機械式振り子時計とクォーツ時計の歴史

機械式時計 -- 振り子とクォーツ

マックスパドラー/ゲッティイメージズ

およそ 500 年から 1500 年にかけての中世のほとんどの期間、ヨーロッパでは技術の進歩は事実上停止状態にありました。日時計のスタイルは進化しましたが、古代エジプトの原則から遠く離れることはありませんでした。

シンプルな日時計

出入り口の上に置かれた単純な日時計は、中世の正午と太陽に照らされた日の 4 つの「潮汐」を識別するために使用されました。 10 世紀までに、いくつかのタイプのポケット日時計が使用されました。英国のモデルの 1 つは、潮汐を特定し、太陽高度の季節変化を補正することさえありました。

機械式時計

14 世紀初頭から中期にかけて、大きな機械式時計がイタリアのいくつかの都市の塔に登場し始めました。これらの公共の時計の前に、重りで駆動され、バージとフォリオの脱進機によって調整された実用的なモデルの記録はありません。バージ・アンド・フォリオットのメカニズムは、フォリオットの形状のバリエーションで 300 年以上支配していましたが、すべて同じ基本的な問題を抱えていました。 発振 駆動力の量とドライブの摩擦量に大きく依存するため、レートを調整するのは困難でした。

ぜんまい時計

もう 1 つの進歩は、1500 年から 1510 年の間に、ニュルンベルク出身のドイツの鍵屋であるピーター ヘンラインによる発明でした。ヘンラインは、ゼンマイ式の時計を作成しました。重い駆動装置の重量を置き換えることで、より小型で持ち運びしやすい時計が生まれました。ヘンラインは自分の時計に「ニュルンベルクの卵」という愛称を付けました。

ぜんまいがほどけると速度が遅くなりますが、そのサイズと、壁から吊るす代わりに棚やテーブルに置くことができるため、裕福な個人の間で人気がありました.これらは最初の携帯時計でしたが、時針しかありませんでした。分針は 1670 年まで登場しませんでした。この時代、時計にはガラス保護がありませんでした。時計の文字盤にガラスが使われるようになったのは 17 世紀のことです。それでも、ヘンラインのデザインの進歩は、真に正確な計時への先駆けとなりました。

正確な機械式時計

オランダの科学者、クリスチャン・ホイヘンスは、1656 年に最初の振り子時計を作りました。これは、振動の「自然な」周期を持つメカニズムによって調整されていました。それでも ガリレオ・ガリレイ 振り子を発明したとされることもあり、彼は 1582 年に振り子の動きを研究していましたが、彼の時計の設計は彼が亡くなる前には行われませんでした。ホイヘンスの振り子時計の誤差は 1 日 1 分未満で、初めてそのような精度が達成されました。その後の改良により、時計の誤差は 1 日 10 秒未満になりました。

ホイヘンスは 1675 年頃にテン輪とぜんまいのアセンブリを開発し、今日の腕時計の一部にまだ使用されています。この改良により、17 世紀の時計は 1 日 10 分まで時を刻むことができました。

ウィリアム・クレメントは、新しい「アンカー」または「リコイル」脱進機を備えた時計の製造を開始しました。 ロンドン これは、振り子の動きをあまり妨げなかったので、バージよりも大幅に改善されました。

1721 年、ジョージ グラハムは、温度変化による振り子の長さの変化を補正することで、振り子時計の精度を 1 日 1 秒に改善しました。大工で独学の時計職人であるジョン・ハリソンは、グラハムの温度補正技術を改良し、摩擦を減らす新しい方法を追加しました。 1761 年までに、彼はぜんまいとテン輪脱進機を備えたマリン クロノメーターを製造し、1714 年にイギリス政府から 0.5 度以内の経度を決定する手段として提供された賞を受賞しました。回転する船に乗って 1 日約 5 分の 1 秒の精度で時を刻みました。これは地上の振り子時計とほぼ同じで、必要な精度の 10 倍優れています。

1889 年には、振り子がほぼ自由な振り子を備えたジークムント リーフラーの時計が改良され、1 日に 100 分の 1 秒の精度を達成し、多くの天文台の標準となりました。

真の自由振り子の原理は、1898 年頃に R. J. ラッドによって導入され、いくつかの自由振り子時計の開発を刺激しました。最も有名なものの 1 つである W. H. Shortt 時計は 1921 年に実演されました。Short 時計は、多くの天文台で最高のタイムキーパーとしてリーフラーの時計にほとんどすぐに取って代わりました。この時計は 2 つの振り子で構成され、1 つは「スレーブ」と呼ばれ、もう 1 つは「マスター」と呼ばれます。 「スレーブ」の振り子は、「マスター」の振り子に動きを維持するために必要な穏やかなプッシュを与え、時計の針も動かしました。これにより、「マスター」振り子は、その規則性を乱す機械的な作業から解放されたままになりました。

クォーツ時計

石英 クリスタル時計は、1930 年代と 1940 年代に標準としてショート クロックに取って代わり、振り子やテン輪脱進機をはるかに超える計時性能を向上させました。

クォーツ時計の動作は、水晶の圧電特性に基づいています。結晶に電界をかけると形が変化します。絞ったり曲げたりすると電界が発生します。適切な電子回路に配置されると、機械的応力と電場の間のこの相互作用により、水晶が振動し、電子時計ディスプレイの操作に使用できる一定周波数の電気信号が生成されます。

水晶時計は、通常の振動数を乱す歯車や脱進機がなかったため、より優れていました。それでも、彼らは機械的振動に依存しており、その振動数は結晶のサイズと形状に大きく依存していました。正確に同じ周波数を持つ 2 つの水晶はあり得ません。クォーツ時計は、その性能が優れており、安価であるため、市場を支配し続けています。しかし 計時 クォーツ時計の性能は、原子時計によって大幅に上回っています。

米国国立標準技術研究所および米国商務省が提供する情報および図。