シェパードの多回路電気時計（1879年特許）

電池や配線の故障でも止まりにくい時計#

チャールズ・シェパードの米国特許US222424は、振り子から送る電流で複数の時計を同時に動かしながら、電池の故障や配線の切断に備える電磁時計の設計である。1879年12月9日付で成立したこの特許では、独立した電池回路を二系統以上設け、各時計のコイルへ同じ振り子のタイミングで電流を送る。回転する永久磁石が歯車を進め、親時計では重力で振り子を押す腕を持ち上げる。1

ここでいう「多回路電気時計」は特許の構成を示す説明名であり、特定の量産製品名ではない。目的は電気時計そのものの発明よりも、電気でつながった時計群の運転継続にある。1

成立と先行するシェパード方式#

1851年のロンドン万国博覧会では、シェパードが中央の時計から補助文字盤へ電気的な合図を送るシステムを展示した。エアリーはこの方式に着目し、グリニッジ天文台に導入した。Royal Museums Greenwichは約1852年製の親時計をZAA0531として収蔵している。2

こうした設備では、一つの基準時刻を別の場所へ配れる一方、電源や線路が止まれば複数の表示が影響を受ける。1879年特許は冒頭で、電池の故障や偶発的な回路切断による停止を防ぐことを目的として掲げる。ただし、1852年のグリニッジ設備がこの後年の多回路構成を備えていたという証拠にはならない。1 2

米国明細書には、米国出願が1879年6月4日、米国特許が同年12月9日、英国での特許が1878年6月20日と記載される。1879年は、米国で特許が成立した年に当たる。英国公報の全文・番号はここでは確定していない。1

二重の回路と環状の幹線#

振り子が電流の向きを切り替える#

図1の基本例は、左右二系統の回路と、各系統に二つずつ、合計四つの電池を持つ。振り子が左へ振れると一方の接点が閉じ、右へ振れると別の接点が閉じる。二つの電池の接続を交互に使うことで、幹線間の極性が反転し、コイルを流れる電流も反転する。もう一系統でも同じ振り子が同時に接点を動かすため、両系統は同じタイミングで磁石を駆動する。1

これは商用交流電源で動く同期時計とは異なる。周期を決めるのは振り子であり、電池は回転と振り子の維持に必要なエネルギーを供給する。特許は各電池を単独でも時計を動かせる強さにし、四つのうち三つが働かなくなっても残る一つで磁石の回転を維持できると説明する。これは発明者の設計上の主張であり、独立した耐故障試験の測定値ではない。1

並列の枝線と戻ってくる配線#

各時計のコイルは幹線の間へ枝線としてつなぐ。明細書が「leaks」と呼ぶものは、この文脈では漏電事故ではなく分岐回路を指す。コイルを一列に直列接続し、一か所の断線で全台への給電を失う構成を避けている。1

さらに幹線は出発点へ戻るように一周させる。図1のXの位置で幹線が切れても、切断箇所の両側の時計には、それぞれ別の側から電流が届く。枝分かれだけで耐断線性が生まれるのではなく、幹線が環状に戻ることが重要である。二重の電池回路による予備と、配線の単一切断に対する経路の確保は、別の役割を果たす。1

特許が述べるのは、この図示配線の一か所切断である。二か所以上の切断、短絡、接点の共通した故障、振り子自体の停止まで防ぐ万能な保護と読むことはできない。これらは構成から判断できる適用範囲の限界であり、特許が全条件について試験した結果ではない。

回転する棒磁石と表示の駆動#

振り子一往復に一回転#

コイルの近くに幅のある棒状永久磁石を置き、軸の周囲に自由に回転できるようにする。振り子が電流を反転させるたびに磁石へ働く向きが変わり、あらかじめ手で回し始めた磁石は、振り子の一往復につき一回転する。発明者は電流の強さが大きく変わっても同期して回転すると述べるが、同期を維持する電流の下限や負荷範囲の数値は示していない。1

親時計側では三本の磁石と四つのコイルを使う。子時計の図6〜8では二本の磁石と二つのコイルを示し、磁石の極を逆向きに配置する。電流の作用が各磁石の回転を同じ方向へ助けるよう、磁石とコイルの位置関係を組み合わせるのである。1

30歯の車と二秒の歩進#

子時計の回転軸にはピンを設け、30歯の車を一回転ごとに一歯進める。明細書の例では磁石の一回転が二秒に対応するので、30回で60秒、車は一分に一回転する。車の軸を二枚のばねで押さえ、ピンが働く時以外に勝手に動かないようにしている。表示用輪列には通常の時計のような動力ぜんまいや重錘を要しない。1

別案として60歯の車と二本のピンを使えば、一回転の間に二回、一秒ごとの送りが得られる。回転軸へ小歯車を付けて連続回転を取り出す案もあり、望遠鏡の駆動へ応用できると記される。ただしこの記載は用途の提案であり、特定の天文台への納入実績を示すものではない。1

親時計の振り子へ力を返す仕組み#

電気は表示だけでなく振り子の維持にも使われる。磁石の回転軸に付いたピンが腕を持ち上げる。この腕は磁石の回転軸とは別の共通軸でインパルス用の腕につながっており、持ち上げられるとインパルス用の腕の突起が掛け金で保持される。振り子が戻ると調整ねじが掛け金を外し、重りの重力で腕が下がって振り子へ力を与える。磁石が一回転を終えると、ピンが再び腕を持ち上げて次の解放に備える。1

つまり電磁力で直接振り子を引き続けるのでなく、電気で重り付きの腕を持ち上げ、解放された腕から機械的なインパルスを与える。ピンを持つコレットの固定位置はねじで調整でき、振り子が右への振れを終える時点に腕の持ち上げを合わせる。タイミング調整と掛け金の確実な解放が、連続運転に必要になる。1

同じ回転磁石で表示輪列と振り子の両方を駆動する案も明細書には含まれるが、シェパード自身は同じ磁石の兼用を勧めていない。親時計の振り子維持と子時計の表示を分けることは、この構成を理解するうえで重要である。1

材料、寸法と保守の条件#

特許は接点に白金を使い、振り子側の白金片を象牙で絶縁すると記す。回転磁石が通るコイルの隙間はできるだけ狭くし、コイルに近づけることで、一定の電流から得られる駆動力を大きくする方針を示す。一方で、回転部が接触しないだけの隙間と、軸の自由な回転は必要であり、狭さだけを追求できるわけではない。1

推奨例には、各コイルにBirmingham wire-gageの35番線を約1,500ヤード使うこと、必要な強度を満たす範囲で薄い真鍮を用いることが記される。ここで真鍮の記述を巻線材の指定と読み替えてはいけない。磁石の例は長さ約4.5インチ、幅約1.25インチ、厚さ約1/20インチ、重さ約500グレーンである。いずれも図示した時計についての発明者の推奨値であり、全設備の統一規格ではない。1

普通の子時計としては直径二フィートまでの文字盤を想定する一方、大きな屋外文字盤で針が風を受ける場合には、より大きなコイルを八つ以上使う可能性に言及する。したがって同じ振り子信号に同期するからといって、文字盤の寸法や負荷を無視して一種類の駆動部を使えるわけではない。1

保守上は電池と接点に加え、配線、コイルの絶縁、磁石軸、送りピン、押えばね、掛け金を考える必要がある。これは図示機構から整理した点検対象であり、特許に定期交換間隔が指定されているわけではない。電圧、消費電力、日差、摩耗寿命、短絡時の安全性について、比較試験の数値は確認できない。

特許の範囲と歴史的な位置#

明細書末尾の三つの請求項は、第一に振り子と逆向きの電流を送る複数の独立回路、第二に電池・幹線・枝線・コイルを組み合わせた切断対策、第三に磁石の回転、ピン送り、振り子駆動を同期させる構成を扱う。単に「電気で時計を動かす」という広い発想だけを請求したものではない。1

この設計の特色は、時刻を決める振り子、電気を配る回路、針を進める機械をつなぎ、そのつながりの故障へ備えた点にある。ただし1879年方式の初納入先、量産数、保存される実物との対応、現代製品への直接の技術継承は確認できない。グリニッジの著名な時計や、その後の電気時計一般の普及を、本特許の採用実績に置き換えることはできない。

年表#

参考文献#

1. Charles Shepherd, Improvement in Electro-Magnetic Clocks, US222424、1879年12月9日、図1〜8・明細書1〜3頁・請求項1〜3。公報本文、原公報PDF。閲覧日：2026年11月13日。

2. Royal Museums Greenwich, Electrical motor clock, 収蔵番号ZAA0531、約1852年製。収蔵品解説。閲覧日：2026年11月13日。1851〜52年の背景に使用し、1879年特許の採用証明には使用しない。