Кварцевый путь

Всего за 40 лет кварцевые часы прошли путь от чуда технической мысли и предмета вожделения покупателей до утилитарной и копеечной по цене вещи. Давайте вспомним ключевые вехи становления этого сегмента рынка.

Всего за 40 лет кварцевые часы прошли путь от чуда технической мысли и предмета вожделения покупателей до утилитарной и копеечной по цене вещи. Давайте вспомним ключевые вехи становления этого сегмента рынка.

Многим читателям нашего журнала знакома ситуация, когда в магазин приходит человек и говорит, что он ограничен в сумме. Продавец предлагает насколько приличных и относительно недорогих вариантов, но как только он произносит слово «кварцевые», выражение лица покупателя резко меняется. «дешевку подсунуть хотите, мне нужна только механика», – безапелляционно заявляет тот. И аргументы вроде точности и надежности становятся бессильны. Повсеместное распространение кварцевых часов, оптимизация производственных процессов и откровенно смешная стоимость самых простых калибров сыграли злую шутку, сделав кварц в сознании многих синонимом чего-то дешевого и несолидного.

Между тем, чтобы кварцевые часы стали столь доступными и надежными, ученым и инженерам пришлось потратить немало времени и сил. Еще совсем недавно лучшие умы индустрии бились над тем, как уместить сложное и неимоверно точное устройство в «таблетку» корпуса наручных часов, а за модель с фантастическими характеристиками покупатели были готовы отдать сумму, сопоставимую с хорошим авто. И сегодня, при всей доступности, кварцевые часы остаются сверхвысокотехнологичным товаром, находящимся на грани научных и производственных возможностей человечества, а инженеры неустанно ищут и внедряют в них все новые свойства и возможности, расширяющие горизонты нашего представления о том, что такое хорошие часы.

сорок лет истории кварцевых часов были столь насыщенными, что содержат в себе едва ли не больше событий, чем многовековой путь часов механических. Вместить их все в одну статью не получится. Поэтому сегодня мы вспомним, что предшествовало появлению Seiko Astron, как электричество вытеснило традиционный баланс.

Иллюстрация опыта братьев Кюри, в результате которого был открыт прямой пьезоэффект

Волшебные кристалы

Начать наше повествование о кварцевых часах следует с 1880 года, когда братья пьер и жак кюри открыли пьезоэлектрический эффект. Французские исследователи заметили, что при изменении размеров кристалла турмалина на его гранях возникали противоположные по знаку электрические заряды, то есть напряжение. Через год они же доказали существование обратного эффекта: оказалось, что электрическое поле заставляет некоторые кристаллы деформироваться. Если бы кюри задумались об использовании подобных эффектов в часах, они наверняка получили бы Нобелевскую премию за создание сверхточного измерителя времени. Пьер кюри ее в итоге получил, правда, за исследования в области радиации – о кварцевых часах тогда никто не думал.

В часовой индустрии пьезоэффект нашел применение лишь спустя много лет, после открытия уникальных свойств кварца. Этот минерал давно был известен своей твердостью, почти равной рубину и сапфиру, хорошей физической и химической стойкостью. Часовщиков же в нем привлекло другое: наличие прямого и обратного пьезоэффекта и малое внутреннее трение. Благодаря этому, прилагая к кристаллу кварца ток, легко вызвать его колебания. Причем резонансная частота определяется физическими параметрами кристалла – его размерами и формой. Это означает, что кварц можно использовать в качестве осциллятора, задающего периоды времени, каковым в механических часах являются баланс или маятник. Единственным недостатком кварца является зависимость частоты от температуры, но с ней научились бороться. Исследовательские работы по использованию пьезоэффекта кварца в технике в качестве эталона частоты и времени были начаты в 1921 г. Американским ученым кеди, однако лишь в 1927-1930 гг. В.а. Моррисону, сотруднику Bell Labs (США), впервые удалось применить высокочастотные колебания кварца для создания часов. С этой целью из кристалла кварца был вырезан кусок в форме кольца, чтобы изменения частоты его колебаний с изменением температуры были как можно меньше. Кольцо было установлено в специальной камере, расположенной под герметичным колпаком. За счет этого в камере поддерживалось постоянное атмосферное давление, а отклонения температуры внутри нее допускались в пределах не более ±0,01° с. Параметры кристалла были подобраны так, что частота резонанса составляла 100 кГц. Первыми удачными опытами интеграции кварцевого осциллятора в часовой механизм отметились интерьерные модели. И дело тут было не в их предназначении для дома: носить на руке изделие весом в не один десяток килограмм было невозможно.

посмотрев на успехи американцев, вернуть себе титул главной часовой державы решили англичане: исследования дайя и Эссена, проведенные в англии в Национальной физической лаборатории, имели исключительное значение для дальнейшего усовершенствования конструкции кварцевых часов. Англичане также взяли осциллятор, вырезанный из кристаллического кварца в виде кольца, и в 1934 г. Создали на его базе весьма совершенные кварцевые часы Z. В том же году они были применены в Гринвичской обсерватории в качестве эталона частоты и времени вместо маятниковых часов Шорта.

Советские миниатюрные кварцевые часы с шаговым реле были зарегистрированы еще в 1960 году


Основные принципы использования кварца были понятны, начались работы по миниатюризации. На Швейцарской выставке образцов 1960 г. Впервые экспонировались малогабаритные кварцевые часы швейцарской фирмы Patek Philippe. Они имели объем «всего» 830 см3, включая батарею питания. Габариты часов составляли 134х94х66 мм, а вес 3,5 кг. В диапазоне температур 4-36 с° они обеспечивали точность порядка 10 -6 (±0,1 сек. в сутки), аккумуляторная батарея обеспечивала 70 часов работы без подзарядки.

На фоне европейских разработок часто уходят из поля внимания достижения советских ученых, которые в то же самое время вели работы по оптимизации габаритов часов с кварцевыми осцилляторами. В 1960 году профессор а.ф. Плонский вместе с бывшим главным инженером челябинского часового завода Б.и. Шишковым получили авторское свидетельство на первые в мире кварцевые часы с шаговым двигателем. До этого кварцевые часы приводились в действие синхронными электродвигателями и поэтому были громоздкими.

Плонский и Шишков вместо синхронного электродвигателя использовали миниатюрное шаговое реле, которое впоследствии назвали шаговым двигателем. Изобретение успешно прошло испытания в Ниичаспроме. Средний суточный ход этих часов за восемь суток испытаний составил +0,065 сек. Увы, достижения советской науки тогда слабо афишировались за рубежом.

Немного позже в 1962 году двумя швейцарскими фирмами – Ulysse Nardin и Ebauches S.A. – был создан кварцевый морской хронометр габаритом 250х180х130 мм с приводом стрелочного механизма от синхронного двигателя. Этими же двумя компаниями был выпущен малогабаритный морской хронометр (200х150х150 мм) с миниатюрным шаговым двигателем, обеспечивающим полсекундные скачки секундной стрелки. Проблема габаритов кварцевых часов, казалось, была решена, оставалось лишь уменьшить все ключевые элементы до адекватных для ношения на руке размеров. Просто уменьшить габариты каждой детали в отдельности было недостаточно, требовались новые решения и на этом отрезке пути встречаются очень интересные модели часов.

Плавный переход

В промышленных часах и приборах для различных профессиональных целей, как то спортивные секундомеры, кварцевые технологии прочно вошли в жизнь в самом начале 1960-х. Однако адаптировать кварцевые часы до размеров наручных не удавалось. Вместо этого на свет появилось несколько переходных моделей, некоторые из которых правильнее назвать не электронными, а электрическими, т.к. Они не имели каких-либо электронных компонентов.

Первыми в мире наручными часами с электрическим приводом стали Watch of the future, представленные компанией Hamilton в Нью-йорке 3 января 1957 года. Публика радостно восклицала при упоминании о маленькой батарейке, способной почти год снабжать калибр Hamilton 500 энергией. Часовщики же с ужасом взирали на баланс, на котором, вопреки всем принятым правилам уравновешивания этой хрупкой детали, была закреплена массивная уродливая катушка индуктивности. Ни о какой балансировке такого изделия речи, понятно, уже не шло.

Калибр R27 от компании lip стал серьезным вкладом французов в раз- витие злектромеханических часов

Однако она и не требовалась. Катушка в комплекте с двумя постоянными магнитами, закрепленными на платине и мосту, выполняла роль пружины. В тот момент, когда катушка проходила между магнитами, маленький штырек на балансе замы кал контакты, через катушку протекал ток, и возникающее магнитное поле отталкивало баланс. Специалисты Hamilton не стали изобретать новую колесную передачу, и частота колебаний асимметричного баланса составляла 2,5 Hz (18 000 полуколебаний в час), как и у обычных механических часов того времени. Новинка не обеспечивала разительного отличия точности хода от привычной механики, но факт перевода наручных часов на электроэнергию уже сам по себе вызывал восхищение покупателей: в общей сложности было продано более 40 000 моделей, оснащенных калибрами H500 и, выражаясь современным языком, рестайлинговым H505 (в нем избавились от лишних проводов, замкнув отрицательный полюс на детали калибра). Буквально через пару месяцев свою разработку представили специалисты французской компании Lip. Как положено французам, помимо технических аспектов они уделили большое внимание эстетической стороне. Их механизм был «зеркален» американской новинке: катушку индуктивности закрепили на платине, а магнит – на колесе баланса. В результате к калибру R27, хоть и с натяжкой, но уже можно было применить слова «часовое искусство». Две раздельные катушки, между которыми разместились элементы колесной передачи, и симметричная платина образовывали треугольник, по сторонам которого крепились элементы питания. С технической точки зрения важным отличием от калибра H500 было использование диода (всего одного), который предотвращал искрение при замыкании контактов. Его присутствие пусть формально, но выводило эти часы в разряд именно электронных, а не электрических. Однако маркетинговая нахрапистость американцев оказалась сильнее эстетичности и продвинутости французов: по неведомым причинам R27 не получили должного признания и сейчас являются большой редкостью.

Другими выделяющимися часами «докварцевой эпохи» можно назвать Bulova Accutron, представленные публике 10 октября 1960 года и оснащенные калибром под номером 214. Своим появлением механизм обязан появлению компактного транзистора. Это были первые электронные наручные часы, в которых в качестве источника колебаний вместо традиционного баланса использовалась маленькая вилка, выполненная в форме U-камертона. Транзисторная схема вырабатывала электрические колебания, близкиекчастотев360Гц,ичерезкатушки вызывала резонансные колебания вилки. Вилка через толкатель взаимодействовала с храповым колесом, при каждом колебании поворачивая его на один зуб. Слабым местом калибра 214 стала самая привлекательная его часть – это самое храповое колесо, а не транзистор или камертонная вилка. При диаметре всего в 1 мм оно имело 360 зубьев высотой в 1/100 мм. Нарезать зубья столь малого размера и сделать миниатюрные толкатели американцы смогли, но обеспечить их долговечность оказалось невозможно, ведь на эти детали приходились очень серьезные нагрузки. Тем не менее Bulova Accutron получила признание покупателей и разошлась тиражом более 4 000 000 экземпляров.

Cамая привлекательная и уязвимая часть калибра 214 – храповое колесо диаметром всего 1 мм и с 360 зубьями

Новые идеи оказались столь популярными, что компания продала лицензию швейцарскому производителю ESA, который снабдил калибром 9164 целый ряд часовых марок. В руках компании Omega этот механизм обрел ряд отличий и был окрещен часовой публикой не иначе как «Роллс Ройс среди камертонных механизмов». Такое гордое прозвище он получил во многом благодаря дизайну (им занимался Макс Хетсель, ранее трудившийся в Bulova), а также медному покрытию всех платин, которое добавляло калибру не только эстетичности, но и долговечности.

Bulova Accutron с камертонным калибром 214

Также в начале 1960-х своим электрическими часами отметилась компания Timex, купившая еще в 1958-м фирму Durowe-Laco, которая имела серьезные наработки в сфере электрических наручных моделей. Увы, расчет Timex, желавшей попасть в лидеры новой волны, не оправдался, и первая модель, оснащенная калибром 861, увидела свет лишь в 1962 году. Затянувшаяся подготовительная работа окупилась тем, что произведенный механизм оказался очень надежным и обладал рядом приятных особенностей. Это было и высокое качество обработки всех элементов, и использование винтов с полированными головками, и применение 11 камней и даже противоударная система Incablock. Благодаря такому уровню исполнения и очень надежной конструкции и сегодня легко встретить рабочие модели самых ранних годов выпуска. Особой ценностью пользуются экземпляры из партий, в которых применены платины с гравировкой Laco, а не Timex.

Нужно отметить, что советская часовая промышленность не отставала от мировых стандартов и наладила выпуск часов с механизмом, идентичным Hamilton 500. Это были выпускавшиеся на Втором часовом заводе часы «слава» 114чН. Кроме того известны электрические модели, в 1960-1961 годах выпущенные на петродворцовом часовом заводе. Конструктивно они были похожи на Lip, отличаясь наличием только одной катушки и отсутствием анкерной вилки (ходовое колесо взаимодействовало непосредственно с эллипсом баланса). Таких часов с надписью «Электрические» на пчз выпустили всего одну маленькую партию. Причиной сворачивания производства стало отсутствие подходящих батареек (батарейки не продавались и были очень дефицитными). То есть можно сказать, что «Электрические» часы пошли не в свое время.

В 1962-м на Втором часовом заводе был налажен выпуск часов «слава Транзистор» калибра 2937 с осциллятором-камертоном, которые по принципу действия были идентичны Bulova Accutron. В то время достижения советских часовщиков уже стали получать международное признание, а подтверждением этому служит тот факт, что на ярмарке в лейпциге «слава Транзистор» были награждены золотой медалью.

Идеальная частота

Ни в одной из перечисленных выше моделей еще не было кварцевого резонатора. Вписать его в размеры наручных часов не позволяли существовавшие тогда технологии. Ситуация изменилась с двумя важными открытиями: получением в 1955 году искусственного кристалла кварца и изобретением микросхемы в 1959-м. С этого момента гонка за первенство в выпуске кварцевых наручных часов превратилась в ожесточенную борьбу с подковерными интригами, созданием и разрушением альянсов, фланговыми атаками и горькими поражениями. В эту гонку вступили представители всех крупных часовых производителей, еще не понимая, какую яму они себе копают. Но об этом – в следующих номерах.

Портал профессионалов часового бизнеса TimeSeller.ru
При перепечатке активная ссылка обязательна

Теги: кварц