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游丝的历史演变与材质分析 摆轮与游丝(下)

时间:2021-04-25 07:00来源:高仿之家 作者:watch

标题:游丝的历史演变与材质分析 摆轮与游丝(下)  本文有1801个文字,大小约为8KB,预计阅读时间5分钟

在1664 年,英国的物理学家胡克(Robert Hooke)首先发明游丝,日后这个概念,由荷兰的科学家惠更斯(Christian Huygens)加以发扬光大。在1675 年惠更斯发明螺旋状的游丝,搭配圆形的摆轮,使后来计时工具的精准度大幅提升,同时让怀表逐渐微型化,大幅改善可携带性与便利性。因此游丝的发明,虽然是一个非常不起眼的设计,但却是影响计时工具甚钜的伟大成就,足以名列钟表发展史的前叁名。在往后的百余年间,计时工具都是采用惠更斯发明出来的单一平面游丝为主,外型并没有太大的改变,只是就材质与造型方面加以精进。

直到1776年,英国钟表师John Arnold 发明圆柱形游丝,使用于天文台钟,并于1782 年申请专利。这款犹如圆柱体的游丝,可确保运作稳定并保持等时性,因此大量运用于航海钟与天文台怀表。直到1800 年初期,许多高精确度的怀表仍采用圆柱形游丝,但游丝的高度比航海钟使用的游丝短上许多,这已经是圆柱形游丝最后出现在怀表的时代,因为同时间有了另外一项伟大的发明。

在1795 年,宝玑以圆柱形游丝为基础,经过不断的研发与测试,推出双层游丝的设计,其结构与一般的平游丝不同之处,在于最后一圈向上且朝中心内弯曲,从外观来看就如同两层游丝,因此宝玑双层游丝的名称就是由此而来的。由于此项装置的发明,渐渐取代较佔空间的圆柱形游丝,成为精确计时工具的不二选择。而在1861 年,数学家菲利浦斯(Eduard Phillips)以宝玑双层游丝为研究对象,针对末端曲线加以研究改良,其研究成果仍沿用至今。

 

游丝的历史演变与材质分析 摆轮与游丝(下)

▲宝玑双层篮钢游丝

在十九世纪与二十世纪初的这段期间,高阶复杂怀表皆采用宝玑双层蓝钢游丝与双合金温差补偿摆轮,搭配鹅颈式微调装置,可提供良好的走时稳定度。

 

主要的游丝类型

 

游丝的历史演变与材质分析 摆轮与游丝(下)

▲平游丝

游丝的历史演变与材质分析 摆轮与游丝(下)

▲圆柱形游丝

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▲宝玑双层游丝

 

游丝的历史演变与材质分析 摆轮与游丝(下)

▲球状游丝

 

游丝材质的进化

在1766 年,Pierre Le Roy 提出Isochronism 等时性的概念,这是衡量时间误差的重要关键,透过摆轮有规律的震动,方能达成精确的运转。而影响游丝达成等时状态的主要因素包括:游丝扩张与收缩的不平均、温度导致游丝的长度与弹性改变以及磁场对于游丝的干扰,而后两者则是十九世纪末至今,各大表厂所努力改革的方向。

首先在1896 年,瑞士科学家居尔劳密(Charles Edouard Guillaume)研发出Invar 不变合金(或称不膨胀钢),其主要材质是铁(Fe)与镍(Ni),透过含量达36% 的镍金属,使其膨胀系数极低,能够在很大的温度范围之间,保持一定长度,是非常适合制作游丝的材质,因此立刻取代当时品质不佳的铁系游丝。

在1919年,居尔劳密发现在铁镍合金中,加入少量的铬(Cr)与钨(Wu),可使合金的弹性系数接近于零,也就是不因为温度而改变其弹性,同时膨胀系数依然很低,这就是Elinvar 合金,更为优异的金属特性,日后成为制造游丝的主要材质。

在1933 年,Straumann 博士在他位于波兰的Waldenbourg 的实验室中,制造出名为Nivarox 的新合金, 它采用铁与高含量的钴(42-48%)、镍(15-25%)、铬(16-22%)以及少量的铍(Be)与钛(Ti),借由减少铁的含量与增加其他金属的特性,达成抗磁、防锈、膨胀系数低与弹性系数低等特质。

在1950 年起,Nivarox 游丝开始取代以往的以Invar、Elinvar 合金游丝,作为天文台机芯或是高级机芯的游丝材质。时至今日,一般中、高价表款都已采用此种材质的游丝,不过依然有等级之分,Nivarox 的型号共分为Nivarox 1 到Nivarox 5,而Nivarox 1 自然是最优等级,用于天文台等级的表款。

同时位于日本的SEIKO 精工,自1940 年起,即开始采用与Nivarox 合金相当接近的Co-elinvar 合金,作为游丝的主要材质;同样是增加钴(Co)的含量,以达成游丝所需的金属特性。其后精工特别与日本东北大学的金属材料研究所合作,研发特殊的SPRON 系列合金,作为发条与游丝的材质。

在2009 年,精工推出最新的SPRON 610 游丝,它是Co-elinvar 合金的进化版,其冲击性较以往提升两倍,而抗磁性则为以往的叁倍,有效提高现有的游丝品质。上述的游丝材质演变,基本上都不脱离以铁、镍与钴为主要成分的设计,在进入二十一世纪之后,情况则有所改变。

 

游丝的历史演变与材质分析 摆轮与游丝(下)

▲精工新、旧款游丝比较图

此图是精工GRAND SEIKO 系列的新、旧款比较,左方是新推出的SPRON 610 游丝,而右方为旧款的SPRON 游丝;两款游丝外围末端的弧度,有明显的差异。

 

游丝发展新趋势

在2005 年,ROLEX 劳力士推出了全新的GMTMaster II,黄K 金的贵金属表壳内,搭载新款的3186 自动机芯,其中最重大的改变,就是采用大家称为蓝游丝的Parachrom hairspring 铌锆合金游丝。

其实在2000 年推出的新款迪通拿中,就已经采用铌锆合金游丝,但是由于表面为银白色泽,所以除了厂方人员之外,并没有人知道劳力士使用新的合金游丝,直到2005 年之后,厂方才透露此一讯息。其主要的材质是85% 的铌(Nb)与15% 的锆(Zr),都具有不易被腐蚀的金属特性,而且表面都为银白色。这两种金属在2400 度的高温下被融合,并以每小时20公分的速度通过5000 伏特的镕炉,必须经过叁次镕炉制作手续,以确保其品质。

而制造出来的铌锆合金与空气里的氧气接触之后,会形成蓝色的氧化物,也就是游丝表面的色彩。此款合金游丝,其最大的优点为完全防磁设计,因为不含铁这项金属,所以完全没有被磁化的可能,而其他的金属特性则与Nivarox 游丝接近。Nivarox 游丝与早期的Elinvar 游丝相比,因为已经大量加入非铁金属,防磁功能已经有所提升,但是铌锆合金游丝则更胜一筹。

在2006年,PATEK PHILIPPE 百达翡丽推出名为Spiromax®硅游丝,这是业界首度推出非金属材质的游丝,也是瑞士表厂对于硅材质研究的重大成果;除了百达翡丽之外,另有Swatch 集团与劳力士都一同参与研究。硅材质具有完全防磁的特性,同时不会因为温差影响游丝长度与弹性,透过这项材质可将外在因素的影响减至最低。此外,Spiromax® 硅游丝的重量只有一般游丝的叁分之一,可减少离心力与地心引力的影响。

而Spiromax® 硅游丝为单一平面游丝设计,对于平游丝无法在扩张与收放时,达成同心收放的特性,厂方以革新的末端弧线设计,称为「百达翡丽末端弧线」;透过游丝外端较厚,进而迫使游丝朝同心摆动,达成精确运转的效果。另外,游丝的中央底座采用一体成型设计,避免透过焊接或烧接等方式,导致游丝末端变形或遇热膨胀,以保持游丝的本体完整。在百达翡丽推出硅游丝之后,欧米茄与雅典也纷纷推出硅游丝,而有关于新材质游丝的表现如何?未来是否会有更多表厂采用?我们可以拭目以待。

 

游丝的历史演变与材质分析 摆轮与游丝(下)

▲Parachrom hairspring铌锆合金游丝

其结构依然采用宝玑双层游丝设计,据说这也是劳力士不推出硅游丝的主因,因为硅游丝材质无法向上曲折。

 

游丝的历史演变与材质分析 摆轮与游丝(下)

▲Spiromax® 硅游丝

百达翡丽在2006 年推出的硅游丝,透过此图片,可看见一体成型的设计,这是由深活性离子蚀刻工序所制成。

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