[心得] 表的节拍器(下) - 游丝(hair spring)

楼主: hank7444 (zxcv)   2016-06-12 09:13:19
[历史]
请参考上篇内容,简单来说就是虎克发现了弹簧的特性并对此做了大量的研究,
惠更斯委托法国钟表匠IsaacThuret或Jacques Thuret
制造了世界上第一枚采用游丝的钟表,
为钟表历史翻开了新的一夜,其后的300多年间,
几乎所有的钟表都是采用具有等时性的游丝设计。
惠更斯改变了钟表行业,开创了精确性的时代,被称为科学制表之父
题外话,虎克知道惠更斯在1675年1月30日向法国皇家学会展示了游丝摆轮实物,
替代他成为了官方认可的钟表游丝摆轮的发明人。
他暴跳如雷并开始了一段和惠更斯旷日持久的游丝发明权的争夺战。(偷笑)
[材料]
1. 低碳钢
早期制造的游丝是采用低碳钢,这种材料制成的游丝对温度和磁力及其敏感,
采用这样的游丝钟表的误差一天能有好几分钟。
并且碳钢游丝弹性系数较低,无形中也增加了发条动力的消耗。一旦钟表进水,
导致游丝生锈腐蚀,整个手表就坏掉了
2. 黄金.钯金.玻璃.铝
当时瑞士成立了防磁金属研究会,作为协会成员,
江诗丹顿制成了第一批使用钯金属游丝的钟表。
在1872年,A.Lange就注册了铝合金的零件及摆轮游丝专利。
甚至在1883年, E. J. Dent 采用了玻璃制作游丝,
这样的游丝不生锈不受磁,但是由于昂贵和易碎不得不放弃。
他们过于昂贵,特别是铝。我们现在的生活中,铝随处可见,
可是在一百多年前由于生产技术水平的限制,
铝是不折不扣的奢侈金属。拿破仑曾经宴请各方,
高贵的王室成员使用的都是铝叉铝勺,
普通来宾则是使用“低档”的黄金餐具,
这样的情况直到1884年才有美国人查尔斯马丁霍尔发明了电解法冶炼铝
3. Invor(Elinvar) 合金
请参考前篇Invor(Elinvar)摆轮,
纪尧姆当时得到了法国专业合金生产商———殷菲公司(Imphy Alloys)支持,
作为因瓦合金(Invar)的合作发明者。
殷菲公司率先生产了Elinvar合金,并与1920作为商品推出,
在市场上花了差不多10年,Elinvar合金取代了近三百年的碳钢.
巨大的游丝原料市场被殷菲公司独占,赚的盆满钵满.
于是许多冶金公司也开始了游丝合金的研究.
4. Nivarox 合金
到了1933年,R.Straumann在德国 Vakuumschmelze真空冶炼公司-
一家专业磁性材料研究生产商,
完善了Elinvar合金的配方制成了全新的Nivarox合金.
恒弹性合金因为其特殊的性能,并不仅仅应用于钟表游丝生产。
还可以用于弹簧天平.压力表,具有巨大的经济价值,同期各国也开始研究生产.
作为二战后的霸主美国也不甘示弱,
1946年Wilson公司研制Ni-Spanc,在
Elinvar镍铁合金中添加了钛用以提高硬度,成为最广泛使用的恒弹合金之一。
5. Elinvar合金的延伸
美国的一家弹簧秤商John Chation&Sons研制出Iso-Elastic合金,
汉密尔顿研究出Elinvar—Extra,
贝尔电话公司研究出Vibralloy.
日本作为钟表生产大国,早期也是采用Elinvar,
而后1952年日本研究出了Co-Elinver合金,在Elinvar合金中添加了Co钴,
这种Elinvar的变种合金大获成功,日本的钟表普遍装载使用Co-Elimver合金游丝。
法国的殷菲公司生产著Durival,
这是由P. Cheverard在原来的Elinvar加入了钛.铝,改善了力学性能。
瑞士的Dubois则提出了添加Ni铌的Isoval,瑞士专利号266413。
中苏两国生产的游丝则均是仿自美国Ni-Spanc。
现在有办法完全in-house, 包括游丝生产的表厂,
就只有Rolex, Seiko 与 Swatch,
其他表厂大多还是采用外购的方式,
跟游丝公司购买后直接安装上或是再自行做最后的调整.
6. Rolex Parachrom 铌锆合金游丝
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,
必须经过三次镕炉制作手续,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
Rolex Parachrom 游丝 制造过程: https://www.youtube.com/watch?v=vexHwq3Chtg
7. 硅游丝
http://i.imgur.com/HbGnvPm.jpg
http://i.imgur.com/iXXhkZV.jpg
用现代半导体蚀刻技术,依照各表的需求直接制作出来,不需经过与金属游丝相同的螺旋弯曲制程,
优点为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
PP, Omega, 雅典等自2006年起开始使用硅游丝,算是最近才兴起的材料。
[形式]
1.平游丝
http://i.imgur.com/nRVg2Ki.jpg
平游丝是最常见的一种游丝,也就是像蚊香盘的那种,整体都在一个水平盘面上。
游丝的外端基本固定,内端通过内桩与摆轮相连,
与摆轮一起形成相互牵制又互为动力的伸缩运动。
这种运动是会影响到其本身阿基米德螺旋线的原始状态的,
因此伸缩间中心位置不断改变,容易导致走时的不精准。
使用平游丝的机芯也在不断通过各种方式将这种影响降到最小.
2.宝玑游丝
http://i.imgur.com/qepZu56.jpg
宝玑先生17世纪发明.这种游丝的外端脱离平面状态,向上方弯曲的同时也向内弯曲,
于是一方面游丝外端与内端的重心水平距离缩短,
也可使各方位重力点更为均匀,使游丝整体的中心更为集中稳定,
有效提高游丝的等时性.
另一方面在空间上的拓展使游丝圈之间发生摩擦的可能性降低,
膨胀和收缩有了更多的空间.
目前大多数高级表款的游丝皆采用宝玑式
3.圆柱形游丝
http://i.imgur.com/CC03WNX.jpg
圆柱形游丝来源于航海天文台钟,顾名思义便是游丝立体化为圆柱状,
可以将之看作一组游丝在同时工作,
圈线一圈一圈向上层层相叠,每圈与圆心距离一致,
把平游丝线圈之间的失衡大幅消除掉,
提高走时的精准度.
4.球形游丝
http://i.imgur.com/203vf5u.jpg
http://i.imgur.com/XNqlMlr.jpg
http://i.imgur.com/EPsZm5e.jpg
非常少见,相比只有一个末端曲线的圆柱形游丝,
球形游丝有两个末端曲线,更加提高了精准性.
现在通常是用在极高端的立体球形陀飞轮的表款中
[有卡度, 无卡度?]
有卡度:
http://i.imgur.com/9D1jYqy.jpg
通过调校快慢的位置来改变游丝的有效长度从而达到改变走时快慢,
优点为调整的范围宽,差几分钟都能调回来,
但时间长了游丝容易变形导致误差变大
无卡度:
http://i.imgur.com/aA9KpUD.jpg
就是游丝长短是固定,不可以改变长短,
优点为长期使用游丝不容易变形,而且比较防震耐用,但是调整的时间范围很小,
一般在一分钟范围内,在出厂时就调准了,使用中如果不损坏误差很小,
这也是目前高档表都采用无卡度结构的原因
[有卡度游丝调时方式]
1. 快慢针(Regulating Pins)
http://i.imgur.com/zanltV7.jpg
最常见的校时方式,非常容易辨认,摆轮上方有一根微调指针,
从摆轮中心向快慢针末端看过去,向右调会将游丝变短,游丝收缩速度。
现代表一般都还会配上微调螺丝,
最著名的快慢针就是IWC Jones机芯,以超长快慢针著名
2. 快慢针-鹅颈式微调(Swan-neck Regulator)
http://i.imgur.com/Mt17Vw8.jpg
http://i.imgur.com/OSB3uVp.jpg
现代常见于德系表上,如A.Lange, Glashütte Original等,
通常都会配上美丽的雕花与细致的打磨,增加整个表的高级感.
鹅颈微调的发明来自于一代美国钟表大师,
德国移民 查尔斯·法苏(Charles Fasoldt),
之后便被各表厂发扬光大.
http://i.imgur.com/dhmEBMd.jpg
http://i.imgur.com/Yxv3V5M.jpg
3. 快慢针-蜗牛式微调(Snail Regulator)
http://i.imgur.com/JKWMlyX.jpg
http://i.imgur.com/noY9aJn.jpg
http://i.imgur.com/fpoOmXL.jpg
常见于欧洲怀表上,与鹅颈微调的功能性没有高低之分,
纯粹为各个厂家使用喜好不同与美观有关,
浪琴和欧的中高款用鹅颈,高端款用蜗牛.
而PP刚好相反,普通款用蜗牛,高端款用鹅颈
4. 快慢针-扇形微调(Patent Regulator)
http://i.imgur.com/UAUJuyG.jpg
http://i.imgur.com/vL7rfWB.jpg
http://i.imgur.com/v1z17qo.jpg
常见于美国怀表上,例如Elgin, Hamiltion, Illinois, Waltham等牌子,
算是美国怀表上的一大特色.
5. 无卡度
请参考上篇, 摆轮的调校部分
[避震器]
在日常生活中,当手表从一米高的地方摔落地下时,
疾速摆动的摆轮受到的冲击相当于其自身重量5000倍之多,
这对于直径仅若干分之一毫米的摆轴轴尖来说,
无疑是一个严酷的考验,因此机械表避震器就是负责吸收冲击带来的能量,
凭借避震器的托钻与底座以及避震弹簧的相互配合,尽可能的保护摆轮与摆轴。
其关键的结构在于避震器底座和托鉆之间存在着45度的斜面,
它们之间可以产生滑动位移,当托鉆沿防震器座斜面移动时,
防震弹簧被迫隆起变形,因此吸收了来自摆轴的冲击能量
http://i.imgur.com/ICX3UZH.jpg
详细运作可参考此互动页面:
http://www.clock-watch.de/index.html?html/tec/sto/inc.htm
避震器的种类非常多,这边介绍几种较知名避震系统:
http://i.imgur.com/r0B9TgP.jpg
1. Breguet Parachute Susrension(宝玑降落伞避震器)
http://i.imgur.com/8WRfSr6.jpg
http://i.imgur.com/SqKmndx.jpg
宝玑在1790年所发明,其主要的原理就是将宝石轴承座与摆轮夹板分离,并固定于一个具有C字造型的长型簧片;
每当遭遇外力冲击时,宝石轴承座在短时间会产生位移,并由簧片吸收冲击的力量,
同时被具有弹性簧片引导回原位,因此减低摆轮轴心损坏的机率
这种避震器现在只有宝玑少数复刻表款使用,以前怀表时代也不多见,
因为怀表都是放置于口袋之中,对于机芯有一定的保护程度,除非是掉落地面,
否则摆轮轴心不易损坏。
这款革命性的设计,虽然未普及于其他怀表,
但是分离式的宝石轴承座与富有弹性的簧片结构,
却是未来所有避震器的主要雏形。
2. Incabloc(因加百禄)
http://i.imgur.com/gnvC4yS.jpg
1934年由瑞士工程师Georges Braunschweig和Fritz Marti所发明,
最普遍的避震器,从低阶到高阶的机芯都有使用,据说当年Rolex不用Incabloc是因为
对方要求他们要在机芯跟表盘上加上"Incabloc"的Logo,Rolex当然不肯因此用KIF避震器XD。
3. KIF
http://i.imgur.com/Ykk2rou.jpg
http://i.imgur.com/TscIGIi.jpg
1944年由 Kif Parechoc SA 推出的避震器,常用于较高价的机芯产品。
其中最重要的客户就是劳力士集团,因为劳力士每年的产量都在60、70万只之上,
加上劳力士的机芯通常使用两组避震器,也就是摆轮轴心与擒纵轮轴心各一组,
因此一枚机芯会用到四个Kif避震器;而同集团的帝舵表其机芯也都是采用Kif避震器,由此来推算,
可知道其需求量也十分惊人。另外许多高级品牌,百达翡丽`爱彼、宝玑、积家 、Daniel Roth、积家、ZENITH...等,
也都是Kif避震器的使用者,也因此让人有KIF产品比较高级的印象,
但其实效果跟Incabloc差不多。
4. Citizen Parashock
http://i.imgur.com/rW4N1Di.jpg
http://i.imgur.com/7B9mxe2.jpg
1956年星辰推出的避震器,它与其他避震器不同之处在于,取消了避震器基座,以一个螺旋状的弹簧片与穴石固定住,
上方则是与盖石固定在一起的弹簧片,所以两个宝石都有与弹簧片固定。
而当年星辰还在日本国内举办“投下实验”的全国性宣传,
在30米高空的直升机上,将手表朝铺有软垫的地面丢下,而机芯仍可以准确的运作。
5. Seiko Diashock
http://i.imgur.com/D9guken.jpg
1956年Seiko自行研发的避震器,其实跟Incabloc与KIF差不多,仅有弹簧片外形略有不同,
像是特殊的三叶草造型,与盖石的接触点也较多,为精工的主要避震器。
6. Novodiac(俗称三角避震器)
http://i.imgur.com/rAh2MJ0.jpg
1980年Incabloc公司为ETA开发的便宜避震器,制造虽简单,但维修拆装困难,
使用Novodiac Spring(三角簧片)固定轴心宝石。
最先用于ETA284X,后来在低等级的2824出现,
避震效果和Incabloc差不多,但是抗干扰性差,普遍用于低阶的机芯上。
7. Rolex Paraflex
http://i.imgur.com/5CIkdKv.jpg
2005年Rolex自行研发的避震器,宣称比KIF避震器抗撞击能力增强50%(听听就好),
更提升机芯的耐用性及可靠度。
[结论]
游丝与摆轮构成了一只表的心脏区域,是机械手表中最重要的零件之一,
走时的稳定与准确一大部分决定于这两个零件的好坏与调校状况.
我觉得发展到现在,如果虎克知道他的理论与发明被后代如此发扬光大,
应该可以瞑目了(又扯到虎克....)
作者: s5565313s (VINCENT)   2016-06-12 09:35:00
大哥你这些资讯是从哪看到呀?太厉害了
楼主: hank7444 (zxcv)   2016-06-12 09:37:00
网络都有,我只是比较系统性的整理并加注
作者: adrienJPFR (☆ princess de Uæ–‡ ☆)   2016-06-12 09:37:00
国外翻译吧
作者: swanper (我还死不了)   2016-06-12 09:42:00
感谢好文,终于对怀表有所认识了
作者: fento   2016-06-12 09:57:00
长知识,推~
作者: jackyoyo (Jack Yo Yo)   2016-06-12 10:06:00
感谢分享
作者: vayeate (haha)   2016-06-12 10:46:00
感谢
作者: bibico0206 (卜鼻卜)   2016-06-12 10:59:00
优质文 推
作者: vicehades (Hades)   2016-06-12 11:05:00
好文
作者: orz007   2016-06-12 11:15:00
太神啦
作者: Scaroftears   2016-06-12 11:34:00
推~
作者: aaa123867 (弑夜暗杀)   2016-06-12 13:49:00
那nivacurbe 是属于这里面哪一种呢?
楼主: hank7444 (zxcv)   2016-06-12 15:27:00
Nivacourbe(Etastable)是ETA对游丝的专利热处理程序其作用在受到撞击时不会变形, 一般会配合INCABLOC避震器
作者: aaa123867 (弑夜暗杀)   2016-06-12 15:29:00
太猛了…已跪
楼主: hank7444 (zxcv)   2016-06-12 22:40:00
已加避震器介绍
作者: jpqh0659 (油熊)   2016-06-13 00:00:00
佩服
作者: alrex (alrex)   2016-06-13 01:10:00
长知识了,大推
作者: jamesgts5830 (黑珍珠奶奶)   2016-06-13 06:27:00
游丝系...太神了
作者: jim606178428 (jim1142)   2016-06-13 13:21:00
推 期待下一篇
作者: blueiceclub (不糟糕的B先生)   2016-06-14 20:16:00
真的很棒 感谢分享
作者: wuAE   2016-06-14 20:17:00
每篇都要推

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