Whitworthの「100万分の1インチ測定機」は、既知の長さを持つ標準棒と測定対象を比較するための精密機械である。ここではロンドンのScience Museum Groupが1855年製とする個体、資料番号1919-265を中心に、その測定原理と限界を扱う。「100万分の1」は約25.4nmに相当するが、この数字をそのまま絶対的な測定精度と解してはいけない。所蔵館は、温度変化の影響を指摘し、Whitworthの性能主張を批判的に説明している。1
時計そのものではなく、精密部品を比較・製作するための器械である。時計製造に通じる論点は、小さな差を読み取ること、基準となる長さを共有すること、接触と温度を管理することの三つにある。
1855年製の個体と測定機の系列#
資料番号1919-265の製作地はマンチェスター、製作者欄はJoseph WhitworthおよびJoseph Whitworth and Company Limitedである。材料は鋼、鋳鉄、黄銅、砲金と記録され、全体寸法は18×35×10cm、質量は4kgとされる。標準インチ棒との比較を行う、覆い付きの機械として収蔵されている。1
1855年はこの現存個体の製作年であって、方式の発明年ではない。同館は1851年のロンドン万国博覧会に先行機が出品されたとする。さらに1853–54年のニューヨーク博覧会を扱う同時代書には、Whitworth自身が操作する測定機を見たとする説明があり、ねじ、歯車、接触判定の仕組みが記されている。したがって、1855年に初めて成立した方式とすることはできない。1 2
ほかにも、製作年・大きさ・目的の異なる機械が現存する。英国機械学会（IMechE）は1876年製の例を所蔵し、Science Museum Groupには1871年製の工場用機、1889年製の卓上機もある。製作年・大きさ・目的の異なる器械を、一つの個体の経歴としてつなげることはできない。3 4 5
線を読む代わりに、端面を比べる#
標準棒が寸法の基準になる#
端度器による測定（end measurement）では、棒の両端面の間隔が長さを表す。物差しの刻線同士を目で合わせる方法とは異なり、標準棒を機械の測定面の間へ置き、その端面に接触させて基準を設定する。IMechEの標準棒の解説は、二本の可動棒と測定面、標準棒の平行な端面の関係を説明している。同学会所蔵の六本組は25〜200mmの範囲であり、1855年個体に付属するインチ棒と同一の組ではない。6
基準棒で位置を定めた後、比較したい棒へ置き換え、同じ接触条件になる位置の差を読む。このため、機械が長さの単位を無から生み出すわけではない。基準棒自体が正しく、比較する面の形状と環境が適切であって初めて、小さな差を意味のある値として扱える。2 6
ねじと歯車による細かな移動#
1853–54年の説明によれば、鋳鉄製の台に角鋼の可動棒を配置し、ねじで測定面を前後させる。説明された機械のねじは1インチ当たり20回転、ねじ側の歯車は200歯、これを動かすウォーム側の目盛は250分割である。一目盛に対応する理論上の移動は、次の計算になる。2
ここで Δx は入力目盛一分割に対応する測定面の移動である。これはねじの送りと減速比から得る公称値であり、ねじの誤差や接触の状態まで消えるという意味ではない。また、同時代書が説明する機械の構成であって、現存する1855年個体の部品を分解検査した結果ではない。
接触を知らせる「グラビティ・ピース」#
移動を細かくできても、測定面がいつ対象に接したかを確かめられなければ比較はできない。そこで用いるのが、平行な二面を持つ小さな鋼片、グラビティ・ピース（gravity piece）である。同時代の説明では、これを標準棒の端と可動測定面との間に入れ、細い腕状の部分を使って持ち上げ、落下させる。2
隙間が広い間は鋼片が落ちる。測定面を少しずつ近づけ、鋼片がゆっくり下がる位置と、挟まれて保持される位置の境を探す。標準と比較対象の双方で同じ境目を使えば、強く締め込んだ手応えだけに頼るより、接触の判定条件をそろえられる。同時代書は、入力輪の一目盛の往復で鋼片の落下と保持が切り替わる実演を記している。2
この方法の要点は、小さな隙間を直接目視する代わりに、鋼片が重力で動くかどうかへ置き換えたことにある。ただし、鋼片の動きは面の状態や摩擦にも依存する。落下が観察できることと、そのときの長さを25.4nmの不確かさで確定できることは別の問題である。
「100万分の1」の評価と温度#
当時の実演が示したもの#
1853–54年の説明は、接触部や標準に指を触れるだけで熱膨張が起こり、鋼片が保持されるとする。測定は一定温度の部屋で行い、観察者の体温の影響を避ける必要があった。IMechEも、1859年の会合で、1インチの鉄棒に指を触れて生じる伸びを示した実演を紹介している。2 3
この現象は、微細な変化に反応する機械の感度と、環境管理の難しさを同時に示す。測定対象が温まって長くなれば、機械がその変化を検出しても、比較したかった基準温度での寸法が直接得られるわけではない。標準と対象が同じ温度になっているか、接触面が清浄か、取り扱いによって状態が変わらないかが問題になる。
読み取りの細かさと精度は違う#
所蔵館の1855年個体の解説は、Whitworthが標準棒の長さを100万分の1インチ以内で検出できると主張したことを紹介しながら、室温のわずかな変動でも性能が左右されるため過大な主張と評価している。また、英国国立物理学研究所（NPL）がその主張を否定したと記す。1
一方、IMechEの紹介文は「100万分の1インチ」を肯定的に扱う。3 両者の説明を単一の保証値へまとめるのは適切でない。NPLによる検証の実験条件・数値結果については、ここで参照した収蔵記録には示されていないため、具体的な誤差値を付け加えることはできない。
工場用の測定機との違い#
Science Museum Groupの1871年製工場用機の解説は、100万分の1インチ機が普通の工場作業には適さず、代わりに1/40,000インチまで正確に測れる型が用いられたと説明する。この値は0.635µmに相当する。展示や標準比較で極めて小さな変化を示すことと、日常の製造現場で安定して扱える器械を供給することは、別の要求だった。4
1853–54年の同時代書も、測定機によって標準ゲージを供給する役割と、工場に置く、より低い精密度の機械を区別している。その意義は、すべての職人に最高感度の機械を持たせることより、比較の基準を作り、その基準をゲージを介して作業へ届ける点にあった。ただし、同書の精度や普及に関する称賛は当時の評価であり、現代の校正証明と同一ではない。2
時計製造史から読む意義#
時計部品の互換性を考える際には、加工機械だけでなく、何を基準に同じ寸法と判定するかという問題がある。Whitworthの器械は、標準棒・比較機・現場のゲージという関係を理解する具体例になる。目盛を細かくする工夫と、接触を一定にする工夫を組み合わせ、それでも温度が測定を左右する点は、精密な寸法管理の基礎的な課題である。
この技術的な関係から、特定の時計メーカーが1855年個体を採用した、あるいはその時計の歩度が改善したとまではいえない。本器が直接測るのは長さの差である。時計の時間精度と、部品寸法の測定精度は結び付きうるが、同じ量ではない。時計史上の位置付けは、寸法比較を支える精密工業の器械として理解するのが適切である。
年表#
| 年 | 確認できる出来事 |
|---|---|
| 1851年 | 後の1855年個体に先行する型がロンドン万国博覧会で展示されたとScience Museum Groupが記す。1 |
| 1853–54年 | ニューヨーク博覧会を扱う同時代書が、ねじと歯車による微動、グラビティ・ピース、温度への注意を説明。2 |
| 1855年 | 本稿の中心個体1919-265がマンチェスターで製作されたと収蔵記録に記載。1 |
| 1859年 | IMechEの会合で、指の熱による1インチ鉄棒の伸びを示す実演。3 |
| 1871年 | 別個体である工場用測定機の製作年。所蔵館は1/40,000インチの性能を説明。4 |
| 1876年 | IMechEが所蔵する別のMillionth Machineの製作年。3 |
| 1889年 | 別のWhitworth卓上測定機Y1985.11.1の製作年。5 |
| 2026年11月確認 | 1855年個体をScience Museum Groupの公開収蔵記録で確認。個別の修復・改造・使用先の詳細は同記録にない。1 |
参考文献#
以下のオンライン資料は2026年11月13日閲覧。
- Science Museum Group, Micrometer type mechanical comparator, 資料番号1919-265。1855年個体の同定・仕様・性能評価。
2. Benjamin Silliman Jr. / C. R. Goodrich編、The world of science, art, and industry illustrated from examples in the New-York Exhibition, 1853–54, 1854年、“Whitworth’s Measuring Machine”。操作・減速比・接触判定・温度の同時代記述。
3. Institution of Mechanical Engineers, The stunning sensitivity of the IMechE Archive’s ‘Millionth Machine’, 2019年11月14日。1876年機と1859年実演の紹介。
4. Science Museum Group, Whitworth’s workshop length measuring machine for measuring to an accuracy of 1/40, 1871年製工場用機。ウェブページ題名の数値は途中で切れているが、本文は1/40,000インチとする。
5. Science Museum Group, Whitworth Measuring Machine, 資料番号Y1985.11.1、1889年製。後年の別機械との区別。
6. IMechE Archive and Library, Objects of Engineering: Whitworth End Gauges, 2023年6月27日。標準棒と測定面の関係、同学会所蔵の六本組。