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( Quartz watch)または単にクォーツとも。20世紀後半から普及し、それまでのぜんまいばねを使用した手巻や自動巻時計に代わって、現在最も一般的な時計となっている。ぜんまいばねに代わる駆動としてステップモーターを使用しており、電源が必要なためボタン電池太陽電池などが内蔵されている。 従来のぜんまいばね式時計のデザインを踏襲したアナログ時計のほか、同じく電源が必要な液晶LEDを時刻表示部に採用し数字で時刻表示したデジタル時計がある。

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、水晶振動子の個々のバラツキや、温度特性があるので周波数の誤差が存在する。振動子のバラツキに関しては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。使用環境による温度変化への対策としては、まれではあるが2~3個の複数の水晶振動子を使い温度変化による誤差を補正する機能を有するものもある[1]

クォーツ時計より精度が高いと言われる電波時計GPS時計は実質的には、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する機能を有したクォーツ時計の一種である。

クォーツ時計は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が、その一方で、多くがボタン型電池使用なので定期的に電池交換が必要であり、また太陽電池搭載のものは、この部分が比較的短寿命なので長期使用だと交換が必要になってくる場合がある。クォーツ式アナログ時計に関しては、クォーツ使用であっても物理的な運針機構があるため長期使用するなら定期的にオーバーホール(分解掃除&調整)が必要である。 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[2][3]。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[4]。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[5]。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、日本においては、1932年に従来型より温度係数がはるかに小さい(10-7/℃を達成した)Rカット式水晶振動子古賀逸策によって発明された[6]。また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[7]1964年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[8]、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[7][9]、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[7]

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航した。世界初の市販クォーツ腕時計は1969年セイコーによる「アストロン」であった[10][11]。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]。(クォーツ危機英語版とも呼ばれる)

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にまで応用されていった。

技術革新と各社間の競争により、現在では安価なクォーツ腕時計は100円ショップでも買えるぐらい安くなった。またクォーツショックのあと機械式腕時計(ぜんまいばね使用)が見直され、ブームが訪れている。 従来は精度が良いほど高性能であり高価であったが、一般的なクォーツ腕時計と機械式腕時計を比べるとクォーツ腕時計の月差と機械式腕時計の日差が同程度であり、完全に逆転している。本来は当然高精度のほうが良いが、近年はインターネットに常時接続しているスマートフォンの普及により容易に正確な時刻を知ることができ、必要が薄れつつある。高価でも誤差が大きいと言える機械式時計は、こだわりを持って伝統的な意匠やメカニズム、ものづくりの思想を楽しむといった傾向が続いている。その一方で「クォーツ腕時計は安物の代名詞」とまで言われるようになってしまったが、実用時計としてのクォーツ時計の高コストパフォーマンスはゆるぎない。

脚注[編集]

  1. ^ 水晶振動子2個を使用したものにセイコーの「ツインクォーツ」シリーズが有ったが、電波時計に移行したため生産中止となっている。水晶振動子3個を使用したものは、シチズン時計グループとなったブローバの、トータルでの振動数を通常の8倍の262kHzに上げたUHF( Ultra High Frequency )ムーブメント使用の4つのシリーズがある。
  2. ^ Marrison, W.A.; J.W. Horton (1928年2月). “Precision determination of frequency”. I.R.E. Proc. 16 (2): 137–154. doi:10.1109/JRPROC.1928.221372. 
  3. ^ Marrison, Warren (1948年). “The Evolution of the Quartz Crystal Clock” ([リンク切れ]). Bell System Technical Journal (AT&T) 27: 510–588. ISSN 0005-8580. OCLC 5164028321. http://www.ieee-uffc.org/freqcontrol/marrison/Marrison.html. 
  4. ^ Marrison 1948.
  5. ^ Sullivan, D.B. (2001年). “Time and frequency measurement at NIST: The first 100 years (PDF)”. Time and Frequency Division, National Institute of Standards and Technology. p. 5. 2011年10月10日閲覧。
  6. ^ 古賀逸策と水晶振動子 (PDF) - 電気学会。
  7. ^ a b c Carlene Stephens and Maggie Dennis Engineering time: inventing the electronic wristwatch
  8. ^ セイコー 公式ウェブサイト
  9. ^ From the roots until today's achievements..”. Federation of the Swiss Watch Industry. 2007年12月6日閲覧。
  10. ^ [1]
  11. ^ Astron