Чем кварц отличается от механики, а механо-кварц от Spring Drive
Несмотря на то, что большинство людей легко умеет определять тип часового механизма, хотя бы по надписи на циферблате, многие не очень хорошо представляют себе, что же на самом деле скрывается там за стрелками. А ведь, по сути, в устройстве часов нет ничего сложного. Поняв принцип их работы, легче и самому определиться с тем, какой механизм больше подходит вашему образу жизни и потребностям.
Механика
Начать надо с того, что все часовые механизмы, независимо от их типа, устроены одинаково, как счастливые семьи у Льва Толстого. Они базируются на трех составляющих: источник питания, регулятор и счетчик времени. В традиционных часах все эти компоненты являются 100% механическими: питание обеспечивает барабан с заводной пружиной, регулятором служит система баланса и спуска, а связь между заводом, регулятором и стрелками обеспечивает колесная передача.
Задача регулятора – распределять поток энергии, идущий от заводного барабана, на равномерную последовательность дискретных тактов. Наверное, проще всего провести аналогию с вращающимся турникетом в людном месте: проходящий человек толкает вперед палку турникета, одновременно поднимая за собой следующую палку, которая останавливает идущего следом. Таким образом турникет регулирует поток людей, заставляя их проходить по одному и через более-менее равные промежутки времени, обусловленные скоростью поворота затвора.
На этом принципе «турникета» были основаны балансиры с гирями первых средневековых часов, также называемые «фолиотами». Понятно, что точность такой системы приблизительна, если не сделать так, чтобы турникет сам четко поворачивался раз в секунду, независимо от внешних обстоятельств.
Поэтому ключевым элементом, обеспечивающим стабильность «тактов», стал осциллятор, создающий равные колебания. Вначале маятник, а затем и более компактное изобретение – тончайший металлический волосок, имеющий форму спирали Архимеда и помещенный в центр балансового обода. Пружина сжимается и разжимается, поворачивая баланс вправо и влево и равномерно качая анкерную вилку (от слова anchor – якорь), которая и служит тем самым сдерживающим турникетом колесной системы.
Кварц
У механического осциллятора есть два существенных недостатка: зависимость от внешнего воздействия и низкая частота колебаний.
В этом ключевое отличие кварцевых часов от механических: вместо системы баланс-спираль в качестве источника колебаний используется кристалл кварца с подведенными к нему электродами, - фактически, электрический колебательный контур, знакомый всем по урокам физики. Стандартная частота работы кварцевого резонатора составляет 32 768 Гц (для сравнения, обычная частота работы «баланс-спирали» от 2,5 до 5 Гц), очевидно, что для подсчета такого числа импульсов не может использоваться и обычный механический «турникет», то есть анкер. Поэтому за снятие показаний для передачи на стрелки в кварцевых часах отвечает электронный делитель частоты – двоичный счетчик, который преобразовывает резонансную частоту кварца в импульс 1 Гц, который передается на шаговый двигатель секундной стрелки.
Поскольку в кварцевых часах источником питания является батарейка, энергия на резонатор передается с помощью транзисторов, а за точность отвечает импульсный счетчик, то в таком механизме практически нет подвижных частей. Колеса используются только для вращения стрелок, а в часах с LED и LCD колес и вовсе нет. А как известно, чем меньше в приборе мобильных элементов – тем ниже риск поломки.
Гибриды
Еще до появления кварцевых часов, было много попыток скрестить часовую механику с электромагнитной силой. В основном идея была в том, чтобы с помощью электрического импульса управлять балансовым колесом – так работали, например, часы Слава «Транзистор». Но и даже после изобретения кварцевого резонатора инженеры не оставляли попытки взять лучшее из двух миров. Одним из таких решений является система «авто-кварца» или кварцевых часов с автоматическим заводом. В 1986 году ее впервые представил Seiko под названием AGM, а впоследствии переименовал в Kinetic. Идея в том, что механическая энергия ротора подзавода заряжает генератор, который вырабатывает ток, передающийся на электроды. Чтобы полностью зарядить авто-кварц, требуется две-три недели непрерывного ношения часов.
Лидером этой технологии считается Seiko Kinetic, собственные автокварцевые часы также выпускают Citizen, Tissot, Omega и, что забавно, великий мастер усложнений Франсуа-Поль Журн в коллекции Elegante by F.P.Journe.
Конечно, у авто-кварца есть и свои недостатки. Главный в том, что даже подзаряжаемый аккумулятор рано или поздно придет в негодность. То же можно сказать и о батарее, заряжаемой от солнечной энергии. Кстати, и сам кристалл кварца в резонаторе тоже имеет свойство стареть и портиться.
Магниты и кремний
Уникальную систему Spring Drive от Seiko многие путают с авто-кварцем, хотя у них мало общего. Скорее она наследует электромеханические идеи середины ХХ века: тут присутствует заводной барабан и классическая колесная передача, но вместо баланс-спирали и спуска в качестве регулятора выступает мощный ротор со статором, вращение которого контролируется вырабатываемым им же самим магнитным полем. Запуск Spring Drive в 1999 году стал возможен благодаря изобретению новой полупроводниковой схемы Silicon on Isolator (кремний на изоляторе), отличающийся высокой мощностью при низком энергопотреблении.
Как известно, кремний сегодня используется и для экспериментов с новыми механическими регуляторами, например, Girard-Perregaux Constant Escapement или Zenith Defy Inventor, в которых кремниевые пульсирующие пружины заменили баланс-спираль. Правда, пока что, это не более, чем красочные эксперименты.