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轻松读懂新式擒纵
作者:star 来源:时尚时间 发布时间:2015-01-23 浏览量:
摘要:汽车的核心是发动机,依靠活塞和气缸的作用产生动力,而钟表的核心就在于擒纵,依靠擒纵轮对擒纵叉的锁接和释放将连续的动力等分……
钟表
  汽车的核心是发动机,依靠活塞和气缸的作用产生动力,而钟表的核心就在于擒纵,依靠擒纵轮对擒纵叉的锁接和释放将连续的动力等分,汽车中的V6、V8、W12对应的是气缸的个数以及排列方式,而钟表中的擒纵叉和擒纵轮,也有不同数量的组合及相应的排布方式。

体积最小,专利最多

  喜欢表的人,可以不知道什么是陀飞轮,但不能不知道什么是擒纵。擒纵就是机芯里面不停摇摆的那个小东西,它与摆轮相配合,可以将发条盒输出的动力分成很多个小等分,从而实现手表的稳定和持续走时。如果什么时候擒纵不动了,表也就停下来不走了。别看擒纵的体积不大,结构也不怎么复杂,但它却是机械表中最核心的部件,也是专利技术最密集的区域。劳力士研究了十年才推出了一款复杂功能表Sky-Deweller(年历表),共申请了4项专利,百达翡丽的5002和6002加起来也才几项专利,相比之下,围绕着一个不怎么起眼的擒纵系统,各大品牌和机芯厂、零配件厂却都是动辄几十件专利的部署。百达翡丽宣称共申请过80多项专利,我检索到的其中与擒纵相关的专利就有39项。其他各大知名表厂,如宝玑有62项,ETA有44项,劳力士有22项,专业做摆轮游丝的NIVAROX有52项。而且越是实力雄厚的公司,与擒纵相关的专利比例占得越高。
  我所说的与擒纵相关的专利,是包含了整个擒纵调速结构,因为大多数情况下擒纵和游丝摆轮是配套的,研究出一种新的擒纵结构,可能就意味着搭配一个与过去不同的摆轮。擒纵相关的专利共计1600余件,共分为三大技术类别,分别是擒纵叉和擒纵轮相关技术(566件专利),擒纵频率控制即摆轮相关技术(1153件专利),以及微调机构的相关技术(153件专利)。近年来,我们看到擒纵技术的发展出现了两大趋势,一是以硅质擒纵为代表的新材料的应用,二是以欧米茄同轴擒纵为代表的创新擒纵结构,对于“硅质”和“同轴”之前我们都已进行过长篇累牍地介绍,此次我们便将目光集中在除“同轴”之外的几种创新擒纵结构上。

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双擒纵轮,单擒纵叉

  如果不加其他限定条件,我们说到擒纵时,一般指的都是瑞士杠杆式擒纵。瑞士著名制表大师Ludwig Oechslin欧科华博士是这样描述它的:The Swiss lever escapement, used for almost all watches, has an escapement wheel whichco - operates with wo pallet - stones the movement of whose fork is limited by banking - pins . The forkco - operates with an impul se -pin carried by a rollersecured to the balance -staff. The system provides two pulses via the oscillation of the balance and is self-starting……大意是说,现在所有的手表几乎都在采用瑞士杠杆式擒纵,它由一个擒纵轮和一个带有两个宝石棘爪的擒纵叉组成,擒纵叉的运动范围受到限位销的控制,并由与摆轮相连的冲击圆盘驱动。擒纵叉在每个运行周期会产生两次摆动,它还具有自启动(只要给发条上弦便自动开始运行)的特性。
  应该说,瑞士杠杆式擒纵是目前所有量产机械表中最成熟、运行最稳定也是制作成本最低廉的一种擒纵结构。但是它也并不完美,还存在着诸如擒纵轮和擒纵叉接触时间过长、因摩擦造成动力损耗、过于依赖润滑油等缺陷。因此,在瑞士制表行业中,一直有很多厂商和制表师在尝试对瑞士杠杆式擒纵进行改进甚至是颠覆。
  先来看这项由瑞士独立制表大师Fran.ois-PaulJourne发明的高性能双轴擒纵系统(High-PerformanceBi-axialEscapement,又名EBHP)。它的欧洲专利号为EP2487546,申请于2011年2月11日,发明人就是大师本人。他在专利说明中写道:这件设计是对2007年ETA机芯厂申请的一项关于双擒纵轮、单擒纵叉、双条盒的机芯专利进行的改进;而ETA机芯厂申请的欧洲专利EP1983389又是对另一位制表大师George Daniels的设计进行的改进。在George Daniels于1993年出版的著作《La Montre:principles etm 6 thodes de fabrication》中就描述了这种双擒纵轮的擒纵结构,它的两个擒纵轮同轴,擒纵叉上带有3个棘爪……等一下,为什么这段描述听上去会有种似曾相识的感觉。是的,相信自己的直觉没错,George Daniels发明的这种双擒纵轮的擒纵结构就是同轴擒纵的雏形,它和ETA以及后来的Fran.ois-Paul Journe设计的擒纵的区别就在于,前者的双擒纵轮是同轴的,而后者的双擒纵轮是独立的;并且前者的结构是非对称的,而后者的结构是对称的。
  那么新的问题来了,Fran.ois-Paul Journe为什么要对双擒纵轮的擒纵结构进行如此这般的改进呢?用大师自己的话来总结,EBHP擒纵的关键是“简单”和“对称”,因为越复杂的结构,可靠性就越低,也越容易出故障。EBHP擒纵虽然增加了一个擒纵轮,但是采用了对称的设计,从擒纵系统的运行原理上,这种结构的擒纵叉和擒纵轮发生的接触和产生的摩擦都要远远小于瑞士杠杆式擒纵,有一种点到即止的感觉,所以它几乎不需要在擒纵轮上添加润滑油。此外,对称以及双棘爪的擒纵结构也更有利于加工制造,不像George Daniels最初的发明,轴眼、棘爪和推动销需要非常精确的定位,否则就会影响精度,并且还要安装三颗红宝石棘爪。
  在双擒纵轮的设计中,还有一种对于传统颠覆更彻底的,也就是雅典的双啮合擒纵齿轮设计,即雅典双向擒纵。雅典公司在1999年3月31日,由制表大师Ludwig Oechslin申请了欧洲专利EP1041459。提出一个非常颠覆性的擒纵结构,这项设计中提出了两个相互啮合旋转的擒纵轮,轮齿设计出特殊的手指状的曲面,拨动非常短小的擒纵叉。之后雅典又于2005年申请了欧洲专利EP1367462A1,对擒纵轮曲面的形状做了进一步的修改。
  实际上,雅典这种双向擒纵以及前面提到的FPJ的双轴擒纵,都是从宝玑1789年发明的擒纵装置中获得的思路。传统的杠杆式擒纵虽然广泛使用,但其本身的确存在着一些难以克服的问题,像摩擦比较大,依赖润滑油等。这些都是结构性问题,不经过“伤筋动骨”的重新设计便难以克服。宝玑大师便重新设计了一种带有两个擒纵轮的擒纵装置。遗憾的是,由于结构尚不完善,零件加工精度也不够,这种带有两个擒纵轮的擒纵装置非常容易卡死,因此在宝玑时代并没有成功。雅典通过现代制表技术,重新优化了这种擒纵装置,两个擒纵轮啮合在一起,一个顺时针旋转,一个逆时针旋转。相比传统杠杆式擒纵,雅典双轴擒纵有更好的等时性。两个擒纵轮啮合在一起,又有一定的抗震能力。加上两个擒纵轮由硅制成,彻底摆脱了对润滑油的依赖。但这种双轴擒纵也有个问题,虽然这种擒纵的两个擒纵轮和制动叉(类似于擒纵叉的功能)都处于同一个平面,有利于降低机芯厚度,但两个擒纵轮占用的空间比较大,不是随便一个机芯就能使用。像雅典也只在UN-160和奇想巡洋舰的UN-205机芯上使用。Fran.ois-Paul Journe先生对他的高性能双轴擒纵也表示,占用空间大,但只要机芯条件允许,就会使用这种擒纵,因为它的性能的确要优于传统瑞士杠杆式擒纵。

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直线游丝,恒定动力

  擒纵轮和擒纵叉再创新,也是配合目前最常用的螺旋状游丝摆轮设计的。2013年巴塞尔表展上新加入PPR集团的芝柏推出的直线游丝擒纵系统非常引人瞩目。
  不看不知道,关于这件的惊世骇俗的设计,劳力士公司曾于1998年申请了PCT专利WO1999064936,而2013年巴塞尔表展上的这款作品则是基于2008年3月27日申请的欧洲专利EP2105806A1,它们的发明人都是Nicolas Déhon。
  10年前的专利能够被劳力士采纳是很厉害的,但申请了PCT的世界专利后,并没有进入任何国家。据我分析,一是因为当年的材料水平,直线游丝的材料用传统的金属材料很难达到,如今的硅材料和刻蚀加工水平不断提高;二是因为劳力士手表一贯的风格与这项新奇的设计之间也存在着鸿沟。
  芝柏的恒力擒纵是近年里第一个将恒力装置应用在擒纵上的手表,而一般带有恒力装置的手表都将恒力装置安装在发条或传动轮系中。芝柏这款手表的恒力装置仿佛一只蝴蝶,同样使用两个擒纵轮,其最突出的特点就是位于“蝴蝶翅膀”中间的储能弹簧。这条细线实际上是一根弹簧,当发条的动力传输到擒纵机构时,会首先拨动弹簧。储能弹簧的作用就是将发条传递到擒纵的动力分割成大小均等的一小份一小份,让传递给摆轮的动力大小一致,这根储能弹簧有个力度,达到了力度就能推动它,带动擒纵和手表正常运行,若是达不到就推不动它,手表也将停摆,如此一来让手表摆轮的摆幅持久稳定,走时也就稳定了。

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独家擒纵,独家结构

  说到比较热门的新式擒纵,爱彼在2008年的日内瓦表展上推出的“独家擒纵”,最近也被重新搬上了香港钟表与奇迹展的舞台。爱彼的独家擒纵是在18世纪法国钟表匠罗宾改进的天文台擒纵的基础上又做出的改进,于2007年3月1日申请了欧洲专利EP1965277,发明人为表坛鬼才Giulio Papi。因为目前只有爱彼一家在进行这方面的尝试,所以称为“独家”。相较于传统的瑞士杠杆式擒纵,爱彼独家擒纵具有几方面的优势,首先它属于分离式单击擒纵系统,可以直接传动至摆轮,提高动力传输的效率;其次,它采用43200次/小时的高摆频,理论上能够达到更高的走时精准度;第三,它的性能更加稳定且持久,并且拥有绝佳的抗震性;最后就是能够减少摩擦,降低对润滑油的依赖。因为爱彼独家擒纵目前只被应用在了千禧系列三问表等少数几款作品中,所以上述各种美好的愿景能否通过新擒纵结构实现,还需要经过时间的检验。
  看过了各种奇技淫巧、奇形怪状的擒纵结构,最后来介绍一项由德国人发明的“接地气”的技术。它来自于格拉苏蒂于2005年9月2日申请的一项欧洲专利EP1637939,发明人Hans Georg Hintze,格拉苏蒂标志性的双鹅颈微调技术也出于他的设计。这项以实现擒纵自动上油为目的的发明,相比于之前介绍的那些创新擒纵结构显得务实了很多。因为到目前为止,还没有一种擒纵结构(概念产品除外)在实际应用中可以不用润滑。但是要在每天几十万次的碰撞中,让润滑油持续、均匀、稳定地发挥作用,保持机芯运转顺畅,也是一项非常有挑战的任务。
  传统的润滑油是加在擒纵叉的轮齿上,但因为旋转和碰撞,液态的润滑油会逐渐脱离需要润滑的碰撞位置,使润滑的效果减弱。而格拉苏蒂的设计,是在擒纵叉的红宝石棘爪中开出毛细孔,里面储存润滑油,使擒纵叉一边运行,一边从红宝石棘爪往处供油。这样就可以确保在擒纵叉和擒纵轮碰撞的位置时时刻刻都有润滑油保护。用最务实的技术,解决最关键的问题,德国人的想法确实更直接。