国内初商業用クオーツ時計 2）3）4）

図 5.1 に示すのが、国内初の商業用クオーツ時計で ある。トランジスタは開発されてはいたが、低い電 圧において分周段階の周波数が崩れて誤作動が生じ るなど疑問が多く、素性の分かっている真空管を採 用した。水晶振動子の加工にも慎重を期し、熟練加 工技能者により数か月かけて制作した。結果、精度 は日差換算で 0.08 秒以内という高精度なクオーツ時 計を完成させた。サイズは、真空管、恒温槽等の採 用で高さ 2m、幅 1m、奥行き 0.5m と箪笥ほどの大き さであった。納入後、時間精度が設計値に収まらな いことが判明し、測定されていたデータの記録を解 析した結果、水晶には時間の経過とともに振動数が 変化する「経時変化」が生じることが分かった。水 晶の特性が完全に解明されていないことから発生し た課題であった。以後、水晶振動子の生産工程には

「エージング」（水晶振動子に電気を通電し、水晶を 枯らすことによって、振動数を安定させる作業）工 程を組み入れた。この後、1960 年に日差± 0.8 秒の 可搬型のクオーツ時計を開発、翌年市販した。真空 管を使用し、サイズは高さ 20cm、幅 25cm、奥行き 50cm、重さ 16kg で、研究所、鉄道、船舶などの標 準時計として使われた。

図 5.1　国内初商業用クオーツ時計

（出典：セイコークロック）

5.2

1968 年セイコーから世界で初めての家庭用クオー ツ掛時計「スパイラル水晶時計　SPX-961」（以降 SPX-961 と呼ぶ）が販売される。時間精度は、日差

± 1 秒以下、単一乾電池 2 個で 1 年以上の持続時間、

38,000 円の価格であった。図 5.2 に表裏外観を示して あるが、ムーブメントの構成は振動子、機械体、電子 回路等機能毎に配置固定されているところに特徴があ る。掛時計の平面スペースを上手く利用し、水晶時計 としてはリーズナブルな価格で一般家庭用に作り上げ たことも評価したい。開発製造は商業用のクオーツ時 計を開発した精工舎で、この製品の技術的な大きな特 徴は、現在のクオーツ腕時計用振動子の形状と全く異 なる水晶振動子を使用したことにある。

図 5.2　スパイラル水晶時計　SPX-961^5）

図 5.3 に SPX-961 に使用されたスパイラル水晶振動 板（上）と水晶振動子の外観（下）、図 5.4 にスパイ ラル振動子の断面図を示してある。スパイラル水晶振 動板は、外径 20mm、厚み 0.245mm の円板の中を渦 巻き状に打ち抜き、振動片を長くし、その先端に小さ な永久磁石を取り付け、コイルによる電磁駆動方式に よって 156Hz で振動する。外部からの影響を遮断す るため、吊ばねで保持し全体を真空に封じてある。こ の振動モードは、ねじり振動であるため、広い温度範 囲（-20℃～＋ 60℃）で十分な温度特性が得られる。

SPK-961 の分周回路は、水晶振動子の 156Hz の信 号を、同期モーター（毎秒 6.5 回転）を駆動するため に、19.5Hz すなわち 1/8 にする分周機能を有する。

クオーツ腕時計の開発の動きはどうであったのか。

ブローバ社の音叉腕時計「アキュトロン」が販売され た時は世界的に大きな反響があり、今後の電池時計は 音叉時計になるともいわれた。国内でクオーツ腕時計 の開発が進んだのは、ブローバ社が音叉腕時計の特許 を公開しなかったことも要因の一つである。

海外メーカーの電池腕時計の販売、特許申請の情報

が入る中、セイコーの腕時計製造を担当する諏訪精工 舎（現セイコーエプソン株式会社）は、1959 年電池 腕時計開発の新しいプロジェクトを発足させた。その 名称を「59A プロジェクト」とし、1959 年の重要プ ロジェクトと位置付けスタートする。しかし、プロ ジェクトメンバーは機械技術者が多く、電気に関する 知識が必要な電池時計ともなると何から手を付けて良 いか分からなかった。大学教授から電子工学の講義を 聞いたり、てんぷ式電池時計、電子デバイス等の勉強 から始める。プロジェクトを電子時計の商品化を研究 するグループとスイス・ニューシャテル天文台のクロ ノメーターコンクール用の時計を作るグループに分け た体制で進めた。コンクール用プロジェクトは、ク オーツ腕時計などの先を睨んだ研究とし、高精度のマ リンクロノメーターの開発を目指した。当時、高精度 を保証できる時間標準は、音叉振動子があり腕時計と して実用段階にあった。しかし、音叉式時計には、静 止状態で日差± 2 秒でも外乱で爪が飛び時間がずれる 欠点があり、この現象の改善は難しく、腕時計の主流

図 5.3　SPX-961 の水晶振動子^5）

図 5.4　スパイラル水晶振動子断面図^5）

にはなり得ないと判断した。一方、クオーツ時計も多 くの乗り越えなければならない課題を持っており、な かなか開発の方向が定まらなかった。

同時期に、1964 年に開催されるオリンピック東京 大会の計時をセイコーが担当することに決まる。公式 計時はスイスのオメガが独占し、スポーツ界から絶大 な信頼があり、セイコーが担当することによる失敗は 許されない状況であった。セイコーグループの製造会 社三社、精工舎、第二精工舎（現セイコーインスツル 株式会社）、諏訪精工舎は、開発分担を次のように決 定した。

・精工舎：観客用大時計

・第二精工舎：ストップウオッチ、水泳用電子計時 装置

・諏訪精工舎：クリスタルクロノメーター、デジタル ストップクロック

クリスタルクロノメーターの担当決定に伴い、プロ ジェクトはオリンピック計時で必要となる高精度を出 せるクオーツ式の開発へと舵を切る。今までのクオー ツ時計の大型で、消費電力が大きいという欠点を克服 しなければならなかった。目標を乾電池で動き、持ち 運び可能な大きさのクオーツ時計とし、クリスタルマ リンクロノメーターをターゲットとした。

競技用時計としては、読取りの誤りがなく、見やす い時計であることが求められる。しかも、可搬可能に するため電池駆動が前提となる。水晶振動子には大き な欠点があり、振動子に強い衝撃が加わったり、温度 が変化すると振動数が変動し、正確な振動を得られな くなる。多くの難題を解決し開発されたのが、「クリ スタルクロノメーターQC-951」である。（図 5.5 参照）

図 5.5　クリスタルクロノメーター^6）

このクリスタルクロノメーターを携えて、1963 年 度のスイス・ニューシャテル天文台クロノメーターコ ンクールに参加した。結果は、マリンクロノメーター 部門で 10、11、12 位に入賞した。スイス勢以外で初 めての参加にしては、上々の成績であった。第 1 位か ら 9 位まではスイス勢の水晶時計が占め、時代の流れ はクオーツ時計に向かっていることを示した。この成 績を自信に、改良した QC-951 をもってオリンピック 東京大会に臨み、大きな成功を収めたことは周知の事 実である。

5.3

可搬型クリスタルクロノメーターQC-951 は、平 均日差± 0.2 秒、単一乾電池 2 個直列で持続時間 1 年、外径寸法長さ 20cm、幅 16cm、高さ 7cm、体積 1,400cc、総重量 3kg と片手で持ち運びできるまで作 り込んだ。課題であった水晶振動子の耐衝撃性は、図 5.6 に示すように棒状水晶振動子（振動数 6,300Hz）

を、外径 20 × 100mm の真空カプセルの中に吊るし た状態で封入し解決した。温度変化に対しては、恒温 槽に代わるサーモバリコン（温度補正装置）で対応し た。サーモバリコンはバイメタルを使って容量を変化 させ、温度が変わっても水晶振動子の周波数が一定に なる装置を開発した。図 5.7 にサーモバリコンの構造 図を示す。渦巻き形バイメタルの先端の温度による変 位を空気バリコンのローターの回転に変え、ローター とステーターの極板で構成するコンデンサの容量を変 化させる。これによって、20℃の温度変化で 1 日に 2 秒の狂いが生じる恐れがあったクオーツ時計の問題点 を解決し、小型化への道が拓けた。

図 5.6　QC-951 の水晶発振器

（出典：セイコーエプソン）

図 5.7　サーモバリコンの原理^9）

図 5.8 に QC-951 の内部構造（左）、特殊水晶発振器

（中）、小型低電力同期モーター（右）を示す。特殊 水晶発振器の左側に位置するのがサーモバリコンで ある。

その後もスイスニューシャテル天文台クロノメー ターコンクールにおいて、スイスメーカーとの小型 化、精度競争は熾烈を極め、しだいにクオーツ腕時計 サイズへと近づいて行く。諏訪精工舎がコンクール用 に開発した経過は次の通りである。

（1）1964 年度のコンクールには、ボード部門に「ボー ド型水晶時計　952 型」を出品する。（図 5.9 参照）

　　サイズは、縦 59mm、横 63mm、奥行き 50mm で体積 200cc、水晶振動子は輪郭滑り 128kHz の 振動数であった。QC-951 の同期モーターをアンク ル・がんぎ歯車脱進機の 1 秒ステップ運針に変更し て消費電力を抑えた。

（2）1965 年度のコンクールに、体積 180cc のクロノ

メーター（953 型）を出品する。（図 5.10 参照）、

（3）1966 年度、初めて懐中型クオーツ時計を出品す る。水晶振動子は音叉型振動子 4,096Hz を採用し、

体積が 18cc と大幅に小型化された。（図 5.11 参照）

（4）1967 年度、最も注目を集めたのが、諏訪精工舎 と ス イ ス の CEH（Centre Electronique Horloger  S.A（スイス電子時計センター：各時計メーカーか らの時計技術の開発依頼による時計研究所））が同 時に出品したクオーツ腕時計のプロトタイプであ る。諏訪精工舎のプロトタイプは、サイズ 30mm

× 23.5mm の角型ムーブメントで厚み 5.3mm、体 積 3.7cc、自社開発した長さ 20mm の音叉型超小型 水晶振動子（サーミスタ式温度補正付 8,192Hz）を 採用、アンクル・がんぎ歯車脱進機の変換機を使用 した。ローター、ステーター、ステーター周りの形 状、寸法およびコイルへの印加電圧波形など、あら ゆる点で消費電力を削減した。

コンクールの結果は、11 位と 13～15 位に終わり、

精度で CEH との差を認めざるを得なかった。しかし、

スイス勢が依然棒状の水晶振動子に頼っていることに 自信を持つ。何故なら、棒状振動子と音叉型振動子に は大きな違いがあった。図 5.12 の上が棒状水晶振動 子、下が音叉型水晶振動子の実装例を示す。棒状水晶 振動子は、水晶の加工が容易という反面、図のように 二つのノード（振動の静止点）を 4 本の支持線で吊る ため、Q 値が高くかつ耐衝撃性の良いものを安定生産 できない。一方、音叉型は音叉そのものの加工は面倒 であるが、所定の寸法精度に加工されると、水晶の振 動時に変位しないノード相当部分が広く、振動部に悪 影響を与えず強固な固定が可能である。そのため、腕 時計にとって重要な耐衝撃性の対策を取りやすい。

図 5.8　QC-951 の内部と構成部品^7）