技术为世界上第一个石英手表开发

技术为世界上第一个石英手表开发

Seiko Epson(当时Suwa Seikosha,但以下称为Epson)成功地发展了世界上第一个商业石英表。即在1969年的半个世纪前。今天,石英手表占约96%*在全球制造的所有手表中。为第一个石英手表开发的技术继续发展,最终为爱普生的晶体设备和半导体企业奠定了基础。除手表外,该技术还可以在适用于计算机,数字控制家电,手机,汽车和工业设备等各种应用中。

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* 96%的数字是根据日本观看协会的2017年观察产量的估计计算的。

什么是石英手表?

人造晶体

石英晶体在施加的电压下发射稳定频率的电信号。利用此功能以保持准确时间的时间段称为石英手表或时钟。

石英手表首次出现在20世纪60年代后期。它们在很大程度上取代了使用平衡弹簧作为摆锤的手缠绕和自动缠绕机械手表。今天他们是迄今为止最受欢迎的手表类型。

手表不是唯一依赖石英晶体的东西。石英晶体广泛用于准确计数时间或捕获速度和运动的变化,因此在家用电器,PC和智能手机到汽车和其他工业产品的所有内容。

石英手表建设

以下是石英手表中操作机制的简化解释。

首先,容纳在振荡器中的晶体单元2.以1.电池发送的电力,以32,768 Hz的频率振荡。该频率由分频器电路3除以。使其每秒降至一个信号。此外,该信号通过步进电动机转换器4转换为机械旋转运动4.,指示机构5.每秒移动一只指数,然后将该运动传送到分钟和小时手。

石英手表建设 石英手表建设

Quartz时钟从他们首次出现的几乎出现的时刻变得流行,但它们不太理想。这是因为所需的晶体保持在恒定温度以保持稳定的频率输出。因此,1959年,早期石英时钟具有恒温功能,使它们非常大(如储物柜尺寸:1.3m x 2.1m)并增加其功耗。

因此,Epson开始研究和开发工作,这将降低石英时计的尺寸和能耗而不会牺牲精度。我们用晶体管取代了庞大的真空管,摆脱了恒温室,并使用可变电容器开发了温度补偿装置,实现了更小的石英时钟。该公司在1964年东京奥运会开发官方计时系统后,发展速度加快了。这项工作高涨,于1963年开发了便携式石英时钟,Seiko Crystal Chronometer QC-951。发展速度仍然进一步拾取,三年后,1966年,爱普生宣布了一个口袋大小的石英表。然后,在1969年,我们推出了世界上第一个石英腕表,Seiko石英Astron 35SQ。

石英时钟,楚鲁广播站

1959年
石英时钟,楚鲁广播站
(储物柜大小1.3m x 2.1m)

水晶计时器

1963年
水晶计时器
(便携式尺寸)

石英阿斯顿

1969年
石英阿斯顿
(手表大小)

三个关键的小型化技术

它是精密加工和电子技术,使EPSON能够降低石英时计的大小。
有三种技术是关键。

三个关键的小型化技术

1.调整叉子石英振荡器(第一个)

在施加电压时,石英晶体发出振荡频率。这种特性导致了一种名为石英振荡器单元的设备的开发。传统的石英振荡器单元是管状的,但是我们用较小的调谐叉式换档,以节省空间并以稳定的频率振荡。然而,将合成晶体加工成调谐叉形是一个挑战,因为在体积产生时,它们的脆性使它们易于在切割和抛光过程中开裂和破裂。用光刻制造方法的发明解决了该问题,其中氢氟酸用于蚀刻晶体的周边。为了提供抗冲击性,我们设计了一种悬浮在真空胶囊内部振荡器的方法,从而能够产生体积。后来,电子电路使用的功率逐渐减少,振荡频率从8,192Hz升至32,768Hz。如今,此频率是使用石英振荡器的大多数设备的时间标准。

调谐叉子晶体振荡器

调谐叉子晶体振荡器

调谐叉子晶体振荡器用于石英·亚斯顿
后来的晶体振荡器以32,768 Hz振荡
以32,768 Hz振荡的后续晶体振荡器

2.用于石英腕表的CMOS IC

用于石英腕表的CMOS IC

由石英振荡器单元发出的电信号必须划分,并且在其之前,可以将驱动波形形状转换成机械旋转运动。爱普生开发了一个那样的手表IC。这种混合IC由一些优秀的工匠和女性手动焊接76个晶体管和84电阻器29电容器总计189元件到陶瓷基板上。

我们持续发展认为,C-MOS IC的稳定供应对于扩大和稳定手表业务至关重要。所以,我们谈到了IC制造商。但是,答案总是难以帮助,因为没有对超低功耗设备的需求。这是如此,我们决定追求自己的C-MOS IC开发和制造。最终,我们在1971年成功地成功地为超低功率手表进行了开发和体积的C-MOS IC。

这些C-MOS IC用于当时普通IC使用的普通IC使用的三分之一到四分之一的电力,因此,随着时间的推移,它们的使用扩展到外面的手表和消费电子产品,例如家电,计算机等。手机,以及支持各种行业的汽车和其他设备。

Hybrid IC(1969)
CMOS IC用于Quartz Wristwatches(1971)
CMOS IC.

3.超紧凑的开放式步进电机(世界第一)

电动机用于时钟,以将通过IC进入一秒钟的节奏精确调节的电信号,该电源通过齿轮传递到第二个,分钟和手中的机械运动。然而,传统的圆柱电动机很大并且难以在手表中安装。因此,我们采取了开发新型开放式电动机的挑战,其中部件将分离和排列在分散的布局中。EPSON开发的是由单独的线圈,定子和转子组成的超紧凑型磁带踏板电机。

除了机构的变化之外,新电机还具有超细线圈,高磁力转子磁体,以及用于驱动电动机的优化控制方法。这些也导致较低的功耗。

石英彻底改变了钟表

Seiko Quartz Astron 35SQ

Seiko Quartz Astron 35sq吸引了世界各地的大量关注。那是因为虽然即使是最准确的机械手表丢失或每天20秒,但每天速率为±0.2秒(和每月±5秒的月率)的准确率为100倍。回应是,关于石英Astron 35SQ的一篇文章甚至出现在纽约时报。还有一个媒体故事,称为钟表史上的产品“革命”。

除了转型技术外,Seiko Quartz Astron 35SQ还对实施创新思想和设计美学进行了影响和赢得的恒星审查,包括电池盖,使得圆形运动使电池更换容易和优雅的外观。

通过公开披露技术促进社会

EPSON公布了专利,详细说明了它的石英手表技术。这导致了模拟石英手表的全球传播。目前,石英手表占全球生产的所有手表的约96%。换句话说,爱普生的技术让人们在地球的每个角落获得了准确的时刻。

爱普生的石英腕表是众多奖项的主题,EPSON为该技术和向公众开放的专利刊发了认可。今天甚至超过半个世纪以来,这项技术继续被尊重为日本技术的灯塔。

  • 2002年:美国电气电子工程师协会(IEEE)企业创新认可奖
  • 2004年:里程碑奖,IEEE
  • 2014年:机械工程遗产登记,日本机械工程师协会
  • 2018年:科学技术的基本历史材料,国家自然与科学博物馆

Epson继续进一步推进关键技术,以创建甚至更小的产品,并提供更低的功率,但提供出色的性能。爱普生的水晶器件和半导体企业都脱离了石英手表开发。紧凑型和省电是在石英手表上引导开发工作的手表。这些词表达了我们仍然归于这一天的理想,并且由EPSON的高效,紧凑和精密技术体现。

*石英手表占所有腕表的96%的声明基于日本观看协会的2017年观察产量的估计。

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