NBSのリーフラー時計 No.76

電波の時刻を受け取り、研究室へ秒を渡す時計#

NBS（米国国立標準局）が1904年に購入したリーフラー時計No.76は、ガラス容器内で振り子を動かす精密時計である。NIST（米国国立標準技術研究所）が資料番号1998.0515.001Aで収蔵するこの個体には、番号76、年号1903、ドイツ特許番号50739と100870が記されている。1903という刻印と1904年の購入は別の情報であり、同じ出来事の日付ではない。1

この時計の役割は、米国全土の時刻を独力で決めることではなかった。NBSでは天文台から届く時刻信号と時計を比較し、その間も安定して刻む秒を試験室の測定へ利用した。天体観測、無線通信、振り子時計、記録装置がつながって、時計の試験に使う基準が成り立っていた。2

図1：NIST所蔵のリーフラー時計。写真の作者：個別記録には記載なし。出典・利用許諾：NIST Digital Archives、1998.0515.001A。同記録は画像の利用を制限せず、次の帰属表示を要求する：National Institute of Standards and Technology Digital Collections, Gaithersburg, MD 20899。変更：配信サービスで幅800ピクセルに縮小、トリミングなし。

個体の同定と製作の背景#

製作者と設計者#

購入先はドイツのClemens Riefler社であり、振り子への力の伝え方を開発した人物はジークムント・リーフラーである。No.76は同社の時計系列全体の名称ではなく、この収蔵個体の番号である。1

NISTの台帳は寸法を115×25×27cmと記録している。ただし各数値の軸と付属品の含め方までは示していない。文字盤を上部へ集め、その下に振り子を伸ばし、上下をガラスで囲む構成は写真でも確認できる。これは家庭用の飾り時計というよりも、振り子の周囲条件を管理する実験装置としての外観を持つ。1

1889年の自由ばね式脱進機と、後に導入されたニッケル鋼の温度補償振り子が背景にある。Huberの専門研究によれば、特許DRP50739は前者、DRP100870は後者に関係する。No.76の刻印はこれらの技術との関係を示すが、後年のリーフラー時計の改良をすべてこの個体が備えていると解釈することはできない。15

なぜ基準時計が必要だったのか#

時計の進み遅れを試験するには、試験対象より安定した比較相手が要る。NBSの1927年刊『Standards Yearbook』は、同局の時間測定の標準を高精度リーフラー時計とし、秒信号を電気的に試験室へ送り自動記録していたと説明する。単に文字盤を見比べるだけでなく、離れた測定場所へ同じ秒の目印を渡す用途だった。2

振り子を乱さずに動かす仕組み#

吊りばねを通して補うエネルギー#

振り子は空気抵抗などで失うエネルギーを補わなければ止まる。一方、歯車の力を直接強く加えると、その変動が振り子の周期を乱し得る。リーフラー方式では、振り子を吊る短い板ばねの上端を小さく揺り動かし、ばねを介して力を与える。NISTの個体解説は、この動作が毎秒行われると説明している。14

したがって「自由」な振り子という表現は、エネルギーの供給も機構との結合も完全にないという意味ではない。補給する力を吊りばねへ移し、輪列から受ける攪乱を減らす設計である。Huberはこの自由ばね式を、後に開発された自由重力式脱進機と区別している。後者の仕様をNo.76の説明へ混ぜてはならない。5

約30秒ごとに小さな重りを持ち上げる#

動力には、文字盤の背後にある小さな重りを用いる。重りは約30秒で約1cm下降し、下端で回路を閉じる。電池につながった電磁石がこれを持ち上げ、再び下降して機構を動かす。電気は振り子の周期を直接発生させるのではなく、機械的な動力補給を繰り返すために使われる。1

この短周期の巻き上げは、大きな重りの長い落下や長期間のぜんまいのほどけ方へ動力を依存させず、小さな動力源を繰り返し使う構成である。ただし、No.76の消費電流、重りの質量、電池寿命を示す測定値は、ここで参照した個体記録にはない。電磁石の巻数や必要電圧も推定できない。1

温度と空気への対策#

振り子の周期は長さの変化に敏感である。No.76は温度による伸縮の小さいニッケル鋼の棒を持ち、NISTの画像解説と1927年の年報はInvar（インバー）と記す。素材の選択は振り子の有効長を安定させるためであり、温度変化が完全に無害になるという意味ではない。124

振り子を収める容器は、内部を減圧して使う。完全な真空とは区別される。1927年の説明では、気密ガラス容器の内圧を変えて振り子の歩度を調整する手段も備わっていた。空気の状態を一定に保つことと、意図して少し変えて調整することが、同じ容器の二つの使い方だった。2

1941年のNBS Circular432は、標準に用いるリーフラー型平均時時計を、温度と圧力を一定に保つ時計として紹介している。正確さは時計単体の性質だけで決まらず、設置環境と運用にも依存していた。3

天文台との比較と精度の読み方#

クロノグラフに二つの信号を刻む#

1927年の年報によれば、NBSはアーリントンの無線局を経由して受けた米海軍天文台の正午信号と、リーフラー時計を毎日比較した。ドラム式クロノグラフの紙面に連続線を描き、その線へ双方の信号による刻みを残す。紙面上のペンの移動は毎秒2cmで、目盛によって0.01秒まで比較できた。2

この換算では0.01秒が0.2mmに相当する。この長さは、年報に記された記録紙の速度から求めたものである。2

0.01秒と0.02秒の違い#

現在のNIST個体解説は時間間隔測定を一日約10ミリ秒以内と説明する。一方、1927年の年報と1941年のCircular432の図1は、一日約0.02秒を示す。資料の成立時期と説明対象が異なるため、これらを同一条件の試験結果として平均したり、片方を誤記と断定したりすることはできない。特にCircular432の図版は「リーフラー型」と記し、本文だけからその時計の製造番号まで独立に特定できるわけではない。123

0.01秒/日を一年分単純に積み上げれば約3.65秒になるが、実際の運転では毎日の比較が行われ、歩度の調整手段も備わっていた。この積算値を、校正なしで一年運転したNo.76の実測結果として扱うべきではない。No.76の価値は、正しい時刻を永久に蓄えることよりも、比較から次の比較まで安定した時間間隔を供給する点にあった。12

標準としての交代と、その後の使用#

NISTの公式沿革では、リーフラー時計は1904年から1929年まで時間間隔の標準として使われ、その後ショート時計へ置き換えられた。ショート方式は二つの振り子を使い、時計機構を動かす役割から主振り子をさらに切り離した方式である。No.76の毎秒のばね駆動と、ショート方式の主振り子への間欠的な補給を同じ機構と考えてはならない。6

標準の交代は即時廃用を意味しなかった。NISTの収蔵解説は、ショート時計が重力定数Gの測定のため別の研究室へ移された事情を述べ、少なくとも1941年までリーフラー時計が時計試験の比較基準として使われたと記す。1941年の試験案内にも同型時計が現れる。最高位の基準としての役割と、試験業務で十分な基準としての役割は、同時に交代したわけではない。13

No.76は現在NISTの収蔵資料として記録され、機械式の時間標準を伝える資料になっている。購入価格、発注日、製造時の担当職人、修復・部品交換の全履歴も、確認した公開資料では確定していない。1

年表#

参考文献#

1. NIST Digital Archives, Riefler Clock, 1998.0515.001A。個体・寸法・刻印・動力・来歴・画像利用条件。

2. National Bureau of Standards, Standards Yearbook 1927, 1927, pp.44–45。時間標準、減圧容器、毎日の比較記録。

3. R. E. Gould, Testing of Timepieces, NBS Circular432, 1941, 図1。リーフラー型平均時時計と環境条件。

4. NIST, Riefler Clock (1900s), 画像解説。毎秒の駆動、30秒ごとの巻き上げとインバー振り子。

5. Bernhard Huber, The Engineer of Precision Time: Pendulum Clocks by Sigmund Riefler, DGC Jahrbuch 2019, pp.261–275。脱進機・補償振り子・気圧調整の技術史。No.76の個別運転記録とは区別。

6. NIST, NIST Time and Frequency Division History。1904年の購入と1929年の交代。

ウェブ資料の閲覧日：2026年11月13日。