クォーツ時計

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クォーツ式の腕時計

クォーツ時計(クォーツどけい)とは、水晶振動子を用いた時計である。水晶時計または単にクォーツ(Quartz)とも。20世紀後半から普及し、振り子時計に代わって現在最も一般的な時計となっている。

概要[編集]

水晶圧電体の一種であり、交流電圧をかけると一定の周期で規則的に振動する。クォーツ時計ではこれを応用し、通常は32,768Hz(= 215Hz)で振動する水晶振動子を用いて、アナログ時計の場合には時針の速度を調節し、デジタル時計の場合はその信号を電気的に処理して時刻を表示する。

一般的なクォーツ時計の誤差は1ヶ月で15 - 30秒程度であり、特に精度の高いモデルでは1年で数秒程度となっている。原理的には、振動周波数が215Hzなので15分周することにより1秒の信号を得ることができるが、水晶振動子の温度特性や個々のバラツキがあるので周波数の誤差が存在する。前者の対策として、2つの水晶振動子を持つダブルクォーツ(ツインクォーツ)と呼ばれる腕時計も存在した。後者の対策として、水晶振動子の製造段階で予め付加したおもり(銀蒸着膜)をトリミングして周波数を調整したり、時計の段階で分周数を周期的に変化させる論理緩急がある。電波時計も実際にはクォーツ時計であり、電波に載せられた原子時計による正確な時刻情報を1日に数回受信して時刻を修正している。

従来の機械式時計に比べ、精度が高く維持管理が簡単などといったメリットがある。その一方で、定期的に電池交換が必要であり、電子部品の故障時にメーカーの在庫がないと修理不可能になる恐れがある。

歴史[編集]

第二次大戦後のスイスで作成されたクォーツ時計(左の写真)。ラ・ショー=ド=フォンInternational Watchmaking Museum所蔵。

1880年、クォーツの圧電効果ジャック・キュリーピエール・キュリーによって発見された。

1921年、最初のクォーツ水晶振動子Walter G. Cadyによって開発された。1923年イギリス国立物理学研究所D. W. Dyeベル研究所のWarren Marrisonは水晶振動子による精確な時間測定を行った。1927年、最初のクォーツ時計がベル研究所のWarren MarrisonとJ.W. Hortonによって作成された[1][2]。しかし、当時は能動素子真空管を使用していたためタンス並のサイズになり、研究機関や放送局での利用に限られていた。1932年、クォーツ時計によって地球の微小な週変化が計測された[3]。アメリカ国立標準局(現アメリカ国立標準技術研究所)は、1930年代から1960年代の間、原子時計に取って代わられるまでは、クォーツ時計を用いて標準時を定めていた[4]。クォーツ時計が一般に広く使われるようになるには、半導体デジタル回路が安価に利用できるようになる1960年代を待たなければならなかった。

一方、日本セイコーは早くからクォーツ時計に注目しており、1958年からクォーツ時計の開発に取り組み[5]1964年昭和39年)の東京オリンピックでは壁掛け時計並のサイズ(縦20cm×横16cm、厚さ7cm、運搬用のケースを含めた総重量がわずか3kg)まで小型化した時計を大会公式時計として提供[6]、実用に耐える技術水準を達成した。その後クォーツ時計は、価格は高価だったものの船舶用など、特殊分野向けの市販製品として販売された。

1967年、世界初のアナログ回路を用いたクォーツ腕時計のプロトタイプが登場した:スイスのCentre Electronique Horloger (CEH) によるBeta 1[5][7]、および日本のセイコーによるアストロンのプロトタイプである[5]

しかしながら、超小型化と強い対衝撃性が求められる腕時計ではクォーツの実用化は難行した。世界初の市販クォーツ腕時計は1969年(昭和44年)のセイコーによる『アストロン』であった[8][9]。当時の価格は45万円と、小型乗用車並みの価格であったが、その後急速なコストダウンが進んだ。

1970年代にはセイコーが特許を公開したことで各メーカーがクォーツ時計の製造に参入し、市場を席巻してクォーツショックと呼ばれる現象を引き起こした。この時期はクォーツ時計の低価格化が進んだ一方、スイスをはじめとする欧米の時計メーカーは機械式の腕時計が売れなくなったことで大打撃を受け、特にアメリカ合衆国の時計産業はほぼ全滅状態に陥った[要出典]

1980年代までに、クォーツ時計の技術はキッチンタイマーや目覚まし時計、銀行の金庫の時限錠、そして弾薬の時限信管にまで応用されていった。

時計の歴史も参照のこと

脚注[編集]

  1. ^ Marrison, W.A.; J.W. Horton (February 1928). “Precision determination of frequency”. I.R.E. Proc. 16 (2): 137–154. doi:10.1109/JRPROC.1928.221372. 
  2. ^ Marrison, Warren (1948). “The Evolution of the Quartz Crystal Clock”. Bell System Technical Journal (AT&T) 27: 510–588. http://www.ieee-uffc.org/freqcontrol/marrison/Marrison.html. 
  3. ^ Marrison, 1948)
  4. ^ Sullivan, D.B. (2001年). “Time and frequency measurement at NIST: The first 100 years”. Time and Frequency Division, National Institute of Standards and Technology. p. 5. 2011年10月10日閲覧。
  5. ^ a b c http://www.ieee-uffc.org/main/history/step.pdf Carlene Stephens and Maggie Dennis Engineering time: inventing the electronic wristwatch
  6. ^ セイコー 公式ウェブサイト
  7. ^ From the roots until today's achievements..”. Federation of the Swiss Watch Industry. 2007年12月6日閲覧。
  8. ^ [1]
  9. ^ Astron