タイプメタル

印刷において、活字金属とは、伝統的な活字鋳造や溶融金属植字に使用される金属合金を指します。歴史的に、活字金属は鉛、スズ、アンチモンの合金であり、用途に応じてさまざまな割合で含まれていました。用途には、手作業による組版用の個々の文字の機械鋳造、機械による線鋳造、個々の文字の機械による植字および立体版鋳造などがあります。使用される割合は、鉛 50 ‒ 86 %、アンチモン 11 ‒ 30 %、スズ 3 ‒ 20 % の範囲です。アンチモンとスズは、耐久性を高めるために鉛に添加され、マトリックスと合金の膨張係数の差を減らします。耐久性とは別に、活字金属に対する一般的な要件は、正確でシャープな鋳造物を生み出し、冷却後も正しい寸法と形状を維持することです。また、鋳造が容易で、融点が適度に低く、鉄が溶融金属に溶解せず、鋳型とノズルが清潔でメンテナンスが容易である必要があります。今日、モノタイプ社のマシンでは、さまざまな合金を使用できます。機械式ライン鋳造装置では、共晶に近い合金を使用します。

ヨハネス・グーテンベルクの時代以前にも軟質金属を鋳型で鋳造する技術は確立されていたが、硬くて耐久性があり、鋳型から鮮明な刻印が残る合金の発見は、可動活字による印刷の問題に対する彼の解決策の根本的な側面を表している。この合金は冷却時に鉛単体ほど収縮しなかった。グーテンベルクの他の貢献としては、金属活字に付着するインクの開発や、手製の印刷用紙を柔らかくして刻印がよく残るようにする方法の開発などがある。

鉛は安価で、方鉛鉱として豊富に入手でき、加工も容易であり、理想的な特性を多く備えていますが、それ自体では必要な硬度が不足しており、溶融鉛は冷えて固体になると収縮してたわむため、鮮明なディテールを持つ鋳物を作ることができません。

多くの実験の結果、錫石から得られるピューターの錫を加えると、鋳造活字が印刷工程での摩耗に耐える能力が向上し、より強靭になり、脆くなることはないこと が分かりました。

両方の金属のさまざまな割合を辛抱強く試したにもかかわらず、さらに 3 番目の金属であるアンチモンを追加せずに、金属の種類の問題の 2 番目の部分を解くことは非常に困難であることが判明しました。

錬金術師は、アンチモン硫化鉱石である輝安鉱を鉄くずと一緒に加熱すると、金属アンチモンが生成されることを証明しました。活字鋳造工は通常、鉛、錫、アンチモンを溶かして活字金属にするために、粉末状の輝安鉱と馬蹄形の釘をるつぼに入れます。この過程で鉄と硫化物の両方が排除されます。

アンチモンを添加すると、凝固時に合金の収縮を減少させるという興味深い特性があるため、硬度、耐摩耗性、特に活字デザインの再現の鮮明さといった特性において、非常に必要とされていた改善がもたらされました。

活字金属は鉛、スズ、アンチモンの合金で、用途に応じてさまざまな割合で配合されます。用途は、手作業による組版用の個々の文字の機械鋳造、機械による線鋳造、個々の文字の機械による組版、立体版鋳造などです。

使用される割合は、鉛 50 ‒ 86%、アンチモン 11 ‒ 30%、スズ 3 ‒ 20% の範囲です。これらの金属の基本的な特性は次のとおりです。

活字金属は鉛 (Pb) の合金です。純鉛は比較的安価な金属で、柔らかいため加工しやすく、327 °C (621 °F) で溶けるため鋳造も簡単です。しかし、凝固すると収縮するため、印刷するには文字が鮮明ではありません。さらに、純鉛の文字は使用中にすぐに変形します。これは鉛の加工しやすさの直接的な結果です。

鉛は非常に柔らかく、展性があり、延性がありますが、引張強度はほとんどありません。

酸化鉛は毒物であり、主に脳機能に損傷を与えます。金属鉛は酸化鉛よりも安定しており、毒性も低いです。金属鉛は皮膚との接触で吸収されることがないため、慎重に取り扱えば、酸化鉛よりもリスクははるかに少なくなります。

スズ（Sn）は溶融合金の流動性を高め、活字を強靭にし、合金に耐摩耗性を与えます。鉛よりも硬く、剛性が高く、強靭です。

アンチモン（Sb）は半金属元素で、630℃（1,166℉）で融解します。アンチモンは結晶状の外観をしていますが、脆く、溶けやすい性質を持っています。^[1]

鉛と合金にして活字金属を作ると、アンチモンは印刷中に変形に耐えるために必要な硬度を与え、鋳型からより鋭い鋳物を作り、ページ上に明瞭で読みやすい印刷文字を生成します。

実際の組成は時とともに変化し、活字の用途に応じて、異なる機械がさまざまな合金に調整されました。印刷業者は、特定の合金の品質について独自の好みを持つこともありました。英国のランストンモノタイプ社は、マニュアルにさまざまな合金を記載していました。

ほとんどの機械的な植字は、基本的に行鋳造 ( LinotypeとIntertype ) と単一文字鋳造 ( Monotype ) という 2 つの異なる競合する技術に分けられます。

モノタイプ コンポジション鋳造機のマニュアル (1952 年版およびそれ以降の版) には、活字の目的とそれを使用して行う作業に応じて、鋳造に使用する少なくとも 5 種類の異なる合金について記載されています。

一般的にモノタイプ鋳造活字は、四角い刻み目（鋳造活字に使用されている丸い刻み目とは対照的）があることで視覚的に識別できますが、研究室での高価な化学分析以外に合金を識別する簡単な方法はありません。

これ以外にも、米国と英国の 2 つのモノタイプ社も「丸い」刻み目のある鋳型を製造していました。活字鋳造業者と印刷業者は、高さ、サイズ、刻み目の種類、刻み目の数まで変更できる、独自の仕様に合わせて特別に設計された鋳型を注文することができました。

これらの特殊な金型で製造された活字は、鋳造所または印刷所がわかっている場合にのみ識別できます。

スイスのバーゼルにある「Metallum Pratteln AG」という会社には、さらに別の種類の金属合金のリストがありました。必要に応じて、顧客の仕様に応じたあらゆる合金を生産できます。

再生金属^{[要説明]は、}ドロスを通して失われたスズとアンチモンを補うためにるつぼの中で溶かされました。^[要出典]

金属が再溶解されるたびに、スズとアンチモンが酸化します。これらの酸化物はるつぼの表面に形成されるため、除去する必要があります。溶融金属をかき混ぜると、表面に灰色の粉、ドロスが形成されるため、これをすくい取る必要があります。ドロスには回収可能な量のスズとアンチモンが含まれています。

環境汚染を防ぎ、経済的に実現可能な 条件で純粋な金属を抽出するために、ドロスは専門の会社で処理されなければなりません。

純粋な金属は、特定の温度で簡単に溶けて固まります。合金の場合はそうではありません。合金では、さまざまな温度範囲があり、さまざまな現象が起こります。すべての混合物の融点は、純粋な成分よりもかなり低くなります。

鉛に少量のアンチモン（5% ～ 6%）を加えると、純粋な鉛に比べて合金の挙動が大幅に変わります。純粋なアンチモンの融点は 630 °C ですが、この混合物は 371 °C という低温でも完全に溶融し、均質な液体になります。この混合物を冷却すると、合金は純粋な鉛の融点である 355 °C まで液体のままです。温度が 291 °C に達すると、鉛の結晶が形成され始め、液体合金の凝集力が高まります。252 °C で、混合物は完全に凝固し始めますが、その間温度は一定のままです。混合物が完全に凝固して初めて、温度は再び下がり始めます。

10% アンチモン、90% 鉛の混合物を使用すると、鉛の結晶の形成が約 260 °C まで遅延されます。

12% アンチモン、88% 鉛の混合物を使用すると、結晶の形成が完全に防止され、共晶になります。この合金の明確な融点は 252 °C です。

アンチモン含有量が 12% を超えると、主にアンチモンの結晶化が起こります。

この双極系にスズを加えると、動作はさらに複雑になります。一部のスズは共晶に入ります。4% のスズ、12% のアンチモン、84% の鉛の混合物は 240 °C で凝固します。

共晶混合物と比較して過剰な金属に応じて結晶が形成され、液体が枯渇し、共晶 4/12 混合物が再び形成されます。

12/20 合金にはスズとアンチモンの混合結晶が多数含まれており、これらの結晶が合金の硬度と耐摩耗性を形成します。

アンチモンの含有量を増やすには、スズも加える必要があります。機械のチャネルのどこかで温度が下がると、混合物の流動性が劇的に低下するからです。ノズルはアンチモン結晶によって詰まることがあります。

共晶合金は、鋳型の詰まりを防ぎ、トラブルのない鋳造を継続的に行うために、ライノタイプ機やラドロー鋳造機で使用されます。

モノタイプ マシンで使用される合金は、より丈夫な文字を得るために、錫の含有量が多い傾向があります。すべての文字は、印刷中の圧力に耐えることができなければなりません。これは追加の投資を意味しましたが、モノタイプはとにかく高価なシステムでした。

LinotypeやMonotypeなどの異なる機械式活字鋳造システム間の熾烈な競争により、活字鋳造に関するいくつかの伝説が生まれました。Linotype ユーザーは Monotype を軽蔑し、Monotype も Linotype ユーザーを軽蔑していました。

しかし、モノタイプ機はさまざまな合金を利用できます。一定かつ高い生産量を維持するには、会社内の活字金属を厳密に標準化し、生産の中断をできるだけ減らす必要がありました。金属をリサイクルするたびに、約 0.5 パーセントの錫含有量が酸化により失われるため、使用する合金を監視するために、定期的に繰り返し分析が行われました。これらの酸化物は、溶融金属の表面を洗浄する際に ドロスとともに除去されます。

今日では、この「戦い」は、少なくともモノタイプにとっては、重要性を失っています。生産される活字の品質の方がはるかに重要です。アンチモン含有量が高く、その結果としてスズ含有量も高い合金は、モノタイプ コンポジションまたはスーパーキャスターで、より高温、より低速、より長時間の冷却で鋳造できます。

異なる活字鋳造システムを持つ工場では、異なるタイプの活字金属が混ざらないように注意が払われていましたが、実際にはよく混ざっていました。モノタイプ社のコンポジション鋳造機はさまざまな金属合金に対応できるため、ライノタイプ社の合金と廃棄された活字鋳造機の合金を時々混ぜると、その有用性が証明されました。

機械式ライン鋳造装置では、共晶に近い合金を使用します。

銅は活字金属の硬化に使用されてきました。この金属は合金が冷えると簡単にスズと混合結晶を形成します。これらの結晶はモノタイプ機のノズルの出口開口部のすぐ下で成長し、しばらくすると完全に詰まってしまいます。これらのノズルは硬い結晶がドリルで穴を開けるのに抵抗するため、掃除が非常に困難です。

真鍮のスペースには、活字金属にとって非常に逆効果な亜鉛が含まれています。1% 未満のわずかな量でも、溶融金属の表面にほこりっぽい表面を形成し、除去が困難になります。このように汚染された活字金属から鋳造された文字は品質が劣るため、解決策としては、廃棄して新しい合金と交換する必要があります。

したがって、真鍮と亜鉛は再溶解する前に除去する必要があります。アルミニウムについても同様ですが、この金属は溶解物の上に浮いているため、鉛に溶解される前に簡単に発見して除去できます。

マグネシウム板は溶融鉛の中では非常に危険です。この金属は簡単に燃えて、溶融鉛の中で発火するからです。

溶融金属は常に溶解釜の鋳鉄表面と接触していますが、 鉄は活字金属にほとんど溶解しません。

ジョセフ・モクソンは、著書『機械工学演習』の中で、「アンチモン」と鉄の釘を同量混ぜたものについて言及している。^[3]

第 2 項。金属の製造について。

鋳物師は、鉛を鉄で固めて文字を印刷します。そのため、溶かすのに最適な鉄として短釘を選びます。また、短釘は柔らかくて丈夫な良質の鉄で作られていると確信しているため、また、鉄の小片であるため、より早く溶けるからです。鉄の流れを作るために、彼らはアンチモン（鉄の乳鉢で細かく砕いたもの）と短釘を同量混ぜます。そして、使用予定の数だけ、40ポンドまたは50ポンドの陶器のるつぼ（火に耐えられるように作られたもの）を用意します。彼らは、これらのるつぼに、混ざった鉄とアンチモンを、入できる限り詰めます 。

彼らは金属 を溶かすたびに、それを溶かすための新しい炉を造った。この炉は開放型炉と呼ばれている。なぜなら、炉のすべての側面から空気が吹き込んで火を煽るからである。彼らは炉を開放された場所にレンガで造る。空気が自由にすべての側面から吹き込むことができるため、金属の製造に携わる人たちがアンチモンの蒸気（不快な物質）に不快感を覚えることがないようにするためである。また、炉で発生した激しい火が、隣接する家の火災を危険にさらすことがないからでもある。

ここでの「アンチモン」は、実際には輝安鉱、硫化アンチモン（Sb ₂ S ₃）でした。このプロセスで鉄が燃焼し、アンチモンが減少すると同時に、不要な硫黄が除去されました。このようにして硫化鉄が形成され、煙とともに蒸発しました。

輝安鉱と釘の混合物は、すべてが溶けて完成するまで、屋外の炉で赤熱して加熱されました。結果として得られる金属には、最大9％の鉄が含まれる場合があります。熱い溶融物を食塩NaClと混ぜることで、さらに精製することができます。その後、別の溶融鍋から赤熱した鉛を追加し、よくかき混ぜます。^[4]

小さな文字や狭い空間を鋳造し、鋳型の狭い部分をよりよく埋めるために、合金にいくらかの錫が加えられました。錫の優れた特性はよく知られていました。費用を節約するために、錫の使用は最小限に抑えられることもありました。

この有害な労働の多くは児童労働者によって行われ、その労働力には子どもも含まれている。^[5]

これまでは、男性（いや、少年）がこの作業すべてを司ることができた。

吸入した有毒金属の煙に対する解毒剤として、作業員には赤ワインやサラダ油の混合物が与えられた。^[6]

現在では（慣習に従って）半パイントのサックがサラダ油と混ぜられ、各作業員に飲ませられています。これはアンチモンの有毒な煙に対する解毒剤として、また激しい火災と重労働で消耗した精力を回復させることを目的としています。