幕後功臣 彌補發條扭力 小小「芝麻」成就精準走時

文章日期:2022年07月12日

【明報專訊】即使不是資深表迷,也可能說得出機械腕表的三大複雜功能:陀飛輪、萬年曆、三問報時。不停轉動的陀飛輪抵消地心吸力對擺輪的影響;表盤上搶眼的年曆自動按每月份長短顯示正確日期;三問報時則以動聽的聲音報時,是電力未流行以前的重要功能。它們各有其視聽享受。但在傳統機械鐘表中,還有較少人認識的幕後英雄——芝麻鏈。

就算玩表一段時間的人,也未必知道什麼是芝麻鏈。要解釋芝麻鏈有什麼功能之前,首先要了解機械腕表的一些局限。機械腕表的運作,是靠上鏈發條儲存的動能,推動其他零件運作,藉此顯示時間。上鏈發條的原理類似彈簧,上滿鏈時發條壓縮程度最大,彈力亦最大,而當鬆開時彈力會逐漸變小甚至消失,故腕表在上滿發條狀態下走時會較快,發條釋放後,走時便會逐漸變慢。

一條鏈+寶塔輪 組成傳動裝置

芝麻鏈(fusée-and-chain)的中文名稱容易令人誤解,它其實不止是一條鏈(chain),而是整個傳動裝置,另外有fusée的部分。Fusée並非芝麻的法文,是源自拉丁文fusata,即繞滿線的紡錘,在鐘表中則指寶塔輪,是一個塔錐形的齒輪。兩個部分組合成的傳動裝置,其功能正是令腕表能均勻輸出動力(恒力,constant force),令走時更穩定。

A. Lange & Söhne是首個將芝麻鏈應用到腕表的品牌。1994年品牌重新在腕表界登場時,推出結合陀飛輪和芝麻鏈的Tourbillon "Pour le Mérite"腕表,震懾表壇,直到今日仍是收藏家和拍賣行熱中入手的款式。品牌產品研發總監Anthony de Haas表示:「芝麻鏈被認為是最有效而精美地解決上鏈發條彈簧扭力持續下降這問題的方法。」物理學上,扭矩(torque)是指作用力促使物體繞着轉動軸或支點轉動的趨向,也就是扭轉的力。「芝麻鏈正是聰明地應用扭矩原理,以扭矩補償下降的上鏈發條彈力,令機芯能夠長時間保持相同扭力。背後的原理簡單直接,實行卻不容易。」

達芬奇手稿也曾記錄

Anthony de Haas說:「芝麻鏈結構是真正的經典,早在文藝復興時期的工程家如Leonardo da Vinci(達芬奇)、Filippo Brunelleschi等的設計手稿也曾記錄。後來它被用到以發條操作的時鐘如航海天文鐘上,在那年代,鐘表的準確度對船員來說是生死攸關。」腕表界普遍認為,1525年鐘表師Jacob Zech受達芬奇手稿啟發而製作的時鐘,是最早用上類似的寶塔輪設計的鐘表。

僅重0.12克 承受2公斤拉力

「製作芝麻鏈的最大工夫,是在於連接發條鼓和fusée之間的鏈條。我們製作的這條微型『單車鏈』由636個零件組成,長15厘米,闊度只有0.5毫米,總重僅0.12克,卻能承受2公斤的拉力負荷(tensile load)。由電腦控制的線切割機器和自動車牀切割,誤差僅為千分之一毫米,再交由製表師人手組合。零件表面經直紋打磨,除了是美學考慮,也能確保梢釘和鏈節的連接順暢。」正因為鏈節非常細小,尺寸跟芝麻相若,才譯成芝麻鏈。「除了製作講究,我們亦在寶塔輪部分加入一個細小的行星齒輪(planetary gear)系統,確保上鏈時寶塔輪的轉動不會影響發條動能的傳送。」

時至今日,上鏈發條的物料和製作技術已有改良,發條彈簧扭力下降的問題亦有改善。而除了芝麻鏈傳動裝置,也有其他方法處理腕表內的恒力問題,例如A. Lange & Söhne研製了其他恒力擒縱裝置,可在Richard Lange Jumping Seconds腕表、Lange 31腕表,以及Zeitwerk系列腕表的機芯中找到,除了確保走時精準,亦控制數字轉盤的跳動動力。

不少品牌近年也積極製作陀飛輪,但同為傳統複雜鐘表結構、而且歷史更久遠的芝麻鏈卻較少人涉足。Anthony de Haas認為其中一個原因是腕表內的芝麻鏈牽涉大量精細零件,需要很高技術,「而且它的外觀不像陀飛輪搶眼。芝麻鏈是一個複雜的小機制,卻像幕後英雄般緩慢而逐步彌補發條扭力」。

腕表「單車鏈」釋放扭矩

大家可將芝麻鏈的鏈條想像成單車鏈,一些單車設有變速裝置,後輪有從大到小重疊的寶塔狀齒輪。想騎快點時會將鏈條調到高速檔(最小齒輪);到上坡時,想省力就扳到低速擋(最大齒輪),但速度會相對變慢。A. Lange & Söhne產品研發總監Anthony de Haas說:「在機芯內,芝麻鏈的鏈條一邊連到寶塔輪的底部(即較闊大一面),另一端則連接到發條鼓的圓周外圍。當上鏈發條釋放能量時,彈簧扭力徐徐下降,但同時間芝麻鏈鏈條會由寶塔輪慢慢轉到發條鼓上,金屬鏈拉扯寶塔輪轉動的扭力,能補足下降的彈簧扭力」,確保機芯始終得到一致的動力,不會忽快忽慢。

文:張曉冬

美術:謝偉豪

編輯:梁小玲

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