精准是手表的使命

      [腕表之家 钟表技术] 我们习惯了看手表的外观，看品牌的文化，以及工艺打磨，不过从本质上说，手表一直以来都是科学的成果，早期的钟表，一直是西方先进科学的象征，即便到了今天，钟表依然代表了西方先进的科技水平。中国制造的手表，无法进入世界前列，不是打磨跟不上，不是设计水平不行，而是材料、精密制造的能力跟不上。当然，这是题外话，今天，我们主要还是给大家分享一下今年公布的几个有意思的钟表专利，这些目前还很少在现成的产品中看到，但不排除未来不会使用，并且从这些专利中，我们可以看到，钟表内在的精密性、科学性，以及目前来说，有哪些进一步发展的可能性。

无轮辋摆轮——Navosort公司

      我们都知道，机械表的摆轮游丝系统，是机芯的心脏，它的准确、稳定摆动，是机械表走时精确的关键。几百年来，众多伟大的制表师，都在寻找理想的摆轮游丝系统，主要有三个方面的探索，一个是材料，一个是形状，还有配合的结构。我们常见的摆轮游丝系统，是一根螺旋游丝，配一个摆轮，虽然这样的系统用了好几百年，但是它依然不是完美的，制表师们对此的探索，从未停止过。

三种摆的设想

      Navosort公司是一家专门从事机械机芯研发和生产的公司，厂区在拉绍德封，这个地方是有名的制表重镇。他们最早在2015年提出一种无轮辋摆轮游丝系统的构想，然后在2016年12月14号申请专利，今年6月份公布专利，专利号EP15199927，大家可以在欧洲专利局或者咱们国家的专利局网站能找到。这个专利很有意思，它虽然也是一种摆轮游丝系统，但是它的摆轮是没有轮辋的，由于机芯是精密部件，事实上现在的机械结构，都需要有精密测算才能达到理想的效果，摆轮游丝系统的振频、等时性以及彼此配合，都是有科学计算理论的，这里不详述，因为那个还是有点复杂的，感兴趣的朋友可以自己去研究一下。

积家Gyrolab摆轮

      这项专利提出的是无轮辋的摆轮，我们知道，摆轮的摆动惯量对整个摆轮游丝系统有着非常直接的影响，而摆动惯量则是由摆轮的材料（材料刚度一般来说是固定的）、摆轮厚度、摆轮高度、摆轮直径所影响，同时为了精确的平衡性考虑，摆轮常常会配有配重螺丝和平衡螺丝，或者砝码，这个系统就变得极其精密，并且可调节。但是制表界一直都知道，环形摆轮也存在一些问题，比如重量较大，阻力偏大，能耗稍高。积家前两年开始使用的新专利摆轮Gyrolab就是一种尝试，从闭环变为开环。

其他四种摆的设想

      那么Navosort公司提出的无轮辋摆轮系统，在我看来，是对积家Gyrolab的一种更加大胆的探索，它的基本组成结构有几种类型的构想，一种是一根游丝配一个装有配重/螺丝的横轴，想让系统平衡摆动，摆轮这个替代品还是要有的，哪怕再简化，否则游丝的振荡非常容易受到外力的干扰，那么这个带有配重的横轴就是一个摆轮。另一种是有四个摆臂的摆轮，摆臂两两对称，末端带配重或者可调节的螺丝，用以调节整个系统的惯量。这个结构我们可以看到相比传统摆轮，简化了很多，并且也更加易于调节，从生产角度来说，这个系统也明显要容易一些。理论上说，这个系统比传统摆轮游丝系统要更高效，但是它的美观度不足。但是作为一种尝试，我们至少可以知道，传统摆轮依然还不足够完美，新的探索正在往简化的方向而去，当然，简化意味着更精密。

由重掺杂硅制成的游丝——劳力士

      劳力士品牌在全球有着非常高的知名度，也是世界上最成功的企业之一，长久以来，劳力士手表都以精准耐用著称，而这背后，当然离不开劳力士不断研发的全新技术。前两年刚刚推出的两款新机芯，劳力士3255和3235，包含14项新专利，实在了不起，也让人佩服劳力士的精密制造能力，让手表能够模拟佩戴的环境下，精准度达到前所未有的正负两秒每天。

3235机芯

      今年年初，国家专利局公布了劳力士的一项专利，这项专利优先权时间是2015年10月19日，也就是当时劳力士就已经有初步想法了，申请日是2016年10月19日，也就是想法基本成熟，已经有成果了。这项专利指出的是一种新的游丝。我们知道游丝对于手表的重要性，劳力士主要有两种自己的游丝，一种是蓝铌顺磁性Parachrom游丝，一种是硅晶体Syroxi游丝，后者主要用于一些女表。但是，劳力士当然不止这两种游丝，只是很多并没有量产投入市场，只是在研究和开发。

      新的游丝，是一种由重掺杂硅制成的游丝，重掺杂是一种材料加工的工艺，一般来说有P型重掺和N型重掺，我们就不具体来说了，这个专业性太强，我们只需要知道，它能制作这种材料就可以了。那么劳力士发明的这种游丝，主要目的，在于获得摆轮游丝系统的热补偿，更特别的一点是，这种材料，根据重掺杂硅成分以及外部工艺的不同，需要匹配特定材料和性能的摆轮，才能得到理想的热补偿效应。

      这项专利指出，由重掺杂硅制成的游丝，其中包括部件部分，尤其包括至少线圈或部分线圈，其具有超过一定要求的离子密度的重掺杂硅。那么使用重掺杂硅的部分，具有可以抵消或基本抵消杨氏模量的热系数，游丝的膨胀系数和摆轮的热膨胀系数，这三者是温度影响游丝摆轮系统固有频率的主要变数，当然，这也是有具体公式的。过去为了达到热补偿效果，一般的两种做法是，要么使用更先进的合金材料（缺点是制备复杂），要么在材料表面覆盖一层氧化层（缺点是高温处理对游丝不利）。劳力士的重掺杂硅游丝可以让摆轮游丝的频率，独立或准独立于温度，也就是说可以基本不受温度影响。

跳动显示结构——历峰集团

      跳动的显示机构有很多种，但是核心部件，一般都差不多，绝大多数都是靠一个蜗形轮来控制，因为蜗形轮存在一个特点，就是它存在一个断崖，那么当一个部件与它接触时，便会因为这个断崖，瞬间产生一段位移，从而实现跳动。这个结构在很多年前就已经别广泛使用，而历峰集团申请的专利，是一套更加严密的、利用蜗形轮进行精确控制的跳动显示机制。

      这项专利申请日期是2017年1月13号，公示日期是2017年7月20，是一项很新的专利。这项专利以后会出现在哪个品牌的产品里，目前还不知道，有可能已经在测试。其实这套系统，和以往有的结构，稍有不同，在目前大量使用的跳动机制中，往往是由一根带有齿的部件，与蜗形轮相接触，随着蜗形轮转动，会带动这个部件上的齿移动，从而在盘面上会有指示，最常见的是逆跳。

      而这项专利，齿轮20上有一个蜗形轮14，凸杆4上的凸缘12与蜗形轮接触，另一凸缘8则用以推动齿轮2转过一格，每次凸缘8因为凸杆4的下落，都会推动齿轮2走过一格，从而实现跳动显示，而弹性元件4则用以给凸杆4提供推动力。从结构上来说，这项功能适合用于日历显示、跳时、跳分等功能，但显然不是一个逆跳结构，所以注意与逆跳的区分。

总结：今天我们先只看这样三个样例，这些目前市面上看到的表中都还没有应用，都是一些实验性的探索。虽然我们买表，从来不会关注这些东西，但是从产业的角度来说，它们是值得思考的，钟表虽然看似简单，实则想要做到精密，并不容易。所以你会发现，好的手表之所以贵，这里面也有表厂背后研发和试验的巨额投入，最终找到良好的解决方案，推向市场，它不是一开始就成功的。（图/文 腕表之家 吴一冰）