Category 機械式時計はなぜ動くのか

ではデファイ・ラボに対する考察をはじめよう。まずは設計チームのプレゼンテーション動画から始める。 ここ から視聴が可能である。 さすがビバー氏は演出がうまい。プレゼンテーションを行うエンジニアはまるでスティーブ・ジョブスのようにジーンズである。ホイヘンスの発明した時計の原理から彼は解きあかす。Q値に関するプレゼンテーションも含まれている。非常に分かりやすい、いいプレゼンテーションである。ぎっしりとうまった聴衆の中には、熱心に聞いている男性もいれば、時々写真をとるがあとはずっとスマートフォンをいじっている老紳士もいる。最前列の女性は頻繁に髪をかきあげ、足をゆらし続けている。技術プレゼンテーションとしてはいいプレゼンテーションなのだが、招待客の層からすると、すこし場違いな感じもするプレゼンテーションである。10分を少し超えてプレゼンテーションは終わり、司会者が「では後は私が引き取りましょう」。続いて本題であるビジネスの話をしたのであろう。 ビバー氏自身、ビジネスマンたちが本気で時計のメカニズムに興味があるとは思っていないであろう。だが、このようなプレゼンテーションを行えば、ゼニスの新技術をプレスが広めてくれると思っているに違いない。たしかにそれは正しく、そのプレゼンテーションから筆者はこのような記事が書くことができる。なおこの記事はあくまで筆者の私見である。間違いがあれば何なりとご指摘いただきたい。 まずは心臓部の発振子から見ていこう。以下の図は技術プレゼンテーションの動画と同じサイトからである。日本語部分が筆者による追加である。 発振の中心であるヒゲゼンマイに相当する部分は、髪の毛の半分以下、薄さ20umの薄さのシリコンで構成される。これが中心に対称に3つ配置され全体の円環をささえている。このヒゲゼンマイ相当部分だが、中央部で円弧を描いているのが分かる。これがこの発振子の心臓である。この円弧を描いている部分がわずかにねじれることにより、この円環全体を+-6度という微小な角度でセキレイの尾のように揺らし続ける。その速度が15Hz（一秒間に15往復）という高速になる。 右上に緩急針に相当する調整用の音叉のような形状の部品が見える。この音叉状の部品は板バネのような形状の部品を経由して外周に接続されている。この板バネが髪の毛と同等かそれより薄い形状になっており、力を加えることによりこのシリコンの形状を変化させることができそうだ。それによって発振周波数を調整すると考えることができる。 次にアンクルである。+-6度の往復運動を続ける発振子を時計回り方向の歯車の動きに整えるために、またシステム動作のためのトルクを受けとるため、「ガンギ車」との接続部分が必要である。これが図の下のほうに見える。 これで三つの主要な部品が揃った。一番の特徴は、この三つを一体成形で作っているためにテンプが存在しないことであろう。このため、テンプの軸受けのルビー、アンクルの爪石など注油が必要な部品はこの発振子にはなく、注油作業が不要となる。注油箇所は輪列部分のみとなり、メンテナンスはかなり楽になりそうである。 次にシリコンという材質について、シリコン製のヒゲゼンマイと同様のメリットを享受できる。つまり耐磁性が高く、温度の影響は小さい。 さらにシステムとして発振角度が小さいことは、この発振子を動作させるトルクが小さくてもよいことを意味する。動作のために必要なトルクは回転角度に比例する。通常のテンプの振り角を280～300度程度とすると、このシステムの動作に必要なトルクはおおよそ1/46~1/50となる。ということは、主ゼンマイのトルク変動による精度への影響も小さいことが予想できる。 最後に重力の影響だが、この「ヒゲゼンマイ」は時計の大きさに対して対称にバランスして配置されている。ということは、ある姿勢で一箇所が大きく影響を受ければ一箇所は少なく影響を受けるというふうにプラスとマイナスとでバランスがとれるように設計されているように見える。そのため、姿勢差も少ないと予想できる。 このように、このシステムを機械式時計として見た場合、かなり理想的なシステムに見える。 以下がHodinkeeによる「ガンギ車」の動作部分である。アンクルの爪石などはないことが分かる。

Q値という「物理量」についての話を続ける。「物理量」とはそもそも人間が考えた仮説の一つであった。仮説は、汎用的な概念を含んだ仮説であればあるほど分野を超えて広く使われるようになる。ニュートンの「万有引力の法則」では、リンゴが落ちるときに働く力と、天体と天体との間に働く力とは同じ法則に従っていると説く。一見まったく違った現象に見えるそれらを汎用的な法則で説明したからこそニュートンは偉大であった。 Q値に戻る。この概念は、Valjoux 22 の初出と同じ1914年に提唱された。それ以来、分野を超えて振動現象の品質について広く使われる定義になっている。振動現象とは、ある一定期間内に繰り返される周期的な運動のことであり、ヒゲゼンマイの収縮運動は間違いなく振動現象である。そうなると、時計の場合もQ値は定義でき、実際に以下のように定義される。 Wはその振動現象を行っているシステム、ここではテンプに蓄えられるエネルギー、ΔWは一回の振動で失なわれる量である。 つまりは、一回テンプを動かして、それがどのくらい動き続けたかを観測できれば時計のQ値は実測できる。実際にテンプのみを取りだして、一回それを収縮させ、それが20秒間動き続けたとしよう。この場合 Q値はおおよそ300になる。5振動は 2.5Hzであるから一秒あたり2.5回往復運動をする。それが 20秒動作したということは 50回テンプが往復運動をしたということになる。ということは、一回の往復運動で1/50ずつエネルギーが失われ続けたということになるから、その往復回数に2πを乗算すればQ値は計算できる。 一方で例えば5振動の時計のテンプが2秒で止まってしまったとしよう。この場合Q値はおおよそ30になる。Q値が一桁違えば精度はおおよそ一桁変わってくると予測できた (機械式時計はなぜ動くのか その14)から、Q値が30の時計の日差が+-60秒程度だとすると、Q値が300の時計はおおよそ日差+-6秒程度に収まるであろうことが予想できる。もちろんQ値のみで日差は決まるわけではなくあくまで目安でしかないが、物理法則とはかくも素晴しく、我々の生活に予測を与えてくれるもののようである。 今週の時計は、「世界初の自動巻きクロノグラフ」の系統を汲むcal.12を搭載したホイヤーコルティナである。ホイヤーの70年代モデルの中ではあまり見かけないモデルだが、オクタゴンのフェイスやブレス一体型のデザインなど、1970年代の雰囲気がよく出ている時計だと思う。このモデルに関しては以下のリンクが詳しい。 ULTIMATE GUIDE TO HEUER CORTINA

さてQ値とは、ネットワークの損失を説明するために電気工学で導入された「物理量」であった。それがなぜ機械式時計に関係あるのだろうか。そのことに辿りつく前に、今回は、前提として一般的な「物理量」という定義について稿を割きたい。 物理量とは、ある現象を説明するために人間が仮定した量(はかり)のことである。例えば「万有引力の法則」を説明する一つの物差しとして、代表的な物理量の一つである 重力加速度(G)が用いられる。 この法則の場合、リンゴが落ちるのを見て物理法則をニュートンが「発見」したとされている。しかし、リンゴでもナシでも鉄球でもよいが、モノが上から下に落ちるのは、石器時代でも皆が認識していたのは間違いない。ニュートンが偉大だとされているのは、そこに汎用的な物理法則を見い出したことによる。曰く、重力の大きさは距離の二乗に反比例し、二つの物質の質量の積に比例する。この法則はどんな物質にも作用する、地球とリンゴとの間に作用している力は地球と月との間にも作用する。そして地球上の物体については 重力加速度(G)という物理量を仮定でき、月の場合にこの物理量を定義すると、地球に比べておおおよそ1/6の値となる。この仮定は、様々な現象をよく説明できるため、現代では当たり前のこととして広く受け入れられている。 ところでこの「現代では当たり前」の物理法則だが、その認定にはしばしば大きな議論がなされてきた。物理法則というものは、そもそもが人間が作った仮説の一つである。厳密な数学上の証明とは違い、その性質上100%の証明は不可能である。ある法則を仮定した場合に、いろいろな現象がうまく説明できるという帰納的推論を提唱し、追従する実験によって演繹的に確かめられ、議論の結果「その説はおおむね正しい」と多数に認定されるというプロセスを必要とする。今では常識となっている一般的な法則についても、この認定プロセスに多年の議論がなされている例は数多い。天動説に対して地動説を唱え、「それでも地球はまわっている」と言ったとされているガリレオ・ガリレイの話はあまりに有名だが、中学生で習うオームの法則(電圧=抵抗×電流)でさえも、数十年ものあいだ「科学的事実」とは認められていなかった。 さて「物理量」の話が長くなった。次回はQ値という物理量について見てみることににしたい。 今週の時計もオメガ・スピードマスター・プロフェッショナルである。先週との違いがお分かりだろうか？

機械式時計の精度について説明するための一つの概念、Q値についての考察を続ける。アカデミックなQ値のイメージはなんとなく分かっていただいたとしても、具体的な皮膚感覚においても、これが意外とマッチするのである。下の図が発振周波数、Q値、日差の例を併記した表である。 クオーツ時計の場合、発振周波数が機械式時計に比較して高いから精度がよいと喧伝されている。日差5秒の機械式時計に対して、日差1秒未満、月差15~25秒程度のクオーツ時計というのは納得できる範囲だろう。素晴しく精度が良いようにも思えてしまうが、周波数で比較すると、1万倍もの高い周波数に対して、その精度はたかだか10倍程度である。思ったほどよくもない気がしてしまう。 一方で発振周波数ではなく、Q値による比較を行うと、Q=300程度の機械式時計に対して、クオーツ時計はQ=3000程度、おおよそ10倍である。このくらいの精度の差が、実によく機械式時計の精度とクオーツ時計の精度の差を表わしているように見えてこないだろうか。 画像はオメガ・スピードマスタープロフェッショナル。最初に月に行った時計としても有名な時計である。