デファイ・ラボ 発振子の駆動 物体が振動を繰り返すためには、ある一定周期で力を加え続けるシステムが必要である。そのメカニズムは、このデファイ・ラボではどのように行っているのだろうか。 例によってまずは振り子で考えよう。振り子の振れ幅が小さくなってきたとき、振動を継続させるためには重りに力を加える必要がある。機械式時計の場合、それはガンギ車とアンクルの衝突によって行われ、ガンギ車はヒゲゼンマイの往復運動を時計回り一方向の動きに整えるのと同時に、主ゼンマイからのトルクをテンプに伝え、テンプを稼動させ続ける働きも同時に持っている。 デファイ・ラボも機械式時計であるから、発振子の往復運動を時計回り一方向の動きに整えるのと同時に、主ゼンマイからのトルクを「ヒゲゼンマイ」に伝える働きが必要になる。ここではそれを「アンクル部」と呼ぶことにする。下の図では黄色に着色した部分である。元図については、ここを参照いただきたい。 まず、デファイ・ラボの「ガンギ車」とアンクル部のメカニズムは、比較的従来の機械式時計の仕組みに似ている。「アンクル部」には上下一対の爪が見える。これは従来のアンクルと同様の出爪(上部)と入爪(下部)と捉えてもそう大きな間違いではないだろう。次の問題は、「ガンギ車」とアンクル部の爪の衝突から得たトルクをどう「ヒゲゼンマイ」に伝達するか、である。そこにはヒゲゼンマイに接続されたテンワはなく、シリコンで一体成形された発振子があるのみである。それでも発振子のヒゲゼンマイの相当部分にエネルギーを伝達しないと、機械式時計は止まってしまう。 まずは、よくこの発振子を見てみよう。そうすると実はこの発振子、3つに分割されていることが分かる。発振子の「ヒゲゼンマイ」はこの3つの分割部分それぞれに装備されており、またこの分割部分の角度は、駆動できる「振り角(上部青破線)」とされている+-6度よりも小さくなっていることが分かる。ということは、ある分割部の「ヒゲゼンマイ」が6度の往復運動を行うと、その時は必ず両隣の分割部に衝突が起きていることになる。 ということは、アンクル部から「ヒゲゼンマイ」へのエネルギー伝達もまた衝突によって行なわれているのではないか。 つまり、以下のようなメカニズムと考察する。最初に、アンクル部の上部の爪(出爪)との衝突によってエネルギーを得た外周部は、その分割部に接続されている「ヒゲゼンマイ」にエネルギーを与えつつ、次の外周部に衝突する。伝えられたエネルギーは、その分割部の「ヒゲゼンマイ」にエネルギーを与えつつ、次の外周部に衝突する。こうして一回の往路方向のエネルギー伝達が終了すると、今度は「ヒゲゼンマイ」に蓄えられたエネルギーは元に戻ろうと、復路方向の動作を開始する。その復路の振動が終わると「ガンギ車」とアンクル部の下の爪(入爪)が衝突し、往路方向の振動とは逆方向にエネルギーが与えられる。その往復のエネルギー伝達の図を以下に示す。 これが筆者の考えるデファイ・ラボの「ヒゲゼンマイ」へのトルク供与の仕組みである。例によってこれは動画やプレゼンテーションからの類推した筆者の私見である。ここは間違っているのでは、ここはもっとこう考えるべきでは、などご意見のある方はぜひコメントまたはtwitterまでいただければ幸いである。
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。
おおよそ機械式時計とクオーツ時計の差が出揃いました。再度まとめてみましょう。 精度については、機械式時計はいわれているほど悪くはありません。一日10秒~20秒程度というのは十分実用に耐える精度で、原型の誕生からおおよそ300年以上たつゼンマイ時計という古い仕組みの機械としては驚異的な精度と思えます。また、機械式時計はトルクが大きく、大きく見易い針を使えます。ところで一方、精度をだすための仕組みを一秒に数回も回転するアンクル型脱進器に頼っており、その上トルクが大きいために部品の摩耗が大きくなります。そのため定期的なオーバーホールが必須になります。 一方、クオーツ時計はトルクが抑え気味にしてある上に、一秒間に数回も回転するような機械部品がありません。そのため、部品の摩耗が機械式時計に比べて小さく、オーバーホールの必要性がそう高くはありません。オーバーホールするのが望ましいのは間違いありませんが、電池交換だけでそれなりに長い間正確に動作することが多いのはそのためです。 さて精度、視認性と少し差はありますが、機械式時計とクオーツ時計と比べたときに、一番の大きな違いはやはりこのメンテナンス性でしょうか？機械式時計はメンテしないとただの鉄のカタマリです。ところが一方、定期的にメンテナンスさえしてあげれば50年以上前の時計でも十分実用できる精度で動き出します。 画像は1950年代のオーデマピゲの名作、VZSScのムーブです。ムーブメントの上部にテンプが見えます。
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