机械表一些结构方面的知识

机械表一些结构方面的知识 【擒纵器完全解析精准计时的核心】 自从钟表发明以来，工匠们为了追求能更精密的计时而在擒纵器上下了相 当大的功夫从事改良，历经了几个世纪的演进，到了18 世纪中叶，出现了一种 分离式擒纵结构设计。当时，一位名叫Thomes Mudge 的制表师为了改良早期 擒纵结构中擒纵轮的轮齿与摆轮的零件之间过多摩擦的问题，而将摆轮与整个 擒纵结构脱离出来，这样的基本设计再经过改良就成了今天最广泛被使用的 「杠杆式擒纵」（leverescapement），也就是俗称的「马式擒纵」。在机械腕 表的机芯中，擒纵系统主要是负责制造正确的频率使腕表能够正确走时；同 时，擒纵结构的精密与否也牵涉到计时精准度，就好比电脑中负责分配管制所 有资源与资料的运算的中央处理器 CPU 般精密而重要。 在象征顶级制表工艺的「日内瓦十二法则」中就有七项法则是规范擒纵器 的制造，其重要性自然不言而喻。以下我们将就擒纵系统的组成构造及运作原 理作一概括性的分析。杠杆式擒纵结构主要是由擒纵轮、擒纵叉、摆轮和游丝 等部分组成。在整个机械运作的顺序上，发条释放的能量在经过中心轮、第 三、四轮的减速之后，传动到擒纵轮与擒纵叉产生推力驱动摆轮，再由摆轮上 游丝的反作用弹力造成摆轮规律的往返运动，并控制擒纵轮及其之前轮系的运 转以达到调速的目地。因此在整个运作的机制中，擒纵结构所扮演的正是最重 要「频率提供」的功能，对于计时精准度的影响当然也最大。 【谈腕表的上链与定位拨针机制文】 腕表表冠部分的功能一般来说分为两个部分，第一部分是将动能传递进入 机芯发条内的上链机制，另一部分则是连接到时针轮与分针轮的定位拨针机 制。这个机制的运作主要是依据杠杆原理，由龙芯带动押鸟、鼓车回返臂等一 连串连杆带动鼓车移动，使表冠得以在上链机制与定位拨针机制之间互相切 换，进而操控该项功能。当表冠切换为上链功能时，此机制即连结至我们在上 一期所讨论发条机制，此时转动表冠即可为发条上链；而切换至定位拨针功能 时，鼓车连动小铁车及日里车，此时转动表冠即可驱动时针轮与分针轮运转以 调校时间。对于多数的使用者来说，上链与定位拨针可以说是最常使用到的功 能，理解其运作原理之后将会有助于我们更正确地操作这些功能。我们除了详 1 1 / 6 6 细地介绍这个部分的几个重要零件之外，并分别针对上链及定位拨针功能两个 部分的运作过程作详细解说。 【源源不绝的动力供输深入剖析机械机芯的发条结构】 在钟表结构中，提供动力的发条机构其核心地位完全不亚于擒纵系统，由 于发条结构自古以来鲜少有过重大的改变，同时又牵涉到深奥的材料科学，因 此重要性经常被人所忽略。前二期的钟表教室中，我们已经将钟表机芯的擒纵 系统做过一般性的介绍，这一次，我们将针对钟表机芯的动力结构—发条，从 结构及运作两方面来进行探讨。早期的人们发现当韧性强化的金属受到适当外 力发生形变时，会同时产生一个反作用力来恢复原状的现象，于是将淬过火的 钢簧加以卷曲，利用其恢复原状的力量带动其它机件的运转，这就是在电力还 未发明之前，大多数小型机械所使用的动力来源，也就是我们所熟悉的发条。 除了利用电力作为动力来源的石英机芯，以及极少数的特殊设计之外，钟表的 机芯都是采用发条作为动力来源。最早期的钢质发条不仅容易生锈或因施力过 大而断裂，同时也容易因为长期使用产生金属弹性疲乏，而造成簧力不足导致 动力供输不均的问题，这也就是当初机械腕表最为人所诟病之处。尤其当在人 们愈来愈倚赖腕表提供时间的讯息时，若是每天都会使用的腕表无法提供正确 的时间资讯，甚至是故障连连时，所造成的不便也由此可知了。在那个时代， 所有机械表所发生的使用问题之中，可以说超过三成都来自发条。 在充分享受过石英表所带来的精准与便利之后，人们开始怀念起由发条带 动一件件细小零件的机械表。当机械表顶着技艺结晶的光环重现世人面前，尤 其是各大表厂开始在各种复杂功能上大做文章的同时，影响机械性能甚鉅的发 条动力稳定与持久成为重要的课题。过去为人所诟病的发条问题，随着材料科 学的进步一一解决，不仅在断裂或是生锈等发条使用寿命的问题上都获得改 善，而且动力供输的时间与品质也有所提升，因此表厂也能够将更多心力摆在 其它创新功能的研发上。以下我们将从发条机制的机械结构及运作原理两方面 来进行探讨。 【发条机制的运作原理】 当上链时，主发条盒停止不动，而受上链机制驱动的大卷车转动轴心，带 动固定在轴心的发条内端将发条沿逆时针方向向内卷紧；而当机芯在运转时， 2 2 / 6 6 大卷车停止不动，而固定在发条盒内壁的发条外端在释放动力中的发条带动之 下，将发条盒以及一番车沿顺时针方向转动，驱动以下的走时轮系。在上满链 的情况之下，机芯轮系的减速力量会阻止发条从连接在发条盒内壁的外端松 开，同时大卷车则从发条盒轴心阻止发条由内端松开。当大卷车沿逆时针方向 为发条上链时，止逆子藉由与大卷车啮合的动作阻止大卷车逆转（顺时针）， 使发条不至松开。当大卷车受表冠带动向逆时针方向转动上链时，带动止逆子 的齿脱离大卷车向顺时针移动，同时止逆弹簧会给予止逆子一个持续的回位反 向力；如图所示，当上链动作停止时，在止逆弹簧的反作用力作用下迫使止逆 子自动回位，使止逆子的大小 2 齿与大卷车完全啮合，以防止发条逆转松开以 维持发条满链的状态。 【发条机制的机械结构】 发条的结构主要分为∶发条（Mainspring）、主发条盒（一番车， Mainspring Barrel）、发条轴心（Arbor），以及具防止齿轮倒转的大卷车（止逆 棘轮，Ratchet）、止逆子（Click）与止逆弹簧（ClickSpring）。其中收纳发条的 主发条盒也是走时轮系的第一枚齿轮，所以又称为一番车（MainWheel），与大 卷车连接在同一轴心上，而收纳在主发条盒内的发条两端分别固定在轴心与发 条盒内壁，止逆子则在止逆弹簧推动下与大卷车互相啮合。当我们做进一步拆 解时，只要将轴心的固定螺丝旋开，即可将主发条盒与大卷车分开，再进一步 将主发条盒上的发条盒盖板撬开，就可以看到隐藏在里面的发条了。从整个机 芯排列来看，发条机构正介于上链机构与走时轮系的中间∶大卷车与上链系统 的小卷车互相连接以传递上链的力量，而一番车则是与走时轮系中的中间轮 （二番车，Center Wheel）相连接以传递发条释出的动力至整个机芯。换句话 说，发条机构的作用正是将所输入的力量储存在发条中，并且转化成机械能传 输至齿轮系及擒纵系统。【腕表勃动的心脏摆轮游丝大解析】 承接上一期的擒纵器讨论，这次我们要进一步探讨摆轮与游丝的结构，首 先我们从腕表机芯机械运作的历程来看摆轮与游丝在这其中所扮演的角色∶发 条释放能量的动力传输至擒纵系统驱动游丝摆轮进行简谐运动，产生一反作用 力达到减速的目的。在整个运作的程序上擒纵系统担任控制速度（煞车）使指 针与轮系等时前进的工作，其中摆轮与游丝的简谐运动频率正式提供擒纵系统 3 3 / 6 6 运作的基准，其重要性不言而喻，同时也由于构造精密度极高，堪称腕表机芯 中最重要的机构。 【Balance-spring 游丝】（又称摆轮游丝） 游丝是一种相当细的螺旋形弹簧，大约比人发细3～4 倍，总重量约