Sembrerà assurdo ma per parlare di orologi al quarzo bisogna iniziare parlando di orologi meccanici.
É solo specificando le caratteristiche degli orologi della seconda tipologia che si potranno comprendere al meglio le differenze tra i due, le peculiarità e la tecnica che si cela dentro un orologio al quarzo.
Vi chiediamo un po’ di pazienza, in questo articolo troverete alcune sezioni più tecniche del solito!
Un orologio meccanico è composto dai seguenti componenti:
– un accumulatore di energia, necessario per mettere in modo l’orologio e dare continuità allo stesso
– un elemento regolatore che detta il ritmo dell’orologio
– una sequenza di ingranaggi e molle necessari per ricevere e convertire la forza
– uno scappamento, il punto di collegamento tra l’elemento regolatore e gli ingranaggi
– un indicatore dell’ora
In un orologio al quarzo la prima sezione, vale a dire quella legata all’accumulazione di energia, è possibile grazie all’impiego di una pila o di una batteria ricaricabile (quest’ultime presenti soprattutto negli orologi solari).
Sono elementi facili da reperire, spesso do lunga durata (anche 18/24 mesi) e soprattutto economici.
La parte veramente interessante di un orologio al quarzo resta comunque quella dell’elemento regolatore che, oltre al esserne il cuore pulsante, è anche il componente da cui l’orologio stesso prende il nome: un cristallo di quarzo a forma di “Y” e misura definita con grande precisione.
Il cristallo di quarzo, sottoposto ad una determinata tensione ricevuta dalla batteria, inizia ad oscillare ad una frequenza che nel caso degli orologi da polso è pari 32768 Hertz, vale a dire 32768 oscillazioni al secondo.
Una volta che il quarzo viene messo in oscillazione, produce corrente elettrica.
Se le oscillazioni sono 32.768 al secondo, allora la sua corrente (alternata) avrà proprio una frequenza di 32.768 Hz, ovvero esattamente pari al numero di vibrazioni al secondo effettuate dal cristallo.
Il segnale ritorna poi al circuito oscillatore che lo regola nuovamente producendo un secondo segnale (che compie una sola oscillazione ogni 15 del primo segnale) che viene poi diretto allo Stepper.
Vediamo com’è costituito in dettaglio lo Stepper.
La bobina è avvolta su un asse verticale e il numero di avvolgimenti può variare a seconda delle applicazioni.
La bobina, a seconda del verso della corrente elettrica (alternata) da cui è percorsa, genera variazioni di campo magnetico, il quale magnetizza lo statore.
Lo statore è un elemento di materiale ferromagnetico, costituito da due poli che si polarizzano diversamente (Nord, Sud) a seconda delle variazioni del campo magnetico in cui sono immersi.
All’interno dello statore, è posto il rotore.
Il rotore è un magnete dotato di un asse che , a seconda della polarizzazione dei poli dello statore, compie rotazioni attorno al proprio asse.
Il segnale elettrico che arriva allo Stepper è quello generato dall’oscillatore.
La corrente elettrica alternata che percorre la bobina genera un campo magnetico variabile.
La variabilità di tale campo si percuote sui poli dello statore che vengono polarizzati e ri-polarizzati continuamente.
Questo fa sì che il rotore, ogni qual volta lo statore polarizza i poli, compia mezzo giro attorno all’asse. Il movimento del rotore mette poi in azione gli ingranaggi che muovono le lancette.
Il rapporto che lega la frequenza dell’oscillatore a quella del segnale, è di 15:1.
Ciò vuol dire che ad ogni 15 oscillazioni del quarzo corrisponde un’oscillazione dell’oscillatore, che a sua volta corrisponde ad una variazione del campo magnetico e di conseguenza a due movimenti del rotore a formare un giro completo.
Dunque ogni giro completo del rotore scandisce in maniera inequivocabile il secondo.
La precisione della rotazione, derivando dall’oscillazione del cristallo di quarzo, è incredibilmente elevata e rende il movimento delle lancette praticamente impeccabile.
A dispetto di un orologio meccanico, in un orologio al quarzo la visualizzazione dell’ora per mezzo delle lancette avviene grazie ai segnali derivanti dall’oscillazione e dal movimento del rotore secondo dopo secondo; non c’è scappamento e quindi non c’è un collegamento meccanico tra l’organo regolatore e l’accumulatore di energia e di fatto diventa superfluo un treno di ingranaggi con le sue ruote dentate e i suoi cuscinetti.
Al posto di questi componenti ci sono dei motori passo-passo che fanno muovere direttamente le lancette analogiche dell’orologio al quarzo.
Oppure, soluzione ancora più efficiente, si può trovare un piccolo display a cristalli liquidi per la visualizzazione digitale del segnale orario.
I cristalli di quarzo sono anche tra gli oscillatori più efficienti, dato che si tratta di sistemi di oscillazione quasi non ammortizzati e che pertanto richiedono solo un minimo apporto di energia per continuare a oscillare.
Questo aspetto, insieme all’assenza di uno scappamento meccanico, è uno dei motivi principali per cui gli orologi al quarzo hanno spesso riserve di carica che durano anni.
Le alte frequenze di oscillazione assicurano a loro volta la riduzione al minimo dell’impatto delle accelerazioni esterne, che possono avere ripercussioni sulla sincronicità dell’orologio meccanico o addirittura danneggiarlo.
I collezionisti ed i grandi appassionati di orologi sono normalmente più attratti dagli orologi meccanici ed automatici ma non mancano proposte interessanti anche tra gli orologi al quarzo, spesso anche impegnative dal lato economico.
Marche come Grand Seiko, Citizen, Casio – aziende leader nella tecnologia al quarzo – propongono modelli di alta gamma con movimenti al quarzo altamente esclusivi con ulteriori ottimizzazioni tali da arrivare ad uno scarto di circa 2 secondi all’anno.
Questi previsti movimenti vengono assemblati a mano in piccole quantità, proprio come per i calibri più complicati.
I movimenti più comuni ed economici hanno una produzione su larga scala completamente automatizzata.