一篇文章让你了解游丝的全部(上)

发布时间:2024-05-15 10:06:59    浏览::

你看得清楚自己的指纹吗?如果可以,代表你眼力不错。如果不行,那大概也很难看清楚机心内部最细小却最关键的零件──游丝。


游丝的功能


要理解游丝扮演的角色,首先要知道机械机心的运作原理。当发条上紧、动力通过齿轮传送到擒纵轮,擒纵轮便会拨动擒纵叉,再由擒纵叉拨动摆轮轴心底下的冲击盘,进而使摆轮朝单一方向转动。然而若摆轮持续朝单一方向转动,动力就会像泼出去的水一样,擒纵叉以及擒纵轮也就无法创造出规律的节奏(等时性),让对应着齿轮的指针每60秒、60分钟、12小时绕着表盘走一圈。


游丝是一条能够让摆轮转到一定程度时反弹、转向的弹簧,一旦摆轮来回转动,擒纵叉也就跟着左右摇摆,对擒纵轮做出一擒一纵的规律动作。换句话说,有了游丝,机心才有办法运作。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图1)

安装在摆轮上细如指纹的游丝。


看不清游丝很正常,因为从上方图中就可以发现,它的厚度跟指纹其实是差不多的。换算成数字来表示,每一条游丝的厚度大约是10微米,也就是0.01毫米,0.001公分。如果你还是无法想像,那么只要拿它跟直径50微米的头发比较应该就清楚了。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图2)

在传统游丝制作过程中,将直径约0.6毫米粗的镍铁合金线安装到带有两个圆锥转轮的机器上,启动机器,让圆锥转轮将金属线由直径较小的内圈转到外圈。


所以,为什么这么细小的零件很重要?重要到人们都说“机心是腕表的心脏,游丝是机心的灵魂?”因为一组擒纵系统里只有一条游丝,当来自发条的动力从时轮、分轮、秒轮一路传到擒纵轮,拨动擒纵叉再转动摆轮的时候,若没有“游丝”这条“弹簧”拉扯摆轮,摆轮就会朝同一方向继续转动,擒纵叉就不会对擒纵轮做出一擒一纵的动作,机心就无法规律计算时间,表,就无法运作。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图3)

镍铁合金线每通过转轮中间的压缩管就会被拉得更细,最终直径约0.05毫米,再经由另一台机器压缩成扁平状。


游丝就是这么一枚神奇的零件,它的概念最早由英国发明家Robert Hooke(胡克定律就是以他的名字命名)在1660年代提出,不过表圈内公认的发明者则是荷兰物理、天文及数学家Christiaan Huygens惠更斯,他在1675年将游丝装在摆轮上,为计时工具开启了另一个时代;直到今日,腕表机心擒纵系统内的摆轮游丝结构依旧采用相同的形式,可见这项发明的重要性。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图4)

直径0.05毫米的金属线经过机器压缩成扁平状后,将四条金属线放入工具内同时卷曲成游丝的同心圆形状。


当然,从Huygens发明的游丝到现代的游丝之间还是经历了许多改革,最重要的改革莫过于材质。从前游丝所用的金属(主要成分为铁)会在温度变化下膨胀、收缩,一旦细小的游丝产生些微变化肯定影响摆轮摆动的幅度,造成误差;又因为铁极为容易受磁,若要游丝不受环境干扰根本不可能。1896年瑞士科学家夏尔·爱德华·纪尧姆(Charles Édouard Guillaume)研发出由54%的铁及36%的镍所组成的Invar合金,能有效控制热涨冷缩的现象。而后纪尧姆又进一步在镍铁合金中加入铬,形成全新的Elinvar合金(由52%的铁、36%的镍以及12%的铬组成),膨胀系数一样很低,且不易改变弹性。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图5)

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将四条卷曲后的游丝分离安装在轴心,并将游丝末端微微弯曲以固定在游丝桩上。由于游丝极为细小,过程中所有动作都必须非常仔细。


Elinvar合金让纪尧姆获得了1920年的诺贝尔物理学奖,也让钟表产业有了全新的游丝材质;即便到了1933年瑞士机械工程师Reinhard Straumann发现若在镍铁铬合金中加入了钴、钛、铍等各种元素,可调配出表现更佳、且后来被斯沃琪集团收购成为市场占有率95%的Nivarox游丝,都还是脱离不了镍铁合金的本质。


只是,镍铁合金终究是金属,终究会受磁,要从本质上改变游丝的性能,似乎还有很长的一段路要走。


超越传统的硅游丝


确实,Nivarox镍铁合金游丝直到今日依然是钟表产业中最常见也最能被接受的游丝,可惜它并不防磁,一旦进入磁场强大的环境,就有可能影响到腕表走时的精准度。这并不是采用双层、圆柱、球体等各种型态的游丝就能解决的问题,唯有找到一种无畏磁场的材质才是办法。例如:硅。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图7)

Marine领航者荣耀腕表,黑色DLC不锈钢表壳,表径44毫米,时、分、小秒针,UN-118机心自动上链机心,硅质擒纵及游丝,动力储存60小时,COSC认证,蓝宝石水晶玻璃镜面,防水50米,织物表带,限量300只


雅典表是钟表产业中最早采用硅材质零件的品牌,强大的生产力也让他们将硅材质运用在游丝及擒纵,并搭载于旗下系列表款中。


硅是一种轻盈、耐磨、抗腐蚀且完全防磁、防温差的材质,用它来做游丝或许就能取代含铁的Nivarox。当然,要用硅晶体量产成细如发丝的游丝在当时可以说是非常困难,一来这样的技术尚未研发,二来研发的过程必须花费大量的资金(光是一台机器就要上百万瑞士法郎),就连劳力士、百达翡丽与斯沃琪集团这些钟表产业中的佼佼者都无法独自完成。于是在1990年代末,这三家钟表集团开始共同参与在瑞士电子和显微技术中心(Swiss Center for Electronics and Microtechnology,CSEM)执行的硅材质研发计划;这也是瑞士钟表产业自1960年代一起研发石英机心后的再次合作。有意思的是当初集结20个品牌研发石英机心的电子钟表中心(Centre Electronique Horloger)就是CSEM的前身。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图8)


百达翡丽在2005年推出搭载硅擒纵轮的Ref.5250,引起钟表产业对于硅材质的关注。2006年首款采用Silinvar®硅游丝的PP腕表Ref. 5350(如图)更使得高级品牌正式进入硅游丝时代。


就在劳力士、百达翡丽与Swatch集团还在想要如何做出硅游丝的同时,独立于集团之外的雅典表也默默做着相同的事,而且速度更快,抢在2001年就发表了一整套硅质的擒纵系统。制作硅擒纵的过程有许多复杂的细节,简单来说就是运用深反应离子蚀刻技术(deep reactive ion etching,DRIE)在硅晶圆上刻出用「微米」(千分之一毫米)来计算的不规则图形──擒纵叉、擒纵轮以及充满同心圆的游丝的形状,也就是说从前要一步步把金属线慢慢拉成细丝的动作都免了,而且更加精确。拜强大的科技所赐,制作成的硅零件不但一体成形、完全不需要润滑油就能顺畅运作,不受磁场、温差干扰的特性更大幅提升机心精准度。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图9)


2017年百达翡丽更进一步改良Silinvar®硅游丝,搭载于Aquanaut Ref. 5650G-001中(如图),于游丝的内侧及外侧做出凸起的曲线,确保游丝在收放的过程中近乎同心圆形状,使游丝在各个方位下都能维持精准。


不过真正把硅材质带进钟表产业的是百达翡丽。毕竟当雅典表率先推出硅材质擒纵系统后其实并没有引起太多反应,直到百达翡丽在2005年推出采用硅擒纵轮的Ref.5250、2006年进一步推出采用硅游丝的Ref.5350,制表业才开始关注这个前所未有的创新材质。紧接着共同参与研发的斯沃琪集团也为旗下的高端品牌宝玑搭载硅擒纵与硅游丝。当时的硅游丝就好比1990年代的手机,先进、前卫、稀有、昂贵,只有少数人能从少数品牌的少数表款中获得。有人说它是伟大的发明,有人说它是让机械表完美的救赎,但事实上硅游丝并非完美,甚至存在着极大的缺点。

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一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图10)

Classique Chronométrie 7727腕表,18K玫瑰金表壳,表径41毫米,机刻雕花表盘,574DRF手动上链机心,双层硅游丝,动力储存60小时。

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宝玑是少数大量采用硅游丝及擒纵的高端品牌,又除了扁平式的硅游丝,宝玑更发展出具有双层结构的特殊硅游丝(如图)。


没错,硅不是金属,不会像金属一样扭曲变形,也不会产生金属疲劳的现象,却正因为它不是金属,一旦受到强烈的冲击就会立即断裂。或许要让游丝遭受到如此强烈撞击的机会不多,万一发生时造成「非得送回去换一条全新游丝」的麻烦还是让许多人迟疑。至于更深一层的忧虑则在未来,当科技进步到已经把硅淘汰的程度时,断了硅游丝的机心是否就真的没救了?而这也是包含爱彼表在内等许多高端品牌拒绝使用硅游丝的一大原因。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图12)

欧米茄海马潜水300米同轴擒纵大师天文台腕表不锈钢表壳,陶瓷单向旋转表圈,手动排氦阀门,表径42毫米,时、分、秒、日期,8800同轴擒纵自动上链机心,硅游丝,防磁15,000高斯,动力储存55小时,COSC认证,蓝宝石水晶玻璃镜面及底盖,防水300米,橡胶表带。


然而,拒绝硅游丝的论点并没有阻止这项来自半导体产业的材质发展。最初先进、前卫、稀有、昂贵的硅游丝也随着越来越成熟的技术渐渐从高端品牌走入中价位品牌。好比斯沃琪集团旗下的欧米茄,自从在2008年开始采用硅游丝之后就一路延续至今(独立于集团之外的康斯登则是在2007年将硅擒纵带入平价表款的领域)。就这样,不排斥硅材质的品牌纷纷加入这场战局,等到2014年劳力士终于推出搭载硅游丝的Datejust Pearlmaster 34女表时,硅游丝在高级表身上已经没什么好令人惊讶了。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图13)

美度舵手腕表。不锈钢表壳,表径42毫米,时、分、秒、日期、星期,Caliber 80 Si 自动上链机心,硅游丝,动力储存80小时,COSC认证,蓝宝石水晶玻璃镜面,透明底盖,防水100米,不锈钢表带。


令人惊讶的是,过去总是被强调有多厉害(或许还借机提高表款价格)的硅游丝,到了2017年竟然出现在天梭以及美度这般亲民的表款身上,且搭配具有80小时动力储存的机心并通过COSC瑞士官方天文台认证,这是硅游丝首次出现在万元以下手表当中,可见硅游丝诞生了十几年总算可以让更多人买得起,进入一个普及的时代。从品牌的立场来看,能够充分运用成熟的技术大量生产、销售硅游丝也是好事。事实上这就是为什么硅游丝能够下放到平价表款的原因,毕竟撇除当初庞大的研发费用,硅这项材料其实不贵。


当然,无论硅游丝普及到什么程度,都不能解决它有可能断裂的问题。至于要不要继续使用或研发新的材质,就见仁见智了。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图14)

Tissot Ballade硅游丝COSC 男/女腕表(左/右)不锈钢表壳,表径41/32毫米,时、分、秒、日期,Powermatic 80自动上链机心,动力储存80小时,蓝宝石水晶玻璃镜面,透明底盖,防水50米,皮革表带/不锈钢链带。


超强新游丝贵不贵


虽然说斯沃琪集团今日在硅游丝上的成就完全不输其他无论是高端还是中低价位的品牌,旗下的Nivarox游丝厂依然提供了瑞士钟表产业95%的游丝,然而他们并没有因此停下脚步,甚至在2019年进一步推出另一种创新材质游丝──Nivachron™。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图15)

斯沃琪与爱彼联合开发的Nivachron™钛合金游丝,耐冲击、能够抵御温度变化,抗磁能力高达一般金属游丝20倍


Nivachron™是一种以钛金属为基底的合金材质,耐冲击、能够抵御温度变化,做成细如头发、容易受环境变化影响造成误差的游丝正好。更重要的是它具备了强大的顺磁性,抗磁能力高达一般金属游丝的20倍,可以说是拥有硅游丝最大的优点,又不至于像硅游丝一样很可能在强烈撞击下碎裂。而存在碎裂风险这件事正是硅游丝最大的弱点,也是许多高端品牌直到现在都还拒绝使用硅游丝的一大原因,从这个角度来看,就不难理解斯沃琪集团为何抱着硅游丝继续积极研发全新Nivachron™钛基合金游丝了。


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Swatch FlyMagic腕表,首款采用Nivachron™游丝的腕表,不锈钢表壳,表径45毫米,时、分、逆行小秒针,Sistem 51自动上链机心外加15枚零件,动力储存90小时,蓝宝石水晶玻璃镜面,透明底盖,橡胶表带,另附两条小牛皮表带,另有黑色(玫瑰金PVD表壳)及红色款,限量各500只。


有趣的是研发Nivachron™游丝的不单只有斯沃琪集团,还有向来不用硅游丝的爱彼。正确来说Nivachron™是两者合作开发的产物(关注表界动态的人或许还有印象,爱彼和斯沃琪集团曾经在2018年8月宣布这项消息),尽管目前爱彼尚未推出任何一款采用Nivachron™游丝的机心或表款,但若未来推出了,那游丝就会是与斯沃琪集团用的一模一样的钛基合金游丝。


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Swatch Sistem 51腕表,PVD不锈钢表壳,表径42毫米,时、分、秒、日期,Sistem 51自动上链机心,Nivachron™游丝,动力储存90小时,橡胶表带。


「可能与AP采用相同游丝」还不是最让人意外的地方,在斯沃琪集团正式推出Nivachron™游丝之前,根本没有人想到他们会把这项创新技术运用在旗下最亲民、几乎任何人都垂手可得的Swatch腕表当中!当然,首款搭载Nivachron™游丝的FlyMagic限量腕表并不像一般的Swatch腕表那么便宜,刻意将Sistem 51机心反转并在12点钟位置加装「逆时钟小秒针」的设计也有别于以往的Swatch表款。


一篇文章让你了解游丝的全部(上)(图18)

Swatch Sistem 51小秒针腕表,不锈钢表壳,表径42毫米,时、分、小秒针、日期,Sistem 51自动上链机心,Nivachron™游丝,动力储存90小时,皮革表带。

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其实从硅游丝平价化这件事就可以了解,像斯沃琪这样有能力大规模制作、甚至提供所有机心零件的钟表集团,以量取胜才是最合理的方式;一旦有量来支撑,Nivachron™生产(不包含研发)成本并不比传统的镍铁合金游丝高,如此一来选择下放到Swatch而非仅供少量的高端品牌的做法自然没有问题。事实上在限量的FlyMagic之后,Swatch也推出多款采用Nivachron™游丝的Sistem 51,让这一系列仅用了51枚零件且自动化组装的平价机械表更具吸引力。


的确,精密手工制表技艺值得人们用高价入手,然而用高科技创造出来的腕表未必需要高价。


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