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クオーツ時計のしくみ

一般的に出回っている電池式の時計のほとんどがクオーツ時計です。
電池の寿命は通常2年〜3年ですので電池交換が必要になります。


クオーツ腕時計の中はどんなしくみになっているのでしょうか?

クオーツとはもともと石英のこと。 石英は二酸化珪素(けいそ)からなる鉱物で、石英の透明な結晶が水晶です。 クオーツ腕時計は水晶で作った水晶振動子を時間の調速、つまり1秒を1秒に、1分を1分に制御する装置に使用している時計のことです。 掛け時計であれ腕時計であれ、 時計に正確な時を刻ませるためには一定の周期で振動するものを利用しています。 たとえば掛け時計のふりこ、機械式腕時計のてんぷ などです。 クオーツ腕時計に使用されている「一定の周期で振動するもの」は水晶なのです。

 

水晶って振動する?

水晶などの結晶には圧力(押す)を加えると一方の表面に(+)電気を、もう一方の面には(−)電気を発生する性質があります。 張力(引っ張る)をくわえた時には発生する電気のプラスとマイナスの面が逆になります(これを圧電効果といいます)。

豆知識

同じように、曲げた時には曲がる方向によってプラスの電気とマイナスの電気の発生する面が逆になります。さらにその逆の現象、つまり、水晶片の両面に電気を加えると伸びたり縮んだりの変形を起こします(逆圧電効果といいます)。

豆知識

例えば水晶片の両面にプラスとマイナスの電気を交互に加えれば、その向きによって伸びと縮みの変形が交互に起こることになります。 これが水晶振動子の振動です。 クオーツ腕時計はこの振動を時間の調速に利用しています。 現在、身の回りにはこのしくみを利用した時計がたくさんあります。 パソコンや携帯電話に時刻が表示されているでしょう。 みんな水晶振動子を利用した時刻表示なのです。

32,768ヘルツの振動

一般的にクオーツ腕時計の水晶振動子は1秒間に32,768回振動します。 どんな水晶も32,768回の振動をするわけではありません。 そのカットや形によって振動の仕方が違い、固有の振動数も違います。天然水晶は不純物が含まれ品質にもばらつきがあるため、クオーツ腕時計に使用する水晶振動子には人工水晶を用い正確に32,768回の振動を起こすようカットしています。

さて、アナログクオーツを例にとってもう少し詳しく説明してみましょう。

アナログクオーツは電池、電子回路(発振回路、分周回路、駆動回路)水晶振動子、 モーター、歯車類で構成されています。


豆知識

豆知識

電池からの電圧を受けて発振回路に電気振動が生じます。 水晶振動子が電気振動の中から32、768ヘルツの振動を捉えて、先に説明した逆圧電効果により振動します。

そのことは同時に圧電効果により32、768ヘルツの電気振動を発生させ、発振回路に取り込ませます。 このことにより発振回路は32、768ヘルツの安定した振動を繰り返します。 この振動数(ヘルツ)は分周回路により1振動に下げられ、駆動回路からモーターに1秒1回のパルス電流として送り込まれます(パルス電流=一定間隔をおいて起こる電気のこと。 瞬間的な電流が1秒間隔で流れる)。 モーターの回転子(ローター)はパルス電流が流れた時だけ一定の角度回転するように作られています。 そして回転する毎に噛み合わせられている歯車の歯を1つ送ります。 その歯車の歯数を60にして秒針を取り付けておけば、秒針が1秒毎にタク・タク・タクとひと目盛りずつ進み、60秒で一周することになります。 ここからは機械時計の歯車のしくみと同じです。 順に分針の取り付けられている歯車、時針の取り付けられている歯車と噛み合わせられて行き、それぞれ針を動かします。歯車のしくみについての詳しい説明は機械式時計のしくみのぺーじをご覧ください。




豆知識

豆知識

豆知識

デジタルクオーツの場合はモーターも歯車も使用しません。 駆動回路からの電気振動が液晶板の数字の各セグメントを点灯して所定の時刻を表示します。

資料提供 スイス時計協会FH

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