機械錶是怎麼運作的?
機械錶靠一條捲起來的發條、一組齒輪和一個來回擺動的小輪子運轉。這篇用白話搭配圖解,說明每個零件怎麼運作。
本篇內容
機械錶沒有電池,沒有電路板,也沒有石英晶體。它靠的是一條捲起來的金屬薄帶、幾個齒輪,還有一個每秒來回擺動好幾次的小輪子。就這樣而已。然而一只好的機械錶,每天的誤差可以只有幾秒。
只要弄懂其中五、六個零件,每一只機械錶,不管是古董手上鍊正裝錶還是現代自動上鍊潛水錶,就都說得通了。以下依照能量流動的順序,把整件事講一遍。
先講重點
機械錶依序做三件事:
- 儲存能量:轉動錶冠上鍊,會捲緊一條叫做發條的彈簧。
- 傳遞能量:發條慢慢鬆開,帶動一連串稱為輪系的齒輪。
- 把能量切成等份釋放:擒縱機構和擺輪以穩定的節奏,讓齒輪一次只前進一小步。正是這個節奏,讓它成為一只計時的錶,而不是一顆轉個不停的陀螺。
至於指針,只不過是裝在幾個剛好每小時轉一圈、每十二小時轉一圈的齒輪上而已。
1. 發條:腕錶的電池
發條是一條又長又薄的硬化合金帶,捲在一個叫做發條盒的小圓鼓裡。當你轉動錶冠(或是自動上鍊錶的自動盤擺動時),發條就會被捲得更緊。隨著它慢慢鬆開,發條盒跟著轉動,而發條盒邊緣的齒則帶動其他所有零件。
一條發條能讓腕錶走多久,就是它的動力儲存。大多數腕錶約有 40 小時;有些用上更長的發條,或串聯好幾個發條盒,可以走上八天。棘輪和棘爪會擋住發條,讓它不會在你一放開錶冠時就往回鬆開,上鍊時感覺到的喀噠聲,就是這麼來的。
2. 輪系:把力量變成時間
發條盒轉得很慢,力量卻很大。輪系通常由四個輪子組成,分別是中心輪、三番輪、四番輪和擒縱輪,負責把這股力量轉換成更快、更輕柔的運動。每個輪子都與下一個輪子上的小齒輪(稱為齒軸)嚙合,齒數比經過設計,使得:
- 中心輪每小時轉一圈(通常裝著分針),
- 四番輪每分鐘轉一圈(通常裝著秒針,所以小秒盤的位置,就是這個輪子剛好所在的地方),
- 擒縱輪轉得很快,一次前進一齒。
要是放著不管,發條不用一秒就會把整組輪系轉完,讓腕錶的動力瞬間耗盡。所以得有個東西把它拉住。
3. 擒縱機構:把能量切片釋放
擒縱機構是最巧妙的部分。大多數現代腕錶用的是瑞士槓桿式擒縱:一個齒形奇特的擒縱輪,加上一支錨形的小擒縱叉,叉上有兩顆寶石做的「叉瓦」。
擒縱叉會左右擺動。每擺一次,一顆叉瓦放過擒縱輪的一個齒,另一顆則接住下一個齒。輪系剛好前進一步,然後再度鎖住。這一鎖一放,就是你聽到的滴答聲,也是機械錶秒針以細小的步伐前進,而不是真正平順滑行的原因。
擒縱機構還有第二項工作:每個齒滑過時,都會輕輕推擒縱叉一下,擒縱叉再把這股推力傳給擺輪。靠著這一推,擺輪才能持續擺動。
4. 擺輪與游絲:腕錶的心跳
擺輪是一個帶配重的小圓環,繞著軸心來回擺動。一條極細的螺旋彈簧,稱為游絲,每次都把它拉回中心,於是它以穩定的頻率振盪,就像鐘擺一樣,只是它在任何姿勢下都能運作。
擺輪每擺一次,就撥動擒縱叉一下,放過擒縱輪的一個齒。所以整只錶的節奏是由擺輪定下的。大多數現代腕錶每小時振動 21,600 或 28,800 次,也就是秒針每秒走 6 或 8 步。這些數字代表什麼,我們在腕錶振頻解說裡有詳細說明。
準不準,關鍵在於擺輪擺動得有多穩定。溫度、磁力、腕錶的擺放姿勢,以及發條還剩多少動力,都會對它造成些微影響。製錶師「調校」機芯時,就是調整游絲的有效長度,直到腕錶走得不快也不慢。
5. 寶石:為什麼錶裡有紅寶石
在齒輪軸尖旋轉的地方,以及叉瓦上,腕錶用的是微小的人造紅寶石。紅寶石極硬又光滑,所以磨損得慢,需要的潤滑油也很少。基本的手上鍊機芯通常有 17 石,足以涵蓋每一個重要的摩擦點。自動上鍊機芯多半有 21 到 25 石,因為上鍊系統多了一些活動零件。
寶石多,不代表錶就一定比較好。超過功能所需的那一組之後,多出來的寶石大多只是裝飾。
6. 上鍊撥針機構:錶冠的工作
錶冠連著錶內的一根柄軸,而一小組稱為上鍊撥針機構的槓桿和齒輪,決定了轉動錶冠時會發生什麼事:
- 推到底:轉動錶冠是為發條上鍊。
- 拉出一段(有日期的錶):轉動錶冠是調整日期。
- 完全拉出:轉動錶冠是撥動指針、調校時間。
在 1840 年左右以前,為錶上鍊和調時都需要另外一把鑰匙,所以這組機構的英文叫 keyless works,意思就是「免鑰匙機構」。更多說明請看機械錶如何調時。
7. 指針輪系:從分鐘算出小時
分針裝在中心輪的軸上,但時針得轉得慢十二倍。面盤下方有一小組齒輪,稱為指針輪系(motion works),把分針的轉速除以十二,帶動一根裝著時針的套管。日期盤、星期盤和月相盤的動力也是從這裡來的,通常透過一個每 24 小時轉一圈的輪子。
自動上鍊錶有什麼不同
自動上鍊錶擁有上面所有的東西,再加上一塊半月形的重錘,稱為自動盤。手腕一動,自動盤就跟著擺動,並透過一組換向輪替你為發條上鍊。發條末端有一片會打滑的滑動夾,避免上鍊過頭。這會如何改變你和錶相處的方式,請看自動上鍊與手上鍊的比較。
機械錶為什麼會停
機械錶停走只有一個簡單的原因:發條的能量用完了。當它幾乎完全鬆開,就沒有足夠的力量推動擒縱輪、維持擺輪擺動,整組輪系也就靜止下來。上了鍊,它又會重新開始。這不是故障,而是你和機械錶之間的約定。
在 Mecha Watch 裡看它運作
讀到擺輪是一回事,親眼看它擺動又是另一回事。在 Mecha Watch 裡,你可以從四款機芯中挑一款,每一款都依照真實的振頻跳動,以它為核心打造一只錶,再把錶翻過來,透過底蓋欣賞機芯。
而且因為它的表現跟真錶一樣,能量得由你來提供。轉動錶冠上鍊,感受棘輪的每一下喀噠;出門走走,自動上鍊錶就會自己上鍊;不理它,發條就會鬆開,錶也跟著停走。這是我們所知道理解機械錶最好的方法:做一只錶(make a watch,唸快一點就是 Mecha Watch),然後讓它一直走下去。
常見問題
機械錶需要電池嗎?
不需要。機械錶完全靠一條捲緊的發條提供動力,你可以轉動錶冠為它上鍊,自動上鍊錶則靠手腕的擺動上鍊。
機械錶的滴答聲是怎麼來的?
來自擒縱機構。擒縱叉配合擺輪擺動的節奏,一次一齒地鎖住又放開擒縱輪。每放開一次,就是一聲滴答。
機械錶有多準?
一般的機械錶每天會快或慢幾秒到 20 秒左右。通過天文台認證的錶,標準更嚴格。石英錶則準確得多。
機械錶裡為什麼有寶石?
人造紅寶石又硬又光滑,被用來當作高摩擦部位的軸承,讓零件磨損得慢,也不太需要上油。
發條和游絲有什麼不同?
發條儲存能量並驅動整只錶。游絲則是一條細得多的彈簧,裝在擺輪上,控制擺輪的擺動,也因此決定了腕錶走時的準確度。