机械表中的“油箱”:手表驱动系统发条运行的原理与结构

钟表最时尚 2024-05-22 21:42:43

发条是机心的重要零件,是机心的动力来源,从十五世纪就开始运用于计时工具之上,至今仍然没有太大的改变。其原理是由发条释放出来的弹力来驱动轮系运转,因此发条的品质优劣,关系着计时工具的稳定与否,同时也影响产品的耐久性。

发条以一圈一圈围绕的方式安装在发条盒内,转动表冠时它就会向中心紧缩,随着机心运作又渐渐向外放松。

随着历史的演变,现在发条的材质、形状、与提供能量这些方面,都有了卓越的改善,与当年的发条品质是不可同日而语。

一般的发条长度约在20至40厘米左右,厚度约0.05mm到0.2mm之间,当然这是指一般机心的发条尺寸,但像多日链与大型怀表的发条长度就不限于此。早期的发条因材料问题,除了会导致手表动力不足之外,还有着容易断裂、容易生锈等问题。

发条是机械表的动力来源,装在发条盒里面虽然体积不大,但若把发条拉直,甚至可能比一个成人的身高更长。

最早期的发条需要每天上满两次链,才能提供足够的能量,另外频繁的上链动作也容易使发条金属疲劳,造成断裂的情况;但依靠人们的努力,这些问题也都慢慢的有所改善。在二十世纪,由于冶金学的进步,容易生锈的发条已改为合金制作,这对于计时工具的品质有非常大的推进作用。

▲ 发条盒结构

发条盒所含的零件其实相当少,主要分为发条盒、发条盒盖、发条盒轴心、发条等。

▲ 发条上链的状态发条在上链之前(左)与上满链后的状态(右)。

发条品质的提升

在1933年,Straumann博士在Waldenbourg实验室研发出不易变形、不易氧化、不易热胀冷缩的特殊合金- Nivarox,这是日后制作游丝的最主要材质。同样的,具有这种特性的合金也适合做为发条,在1952年Nivaflex合金正式发表,它主要的金属成分为(45%钴+ 21%镍+ 18%铬+ 5%铁+ 4%钨 + 4%钼+ 1%钛),另外针对不同的需求还会增加铍或者其他金属,以增加金属特性。

目前大部分的发条,都是以这款合金来制作。总体来看Nivaflex与Nivarox的成分相当接近,不过材质的组成只要有些微的差异,就足以改变其金属特性。因此许多表款的产品介绍,都会将发条型号标明。

常见的有Nivaflex NM、Nivaflex NO、与Nivaflex NE,其品质是以Nivaflex NM为第一等级,通常用于高级手表以及天文台认证表款。除了材质有所改变之外,另一项改变就是发条的卷曲形状(下图),早期的发条都是采用自然卷曲型(A),朝发条盒轴心弯曲,由于制作简单,老式的怀表与发条钟都采用同样的设计。其缺点是发条的力量差距过大,稳定的有效能量偏短。因此后期的发条设计在尾端都向外弯曲(B),虽然只是小改变,但却可以使发条的弹力增加许多。而新一代的发条都采用S型设计(C),加长发条尾端的卷曲度与长度,所以发条的头跟尾端是朝不同方向卷曲,置入发条盒中,可有效增加扭力的释放,对于发条能量的提升是相当有帮助的。

▲ 发条形状

▲ 不断链设计

一般而言,手上链的发条上到满,就会感到无法转动,如果再上链的话,发条会有断裂之忧;而自动上链的发条具有退簧片,因此无法上满链,退簧片会在满链时自动的移位,防止发条断裂。

提高动力储存设计

除了发条材质与卷曲的形状有大幅改变之外,在80年代机械表复兴之后,许多的新机心都采用较长的动力储存,或是超过7天的多日链设计。一般来说,加大发条盒与延长发条的长度,这是最简单的方法。

例如精工的Cal.9S55机心,原本动力储存约在50小时左右,在2007年推出的Cal.9S67,在不更动机心尺寸与轮系排列为前提之下,将动力延长至72小时以上。其作法就是将发条长度由40公分延长到50公分,发条厚度由0.12mm减为0.1mm,避免扩大发条盒的尺寸,同时保有适当的盒内空间,一举将动力储存时间延长至三天。

除了加长发条的长度之外,另外增加发条盒数量也是提高储能的方法之一。现在双发条盒的设计相当常见,由于双发条盒的动能传输与扭力传递都较为温和,同时增加动力储存时间,因此可见度提升不少。此外随着多日链的流行,三发条盒、四发条盒的设计也都开始出现。

宇舶的MP-05串联了11个发条盒,拥有非常庞大动力储存空间,让整只腕表运作的时间长达50天。

朗格Lange 31腕表,其拥有硕大的发条盒,上满链一次可走31天的超长动力储存,因发条太长其上链时需外部钥匙插进表底的发条孔内上链。

其实,理论上要做到手表机心的动力储存50天一点都不难,多加几个发条盒甚至可以达到100天都可以。难的是狭小的表壳内部有没有这个空间可以放?硬是加进去整只腕表会变得多厚?最直接的做法是增加发条盒的体积,装更长的发条进去(有的发条拉直后可是比人还高!)或者把好几个发条盒串联成一个圆柱,让动力储存在各个发条盒中慢慢释放。也有人完全不想要增加表壳体积,选择用降低振频、减少耗能的方式让手表运作得更久。

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