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你了解多少传统手表里的高科技?


浏览次数:2754 发布日期:2014-9-1 8:57:53
 

借助高科技材料和创新的设计,机械表令电子表望尘莫及


浏览一下任何技术博客就会发现,钟表世界里的所有创新似乎都被一个词占据——智能手表。几乎每周都有新的设计出自像三星(Samsung)和索尼(Sony)等电子巨头、Pebble和Martian等刚新兴小企业,甚至是古怪的流行歌手(歌手will.i.am说,他的智能手表将在今年夏天上市销售)。那么斯沃琪(Swatch)前段时间在推什么样的新产品呢?答案是它称为Sistem51的一种自动上发条的手表。斯沃琪在1983年将迟钝的电子表转化成必备的时尚配饰,从而拯救了瑞士的钟表业。



智能手表往往不是非常具有创新性:大部分是混搭电话、活动跟踪器和音乐播放器。尽管去年智能手表的全球销量几乎达到了200万只,但不少购买者很快就对之失去了兴趣。咨询公司Endeavour Partners估计,三分之一的美国人在购入“可穿戴”设备六个月内都会将之遗弃一旁。


普通的电子石英表也没有什么真正的技术进步。现在,一些企业以GPS、太阳能发电以及各种花哨的屏幕来进行自我推销,但商品化已经把平均价格推低到只有几美元,并在很大程度上挤掉了创新。


这种情况并没有发生在“老式”机械表的身上,其创新动力来自两个因素。第一个是,靠近纳沙泰尔湖的瑞士“钟表谷”内部和周围仍在获得巨额利润。2013年,该国出口了2810万只钟表,均价为 830美元(斯沃琪拉低了平均价格,其古怪的石英手表的售价每只在50-215美元,出售的数量巨多,但具体数目不详)。第二个是一系列的技术突破,受到了意想不到的非传统材料使用的推动,而这些技术突破可能会适时地改变这个行业。


斯沃琪Sistem51系列腕表


对于老式手表,Sistem51力求采取与斯沃琪30年前对其电子表一样的作法。接着,斯沃琪利用创新设计和自动化将石英手表中的零部件数量由原来的90个减少至51个。Sistem51在机械版本中采用了200个或更多的零部件,如今也将该数量削减至51个。为了做到这一点,斯沃琪用铜、镍和锌的抗磁合金ARCAP构建了一个最低限度的运动——磁铁是影响机械表精确度的天敌。因为它具有抗磁性,这种运动就不需要校准装置。它在工厂就被调节和密封了,工厂里的组装都是全自动的,这对机械表来说是个首例。Sistem51可能是100%瑞士制造的,但它的制造商是瑞士的机器人。


斯沃琪Sistem51系列腕表


但是是硅这种金属真正彻底改变了传统的手表,目前许多传统手表的硅含量比任何智能手表都多。机械表的核心是精细的游丝、平衡摆轮、擒纵轮和托盘装置;简单来说,这些是手表计算每一秒和确保精确度的要素。传统上,像手表动力系统的其余部分一样,它们是由金属制成的。这意味着,他们需要润滑,会受到磁性、冲击、热和冷的损坏,以及磨损。


硅避开了这些问题。许多钟表企业采用深反应离子刻蚀技术,把硅片塑造成游丝,擒纵轮和托盘,有时甚至是平衡摆轮。硅比金属更轻、更坚韧、更坚固。要蚀刻成小骨骼结构,就不可能用金属来形成,它成为装置的极轻的核心,可以以更高的频率(速度)运行,这意味着更大的准确性。硅部件几乎无摩擦,所以无需润滑,且不受大多数外力的影响。并且与合成金刚石或碳涂层结合在一起时,硅的唯一缺点脆性也可以被克服。


芝柏表(Girard-Perregaux)保持其恒定


但制表商不是简单地使用硅作为金属替代品。所有的机械表都有的一个障碍是,它们的精确度随着它们的位置而变化,因为机械表受重力影响。在18世纪后期,传奇的法国-瑞士钟表制造商亚伯拉罕 – 路易•宝玑(Abraham-Louis Breguet)试图通过封闭整个摆轮和擒纵机构在一个旋转笼里来克服这一障碍,这一发明被称为陀飞轮(tourbillon)。这些仍存在于一些钟表中,但只能部分地对抗重力的影响,而且使得手表既复杂又昂贵。


宝玑钟表公司仍然存在(作为斯沃琪的一部分),现在已经提出了一个不同的方法来克服重力。在其新款手表上加入了抗磁硅组件,宝玑能够在碳钢制成的摆轴两端插入强大微型磁铁,而摆轴用以旋转手表的平衡摆轮。磁体在强大的磁场中稳定住轴杆,如此强劲,以致其下末端可以自由浮动,从而减少该端部的摩擦到零。该磁场也强大到足以抵抗重力和冲击的影响。无论其所在位置,宝玑的钟表(如图一所示)都可与电子表的精确度相媲美(一天相差-1到+3秒)。并且因为它可以以非常高的频率运行,它可以测量到每秒二十分之一。但4万美元的售价绝算不上便宜。


传统手表的另一缺点是,随着发条的松开,擒纵轮传输到平衡摆轮上的动力减少,从而使得手表的运行速度减慢。为了解决这个问题,制表商们长期以来一直在努力设计出“恒力”擒纵轮,无论手表的发条缠绕多紧,都能传输相同数量的能力。但很少有制表商取得很大的进展。但瑞士电子暨微技术研究院(Swiss Centre for Electronics and Microtechnology)合作的制表商芝柏表似乎已经取得了突破性进展。



该公司的“恒定擒纵”采用一条14微米宽的硅片(上图)固定在两端及其中心。从两端压缩时,它会让这个硅带的两个部分被“扣住”——左半部分在一个方向上,右半部分在另一个方向上。当一个力被施加在一半硅带的扣上时,它立刻就被扣在另一个方向上。由于硅扣住的方式,它向平衡摆轮提供了精确、不变的脉冲能量。然后,另一半的扣子也发生了同样的变化,以此类推,反反复复,滴答滴答。该装置几乎没有失去什么能量,所以手表将会运行一周而无需上发条。


诚然,12.35万美元的价格大约等同于一辆体面的玛莎拉蒂,但所有的产品都已被预售。但是,随着宝玑的磁轴等创新可能在瑞士制表商不断涌现,因此此类机械奇迹的价格预计将开始出现下滑。

 

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