二十世紀(jì)兩項(xiàng)“曇花一現(xiàn)”的手表技術(shù)

文、圖 / 魯湘伯

二十世紀(jì)兩項(xiàng)“曇花一現(xiàn)”的手表技術(shù)

文、圖 / 魯湘伯

自十五世紀(jì)末十六世紀(jì)初歐洲陸續(xù)出現(xiàn)能個(gè)人配戴的機(jī)械表（是德國的紐倫堡蛋早還是意大利頸項(xiàng)表先，幾百來歐洲人一直爭論不休）以來，全球制表業(yè)已走過了五百年的歷史。在這五百年間，制表業(yè)先后出現(xiàn)了許多偉大的技術(shù)發(fā)明，如：1525年雅各布·澤赫（Jacob Zech）發(fā)明的“塔形輪緩釋技術(shù)”（1680年英國制表師用金屬鏈條代替繩索，將該技術(shù)應(yīng)用于懷表。俗稱“芝麻鏈”技術(shù)）；1675年克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）發(fā)明的擺輪游絲技術(shù)；1754年皮埃爾·勒·羅伊（Pierre Le Roy）發(fā)明的棘爪擒縱機(jī)構(gòu)（叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)的前身）；制表大師亞伯拉罕·路易·寶璣（Abrahan Louis Breguet）1790年發(fā)明的擺輪減震器和1801年發(fā)明的陀飛輪，等等。這些優(yōu)秀技術(shù)發(fā)明以其強(qiáng)大的生命力，一直在世界制表工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用和發(fā)展至今。但在五百年的制表歷史中，也有許多技術(shù)發(fā)明如同匆匆過客一般，只是曇花一現(xiàn)。本文要說的是二十世紀(jì)制表工業(yè)出現(xiàn)的兩項(xiàng)“短命”技術(shù)發(fā)明。

電子擺輪游絲手表技術(shù)

了解機(jī)械表工作原理的人都知道，機(jī)械表機(jī)心的核心部件是擺輪游絲和擒縱機(jī)構(gòu)（機(jī)械振蕩器）。而擺輪擺動(dòng)頻率的高低是決定機(jī)械表走時(shí)精度最主要的因素：擺動(dòng)頻率越高機(jī)械表走時(shí)誤差也越小。所以幾百年來，世界各地的制表師們無不為提高機(jī)械表擺輪的擺動(dòng)頻率而孜孜不倦地探索著。進(jìn)入二十世紀(jì)后，機(jī)械表擺頻已能提高到接近極限的5赫茲（36000次/小時(shí)），由于擺輪擺動(dòng)慣性的影響和擺輪金屬材料強(qiáng)度等原因，繼續(xù)大幅度提高機(jī)械表擺輪擺頻已十分困難并且還會(huì)大大降低表的使用壽命，因此制表師們只好在其它技術(shù)路線上另辟蹊徑。

1940年代出現(xiàn)的兩項(xiàng)重要的電子技術(shù)發(fā)明——晶體三極管技術(shù)和紐扣電池技術(shù)的誕生，使得電子產(chǎn)品小型化和手表產(chǎn)品電子化成為可能。

圖1-1：擺輪游絲電子手表機(jī)心結(jié)構(gòu)示意圖

圖1-2：擺輪游絲電子手表電路圖

1952年美國埃爾金（Elgin）公司發(fā)明手表電子擺輪技術(shù)，該技術(shù)用紐扣電池取代機(jī)械表的發(fā)條為手表動(dòng)力能源，設(shè)計(jì)了一個(gè)晶體三極管電磁開關(guān)電路為電子擺輪驅(qū)動(dòng)磁力線圈提供開關(guān)電流，在電磁力和游絲推拉作用下，驅(qū)使電子擺輪和擒縱機(jī)構(gòu)工作（圖1）。1955年瑞士埃勃什（Ebauches S.A.）手表廠利用手表電子擺輪技術(shù)量產(chǎn)出“第一代電子手表”——擺輪游絲電子手表。此后天美時(shí)（Timex）、西鐵城（Citizen）等知名手表品牌也先后在市場(chǎng)上推出了自己的擺輪游絲電子手表（圖2）。

1962年上海表帶廠借鑒國外成品實(shí)物，率先在國內(nèi)研制擺輪游絲電子表。1966年表帶廠研制團(tuán)隊(duì)及設(shè)備并入上海圓珠筆廠，該廠后改名為上海手表六廠。上海手表六廠通過與上海浦江電表廠、復(fù)旦大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)，于1969年試制成功SD1型銷釘式擺輪游絲電子表。1972年又改進(jìn)出SD2型叉瓦式擺輪游絲電子表，該表被定名為“向陽牌”（圖3），到1980年代初停產(chǎn)時(shí)，該廠共生產(chǎn)“向陽牌”擺輪游絲電子表約三萬只，并且投放上海市場(chǎng)試銷。

擺輪游絲電子表靠晶體三極管開關(guān)電路產(chǎn)生的開關(guān)電流工作，可以輕松實(shí)現(xiàn)當(dāng)年高頻機(jī)械表3—5赫茲的擺頻，因此走時(shí)要比大多數(shù)機(jī)械表精準(zhǔn)（走時(shí)誤差在15秒/日左右）。但是擺輪游絲電子表仍然受擺輪游絲機(jī)構(gòu)的束縛，在機(jī)心振蕩器頻率上很難有質(zhì)的提升，其生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格也與機(jī)械表相當(dāng)，沒有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

音叉電子手表技術(shù)

1953年美國寶路華（Bulova）表廠工程師馬克思赫澤勒（Max Hetzel）設(shè)計(jì)出音叉電子表機(jī)心并申請(qǐng)了發(fā)明專利（圖4）。1960年寶路華表廠開始量產(chǎn)“Bulova Accutron”音叉電子表（圖5）。該表以音叉作震蕩器，靠晶體三級(jí)管開關(guān)電路為音叉提供震蕩動(dòng)能，通過音叉300—720赫茲的高頻震蕩，推動(dòng)棘爪和計(jì)數(shù)棘輪，實(shí)現(xiàn)手表1秒/日誤差的精確計(jì)時(shí)。由于音叉電子手表問世時(shí)間晚于擺輪游絲電子手表，因此被業(yè)內(nèi)稱之為第二代電子表。音叉電子手表以其優(yōu)良的計(jì)時(shí)精度，吸引了發(fā)達(dá)國家許多手表廠爭相制造。其中“歐米茄”（OMEGA）公司生產(chǎn)的音叉電子表（圖6）還被美國航天局（NASA）選定為美國登月計(jì)劃航天員專用手表。

圖4：音叉電子手表工作原理及電路示意圖

1965年我國天津手表廠與天津大學(xué)聯(lián)合試制出音叉電子表機(jī)心樣機(jī)，定型為ST4型。1969年天津第二手表廠成立，ST4型機(jī)心音叉電子表試生產(chǎn)任務(wù)移交給該廠，并定型為“天津牌”DST2型音叉電子表（圖7）。由于該表制造難度大且成本高，一直未能規(guī)模生產(chǎn)，直到1978年停產(chǎn)時(shí)，該型表只生產(chǎn)了千余只（圖8）。

圖7：國產(chǎn)“天津牌”音叉電子手表工作示意圖（摘自相關(guān)鐘表書籍）

圖8：“天津牌”音叉電子手表

音叉電子表核心部件中以計(jì)數(shù)棘輪加工難度最大：該輪是一個(gè)有300個(gè)棘齒、直徑只有2.4毫米的微型齒輪。要在這樣一個(gè)7.5毫米圓周上加工出300個(gè)齒斜長25微米、齒高15微米的棘齒，以當(dāng)時(shí)我國精密機(jī)械加工技術(shù)條件，其困難之大可想而知。由于音叉電子表核心零部件加工成品率極低，直接導(dǎo)致該表生產(chǎn)成本奇高。當(dāng)年就有業(yè)內(nèi)人士揶揄“天津牌”DST2型音叉電子表為“三間房”，意思是生產(chǎn)一只該表的成本足可以在天津當(dāng)?shù)刭I三間平房了。音叉電子表雖然在震蕩器的高頻震蕩頻率上有較大突破，但仍沒改變機(jī)械震蕩的模式，加之其生產(chǎn)成本也高于普通機(jī)械表，所以仍然不是制表師們想要的理想技術(shù)。

1967年是世界制表業(yè)劃時(shí)代的一年，這一年日本精工公司和瑞士電子計(jì)時(shí)中心分別研制出石英電子表樣機(jī)。石英電子表以石英晶體壓電原理制成的石英電子震蕩器為技術(shù)核心，可產(chǎn)生高達(dá)32768--4194304赫茲的高頻電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)及手表指針系或液晶顯示板工作。石英電子震蕩器全電子震蕩模式使手表的走時(shí)精度達(dá)到了前所未有的誤差0.5--0.01秒/日水平。隨著石英電子震蕩器不斷升級(jí)，其生產(chǎn)成本也直線下降。從1969年日本精工公司第一款商品化石英電子表面市到1980年代初世界手表業(yè)刮起“石英風(fēng)暴”的十余年里，石英電子表憑借著巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成本優(yōu)勢(shì)，將機(jī)械手表逐漸擠出了鐘表實(shí)用器市場(chǎng)，同時(shí)也終結(jié)了擺輪游絲電子手表和音叉電子手表的生產(chǎn)歷史。

擺輪游絲電子手表和音叉電子手表從發(fā)明到消亡不過存續(xù)了短短的三十余年的時(shí)間，與表業(yè)五百年歷史相比不過是曇花一現(xiàn)。但作為手表電子化早期探索的技術(shù)先驅(qū)，無疑為后來的石英電子表在技術(shù)路徑篩選上起到了墊腳石的作用。所以，擺輪游絲電子手表和音叉電子手表也無愧于“第一代電子表”、“第二代電子表”的歷史稱謂。