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机械表可分为五大系统,原动系,传动系,擒纵调速系,调校拨针系,显示系。也有的分类方法是将擒纵调速系统一分为二,分别以擒纵系和调速系而归类,就是六大系统。无论是何种分类方法,本文所述的摆轮游丝都是整个手表运作系统中的重中之重。
很多人将“摆轮游丝”视作机械表的“心脏”,这种说法稍会其意,但未得其神。如果将机械手表看做具有完美新陈代谢系统的人体结构,那么足够与人体心脏相类比的,应该是擒纵调速系统。而“摆轮游丝”则相当于维持整个心脏规律搏动的心肌组织。游丝的紧缩和舒张就像心脏有规律地搏动。因此,游丝是钟表内与机芯(心) 词意义最为贴近的部件。
早期的游丝并不是我们如今见到的螺线的形状,而是一种可以在一定范围内转动的金属薄片。不过无论从材质还是从设计上来说,当时的游丝都存在很多弊端。我们这里所说的游丝,特指如今钟表内常见的按等距螺线排列的水平截面游丝弹簧。螺旋式的排布,也是机械领域的大进步。
游丝形式的变化
游丝在钟表内的重要作用之一,就是依靠其周期变化的弹性势能来维持摆轮的往复摆动,从而“区隔”出准确的时间单位,维持钟表走时的精准性。然而,正如前面所说,游丝的发展经历了一个很长的过程。其中最为常见的就是平游丝。
手表正常工作时,游丝(这里泛指最为常见的普通平游丝)的一端(内端)固定在与摆轮紧密连接在一起的游丝内桩(外观无法看到)上,而另一端(外端)则固定在游丝外桩上。游丝外桩固定在摆轮夹板上,除非手动调节,基本处于固定状态,而内桩则与摆轮相连,可以随摆轮起运动。在弹性的作用下,游丝一方面牵制着摆轮的运动幅度,另一方面在摆轮摆动的惯性之下做着规律的伸缩运动。由于阿基米德螺线形式的游丝内外端的受力并非严格按照规整的圆形轨迹进行,因此在游丝每次伸缩的过程中,其实际重心的位置就会产生偏移——换句话说,阿基米德螺线的原始状态将会被改变。这是影响钟表精准走时的罪魁祸首,也是游丝亟待克服(其实无法完全克服)的弊病。
普通的平游丝就是上述状况的完整实践者,由于游丝内外桩居于同一平面,且不能随时产生纵向移动来调节游丝的重心,因此运行的误差也变得无法克服。17世纪早期,上绕游丝(或者叫末端曲线游丝,另因宝玑先生发明,也叫宝玑式游丝)的出现,正是为了解决这一问题。之所以称其为上绕游丝,主要是因为设计者将游丝的外端在平面的基础上弯曲上绕后安装在游丝外桩上。游丝在上绕的同时,还向内弯曲,与普通平游丝相比,使游丝外端更加接近摆轮轴心的位置。采用这种结构之后,摆轮轴心的受力点会变得比较均匀,运行时的摩擦阻力也减少了很多,这样便保证了钟表运行过程中,游丝的重心更加稳定,手表的走时也可控制在更加精准的范围。普通的平游丝就是上述状况的完整实践者,由于游丝内外桩居于同一平面,且不能随时产生纵向移动来调节游丝的重心,因此运行的误差也变得无法克服。
双层游丝(也可以叫做双平面游丝)的上下两层呈水平排布,各自阿基米德螺线的盘绕方向相反(即 个顺时针,一个逆时针)。游丝内桩同时通过一个固定装置与摆轮轴相连,而游丝外桩则呈相对的方向固定在摆轮夹板上。前面提到,普通平游丝在工作中遇到的最大的困扰就是游丝外桩不能够随着游丝的伸缩而发生纵向位移,进而调节不断变化的游丝重心。双层游丝中的一上一下排布的游丝外桩,正好相当于为游丝外桩的纵向移动提供了空间。不仅如此,由于两条游丝的盘布方向完全相反,且游丝内桩同时固定在摆轮轴上(相当于两根游丝通过内端链接在一起),因此,在其中一条游丝在摆轮摆动时重心发生偏移的同时,另一条游丝则以相同的幅度向另一侧发生偏移,这样便将可能发生的游丝重心的变化抵消掉,使游丝系统整体趋于平稳,运行精准度也得到很大提升。爱彼早在2007年便将双层游丝结构用于其“八大天王”第五号作品中,即解决了传统游丝的“末端曲线”问题,避免游丝不对称扩张造成的缺陷,又为其增加了自动补偿功能,将游丝失衡时造成的误差降到最低。双层游丝在实际应用中的材质是游丝发展的另一个突破口。游丝通常由钢组成,防磁性良好的表则采用镍合金或其他不受磁性影响的合金制成。优异表现,使得很多专家将其列为与当年宝玑大师的“陀飞轮”机构相抗衡的发明。如今,这种游丝排布结构还被一些以技术为强项的独立制表人和独立制表品牌所采用,其中包括H.Moser&Cie.和曾经获得日内瓦钟表大奖首肯的新锐独立制表品牌Laurent Ferrier。
早在1782年,英国制表师John Arnold便为自己发明的桶形游丝申请了专利。桶形游丝不仅可以增强游丝振荡时的稳定性和等时性,而且还方便调校。不过,由于其制作工艺极为复杂,且需要精度极高的制造工具,因此当时也仅用于制作对精度要求较高的航海计时仪器和高端的大型怀表。后来,随着钟表的逐渐小型化,这一性能优秀且制作工艺复杂的游丝结构逐渐地被业内所淡忘。桶形游丝的优异之处在于,它不但解决了传统平游丝在水平空间运动的局限,同时还将稳定性以及视觉性提升到一个新的台阶。如果说传统平游丝存在重心的“点运动”困扰,双层游丝将其上升为“线控制”的高度的话,桶形游丝就将着力点提升至“面稳定”的高度。这句话可能还不容易理解,我们不妨打个比方。通过前面的分析,传统平游丝存在的弊端显而易见,双层游丝通过重叠的两个游丝的相互作用在一定程度上将平游丝的弊端“抵消”掉,且效果显著。而桶形游丝由于将游丝结构完全提升至立体的高度,因此可以将其看成是若干个平游丝水平排布的结果。这样一来,若干个“水平游丝”作为一个系统的整体,对于调节游丝重心稳定性的作用及效果也便显而易见了。积家在其推出的第二代球形陀飞轮手表中,便采用了这一古老而优秀的桶形游丝结构。
游丝材质的革命
材质是游丝发展的另一个突破口。游丝通常由钢组成,防磁性良好的表则采用镍合金或其他不受磁性影响的合金制成。到了近代,随着制表技术及科技的发展,被用来制作游丝的材料也变得丰富起来,其中包括碳素合金钢、不锈钢、铜合金、镍合金以及硅材质等,都出现在游丝的原材料备选库中。不过,创新永远是钟表界的主题,制表品牌在游丝技术方面的探索也从未停止。比如现在被越来越多的品牌开始尝试的硅游丝。
硅材质游丝的专利权目前掌握在瑞士纳沙泰尔地区的瑞士电子和微技术中心股份有限公司手里,他们在2003年10月30日开始申请专利,2005年5月在中国申请专利保护。它由从单晶硅板切取的一种螺旋杆构成,制造者计算它的结构和尺寸,通过改变它的弹簧常数的温度系数,使游丝的热漂移降到最低。在当今的制表领域,涉足硅材质游丝的品牌也不在少数,其中百达翡丽、宝玑、雅典表、芝柏以及新锐独立制表品牌De Bethune等都表现突出。2006年,百达翡丽以Silinvar硅材料制成了Spirornax游丝摆轮,将机械手表运行时的等时性提升到一个全新的高度。
而一直锐意创新却低调内敛的劳力士则是先期投入了硅材质游丝的研发,并取名“CSEM研究”。不过,劳力土最终并没有推出硅材质游丝,取而代之的是从2000年开始,低调出现在劳力土迪通拿手表款中的一种由铌锆合金制成的Parachrom蓝游丝。
一般的游丝以合金制造,磁性较强,难以抵抗磁场和撞击的影响。劳力土利用顺磁性极强的合金,制造出蓝色Parachrom游丝,不但不受磁场的影响,还使其抗震能力提升十倍以上。之所以可以免受磁场的影响,主要是因为其内没有容易受磁的铁质,而是采用了铌锆合金(铌的比例在80%以上)的材质。而抗震性良好,则取决于它比传统游丝更为坚硬,同时对温度变化具有更强的自动补偿功能,所以整体运行的准确性会有所提升。值得一提的是,劳力土蓝游丝最初的材质并非蓝色,而是在游丝盘制而成之后再经特殊工艺使其表面氧化而成。
自从钟表从高耸的塔顶和房屋的一角发展为可携带式,由摆轮与游丝组成的振动系统的模式就正式确定下来并直沿用着。机械钟表都是以摆轮游丝组件作为振动系统来产生标准时间信号的。
直到今天,游丝发展领域也一直不缺乏新闻。从绝对抗磁且高度耐磨的硅材质到具有自主知识产权的劳力土、百达翡丽专属游丝,再到从平面到双层以至到立体的游丝形制的转换,小小的游丝所展现出来的已经是一个机芯内立体化的系统组成。
钟表技术无极限,机械乾坤逍遥“游”。
很多人将“摆轮游丝”视作机械表的“心脏”,这种说法稍会其意,但未得其神。如果将机械手表看做具有完美新陈代谢系统的人体结构,那么足够与人体心脏相类比的,应该是擒纵调速系统。而“摆轮游丝”则相当于维持整个心脏规律搏动的心肌组织。游丝的紧缩和舒张就像心脏有规律地搏动。因此,游丝是钟表内与机芯(心) 词意义最为贴近的部件。
早期的游丝并不是我们如今见到的螺线的形状,而是一种可以在一定范围内转动的金属薄片。不过无论从材质还是从设计上来说,当时的游丝都存在很多弊端。我们这里所说的游丝,特指如今钟表内常见的按等距螺线排列的水平截面游丝弹簧。螺旋式的排布,也是机械领域的大进步。
游丝形式的变化
游丝在钟表内的重要作用之一,就是依靠其周期变化的弹性势能来维持摆轮的往复摆动,从而“区隔”出准确的时间单位,维持钟表走时的精准性。然而,正如前面所说,游丝的发展经历了一个很长的过程。其中最为常见的就是平游丝。
手表正常工作时,游丝(这里泛指最为常见的普通平游丝)的一端(内端)固定在与摆轮紧密连接在一起的游丝内桩(外观无法看到)上,而另一端(外端)则固定在游丝外桩上。游丝外桩固定在摆轮夹板上,除非手动调节,基本处于固定状态,而内桩则与摆轮相连,可以随摆轮起运动。在弹性的作用下,游丝一方面牵制着摆轮的运动幅度,另一方面在摆轮摆动的惯性之下做着规律的伸缩运动。由于阿基米德螺线形式的游丝内外端的受力并非严格按照规整的圆形轨迹进行,因此在游丝每次伸缩的过程中,其实际重心的位置就会产生偏移——换句话说,阿基米德螺线的原始状态将会被改变。这是影响钟表精准走时的罪魁祸首,也是游丝亟待克服(其实无法完全克服)的弊病。
普通的平游丝就是上述状况的完整实践者,由于游丝内外桩居于同一平面,且不能随时产生纵向移动来调节游丝的重心,因此运行的误差也变得无法克服。17世纪早期,上绕游丝(或者叫末端曲线游丝,另因宝玑先生发明,也叫宝玑式游丝)的出现,正是为了解决这一问题。之所以称其为上绕游丝,主要是因为设计者将游丝的外端在平面的基础上弯曲上绕后安装在游丝外桩上。游丝在上绕的同时,还向内弯曲,与普通平游丝相比,使游丝外端更加接近摆轮轴心的位置。采用这种结构之后,摆轮轴心的受力点会变得比较均匀,运行时的摩擦阻力也减少了很多,这样便保证了钟表运行过程中,游丝的重心更加稳定,手表的走时也可控制在更加精准的范围。普通的平游丝就是上述状况的完整实践者,由于游丝内外桩居于同一平面,且不能随时产生纵向移动来调节游丝的重心,因此运行的误差也变得无法克服。
双层游丝(也可以叫做双平面游丝)的上下两层呈水平排布,各自阿基米德螺线的盘绕方向相反(即 个顺时针,一个逆时针)。游丝内桩同时通过一个固定装置与摆轮轴相连,而游丝外桩则呈相对的方向固定在摆轮夹板上。前面提到,普通平游丝在工作中遇到的最大的困扰就是游丝外桩不能够随着游丝的伸缩而发生纵向位移,进而调节不断变化的游丝重心。双层游丝中的一上一下排布的游丝外桩,正好相当于为游丝外桩的纵向移动提供了空间。不仅如此,由于两条游丝的盘布方向完全相反,且游丝内桩同时固定在摆轮轴上(相当于两根游丝通过内端链接在一起),因此,在其中一条游丝在摆轮摆动时重心发生偏移的同时,另一条游丝则以相同的幅度向另一侧发生偏移,这样便将可能发生的游丝重心的变化抵消掉,使游丝系统整体趋于平稳,运行精准度也得到很大提升。爱彼早在2007年便将双层游丝结构用于其“八大天王”第五号作品中,即解决了传统游丝的“末端曲线”问题,避免游丝不对称扩张造成的缺陷,又为其增加了自动补偿功能,将游丝失衡时造成的误差降到最低。双层游丝在实际应用中的材质是游丝发展的另一个突破口。游丝通常由钢组成,防磁性良好的表则采用镍合金或其他不受磁性影响的合金制成。优异表现,使得很多专家将其列为与当年宝玑大师的“陀飞轮”机构相抗衡的发明。如今,这种游丝排布结构还被一些以技术为强项的独立制表人和独立制表品牌所采用,其中包括H.Moser&Cie.和曾经获得日内瓦钟表大奖首肯的新锐独立制表品牌Laurent Ferrier。
早在1782年,英国制表师John Arnold便为自己发明的桶形游丝申请了专利。桶形游丝不仅可以增强游丝振荡时的稳定性和等时性,而且还方便调校。不过,由于其制作工艺极为复杂,且需要精度极高的制造工具,因此当时也仅用于制作对精度要求较高的航海计时仪器和高端的大型怀表。后来,随着钟表的逐渐小型化,这一性能优秀且制作工艺复杂的游丝结构逐渐地被业内所淡忘。桶形游丝的优异之处在于,它不但解决了传统平游丝在水平空间运动的局限,同时还将稳定性以及视觉性提升到一个新的台阶。如果说传统平游丝存在重心的“点运动”困扰,双层游丝将其上升为“线控制”的高度的话,桶形游丝就将着力点提升至“面稳定”的高度。这句话可能还不容易理解,我们不妨打个比方。通过前面的分析,传统平游丝存在的弊端显而易见,双层游丝通过重叠的两个游丝的相互作用在一定程度上将平游丝的弊端“抵消”掉,且效果显著。而桶形游丝由于将游丝结构完全提升至立体的高度,因此可以将其看成是若干个平游丝水平排布的结果。这样一来,若干个“水平游丝”作为一个系统的整体,对于调节游丝重心稳定性的作用及效果也便显而易见了。积家在其推出的第二代球形陀飞轮手表中,便采用了这一古老而优秀的桶形游丝结构。
游丝材质的革命
材质是游丝发展的另一个突破口。游丝通常由钢组成,防磁性良好的表则采用镍合金或其他不受磁性影响的合金制成。到了近代,随着制表技术及科技的发展,被用来制作游丝的材料也变得丰富起来,其中包括碳素合金钢、不锈钢、铜合金、镍合金以及硅材质等,都出现在游丝的原材料备选库中。不过,创新永远是钟表界的主题,制表品牌在游丝技术方面的探索也从未停止。比如现在被越来越多的品牌开始尝试的硅游丝。
硅材质游丝的专利权目前掌握在瑞士纳沙泰尔地区的瑞士电子和微技术中心股份有限公司手里,他们在2003年10月30日开始申请专利,2005年5月在中国申请专利保护。它由从单晶硅板切取的一种螺旋杆构成,制造者计算它的结构和尺寸,通过改变它的弹簧常数的温度系数,使游丝的热漂移降到最低。在当今的制表领域,涉足硅材质游丝的品牌也不在少数,其中百达翡丽、宝玑、雅典表、芝柏以及新锐独立制表品牌De Bethune等都表现突出。2006年,百达翡丽以Silinvar硅材料制成了Spirornax游丝摆轮,将机械手表运行时的等时性提升到一个全新的高度。
而一直锐意创新却低调内敛的劳力士则是先期投入了硅材质游丝的研发,并取名“CSEM研究”。不过,劳力土最终并没有推出硅材质游丝,取而代之的是从2000年开始,低调出现在劳力土迪通拿手表款中的一种由铌锆合金制成的Parachrom蓝游丝。
一般的游丝以合金制造,磁性较强,难以抵抗磁场和撞击的影响。劳力土利用顺磁性极强的合金,制造出蓝色Parachrom游丝,不但不受磁场的影响,还使其抗震能力提升十倍以上。之所以可以免受磁场的影响,主要是因为其内没有容易受磁的铁质,而是采用了铌锆合金(铌的比例在80%以上)的材质。而抗震性良好,则取决于它比传统游丝更为坚硬,同时对温度变化具有更强的自动补偿功能,所以整体运行的准确性会有所提升。值得一提的是,劳力土蓝游丝最初的材质并非蓝色,而是在游丝盘制而成之后再经特殊工艺使其表面氧化而成。
自从钟表从高耸的塔顶和房屋的一角发展为可携带式,由摆轮与游丝组成的振动系统的模式就正式确定下来并直沿用着。机械钟表都是以摆轮游丝组件作为振动系统来产生标准时间信号的。
直到今天,游丝发展领域也一直不缺乏新闻。从绝对抗磁且高度耐磨的硅材质到具有自主知识产权的劳力土、百达翡丽专属游丝,再到从平面到双层以至到立体的游丝形制的转换,小小的游丝所展现出来的已经是一个机芯内立体化的系统组成。
钟表技术无极限,机械乾坤逍遥“游”。