錶的節拍器(下) - 游絲(hair spring) - 手錶

[歷史]

請參考上篇內容，簡單來說就是虎克發現了彈簧的特性並對此做了大量的研究，
惠更斯委託法國鐘錶匠IsaacThuret或Jacques Thuret
製造了世界上第一枚採用游絲的鐘錶，
為鐘錶歷史翻開了新的一夜，其後的300多年間，
幾乎所有的鐘錶都是採用具有等時性的游絲設計。
惠更斯改變了鐘錶行業，開創了精確性的時代，被稱為科學製表之父

題外話，虎克知道惠更斯在1675年1月30日向法國皇家學會展示了游絲擺輪實物，
替代他成為了官方認可的鐘錶游絲擺輪的發明人。
他暴跳如雷並開始了一段和惠更斯曠日持久的游絲發明權的爭奪戰。(偷笑)


[材料]

1. 低碳鋼

早期製造的游絲是採用低碳鋼，這種材料製成的游絲對溫度和磁力及其敏感，
採用這樣的游絲鐘錶的誤差一天能有好幾分鐘。
並且碳鋼游絲彈性係數較低，無形中也增加了發條動力的消耗。一旦鐘錶進水，
導致游絲生鏽腐蝕，整個手錶就壞掉了


2. 黃金.鈀金.玻璃.鋁

當時瑞士成立了防磁金屬研究會，作為協會成員，
江詩丹頓製成了第一批使用鈀金屬游絲的鐘錶。
在1872年，A.Lange就註冊了鋁合金的零件及擺輪游絲專利。
甚至在1883年， E. J. Dent 採用了玻璃製作游絲，
這樣的游絲不生鏽不受磁，但是由於昂貴和易碎不得不放棄。

他們過於昂貴，特別是鋁。我們現在的生活中，鋁隨處可見，
可是在一百多年前由於生產技術水平的限制，
鋁是不折不扣的奢侈金屬。拿破崙曾經宴請各方，
高貴的王室成員使用的都是鋁叉鋁勺，
普通來賓則是使用“低檔”的黃金餐具，
這樣的情況直到1884年才有美國人查爾斯馬丁霍爾發明了電解法冶煉鋁


3. Invor(Elinvar) 合金

請參考前篇Invor(Elinvar)擺輪，
紀堯姆當時得到了法國專業合金生產商———殷菲公司（Imphy Alloys）支持，
作為因瓦合金（Invar）的合作發明者。
殷菲公司率先生產了Elinvar合金，並與1920作為商品推出，
在市場上花了差不多10年，Elinvar合金取代了近三百年的碳鋼.
巨大的游絲原料市場被殷菲公司獨占，賺的盆滿缽滿.
於是許多冶金公司也開始了游絲合金的研究.


4. Nivarox 合金

到了1933年，R.Straumann在德國 Vakuumschmelze真空冶煉公司-
一家專業磁性材料研究生產商，
完善了Elinvar合金的配方製成了全新的Nivarox合金.
恆彈性合金因為其特殊的性能，並不僅僅應用於鍾表游絲生產。
還可以用於彈簧天平.壓力表，具有巨大的經濟價值，同期各國也開始研究生產.
作為二戰後的霸主美國也不甘示弱，
1946年Wilson公司研製Ni-Spanc，在
Elinvar鎳鐵合金中添加了鈦用以提高硬度，成為最廣泛使用的恆彈合金之一。


5. Elinvar合金的延伸

美國的一家彈簧秤商John Chation&Sons研製出Iso-Elastic合金，
漢密爾頓研究出Elinvar—Extra,
貝爾電話公司研究出Vibralloy.

日本作為鍾表生產大國，早期也是採用Elinvar，
而後1952年日本研究出了Co-Elinver合金，在Elinvar合金中添加了Co鈷，
這種Elinvar的變種合金大獲成功，日本的鐘錶普遍裝載使用Co-Elimver合金游絲。

法國的殷菲公司生產著Durival，
這是由P. Cheverard在原來的Elinvar加入了鈦.鋁，改善了力學性能。

瑞士的Dubois則提出了添加Ni鈮的Isoval，瑞士專利號266413。

中蘇兩國生產的游絲則均是仿自美國Ni-Spanc。

現在有辦法完全in-house, 包括游絲生產的錶廠，
就只有Rolex, Seiko 與 Swatch,
其他錶廠大多還是採用外購的方式，
跟游絲公司購買後直接安裝上或是再自行做最後的調整.


6. Rolex Parachrom 鈮鋯合金游絲

其主要的材質是85%的鈮（Nb）與15%的鋯（Zr），
都具有不易被腐蝕的金屬特性，而且表面都為銀白色.
這兩種金屬在2400度的高溫下被融合，
並以每小時20公分的速度通過5000伏特的鎔爐，
必須經過三次鎔爐製作手續，以確保其品質。
而製造出來的鈮鋯合金與空氣裡的氧氣接觸之後，
會形成藍色的氧化物，也就是游絲表面的色彩。
此款合金游絲，其最大的優點為完全防磁設計，因為不含鐵這項金屬，
所以完全沒有被磁化的可能，而其他的金屬特性則與Nivarox游絲接近

Rolex Parachrom 游絲 製造過程: https://www.youtube.com/watch?v=vexHwq3Chtg


7. 矽游絲
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http://i.imgur.com/iXXhkZV.jpg

用現代半導體蝕刻技術，依照各錶的需求直接製作出來，不需經過與金屬游絲相同的螺旋彎曲製程,
優點為具有完全防磁的特性，同時不會因為溫差影響游絲長度與彈性
PP, Omega, 雅典等自2006年起開始使用矽游絲，算是最近才興起的材料。



[形式]

1.平游絲
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平游絲是最常見的一種游絲，也就是像蚊香盤的那種，整體都在一個水平盤面上。
游絲的外端基本固定，內端通過內樁與擺輪相連，
與擺輪一起形成相互牽制又互為動力的伸縮運動。
這種運動是會影響到其本身阿基米德螺旋線的原始狀態的，
因此伸縮間中心位置不斷改變，容易導致走時的不精準。
使用平游絲的機芯也在不斷通過各種方式將這種影響降到最小.


2.寶璣游絲
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寶璣先生17世紀發明.這種游絲的外端脫離平面狀態，向上方彎曲的同時也向內彎曲，
於是一方面游絲外端與內端的重心水平距離縮短，
也可使各方位重力點更為均勻，使游絲整體的中心更為集中穩定，
有效提高游絲的等時性.
另一方面在空間上的拓展使游絲圈之間發生摩擦的可能性降低，
膨脹和收縮有了更多的空間.
目前大多數高級錶款的游絲皆採用寶璣式


3.圓柱形游絲
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圓柱形游絲來源於航海天文台鐘，顧名思義便是游絲立體化為圓柱狀，
可以將之看作一組游絲在同時工作，
圈線一圈一圈向上層層相疊，每圈與圓心距離一致，
把平游絲線圈之間的失衡大幅消除掉，
提高走時的精準度.


4.球形游絲
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非常少見，相比只有一個末端曲線的圓柱形游絲，
球形游絲有兩個末端曲線，更加提高了精準性.
現在通常是用在極高端的立體球形陀飛輪的錶款中



[有卡度, 無卡度?]

有卡度:
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通過調校快慢的位置來改變遊絲的有效長度從而達到改變走時快慢,
優點為調整的範圍寬，差幾分鐘都能調回來，
但時間長了游絲容易變形導致誤差變大


無卡度:
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就是游絲長短是固定，不可以改變長短，
優點為長期使用游絲不容易變形，而且比較防震耐用，但是調整的時間範圍很小，
一般在一分鐘範圍內，在出廠時就調準了，使用中如果不損壞誤差很小，
這也是目前高檔表都採用無卡度結構的原因



[有卡度游絲調時方式]

1. 快慢針(Regulating Pins)
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最常見的校時方式，非常容易辨認，擺輪上方有一根微調指針，
從擺輪中心向快慢針末端看過去，向右調會將游絲變短，游絲收縮速度。
現代錶一般都還會配上微調螺絲，
最著名的快慢針就是IWC Jones機芯，以超長快慢針著名


2. 快慢針-鵝頸式微調(Swan-neck Regulator)
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現代常見于德系錶上，如A.Lange, Glashütte Original等，
通常都會配上美麗的雕花與細緻的打磨，增加整個錶的高級感.

鵝頸微調的發明來自于一代美國鐘錶大師,
德國移民 查爾斯·法蘇（Charles Fasoldt),
之後便被各錶廠發揚光大.

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3. 快慢針-蝸牛式微調(Snail Regulator)
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常見于歐洲懷錶上，與鵝頸微調的功能性沒有高低之分，
純粹為各個廠家使用喜好不同與美觀有關，
浪琴和歐的中高款用鵝頸，高端款用蝸牛.
而PP剛好相反，普通款用蝸牛，高端款用鵝頸


4. 快慢針-扇形微調(Patent Regulator)
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http://i.imgur.com/v1z17qo.jpg

常見于美國懷錶上，例如Elgin, Hamiltion, Illinois, Waltham等牌子，
算是美國懷錶上的一大特色.


5. 無卡度
請參考上篇, 擺輪的調校部分



[避震器]

在日常生活中，當手錶從一米高的地方摔落地下時，
疾速擺動的擺輪受到的衝擊相當於其自身重量5000倍之多，
這對於直徑僅若干分之一毫米的擺軸軸尖來說，
無疑是一個嚴酷的考驗，因此機械表避震器就是負責吸收衝擊帶來的能量，
憑藉避震器的托鑽與底座以及避震彈簧的相互配合，盡可能的保護擺輪與擺軸。
其關鍵的結構在於避震器底座和托鉆之間存在著45度的斜面，
它們之間可以產生滑動位移，當托鉆沿防震器座斜面移動時，
防震彈簧被迫隆起變形，因此吸收了來自擺軸的衝擊能量

http://i.imgur.com/ICX3UZH.jpg


詳細運作可參考此互動頁面:
http://www.clock-watch.de/index.html?html/tec/sto/inc.htm



避震器的種類非常多，這邊介紹幾種較知名避震系統:

http://i.imgur.com/r0B9TgP.jpg


1. Breguet Parachute Susrension(寶璣降落傘避震器)

http://i.imgur.com/8WRfSr6.jpg
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寶璣在1790年所發明，其主要的原理就是將寶石軸承座與擺輪夾板分離，並固定於一個具有C字造型的長型簧片；
每當遭遇外力衝擊時，寶石軸承座在短時間會產生位移，並由簧片吸收衝擊的力量，
同時被具有彈性簧片引導回原位，因此減低擺輪軸心損壞的機率
這種避震器現在只有寶璣少數復刻錶款使用，以前懷錶時代也不多見，
因為懷錶都是放置於口袋之中，對於機芯有一定的保護程度，除非是掉落地面，
否則擺輪軸心不易損壞。

這款革命性的設計，雖然未普及於其他懷錶，
但是分離式的寶石軸承座與富有彈性的簧片結構，
卻是未來所有避震器的主要雛形。

2. Incabloc(因加百祿)

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1934年由瑞士工程師Georges Braunschweig和Fritz Marti所發明,
最普遍的避震器，從低階到高階的機芯都有使用，據說當年Rolex不用Incabloc是因為
對方要求他們要在機芯跟錶盤上加上"Incabloc"的Logo，Rolex當然不肯因此用KIF避震器XD。

3. KIF
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1944年由 Kif Parechoc SA 推出的避震器，常用於較高價的機芯產品。
其中最重要的客戶就是勞力士集團，因為勞力士每年的產量都在60、70萬只之上，
加上勞力士的機芯通常使用兩組避震器，也就是擺輪軸心與擒縱輪軸心各一組，
因此一枚機芯會用到四個Kif避震器；而同集團的帝舵錶其機芯也都是採用Kif避震器，由此來推算，
可知道其需求量也十分驚人。另外許多高級品牌，百達翡麗`愛彼、寶璣、積家 、Daniel Roth、積家、ZENITH...等，
也都是Kif避震器的使用者，也因此讓人有KIF產品比較高級的印象，
但其實效果跟Incabloc差不多。

4. Citizen Parashock
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1956年星辰推出的避震器，它與其他避震器不同之處在於，取消了避震器基座，以一個螺旋狀的彈簧片與穴石固定住，
上方則是與蓋石固定在一起的彈簧片，所以兩個寶石都有與彈簧片固定。
而當年星辰還在日本國內舉辦「投下實驗」的全國性宣傳，
在30米高空的直升機上，將手錶朝鋪有軟墊的地面丟下，而機芯仍可以準確的運作。

5. Seiko Diashock
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1956年Seiko自行研發的避震器，其實跟Incabloc與KIF差不多，僅有彈簧片外形略有不同，
像是特殊的三葉草造型，與蓋石的接觸點也較多，為精工的主要避震器。

6. Novodiac(俗稱三角避震器)

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1980年Incabloc公司為ETA開發的便宜避震器，製造雖簡單，但維修拆裝困難，
使用Novodiac Spring(三角簧片)固定軸心寶石。
最先用於ETA284X，後來在低等級的2824出現，
避震效果和Incabloc差不多，但是抗干擾性差，普遍用於低階的機芯上。

7. Rolex Paraflex
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2005年Rolex自行研發的避震器，宣稱比KIF避震器抗撞擊能力增強50%(聽聽就好)，
更提升機芯的耐用性及可靠度。



[結論]

游絲與擺輪構成了一隻表的心臟區域，是機械手錶中最重要的零件之一,
走時的穩定與準確一大部分決定于這兩個零件的好壞與調校狀況.
我覺得發展到現在，如果虎克知道他的理論與發明被後代如此發揚光大，
應該可以瞑目了(又扯到虎克....)


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