クロック

時計またはクロノメーターは、時間を測定して表示する装置です。時計は人類最古の発明の 1 つであり、日、太陰月、年などの自然単位よりも短い時間間隔を測定する必要性に応えています。さまざまな物理的プロセスに基づいて動作する装置は、数千年にわたって使用されてきました。

現代の時計の前身には、自然界の動きに基づいた「時計」と考えられるものがある。日時計は、平らな面の影の位置を表示することで時間を示す。持続時間を計るタイマーにはさまざまな種類があり、よく知られている例としては砂時計がある。水時計は日時計とともに、おそらく最も古い時間測定器である。大きな進歩は、バージ脱進機の発明によってもたらされ、ヨーロッパでは1300年頃に、テンプのような振動する時計で時間を計る最初の機械式時計が可能になった。^{[1] [2] [3] [4]}

伝統的に、時計学（計時学）では、時計という用語は打鐘式の時計に使用され、音を立てて時間を打たない時計はタイムピースと呼ばれていました。この区別は、現在では一般的には行われていません。腕時計や携帯できるその他の時計は通常、時計とは呼ばれません。^[5]ゼンマイ駆動の時計は15世紀に登場しました。15世紀から16世紀にかけて、時計製造が盛んになりました。精度に関する次の進歩は、1656年以降、クリスティアーン・ホイヘンスによる振り子時計の発明によって起こりました。時計の精度と信頼性を向上させる主なきっかけとなったのは、航海における正確な時間管理の重要性でした。ゼンマイや重りで駆動される一連の歯車を備えた時計の機構は時計仕掛けと呼ばれ、この用語は時計には使用されていない同様の機構を指す場合にも広まりました。電気時計は1840年に特許を取得し、電子時計は20世紀に導入され、小型の電池駆動の半導体装置の開発とともに普及しました。

現代のあらゆる時計の計時要素は調和振動子、つまり特定の周波数で振動または振動する物体（共振器）です。 ^[2] この物体には振り子、テンプ、音叉、水晶、または原子内の電子がマイクロ波を放出する際の振動などがあり、マイクロ波は非常に正確であるため、秒の定義として機能します。

時計には、さまざまな時間の表示方法があります。アナログ時計は、従来の文字盤と動く針で時間を示します。デジタル時計は、時間を数値で表示します。12時間表記と24 時間表記の 2 つの表記システムが使用されています。ほとんどのデジタル時計は、電子機構とLCD、LED、またはVFDディスプレイを使用しています。視覚障害者用および電話用には、音声時計が音声で時間を告げます。また、タッチして読み取れるディスプレイを備えた視覚障害者用時計もあります。

「時計」という言葉は、中世ラテン語の「鐘」を意味するcloccaに由来し、多くのヨーロッパ言語に同義語があります。時計は低地諸国からイングランドに広まったため^[6]、英語の「時計」は中期低地ドイツ語と中期オランダ語のKlocke^{に由来しています[7]}。この単語は中期英語の clokke、古期北フランス語の cloque、または中期オランダ語の clocke に由来しており、いずれも「鐘」を意味します。

空における太陽の見かけの位置は、地球の自転を反映して、一日を通して変化します。静止した物体が落とす影もそれに応じて動くため、その位置を使って時刻を示すことができます。日時計は、（通常は）平らな表面に時間に対応する目盛りが付いた影の位置を表示することで時刻を示します。^[8]日時計は水平、垂直、またはその他の方向に置くことができます。日時計は古代に広く使用されていました。^[9]緯度がわかっていれば、よくできた日時計は、1、2分以内の妥当な精度で現地の太陽時を測定できます。日時計は、電信や鉄道の使用によって都市間の時間と時間帯が標準化された1830年代まで、時計の性能を監視するために使用され続けました。^[10]

多くの装置は、基準時間（時刻、時間、分など）に関係なく時間の経過をマークするために使用でき、継続時間や間隔を測定するのに役立ちます。このような継続時間タイマーの例には、キャンドル時計、お香時計、砂時計があります。キャンドル時計とお香時計はどちらも同じ原理で動作し、リソースの消費は多かれ少なかれ一定であるため、時間の経過をかなり正確かつ繰り返して見積もることができます。砂時計では、一定の速度で小さな穴から細かい砂が流れ落ち、任意の所定の時間の経過を示します。リソースは消費されず、再利用されます。

水時計は日時計とともに、おそらく最も古い時間測定器であるが、唯一の例外は日数を数える棒である。^[11]非常に古いため、それらが最初に存在した場所と時期は不明であり、おそらく知ることはできない。ボウル型の排水口は水時計の最も単純な形で、紀元前16世紀頃にバビロンとエジプトに存在していたことが知られている。インドや中国を含む世界の他の地域にも水時計の初期の証拠があるが、最も古い日付はそれほど確実ではない。しかし、一部の著者は、これらの地域で紀元前4000年頃には水時計が登場していたと書いている。^[12]

マケドニアの 天文学者 キュロスのアンドロニコスは、紀元前1世紀にアテネの風の塔の建設を監督しました。この塔には、内部に大きなクレプシドラがあり、外部には複数の目立つ日時計があり、初期の時計塔のような役割を果たしていました。^[13]ギリシャとローマの文明は、精度を高めた水時計の設計を進化させました。これらの進歩はビザンチン時代とイスラム時代を経て、最終的にヨーロッパに戻りました。中国は独自に、725年までに独自の高度な水時計（水鐘）を開発し、そのアイデアを韓国と日本に伝えました。^[14]

水時計のデザインは独自に開発されたものもあり、貿易の普及を通じて知識が伝わったものもありました。近代以前の社会には、現代の工業化社会で求められるような正確な計時要件はありません。現代の工業化社会では、作業や休憩の時間が1時間ごとに監視され、外部条件に関係なくいつでも作業を開始または終了できます。代わりに、古代社会では水時計は主に占星術上の理由で使用されていました。これらの初期の水時計は日時計で調整されていました。現代の時計の精度レベルには達しませんでしたが、水時計は17世紀のヨーロッパでより正確な振り子時計に取って代わられるまで、何千年にもわたって最も正確で一般的に使用されていた計時装置でした。

イスラム文明は、精巧な工学技術によって時計の精度をさらに向上させたとされている。797年（あるいは801年）、バグダッドのアッバース朝 カリフ、ハールーン・アッラシードは、カール大帝にアブル・アッバスという名のアジアゾウと「特に精巧な」水時計^[15]を贈った。教皇シルウェステル2世は、 1000年頃に北ヨーロッパと西ヨーロッパに時計を導入した。^[16]

最初の歯車時計として知られるものは、紀元前3世紀に偉大な数学者、物理学者、技術者であったアルキメデスによって発明されました。アルキメデスは天文時計を創作しましたが、 ^{[17] [要出典]}これは、鳥が1時間ごとに鳴きながら動くカッコー時計でもありました。鳥の鳴き声に驚いてまばたきをする人と同時に音楽を奏でる、最初のカリヨン時計です。アルキメデスの時計は、4つの重り、カウンターウェイト、弦のシステムで動作し、水容器内のフロートシステムによって制御され、サイフォンによって時計の自動継続が制御されます。このタイプの時計の原理は、数学者で物理学者のヘロンによって説明されており、^[18]彼によると、一部の時計はチェーンで動作し、歯車を回転させるとのことです。^[19]アレクサンドロス大王の時代に作られたと思われる別のギリシャの時計は、プロコピオスの記述によるとガザにあったそうです。^[20]ガザの時計はおそらくメテオロスコーピオン、つまり天体現象と時間を表示する建物だった。時間を示す指針とアルキメデスの時計に似たいくつかの自動化装置があった。1時間ごとに1つずつ開く12の扉があり、ヘラクレスが労働をし、1時にはライオンが現れるなど、夜には1時間ごとにランプが見え、12の窓が開いて時間を示す。

唐代の僧侶である易行は、官吏の梁霊山とともに、723年（あるいは725年）に水力で動く天球儀と時計駆動装置の脱進機を製作したが、これは世界初のぜんまい仕掛けの脱進機であった。^{[21] [22]}宋代の 博学者で天才であった蘇宋（1020–1101）は、1088年に開封の天文時計塔という記念碑的な発明にそれを組み込んだ。^{[23] [24] [要ページ]}彼の天文時計と回転する天球儀は、春、夏、秋の季節には流水、冬の氷点下には液体水銀（すなわち水力）に依存していた。蘇松の水車連結装置では、脱進機の停止と解放の動作は、限られたサイズの液体で満たされた容器の連続的な流れとして定期的に作用する重力によって実現されました。したがって、蘇松の時計は、進化の過程で、クレプシドラと機械式時計の概念を、機械と油圧で動作する 1 つの装置に統合しました。蘇松は、この概念について、追悼文の中で次のように書いています。

しもべの意見によれば、過去の王朝には天文機器のシステムや設計が数多く存在し、それぞれが細かい点で異なっていました。しかし、駆動機構に水力を使用するという原理は常に同じでした。天は止まることなく動きますが、水も流れ（そして落下）ます。したがって、水が完全に均等に流れるようにすれば、回転運動（天と機械）を比較しても矛盾や食い違いは見られません。なぜなら、不動の後に不動が続くからです。

宋はまた、張思勲(976 年)が作成した初期の天球儀にも強い影響を受けており、張思勲も脱進機のメカニズムを採用し、天文時計塔の水車には水の代わりに液体水銀を使用していました。蘇宋の天文塔の機械式時計仕掛けは、直径 11 フィートの大きな駆動輪と 36 個のスコップを備え、それぞれのスコップに「定位タンク」から均一な速度で水が注がれていました。鉄製の主駆動軸は、その円筒形の首が鉄製の三日月形のベアリングで支えられており、その先端にはピニオンがあり、これが主垂直伝達軸の下端にある歯車と噛み合っていました。この巨大な天文水力機械式時計塔は高さ約 10 メートル (約 30 フィート) で、時計脱進機を備え、落下する水または液体水銀で回転するホイールによって間接的に動力を得ていました。蘇松の時計の実物大のレプリカが、台中市にある中華民国（台湾）の国立自然科学博物館に展示されている。高さ約12メートル（39フィート）のこの実物大の完全に機能するレプリカは、蘇松のオリジナルの説明と機械図面に基づいて作られた。^[25]中国の脱進機は西に広がり、西洋の脱進機技術の源となった。^[26]

12世紀、アルトゥク朝のディヤル・バクル王ナシル・アッディーンに仕えたメソポタミア出身の技術者アル・ジャザリ（1136年～1206年存命）は、さまざまな形や大きさの時計を数多く製作した。最も評判の高い時計には象時計、書記時計、城時計などがあり、そのうちのいくつかは無事に復元されている。これらの大時計は時刻を告げるだけでなく、ウルトゥク国の地位、壮大さ、富の象徴でもあった。^[28]これらの水銀脱進機に関する知識は、アラビア語やスペイン語のテキストの翻訳によってヨーロッパ中に広まった可能性がある。^{[29] [30]}

初期の機械式時計を説明するために、ギリシャ語のὥρα（「時間」）とλέγειν（「告げる」）に由来する「horologia 」という言葉が使われていたが^{[31] 、この言葉（現在でもいくつかの}ロマンス語で使われている）^[32]をすべての時計に使うと、その仕組みの本質が隠されてしまう。例えば、1176年にフランスのサンス大聖堂に「horologe」が設置されたという記録があるが^{[33] [34]、}使われた仕組みは不明である。ジョスラン・ド・ブレークロンによると、1198年にセント・エドマンズベリー修道院（現在のベリー・セント・エドマンズ）で火災が発生したとき、修道士たちが「時計まで走って」水を汲んだことから、水時計には時々起こる火災を消火するのに十分な大きさの貯水池があったことがわかる。^[35]時計という言葉（中世ラテン語のcloccaから派生した古アイルランド語のclocc、どちらも「鐘」の意味）は徐々に「horologe」に取って代わっており、13世紀にヨーロッパで登場した機械式時計の原型も鐘の音を特徴づけていたことを示唆している。

ヨーロッパでは、1280年から1320年の間に、教会の記録の中で時計や時計仕掛けの記述が増えましたが、これはおそらく新しいタイプの時計機構が考案されたことを示しているのでしょう。水力を使用する既存の時計機構は、落下する重りから駆動力を得るように改造されていました。この動力は、おそらく既存の鐘を鳴らす装置や警報装置から派生​​した、何らかの振動機構によって制御されていました。この制御された動力の放出、つまり脱進機が、前述の歯車式時計とは異なる、真の機械式時計の始まりを示しています。バージ脱進機機構は、真の機械式時計の開発が急増した時期に登場し、動作に水や水銀などの流体動力を必要としませんでした。

これらの機械式時計は、信号や通知 (礼拝や公共行事のタイミングなど) と太陽系のモデリングという 2 つの主な目的のために作られました。前者の目的は管理上のものであり、後者は天文学、科学、占星術に対する学問的な関心と、これらの科目が当時の宗教哲学とどのように融合していたかを考えると、自然に生まれたものです。アストロラーベは天文学者と占星術師の両方によって使用され、回転プレートに時計仕掛けの駆動装置を適用して太陽系の実用的なモデルを作成するのは自然なことでした。

通知を主な目的とする単純な時計は塔に設置され、必ずしも文字盤や針を必要としませんでした。それらは、標準時や祈りの定められた時間の間の間隔を告げていました。標準時の時間は、日の出と日の入りの時間が変化するにつれて長さが変わりました。より洗練された天文時計には動く文字盤や針があり、イタリア時間、標準時、当時の天文学者によって測定された時間など、さまざまな時間体系で時間を示していました。両方のスタイルの時計は、オートマタなどの派手な機能を備え始めました。

1283年、イングランド南部のベッドフォードシャーにあるダンスタブル修道院に大きな時計が設置された。壁の格子の上にあることから、水時計ではなかったことがうかがえる。^[36] 1292年、カンタベリー大聖堂に「大時計」が設置された。その後30年間、イングランド、イタリア、フランスの多くの教会施設で時計について言及されている。1322年、ノリッジに新しい時計が設置された。これは1273年に設置された以前の時計の高価な代替品であった。この時計には、オートマタと鐘を備えた大きな（2メートル）天文文字盤があった。設置費用には、2年間の2人の時計係のフルタイム雇用が含まれていた。^[36]

精巧な水時計「宇宙エンジン」は、中国の博学者蘇宋によって発明され、1092年に中国で設計・建設されました。この巨大な天文水力機械式時計塔は高さ約10メートル（約30フィート）で、落下する水と液体水銀で回転する車輪によって間接的に動力を得ており、複雑な天文学的問題を計算できる 天球儀を回転させていました。

ヨーロッパでは、 1336年までにリチャード・オブ・ウォーリングフォードがアルバンスで、1348年から1364年にかけてジョヴァンニ・デ・ドンディがパドヴァで製作した時計がありました。それらはもう存在しませんが、その設計と構造の詳細な説明が残っており、 ^{[37] [38]}現代の複製も作られています。^[38]これらは、機械式時計の理論がいかに早く実際の構造に反映されたか、また、天文学者が天体現象を調査したいという願望が、それらの発展の多くの原動力の一つであったことを示しています。

ジョヴァンニ・ドンディ・デッロロロジオの天文時計は、1348年から1364年にかけてイタリアのパドヴァで医師で時計職人のジョヴァンニ・ドンディ・デッロロロジオによって製作された複雑な天文時計である。この天文時計には7つの文字盤と107個の可動歯車があり、当時知られていた太陽、月、5つの惑星の位置と宗教的な祝祭日を表示していた。天文時計は約1メートルの高さがあり、7つの装飾的な足の形をした脚の上に7面の真鍮または鉄の骨組みが乗っていた。下部には24時間表示の文字盤と大きなカレンダードラムがあり、教会の固定祝祭日、移動祝祭日、月の昇交点の黄道帯での位置が表示されていた。上部には直径約30cmの7つの文字盤があり、プリムム・モビール、金星、水星、月、土星、木星、火星の位置データが表示されていた。24時間文字盤の真上にはプリムム・モビールの文字盤があり、星の日周運動と星を背景にした太陽の年周運動を再現するためこのように呼ばれている。各「惑星」文字盤は複雑な時計仕掛けを使用して、惑星の運動のかなり正確なモデルを作成していた。これらはプトレマイオスの理論と観測の両方とかなりよく一致していた。^{[39] [40]}

ウォリングフォードの時計には大きなアストロラーベ型の文字盤があり、太陽、月齢、月相、交点、星図、そしておそらく惑星も表示されていた。さらに、運命の輪とロンドン橋の潮の状態を示す表示器もあった。鐘は毎時鳴り、鳴る回数で時刻が示された。^[37]ドンディの時計は7面体で高さ1メートルあり、文字盤には分を含む時刻、既知のすべての惑星の運行、固定祝日と移動祝日の自動カレンダー、18年に1度回転する日食予報針が付いていた。^[38]これらの時計がどれほど正確で信頼性があったかは不明である。おそらく、摩耗や製造精度の低さによる誤差を補正するため、毎日手動で調整されていたと思われる。水時計は今でも時々使われており、古代の城や博物館などで調べることができる。 1386年に建てられたソールズベリー大聖堂の時計は、時を告げる機械式時計としては世界最古の現存するものと考えられている。^[41]

• ゼンマイ駆動時計の例
• 
  マシュー・ノーマンの巻き上げキー付きキャリッジクロック
• 
  装飾されたウィリアム・ギルバートのマントル時計

時計職人はさまざまな方法で技術を発展させました。より小型の時計を作ることは技術的な課題であり、精度と信頼性を向上させることも課題でした。時計は熟練した職人技を示す印象的な展示品になることもあれば、家庭用の安価な大量生産品になることもあり得ました。特に脱進機は時計の精度に影響を与える重要な要素であったため、さまざまなメカニズムが試されました。

ゼンマイ駆動の時計は15世紀に登場したが、^{[42] [43] [44]}ニュルンベルクの時計職人ペーター・ヘンライン（またはヘンレ、ヘレ）が1511年頃に作ったとよく誤解されている。^{[45] [46] [47]}現存する最古のゼンマイ駆動の時計は、1430年頃にブルゴーニュ公フィリップ3世に贈られた物で、現在はゲルマン国立博物館に所蔵されている。^[4]ゼンマイ動力は時計職人に新たな問題を提示した。ゼンマイが減るにつれて時計の動きを一定速度で動かし続けるにはどうすればよいかという問題である。この結果、15世紀にはスタックフリードとフュゼが発明され、 1760年には 現代の香箱が発明されるまで、多くの革新がもたらされた。

初期の時計の文字盤には分と秒は表示されていませんでした。分を表示する文字盤を備えた時計は、パウルス・アルマヌスによる1475年の写本に描かれており、^[48] 15世紀のドイツの時計には分と秒を表示するものもありました。^[49] 秒針を備えた時計の初期の記録は、現在フレマースドルフコレクションにある時計に1560年頃に遡ります。^{[50] : 417–418  [51]}

15世紀から16世紀にかけて、特にニュルンベルクやアウクスブルク、フランスのブロワといった金属加工の町で時計作りが栄えた。より基本的な置き時計の中には、時間を示す針が1本しかないものもあり、目盛りの間の文字盤は4等分されており、15分単位まで読み取れるようになっている。他の時計は、天文表示や音楽の動きを取り入れた、職人技と技能の展示だった。クロスビート脱進機は、ルモントワールも開発したヨスト・ビュルギによって1584年に発明された。ビュルギの時計は、1日1分以内の誤差があったため、精度が大幅に向上した。^{[52] [53]}これらの時計は、16世紀の天文学者ティコ・ブラーエが天文現象をそれ以前よりもはるかに高い精度で観測するのに役立った。^{[要出典] [どのように？ ]}

精度における次の進歩は、1656年以降、振り子時計の発明によって起こりました。ガリレオは17世紀初頭に、揺れるおもりを使って時刻表示装置の動きを調整するというアイデアを思いつきました。しかし、通常はクリスティアーン・ホイヘンスが発明者として認められています。彼は、振り子の長さと時間（1秒の動きで約99.4cmまたは39.1インチ）を関連付ける数式を決定し、最初の振り子時計を製作させました。最初のモデル時計は1657年にハーグで製作されましたが、このアイデアが取り上げられたのはイギリスでした。^[54]ロングケースクロック（別名グランドファーザークロック）は、振り子と機械を収納するために、1670年または1671年にイギリスの時計職人ウィリアム・クレメントによって作られました。時計のケースが木製になり、文字盤にエナメルや手描きの陶器 が使われるようになったのもこの頃でした。

1670年、ウィリアム・クレメントは、ホイヘンスのクラウン脱進機を改良したアンカー脱進機[ ^{55]を発明した。クレメントはまた、1671年に振り子式サスペンションスプリングも発表した。ロンドンの時計職人}ダニエル・クアレらによって同心円状の分針が追加され、秒針が初めて導入された。

1675年、ホイヘンスとロバート・フックは、テンプの振動速度を制御するように設計されたらせん状のひげぜんまい、またはヘアスプリングを発明しました。この重要な進歩により、ついに正確な懐中時計が可能になりました。英国の偉大な時計職人トーマス・トンピオンは、この機構を懐中時計に初めてうまく使用した一人で、彼は分針を採用しました。これは、さまざまな設計が試された後、最終的に現代の構成に安定しました。^[56]ラックとカタツムリの打撃機構による時計の打鐘機構は、17世紀に導入され、「カウントホイール」（または「ロッキングプレート」）機構に比べて明らかに利点がありました。20世紀には、エドワード・バーロウがラックとカタツムリの打撃機構を発明したという誤解がよくありました。実際には、彼の発明は、ラックとカタツムリを使用するリピーティング機構に関連していました。^[57]要求に応じて時間数（または分数）を鳴らすリピーティングクロックは、 1676年にクエールまたはバーロウによって発明されました。ジョージグラハムは1720年に時計用のデッドビート脱進機を発明しました。

時計の精度と信頼性を向上させる大きなきっかけとなったのは、航海における正確な時間管理の重要性でした。航海士が参照できる時計の誤差が 1 日あたり約 10 秒未満であれば、海上の船の位置をかなり正確に特定できます。この時計には振り子は組み込めません。揺れる船では実質的に役に立たないからです。1714 年、英国政府は経度を正確に測定できる者に2 万ポンド相当の高額の報奨金を出すと発表しました^{[58] 。時計の精度向上に生涯を捧げた}ジョン・ハリソンは、後に経度法に基づいて多額の報奨金を受け取りました。

1735年、ハリソンは最初のクロノメーターを製作し、その後30年間着実に改良を重ねて審査に提出した。この時計には、摩擦を減らすためのベアリングの使用、海上での船のピッチングとロールを補正するための重り付きバランス、熱による膨張の問題を減らすための2種類の金属の使用など、多くの革新があった。クロノメーターは1761年にハリソンの息子によってテストされ、10週間後には時計の誤差は5秒未満になった。^[59]

17世紀から18世紀にかけて、イギリスは時計製造を支配していたが、エリート層向けの高品質製品に向けた生産システムを維持していた。^[60] 1843年にブリティッシュ・ウォッチ・カンパニーが大量生産技術と複製ツールや機械の応用により時計製造を近代化する試みがあったが、このシステムが本格的に普及したのは米国であった。1816年、イーライ・テリーと他のコネチカット州の時計職人数人が、互換性のある部品を使用して時計を大量生産する方法を開発した。^[61] アーロン・ラフキン・デニソンは1851年にマサチューセッツ州でやはり互換性のある部品を使用する工場を立ち上げ、1861年までにウォルサム・ウォッチ・カンパニーとして法人化して成功した企業を経営していた。^{[62] [63]}

1815年、イギリスの科学者フランシス・ロナルズは乾電池で動く最初の電気時計を発表しました。^[64]スコットランドの時計職人アレクサンダー・ベインは1840年に電気時計の特許を取得しました。電気時計のゼンマイは電動モーターか電磁石と電機子で巻き上げられます。1841年、彼は初めて電磁振り子の特許を取得しました。19世紀末までに、乾電池の出現により時計に電力を使用することが可能になりました。交流(AC) または直流(DC) の電気を使用してゼンマイを巻き戻したり機械式時計の重りを上げたりする、ゼンマイまたは重りで駆動する時計は、電気機械式時計に分類されます。この分類は、振り子を動かすために電気インパルスを使用する時計にも適用されます。電気機械式時計では、電気は時間管理の機能を果たしません。これらのタイプの時計は個別の時計として作られましたが、学校、企業、工場、鉄道、政府施設での同期時間設備でマスター時計とスレーブ時計として使用されることが多くありました。

安定した周波数のAC電源が利用できる場合は、同期モーターを使用して基本的にサイクルをカウントすることにより、非常に信頼性の高い計時を維持できます。供給電流は、多くの国で 50 ヘルツ、その他の国では 60 ヘルツの正確な周波数で交互に変化します。負荷が変化すると、日中に周波数がわずかに変化しますが、発電機は 1 日を通して正確なサイクル数を維持するように設計されているため、時計はいつでも数分の 1 秒遅れたり早まったりする可能性がありますが、長期間にわたって完全に正確です。モーターのローターは、交互周波数に関係する速度で回転します。適切なギアにより、この回転速度がアナログ時計の針に適した速度に変換されます。これらの場合の時間は、AC 電源のサイクル、音叉の振動、水晶の挙動、または原子の量子振動をカウントするなど、いくつかの方法で測定されます。電子回路は、これらの高周波振動をより低速の振動に分割して、時間表示を駆動します。

水晶の圧電特性は、1880年にジャックとピエール・キュリーによって発見されました。 ^{[65] [66]}最初の水晶発振器は、1917年にアレクサンダー・M・ニコルソンによって発明され、その後、最初の水晶発振器は1921年にウォルター・G・ケイディによって作られました^{。 [2]} 1927年に最初のクォーツ時計は、カナダのベル電話研究所でウォーレン・マリソンとJWホートンによって作られました。 ^{[67] [2]}その後の数十年間で、研究室での精密時間測定デバイスとしてクォーツ時計が開発されました。当時真空管で作られたかさばって繊細な計数電子機器のため、他の場所での実用的な使用は限られていました。国立標準技術局（現在のNIST）は、1929年後半から1960年代に原子時計に変更するまで、米国の時間標準をクォーツ時計に基づいていました。^[68] 1969年、セイコーは世界初のクオーツ腕時計「アストロン」を生産しました。^[69]その本質的な精度と低い生産コストにより、その後クオーツ時計や腕時計が普及しました。^[65]

現在、原子時計は現存する最も正確な時計である。原子時計は数兆年にわたって数秒以内の精度を保つことができるため、水晶時計よりもかなり正確である。 ^{[70] [71]}原子時計は1879年にケルビン卿によって初めて理論化されました。 ^[72] 1930年代には、磁気共鳴の発達により、これを行うための実用的な方法が生まれました。^[73]プロトタイプのアンモニア メーザー装置は、1949年に米国国立標準技術局（NBS、現在のNIST ）で構築されました。既存の水晶時計ほど正確ではありませんでしたが、概念を実証するのに役立ちました。^{[74] [75] [76]}最初の正確な原子時計は、セシウム133原子の特定の遷移に基づくセシウム標準であり、 1955年に英国国立物理学研究所でルイス・エッセンによって構築されました。 ^{[77]セシウム標準原子時計の較正は、天文時間スケールの}エフェメリス時間（ET）を使用して行われた。 ^[78] 2013年現在、最も安定した原子時計はイッテルビウム時計であり、1京分の2未満（2 × 10 ⁻¹⁸）。^[71]

13世紀の機械式時計の発明は、日時計のグノモンの影の動きや水時計の液体の流れなどの連続的なプロセスから、振り子の揺れや水晶の振動などの周期的な振動プロセスへの時間計測方法の変化を引き起こしました。^{[3] [79]}これにより、より高い精度が得られる可能性がありました。現代の時計はすべて振動を使用しています。

使用されているメカニズムは異なりますが、機械式、電気式、原子式の振動時計はすべて同様に機能し、類似の部分に分割できます。^{[80] [81] [82]}これらは、各繰り返し、つまり「ビート」の間に正確に一定の時間間隔で、同じ動きを何度も繰り返す物体、発振器で構成されています。発振器には制御装置が取り付けられており、摩擦によって失われたエネルギーを補充することで発振器の動きを維持し、その振動を一連のパルスに変換します。次に、パルスは何らかのカウンターによってカウントされ、カウント数は便利な単位、通常は秒、分、時間などに変換されます。最後に、何らかのインジケーターが人間が判読できる形式で結果を表示します。

現代のあらゆる時計の計時要素は調和振動子、つまり一定の周波数で繰り返し振動する物体（共振器）です。 ^{[2] [83] [84] [85]}

• 機械式時計の場合、これは振り子かテンプのいずれかです。
• アキュトロンなどの初期の電子時計や腕時計の中には、音叉を使用しているものもありました。
• クオーツ時計や腕時計の場合は、水晶です。
• 原子時計では、原子内の電子がマイクロ波を放出するときに振動します。
• 1657年以前の初期の機械式時計は、バランススプリングがないため調和振動子ではない粗雑なテンプまたはフォリオットでした。その結果、非常に不正確で、おそらく1日に1時間の誤差がありました。^[86]

調和振動子が他の振動子に比べて優れている点は、共振を利用して、その物理的特性のみに依存する正確な自然共振周波数または「ビート」で振動し、他の速度で振動しないようにすることです。調和振動子によって達成可能な精度は、Q [87] [88] または品質係数と呼ばれるパラメータによって測定され、これ^は（他の条件が同じであれば）共振周波数とともに増加します。^[89]これが、時計の振動子の周波数が長期的に高くなる傾向がある理由です。テンプと振り子には常に、時計の速度を調整する手段が含まれています。クォーツ時計には、その目的でコンデンサを調整する速度調整ネジが含まれている場合があります。原子時計は一次標準であり、その速度は調整できません。

一部のクロックは、その精度を外部発振器に依存しています。つまり、より正確なクロックに自動的に同期されます。

• 1860年代から1970年代にかけて大規模な施設や学校で使用されていたスレーブクロックは、振り子で時間を計っていましたが、建物内のマスタークロックに配線されており、定期的に信号を受信して​​マスターと同期していました。多くの場合、1時間ごとに同期していました。 ^[90]振り子のない後期のバージョンは、マスタークロックからのパルスと、停電後に急速な同期を強制する特定のシーケンスによってトリガーされました。

• 同期電気時計には内部発振器はありませんが、電力会社が高精度発振器に同期させた AC 電力線の50 Hz または 60 Hzの振動のサイクルをカウントします。カウントは電子的に行うことができ、通常はデジタル表示の時計で行われますが、アナログ時計の場合は、AC が同期モーターを駆動し、線間電圧のサイクルごとに正確に 1 回転して歯車列を駆動します。負荷の変動によるグリッド ライン周波数の変化により、時計は 1 日の間に一時的に数秒進んだり遅れたりすることがありますが、24 時間あたりのサイクルの総数は電力会社によって非常に正確に維持されるため、時計は長期間にわたって正確に時を刻みます。
• コンピュータのリアルタイム クロックは水晶で時間を計りますが、ネットワーク タイム プロトコル(NTP)を使用して、インターネット経由で原子時計 ( UTC ) に定期的に (通常は毎週) 同期することができます。
• 電波時計は水晶振動子で時間を計りますが、原子時計によって設定された専用の標準時刻ラジオ局から送信される時刻信号や衛星ナビゲーション信号に定期的に同期されます。

これには、摩擦によって失われたエネルギーを補うために振動子に「プッシュ」を与えて振動子を動かし続ける機能と、振動を時間の測定に役立つ一連のパルスに変換する機能の 2 つがあります。

• 機械式時計では、これは脱進機であり、振り子またはバランスホイールに正確なプッシュを与え、各スイングでガンギ車の歯車の歯を 1 つ解放し、各スイングで時計のすべてのホイールが一定量前進できるようにします。
• 電子時計では、これは振動する水晶または音叉に小さな「プッシュ」を与え、水晶の振動ごとに 1 つずつ、クロック信号と呼ばれる一連の電気パルスを生成する電子発振回路です。
• 原子時計では、コントローラはマイクロプロセッサによって制御されるマイクロ波発振器に接続された真空マイクロ波空洞です。セシウム原子の薄いガスが空洞に放出され、マイクロ波にさらされます。レーザーはマイクロ波を吸収した原子の数を測定し、位相同期ループと呼ばれる電子フィードバック制御システムが、原子が振動してマイクロ波を吸収する周波数になるまでマイクロ波発振器を調整します。その後、マイクロ波信号はデジタルカウンタによって分割され、クロック信号になります。^[91]

機械式時計では、テンプや振り子の振動子のQが低いため、脱進機の衝撃による外乱効果に非常に敏感で、脱進機は時計の精度に大きな影響を与え、多くの脱進機の設計が試されました。電子時計の共振器のQが高いため、駆動電力の妨害効果に比較的鈍感で、駆動発振器回路はそれほど重要なコンポーネントではありません。^[2]

これはパルスをカウントし、それを合計して秒、分、時間などの従来の時間単位を取得します。通常、カウンターに正しい時間を手動で入力して時計を 設定する機能があります。

• 機械式時計では、これは歯車列と呼ばれる歯車列によって機械的に行われます。歯車列には、動力源から機械的な動力を伝達して振動子を動かすという2番目の機能もあります。針を動かす歯車と時計の残りの部分の間には「キャノンピニオン」と呼ばれる摩擦カップリングがあり、針を回して時間を設定することができます。^[92]
• デジタル時計では、一連の集積回路 カウンタまたは除算器がバイナリロジックを使用してパルスをデジタルで加算します。多くの場合、ケースの押しボタンを使用して、時間と分のカウンタを増減して時間を設定できます。

秒、分、時間などのカウントを人間が読める形式で表示します。

• 13 世紀の最も古い機械式時計には視覚的な表示がなく、鐘を鳴らして音で時刻を知らせていました。今日でも多くの時計は、時刻を鳴らす鐘鳴らし時計です。
• アナログ時計は、1から12または24までの数字（1日の時間帯）が外周に刻まれた文字盤で時間を表示します。時間は1日に1～2回転する時針で示され、分は1時間に1回転する分針で示されます。機械式時計では歯車列が針を動かしますが、電子時計では回路が毎秒パルスを生成し、ステッピングモーターと歯車列を駆動して針を動かします。
• デジタル時計は、デジタルディスプレイ上で定期的に変化する数字で時間を表示します。デジタル時計はアナログの壁掛け時計よりも正確であると誤解されることがよくありますが、インジケーターの種類はタイミングソースの精度とは別個のものです。
• 電話会社が提供する音声時計や音声時計サービスは、録音された音声またはデジタル合成された音声を使用して、音声で時刻を読み上げます。

時計は、時間の表示の種類と計時方法によって分類できます。

アナログ時計は通常、固定番号の文字盤上で「針」と呼ばれる回転するポインターを使用して時間を示す文字盤を使用します。世界中で広く知られている標準的な文字盤には、1 日に 2 回転する 12時間の円形文字盤で時間を示す短い「時針」と、同じ文字盤で現在の時間の分数を示す長い「分針」があり、これも 60 分に分割されています。また、現在の分の秒数を示す「秒針」が付いている場合もあります。今日広く使用されている他の唯一の文字盤は、軍事組織や時刻表で24 時間制を使用しているため、24 時間制のアナログ文字盤です。産業革命中に現代の時計の文字盤が標準化される前は、6、8、10、24 時間に分割された文字盤など、他の多くの文字盤デザインが長年にわたって使用されていました。フランス革命中、フランス政府は 10 進法に基づくメートル法の一部として10 時間制時計を導入しようとしましたが、広く普及しませんでした。イタリアの 6 時間時計は 18 世紀に開発されましたが、おそらく電力を節約するためでした (24 回鳴らす時計や腕時計はより多くの電力を消費します)。

アナログ時計のもう 1 つのタイプは日時計で、これは太陽を継続的に追跡し、その日時計の影の位置で時刻を記録します。太陽は夏時間に合わせて調整されないため、ユーザーはその間に 1 時間追加する必要があります。また、均時差や、日時計の経度と使用中の時間帯の中央子午線の経度の差 (つまり、時間帯がGMTより 1 時間進んでいるごとに、本初子午線の東に 15 度ずつ) の修正も行う必要があります。日時計は 24 時間アナログ ダイヤルの一部を使用します。アナログ機構を備えていながらデジタル表示を使用する時計も存在し、これらは一般にフリップ クロックと呼ばれます。代替システムが提案されています。たとえば、「Twelv」クロックは、現在の時間を 12 色のいずれかで表示し、月の満ち欠けに似た円形ディスクの割合を表示して分を示します。^[93]

• デジタル時計の例
• 
  噴水のバルブを制御して時間を表示するデジタル時計
• 
  シンプルなデジタルクロックラジオ
• 
  フリップクロックの機械式デジタルディスプレイの図
• 
  Samsung Galaxyスマートフォンのデジタル時計

デジタル時計は時間を数値で表示します。デジタル時計では、一般的に次の 2 つの数値表示形式が使用されます。

• 00～23 までの24時間表記。
• AM/PM インジケーター付きの12 時間表記。時間は 12AM、1AM～11AM、12PM、1PM～11PM の順で示されます (主に家庭環境で使用される表記法)。

ほとんどのデジタル時計は電子機構とLCD、LED、またはVFDディスプレイを使用しているが、他の多くの表示技術も使用されている (ブラウン管、ニキシー管など)。リセット、電池交換、停電の後、バックアップ電池やコンデンサのないこれらの時計は、 12:00 からカウントを開始するか、12:00 のままで、多くの場合、時刻を設定する必要があることを示す点滅する数字が表示されます。一部の新しい時計は、国立原子時計に調整されたラジオまたはインターネットのタイムサーバーに基づいて自動的にリセットされます。1960 年代にデジタル時計が導入されて以来、アナログ時計の使用は著しく減少しています。^[94]

「フリップ クロック」と呼ばれる時計の中には、機械的に動作するデジタル ディスプレイを備えたものがあります。数字は、本のページのように取り付けられたシートに描かれています。1 分ごとにページがめくられ、次の数字が表示されます。これらのディスプレイは、通常、LCD や LED よりも明るい場所で読みやすいです。また、停電後も 12:00 に戻りません。フリップ クロックには一般に電子機構がありません。通常は、AC同期モーターによって駆動されます。

アナログの象限とデジタルの要素を備えた時計で、通常は分と時間がアナログで表示され、秒がデジタル モードで表示されます。

利便性、距離、電話、または視覚障害のため、音声時計は時刻を音で表示します。音は、自然言語で話されるか (例: 「時刻は 12 時 35 分です」)、または聴覚コード (例: 毎時連続して鳴るベルの数は、ビッグベンのベルのように、その時刻の番号を表します) です。ほとんどの通信会社は、音声時計サービスも提供しています。

ワードクロックは、文章を使用して時間を視覚的に表示する時計です。例: 「約 3 時です。」これらの時計は、ハードウェアまたはソフトウェアで実装できます。

時計の中には、通常はデジタル式のものがあり、拡大された時刻表示画像をスクリーンや屋内の天井や壁などの表面に投影する光学プロジェクターが組み込まれています。数字は、中程度の視力障害を持つ人でも眼鏡なしで簡単に読める大きさなので、寝室での使用に便利です。通常、計時回路には、時計を時間どおりに維持するための無停電電源のバックアップ電源としてバッテリーが搭載されていますが、投影ライトはユニットが AC 電源に接続されている場合にのみ機能します。懐中電灯に似た、完全にバッテリー駆動のポータブル バージョンも利用できます。

聴覚式時計や投影式時計は、視覚障害のある人や視力の弱い人が使用できます。また、触覚を使って読み取れるディスプレイを備えた視覚障害者用時計もあります。これらの中には、通常のアナログ ディスプレイに似たものもありますが、針を傷つけることなく触れることができるように作られています。もう 1 つのタイプは基本的にデジタル式で、点字などのコードを使用して数字を表示し、指先で触れることができるデバイスを使用します。

時計の中には、単一の機構で駆動する複数の表示器を持つものもあれば、単一のケースに完全に独立した複数の機構を持つものもあります。公共の場所にある時計は、近くのどこからでも時計が読めるように、異なる方向から見える複数の文字盤を備えていることが多く、すべての文字盤に同じ時刻が表示されています。他の時計は、複数のタイムゾーンの現在時刻を表示します。旅行者が携帯することを目的とした時計には、2 つの表示器が付いていることが多く、1 つは現地時間用、もう 1 つは自宅の時刻用で、事前に約束した電話をかけるのに便利です。方程式時計には2 つの表示器があり、1 つは平均時刻、もう 1 つは日時計のように太陽時を表示します。アナログとデジタルの両方の表示がある時計もあります。点字表示の時計には通常、目の見える人が読めるように従来の数字も付いています。

時計は家庭、オフィス、その他多くの場所にあります。小型の時計は手首やポケットに入れて持ち歩き、大型の時計は駅や教会などの公共の場所にあります。小型の時計は、コンピューターのディスプレイ、携帯電話、多くのMP3 プレーヤーの隅に表示されることがよくあります。

時計の主な目的は、時間を表示することです。時計には、指定された時間に大音量で警告音を鳴らす機能が付いているものもあり、通常は、あらかじめ設定した時間に寝ている人を起こすために使われます。これらは目覚まし時計と呼ばれます。アラームは、最初は小さな音量で始まり、だんだん大きくなったり、数分間電源を切ってから再開したりする機能が付いているものもあります。目覚まし時計には目に見えるインジケーターがあり、時刻が読めない幼い子供に就寝時間が終わったことを知らせるために使用されます。これらはトレーニング時計と呼ばれることもあります。

時計機構は、セントラルヒーティングシステム、 VCR、時限爆弾（デジタルカウンターを参照）などの装置を時間に従って制御するために使用されることがあります。このような機構は通常、タイマーと呼ばれます。時計機構は、太陽追跡装置^{（ブロークンアンカー）}や天体望遠鏡などの装置を駆動するためにも使用されます。これらの装置は、地球の自転に対抗するために正確に制御された速度で回転する必要があります。

ほとんどのデジタル コンピュータは、処理を同期するために一定周波数の内部信号に依存しています。これは、クロック信号と呼ばれます。(いくつかの研究プロジェクトでは、非同期回路に基づく CPU を開発しています。) コンピュータを含む一部の機器は、必要に応じて使用するために時間と日付も維持します。これは時刻クロックと呼ばれ、システム クロック信号とは異なりますが、サイクルをカウントすることに基づいている可能性があります。

科学的な作業の中には、最高精度の計時が不可欠なものがあります。また、実際の時計を較正できる最高精度の標準も必要です。理想的な時計は、時間の精度を無制限に提供しますが、これは実現可能ではありません。多くの物理プロセス、特に原子エネルギーレベル間の遷移は、極めて安定した周波数で発生します。このようなプロセスのサイクルをカウントすると、非常に正確で一貫性のある時間が得られます。このように動作する時計は、通常、原子時計と呼ばれます。このような時計は、通常、大きく、非常に高価で、管理された環境を必要とし、ほとんどの目的に必要な精度よりもはるかに正確です。これらは通常、標準研究所で使用されます。

20 世紀後半の進歩まで、航海は緯度と経度を測定する能力に依存していました。緯度は天体航法によって決定できますが、経度の測定には正確な時間知識が必要です。この必要性が、正確な機械式時計開発の大きな動機でした。ジョン・ハリソンは18 世紀半ばに最初の高精度の海洋クロノメーターを作成しました。ケープタウンの正午の大砲は今でも正確な信号を発し、船舶がクロノメーターをチェックできるようにしています。主要港の近くの多くの建物では、同じ目的で、塔やマストに大きなボールが取り付けられており(現在もいくつかあります)、所定の時間に落下するように配置されていました。GPS などの衛星航法システムには、これまでにないほど正確な時間知識が必要ですが、これは衛星上の機器によって提供されます。車両にはもはや計時機器は必要ありません。

時計はゲームやスポーツでさまざまな時間を計測するために使用できます。ストップウォッチは陸上競技選手のパフォーマンスを計測するために使用できます。チェスの時計はボードゲームのプレーヤーの動きの時間を制限するために使用されます。さまざまなスポーツでは、ゲームクロックはゲームまたはゲームのサブディビジョンの継続時間を測定します。^[95][96]一方、他のクロックはさまざまな継続時間を追跡するために使用されます。これには、プレイクロック、ショットクロック、ピッチクロック。

英国では、時計はさまざまな信仰と結び付けられており、その多くは死や不運に関係している。伝説では、近くにいる人、特に君主が死ぬと時計がひとりでに止まると伝えられている。貴族院の時計は1820年にジョージ3世が亡くなった「ほぼ」時間に止まったとされ、バルモラル城の時計はヴィクトリア女王が亡くなった時間に止まったとされ、ウィリアム4世やエリザベス1世に関連する時計についても同様の伝説が語られている。^[97]時計については多くの迷信が存在する。人が死ぬ前に止まる時計は、来たるべき死を予言するかもしれない。^[98]同様に、教会の賛美歌や結婚式の儀式の最中に時計が鳴ると、それぞれ教区民や配偶者の死や災難が予兆される。^[99]時計が間違った時刻を打つと、死や病気の前兆となる。時計が火事の方向を指していたり​​、時計が鳴っている間に話をしたりするのも不吉なことかもしれない。^[100]

中国文化では、時計を贈ること（繁体字：送鐘、簡体字：送钟、ピンイン：sòng zhōng ）は、他人の葬式に参列する行為（繁体字：送終、簡体字：送终、ピンイン：sòngzhōng）と同音異義語であるため、特に高齢者に対してはタブーとされることが多い。^{[101] [102] [103]}

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