擺輪游絲

擺輪游絲

游絲

【Balance-spring 游絲】（又稱擺輪游絲） 在手表結構中屬調速系統，稱之謂手表的心臟。它們之間的有機配合，在表機中來回旋轉振蕩，保持一定速度，確保了手表準確計時。游絲特別敏感嬌嫩，是一種相當細的螺旋形彈簧，大約比人發細3～4倍，總重量約2mg，卻可耐受600g的張力，韌性相當強。由於涉及深奧的材料科學、精密度極高，目前世界上較為知名、品質較好的游絲供應商只有瑞士的NIVAROX以及日本的精工。游絲的內端固定在擺輪的軸心，外端則固定在擺輪夾板上，當擺輪受到驅動時固定在擺輪內的游絲則會因為彈性而均勻地收縮及舒張，同時帶動擺輪來回擺動。如前所述，擺輪受到驅動力量使游絲受力壓縮、舒張，帶動擺輪順時針或逆時針旋轉，這樣的旋轉周期會直接影響到腕表走時的準確度。理論上，完成旋轉周期的時間愈短，也就是頻率越高，準確度就越高。而決定擺輪的慣性力矩以及擺輪的振幅周期的正是游絲的活動長度，拉長游絲會使擺輪慣性力矩變大，擺動的角度也越大，擺頻自然慢下來，反之縮短游絲則會使擺輪加速。

目前常用來表示擺動頻率的方式大約有∶每小時的擺動次數，記為 次/小時（或vph）；每秒鐘擺輪游絲往返一個周期的頻率，記為Hz”；或是每秒鐘的擺動次數，也就是日本表常用的振動”。現代一般的腕表振頻有∶18,000次/小時（2.5Hz，5振動）、19,800次/小時（2.75Hz，5.5振動）、21,600次/小時（3Hz，6振動）、28,800次/小時（4Hz，8振動）、36,000次/小時（5Hz，10振動），一般來說振頻越高，就表示這只腕表越精準。【Balance-wheel 擺輪】（又稱平衡擺輪） 擺輪受力驅動後，由內部螺旋狀游絲控制作往返擺動，擺動的幅度大約在270°～320°之間。

擺輪游絲的調節

擺輪的技術要求

1 擺輪必須平整，也就是擺輪輪緣四周要與擺軸垂直。

2 要圓，不得偏心，也就是不能成橢圓形。

3 要平衡，也就是擺輪四周重量要一致。

游絲的技術要求

游絲是以阿基米德螺旋線形狀，盤旋而出。內端固定在內樁上，外端固定在外樁上，其技術要求是：

1 游絲要“圓”，指的是符合均勻的阿基米德螺旋線和最外半圈的圓弧形。

2 “平”，包括游絲最內圈的內圓內平和游絲外圈的外圓外平，也就是整盤游絲包括內樁上平面側面觀看應在同一平面上。

3 框距一致，也就是每框之間的距離相等。

4 游絲安裝在擺輪上，整盤游絲的平面應與擺輪平面平行，不得歪斜，游絲外樁與游絲平面垂直，與擺軸平行。

5 安裝在機芯中，游絲應與擺夾板平行。如果游絲外端曲線不正確或外樁歪斜，會出現游絲傾斜，框距不一致等變形。還會出現整盤游絲成碗狀或傘狀。這可以調節外樁在外樁管內的高低來糾整。

裝配

以上擺輪游絲的技術要求，除了擺輪的平衡外，在拆裝過程中用肉眼通過放大鏡都能觀察到。如果不符合上述要求必須進行修整或換配，否則表機就走不好，更談不上精度了。

除此之外，擺輪游絲的技術要求還有很多。如：擺輪的動平衡、游絲的卷進角、游絲在快慢針內的蕩框、擺軸的軸向徑向間隙等技術要求，大家可以通過理論知識的學習作更深入的了解。

擺輪游絲系統（振動系統）——發展簡史

成熟的鐘表應該從英國鐘表開始講起

自17世紀那場著名的“航海天文鐘”比賽起，英國鐘表曾經是世界上最好的。早期的英國表的擺輪游絲系統是一個金屬的閉合光擺配合鐵基做成的平游絲（發藍），也就是荷蘭科學家惠更斯發明的擺輪游絲鐘的縮小版。通常，高級的英國表的擺輪是由貴金屬制造（k金）以增加擺輪的慣量，可以達到走時準確的目的。就以現在留存的這些珍貴鐘表看，每日的走時誤差大約會在5分鐘內。

后期的英國表也用到了雙金屬截斷擺輪

雙金屬截斷擺輪

這種擺輪也是由英國人發明的（具體誰的忘了）。擺輪的外圈是黃銅，內圈是鋼，這兩種金屬由螺絲緊密的結合在一起。這擺輪邊上多出的十幾個螺絲，不僅固定金屬用，而且還可以調整擺輪的位差。這樣的設計巧妙的補償了游絲由于溫度變化而引起剛性的改變，而剛性的改變會帶來不小的走時誤差。當溫度升高時，游絲變長，而擺輪由于銅的膨脹系數大于鋼的，會往內收縮。反之，溫度降低，游絲變短，擺輪會向外擴張。這種設計一直持續到因瓦合金的發明而結束。

這樣精密的設計通常還多見于“航海天文鐘”上，而天文鐘配合的卻是一種繞成圓柱狀游絲，俗稱“桶形游絲”。桶形游絲制作非常困難，但是這種游絲帶來的好處也是顯而易見的——可以大大減小由游絲舒張不同心所帶來的位差。但這種游絲通常卻不用于便攜式鐘表上，因為他的占用的體積太大，一位衣著得體的紳士，他放懷表的口袋卻鼓囊囊的一大塊，這實在是不優雅的。

到了18世紀，英國人已經不在鐘表上占有絕對優勢，另外一個突起大軍——法國鐘表也占有了一席地位。其中一位大家耳熟能詳的大師級人物：寶璣先生。他解決了游絲不同心和桶型游絲體積過于龐大的問題：寶璣式上饒游絲。

（圖為傳統寶璣游絲的繞制圖）

這種游絲的好處在于他解決了兩個問題：游絲同心、體積又小。最原始的寶璣式游絲的上饒部分是有一條直線的（上圖）

后來有了不同的變種，即取消了這條直線，不過功能還是齊全的。

至于寶璣先生為了徹底解決位差這一現象的存在而發明陀飛輪的故事，這里就不闡述了。

但是這里值得一提的是，并不是只有寶璣先生解決了困擾大家多年的游絲同心問題。盧瑟爾（LOSSIER） 游絲同樣也有異曲同工之妙，雖然他的重點不在于解決同心問題，據現在僅有的資料討論，這樣的發明，主要解決的了寶璣游絲容易受震而掛樁的問題。

（在內圈很明顯有一個和其他游絲內頭附近不同的曲線）

1896年瑞士物理學家夏爾·愛德華·紀堯姆（C. E. Guillaume）發明了一種合金，這種合金在磁性溫度即居里點附近熱膨脹系數顯著減少，出現所謂反常熱膨脹現象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內，獲得很小的甚至接近零的膨脹系數，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心里方結構，其牌號為4J36，它的中文名字叫殷鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是體積不變。這個卓越的合金對科學進步的貢獻如此之大，致使其發現者（瑞士物理學家紀堯姆）為此獲得1920年的諾貝爾物理學獎，在歷史上他是第一位也是唯一的科學家因一項冶金學成果而獲此殊榮。

這項發明很快便運用到鐘表里面，雙金屬截斷擺輪已經成為歷史，因為由因瓦合金制造的游絲不需要擺輪來進行溫度變化補償了。

（這種擺輪還留有用于微調位差的螺絲但是擺輪本體已經使用因瓦合金）

人們漸漸發現，甩掉了擺輪上沉重的螺絲后，頻率可以提高到前所未有的速度，光擺再次回到人們的眼前，而頻率記錄也在不斷的刷新，從原始的12秒，14秒，在短時間內迅速提高到16,18,110甚至不可思議的1100秒！鐘表的準確度再一次被提高。

從古光擺到現代光擺，也是一個有趣的輪回。

但是現在帶補償的擺輪又悄悄的歸來，由百達翡麗發明的砝碼擺輪，一直被高級表所青睞。這種擺輪一般配合無卡度游絲使用，無卡度游絲的好處在于沒有傳統的游絲卡子，也就沒有了游絲和卡子之間的間隙運動導致的誤差，另外由意外碰撞導致卡子移位引起誤差的現象也徹底地消除。而砝碼擺通過砝碼內外的不平衡來控制擺輪的慣量而達到調整節奏的目的。

ap的超高頻擺輪結構，用到了砝碼擺，為了增強游絲的剛度和補償平游絲的位差，使用了名副其實的雙層游絲！

（朗格的砝碼擺輪。）