方程式時計

均時差時計は均時差をシミュレートする機構を備えた機械式時計で、ユーザーは日時計のように太陽時を読み取ったり計算したりできます。振り子で制御される最初の正確な時計は、1657 年にChristiaan Huyghensによって特許を取得しました。その後数十年間、人々はまだ日時計の使用に慣れており、時計を使用して太陽時を見つけられるようにしたいと考えていました。均時差時計は、このニーズを満たすために発明されました。

初期の等時時計には、針が動いてダイヤルや目盛りに等時性を示すものがありました。時計自体は一定の速度で動きます。ユーザーは、時計の目盛りに等時性を加えて太陽時間を計算します。18 世紀に作られた後の等時時計では、補正が自動的に行われるため、時計は太陽時間を直接表示します。中には平均時間も表示するものもあり、これは「時計時間」と呼ばれることもあります。

すべての均時差時計には均時差をシミュレートする機構が組み込まれており、レバーが動いたりシャフトが回転したりして、年が進むにつれて均時差の変化を表現します。よく使用される機構には次の 2 種類があります。

このタイプの機構では、シャフトが時計によって駆動され、一定の速度で 1 年に 1 回回転します。シャフトにはカムが取り付けられており、カムはほぼ「腎臓型」で、その半径は基本的に均時差の年間変化のグラフになります。フォロワーとレバーがカムに接しており、カムが回転すると、レバーは均時差の変化を表すように動きます。このレバーは時計の他の部品を駆動します。

大まかに言えば、均時差は 2 つの正弦波の合計として表すことができます。1 つは 1 年の周期、もう 1 つは 6 か月の周期で、相対的な位相は非常にゆっくりと変化します (1 世紀にわたってわずかに変化がわかる程度)。詳細については、 均時差の説明を参照してください。

ダブルシャフト機構には、一定速度で回転する 2 つのシャフトがあります。1 つは 1 年に 1 回、もう 1 つは 1 年に 2 回回転します。2つのシャフトに取り付けられたクランクまたはピンが、結合レバー(ウィップルツリーと呼ばれることもあります) の両端を正弦波状に動かします。寸法が正しく選択されていれば、ロッドの中点は均時差をシミュレートするように動きます。

等式時計が作られ、使用されていた時代には、すべての時計は手作りでした。まったく同じものは 2 つとして存在しません。多くの等式時計には、月の満ち欠けや日の出と日の入りの時刻を表示するなどの機能もあります。このような追加機能は別としても、時計の動作には 4 つの異なる方法があります。以下の段落は、個々の時計の詳細な説明ではなく、これら 4 つの異なるタイプの等式時計の一般的な原理を示すことを目的としています。個々の時計の基本的な動作はこれらに似ていますが、詳細は異なります。現在も博物館に所蔵されているさまざまな等式時計の写真と説明は、以下の 外部リンクからアクセスできます。

多くの均時差時計、特に初期のものには、平均時間を表示する通常の時計機構と均時差を表示するディスプレイがあります。均時差シミュレーション機構がこのディスプレイ上のポインターを動かします。ユーザーは均時差を時計の時刻に加えて太陽時を計算する必要があります。

18 世紀に作られた、後の方程式時計のほとんどは、太陽時を直接表示します。それらの多くは平均時と均時差も表示しますが、ユーザーが加算を行う必要はありません。3 つのタイプがあります。

時計の中には、分目盛りが円形のプレート上にあり、そのプレートが針と同じ軸の周りを回転できるような構造になっているものもあります。軸はプレートの中央の穴を通り、針はプレートの前にあります。時計が示す時間の分部分は、プレート上の目盛りに対する分針の位置によって決まります。針は時計機構によって一定速度で時計回りに回転し、プレートは均時差をシミュレートする機構によって回転します。均時差が増加すると反時計回りに、減少すると時計回りに回転します。ギア比が正しければ、時計は太陽時を示します。平均時間は、プレートの端の外側にある文字盤上の別の固定された分目盛りのセットによっても表示できます。時間表示は均時差に合わせて調整されないため、時間の読み取り値は若干近似値になります。どの時間が正しいかは常に簡単にわかるため、これは実際的な影響はありません。これらの時計は、以下に説明する他のタイプの時計よりも機械的には単純ですが、欠点があります。太陽時刻は、分刻みを注意深く見なければ読みにくく、時計は太陽時刻で時刻を打つことができません。

これらの時計には、振り子の上部に、実際の長さをわずかに変える装置が組み込まれており、時計の速度が変わります。この装置は、実際の値ではなく、均時差の変化率をシミュレートするように動くシミュレーション機構によって駆動されます。たとえば、均時差が短くなり、日時計が通常より遅く進む 12 月と 1 月の間、この機構は振り子を通常より効果的に長くするため、時計は遅く進み、日時計の時間に追従します。その他の時期には、振り子は短くなるため、時計は速く進み、やはり日時計の時間に追従します。このタイプの機構は、太陽 (​​日時計) 時間のみを表示します。これを使用する時計は、独自の振り子を備えた別の時計機構を含めない限り、平均時間を表示するように簡単にはできません。これを行う均時差時計もありますが、振り子間の結合を避けるために、時計ケースを非常に頑丈にする必要があります。可変振り子時計のもう 1 つの欠点は、均時差を簡単に表示できないことです。

後代の均時差時計では、振り子が一定の周波数で振動し、通常の時計機構を制御します。多くの場合、この機構は平均（時計）時刻を表示するディスプレイを駆動します。ただし、追加のコンポーネントがあります。前述の均時差シミュレーション機構と、均時差を時計の時間に自動的に加算し、太陽時を表示するディスプレイを駆動する装置です。加算は、差動歯車を使用したアナログ方式で行われます。^[1]このタイプの均時差時計機構は最も汎用性があります。太陽時と平均時の両方を簡単に明確に表示でき、均時差も表示できます。両方の種類の時間で時刻を打つことも簡単に設定できます。1720年に発明されてから、^[2]この機構は標準機構となり、均時差時計の需要がなくなるまで、18世紀のほとんどの間使用されました。

地球の運動の緩やかな変化により、均時差の年間変化が徐々に変化します。^[3]この記事の冒頭のグラフは、現在、2000年頃の年間変化を示しています。過去または未来の数世紀では、グラフの形状は大きく異なります。ほとんどの均時差時計は約3世紀前に製造され、それ以降、均時差の年間変化は小さいながらも顕著になっています。時計は、製造時の年間変化をそのまま反映しています。当時は未知だった緩やかな変化を補正しないため、新品時よりも精度が若干低下しています。この原因による最大誤差は現在約1分です。数世紀後、これらの時計が生き残れば、誤差はさらに大きくなります。

均時差時計自体は、もはや広く使用されていません。ただし、均時差時計と機能的に同じ部品が、たとえば空の太陽の動きを追うように動く太陽追跡装置などに今でも使用されています。その多くは太陽の位置を感知しません。代わりに、太陽に対する地球の自転の平均速度に合わせて、極軸の周りを毎時 15 度の一定速度で回転するメカニズムを備えています。部品の物理的な回転ではなく、この回転のデジタル表現が生成される場合もあります。次に、この一定の回転に均時差が追加され、太陽の見かけの動きに合わせて追跡装置が回転します。一般に、これらの機械は、歴史的な均時差時計で使用されていた機械装置ではなく、電子機器やコンピューターなどの最新技術を使用していますが、機能は同じです。

• 均時差
• 日時計
• クロック
• ディファレンシャル（機械装置）

注: これらの歴史資料の中には、時計の時刻を「平時」、日時計の時刻を「見かけの時刻」または「真太陽時」と呼ぶものがあります。

• 大英博物館にある可変式振り子時計。
• 大英博物館の等式時計とその説明。
• 方程式時計として機能する懐中時計。説明によると、機械的な加算を行うようです。
• リング上に移動可能な分目盛りが付いた時計。
• ジョセフ・ウィリアムソンが 1715 年頃に書いた手紙。可動式の分目盛りや可変振り子で動く太陽時刻を表示する時計を発明したと主張している。
• 均時差は均時差時計の発展の例を図解で示している。