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精準是手表的使命


瀏覽次數:1935 發布日期:2017-12-14 10:55:56

我們習慣了看手表的外觀,看品牌的文化,以及工藝打磨,不過從本質上說,手表一直以來都是科學的成果,早期的鐘表,一直是西方先進科學的象征,即便到了今天,鐘表依然代表了西方先進的科技水平。中國制造的手表,無法進入世界前列,不是打磨跟不上,不是設計水平不行,而是材料、精密制造的能力跟不上。當然,這是題外話,今天,我們主要還是給大家分享一下今年公布的幾個有意思的鐘表專利,這些目前還很少在現成的產品中看到,但不排除未來不會使用,并且從這些專利中,我們可以看到,鐘表內在的精密性、科學性,以及目前來說,有哪些進一步發展的可能性。

無輪輞擺輪——Navosort公司

      我們都知道,機械表的擺輪游絲系統,是機芯的心臟,它的準確、穩定擺動,是機械表走時精確的關鍵。幾百年來,眾多偉大的制表師,都在尋找理想的擺輪游絲系統,主要有三個方面的探索,一個是材料,一個是形狀,還有配合的結構。我們常見的擺輪游絲系統,是一根螺旋游絲,配一個擺輪,雖然這樣的系統用了好幾百年,但是它依然不是完美的,制表師們對此的探索,從未停止過。

三種擺的設想

      Navosort公司是一家專門從事機械機芯研發和生產的公司,廠區在拉紹德封,這個地方是有名的制表重鎮。他們最早在2015年提出一種無輪輞擺輪游絲系統的構想,然后在2016年12月14號申請專利,今年6月份公布專利,專利號EP15199927,大家可以在歐洲專利局或者咱們國家的專利局網站能找到。這個專利很有意思,它雖然也是一種擺輪游絲系統,但是它的擺輪是沒有輪輞的,由于機芯是精密部件,事實上現在的機械結構,都需要有精密測算才能達到理想的效果,擺輪游絲系統的振頻、等時性以及彼此配合,都是有科學計算理論的,這里不詳述,因為那個還是有點復雜的,感興趣的朋友可以自己去研究一下。

積家Gyrolab擺輪

      這項專利提出的是無輪輞的擺輪,我們知道,擺輪的擺動慣量對整個擺輪游絲系統有著非常直接的影響,而擺動慣量則是由擺輪的材料(材料剛度一般來說是固定的)、擺輪厚度、擺輪高度、擺輪直徑所影響,同時為了精確的平衡性考慮,擺輪常常會配有配重螺絲和平衡螺絲,或者砝碼,這個系統就變得極其精密,并且可調節。但是制表界一直都知道,環形擺輪也存在一些問題,比如重量較大,阻力偏大,能耗稍高。積家前兩年開始使用的新專利擺輪Gyrolab就是一種嘗試,從閉環變為開環。

其他四種擺的設想

      那么Navosort公司提出的無輪輞擺輪系統,在我看來,是對積家Gyrolab的一種更加大膽的探索,它的基本組成結構有幾種類型的構想,一種是一根游絲配一個裝有配重/螺絲的橫軸,想讓系統平衡擺動,擺輪這個替代品還是要有的,哪怕再簡化,否則游絲的振蕩非常容易受到外力的干擾,那么這個帶有配重的橫軸就是一個擺輪。另一種是有四個擺臂的擺輪,擺臂兩兩對稱,末端帶配重或者可調節的螺絲,用以調節整個系統的慣量。這個結構我們可以看到相比傳統擺輪,簡化了很多,并且也更加易于調節,從生產角度來說,這個系統也明顯要容易一些。理論上說,這個系統比傳統擺輪游絲系統要更高效,但是它的美觀度不足。但是作為一種嘗試,我們至少可以知道,傳統擺輪依然還不足夠完美,新的探索正在往簡化的方向而去,當然,簡化意味著更精密。

由重摻雜硅制成的游絲——勞力士

      勞力士品牌在全球有著非常高的知名度,也是世界上最成功的企業之一,長久以來,勞力士手表都以精準耐用著稱,而這背后,當然離不開勞力士不斷研發的全新技術。前兩年剛剛推出的兩款新機芯,勞力士3255和3235,包含14項新專利,實在了不起,也讓人佩服勞力士的精密制造能力,讓手表能夠模擬佩戴的環境下,精準度達到前所未有的正負兩秒每天。

3235機芯

      今年年初,國家專利局公布了勞力士的一項專利,這項專利優先權時間是2015年10月19日,也就是當時勞力士就已經有初步想法了,申請日是2016年10月19日,也就是想法基本成熟,已經有成果了。這項專利指出的是一種新的游絲。我們知道游絲對于手表的重要性,勞力士主要有兩種自己的游絲,一種是藍鈮順磁性Parachrom游絲,一種是硅晶體Syroxi游絲,后者主要用于一些女表。但是,勞力士當然不止這兩種游絲,只是很多并沒有量產投入市場,只是在研究和開發。

      新的游絲,是一種由重摻雜硅制成的游絲,重摻雜是一種材料加工的工藝,一般來說有P型重摻和N型重摻,我們就不具體來說了,這個專業性太強,我們只需要知道,它能制作這種材料就可以了。那么勞力士發明的這種游絲,主要目的,在于獲得擺輪游絲系統的熱補償,更特別的一點是,這種材料,根據重摻雜硅成分以及外部工藝的不同,需要匹配特定材料和性能的擺輪,才能得到理想的熱補償效應。

      這項專利指出,由重摻雜硅制成的游絲,其中包括部件部分,尤其包括至少線圈或部分線圈,其具有超過一定要求的離子密度的重摻雜硅。那么使用重摻雜硅的部分,具有可以抵消或基本抵消楊氏模量的熱系數,游絲的膨脹系數和擺輪的熱膨脹系數,這三者是溫度影響游絲擺輪系統固有頻率的主要變數,當然,這也是有具體公式的。過去為了達到熱補償效果,一般的兩種做法是,要么使用更先進的合金材料(缺點是制備復雜),要么在材料表面覆蓋一層氧化層(缺點是高溫處理對游絲不利)。勞力士的重摻雜硅游絲可以讓擺輪游絲的頻率,獨立或準獨立于溫度,也就是說可以基本不受溫度影響。

跳動顯示結構——歷峰集團

      跳動的顯示機構有很多種,但是核心部件,一般都差不多,絕大多數都是靠一個蝸形輪來控制,因為蝸形輪存在一個特點,就是它存在一個斷崖,那么當一個部件與它接觸時,便會因為這個斷崖,瞬間產生一段位移,從而實現跳動。這個結構在很多年前就已經別廣泛使用,而歷峰集團申請的專利,是一套更加嚴密的、利用蝸形輪進行精確控制的跳動顯示機制。

      這項專利申請日期是2017年1月13號,公示日期是2017年7月20,是一項很新的專利。這項專利以后會出現在哪個品牌的產品里,目前還不知道,有可能已經在測試。其實這套系統,和以往有的結構,稍有不同,在目前大量使用的跳動機制中,往往是由一根帶有齒的部件,與蝸形輪相接觸,隨著蝸形輪轉動,會帶動這個部件上的齒移動,從而在盤面上會有指示,最常見的是逆跳。

      而這項專利,齒輪20上有一個蝸形輪14,凸桿4上的凸緣12與蝸形輪接觸,另一凸緣8則用以推動齒輪2轉過一格,每次凸緣8因為凸桿4的下落,都會推動齒輪2走過一格,從而實現跳動顯示,而彈性元件4則用以給凸桿4提供推動力。從結構上來說,這項功能適合用于日歷顯示、跳時、跳分等功能,但顯然不是一個逆跳結構,所以注意與逆跳的區分。

總結:今天我們先只看這樣三個樣例,這些目前市面上看到的表中都還沒有應用,都是一些實驗性的探索。雖然我們買表,從來不會關注這些東西,但是從產業的角度來說,它們是值得思考的,鐘表雖然看似簡單,實則想要做到精密,并不容易。所以你會發現,好的手表之所以貴,這里面也有表廠背后研發和試驗的巨額投入,最終找到良好的解決方案,推向市場,它不是一開始就成功的。

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