Tutti gli orologi, sia che si tratti di orologi a pendolo, da tasca, meccanici o al quarzo, hanno una cosa in comune: il sistema oscillante. A seconda della tipologia di orologio, questo insieme di componenti può avere un aspetto e un funzionamento molto diverso. La sua funzione è però sempre la stessa: rendere il moto il più preciso e uniforme possibile. In questo articolo esaminiamo i diversi tipi di sistemi oscillanti usati nel mondo dell’orologeria, le loro funzioni e i loro vantaggi e svantaggi.
Il sistema oscillante: cos’è?
In generale un sistema oscillante è un meccanismo che trasforma l’energia in un’oscillazione regolare. Il movimento avviene solitamente in un punto centrale, che corrisponde alla posizione di riposo dell’oscillatore. Il sistema oscillante impiegato negli orologi genera il cosiddetto moto armonico (attenuato). Ciò significa che l’oscillazione è molto regolare e senza un costante apporto di energia perde slancio fino a fermarsi completamente.
Negli orologi da polso e da tasca meccanici il sistema oscillante corrisponde al bilanciere. Gli orologi dei campanili e a pendolo con movimento meccanico utilizzano un pendolo come oscillatore, mentre gli orologi al quarzo e gli smartwatch si servono di un cristallo di quarzo. In ogni caso, più un oscillatore è veloce, più alta sarà la frequenza e quindi più precisa sarà la marcia dell’orologio.
Funzionamento dei diversi tipi di oscillatore
Esaminiamo ora i tipi di oscillatore più comuni. Per una questione di semplicità ci concentreremo sui sistemi di oscillazione maggiormente impiegati negli orologi da polso: il bilanciere e l’oscillatore al quarzo.
Il bilanciere: un meccanismo creato 350 anni fa
Il bilanciere fu brevettato nel 1675 dallo scienziato olandese Christiaan Huygens, che si era già fatto un nome grazie alla costruzione di orologi a pendolo.
Il bilanciere è costituito da una ruota, una molla della spirale e un asse centrale. La ruota è solitamente un piccolo anello che oscilla grazie a una sottilissima spirale. Il movimento viene utilizzato per rilasciare lo scappamento a intervalli regolari. L’energia viene poi trasmessa agli ingranaggi e infine alle lancette. Questo processo si ripete a seconda del tipo di orologio con una frequenza da 2,5 a 5 Hz, che corrispondono rispettivamente a 18.000 e 36.000 alternanze l’ora (A/h). Il valore standard dei moderni movimenti meccanici è compreso tra le 21.600 e 28.800 A/h, corrispondenti a 3,5 e 4 Hz.
Cuore pulsante dell’orologio meccanico, il bilanciere è il responsabile della sua precisione. È quindi fondamentale che la sua oscillazione sia il più uniforme possibile e che l’ampiezza massima del bilanciere non sia né troppo larga né troppo stretta. Le necessarie modifiche avvengono solitamente con una racchetta per regolare la tensione della spirale. Un’altra possibilità consiste nell’applicare dei piccoli pesi alla ruota del bilanciere per compensare eventuali squilibri.
Il bilanciere dispone solitamente di un dispositivo antiurto per evitare che colpi o movimenti vigorosi influiscano sulla marcia. Il dispositivo, tuttavia, non garantisce una protezione al 100%, per questo non è opportuno indossare orologi meccanici per fare sport. Inoltre, se la spirale del bilanciere è realizzata in materiale magnetico, anche i campi magnetici possono interferire sulla marcia dell’orologio.
Vantaggi e svantaggi del bilanciere
- Dispositivo creato 350 anni fa
- Se revisionato correttamente, dura per sempre
- Non necessita di batterie
- Dona agli orologi il caratteristico ticchettio
- Dimostrazione di alta competenza artigianale
- Di solito meno preciso degli oscillatori al quarzo
- Deve essere revisionato regolarmente
- Sensibile agli urti
- Riserva di carica relativamente bassa
- Sensibile ai campi magnetici (a seconda del materiale)
Gli oscillatori al quarzo: precisione estrema
Il sistema oscillante di un orologio al quarzo non è molto diverso da quello di un orologio meccanico. Tuttavia, diversamente dal bilanciere, l’oscillatore al quarzo funziona senza componenti meccaniche. L’unità oscillante degli orologi al quarzo è composta da un cristallo al quarzo e da un circuito. La batteria incamera l’energia e, negli orologi con indicazione dell’ora analogica, un motore passo-passo o stepper funge da scappamento.
Alla base di questo sistema c’è l’effetto piezoelettrico, scoperto nel 1880 da Pierre e Jacques Curie. Basta un piccolo impulso elettrico per far oscillare il cristallo di quarzo. La velocità di oscillazione del cristallo dipende dalla sua dimensione e forma: il quarzo degli orologi da polso misura pochi millimetri ed è solitamente a forma di diapason per garantire una vibrazione in linea con gli standard del settore di 32,768 kHz, pari a 32.768 oscillazioni al secondo. Il movimento viene letto dal circuito e tradotto in un impulso al secondo, che a sua volta fa sì che il motore passo-passo muova di una posizione la lancetta dei secondi.
Grazie alla maggiore frequenza dell’oscillatore, gli orologi al quarzo sono di gran lunga più precisi degli orologi meccanici. Lo scarto di marcia di un orologio al quarzo è in media di 10-30 secondi al mese, mentre non è raro che gli orologi meccanici raggiungano lo stesso scarto in un solo giorno. C’è da dire però che un movimento meccanico ben regolato è capace di risultati migliori.
Un altro vantaggio degli orologi al quarzo è la mancanza di parti meccaniche e quindi l’insensibilità agli urti e ai campi magnetici. Inoltre, l’assenza di componenti meccaniche previene l’usura. Un calibro al quarzo non necessita di revisioni, mentre un movimento meccanico deve essere controllato ogni 3-5 anni. Inoltre, gli orologi al quarzo non devono essere ricaricati costantemente ed è sufficiente cambiare la batteria ogni 2-3 anni.
Nonostante gli evidenti vantaggi, gli orologi al quarzo vengono spesso snobbati dagli appassionati di orologi. I motivi sono molteplici, ma l’argomentazione principale è l’assenza di “anima”. La maggior parte degli appassionati ritiene che persino il movimento meccanico più basilare sia più affascinante di un movimento al quarzo. Un movimento meccanico è sinonimo di maestria artigianale, un movimento al quarzo di prodotto industriale di massa. Ovviamente esistono anche in questo caso delle eccezioni alla regola, per esempio i movimenti Oysterquartz di Rolex.
Vantaggi e svantaggi dell’oscillatore al quarzo
- Altissima precisione
- Insensibile agli urti e ai campi magnetici
- Necessita di poca manutenzione
- Grande riserva di carica
- Cattiva reputazione di prodotto di massa
- Funzionamento tramite batteria dannosa per l’ambiente
- Scarsa stabilità del valore
Altri sistemi oscillanti
Nella storia dell’orologeria si è sempre cercato di impiegare altri oscillatori per generare un moto. Tra gli sviluppi più interessanti degli ultimi decenni c’è lo Spring Drive di Seiko. Gli ingegneri del gigante giapponese degli orologi, che è stato il primo a lanciare sul mercato un orologio al quarzo realizzato in serie, sono riusciti a sposare la precisione dell’oscillatore al quarzo con il sex appeal di un movimento meccanico.
Anche Zenith si avventura per sentieri mai battuti con l’oscillatore Zenith, composto da un unico elemento in silicio monocristallino che sostituisce bilanciere e scappamento. Stando a Zenith i movimenti con questa tecnologia, con una frequenza di 15 Hz, sono tra i più precisi di sempre.
