クォーツ時計のしくみ

1970年代、「クォーツ時計」は最新のハイテク機器として登場しました。当初、これらの時計は赤色LEDディスプレイを備えていましたが、米国では約500ドルの費用がかかりました。それ以来、クォーツ時計は、LCDまたは従来の機械式（時針と分針）ムーブメントのいずれかが時刻を表示するように進化し、価格は劇的に下落しました。シリアルの箱の中に無料で配られているクォーツ時計を見つけることは珍しいことではありません！

なぜクォーツ時計と呼ばれるのか疑問に思ったことはありませんか？または、なぜクォーツ時計は巻き上げ時計よりもはるかに正確なのですか？この版では、クォーツクリスタルと呼ばれる驚くべき電子現象と、それがクォーツ時計の心臓部を形成する方法についてすべて学びます！

巻き上げ時計は技術そのものの素晴らしい作品です！これは、14世紀の終わりに始まった継続的な研究開発努力の一環です。何年にもわたって、さまざまな革新により、巻き上げ時計はより小さく、より薄く、より信頼性が高く、より正確になり、さらには自動巻きになりました。

今日のワインドアップウォッチに見られるコンポーネントは、何世紀にもわたって存在しています。

これらのさまざまな部品の説明については、振り子時計のしくみを参照してください。

1960年代の終わりまでに、ブローバの時計会社は、振動するバランスホイールからの第一歩を踏み出しました。音叉を維持するトランジスタ発振器を使用していました。この時計は、カチカチという音ではなく、数百ヘルツ（Hz、1秒あたりのサイクル数）でハミングしました。歯車とホイールは、音叉の機械的な動きを手の動きに変換しましたが、2つの主要なステップが実行されました。

1960年代後半の時計製造会社は、次のステップ、つまり音叉よりもさらに優れた時間管理を提供する技術を探さなければなりませんでした。当時、集積回路は非常に新しいものでしたが、価格が急速に下がり、トランジスタの数が増えていました。LEDも現場で新しいものでした。解決すべき問題がまだいくつかありました。新しいタイミング要素を見つけることと、時計を小さな内蔵バッテリーで動作させるためにほとんど電力を使用しない集積回路を設計することです。

タイミング要素の選択に問題はありませんでした。水晶振動子はおそらく音叉よりもタイミングが数千倍優れており、水晶振動子は何年も前から存在していました。水晶の種類と周波数だけを選択する必要がありました。困難は、十分に低い電力で機能する集積回路技術の選択にありました。

クォーツクリスタルは、すべての無線送信機、無線受信機、およびコンピューターに正確な周波数を与えるために、長年にわたって定期的に使用されてきました。それらの精度は、驚くべき偶然の一致から来ています。ほとんどの砂のように二酸化ケイ素であるクォーツは、ほとんどの溶媒の影響を受けず、華氏数百度まで結晶性を保ちます。それを電子の奇跡にする特性は、圧縮または曲げられると、その表面に電荷または電圧を生成するという事実です。これは、圧電効果と呼ばれるかなり一般的な現象です。同様に、電圧をかけると、水晶はわずかに曲がったり、形が変わったりします。

水晶の単結晶を削って鐘を形作った場合、叩いた後数分間鳴ります。材料で失われるエネルギーはほとんどありません。水晶の軸に対して正しい方向に形作られている場合、水晶の鐘はその表面に振動電圧を持ち、振動の速度は温度の影響を受けません。水晶の表面電圧がメッキされた電極で拾われ、トランジスタまたは集積回路によって増幅された場合、それをベルに再印加して、ベルを鳴らし続けることができます。

クォーツベルを作ることもできますが、空気に結合するエネルギーが多すぎるため、最適な形状ではありません。最適な形状は、ストレートバーまたはディスクです。バーには、長さと幅の比率が同じであれば、同じ周波数を維持できるという利点があります。クォーツバーは小さく、比較的低い周波数で振動する可能性があります-32キロヘルツ（KHz）は通常、サイズだけでなく、結晶周波数から1秒あたり数パルスに分割される回路のために時計に選択されますディスプレイは、より高い周波数に対してより多くの電力を必要とします。初期の時計にとって電力は大きな問題でした。スイスは、より安定したディスク結晶が生成する1MHzから2MHzに分割するために、集積回路技術を前進させるために何百万ドルも費やしました。

現代のクォーツ時計は現在、低周波バーまたは音叉型の水晶を使用しています。多くの場合、これらの結晶は、集積回路のようにメッキされた水晶の薄いシートから作られ、化学的にエッチングされて形作られます。良好な時間管理と無関心な時間管理の主な違いは、初期周波数の精度と、水晶軸に対する水晶シートの切断角度の精度です。カプセル化を通過して時計内部のクリスタル表面に到達する可能性のある汚染の量も、精度に影響を与える可能性があります。

時計の電子機器は、最初に水晶周波数でノイズを増幅します。これは、振動を構築または再生します-それは結晶のリンギングを開始します。次に、時計の水晶発振器の出力は、デジタル回路に適したパルスに変換されます。これらは水晶の周波数を分割し、それをディスプレイに適したフォーマットに変換します。（仕切りとディスプレイドライバーの詳細については、デジタル時計のしくみを参照してください。）または、手付きのクォーツ時計では、仕切りが1秒のパルスを生成して小さな電気モーターを駆動し、このモーターを標準のギアに接続して駆動します。手。

詳細については、次のページのリンクを確認してください。

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著者について

Douglas Dwyerは、Frequency Precision Ltdの創設者であり、世界中の電子産業にコンサルティングおよび設計サービスを提供しています。彼は1960年代半ばから周波数制御に携わっており、水晶発振器、温度補償水晶発振器、オーブン制御水晶発振器、弾性表面波発振器、および工業用水晶振動子製造技術に関する記事を発表しています。彼がクォーツ時計のデザインに携わって以来、時計と時計の歴史は彼の興味を引いてきました。