Movimento al quarzo: funzionamento, caratteristiche e manutenzione

Nel vasto panorama dell’orologeria, poche innovazioni hanno avuto un impatto rivoluzionario come il movimento al quarzo. Questo piccolo cristallo, dall’aspetto semplice ma dotato di straordinarie proprietà fisiche, ha ridefinito il concetto di precisione nel misurare il tempo, portando gli orologi a un nuovo livello di affidabilità e accessibilità.

In questo articolo, esploreremo il viaggio che ha reso il quarzo un elemento fondamentale nel settore dell’orologeria, ripercorrendo le sue origini, le sue applicazioni pionieristiche e il suo funzionamento. Dalla scoperta dell’effetto piezoelettrico alla nascita dei primi orologi al quarzo, fino alle moderne tecnologie che ne hanno massimizzato le potenzialità, scopriremo perché questo cristallo è considerato il cuore pulsante della misurazione del tempo.

L’evoluzione dei movimenti al quarzo

Prima di analizzare nel dettaglio il movimento al quarzo, credo sia fondamentale ripercorrere brevemente il percorso che ha portato questo cristallo a rivoluzionare il mondo dell’orologeria.

Tutto iniziò nel 1880, quando venne scoperto l’effetto piezoelettrico. Il quarzo, essendo un cristallo piezoelettrico, trovò la sua prima applicazione durante la Prima Guerra Mondiale, utilizzato per emettere e ricevere onde ultrasonore al fine di localizzare i sottomarini militari. Negli anni ’20, la scoperta del primo oscillatore al quarzo e l’uso dei tubi elettronici permisero la trasmissione e la ricezione di segnali radio, aprendo nuove possibilità tecnologiche.

Nel 1930, Scheibe e Adelsberger crearono il primo orologio al quarzo. Successivamente, durante la Seconda Guerra Mondiale, la crescente domanda di quarzo per le comunicazioni portò a una produzione industriale di cristalli monocristallini sintetici, più affidabili rispetto a quelli naturali. Nel 1948, l’Osservatorio di Neuchâtel ricevette il suo primo orologio al quarzo, segnando un momento significativo nella storia dell’orologeria scientifica.

A metà del secolo scorso, A. Karolus progettò, nel 1954, il primo orologio con un quarzo a forma di diapason, mentre nel 1958 Patek Philippe introdusse la prima pendoletta al quarzo. Il 1967 vide la CEH (Centre Électronique Horloger) presentare due prototipi di movimenti al quarzo capaci di oscillare a 8192 Hz, segnando una svolta nella precisione cronometrica.

Negli anni ’70, la tecnologia al quarzo si avvicinò sempre più al pubblico. Hamilton lanciò nel 1970 il Pulsar, il primo orologio con quadrante a diodi elettroluminescenti (LED), eliminando le tradizionali lancette. Poco dopo, Seiko e Optel-Microma introdussero i cristalli liquidi (LCD), rendendo i display ancora più pratici e innovativi.

Con l’arrivo degli anni ’80, il microprocessore trovò spazio negli orologi, trasformandoli in strumenti multifunzionali e tecnologicamente avanzati, un’evoluzione che continua ancora oggi.

Funzionamento dei movimenti al quarzo

Negli orologi meccanici, la forza motrice è generata dal bariletto grazie all’energia accumulata nella molla di carica. Negli orologi elettronici, invece, l’energia necessaria proviene da un accumulatore, comunemente noto come batteria o pila.

La batteria alimenta un circuito elettronico, una componente essenziale che trova applicazione in svariati ambiti tecnologici, come telecomunicazioni, processori e timer analogico-digitali. Questo circuito ha la funzione di generare o regolare segnali elettrici, generalmente in corrente alternata, in base al contesto specifico. Nel caso degli orologi al quarzo, il circuito svolge entrambe le funzioni.

In una prima fase, il circuito genera un segnale elettrico a una frequenza specifica (f1) e lo invia alla capsula che contiene il cristallo di quarzo. Questa capsula, un contenitore sigillato ermeticamente di forma solitamente cilindrica, ospita il cristallo di quarzo. Il cristallo agisce come un trasduttore, trasformando l’energia elettrica in oscillazioni estremamente precise.

La capsula, un contenitore ermeticamente sigillato, solitamente di forma cilindrica, racchiude il cristallo di quarzo, che funge da semplice ma fondamentale trasduttore elettrico. Ma cosa rende questo elemento così cruciale, tanto da essere definito il “cuore” del sistema?

La risposta risiede in una proprietà fisica straordinaria: la piezoelettricità. I materiali piezoelettrici, il cui nome deriva dal greco “piezòs” (pressione o deformazione), possiedono la capacità di trasformare l’energia meccanica prodotta da oscillazioni fisiche in energia elettrica. Questa proprietà non si limita a un solo verso: questi materiali, infatti, presentano anche un comportamento inverso. Se sottoposti a una corrente elettrica alternata, iniziano a oscillare fisicamente, e l’intensità delle oscillazioni aumenta con l’aumento della frequenza della corrente.

Nel caso del cristallo di quarzo contenuto nella capsula, un processo di lavorazione meticoloso e preciso lo sagoma nella caratteristica forma a “Y”, che ricorda un diapason, ottimizzandone le capacità di oscillazione e garantendo una precisione straordinaria nel suo ruolo.

I progettisti hanno scelto questa particolare configurazione per una ragione precisa: la forma a diapason del cristallo permette alle oscillazioni dei suoi rebbi di propagarsi senza dispersioni energetiche lungo l’albero centrale. Questo garantisce una precisione assoluta nella generazione del segnale elettrico.

Quando il segnale elettrico raggiunge il cristallo all’interno della capsula, quest’ultimo inizia a vibrare grazie alle sue proprietà piezoelettriche. La frequenza delle oscillazioni del cristallo dipende dal segnale generato dall’oscillatore, che è calibrato per far compiere al cristallo 32.768 oscillazioni al secondo. Questo valore non è casuale, ma deriva da una precisa relazione: il rapporto tra la frequenza del cristallo e quella dell’oscillatore è di 15:1.

In pratica, ogni 15 oscillazioni del quarzo corrisponde a una singola oscillazione dell’oscillatore, che genera una variazione del campo magnetico. Questa variazione si traduce in due movimenti del rotore, necessari per completare un giro completo. Ogni giro del rotore, infine, scandisce con precisione il passaggio di un secondo, assicurando l’accuratezza del movimento dell’orologio.

Quando il quarzo entra in oscillazione, genera una corrente elettrica alternata. Se il cristallo oscilla 32.768 volte al secondo, la corrente prodotta avrà esattamente una frequenza di 32.768 Hz, corrispondente al numero di vibrazioni al secondo effettuate dal cristallo.

Il segnale elettrico così generato viene inviato nuovamente al circuito oscillatore, che lo regola e produce un secondo segnale basato sulla frequenza iniziale di 32.768 Hz (f1). Questo secondo segnale è modulato in modo che compia una singola oscillazione ogni 15 oscillazioni del segnale originale, mantenendo un rapporto preciso di 15:1 tra le due frequenze.

Il segnale regolato dall’oscillatore viene poi trasmesso allo stepper, o motore passo-passo. Questo componente svolge un ruolo fondamentale, trasformando gli impulsi elettrici ricevuti dal circuito oscillatore in movimento meccanico.

Il funzionamento dello stepper si basa su tre elementi principali: una bobina attraversata da corrente, che genera un campo magnetico; uno statore, stimolato dal campo magnetico; e un rotore, ovvero un disco dentato che ruota continuamente. I giri del rotore mettono in azione gli ingranaggi, determinando il movimento della lancetta dei secondi, scandendo così il tempo con estrema precisione.

1. La bobina, avvolta attorno a un asse verticale, presenta un numero di spire variabile in base all’applicazione specifica. Quando attraversata da una corrente elettrica alternata, la bobina genera un campo magnetico che cambia direzione in base al verso della corrente. Queste variazioni magnetiche inducono la magnetizzazione dello statore, dando avvio al processo di funzionamento meccanico del sistema.
2. Lo statore, realizzato in materiale ferromagnetico, è dotato di due poli che si alternano tra Nord e Sud in risposta alle variazioni del campo magnetico a cui è esposto. Al suo interno si trova il rotore, componente cruciale per il trasferimento del movimento meccanico.
3. Il rotore è un magnete montato su un asse, che ruota in risposta alla continua polarizzazione e ripolarizzazione dei poli dello statore. Il segnale elettrico inviato allo stepper proviene dall’oscillatore. Quando la corrente alternata attraversa la bobina, genera un campo magnetico in costante variazione. Questo campo magnetico, a sua volta, influenza i poli dello statore, polarizzandoli e ripolarizzandoli ciclicamente. Ogni volta che i poli dello statore vengono polarizzati, il rotore compie mezzo giro attorno al proprio asse. Questo movimento rotatorio attiva il sistema di ingranaggi, che trasferisce l’energia necessaria a far muovere le lancette, scandendo così il passare del tempo.

La revisione dei movimenti al quarzo

Intervenire su un movimento al quarzo è generalmente meno complesso rispetto a un meccanico, poiché le procedure operative seguono logiche simili, ma richiedono particolare attenzione in alcune fasi.

La lubrificazione, ad esempio, deve essere eseguita con estrema precisione utilizzando oli specifici e particolarmente leggeri. Un eccesso di lubrificante potrebbe compromettere il funzionamento del meccanismo, causando ritardi nel movimento o, nei casi peggiori, un blocco totale dell’orologio.

La prima operazione da effettuare durante l’analisi di un movimento al quarzo è verificare lo stato di carica della batteria, accertandosi che non abbia rilasciato acido all’interno del meccanismo. Per questo controllo, è consigliabile utilizzare un tester specifico che, applicando un carico alla batteria, fornisce un’indicazione precisa sul livello di carica.

Un altro aspetto fondamentale è controllare la presenza e la qualità dell’impulso generato dal circuito. Per farlo, si utilizzano strumenti dedicati in grado di rilevare l’impulso e calcolare la marcia media del movimento su base mensile.

Infine, utilizzando lo stesso strumento, si verifica l’assorbimento di corrente del circuito. Questo valore deve rientrare nei parametri specificati dal costruttore, poiché un assorbimento eccessivo è un chiaro segnale di un malfunzionamento che richiede un intervento immediato.

Un esempio di caratteristiche di Calibro al quarzo Miyota 2035

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Il calibro Miyota 2035 è un movimento al quarzo giapponese, noto per la sua precisione e affidabilità. Questo movimento è progettato per orologi con tre lancette: ore, minuti e secondi. Le sue dimensioni sono standard, con una misura di 6 3/4 x 8 linee e uno spessore di 3,15 mm, rendendolo adatto a una vasta gamma di design di orologi.

Una delle caratteristiche distintive del Miyota 2035 è il suo basso consumo energetico, che contribuisce a prolungare la durata della batteria (circa 3 anni). Inoltre, la costruzione in metallo del movimento ne assicura la robustezza e la longevità. Prodotto interamente in Giappone, il Miyota 2035 riflette l’eccellenza manifatturiera giapponese nel settore dell’orologeria.

Questo movimento è ampiamente utilizzato da numerosi produttori di orologi in tutto il mondo, grazie alla sua combinazione di precisione, affidabilità e facilità di manutenzione. La sua popolarità è dovuta anche alla compatibilità con diversi stili di orologi, dai modelli più semplici a quelli più elaborati.

Per approfondire ulteriormente le caratteristiche e la manutenzione del Miyota 2035, vi consiglio di guardare questo video tutorial che offre una revisione completa del movimento:

Oggi, i movimenti al quarzo si confermano una scelta imprescindibile per chi desidera un segnatempo affidabile e tecnologicamente avanzato, dimostrando che la perfezione può essere racchiusa in un piccolo cristallo. L’evoluzione dell’orologeria non si ferma qui, ma la storia del quarzo resta un esempio affascinante di come scienza e ingegneria possano ridefinire il nostro rapporto con il tempo.