テンプの自動制御~機械式時計は高精度化できるか

セイコーにスプリングドライブという技術がある。ゼンマイの力でロータを回して発電しつつその回転数を制御する仕組みだが、私からみると「なにそれ?」と思える仕組みだ。組み合わせに合理性がなく、機械式とクオーツの良いとこ取りなどとはお世辞にもいえない。こんなややこしいことをやってるヒマがあったら素直に電気でステッピングモータを駆動した方がよくないか。

スプリングドライブは機械が「主」で精度をクオーツで補うもの、ではない。テンプやガンギ車といった脱進機を省略したらもはや機械式時計とはいえまい。そして動力源はなぜかゼンマイ。これは一体なにか?強いて表現すれば機械モドキの電気時計、というのが私の印象だ。この機構はセイコーしか作れないらしい。確かに技術は大したものだが消費者に訴えるメリットが弱い。まるでマツダのロータリーエンジンのようだ。

 

機械が「主」で精度をクオーツで補うコンセプトで新たな商品が生み出せないか。

機械式の心臓部はテンプであり、その周期の正確さで精度が決まる。このテンプの周期を高精度に制御できれば、機械式時計の精度を新たなステージに導くことができるはず。たとえば下の図だが、テンプに永久磁石を埋め込んでクオーツをリファレンスにセンサレス制御で周期を安定させる例だ。既存の機構に対しこの簡単な仕組みを追加するだけで温度や姿勢差による影響を排除でき、精度を簡単に1桁以上あげられる可能性がある。既にだれか考えていそうな機構だが商品化されていない。

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 このしくみはあくまで機械が「主」で精度をクオーツでサポートするというもの。機械式時計の機構は変わらないから、蓄電池が電池切れのときや、電子回路が壊れたときは、フツーの機械式時計として機能する。電波受信回路を内蔵して長期の進み遅れを補正すれば電波時計並みの精度を得ることも夢ではない。

 

<技術詳細>
永久磁石が電磁石に接近したとき電磁石に電流を流すとテンプの速度が加速されてテンプの周期があがるることで時計が進み、通り過ぎたところで電流を流せばテンプ速度にブレーキをかけて時計を遅らせることができる。また、電磁石に流す電流の向きを変えれば磁極が反転するので吸引反発を作用させることでき、同じ磁石の位置で進み遅れを制御できる。電磁石の位置はどこでも良いが、テンプの速度が落ちる往復運動の終端近傍が速度制御しやすく電流効率がよい。
電流はいつも流す必要はなく調整が必要なときに限られる。電流を流さないとき電磁石はセンサとして機能する。磁石が電磁石の前を通り過ぎると電磁石に電流が流れるので、これをカウントして基準振動発生器が発する振動数と比較することで現在の周期や磁石位置を正確に知ることができる。またこれによって電流を流すタイミングを磁石の位置に合わせて正確にできる。磁石の数(ポール数)を増やすと1周期に得られるパルスが増えてより高精度な制御ができる。
パルス電流を出すタイミングや頻度は比較制御器で演算、決定される。制御器は良く知られたPIのほか、予測制御、適応制御などによって構成される。過去の誤差情報や制御定数を不揮発メモリに記憶しておくことで長周期の補正ができ、電池切れしてもはややかに復帰できる。
制御電流や回路の電源は蓄電器でまかなわれる。発電は自動巻き機構を利用したキネティックやソーラーパネルが利用される。蓄電器の代わりに電池を利用してもよい。ドッキングステーションを作って非接触給電してもよい。不揮発メモリに記憶された過去の誤差情報(運針データなど)はパソコンなど外部端末にダウンロードして表示することもできる。他のセンサを付ければ健康管理にも役立つ。データの転送はUSB端子を付けるか、無線通信してもよい。

 

<参考購入先>
スプリングドライブ
キネティック

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