機芯完美運作的救贖?

Oct 17, 2013

勞力士寶璣康斯登愛彼泰格豪雅百達翡麗矽芝柏

對現狀的不滿並持續尋求更好的解決之道，這可能是深藏在人類DNA中的強烈基因傾向。「如何讓自己更好」、「如何讓自己使用的東西更完美、精細」如此念頭造就了許多進步。於是日晷變成鐘、鐘變懷錶、懷錶變腕錶，可製錶師們還不滿足，一個持續兩百年的公案，至今仍努力在尋求解決之道。

不可否認的是，製錶師們對於機芯有著近乎偏執的執著，「怎麼樣能讓機芯運作更穩固」、「怎麼樣機芯可以壽命更久」…許多問題在他們造錶過程中不斷被思索，並企圖尋求解答。寶璣先生曾說：「給我完美的潤滑油，我便能造出完美的錶。」不過他終其一生都沒尋得合理解答。寶璣先生的期望來自於他認為造成腕錶產生誤差的問題，除了零件與製作上的先天誤差，以及配戴使用的後天因素外，還有一個難以克服的變數，是出現在零件運作所產生的磨損。

寶璣先生所提出的這個公案至今困擾著許多製錶師與品牌，地心引力的問題，可以透過陀飛輪、卡羅素解決，而且進入腕錶時代後，腕錶隨時變換位置，地心引力的影響也減少了。於是問題還是回歸到機芯內部結構。動力是問題、結構是問題、潤滑油也是問題，若是仔細分析的話，會發現目前使用的機芯結構，雖然已經沿用許久，問題不多，但似乎還是有很多可以討論的部分。

不過，出於一個不明的原因，許多品牌們在克服機芯問題時，很巧合的都針對了「潤滑油」的問題加以研究，進而跳脫出「改良潤滑油」的概念，而嘗試免用潤滑油的策略面對。潤滑油的功用主要是減少機件彼此的摩擦，幫助運作順暢。在這個邏輯下，改革主要走向兩個極端，傳統派的作法是透過結構進行改革，以現有的材料與技術理論，尋找理論上能穩定運作，同時降低機件摩擦機率的方式，這中間多少透著些古典意味。另一派則是從現代新科技尋找解套方式，將以往科技無法使用的材質，轉為己用。而在這一波尋找新材質的風潮中，半導體產業的矽晶圓成為當紅炸子雞，是不少錶廠所積極開發的目標。

在機芯改革發展的過程中，製錶師們發揮了想像力，企圖以材質或結構解答，而在這其中，「矽材質的運用」無疑是最受矚目的一種，許多品牌幾乎在同時提出矽材質的運用，除了勞力士、百達翡麗、Swatch Group跨公司的合作開發外，還有雅典之類獨立系統的各自研發，除此外，還有不少品牌，甚至瑞士郊區也有許多小型實驗室著手研究矽材質的運用，矽材質儼然成為新時代腕錶的某種救主。

我們先不在此討論何以許多品牌在這個時間點突然積極地開發創新結構，甚至追求自製機芯的商業考量，也不去深究在矽之前他們還嘗試了多少其他材料，或這時才能妥善使用矽的技術障礙，暫且就將注意力放在矽材質本身的優點上。

矽（Si）是種典型的半導體材質，化學性質非常穩定，有著與鑽石相同的立體結構，具有質輕、膨脹係數低、抗磁、抗腐蝕、耐磨、磨擦係數低…等特性。硬度高、摩擦係數低，製作成齒輪時，咬合面可以不必使用潤滑油，卻能達到有潤滑油的效果。

在諸多特性中，耐磨、磨擦係數低這兩種特質，無疑是從另一個面向解決寶璣先生所提出關於完美潤滑油的問題。而抗磁，相對能夠使得擺輪運作時不受越來越嚴重的環境磁力影響；膨脹係數低，則讓擺輪不受溫度變化影響的特性，都進一步為走時的穩定提供更多好處。於是矽的出現，就現況看來，不只解決寶璣先生提出的問題，甚至有更好的表現，能受各錶廠青睞也是非常合理的。

矽原則上並非鐘錶產業所使用的材料，是屬於半導體零件，因此開發最初使與許多其他研究單位合作，例如：百達翡麗、勞力士、Swatch group共同與瑞士腕錶研究協會ASRH、絡桑瑞士聯邦理工學院（EPFL）以及侏儸山地區的許多研究室共同研發矽游絲，百達翡麗另外與瑞士紐夏特大學的微技術研究所與Comlab實驗室也另外與百達翡麗合作開發擒縱輪。Ulysse Nardin則有Sigatec為後盾，以支援他們所有的想法。目前在瑞士也有許多獨立實驗室著手以這樣的材料開始製作機芯零件，目前主要是以深活性離子蝕刻的方式來製作，但這樣的方式原則上只能精密地製作平面零件，但寶璣推出了立體的寶璣式游絲，證明了其實在矽的開發中還有很多的可能，對於腕錶發展來說還有很多可看性。

然而，矽是否就是機芯改革的救世主呢？這到也有待商榷。有一派認為，矽材質的開發，是屬於半導體領域的產物，而非鐘錶產業該作，以及能作的。除了材質本身是否能久用（持續數十年甚或數百年的持續發展）外，另一個問題是矽零件製作是全程透過機械計算切割完成的，在大量製作下，反而流失了高級鐘錶工藝的溫文韻味，關於這點請容後討論。

敲響風潮的百達翡麗

最初，百達翡麗、勞力士、Swatch Group與瑞士腕錶研究協會ASRH、絡桑瑞士聯邦理工學院（EPFL）以及侏儸山地區的研究室共同發展矽的游絲。然而在2005年，百達翡麗所率先推出使用矽材質的Ref.5250，所搭載的是矽擒縱。這是由百達翡麗自行設計，並與瑞士紐夏特大學微技術研究所共同製作的。透過深活性離子蝕刻技術的運用，可以精確加工至一微米，除了材質本身的優勢外，擒縱輪在製作上也獲得更佳的同心度、精確的直徑、以及絕對均勻的齒輪間距。

堅守形象的寶璣

SWATCH GROUP集團最初與百達翡麗、勞力士攜手合作開發矽材質，在百達翡麗率先發表矽擒縱輪後，集團並未馬上追隨，旗下的寶璣又繼續閉門研發，發展出全套擒縱機構（包括游絲、擒縱輪、擒縱叉）的Classique 5197。

不同於傳統游絲是運用金屬的延展性，透過熱處理螺旋彎曲製成。缺乏延展性的矽游絲是在晶圓上標示形狀後再加工刻蝕，原則上僅能做出平面的游絲。然而寶璣推出的Tradition 7047卻突破技術限制，捨棄平面的Deep Reactive Ion Etching蝕刻技術，而採用壓印鑄模的獨特方式，成功造出游絲末端向上彎曲的寶璣式游絲，不只維護了品牌的純粹精神，同時強調其在矽材質研究上的進化。

帶領矽平價化的康斯登

在矽風潮興起之際，2007年康斯登順勢推出了一枚平價的FC-935矽擒縱機芯，隔年品牌再推出自製的矽擒縱陀飛輪機芯，接連的攻勢造就了話題性，扣除自製陀飛輪本身的話題，這也是中價位品牌首度採用矽材質自製機芯，技術面其實已經不重要了，重要的是這也透露出矽材質開發的成熟，能夠有效壓低零件製作價格。

對於矽的反思

在科技日新月異的現在，越來越多材質以及技術被開發出來，「矽」自然不會是寶璣先生對機芯所提出的問題的唯一解答。影響腕錶運坐的因素太多，「矽」不會是救世主，並非所有人都歡迎矽等新材質的加入，說的嚴重點，也許有人還將之視之為敵基督也不一定。

對不少人來說，矽材質自然有其先天賦予的優勢，然而這一切還是該當回歸到機些層面本身的運作，使用已經非常穩定而且不會有變數的材質，並研究出更精確的結構。

例如APRP的行政總裁Fabrice Deschanel及MB＆F的總裁Maximilian Busser都不約而同的表達對矽材質的不信任。其中MB＆F說的直接，認為隨著科技進步會出現很多新東西，但這也會隨著科技更進步而消失。因此他只用已經行之有年，非常穩定，五年、十年甚至更久後都不會消失的材質。因為他不想要過了許多年後沒有材料來製作原來的零件。他甚至用「矽是個笑話，只是為了行銷而搞出來的」如此說法來表達他對矽的強烈不信任，至於APRP端，其實說法差不多。

從機械錶復甦到現在，當技術越來越多元，除了過去技術被挖掘重現，新的技術也因為科技的協助而能實現，如今或許可說是腕錶科技百家爭鳴的時代，材質與結構都不斷推陳出新。如果說改革是種信仰，而材質與結構各是一種教派，那麼兩邊都各有其忠實信徒，但也有試圖將之兼容並用的持中論者。

機芯結構的進化與革命，是條非常漫長悠遠的道路，其實已經走了兩百年了，而且也不會在這一代停止。現今所見到的機芯結構，甚或是「矽」材質也都絕對不會是唯一的答案。與其說製錶師們不斷試圖尋找出能完美解決寶璣先生問題的方式，不如說他們是在追求更好的結構。

另闢蹊徑的勞力士

勞力士以非矽的鈮、鋯、氧合成藍色的雙層鈮鋯游絲（Parachron），為當前的矽材質風潮提出反思。

勞力士是最早組成策略聯盟開發矽材質的三大品牌之一（另兩家為百達翡麗、寶璣），然而在其他兩個品牌都發表在矽材質方面的成就之際，ROLEX卻完全不走這條路，而是運用順磁性合金，造出以鈮、鋯、氧合成的藍色雙層鈮鋯游絲（Parachron）。合金材質中不含鐵的成分，當處於磁場環境中，不會產生磁力來對抗磁場，進而被磁化。而是順應磁場變化，不受影響，離開磁場環境後也不會磁化。簡單的比方，就像打太極似的，順應而不抵抗。除了防磁，這材質強度也夠，防變形、抗溫差，而連帶來的自然是更好的精準度。

從機械結構面著手的愛彼

AP所研發的全新擒縱機制，並未使用新材質，而單從結構面本身解決高速運作所產生的摩擦，並影響運作穩定的問題。

先前提過APRP對於矽材質的不信任態度，因此他們嘗試從機制結構面來解決問題。AP擒縱機制於2006年裝配在五號天王上，接著裝配在千禧跳秒腕錶上，並在2009年的Chrono AP上達到振頻4,3200轉的超高轉速。AP擒縱改變擒縱叉結構，將擒縱叉由擺輪下的滾輪直線排列接觸擒縱輪，滾輪本身也加上兩枚紅寶石，形成分離式的單擊擒縱結構，單一的傳動敲擊，可使擺輪震動兩次，減少干擾。加上運作方式由一般的間接衝擊改為直接衝擊，避免了在運作時零件多處接觸的問題，有效的增加效率。

此外，由於動力直接由擒縱傳道擺輪，不需經過槓桿型擒縱叉，也大幅降低能量消耗，較為充足的能量，運作較為穩定。由於擒縱叉與擒縱輪相對位置改變，使衝擊石與擒縱輪接觸面降低，減少接觸磨擦，理論上如此擒縱結構也不需要使用潤滑油。非常巧妙地造出擒縱不需潤滑油但能保持準確穩定的機制。

發動革命的芝柏

在我們提出一連串關於矽的運用後，芝柏所開發出的Constant擒縱機制，雖然也採用了矽材質，但這機制最大的話題性則在於前所未見的機芯擒縱結構。直線游絲被安置在一個長20毫米的橢圓框架中，兩邊等長的游絲與控制機制直接連接到擒縱。當游絲受到震盪時會呈S曲線扭曲，且能量均衡輸出，進而推動擺輪運作。這是運用雙穩態「bi-Stable」的理論特性，所達成的恆定動力。理論上是兩個互相連結的端點彼此互為反態，一端受到觸發而產生變化，另一端會連動而變換姿態，這樣的互相變換會持續直到其中一端停止。由於輸出動力將直接傳遞至擒縱，加上矽游絲也不受磁力與溫度影響，能在理論上，即便最初提供的動力有高低差異，但在運作上還是能達到穩定震幅與恆定速率。

改變動力傳動模式的豪雅

藉由極細的皮帶傳動，Monaco V4得以減少齒輪配置，進一步避免額外輪系消耗動力，讓腕錶動力能被更有效運用。

泰格豪雅花了近十年的時間終於量產的Monaco V4概念錶，幾乎徹底改革了機芯運作模式，最大的話題是將齒輪傳動改為皮帶傳動。豪雅研發出專利的聚醚嵌段酰胺（PEBA Polyether block amide），製作出0.25mm×0.07mm幾乎等同人類頭髮的傳動皮帶頭髮。豪雅希望能藉由皮帶傳動，能減少齒輪的配置，以避免額外輪系消耗動力，進而使得動力能被更有效的運用，機芯運作原則上會更有效率。而改革不只一項，在動力來源方面，豪雅以一個12克重的鎢塊砝碼作為自動盤。兩枚發條盒則在其兩側呈正負13度的V型排列，自動盤的配重塊，靈感來自汽車汽缸，雖無資料說如此是否有益於上鍊，但這般設計在當年已非常驚天駭地了。