クォーツ時計の仕組み(構造)を解説!性能やメリットデメリットは?

お気に入りに追加

クォーツ時計は水晶を構造内に組み込んだ時計です。クォーツ(水晶)の電気で起きる高速振動をムービング構造の仕組みに活用した時計です。機械式時計より丈夫で安く、仕組み上ゼンマイを巻く必要もありません。しかし寿命は機械式時計より短く、メンテナンスが長持ちのコツです。

クォーツ時計の仕組み(構造)を解説!性能やメリットデメリットは?

目次

  1. クォーツ時計はどんな仕組みで動いているの?
  2. クォーツ時計の仕組みと構造
  3. クォーツ時計の性能
  4. クォーツ時計のメリット・デメリット
  5. クォーツ時計の寿命は?
  6. オーバーホールに必要な費用目安と期間
  7. こまめなメンテナンスでクォーツ時計を大事に使おう

クォーツ時計はどんな仕組みで動いているの?

腕時計技術

クォーツ時計と呼ばれる時計があります。クォーツとは水晶のことなので、どこかに水晶が使われているのだろうということは想像できますが、詳しい仕組みはあまり知られていません。

クォーツ時計はどんな仕組みで動く時計なのか、時計のどこに水晶が使用されていて、どんな役割を果たしているのかを、時計の構造や仕組みに触れながら詳しく解説します。またクォーツ時計の電池交換の方法やメンテナンス、寿命や少しでも長持ちさせる方法などをご紹介します。

クォーツ時計の仕組みと構造

時計の仕組み

クォーツ時計は構造の中に、水晶と同じクォーツという物質を組み込んで動く時計です。いったいどんな仕組みで、水晶が時計を動かしているのでしょうか。

水晶が使用されている時計

クリスタル

クォーツ時計のクォーツは、正確には石英を指します。石英は二酸化ケイ素の結晶で、水晶と同じ結晶構造を持っています。石英の中でも自然結晶を持つ希少なものを、水晶と呼んでいます。透明な六角柱の結晶を見たことがある方は多いのではないでしょうか。

宝石やパワーストーンとして扱われる、いわゆる水晶の結晶は、英語でクリスタルと呼ばれます。アクセサリーや念珠、占いなどにも使用されるので、世間的にとても身近な鉱物です。

クリスタルアクセ
IndigoHays7

クォーツ時計には純度の高い、特殊なカットを施した二酸化ケイ素の結晶を使用しています。そのため、クォーツ時計と呼ばれているのです。なぜ水晶(石英)を時計の構造の中に組み込んでいるのかというと、水晶は不思議な特徴と、数学的に奇跡的な振動数を持つ鉱物だからなのです

水晶には圧電効果がある

フラッシュ

水晶は圧電効果と呼ばれる特徴を持っています。この特徴は水晶やセラミックの一種にみられるもので、水晶がクォーツ時計の仕組みに使用されている理由のひとつです。

圧電効果とは

圧電効果は圧電効果と逆圧電効果の総称です。圧電効果は、水晶や特殊なセラミックに圧力を加えると、電圧が発生するという現象です。圧力を加えると、物質にひずみが生まれます。それに応じて電圧が発生します。

結晶の中にはきれいにイオンが並んでいます。プラスイオンがマイナスイオンを取り囲み、さらに中心にプラスイオンが存在します。圧力をかけると中心部分にあるプラスイオンが移動し、他のイオンとの間にズレが生じます。

圧力
fsHH

ズレが生じることで結晶の一端がプラスの電気、一端がマイナスの電気を帯びます。ひとつの結晶で電極が分かれることで、電圧が発生します。圧力(押す力)とは逆に、引っ張る力(張力)を加えると、圧力をかけた時とはプラスの一端とマイナスの一端が逆になります。

このプラスとマイナスの交代現象を、圧電効果と呼びます。電効果はライターの着火石などにも応用され、暮らしの中で役立っています。実は有名なキュリー夫人の物理学者だった夫とその兄に発見された現象です。

水晶が振動する

水晶震える

水晶は圧電効果を持っている物質なので、圧電体と呼ばれます。圧電体は曲げて変形させることでも、プラスとマイナスの電気が発生する面が逆になります。水晶の結晶の両面に、交流電圧を加えてプラスとマイナスの電気を交互に加えると、伸び縮みを繰り返します。

これを逆圧電効果と呼び、圧電効果と逆圧電効果をまとめて圧電効果と呼んでいます。伸び縮みが高速で起きると振動になります。水晶に電気を加えることで振動するのは、水晶が圧電効果を持つ圧電体だからです。

32,768ヘルツの振動

32,768ヘルツの振動
Marisa04

水晶は電気を加えることで、1秒間に32,768回振動します。水晶の振動のような、波状の動きのことを周波数と呼び、1秒間に何度振動したかをHz(ヘルツ)という単位で表します。クォーツ時計に使用されている水晶振動子のクォーツは、32,768ヘルツの振動数です。

この「32,768」という数字は、一見なんの意味も無いような巨大数に見えますが、エンジニアにとって非常に大きな意味のある数字です。

数字
tigerlily713

32,768は、2の15乗の数です。2を15回かけると32,768になります。2の15乗なので、2進法で振動を測るカウンターなら15桁でちょうど1秒になります。16桁になると次の1秒がスタートし、16も2の4乗にあたるため、とてもキリがよく、正確に1秒間が測れる数ということが分かります。天然水晶だと不純物が混ざり正確な周波数ではないことがあります。

またカットによっても周波数は変化します。そのためクォーツ時計には、純粋な人工水晶を特殊カットして使用しています。

クォーツ時計に使用されている部品

部品

クォーツ時計には、クォーツ(水晶振動子)以外にも、さまざまな部品が使用されています。 電池は時計を動かすエネルギーである電気を提供します。クォーツ時計といっても、仕組みを動かしているのは電気の力です。 

  • 電池
  • IC回路(マイクロチップ)ブロック
  • ステップモーター
  • 輪列

IC回路(マイクロチップ)ブロックは、発振部、分周回路、駆動回路の3部分に分かれます。発振部は基盤に取り付けられた水晶振動子とICチップ、抵抗やコンデンサーなどからできています。クォーツを振動させ、それを安定させ調節する部品です。

分周回路は水晶振動子が起こす32,768ヘルツの振動を1秒に1回の信号に変える、分周を行います。駆動回路は分周回路から伝わる信号の力を、ステップモーターを動かすために強め、ステップモーターへと伝えます。

コイル

ステップモーターは駆動コイル・ステータ・ロータ(永久磁石)などの部品でできています。伝えられた駆動信号を回転運動に変えたり、駆動コイルとステータで電磁石を作ったりして、ロータを回転させます。ロータの回転がいくつもの歯車に伝わり、秒針や分針、時針などを動かします。

電池→IC回路→分周回路→駆動回路→ステップモーターと力がさまざまな形に変換されて伝わりながら、時計を動かしているのです。

クォーツ時計の性能

テクノロジー

クォーツ時計は、リューズを回してゼンマイを巻くタイプの時計とは、まったく違った仕組みで動くため、性能にも違いが出ます。その優れた性能についてご紹介します。

クォーツ時計の誤差

壊れた時計

クォーツ時計の最大の特徴は、時間の精度が非常に高いという点です。一般的なクォーツ時計の誤差は、1ヶ月で20秒前後です。水晶振動子は真空管のような容器の中に、音叉の形の水晶が封じ込められています。

腕時計のどこにそのような水晶が入っているのか不思議に感じるかもしれません。実は、音叉型の水晶は、驚くほど小さいのです。米粒と比較しても、米粒が巨大に見えるほどに小さな水晶が、クォーツ時計の心臓として働いています。

音叉

クォーツ時計に使用されている水晶は、衝撃や姿勢の変化による影響を受けにくいというメリットを持っています。外的刺激による変質も少なくて済みます。温度変化には影響を受けやすくなりますが、日進月歩で技術が躍進する日本では、できるだけ外的刺激の影響を受けにくい水晶振動子の開発が進められています。

また電池がエネルギー源なので電圧が安定しており、長期間時間の精度が保たれるという特徴もあります。精度・強度に対する信頼度が高い時計です。

ゼンマイ式時計の誤差は

機械式時計は1日に数秒の誤差が出るものが一般的です。クォーツ時計は1ヶ月に20秒程度の誤差が一般的なので、かなりの違いと言えます。クォーツ時計ではないゼンマイ式(機械式)の時計の心臓部には、水晶の代わりにテンプと呼ばれる部品が使用されています。

テンプは早く回転するほど時計の時間は正確になるのですが、高速回転しすぎるとテンプの動力になっているぜんまいがほどけやすくなってしまうというジレンマを抱えています。

ゼンマイ

しかし水晶が電気で振動する原理を利用したクォーツ時計は、テンプの数千倍の速さで振動するため、テンプを利用した機械時計の抱えているジレンマを解消できます。クォーツ時計に使用されている水晶振動子は、1秒間に32,768回振動します。この高速振動が、テンプとゼンマイの限界を超えるポイントなのです。

電波時計にもクォーツ使用

電波時計

電波時計は標準電波の送信局(JJY)から送られてくる電波によって、時間を調節できる画期的な時計です。日本には福島県にひとつ、福岡と佐賀県の県境にひとつ送信局があり、二つの送信局から送る電波で、ほぼ日本国内をカバーしています。

時計は自動的に電波を受信できる仕組みになっており、自動的に時間や日付の修正が行われます。本来人の手で行われる修正が、毎日自動で行われるため、大変便利な時計です。

電波塔

また電波時計でありながら、クォーツ時計でもある時計もあります。標準電波は常に発信されており、電波時計が受信するのは、時計の仕組みに組み込まれた時刻だけ、1日1回です。電波を受信していないほとんどの時間は、クォーツ時計として動きます。

クォーツ時計はゼンマイ時計と比べてはるかに精度が高いのですが、1ヶ月に20秒前後の誤差が生じます。電波クォーツ時計は、クォーツ時計の非常に高い精度を、電波時計の仕組みでさらに毎日調整するため、より正確な時計です。

クォーツ時計のメリット・デメリット

マルバツ

優れた仕組みを持ち、丈夫な構造でしかも大量生産ができるという優れたクォーツ時計には、いろいろなメリットがあります。しかし手巻時計、自動巻時計にはないデメリットも存在します。クォーツ時計のメリット、デメリットをそれぞれチェックしました。

クォーツ時計のメリット

時は金なり
  • 置きっぱなしにしてもゼンマイを巻かなくても止まらずに動き続ける
  • 機械式の時計に比べ衝撃に強く値段も手ごろ

一般的な機械式の時計は、自動巻時計手巻時計に分かれます。時代的には手巻時計の方が古く、その後自動巻時計が開発されました。手巻時計は毎日自分でゼンマイを巻かなければなりません。自動巻時計は身に着けて歩くと腕の動きを感知して自動的にゼンマイが巻かれます。

自動巻時計は手巻時計よりは便利ですが、2、3日も放置しておくと止まってしまいます。その点、クォーツ時計は放置していても止まることがありません

止まった時計

またゼンマイをはじめ髪の毛レベルの細い部品も存在する機械式時計は、非常に繊細です。着けたままで、ゴルフなど時計に衝撃が加わるスポーツをするだけで壊れてしまいます。さらに手巻の場合はリューズを自分で巻く際に故障する事もあります。

クォーツ時計は衝撃に強くできています。また日本とスイスでしかクォーツ時計の心臓部は作られていませんが、生産や調整に手作業が多い機械式時計と異なり、工場での大量生産が可能なので、値段も手ごろに抑えることができます。

クォーツ時計のデメリット

よごれた時計
  • 電池が消耗しても自分で交換することは難しい
  • 時計の寿命が機械式よりも短い

クォーツ時計は電池で動いています。時刻を調整する働き、針を回す働きは水晶の特製が担っていますが、おおもとの電力を供給しているのは電池です。電池は消耗品なので、切れれば交換しなければなりません。

クォーツ時計の電池交換は非常に難しく、時計修理店や時計販売店、メーカーのほかにホームセンターや家電量販店にお願いしましょう。腕時計のムーブメントは小さな部品です。その中に複雑な仕組みがぎっしりと詰め込まれた構造になっています。

電池

また電池を交換しても、時計自体の寿命が短いというデメリットもあります。機械式時計は手巻でも自動でも数十年という長い寿命を持っており、オーバーホールすれば50年近くも使い続けることができます。しかしクォーツ時計の構造上、時計自体の寿命が短いのです。昔の映画などに出てくる「懐中時計を子や孫に託す」といったロマンティックな展開はなかなか望めません。

クォーツ時計の寿命は?

壊れた砂時計

『大きな古時計』という童謡があります。時計には、まさに時を超えて受け継がれるというイメージがあります。ではクォーツ時計の寿命はどれくらいなのでしょうか。

クォーツの腕時計は10年の寿命

ほおずき

クォーツ時計の寿命は、だいたい10年前後です。電池が切れて、ちゃんとプロに交換してもらったとしても、ムーブメント自体は10年前後で完全に止まってしまいます。クォーツ時計の電子回路には、時計の構造上の心臓ともいえる水晶振動子も組み込まれています。とても小さな仕組みというだけでなく、非常に繊細な機械です。

製品自体は工場で大量につくることができますが、一度IC回路が壊れてしまうと、IC回路自体、ムーブメント部分を交換しなければ動くことはありません。

時計メンテナンス

クォーツ時計も時計の一種なので、仕組みの中にはいろいろな歯車が使用されています。歯車は金属でできているため、滑りをよくするために潤滑油が使用されます。潤滑油は数年も経つと酸化して劣化します。

すると劣化した潤滑油がつまったり固まったりして、歯車がスムーズに動かなくなります。時計の力は歯車を通じて影響しあっているため、それぞれの精密部品や仕組みに負担が加わって、最終的に交換の効かない電子回路に打撃を与えてしまいます

電子回路の交換は高額

お金と時計

クォーツ時計の心臓とも脳とも言える仕組みである、電子回路の交換は安価なクォーツ時計の場合あまり行われません。一流ブランドが販売している高級時計の場合は電子回路交換に応じてくれることもありますが、数万円単位でお金がかかります

電子回路部分は小さく複雑な構造をしているため、電子回路交換は必ずしも成功するとは限らない、難しい修理になります。クォーツ時計は機械式時計と比べて安価な分、一度壊れてしまったら寿命と考えることが一般的です。

クォーツ腕時計を長く使用するには

かっこいい時計

クォーツ時計は機械式時計と比較して寿命が短いとはいえ、気に入っている時計や大切な人から贈られた時計など、特別な時計は少しでも長持ちさせたいものです。クォーツ時計の寿命を少しでも長持ちさせるためには、オーバーホールを行うという方法があります。

オーバーホールの目安

クォーツ時計を長持ちさせるためのオーバーホールは、時計修理の専門店などで時計をメンテナンスしてもらう作業です。時計を分解し、古い潤滑油で汚れた歯車などの部品をきれいにし、また新たな潤滑油をプラスするなどの処置を行います。

電池が古ければ電池の交換も行います。クォーツ時計のオーバーホールはだいたい7~8年に1度くらいの頻度が目安になります。10年が寿命ということを考え、時計が不調を訴え始める前にオーバーホールに出すと良いでしょう。

オーバーホールに必要な費用目安と期間

時間とお金

クォーツ時計の寿命を少しでものばし、大切に使い続けるためにはオーバーホールがポイントになります。気になる費用と期間を調べました。

オーバーホールに必要な費用目安

お財布

クォーツ時計のオーバーホールに必要な費用は、国産の一般的な時計であれば5,000円~が基本です。オーバーホールの費用は時計の高級度によっても異なり、非常に高級な海外製の時計なら2万円前後かかることもあります。

クォーツ時計の心臓部、構造のかなめであるムーブメント部分をそっくりそのまま交換すると、高級時計の場合数万円かかります。オーバーホールにもかなりの費用がかかるのでは、と不安になるかもしれませんが、実際はそんなに高価ではありません。

お金

クォーツ時計は、今や100円ショップでも売っている時代です。しかもデザインもこだわっていて、時間の誤差も少なく普通に使うことができる品質です。

そういったごく安価な時計の場合はオーバーホールをするよりも、使い切りで新たなものを買った方がはるかに安くすむでしょう。でも大切な時計、高級な時計の場合はオーバーホールをすることで、長く使うことができるようになり、故障を防ぐことが可能です。

異常を感じたら早めにオーバーホールを

クォーツ時計は精密機器です。工場で大量生産されていて安く売っているものもあるといっても、高級なものは構造も非常に精緻です。特に温度変化にはあまり強くありません。最初からちょっとしたズレや傷などがあって、使い続けることでひずみが大きくなってきた場合や、気温差などの影響で潤滑油が普段よりも早く劣化する可能性もあります。 

また、クォーツ時計は磁石にも弱いというウィークポイントを持っています。 

温度計
geralt

 磁器ネックレスなどの磁器健康アイテムに触れると誤差や停止などの不調が生じることがあります。 あまり丁寧に使っていなかった場合など、一般的なクォーツ時計の寿命である10年を待たずに、数年程度で不調が出てくる恐れがあります。

オーバーホールは7~8年に1度と言われていますが、使い始めて万一異常を感じた場合は、一般的なオーバーホールのタイミングを待たずに、おかしいと感じた時点で時計修理店へオーバーホールを依頼した方が良いでしょう。

オーバーホールに必要な期間

待つ

クォーツ時計のオーバーホールには、だいたい1ヶ月程度の期間が必要です。修理店が混んでいれば、もう少し長く待たされる可能性も否めません。また腕時計の種類によっても費用と同じように違いが出ます。

クォーツ時計は機械式時計と比べて高価なものは少なめですが、それでも精緻で高価な商品も存在します。精巧であればあるほど、オーバーホールにも細心の注意が必要になるため、期間は長くなることが一般的です。しかし長持ちのためには欠かさず行いたいものです。

古い時計
jacquess27

オーバーホールでは、心臓部のクォーツムーブメント部分、IC回路部分にはほぼ触りません。たくさんある歯車とその潤滑油の劣化、汚れの蓄積などをチェックして、ひとつずつきれいにしていきます。

また防水仕様のものでも内部に汗をかいていたり、そのために傷みや錆などが生じていたり、長期間の使用で部品がすり減っていたりすることもあります。クォーツ時計のオーバーホールでは、主に以下にご紹介するお手入れを中心に行います。

  • 潤滑油のケア
  • 汚れ落とし
  • 汗による錆のケア
  • ネジゆるみの確認
  • 内部の腐食
  • 防水性の高さ
  • 電池が切れていないか

電池が切れれば動かなくなりますが、そのまま放置しておくと電池の液漏れの原因になります。電池から漏れる電解液は刺激物です。まだ壊れていない時計のムーブメントに触れることで破損の原因になるので、注意が必要です。以上の手入れを行うため、オーバーホールには時間がかかります。そのことを念頭に置いてオーバーホールするようにしましょう。

こまめなメンテナンスでクォーツ時計を大事に使おう

青い時計

クォーツ時計を長持ちさせるためには、毎日外したら汚れをきれいに拭き取る、7年前後に一度オーバーホールに出すなどのお手入れが大切です。温度差に弱いため、極端に暑い場所や寒い場所に置かないこと、仕組みを知って磁力の影響を受けやすい磁石に近づけないなどの心遣いも必要です。

クォーツ時計は、機械式時計と比べて寿命は短めです。しかしお手入れ次第で長いお付き合いも可能になります。お気に入りの大切な時計なら、こまめなメンテナンスで大切に使いましょう。

このこの

この記事のライター

このこの

3人の男の子を育てるママライターです。長男が0歳児からという年季の入った時計オタクで、腕時計が大好き!今や私より大きくなった長男の時計知識に助けられつつ、ライティングにいそしむアラフォーです。

この記事へコメントしてみる

※コメントは承認後に公開されます
コメント投稿ありがとうございます。
コメントは運営が確認後、承認されると掲載されます。

関連記事

クォーツ時計とは?仕組みやメリット・デメリット等を調査

クォーツ時計

クォーツ時計とは?仕組みやメリット・デメリット等を調査

クォーツ時計とは水晶を使った時計のことであり、実用性の高さを誇ります。当記事では、時計の内部に搭載されたクォーツがどのような働きをしているのかをくわしく紹介し、クォーツ時計のメリットやデメリット、特徴は一体どのようなものであるかを説明していきます。

クォーツ時計の寿命はどれくらいなの?寿命を伸ばす方法を解説!

クォーツ時計

クォーツ時計の寿命はどれくらいなの?寿命を伸ばす方法を解説!

クォーツ時計の寿命をご存知ですか?一生使えると思っていたら、壊れてしまうことがよくあります。何が原因なのか修理は可能なのかチェックしてください。クォーツ時計の特徴や寿命の長さを確かめ、さらに長く使う方法や他の種類と比較をしながら、さらに知識を深めましょう。

関連するキーワード

クォーツ時計の人気記事

人気ランキング

話題のキーワード