T0故事——Grand Seiko的无尽追求

T0 恒力

《Chronos Japan》主编 广田雅将

Photo of T0 恒力

T0 恒定动力陀飞轮

精工于 2020 年 9 月推出了作为 Grand Seiko 概念创作的 T0(T-zero)恒力陀飞轮(简称“T0”),旨在打造极致高精准度的机械表。 1960年代,精工的机械机芯在当时最权威的精准度竞赛,纳沙泰尔和日内瓦天文台比赛中独占鳌头。 凭借这款新机芯,Grand Seiko 重回世界巅峰。

机械表无尽的课题.发条

有别于石英表的电池动力,机械表是透过发条释放的力量来运作。其架构成形于17世纪晚期,基本上没有太大的变革。可称得上是「骨董品」的机械结构至今仍被运用,这是因为伴随技术进步,诸多问题得以被解决。

Grand Seiko所搭载的机芯之一Spring Drive可达到等同石英表的精准,并具备抗磁、抗温、抗冲击等特性。正是拜技术进步所赐,方能实现的最佳实例。

10年前的机械表与百年前的相比,虽说已有脱胎换骨般的进化,但仍留下了一个深刻的问题,也就是机械表的动力源.发条。

在机械表中,主发条在上链时获得动力,在松开时失去动力。 这就是为什么发条玩具一开始会活动得很活跃,随着时间的推移移动会越来越弱。

由发条驱动的机械表理论上可保持一定的节奏刻画时间,原因是心脏部设计有「摆锤」或「摆轮」。这些零件如同钟锤般作动,不论发条扭力强弱,都能维持一定的节奏。

但这仅仅是理论上的空谈,发条在释放时会受诸多因素影响,左右机械表的精准度。当然各表厂对于发条问题并非束手旁观。例如2020年发表的Grand Seiko Cal.9SA5,此机芯动力长达约80小时,并针对游丝的形状特别着墨,因此可维持长时间的精准。但是最理想的情况,还是希望发条的扭力可以不分满链空链,时时保持稳定输出。

2020 年 8 月推出的全新 9SA5 机芯2020 年 8 月推出的全新 9SA5 机芯

如何保持稳定输出?

将发条的扭力维持稳定,机械表理因能更为精准。解决方式之一是采用宝塔轮(fusee),透过链条制动可以产生稳定的扭力。此设计被运用于航海天文钟,但要收纳于怀表或手表之中难度极高。

除宝塔轮之外,受到注目的是Constant-force恒定动力装置。将发条的扭力储存于另一个定力弹簧之中,藉由弹簧回弹的力量驱动摆轮或摆锤,此结构类似一个小水坝,可稳定地输出扭力。

恒动装置,制表师无法实现的梦想

恒动装置与宝塔轮相比体积小,零件数少,十分适合腕表。但设计和制造不易,实际运用于腕表的门坎过高。实际上采用恒动装置的机械表屈指可数。理论上十分完美,但不易实现,被表厂与制表师称为「无法实现的梦想」。

2020年9月,GrandSeiko 发表T0,世界首款采用同轴设计的整合式恒定动力陀飞轮,可称得上在这个领域中最为优异的设计,将无法实现的梦想,具体呈现在眼前。

精工通过天文台竞赛培养的传统

现在GS的机械表使用9S6与9S8系列机芯,由9S5系列衍生而来,是市面量产型机芯中的优秀代表。9S6问世后,SII的技术团队便展开新型机芯的研发。9SA5便是以量产为前题而诞生的革命性机芯。而另一颗不以量产为前题的机芯即为T0。T0不仅是追求更高的精准度,更加入了感性的价值。

首款GS问世4年后,第二精工舍(现SII)与诹访精工舎(现Seiko Epson)共同参加了素有表界F1之称的天文台竞赛。这是专门针对手表精准度的比赛。当时皆由瑞士一流表厂独霸。Seiko两表厂成绩年年进步,66年获得企业奖第3名。(诹访精工舎第6名)。67年第2名(诹访精工舎第3名)。以石英表闻名于世的Seiko,其实在60年代后期,其机械表的精准度已达世界最高水平。

由Suwa Seikosha(左)和Daini Seikosha(右)
专为天文台比赛研发的机芯

后来第二精工舍虽然中断机械表的开发,但传统制表的方法仍被保留下来。1998年GS再度以机械表复出。游丝调校便是运用了天文台竞赛时培育出的技术。2006年更长效动力,更耐磁的9S6问世,GS机械表正式回到世界第一线。

曾经席卷天文台竞赛,之后孕育出9S机芯。Seiko深厚的技术底蕴是否能做出世界最高水平的腕表?SII的川内谷有了这样的想法,并想挑战「无法实现的梦想」。

精工手表公司产品开发部 川内谷卓磨 (Takuma Kawauchiya)精工手表公司产品开发部 川内谷卓磨 (Takuma Kawauchiya)

世界首款采用同轴设计的整合式恒定动力陀飞轮

稳定发条扭力的恒动装置,可大致区分为两种。一是靠近发条的「Remontoire」,另一种是靠近摆轮的「Constant-force」。虽然统称为恒动装置,仍有所差异。Remontoire因靠近发条,容易控制发条释放的扭力。反面,因距离摆轮较远,导致效率下降,造成扭力不均。而Constant-force因近摆轮,可输出稳定的动力给摆轮。但离摆轮愈近,仅能以愈小的扭力驱动忸动装置,导致装置难以稳定。

川内谷的理念是将恒动装置尽可能靠近摆轮,并使装置稳定作动。如通前述,这两个要素处于平衡状态,要能同时兼顾,绝非易事。

让摆轮本身旋转,理论上可抵消重力影响,这是陀飞轮的基本思维。川内谷思考在陀飞轮下方,加入恒动装置。一般的陀飞轮是将每分钟转1圈的4番车与摆轮、擒纵结构模块化(此模块称为框架),使整个框架转动。此时欲加入恒动装置,一般是设置于框架之外的空间。而T0 是运用与框架同轴的齿轮,将其扭力作为定力弹簧,其释放的动力,不仅是摆轮,而是连同整个框架一起旋转。

增加动力,降低抵抗。

川内谷研究了多种Remontoire和Constant-force,推导出这个理论:强化发条的扭力,并将抵抗降至最低。例如这次采用的双发条盒。发条串联可延长驱动时间,并联可倍增扭力。为了平稳地驱动恒动装置,Seiko首次采用了并联式的发条。抵抗也被大幅降低。

为了承受双发条的大扭力,靠近发条的二番车和三番车上施以特殊镀膜,有效降少摩擦。此恒动装置可储存发条的动力并每秒释放,其中的停止轮(stop)扮演关键角色,必须兼具耐用度与低摩擦抵抗的特性。T0的停止轮,由陶瓷制成,加工精准度要求至千分之数毫米。

一般机械表的齿轮是以切削制成,精密的齿形可平稳传递动力。而川内谷精益求精,齿轮全数采用 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)制程。这是生产半导体时采用的精密成形技术,宛如电镀般堆栈金属镀膜,以微米为单位制作完美齿形。Grand Seiko虽早已运用此技术,但T0是第一款全数齿轮采用MEMS制程的机芯。

精益求精的改良

T0的研发,必然是选择技术成熟的9S65机芯作为基础。T0有关走时的结构,包含发条、轮系、擒纵、摆轮等主要零件,基本都是依循9S65的设计。收纳动力发条的发条盒,几乎是直接使用9S65的发条盒。操作相关的压鸟、鼓压等零件亦然。

Photo of 9S65机芯,研发T0的基础机芯 9S65机芯,研发T0的基础机芯

改良之处为采用了无卡度摆轮。多数机械腕表是以快慢针强制改变游丝长度,来调整手表的快慢,原理如同调整时钟摆锤的长度。但这结构易受外力影响,发条松驰时精准度不易控制,虽然可添加一些装置来改善,但理论上没有快慢针是较为理想的。

因此川内谷采用无卡度摆轮,改变摆轮的惯性取代改变游丝长度。虽然制造上较为困难,具备抗冲击,更为稳定精准度等特性。原本此技术是以9SA5为中心而展开的研究,川内谷率先将此结构运用于T0机芯进行测试。

另一特色的是高振频。摆轮作动愈快,精准度愈好。道理和陀螺是相同的,高速转动的陀螺较不易倾倒。Seiko自1960年代开始推动高振频技术,于60年代后半制霸天文台竞赛。这项传统传承至今,2020年发表的9SA5机芯,即拥有36000转/小时的高振频。

T0的振动数与9S6系列相同,为28800转/小时。一般搭载恒动装置,无法搭配如此高的振频。因为恒动装置会限制发条的扭力。归功于双发条盒设计,并且极力减少摩擦抵抗,T0是史上最高振频的恒动装置,并且没有缩小摆轮的尺寸。

试作机所测定的结果显示,陀飞轮将重力的影响抑制在1/10以下。恒动装置则成就了50小时的高精准度。再加上高振频与无卡度设计,配戴精准度应亦有所提升。

再起动结构,来自50年前的设计

一般机械表的停秒,是直接将停秒杆抵住摆轮。但陀飞轮的摆轮被收纳于框架中旋转,停秒杆接触不到摆轮。因此川内谷采用将整个框架制动的作法。

将框架制动的陀飞轮并不稀奇,但T0的作动方式是特别的。理论上振频提高,停秒后再度启动会变得困难。T0的28800转/小时再加上收纳了恒动装置的大型框架,一旦制动后再度启动是难上加难。T0制动框架的停止杆脱开之际,会将框架向反方向推,克服了这个困难(专利申请中)。这与Seiko在1964年东京奥运使用的秒表采用同结构。此结构后来为45GS采用。T0在研发时,正是参考了此设计。

Photo of 1968年的4520机芯实现了稳定的高精准度 1968年的4520机芯实现了稳定的高精准度

以感性价值为要求的外观与声音

机芯不论机板、桥板,所有零件经历长达3个月的手工打磨。精心雕琢的程度可与瑞士超高级腕表比肩。这些经验亦运用于后来诞生的9SA5之上。

T0的零件皆为手工打磨T0的零件皆为手工打磨

T0的走时声音也是一大特色。擒纵系统每秒8 次的滴答声,配合恒动装置每秒稳定发出的冲击声,刻画出16BEAT的节奏。为使恒动装置每秒稳定发出的冲击声, 十分考验加工精准度。以千分之数毫米为单位、陶瓷制的停止轮、再加上作动节奏微调的装置,才能实现完美的16 BEAT。

透过声音来展现机械表的极致精准。T0的开发目标是「创造感性价值」,这不仅是指绝美外观,也包含了声音。

T0展示了Grand Seiko的未来。

天文台竞赛素有表界F1之称,1960年代Seiko即曾独占鳌头,并将相关技术投入Grand Seiko之中,不断提升精准度。时隔近半世纪,Seiko推出日本钟表史上最具野心的作品。

世界首创同轴设计的整合式恒定动力陀飞轮。T0的技术底蕴让9SA5更为成熟,这不仅是超凡技术力的展现,也指明了GS未来的方向。

Photo of T0 恒力

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