01
巻いたゼンマイが生む、1秒に8回の鼓動
ここにあるのは機械式時計です。展示スタンドに置いた時計のように、縁を下にして立っています。ケースには文字盤と3本の針、そして横に巻き上げ用のリューズがあります。実際に働いているのは文字盤の裏側で、時計職人はこの部分をムーブメントと呼びます。電池もチップもありません。すべてが、巻いた鋼のゼンマイ、小さな歯車の列、そして行ったり来たりする小さな輪だけで動いています。
ムーブメントには3つの仕事があります。まず、エネルギーをためること。リューズを回すとゼンマイが巻き上がります。次に、そのエネルギーを小さな一定の刻みで少しずつ放すこと。これは脱進機とテンプの仕事です。最後に、その刻みを数えて時刻として示すこと。これは輪列と針が受け持ちます。エネルギーの流れを表示すると、力がゼンマイから歯車を通ってテンプへ向かう様子がわかります。以下の章では、これらの部分を1つずつ見ていきます。
すべての動きは、テンプがガンギ車を歯半分ずつ進ませることから始まります。1回放すごとに1振動と数え、それが「チク」「タク」という音になります。この時計は1時間に28,800振動します。1秒に8回、1日に691,200回です。テンプは1秒に4回往復します。1往復は250msで、その中に2振動あります。一方へ中心を通るときが「チク」、戻ってくるときが「タク」です。モデルの下のタイムラインは、1往復分を追っています。
各章の数値は、ETA 2801-2のような手巻きムーブメントのものです。リューズを回して巻き上げるタイプで、直径25.6mm、厚さ3.35mm、石は17個です。モデルは同じ種類のムーブメントを教科書的に配置したもので、重なった部品の間隔を広げて各層が見えるようにしています。モデルをドラッグして回し、文字盤側も見てみましょう。実時間ではテンプはぼやけて見えます。再生を遅くして、振れる様子を見てください。
02
鋼の渦巻きにためた42時間
エネルギーはゼンマイにたまっています。香箱という円筒の中に巻かれた、長い鋼の帯です。リューズを回すと巻真が回ります。その回転は小さな歯車を通して丸穴車に伝わり、香箱の中心にある香箱真に付いた角穴車を回します。香箱真はゼンマイの内側の端をきつく巻き込み、そのあいだ香箱は止まっています。角穴車の歯が通るたびに小さなコハゼが歯の間に落ちるので、ゼンマイが香箱真を逆に回すことはできません。
伸ばすと、このゼンマイは長さ420mmもありますが、厚さはわずか0.125mm、高さは1.23mmです。回そうとする力、つまりトルクは、いっぱいに巻いたときで約11.3mN·mです。1日たつと約9.1mN·mまで下がり、約19%減ります。時計を動かす力は、決して一定ではないのです。いっぱいに巻くと約3分の1ジュールがたまり、時計はそれをわずか約2〜3マイクロワットずつ、ゆっくり使います。
ほどけるとき、ゼンマイは香箱を回し、香箱の縁の歯が歯車を回します。いっぱいに巻くとこのムーブメントは42時間動きます。これがパワーリザーブです。モデルの教科書的な輪列では、香箱は8時間で1回転するので、いっぱいに巻くとゼンマイ約5と4分の1回転分になります。スライダーを「ほどけきった状態」の方へ動かしてみましょう。ゼンマイの渦巻きが香箱の壁へ向かって広がり、トルクが下がり、テンプの振れが小さくなります。
手巻き時計ではコハゼがゼンマイを止めていて、いっぱいになるとリューズがそれ以上回らなくなります。自動巻き時計は回転錘で巻かれますが、回転錘はいつ止まればいいかわかりません。そこでゼンマイの端にはスリップ機構が付いていて、巻きすぎそうになると香箱の壁に沿って滑ります。このムーブメントの自動巻き版ETA 2824-2は、厚さが3.35mmではなく4.6mmで、38時間動きます。モデルをいっぱいに巻き直すと、最初からやり直せます。
03
減速ではなく、増速する歯車
香箱から出た力は、輪列と呼ばれる歯車の列を通ります。どの段でも大きな歯車が次の軸の小さな歯車を回すので、段を進むごとに速く回ります。ゼンマイはゆっくりで力強く、脱進機には速くて軽い動きが必要です。だから輪列は減速ではなく増速します。輪列の終わりでは、香箱のゆっくりした動きが、ガンギ車の毎分12回転になっています。
時計職人は、回される側の小さな歯車をカナと呼びます。モデルは教科書的な輪列を使っています。香箱の80枚の歯が10枚歯のカナを回して8倍に増速し、続く段でさらに8倍、7.5倍、12倍になります。こうして二番車は1時間に1回転、四番車は1分に1回転、ガンギ車は1分に12回転します。ガンギ車の20枚の歯は1枚につき2振動を生むので、12×20×2で1分に480振動、1時間に28,800振動です。
この教科書的なレイアウトでは、二番車がムーブメントの中央にあり、1時間に1回転するので分針が付いています。四番車は1分に1回転し、6時位置のスモールセコンドの針が付いています。ガンギ車は平均で毎分12回転しますが、ほとんどの時間は止まっていて、1振動ごとに9°ずつ短く跳ぶように進みます。下で歯車を選ぶと、カメラがその歯車を追います。
歯車のほぞは受け石の中で回ります。工場で作られた合成ルビーの小さな軸受けで、宝石としての価値はありません。鋼のほぞとルビーの間の摩擦は、金属同士の摩擦のほんの一部です。さらに油も差してあります。このムーブメントの石は17個です。自動巻き版は25個ですが、増えた8個は自動巻き機構に使われていて、時間の正確さには何の役にも立ちません。石が多いほど良い時計というわけではないのです。琥珀色の点が、香箱からテンプへのエネルギーの流れを示しています。
04
歯半分ずつ放していく
ゼンマイはいつもガンギ車を押していて、何もなければガンギ車は一瞬で回りきってしまいます。それを止めているのがアンクルです。アンクルにある2つのルビー、入爪と出爪は歯2枚半にまたがっていて、振動と振動のあいだはどちらかが歯を1枚止めています。爪の歯を止める面は斜めについていて、これを引き込みといいます。歯の圧力がアンクルを内側へ引き、ドテピンに押しつけるのです。ガンギ車はロックされています。
やがてテンプが戻ってきます。テンプの振り座にあるルビーのピン、振り石がアンクルの先の溝に入り、爪が歯から外れるまでアンクルを押します。これでガンギ車のロックが解けます。歯は爪の斜めの端を滑りながらアンクルを押し、アンクルは振り石を押します。この一押しが衝撃で、こん棒形の歯の斜面と爪が分担して与えます。ガンギ車は自由に落ち、次の歯がもう一方の爪で止まります。これでガンギ車は9°進みました。下のボタンで一歩ずつ見てみましょう。
振り石がアンクルに触れるのは、中心付近の50°の振れの間だけです。これをリフト角といいます。テンプが左右に約280°振れるとき、この接触は125msの1振動のうち約7msしかありません。約94%の時間、テンプは自由に振れていて、引き込みがアンクルをドテピンに留めています。これが自由脱進機です。振り石が離れているときにショックでアンクルが動こうとすると、アンクルの剣先が小つばに当たって止めます。
耳に聞こえるチクという音は、実は1回ではなく、3回の素早い衝突です。振り石がアンクルに当たる音、歯が爪の斜面に乗る音、そしていちばん大きい、歯がロックしてアンクルがドテピンに当たる音です。戻りの「タク」も同じです。トーマス・マッジが1750年代にこのアンクル脱進機を発明し、1900年ごろからはほぼすべての機械式時計がこれを使っています。タイムラインをゆっくりドラッグしてチクの瞬間を通り過ぎ、ガンギ車が待ち、跳び、止まる様子を見てください。
05
1秒の長さを決める輪
テンプは直径10.6mmの輪で、太さわずか0.08mmのほぞを軸に行ったり来たり回ります。渦巻き形のヒゲゼンマイがいつも中心へ引き戻すので、テンプは中心を行き過ぎて反対側へ振れます。ブランコに乗った子どものようです。1往復にかかる時間を決めるのは2つだけです。1つは輪の重さと、その重さが中心からどれだけ離れているか。もう1つはヒゲゼンマイの硬さです。外側の重さが多いほどゆっくり振れ、ヒゲゼンマイが硬いほど速く振れます。ここでは1往復が250msです。1675年、クリスティアーン・ホイヘンスが渦巻き形のヒゲゼンマイを設計しました。
テンプがどこまで振れるかが振り角です。巻き上げた状態で左右に約280°、つまり端から端まで1回転以上です。同じ設計のムーブメントを作るSellitaは、いっぱいに巻いたときで最大315°、1日後で最低200°と定めています。約335°を超えると、振り石がぐるりと回ってアンクルの背に当たってしまいます。テンプは約12µJのエネルギーを持ち、1振動ごとの補充はそのうち数%にすぎません。
進み遅れを調整するには、時計職人が緩急針を動かします。緩急針にはヒゲ棒とヒゲ受けという2つの小さな止めがあります。これがヒゲゼンマイのいちばん外側の巻きを挟み、自由にたわめる長さを決めます。この有効長さを短くすると時計は進み、長くすると遅れます。小さな変化が大きく効きます。ヒゲゼンマイがたった1%硬くなるだけで、1日に約7分進むのです。スライダーを少し動かして、ほんのわずかで1日に何分もずれることを確かめてください。
熱、磁気、ショックはどれもテンプを乱します。Nivaroxは1930年代にヒゲゼンマイ用に開発された合金で、これで作ったヒゲゼンマイは温度が変わってもほとんど変化しません。シリコン製のヒゲゼンマイは磁気を帯びません。ショックに備えて、テンプのほぞを支える石は耐震装置に収まっています。ばねのおかげで石が少し逃げ、天真の太い段がショックを受け止め、そのあとばねがほぞを中心へ戻します。1930年代初めに登場したIncablocはその一つです。このムーブメントの系列では上位グレードだけがこれを使い、ほかはETA独自のEtachocsを使います。
06
振動から時間へ
今度は文字盤側を見てみましょう。文字盤の下では、日の裏輪列という小さな歯車の組が、分針が12回転するあいだに時針を1回転させています。この教科書的なレイアウトでは、10枚歯の筒カナが30枚歯の日の裏車を回し、その8枚歯のカナが32枚歯の筒車を回します。3×4で12対1です。筒カナは摩擦だけで留まっているので、時刻を合わせるときは針が回っても輪列は止まったままです。
四番車には6時位置のスモールセコンドの針が付いています。針は1秒に6°進みますが、なめらかに動くのではなく、1振動ごとに1歩、合わせて8つの小さな歩みで進みます。だから機械式時計の秒針は滑るように見えるのです。ETA 2801-2そのものは別の構造です。秒針を動かす車がムーブメントの中心にあってセンターセコンドを回し、分針はその周りのパイプに付いています。
すべての時計が1秒に8振動するわけではありません。1970年代以前は1時間に18,000振動が一般的で、今は21,600振動もよく使われます。グランドセイコーは1968年に36,000振動に達し、ゼニスのエル・プリメロも1969年に達成しました。振動数が高いほど、ショックや姿勢の変化があっても精度が安定します。その代わりにエネルギーがかかります。同じテンプと振り角なら、エネルギーは振動数の2乗に比例して増えるので、ゼンマイが早く尽きるか、部品の摩耗が早まります。振動数を切り替えて、下の数値を比べてください。
どこまで正確なら正確といえるのでしょう。認定されたクロノメーターは、COSCの試験で平均日差が−4〜+6秒に収まらなければなりません。これは7つの基準の1つにすぎず、ケースに入れる前のムーブメントを15日間、5つの姿勢と3つの温度で試験します。METASはケースに入った完成品の時計を試験し、15,000ガウスの磁場にさらした後も測ります。認められるのは1日0〜+5秒、このサイズのムーブメントなら0〜+6秒です。クォーツ時計なら、COSCの上限は1日約±0.07秒です。それでも2025年、スイスは520万本の機械式時計を輸出しました。これは時計輸出額の86%にあたります。