新式擒縱裝置介紹 擒縱裝置概論(中)

在上一個世紀,幾乎是由瑞士槓桿擒縱裝置獨占的鐘錶市場,在最後幾年已經開始有了波動。由於瑞士槓桿擒縱運作相當穩定,而且耐震性也十分不錯,但是擒縱輪與馬仔寶石接觸的面積過大,並且擒縱叉同時擔任解除鎖定與傳遞能量的功能,長久下來失油與磨損的狀況,會造成精確度的下降以及零件的損壞,因此各大錶廠都積極改良與研發新式的擒縱裝置。

有鑒於新式擒縱裝置,研發所花費的資金與時間,絕對不下於研發一顆新機芯,因此各大錶廠也都是小心翼翼的推出新產品,希望能將失敗率降至最低。透過新材質的開發與高科技電腦的支援,許多新式擒縱裝置已經與大眾見面,但是絕大部分都屬於高價位,僅有同軸擒縱裝置是在十萬元左右的價位,所以其他新款結構的量產計畫,在短期內比較難以見到,不過相信許多玩家都期待這一天的來臨。

瑞士槓桿擒縱裝置從無到有,也經歷百餘年的歷史,因此我們不必期待一項新裝置,可以立刻取代瑞士槓桿擒縱,但是多元化的發展與新科技的運用,是我們所樂見的。以下我們將介紹五款已經發表的新式擒縱,讓讀者快速了解這幾年的技術變化與產品間的不同。

 

OMEGA 同軸擒縱(Co-Axial )

在1999 年,OMEGA 推出了同軸擒縱裝置(Co-AxialEscapement),這項由英國製錶大師喬治.丹尼爾所研發的設計,正式運用在上市的產品中,也是目前唯一大量生產的新式擒縱裝置。同軸擒縱裝置以天文台擒縱裝置的單一衝擊模式為主要概念,讓擒縱輪也肩負起傳遞能量的功能,但是同時擒縱叉也保留另一半的傳遞能量功能。

值得注意的是,擒縱叉與衝擊盤上的月形寶石之間,僅剩下解除鎖定的功能,與一次傳遞能量的步驟,而非傳統的兩次傳遞過程。另外搭配具有三個紅寶石的擒縱叉,每一個寶石與齒輪的接觸點都非常小,不像傳統瑞士槓桿擒縱那樣,寶石與擒縱輪表面都有較大的長斜坡接觸面積,失油的情況會比較明顯;而擒縱輪採用雙層齒輪的設計,與擒縱叉形成巧妙的驅動循環。此外由於結構穩定,並不會像以往的天文台擒縱裝置,容易受到震動的影響,實用性大幅的提升。不過歐米茄的同軸擒縱裝置採用大量生產,因此容易找出缺點,在發現一些設計上的小缺點,廠方已經將震頻由每小時28,800 次改為25,200次,同時推出新一代的自製同軸機芯,將這項裝置改良的更為完善。

 

▲OMEGA Cal. 2826機芯

首度於1999 年發表的同軸擒縱機芯編號為Cal.2500A, 之後有B 與C 的版本,C 的版本主要是將每小時振頻改為25,200 次;而上圖的Cal.2826 機芯,則是多了兩地時間功能的版本。

 

▲OMEGA Cal. 8501

在2007 年推出新款的自製機芯Cal. 8500 系列,是新一代的同軸擒縱基礎機芯,採用雙發條盒與新款自動上鍊系統,加上雙臂擺輪錶橋與新式避震器,整體素質提高許多。

 

▲同軸擒縱裝置結構圖

(A)中間傳動輪、(B)同軸擒縱輪軸、(C)上層擒縱小齒輪、(D)擒縱輪、(E)擒縱叉、(F)(G)(H)擒縱叉紅寶石、(I)衝擊盤、(J)衝擊盤紅寶石、(K)月形紅寶石。

 

▲展開第一次衝擊

月形寶石撥動擒縱叉向右移動,而擒縱叉紅寶石(F)向下移動並解除了靜止的擒縱輪,使擒縱輪開始逆時針旋轉,同時開始接觸撞擊衝擊盤的紅寶石(J),使擺輪獲得新的力量,繼續順時針轉動。

 

▲第一次衝擊後的鎖定動作

擒縱輪完成衝擊後,擒縱叉紅寶石(H)鎖定了擒縱輪,擒縱輪暫時靜止移動。而擒縱叉紅寶石(G)依靠在上層擒縱小齒輪,等待擺輪的逆時針回彈,就要展開第二次的衝擊。

 

▲展開第二次衝擊

擺輪逆時針回彈之後,衝擊盤上的紅寶石輕輕掠過擒縱齒尖,由月形寶石解除擒縱輪鎖定,擒縱叉開始向左移動;此時上層擒縱小齒輪,開始撥動擒縱叉紅寶石(G),同時使擒縱叉開始推動月形寶石,形成二次衝擊的力量,因此擺輪繼續朝向逆時針運轉。

 

▲第二次衝擊後的鎖定動作

擒縱叉向左移動並停止下來,此時擒縱叉紅寶石(F),向上移動並倚靠擒縱輪齒尖,達成鎖定動作,此時擒縱輪再次停止轉動,等待擺輪再次的回彈力量來驅動下一次的衝擊。

 

AP 擒縱裝置

愛彼錶在2006 年,推出了「 八大天王系列 」的第五號腕錶,其中最重要的功能,就是新開發的擒縱裝置,廠方稱之– AP 擒縱裝置。這項源自於1791 年製錶師羅伯特.羅賓所提出融合天文台擒縱裝置(高效率)與槓桿擒縱裝置(運作穩定)的新發明,在當時受限於零件的精密度,以及尚不完美的結構配置,因而退出鐘錶舞台。在兩百餘年後的愛彼錶,設計出更完善的結構,配合高精密度的零件,成就此一新型擒縱裝置。

AP 擒縱裝置同樣是以擒縱輪來傳遞能量給擺輪,在完整的擺輪運轉中(也就是來回轉動各一次),擒縱輪只需要衝擊擺輪一次(OMEGA 的同軸擒縱裝置需要擒縱叉提供另一次的力量),因此擒縱叉與衝擊盤上的月形寶石僅擔任鎖定與解除鎖定的功能。但是AP 擒縱裝置的擒縱輪僅有單層設計,也僅有兩個擒縱叉寶石,零件更為簡潔,擒縱系統也無須點油潤滑。

在愛彼原廠的實驗中,發現瑞士槓桿擒縱裝置本身銷耗了65% 的能量,而AP 擒縱裝置僅消耗48% 的能量,比傳統的擒縱裝置能量提高了50%。此外為了減低震動造成的問題,錶廠製錶師特別在擒縱叉加裝防護栓,深入擺輪衝擊盤內,能夠阻止系統在意外撞擊下脫落,提高抗震力。

 

▲AP擒縱裝置(AP escapement)

愛彼研發的新擒縱裝置,採用雙游絲設計,讀者可以看到圖中有兩個游絲頭;採用雙游絲的設計可提高擺輪的回彈力量,並解決游絲在不同方位所造成的收放不平均問題。

 

▲新式防護拴設計

由於擒縱叉的結構與瑞士槓桿擒縱裝置不同,且無安全針設計,為了避免在遭受撞擊時,仍能保有精準運作,因此在擒縱叉上裝置了防護拴;防環護拴的前端會從衝擊盤的缺口進入,在擺輪結束衝擊後的回彈的過程中,一直停留在其中。

 

▲開始準備衝擊

擺輪開始逆時針轉動,而衝擊盤上的月形寶石(A)撥動擒縱叉,使擒縱叉向下移動,而擒縱叉右側的紅寶石(C)即將離開鎖定的擒縱輪齒尖。

 

▲開始衝擊

順時針轉動的擒縱輪,開始衝擊衝擊盤上的紅寶石(B),提供擺輪逆時針轉動的新力量;此時防護拴也開始脫離衝擊盤,將前端移至衝擊盤外。

 

▲鎖定擒縱輪

由於擒縱叉左側的紅寶石(D)接觸並鎖定了擒縱輪齒尖,導致擒縱輪停止運轉,而向下移動的擒縱叉接觸到定位樁,也停止了運作。

 

▲擺輪回彈運動

在擺輪順時針回彈時,月形寶石(B)開始撥動擒縱叉,使擒縱叉向上移動,同時間防護拴也開始準備進入衝擊盤。

 

▲準備下一次衝擊運動

當擒縱叉向上移動時,擒縱叉左側的紅寶石(D)解除了鎖定,使擒縱輪順時針轉動,並且接觸擒縱叉右側寶石(C),推動擒縱叉向上移動至定位樁。

 

積家橢圓等距變換擒縱裝置

積家同樣是在2006 年推出了超複雜的Reverso 三面腕錶,並同時推出新款的擒縱裝置。積家採用的這項橢圓等距變換擒縱裝置,源自於天文台擒縱裝置(請參考55 期世界腕錶的技術講座),這種精密的結構,對於震動十分敏感,因此積家做了幾項改變:首先是採用固定且尾端附有彈簧的搖臂式檔桿。從前的天文台擒縱裝置,有採用簧片擋桿與搖臂式擋桿兩種,積家選改良後者來作為基礎,另外在制動裝置同樣也採用固定的設計,具備了較好的抗震能力,也因而有了配置於腕錶上的可能性。

與天文台擒縱裝置一樣,擺輪的運轉同樣是接受擒縱輪的一次衝擊來傳遞能量,震頻為每小時21,600 次,比早期的天文台擒縱要高上許多,因此精準度是無庸置疑的。另外為了讓這項結構更為完善,積家特別以矽材質來製作擋桿、擒縱輪,這種質地輕、硬度高且抗具磁力的材質,配合精密的幾何運算,具備無需上油潤滑的優點。

 

▲橢圓等距變換擒縱裝置平面圖

從右圖的平面圖我們可看到,橢圓等距變換擒縱裝置的結構,主要是依循著當年的天文台擒縱裝置,但是在制動裝置部份,採用固定的設計。

 
▲橢圓等距變換擒縱裝置結構圖

當擺輪逆時針回彈時,柱狀釋放銷會撥動制動裝置上的長形寶石,但是制動裝置的半柱狀寶石僅輕微轉動,仍鎖定擒縱輪。直到擺輪順時針回彈時,柱狀釋放銷再次撥動長形寶石,此時擒縱輪開始解除鎖定逆時針轉動,同時傳遞能量至衝擊盤上的寶石,推動擺輪展開下一次的轉動。

 

▲積家Reverso三面腕錶

積家在2006 年推出的超複雜腕錶,採用獨家的橢圓等距變換擒縱裝置,並裝置於陀飛輪之中,所以整個陀飛輪的尺寸,比一般的大上許多;從圖片中可以看到,淡藍色的矽製擒縱輪。

 

雅典雙向擒縱裝置Dual Ulysse Escapement

在2001 年,雅典推出的Freak 卡羅素腕錶,首度採用全新的雙向擒縱裝置Dual Direct Escapement,這項新式擒縱裝置,是由Ludwig Oechslin 博士所研發設計的,這項擒縱裝置與當年的寶璣自由擒縱裝置類似,都是採用兩個擒縱輪負責能量的傳遞。在日後雅典推出修改版本的Dual UlysseEscapement,以不同材質以及改良設計,成為最新的量產版本。

這項擒縱裝置中的兩個擒縱輪以順時鐘與逆時鐘方向轉動,交互配合,直接將動力傳送至擺輪;但是與寶璣自由擒縱裝置的不同之處,在於雙向擒縱裝置仍是類似於槓桿擒縱裝置,以擒縱叉負責能量的傳遞,以及解除鎖定兩項功能。也就是擺輪的轉動還是必須經由擒縱叉傳遞能量至衝擊盤上的月形寶石,與我們前面介紹的三款新式擒縱不同。但是以往擒縱叉上的兩枚紅寶石所負責的接觸過程,改由擒縱叉的四個角與兩個擒縱輪的36 齒(18x2)摩擦傳遞,零件的磨損可減輕許多。同時採用亞磷鎳或矽材質製作的的擒縱輪,質地堅硬而重量更輕,可減少傳遞時的能量消耗。

 

▲雙向擒縱裝置(Dual Ulysse Escapement)

雅典在Freak 卡羅素腕錶(左圖)與160 週年紀念錶(右上圖)的機芯裡,都採用了錶廠的這項獨門設計。

 

▲開始解除鎖定與進行衝擊

擺輪開始順時針轉動,衝擊盤上的月形寶石撥動擒縱叉。

 

▲展開衝擊

由於擒縱叉開始被撥動,兩側的擒縱輪解除鎖定靜止的狀態,齒尖開始推動擒縱叉的左下角(C),這一股力量推動擺輪繼續朝向順針運轉。

 

▲開始另一個鎖定靜止動作

擺輪朝向順時針轉動,擒縱叉整個向左移動,停靠在定位樁上,而左側的擒縱輪齒尖扣住擒縱叉的左上角(D),兩個擒縱輪又形成鎖定靜止狀態。右側擒縱輪的齒尖依靠在擒縱叉的右下角(B),為下一次的衝擊展開預備。

 

▲展開下一次的衝擊

當擺輪順時針轉到底後,開始逆時針回彈,而月形寶石再次撥動擒縱叉,擒縱叉會向右移動,左側擒縱輪的齒尖將會離開擒縱叉的左上角(D),使兩個擒縱輪開始轉動,右側的擒縱輪齒尖會撥動擒縱叉的右下角(B),進行下一次衝擊。

 

芝柏 Constant Escapement

在2008 年,芝柏表推出名為Constant Escapement 的新式擒縱裝置,這一個擒縱裝置外表看起來異常複雜,似乎有別於擒縱裝置應該簡單、穩定的特質,但是仔細觀看了解之後,其結構確是相當的簡單易懂的。Constant Escapement 的概念有點類似於寶璣擒縱裝置與Dual UlysseEscapement,但是Constant Escapement 的兩個擒縱輪卻沒有相互嚙合,而是個別與四番輪(秒輪)連結,而中央的擒縱叉與擒縱游絲以及固定擒縱游絲的外框架是一體成形,是以一塊矽晶體蝕刻成形的,如果沒有現代先進的工業技術,這款新式結構是無法完成的。而以鎳製造的擺動擋桿,與擒縱叉同軸相疊,在尾端兩側有兩顆紅寶石,負責與兩個擒縱輪的齒尖鎖定。每當四番輪傳動能量給擒縱輪時,擒縱輪會將力量傳達至擒縱叉,推動擺輪衝擊盤上的月形寶石,進而達成擺輪來回轉動。而每當擒縱叉被撥動時,兩個擒縱輪同時轉動,直到其中一個擒縱輪齒尖被擺動擋桿上的寶石鎖定時,秒輪與擒縱輪都停止,等待衝擊盤上的月形寶石再次回來撥動擒縱叉時,兩個擒縱輪才會再次轉動。就結構上來說Constant Escapement 與槓桿擒縱裝置相同,都是由擒縱叉擔任能量傳遞與解除鎖定的功能(與寶璣自由擒縱不同),在一次完整的擺輪轉動中(也就是來回轉動各一次),擒縱叉會產生兩次衝擊的過程來傳遞能量;而擒縱輪在傳遞能量的角色,並不如槓桿擒縱裝置裡的擒縱輪來的重要,因為有一部分的力量是來自於細長的擒縱游絲。在每一次的擺動中,擺動擋桿會迫使擒縱游絲改變既有形狀,就如同推動彎曲的撲克牌一樣,撲克牌本身會提供另一個彈力;因此擒縱叉,不需要太多來自擒縱輪的力量,即可驅動擺輪,所以擒縱輪與擺動擋桿上的寶石形成磨擦力相當低。值得一提的是,擺輪上仍有游絲裝置,雖然原廠發表的資料圖沒有標示,但就其結構原理與原廠網站的動畫中,這項擒縱裝置的擺輪上應該具有游絲。先前某刊物介紹此一擒縱結構,表示擺輪的運轉,僅需依靠長型擒縱游絲,而不須擺輪上的游絲即可達成運轉,這是不正確的說法。原廠動畫網址:http://www.girard-perregaux.ch/sihh-2008/。

 

▲GP Constant Escapement

芝柏新款擒縱裝置所需的空間較大,幾乎佔了三分之一的空間。而每一個軸心上下都放置了一組避震器,這也是在瑞士機芯上,少見的設計。