Dziś zegary kwarcowe - co będzie jutro?
Referat pod takim tytułem wygłosił Pan prof. dr hab. inż. Zdzisław Mrugalski podczas II-go Kongresu Zegarmistrzowskiego w dniu 5.11.1992 roku, kongresu odbywającego się w Hotelu Forum w Warszawie i połączonego z targami PAI-TIME ´92.
Dziś po kilkunastu latach postawione w tytule pytanie jest w dalszym ciągu bardzo aktualne, szczególnie dla wszystkich zawodowo, czy hobbystycznie zajmujących się zegarkami.
Opierając się na szkicu referatu mojego akademickiego nauczyciela, dyplomowego promotora i ówczesnego dziekana Wydziału Mechaniki Precyzyjnej Politechniki Warszawskiej (dziś wydziału Mechatroniki) przedstawiam cały czas aktualne spostrzeżenia profesora.
Tak wiec, artykuł ten będzie zbiorem cytatów i tylko tam, gdzie upływający czas wymusił inne spojrzenie na rynek zegarkowy pozwolę sobie na uzupełnienie czy słowa polemiki.
" Jeśli w odpowiedzi na pytanie postawione w tytule oczekiwali Państwo rewelacji - to muszę Państwa rozczarować: w najbliższej przyszłości podstawowym miernikiem czasu będzie w dalszym ciągu zegar (lub zegarek) kwarcowy - jednak w zależności od potrzeb użytkownika i jego możliwości finansowych - znacznie udoskonalony" - to słowa, którymi rozpoczynając referat profesor ostudził zapal poszukiwaczy rewelacji czy miłośników zegarków mechanicznych i skupił się w dalszej części tylko na rozważaniach związanych z zegarami kwarcowymi.
Dziś możemy z dużą pewnością powiedzieć, że jutro obok zegarków kwarcowych pełne prawo istnienia ma grupa przede wszystkim luksusowych zegarków mechanicznych.
Ze względu na treść wykładu mojego nauczyciela, w dalszych rozważaniach ograniczę się także tyko do zegarków kwarcowych pozostawiając dywagacje o teraźniejszości i przyszłości zegarków mechanicznych na inną okazję.
Rezonator kwarcowy i zegarki kwarcowe.
"Zegar kwarcowy został wynaleziony i opatentowany w Anglii przez Marrisona w 1929 roku. Dopiero w dwadzieścia lat później rozpoczęto jednostkowa produkcję laboratoryjnych zegarów kwarcowych, a produkcję seryjną kwarcowych chronometrów okrętowych i zegarów stołowych - pod koniec lat sześćdziesiątych, to jest po 40-tu latach.
Pierwsze kwarcowe zegarki naręczne zaczęto seryjnie produkować dopiero w latach siedemdziesiątych - to jest po upływie 50-ciu lat od chwili wynalezienia zegara kwarcowego".
Dlaczego zegarek kwarcowy?
"Do tej pory nie zostało odkryte nowe zjawisko fizyczne, które mogłoby zastąpić rezonator kwarcowy w miernikach czasu dostosowanych do powszechnego użytku".
"Obecnie produkowane w skali masowej generatory kwarcowe stosowane w zegarach i zegarkach powszechnego użytku są wystarczająco dokładne, a ich koszty produkcji są już bardzo małe - a wiec nie zachodzi potrzeba poszukiwania nowych rodzajów mierników czasu".
"Dotychczasowe propozycje zastąpienia generatora kwarcowego przez inne generatory zjawisk okresowych nie znalazły szerszego zastosowania".
Należy wspomnieć tutaj o zegarku z oscylatorem kamertonowym (Accutron) wykonanym w roku 1960 przez firmę BULOVA w Szwajcarii, czy próbach wykorzystania fal elektromagnetycznych emitowanych przez energetyczna sieć prądu przemiennego.
Współczesne tendencje rozwojowe zegarów i zegarków kwarcowych.
"Pojawiające się coraz to nowe rozwiązania konstrukcyjne mechanizmów zegarowych z rezonatorem kwarcowym mają na celu przede wszystkim stworzyć dalsze udogodnienia dla ich użytkowników, a tym samym zachęcić do kupna nowego, doskonalszego od dotychczas używanego zegara czy zegarka".
Zegarek funkcjonuje nie tylko jako element użytkowy, zegarek zawsze był także elementem wystroju, biżuterii i z tego powodu w swym zewnętrznym wyglądzie podlega ogólnym tendencjom rynkowym w zakresie stosowanych materiałów czy zmian mody.
O ile dla kobiet zegarek jest jednym z wielu możliwych ozdobnych dodatków, to dla mężczyzny jest jednym z nielicznych.
Zmiany w zakresie konstrukcji zegarów i zegarków kwarcowych
Dalsze zwiększenie dokładności działania
- zwiększenie częstotliwości drgań rezonatora
- kompensacje wpływów zewnętrznych - zwłaszcza zmian temperatury (układ z dwoma rezonatorami kwarcowymi)
-
Największy wpływ na niedokładność działania zegarka kwarcowego ma zmiana temperatury powodująca zmianę częstotliwości drgań rezonatora kwarcowego.
Wprowadzenie drugiego rezonatora kwarcowego o innej charakterystyce temperaturowej (charakterystyka temperaturowa - zależność zmian częstotliwości drgań rezonatora kwarcowego od zmiany temperatury) pozwala określić zmianę temperatury pracy na podstawie zmiany różnicy częstotliwości rezonatorów kwarcowych.
Wyróżnienie zmiany temperatury, przy znajomości charakterystyki temperaturowej rezonatora kwarcowego zegarka pozwala wprowadzić cyfrową korektę impulsów zliczanych w układzie cyfrowym zegarka do ilości wzorcowej.
- synchronizacja radiowa z wzorcowym zegarem atomowym
-
Dziś wydaje się, że dla osób wymagających super dokładności ostatnie z podanych rozwiązań - synchronizacja radiowa, dzięki najwyższej dokładności i umieszczeniu anteny odbiorczej wewnątrz paska lub bransolety jest najlepszym rozwiązaniem.
Rozwiązanie takie stosuje niemiecka firma Junghans w zegarkach MEGA.
Skonstruowanie rezonatora kwarcowego o dużej odporności na uderzenia (oscylator kwarcowy w kształcie kamertonu)
Wyposażenie zegarków w urządzenia dodatkowe: drugi czas, kalendarz, timer, sygnalizacje dźwiękowa upływającego czasu itp.
Należy tutaj zaznaczyć, ze dodatkowe funkcje zegarków realizowane są już nie tylko za pomocą cyfrowego, ciekłokrystalicznego wyświetlacza ale także i to coraz częściej w sposób analogowy w formie wskazówek.
Nie ma sensu, w tym miejscu wyliczanie wszystkich albowiem prawie niemożliwe zapamiętanie nawet tylko tych pojawiających się w zegarkach japońskich np. firmy CASIO.
Zmniejszenie kosztów produkcji mechanizmu zegarkowego
- konstrukcja generatora kwarcowego (sposób dostrajania częstotliwości)
- Standardowo w konstrukcjach generatora kwarcowego stosowano kondensator o zmiennej pojemności (trymer) umożliwiający dostrojenie częstotliwości drgań generatora kwarcowego do częstotliwości wzorcowej. W obecnych konstrukcjach drgania generatora zbliżone są do częstotliwości wzorcowej (nieznacznie wyższe, zależne od częstotliwości własnej rezonatora kwarcowego) a częstotliwość wzorcową uzyskuje się poprzez cyfrową korektę impulsów zliczanych w układzie elektronicznym.
- konstrukcja mechanizmu jako całości
-
W zegarkach tanich, gdzie zmniejszenie kosztów produkcji najbardziej wpływa na obniżenie ceny końcowej i zwiększenie sprzedaży produktu wprowadza się coraz częściej wykonany w dużej części z tworzywa sztucznego, nienaprawialny (nierozbieralny) mechanizm. W zegarkach japońskich (Casio, Seiko, Citizen) w celu obniżenia kosztów produkcji mechanizm wykonany jest w dużej części z tworzywa sztucznego i stanowi często jedyną część zamienną wnętrza zegarka. Zastosowanie tworzywa sztucznego nie pogarsza dokładności działania ale utrudnia lub uniemożliwia ingerencję w mechanizm. Tani i kompletny mechanizm stanowiący podstawową część zamienną w efekcie wpływa na zmniejszenie kosztów utrzymania magazynu części zamiennych ale często powoduje wyższy koszt naprawy przy drobnych usterkach.
Szczególnym przykładem konstrukcji mechanizmu jest także zegarek SWATCH, gdzie mechanizm i obudowa (koperta) stanowią jednolity nierozbieralny element.
Poszukiwanie nowych źródeł energii do zasilania zegarów i zegarków
- baterie litowe
- Mimo uruchomienia seryjnej produkcji mechanizmów zegarkowych zasilanych bateriami litowymi (ETA, ISA, Ronda) ze względu na większą szkodliwość dla środowiska ten sposób zasilania (przy przedłużeniu czasu eksploatacji zegarka do ponad 10 lat bez wymiany baterii) nie stał się popularny.
- baterie "słoneczne"
- Ładujące kondensator o dużej pojemności i bardzo małej upływności ładunku elektrycznego. Sami producenci zegarków typu Solar (Citizen, Junghans) widzą ograniczony rynek nabywców takich zegarków, choć zegarki Eco-Drive firmy Citizen stanowią dla producenta ważną grupę zegarków pod kątem obrotów w sprzedaży i reklamy firmy.
- miniaturowe prądnice
- ładujące kondensator, napędzane bezwładnikiem podczas ruchów ręki Pierwsze zegarki z mechanicznym generatorem prądu AGS (Automatic Generating System) wyprodukowane zostały przez firmę SEIKO. Dziś unowocześniona przez producenta wersja o nazwie Kinetic jest najważniejszą (pod katem reklamowym) linią zegarków Seiko. Mechanizmy z mechanicznym generatorem prądu produkowane są także przez firmę ETA (ETA-rotor) i wykorzystywane w szwajcarskich zegarkach LONGINES, TISSOT. Mechanizm generatora prądu jest dość skomplikowanym układem mechanicznym, podobnym w części do mechanizmu automatycznego naciągu w zegarku mechanicznym. Umożliwia on funkcjonowanie zegarka bez wymiany baterii ale wprowadza wymagającą konserwacji i zużywającą się część mechaniczną.
Czy parafrazując reklamę nie jest to komplikowanie tego, co i tak jest proste?
Zastosowanie układów napędowych z silnikiem skokowym o bardzo małym poborze prądu (inteligentny układ napędowy).
Wielkość impulsów prądowych powodujących skok silnika skokowego ma największy wpływ na zużycie baterii zasilającej. W zegarku z inteligentnym układem napędowym impulsy prądowe są zmniejszone a tylko w przypadku zablokowania mechanicznej części zegarka (np. zabrudzenie w przekładni zębatej zegarka) układ elektroniczny przez określony czas generuje "silniejsze" impulsy napędowe do silnika skokowego zegarka co pozwala "przełamać" chwilowy opór przekładni.
Wysiłek producentów skierowany na estetykę wyrobów oraz rodzaj stosowanych materiałów.
Ta część zmian nie związana jest ze zmianami w części wewnętrznej, lecz zewnętrznej zegarka i zależna jest od ogólnych tendencji rynku, nowym zastosowaniem znanych materiałów, użyciem materiałów całkiem nowych czy innych wzorów użytkowych.
Dla ich opisania powyższych zmian trzeba być raczej znawcą mody i marketingu.
Należy zauważyć jednak także na rynku zegarki produkowane przez:
- kreatorów mody, lub na ich licencji (Gucci, Versace).
- firmy o międzynarodowej renomie, lub na ich licencji (Esprit, Cerutti, Adidas, Niki) których obecność rządzi się innymi niż zegarmistrzowskie prawami.
