機械式時計

時計を動かす主ゼンマイは、らせん状のバネ鋼のリボンで、円筒形の香箱の中に収められており、主ゼンマイの外端が香箱に取り付けられています。主ゼンマイの力で香箱が回転します。香箱の外周には歯車があり、これが中央の車輪を1時間に1回転させます。この車輪には文字盤を貫通する軸があります。文字盤側では、キャノンピニオンが摩擦嵌合で取り付けられており（針を合わせる際にスライドできるようになっています）、分針はこのキャノンピニオンに取り付けられています。キャノンピニオンは、12対1の減速比を持つ小さな歯車機構（モーションワーク）を駆動し、分針が12回転するごとに時針と時車が1回転します。

同じ振動数であれば、機械式時計の稼働時間、ランタイム、またはパワーリザーブは、主に主ゼンマイのサイズによって決まります。主ゼンマイのサイズは、必要な動力と利用可能なスペースによって決まります。ムーブメントが汚れていたり摩耗していたり​​すると、主ゼンマイから脱進機への動力伝達が効率的に行われない可能性があります。メンテナンスによって、低下したランタイムを回復させることができます。ほとんどの機械式時計のムーブメントの稼働時間は36時間から72時間です。中には1週間稼働できる機械式時計のムーブメントもあります。機械式ムーブメントの正確な稼働時間は、次の式で計算されます。 ${\displaystyle n_{2}={\frac {n_{1}\cdot z_{1}}{z_{2}}}}$^{[ 10 ]} ここで$\displaystyle z_{1}}$バレル歯の数、$\displaystyle z_2}}$は中央のピニオンリーフの数です。${\displaystyle n_{1}}$はバレルの回転数であり、${\displaystyle n_{2}}$これは、センターピニオンの回転数、つまり運転時間です。

中央の歯車は3番目の歯車のピニオンを駆動し、3番目の歯車は4番目の歯車のピニオンを駆動します。秒針が6時位置の上にあるスモールセコンドダイヤルにある時計では、4番目の歯車は1分間に1回転するようにギアで制御されており、秒針はこの歯車の軸に直接取り付けられています。

第4車は、レバー脱進機の脱進車を駆動します。脱進車の歯は、前後に揺れるパレットレバーのアームにあるパレットと呼ばれる2つの突起に交互に引っかかります。レバーのもう一方の端にはフォークがあり、テンプ軸の垂直なインパルスピンに噛み合います。テンプが中央位置を通過するたびにレバーのロックが解除され、脱進車の歯が1つ解放され、時計の歯車が一定量進み、針が前進します。脱進車が回転すると、その歯がレバーを押し、テンプに短い押し力が加わり、テンプは前後に揺れ続けます。

テンプは時計の時間を刻む部品です。テンプは、前後に回転する重りの付いた車輪と、細い螺旋状のバネ（テンプバネまたは「ヘアスプリング」）によって中心位置に戻される機構から構成されています。車輪とバネは一体となって調和振動子を形成します。テンプの質量とバネの剛性が組み合わさることで、車輪の各振動、つまり「ビート」の周期が正確に制御されます。テンプの振動周期T（秒）は、1サイクル（2ビート）に必要な時間であり、

${\displaystyle T=2\pi {\sqrt {\frac {I}{\kappa }}}\,}$

どこ${\displaystyle I\,}$は、キログラムメートル² 単位の車輪の慣性モーメントであり、${\displaystyle \kappa \,}$は、テンプのばね定数（剛性）をニュートンメートル/ラジアンで表したものです。ほとんどの時計のテンプは、毎秒5、6、8、または10拍で振動します。これはそれぞれ2.5、3、4、5Hz、または毎時18,000、21,600、28,800、36,000拍（BPH）に相当します。ほとんどの時計には、時計の速度を調整するために使用されるテンプのばねに調整レバーがあります。このレバーには、ばねの最後の巻きを挟む2つのカーブピンがあり、ピンの後ろの部分を固定しているため、カーブピンの位置によってばねの長さが決まります。調整レバーを動かすと、カーブピンがばねに沿って上下にスライドし、ばねの有効長を制御します。ピンをばねに沿って上にスライドさせてばねの長さを短くすると、ばねは硬くなり、 ${\displaystyle \kappa \,}$上記の式において、車輪の周期を減少させる${\displaystyle T\,}$そのため、前後に揺れる速度が速くなり、時計の進みが速くなる。

キーレスワークと呼ばれる別の歯車セットが、リューズを回転させると主ゼンマイを巻き上げ、リューズを少し引き出すと針を回して時計を合わせることができます。リューズに取り付けられたステムには、クラッチまたはキャッスルホイールと呼ばれる歯車があり、両端から軸方向に突き出た2つの歯のリングがあります。ステムを押し込むと、外側の歯が主ゼンマイバレルの上にあるラチェットホイールを回転させ、主ゼンマイの内側の端が取り付けられているシャフトを回転させ、シャフトに主ゼンマイをよりしっかりと巻き付けます。バネ仕掛けの爪またはクリックがラチェットの歯に押し付けられ、主ゼンマイがほどけるのを防ぎます。ステムを引き出すと、キャッスルホイールの内側の歯が分針車を回転させる歯車にかみ合います。リューズを回すと、キャノンピニオンの摩擦カップリングにより針を回転させることができます。

秒針が分針と時針と同軸、つまり文字盤の中心を支点として回転する場合、秒針が文字盤上の分目盛りの周りを一周するため、この配置は「センターセコンド」または「スイープセコンド」と呼ばれます。

当初、センターセコンド針は、トッププレートの外側にあるギアを介して、中間車を介して第三車から駆動されていました。この秒針の駆動方法は、間接センターセコンドと呼ばれます。ギアがプレートの外側にあるため、ムーブメントの厚みが増し、秒針を1分間に1回転させるために第三車の回転をギアで増幅する必要があったため、秒針は震えるような動きをしていました。^{[ 11 ]}

1948年、ゼニスは、第4歯車がムーブメントの中心に配置され、センターセコンド針を直接駆動できる再設計された歯車列を備えた時計を発表しました。それまでムーブメントの中心にあった分歯車は中心からずらされ、分針を間接的に駆動するようになりました。間接的な歯車によるわずかな揺れは、分針の比較的ゆっくりとした動きによって隠されます。この再設計により、歯車列のすべての歯車がプレート間に配置され、より薄いムーブメントが可能になりました。^{[ 12 ]}

時計において宝石は 2 つの目的を果たします。^{[ 17 ]} 第一に、摩擦の低減により精度が向上します。歯車列のベアリングと脱進機の摩擦により、テンプに加わる衝撃にわずかな変動が生じ、時間の計測速度に変動が生じます。宝石の表面の摩擦が低く予測可能であるため、これらの変動が低減されます。第二に、ベアリングの寿命を延ばすことができます。宝石のないベアリングでは、時計の歯車の軸が、ムーブメントを支えるプレートの穴の中で回転します。駆動ギアによって加えられる横方向の力により、穴の片側に圧力と摩擦が大きくなります。一部の歯車では、回転軸が穴を摩耗させて楕円形にし、最終的にギアが詰まって時計が停止することがあります。

脱進機では、滑り摩擦によって作動する部品に宝石が使用されます。^{[ 17 ]}

• パレットとは、レバー上の角度のついた長方形の表面で、脱進機の歯車が押し付けられる部分です。時計のムーブメントにおける主な摩擦源であり、宝石が最初に用いられた箇所の1つでもあります。
• インパルスピン - テンプ軸上のディスクにある、中心からずれた位置にあるピンで、レバーフォークによって押され、テンプを回転させ続ける役割を果たします。

ベアリングには2種類のタイプが使用されています。

• 穴付き宝石 - これらはドーナツ型のスリーブベアリングで、ほとんどのホイールの軸（アーバー）を支えるために使用されます。
• キャップストーンまたはキャップジュエル - 歯車の軸が垂直位置にあるとき、軸の肩部が穴付きジュエルの側面に接触し、摩擦が増加します。これにより、時計の姿勢によって精度が変化する原因となります。そのため、テンプの軸など、摩擦が重要なベアリングでは、軸の両端に平らなキャップストーンが追加されます。軸が垂直位置にあるとき、その丸みを帯びた端がキャップストーンの表面に接触し、摩擦が低減されます。

時計のムーブメントに使用される宝石の数は、宝石加工が安価になり、時計の精度が向上したため、過去 150 年で増加しました。時計で本当に宝石加工が必要なベアリングは、主ゼンマイのバレルからテンプに力を伝達する歯車列のベアリングだけです。なぜなら、主ゼンマイから常に力がかかっているのはこれらのベアリングだけだからです。^{[ 21 ]}針を回す歯車（運動機構）とカレンダーホイールには負荷がかからず、主ゼンマイを巻き上げる歯車（鍵なし機構）はめったに使用されないため、摩耗はそれほど大きくありません。摩擦は最も速く動く歯車に最も大きな影響を与えるため、宝石加工による恩恵が最も大きくなります。そのため、時計で最初に宝石加工された機構はテンプのピボットで、次に脱進機でした。宝石ベアリングが追加されるにつれて、それらはよりゆっくりと動く歯車に適用され、宝石加工はバレルに向かって歯車列を上って進みました。 17 石の時計は、テンプからセンターホイールのピボットベアリングまでのすべてのベアリングに宝石が使用されているため、「フルジュエル」の時計とみなされていました。^{[ 18 ]}高品質の時計では、位置誤差を最小限に抑えるために、レバーと脱進機のベアリングにキャップストーンが追加され、21 石になりました。主ゼンマイの香箱軸にも宝石が使用されることがあり、合計 23 石になります。1950 年代に自動巻き時計が導入されると、自動巻き機構のいくつかのホイールに宝石が使用され、宝石の数は 25 ～ 27 石に増加しました。

上記の宝石に加えてさらに宝石を追加することが時計にとって本当に役立つかどうかは疑わしい。^{[ 22 ]}テンプに影響を与える唯一の歯車、つまり輪列の歯車はすでに宝石で装飾されているため、精度は向上しない。 最も正確な携帯用時計である航海用クロノメーターでも、宝石は7個しかないことが多い。また、追加の歯車軸受に宝石を付けても、ムーブメントの寿命は延びない。前述のように、他のほとんどの歯車はそれほど摩耗しないため、宝石は必要ない。

しかし、20世紀初頭までに時計のムーブメントは標準化され、製造技術の質以外に機構上の違いはほとんどなくなっていた。そのため、時計メーカーは、時計の品質を区別する数少ない指標の一つである宝石の数を主要な宣伝ポイントとし、文字盤に大きく表示するようになった。消費者は他に判断材料がほとんどなかったため、宝石の数が多いほど時計の品質が高いと考えるようになった。当初はこれが品質の良し悪しを測る良い指標であったが、メーカーにとっては宝石の数を増やすインセンティブとなってしまった。

1960年代頃にはこの「宝石ブーム」が新たな高みに達し、メーカーは41、53、75、あるいは100個の宝石を使用した時計を製造した。^{[ 21 ] [ 22 ]}これらの追加の宝石のほとんどは全く機能的ではなく、可動部品に接触することはなく、宝石の数を増やすためだけに含まれていた。例えば、ウォルサムの100宝石時計は、通常の17宝石のムーブメントに、自動巻きローターの周りに83個の小さなルビーが取り付けられたものであった。^{[ 23 ]}

1974年、国際標準化機構（ISO）は、スイス時計産業標準化団体Normes de l'Industrie Horlogère Suisse（NIHS）と協力して、広告や販売資料の宝石数に機能しない宝石を含めることを製造業者に禁じる規格ISO 1112を発行しました。これにより、完全に機能しない宝石の使用はなくなりました。しかし、一部の専門家は、製造業者がISO 1112の抜け穴を利用して、実際には必要のない歯車に機能的な宝石付きベアリングを追加する「アップジュエリング」によって、時計の宝石数を水増しし続けていると述べています。^{[ 22 ]}例として挙げられるのは、3番目と4番目の歯車ベアリングにキャップストーンを追加したり、分針歯車ベアリングに宝石を付けたり、自動巻きラチェット爪を追加したりすることです。これらの追加はどれも、時計の精度や寿命を向上させるものではないと言えるでしょう。