脱進機

脱進機は、機械式腕時計や置き時計の機械的な連結装置で、計時要素に衝撃を与え、定期的に歯車列を前方に動かして時計の針を進めます。衝撃作用により、時計の計時要素 (通常は振り子またはバランスホイール) にエネルギーが伝達され、サイクル中に摩擦で失われたエネルギーが補充され、計時装置が振動し続けます。脱進機は、時計の歯車列を通じて伝達されるコイルばねまたは吊り下げられた重りの力によって駆動されます。振り子またはバランスホイールが振動するたびに、脱進機のガンギ車の歯が解放され、時計の歯車列が一定量だけ前進、つまり「脱進」します。この規則的な周期的な前進により、時計の針が一定の速度で前進します。同時に、歯が計時要素を押し、別の歯が脱進機のパレットに引っ掛かり、脱進機が「ロック」状態に戻ります。脱進機の歯が突然停止することで、作動中の機械式時計や腕時計で聞こえる特徴的な「カチカチ」という音が発生します。

最初の機械式脱進機であるバージ脱進機は、13 世紀の中世ヨーロッパで発明され、機械式時計の発展につながる重要な革新でした。脱進機の設計は時計の精度に大きな影響を与え、脱進機の設計の改良は、13 世紀から 19 世紀にかけての機械式時計の時代に時間測定の改善を促進しました。

脱進機は時計以外の機構にも使用されています。手動タイプライターでは、文字 (またはスペース) を入力するたびにキャリッジを移動させるために脱進機が使用されていました。歴史的には、液体駆動脱進機は古代ギリシャやヘレニズム世界、特にプトレマイオス朝エジプトの洗面台のデザインに使用されていました。一方、液体駆動脱進機は中国の唐代に始まり、宋代に最高潮に達した時計機構にも適用されました。

技術史における脱進機の重要性は、それが全機械式時計を可能にした重要な発明であったことです。^{[1] [2]} 13世紀ヨーロッパで 最初の全機械式脱進機であるバージ脱進機が発明されたことで、計時方法が、水時計の水の流れなどの連続的なプロセスから、振り子の振動などのより正確になる可能性のある反復的な振動プロセスへと変化しました。 ^[2] 振動式タイムキーパーは、現代のすべての時計の制御装置です。

最も古い液体駆動脱進機は、ギリシャの技術者フィロン・オブ・ビザンチン（紀元前3世紀）が、その技術論文『気体力学』 （第31章）で洗面台の一部として記述している。^[3]タンクから供給されるカウンターウェイト付きスプーンは、満杯になると洗面器の中で倒れ、その過程で球状の軽石が放出される。スプーンが空になると、カウンターウェイトによって再び引き上げられ、締め付け紐によって軽石の扉が閉じられる。注目すべきことに、フィロンが「その構造は時計の構造に似ている」と述べていることから、このような脱進機のメカニズムが古代の水時計にすでに組み込まれていたことがわかる。^[3]

中国では、唐代の僧侶の易行が官吏の梁霊山とともに723年（または725年）に水力の天球儀と時計駆動装置用の脱進機を発明したが、これが世界初のぜんまい仕掛けの脱進機であった。^{[4] [5]} 宋代（960年 - 1279年）の時計学者張思勲（10世紀後半活躍）と蘇宋（1020年 - 1101年）は、天文時計塔に脱進機装置を採用したが、^{[6]その後、技術は停滞し退化した。歴史家}デレク・J・デ・ソラ・プライスによると、中国の脱進機は西に広がり、西洋の脱進技術の源となった。^[7]アフマド・Y・ハッサンによれば、1277年にアルフォンソ10世のためにスペインで制作された水銀脱進機は、それ以前のアラビア語の文献に遡ることができる。^{[8] [信頼できない情報源？ ]}これらの水銀脱進機に関する知識は、アラビア語と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。^{[8] [9]}

しかし、これらはいずれも真の機械式脱進機ではありませんでした。なぜなら、時間の測定には依然としてオリフィスを通る液体の流れに依存していたからです。たとえば、蘇松の時計では、水が軸にある容器に流れ込みます。脱進機の役割は、容器が満たされるたびに容器をひっくり返し、同じ量の水が計量されるたびに時計の歯車を進めることでした。放出の間隔は、すべての液体時計と同様に、流量によって決まりました。オリフィスを通る液体の流量は、温度と粘度の変化によって変化し、ソース容器内の液体のレベルが下がると圧力とともに減少します。機械式時計の発展は、時計の動きを振動錘で制御できるようにする脱進機の発明に依存していました。

最初の機械式脱進機であるバージ脱進機は、時計に採用される前の数世紀に渡り、アララムと呼ばれる鐘を鳴らす装置で使用されていました。 ^[10] 14世紀のヨーロッパでは、最初の機械式時計である大きな塔時計のタイムキーパーとしてバージ脱進機が登場しました^[11]（一部の資料では、フランスの建築家ヴィラール・ド・オヌクールが、ロープのリンクで天使の像を太陽を追うように回転させる絵をノートに描いていたことから、1237年頃に最初の脱進機を発明したと主張していますが、^[12]これは脱進機ではなかったというのが一般的な見解です。^{[13] [14] [ 15] [16] [17] [18] ）これらの初期の塔時計のどれが機械式でどれが}水時計であったかを区別することが難しいため、その起源と最初の使用は不明です。^[19] しかし、時計のコストと構造の急激な増加などの間接的な証拠は、現代の時計の脱進機が開発された最も可能性の高い時期は13世紀後半であることを示しています。^[11]天文学者ロベルトゥス・アングリクスは1271年に、時計職人が脱進機を発明しようとしていたが、まだ成功していなかったと書いています。^[20] 一方、ほとんどの情報源は、機械式脱進機時計が1300年までに存在していたことに同意しています。^{[21] [22] [11]}

実際、脱進機に関する最も古い記述は、リチャード・オブ・ウォーリングフォードが1327年にセント・オールバンズ修道院で製作した時計について書いた原稿『天文時計論』にあるもので、バージではなく、ストロブ脱進機と呼ばれる変種である。^{[23] [24] [11]}これは、同じ軸に一対のガンギ車が付いており、交互に放射状の歯が付いている。バージロッドはそれらの間に吊り下げられ、短い横木が、交互に並んだ歯が通り過ぎると、最初は一方向に回転し、次に反対方向に回転する。他の例は知られていないが、これが最初の時計脱進機の設計であった可能性がある。^[23]

しかし、バージは他の初期の時計や腕時計で使用されていた標準的な脱進機であり、400 年にわたって唯一の脱進機のままでした。摩擦と反動により性能が制限されていましたが、バージとフォリオットの時計の精度は、初期のフォリオット型テンプホイールによってさらに制限されていました。テンプホイールにはテンプスプリングがないため、自然な「ビート」がなく、脱進機を改良する動機はあまりありませんでした。

1657年頃の振り子とテンプの発明により、腕時計と置き時計の計時要素が調和振動子となり、精度が大幅に向上したため、脱進機の誤差に注目が集まり、より精度の高い脱進機がすぐに時計の代わりを果たした。次の2世紀は機械式時計の「黄金時代」で、300種類ほどの脱進機が発明されたが、時の試練に耐え、置き時計や腕時計に広く使われたのはそのうちの10種類ほどだった。^[25] これらについては、以下で個別に説明する。

1920 年代に水晶振動子とクオーツ時計が発明され、1930 年代までに最も正確な時計となったことで、計時に関する技術的研究は電子的方法へと移行し、脱進機の設計は計時精度の向上に役割を果たさなくなりました。

脱進機の信頼性は、職人技の質とメンテナンスのレベルによって決まります。脱進機の組み立てやメンテナンスが不十分だと、問題が発生します。脱進機は、振り子やテンプの振動を時計の歯車列の回転に正確に変換する必要があり、また、振り子やテンプに十分なエネルギーを供給して、その振動を維持する必要があります。

多くの脱進機では、脱進機のロック解除にはスライド動作が伴います。たとえば、上に示したアニメーションでは、振り子が揺れるときに、アンクルのパレットが脱進機の歯に対してスライドします。パレットは、磨かれた石 (人工ルビーなど) などの非常に硬い素材で作られていることが多いですが、それでも通常は潤滑が必要です。潤滑油は、蒸発、ほこり、酸化などにより時間の経過とともに劣化するため、定期的な再潤滑が必要です。これを行わないと、時計の動作が不安定になったり、完全に停止したり、脱進機の部品が急速に摩耗する可能性があります。現代の時計の信頼性が向上したのは、主に潤滑に使用される高品質のオイルによるものです。高品質の時計では、潤滑油の寿命が 5 年を超えることもあります。

脱進機の中には滑り摩擦を回避するものがあり、その例としては18 世紀のジョン・ハリソンのグラスホッパー脱進機が挙げられます。これにより、脱進機の潤滑が不要になる場合があります (ただし、歯車列の他の部分の潤滑が不要になるわけではありません)。

機械式時計の精度は、計時装置の精度に依存します。振り子の場合、振り子の振動周期によって精度が決まります。振り子棒が金属製の場合、熱によって伸縮し、振り子が長くなったり短くなったりします。これにより、振動にかかる時間が変わります。高価な振り子時計では、この歪みを最小限に抑えるために特殊な合金が使用されています。振り子が振動する弧の角度はさまざまですが、高精度の振り子時計では、円弧の誤差を最小限に抑えるために、弧が非常に小さくなっています。

振り子時計は優れた精度を実現できます。20 世紀に入っても、振り子時計は研究室の基準時計として使われていました。

脱進機も精度に大きな役割を果たします。振り子の移動中に衝撃が供給される正確なポイントは、振り子がどれだけ正確に振動するかに影響します。理想的には、衝撃は振り子の振動の最低点の両側に均等に分散される必要があります。これは「ビート」と呼ばれます。これは、振り子が中間振動に向かって動いているときに押すと、振り子が進み、中間振動から離れているときに押すと、振り子が遅れるからです。衝撃が均等に分散されている場合、振り子の振動時間を変えることなく、振り子にエネルギーを与えます。^[26]

振り子の周期は、揺れの大きさによって若干異なります。振幅が 4° から 3° に変化すると、振り子の周期は約 0.013 パーセント減少し、1 日あたり約 12 秒の進みになります。これは、振り子の復元力が直線ではなく円形であるために発生します。したがって、振り子の周期は、小角度近似の領域でのみほぼ直線になります。時間に依存しないようにするには、経路はサイクロイドである必要があります。振幅の影響を最小限に抑えるために、振り子の揺れは可能な限り小さく保たれます。

原則として、衝撃の方法が何であれ、脱進機の動作は、振り子であれ時計のテンプであれ、振動子に可能な限り最小限の影響しか与えません。すべての脱進機が程度の差はあれ持つこの影響は、脱進機誤差として知られています。

滑り摩擦のある脱進機には潤滑油が必要ですが、潤滑油が劣化すると摩擦が増加し、おそらく十分な動力がタイミング装置に伝達されなくなります。タイミング装置が振り子の場合、摩擦力の増加によってQ 値が低下し、共振帯域が増加して精度が低下します。ゼンマイ駆動の時計の場合、バネがほどけるとバネによって加えられる衝撃力はフックの法則に従って変化します。重力駆動の時計の場合、駆動重りが下がり、チェーンが歯車列から重りを吊り下げる量が増えると衝撃力も増加します。ただし、実際にはこの効果は大型の公共時計でのみ見られ、閉ループチェーンによって回避できます。

腕時計や小型の時計では、計時装置として振り子は使用されていません。代わりに、バランススプリングが使用されます。これは、振動 (前後に回転) する 金属製のバランスホイールに接続された細いスプリングです。現代の機械式腕時計のほとんどは、3～4 Hz (振動数/秒) または 6～8 ビート/秒 (21,600～28,800 ビート/時、bph) の動作周波数を備えています。一部の腕時計では、より高速または低速 (33,600  bph または 19,800  bph) が使用されています。動作周波数は、バランススプリングの硬さ (バネ定数) によって決まります。時間を保つには、硬さが温度によって変化してはなりません。そのため、バランススプリングには高度な合金が使用され、この分野では時計製造は依然として進歩しています。振り子と同様に、脱進機は、バランスホイールを振動させ続けるために、サイクルごとに小さなキックを与える必要があります。また、同じ潤滑の問題が時間の経過とともに発生します。脱進機の潤滑が悪くなると、時計の精度は低下します（通常は速度が上がります）。^[要出典]

懐中時計は現代の腕時計の前身です。ポケットの中にある懐中時計は、通常垂直方向に配置されていました。重力は、テンプの重量の対称性の欠如を時間の経過とともに拡大するため、精度をいくらか低下させます。トゥールビヨンは、これを最小限に抑えるために発明されました。テンプとバネは、回転するケージ内に配置され (通常は 1 分間に 1 回ですが、必ずしもそうとは限りません)、重力による歪みを緩和します。この非常に巧妙で洗練された時計仕掛けは、腕時計の貴重な複雑機構ですが、着用者の自然な動きはいずれにしても重力の影響を緩和する傾向があります。

最も正確な市販の機械式時計は、1921年にWH Shorttによって発明された電気機械式 Shortt-Synchronome 自由振り子時計で、不確かさは1年に約1秒でした。 ^{[27] [28]} 現在までで最も正確な機械式時計は、おそらく1990年代に著名な考古学者E.T. Hallによって作られた電気機械式 Littlemore Clock でしょう。Hallの論文^[29]では、100日間で測定された不確かさは10の⁹乗分の3 (その期間の不確かさは約0.02秒) であると報告されています。これらの時計は両方とも電気機械式時計です。つまり、計時要素として振り子を使用していますが、振り子にエネルギーを供給するために機械式歯車列ではなく電力を使用しています。

1658年に振り子とひげゼンマイが導入されて正確な時計が可能になって以来、300種類以上の機械式脱進機が考案されたと推定されていますが、広く使用されているのは約10種類にすぎません。^[30] これらについては以下で説明します。20世紀には、電気式計時方法が機械式時計に取って代わり、脱進機の設計はあまり知られていない珍しいものになりました。

1275 年頃の最も古い機械式脱進機^[要出典]は、冠車脱進機としても知られるバージ脱進機でした。これは最初の機械式時計に使用され、当初は両端に重りが付いた水平の棒であるフォリオットによって制御されていました。脱進機は、王冠のような形をしたガンギ車で構成され、尖った歯が水平に軸方向に突き出ています。冠車の前には、上部のフォリオットに取り付けられた垂直シャフトがあり、このシャフトには、旗竿から旗のように突き出た 2 つの金属板 (パレット) が取り付けられています。これらの板は約 90 度離れた方向を向いているため、一度に冠車の歯と噛み合うのは 1 つだけです。ホイールが回転すると、1 つの歯が上部のパレットを押し、シャフトと取り付けられたフォリオットを回転させます。歯が上部のパレットを押して通り過ぎると、下部のパレットがホイールの反対側の歯の経路にスイングします。歯が下側のパレットに引っ掛かり、シャフトを反対方向に回転させて、サイクルが繰り返されます。脱進機の欠点は、歯がパレットに着地するたびに、フォリオットの勢いによってクラウン ホイールが少し後方に押し戻され、その後ホイールの力が動きを逆転させることです。これは「反動」と呼ばれ、摩耗と不正確さの原因でした。

バージは、350年間、置き時計や腕時計で使用されていた唯一の脱進機でした。ゼンマイ駆動の置き時計や腕時計では、主ゼンマイの力を均一にするためにフュゼが必要でした。これは、1656年に振り子時計が発明されてから約50年間、最初の振り子時計で使用されていました。振り子時計では、冠車と軸が水平になるように向けられ、振り子は軸から吊り下げられていました。しかし、バージは一般的な脱進機の中で最も不正確であり、1650年代に振り子が導入された後、バージは他の脱進機に置き換えられ始め、1800年代後半になってようやく廃止されました。この頃には、薄型時計の流行によりガンギ車を非常に小さくする必要があったため、摩耗の影響が大きくなり、今日この時代の時計を巻き上げると、非常に速く動き、1日に何時間も進むことがよくあります。

ヨスト・ビュルギは1584年にクロスビート脱進機を発明した。これはバージ脱進機のバリエーションで、反対方向に回転する2つのフォリオットを備えていた。^[31] 同時代の記録によると、彼の時計は1日1分以内という驚くべき精度を達成し、^[31]当時の他の時計よりも2桁優れていた。しかし、この改善は脱進機自体によるものではなく、より優れた職人技と、脱進機を駆動力の変化から隔離する装置であるルモントワールの発明によるものと思われる。 ^[31]バランススプリングがなければ、クロスビートはバージと同じくらい等時性ではなかっただろう。^[31]

ガリレオの脱進機は、1637年頃にイタリアの科学者ガリレオ・ガリレイ（1564年 - 1642年）によって発明された時計の脱進機の設計です。これは振り子時計の最も初期の設計でした。ガリレオは当時すでに盲目であったため、息子にこの装置を説明し、息子はそれをスケッチしました。息子は試作品の製作を開始しましたが、完成する前に息子もガリレオも亡くなりました。

1657年頃にロバート・フックが発明したアンカー（右のアニメーションを参照）は、すぐにバージに取って代わり、19世紀まで振り子時計の標準的な脱進機となった。その利点は、バージの広い振り子の振り角を3～6°に減らし、振り子をほぼ等時性にし、より長くて動きの遅い振り子を使用できるため、消費エネルギーが少なくなることである。アンカーは、ほとんどの振り子時計が細長い形をしている理由であり、また、 1680年頃にウィリアム・クレメントが発明した、商業的に販売された最初のアンカー時計であるグランドファーザークロックの開発にも貢献している。クレメントは、フックと脱進機の功績を争った。脱進機により振り子時計の精度が大幅に向上したため、 1600年代後半には文字盤に分針が追加されるようになった（それ以前は、時計には時針しかなかった）。

アンカーは、後方に傾いた尖った歯を持つガンギ車と、その上で左右に揺れ、振り子にリンクされた「アンカー」形の部品で構成されています。アンカーのアームには傾斜したパレットがあり、交互にガンギ車の歯に引っ掛かり、衝撃を受け取ります。動作はバージ エスケープメントと機械的に似ていますが、バージ エスケープメントの 2 つの欠点があります。(1) 振り子は、そのサイクル全体を通じてガンギ車の歯によって常に押されており、自由に振動することは決してないため、等時性が乱れます。(2) これは反動エスケープメントであり、アンカーは、そのサイクルの一部でガンギ車を後方に押します。これにより、バックラッシュ、時計のギアの摩耗の増加、および不正確さが発生します。これらの問題は、精密時計で徐々にアンカーに取って代わった デッドビート エスケープメントで解消されました。

グラハム脱進機またはデッドビート脱進機は、1675年にリチャード・タウンリーの設計に基づいてトーマス・トンピオンが最初に作ったアンカー脱進機の改良版である^{[33] [34] [35]}が、 1715年に普及させたトンピオンの後継者ジョージ・グラハムの功績とされることが多い。^[36]アンカー脱進機では、振り子の揺れにより、そのサイクルの一部でガンギ車が後方に押される。この「反動」により振り子の動きが乱れて不正確さが生じ、歯車列の方向が逆転してバックラッシュが発生し、システムに高負荷がかかり、摩擦と摩耗につながる。デッドビート脱進機の主な利点は、反動がなくなることである。^[10]

デッドビートでは、パレットには、アンカーが回転する軸を中心に同心円状の、2 番目の湾曲した「ロック」面があります。振り子のスイングの両端では、ガンギ車の歯がこのロック面に接し、振り子に衝撃を与えないため、反動が防止されます。振り子のスイングの底近くで、歯はロック面から角度の付いた「衝撃」面へと滑り落ち、パレットが歯を解放する前に振り子を押します。デッドビートは、最初は精密な調整時計で使用されていましたが、その精度の高さから 19 世紀にアンカーに取って代わりました。重力脱進機を使用することが多い塔時計を除き、 ほぼすべての現代の振り子時計で使用されています^{[26] 。}

1741 年頃にルイ・アマンによって発明されたこのタイプのデッドビート脱進機は、非常に頑丈に作ることができます。歯の代わりに、ガンギ車には丸いピンがあり、はさみのようなアンカーによって止められ、解放されます。この脱進機は、アマン脱進機または (ドイツでは)マンハルト脱進機とも呼ばれ、塔時計でよく使用されます。^{[引用が必要]}

デテントまたはクロノメーター脱進機は海洋クロノメーターで使用されていましたが、18世紀と19世紀のいくつかの精密時計でも使用されていました。^[37] レバー脱進機クロノメーターが競合製品で上回り始めた20世紀初頭までは、バランスホイール脱進機の中で最も正確であると考えられていました。 ^[38]初期の形式は1748年にピエール・ル・ロワによって発明され、彼はピボット式のデテントタイプの脱進機を作成しましたが、これは理論的には不十分でした。^{[39] [40] [41]}デテント脱進機の最初の効果的な設計は、 1775年頃にジョン・アーノルドによって発明されましたが、デテントがピボット式でした。この脱進機は1780年にトーマス・アーンショーによって改良され、1783年にライト（彼が働いていた）によって特許を取得しましたが、特許に示されているように、機能しませんでした。アーノルドもスプリング デテント エスケープメントを設計しましたが、18 世紀最後の 10 年間に基本的なアイデアにいくつかの小さな変更が加えられたため、設計が改良されたアーンショーのバージョンが最終的に普及しました。最終的な形は 1800 年頃に登場し、この設計は 1970 年代に機械式クロノメーターが時代遅れになるまで使用されました。

デテントは独立した脱進機です。これにより、サイクルごとに1回（2振動ごとに）のみ発生する短い衝撃期間を除き、テンプはサイクルのほとんどの間、妨げられることなく振動します。^[39] 駆動ガンギ車の歯がパレットとほぼ平行に動くため、脱進機の摩擦が少なく、注油も必要ありません。これらの理由などから、デテントはテンプ時計用の最も正確な脱進機であると考えられていました。^[42] ジョン・アーノルドは、オーバーコイル・バランス・スプリングを備えたデテント脱進機（1782年に特許取得）を初めて使用し、この改良により彼の時計は1日あたり1～2秒以内の精度を誇る、真に正確な初の懐中時計となりました。これらは1783年以降に生産されました。

しかし、この脱進機には時計での使用を制限する欠点がありました。壊れやすく、熟練したメンテナンスが必要でした。また、自動始動ではないため、使用中に時計が揺れてテンプが止まると、再び始動することはありませんでした。さらに、大量生産が困難でした。そのため、自動始動レバー脱進機が時計で主流になりました。

水平またはシリンダー脱進機は、トーマス・トンピオンが1695年に発明し^[43]、ジョージ・グラハムが1726年に完成させ^[44]、1700年以降に懐中時計のバージ脱進機に取って代わった脱進機の1つでした。最大の魅力はバージよりもはるかに薄く、時計を流行に合わせてスリムに作れることでした。時計職人はそれが過度に摩耗する可能性があることに気付いたため、ルビー製のシリンダーを備えたいくつかの高級時計を除いて、18世紀にはあまり使用されませんでした。フランス人はシリンダーとガンギ車を硬化鋼で作ることでこの問題を解決し^[43]、この脱進機は19世紀半ばから20世紀にかけて、安価なフランスとスイスの懐中時計や小型時計に大量に使用されました。

パレットの代わりに、脱進機はテンプのシャフトに切り欠きのあるシリンダーを使用し、そこにガンギ歯が 1 つずつ入ります。^{[43] [44]} くさび形の歯はそれぞれ、入るときシリンダーの端にかかる圧力でテンプに衝撃を与え、回転するときにシリンダー内に保持され、反対側から出るときに再びホイールに衝撃を与えます。ホイールには通常 15 個の歯があり、各方向に 20° から 40° の角度でテンプに衝撃を与えます。^[43] これは摩擦式レスト脱進機であり、歯はテンプのサイクル全体にわたってシリンダーと接触しているため、レバーのような「分離型」脱進機ほど正確ではなく、摩擦力が高いため過度の摩耗が発生し、より頻繁な清掃が必要でした。^[44]

デュプレックス脱進機は、1700年頃にロバート・フックによって発明され、ジャン・バティスト・デュテルトルとピエール・ル・ロワによって改良され、トーマス・タイラーによって最終形に仕上げられ、1782年に特許を取得しました。 ^[45] 初期の形態には2つのガンギ車がありました。デュプレックス脱進機は製造が困難でしたが、シリンダー脱進機よりもはるかに高い精度を実現し、（初期の）レバー脱進機に匹敵し、注意深く製造すればデテント脱進機とほぼ同等の精度を実現しました。 ^{[45] [46] [47]} 1790年から1860年頃まで 高品質の英国製懐中時計 に使用され、 ^{[48] [49] [50]} 1880年から1898年にかけては安価なアメリカの「一般向け」時計であるウォーターベリーにも使用されました。^{[51] [52]}

デュプレックスでは、類似点のあるクロノメーター脱進機と同様に、テンプはそのサイクルの2回の振動のうちの1回のみ衝撃を受け取ります。 ^[48] ガンギ車には2組の歯があり（そのため「デュプレックス」と呼ばれます）、長いロック歯はホイールの側面から突き出ており、短い衝撃歯は上部から軸方向に突き出ています。サイクルは、ロック歯がルビーディスクに接した状態で始まります。テンプが反時計回りに中心位置まで振動すると、ルビーディスクのノッチが歯を解放します。ガンギ車が回転すると、パレットは衝撃歯からの押圧を受けるのにちょうどよい位置になります。次に、次のロック歯がルビーローラー上に落ち、テンプがサイクルを完了して時計回り（CW）に戻るまでそこに留まり、このプロセスが繰り返されます。CW 振動中、衝撃歯は再びルビーローラーのノッチに一瞬落ちますが、解放されません。

デュプレックスは技術的には摩擦静止脱進機です。ローラーに接する歯は、テンプが振動する際にいくらかの摩擦を加えます^{[48] [53]}が、これはごくわずかです。クロノメーターと同様に、パレットと衝撃歯はほぼ平行に動くため、衝撃中の滑り摩擦はほとんどなく、潤滑油もほとんど必要ありません。 ^[54] しかし、レバーに取って代わられました。デュプレックスの時計は、許容誤差が狭く、衝撃に弱いため、活動的な人には不向きでした。クロノメーターと同様に、自動始動ではなく、「設定」に弱いため、時計回りの振動中に突然の衝撃でテンプが止まると、再び始動することはできません。

レバー脱進機は、1750 年にトーマス・マッジによって発明され、19 世紀以来、ほとんどの時計に使用されています。その利点は、(1) 「分離型」脱進機であることです。シリンダー脱進機やデュプレックス脱進機とは異なり、テンプは、中央位置を通過する短い衝撃期間にのみレバーと接触し、残りのサイクルでは自由に振動するため、精度が向上します。また、(2) 自動始動脱進機であるため、時計を振ってテンプが止まっても、自動的に再び動き始めます。元の形式はラック レバー脱進機で、レバーとテンプは常にレバーのギア ラックを介して接触していました。後に、ギアの歯を 1 つを除いてすべて取り外せることがわかり、分離型レバー脱進機が生まれました。英国の時計職人は、レバーがテンプに対して直角になっている英国の分離型レバーを使用していました。その後、スイスやアメリカのメーカーは、レバーがテンプとガンギ車の間にあるインラインレバーを採用しました。これは現代の時計で使用されている形式です。1798年、ルイ・ペロンはピンパレット脱進機と呼ばれる安価で精度の低い形式を発明しました。これは20世紀初頭の安価な「ドル時計」に使用され、現在でも安価な目覚まし時計やキッチンタイマーに使用されています。^[55]

珍しいけれども興味深い機械式脱進機として、 1722年にジョン・ハリソンが発明したグラスホッパー脱進機があります。この脱進機では、振り子は2本の蝶番付きアーム（パレット）によって駆動されます。振り子が揺れると、一方のアームの端がガンギ車に引っ掛かり、ガンギ車をわずかに後方に押します。これによりもう一方のアームが解放され、ガンギ車が通過できるようになります。振り子が再び後方に揺れると、もう一方のアームがガンギ車を引っ掛かり、押し戻して最初のアームを解放し、これを繰り返します。グラスホッパー脱進機は、ハリソンの時代以降、ごく少数の時計に使用されています。18世紀にハリソンが作ったグラスホッパー脱進機は、今でも稼働しています。ほとんどの脱進機ははるかに早く摩耗し、はるかに多くのエネルギーを消費します。ただし、他の初期の脱進機と同様に、グラスホッパーはサイクル全体にわたって振り子に刺激を与えます。自由に振動することが決して許されないため、駆動力の変動による誤差が生じる。^[56] 19世紀の時計職人は、デッドビートのようなより分離した脱進機と競争できないと考えた。^{[57] [56]} それでも、十分に注意して作れば、精度を出すことは可能である。現代の実験的なグラスホッパー時計であるバージェス クロック B は、100日間稼働させても誤差はわずか5 ⁄ 8秒だった。^[58] 2年間稼働させた後、気圧補正後の誤差はわずか ±0.5 秒だった。^{[59] [60]}

重力脱進機は、小さな重りまたは弱いバネを使用して、振り子に直接衝撃を与えます。最も初期の形式は、振り子の両側に 1 本ずつ、振り子のサスペンション バネのすぐ近くに枢動する 2 本の腕で構成されていました。各腕には、角度の付いた平面がつながる小さなデッドビート パレットが取り付けられていました。振り子が 1 本の腕を十分に持ち上げると、そのパレットがガンギ車を解放します。ほぼ同時に、ガンギ車の別の歯がもう一方の腕の角度の付いた面を滑り上がり、それによって腕が持ち上げられます。腕はパレットに到達して停止します。その間、もう一方の腕はまだ振り子と接触しており、開始時よりも低い位置まで再び下降します。この腕の下降によって、振り子に衝撃が与えられます。この設計は、18 世紀中頃から 19 世紀中頃にかけて着実に開発されました。最終的に、この脱進機はタレット クロックの脱進機として選ばれるようになりました。タレット クロックの輪列は、風、雪、氷の荷重が変動する大きな外側の針によって駆動力が大きく変動するからです。重力脱進機では、輪列からの駆動力自体は振り子を動かすのではなく、単にその衝撃を与える重りをリセットするだけなので、脱進機は駆動力の変動の影響を受けません。

ここに示されている「ダブル スリーレッグ重力脱進機」は、ブロクサムという弁護士によって最初に考案され、後にグリムソープ卿によって改良された脱進機の一種です。これは、すべての正確な「タワー」時計の標準となっています。

ここで示すアニメーションでは、2 つの「重力アーム」は青と赤で色付けされています。2 つの 3 本足のガンギ車も青と赤で色付けされています。これらは 2 つの平行な平面で動作するため、青いホイールは青いアームのロック ブロックにのみ衝突し、赤いホイールは赤いアームにのみ衝突します。実際の脱進機では、これらの衝突により大きな「カチッ」という音が聞こえ、ロック ブロックの横に * が表示されます。3 つの黒いリフティング ピンは脱進機の動作の鍵です。これにより、脱進機の両側にある 1 対の平行線で示される量だけ、重みのある重力アームが持ち上げられます。この位置エネルギーの増加が、各サイクルで振り子に与えられるエネルギーです。ケンブリッジ トリニティ カレッジの時計では、約 50 グラムの質量が 1.5 秒ごとに 3 mm 持ち上げられます。これは 1 mW の電力に相当します。落下する重りからの駆動力は約 12 mW なので、脱進機の駆動に使用される電力はかなり過剰です。このエネルギーの多くは、脱進車に取り付けられた摩擦「フライ」の加速と減速で消費されます。

ロンドンのビッグベンを鳴らすウェストミンスターのエリザベスタワーの大時計は、二重の三脚重力脱進機を使用しています。

1974年頃にイギリスの時計職人ジョージ・ダニエルズによって発明され^[61]、1980年に特許を取得^[62]した同軸脱進機は、現代に商業的に採用された数少ない新しい時計脱進機の1つです。

これは、ロバート・ロビンが1792年頃に発明した、一方向に単一の衝撃を与える脱進機に遠い起源を持つと考えられる^{（誰によると？）。受動レバーパレットによってロックが達成され、 [63]}同軸脱進機の設計は、ロビンの別の変種であるファゾルト脱進機の設計に似ています。ファゾルト脱進機は、1859年にアメリカ人のチャールズ・ファゾルトによって発明され特許を取得しました。^{[64] [65] [66]} ロビン脱進機とファゾルト脱進機は両方とも、一方向にのみ衝撃を与えます。

後者の脱進機には、異なるドロップを持つレバーがあり、これは直径の異なる 2 つのガンギ車と噛み合います。小さい方の衝撃車はレバーの端にある単一のパレットに作用し、尖ったレバー パレットは大きい方のホイールをロックします。テンプはローラー ピンとレバー フォークを介してレバーと噛み合い、レバーによって動かされます。レバーの「アンカー」パレットは大きい方のホイールをロックし、これがロック解除されると、レバーの端にあるパレットはレバー フォークを介して小さい方のホイールから衝撃を受けます。戻りストロークは「デッド」で、「アンカー」パレットはロックとロック解除のみに使用され、衝撃は単一のレバー パレットを介して一方向に与えられます。デュプレックスと同様に、ロック ホイールは圧力と摩擦を減らすために大きくなっています。

しかし、ダニエルズ脱進機は、大きなホイールをロックおよびロック解除するためだけに機能する受動レバーパレットを使用して、二重の衝撃を実現します。一方、小さなホイールがローラーと衝撃ピンを介してレバーパレットに作用することで衝撃が与えられます。戻るときに、レバーは再び大きなホイールのロックを解除し、テンプスタッフの衝撃ローラーに直接衝撃を与えます。

主な利点は、両方の衝撃が中心線上またはその周囲で発生し、両方向に摩擦が解放されることです。^[要出典] この衝撃モードは、入口パレットに摩擦が加わるレバー脱進機よりも理論的に優れています。長い間、これはテンプの等時性に悪影響を及ぼすと認識されていました。^{[67] [68]}

購入者はもはや機械式時計を精度を主な理由に購入することはなくなったため、メーカーは必要な工具への投資にほとんど関心がなかったが、最終的にオメガは1990年にそれを採用した。^[68]

低価格のクオーツ時計では、機械式時計の精度をはるかに上回る精度を実現できるため、改良された脱進機の設計は、実用的な計時ニーズではなく、高級時計市場における目新しいものとして推進されています。宣伝効果を上げるため、ここ数十年で、高級機械式時計メーカーの中には、新しい脱進機を導入したところもあります。これらの脱進機は、いずれも、オリジナルの製作者以外の時計メーカーには採用されていません。

発明家ニコラ・デオン氏に代わってロレックスが最初に提出した特許に基づいて、 ^[69]定常脱進機は2008年にジラール・ペルゴによって実用的なプロトタイプとして開発され（ニコラ・デオン氏は当時ジラール・ペルゴの研究開発部門の責任者でした）、2013年までに時計に搭載されました。

この脱進機の主要部品は、弾性エネルギーを蓄えるシリコン製のバックルブレードです。このブレードは不安定な状態に近い位置まで曲げられ、バランスホイールがスイングするたびにパチンと解放されてホイールに衝撃を与え、その後、ホイールトレインによって再びコックされます。主張されている利点は、ブレードが解放されるたびにホイールに同じ量のエネルギーを与えるため、バランスホイールは、従来の脱進機で不正確さの原因となるホイールトレインとメインスプリングによる衝撃力の変動から隔離されることです。

パルミジャーニ・フルリエのジュヌカン脱進機やユリス・ナルダンのユリス・アンカー脱進機は、シリコン板バネの特性を活用している。独立系時計メーカーのドゥ・ベトゥーンは、磁石が共振器を高周波で振動させるというコンセプトを開発し、従来のヒゲゼンマイに代わるものを開発した。^[70]

19 世紀後半、振り子時計用の電気機械式脱進機が開発されました。これらの脱進機では、スイッチまたは光電管が、振り子の振動の短い区間で電磁石に電力を供給します。一部の時計では、振り子を駆動する電気パルスが、歯車列を動かすプランジャーも駆動します。

1843年、マテウス・ヒップは「echappement à palet」と呼ばれるスイッチで動く純粋に機械的な時計について初めて言及しました。^[71]この脱進機のさまざまなバージョンは、1860年代から電気で動く振り子時計、いわゆる「ヒップ・トグル」に使用されていました。^[72] 1870年代以降、改良版では振り子が振り子棒の爪を介してラチェットホイールを駆動し、ラチェットホイールが時計列の残りの部分を駆動して時間を示しました。振り子は毎回または設定された時間間隔で駆動されるわけではありませんでした。振り子は、その振り角が一定のレベル以下に減衰したときにのみ駆動されました。カウント爪と同様に、振り子にはヒップのトグルと呼ばれる小さな羽根が上部で回転し、完全に自由に振動することができました。振り子は、上部に V 字型の溝がある三角形の磨かれたブロックの上を横切るように配置されました。振り子の振れの弧が十分に大きい場合、羽根は溝を横切り、反対側で自由に振れます。弧が小さすぎると、羽根は溝の反対側から離れず、振り子が振り戻されるときにブロックを強く下方に押します。ブロックには、振り子を動かす電磁石への回路を完了する接点があります。振り子は必要なときだけ動かされます。

このタイプの時計は、大規模な建物で多数のスレーブ時計を制御するためのマスター時計として広く使用されていました。ほとんどの電話交換機は、1 秒ごと、6 秒ごとなど、さまざまな持続時間のパルスを発行して、電話のセットアップと課金を制御するために必要な時間指定イベントを制御するために、このような時計を使用していました。

1895年にフランク・ホープ・ジョーンズによって設計されたシンクロノームスイッチと重力脱進機は、20世紀の彼らの時計の大部分の基礎となった。^[73]また、ショート・シンクロノーム自由振り子時計のスレーブ振り子の基礎でもある。^[74]振り子に取り付けられた収集アームは、15歯のカウントホイールを1つの位置で動かし、逆方向への動きを防ぐ爪が付いています。ホイールには羽根が付いており、30秒ごとに1回転して重力アームを解放します。重力アームが下がると、振り子に直接取り付けられたパレットを押して振り子を押します。アームが下がると、電気接点ができて電磁石が励磁され、重力アームがリセットされ、スレーブ時計の30秒ごとのインパルスとして機能します。^[75]

20 世紀、イギリスの時計学者ウィリアム ハミルトン ショートが自由振り子時計を発明しました。これは 1921 年 9 月に特許を取得し、シンクロノーム社によって製造されました。精度は 1 日 100 分の 1 秒です。このシステムでは、計時用の「マスター」振り子の棒は、温度による長さの変化がほとんどないインバーと呼ばれる 36% ニッケルの特殊鋼合金でできており、真空チャンバーに密閉された状態で外部の影響を可能な限り受けずに振動し、何の作業も行いません。マスター振り子が脱進機と機械的に接触するのは、30 秒ごとにほんの一瞬だけです。2 番目の「スレーブ」振り子がラチェットを回転させ、30 秒弱ごとに電磁石を作動させます。この電磁石は、マスター振り子の上にある脱進機に重力レバーを解放します。ほんの一瞬後 (正確には 30 秒ごとに)、マスター振り子の動きによって重力レバーが解放され、さらに下降します。この過程で、重力レバーはマスター振り子に小さな衝撃を与え、振り子の振動を維持します。重力レバーは 1 組の接点に落ち、いくつかの動作を行う回路が完成します。

1. 2番目の電磁石に電力を供給して、重力レバーをマスター振り子の上の最高位置まで上げます。
2. 1つ以上の時計の文字盤を作動させるためにパルスを送信し、
3. スレーブ振り子をマスター振り子と同期させる同期機構にパルスを送信します。

重力レバーを解放するのはスレーブ振り子であるため、この同期は時計の機能にとって不可欠です。同期機構は、スレーブ振り子のシャフトに取り付けられた小さなバネと、スレーブ振り子がわずかに遅れて動いている場合にバネをキャッチする電磁アーマチュアを使用して、スレーブ振り子の1回の振動の周期を短縮します。スレーブ振り子はわずかに遅く動くように調整され、ほぼ1つおきの同期パルスでバネがアーマチュアにキャッチされます。^[76]

この形式の時計は天文台で使用する標準となり（約100個の時計が製造された^[77]）、地球の自転速度の小さな変化を検出できる最初の時計となった。

• エスケープメント（ラジオコントロール）

• ブリテン、フレデリック J. (1881)。『時計と時計職人のハンドブック』、第 4 版。ロンドン: W. ケント & Co.、p.56-58

• ベケット、エドマンド、カニンガム、ヘンリー・ハーディング (1911)。「ウォッチ」 。ヒュー・チザム(編) 著。ブリタニカ百科事典。第 28 巻 (第 11 版)。ケンブリッジ大学出版局。362 ～ 366 ページ。
• グラスゴー、デイヴィッド（1885年）。『時計と時計製造』ロンドン：カッセル社、pp.137-154。
• ミルハム、ウィリス I. (1945)。時間とタイムキーパー。ニューヨーク：マクミラン。ISBN 0-7808-0008-7。
• ローリングス、アーサー・ライオネル（1993年）。『時計と腕時計の科学』第3版。アプトン、イギリス：英国時計協会。ISBN 0-9509621-3-9。

• デニー、マーク (2010年6 月)。「トゥールビヨンとその仕組み」。IEEE制御システム マガジン。30 (3)。IEEE制御システム協会: 19–99。doi :10.1109/ MCS.2010.936291。S2CID 24169789  。

ウィキメディア・コモンズには、脱進機に関連するメディアがあります。

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• マーク・ヘドリックの時計学のページ。多くの脱進機のアニメーション写真が掲載されている。
• ダニエルズ同軸脱進機の性能、Horological Journal、2004 年 8 月
• 時計の脱進機、The Keystone (雑誌)、1904 年、 Project Gutenberg経由：「レバー、シリンダー、クロノメーター脱進機の理論と実践の完全な研究、および時計学における脱進機の起源と進化の簡単な説明。」
• 1992年3月23日に発行された米国特許番号5140565は、ホイヘンスのサイクロイド振り子に類似したサイクロイド振り子に関するものである。
• findarticles.com: エドワード・ホール教授の訃報、インディペンデント（ロンドン）、2001 年 8 月 16 日
• アメリカ時計職人協会、非営利業界団体
• スイス時計産業連盟 FH、時計産業業界団体
• 動力源から振動体に機械的エネルギーのバーストを伝達する方法 アーカイブ 2013-06-29 at archive.today
• オルタナティブ・エスケープメント、Europa Star、2014 年 9 月
• 脱進機の進化、モノクロ時計、ザビエル・マルクル、2016 年 2 月