腕時計の基礎技術

ゼンマイ

機械式時計の動力を担う「ゼンマイ」には、「長時間の駆動」「低いトルク」「安定性」「耐久性」などが求められます。

ゼンマイとは

ゼンマイは鋼等の弾性の高い素材を渦巻状に巻いた機械部品である。巻かれた素材が元の形に戻ろうとする力を機械装置の動力源として利用する。動力ゼンマイはペーター・ヘンライン（ドイツ）が1500年頃発明したと言われており、ヘンラインは後に世界で初めての機械式携帯時計を制作した。

ヘンラインの活躍したドイツのニュルンベルクは、ドイツ鉄道発祥の地として知られ、また世界で初めて地球儀を制作したマルティン・ベハイムらを排し、ドイツの中でも「手工業の街」としてしられています。ヘンラインの制作した携帯時計「ニュルンベルクの卵」は、かなりの重さ（約5kg）があったようです。またヘンライン以前に、すでに1400年代にはゼンマイが存在していたとも考えられています。

時計とゼンマイ

ゼンマイは幅、厚さ、長さによってトルクや駆動時間が決まる。ゼンマイのトルクが過剰すぎると、各部品が摩耗しやすくなる。また時計を構成する部品は小さく軽いので、必要最低限の力を安定して与えることがゼンマイに必要な条件である。

機械式腕時計を動かすのに必要なエネルギーは約10マイクロワットといわれています。これを知るとゼンマイによる小さな力でも腕時計が動作するであろうことは想像に難くありません。

ゼンマイの性能は時計の精度に大きく影響する。分解掃除の度にゼンマイ交換、香箱交換を実施するメーカーも多い。

ゼンマイに取り入れられた技術

鋼の採用

鉄よりも固い鋼を使うことで、ゼンマイを薄く、また長くすることが出来る。

ニバフレックス

合金の1つで、切れにくいゼンマイのための素材として採用された。

S字ゼンマイ

巻上げられたゼンマイはその中心部ほど強い負荷がかかり、これは安定した動作を妨げる要因のひとつである。これを緩和するためにゼンマイをS字にし、外側と内側の負荷のかかり方を近づける工夫がなされている。

脱進機

不安定なゼンマイの動力を一定にする機構が「脱進機」です。

脱進機で採用された技術

ヒゲゼンマイ

ゼンマイのトルクは始めは強く、終わりには弱くなる。これを解決したのが「ヒゲゼンマイ」である。動力としてのゼンマイは主に香箱に納められいるが、ヒゲゼンマイはテンプに取り付けられ、調速の役目を果たす。

ブレゲヒゲ

ゼンマイの外側をそれより内側の部分より上に上げることで偏心運動を少なくし、精度を高めた。

インバー、エリンバー

合金の一種。温度による膨張率、弾性率の変化が小さいことから、時計のヒゲゼンマイに用いられる。ニッケル36%＋鉄64%の合金が「インバー（不変鋼）」、ニッケル36%＋鉄52%＋コバルト12%の合金が「エリンバー」である。

耐磁・耐衝撃

精密機械である腕時計を環境の変化から守る仕組みです。

耐磁機能で採用された技術

インナーケース

磁力線を引きつける軟鉄製の裏蓋をムーブメントにかぶせることで、ムーブメントを磁場から遮蔽することができる。

非磁性合金

鋼の代わりに黄銅、青銅、白銅、ベリリウム等の非磁性合金を使用することで磁気を帯びることが無くなる。

耐衝撃機能で採用された技術

インカブロック

衝撃に弱いテンプの軸が折れないように、バネ付きの穴石で天芯を支える仕組み。類似の機構として「ダイアショック」や「パラショック」が知られている。

自動巻

腕の動きにより腕時計内部に組み込まれた半円形のローターが回転、ゼンマイを巻き上げるしくみが自動巻です。

手巻きからの発展

世界初の自動巻

記録は無いもののアブラハム・ルイ・ペルレ（スイス）が自動巻の時計を考案したといわれている。しかし運動量の少ない懐中時計ではうまく機能せず、ジョン・ハーウッド（イギリス）が開発した機構を使ってフォルティス社が製造した「ハーウッド」が初めての自動巻腕時計と考えられる。

バブルバックの登場

初期の自動巻は半回転だったが、より巻き上げ効率の高い全回転の自動巻機構がロレックス社によって開発された。「パーペチュアル」と呼ばれるこの自動巻機構を備えた腕時計は1931年に発売され、ロレックス社の看板商品となった。

多様な自動巻機構

マジックレバー方式

回転錘の往復運動を「マジックレバー」と呼ばれる部品を介して一方向の力とし、ゼンマイを巻き上げる。セイコー社が開発した。部品数の少なさと高い巻き上げ効率が評価されている。

ラチェット方式

ペラトン方式ともいう。ローターと連動したカムが、アーム先端のローラーを押すことによって、アーム先端が歯車を回転させ、主ゼンマイを巻き上げる仕組み。IWC社のアルバート・ペラトンが開発。

ジャガー・ルクルト方式

弓形の溝をおもりが往復することでゼンマイを巻き上げる。回転錘の厚みが反映されないため、薄型のケースデザインが可能となる。

エテルナ方式

軸受けにボールベアリングを採用し、巻き上げ効率を高めると共に回転錘がどの方向に回転してもゼンマイを巻き上げることができる。

切替車方式

ムーブメントの外側に取り付けられた回転錘が動く力を利用してゼンマイを巻き上げる。切替車はいずれの方向の回転も巻き上げられるようにする仕組み。

誘導車方式

編集中

片方巻上げ方式

編集中

マイクロローター

巻き上げ効率を高めることで回転錘の大きさを小さくしたもの。回転錘の厚みが反映されないため、薄型のケースデザインが可能となる。

ハーウッド方式

回転錘のついたレバーが香箱と連結し、手首の動きと重力によってゼンマイを巻き上げる仕組み。回転錘は約130度の回転角で動く。

ロールス方式

ムーブメントが最大3mmほど上下に動き、その力でゼンマイを巻き上げる。

オートリスト方式

ベルトに加わる力を利用してゼンマイを巻き上げる。

外装

腕時計の大切なムーブメントを守ると同時に、そのデザインは腕時計の印象を大きく左右します。

様々なケース素材

ステンレススチール

最も一般的なケース素材。さびに強く、加工もしやすい。表面が酸化膜に覆われている。ある程度ならば研磨で傷を落とすことができる。研磨後は再び参加皮膜を形成する。略号SS。

金・銀・プラチナ

ステイタス・シンボルの役割も果たすことの多い腕時計は、貴金属をケース素材として採用することも多い。いずれも加工が容易であり、宝飾技術を取り入れることで豪華な装飾を施すことが可能である。反面ステンレススチールよりは柔らかく、また傷もつきやすい。銀は経年により表面が変化し、その味を楽しむこともできる。

チタン

軽く、丈夫な素材。加工が難しい。アレルギーを起こしにくい。熱を加えて溶かしながらプレスする「熱間方式」で加工する。

純チタン: ステンレスの60%程度の比重と2倍の表面硬度、またチタン独特の色合いがが特徴。
ブライトチタン: チタンの合金。純チタンの2倍の表面硬度。色が純チタンより白く、鏡面仕上げも可能。
ブライトハードチタン: チタンの合金。純チタンの3倍の表面硬度。色が純チタンより白く、鏡面仕上げも可能。
チタンめっき: チタンによる他の金属へのめっき。チタンをイオン化し、ガス中でめっきする。
チタン蒸着表面処理: 金やプラチナによるチタンへの表面処理。真空中で処理する。

ノンスクラッチケース

超硬金属。特殊な加工を施すことで傷がつきにくくなった素材。ラドー社の腕時計などに多く見られる。

ビッカース硬度

腕時計の外装に使われる素材の硬度は下記のような順である。

ビッカース硬度	素材
～100	有機ガラスなど
100～200	黄銅、金無垢、プラチナ、純チタン、ファインシルバーなど
150～250	ステンレス、金めっきなど
250～300	パラジウムめっきなど
300	硬質めっきなど
400～500	ハードステンレス、ハードチタンなど
600～700	硬質合金、ハードレックス（強化ガラス）など
800	クロームめっきなど
1,000～1,200	イオンプレーティングなど
1,000～1,500	超硬質合金など
1,200～1,500	サファイアガラスなど
1,200～1,700	セラミックなど

モース硬度

近年では上記の「ビッカース硬度」を使用することが多い。

モース硬度	素材	説明
1	滑石	最も柔らかい鉱物。爪で傷を付けることができる。
2	石膏、岩塩	爪でなんとか傷をつけることができる。
3	方解石	硬貨でなんとか傷をつけることができる。
4	蛍石	ナイフで簡単に傷をつけることができる。
5	燐灰石	ナイフでなんとか傷をつけることができる。窓ガラス程度の硬度。
6	正長石	ナイフで傷をつけることができず、刃が傷む。
7	石英	こすりあわせるとガラスや鋼鉄、銅などに傷をつけることができる。
8	トパーズ	こすりあわせると石英に傷をつけることができる。
9	コランダム	ダイヤモンド以外に傷をつけることができる。
10	ダイヤモンド	地球上の鉱物の中で最も硬い。

宝飾腕時計

初期の腕時計は女性用のブレスレットに付属されたものだったことからもわかるように、腕時計はアクセサリーとしての側面も持ち合わせている。ケースの素材に貴金属を用い、またダイヤモンドやルビーなどの貴石で装飾を施し、時に数億円の価値で販売されるものもある。時計の技術と宝飾の技術は共通することも多く、現代においても優れた時計職人が同時に優れた宝飾職人であることはめずらしくない。

腕時計の防水機能

防水機能の実現

機械式、クオーツ式問わず、精密機械である腕時計には水は大敵である。初期にはガラス窓を備え、竜頭操作が可能な別のケースに時計を入れることで防水を実現していましたが、かさばるうえに使い勝手もよくなかったようだ。

現代と同様の防水機能を備えた腕時計はロレックス社のオイスターケースを使用した腕時計に始まる。オイスター社の開発した「オイスターケース」は実用性が高く、ロレックスの腕時計を博く世界に知らしめるきっかけとなった。同じ頃、より厳しい条件を満たす必要があった軍用腕時計も防水性能が向上していった。イタリア海軍の需要に応える形で製作されたパネライ社の防水腕時計は、本格的な潜水が可能なダイバーズウオッチの元祖といわれている。

ねじ込み式の竜頭は十分な防水性能を実現したものの、ネジの摩耗により本来の防水性能が徐々に低下する弱点もあった。これに変わる防水の手段として、「Oリング」が使われるようになった。竜頭やケースの隙間にゴム製のリングを使用し、適宜Oリングを交換することでより安価で簡便な方法で防水性能を維持できる。

防水性能の単位

腕時計の防水性能は、「気圧（bar）」もしくは「水深（mもしくはft）」で表す。1気圧防水は10m防水に相当する。これはいずれも静止状態での数字のため、シャワーや水泳など水が動く環境では条件が異なるため、注意が必要だ。国内では日常生活用防水時計（2～3気圧防水）、日常生活用強化防水時計（5～20気圧防水）、空気潜水時計（100～200m防水）、飽和潜水時計（200～1000m防水）という分類が用いられている。

ダイバーズウオッチの検定基準

ISOのダイバーズウオッチ検定基準
JISのダイバーズウオッチ検定基準

ベルト・ブレスレット

腕時計の装着感や外観の印象を大きく左右するベルトやブレスレットの解説です。

懐中時計から腕時計へ

初期のベルト

腕時計はその原型が「兵士が懐中時計を腕に巻いたもの」と「アクセサリーとしてのブレスレットに小型の懐中時計を提げたもの」である。このことから最初期のベルトは簡易的な布や革を腕に巻き付けたものか、豪華な装飾が施された貴金属のブレスレットであったことが想像される。

金属製ブレスレットの登場

編集中

エクステンションブレスの流行

編集中

軍事、宇宙用のナイロンベルト

宇宙服は装着者の体を保護するべく、分厚い素材で製作されている。そんな宇宙服の上から巻くことを考慮し、軽くて丈夫なナイロンベルトが採用された。

ダイバーズ用のラバーベルト

ダイバーズウオッチは他の腕時計に比べて水に接する機会が多い。水だけならまだしも海水のように塩分の含まれた水は腕時計本体やブレスレット部分に錆を発生させる可能性があった。一方でダイビングスーツの上から腕時計を付けるには通常の金属ベルトや革ベルトでは不都合も多かった。これらを考えると「錆びに強い」「装着しやすい」条件を満たしたゴム製のベルトが用いられるようになったのは至極当然のことである。

針・文字盤

編集中

文字盤のデザイン

インデックスの種類

編集中

文字盤の表面加工

編集中

夜光の採用

編集中

針の種類

様々な針

編集中

ブルースチール

編集中

デジタルとアナログ

編集中

夜光

自発光塗料

放射性物質のエネルギーで蛍光体を光らせる。ラジウム、トリチウム、プロメチウムなどが用いられる。放射性物質の取り扱いには制限があるために、特に日本ではこれらの自発光塗料を用いることはほとんど無い。またこれらを使用した場合、分解掃除などのメンテナンスも適切な環境の元で国家資格者が行う必要がある。

蓄光塗料

光を蛍光体に蓄えて発光する。自発光塗料に比べ持続時間や明るさに劣るが、近年は十分な光量と持続時間を備えた蓄光塗料も開発されている。

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