计时码表的 “幕后英雄”

《隐藏人物》(Hidden.Figures)是2016最轰动且最具感召力的电影之一。它讲述了20世纪60年代早期那些在美国国家航空航天局(NASA)工作、不为公众所知的黑人女性的故事。尽管最终是宇航员们得到了鲜花和掌声,但令航天计划得以成功的人工计算工作,是由这些在幕后默默工作的女性所完成的。事实上,即便后来当局采用了IBM计算机来进行轨道测算,但宇航员约翰 ·格伦(John Glenn)仍然拒绝登上火箭——直到这些女士们手动核实了数字才罢。毋庸置疑,她们才是真正的幕后英雄。

如她们一般的,是宝珀为提升腕表的性能、坚固性和使用寿命而在机芯中融入的匠心元素。尽管是全新表款和复杂功能赢得了众人的瞩目,但实际上恰是那些不起眼的细节元素在默默无闻地为佩戴者创造价值,堪称腕表的“幕后英雄”。本文我们将从三个层面来聚焦它们:1)自带可变惯量调节的无卡度摆轮游丝系统、2)抗磁硅游丝、3)多主发条盒结构。

无卡度摆轮游丝系统与惯量微调机制

没有什么比摆轮和游丝更能体现腕表的守时精神了。摆轮和游丝的性能对腕表的运行速率起到了决定性的作用。因此,我们自然需要基于这些零部件构造系统来调整走时精度。如今,主要有两种方法可以实现腕表的精确调 校 。最 常 见 的 做 法 是 采 用 被 称 为“快慢针”(raquette)的装置,这一系统主要以游丝为中心。快慢针实际上是一根围绕摆轮中心轴转动的小型吊臂,其所处位置的变化能够缩短或延长游丝的有效长度,从而调整走时速率。如需调校腕表,制表师可以用手推动这根微型快慢针,通过旋转调整其所处的位置,从而对腕表的运行速率进行微调1。另一种主要的调校方法则以摆轮为中心,称作“惯量微调”机制。采用惯量微调结构时,游丝的长度是恒定的,且两端都会被牢牢地固定住(制表师们称之为“无卡度摆轮游丝”)。为了能精确地调节走时速率,需要在摆轮上安装数枚(通常是4枚)可向内及向外拧转的重型螺钉。它们对走时速率的影响就好比是一个正在旋转的滑冰运动员:当螺钉向外移动时,转动惯量增大,摆轮转速减慢,令人想到滑冰运动员张开双臂;当螺钉向内移动时,转动惯量减小,从而提升了摆轮的转速,正如滑冰运动员为了旋转得更快而抱紧手臂一样。

1 腕表最常用的调校方位有五个,一个水平方位,以及四个不同的垂直方位。尽管人们通常会认为腕表每日的秒数变化是由于在一整天的佩戴过程中,腕表的位置会随着佩戴者手臂的运动而不断变化(秒数每天 0最为理想)造成的,但实际上,进行走时速率调校时,需要检查的方面有很多,包括各个方位的变量、所有方位的平均变量以及各个方位变量间的最大误差。

而惯量微调机制在许多方面都优于快慢针系统,这就是为什么宝珀的所有机芯都采用了惯量微调机制。首先是调校精度优胜。宝珀的摆轮上共安装有4枚金质校准螺钉。制表师们很清楚对螺钉进行微调将对走时速率的精确性产生哪些影响,比如,拧上四分之一圈就相当于每天发生X秒的变化等。相比之下,采用快慢针结构对走时速率进行调校时,就有可能存在偶然因素。第二是坚固性、稳定性和抗冲击性的优胜。快慢针系统的标准结构中包含了安装在底部的两枚微型销钉,游丝会从侧面穿过两者之间。如此一来,冲击或将以多种方式影响微调。它可能会导致吊臂的位置轻微移动,从而改变腕表的运行速率。另外,由于游丝只是从两枚销钉之间穿过,但并未牢牢地固定其上,因此游丝在销钉间的上下移动,也会引发走时速率的微小变化。不过,这些影响对于惯量微调机制来说都不存在。惯量微调机制拥有与众不同的建立方式及元件结构。与快慢针系统中绕轴旋转的吊臂不同,即便受到冲击,校准螺钉的位置也基本上不受影响。同理,在惯量微调机制中,游丝的两端是固定的,而不是像快慢针系统中那样让游丝的末端穿过两枚销钉,因而极易在两者的间隙间来回移动。

抗磁硅游丝

多年来,瑞士腕表的游丝都是用一种特殊的金属合金制造而成的,比如较原先材料有很大 进 步 、并 被 广 泛 应 用于 制 表 行 业 的Nivarox合金。显然,宝珀如今在机芯中使用的硅材料,其性能已超越了所有的早期游丝材料。可以说,硅材料的进步是多方面的。

首先,硅材料能够塑造理想的形状。金属游丝的制作工艺主要是将金属丝拉细并弯曲成螺旋状。多年来,由于制造工艺的进步,制表界在实现游丝的统一轮廓及螺旋形状方面取得了长足的进步。尽管我们无法实现绝对的完美,但硅作为一种高科技材料,可以被打造成近乎完美的形状。与机械地将金属拉伸成更细的形状后再使其弯曲的传统制作工艺不同,硅游丝的生产依靠的是一种先进的技术,其中包括对硅晶片进行深度雕刻,如此便能打造出一种在硅材料整个生成阶段内保持稳定不变的、有效且完美的形态。更重要的是,在硅材料的生成过程中,还能随时对其形状进行调整,使之逐渐形成理想的最终形态。这一点让机芯设计师(术语中称为构建师)们得以指定游丝各个部分的软硬程度,以便根据机芯的设计细节进行性能优化。硅游丝所具备的这种能够契合机芯特点的特殊适应性,是传统金属游丝所望尘莫及的。

其二是等时性能。等时性是一个制表术语,指的是主发条的松动对机芯运行产生的影响。在上满发条和发条几近松开这两种情况下,机芯的运行会有怎样的变化呢?一般来说,当腕表上满发条时,传递给摆轮/游丝/擒纵机构的力要比发条几近松开时更强。这极有可能导致腕表摆幅的改变。大多数佩戴者都倾向于认为,腕表性能的优劣主要取决于它每天快了或慢了多少秒。然而,制表师和机芯设计师首要关注的却是所谓的“摆幅”。摆幅是指擒纵机构每传递一次脉冲力时摆轮转动(许多人也会将其称为摆轮的“摆动”)的幅度。理想情况下,摆幅应当保持在290度的旋转范围之内。当主发条上满链时,腕表的摆幅会比发条几乎完全松开时更大2

硅的一个特性就是能够缩减等时性误差,当发条盒逐渐松开时,还能够对脉冲力的变化做出响应,减少对游丝的干扰。力的变化对硅游丝产生的影响比对金属游丝小得多。对于佩戴者来说,这意味着腕表能在不同的上链状态下运行得更加平稳。

同时,硅游丝的重量比金属游丝轻,也就更利于精确计时。作用于摆轮和游丝的重力,会因腕表所处位置的不同而引发微小的走时速率偏差。造成这种现象的原因是多方面的,如游丝的重心偏离了转动轴,致使重力要么造成摆幅增大;要么因随腕表位置变化所出现的摩擦与润滑效果而导致摆幅减小。

质量更轻的硅游丝则能有效减少上述这些对于走时的影响。

硅游丝的另一个优点就是具有抗磁能力。硅是无磁性的,这就意味着它不会受到磁场的影响。如果一枚由磁性材料制成的金属游丝被暴露在了足够强的磁场中,该游丝中较细的部分就有可能会被磁化。如此,腕表中的某些零部件就会被游丝的另一部分所吸引,还有一些零部件则会与之相斥。在这两种情况下,残留的磁性都会改变游丝的特性,从而影响时计的运行。由于硅材料不会被磁化,也就避免了这个问题。

老化对游丝特性的影响同样不容忽视。随着时间的推移,传统游丝材料的刚度会发生变化,这可能会使游丝对腕表的运行速率及等时性造成负面影响。相比之下,硅材料能保持稳定,不会随着腕表的老化而产生金属疲劳。

2 有点矛盾的是,当腕表上满发条、摆幅最大时,其运行速率却会比发条几近松开、摆幅下降时更慢一些。换言之,随着发条盒逐渐松开,腕表的走时速率会趋于上升。若想正确看待这一现象就必须理解,当摆轮的摆幅小于满链状态下的最大值时,摆轮完成转动所需的时间就会缩短。

多主发条盒结构

宝珀的许多机芯都配备有多个主发条盒:一些采用了双发条盒结构,另一些则采用了三发条盒。毫无疑问,采用2-3个发条盒来驱动机芯可以实现较长的动力储存——在安装3个发条盒的情况下,腕表的动力储存最长可达8天。然而,动力储存时间的长短并不能代表一切,同样重要的还有机芯在动力续航期内的表现。换句话说,机芯的等时性能更为重要。

对于多发条盒结构的机芯,宝珀会将各个发条盒串联起来。“最外侧”的发条盒可通过表冠或自动上链系统直接与上链零部件相连。“最内侧”的发条盒将直接与腕表的运行系统相连。制表师们通过巧妙的设计使不同上链状态下的动力输送达到平衡。大致的原理是当最内侧的发条盒逐渐松动时,让最外侧的发条盒(若机芯配备有3个发条盒,则是最外侧的多个发条盒)来承担补充动力的责任。如此一来,腕表的调校系统(摆轮、游丝、擒纵机构)在多个发条盒释放能量的情况下,仍能保持扭矩的基本恒定,从而提升等时性能。这思路说起来容易,却需要经过精细的设计研究才能实现。而成功的关键则在于,宝珀的机芯工程师们对发条盒内主发条的特性进行的仔细测算。最内侧的发条盒中搭载有一枚相对于外侧多个发条盒而言动力更弱的主发条。这样,当它逐渐释放能量时,那些与之相连的、动力更强的发条盒(多个发条盒)就能为该发条盒中的主发条重新上链。

经过对这些设计特征的仔细探究,我们不难发现其中贯穿着一条共同主线:那些决胜千里的核心成员也许隐于幕后或立于聚光灯的光环之外,但都以无可匹敌的重要方式提升了宝珀机芯的卓越性能。