若將腕表分為表殼、表盤和機心等幾個部分,資深表迷最在意的十之八九都是機心。要懂得鑒賞機心,勢必要先從機械表運作原理開始入手。先了解動力如何產生,各大齒輪如何配置,以及擒縱系統如何從另一端控制發條釋放動力,接下來才能更深入探討何謂陀飛輪以及如何啟動計時功能。而若是要了解一個品牌的制表實力,也會先從基礎機心切入,接著才深入到各項功能,進而了解全貌。換言之,機心原理的重要性絲毫不亞于任何復雜功能。本章將機心原理分為動力來源、調校機構、傳動輪系與擒縱系統四個部分,一步步帶你認識機心中最基礎的原理、零件與功用。
動力系統是腕表機心的動力來源,涵蓋了將來自人的動能轉化成機械能的上弦系統(winding system),以及負責儲存、傳送機械能的發條盒(mainspring barrel assembly)等2個部分。

格拉蘇蒂原創66-08手動上鏈機心。
又稱發條匣或條盒,發條盒呈鼓形或圓柱形,內置卷成渦形的主發條。
位于發條纏繞之中心點,呈方形的中心軸,用來上緊發條。
發條盒側面,用以容納并圈住發條的部分。

發條軸,將發條固定于盒中。 發條鼓,容納并圈住發條之用。
位于機心動力系統中,作為上條柄轉動帶動立輪的中介零件。當表冠壓入時,離合輪便會和立輪連接,轉動表冠即可為腕表上弦。
又稱為發條擋,用來防止齒輪倒轉的棘爪或掣子,這種棘齒輪只準許發條輪朝單方向行走。表在上弦時發出的“噠噠”聲響,就是大鋼輪滑過止逆棘爪所產生的聲音。

右邊擋住齒輪的不規則齒輪即為止逆棘爪,令發條蓄積能量的關鍵部件。
又稱表冠齒輪、冠輪。旋轉表冠上弦時,小鋼輪齒輪會受到立輪帶動,將力量傳遞至位于發條盒上方的大鋼輪,然后為發條上弦。
看起來像微型的腳踏車鏈,可連接發條盒與寶塔輪。因其結構微小如芝麻,故俗稱為芝麻鏈。主要作用在于使發條動力輸出更加平穩。當發條動力飽滿時,芝麻鏈會連動寶塔輪上層直徑較小的齒圈,避免輸出過大動力。而動力越來越少時,芝麻鏈則連動下層較大齒圈,以加強效率。
放置主發條的盒子。當發條松開,發條盒會轉動,而在發條盒上的輪齒可推動傳動輪系。這種裝置不需利用居間的寶塔輪與芝麻鏈。

右邊的鋼質齒輪即是小鋼輪。

俗稱為芝麻鏈,使發條能量輸出更加平穩。

瑞士美度表OCEANSTAR領航者系列600米潛水表。
又稱為長動力儲存,通常指擁有較高動能儲存的腕表。早期的腕表,因為技術與材料等原因的限制,通常動力只能維持將近50小時。同時腕表行業一直對長動能儲存進行研究,曾相繼推出過10天、30天甚至50天長動能儲存的腕表。近年來,斯沃琪集團旗下的ETA機心廠,以2824機心為基礎,通過加長發條、降振頻、修改齒輪系、部分擒縱采用輕量零件等方式開源節流,令機心擁有80小時動力儲存,并保持入門價位,成為了新一代長動能機心的主流機心。

條盒輪,與發條盒融為一體。

用于截停過度上弦的馬耳他十字零件。
又稱一番車,與發條盒同為一體,通常在發條盒底層。當發條釋放張力時,首先便會推動條盒輪,再由主輪帶動之后的傳動輪系。
防止發條盒被過度上弦的截停裝置零件之一。此外,江詩丹頓亦以此作為品牌標志,同時推出同名系列表款。
石英機心由電池驅動,卡地亞為Santos-Dumont腕表配備了一款續航時間長達約6年的高效率石英機心,比傳統石英機心多兩倍。為此,卡地亞工坊對機心進行重新設計并且調整尺寸,以便縮減動力消耗,同時配備全新的高性能電池。
大鋼輪是與發條盒同軸的齒輪,通常位于發條盒上層與小鋼輪相連,因此當大鋼輪受小鋼輪帶動時,便會同時卷動發條盒內的發條,將動力儲存在其中。
當發條旋緊到極限時,因過度張力可能會受損。因此發條尾端不被完全固定,而是設計一個滑動式發條,一個片狀物,當張力過大時,會時不時地向發條鼓內壁上的三個凹槽滑動。

主發條,以彈性鋼制成。
發條是腕表的動力源泉,如今通常以Nivaflex合金為材質。上鏈時發條逐漸旋緊,隨后彈力促使發條松開以釋出力矩,從而為輪系的運轉提供能量。
是一種使發條力量均衡釋放的簡易裝置,在16世紀初德國紐倫堡所制造的最早期表里就有這個裝置,它使用一種彎曲的彈簧與凸輪,可使主發條不均一的力量平均釋放。

分段釋放,一種使發條力量均衡釋放的裝置。
調校機構可以說是機械表之所以能夠開始運作的源頭,更是佩帶者與腕表接觸最頻繁的部分。通過調校機構,不僅能為表上弦或調整時間,更可以在操作過程中細細品味上弦的噠噠聲,體會那份與腕表交流的情感。
最早的鐘表調校機構必須以額外的鑰匙調整指針,撥針系統則可直接通過表冠調整,因為不必再以鑰匙調整,又稱為無匙上弦。

又稱龍心,表冠與調校機構間的連接裝置,上條柄上串有立輪和離合輪,拉動上條柄會使兩者相對位置改變,借以切換調校功能。

上條柄,多半兼具調校與上發條的功能。
以棘爪扣住大鋼輪的裝置,主要作用在于避免發條被過度上弦,并可讓發條張力均衡地釋放。常見的截停裝置可分為馬爾他十字與日內瓦截停裝置。
自1888年以來,鵝頸微調裝置一直運用在格拉蘇蒂所制作的表款中:通過旋轉鵝頸彈簧上的調校螺絲,調節控制擺輪游絲,從而調校腕表走時。通過變換調校裝置的位置,改變游絲的有效長度,實現腕表速率的調節。2002年,格拉蘇蒂原創延續德式制表榮耀,獨創雙鵝頸微調裝置,固定于手工雕刻的蝴蝶橋板之上,一側調節速率,另一側調節錨式擒縱的對稱性,以實現更高的精準度。

截停裝置,避免發條被過度上弦,并能穩定釋放能量。

格拉蘇蒂原創獨創“雙鵝頸”微調裝置。

立輪,受離合輪嚙合后,帶動小鋼輪轉動的小形齒輪。
在調校機構中,受離合輪嚙合后,帶動小鋼輪轉動的小形齒輪。
又稱狼牙狀大鋼輪,是種專門用來上弦齒輪的輪齒,為精確施力所以使用這種特殊形狀的輪齒,因其形狀似狼牙而得名。
是指在機心內受發條動力驅動的多組齒輪。由中心輪(或稱“二番車”,center wheel)、第三輪(三番車)及秒針輪(四番車)構成,用于傳送動力和分割時間。當發條開始釋放動力時,其末端會推動條盒輪(main wheel)開始轉動,接著帶動傳動輪系。傳動之順序為中心輪、第三輪、秒針輪,最后抵達擒縱輪,并連接后續的擒縱裝置。此外,可供佩帶者閱讀時間的指針也是由傳動輪系所驅動。


中心輪,俗稱二番車,帶動分針的齒輪。

小的實心的齒輪。
又稱二番車,以六十分鐘一圈的速度運轉,在中心輪放置分針的軸桿,作為帶動分針的齒輪。
又稱四番車,是帶動秒針的齒輪。
較大的齒輪Pinion稱為wheel,小的實心的齒輪Pinion稱為pinion。
中心輪的齒瓣,在主發條斷掉時,安全齒瓣可松開螺釘,避免中心輪的輪齒被主發條的強大力量破壞。
又稱三番車、過輪,主要作用在于變速,作為中介調整分針輪與秒針輪之間的轉速差異之用。讓分針輪的動力傳遞到秒針輪時得以以60秒1圈的速度運轉。

從一點鐘位置銀色的條盒輪開始,先帶動玫瑰金色的分針輪,并以介輪作為中介,調整秒針輪轉速。最后由秒針輪推動擒縱輪旋轉,進而讓六時位置的擺輪與游絲運作。
擒縱系統是由擒縱機構和振動機構兩部分組成,其中擒縱機構由擒縱叉(pallet-lever)和擒縱輪(escapement wheel)所組成,振動機構則以游絲(hairspring)與擺輪(balance wheel)為主體。當擒縱叉受到秒針輪撥動,會跟著勾動擒縱叉,進而推動擺輪旋轉。擺輪開始旋轉后,便會帶動游絲收縮與伸展。而游絲每一次伸展與收縮都將再帶動擺輪擺動,而此頻率也將再經由擒縱輪回傳至傳動輪系。其作用是將來自傳動輪系的動力切割為穩定的頻率,是鐘表機心中專門負責控制走時精準度的核心組件。


指游絲張縮讓擺輪擺動的角度。測量的是靜止時的位置到游絲延伸到極限時,擺輪擺動的角度。

約1657年由英國人羅博特·胡克(Robert Hooke)發明,因其擒縱叉狀似船錨而得名。其作用在于讓時鐘之鐘擺只在很短的圓弧上擺蕩,借以維持固定的頻率。這種附有錨形擒縱器與長擺的長形座鐘,每星期的誤差不超過幾秒鐘。
卡地亞1847 MC自動上鏈機心的擒縱機構和機心結構采用具有抗磁性的鎳磷部件,同時設制順磁合金打造的屏障,有效抵御腕表在日常使用過程中可能遇到的高強度磁場。

錨形擒縱器,因其擒縱叉狀似船錨而得名。

游盤,接收來自擒縱叉的動力。
將額外的補償裝置加入雙金屬的擺輪中以減少中間溫度誤差。常用在航海天文臺時計中。

擺輪夾板,固定整組擒縱系統。
盤狀零件,接收來自于擒縱叉的推動力,帶動擺輪轉動。
又稱為擺輪橋板(balance bridge),作用是固定整組擒縱系統。為了讓擺輪運轉可以顯露出來,形狀與一般夾板頗為不同。

擺輪,控制能量釋放的速率。
或稱平衡擺輪,會往復擺動,中央以軸臂作為支撐的輪。擺輪與螺旋狀游絲連動,接受來自擒縱叉的動力后,擺動進而造成游絲縮張,主要作用是控制主發條動力釋放的速率。

GREUBEL FORSEY首開先例以同一種物料制作擺輪及游絲。
為了讓擺輪與游絲更緊密結合,GREUBEL FORSEY首開先例以同一種物料來制作以上兩枚零件。這種物料不受溫度變化與磁力影響,提高震蕩的穩定性。

寶璣式游絲,末端向上并往內彎為其特點。
18世紀的制表師大規模嘗試制造各種游絲,包括螺旋形、圓錐形,和球體形游絲以便讓擺輪能有等時性的振幅。其中以1795年由寶璣所發明的上繞式游絲(overcoil hairspring)最為人所熟知。其設計是將圓柱形直筒式游絲,改良成游絲末端向上并往內彎曲的雙層游絲,最大優點是讓游絲有更多膨脹和收縮空間。而由于游絲末端向上往內彎曲,較接近軸心的位置,讓軸心的受力點均勻,故而提高了等時性。

具棍棒形齒的馬式擒縱,以增加推動沖力的平面。
有些擒縱輪具有特殊設計以增加“推動沖力的平面”。這種一端較粗大的棍棒形齒設計走在了馬式擒縱輪齒設計的尖端。此類擒縱又稱為瑞士馬式擒縱(Swiss lever escapement)。
由英國制表師喬治·丹尼斯(George Daniels)發明,并在1999年時將此設計出售給瑞士制表品牌歐米茄,并隨著自制機心問世后開始進入量產,如今已大量使用于歐米茄旗下表款。與傳統杠桿式擒縱不同,同軸擒縱的擒縱輪分為上下兩層,且共享一個軸心,因此稱為同軸擒縱。此設計讓擒縱輪直接沖擊擺輪,大幅降低了擒縱裝置的磨損率,因此延長了保養維修時限。

同軸擒縱裝置,大量使用于歐米茄旗下表款。
懷表時代,為了應對溫度變化對游絲工作長度的影響,英國人發明了截斷式雙金屬擺輪。這種擺輪邊緣由黃銅包覆在鋼上,當溫度上升時,黃銅外緣膨脹系數較高,擺輪因其環圈的截斷口向內彎曲,有效半徑縮小,所以轉速加快,以此抵消游絲因溫度上升而變慢的情況。后來隨著材料學的發展,這種擺輪逐漸消失在了歷史長河中。

補償擺輪,以雙金屬來克服溫差變化。
位于擺輪上的微調裝置,是兩支夾住游絲的小針,實際作用是調整游絲的長度以改變走時速率。
由英國制表師喬治·格拉罕(George Graham)在1726年發明。一中空圓柱體被裝置在擺輪的軸心上,從而使得整個擒縱看來就像中文的“工”字。擒縱輪的齒銜接到一套管的開口,早期腕表中可見,但如今已走入歷史。
專門用在天文臺表。該結構是由擒縱輪以沖擊方式單方向推動擺輪,也就是說,沖擊式天文臺擒縱的擒縱輪是會先有個鎖住的動作再被開啟,進而釋放能量,如此設計的優勢在于能大幅提升鐘表走時穩定性。早期船上使用的天文臺鐘,因允許的最大誤差每日僅為一秒,所以也都使用這種擒縱結構。

工字輪式擒縱,中空圓柱體被裝置在擺輪軸心上。

沖擊式天文臺擒縱,由擒縱輪以沖擊方式單方向推動擺輪。

百達翡麗用于Ref.5175大師弦音腕表里的差速器。
常見于擁有兩個或兩個以上擒縱系統的腕表中,如雙陀飛輪腕表。此類機心的兩套擺輪游絲、輪系運作上會因些許差異而造成轉速不同,差速器的作用就在于從轉速較快的一側吸取能量,并通過齒輪傳遞給轉速較慢的一側,維持轉速平穩。

雙擺輪,GREUBEL FORSEY在研究陀飛輪時所創造出的又一項發明。
雙擺輪是Greubel Forsey在研究陀飛輪角度后所創造出的又一項發明。兩組擒縱裝置各自朝不同方向,以不同角度傾斜。搭配獨家差速裝置,此裝置可將地心引力的影響最小化。
指擒縱輪具有長與短兩組輪齒,一組用在鎖定,另一組用來推進擒縱叉。此設計功用在于提高走時穩定性,但必須準確計算與精細切割才能達到目的,制作相當費工。

雙聯式擒縱,具有長短兩組輪齒,提高走時穩定性。
指同時具有一個沖擊游盤與一個安全游盤,即具有兩個游盤的表。
又稱為五番車,用于連接傳動輪系鐘的秒針輪與擒縱系統中的振蕩裝置,是控制發條動力釋放的重要齒輪。
斑潛蠅主要危害西葫蘆葉片,在葉片內幼蟲蛀食造成彎曲的隧道,破壞葉綠素和葉肉細胞,嚴重時葉片枯死甚至成片植株死亡。

擒縱輪,俗稱五番車,控制能量釋放的重要齒輪。

扁平游絲,意指游絲卷繞在同一平面的形態。
又稱平卷式游絲或單層游絲,意味著游絲卷繞在同一平面上。由荷蘭裔物理學家惠更斯(Christian Huygens)在1675年設計。
不具調節器與控制釘,即游絲不受調節器的影響,調速是借調整擺輪上的螺絲來完成。
指擺輪每秒中的震蕩次數。頻率的單位是赫茲(Hz),一赫茲就是每一秒震動一次,即每秒轉動兩次。目前常見的機械鐘表頻率多為三赫茲至五赫茲之間,石英表則通常可達到三萬兩千赫茲。
在近代時計中,鈹青銅合金擺輪已取代了雙金屬補償擺輪。鈹青銅合金擺輪是由銅加上3%鈹與95%的鎳(待查)組成的合金。優點是非常硬且穩定、耐變形、防磁及防銹。

鈹青銅合金擺輪,優點是非常硬且穩定、耐變形、防磁及防銹。
1951年12月31日百達翡麗為開發出來的新型擺輪Gyromax balance注冊專利。這種擺輪特點是在擺輪環的邊緣有8支垂直的針,針上安置砝碼。因為砝碼上的裂縫會減少該點的重量,轉動砝碼便可改變擺輪邊緣的重量分配。

砝碼微調擺輪,為百達翡麗之專利發明,以配置砝碼來調整擺輪配重。
Spring原意是“彈簧”,因為比頭發細3~4倍,重量約2mg,故稱為Hairspring。游絲的內端固定于擺輪軸心,而外端固定在擺輪夾板上,通過其本身的彈性縮張讓擺輪均勻地來回擺動。其活動長度不但決定了擺輪的慣性力矩,也決定了整只腕表的振頻。常見的盤繞方式有扁平游絲與寶璣式游絲等。

擺輪游絲,比頭發細3~4倍的彈簧,決定了腕表的振蕩頻率。
用以將游絲連接到擺輪的半夾板上的裝置。
由哈迪(Wm.Hardy)在1804年發明,專門用在航海鐘上面的一種高精密度擺輪,特點為中間溫度誤差較小。

游絲樁,將游絲連接到擺輪上的裝置。

沖擊針接受來自于擒縱叉的沖擊。
振動頻率的單位。
在擺輪游盤上的釘或寶石,呈狹長圓柱狀。可以維持擺輪的行走,又稱為紅寶石釘或游盤寶石。接受擒縱叉發出的沖擊。沖擊銷固定在游絲下面的擺輪軸上,起到維持擺動的作用。

Incastar,不使用快慢針,而以轉動游絲頭來調整長度的一種快慢機構。
由英加百路廠所設計制造,不使用快慢針,而以轉動游絲頭來控制游絲長度的一種快慢機構。優點是能輕易微調游絲長度、無游絲夾間隙、無游絲外端曲線與快慢針圓弧不一致的問題。但卻容易破壞游絲的同心圓結構,且調節誤差較大,所以不久即被市場淘汰,僅在古董表上尚可見到此種結構。
位于擺輪夾板上,一種網球拍形的調節器,在游絲外圈用一個類似夾子的結構來延長或縮短游絲的有效長度。通過調整游絲長度來調節擺輪消耗動力的速度,游絲越長,擺輪轉得越慢。
為了改善早期計時表歸零不順暢的缺點,由M.Dubois所發明,裝置在計時秒針中心的一種歸零輔助圈狀彈簧。通常以不具磁性的耐酸合金制成,但也有少數以藍鋼制作。

回卷游絲彈簧,改善早期秒表歸零不順暢的缺點。

勒普特式擒縱輪,專門用于大型座鐘之上。
1752年由勒普特(Lepautes)發明,專門用在大型座鐘上的一種擒縱器。
又稱馬式擒縱,由英國制表師托馬斯·穆基(Thomas Mudge)在1760年前后發明,是目前使用最廣的擒縱設計。杠桿式擒縱的結構包括擺輪、擒縱輪和形似船錨、兩翼有馬仔寶石的擒縱叉,以及限制擒縱叉擺動幅度的兩支止動梢組成。特點在于擒縱叉配置在擺輪跟擒縱輪中間,三者軸心成一直線,因此又稱為直線形擒縱。
用于調節走時速率的擺輪螺絲,這種螺絲通常比擺輪的其他螺絲長。將均時螺絲旋動靠近或遠離擺輪釘,可微調擺輪的振蕩頻率。

均時螺絲,調節位置可微調擺輪的振蕩頻率。
一種調節器,用在包括鐵道級(railroad grade)表在內的高級表款上,以很精確的方式來調節快與慢。
瑞士一間游絲與機心零件制造廠商,隸屬于斯沃琪集團。其研發出一種低溫差系數合金,是用來制作游絲以及相機快門葉片的絕佳材料。

微調器,以十分精確的方式來調節振蕩頻率的快慢。
游絲末端向上并往內彎曲的雙層游絲,亦稱為寶璣式游絲(Breguet hairspring)。最大優點是讓游絲有更多膨脹和收縮空間。而由于游絲末端向上往內彎曲,較接近軸心的位置,所以讓軸心的受力點均勻,從而提高等時性。

尼瓦洛克斯,研發出一種低溫差系數合金的游絲與零件的制造廠商。
會發生在馬式擒縱上的一個問題,當游盤寶石來到擒縱叉的凹槽之錯誤邊時,會導致擒縱叉的一邊停靠在限位釘的一側。如此一來,擒縱輪被鎖定,擺輪也會跟著停止動作。

上繞游絲,優點是讓游絲有更多膨脹和收縮的空間。
又稱馬仔。由黃銅或鋼制造的棘爪形杠桿,主要作用在于將動力由傳動輪系傳送至擺輪,維持擺輪振蕩,并將擺輪和游絲振蕩之頻率回饋至傳動輪系。
由勞力士所研發,以獨有的鈮、鋯和氧合金等高度穩定的順磁性合金制成,由于其中不含金屬,而且本身硬度較大,不但不受磁場影響,抗震能力更大幅提升。此外,在耐溫方面表現頗佳,不易熱脹冷縮。再加上寶璣游絲的末圈設計,精確度更上一層樓。

一般瑞士杠桿式擒縱所使用的擒縱叉,因為形狀像小時候玩的T字形木馬形狀,故俗稱為“馬仔”。

勞力士專利游絲,由勞力士所研發,以高度穩定的多種順磁性合金所制成。
在游絲末端彎折出另一道弧線,并將之延伸以游絲樁固定于擺輪夾板上。目的是讓游絲有更多空間可以收放,并讓軸心的受力點均勻,提高等時性。

菲利浦曲線,在游絲末端彎折出另一道弧線,有更多空間可供收放。
1867年,喬治·弗里德里希·羅斯科普夫(Georg Friedrich Roskopf)致力于制作可供窮苦大眾使用的表。為減少成本,他采用與擒縱輪的齒嚙合的垂直釘來取代擒縱叉的馬仔寶石,因此命名釘--擒縱叉擒縱。
這是一種裝置,通過移動快慢調節器(fast/slow regulator)一次一次少量增加,可以很精細地調節表的走時速率。機械表中有多種不同的方法。從完全鵝頸式調節器(swan's neck adjuster)到更普及的以調整螺絲(adjusting screws)的方式之“Triovis”形。然而,精確度指標本身并非意味著有較高的精確度,實際上,配備著普通調速器的表也可以被調校得很精確。

精確度指標,借由精細移動調節器來調整腕表的走時速率。
又稱齒弧馬式擒縱,1722年,由阿倍·德·胡特維爾(Abbe de Huteville)與1791年,由彼德·林賽赫德(Peter Litherhead)先后發展出來的一種擒縱。此種擒縱不使用游盤,改用帶有一排弧形齒牙的擒縱叉。這種擒縱有著磨擦力大、磨蝕快的缺點,因此并不普及。
是兩個擒縱叉寶石中的第一個,可與擒縱輪的齒嚙合。

進馬腳,擒縱叉寶石中的第一個,可與擒縱輪的齒嚙合。
又稱為英國式擒縱,亦稱作K字形擒縱。
又稱游盤寶石,嵌裝在游盤上的寶石,承受來自擒縱叉的沖擊。
擺輪的一部分,有游盤寶石嵌在上面。
螺絲擺輪的特點是調校方便且工藝相對簡單,因此螺絲擺輪也是懷表時代最為常用的形式。根據擺輪自身狀態的不同,螺絲擺輪上的調校螺絲的數目也不盡相同,多的十幾個,少的一兩對。某種意義上說,擺輪上螺絲的數目,和鐘表制作工藝還有擺輪的規格有關。比如,懷表時期非常有名的“蓮花擺”,其名字的來源,就是因為擺輪的外緣裝滿了調校螺絲,擺動起來就像漂亮的蓮花一樣。

游盤,是擺輪的一個延伸部分。

螺絲擺輪。
自行補償游絲在20世紀30年代出現,游絲由特殊合金制作,可將溫度變化對表走時速率影響降低。
因為砝碼上的裂縫會減少該點的重量,轉動砝碼便可改變擺輪邊的重量分配。如一雙相對的砝碼以同方式調整,手表的日差便可被調整。越多砝碼指向擺輪外(裂縫指向擺輪中心)會增加擺輪的有效直徑,并減慢腕表的時間。砝碼也可獨立調整以用作平衡擺輪本身。

自行補償游絲,由特殊合金制作,減低溫差的影響。

砝碼擺輪。