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游絲之王爭霸戰(一):游絲到底多重要?

你看得見自己的指紋嗎?看得清楚嗎?如果可以,代表你眼力不錯。如果不行,那大概也很難看清楚機芯內部最細小卻最關鍵的零件──游絲。

 

安裝在擺輪上細如指紋的游絲。

 

看不清游絲很正常,因為從上方圖中就可以發現,它的厚度跟指紋其實是差不多的。換算成數字來表示,每一條游絲的厚度大約是10微米,也就是0.01毫米,0.001公分。如果你還是無法想像,那麼只要拿它跟直徑50微米的頭髮比較應該就清楚了。

 

在傳統游絲製作過程中,將直徑約0.6毫米粗的鎳鐵合金線安裝到帶有兩個圓錐轉輪的機器上,啟動機器,讓圓錐轉輪將金屬線由直徑較小的內圈轉到外圈。

 

所以,為什麼這麼細小的零件很重要?重要到人們都說「機芯是腕錶的心臟,游絲是機芯的靈魂」?這跟「每一個小螺絲都很重要」的概念完全不同,因為一組擒縱系統裡只有一條游絲,當來自發條的動力從二番車、三番車、四番車一路傳到擒縱輪撥動擒縱叉再轉動擺輪的時候,若沒有「游絲」這條「彈簧」拉扯擺輪,擺輪就會朝同一方向繼續轉動,擒縱叉就不會對擒縱輪做出一擒一縱的動作,機芯就無法規律計算時間,錶,就無法運作。

 

鎳鐵合金線每通過轉輪中間的壓縮管就會被拉得更細,最終直徑約0.05毫米,再經由另一台機器壓縮成扁平狀。

 

游絲就是這麼一枚神奇的零件,它的概念最早由英國發明家Robert Hooke(「虎克定律」就是以他的名字命名)在1660年代提出,不過錶壇內公認的發明者則是荷蘭物理、天文及數學家Christiaan Huygens,他在1675年將游絲裝在擺輪上,為計時工具開啟了另一個時代;直到今日,腕錶機芯擒縱系統內的擺輪游絲結構依舊採用相同的形式,可見這項發明的重要性。

 

直徑0.05毫米的金屬線經過機器壓縮成扁平狀後,將四條金屬線放入工具內同時捲曲成游絲的同心圓形狀。

 

當然,從Huygens發明的游絲到現代的游絲之間還是經歷了許多改革,最重要的改革莫過於材質。從前游絲所用的金屬(主要成分為鐵)會在溫度變化下膨脹、收縮,一旦細小的游絲產生些微變化肯定影響擺輪擺動的幅度,造成誤差;又因為鐵極為容易受磁,若要游絲不受環境干擾根本不可能。1896年瑞士科學家Charles Édouard Guillaume研發出由54%的鐵及36%的鎳所組成的Invar合金,能有效控制熱漲冷縮的現象。而後Guillaume又進一步在鎳鐵合金中加入鉻,形成全新的Elinvar合金(由52%的鐵、36%的鎳以及12%的鉻組成),膨脹係數一樣很低,且不易改變彈性。

 

將四條捲曲後的游絲分離安裝在軸心,並將游絲末端微微彎曲以固定在游絲樁上。由於游絲極為細小,過程中所有動作都必須非常仔細。

 

Elinvar合金讓Guillaume獲得了1920年的諾貝爾物理學獎,也讓鐘錶產業有了全新的游絲材質;即便到了1933年瑞士機械工程師Reinhard Straumann發現若在鎳鐵鉻合金中加入了鈷、鈦、鈹等各種元素,可調配出表現更佳、且後來被Swatch集團收購成為市佔率95%的Nivarox游絲,都還是脫離不了鎳鐵合金的本質。

只是,鎳鐵合金終究是金屬,終究會受磁,要從本質上改變游絲的性能,似乎還有很長的一段路要走。

 

游絲的功能
要理解游絲扮演的角色,首先要知道機械機芯的運作原理。當發條上緊、動力透過齒輪傳送到擒縱輪,擒縱輪便會撥動擒縱叉,再由擒縱叉撥動擺輪軸心底下的衝擊盤,進而使擺輪朝單一方向轉動。然而若擺輪持續朝單一方向轉動,動力就會像潑出去的水一樣,擒縱叉以及擒縱輪也就無法創造出規律的節奏(等時性),讓對應著齒輪的指針每60秒、60分鐘、12小時繞著錶盤走一圈。
游絲是一條能夠讓擺輪轉到一定程度時反彈、轉向的彈簧,一旦擺輪來回轉動,擒縱叉也就跟著左右搖擺,對擒縱輪做出一擒一縱的規律動作。換句話說,有了游絲,機芯才有辦法運作。

 

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