水晶時計のしくみ

「水晶時計」とは

● 心臓部にあたる『水晶振動子』
● 時計の標準信号を作る『電子回路』
● 電気的な標準信号を回転運動に変える『ステップモータ』
● 時計を動かすのに必要なエネルギーを供給する『電池』
● 時刻を表示する『針』などから構成されています。

     この「水晶時計」を一般的に「クオーツ」と呼んでいます。


以下、水晶時計のしくみを簡単にご説明していきますが、もしあなたがご使用の時計があまり調子よくないようでしたら、一緒に原因を考えてみましょう。
水晶振動子
水晶振動子は、水晶を音叉型に削り真空カプセルに入れたもので、電圧を交互に加えると一秒間に32,768回振動します。 水晶振動子は、IC、コンデンサー、抵抗などと一緒に回路ブロックに組み込まれています。

時計が動かない!はじめに電池電圧を調べてみましょう。1.5ボルトあれば電池はOK。
電子回路部(回路ブロック)
電子回路は、発振部(水晶振動子+発振回路)分周回路駆動回路の三部分から構成されます。電子回路の働きは、発振部より出る32,768Hzの信号を、一秒に一回の駆動パルスに変えステップモータに伝えます。
● 発振部
発振部は、水晶振動子と発振回路、IC、コンデンサーから構成されています。コンデンサーは、発振を安定させたり、進み遅れを調整します。
● 分周回路
1秒間に32,768Hzの信号を、針を動かす信号に変える(振動数を少なくする)ことを分周と呼びその役割を担うのが分周回路です。

32,768→16,384→8,192→4,096→・・・・・・・・・・・・→4→2→1
● 駆動回路

分周回路から伝えられた信号を、ステップモータを動かす強い信号に作り変えます。駆動信号は、回路ブロックの二本の出力端子からステップモータへ伝えられます。例えば1秒目は出力端子の@から2秒目は出力端子のAから、3秒目は再び@から、そしてまた4秒目はAからと交互に駆動信号が出ます。

電子回路から、一秒に一回の信号がステップモーターに送られます。時計屋にはクオーツテスターという精度測定機が有り、時計をマイクの上に乗せて精度を計りますが、この時電子回路から出る信号をキャッチできれば電子回路ブロックは正常だと思います。逆に信号をキャッチできないと電子回路の不良で交換が必要です。この回路の交換は国産品でも5、000円以上はします。

ステップモータ
ステップモータは、駆動コイル、ステータ、ロータから構成され、電子回路から送られてくる駆動信号を、回転運動に変えます。ステップモータは電磁石の原理を利用し、駆動コイルとステータとで電磁石を作り、永久磁石でできているロータと反発しあいロータ自身を回転させます。

ステップモータへ信号が送られていてもロータが回らないことがあります。この場合はコイルの切断が考えられます。細い線ですのでときどき切れる事があります、国産品の場合、このコイルだけの交換が出来る機種が多く部品代は2〜3、000円です。
ここまでのご説明、お分かりいただけましたか。電池、電子回路、コイル、ステップモータすべて異常がないのに時計が遅れたり、止まったりする。そうですここから後は、歯車が回転し針を廻します。機械の油が汚れていたり、歯車の間にほこりがあったり、もう分解掃除しかありません。機械部分を分解し歯車をきれいに洗い、組み立てた後油をさします。機種によって修理代は違いますが、国産の並品で5、000円前後で分解掃除をしてくれるお店が多いようです。


腕時計を分解した状態をデジタルカメラで撮ってみました。矢印をクリックし次のページをご覧ください。


輪列
輪列は、ステップモータの回転運動を、回転の速さを調整しながら針に伝達します。ロータの回転運動は、歯車のかみ合いにより力が伝えられます。歯車は大きい歯車と小さい歯車(かなと呼びます)とでできています。歯車とかながかみ合って力(回転運動)を伝えます。また、歯車のかみ合わせによって回転の速さを調整しながら秒針、分針、時針に伝えていきます。
時計と磁気
最後に磁気について注意です。
アナログ時計は針を動かすために、磁石の性質を利用してロータを駆動させるステ ップモータ方式を採用しています。そのため、外部より強い磁気の影響を受ける と、ロータに磁気が作用し、正常な回転ができなくなり、それが時計の「止まり」 「遅れ」「進み」の原因となることがあります。デジタル時計には、アナログ時計 に使われているステップモータがありませんので磁気による影響はありません。 また、磁気の影響で時刻がくるってしまっても時計の機械に影響はありません。磁気から遠ざければ元通り、正常に動きます。その後改めて正しい時刻にセットして ください。

こんなものに気をつけましょう
<磁気を発生させるもの>
直流磁界=止まり、遅れの原因となる 磁気健康用具、ヘッドホン、ステレオのスピーカー、冷蔵庫のマグネットド アなど
交流磁界=遅れ、進みの原因となる 電気毛布、コタツのコントローラ、ハンドミキサー、電動マージャン台、電 磁調理機など
 


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  機械式でもクオーツでもない最先端のウオッチムーブメント  "スプリングドライブ"
スプリングドライブは、ゼンマイのほどける力を動力源としながら、水晶からの正確な信号によって精度を制御する、世界で唯一の機構です。
この世界の時計技術者が夢見た新機構は、匠の技と最新技術との融合が織り成す“第三のムーブメント”です。
スプリングドライブはぜんまいを動力源にしていながら、通常の機械式ウオッチの精度が日差 ± 20 秒のところ、日差 ± 1 秒以内という極めて高い精度を発揮するウオッチ。


  2006年5月
1.  ぜんまいがその弾性によりほどける力を使って動力を生み出す。

2.  この回転する力を磁石を使ったローターに伝え、ローターが回転することにより磁束の変化を生じさせ、電気を発生。

3.  生み出された電気は水晶振動子と IC を駆動します。水晶振動子は 1 秒間に 32,768 回振動する(32,768 Hz)。
4.   この振動を分周回路と呼ばれる回路によって 1 秒間に 8 回の信号 (8 Hz) に変換し、8 Hzの周波数で一定の基準信号を出す。

5.   IC はこの水晶の基準信号とローターの回転速度を比較しながら、ローターに磁力でブレーキをかけたり外したりして、基準信号の 8 Hz に合うようにローターの速度を調整。

6.  この結果、ぜんまい⇒ローター⇒歯車⇒針の順に制御された動きを伝え、正確に時を刻むことができる。


クオーツ用語集
キネティックの
   基本構造
腕の自然な動きによってムーブメントの回転錘が回る。
回転は歯車によって増速されAGローターが高速で回転する。
AGローターの回転は、専用コイルブロックに電磁誘導作用で電流を発生させる。
電流は、キネティックE.S.Uに充電される。
充電された電流は、ICで整圧化され時計を動かす。
キネティック
  オートリレー
キネティックをベースとし、時計が腕から外された静止状態が続くと、一時的に運針を止めてエネルギー消費を最小限に抑える。そして、時計を数回振ると、回路内部で刻み続けていた時刻を即座に表示する。
この機能により、フル充電時から最長4年間、時計が停止する心配や時刻合わせの煩わしさから開放される。
・自動パワーセーブ機能:時計を外した状態が約72時間続くと、パワーセーブ機能が働き、運針を止める。
・強制パワーセーブ機能:竜頭を1段引出し、1秒以内に戻すと、強制的にパワーセーブ状態になる。
・自動時刻復帰機能:パワーセーブ状態でも時計を数回振るだけで、即座に現在の時刻に復帰する。

パーペチュアル
   カレンダー
パーペチュアルカレンダー機能とはうるう年を含めた大の月、小の月を判別し自動的に月末の日付を修正する機能です。
SEIKOのパーペチュアルカレンダーウオッチは、
・2100年2月28日までのカレンダーのデータを記憶している為、日付の修正が不要
・電池長寿命(男性用8Fモデル:10年 女性用4Fモデル:5年)
・年差±20秒以内の高精度
商品の特徴
■2100年まで日付修正不要のパーペチュアルカレンダー
  世界最小の超音波モーターを搭載。
  女性用サイズのパーペチュアルカレンダーも誕生しました。
■最長10年の長寿命電池
   女性用サイズでも、最長5年の長寿命電池を採用。
■年差±20秒の高精度
   新開発の水晶振動子により高精度を実現
■簡単な時差修正機能と便利な24時針
   24時針つきモデルは、秒針や分針を止めることなく
   簡単に時差修正が可能。
ルミブライト ルミブライトは、放射性物質を全く含んでいない環境・人に安全な蓄光(蓄えた光を放出する)塗料を 表すセイコーの商標です。ルミブライトを使用することにより、暗い場所でも時刻が読みとりやすくなります。

ルミブライトは、太陽光や照明器具の明かりを短時間(約10分間:500ルックス以上)で吸収して蓄え,暗い中で長時間(約3-5時間)光を放ちます。なお、蓄えた光を発光させていますので、輝度(明るさ)は時間が経つに従って徐々に弱まってきます。光を蓄える際の周囲の明るさや、光源と時計との距離、光の吸収度合いにより,光を放つ時間には多少の誤差が生じることがあります。




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