芯度專題

Patek Philippe:Advanced Research解難特集(上)

早幾年有段時間,接連有大品牌密集式推出三問,甚至「超問」報時表,打簧之餘,也「打鑼打鼓」正面交鋒,一浪接一浪,好不熱鬧。沒記錯的話Patek Philippe當時派了Ref. 5078G/5178G兩枚表迎戰,一樣都搭載了R 27 PS自動機芯。
數年過去,來到 2021,就在年末一個網上發佈會上,PP 發表了最新一枚Advanced Research Ref. 5750P三問報時表,表面上由 R 27 PS 自動機芯繼續發功,不同的是,這台機芯經專責部門幾何級數提升功力,配裝了一個獨立的機械式擴音系統Fortissimo《ff》,不但能將報時音量放大至少3倍,使得方圓 60 米都能清晰傳聲且無損音質,更重要是,這麼一躍,也將表迷的視線重投到Advanced Research之上。
難得企劃再有厲害的升級「解難」新作,不妨來個新舊表結集,難不成有更多發現。

將「Advanced Research」直譯,就是「先進研究」,然而說它是品牌一個「初版」技術指標,也不為過。

早在1990年代,具有深度視野的Patek Philippe已將自家內部的研究及發展部門融合重整,成立了「先進研究(Advanced Research)」部門。本著「創新精神與製表傳統非互為排斥」的信念,部門在未正式規模化前便已立下大志,要為傳統製表工藝開闢新徑。其中一個研究範疇,正是研究一些毋需油劑潤滑機芯的方法,以解決一個困擾業界超過一世紀的技術性問題。期間,團隊不但召集旗下頂尖專家提供包括電腦模擬器材等的超新技術,亦不時夥拍獨立的研究機構,例如CSEM研究實驗室,以及洛桑瑞士聯邦科技學院(EPFL)等集思廣益,務求在新物料、技術和概念基礎上可以持續又全面地實踐高階研究,長遠提升腕表整體的「實用價值」。

這裡指的實用價值,固然不限於永續解決機芯抹油的問題。回顧企劃自 2005 年正式啟動後的一眾作品,其一概念特色,是每次技術躍進都會配合一款限量腕表,相關的創新零件亦會「率先」被採納其中,並在全面量產之前以「Advanced Research」之名登場應市,承先啓後。無論是載有Silinvar矽製擒縱齒輪(Ref. 5250,2005 年)、Spiromax矽製游絲(Ref. 5350R,2006 年)或 Pulsomax擒縱器(Ref. 5450P,2008 年)的「年曆」腕表;以 Oscillomax組合組裝(Calatrava Ref. 5550P,2011 年)的萬年曆超級複雜功能,或是經「靈活裝置」調控的兩地時時計(Aquanaut Ref. 5650 Travel Time,2017 年),每一枚表的透明底蓋都附有放大鏡功能,好讓表迷欣賞新技術精妙,當中既有針對機芯抹油問題的新物料開發(專利 Silinvar矽材零部件)、解決螺旋式游絲收放規律不均的突破設計(專利 Spiromax矽製「末端弧線」游絲),亦有著眼優化現有功能裝置的物理探索和應用(時區切換活動裝置),技術創新盡在骨子裡,其深度製表視野卻可透現眼前。

Advanced Research解難特集:
由一數到六

Advanced Research至今推出了共6枚作品,由第一枚Ref. 5250,到去年末才面世的Ref. 5750,每一枚表所蘊藏的技術創新,從自身到世界,都是對製表歷史有深遠影響的傑作,並不限於AR企劃腕表獨有。這樣宏大的研究,確實是無論堅持或放棄都絕不容易的事。沒有最好只有更好。也許正是這種「研究到底」的求知精神,使得PP團隊總能夠從別人以為足夠好的地方,重新發掘出可以不斷進步的空間。
接下來,筆者將按時序為每一枚「先進研究」腕表整理出《解難特集》,一併列舉作品的升級與解難方案,好等表迷重新認識這一個「信念」的形狀。

難題一

逃不了的

機芯抺油與能耗

直至本世紀初,幾乎所有腕表的零部件都由鋼材製造,需要潤滑處理。以擒縱齒輪為例,由於一般鋼材的維氏硬度只有700,加上密度質量高,其抗腐蝕性能在濕度較高的狀況下又有可能降低表現,假若長時間與擒縱叉上的紅寶石(維氏硬度 2,000)及其餘零件表面不斷摩擦,而又不定時以適量油劑潤滑(俗稱「抹油」)的話,難免會磨走本身的塗油,繼而出現磨損,造成表面不均的情況,這對擒縱齒輪端上與紅寶石直接接觸且容易聚集濕氣的「嚙合面」尤其致命。

鋼製擒縱齒輪亦同時因為密度質量高而面對着另一個問題:能耗。由於擒縱齒輪會因應擺輪的擺動頻率而停頓和加速,行內俗稱「半擺」,質量愈高,加速所需要的能量便愈多,亦即是說,傳到擺輪的能量便愈低。在典型鋼製的瑞士槓桿式擒縱器裡面,單是這種停止/起動的動作便會耗用擒縱器所發送能量的65%。因此,擒縱齒輪的質量對機芯的操作極之關鍵。

解難方案:
Silinvar擒縱齒輪 矽材革命

按理,只要擁有完美的潤滑油,便可解決零件表面的耗磨問題。惟兩個世紀過去,科學家至今仍未找到可用於保養機芯的完美油劑。誠然,即使尋得完美的潤滑油,油劑再好再完美,Patek Philippe亦早已知道此舉不能解決由物料本身造成的能耗問題;再者,要將整台機芯拆開、清洗再抹油也絕非一勞永逸。是故,PP由一開始已決定改變研究方向,以新研物料對症下藥。

2005年,PP 發表了一項震撼表壇的創新專利技術:Silinvar單晶矽製擒縱齒輪。維氏硬度達1,100的單晶矽,具有與鑽石相同的晶格結構。將近17年後的今日,我們對這種由純淨多晶矽衍生而成的材質自然一點不陌生。矽本身不是金屬,所以不存在金屬彈性下降的問題;它不僅質輕、堅硬、耐磨、具有抗磁性和高抗腐蝕性能,以此質製成的擒縱齒輪造型也較任何鋼製齒輪完美。最重要是,因為單晶矽的表面性質平滑,齒輪上的嚙合面自然也不再需要潤滑處理。最終,PP揀選了對品牌有深遠意義的Annual Calendar年曆裝置腕表Ref. 5250,率先搭載備有「世上首個矽製擒縱齒輪」的Calibre 315自動機芯,配以直徑39mm的18K白金大型表殼;鍍銀放射表面,配上黑藍色的小時刻度和指針,與矽元素的典型藍黑光澤相呼應;齒輪組夾橋板上特別銑製開孔,讓灰黑色帶藍紫閃光的擒縱齒輪,能通過特設放大功能的藍寶石表底一覽無遺。值得一提的是,表底同時刻有「Patek Philippe Advanced Research」字樣,限量推出100枚。

難題二

螺旋式游絲與

它的不等時狀態

在各式的震動之中,「等時性」都是量度箇中時間誤差的關鍵。震動愈有規律,機芯速率愈見準確。若震動規律達致完美的話,便能稱之為「等時」,所指的是一種均等的狀態。不過,這種狀態卻會因為各種因素,諸如游絲擴張與收縮規律不均、由溫差導致的游絲彈性變化、磁場、游絲內外兩端連接點的物料異常、離心力與地心吸力、擺輪位置失衡,以及固定栓子之間的變化而受阻,繼而出現相反的「不等時」狀態。這種規律不均的情況在「螺旋式游絲」中特別嚴重。過去不少製表大師都設法嘗試消除這種時計狀況,像「寶璣式游絲」的「雙層盤繞弧線」(1795年),以及INVAR合金游絲(1897年)。前者雖令游絲最終能夠朝同心方向移動,但雙層設計卻增加了游絲所佔空間,無法應付重力之餘,亦不能抵銷溫差對游絲的影響;後者則恰恰相反。

解難方案:
Spiromax矽游絲 末端闊一點點 底座穩一點點

2005年,PP發表世界首個專利Silinvar矽製擒縱齒輪,以DRIE深活性離子蝕刻工序處理 Silinvar單晶矽幾何形狀;事隔一年,品牌推出以同一工序及矽材質製成的專利Spiromax擺輪游絲,正式以 AR 之名,開展「矽材探索」旅程。專利游絲是PP與CSEM共同研究的成果,研究顯示有足夠能耐去抵銷溫差對游絲的影響,同時可以平捲形式朝同心方向移動。雖然Silinvar物料本身不可根治螺旋式游絲速率不均的問題,但經配置嶄新專利的「末端弧線」設計後,不等時狀態卻能以物理力學方式來消除。弧線的特色在於游絲的外端較厚,能夠在棄用雙層盤繞式設計的情況下,引導Spiromax游絲在平坦曲張之時朝向同一軸心移動。游絲內部中心同時亦設有一個朝中連體式的專利底座,連接擺輪桿部份;外端則是一個連體並擁有獨特幾何形狀的連接短栓,能準確界定游絲的有效長度。

Ref. 5350「年曆」腕表,由18K玫瑰金製殼,限量300枚,內藏324 S IRM QA LU機芯,率先配上由Silinvar矽材製成的Spiromax游絲。與此同時,機芯亦一併配置了矽製擒縱齒輪,並使用了特製的平衡夾板軸承,透現游絲部分;21K金擺動陀配備鋯製滾珠軸承裝置。裝置秉承矽製擒縱齒輪的特色,無須油劑潤滑,能於乾爽的條件下運轉無阻。

難題三

擒縱如何整體提升?

瑞士槓桿式(又稱叉式)擒縱器,是迄今最普及的擒縱結構,擁有超過250年歷史,也基於其歷史悠久,為應付世界萬變,許多細節部件需要改良升級,比方是基本的抹油與等時問題。早年Patek Philippe帶頭研發的兩項新技術—— Silinvar擒縱齒輪及Spiromax矽游絲,正是針對此式擒縱結構而成;以此解決了上述問題後,下一步自然是要(真)完善整個瑞士槓桿式擒縱器。

解難方案:
Pulsomax擒縱器 最完美的幾何切割槓桿

2005年面世的Silinvar擒縱齒輪,旨在配合傳統備有紅寶石擒縱叉的鋼製槓桿使用,而新研的 Pulsomax擒縱器,則有賴高度準確的機械切割技術,來製造突破性的Silinvar矽材槓桿(亦即 Pulsomax槓桿),令原來的槓桿式擒縱器,再無需要配合紅寶石擒縱叉來運作。這種機械切割技術,以DRIE深活性離子蝕刻工序運作,早在研發 Silinvar擒縱齒輪及 Spiromax矽游絲時經已出現,其精密計算同時具備了自由塑形任何大小矽材的能耐,容限也較蝕刻一般鋼製部件的工序收窄兩倍;經此幾何形狀切割的大型矽製擒縱叉綜合成 Pulsomax槓桿,不但能向擺輪傳輸更多能量,也提高了每個擒縱周期的效率,進而大幅增加腕表動力儲存達30%,減少誤差。此外,擒縱齒輪的幾何形狀亦因新槓桿而改變,由原來20輪齒,變為16輪齒的設計,能穩定齒輪速率同時提升機芯整體表現。

然則, Pulsomax擒縱器是集Silinvar擒縱齒輪、Spiromax矽游絲及Pulsomax槓桿三項技術創新之大成。有幸率先配備此一技術的,依然是Patek Philippe自家專利的「年曆」腕表,編號5450,搭載324 S IRM QA LU自動機芯,以39mm 950鉑金製表殼限量應市;受惠於 Pulsomax擒縱器,Ref. 5450的機芯動力儲存相對於Ref. 5350,也由最多45小時增加至最多 60 小時,表現出眾。

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