一篇文章 讀懂腕表調速機構

09-30

[ 腕表之傢 ]

[ 腕表之傢 鐘表技術 ] 調速機構(Regulating Organ)是最重要的機芯元件之一,它定義瞭腕表的運行速度。正因如此,需得謹慎地控制這個速度,以便獲得盡可能精準的腕表。調速機構可以呈現多種形式,可以應用不同材質,自制表行業始興就是創新試驗田。總的來說,它是腕表的關鍵元件。

腕表的調速機構以擺輪(Balance Wheel)和遊絲(Hairspring)為代表。擺輪和擒縱機構協調運作,擒縱機構推動擺輪,反之,受到擺輪的約束。擺輪的振蕩調節時間的流動,對腕表的精準性至關重要。擺輪每擺動一次,齒輪系前進一定距離。它的作用,類似於時鐘鐘擺的作用。鐘擺無法直接移植,所以就需要符合腕表規格及功能的裝置來替代。

腕表機芯的工作原理,擺輪和遊絲構成調速機構。

纖薄的盤繞遊絲,確保擺輪以恒定的頻率來回擺動。遊絲中心部分固定在擺輪樞軸上,外圍與擺輪夾板相連。每次振蕩的持續時間取決於遊絲彈性、有效長度和擺輪慣性。因此,可以通過調整遊絲的有效長度(遊絲越短,速度越快)或改變擺輪的慣性,對機芯及腕表的運行速度進行調校。

萬寶龍 Minerva 13.21 機芯,擺輪振頻 18,000 次 / 小時(2.5 赫茲),遊絲具有菲利普斯末端曲線。螺絲擺輪,直徑 11.40 毫米,慣性矩 26mg/cm² 。

材質

現代擺輪通常由 Glucidur 制成,這是一種鈹青銅、低熱膨脹合金。Glucidur 合金硬度大、抗性好、且不受磁場幹擾。

而遊絲通常由鐵鎳合金,如 Nivarox 制成,其彈性幾乎不受溫度的影響。Nivarox 是 Nicht Variabel Oxydfest(不可變,不氧化)的縮寫,這種合金與瑞典諾貝爾獎得主查爾斯 · 埃杜德 · 紀堯姆發明的 Invar 合金(FeNi36%)屬於同類。長期以來,Nivarox-Far 是瑞士制表行業繞不開的遊絲及整合零件(擒縱 / 調速)供應商。如今雖有多傢公司生產遊絲,但斯沃琪集團旗下的 Nivarox-Far 仍是許多機芯制造商的重要供應商。

這些現代合金的出現,使復雜的補償擺輪基本退出歷史舞臺。通常,溫度的變化會改變遊絲的尺寸、彈性、以及擺輪的直徑,這也是導致腕表失準的一個主要原因。一些偉大的制表師反向出發,創意設計出巧妙結構,一定程度上抵消瞭溫度變化的影響。

一枚紀堯姆補償擺輪,安裝在陀飛輪上,搭配棘爪式擒縱機構。擺輪輪輞為雙金屬(外圈黃銅,內圈鎳鉻恒彈性鋼),有斷口。遊絲具備寶璣式末端上繞曲線。

近年來,一些制表師已經開始應用矽材質制造遊絲,以提高擒縱機構和振蕩器的性能。矽是一種有趣的材質,具備許多優異性能——輕盈、抗磁、柔韌、熱穩定、幾乎無需潤滑、可以精密加工(借助深反應離子刻蝕或 LIGA-X 射線光刻技術)。雅典表是第一個引入矽遊絲(Freak 腕表)的制表品牌,勞力士、百達翡麗和斯沃琪集團紛紛跟進,並與納沙泰爾的瑞士電子學與微電子科技研究中心(CSEM)攜手合作。也有其他高科技材質,已經用於遊絲制造,例如熱膨脹系數極低的 Zerodur© 復合材料(用於卡地亞概念腕表遊絲的制造)。

百達翡麗 Spiromax 遊絲,Silinvar 材質,問世於 2006 年。

不同類型的遊絲

遊絲的形狀和銜接自然決定瞭它的伸展收縮方式。絕大多數機芯都配備螺旋狀平遊絲,但遊絲也可能呈現其他形狀。寶璣上繞遊絲,末端向內彎曲並連接在擺輪樞軸附近,旨在實現等時性(具有恒定周期,無論振幅),使遊絲勻稱地 " 呼吸 "。

寶璣矽遊絲,具備末端上繞曲線。

積傢 Gyrotourbillon 球形遊絲。

同樣旨在改善等時性的還有螺旋狀遊絲和球形遊絲。這類解決方案一方面引人註目,聲名斐然;另一方面制造復雜,也需要更大的空間。

不同類型的擺輪

現代擺輪的主要類型,從左至右:環形擺輪、螺絲擺輪和砝碼擺輪。

如今大部分腕表配備環形擺輪,Glucidur 的制造精度和物理性能允許達到優異速率。更高級的解決方案采用螺絲或砝碼,用以對擺輪進行平衡或調整。

McGonigle Brothers 無卡度擺輪

為應對 " 垂直整合 "(特別是因為 Nivarox-FAR 在擒縱裝置供應方面幾乎擁有壟斷地位),近年來多傢制造商已經研發出自主擺輪,這使它們能夠區分、創新和再設計。

積傢 Gyrolab 擺輪,不尋常的形狀旨在通過減少表面積、降低空氣阻力來提高性能。

調校腕表

能夠影響腕表功能及速率的因素有很多,如供給擺輪的能量、振頻、遊絲、腕表方位、溫度、磁場、潤滑、以及經年累月的消耗老化等等。因此,調校腕表涉及復雜的程序。倘若聚焦關鍵操作,調校腕表有兩種主要選擇。

如上圖所示,調節器(A)上有兩枚向下的銷釘固定遊絲,調節器和螺柱(B)之間的遊絲(紅色部分)並不活躍。因此,可以通過滑動調節器決定遊絲的有效長度及其速率。

沒有調節器的被稱為無卡度擺輪。遊絲長度恒定,而非由調節器上的銷釘固定。若想調整速率,制表師可移動擺輪上的螺絲或砝碼,改變擺輪慣性,而不是在遊絲長度上做文章。

制表師調校擺輪上的螺絲。螺絲可用於平衡擺輪、調整速率。為瞭降低速率,需反向旋松螺絲,或將擺輪上的砝碼向外移動。

無卡度擺輪是一種優質解決方案,其操作更加復雜,但走時更加精準,因為規避瞭某些特定風險。此外,無卡度擺輪也不會受到沖擊的影響,而沖擊可能導致調節器的移動。

抵抗重力,陀飛輪

振蕩器和擒縱機構受到多個因素的不利影響。新材質的應用可以抵消磁力或溫度變化的負面影響。同時,腕表的精度也收到重力的影響。方位的變化會顯著影響腕表的走時,特別是幹擾擺輪的等時性。

Gronefeld 陀飛輪機芯

1801 年,阿拉伯罕 - 路易 · 寶璣設計出抵消地心引力影響的解決方案——陀飛輪,並獲得專利。這種解決方案,是將擺輪、遊絲和擒縱機構置於低速旋轉(通常為每分鐘旋轉一圈)的框架內,用以平衡不同方位的誤差。陀飛輪被視作寶璣先生最偉大的發明之一,能夠制造如此壯觀迷人的復雜功能裝置,也是制表師高超技術和精湛工藝的明證。

經過 200 多年的發展,寶璣先生的心血結晶如今被佩戴在腕間,並呈現百花齊放之勢。在陀飛輪設計制造方面,近年來制表行業取得多項創新,尤以多軸陀飛輪最為特別,這些創新將陀飛輪提升至新的高度。此外,陀飛輪腕表的成本和售價,也逐漸變得親和近人。

" 非常規 " 振蕩器

帕瑪強尼 Senfine 概念機芯的 " 非常規 " 振蕩器,以兩個交叉的柔性片調校擒縱機構。

除瞭傳統擺輪和遊絲,制表師們還設計出 " 非常規 " 振蕩器。近年來,隨著新型擒縱機構的發展和矽材質提供的性能潛力,這些振蕩器已經能夠達到更高的振頻提高精度,或降低機芯能量消耗。其中,替代傳統螺旋遊絲的最新創新包括:泰格豪雅的線性振蕩和片式結構(Mikrogirder 腕表)、De Bethune 的聲學諧振器、以及帕瑪強尼 Senfine 概念機芯的柔性片結構。在不同層次上,所有這些解決方案都旨在達到更高的振蕩頻率和更低的振蕩幅度。(圖 / 文 腕表之傢 許朝陽編譯)

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