Minerals utilitzats en rellotges

Sense incloure les diferents pedres precioses (naturals i sintètiques) que sovint s'utilitzen per adornar els rellotges per motius estètics, ni el metall utilitzat per fabricar les seves caixes i components, alguns minerals (definits com a compostos químics sòlids amb una composició química força ben definida i una estructura de cristall específica que es presenta de manera natural en forma pura) també apareixen en la construcció de rellotges.

CORINDÓ (RUBÍ I SAFI): Corindó

La fotografia següent mostra un moviment manual Miyota (Citizen) 8N33 (17 joies) en un rellotge Marloe 'Coniston - Steel' model del 2021.

Moviment de rellotge mecànic Miyota 8N33 amb 17 joies
Essencialment, els robins dins dels moviments del rellotge actuen com a coixinets de boles i eliminen la fricció. Tot i que alguns rellotges utilitzen coixinets de boles de ceràmica d'alta tecnologia en determinades parts d'un moviment de rellotge, la majoria dels moviments mecànics dels rellotges utilitzen pedres precioses sintètiques, principalment robins, encara que algunes marques utilitzen safirs com a coixinets en comptes d'utilitzar coixinets metàl·lics que necessiten oli. Aquestes gemmes sintètiques eliminen la necessitat d'oli i redueixen significativament la fricció i el desgast de les parts del moviment, millorant la vida útil del moviment. De vegades són visibles mitjançant un fons de caixa de safir transparent o mitjançant un moviment d'esquelet on gran part del metall s'elimina per permetre la visualització dels magnífics mecanismes. Els coixinets de robí o safir també tenen altres avantatges addicionals per als rellotgers. Com que poden suportar els canvis de temperatura sense cap reacció (a diferència dels coixinets metàl·lics), ofereixen una major estabilitat. Els robins i els safirs sintètics es creen generalment amb òxid d'alumini i crom que s'escalfen, es fonen i es cristal·litzen. En ser sintètics, no són tan valuosos com els robins o els safirs genuïns (és a dir, naturals), el que els fa més assequibles d'utilitzar, cosa que és especialment important perquè un rellotge pot tenir des d'uns quants fins a desenes dins del moviment.

Fotografia d'un únic rellotge de robí sintètic amb primer pla joia.

Joia de coixinet de rellotge de robí sintètic

La il·lustració següent és un dibuix en secció transversal d'un coixinet de joia típic d'un rellotge mecànic que consisteix en una 'joia del forat' (inferior) i una 'pedra de capçalera' (superior) que de vegades s'anomena 'joia final'. El coixinet es secciona a través de l'eix. Aquest tipus de coixinet s'utilitza en rellotges on la fricció és crítica, com en els pivots del volant. El forat per al pivot és lleugerament convex (en forma de rellotge de sorra) de manera que si el pivot no és exactament vertical no s'encallarà al forat. La superfície de la joia inferior també és lleugerament convexa, subjectant una gota d'oli (groc) entre les joies, en contacte amb el pivot, per atracció capil·lar. Les joies s'ajusten a pressió als forats de les plaques de suport del moviment (gris).

Un típic coixinet de joia de rellotge mecànic en secció transversal
Cada rodament fa que els engranatges del rellotge giren sense problemes. La idea d'utilitzar joies en el moviment es va introduir fa més de 300 anys, però avui és habitual. Fa molts anys que les joies dels rellotges es feien amb gemmes precioses reals, com ara un robí, i abans, els fabricants utilitzaven l'ajuda de VIDRE, QUARTS o GRANAT en el procés. Els coixinets de joies van ser inventats el 1704 per utilitzar-los en rellotges per Nicolas Fatio de Duillier, Peter Debaufre i Jacob Debaufre, que van rebre una patent anglesa per a la idea. Originàriament es feien servir joies naturals, com el DIAMANT, EL RUBÍ, EL SAFIR, i també el GRANAT. Tanmateix, l'any 1902, el químic francès Auguste Verneuil va anunciar el procés per fabricar robí i safir sintètics (òxid d'alumini cristal·lí) a escala comercial, fent que els coixinets de joies siguin molt més barats. El corindó va ser sintetitzat per primera vegada l'any 1837 pel químic francès Marc Gaudin, que va fer els primers robins sintètics fusionant alum de potassa a alta temperatura amb una mica de crom com a pigment. Després, el 1847, el químic francès Jacques-Joseph Ébelmen va fer safir blanc fusionant alúmina amb àcid bòric. 30 anys més tard, el 1877, el químic francès Edmond Frémy, en col·laboració amb el vidre industrial Charles Feil, va fer corindó de cristall del qual es podien tallar petites pedres. El 1887, Fremy i Verneuil van desenvolupar i fabricar robí artificial per fusió BaF ₂ i Al ₂ O ₃ amb una mica de crom a foc vermell. AVUI, LA MÀRIA DE COIXEMENTS JOIERS SÓN RUBÍ O SAFI SINTÈTIC.

Fotografia que mostra un petit assortiment de diversos coixinets de robí i safir sintètics.

Coixinets de robí sintètic i coixinets de safir
Històricament, els pivots de joia es feien triturant amb abrasiu de diamant. Els pivots moderns de joies sovint es fan amb làsers d'alta potència, gravat químic i fresat per ultrasons. Sense entrar en massa detalls per mantenir les coses bastant senzilles, els coixinets d'un rellotge tenen quatre tipus diferents que es poden trobar en els moviments moderns: joies de pedra, forat, palet i rodet. La majoria de moviments de rellotges tenen 17 joies i, en aquest moment, un rellotge ja es pot considerar totalment joiat. Però com a regla general, com més complicacions té un moviment, més joies hauria de tenir. Una complicació és qualsevol funció d'un rellotge que no sigui la visualització de l'hora. Les complicacions poden anar des d'obres molt simples i habituals fins a obres extremadament rares d'alta horologia que combinen nombroses funcions i poden trigar anys a crear-se. Inclouen coses com ara complicacions de data, complicacions de cronògraf, complicacions de doble zona horària (viatges), tourbillon, fase lunar, entre d'altres. Un punt d'interès digne de destacar és que el rellotge més complicat del món, la referència Vacheron Constantin 57260, amb els seus 2.826 components individuals i 57 complicacions en total té la friolera de 242 joies en el seu moviment!

Aquesta fotografia mostra el moviment dins de l'únic rellotge de butxaca Vacheron Constantin referència 57260, també conegut com 'Tivoli'.

El moviment de rellotge més complicat del món

Aquesta fotografia és de les dues cares de la referència 57260 de Vacheron Constantin.

Cada costat del Vacheron Constantin 'Tivoli'

La fotografia següent mostra un Christopher Ward 'Sealander Automatic' [C63] de disseny britànic, un rellotge de qualitat assequible amb un moviment automàtic suís Sellita SW200-1 (26 joies de robí) que es pot veure a través d'un fons de pantalla de safir i un ultra llegible. esfera negra que es mostra mitjançant un cristall de safir antireflectant resistent a les ratllades.

Esfera de cristall de safir en un rellotge assequible
El vidre de safir, dur, transparent i estable, ha estat durant anys el material de facto per als vidres transparents davanters i posteriors en rellotges de gamma alta. Els cristalls de rellotge de safir s'anomenen perquè es fabriquen amb la mateixa tècnica que s'utilitza per fer pedres precioses creades industrialment. Avui en dia, amb les noves tecnologies i els processos de fabricació més econòmics, el safir és força habitual com a material utilitzat per als cristalls de rellotge juntament amb l'acrílic (essencialment una forma especialitzada de plàstic, també conegut com 'Hesalite', 'Perspex' o 'Plexiglass') i el vidre mineral ( creat a partir de sílice i de vegades conegut com 'Hardlex'). Tot i que l'acrílic és molt assequible, la seva suavitat el fa molt susceptible a les ratllades; encara que és sorprenentment resistent als impactes, per la seva flexibilitat. No obstant això, és bastant fàcil esborrar esgarrapades lleugeres polint. El vidre mineral és gairebé idèntic al 'vidre' normal que es troba als vidres de les finestres i, com a resultat, té propietats similars. Barat de fabricar, és més resistent a les ratllades que l'acrílic i bastant resistent a l'impacte, però es pot trencar quan s'impacta i és molt menys resistent a les ratllades que el safir. D'altra banda, el vidre de safir funciona molt bé contra les ratllades i té una claredat visual millorada, tot i que és una mica susceptible de trencar-se si s'exposa a forts impactes.

Fotografia de comparació que mostra els tres tipus principals de cristall de cara de rellotge.

Materials de cara de rellotge transparents comuns

QUARTS: Quars

Els rellotges de moviment de quars utilitzen un oscil·lador electrònic regulat per un cristall de quars per mantenir el temps. Aquest oscil·lador de cristall crea un senyal amb una freqüència molt precisa, de manera que els rellotges de quars són almenys un ordre de magnitud més precisos que els rellotges mecànics. Una manera fàcil de diferenciar un quars d'un moviment mecànic és mirant la segona mà. En un rellotge de quars, la segona mà té el moviment de tic-tac que es mou una vegada per segon, mentre que els rellotges mecànics generalment tenen un moviment suau i ampli de segons. Molta gent està captivada per l'amplia mà de segon dels rellotges automàtics. Mentre que una segona mà d'un rellotge de quars es mou una vegada per segon, una segona mà d'un rellotge mecànic es mou diverses vegades per segon, donant la il·lusió d'un moviment d'escombrat.

La foto següent mostra un moviment bàsic de rellotge de polsera de quars ISA K63 de baix preu. ISA és un fabricant de moviments de rellotges de quars xinès amb seu a Hong Kong amb plantes a la Xina, Hong Kong i Suïssa. A la part inferior dreta del moviment hi ha l'oscil·lador de cristall de quars i a la part inferior esquerra hi ha la bateria del rellotge de pila de botó. A la part superior dreta hi ha el comptador de l'oscil·lador i a la part superior esquerra hi ha la bobina del motor pas a pas que alimenta les agulles del rellotge.

Moviment de quars econòmic amb components econòmics

A continuació es mostra un producte més premium, un moviment de quars Longines L263.2 (7 joies), en si mateix un moviment ETA 955.412 modificat per Longines. Visualment semblant a un moviment de quars bàsic, la diferència de preu reflecteix la qualitat dels components utilitzats.

Moviment de quars premium amb components de qualitat
Químicament, el quars és una forma específica d'un compost anomenat diòxid de silicona ( SiO2 ). Molts materials es poden formar en plaques que ressonaran. Tanmateix, el quars també és un material piezoelèctric: és a dir, quan un cristall de quars està sotmès a esforços mecànics, com ara la flexió, acumula càrrega elèctrica en alguns plans. Les propietats piezoelèctriques del quars van ser descobertes pels físics francesos Jacques i Pierre Curie el 1880. Posteriorment, Pierre es va casar amb la física/química polonesa Marie Salomea Skłodowska (Marie Curie) i, el 1903, va rebre el Premi Nobel de Física tant amb ella com amb l'enginyer francès. /físic Henri Becquerel pel seu treball en el camp de la radioactivitat. El quars té un altre avantatge, ja que la seva mida no canvia gaire a mesura que la temperatura varia. Per tant, un rellotge de quars es mantindrà relativament precís a mesura que canviï la temperatura. La freqüència amb què oscil·la el cristall depèn de la seva forma, mida i del pla de cristall en què es talla el quars. Les posicions en què es col·loquen els elèctrodes també poden canviar lleugerament l'afinació. Si el cristall té una forma i una posició precisa, oscil·larà a la freqüència desitjada. En gairebé tots els rellotges de quars, la freqüència és de 32768 Hz i el cristall es talla en forma de petit diapasó en un pla de cristall concret. Aquesta freqüència és prou alta com per sobrepassar el rang d'audició humana, però prou baixa com per mantenir el consum d'energia elèctrica a un nivell modest i per permetre als comptadors barats obtenir un pols d'1 segon per mantenir l'hora.

A continuació es mostren fotografies en primer pla d'un oscil·lador de cristall de quars amb la caixa retirada. Es forma en forma de diapasó.

Oscil·lador de cristall de quars en forma de diapasó
Després del descobriment de les propietats piezoelèctriques del quars a finals del segle XIX, l'oscil·lador del tub de buit es va inventar posteriorment el 1912. Un oscil·lador elèctric va ser utilitzat per primera vegada per mantenir el moviment d'un diapasó pel físic britànic William Eccles el 1919; el seu assoliment va eliminar gran part de l'amortiment associat als dispositius mecànics i va maximitzar l'estabilitat de la freqüència de la vibració. El primer oscil·lador de cristall de quars va ser construït pel físic i enginyer elèctric nord-americà Walter G. Cady el 1921. Més tard, el 1923, el físic anglès D. W. Dye al National Physical Laboratory al Regne Unit i l'enginyer canadenc Warren A. Marrison als Bell Telephone Laboratories al Regne Unit. Els Estats Units van produir seqüències de senyals de temps de precisió amb oscil·ladors de quars. L'octubre de 1927, Warren A. Marrison va descriure i construir el primer rellotge de quars amb l'inventor nord-americà Joseph W. Horton als Bell Telephone Laboratories. El rellotge de 1927 utilitzava un bloc de cristall, estimulat per l'electricitat, per produir polsos a una freqüència de 50.000 cicles per segon. Aleshores, un generador de freqüència controlada submúltiple ho va dividir en un pols normal i utilitzable que impulsava un motor síncron. L'any 1937, l'investigador i enginyer electrònic japonès Issac Koga va desenvolupar el primer rellotge de quars del Japó. Mitjançant l'ús de la freqüència de vibració precisa d'un oscil·lador de quars com a estàndard per mantenir el temps, en lloc del pèndol o el volant convencional, la precisió dels rellotges va augmentar dràsticament.

Seiko, el famós fabricant japonès de rellotges, rellotges, dispositius electrònics, semiconductors, joies i productes òptics, va emprendre la miniaturització i l'aplicació pràctica dels rellotges de quars. El 1958, van desenvolupar un rellotge de quars per utilitzar-lo a les emissores, que es va implementar el 1959, però tenia la mida d'un armari gran. Per crear un rellotge de quars, Seiko hauria de reduir la mida a 1/300.000 la mida d'aquest rellotge. El mateix any, Seiko va dur a terme un projecte d'investigació sobre diversos tipus de rellotges, com ara volants, diapasons i mecanismes de quars. Tot i que sembla ser el més difícil de desenvolupar, Seiko va determinar que els rellotges de quars, que tenien la màxima precisió, eren la tecnologia del futur i va centrar els seus esforços en aquesta direcció. El 1960, Seiko va decidir convertir-se en el temporitzador oficial dels Jocs Olímpics de Tòquio de 1964 i va començar seriosament a desenvolupar un temporitzador de quars de sobretaula per utilitzar-lo als Jocs Olímpics. El primer model de rellotge de sobretaula es va completar el 1962. Seiko va continuar fent millores i el 1964 van llançar el Crystal Chronometer, que es va utilitzar com a rellotge principal dels Jocs Olímpics de Tòquio. Seiko va completar prototips per a un rellotge de butxaca el 1966 i un rellotge de polsera el 1967. Aviat es va establir una política per aconseguir la comercialització abans del final de la dècada, i el desenvolupament es va accelerar ràpidament.

La fotografia següent mostra un rellotge de polsera Astron original, conegut oficialment com a Seiko Quartz-Astron 35SQ.

Primer model de rellotge de polsera de quars del mercat
Encara que són populars ara, els moviments de quars no van revolucionar la indústria del rellotge immediatament, però Seiko va ser la primera marca a introduir un rellotge de quars al mercat. L'edició limitada japonesa Seiko Astron es va llançar el 25 de desembre de 1969 a Tòquio. No només va ser el primer rellotge de quars del món, sinó que també va comptar amb una caixa totalment daurada. Tot i que es va documentar a tot el món i mentre es van començar a crear altres moviments de quars, algunes marques van trigar uns quants anys a perfeccionar les seves pròpies versions. En conseqüència, però, l'Astron havia provocat el que ara es coneix com la 'crisi del quars', un esdeveniment que en el seu punt més alt, va destruir més de 1.000 marques de rellotges, moltes de les quals portaven dècades. Entre 1970 i 1983, el nombre de rellotgers suïssos va baixar de 1.600 a 600 i l'ocupació en el sector entre 1970 i 1988 va baixar de 90.000 a 28.000. No obstant això, la primera Seiko Astron no va acabar amb la competència inundant el mercat, ben al contrari. Només es van fabricar al voltant de 200 rellotges d'or que es van vendre exclusivament al Japó i 100 d'aquests rellotges es van vendre la primera setmana a un preu de 432.000 iens. Això va fer que el rellotge fos aproximadament el mateix preu que un cotxe Toyota Corolla E10 en aquell moment, cosa que els va fer molt exclusius. El que va fer el rellotge, però, va ser plantar la llavor que va florir a la crisi del quars!

Què és millor, un rellotge mecànic o de quars, depèn principalment de les preferències personals. Per regla general, pel que fa a la precisió, el quars serà millor, tot i que això no vol dir que els rellotges mecànics no siguin precisos. Per afegir una mica de context, un rellotge mecànic pot perdre entre 5 i 10 segons al dia, mentre que un rellotge de quars sol perdre uns 4 segons al mes. No hi ha un guanyador clar en examinar el factor de fiabilitat entre els dos moviments, tot i que es podria argumentar que el nivell de precisió del quars el fa altament fiable. D'altra banda, es podria dir que la vida útil d'un rellotge mecànic el converteix en un moviment fiable que es pot transmetre per a les generacions futures. Amb una cura i un manteniment adequats, els rellotges mecànics duraran molts anys, però un rellotge de quars no està realment construït per durar tota la vida, per molt que estigui ben cuidat. La bateria d'un rellotge de quars també s'haurà de substituir cada 2 o 5 anys. A part d'això, tot i que les seves parts mòbils mínimes fan que requereixi menys manteniment que un rellotge mecànic. El manteniment d'un rellotge de quars és relativament econòmic, però el manteniment adequat d'un rellotge mecànic és un compromís de tota la vida que requereix un manteniment regular (i sovint costós) per obtenir un rendiment òptim. Els rellotges de quars també són més assequibles inicialment que els rellotges de moviment mecànic. Hi ha excepcions basades en diversos factors, inclòs el nom de la marca, però, en general, un rellotge mecànic serà més car que un rellotge de quars, només perquè el mecanisme interior és molt més complicat. El principal avantatge que té el quars respecte al mecànic és que el quars està fàcilment disponible (després de tot, és el segon mineral més abundant a l'escorça continental de la Terra darrere del feldspat) i també és fàcil de fer, la qual cosa significa que és increïblement barat de produir i els rellotges que també l'utilitzen. gairebé no necessiten peces mòbils. AVUI, EL QUARS PER A RELOJELLS ES CULTIVA SÍNTÉTICAMENT EN AUTOCLAVES (ÉS A dir, CONTENIDORS FORTS CALEFACITS UTILITZATS PER A REACCIONS QUÍMIQUES I ALTRES PROCESSOS UTILITZANT ALTES PRESSIONS I TEMPERATURES) QUE APORTA MILLOR PURESA QUE EL QUARZ NATURAL.

I EL TEMPS MÉS?

Curiosament, la unitat base de temps, la segona, està definida per una transició específica de cesi 133. Des de 1967, la definició oficial d'un segon és:

“El segon, símbol s, és la unitat de temps SI. Es defineix prenent el valor numèric fix de la freqüència de cesi ΔvCs, la freqüència de transició hiperfina de l'estat fonamental impertorbable de l'àtom de cesi 133, com a 9.192.631.770 quan s'expressa en la unitat Hz, que és igual a s-1 '.

El valor es va escollir de manera que el segon de cesi igualés, fins al límit de la capacitat de mesura humana l'any 1960, quan es va adoptar per primera vegada, l'efemèride estàndard existent segons l'òrbita de la Terra al voltant del Sol. Com que cap altra mesura que implicava temps havia estat tan precisa, l'efecte del canvi va ser menor que la incertesa experimental de totes les mesures existents. Un àtom de cesi es mou a una velocitat de 130 m/s. La freqüència hiperfina del cesi (9,19 GHz) és superior a la d'altres elements com el rubidi (6,8 GHz) i l'hidrogen (1,4 GHz) i l'alta freqüència del cesi permet mesures més precises.

El cesi 133 és l'únic isòtop estable del cesi i és l'element més escollit per als rellotges atòmics, tot i que també s'ha utilitzat el rubidi en els rellotges atòmics disponibles comercialment. El rubidi es troba de forma natural en els minerals leucita, pol·lucita, carnallita i zinnwaldita, que contenen fins a un 1% d'òxid de rubidi. La lepidolita conté entre un 0,3% i un 3,5% de rubidi, i és la font comercial de l'element. Alguns minerals de potassi i clorurs de potassi també contenen l'element rubidi en quantitats comercialment significatives. La font comercial més comuna de cesi és la contaminació: Contaminar , que conté entre un 5 i un 32% d'òxid de cesi. També es poden trobar formes radioactives de cesi (134Cs i 137Cs) al medi ambient. Aquests es produeixen durant la fissió nuclear i, extrets dels residus produïts pels reactors nuclears, s'utilitzen en el tractament del càncer.

El primer rellotge de cesi va ser construït pel físic anglès Louis Essen l'any 1955 al National Physical Laboratory del Regne Unit i promogut arreu del món pel físic austríac Gernot M.R. Winkler de l'Observatori Naval dels Estats Units.