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“真秒”腕表背后神秘的源动力

手表维修网212021年05月30日 11:38:54

[修表在线表文化]在之前的文章中,我们已经对于跳秒的概念做了多方面详尽的描述,本次,我们所要呈现的,是跳秒最为神秘,也是最为重要的部分——跳秒的内在源动力。我们试图通过尽可能细致的内容,来揭示机械机芯是如何通过结构间的相互配合实现跳秒的。

尽管跳秒的外在表现形式是如此的相同,均体现为一秒一跳,但是在实现方式上,不同的品牌和腕表却是天差地别。在这里,我们将不同的机制按照特定的规律进行归类,并在每个类别中为大家详细解读,便于大家快速理解跳秒这个复杂的结构。(注:类别名称和部分结构名称,为避免晦涩难懂,均作了简易化的命名)

相信很多表友都听说过“恒定动力”这个词,往往带有“恒定动力”结构的,就代表了高级复杂。“恒定动力”的实现也有多种方式,而最为常见的,就是“游丝牵掣”,也就是说把能量储存在一根额外的游丝中,等达到设定的量时,再释放,这就容易实现每次擒纵系统接收或者释放的能量是恒定的。恒定动力跳秒,其实就是在擒纵系统分配完能量之后,单独用一根游丝将这些能量储存起来,然后一起释放给轮系,这样就实现了跳秒。简单来说,所有跳秒腕表,如果跳秒机制中存在游丝,那么都可以认为是恒定动力原理。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第1张

Chezard应该是最早将跳秒机制在腕表机芯中实现的机芯厂,可惜的是该厂于上世纪60年代就已经关闭,但它最重要的两代跳秒机芯(115/116/117、7400/7402),却深深影响着这项功能在之后一段时间的发展。Chezard 115和Chezard 116为同机制跳秒机芯,曾被大量的品牌所使用,包括Doxa、Werba、Moser、Candino等。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第2张

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第3张

在Chezard 116的跳秒机制中,最为核心的就是图中标示的1/2/3/4这四个结构。这里面有几个特殊的结构,一个是擒纵轮行星轮1,这个行星轮是固定在底部的擒纵轮上的,另一个是桨形轮2,它有六片“桨”,每一片“桨”下方都有一根销钉。此外,恒定动力游丝4内侧末梢连接着中心轴,这根中心轴就是底部秒轮的轴,也就是说恒定动力游丝4的一端连接着秒轮,另一端使用和发条连接发条盒壁一样的方式连接着独立秒轮3。桨形轮2的底部中心轴齿啮合着独立秒轮3。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第4张

在机芯正常运转过程中,发条能量通过轮系直接输出给独立秒轮3下方的秒轮,该秒轮和擒纵轮直接相连,给擒纵摆轮游丝系统提供能量。当秒轮逆时针转动时,配合游丝摆轮系统的能量分割,驱使擒纵轮顺时针转动,因而擒纵轮上方的行星轮便会顺时针匀速转动,此时依靠销钉,行星轮的齿就会卡住一格桨形轮的桨片使其缓慢移动。而由于桨形轮并不能快速转动,因而独立秒轮3也就相对固定了,但秒轮却一直在转动,所以恒定动力游丝4便会不断积蓄能量。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第5张

当行星轮1走过一定角度之后,销钉就会脱离行星轮的控制,此时桨形轮、独立秒轮都得到瞬间的自由,恒定动力游丝4迅速释放能量,使得独立秒轮3快速转动,桨形轮同时迅速转动,当转过一格的空隙后,下一片“桨”的销钉就会再次被行星轮卡住,这样就实现了一格的瞬跳。之后独立秒轮3便会将这一格弧度的能量通过过轮传递给秒针轮5,实现指针跳动一格。所以这里的关键,只需要控制桨形轮转动一格是1秒,也就是说擒纵轮上的行星轮转过一格是1秒,那么通过擒纵轮的半径及齿数和行星轮的半径及齿数比例控制得当,即可。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第6张

地球物理天文台系列腕表,是积家今年的重点产品,之前就已经有,但今年增加了“真秒”和世界时功能,颇受关注。为此,积家特别研发了770跳秒机芯,这款机芯目前为止并没有详细的机制解说,唯一能看到的,就是它的专利摆轮和略带神秘的独立跳秒结构。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第7张

但是根据现有的机制图,它的两个核心结构1和2与Chezard 115的机制十分相似,但却不尽相同。770机芯结构2的位置更靠近表盘中心,它是独立于秒轮的跳秒结构。同时使用了一根杆簧代替了桨形轮,从而达到跳秒的目的。这套机制的秒轮很特别,它中心轴的上下两侧都有齿轮,连接着两套走时轮系,一组用以正常走时,一组用来跳秒,发条同时给两组轮系提供能量。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第8张

这是恒定动力跳秒机构目前最为有趣的一种,已经相当复杂,不过比起万国的恒定动力陀飞轮跳秒机制还是要逊色一些。这个恒定动力跳秒系统,灵感源自于F.P.Journe著名的Souverain陀飞轮,Souverain陀飞轮本身便是恒定动力系统,而独立制表师Andreas Strehler从中汲取了诸多元素,创造了一个类似于陀飞轮的恒定动力跳秒机制。那么,这个机制是如何实现跳秒的呢?

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第9张

这个结构外观上看还是很容易和陀飞轮混淆的,因为Andreas Strehler为了好看,很“无耻”的取消了秒针,还把里头指示秒的结构做成了星轮,再加上宝石销,很容易以为这个是擒纵轮,再加上里头还有一圈带末端曲线的游丝。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第10张

这是它整体的跳秒结构,从刚开始的表款布局可以看到,这个结构就是摆轮游丝系统的“隔壁老王”,中间直接就是擒纵轮。先介绍下名称:1指的是游丝,下端和秒轮4直接相连,上端和指示器2相连,指示器2中蓝色部分为框架,和游丝桩通过两个螺丝固定;3是固定的宝石销杆,一端连着一颗红宝石,一端固定在秒轮4的轴上。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第11张

首先,当秒轮4接收到发条传递过来的能量并顺时针转动时,与之同步的游丝1开始积蓄能量,宝石销杆3此时跟随着秒轮4一同转动,由于宝石销杆3的末端红宝石销尚未脱离行星轮,因此指示器2并未能转动。

其次,随着秒轮4的转动,宝石销杆3也在转动,游丝1在不断积蓄能量,直到3末端的红宝石销脱离行星轮时,此时指示器2获得了自由,由于游丝1的下端相对固定,游丝的能量只能通过上端连接的自由指示器2来释放,此时指示器2瞬时转动。行星轮沿着秒盘框架上的齿轮快速转动,行星轮的下一个齿转动一格,刚好又被红宝石销卡住。

这样就完成了一个周期,之后周而复始。由于其间游丝积蓄的能量较大,因而当指示器2跳动以及行星轮转动时,很难看清它的细微动作。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第12张

在这个系统中,发条传递给秒轮的能量,一部分传递给了擒纵轮以补偿摆轮摆动过程中能量的损失,一部分被储存在了跳秒游丝中,以备指示器“跳动”使用,因而实际上两者共用的是一组能量。由于能量消耗巨大,因此机芯配备了两个发条盒。这种结构劣势其实比较明显,因为能量共用,容易导致控制精准走时的擒纵系统能量不均,跳秒结构容易影响到摆轮游丝系统的精度,而且过程中损失的能量也较多。

和之前介绍的这种模式不同,擒纵制动跳秒结构,是通过机芯内部擒纵制动的方法实现跳秒,这里也有一些不同的机制,其中最著名的当属独立擒纵跳秒机制。独立擒纵跳秒指的是跳秒的机制独立于原先的走时系统,非常重要的衡量标志,就是能量传输是相互独立,意味着跳秒机制不会影响到正常的走时精度,不会分薄走时发条的能量。这里最典型的代表就是Grönefeld的One Herz腕表。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第13张

Grönefeld最早推出One Herz腕表应该是在2010年,当时名叫One Herz 1912,自此开启了Grönefeld品牌的跳秒时代,并且设立了首个专门以跳秒为特色的大系列——One Herz。而在诸多跳秒腕表中,之所以这样一个极为小众的品牌,能够凭借One Herz名声大噪,不是因为它设立了单独的系列,而是它的结构堪称跳秒机制中的典范。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第14张

从结构图中,我们很容易就可以发现,其中它是由两条能量传输链的,其中以制动叉4为分界点。即便少了6-5-4这条能量链,正常走时依然可以依靠7-2-1继续下去,也就是说,在这款机芯中,跳秒是额外附加的功能,甚至可以单独摘掉。这就是它如此被看好的最大特点,当然,这个结构并不是品牌首创,其实它衍生自17世纪的Anchor擒纵系统(即钟里面的锚式擒纵),而独立的能量链设想在怀表时期也已经有先例。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第15张

那么这个结构,又是如何实现跳秒的呢?其实原理很简单,最核心的组件就是2和3,当1分割完能量后,秒轮2开始按照擒纵轮1的频率转动,而秒轮轴轮3和秒轮2是完全同步的,因而秒轮轴轮3也在规律性转动,而正是秒轮2和秒轮轴轮3齿数之间的比例控制,正好使得秒轮3转过一格是1秒。机芯频率为21600vph,频率为3hz,秒轮2/秒轮轴轮3约为3/1。那么接下来就简单了,通过4叉瓦的跳秒擒纵叉4将此频率直接传递给独立秒轮5就行了。随后,跳秒轮5就会每秒钟跳动一格。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第16张

劳力士于1954年发布Ture-Beat以来,虽然并未获得多么瞩目的成绩,但是由于产量稀少,又是劳力士有记录的唯一一个跳秒款型,所以如今在拍卖会上也很有人气。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第17张

劳力士的Cal.1040机芯,同样为独立擒纵跳秒结构,但简陋了不少,它没有独立的能量供应链,只是简单的在原先的秒针轮上进行了改装,增加了一个用于控制秒针跳着走的擒纵器。如果所示,秒针轮1的上面增加了一个轮2,轮2通过杠簧3和凸销4来带动。凸销4固定在轮1上,并且凸销和轮2的镂空圆形空间有一定的活动空间。

具体是,当轮1逆时针转动时,由于擒纵叉5的牵制,轮2无法移动,所以杠簧3就会随着凸销4的移动而弯曲形成弹性势能。当凸销4从上端移动到圆形孔下端时,通过内部机制使擒纵叉5放开牵制,轮2得以往前推进,而精确的控制使得擒纵叉5快速的复位,再次牵制住轮2,实现轮2的瞬跳和瞬停。轮2直接连接秒针,就实现了跳秒。但这种情况缺点颇为明显,以至于损坏之后几乎就算报废,难以修复,所以劳力士后期便停止了这款机芯的生产。

在如今最为常见的跳秒机制中,除了上面提到过的恒定动力跳秒机制之外,便是棘爪式跳秒,这也是著名的顶级小众品牌Arnold & Son亚诺表常用的结构之一。在文章开头,我们讲过Chezard有两代最重要的跳秒机芯,一个是Chezard 115/116,一个是Chezard 7400/7402,其中后者就是棘爪式跳秒结构,而且也是目前跳秒机制中用的最多的结构,沛纳海唯一跳秒腕表PAM 080采用的就是以Chezard 7400(7402为其带日历版)为原型的跳秒机芯。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第18张

继Chezard 115系列跳秒机芯之后,Chezard机芯厂之后再次研发了一款与115系列完全不同的跳秒机制——7400系列。更为重要的是,7400机芯相比115机芯结构要简单的多,而且效果同样出色,因此在推出之后,便被很多品牌采用,之后的风头更是盖过了115系列机芯。这套机芯故障率低,成本也低,实际上只是在115机芯的基板上把关键的跳秒结构换了,底部的主传动轮系并未发生明显变化。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第19张

2001年,沛纳海曾发布过一款18K白金腕表,编号PAM 080,表壳尺寸42毫米,内部搭载Chezard 7400手动上链机芯,限量160只,这好像也是沛纳海唯一一款跳秒腕表。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第20张

Chezard 7400机芯的跳秒机制,相比较Chezard 115要简单一些,它实际上就一个核心结构,那就是中间的棘爪。这个棘爪有一根一体式的杆簧,杆簧末端通过螺钉固定在机芯夹板上。上图机芯中,机芯表面有两个大小一致的齿轮,中间就夹着这个带有一个小齿轮的棘爪,棘爪直接锁住右边的秒轮,左边的秒轮则在匀速的转动,由于两个齿轮中间的小齿轮和棘爪相连,是可移动的,这就会迫使小齿轮上移,棘爪也会上移,直到移动一个角度之后,棘爪最终脱离右边秒轮,致使秒轮迅速转动,也就是在棘爪脱离之时,由于棘爪杆簧的作用,将棘爪推回原位,再次锁住右边秒轮。

这个过程其实并不复杂,但也有它的难点,那就是如何精确控制棘爪放开的时间间隔是1秒,这就涉及到复杂的角度、力度计算。这项结构优势在于成本低,易维修,效果好,但缺点也很明显,棘爪和齿轮的摩擦非常频繁,造成能量损耗较多,而且棘爪和齿轮都容易磨损,还会产生金属屑。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第21张

Arnold & Son 亚诺表是一个非常小众的制表品牌,但由于它创意非凡,在高级制表邻域也颇受欢迎。亚诺表对于跳秒似乎有着偏执的追求,除了高级复杂功能和艺术性表款之外,估计跳秒腕表是品牌下最为丰富的产品了,仅仅是不同的款式就接近十款,更别提还有两套跳秒珐琅套表。

DSTB是其中比较有意思的一个款型,2014年为了纪念品牌诞生250周年出过一款,今年换了材质又出了一只。按照它的字面意思,应该翻译为“偏心真秒”,它的魅力在于它将Chezard 7400的棘爪式跳秒结构放到了盘面(这一点和格拉苏蒂的盘面双鹅颈微调有异曲同工之趣),然后稍加改进,增加装饰,使它变得很是扑朔迷离。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第22张

熟悉了Chezard 7400/7402型机芯的运作规律之后,亚诺的这款DSTB腕表的机制也就非常好理解了。实质上最大的不同,也仅仅在于制动簧。在Chezard 7400机芯中,制动簧和滑轮是一体的,而这里是分开的;Chezard 7400的制动簧是直的,而DSTB的制动簧是弯曲的,张力方向也是相反的。

在运转过程中,秒轮1顺时针匀速转动,由于制动棘爪2的作用,跳轮4固定不动,使得滑轮5逆时针转动,并被迫向下移动,使得制动簧3反向弯曲,形成回弹的张力。当制动叉向6点钟方向移动一段距离后,宝石棘爪脱离跳轮4,跳轮4受到发条的大扭矩后瞬时转动,而制动簧3也在同时将制动棘爪2推回原位,再次卡住跳轮4。锚形杆7在整个过程中,只起到平衡和装饰作用,实质用处并不大。需要注意的是,制动杆6固定在制动棘爪2的下方,制动簧则压在制动杆6上,并且制动簧3本身并不是直的,而是向内侧弯曲的,所以当制动叉移动时,制动簧会有向内侧回推的弹力。

在所有的跳秒机制中,有一种应该是里面最为复杂的,那就是恒定动力陀飞轮跳秒机制,目前这样的结构并不多见,只有少数怀表和极少数腕表有。其中,2013年,万国表推出的工程师恒定动力陀飞轮腕表(这一结构万国表于2011年时在葡萄牙系列中已有推出),就是非常典型的恒定动力陀飞轮跳秒机制。实际上,虽然同样为恒定动力结构,但笔者还是将之单独于开篇所提的游丝牵掣型恒定动力结构,因为它更复杂,而且它并不是依靠额外的游丝来实现的。

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第23张

“真秒”腕表背后神秘的源动力 腕表工艺 第24张

然而,它和Grönefeld One Herz不同的是,万国表的这套系统并没有独立开来,而是聚合在了陀飞轮之中,所以最终连接陀飞轮框架的并不是传统结构中的擒纵轮,而是制动齿轮。所以尽管擒纵轮是连续转动而非跳动的,但陀飞轮框架却是跳着转的,这就是万国表恒定动力陀飞轮跳秒机制的实现原理。

总结:跳秒机制至今已几近250年,从简单到复杂,结构万千,难以全部论述,这也正体现着机械科学的无限可能。是啊,机械科学的无限可能,它除了是跳秒机制的源动力,难道不也正是整个机械制表行业的源动力吗? (图/文 修表在线 吴一冰)

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