新式擒纵装置介绍 擒纵装置概论(中)

在上一个世纪,几乎是由瑞士槓桿擒纵装置独占的鐘表市场,在最后几年已经开始有了波动。由于瑞士槓桿擒纵运作相当稳定,而且耐震性也十分不错,但是擒纵轮与马仔宝石接触的面积过大,并且擒纵叉同时担任解除锁定与传递能量的功能,长久下来失油与磨损的状况,会造成精确度的下降以及零件的损坏,因此各大表厂都积极改良与研发新式的擒纵装置。

有鉴于新式擒纵装置,研发所花费的资金与时间,绝对不下于研发一颗新机芯,因此各大表厂也都是小心翼翼的推出新产品,希望能将失败率降至最低。透过新材质的开发与高科技电脑的支援,许多新式擒纵装置已经与大眾见面,但是绝大部分都属于高价位,仅有同轴擒纵装置是在十万元左右的价位,所以其他新款结构的量产计画,在短期内比较难以见到,不过相信许多玩家都期待这一天的来临。

瑞士槓桿擒纵装置从无到有,也经歷百餘年的歷史,因此我们不必期待一项新装置,可以立刻取代瑞士槓桿擒纵,但是多元化的发展与新科技的运用,是我们所乐见的。以下我们将介绍五款已经发表的新式擒纵,让读者快速了解这几年的技术变化与产品间的不同。

 

OMEGA 同轴擒纵(Co-Axial )

在1999 年,OMEGA 推出了同轴擒纵装置(Co-AxialEscapement),这项由英国制表大师乔治.丹尼尔所研发的设计,正式运用在上市的产品中,也是目前唯一大量生产的新式擒纵装置。同轴擒纵装置以天文台擒纵装置的单一衝击模式为主要概念,让擒纵轮也肩负起传递能量的功能,但是同时擒纵叉也保留另一半的传递能量功能。

值得注意的是,擒纵叉与衝击盘上的月形宝石之间,仅剩下解除锁定的功能,与一次传递能量的步骤,而非传统的两次传递过程。另外搭配具有叁个红宝石的擒纵叉,每一个宝石与齿轮的接触点都非常小,不像传统瑞士槓桿擒纵那样,宝石与擒纵轮表面都有较大的长斜坡接触面积,失油的情况会比较明显;而擒纵轮採用双层齿轮的设计,与擒纵叉形成巧妙的驱动循环。此外由于结构稳定,并不会像以往的天文台擒纵装置,容易受到震动的影响,实用性大幅的提升。不过欧米茄的同轴擒纵装置採用大量生产,因此容易找出缺点,在发现一些设计上的小缺点,厂方已经将震频由每小时28,800 次改为25,200次,同时推出新一代的自制同轴机芯,将这项装置改良的更为完善。

 

▲OMEGA Cal. 2826机芯

首度于1999 年发表的同轴擒纵机芯编号为Cal.2500A, 之后有B 与C 的版本,C 的版本主要是将每小时振频改为25,200 次;而上图的Cal.2826 机芯,则是多了两地时间功能的版本。

 

▲OMEGA Cal. 8501

在2007 年推出新款的自制机芯Cal. 8500 系列,是新一代的同轴擒纵基础机芯,採用双发条盒与新款自动上鍊系统,加上双臂摆轮表桥与新式避震器,整体素质提高许多。

 

▲同轴擒纵装置结构图

(A)中间传动轮、(B)同轴擒纵轮轴、(C)上层擒纵小齿轮、(D)擒纵轮、(E)擒纵叉、(F)(G)(H)擒纵叉红宝石、(I)衝击盘、(J)衝击盘红宝石、(K)月形红宝石。

 

▲展开第一次衝击

月形宝石拨动擒纵叉向右移动,而擒纵叉红宝石(F)向下移动并解除了静止的擒纵轮,使擒纵轮开始逆时针旋转,同时开始接触撞击衝击盘的红宝石(J),使摆轮获得新的力量,继续顺时针转动。

 

▲第一次衝击后的锁定动作

擒纵轮完成衝击后,擒纵叉红宝石(H)锁定了擒纵轮,擒纵轮暂时静止移动。而擒纵叉红宝石(G)依靠在上层擒纵小齿轮,等待摆轮的逆时针回弹,就要展开第二次的衝击。

 

▲展开第二次衝击

摆轮逆时针回弹之后,衝击盘上的红宝石轻轻掠过擒纵齿尖,由月形宝石解除擒纵轮锁定,擒纵叉开始向左移动;此时上层擒纵小齿轮,开始拨动擒纵叉红宝石(G),同时使擒纵叉开始推动月形宝石,形成二次衝击的力量,因此摆轮继续朝向逆时针运转。

 

▲第二次衝击后的锁定动作

擒纵叉向左移动并停止下来,此时擒纵叉红宝石(F),向上移动并倚靠擒纵轮齿尖,达成锁定动作,此时擒纵轮再次停止转动,等待摆轮再次的回弹力量来驱动下一次的衝击。

 

AP 擒纵装置

爱彼表在2006 年,推出了「 八大天王系列 」的第五号腕表,其中最重要的功能,就是新开发的擒纵装置,厂方称之– AP 擒纵装置。这项源自于1791 年制表师罗伯特.罗宾所提出融合天文台擒纵装置(高效率)与槓桿擒纵装置(运作稳定)的新发明,在当时受限于零件的精密度,以及尚不完美的结构配置,因而退出鐘表舞台。在两百餘年后的爱彼表,设计出更完善的结构,配合高精密度的零件,成就此一新型擒纵装置。

AP 擒纵装置同样是以擒纵轮来传递能量给摆轮,在完整的摆轮运转中(也就是来回转动各一次),擒纵轮只需要衝击摆轮一次(OMEGA 的同轴擒纵装置需要擒纵叉提供另一次的力量),因此擒纵叉与衝击盘上的月形宝石仅担任锁定与解除锁定的功能。但是AP 擒纵装置的擒纵轮仅有单层设计,也仅有两个擒纵叉宝石,零件更为简洁,擒纵系统也无须点油润滑。

在爱彼原厂的实验中,发现瑞士槓桿擒纵装置本身销耗了65% 的能量,而AP 擒纵装置仅消耗48% 的能量,比传统的擒纵装置能量提高了50%。此外为了减低震动造成的问题,表厂制表师特别在擒纵叉加装防护栓,深入摆轮衝击盘内,能够阻止系统在意外撞击下脱落,提高抗震力。

 

▲AP擒纵装置(AP escapement)

爱彼研发的新擒纵装置,採用双游丝设计,读者可以看到图中有两个游丝头;採用双游丝的设计可提高摆轮的回弹力量,并解决游丝在不同方位所造成的收放不平均问题。

 

▲新式防护拴设计

由于擒纵叉的结构与瑞士槓桿擒纵装置不同,且无安全针设计,为了避免在遭受撞击时,仍能保有精准运作,因此在擒纵叉上装置了防护拴;防环护拴的前端会从衝击盘的缺口进入,在摆轮结束衝击后的回弹的过程中,一直停留在其中。

 

▲开始准备衝击

摆轮开始逆时针转动,而衝击盘上的月形宝石(A)拨动擒纵叉,使擒纵叉向下移动,而擒纵叉右侧的红宝石(C)即将离开锁定的擒纵轮齿尖。

 

▲开始衝击

顺时针转动的擒纵轮,开始衝击衝击盘上的红宝石(B),提供摆轮逆时针转动的新力量;此时防护拴也开始脱离衝击盘,将前端移至衝击盘外。

 

▲锁定擒纵轮

由于擒纵叉左侧的红宝石(D)接触并锁定了擒纵轮齿尖,导致擒纵轮停止运转,而向下移动的擒纵叉接触到定位桩,也停止了运作。

 

▲摆轮回弹运动

在摆轮顺时针回弹时,月形宝石(B)开始拨动擒纵叉,使擒纵叉向上移动,同时间防护拴也开始准备进入衝击盘。

 

▲准备下一次衝击运动

当擒纵叉向上移动时,擒纵叉左侧的红宝石(D)解除了锁定,使擒纵轮顺时针转动,并且接触擒纵叉右侧宝石(C),推动擒纵叉向上移动至定位桩。

 

积家椭圆等距变换擒纵装置

积家同样是在2006 年推出了超复杂的Reverso 叁面腕表,并同时推出新款的擒纵装置。积家採用的这项椭圆等距变换擒纵装置,源自于天文台擒纵装置(请参考55 期世界腕表的技术讲座),这种精密的结构,对于震动十分敏感,因此积家做了几项改变:首先是採用固定且尾端附有弹簧的摇臂式档桿。从前的天文台擒纵装置,有採用簧片挡桿与摇臂式挡桿两种,积家选改良后者来作为基础,另外在制动装置同样也採用固定的设计,具备了较好的抗震能力,也因而有了配置于腕表上的可能性。

与天文台擒纵装置一样,摆轮的运转同样是接受擒纵轮的一次衝击来传递能量,震频为每小时21,600 次,比早期的天文台擒纵要高上许多,因此精准度是无庸置疑的。另外为了让这项结构更为完善,积家特别以硅材质来制作挡桿、擒纵轮,这种质地轻、硬度高且抗具磁力的材质,配合精密的几何运算,具备无需上油润滑的优点。

 

▲椭圆等距变换擒纵装置平面图

从右图的平面图我们可看到,椭圆等距变换擒纵装置的结构,主要是依循着当年的天文台擒纵装置,但是在制动装置部份,採用固定的设计。

 
▲椭圆等距变换擒纵装置结构图

当摆轮逆时针回弹时,柱状释放销会拨动制动装置上的长形宝石,但是制动装置的半柱状宝石仅轻微转动,仍锁定擒纵轮。直到摆轮顺时针回弹时,柱状释放销再次拨动长形宝石,此时擒纵轮开始解除锁定逆时针转动,同时传递能量至衝击盘上的宝石,推动摆轮展开下一次的转动。

 

▲积家Reverso叁面腕表

积家在2006 年推出的超复杂腕表,採用独家的椭圆等距变换擒纵装置,并装置于陀飞轮之中,所以整个陀飞轮的尺寸,比一般的大上许多;从图片中可以看到,淡蓝色的硅制擒纵轮。

 

雅典双向擒纵装置Dual Ulysse Escapement

在2001 年,雅典推出的Freak 卡罗素腕表,首度採用全新的双向擒纵装置Dual Direct Escapement,这项新式擒纵装置,是由Ludwig Oechslin 博士所研发设计的,这项擒纵装置与当年的宝璣自由擒纵装置类似,都是採用两个擒纵轮负责能量的传递。在日后雅典推出修改版本的Dual UlysseEscapement,以不同材质以及改良设计,成为最新的量产版本。

这项擒纵装置中的两个擒纵轮以顺时鐘与逆时鐘方向转动,交互配合,直接将动力传送至摆轮;但是与宝璣自由擒纵装置的不同之处,在于双向擒纵装置仍是类似于槓桿擒纵装置,以擒纵叉负责能量的传递,以及解除锁定两项功能。也就是摆轮的转动还是必须经由擒纵叉传递能量至衝击盘上的月形宝石,与我们前面介绍的叁款新式擒纵不同。但是以往擒纵叉上的两枚红宝石所负责的接触过程,改由擒纵叉的四个角与两个擒纵轮的36 齿(18x2)摩擦传递,零件的磨损可减轻许多。同时採用亚磷镍或硅材质制作的的擒纵轮,质地坚硬而重量更轻,可减少传递时的能量消耗。

 

▲双向擒纵装置(Dual Ulysse Escapement)

雅典在Freak 卡罗素腕表(左图)与160 週年纪念表(右上图)的机芯裡,都採用了表厂的这项独门设计。

 

▲开始解除锁定与进行衝击

摆轮开始顺时针转动,衝击盘上的月形宝石拨动擒纵叉。

 

▲展开衝击

由于擒纵叉开始被拨动,两侧的擒纵轮解除锁定静止的状态,齿尖开始推动擒纵叉的左下角(C),这一股力量推动摆轮继续朝向顺针运转。

 

▲开始另一个锁定静止动作

摆轮朝向顺时针转动,擒纵叉整个向左移动,停靠在定位桩上,而左侧的擒纵轮齿尖扣住擒纵叉的左上角(D),两个擒纵轮又形成锁定静止状态。右侧擒纵轮的齿尖依靠在擒纵叉的右下角(B),为下一次的衝击展开预备。

 

▲展开下一次的衝击

当摆轮顺时针转到底后,开始逆时针回弹,而月形宝石再次拨动擒纵叉,擒纵叉会向右移动,左侧擒纵轮的齿尖将会离开擒纵叉的左上角(D),使两个擒纵轮开始转动,右侧的擒纵轮齿尖会拨动擒纵叉的右下角(B),进行下一次衝击。

 

芝柏 Constant Escapement

在2008 年,芝柏表推出名为Constant Escapement 的新式擒纵装置,这一个擒纵装置外表看起来异常复杂,似乎有别于擒纵装置应该简单、稳定的特质,但是仔细观看了解之后,其结构确是相当的简单易懂的。Constant Escapement 的概念有点类似于宝璣擒纵装置与Dual UlysseEscapement,但是Constant Escapement 的两个擒纵轮却没有相互嚙合,而是个别与四番轮(秒轮)连结,而中央的擒纵叉与擒纵游丝以及固定擒纵游丝的外框架是一体成形,是以一块硅晶体蚀刻成形的,如果没有现代先进的工业技术,这款新式结构是无法完成的。而以镍制造的摆动挡桿,与擒纵叉同轴相叠,在尾端两侧有两颗红宝石,负责与两个擒纵轮的齿尖锁定。每当四番轮传动能量给擒纵轮时,擒纵轮会将力量传达至擒纵叉,推动摆轮衝击盘上的月形宝石,进而达成摆轮来回转动。而每当擒纵叉被拨动时,两个擒纵轮同时转动,直到其中一个擒纵轮齿尖被摆动挡桿上的宝石锁定时,秒轮与擒纵轮都停止,等待衝击盘上的月形宝石再次回来拨动擒纵叉时,两个擒纵轮才会再次转动。就结构上来说Constant Escapement 与槓桿擒纵装置相同,都是由擒纵叉担任能量传递与解除锁定的功能(与宝璣自由擒纵不同),在一次完整的摆轮转动中(也就是来回转动各一次),擒纵叉会产生两次衝击的过程来传递能量;而擒纵轮在传递能量的角色,并不如槓桿擒纵装置裡的擒纵轮来的重要,因为有一部分的力量是来自于细长的擒纵游丝。在每一次的摆动中,摆动挡桿会迫使擒纵游丝改变既有形状,就如同推动弯曲的扑克牌一样,扑克牌本身会提供另一个弹力;因此擒纵叉,不需要太多来自擒纵轮的力量,即可驱动摆轮,所以擒纵轮与摆动挡桿上的宝石形成磨擦力相当低。值得一提的是,摆轮上仍有游丝装置,虽然原厂发表的资料图没有标示,但就其结构原理与原厂网站的动画中,这项擒纵装置的摆轮上应该具有游丝。先前某刊物介绍此一擒纵结构,表示摆轮的运转,仅需依靠长型擒纵游丝,而不须摆轮上的游丝即可达成运转,这是不正确的说法。原厂动画网址:http://www.girard-perregaux.ch/sihh-2008/。

 

▲GP Constant Escapement

芝柏新款擒纵装置所需的空间较大,几乎佔了叁分之一的空间。而每一个轴心上下都放置了一组避震器,这也是在瑞士机芯上,少见的设计。