方位磁針

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背景

コンパスは、地表の方向を決定するために使用されるデバイスです。最もよく知られているタイプのコンパスは磁気コンパスです。これは、磁気オブジェクトが地球の磁場と整列する傾向があるという事実に依存しています。他のタイプのコンパスは、太陽や星の位置を使用するか、高速で回転するオブジェクト（ジャイロスコープ）がその軸が向いている方向から離れるのに抵抗する傾向があるという事実に基づいて方向を決定します。

磁気コンパスの基本的な部品は、針（磁性金属の薄い部分）、文字盤（指示が印刷された円形のカード）、およびハウジング（他の部品を所定の位置に保持する）です。一般的におもちゃとして使用される安価なコンパスには、他の部品がない場合があります。より深刻な目的を目的としたコンパスには、通常、それらをより便利にするための他の部分があります。これらの他の部品には、コンパスを保護するための蓋、カバー、またはケースが含まれる場合があります。レンズ、プリズム、またはミラーを使用して、ユーザーが遠くにある物体の方向を判断できるようにする照準器。また、コンパスを地図上で直接使用できるように、インチまたはミリメートルの目盛りでマークされた透明なベースプレート。

多くのコンパスに見られる重要な機能は、自動偏角調整です。赤緯は、分散とも呼ばれ、磁北（針が指す方向）と真北の差です。この違いは、地球の磁場がその北極と南極と正確に整列していないために存在します。赤緯の量は、地球の表面の場所によって異なります。特定の領域の偏角の量がわかっている場合、自動偏角調整により、コンパスを使用するたびに偏角の量を加算または減算することなく、コンパスユーザーがコンパスから直接真の方向を読み取ることができます。

歴史

紀元前500年までに<小> 、マグネタイトとしても知られている酸化鉄の天然に存在する形態であるロードストーンは、鉄を引き付ける能力を持っていることが知られていました。自由に動くロードストーンが南北を向くように整列する傾向があることに最初に気づいた場所や時期は誰にもわかりません。書かれた記録によると、中国人は1100 A.D. までに磁気コンパスを使用していました。 、西ヨーロッパ人とアラブ人1200 A.D. 、および1300年までのスカンジナビア人 A.D.

初期のコンパスは、木片、コルク、または水を入れたボウルに浮かぶ葦の上にあるロードストーンで構成されていました。しばらくして、水を入れたボウルの底に固定されたピンにロードストーンの針が回転しました。 13世紀までに、方向が記されたカードがコンパスに追加されました。 16世紀半ばまでに、水を入れたボウルはジンバルに吊るされ、海に投げ込まれた船に乗って使用されている間、コンパスは水平に保たれました。

1745年、英国の発明家であるゴーウィンナイトは、鋼を長期間磁化する方法を開発しました。これにより、磁化された鋼の針がロードストーンの針に置き換わることができました。 19世紀初頭、造船で鉄鋼が広く使用されるようになりました。これにより、磁気コンパスの動作に歪みが生じました。 1837年、イギリス海軍本部はこの問題を研究するための特別委員会を設立しました。 1840年までに、4本の針を使用した新しいコンパスの設計は、この困難を克服することに成功し、すぐに世界中の海軍に採用されました。

19世紀半ばまで、ナビゲーターは、針が空中で回転するドライカードコンパスと、針が水または別の液体で回転する液体コンパスの両方を使用していました。ドライカードコンパスは衝撃や振動によって簡単に乱されましたが、液体コンパスは漏れやすく、修理が困難でした。 1862年に、液体コンパスの設計の改善により、ドライカードコンパスは海軍での使用にすぐに時代遅れになりました。第一次世界大戦までに、英国陸軍は陸上で液体コンパスを使用しましたが、液体コンパスは依然として最高の手持ち式磁気コンパスの標準です。

原材料

磁気コンパスの針は、長期間磁化できる金属物質でできている必要があります。コンパスの針に使用される最も一般的な物質は鋼です。鋼は鉄と少量の炭素の合金です。鉄鋼の原料は鉄鉱石とコークス（空気のない状態で石炭を高温に加熱して生成される炭素に富む物質）です。コバルトなどの他の物質は、非常に長い間磁化される可能性のある合金を製造するために鋼に添加されることがよくあります。

針を所定の位置に保持するハウジングは、多くの場合、アクリルプラスチックで作られています。アクリルプラスチックは、化合物アクリル酸のさまざまな誘導体から製造されます。これらの誘導体の中で最も重要なものはメタクリル酸メチルです。何千ものメタクリル酸メチル分子が長鎖に結合してポリメチルメタクリレートを形成します。これは、LuciteおよびPlexiglasの商品名で知られています。ポリメチルメタクリレートには、丈夫で透明であるという利点があります。

製造
プロセス

針を作る

• 1鉄鉱石、コークス、石灰石を高炉で高温の加圧空気で加熱します。コークスは熱を放出して鉱石を溶かし、一酸化炭素は鉱石中の酸化鉄と反応して鉄を放出します。石灰石は硫黄などの鉱石中の不純物と反応してスラグを形成し、それが溶鉄に浮いて除去されます。このプロセスの製品は銑鉄で、約90％の鉄、3〜5％の炭素、およびさまざまな不純物が含まれています。
• 2不純物とほとんどの炭素を除去するために、高圧下で溶銑に酸素を吹き込みます。不純物はスラグとして放出され、炭素は一酸化炭素として放出されます。残りの溶鋼は型に流し込まれ、それぞれ数千ポンドの重さのインゴットに冷却されます。
• 3インゴットは約2,200°F（1,200°C）に加熱され、溝付きローラー間で転がされてスラブを形成します。スラブは巨大な鋏で切断され、再加熱され、針に適切な厚さになるまで再度圧延されます。次に、薄い鋼のシートに針の形をした鋭いダイが刻印されます。このプロセスを繰り返して、1枚の鋼板から多くの針を製造します。
• 4針は、鉄鋼メーカーからコンパスメーカーに出荷されます。コンパス工場では、自動ターンテーブルのホルダーに針を手で挿入します。ターンテーブルが回転すると、針の「北」端に赤いペンキがスプレーされ、針の「南」端に白いペンキがスプレーされます。針が続くと、電子磁化器によって生成された強い磁場にさらされます。
• 5磁化された針をターンテーブルから取り外し、塗料を乾燥させます。針をオーブンで焼いて塗料を乾燥させることもできます。その後、組み立てに必要になるまで保管場所に置かれます。

住宅を作る

• 6ポリメチルメタクリレートは、メチルメタクリレートの溶液を光、熱、またはさまざまな化学触媒にさらすことによって形成されます。次に、コンパスハウジングのコンポーネントは、射出成形と呼ばれるプロセスによって成形されます。ポリメチルメタクリレートは、溶けて液体になるまで加熱されます。次に、溶融プラスチックが注入されます 単純な回転針コンパスの正面図と側面図。目的の製品の形をした型に入れます。型を冷まして開き、固体プラスチックを取り除きます。さまざまなプラスチック部品がプラスチックメーカーからコンパスメーカーに出荷され、必要になるまで保管されます。

コンパスの組み立て

• 7コンパスメーカーが卸売業者から注文を受けると、プラントマネージャーは必要な部品を保管場所から組立ラインの作業員に発行するように手配します。コンパスが組立ラインに沿って進むにつれて、プラスチック部品が一緒にスナップされます。一部のプラスチックコンポーネントは、会社のロゴなどのマーキング、またはマップで使用するためのスケールマーキングでそれらをスタンプするプリンターを通過します。
• 8コンパスの最も重要なコンポーネントの1つは、針を保持するバイアルです。針はピボット上でバランスが取れており、自由に動くことができます。安価なコンパスにはスチール製のピボットがありますが、最高のコンパスには摩耗に耐えるために宝石で飾られたピボットがあります。ジュエルピボットは、オスミウム-イリジウム合金などの非常に硬い材料でできており、人工サファイアなどの材料で覆われています。
• 9バイアルは、ダンパーとして機能する液体に浸されます。ダンパーは、針が乱されたときに針をより早く静止させる物質です。ダンパーにはさまざまな液体が使用されています。これらの液体は透明でなければならず、コンパスのどのコンポーネントとも反応してはなりません。この目的で使用される典型的な液体は、エチルアルコールと水の混合物です。
• 10液体で満たされたバイアルは、音波溶接を使用して密封されます。これにより、針の磁気を乱す可能性のある熱に針がさらされるのを防ぎます。このプロセスでは、超音波を使用して、バイアルを密封する場所でプラスチックを溶かします。次に、プラスチックを固化させて、密閉を形成します。密閉されたバイアルがベースプレートにスナップされると、コンパスの組み立てが続行されます。 ベースプレートコンパス。
• 11完成したコンパスは、盗難や損傷から保護する方法で梱包されています。それらは、アサリの殻に似たプラスチックの容器がコンパスを囲んでいるアサリのパッキングに詰めることができます。また、平らな段ボールに取り付けられたプラスチックの泡がコンパスを囲むブリスターパックで梱包することもできます。パッケージ化されたコンパスは段ボール箱に入れられ、卸売業者に出荷されます。

品質管理

製造プロセスの各ステップで、コンパスを構成するさまざまなコンポーネントが視覚的に検査され、欠陥がある場合は削除されます。一般的な欠陥には、湿し液の印刷エラーや気泡が含まれます。コンパスの最も重要な部分である磁気針は、欠陥がある可能性はほとんどありません。針が適切に機能しないいくつかのケースは、通常、消費者が針を強い磁場または電界にさらすことによって引き起こされます。そのような場合、針は、「北」の端が南を向くように、それが後方を向くように再磁化されるかもしれません。

磁気コンパスの品質管理の最も重要な部分は、コンパスを適切に使用する方法を学ぶためのユーザーの責任です。コンパスは非常に信頼性の高い機器ですが、ユーザーが正しく使用する方法を知らない場合は役に立ちません。偏角を許容する方法を知ることは、磁気コンパスを使用する上で重要なスキルです。世界の一部の地域では、偏角を考慮に入れないと、数度の誤差が発生し、ユーザーが目的の目的地から何マイルも離れてしまう可能性があります。コンパスの適切な使用法を学ぶための優れた方法は、オリエンテーリングのスポーツに参加することです。このスポーツでは、地図とコンパスを使用して、出発点から選択した目的地までの道を見つけるために他の人と競争します。

未来

1970年代に、米国海軍は全地球測位システム（GPS）として知られる野心的なプロジェクトを開始しました。 GPSプロジェクトは、1980年代に米空軍に引き継がれ、1993年6月に完了しました。GPSは、非常に正確な時間信号を地球に送信する原子時計を含む24個の衛星のシステムで構成されています。これらの信号が受信機に到着する正確な時間を分析することにより、非常に正確に位置を決定することが可能です。通常のコンパスよりもそれほど大きくないデバイスは、約100フィート（30 m）以内の位置を特定できます。

一見すると、GPSは磁気コンパスを時代遅れにする恐れがあるように見えるかもしれません。実際、正反対のことが当てはまります。 GPSは位置を示しますが方向は示しないため、GPS機器のメーカーは、コンパスと一緒に使用することを推奨しています。コンパスには、エネルギー供給を必要としないという利点もあります。 GPSとは異なり、コンパスは、重い木の覆いや大きな建物が電子信号の受信をブロックする場合に使用できます。 GPSはナビゲーションに革命をもたらすことを約束しますが、従来のコンパスは、私たちが道を見つける方法において重要な要素であり続けます。