時計

---

背景

時間を決定する最も古い方法は、空の太陽の位置を観察することです。太陽が真上にあるとき、時間はおよそ正午です。少し後の開発であり、個人の判断の対象が少ないのは、日時計の使用です。日中は、目盛り付きの文字盤の中央に配置された垂直のポールに日光が当たるため、文字盤に影ができ、リーダーに比較的正確な時刻の読み取りが可能になります。

14世紀の機械式時計の発明は大きな進歩でした。それは、時間を測定するためのより簡潔で一貫した方法を提供しました。機械式時計には、落下するおもりと振り子（または後で巻き上げられたばね）を動力源とする複雑な一連のホイール、歯車、レバーが含まれています。これらの部品が一緒になって、文字盤の1つまたは複数の手を動かして時刻を表示しました。その後すぐに、1時間、30分、および15分にチャイムまたはゴングが追加されました。 18世紀までに、家用の小さな時計が利用可能になり、前任者とは異なり、ケースに閉じられて密封されました。

可動部品の仕上がりが厳密であればあるほど、時計はより正確になりました。発明から20世紀半ばまで、時計製造の開発は、可動部品を可能な限り正確に機能させることに重点を置いていました。金属技術と小型化の発展、小さな部品の潤滑、そして最もストレスを受けた場所での最初の天然サファイア（そして次に人工サファイア）の使用（宝石の動き）はすべて、時計科学の不可欠な要素になりました。 19世紀の終わりまでに、おそらく直径2〜3インチ（5〜7センチメートル）の小さな懐中時計が利用可能になりました。機械式腕時計は、1960年代までに米国で日常的に使用されていました。それでも、時計メーカーが直面する中心的な問題は同じままでした。機械部品が摩耗し、不正確になり、破損するということです。

第二次世界大戦直後の数年間、原子物理学への関心が原子時計の開発につながりました。放射性物質は、既知の安定した速度で粒子を放出します（腐敗します）。時間を保つためにラチェット式の機械式時計の部品は、粒子が放射性元素によって放出されるたびに時計の動きを刺激する装置に置き換えることができます。ちなみに、原子時計は今でも製造販売されており、一貫して正確であることがわかっています。

1970年代と1980年代のマイクロチップの開発に伴い、新しいタイプの時計が発明されました。マイクロチップ技術と水晶振動子を組み合わせた腕時計が標準になりました。今日作られたクォーツ以外の腕時計はほとんどありません。マイクロチップは、継続的に時計の文字盤に信号を送信するために使用されます。可動部品を備えた機械装置ではないため、摩耗しません。

時計にクォーツを使用すると、圧電性として知られる古くから知られているタイプの電気が使用されます。 圧電性は、クォーツが電気的および/または機械的圧力下に置かれたときにクォーツからまたはクォーツを流れる電流です（ピエゾ 「押す」を意味するギリシャ語の動詞からです）。クォーツ時計は、電池からの電気を受けたクォーツ片からの電気を使用します 送信する クォーツ時計の心臓部は、クォーツの小さな断片です。自然な形では、クォーツは最初に巨大なやかんまたはオートクレーブに入れられます。オートクレーブの上部からぶら下がっているのは、目的の結晶構造を持つ石英のシードまたは小さな粒子です。オートクレーブの底にアルカリ性物質を注入し、オートクレーブを高温に加熱して、石英を高温のアルカリ性液体に溶解し、蒸発させてシードに付着させます。約75日後、チャンバーを開けることができ、新しく成長した水晶を取り除き、正しい比率にカットすることができます。 1つまたは複数のマイクロチップへの通常のカウント可能な一連の信号（振動）。 （対照的に、電気壁掛け時計は、壁電流の規則性を使用して時間を追跡します。）

最も正確なクォーツ時計は、発光ダイオード（LED）を介して製造された、電子制御のデジタルディスプレイに時刻が表示される時計です。 または液晶ディスプレイ（LCD）。 もちろん、マイクロプロセッサにその信号を機械装置に送信させて、時計の文字盤上で手を動かし、アナログディスプレイを作成することも可能です。しかし、針は歯車列と呼ばれる時計の一部を介して機械的に操作されるため、アナログ時計は通常、デジタル時計ほど正確ではなく、摩耗する可能性があります。どちらのタイプの時計も非常に高い精度を実現しており、デジタル時計は通常、月に3秒以内の精度です。

原材料

電子時計は、プラスチックや合金金属など、入手可能な最新の素材の多くを利用しています。ケースはプラスチックまたは金属で作ることができます。金属製のケースが付いた時計には、多くの場合、ステンレス鋼が含まれています。 バッキング。マイクロチップは通常シリコンでできていますが、LEDは通常ガリウム砒素、ガリウムリン、またはガリウム砒素リンでできています。 LCDは、ガラス片の間に挟まれた液晶で構成されています。部品間の電気接点は通常、少量の金でできています。 （または金メッキされています）;金はほぼ理想的な導電体であり、ごく少量でうまく使用できます。

製造
プロセス

このセクションでは、LEDディスプレイを備えたクォーツデジタル時計に焦点を当てます。このような時計の組み立ては慎重かつ系統的に行う必要がありますが、製造プロセスの最も重要な側面はコンポーネントの製造にあります。

クォーツ

• 1クォーツ時計の心臓部は、クォーツの小さな断片です。合成されたクォーツは、ダイヤモンドのこぎりでメーカーによってカットされ、時計メーカーに出荷されて使用されます。 「成長した」クォーツの製造は、プロセスの重要なステップです。

  クォーツは、自然な形で、最初に巨大なやかんまたはオートクレーブ（医師や歯科医が器具を滅菌するために使用するのと同じ装置）に入れられます。オートクレーブの上部からぶら下がっているのは、クォーツの種または小さな粒子です。 時計の組み立てでは、水晶とマイクロチップのセット全体が回路基板にセットされます。水晶振動子に電力を発生させ、LEDディスプレイに電力を供給するバッテリーも搭載されています。望ましい結晶構造を持つ。アルカリ性物質がオートクレーブの底にポンプで送られ、オートクレーブは華氏約750度（摂氏400度）の温度に加熱されます。天然石英は高温のアルカリ性液体に溶解し、蒸発して種子に付着します。それが沈着するとき、それは種子の結晶構造のパターンに従います。約75日後、チャンバーを開けることができ、新しく成長した水晶を取り除き、正しい比率にカットすることができます。切削の角度と厚さが異なると、予測可能な振動速度につながります。腕時計に使用されるクォーツの望ましい振動速度は、100,000メガヘルツまたは毎秒100,000振動です。

• 2最も効果的に機能するには、石英片を何らかの真空チャンバーに密封する必要があります。最も一般的には、クォーツは一種のカプセルに入れられ、カプセルをはんだ付けするか、回路基板に接続できるように、両端にワイヤーが取り付けられています。

マイクロチップ

• 3バッテリーによってクォーツを介して生成された（振動を生成する）電子リードは、「周波数分割回路」として機能するマイクロチップに送られます。クォーツのようなマイクロチップの製造も、時計メーカーのサプライヤーによって行われています。マイクロチップを製造する大規模で複雑なプロセスには、二酸化ケイ素の小さな断片への微細な電子回路の化学的および/またはX線エッチングが含まれます。
• 4おそらく100,000振動/秒の振動速度は、1または60、あるいはその他の管理しやすい振動数に減少します。次に、新しい発振パターンが、「カウンタデコーダドライバ」として機能する別のマイクロチップに送信されます。このチップは、実際に受信した振動をカウントします。 1秒あたり60回の振動がある場合、チップは1秒ごとにLEDの読み取り値を変更します。 3,600回の振動（60 x 60）の後、カウンターはLEDに読み取り値を数分間変更するように指示します。そして、60 x 60 x 60の振動（216,000）の後、カウンターは時間の読みを変更します。

アセンブリ

• 5水晶とマイクロチップのセット全体が回路基板にセットされます。ボードには、水晶振動子に電力を供給し、LEDディスプレイに電力を供給するバッテリーを保持するスペースが組み込まれています。一般的に、バッテリー用のスペースは、ケースの背面に面する表面の外側にあります。電池は、時計の裏側を外し、古いものを振り落とし、新しい電池を入れることで交換できます。
• 6次に時計の設定に使用する機構を接続します。このメカニズムには、時計のケースを超えて伸びる2本のピンが含まれます。 1つのピンにより、カウンター回路はリセットする読み取り値（秒、分、または時間）を知ることができます。 2番目のピンを数回押して、ディスプレイを目的の読み取り値にします。
• 7次に、回路基板全体とバッテリーをケースに閉じ、リストストラップを取り付けます。

追加の時計機能

クォーツ時計のマイクロチップは大量の情報を保持できるため、エンジニアリングの観点から、時計に他の機能を簡単に追加することができます。カウンター回路に接続されたケースの追加の押しボタンは、アラーム、潮汐情報などを提供できます。マイクロチップは、ボタンを押すだけで時計を定義された量だけ前後に設定するように簡単にプログラムできるため、所有者は別のタイムゾーンの時刻を決定したり、2、3、またはそれ以上のタイムゾーンの時刻を設定したりできます。連続して表示されます。

品質管理

電子時計のすべてのコンポーネントは、厳格な品質管理システムの下で製造されています。たとえば、水晶振動子は、時計で使用する前に周波数をテストします。マイクロチップは、特別にろ過された空気を使用する「クリーンルーム」環境で作成する必要があります。これは、ごくわずかなほこりの粒子でもチップが役に立たなくなる可能性があるためです。マイクロチップは注意深く検査され、使用前に精度についてベンチテストも行われます。

時計が製造された後、市場に出荷される前に再度テストされます。その時間管理の正確さに加えて、それはまた、落下およびその他の方法で乱用された後も適切に動作し続ける必要がある落下試験の対象となります。温度テスト;と水質検査。時計職人は、適切なテストと証明により、特定の既知の仕様で時計が「防水」であると主張する場合がありますが、特定の仕様がないと指定が無意味であるため、時計が「防水」であると言うのは不正確です。

大規模な時計会社はすべて独自のコンポーネントを製造しており、製造プロセスの最も早い段階で製品の品質基準を確実に定めています。

未来

今日の電子時計は設計上非常に正確であるため、時計メーカーが目指す目標は精度だけではありません。今後の製品変更では、時計に電卓機能を追加したり、紛失やトラブルの際に追跡可能な信号を発信できる無線送信機を追加したりするなど、他の分野の技術を活用していきます。