（第7回）インスツルメンツの歴史 計測と制御の機器を中心に「ニュージャージーの発明」
横河電機

松 本 栄寿電気計器だけでなく，電圧や電気抵抗の基本量とニュージャージーなる標準電池，安定な抵抗線素材などを研究し実用化したことである．ウエストン電気計器社の製

ニュージャージー州には二人の電気の発明家が品は文字通り全世界に輸出され，その計器の構造いた．電球，蓄音機，映画の発明王，トーマス・は世界中の計器メーカーに影響を与え，基本構造エジソン（1847 ― 1931），電気計器のエドワード・は 100 年後の現在も使われている．

ウエストン（1850 ― 1936）である．

しかし，このウエストンの電気計器をいち早くエジソンはメンロパークの研究所で白熱電球を採用したり，磁石や抵抗マンガニン線に高い評価発明し，後にウエストオレンジに大規模な研究工をあたえたのは，アメリカの機関ではなくドイツ場を設立している．ウエストンもその近くに研究の研究所（PTB）であった．

所を建てた．彼はアーク灯と直流発電機ダイナモ
では成功を収めたが，とくに電気計器の分野で世［ウエストンの環境は］界に名を残している．エジソンにとってもウエス

1850 年：英国バーミンガム近郊で生れるトンは競争相手との意識しか持たなかったが，し1870 年：ニューヨークで電気メッキ

だいに彼の電気計器に一目置くようになった．最1877 年：ウエストン・ダイナモ社設立

終的には自分の研究所でも使ったようである．

（エジソン）1879 年：エジソン白熱電球発明

また，ウエストンの発明と計器の優秀さを始めに認めたのは，アメリカ国内ではなく，当時の先進国ドイツの物理学研究所（PTB）であった．
ニューヨークからハドソン川を隔てた対岸にあ（エジソン）1882 年：エジソンパール発電所
1886 年：精密直流電流計（0.5 ％）を完成，ウエストン電気計器社を設立
1888 年：合金コンスタンタンを発明

るニューアーク市は，ボストン，ニューヨークに

1891 年：交流電圧計，ウエストン標準電池（交流）ついで早くから都市化が進み，19 世紀後半から1892 年：ウエスティングハウス・ナイ

20 世紀初めにかけて，皮革・化学肥料・金属・ヤガラ発電所完成，交流時代

宝石・電気など活気にあふれた工業の中心地であ1892 年：合金マンガニンを発明った．チャールス・グッドイヤー（1880 ― 1860）

1893 年：シャント方式大電流計

がゴムの加硫法を研究し，ジョン・ハイアット

1908 年：ウエストン標準電池 IEC 国際標準（1837 ― 1920）は玉突き用に象牙にかわる材料とし

1900 年以降：ウエストン社成長・拡大て，現代のプラスチック，セルロイドを発明した． 1936 年：エドワード・ウエストン死去
今でも近郊には ATT の研究所や，大規模な ATTアーカイブスなどがある．

1945 年：第二次世界大戦後
ウエストン社の主力製品に逆風・パネルメータ：ディジタル技術へ

ウエストンとその発明

・露出計：カメラの一部になる
・標準電池：ジョゼフソン接合に

ウエストンの偉いところは，単に電流をはかる
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1988 年：ウエストン社操業停止
オートメーションインスツルメンツの歴史

図１

精密直流電流計（ポータブル型，1886 年開発）
永久磁石，スプリング（ベリリウム銅），精度 0.25 ― 0.5%，軸受けにピボット，視差をなくすミラーなど

ワンターンコイル

図２精密電気計器

ワンターンコイル大電流計（ウエスティングハウス 1880 年頃）

このコイルに指針をつけて指針の先の目盛から電ことの発端は，ウエストンが，1886 年フラン流値を読む方式である．このとき，強さが永遠にクリン協会主催のフィラデルフィア電気博覧会に変わらない磁石が基準となる．そんなものがあるダイナモ数台を出品したことにある．その時あまだろうか，誰しもが信用しなかった．ウエストン

りにも調整に手間どった．それは電圧や電流を手が苦労して造った磁石の強さが，長期間変化しな早くはかれる道具がないことである．ポテンショ

いことを証明したのはドイツの PTB であった．

メータ（電位差計）とガルバノメータではかる方式

つまり永久磁石と呼べた（図１）．

であったと思われる．ここでウエストンは大変苦労した．ウエストンは計器は誰にでも「はかったマンガニン抵抗の発明値」が簡単に読める必要があると考えた．今では当たり前のことだが，針の先で目盛を読むとそれ

ウエストンのポータブル直流計器は，競争者のが電圧値（ボルト）や電流値（アンペア）となる計数倍の金額でも売れた．また，電気計器の先進国器のことである．そして，どんなところに持ってドイツの教育機関でも採用された．彼はさらに発いっても狂わないものが要求された．

展しつつある電力分野を目指した．それには数百精密直流電流計はポータブル（日本語で携帯用）と名付けられている．何故だろうか，それまでのアンペアの大電流計が必要になる．現代では電流シャント方式を使う．

計器はポータブルではなかった．つまり初めは電流計といえども，研究室で専門家は使えたが，誰でもが持って歩いて使える代物ではなかったからである．
内 部 に は 現 代 の 計 器 と 同 じ く ，「 永 久 磁 石 」，

１．電流シャント方式
それまでは数百アンペアをはかる電流計も測定する電流を計器の内部に直接流した．端子からの幅広い銅のベルトでそのままコイルを作る．コイ「コイル・ピボット」，「ヒゲゼンマイ」を採用しルは一巻き（ワンターン）で，その中心に入れた鉄た．磁石によって生じた磁界と，内部のコイルに片が吸引され，錘とバランスさせる方式である．

流れる電流の作用で回転力が発生する構造である． しかし電流が計器内部を流れるので計器内部で発Vol.48 No.1（2003 年 1 月号）

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熱して計器の特性に悪い影響を及ぼした（図２）．

「ジャーマンシルバー」：銅／ニッケル／亜鉛

シャント抵抗方式の電流計とは，例えば 100A白色の合金，温度特性があまり良くない．

をはかる際には 0.5m Ωの抵抗を作り，これに電「コンスタンタン」：銅／ニッケル流を流して両端に生ずる 50mV 電圧を精密電圧計

室温以下：正，室温以上：負温度係数 = コンス

ではかる方式である．この時の抵抗に，初めは合タンタンは「銅」との間に熱起電力が生ずる欠金ジャーマンシルバーを使ったが，温度特性が悪点がある．

く誤差が生じた．ウエストンはより安定な抵抗素「マンガニン」：マンガン 12 ％／ニッケル 4 ％／材を追求して，コンスタンタンとマンガニンを発

銅 84 ％，低温度係数，低熱起電力の特徴明している．ここで「コンスタンタン」も「マン温度係数 0 ― 10 ℃： 0.000025，15 ― 30 ℃：ゼロ，ガニン」もウエストンの発明であるが，ともに固30 ℃以上：負温度特性．

い金属で当時のアメリカでは線引きができなかっ最初ウエストニアンと呼ばれ，のちにマンガニた．やむなくドイツの企業に線引きを依頼していンと命名される．

る．合金の名称はドイツの試験機関が命名したと伝えられる（図３）．

ときは電力工業が立ち上がろうとする時期であった．今では当たり前ともいえる大電流のシャン［三種の抵抗の特徴は］

ト抵抗方式でも，シャント抵抗をどこに置くか，発生する熱をどうするか問題である．結局，図で示すようにこの部分で発生する熱は端子ブロックから行われ水冷方式もあった．それまでは測定する電流を配電盤に取り付けた計器まで引き入れていたから，途中の導線での電力損失ばかりでなく，計器内部の損失も大きく減らせることが分かった．
ウエストンのステーション電流計は，ウエストン電気計器社を全国に有名にした．現代のは大電流シャントは定格電流で 50mV の電圧降下が得られるように設計されている．精密直流電流計とマンガニン・シャント方式が，まずウエストン社の基礎をつくった（図４）．
２．抵抗標準このマンガニンがシャント抵抗の材料としてのみでなく，抵抗の標準としても使えるほど優秀なことが分かった．1892 年ウエストンがマンガニンを発明してから，これもドイツの PTB が最初にマンガニン線から標準抵抗器を作り，さらに抵抗値を長期間にわたって測定して安定性も確認した．マンガニン抵抗器が世界中に使われる動機をつくった．
電気の世界で電圧や抵抗の基準がないことは，

図３ ウエストンアロイの実験データ（ニュージャージー工科大学
バンホーテン記念図書館蔵）
741858 年の大西洋横断海底ケーブルが失敗して，原因を追及した時にも問題になっていた．この際の基準となる抵抗器は長期間安定であること，温オートメーション

インスツルメンツの歴史

精密直流電圧計
50 ミリボルトコイル

マンガニン抵抗線や板状

永久磁石

2000A

細い導線
大電流

図４大電流の測定（シャント抵抗方式）
発生した熱は両側の端子から放熱される．

太い電線＋−銅ブロック端子
100A

シャント抵抗度によっても値が変わらないことが求められる．
国際標準器は水銀柱の長さが採用されたが，マンガニンで作られた標準抵抗器はどこでも持ち運びができるなど実用性に富み，広く使われた．やがて国際標準器は量子ホール効果と呼ばれる素子となるが，マンガニンのような標準抵抗器は実用的なメリットがあり永らく使われている．
マンガニン標準抵抗器の値も，実は作業者が精密に合わせた．百万分の一（1ppm）の精度の抵抗器を作るには，まず線材の長さを調節し，ついで線を注意深くやすりでけずりながら途中で値をし85mm

らべ，何度も繰り返す作業はまさに名人技であった．このような標準抵抗は 0.001 Ωから 1M Ωまで作られた．その安定度は一年で百万分の一も狂わない（図５）．

図 5 標準抵抗器の構造図（マンガニン線使用，精度 1ppm）
メーカーはリーズ・ノースラップ社，横河電機，島津製作所など［抵抗標準の歴史を見てみよう」
最初の抵抗標準は電線の長さで定義された．

1907 年：アメリカ NBS が標準抵抗器開発，以後

1838 年：レンツの 1 フイートの 11 番銅線

リーズノースラップ社が製作

1850 年：イギリス 1 マイルの 16 番線銅線

1923 年：電気試験所マンガニン標準抵抗器を製

1860 年：ジーメンス，長さ 1m の水銀柱，0.96 オーム．
1861 年：電気抵抗の標準化国際会議
1888 年：ウエストン「コンスタンタン」発明
1892 年：ウエストン「マンガニン」発明
1892 ― 1893 年：ドイツ国立物理学研究所 PTR
１オームの標準抵抗器を作る．
1906 年：シカゴ国際会議，国際抵抗１オームを106.30cm の水銀柱とした．
Vol.48 No.1（2003 年 1 月号）

作
1990 年：国際標準は量子ホール効果素子に＜参 考 文 献＞
１）Joseph F. Keithley ； The Story of Electrical andMagnetic Measurements from 500BC to the 1940s ,IEEE Press,（1999）, 193 ／ 201．
２）松本栄寿：『「はかる」世界』─「魂のはかり」から「電気のはかり」まで―，玉川大学出版部（2000）83 ／94．
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