擒纵装置介绍

自从机械表发明以来,稳定的把动力提供给摆轮,产生均等且精确的时间,一直是制表师所追求的最高目标,其中擒纵装置就是肩负起这项重责大任的要角。擒纵装置接受秒轮传递过来的动能,并且划分为规律的能量,同时藉由游丝的反作用力,再次推动擒纵轮、档桿或马仔,这两个力量交互的作用,擒纵装置方得以稳定的运转。由于擒纵装置运作的次数是机械表中,数量最频繁的零件,因此耐用性是重要的考量之一,另外就是要降低零件之间的摩擦力。歷经五百年来制表师们的努力,现今的擒纵装置已经有了高度的耐用性与精确度,如果保养得宜,用上五十年也是轻而易举的事。以下我们将简述擒纵装置的类型与特点,并且解说现在常用的瑞士槓桿擒纵装置,仔细分析其运作原理。


擒纵装置的种类
一般来说擒纵装置分为叁大类,衍生出的类型可高达数十种,我们针对这叁大类型,简单的说明其运作原理与种类。


一、返回擒纵结构(Recoil escapements):
擒纵轮在摆轮完成摆弧时,会被迫回转移动一小段距离,然后再往前移动。 种类:冠状轮擒纵装置、锚形擒纵装置(用于鐘的擒纵装置)。

 

▲ 冠状轮擒纵装置(Spindle escapement)
从上图我们可以看到,右侧成垂直状态的擒纵轮(H)以逆时针方向移动,当齿尖拨动上方的摆轮轴心拨片(O),摆轮(R)开始朝逆时针摆动;下方的摆轮轴心拨片(U)也以逆时针方向移动,但随即被擒纵轮齿尖拨动,又驱动摆轮朝顺时针方向移动,两者一来一往,形成稳定的震盪频率,这是最早用于怀表的擒纵装置。由于摆轮与游丝(S)的回弹力量尚未完成时,擒纵轮齿尖就开始拨动另一个拨片,因此擒纵轮会受到摆轮与游丝的力量介入,产生短暂的回转现象。


二、静止擒纵结构(Frictional rest escapements):
具备静止功能。擒纵轮于摆轮完成摆弧时,始终会保持一轮齿尖端静止在摆轮轴心或卡子上,由于齿尖始终与摆轮轴心接触摩擦,耐用性不佳。种类:工字轮擒纵装置、两合擒纵装置、中国双擒纵装置。

 

 

 

▲ 工字轮擒纵装置(Cylinder escapement)
由于静止擒纵结构所需的空间较小,因此开始取代冠状轮擒纵装置。从图片我们可以看到,工字轮的齿尖向上突起,且呈工字形;而摆轮轴心的套筒(C),可容纳擒纵轮齿尖进入。当擒纵轮(A)顺时针转动时,齿尖进入套筒的力量会迫使套筒朝逆时针方向移动,之后摆轮(B)受到游丝回弹的力量,以顺时针迴转,这时齿尖就会脱离套筒。同时下个齿尖就会接触套筒外围,继续驱动套筒移动,如此一内一外的交互驱动,每个齿尖都会接触套筒内外各一次,使摆轮不断的转动运行。


叁、自由擒纵结构(Detached escapements):
摆轮与擒纵装置在动力传输之后完全分开,摆轮能自由摆动且不与擒纵装置接触;而摆轮与擒纵轮系间的接触与摩擦时间越短,摆轮受它的影响也越少,精准度也随之提高。种类:槓桿擒纵装置、天文台擒纵装置、宝璣自由擒纵装置。

 

 

 

 

 

 

▲ 1.宝璣自由擒纵装置(Echappement natural)
当年宝璣大师发明且改良了多种擒纵装置,其中以这个宝璣自由擒纵装置最为特殊,且影响后人最多。它採用两个同轴擒纵轮,上方为擒纵轮,下方为传动齿轮(秒轮只连接其中一个传动轮)。在摆轮的中央处,有一个拨动挡桿,当挡桿被衝击盘上的月型宝石拨动时,挡桿中央的叁角形宝石也同时移动,解开锁定的擒纵轮,此时两个同轴擒纵轮会嚙合转动,此时其中一个擒纵轮会拨动衝击盘外侧的宝石,继续传递能量,等到摆轮回弹时,月型宝石再次拨动挡桿,再次使两个同轴擒纵轮嚙合转动,接着擒纵轮会衝击盘外侧的另一个宝石,完成下一个循环。虽然这是两百年前的设计,但是在这几年,有新的擒纵装置运用此一原理。

 

 

 

 

 

 

▲ 2.天文台擒纵装置(Chronometer escapement)
与瑞士槓桿擒纵装置同属于自由擒纵结构,由天文台擒纵装置的字面来看,大概就猜得到它是属于十分精确的装置,时常用于参加天文台竞赛的表款。它的结构由擒纵轮、衝击盘与挡桿所组成。当擒纵轮齿尖传递能量(此时,宝石3已经短暂的解开擒纵轮)至衝击盘外侧的宝石1,摆轮就会顺时针的摆动,同时擒纵轮会被挡桿上的宝石3阻挡。等到摆轮回转(逆时针)时,衝击盘内侧的宝石2会来、回拨动挡桿上的弹簧各一次,当第二次回拨弹簧时,挡桿上的宝石3会移动,解开锁定擒纵轮,同时间擒纵轮齿尖又开始衝击外侧的宝石,摆轮又开始循环摆动,这样就完成了一个循环。与瑞士槓桿擒纵装置不同之处,是天文台擒纵只有一次的衝击过程,所以摩擦少;但缺点是在晃动的环境裡,效果明显会受到影响。所以手表开始普及后,这款擒纵装置已渐渐消失了。

 

 

 

 

 

 

 ▼3.瑞士槓桿擒纵装置(Swiss lever escapement)
早在1759年汤玛斯.穆奇(Thomas Mudge)发明了槓桿擒纵装置,这款设计优良的擒纵结构,经过不断的改良后,已成为目前最主要的擒纵装置。其中后人最重要的改革,就属Georges Auguste Leschot在1825年所研发的瑞士槓桿擒纵装置,他利用改变擒纵轮齿与马仔(擒纵叉)两端接触面的形状,让发条的力量驱使马仔进入同样的位置,并且推动摆轮,同时也需要相同的力量来推动马仔。因此可确保每一次的运转过程,移动的位置与消耗的动能都完全一样,这就是瑞士槓桿擒纵装置百年来称霸于表坛的原因。目前市面上虽然推出的多种新款擒纵装置,但瑞士槓桿擒纵装置仍占有九成九以上的市场,短期间恐怕难以撼动其地位。