쿼츠 시계
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1. 개요
쿼츠 시계는 수정 조각의 진동을 이용해 시간을 측정하는 시계로, 20세기 초에 개발되어 1960년대 집적 회로 기술 발달과 함께 상용화되었다. 1969년 세이코가 세계 최초의 상용 쿼츠 손목시계를 출시하면서 대량 생산 시대를 열었고, 1970년대 세이코의 특허 공개로 쿼츠 시계는 널리 보급되어 시계 산업에 큰 변화를 가져왔다. 쿼츠 시계는 정확하고 저렴하며 유지 보수가 쉽다는 장점이 있지만, 배터리 교체가 필요하고 전자 부품의 수명이 짧다는 단점도 있다. 쿼츠 시계는 수정 발진기의 온도 변화에 따른 오차를 줄이기 위해 온도 보상 기술을 사용하며, 외부 시간 신호를 통해 정확도를 높이기도 한다. 쿼츠 시계의 대중화는 시계 산업의 변화를 가져왔으며, 기계식 시계의 가치를 재조명하는 계기가 되었다.
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크로노미터는 정밀한 시간 측정 장치로, 특히 대항해 시대에 경도 측정을 위해 중요하게 사용되었으며, 기술 발전을 거쳐 저렴하고 대량 생산되기도 했지만 쿼츠 시계의 등장으로 시간 표준으로서의 역할은 잃고 장인 정신과 미학적 가치를 지닌 상징으로 남아있다.
| 쿼츠 시계 | |
|---|---|
| 쿼츠 시계 | |
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| |
| 역사 | |
| 최초의 쿼츠 손목시계 | 세이코의 아스트론(1969년) |
| |
| |
| 작동 원리 | |
| 핵심 부품 | 수정 진동자 |
| 진동 주파수 | 초당 수천 번 |
| 전원 | 배터리 |
| 시간 측정 | 수정 진동의 규칙적인 진동을 이용 |
| 특징 | |
| 장점 | 정확성 저렴한 가격 |
| 단점 | 배터리 교체 필요 |
| 종류 | 아날로그 시계 디지털 시계 손목시계 탁상시계 벽시계 |
| 참고 | |
| 관련 용어 | 쿼츠 크로노미터 수정 진동자 전지 |
2. 역사
1880년 자크 퀴리와 피에르 퀴리 형제가 쿼츠의 압전 효과를 발견했다. 진공관 발진기는 1912년에 발명되었으며, 1919년 영국의 물리학자 윌리엄 에클스에 의해 음차의 운동을 유지하는 데 처음으로 사용되었다.[32] 그의 업적은 기계 장치와 관련된 감쇠를 제거하고 진동 주파수의 안정성을 극대화했다.[32]
1921년 월터 G. 케이디가 최초의 석영 결정 발진기를 개발했다. 1923년 영국 국립 물리 연구소의 D. W. 다이와 벨 전화 연구소의 워렌 매리슨은 석영 발진기를 사용하여 정밀 시간 신호 시퀀스를 생성했다.
1927년 10월, 벨 전화 연구소의 조셉 W. 호튼과 워렌 A. 매리슨은 최초의 석영 시계를 설계하고 제작했다.[32][33] 이 시계는 전기로 자극받은 수정 블록을 사용하여 초당 50,000 사이클의 주파수로 펄스를 생성했으며, 서브멀티플 제어 주파수 발생기를 통해 동기 모터를 구동했다.[34]
이후 30년 동안 석영 시계는 실험실 환경에서 정밀 시간 표준으로 개발되었다. 그러나 진공관으로 제작된 부피가 크고 정교한 계수 전자 장치는 다른 곳에서의 사용을 제한했다. 1932년 석영 시계는 수 주 단위로 지구 자전 속도의 미세한 변화를 측정할 수 있었다.[35] 같은 해 일본에서 아이삭 코가는 온도 의존성이 크게 감소된 발진 주파수를 제공하는 결정 절단 방식을 개발했다.[36][37][38] 미국 표준국(현재 NIST)은 1930년대부터 1960년대까지 미국의 시간 표준을 석영 시계에 기반으로 했으며, 그 후 원자 시계로 전환했다.[39] 1953년 론진은 최초의 석영 무브먼트를 출시했다.[40]
1960년대 저렴한 반도체 디지털 논리의 개발로 석영 시계 기술의 광범위한 사용이 가능해졌다. 1929년 ''브리태니커 백과사전'' 14판은 석영 시계가 가정에서 사용할 만큼 저렴해질 가능성이 거의 없다고 언급했지만, 이는 곧 현실이 되었다.
소비자 시장을 위한 석영 시계 개발은 1960년대에 본격화되었다. 초기 성공 사례 중 하나는 ''세이코 크리스탈 크로노미터 QC-951''로, 1964년 도쿄 올림픽 마라톤 경기의 백업 타이머로 사용되었다.[42] 1966년 세이코와 론진은 뇌샤텔 천문대에서 세계 최초의 석영 포켓 시계 시제품을 공개했다.[41] 1967년 CEH와 세이코는 뇌샤텔 천문대 경연에 석영 손목시계 시제품을 선보였다.[42][43]
1967년, 스위스 뇌샤텔의 센터 일렉트로닉 호로저(CEH)가 베타 1,[45][44] 일본의 세이코가 아스트론 시제품(세이코는 1958년부터 석영 시계를 개발)을 공개하며 세계 최초의 아날로그 석영 손목시계가 등장했다.[45][42][41][46] 1969년 12월, 세이코는 세계 최초의 상용 석영 손목시계인 세이코 쿼츠-아스트론 35SQ를 출시했다.[48][49] 이 시계는 현재 IEEE 업적으로 인정받고 있다.[50][51] 아스트론은 8,192 Hz의 주파수를 가진 석영 발진기를 사용했으며, 하루에 0.2초, 한 달에 5초, 또는 1년에 1분의 정확도를 가졌다. 최초의 스위스 석영 시계인 에보슈 SA 베타 21은 1970년 바젤 페어에 등장했다.[41][47]
지라르 페르고는 1971년 32,768 Hz의 주파수를 가진 석영 발진기를 사용한 칼리버 350을 출시했으며, 이는 이후 대부분의 석영 시계에서 사용되는 발진 주파수가 되었다.[52][53] 1970년대에 금속-산화물-반도체 (MOS) 집적 회로의 도입으로 기계식 라베트형 스테핑 모터, 부드러운 스위핑 비스테핑 모터 또는 액정 디스플레이 (LCD 디지털 시계)를 구동할 때 단일 동전형 전지로 12개월의 배터리 수명을 가능하게 했다.
1980년대까지 석영 기술은 이전의 기계식 밸런스 휠 무브먼트에서 주방 타이머, 알람 시계, 은행 금고 타임 락 등 다양한 분야를 장악했는데, 이는 시계 제작에서 쿼츠 위기로 알려진 대변혁이었다.
2. 1. 쿼츠 시계의 발명과 초기 발전
1880년 자크 퀴리와 피에르 퀴리 형제가 쿼츠의 압전 효과를 발견했다. 1921년 월터 가이튼 케이디가 최초의 쿼츠 수정 발진기를 개발했다. 1923년 영국 국립 물리학 연구소의 더블유. 더블유. 다이와 벨 연구소의 워런 매리슨(Warren Marrison)은 수정 발진기를 사용해 정확한 시간 측정을 했다.1927년 벨 연구소의 워런 매리슨과 J. W. 호튼(J. W. Horton)이 최초의 쿼츠 시계를 제작했다.[55][56] 그러나 당시에는 진공관을 사용했기 때문에 장롱만한 크기였고, 연구 기관이나 방송국에서만 사용되었다. 1932년 쿼츠 시계로 지구의 미세한 자전 변화를 측정할 수 있었다. 미국 국립 표준국(NIST)은 1930년대부터 1960년대까지 쿼츠 시계를 표준시로 사용하다가 원자 시계로 대체했다.[57]
한편, 일본에서는 1932년 코가 이츠사쿠가 온도 계수가 매우 작은(10-7/℃) '''R컷 방식 수정 발진기'''를 발명했다.[58] 세이코는 1958년부터 쿼츠 시계 개발에 착수,[59] 1964년 도쿄 올림픽에서는 벽걸이 시계 크기로 소형화된 시계를 대회 공식 시계로 제공하며 실용화 수준에 도달했다.[60]
1967년 세계 최초의 아날로그 회로를 사용한 쿼츠 손목시계 시제품이 등장했다. 스위스 전자 시계 센터(CEH)의 Beta 1[59][61]과 세이코의 아스트론 시제품[59]이다.
1969년 세이코는 세계 최초의 상용 쿼츠 손목시계인 아스트론을 출시했다.[62][63] 당시 가격은 45만 엔으로 중형 승용차와 맞먹는 가격[64]이었지만, 이후 급격한 원가 절감이 이루어졌다.
1970년대 세이코가 특허를 공개하면서 각 제조사들이 쿼츠 시계 제조에 참여, 시장을 석권하며 쿼츠 쇼크를 일으켰다. 쿼츠 시계의 저가화가 진행된 반면, 스위스를 비롯한 전통적인 시계 제조사들은 기계식 손목시계 판매 부진으로 큰 타격을 입었다.
1980년대까지 쿼츠 기술은 부엌 타이머, 알람 시계, 은행 금고의 시간 제한 장치 등에 응용되었다. 20세기 말에는 기술 혁신과 경쟁으로 저렴한 쿼츠 시계는 100엔숍에서도 판매될 정도로 가격이 내려갔고, 자동 수정 기능을 갖춘 전파 시계도 등장했다.[65]
2. 2. 쿼츠 시계의 상용화와 대중화
1921년 캐나다 벨 연구소의 전자 통신 연구원 워런 매리슨이 수정 진동자를 처음 개발하였고, 1927년에는 수정 진동자의 초당 진동수를 기준으로 시간을 측정하는 쿼츠 시계가 처음 개발되었다.[55][56] 그러나 당시에는 진공관을 이용하였기 때문에 부피가 크고 전력 소모가 많으면서도 충분한 신뢰성이 확보되지 않아 제품화는 이루어지지 않았다.1960년대 집적 회로가 개발되면서 쿼츠 시계의 연구 및 개발도 활성화되어, 1967년 스위스 뇌샤텔의 전자 시계 센터에서 손목시계용 쿼츠 무브먼트가 개발되었다. 1969년 12월 일본의 세이코가 "쿼츠 아스트론"이라는 상표명으로 쿼츠 시계를 시판, 대량 생산에 들어가면서 쿼츠 시계는 기계식 시계는 물론 다른 방식의 전기식 시계들을 점차 대체하게 되었다.[62][63]
1932년 일본에서 코가 이츠사쿠는 기존 방식보다 온도 계수가 훨씬 작은(10-7/℃를 달성한) '''R컷 방식 수정 발진기'''를 발명했다.[58] 세이코는 1958년부터 쿼츠 시계 개발에 착수하여,[59] 1964년 도쿄 올림픽에서는 벽걸이 시계 수준의 크기(세로 20cm×가로 16cm, 두께 7cm, 운반용 케이스를 포함한 총중량이 겨우 3kg)까지 소형화한 시계를 대회 공식 시계로 제공하며[60] 실용화 기술 수준에 도달했다.
1967년, 세계 최초의 아날로그 회로를 사용한 쿼츠 손목시계 시제품이 등장했다. 스위스의 Centre Electronique Horloger(CEH)에 의한 Beta 1[59][61]과 일본 세이코에 의한 아스트론의 시제품[59]이다.
세계 최초의 시판 쿼츠 손목시계는 1969년 세이코의 「아스트론」이었다.[62][63] 당시 가격은 45만 엔으로 중형 승용차와 같은 가격[64]이었지만, 이후 급속한 원가 절감이 진행되었다.
1970년대에는 세이코가 특허를 공개함으로써 각 제조업체가 쿼츠 시계 제조에 참여하여 시장을 석권하며 쿼츠 쇼크라 불리는 현상을 일으켰다. 쿼츠 시계의 저가격화가 진행된 반면, 스위스를 비롯한 전통적인 시계 제조업체는 기계식 손목시계가 팔리지 않아 큰 타격을 입고 몰락 상태에 빠졌다.
1980년대까지 쿼츠 시계 기술은 부엌 타이머, 알람 시계, 은행 금고의 시간 제한 장치에까지 응용되었다. 20세기 말에는 기술 혁신과 각사 간의 경쟁으로 현재는 저렴한 쿼츠 시계는 100엔숍에서도 살 수 있을 정도로 저렴해졌다. 자동 수정 기능을 갖춘 전파 시계도 등장했다.[65]
쿼츠가 보급됨에 따라 기계식 손목시계(태엽 사용)가 재검토되어 재평가되고 있다. 현대의 기계식 시계는 실용 목적이 아니라 전통적인 디자인과 메커니즘, 제작의 사상을 즐기는 형태로 받아들여지고 있다.
2. 3. 대한민국 쿼츠 시계 역사 (별도 소주제)
20세기 들어 시계의 동력원을 태엽에서 전기로 바꾸려는 여러 시도가 있었다. 대표적인 방식으로는 다음과 같은 것들이 있다.- 기계식 시계 내부의 밸런스 휠을 태엽식 구동 장치에서 전동기로 대체한 전기 템프식 시계
- 전자석을 소리굽쇠 모양으로 배치하여 전자기의 힘으로 진동수를 발생시켜 이를 기준으로 구동하는 튜닝 포크식 시계
- 트랜지스터의 스위칭 작용을 이용하여 진자를 왕복 운동시키거나 휠을 왕복 회전시켜 구동하는 트랜지스터식 시계
그러나 이러한 방식들은 단순히 동력원을 태엽에서 전기로 바꾼 것에 불과했다. 별도의 시간 측정 기준이 없었기 때문에 여전히 기계식 시계처럼 하루 오차가 큰 편이었고, 오차 조절 장치가 필요했으며, 전력 소모도 많았다.
1921년 수정 진동자가 처음 개발되었고, 1927년 캐나다 벨 연구소의 워런 매리슨이 수정 진동자의 초당 진동수를 기준으로 시간을 측정하는 쿼츠 시계를 처음 개발했다. 그러나 당시에는 진공관을 이용했기 때문에 부피가 크고 전력 소모가 많으면서도 충분한 신뢰성이 확보되지 않아 제품화는 이루어지지 않았다. 1960년대 집적 회로가 개발되면서 쿼츠 시계 연구 및 개발도 활성화되었다. 1967년 스위스 뇌샤텔의 전자 시계 센터에서 손목시계용 쿼츠 무브먼트가 개발되었고, 1969년 12월 일본의 세이코가 "쿼츠 아스트론"이라는 상표명으로 쿼츠 시계를 시판, 대량 생산에 들어가면서 쿼츠 시계는 기계식 시계는 물론 다른 방식의 전기식 시계들을 점차 대체하게 되었다.
3. 작동 원리
쿼츠 시계는 수정(쿼츠) 조각의 진동을 이용하여 정확한 시간을 측정한다. 수정 발진기에 전기 신호를 가하면 압전효과에 의해 수정 조각이 고유 진동수로 공명하게 된다. 일반적인 쿼츠 시계는 32,768Hz의 진동수를 사용하며, 이 진동수를 IC에서 1초 간격으로 계산하여 라베트형 스테핑 모터를 구동, 시계 바늘을 움직인다.[1]
석영은 온도 변화에 따라 크기가 크게 변하지 않아, 쿼츠 시계는 온도 변화에도 비교적 정확하게 시간을 유지한다.
전자 회로는 쿼츠 공진기를 통과하는 증폭기인 발진기이다. 공진기는 전자 필터 역할을 하여 원하는 주파수만 남기고 다른 주파수는 제거한다. 공진기의 출력은 증폭기 입력으로 다시 공급되어 발진기가 정확한 주파수로 작동하도록 한다.
거의 모든 쿼츠 시계에서 주파수는 32,768 Hz이며,[23] 이는 2의 15제곱이다. 이 주파수는 인간의 가청 범위를 약간 넘지만, 전기 에너지 소비와 크기를 적절하게 유지하면서 1초 펄스를 얻기에 충분하다.[2] 쿼츠 공진기의 출력은 15개의 플립플롭 체인에 공급되며, 각 플립플롭은 주파수를 2로 나누는 주파수 분할기 역할을 한다. 결과적으로 15비트 이진 디지털 계수기가 생성되어 초당 한 번의 디지털 펄스를 생성한다. 아날로그 쿼츠 시계에서는 이 펄스가 라베트형 스테핑 모터로 전달되어 바늘을 움직인다.
현대 쿼츠 시계의 수정 발진기는 음차 모양(XY 절단)으로, 32,768 Hz로 진동하도록 미세 조정된다.[5] 발진체는 시계용 저주파 크리스탈의 큰 물리적 크기와 고주파 크리스탈의 큰 전류 소모 사이의 절충안으로 사용된다.
쿼츠 결정의 진동을 계산하는 기본 공식은 다음과 같다.[6]
:
여기서,
- 1.875104는 방정식 cos(''x'') cosh(''x'') = −1의 가장 작은 양의 해,[7]
- ''l''은 캔틸레버의 길이,
- ''a''는 운동 방향의 두께,
- ''E''는 영률,
- ''ρ''는 밀도이다.
3mm 길이와 0.3mm 두께의 쿼츠(''E'' = 1011N/m2 = 100 GPa 및 ''ρ'' = 2634 kg/m3[8])로 만들어진 캔틸레버는 약 33kHz의 기본 주파수를 갖는다.
3. 1. 압전 효과
석영은 이산화규소 화합물의 특정 형태이다. 많은 재료가 공명하는 판으로 만들어질 수 있지만, 석영은 압전 재료이기도 하다. 즉, 석영 결정에 구부러짐과 같은 기계적 응력이 가해지면 일부 평면에 전하가 축적된다. 반대로, 전하가 결정 평면에 가해지면 석영 결정이 구부러진다. 석영은 전기 신호에 의해 직접 구동(굴곡)될 수 있으므로 변환기가 필요 없이 공진기로 사용할 수 있다. 저가형 축음기 카트리지에도 유사한 결정이 사용된다.수정은 압전체의 일종으로, 교류전압을 가하면 일정한 주기로 규칙적으로 진동한다. 쿼츠 시계는 이를 응용한다.
3. 2. 수정 진동자
1921년 처음 개발되었고, 1927년 캐나다 벨 연구소의 전자 통신 연구원이던 워런 매리슨에 의해 수정 진동자의 초당 진동수를 기준으로 시간을 측정하는 쿼츠 시계가 처음 개발되었다.[1] 그러나 당시에는 진공관을 이용하였기 때문에 부피가 크고 전력 소모가 많으면서도 충분한 신뢰성이 확보되지 않아 제품화는 이루어지지 않았다. 1960년대 집적 회로가 개발되면서 쿼츠 시계의 연구 및 개발도 활성화되어 1967년 스위스 뇌샤텔의 전자 시계 센터에서 손목시계용 쿼츠 무브먼트가 개발되었고, 1969년 12월 일본의 세이코가 "쿼츠 아스트론"이라는 상표명으로 쿼츠 시계를 시판, 대량 생산에 들어가면서 쿼츠 시계는 기계식 시계는 물론 다른 방식의 전기식 시계들을 점차 대체하게 되었다.[1]쿼츠를 이용해 정확한 시간을 측정하기 위해서 수정 조각의 진동을 이용한다. 무브먼트의 전기 회로에 연결된 수정 발진기에 전기 신호를 가함으로써 압전효과에 의해 수정 조각의 크기·모양에 따라 정해진 고유 진동수에서 공명하게 할 수 있다. 일반적인 시계에서 이용하는 수정 발진기에서는 32,768Hz의 일정한 진동수가 나오는데, 이를 무브먼트 상의 IC에서 1초의 간격을 측정하는 기준으로 계산, 1초에 1회씩 전기 신호를 보내 주면 이 신호에 따라 무브먼트의 모터가 1초 간격으로 움직이며 시계의 바늘을 구동한다.[1]
화학적으로 석영은 이산화규소라고 하는 화합물의 특정 형태이다. 많은 재료가 공명하는 판으로 만들어질 수 있지만, 석영은 압전 재료이기도 하다. 즉, 석영 결정에 구부러짐과 같은 기계적 응력이 가해지면 일부 평면에 전하가 축적된다. 반대로, 전하가 결정 평면에 가해지면 석영 결정이 구부러진다. 석영은 전기 신호에 의해 직접 구동(굴곡)될 수 있으므로 변환기가 필요 없이 공진기로 사용할 수 있다.[1]
석영은 온도 변동에 따라 크기가 크게 변하지 않는다는 추가적인 장점이 있다. 융합 석영은 온도에 따라 모양이 변해서는 안 되는 실험실 장비에 자주 사용된다. 크기에 따라 석영 판의 공진 주파수는 크게 상승하거나 하강하지 않는다. 마찬가지로, 공진기의 모양이 변하지 않기 때문에 쿼츠 시계는 온도가 변해도 상대적으로 정확하게 유지된다.[1]
20세기 초, 라디오 기술자들은 정밀하고 안정적인 무선 주파수 소스를 찾았고, 처음에는 강철 공진기를 사용했다. 그러나 월터 가이튼 캐디가 1920년대 초에 석영이 더 적은 장비와 더 나은 온도 안정성으로 공명할 수 있다는 것을 발견했을 때, 강철 공진기는 몇 년 만에 사라졌다. 나중에 미국 표준 기술 연구소(당시 미국 국립 표준국)의 과학자들은 결정 발진기가 추 시계보다 더 정확할 수 있다는 것을 발견했다.[1]
전자 회로는 발진기이며, 그 출력이 쿼츠 공진기를 통과하는 증폭기이다. 공진기는 전자 필터 역할을 하여 관심 있는 단일 주파수를 제외한 모든 주파수를 제거한다. 공진기의 출력은 증폭기의 입력으로 다시 공급되며, 공진기는 발진기가 정확히 관심 있는 주파수로 작동하도록 한다. 회로의 전원이 켜지면 샷 노이즈(전자 회로에 항상 존재)의 단일 버스트가 연쇄적으로 발생하여 발진기가 원하는 주파수로 발진하게 될 수 있다. 증폭기가 완벽하게 노이즈가 없다면 발진기는 시작되지 않는다.[1]
결정이 발진하는 주파수는 결정의 모양, 크기 및 석영이 절단된 결정 평면에 따라 달라진다. 전극이 배치된 위치도 조정을 약간 변경할 수 있다. 결정의 모양과 위치가 정확하면 원하는 주파수로 발진한다. 거의 모든 쿼츠 시계에서 주파수는 32,768 Hz이며,[23] 결정은 특정 결정 평면에서 작은 조정형 포크 모양으로 절단된다.[1] 이 주파수는 2의 거듭제곱(32,768 = 215)이며, 인간의 가청 범위를 약간 초과할 만큼 충분히 높으면서도 전기 에너지 소비, 비용 및 크기를 적당한 수준으로 유지하고 저렴한 계수기를 사용하여 1초 펄스를 얻을 수 있을 만큼 충분히 낮다.[2] 이러한 쿼츠 공진기의 데이터 라인 출력은 초당 32,768회 고주파와 저주파를 반복한다. 이것은 플립플롭(기본적으로 약간의 교차 연결이 있는 두 개의 트랜지스터)에 공급되며, 결정에서 나오는 라인이 고주파에서 저주파로 변경될 때마다 저주파에서 고주파로 또는 그 반대로 변경된다. 그 출력은 두 번째 플립플롭에 공급되고, 그런 식으로 15개의 플립플롭 체인을 통해 공급된다. 각 플립플롭은 입력 신호의 주파수를 2로 나눔으로써 2의 유효한 거듭제곱 주파수 분할기 역할을 한다. 결과적으로 초당 한 번 오버플로우되어 초당 한 번 디지털 펄스를 생성하는 주파수에 의해 구동되는 15비트 이진 디지털 계수기가 생성된다. 초당 펄스 출력은 여러 종류의 시계를 구동하는 데 사용할 수 있다. 아날로그 쿼츠 시계와 손목시계에서 초당 전기 펄스 출력은 거의 항상 라베트형 스테핑 모터로 전달되어 계수 장치의 플립플롭에서 나오는 전자 입력 펄스를 바늘을 움직이는 데 사용할 수 있는 기계적 출력으로 변환한다.[1]
현대 표준급 쿼츠 시계에서 쿼츠 크리스탈 발진기 또는 발진체는 작은 음차(XY 절단) 모양으로 절단되며, 32,768 Hz로 진동하도록 레이저로 미세 조정되거나 정밀하게 연마된다. 이 주파수는 초당 215 사이클과 같다. 2의 거듭제곱을 선택하는 이유는 시계의 초침을 작동하는 데 필요한 1 Hz 신호를 얻기 위해 간단한 2분할 디지털 단계 사슬을 사용할 수 있기 때문이다. 대부분의 시계에서 발진체는 약 4mm~6mm 길이의 작은 원통형 또는 평평한 패키지에 들어 있다.[5] 32,768 Hz 발진체는 시계용 저주파 크리스탈의 큰 물리적 크기와 고주파 크리스탈의 더 큰 전류 소모(시계 건전지 수명 단축) 사이의 절충안으로 인해 매우 일반적으로 사용된다.[1]
기본 주파수(''f'')를 차원(이차 단면)의 함수로 하는 캔틸레버의 진동을 계산하기 위한 기본 공식은[6]
:
여기서
: 1.875104 (반올림)는 방정식 cos(''x'') cosh(''x'') = −1의 가장 작은 양의 해이다.[7]
: ''l''은 캔틸레버의 길이이다.
: ''a''는 운동 방향을 따라 두께이다.
: ''E''는 영률이다.
: ''ρ''는 밀도이다.
3mm 길이와 0.3mm 두께의 쿼츠(''E'' = 1011N/m2 = 100 GPa 및 ''ρ'' = 2634 kg/m3[8])로 만들어진 캔틸레버는 따라서 약 33kHz의 기본 주파수를 갖는다. 크리스탈은 정확히 215 = 32,768 Hz로 조정되거나 억제 보상(아래 참조)을 사용하여 약간 더 높은 주파수로 작동한다.[1]
2019년 기준으로, ±1초/년의 정확도를 자랑하는 자율 광 구동 고정밀 쿼츠 시계 무브먼트가 상용화되었다.[18][19] 이러한 높은 정확도를 얻기 위한 핵심 요소는 시계에는 드문 모양(AT 컷)의 쿼츠 크리스털을 223 또는 8,388,608 Hz 주파수로 작동시키고, 온도 보상을 적용하며, 미리 에이징된 크리스털을 수작업으로 선별하는 것이다.[20] AT 컷 변형은 특히 범위에서 더 높은 온도 허용 오차를 제공하며, 중력 방향 변화로 인한 편차가 감소한다. 결과적으로, 공간 방향 및 위치에 따른 오차가 덜 중요해진다.[21][22]
3. 3. 전자 회로
전자 회로는 발진기이며, 그 출력이 쿼츠 공진기를 통과하는 증폭기이다. 공진기는 전자 필터 역할을 하여 관심 있는 단일 주파수를 제외한 모든 주파수를 제거한다. 공진기의 출력은 증폭기의 입력으로 다시 공급되며, 공진기는 발진기가 정확히 관심 있는 주파수로 작동하도록 한다.[23] 회로의 전원이 켜지면 샷 노이즈(전자 회로에 항상 존재)의 단일 버스트가 연쇄적으로 발생하여 발진기가 원하는 주파수로 발진하게 될 수 있다. 증폭기가 완벽하게 노이즈가 없다면 발진기는 시작되지 않는다.결정이 발진하는 주파수는 결정의 모양, 크기 및 석영이 절단된 결정 평면에 따라 달라진다. 전극이 배치된 위치도 조정을 약간 변경할 수 있다. 결정의 모양과 위치가 정확하면 원하는 주파수로 발진한다. 거의 모든 쿼츠 시계에서 주파수는 이며,[23] 결정은 특정 결정 평면에서 작은 조정형 포크 모양으로 절단된다.[1] 이 주파수는 2의 거듭제곱( = 215)이며, 인간의 가청 범위를 약간 초과할 만큼 충분히 높으면서도 전기 에너지 소비, 비용 및 크기를 적당한 수준으로 유지하고 저렴한 계수기를 사용하여 1초 펄스를 얻을 수 있을 만큼 충분히 낮다.[2] 이러한 쿼츠 공진기의 데이터 라인 출력은 초당 회 고주파와 저주파를 반복한다. 이것은 플립플롭(기본적으로 약간의 교차 연결이 있는 두 개의 트랜지스터)에 공급되며, 결정에서 나오는 라인이 고주파에서 저주파로 변경될 때마다 저주파에서 고주파로 또는 그 반대로 변경된다. 그 출력은 두 번째 플립플롭에 공급되고, 그런 식으로 15개의 플립플롭 체인을 통해 공급된다. 각 플립플롭은 입력 신호의 주파수를 2로 나눔으로써 2의 유효한 거듭제곱 주파수 분할기 역할을 한다. 결과적으로 초당 한 번 오버플로우되어 초당 한 번 디지털 펄스를 생성하는 주파수에 의해 구동되는 15비트 이진 디지털 계수기가 생성된다. 초당 펄스 출력은 여러 종류의 시계를 구동하는 데 사용할 수 있다. 아날로그 쿼츠 시계와 손목시계에서 초당 전기 펄스 출력은 거의 항상 라베트형 스테핑 모터로 전달되어 계수 장치의 플립플롭에서 나오는 전자 입력 펄스를 바늘을 움직이는 데 사용할 수 있는 기계적 출력으로 변환한다.
쿼츠 시계는 (= 215) Hz보다 높은 주파수(고주파 쿼츠 무브먼트[3])로 쿼츠 결정을 발진시키거나 초당 한 번 이상 디지털 펄스를 생성하여 초침을 구동하는 스테핑 모터를 초당 한 번보다 높은 2의 거듭제곱으로 구동할 수도 있지만,[4] 더 높은 발진 주파수와 스테핑 모터의 활성화는 에너지를 소비하기 때문에 전기 에너지 소비량(배터리 소모)이 증가하여 이러한 소형 배터리 구동 쿼츠 시계 무브먼트는 비교적 드뭅니다. 일부 아날로그 쿼츠 시계는 스테핑되지 않은 배터리 또는 메인스 전원 전기 모터에 의해 움직이는 초침을 특징으로 하며, 종종 기계적 출력 노이즈가 감소합니다.
4. 특징
쿼츠 시계는 20세기 후반부터 보급되어 기존의 태엽을 사용한 손목시계와 자동권 시계를 대체하며 현재 가장 일반적인 시계가 되었다. 쿼츠 시계는 태엽 대신 스테핑 모터(step motor)를 구동 방식으로 사용하며, 내장된 건전지로 작동한다.
액정 표시 장치(LCD)나 발광 다이오드(LED)를 사용하여 숫자로 시간을 표시하는 디지털 시계는 기존의 태엽 시계 디자인을 계승한 아날로그 시계와 함께 널리 사용된다.
수정은 압전체의 일종으로, 교류전압을 가하면 일정한 주기로 규칙적으로 진동한다. 쿼츠 시계는 이를 응용하여 일반적으로 32,768헤르츠(Hz)(=215Hz)의 전기 신호를 수정 진동자로 발진시키고, 이를 분주(주파수를 반으로 줄이는 작업)하여 1Hz의 주파수 신호로 변환한다. 이 신호는 전자석을 구동하여 시침을 움직이게 하며, 바늘식 시계의 경우 1초마다 계단식으로 바늘이 움직이는 것을 볼 수 있다. 디지털 시계에서는 1Hz 신호를 사용하여 카운터를 증가시켜 시간을 표시한다.
일반적인 쿼츠 시계의 오차는 한 달에 15~30초 정도이며, 정밀도가 높은 모델은 1년에 수 초 정도의 오차를 보인다. 한 달 동안의 오차는 월차, 1년 동안의 오차는 년차라고 부른다. 주파수 오차는 트리머라는 콘덴서로 조절할 수 있다. 온도 변화에 따른 주파수 변화는 특정 온도 특성을 가진 콘덴서를 조합하거나, 온도 특성이 다른 여러 개의 수정 진동자를 사용하여 보정하기도 한다. 최근에는 전파 시계나 GPS 등의 외부 정보를 이용하여 정밀도를 향상시키는 추세이며, 시계 자체의 정밀도 향상에는 큰 발전이 없는 상황이다.
전파 시계나 GPS 시계는 쿼츠 시계보다 정밀도가 높다고 알려져 있지만, 실제로는 전파로 전송되는 원자 시계의 정확한 시간 정보를 수신하여 시간을 보정하는 기능을 추가한 쿼츠 시계이다.
쿼츠 무브먼트는 라디오 시보 또는 위성 시보와 비교하여 매일 "평가"하고, 시보 수신 사이에 무브먼트가 시간을 얼마나 얻거나 잃었는지 확인하여 회로를 조정함으로써 시간 측정을 "조절"할 수 있다. 이렇게 보정된 시간은 연간 ±1초 이내의 정확도를 유지하며,[24] 이는 천문 항법으로 경도를 결정하기에 충분한 수준이다.
쿼츠 시계는 기계식 시계보다 정밀도가 높고 유지 관리가 간편하지만, 대부분 일차 전지를 사용하므로 정기적인 건전지 교체가 필요하다. 이러한 단점을 보완하기 위해 태양 전지로 충전 가능한 이차 전지를 사용하는 제품이 늘고 있지만, 이차 전지의 수명(약 10년)이 다하면 교체가 필요하다. 쿼츠식 아날로그 시계는 물리적인 바늘 구동 기구를 포함하고 있어 장기간 사용 시 분해 청소가 필요할 수 있다.
전자 부품의 세밀하고 복잡한 배치 때문에 고장 수리가 어렵고, 대부분 무브먼트 전체를 교체해야 한다. 교체 가능한 무브먼트 재고가 없는 경우 수리가 불가능할 수 있다는 점도 유의해야 한다.
4. 1. 장점
- 기계식 시계나 트랜지스터식 시계보다 제작 단가가 저렴하다.
- 대량 생산 및 초소형화가 가능하여 무게가 매우 가볍다.
- 수정 진동자는 외부 충격에 거의 영향을 받지 않아 오차 보정 기구가 필요 없다.
- 전력 소모가 매우 적다.
- 구조가 간단하고 충격에 강하며 고장이 거의 없다.
4. 2. 단점
- 배터리를 1~3년마다 교환해야 하며, 소모된 상태에서 장기간 방치하면 배터리 누액으로 시계가 손상될 위험이 있다.[23]
- 전자 회로의 특성상 다른 방식에 비해 수명이 짧다.
- 온도 변화에 따른 오차의 영향이 크며, 구조적 특성상 오차 발생 시 보정이 어렵다.
- 기계식 시계에 비해 고장 발생 시 수리가 어렵고 대부분 무브먼트를 교환해야 한다.
- 비슷한 사양의 기계식 시계보다 무브먼트의 토크(torque, 회전력)가 약하다.
- 아날로그 쿼츠 시계 무브먼트에 사용되는 라베트형 스테핑 모터는 코일이 생성하는 자기장에 의해 구동되는데, 외부(근처) 자기장원의 영향을 받을 수 있으며, 이는 로터 스프로킷 출력에 영향을 미칠 수 있다. 그 결과, 아날로그 쿼츠 시계 무브먼트의 기계적 출력은 일시적으로 정지하거나, 빨라지거나, 거꾸로 돌아 정확한 시간 측정에 악영향을 줄 수 있다.[30]
- 일반적으로 일상생활에서 접하는 자기장은 디지털 쿼츠 시계 무브먼트에는 영향을 미치지 않는데, 이러한 무브먼트에는 스테핑 모터가 없기 때문이다.[30]
- MRI 자석과 같은 강력한 자기장은 쿼츠 시계 무브먼트를 손상시킬 수 있다.[31]
- 대부분 일차 전지를 사용하기 때문에 정기적인 건전지 교체가 필요하다.
- 전자 부품이 세밀하고 복잡하게 배치되어 있기 때문에 고장 수리는 어렵고, 대부분 무브먼트 전체를 교체하게 된다. 하지만 교체 가능한 무브먼트의 재고가 없으면 수리가 불가능할 우려가 있다.
5. 정확도 향상 기술
일부 무브먼트는 정확도를 높이기 위해 자체적으로 속도를 조절하거나 자가 조정하는 기능을 갖추고 있다. 이는 단순히 진동을 계산하는 것뿐만 아니라, 내부 컴퓨터 프로그램을 통해 공장에서 설정된 에포크와 시계가 마지막으로 설정된 시간 사이의 계산된 비율을 이용하여 값을 조정한다. 또한, 쿼츠 크리스털의 노화로 인한 예측 불가능한 효과를 보상하여 정확도를 더욱 향상시킨다.
손목시계에 사용되는 자율 고정밀 쿼츠 무브먼트는 연간 ±1~±25초 이내의 정확도를 유지할 수 있으며, 해상 크로노미터로 인증받아 천체 항법을 통해 경도를 결정하는 데 사용될 수 있다.
2019년에는 ±1초/년의 정확도를 가진 자율 광 구동 고정밀 쿼츠 시계 무브먼트가 상용화되었다. 이러한 높은 정확도는 AT 컷 쿼츠 크리스털을 8,388,608 Hz 주파수로 작동시키고, 온도 보상을 적용하며, 미리 에이징된 크리스털을 수작업으로 선별하여 얻을 수 있다. AT 컷 방식은 넓은 온도 범위(-40°C~125°C)에서 높은 온도 허용 오차를 제공하고, 중력 방향 변화에 따른 편차를 줄여준다.
시간 표준으로 설계된 쿼츠 크로노미터는 종종 수정을 일정한 온도로 유지하기 위해 크리스탈 오븐을 포함하기도 한다.
아날로그 쿼츠 시계에 쓰이는 라베트형 스테핑 모터는 자기장에 의해 구동되는데, 주변 자기장의 영향을 받으면 로터 출력에 영향을 주어 시간 측정에 오차가 생길 수 있다. 하지만, 강한 MRI 자석과 같은 경우가 아니라면, 일상생활에서 접하는 자기장은 디지털 쿼츠 시계에는 영향을 주지 않는다.
5. 1. 온도 보상
석영은 열팽창 계수가 매우 낮지만, 온도 변화는 수정 발진기의 주파수 변화의 주요 원인이다. 온도가 발진 속도에 미치는 영향을 줄이는 가장 명확한 방법은 수정을 일정한 온도로 유지하는 것이지만, 소비자용 쿼츠 시계에는 비실용적이다.손목시계에 사용되는 소비자급 시계 수정 공진기는 주파수에 대한 온도 민감도를 최소화하도록 설계되었으며 약 의 온도 범위에서 가장 잘 작동한다. 수정이 가장 빠른 속도로 발진하는 정확한 온도를 "전환점"이라고 하며, 잘 선택된 전환점은 온도에 의한 주파수 드리프트의 부정적인 영향을 최소화하여 소비자급 수정 발진기의 실제 시간 유지 정확도를 향상시킬 수 있다.[9] 더 높거나 낮은 온도는 −0.035 ppm/°C2(느려짐)의 발진 속도를 초래한다. 따라서 ±1 °C의 온도 편차는 연간 −1.1초에 해당하며, ±10 °C의 온도 편차는 연간 −110초에 해당한다.[10]
쿼츠 시계 제조업체는 시계를 정기적으로 착용할 것을 권장하는데, 이는 인체의 안정적인 온도를 사용하여 수정 발진기를 가장 정확한 온도 범위로 유지하는 크리스탈 오븐 역할을 하기 때문이다.
컴퓨터 제어 고정밀 쿼츠 무브먼트는 온도를 측정하고 이에 맞춰 조정할 수 있다. 고급 쿼츠 시계에는 아날로그 및 디지털 온도 보상이 모두 사용되었다. 더 비싼 고급 쿼츠 시계에서는 온도 센서의 출력에 따라 억제되는 사이클 수를 변경하여 열 보상을 구현할 수 있다. COSC의 공식 인증 COSC 쿼츠 크로노미터에 대한 일일 평균 속도 표준은 에서 연간 ±25.55초이다. COSC 크로노미터 라벨을 얻으려면 쿼츠 기기는 열 보상과 엄격한 밀봉 처리의 이점을 누려야 한다.[13]
5. 2. 억제 보상
많은 저가형 쿼츠 시계는 '억제 보상(Inhibition compensation)'이라는 등급 및 보정 기술을 사용한다.[23] 수정 발진기는 의도적으로 약간 더 빠르게 작동하도록 제작된다. 제조 후, 각 모듈은 공장에서 정밀 시계와 비교하여 보정되고, 10초 또는 1분과 같은 일정한 간격으로 소수의 수정 발진기 사이클을 건너뛰도록 디지털 논리를 프로그래밍하여 정확한 시간을 유지하도록 조정된다. 일반적인 쿼츠 무브먼트의 경우, 이 방법을 사용하면 10초 간격(10초 측정 게이트에서)에 대해 30일마다 7.91초씩, 60초 간격(60초 측정 게이트에서)에 대해 30일마다 1.32초씩 프로그래밍된 조정이 가능하다. 이 방법의 장점은 칩의 비휘발성 메모리 레지스터에 억제할 펄스 수를 저장하기 위해 디지털 프로그래밍을 사용하는 것이 이전의 쿼츠 조정 포크 주파수를 미세 조정하는 기술보다 저렴하다는 것이다. 일부 쿼츠 무브먼트의 억제 보상 논리는 공장을 나온 후 전문적인 정밀 타이머와 조정 단자를 사용하여 서비스 센터에서 조정할 수 있지만, 많은 저가형 쿼츠 시계 무브먼트는 이 기능을 제공하지 않는다.
5. 3. 외부 시간 신호 보정
쿼츠 시계는 외부 시간 신호(예: 라디오 시보, 위성 시보)를 수신하여 시간 측정 특성을 보정할 수 있다. 매일 시보를 수신하여 무브먼트가 시간을 얼마나 얻거나 잃었는지 확인하고, 회로를 조정하여 시간 측정을 "조절"하면 보정된 시간은 연간 ±1초 이내의 정확도를 유지할 수 있다.[24] 이는 천문 항법에 의한 경도 결정에 충분한 정확도이다.이러한 쿼츠 무브먼트는 외부 시보를 성공적으로 수신하여 내부적으로 처리하고 시간을 자동으로 설정하거나 동기화하지 않으면 시간이 지남에 따라 정확도가 떨어진다. 외부 보정이 없으면 일반적으로 자율적인 시간 측정에 의존한다. 미국 국립표준기술연구소(NIST)는 이러한 무브먼트가 동기화 사이의 시간을 ±0.5초 이내로 유지하여 초 단위로 반올림할 때 시간이 정확하게 유지되도록 권장한다.[24] 일부 무브먼트는 하루에 여러 번 동기화하여 동기화 사이의 시간을 ±0.2초 이내로 유지할 수 있다.[25]
전파 시계나 GPS 시계는 쿼츠 시계보다 정밀도가 높다고 알려져 있지만, 실제로는 전파로 전송되는 원자 시계의 정확한 시간 정보를 하루에 수 회 수신하여 시간을 보정하는 기구를 추가한 쿼츠 시계이다. 현재는 시계 자체의 정밀도 향상보다는 전파 시계나 GPS 등의 외부 정보에 의한 보정으로 정밀도 향상이 이루어지고 있다.
5. 4. 기타
일부 무브먼트 설계는 정확도 향상 기능을 갖추거나 자체적으로 속도를 조절하고 자가 조정한다. 즉, 단순히 진동을 계산하는 것이 아니라 내부 컴퓨터 프로그램을 사용하여 공장에서 설정된 에포크와 시계가 마지막으로 설정된 시간 사이의 계산된 비율을 이용해 값을 조정한다. 공장을 나온 후 정밀 타이머와 조정 단자를 이용하여 서비스 센터에서 조정되는 시계는, 쿼츠 크리스털이 노화됨에 따라 예측 불가능한 노화 효과가 적절히 보상되면서 정확도가 더욱 향상된다.자율 고정밀 쿼츠 무브먼트는 손목시계에서도 연간 ±1~±25초 이내의 정확도를 유지할 수 있으며, 해상 크로노미터로 인증되어 천체 항법을 통해 경도(지구 표면의 한 점의 동-서 위치)를 결정하는 데 사용될 수 있다. 본초 자오선(또는 다른 기준점)의 시간을 충분히 정확하게 알고 있다면 천체 항법으로 경도를 결정할 수 있으며, 시간을 더 정확하게 알수록 위도 결정의 정확도가 높아진다. 위도 45°에서 1초의 시간은 경도상으로 약 328.51m에 해당하며, 0.1초는 약 328.51m에 해당한다.[11]
컴퓨터 제어 고정밀 쿼츠 무브먼트는 온도를 측정하고 이에 맞춰 조정할 수 있다. 고급 쿼츠 시계에는 아날로그 및 디지털 온도 보상이 모두 사용되었다. 더 비싼 고급 쿼츠 시계에서는 온도 센서의 출력에 따라 억제되는 사이클 수를 변경하여 열 보상을 구현할 수 있다. COSC의 공식 인증 COSC 쿼츠 크로노미터에 대한 일일 평균 속도 표준은 연간 ±25.55초이다. COSC 크로노미터 라벨을 얻으려면 쿼츠 기기는 열 보상과 엄격한 밀봉 처리의 이점을 누려야 한다. 각 쿼츠 크로노미터는 13일 동안 한 위치에서 3가지 온도와 4가지 상대 습도 수준에서 테스트된다.[13] 스위스산 쿼츠 시계 중 COSC 인증 크로노미터는 약 0.2%에 불과하다.[14] 이러한 COSC 크로노미터 인증 무브먼트는 천체 항법을 통해 경도를 결정하는 해상 크로노미터로 사용할 수 있다.[15][16][17]
2019년 기준으로, ±1초/년의 정확도를 자랑하는 자율 광 구동 고정밀 쿼츠 시계 무브먼트가 상용화되었다.[18][19] 이러한 높은 정확도를 얻기 위한 핵심 요소는 시계에는 드문 모양(AT 컷)의 쿼츠 크리스털을 8,388,608 Hz 주파수로 작동시키고, 온도 보상을 적용하며, 미리 에이징된 크리스털을 수작업으로 선별하는 것이다.[20] AT 컷 변형은 특히 -40°C 에서 125°C 범위에서 더 높은 온도 허용 오차를 제공하며, 중력 방향 변화로 인한 편차가 감소한다. 결과적으로, 공간 방향 및 위치에 따른 오차가 덜 중요해진다.[21][22]
시간 표준으로 설계된 쿼츠 크로노미터는 종종 수정을 일정한 온도로 유지하기 위해 크리스탈 오븐을 포함한다. 일부는 자체 속도를 조절하고 "크리스탈 팜"을 포함하여 시계가 일련의 시간 측정값의 평균을 취할 수 있게 한다.
아날로그 쿼츠 시계 무브먼트에 사용되는 라베트형 스테핑 모터는 코일이 생성하는 자기장에 의해 구동되는데, 외부(근처) 자기장원의 영향을 받을 수 있으며, 이는 로터 스프로킷 출력에 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로 아날로그 쿼츠 시계 무브먼트의 기계적 출력은 일시적으로 정지하거나, 빨라지거나, 거꾸로 돌아 정확한 시간 측정에 악영향을 줄 수 있다. 자기장의 세기는 거리가 멀어질수록 거의 항상 감소하기 때문에, 간섭하는 외부 자기장원에서 아날로그 쿼츠 시계 무브먼트를 멀리 옮기면 일반적으로 정확한 기계적 출력이 재개된다. 일부 쿼츠 손목시계 테스터에는 스테핑 모터가 기계적 출력을 제공할 수 있는지 테스트하고, 기어 트레인과 시침이 의도적으로 과속하여 경미한 오염을 제거하도록 하는 자기장 기능이 있다. 일반적으로 일상생활에서 접하는 자기장은 디지털 쿼츠 시계 무브먼트에는 영향을 미치지 않는데, 이러한 무브먼트에는 스테핑 모터가 없기 때문이다.[30] MRI 자석과 같은 강력한 자기장원은 쿼츠 시계 무브먼트를 손상시킬 수 있다.[31]
6. 쿼츠 시계와 사회 (별도 소주제)
1969년 일본의 세이코가 "쿼츠 아스트론"을 출시하고 대량 생산을 시작하면서 쿼츠 시계는 시계 산업에 큰 변화를 가져왔다. 이를 쿼츠 쇼크라고 부른다. 쿼츠 시계는 기존의 기계식 시계뿐만 아니라 다른 방식의 전기식 시계까지 대체하게 되었다.
6. 1. 쿼츠 쇼크와 시계 산업의 변화
1969년 12월 일본의 세이코가 "쿼츠 아스트론"이라는 상표명으로 쿼츠 시계를 시판하고 대량 생산에 들어가면서, 쿼츠 시계는 기계식 시계는 물론 다른 방식의 전기식 시계들을 점차 대체하게 되었다.[62][63]1967년, 세계 최초로 아날로그 회로를 사용한 쿼츠 손목시계 시제품이 등장했다. 스위스의 Centre Electronique Horloger(CEH)에 의한 Beta 1[59][61]과 일본 세이코에 의한 아스트론의 시제품[59]이다. 하지만 초소형화와 강한 내충격성이 요구되는 손목시계에서는 쿼츠의 실용화가 어려웠다. 1969년 세이코에서 세계 최초로 쿼츠 손목시계인 「아스트론」을 시판하였다.[64] 당시 가격은 45만 엔으로 중형 승용차와 가격이 비슷했지만, 이후 급속한 원가 절감이 진행되었다.
1970년대에는 세이코가 특허를 공개함으로써 각 제조업체가 쿼츠 시계 제조에 참여하여 시장을 석권하며 쿼츠 쇼크라 불리는 현상을 일으켰다. 이 시기에는 쿼츠 시계의 저가격화가 진행된 반면, 스위스를 비롯한 전통적인 시계 제조업체는 기계식 손목시계가 팔리지 않아 큰 타격을 입고 몰락 상태에 빠졌다.
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