粉所の正確な数が記録されている。5,624基あり、これは人口300人あたり約1基の割合で、これは西ヨーロッパと南ヨーロッパ全体で一般的だったと思われる。この頃から、水車は製粉以外の目的にも使われるようになった。イングランドでは、稼働中の製粉所の数は人口増加に伴って増加し、1300年頃には約17,000基でピークに達した。^{[ 13 ]}

中世盛期以降のヨーロッパには、現存する製粉所の例が限られている。スペインのエブロ川沿いには、保存状態の良い水車と製粉所が現存しており、1202年にシトー会修道士によって建てられたヌエストラ・セニョーラ・デ・ルエダ王立修道院に付属している。シトー会は、1100年から1350年にかけて西ヨーロッパでこの技術を用いたことで知られていた。

「製粉所」や「穀物製粉所」という用語は、穀物を挽く製粉所全般を指すこともありますが、歴史的には、農民が自分の穀物を持ち込み、挽いた粉や小麦粉を「製粉業者の手数料」と呼ばれる一定の割合を差し引いた金額を受け取る地元の製粉所を指す言葉として使われていました。^{[ 14 ]}イングランドの初期の製粉所は、ほとんどの場合、地元の領主によって建てられ、その領主は、コミュニティで加工されるすべての穀物の一部に対して独占的な権利（製粉権）を持っていました。 ^{[ 15 ] [ 16 ]}その後、製粉所は農業コミュニティによって支えられ、製粉業者は賃金の代わりに「製粉業者の手数料」を受け取りました。ほとんどの町や村には独自の製粉所があり、地元の農民は簡単に穀物を製粉所に運ぶことができました。パンは食生活の主食であったため、これらのコミュニティは地元の製粉所に依存していました。

古典的な水車小屋の設計は通常、水力で動いていますが、風力や家畜の力で動くものもあります。水車小屋では、水門を開けて水車を回転させるために、水が水車の上または下に流れるようにします。ほとんどの水車小屋では、水車は水中に垂直、つまり横向きに設置されていましたが、水平に設置されているものもありました（浴槽型水車やいわゆるノルウェー式水車）。後期の設計では、水平に配置された鋼鉄製または鋳鉄製のタービンが組み込まれており、古い水車小屋に後付けされることもありました。

ほとんどの車輪駆動式製粉所では、ピットホイールと呼ばれる大きな歯車が水車と同じ車軸に取り付けられており、これが建物の底部から頂上まで垂直に伸びる主駆動軸に取り付けられたウォロワーと呼ばれる小さな歯車を駆動します。この歯車機構により、主軸は水車よりも速く回転し、水車は通常毎分約10回転で回転します。

製粉石自体は毎分約 120回転します。石は上下に重ねて置かれています。一番下の石はベッドと呼ばれ、床に固定されています。一番上の石はランナーと呼ばれ、メインシャフトによって駆動される別のスピンドルに取り付けられています。ストーンナットと呼ばれる車輪がランナーのスピンドルをメインシャフトに接続しており、これを移動させることで石を切り離して回転を停止させ、メインシャフトを回転させて他の機械を駆動することができます。これには、小麦粉を精製するための機械式ふるいを駆動したり、穀物の袋を製粉所の屋根まで持ち上げるためのチェーンを巻き取るために木製のドラムを回転させたりすることが含まれます。石と石の間の距離は、必要な小麦粉の等級に合わせて調整できます。石を近づけると、より細かい小麦粉ができます。この工程は、自動で行われる場合もあれば、製粉業者によって制御される場合もあります。これをテンタリングと呼びます。^{[ 17 ]}

穀物は、ホイストによって袋に入れられ、製粉所の最上部にある「袋床」まで持ち上げられます。袋の中身は貯蔵庫に移され、そこから穀物はホッパーを通って下の「石床」にある石臼に落ちます。穀物の流れは、緩やかな傾斜のある樋（「スリッパー」）の中で揺らすことで調整され、そこからランナーストーンの中央にある穴に落ちます。製粉された穀物（小麦粉）は、ランナーストーンの溝を通って石臼の外縁から出てくると、シュートを通って地面、つまり「粉床」にある袋に集められます。小麦などの穀物で小麦粉を作る場合や、トウモロコシでコーンミールを作る場合も、同様の工程が用いられます。

製粉機の石臼の振動で建物が崩壊するのを防ぐため、石臼は通常、製粉所の壁とは別に設置された木製の土台（ハスクと呼ばれる）の上に置かれていました。これにより、建物は石臼や主要な歯車機構からの振動から隔離され、また、石臼を完全に水平に保つために土台の水平調整も容易に行えるようになりました。下側の石臼はハスクのくぼみに設置され、上側の転動石はハスクの高さより上に配置されていました。

アメリカの発明家オリバー・エバンスは、 18世紀末に製粉工程を自動化することで、初期の製粉所の労働集約的なプロセスに革命をもたらしました。彼の発明には、穀物や小麦粉を垂直に上方に運ぶための、垂直のエンドレスレザーベルトに取り付けられた木製またはブリキ製のバケツであるエレベーター、材料を水平に運ぶための木製のオーガーであるコンベヤー、挽きたての小麦粉をかき混ぜて冷却するための装置であるホッパーボーイ、バケツの代わりにフラップを備えた水平エレベーターであるドリル（コンベヤーの使用法に似ていますが、より簡単に製造できます）、そして下向きに傾斜した樋の中にあるエンドレスストラップ（革またはフランネル）であるディセンダーがあり、このストラップが樋の中の挽いた小麦粉を移動させるのに役立ちます。最も重要なのは、彼がこれらを単一の連続プロセスに統合したことであり、この全体的な設計は後に自動製粉機として知られるようになりました。1790年、彼はこのプロセスで3番目の連邦特許を取得しました。 1795年に彼は「若き製粉工と製粉業者のための手引き」を出版し、その工程を詳細に説明した。^{[ 18 ]}

エヴァンス自身は、商業用製粉所として特別に設計された自動製粉所を説明するのに「製粉所」という用語を使用しませんでした（彼はより一般的な用語「水車」を使用しました）。彼の著書の中で「穀物」（または「穀物」）に言及しているのは、農民が自分のために挽いてもらうために持ち込む少量の穀物（一般的に物々交換または委託製粉と呼ばれるもの）だけです。彼の著書の中で、エヴァンスはこれらの穀物を順次製粉できるシステムについて説明し、「このように構築された製粉所は、日中は穀物を挽き、夜間は商業用製粉を行う可能性がある」と述べています。^{[ 19 ]}時が経つにつれて、小型の古いタイプの製粉所は一般的に製粉所として知られるようになりました（大規模な工場製粉所との区別として）。