A : 外見図、 B : 常温、 C : 高温
以下の文書は次の一部分の翻訳です。 使用している絵も英語版の Wikipedia の絵から作ったものです。
Gridiron pendulum - Wikipedia
振り子時計は「振り子の等時性」により、非常に精度が高いのですが、 「振り子の等時性」 は振り子の長さに依存するため、 温度差による振り子の長さの微小な変化があると時間が狂います。(これはどの振り子時計にもあてはまります。) これを補正するのが「すのこ型振り子」です。
すのこ型振り子は 1726 年頃に英国の時計製造者である ジョン・ハリソンによって発明された改良された時計の振り子である。 これは温度によって有効長が変化しないので、 振幅の周期は周囲の温度が変化しても一定のままである。 これは真鍮と鉄を交互に配置して、 異なる熱膨張 (あるいは収縮) が互いに相殺するのである。
最も単純で、より後期の物は 5 つの棒から成っていた。 中央の棒は重りから上の方に、吊り具のすぐ下まで伸びていた。 横棒 (中間のブリッジ) が中央の棒から両側に伸び、 2 つの亜鉛の棒 (これは中央の棒の両側に 1 つずつある) につながっており、 亜鉛の棒は今度は下の方に向かって伸び、重りのすぐ上にある一番下のブリッジに固定されている。 一番下のブリッジは中央の棒を飛び越しており、ここから更に 2 つの鉄の棒が一番上のブリッジまで上に伸び、 ここで吊り具に取り付けられていた。 鉄が熱により膨張すると、一番下のブリッジが、吊り具から相対的に下方に下がり、 重りが中間のブリッジから下方に下がる。 しかしながら、中間のブリッジは一番下のブリッジより相対的に持ち上がる。 なぜならば、亜鉛の棒は膨張率が大きいので、中間のブリッジを持ち上げ、 従って、重りは持ち上がり、これにより鉄の膨張によって引き起こされた降下と相殺するのである。
簡単にいえば、 亜鉛の上方への膨張が鉄の下方への膨張と相殺するのである。 (鉄の方が全体では長い。) 棒の長さは次のようなるように計算する。 亜鉛の棒の長さに亜鉛の膨張係数を掛けたものが 鉄の棒の有効な長さに鉄の膨張係数を掛けたものに等しい。 これにより振り子が同じ長さに保持される。
ハリソンの元々の構成では真鍮を使用し (純粋な亜鉛は当時は利用可能ではなかった)、 もっと複雑であった。というのは真鍮は亜鉛ほど膨張しないからである。 もっと多くの棒やブリッジが必要で、全部で 9 つの棒があり、5 つが鉄の棒で、 4 つが真鍮の棒であった。 正確な補正の度合いは中央の棒で調節でき、 中央の棒の節が一部分は鉄で、一部分が真鍮でできている。 この重複部分は (サンドイッチのようになっており) どちらの金属も通るピンで結ばれている。 幾つかのピンの穴がどちらにもあけられ、 ピンを上下に移動して、合成した棒の長さのどれだけが真鍮で、どれだけが鉄であるかを変更できた。 19 世紀の後期には、Dent 会社が、亜鉛の「すのこ型振り子」を更に改良したものを販売した。 これでは、4 つの棒は、同心円のチューブとなり、管状のナットで結び付けられ、 ネジにより上下でき、補正の度合いを変更できた。
1800 年代の科学者は、「すのこ型振り子」には不利な点があり、 最も高精度の時計には適していないことに気が付いた。 枠の中の穴を棒がスライドする時の摩擦により、 棒が熱変化に順応するために、一様に動くのではなく、 一連の小さな跳躍を繰り返すのである。 これにより、振り子の速度、従って時計の速度は、 小さな跳躍により突然に変化するのである。 後には、亜鉛の大きさは随分と安定しているのではないこともわかった、 変形しやすいのである。 従って別の熱補正の振り子、すなわち水銀振り子が、 最も高精度の時計に使用された。 どちらの型式の振り子も、インバーや 溶融シリカのような、 低膨張金属を使用した振り子に座を奪われた。
