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游丝 钟表前进的内动力

手表维修382021年05月30日 10:07:17

[修表在线技术解析] 游丝是机械钟表得以运作的核心,在游丝被发明之前,机械钟依靠钟摆作为振荡器实现能量分割和走时,17世纪,惠更斯发明的游丝大幅缩小了钟表尺寸。如今,我们常说的游丝专指摆轮上的游丝(Balance Spring或者Hair Spring),尽管发条(Barrel Spring)也是游丝(Spring)的一种。游丝的出现,是怀表、腕表出现的基础,也是摆钟辉煌时代的终结。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第1张

游丝遵循着摆动周期的物理规律,在钟表中,游丝摆轮系统的频率和摆轮游丝的转动惯量有关,作为精密机械结构,游丝的材料、有效长度、厚度、宽度都对整个系统有着本质的影响。正因为此,当机械钟表不断发展的今天,游丝依然是衡量各家表厂科技实力的至高门槛,全球能够自主研发生产游丝的表厂,寥寥无几。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第2张

从早期的铁基合金游丝材料,到后来掺入镍的INVAR铁合金游丝,再到今天主流的Nivarox游丝,几百年来,游丝材料随着材料科学的发展,不断演变,钟表业也在不断探寻更加完美的游丝材料。怎样才算完美?由于一件钟表往往需要不间断运行数年甚至数十年,游丝的振荡次数达到一个非常惊人的次数(按照现在主流4HZ的振频,一年不间断运行则游丝需伸和缩共约2.52亿次),因此仅有极少数金属合金能用于制作游丝。此外,游丝还必须能够抵抗日常生活中一些外部环境对其的影响,早期的影响主要来自温差,之后防磁变得越来越重要,二十世纪初诺贝尔奖获得者Charles Edouard Guillaume发明的Invar合金解决了这个问题,同时具有一定的防磁性。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第3张

1931年,Straumann博士研发的镍铬钢合金Nivarox游丝问世,由七种元素组成,这种弱磁性金属合金具有很好的抗氧化抗变形特性,防断裂、自动补偿、无腐蚀,并具有不错的热变形系数,即具备良好的抗温差性能。正因为此,Nivarox在钟表业被广泛应用,并取代了INVAR合金游丝成为市场的主流。今天,整个制表工业中,Nivarox已成为无自产游丝表厂的首选,并成为斯沃琪集团手中的一张王牌,超过95%的瑞士钟表品牌及一些非瑞士品牌都在用Nivarox FAR公司的游丝。正如前文所说,游丝是一项具有技术壁垒的产品,具备自制游丝实力的表厂,一般并不外供,于是Nivarox便成为通用游丝领域的霸主。虽然除了Nivarox依然还有其他一些游丝生产商比如Altokapa、日本的精工西铁城等,但Nivarox之所以称霸游丝行业,还在于它极高的性价比。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第4张

当然Nivarox FAR公司除了生产不同规格的Nivarox游丝之外,还有别的游丝,比如理查德米尔使用的Elinvar镍铬恒弹性钢游丝,比Nivarox更优质的Anachron游丝,为其他公司定制的特殊游丝等。

近些年,硅游丝在高级制表中不断普及,并且斯沃琪集团已经开始尝试着向中低端市场进发,这是现代制表业对于游丝材料的全新探索。从金属合金到非金属材料,很可能是一次蜕变。暂且不论硅游丝由谁发明,就目前而言,从顶级品牌百达翡丽宝玑雅典等,到我们熟悉的欧米茄,以及亲民如美度,都推出了硅材质为基础的游丝。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第5张

百达翡丽尖端研究项目以硅为基础,奏响硅擒纵系统三部曲,包括Pulsomax擒纵叉、Silinvar擒纵轮和Spiromax游丝。劳力士2014年时发布了以硅材料为基础的游丝Syloxi,应用于2236自动机芯,值得注意的是这是一款女表机芯,劳力士成功研发了出色的硅游丝,但并未普及到主流表款,正是因为硅材料有它先天的缺陷,劳力士认为它依然不是最满意的游丝材料。雅典、欧米茄、宝玑、雅克德罗宝珀等等品牌使用硅游丝相对频繁的多,硅游丝相对金属游丝有一个巨大的优势,就是完全不受磁场影响,但最大的缺陷在于太脆。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第6张

前些年,有关硅游丝的讨论十分频繁,好处是比金属合金游丝性能要出色,弊端是损坏只能更换,不利于长期发展。如果这只表30年后还在,但此时对应的部件很可能已无法匹配,更无法维修,甚至难以匹配到合适的金属游丝。但从市场整体角度来看,大多数表都只存在于当下,真正能留存那么久的,毕竟还是少数,因此总体来说可能利大于弊。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第7张

美度今年推出了贝伦赛丽系列80小时动力储存的腕表,采用硅材质游丝,这应该是目前亲民价位中首例硅游丝腕表。这意味着硅游丝将不再高高在上,很可能之后会有所普及,如同当年斯沃琪集团将竞争力压在80小时长动力机芯上一样,再一次在中低端市场上拉大绝对优势。

提到自主游丝,我们最容易想到的是谁?我首先会想起劳力士的Parachrom顺磁性蓝铌游丝,官方资料介绍在抗震、防磁等方面均要比普通游丝强出一个等级,也是目前劳力士的主力游丝。劳力士走时精准,实际使用性能出色,并且能够保持腕表长久的寿命,Parachrom游丝起到了重要的作用。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第8张

精工和日本东北大学的材料科学实验室合作开发了Spron弹性材料,用于精工腕表的主发条和游丝。Spron有多种规格,其中用于主发条的主要是Spron 510、Spron 530(高振频机芯)等,而用于游丝的则是Spron 610等。Spron是一种镍钴合金,具有高强度、超强弹性、抗腐蚀、防磁和抗温差五大特性,被广泛应用于精工及一些日本手表之中。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第9张

除此以外,还有一些品牌在自主研发游丝材料,同时还有一些鲜为人知的游丝材料比如Richard Mille的AK 3游丝。

游丝 钟表前进的内动力 腕表工艺 第10张

游丝材料的不同,从本质上奠定了游丝的性能,但依然需要一些额外的处理,才能让游丝性能发挥更出色。大多数时候,我们看到的游丝都是扁平状的,带有一个末端上绕曲线,普遍来说,这个末端上饶曲线使用的是宝玑式末端上饶(或菲利普斯末端曲线)。这种曲线的出现,是因为游丝末端由于固定在游丝桩上,影响游丝伸缩的同心性,进而影响走时,因此将这部分末端通过曲线上饶的方式,“截取”出来,减少这种影响。

此外,游丝还有很多种结构,在这里先举几个例子,之后有时间再一一细解。(图/文 修表在线 吴一冰)

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