机械腕表装配大量活动组件,与摩擦学(tribology)息息相关。

摩擦学此新兴的科学范畴主要研究摩擦力、磨损度、润滑性能,以及各个活动表面的相互作用。若非摩擦学家能令组件恰到好处地旋转、滑动或固定,现代精密时计很可能在运行不久便停顿下来。

摩擦学家常说,只有一件腕表组件他们不用钻研,那就是表盘。静止的表盘不会触碰其他活动组件,因而不会磨损。换言之,腕表机芯及其微小的活动组件、外壳、外圈、镜面、表带和带扣,以至生产过程、机械、工具和润滑油,全都在摩擦学家的检查范围之内。摩擦学家集工程师、化学家及制表匠的知识于一身。如今,劳力士的专业摩擦学家团队,成功把腕表的可靠度、精确度及舒适度提升至前所未有的水平。

摩擦学家

新兴科学

摩擦学在1960年代末至1980年代间才正式出现,其时外界逐渐了解高科技工程所用的材质受压时的各种反应。于过去的数个世纪,这门涵盖广阔的科学的部分原理已在无意间被应用。制表先驱约翰・哈里森(John Harrison)在18世纪创造出首个超精密时计──航海天文钟,为了减低摩擦力的影响,他竭力制作史上首个无需使用润滑剂的时钟装置。当时,由动物或植物脂肪制成的润滑油很易变坏,效果强差人意,直接削弱航海仪器的重要作用。

然而,在21世纪初,这门新科学才逐步发展,并有系统地促进制表技术的沿革。在机械机芯中应用摩擦学,对腕表的精确度、寿命和功能有着关键的影响。

组装机芯

在表壳和表带中应用摩擦学,则有助提升腕表的舒适度、质量和美感。佩戴腕表的人不难察觉当中的转变,譬如在开合劳力士腕表时,蚝式保险扣会带来令人感到稳妥的喀哒声和触感;而有赖摩擦学的应用,为最新推出的星期日历型及新一代机芯奠下精准度的新标准。

日历和星期显示

起初,摩擦学家的工作主要是事后解决难题,需要无比耐性,因为可能有问题的组件及相关证据,或会因磨损而损坏。然而,于过去15年间,在产品的研发阶段,研发人员挑选物料及设计零件时已运用摩擦学的原理,对摩擦学而言是长足的发展。

细至微米

新机芯的误差范围极细,与航空航天业的标准不相伯仲。尺寸微小的旋转轴或齿轮的摩擦力和磨损是十分巨大的。

细至微米

宝石轴承或齿轮齿口承受的压力,有如火车头在路轨上驶过所产生的压力。腕表的每一下嘀嗒声,代表擒纵装置的脉动及摩擦,磨损就这样产生,而这样的摩擦在劳力士腕表中每年产生多达2亿5千万次。而活动表面之间的接触印痕,最细只有数个微米。

18世纪,钟表轴承以坚硬宝石制成,以减低因黄铜枢轴摩擦而引起的磨损。与此同时,若非研发出持久耐用的润滑油,今天的精密机械腕表机芯很可能在两周内便会停顿,留下大量的金属屑。

设置擒纵系统

制造高科技润滑油

在摩擦学家的指导下合成高性能润滑油,取代十多年前沿用的动物蹄部油脂。劳力士是唯一在专门实验室内自行研制润滑油的制表品牌。每种润滑剂都有特定用途,研发过程长达十年。低粘度或较薄身的润滑剂,大多用于高速接触点,如游丝摆轮。高粘度或较厚身的润滑剂则用于联动轮等承受高压和撞击的位置。

事实上,润滑油的用量极少。每年,整个瑞士钟表业大约只耗用100升专用润滑油。在劳力士机芯中,一般有50至100个润滑点,视乎型号而定,所需的润滑油仅仅数微升而已。在摩擦学的带动下,每滴润滑油均经科学计算,并由熟练的操作人员以自动注射器加至机芯之上,确保分量正确无误。过多润滑油会导致活动组件黏连或减速,太少则会增加磨损。

当然,表匠要考虑的事项绝不止于此。名为“epilames”的纳米涂层,可更改组件的表面张力,确保润滑油停留在同一位置或特定地方。即使润滑油的体积极为微细,其形状和弯曲率亦经慎重考虑。例如,在一段时间后,球状液滴有机会于两个表面之间展开,失去缓冲作用。

精准配对

有些时候,适量摩擦也有好处。经精心设计和协调的旋转外圈装置便是一例。纵航者型外圈独有的三角坑纹形状和几何结构,均经仔细研究,确保手感舒适。

摩擦学家对精确度的触觉十分敏锐,每当谈及金属,他们注意的并非其平滑,而是其粗糙。因为他们知道即使在电子显微镜下观察抛光表面,其光滑度与肉眼所看到的或指尖的感觉都不一样。摩擦学家还会分析磨砂表面,确保抛光过程不会令表面磨损。

表带充分展现出摩擦学的成果。在铂金和黄金蚝式表带,以及著名的星期日历型元首型(President)表带中,特制的陶质嵌件内置于各个链节内,以减少不同特性的金属表面在摩擦时产生的磨损。这些嵌件亦确保表带佩戴舒适。表带不可使用润滑油,因为它属于腕表的外露部分,故较容易会被洗掉,甚至会弄脏佩戴者的衣服。

面对如斯复杂的工序,我们不难理解这些专家大多持有学位以上的资历。他们每天的工作都是建基于有条不紊、严谨精密的科学之上。然而,摩擦学家也有浪漫的一面:他们就如“媒人”般,“撮合”不同的材质和活动组件,使各者平衡协调。

摩擦学家集工程师、化学家及制表匠的知识于一身。

红色润滑油

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