Historia technologii kwarcowej na przykładzie Seiko Quartz i Twin Quartz

Historia technologii kwarcowej na przykładzie Seiko Quartz i Twin Quartz

Motywy falliczne w horologii japońskiej czyli – czy Seiko quartz z dwoma “kutasikami” jest lepsze od tego z jednym kutasikiem? Wiem, że Was ostatnio rozpieszczam ale poznajcie moje dobre serce.

Sporo miejsca i czasu na łamach grupy zostało poświęcone technologii kwarcowej, której mamy tutaj wielu orędowników. Niedawno pisałem o Seiko Astronie, którego mechanizm stał się kamieniem milowym w rozwoju współczesnego zegarmistrzostwa i który potrząsnął obowiązującymi wówczas regułami gry.

Myślę, że warto wspomnieć przynajmniej pokrótce jak w ogóle działa zegarek kwarcowy, bo może to być mniej intuicyjne niż koncepcja działania zegarka mechanicznego (dla uproszczenia pomijam konstrukcje LED/LCD). W mechanizmie kwarcowym wykorzystujemy zjawisko piezoelektryczne. Wg wikipedii: “Piezoelektryk, materiał piezoelektryczny – kryształ wykazujący zjawisko piezoelektryczne, polegające na pojawieniu się na jego powierzchni ładunków elektrycznych pod wpływem naprężeń mechanicznych.”

Ważne do odnotowania jest to, że zachodzi również zjawisko odwrotne tzn. przyłożenie ładunku elektrycznego do piezoelektryka wywołuje jego odkształcenie, przy czym jego stopień jak i częstotliwość zależne są od wysokości napięcia. Dokładnie to zjawisko stosowane jest w rezonatorze kwarcowym pracującym w omawianych przez nas zegarkach. Zwróćcie uwagę, że kształtem przypomina on kamerton i tak pracuje. Chociaż źródła, do których dotarłem są nieco niejasne, to wydaje się, że ma to swoje podłoże w badaniach i eksperymentach przeprowadzonych w latach 50-tych XIX wieku przez Jules’a Lissajouss. Pracował on nad oscylatorem elektrycznym i wykazał, że zastosowanie układu prądowego z przerywaczem i kamertonem pozwala na uzyskanie stałej częstotliwości drgania kamertonu.

A więc jak to działa?
Ładunek elektryczny przekazywany jest z baterii na rezonator za pomocą układu scalonego, co powoduje drganie (oscylację) kryształu kwarcu (współcześnie jest to 32KHz ale historycznie rezonatory pracowały też na niższych częstotliwościach). Impuls z rezonatora wraca na microchip i przez zastosowanie dzielników częstotliwości przekształcany jest na sygnał elektryczny o częstotliwości 1s. Każdy dzielnik obniża częstotliwość o połowę a ponieważ 32768 Hz to 2 do potęgi 15, to po 15 podziałach dochodzimy do 1Hz czyli jednego impulsu na sekundę. Taki impuls napędza miniaturowy silniczek krokowy, poruszający koła zębate i w efekcie wskazówki. Dla zwizualizowania tych elementów pozwoliłem sobie dodać do postu ilustrację z Encyklopedii Britannica. Poniższa ilustracja z Encyklopedii Britannica pozwala zwizualizować wzajemne relacje między poszczególnymi elementami tego układu.

Teraz, kiedy teorię mamy opanowaną czas wrócić do tematu głównego czyli kwarcowych Seiko z sympatycznym motywem kutasika na tarczy oraz jeszcze bardziej zbijającej z tropu odmiany z dwoma kutasikami. O co w tym chodzi? Ów (w opinii niektórych niefortunny) motyw graficzny reprezentuje po prostu rezonator kwarcowy. Skąd jednak 2 wariacje w reprezentacji tego symbolu? Wspomniany we wcześniejszym poście Seiko Astron oferował dokładność chodu na poziomie +/-5s miesięcznie, co na owe czasy było wynikiem oszałamiającym. Problemem zegarków kwarcowych wyposażonych w tylko jeden rezonator jest jednak podatność na odchylenia spowodowane temperaturą. Swoją drogą ciepło generowane przez taki układ samo w sobie stanowiło na przeszkodę technologicznę i wiele wczesnych kwarców po prostu się usmażyło.

Jak zatem inżynierowie poradzili sobie z tą trudnością?

W 1978 roku konstruktorzy Seiko zaprezentowali mechanizm “Twin Quartz” (stąd 2 “kutasiki” na tarczy). Zasada działania jest prosta aczkolwiek wykonanie już zupełnie nie. Podczas gdy pierwszy rezonator spełnia swoją zwyczajową funkcję, drugi strojony jest na inną częstotliwość i ma za zadanie kompensację dryfu pierwszego rezonatora, spowodowaną wpływem temperatury. Kluczowe jest tu zestrojenie ich na różne częstotliwości, ponieważ tylko w ten sposób da się stworzyć skuteczny komparator. Kryształ obu rezonatorów jest inny i odmiennie reaguje na temperaturę, co umożliwia dokonanie przeliczeń przez układ cyfrowy na podstawie impulsów dostarczanych z obu obwodów. Twin Quartz podniósł poprzeczkę do poziomu +/-5s odchyłki rocznej.

Mechanizmów tego typu było relatywnie niewiele wziąwszy pod uwagę rozpiętość oferty produktowej Seiko. Faktyczne, lub precyzyjniej mówiąc masowe zapotrzebowanie na tak dokładny czasomierz było i jest małe a współcześnie w dobie zegarów atomowych, synchronizacji radiowej, NTP i PTP – niemal żadne. Koszt produkcji jest za to bardzo wysoki, zatem można uznać, że w okresie dominacji Seiko na rynku zegarków kwarcowych Twin Quartz był raczej produktem “state of the art” stanowiącym dowód możliwości technologicznych. Stosowany był on w modelach Superior, King Quartz czy Grand Quartz (kalibry 9943 czy 9983) a więc produktach z górnej półki.

Żeby nie było tak zupełnie jednostronnie na korzyść Seiko, warto wspomnieć o innych istotnych horologicznie mechanizmach kwarcowych wysokiej precyzji. Takim jest z na przykład Rolex Oysterquartz cal. 5034 z 1977r. lub Omega Megaquartz (w tym przypadku mamy do czynienia z jednym rezonatorem ale pracującym z wysoką częstotliwością). Współcześnie Breitling stosuje termokompensację w zegarkach opartych na modyfikowanej ETA. Uczciwie jest też wspomnieć o bodajże najdokładniejszym mechaniźmie kwarcowym czyli Citizen Cryston 4 Mega (nazwa bierze się od częstotliwości pracy rezonatora czyli w tym przypadku 4MHz). Jego dokładność chodu wynosi +/-3 sekundy rocznie (!). Można by teraz gładko przejść do omówienia mechanizmu Seiko 9F ale to jest temat na osobny i potencjalnie długi artykuł – może wkrótce. Odpowiadając na pytanie postawione na początku artykułu – tak, Seiko z dwoma kutasikami na tarczy jest lepsze (Seiko w ogóle jest lepsze). TwinQuartz osiąga precyzję o rząd wielkości wyższą niż konstrukcja jednorezonatorowa.

Na razie cieszę się z posiadanych Lord Quartz i King Quartz (ostatnie zdjęcie) i uważam, że kwarcowe Seiko z serii Lord, King, Grand czy Superior stanowią świetną ofertę dla osób poszukujących bardzo dobrej jakości w niewygórowanej cenie.

Zegarki z tych linii wyposażone są w wysokiej próby mechanizmy kwarcowe, piękne tarcze (m.in. o strukturze płótna, papirusu czy efekcie sunburst), starannie nakładane indeksy i precyzyjnie wykonane wskazówki, eleganckie koperty o różnorakich szlifach oraz (o ile wiem bez wyjątku) eleganckie bransolety z pełnych ogniw. W porównaniu z ich odpowiednikami mechanicznymi ceny utrzymują się nadal na rozsądnym poziomie ale przewiduję, że ten trend ostatecznie się zmieni na fali zainteresowania vintage Seiko oraz stopniowym uznaniu przez kolekcjonerów, technologii kwarcowej, jako godnie konkurującej z tradycyjną.

Autor: Adam Piskorz

Udostępnij


Dodaj komentarz

avatar
  Subscribe  
Powiadom o