Seiko Spring Drive 機芯的非凡歷史與功能

Seiko Spring Drive 機芯的非凡歷史與功能

Seiko Spring Drive 機芯的非凡歷史與功能 專題文章

Seiko (精工) Spring Drive 是世界上最為獨特、巧妙、高效和精準的機芯之一,它在當今的大眾產品中自成一派。在我們開始講述Spring Drive 的精彩故事之前,需要先了解其系統功能和基本構造。因此,歷史故事會放在第二頁,在這一頁讓我們首先來看看這一機芯的神奇構造。

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9R86 Spring Drive 計時機芯的細節。攝影:David Bredan

在此之前,請允許我佔用一小段來講講撰寫過程中的艱辛(同時也是讓品牌知道我們的難處):很遺憾的是,Seiko 的資料向來極其零碎,這讓 aBlogtoWatch 的團隊一直苦不堪言。任何一個主題的重要信息都是分散在大大小小的網站、媒體中,其載體也是五花八門,實在不知道他們是有意為之還是無心之過。我們每次都得在屈指可數的 YouTube 視頻、日文微型網站以及非公開的 PDF 中搜尋一點一滴有價值的情報和影像,所有這些散落在互聯網上的資料都完全沒有經過整理。以下的文字花了我好幾天時間才梳理完成,所以也希望大家能體會到我們的苦心。如果你發現有什麼遺漏,並且手頭上也正好有參考資料的話,請一定在評論區裡告訴我們。

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一張很棒的關於 Spring Drive 工作流程的結構圖。來源:Seiko

Spring Drive 的運作方式

傳統的電子表是由電池驅動的,並且通過石英晶體振蕩器控制與指針相連的步進馬達。而如「Spring Drive」這一名稱所示,其所需的能量全都來自發條彈簧。

Spring Drive 通過主發條實現了 2 - 8 天的動力儲存時間(取決於機芯型號),這與常規的機械腕表沒有兩樣。Spring Drive 機芯的主發條也會像傳統機械腕表一樣與傳動輪系相連。實際上,其 80% 的部件和高檔機械機芯別無二致。

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Spring Drive 機芯的組成部分。來源:Seiko

Seiko 的 Spring Drive 機芯的不同之處就在於:其傳動輪系的末端並不是做往復擺動的平衡擺輪,而是一個單向轉動的滑動輪。Seiko 將其稱為「Rotor」(滑動輪) ,因為它只朝一個方向運動。我們在後文盡量沿用這一表述,這樣大家在閱讀時就能對平衡擺輪和滑動輪進行區分。 從上圖中就能看到傳動輪系末端的滑動輪。

那麼 Spring Drive 系統是如何巧妙調控走時精度的呢?對於機械腕表而言,擒縱機構和平衡擺輪在一定頻率(通常為 2.5 - 5Hz 之間)下的運作情況決定了腕表的走時精度。而 Spring Drive 系統採用的是被稱為「三級同步調制控速器」(Tri-Synchro Regulator)的機構,這一名字來源於控速器中存在的三種能量:

  1. 機械能(主發條)
  2. 電能(集成電路,或稱作 IC;石英晶體振蕩器)
  3. 電磁能(滑動輪;定子)
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三級同步調制控速器負責調控三種能源的產生及協作過程。

如果沒有電池,那麼石英晶體振蕩器和集成電路的能量從何而來?大家可能都會提出這個問題。其實滑動輪和線圈就組成了電力產生裝置。其工作原理與單車尾燈相似,都是從滑動輪運動中產生的電能。

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電能驅動石英晶體振蕩器和集成電路開始工作,前者能夠產生精準的參考訊號(32,786Hz),而後者則將這一訊號與滑動輪的轉動速度進行比對,並將其速率控制在每秒八圈。我們會在第二頁對這一過程進行詳細解說,目前先繼續往下介紹。

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電磁能負責制動/校準滑動輪的速率,以實現精準的走時。

既然必不可少的電能和參考訊號都已經有了,最後的任務就是要確保滑動輪、傳動輪系以及指針都能按照恆定的速率運轉。為此,三級同步調制控速器會對滑動輪施加周期性的電磁制動,以令其速率與石英晶體振蕩頻率相匹配。集成電路對滑動輪的轉速進行實時監控,而電磁制動的目的就在於避免滑動輪旋轉過快。

以上便是 Spring Drive 的工作原理。其主發條驅動傳動輪系,並由集成電路和石英晶體振蕩器調整速率,這堪稱是傳統機械製表技術與 21 世紀科技最獨特的結合方式。

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416 個部件,50 個寶石承軸,140 個上油點以及使用五種不同的潤滑油。Seiko 出品的 9R86 Spring Drive 計時機芯。

現在讓我們來想像一下:所有這些機電組件和由發條驅動的機構都被裝進了一個尺寸適合日常佩戴的表殼內,並且實現了三日動力儲存,而走時月差也控制在 +/-15 秒以內,此外它還比常規機械腕表更能勝任大溫差環境。

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順便提一句,Seiko 聲稱:由於整個傳動輪系處於持續運作的狀態,不存在時不時的停頓,所以才能在長期使用的過程中保持穩定可靠。Spring Drive 系統不像傳統擒縱機構那麼易受影響,而滑動輪持續運作的方式也有利於減少磨損。在電子元件方面,由於沒有化學組件(如電池),所以也不存在劣化問題。而與(可以穩定工作數十年的)石英機芯相似的運作方式也確保了 Spring Drive 的使用壽命。

明確以上要點後,接下來就讓我們進一步了解 Spring Drive 的幕後天才,以及 Seiko 長達 30 年的研發歷程。隨後大家也將看到 Spring Drive 基本工作原理之外的深度技術細節。