マリンクロノメーター

クリスティアーン・ホイヘンスは、1656年に振り子時計を発明した後、1673年にジャン＝バティスト・コルベールの後援を受けてフランスで航海用クロノメーターの最初の試みを行った。^{[ 5 ] [ 6 ]} 1675年、ルイ14世から年金を受けていたホイヘンスは、振り子の代わりにバランスホイールとらせんばねを使用して調整するクロノメーターを発明し、航海用クロノメーターや現代の懐中時計、腕時計への道を開いた。彼はコルベールから発明の特許を取得したが、彼の時計は海上では不正確だった。 ^{[ 7 ]} 1675年にホイヘンスがチャールズ2世からイギリスの特許を取得しようとしたことが、数年前にゼンマイ駆動の時計を考案したと主張するロバート・フックを刺激し、フックはそれを製造して特許を取得しようとした。 1675年、ホイヘンスとフックはそれぞれ2つの装置をチャールズに届けたが、どちらもうまく機能せず、ホイヘンスもフックもイギリスの特許を取得できなかった。フックがフックの法則を定式化したのはこの研究中であった。^{[ 8 ]}

クロノメーターという用語が初めて出版されたのは、1684年にキール大学の教授マティアス・ヴァスムートが著した理論書『アルカヌム・ナヴァルキクム』においてである。これに続いて、1713年にイギ​​リスの科学者ウィリアム・ダーハムが著した書物でクロノメーターの理論的な説明がなされた。ダーハムの主著『物理神学、あるいは創造の業から神の存在と属性を実証する』では、時計の動作精度を高めるために真空密封の使用も提案されている。^{[ 9 ]}実用的な航海用クロノメーターの製作は、1714年にイギリスのジェレミー・タッカーによって、2年後にはフランスのヘンリー・サリーによって始められた。サリーは1726年に『M.サリーが発明し実行した時計』を出版したが、彼とタッカーのどちらのモデルも、船上での荒波に耐え、正確な時間を刻むことはできなかった。^{[ 10 ]}

1714年、英国政府は海上での経度測定方法に対して経度賞を授与し、その賞金は精度に応じて1万ポンドから2万ポンド（ 2026年換算で200万ポンドから400万ポンド）に及ぶとした。ヨークシャーの大工ジョン・ハリソンは1730年にプロジェクトを提出し、1735年には、重力や船の動きに影響されない動きをするバネでつながれた一対の逆振動する重り付き梁に基づく時計を完成させた。彼の最初の2つの航海用時計H1とH2（1741年完成）はこのシステムを使用していたが、遠心力に根本的に敏感であることに気づき、海上では十分な精度が得られないことを悟った。1759年に製作された3番目の機械H3には、斬新な円形天秤と、現在でも広く使用されているバイメタルストリップとケージ付きローラーベアリングの発明が含まれていた。しかし、H3の円形天秤は依然として精度が低すぎることが判明し、彼は最終的に大型機械の使用を断念した。^{[ 12 ]}

ハリソンは、1761 年に、はるかに小型のH4 クロノメーター設計で精度の問題を解決しました。H4は、直径 5 インチ (12  cm) の大きな懐中時計によく似ていました。1761 年に、ハリソンは H4 を 20,000 ポンドの経度賞に応募しました。彼の設計では、温度補償されたらせんばねによって制御される高速振動するテンプが使用されていました。これらの特徴は、安定した電子発振器によって非常に正確な携帯用時計が手頃な価格で製造できるようになるまで使用され続けました。1767 年に、経度委員会は、ハリソン氏の研究の説明を「ハリソン氏の時計の原理」として出版しました。^{[ 13 ]} 1767 年に、シャルル・フランソワ・セザール・ル・テリエ・ド・モンミライユ率いるフランス探検隊が、オーロール号に乗って航海用クロノメーターを使用して最初の経度測定を行いました。^{[ 14 ]}

1748年、フランスでピエール・ル・ロワは現代のクロノメーターの特徴であるデテント脱進機を発明した。 ^{[ 15 ]} 1766年、彼はデテント脱進機、温度補償テンプ、等時性テンプスプリングを組み込んだ革新的なクロノメーターを製作した。^{[ 16 ]}ハリソンは海上での信頼性の高いクロノメーターの可能性を示したが、ル・ロワによるこれらの開発は、ルパート・グールドによって現代のクロノメーターの基礎であると考えられている。^{[ 16 ]}ル・ロワの革新により、クロノメーターは予想以上に正確なものとなった。^{[ 17 ]}

フランスのフェルディナン・ベルトゥーとイギリスのトーマス・マッジも航海用時計の製造に成功した。 ^{[ 15 ]}いずれも単純なものではなかったが、ハリソンの設計が問題に対する唯一の解決策ではないことを証明した。実用化に向けて最大の進歩を遂げたのはトーマス・アーンショーとジョン・アーノルドで、1780年に簡略化された分離型の「スプリングデテント」脱進機を開発し特許を取得し、^{[ 18 ] [ 19 ]}温度補正をテンプに移し、テンプのバネの設計と製造を改良した。これらの革新の組み合わせは、電子時代まで航海用クロノメーターの基礎となった。

新技術は当初非常に高価であったため、すべての船がクロノメーターを搭載していたわけではなかった。東インド会社の船アーニストン号の悲劇的な最後の航海がそれを物語っており、この船は難破し、372名の命が失われた。^{[ 20 ]}しかし、1825年までに、イギリス海軍は定期的に艦船にクロノメーターを配備し始めた。^{[ 21 ]}

1820年から、英国グリニッジ王立天文台は、海軍本部が主導した試験、または「クロノメーター競技会」プログラムで航海用クロノメーターのテストを開始し、クロノメーターの改良を奨励した。1840年には、第7代王室天文官ジョージ・ビデル・エアリーによって、異なる形式での新たな一連の試験が開始された。これらの試験は、1914年の第一次世界大戦勃発までほぼ同じ形式で続けられ、その時点で中断された。正式な試験は終了したが、英国海軍向けのクロノメーターのテストは終了しなかった。^{[ 22 ] [ 23 ]}

船舶用クロノメーターのメーカーは、自社の時計の精度評価を行うために、西ヨーロッパに点在する多数の天文台に頼っていました。機械式時計のムーブメントが、十分な精度で船舶航行を可能にするほどの精度に達すると、これらの第三者による独立した評価は、西ヨーロッパの天文台で「クロノメーター競技会」として知られるようになりました。ヌーシャテル天文台、ジュネーブ天文台、ブザンソン天文台、キュー天文台、ハンブルク・ドイツ海軍天文台、グラスヒュッテ天文台は、機械式時計の精度を認証した天文台の代表的な例です。天文台での試験は通常30日から50日間続き、精度基準は、スイス公式クロノメーター検定機関（COSC）が定める現代の基準よりもはるかに厳格で困難なものでした。ムーブメントが天文台の試験に合格すると、天文台クロノメーターとして認定され、天文台からムーブメントの性能を規定した「Bulletin de Marche（行進報）」が発行される。

当時、船は長距離航海に出る前に、グリニッジ王立天文台にあるような時球を観測してクロノメーターの精度を確認するのが一般的でした。毎日、船はグリニッジのテムズ川に短時間停泊し、天文台の時球が午後 1 時ちょうどに落下するのを待ちました。^{[ 24 ]}この慣習は、後にグリニッジ標準時が国際標準として採用されるきっかけの一つとなりました。 ^{[ 25 ]} （時球は、1920 年頃に無線時刻信号が導入されたことで不要になり、無線時刻信号自体もGPS 時刻にほぼ取って代わられました。） 航海に出る前に時刻を設定することに加えて、船のクロノメーターは、月^{[ 26 ]または太陽[ 27 ]}の観測を行うことで、航海中にも定期的に精度チェックが行われていました。通常の用途では、クロノメーターは損傷や風雨にさらされないように、甲板下の保護された場所に設置されていました。船乗りたちは、天体観測を行うために甲板に持ち運ぶ、いわゆるハックウォッチをクロノメーターで時刻合わせした。ハックウォッチはクロノメーターより精度ははるかに劣り（そして安価でもあった）、時刻合わせ後短時間（つまり観測を行うのに十分な時間）であれば十分な精度を発揮した。

19 世紀半ばに工業生産方式が時計製造に革命をもたらし始めたものの、クロノメーターの製造はそれよりもずっと長い間職人技に頼っており、イギリスとスイスのメーカーが支配的でした。20 世紀初頭頃、ユリス・ナルダンなどのスイスのメーカーは、現代的な生産方式を取り入れ、完全に互換性のある部品を使用する方向に大きく前進しましたが、アメリカのハミルトンウォッチ カンパニーが大量生産のプロセスを完成させたのは第二次世界大戦の勃発後になってからのことでした。これにより、1942 年以降、ハミルトン モデル 21 およびモデル 22 クロノメーターを何千個も生産し、第二次世界大戦中、アメリカ軍や商船隊、その他の連合軍に供給することができました。ハミルトン 21 マリン クロノメーターはチェーン駆動のフュージーを備え、秒針は60 秒目盛りのサブダイヤル上で 1/2秒刻みで進みました。ドイツでは、船舶用クロノメーターは輸入または外国製の主要部品を使用していたため、生産効率を高めるために、ヴェンペ・クロノメーターヴェルケとA.ランゲ＆ゾーネの協力により、ドライ・プファイラー・ヴェルク・アインハイツクロノメーター（3本柱式統一クロノメーター）が開発されました。高精度で安価なアインハイツクロノメーターの開発は、1939年のドイツ海軍司令部と航空省主導のイニシアチブでした。量産は1942年に開始されました。すべての部品はドイツ製で互換性がありました。^{[ 28 ]}第二次世界大戦中、原材料が不足したために必要となった変更が適用され、生産を加速するために、さまざまなドイツのメーカー間で強制的に、または時には自主的に作業が分担されました。ドイツ統一設計クロノメーターとその調和部品の製造は、第二次世界大戦後もドイツとソ連で長く続けられた。ソ連はオリジナルのEinheitschronometerの技術図面を没収し、1949年にモスクワに生産ラインを設立して、ドイツ製ムーブメントを搭載した最初のソ連製MX6クロノメーターを製造した。^{[ 29 ]} 1952年から1997年までは、ソ連時代の時計研究所であるНИИ ЧАСПРОМ（NII Chasprom）が考案した軽微な変更を加えたMX6クロノメーターが、すべてソ連製の部品から製造された。^{[ 30 ]}ドイツのEinheitschronometer最終的に、機械式船舶用時計の設計としては最も多く生産され、約 58,000 台が生産されました。このうち、第二次世界大戦中に生産されたのは 3,000 台未満、戦後に西ドイツと東ドイツで生産されたのは約 5,000 台、ソビエト連邦とその後のソビエト連邦後のロシアで生産されたのは約 50,000台でした。 ^{[ 31 ]}第二次世界大戦中および戦後に生産されたハミルトン 21 マリン クロノメーターは約 13,000 台でした。アインハイツクロノメーターとハミルトンの成功にもかかわらず、機械式時計の時代には、旧式のクロノメーターが市場から消えることはありませんでした。トーマス マーサー クロノメーターは、それらを製造し続けた企業の 1 つでした。

船舶用クロノメーターは、これまでに製造された携帯型機械式時計の中で最も精度が高く、静止環境においては、天文台用の非携帯型精密振り子時計に次ぐ精度を誇っていました。これらは六分儀とともに、海上における船舶の位置を特定するために用いられました。航海国は、海上での位置を正確に特定することが海軍にとって決定的な優位性をもたらすため、これらの精密機器の開発に多額の投資を行いました。クロノメーターの精度と、それによって可能になった航海技術の精度がなければ、英国海軍、ひいては大英帝国の隆盛は、これほど圧倒的なものにはならなかったかもしれません。戦争と海外植民地の征服によって帝国が形成された時代は、クロノメーターのおかげで英国船が信頼できる航海手段を持っていた一方で、ポルトガル、オランダ、フランスの敵国はそうではなかった時代だったのです。^{[ 32 ]}例えば、フランスはイギリスよりも先にインドや他の地域で確固たる地位を築いていたが、七年戦争で海軍に敗れた。

航海用クロノメーターの評価と保守は、第一次世界大戦後、英国王立天文台のクロノメーター部門の業務が、海軍省が既に所有しているクロノメーターや時計の評価と受入試験の提供にほぼ限定されるようになったため、20 世紀に入っても重要視されていました。^{[ 22 ] [ 23 ]} 1937 年、英国軍に支給されたクロノメーターや時計の修理と調整のために、タイム部門によって初めて作業場が設立されました。これらの保守作業は、それまでは民間の作業場に委託されていました。^{[ 33 ]}

1960年代頃から、機械式スプリングデテント式マリンクロノメーターは、電気工学技術に基づくクロノメーターに徐々に置き換えられ、取って代わられました。^{[ 34 ]} 1985年、英国国防省は、ハミルトン モデル21 マリンクロノメーターの機械式を処分するための入札を募りました。米国海軍は、GPS全地球航法衛星システムが信頼できると承認された1988年まで、ハミルトン モデル21 マリンクロノメーターをLoran-C双曲線無線航法システムのバックアップとして使用し続けました。20世紀末には、機械式マリンクロノメーターの生産は減少し、ロシアの第一モスクワ時計工場「キーロフ」（ポリョート）、ドイツのヴェンペ、イギリスのマーサーで特注で少数が作られるのみとなりました。^{[ 35 ]}

ハリソンのH1からH4を含む、世界で最も完全な航海用クロノメーターのコレクションは、英国ロンドンのグリニッジ王立天文台に所蔵されている。