クォーツ時計
基本的なアナログクォーツ時計
現代のクォーツ腕時計
クロノグラフ腕時計のEブロックの回路基板。右側に水晶発振器が見える。

クォーツ時計とクォーツウォッチは、水晶振動子によって制御される電子発振器を用いて時間を刻む時計です。水晶振動子は水晶の共振機械振動によって制御され、非常に正確な周波数の信号を生成します。そのため、クォーツ時計とクォーツウォッチは機械式時計よりも少なくとも1桁以上正確です。通常、何らかのデジタルロジックがこの信号の周期をカウントし、通常は時、分、秒の単位で数値で時間を表示します。

1980 年代にソリッド ステートデジタル エレクトロニクスが登場し、より小型で安価な時計が製造できるようになったため、クオーツ時計は世界で最も広く使用される計時技術となり、ほとんどの時計や腕時計のほか、コンピューターやその他の時間を計る機器に使用されています。

説明

分解されたアナログクォーツ時計。水晶振動子（左上）、ラベット型ステッピングモーター（左）、黒いロータースプロケット、そして接続された白と透明の歯車（右）。これらの歯車は秒針、分針、時針の動きを制御します。
基本的なクォーツ腕時計のムーブメント。右下：水晶発振器、左：ボタン電池、右上：発振器カウンター、デジタル周波数分周器、ステッピングモーター用ドライバー（黒色エポキシ樹脂の下）、左上：時計の針を動かすステッピングモーターのコイル。

化学的には、水晶は二酸化ケイ素と呼ばれる化合物の特定の形態です。多くの材料は、共振するプレートに形成できます。しかし、水晶は圧電材料でもあります。つまり、水晶結晶が曲げなどの機械的ストレスを受けると、いくつかの平面に電荷が蓄積されます。逆の効果として、電荷が結晶面全体に配置されると、水晶は曲がります。水晶は電気信号によって直接駆動（曲げ）できるため、共振器で使用するために追加の変換器は必要ありません。同様の水晶が低価格の蓄音機のカートリッジに使用されています。スタイラス（針）の動きによって水晶が曲がり、小さな電圧を生成します。この電圧が増幅され、スピーカーから再生されます。水晶マイクは現在でも利用可能ですが、一般的ではありません。

クォーツには、温度変化による寸​​法変化が少ないという利点もあります。溶融石英は、温度変化による形状変化を許容しない実験器具によく使用されます。石英板の共振周波数は、その大きさに依存しますが、大きく変動することはありません。同様に、共振器の形状が変化しないため、クォーツ時計は温度変化に対して比較的正確な精度を維持します。

20世紀初頭、無線技術者たちは正確で安定した無線周波数源を求め、当初は鋼鉄製の共振器から着手しました。しかし、 1920年代初頭、ウォルター・ガイトン・ケイディが水晶の方が少ない機器で共振でき、温度安定性も優れていることを発見すると、鋼鉄製の共振器は数年のうちに姿を消しました。その後、米国国立標準技術研究所（当時は米国国立規格局）の科学者たちは、水晶発振器が振り子時計よりも正確であることを発見しました。

この電子回路は発振器、つまり増幅器であり、その出力は水晶共振器を通過します。共振器は電子フィルタとして機能し、対象となる単一の周波数以外のすべての信号を除去します。共振器の出力は増幅器の入力にフィードバックされ、共振器は発振器が正確に対象となる周波数で動作することを保証します。回路に電源が投入されると、電子回路に常に存在するショットノイズの単一のバーストがカスケード接続され、発振器が目的の周波数で発振状態になります。増幅器が完全にノイズフリーであれば、発振器は起動しません。

水晶の振動周波数は、その形状、大きさ、そして水晶がカットされる結晶面によって決まります。電極の配置位置によっても、同調はわずかに変化します。水晶が正確に形作られ、配置されていれば、望ましい周波数で振動します。ほぼすべてのクォーツ時計の周波数は32 768  Hz [ 1 ]であり、結晶は特定の結晶面上で小さな音叉型にカットされている。[ 2 ]この周波数は2の累乗である（32 768 = 2 15 ）は、人間の可聴範囲を超えるほど十分に高い周波数であるが、電力消費、コスト、サイズを適度なレベルに抑え、安価なカウンタで1秒のパルスを生成できる程度には低い周波数である。[ 3 ]このような水晶共振器からのデータライン出力は、高周波数と低周波数に変化する。1秒間に32,768回。この信号はフリップフロップ（基本的には2つのトランジスタを少し交差接続したもの）に送られ、水晶からのラインがハイからローに変化するたびに、フリップフロップもローからハイへ、あるいはその逆に変化します。その出力はさらに別のフリップフロップに送られ、これが15個のフリップフロップのチェーンへと続きます。各フリップフロップは入力信号の周波数を2で割ることで、実質的に2のべき乗分周器として機能します。その結果、1秒間に1回オーバーフローする周波数で駆動される15ビットのバイナリデジタルカウンタが実現し、1秒間に1回のデジタルパルスを生成します。この1秒間のパルス出力は、様々な種類の時計の駆動に使用できます。アナログクオーツ時計や腕時計では、1秒間のパルス出力はほぼ常にラベット型ステッピングモータに送られ、フリップフロップのカウントユニットからの電子入力パルスを、針を動かすための機械出力に変換します。

各フリップフロップは周波数を2分の1に減少させる

クォーツ時計や腕時計では、水晶振動子が通常よりも高い周波数で振動することもあります。32 768 (= 2 15 ) Hz (高周波クォーツムーブメント[ 4 ] ) および/または1秒あたり2回以上のデジタルパルスを生成して、ステッピングモーターで駆動する秒針を1秒あたり2回よりも高い乗数で駆動する[ 5 ]が、より高い振動周波数とステッピングモーターの起動にはエネルギーが必要になるため、電力消費量 (バッテリーの消耗) が上昇し、このような小型のバッテリー駆動型クォーツ時計は比較的まれです。一部のアナログクォーツ時計には、ステップのないバッテリーまたは主電源で駆動する電気モーターで動くスイープ秒針が備わっており、機械出力ノイズが低減されることが多いです。

機構

クオーツ時計の計時部品として使用される水晶振動子の写真。ケースを取り外した状態。音叉型の形状をしています。このような水晶振動子のほとんどは、以下の周波数で振動します。32768  Hz。​

現代の標準品質のクォーツ時計では、水晶共振器または発振器は小さな音叉の形（XYカット）にカットされ、レーザートリミングまたは精密ラッピングされて、32 768  Hz。この周波数は1秒あたり2の15乗サイクルに相当します。2のべき乗が選択されるのは、単純な2分周デジタル回路で次の周波数を導出するためです。時計の秒針を動かすのに必要な1Hzの信号。ほとんどの時計では、共振器は長さ約4～6mm（0.16～0.24インチ）の小さな円筒形または平らなパッケージに収められています。 [ 6 ]32 768  Hz共振器が普及したのは、時計用の低周波水晶の物理的サイズが大きいことと、高周波水晶の電流消費量が大きいために時計の電池寿命が短くなるという問題との妥協の結果です。

片持ち梁の振動の基本周波数 をその寸法（二次断面）の関数として計算する基本式は[ 7 ]である。f{\displaystyle f}

f＝1.87510422π1つのl2E12ρ、{\displaystyle f={\frac {1.875104^{2}}{2\pi }}{\frac {a}{l^{2}}}{\sqrt {\frac {E}{12\rho }}},}

どこ

1.875104{\displaystyle 1.875104}（丸められた）は方程式の最小の正の解である。[ 8 ]コス⁡（×）コッシュ⁡（×）＝−1{\displaystyle \cos(x)\cosh(x)=-1}
l{\displaystyle l}カンチレバーの長さです。
1つの{\displaystyle a}運動方向に沿った厚さです。
E{\displaystyle E}はヤング率であり、
ρ{\displaystyle \rho }それはその密度です。

石英製のカンチレバー（＝ E{\displaystyle E}10 11  N /m 2 = 100  GPa = 15百万 psi ; = 2.625 g/cm 3 = 0.0948 lb/cu in [ 9 ]）、長さ3 mm（0.12インチ）、厚さ0.3 mm（0.012インチ）の固体の場合、基本周波数は約ρ{\displaystyle \rho }33 kHz。水晶は正確に 2 15 = に調整されています。32 768  Hz、または抑制補正によりわずかに高い周波数で動作します (下記参照)。

正確さ

水晶振動子とその駆動回路の相対的な安定性は、絶対的な精度よりもはるかに優れています。標準品質このタイプの32,768 Hz共振器は 、 31 °C (87.8 °F) で約 6 パーツパーミリオン (0.0006%) の長期精度が保証されています。つまり、一般的なクオーツ時計または腕時計は、30 日で 15 秒の進みまたは遅れ (5 ～ 35 °C または 41 ～ 95 °F の通常温度範囲内)、または身体の近くに着用した場合、1 日で 0.5 秒未満の時計のドリフトになります。

温度と周波数の変化

水晶は熱膨張係数が非常に低いものの、温度変化は水晶発振器における周波数変動の主な原因です。温度による発振周波数への影響を低減する最も明白な方法は、水晶を一定温度に保つことです。研究室レベルの発振器では、恒温槽型水晶発振器が用いられます。この方法では、水晶は一定温度に保たれた非常に小さな恒温槽に保持されます。しかし、この方法は民生用のクォーツ時計や腕時計のムーブメントには実用的ではありません。

腕時計に使用される民生用クロック水晶共振器の結晶面とチューニングは、周波数に対する温度依存性が最小限に抑えられるように設計されており、約25～28℃（77～82℉）の温度範囲で最適に動作します。水晶振動子が最も速く振動する正確な温度は「ターンオーバーポイント」と呼ばれ、制限内で選択できます。[ 10 ]ターンオーバーポイントを適切に選択することで、温度による周波数ドリフトの悪影響を最小限に抑え、大幅なコスト増加なしに民生用水晶発振器の実用的な計時精度を向上させることができます。[ 10 ]温度が高温または低温になると、発振速度は-0.035  ppm /°C 2 （低下）します。したがって、±1℃の温度偏差は、(±1) 2 × -0.035 ppm = -0.035 ppmの速度変化をもたらし、これは年間-1.1秒に相当します。代わりに、水晶が±10℃の温度偏差を経験すると、速度の変化は（±10）2 ×−0.035ppm = −3.5ppmとなり、これは年間−110秒に相当します。[ 11 ]

クォーツ時計メーカーは、オーブン制御水晶発振器方式の簡略版を採用し、最高の計時性能を確保するために時計を定期的に着用することを推奨しています。クォーツ時計を定期的に着用することで、環境温度の変動を大幅に軽減できます。これは、適切に設計された時計ケースが、人体の安定した温度を利用して水晶発振器を最も正確な温度範囲に保つ便利な水晶オーブンとして機能するためです。

精度の向上

一部のムーブメント設計には、精度向上機能や自動調整機能が搭載されています。つまり、振動数を単純にカウントするのではなく、コンピュータプログラムが単純なカウント値を取得し、工場で設定されたエポックと最後に時計を設定した時刻との比率に基づいて調整します。工場出荷後にサービスセンターで精密タイマーと調整端末を用いて調整される時計は、水晶振動子の経年変化や、予測しにくい経年変化の影響が適切に補正されるにつれて、精度が向上します。

腕時計に搭載されている高精度クォーツムーブメントは、年間±1秒から±25秒の精度を実現し、天体航法によって経度（地球表面上の一点の東西位置）を決定するための海洋クロノメーターとして認定・使用できる。本初子午線（または他の起点）の時刻が十分に正確に分かっていれば、天体航法で経度を決定でき、時刻の精度が高ければ高いほど緯度の決定精度も高くなる。緯度45度では、1秒は経度で1,077.8 フィート（328.51 メートル）に相当し、10分の1秒は107.8フィート（32.86メートル）に相当する。[ 12 ]

トリマーコンデンサー

発振器の精度にかかわらず、クオーツ式アナログまたはデジタル時計のムーブメントには、トリマー コンデンサーが搭載されている場合があります。これらは通常、古いビンテージのクオーツ時計に搭載されており、安価な時計の多くにも搭載されています。トリマー コンデンサーまたは可変コンデンサーは、静電容量が変化すると、クオーツ水晶発振器からの周波数を変更します。[ 13 ]周波数分周器は変化しないため、トリマー コンデンサーを使用して、1 秒あたりの電気パルス (またはその他の必要な時間間隔) の出力を調整できます。トリマー コンデンサーは、回路基板に配線された小さなネジのような形をしています。通常、ネジを時計回りに回すとムーブメントの速度が上がり、反時計回りに回すとネジを1 ⁄ 6回転させると 1 日あたり約 1 秒遅くなります。最近のクオーツ式ムーブメントの設計では、機械式のトリマー コンデンサーを搭載しているものが少なく、一般的にデジタルによる修正方法が採用されています。

熱補償

精度を高めたクォーツ時計
オメガ4.19MHz高周波水晶振動子船舶用クロノメーターは年間±5秒以上の精度を実現、フランス海軍発行
シチズン アナログ デジタルクロノグラフ、4 エリアの電波時計受信機能（北米、ヨーロッパ、中国、日本）と電波同期機能付き

コンピューター制御の高精度クォーツムーブメントは、温度を測定して調整することができます。このため、ムーブメントは1日に数百から数千回、水晶の温度を自律的に測定し、計算された小さなオフセットでこれを補正します。アナログとデジタルの両方の温度補正が高級クォーツ時計で使用されています。より高価な高級クォーツ時計では、温度センサーからの出力に応じて抑制するサイクル数を変更することで、熱補正を実装できます。公式認定COSCクォーツクロノメーターのCOSC平均日差基準は、23℃または73℉で年間±25.55秒です。COSCクロノメーターラベルを取得するには、クォーツ機器は温度補正と厳格なカプセル化の恩恵を受けなければなりません。各クォーツクロノメーターは、13日間、同じ姿勢で、3つの異なる温度と4つの異なる相対湿度レベルでテストされます。[ 14 ]スイス製クォーツ時計の約0.2％のみがCOSCによってクロノメーター認定されています。[ 15 ]これらのCOSCクロノメーター認定ムーブメントは、天体航法によって経度を測定するための海洋クロノメーターとして使用することができます。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

追加の精度向上方法

2019年現在、年間±1秒の精度を誇る自律型光発電高精度クォーツ時計ムーブメントが市販されている。 [ 19 ] [ 20 ]この高い精度を実現するための重要な要素は、2 23または2 1/4インチで動作する（時計としては）珍しい形状の（ATカット）水晶振動子を使用することである。8,388,608 Hzの 高周波数、熱補償、そして手作業によるエイジング済み水晶の選別。[ 21 ] ATカットのバリエーションは、-40～125℃（-40～257°F）の範囲でより広い温度許容範囲を可能にし、重力による方位変化による偏差を低減します。その結果、空間的な方位や位置決めによる誤差が懸念されなくなります。[ 22 ] [ 23 ]

抑制補償

多くの安価なクオーツ時計や腕時計は、抑制補償と呼ばれる定格および補償技術を使用しています。[ 1 ]水晶は、意図的にいくらか速く動作するように作られています。製造後、各モジュールは工場で高精度クロックに対して較正され、10秒や1分などの一定の間隔で少数の水晶サイクルをスキップするようにデジタルロジックをプログラムすることにより、正確な時間を維持するように調整されます。一般的なクオーツムーブメントの場合、これにより、10秒間隔で30日あたり7.91秒の増分でプログラム調整 (10秒測定ゲート)、または60秒間隔で30日あたり1.32秒の増分でプログラム調整 (60秒測定ゲート) が可能になります。この方法の利点は、デジタルプログラミングを使用してチップ上の不揮発性メモリレジスタに抑制するパルス数を格納一部のクォーツムーブメントの抑制補正ロジックは、工場出荷後に専門の高精度タイマーと調整端末を使用してサービス センターで調整できますが、多くの安価なクォーツ時計ムーブメントではこの機能が提供されていません。

外部時刻信号修正

クォーツムーブメントの計時特性を電波または衛星時刻信号と比較することで毎日「定格」設定し、時刻信号受信間のムーブメントの進みまたは遅れを測定し、回路を調整して計時を「調整」すれば、修正された時刻の精度は年間±1秒以内になります。これは天体航法による経度測定には十分すぎるほどです。これらのクォーツムーブメントは、外部時刻信号が正常に受信されず、内部処理によって自動的に時刻を設定または同期できない場合、時間の経過とともに精度が低下します。このような外部補正がない場合、通常は自動計時に依存します。米国国立標準技術研究所（NIST）は、これらのムーブメントが最も近い秒に丸められた場合でも正確な時刻を維持するために、同期間隔を±0.5秒以内に維持することを推奨するガイドラインを公開しています[ 24 ] 。これらのムーブメントの中には、1日に複数回同期させることで、同期間隔を±0.2秒以内に維持できるものもあります[ 25 ] 。

水晶の老化

時計用水晶振動子は、超清浄環境で製造され、その後、密閉容器内で不活性超高真空に保護されます。これらの対策にもかかわらず、水晶振動子の周波数は経年変化によってゆっくりと変化します。しかし、経年変化の影響は温度変化による周波数変動の影響よりもはるかに小さく、製造業者はその影響を予測することができます。一般的に、経年変化は水晶の周波数を最終的に低下させますが、逆に上昇させることもあります。[ 26 ]

時間の経過と共にわずかに周波数がドリフトする要因としては、取り付け構造の応力緩和、気密シールの喪失、結晶格子の汚染、吸湿、水晶振動子内部または表面の変化、激しい衝撃や振動の影響、非常に高い温度への暴露などがあげられる。[ 27 ]水晶の経年劣化は対数的になる傾向があり、つまり周波数の変化率が最大となるのは製造直後で、その後は減少する。経年劣化の大部分は水晶の耐用年数の最初の 1 年以内に起こる。水晶は最終的には経年劣化 (漸近的) を停止するが、それには何年もかかることがある。ムーブメント製造業者は、水晶を時計のムーブメントに組み込む前にプレエージング処理を施すことができる。経年劣化を加速するため、水晶は高温に晒される。[ 28 ]水晶がプレエージング処理されていれば、製造業者は経年劣化率 ( 厳密には、経年劣化の計算式の係数 ) を測定し、マイクロコントローラで経時的な補正を計算させることができる。水晶がプレエージング処理されていれば、ムーブメントの初期キャリブレーションの精度が長期間維持される。この利点は、累積経年変化による誤差をゼロにリセットする調整後、失われます。高価なムーブメントの方が精度が高い傾向があるのは、クリスタルのプレエイジング期間が長く、優れた経年変化性能を持つものが選ばれているためです。プレエイジングされたクリスタルは、ムーブメントの性能を考慮して手作業で選別されることもあります。[ 29 ]

クロノメーター

時間標準として設計されたクォーツクロノメーターには、水晶を一定温度に保つための水晶オーブンが組み込まれていることがよくあります。中には、自己評価機能を備え、複数の時間測定値の 平均を取るための「水晶ファーム」を備えたものもあります。

外部磁気干渉

アナログクォーツ時計のムーブメントに使用されているラベット型ステッピングモーターは、コイルによって生成される磁場によって駆動されますが、外部（近傍）の磁気源の影響を受けやすく、ロータースプロケットの出力に影響を与える可能性があります。その結果、アナログクォーツ時計の機械出力が一時的に停止、前進、または後退し、正確な計時に悪影響を与える可能性があります。磁場の強度は距離とともにほぼ常に低下するため、アナログクォーツ時計のムーブメントを干渉する外部磁気源から遠ざけると、通常は正しい機械出力が回復します。一部のクォーツ腕時計テスターに​​は、ステッピングモーターが機械出力を供給できるかどうかをテストする磁場機能が搭載されており、歯車列と針を意図的に高速回転させることで、軽微な汚れを除去します。一般的に、日常生活で遭遇する磁気は、デジタルクォーツ時計のムーブメントにはステッピングモーターが搭載されていないため、影響を与えません。[ 30 ] MRI磁石のような強力な磁気源は、クォーツ時計のムーブメントを損傷する可能性があります。[ 31 ]

歴史

1929 年に米国規格協会 (現在のNIST ) にあった 4 つの高精度 100 kHz 水晶発振器。米国初の水晶周波数標準となった。ユニット上部のガラスドームの下に設置された大型水晶共振器の熱膨張や収縮による周波数ドリフトを防ぐため、温度制御オーブンに保管され、4 か月で 10 −7 (約 1 秒の誤差) の精度を達成した。
1927年にベル研究所のウォーレン・マリソンによって製作された、初期の実験的な水晶制御時計の一つ。100kHzの水晶振動子（上部ドーム下）で制御される真空管発振器は、真空管カウンタによって分周され、前面の同期クロックを駆動する。精度は1日あたり0.01秒であった。
消費者向けの初期のクォーツ時計
ヨーロッパ初の消費者向けクォーツ時計「アストロクロン」、ユンハンス、シュランベルク、1967年
最初のクォーツ腕時計ムーブメント、キャリバー35A、セイコー、日本、1969年
壁に掛けられたクォーツ時計、2005年

水晶の圧電特性は、1880年にジャック・キュリーとピエール・キュリーによって発見されました。真空管発振器は1912年に発明されました。[ 32 ]電気発振器は、1919年にイギリスの物理学者ウィリアム・エクルズによって初めて音叉の動きを持続させるために使用されました。 [ 33 ]彼の業績は、機械装置に関連する減衰の大部分を取り除き、振動周波数の安定性を最大限に高めました。[ 33 ]最初の水晶発振器は、1921年にウォルター・G・ケイディーによって作られました。1923年に、英国国立物理学研究所のDWダイとベル電話研究所のウォーレン・マリソンは、水晶発振器を使用して高精度の時刻信号のシーケンスを生成しました。

1927年10月、ベル電話研究所のジョセフ・W・ホートンとウォーレン・A・マリソンによって世界初のクォーツ時計が発表され、製作された。[ 34 ] [ a ] [ 36 ] [ 37 ] 1927年の時計は、電気刺激を受けた水晶のブロックを使って、1秒あたり50,000サイクルの周波数のパルスを発生させた。[ 38 ]次に、分数制御周波数発生器がこれを使用可能な規則的なパルスに分割し、同期モーターを駆動した。[ 38 ]

次の30年間は、研究室での精密な時間基準としてクオーツ時計が開発されましたが、真空管を使った大きくて繊細な電子計数装置のため、他の用途には限界がありました。1932年、クオーツ時計は、最短で数週間の地球の自転速度のわずかな変化を測定できるようになりました。[ 39 ] 1932年、日本ではアイザック・古賀が、温度依存性を大幅に低減した振動周波数を生み出す水晶カットを発明しました。[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]アメリカ国立標準技術研究所（現在のNIST）は、1930年代から1960年代にかけて米国の時間基準をクオーツ時計に基づいていましたが、その後、国際単位系（SI）が秒の定義に使用しているのと同じメカニズムを採用している原子時計に移行しました。[ 43 ] 1953年、ロンジンが初のクオーツムーブメントを開発しました。[ 44 ]クォーツ時計技術の普及は、1960年代の安価な半導体デジタルロジックの開発を待たねばならなかった。1929年に改訂されたブリタニカ百科事典第14版では、クォーツ時計はおそらく家庭で使用できるほど手頃な価格にはならないだろうと述べられていた。

その固有の物理的・化学的安定性と精度により、その後の普及が進み、1940年代以降は世界中で時間と周波数の精密測定の基礎となってきました。[ 45 ]

1960年代には、消費者市場向けのクオーツ時計の開発が始まりました。最初の成功例の一つは、セイコークリスタルクロノメーターQC-951と呼ばれるポータブルクオーツ時計でした。このポータブル時計は、1964年の東京夏季オリンピックのマラソン競技のバックアップタイマーとして使用されました。 [ 46 ] 1966年には、セイコーとロンジンが世界初のクオーツ懐中時計のプロトタイプをヌーシャテル天文台のコンクールで発表しました。[ 47 ] 1967年には、CEHとセイコーの両社がヌーシャテル天文台のコンクールにクオーツ腕時計のプロトタイプを提出しました。[ 46 ] [ 48 ]世界初のプロトタイプのアナログクオーツ腕時計は1967年に発表されました。ベータ1はスイスのヌーシャテルにあるCentre Electronique Horloger (CEH) によって発表され、[ 49 ] [ 50 ]アストロンのプロトタイプは日本のセイコーによって発表されました（セイコーは1958年からクオーツ時計に取り組んでいました）。[ 49 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 51 ]スイス初のクオーツ時計であるエボーシュSAベータ21は、1970年のバーゼルフェアで発表されました。[ 47 ] [ 52 ] 1969年12月、セイコーは世界初の商用クオーツ腕時計であるセイコークオーツアストロン35SQを生産しました[ 53 ] [ 54 ]これは現在IEEEマイルストーンに認定されています。[ 55 ] [ 56 ]アストロンは8,192Hzの水晶振動子を搭載し、日差0.2秒、月差5秒、年差1分の精度を誇りました。アストロンは、スイスの時計メーカー16社が共同開発し、ロレックス、パテック、オメガの電気クォーツモデルに採用されたスイス・ベータ21の発売から1年も経たないうちに発売されました。これらの最初のクォーツ時計は非常に高価で、高級時計として販売されました。その高い精度と、最終的に達成された低コストにより、クォーツ時計はそれ以来急速に普及していきました。

ジラール・ペルゴは、1971年にキャリバー350を発表した。精度は1日あたり約0.164秒以内と宣伝されていたが、これは32,768 Hzの水晶振動子を備えていた。これは以前の水晶時計のムーブメントよりも高速で、それ以来ほとんどの水晶時計で使用されている振動周波数となった。 [ 57 ] [ 58 ] 1970年代に金属酸化物半導体(MOS)集積回路が導入されたことで、機械式ラベット型ステッピングモーター、スムーズスイープのノンステッピングモーター、または液晶ディスプレイ(LCD デジタル時計) のいずれかを駆動する場合、コイン型電池1個で12か月のバッテリー寿命を実現した。時計用の発光ダイオード(LED) ディスプレイは、比較的バッテリー消費が多いため珍しくなった。 これらの革新により、この技術は大量市場への採用に適したものとなった。

1980 年代までに、クォーツ技術は、キッチンタイマー、目覚まし時計、銀行の金庫室のタイム ロック、軍需品の時限信管などの用途を、以前の機械式テンプムーブメントから奪い、時計製造業界ではクォーツ危機として知られる大変動を引き起こしました。

クォーツ時計は1980年代以降、腕時計および家庭用時計市場を席巻してきました。クォーツ結晶の高いQ値と低い温度係数により、最高級の機械式時計よりも高い精度を誇ります。また、可動部品が一切ないため、磁気や衝撃といった外的要因による影響も大幅に軽減され、より堅牢で定期的なメンテナンスも不要です。

標準的な「時計」やリアルタイムクロック（RTC）用の水晶振動子は、電子部品市場では安価な大量生産品となっている。[ 59 ]

1980年代以降、無線信号を用いて時刻を同期する電波時計が登場しました。これらの時計は、標準時間から夏時間に自動的に切り替わります。これらの電波信号はほとんどの場合長波帯で送信されるため、電波の受信状況が悪い場所でも動作します。

インターネットの普及により、消費者向け時計デバイス（スマートフォンやスマートウォッチなど）は、自動化プロトコル（ネットワーク タイム プロトコルなど）を介して内部時計を原子時計タイム サーバーに自動的に同期できるようになりました。

参照

注記

  1. ^水晶共振器は、精密に制御できる非常に小さな振幅で振動することができ、その特性により、非常に高い周波数安定性を実現しています。 [ 35 ]

参考文献

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