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与计时工具同步进化 机芯动力来源︱发条

一、机芯的重要零件

发条是机芯的动力来源,从十五世纪就开始运用于计时工具之上,至今仍然没有太大的改变。其原理是藉由发条释放出来的弹力来驱动轮系运转,因此发条的品质优劣,关系着计时工具的稳定与否,同时也影响产品的耐久性。随着歷史的演变,现在发条的材质、形状、与提供能量这些方面,都有了卓越的改善,与当年的发条品质是不可同日而语。

一般的发条长度约在20 至40 公分左右,厚度约0.05mm 到0.2mm 之间,当然这是指一般机芯的发条尺寸,多日鍊与大型怀表就不适用于此。早期的发条除了动力不足之外,还有着容易断裂、容易生锈等问题。根据记载最早期的发条需要每天上满两次鍊,才能提供足够的能量,另外频繁的上鍊动作也容易使发条金属疲劳,造成断裂的情况;但依靠人们的努力,这些问题也都慢慢的改善。在二十世纪,由于冶金学的进步,容易生锈的发条已改为合金钢制作,这对于计时工具的品质有莫大的贡献。

 

▲1. 发条盒结构

发条盒所含的零件其实相当少,主要分为发条盒、发条盒盖、发条盒轴心、发条等。

 

▲2. 发条上鍊的状态
发条在上鍊之前(左)与上满鍊后的状态(右)。
 

二、发条品质的提升

在1933 年,Straumann 博士在Waldenbourg实验室研发出不易变形、不易氧化、不易热胀冷缩的特殊合金- Nivarox,这是日后制作游丝的最主要材质。同样的,具有这种特性的合金也适合做为发条,在1952 年Nivaflex合金正式发表,它主要的金属成分为(45%鈷+ 21% 镍+ 18% 铬+ 5% 铁+ 4% 钨 + 4%鉬+ 1% 鈦),另外针对不同的需求还会增加鈹或者其他金属,以增加金属特性。目前大部分的发条,都是以这款合金来制作;总体来看Nivaflex 与Nivarox 的成分相当接近,不过材质的组成只要有些微的差异,就足以改变其金属特性。因此许多表款的商品介绍,都会将发条型号登出, 常见的有NivaflexNM、Nivaflex NO、与Nivaflex NE,其品质是以Nivaflex NM 为第一等级,通常用于高级腕表以及天文台认证表款。

除了材质有所改变之外,另一项改变就是发条的捲曲形状(下图),早期的发条都是採用自然捲曲型(A),朝发条盒轴心弯曲,由于制作简单,老式的怀表与发条鐘都採用同样的设计。其缺点是发条的力量差距过大,稳定的有效能量偏短。因此后期的发条设计在尾端都向外弯曲(B),虽然只是小改变,但却可以使发条的弹力增加许多。而新一代的发条都採用S 型设计(C),加长发条尾端的捲曲度与长度,所以发条的头跟尾端是朝不同方向捲曲,置入发条盒中,可有效增加扭力的释放,对于发条能量的提升是相当有帮助的。

 

▲1. 发条形状
 
▲2. 不断鍊设计
一般而言,手上鍊的发条上到满,就会感到无法转动,如果再上鍊的话,发条会有断裂之虞;而自动上鍊的发条具有退簧片,因此无法上满鍊,退簧片会在满鍊时自动的移位,防止发条断裂。
 

叁、提高储能设计

除了发条材质与捲曲的形状有大幅改变之外,在80 年代机械表復兴之后,许多的新机芯都採用较长的动力储存,或是超过7 天的多日鍊设计。一般来说,加大发条盒与延长发条的长度,这是最简单的方法。例如精工的Cal.9S55 机芯,原本动力储存约在50小时左右,在2007 年推出的Cal.9S67,在不更动机芯尺寸与轮系排列为前提之下,将动力延长至72 小时以上。其作法就是将发条长度由40 公分延长到50 公分,发条厚度由0.12mm 减为0.1mm,避免扩大发条盒的尺寸,同时保有适当的盒内空间,一举将动力储存时间延长至叁天。

除了加长发条的长度之外,另外增加发条盒数量也是提高储能的方法之一;现在双发条盒的设计相当常见,由于双发条盒的动能传输与扭力传递都较为温和,同时增加动力储存时间,因此可见度提升不少。此外随着多日鍊的流行,叁发条盒、四发条盒的设计也都开始出现,下列我们将简单介绍不同类型的发条盒设计,让读者了解现在发条的最新发展。

 

发条盒类型比较图
单一发条盒- IWC Cal. 5000 串连双发条盒-朗格L034.1 机芯 并列双发条盒-积家Cal.879

在2000 年IWC 推出Cal. 5000 系列机芯,它仅採用一个发条盒,就达成7 天以上的动力储能。通常单一发条盒,要达到长动力的表现,需要增加发条长度、降低振频、增加轮系齿轮等多方面的配合。

LANGE 31 腕表, 採用L034.1 机芯, 并配备两个相叠的巨型发条盒,内直径25mm,佔据机芯四分之叁的面积。每条发条长1,850毫米,两条发条的长度是传统腕表机芯的五到十倍,上满一次鍊,可以运转31 天。

在2002 年积家推出了Cal.879 手动上鍊机芯,这枚双发条盒机芯,具有8 天的动力储存,并且每小时的振频达到28,800 转。此后积家更推出具15 日鍊的叁问表款,同样採用双发条盒设计,但是发条盒尺寸大上许多。

 

发条盒类型比较图
并列叁发条盒-宝铂Cal.13RO 并列串连叁发条盒-沛纳海P.2002 并列串连四发条盒- L.U.C Quattro 1.98
在2006 年,宝铂推出了新款Cal.13RO 手动上鍊机芯,它採用叁个并列的发条盒,可提供8 天的动能。另外在2007 年,宝铂推出具自动上鍊功能的Cal.1315 机芯,同样也是採用叁发条盒设计。 沛纳海的P.2002 手动上鍊机芯,具有八天的动力储存,它是由3 个发条盒组成:其中两个互相重叠,另一个则採用并列的方式。此后沛纳海以这枚机芯为基础,推出数款多日鍊腕表,动力储存时间由6 日到10 日不等。 在2000 年, 萧邦发表手上鍊机芯L.U.CQuattro 1.98,拥有专利的4 个发条盒设计,採用串连重叠与左右并列的排列方式,这款机芯具有特殊的结构与长达216 小时的长动力,拥有超过8 天的动能。