化学理科

5分でわかるクオーツ時計!理系大学院卒ライターがわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。時計は便利だな。身につけるだけで時間を正確に図ってくれる。だが、時計はなんで正確に時を刻むか知っているか?身の回りに当たり前にあるもの程、その理由を知らないもんだ。今回は、時計の中でもクオーツ時計の原理や機械式時計との違いをみながら、理系大学院卒ライターこーじと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/こーじ

元理系大学院卒。小さい頃から機械いじりが好きで、機械系を仕事にしたいと大学で工学部を専攻した。卒業後はメーカーで研究開発職に従事。物理が苦手な人に、答案の答えではわからないおもしろさを伝える。

クオーツ時計とは

image by iStockphoto

クオーツ(クォーツ)時計とは、水晶振動子を利用した電池で駆動する時計です。クオーツとは水晶を指しており、水晶を電気で振動させています。

クオーツ時計は、1番馴染みが深い時計でしょう。今では世界中で当たり前のクオーツ式時計を世界で1番最初に発売したのは、「セイコー・アストロン」です。雑貨店や量販店、百貨店で販売している時計の多くはクオーツ式の時計となります。

クオーツ時計の構成

クオーツ式の時計の構成は、水晶(クオーツ)と電池、IC回路、モーターです。これら一連の構成をムーブメントといいます。一昔前までは、このモーターを使用するクオーツ式時計が主流でした。昨今では、モーターではなく液晶ディスプレイを使用した時計も出てきています。そのため、モーター式を「アナログクオーツ」、液晶ディスプレイ式を「デジタルクオーツ」と呼ぶこともあるのです。

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クオーツ式時計を世界で一番最初に発売したのは、日本の「セイコー・アストロン」なんだ。セイコーはシチズンと並んで日本の有名な時計のブランドメーカーだぞ。クオーツ時計は、水晶の振動を使用し正確に時を刻んでいるんだ。

クオーツ式時計の原理

クオーツ式の時計のエネルギー源は、電池です。電池から交流電圧が流れると、圧電効果によりクオーツは一定周期で高速振動します。受け取るとと高速に振動し、IC回路で電気信号に変換。電気信号によりモーターが回転することで歯車などの機械部を回し、針を回しているのです。

水晶は電力の影響を受ける圧電体で、交流電圧を与えられると水晶振動をおこし1秒間に数万回振動します。この振動をICによって正確な電気信号へと変換し、モーターが駆動し時を刻むのです。

圧電素子とは

圧電素子とは

image by Study-Z編集部

では、圧電素子とはどのようなものでしょうか。圧電効果を利用して電気を発生させたり、逆に電圧をかけることで振動させる電子部品が「圧電素子」です。「ピエゾ素子」と呼ばれることもありますクオーツの振動は電圧をかけることで振動する性質を利用しています。圧電効果と逆圧電効果はどのようなものでしょうか。

そもそも、クオーツは石英、二酸化ケイ素からなる鉱物です。クオーツや一部のセラミックスは、圧力を加えた際に生じる変形により電圧が発生し、この現象を圧電効果といいます。一方、電圧かけることで振動する現象が逆圧電効果です。クオーツは1秒間に32,768回振動します。もちろんすべてのクオーツが32,768回の振動をするわけではありません。形状や形、純度により固有振動数がことなります。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ることにより、正確に32,768回の振動を起こすようカットしてているのです。

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