机械式钟表作为精密、细微加工的代表拥有悠久的历史,始于约在13世纪发明的“塔钟”。最早采用以“砝码”带动齿轮的方式,到了15世纪左右,使用发条驱动的方式被发明出来,钟表得以朝小型化演变。19世纪后半叶,腕表诞生,直至今日。日本的钟表产业历史虽不长,但自1969年日本精工推出世界上第一款石英表以来,电子式机芯便成为了世界主流。
下面我们将为您介绍钟表部件的概要和使用数码显微系统进行观察的案例。

使用数码显微系统观察钟表部件

什么是机芯和半成品机芯

钟表外壳内的动力机构部分称作机芯。机械式钟表的机芯分为自动上弦和手动上弦两种,目前的主流是自动上弦。此外,不同制造商对机芯赋予的型号称作机芯编号(Caliber)。

并不是所有钟表制造商都会自制机芯,有不少制造商都会选择购买机芯制造商生产的未完成的机芯来制造钟表。
这种未完成的机芯称作半成品机芯(Ébauche)。Ébauche是法语,意为“草稿”。

机械式钟表的振频、钻数

机械式钟表的振频

机械式钟表的机芯动力源是游丝,嵌入于称作摆轮的零件中心。随着游丝反复伸缩,摆轮会进行往复旋转运动(振动)。
振频是指摆轮每小时的振动次数。
目前的机械式机芯的主流振频是28800转/小时(8次/秒),高于28800振频的称作高频,低于28800振频的称作低频。

摆轮
  • A:游丝

钻数

机械式钟表在齿轮转动时,轴会发生磨损。为此,会使用人工红宝石来将轴承的磨损降低至理想范围。除了轴承以外,也被用于容易磨损的擒纵叉的爪子上。
红宝石硬度仅次于金刚石,自古便被用作机械式机芯中的宝石。钻数越多,越高级、越复杂。

擒纵叉
  • A:红宝石
  • A:摆轮
  • B:游盘
  • C:游盘宝石
  • D:游丝
  • E:擒纵叉
  • F:出瓦
  • G:进瓦
  • H:擒纵轮

石英表的振频

石英表中组装有水晶振子。
水晶在受到机械压力时会产生电荷(压电效应)。相反地,如果受到电荷(电压),则会产生机械形变(逆压电效应)。水晶振子正是利用了该逆压电效应。
典型的频率是32.768 kHz,通过IC将其转换为1秒1脉冲(1 Hz),令秒针前进1秒。

压电效应
逆压电效应

使用数码显微系统观察钟表部件的案例

下面将介绍使用基恩士的4K数码显微系统“VHX系列”观察钟表部件的新案例。

观察钟表指针的表面处理状态

利用Optical Shadow Effect Mode,能够清晰地观察到表面的纹理。

500× 同轴落射照明
同轴落射照明 + Optical Shadow Effect Mode

观察水晶振子的银蒸镀面

利用Optical Shadow Effect Mode,能够明确地观察到晶体的方向。

2000× 同轴落射照明
同轴落射照明 + Optical Shadow Effect Mode

观察经过研磨的水晶的表面

通过微分干涉和HDR,能够将表面的起伏可视化。

100× 同轴侧射照明 + HDR + 微分干涉

表带涂膜的剥落(3D形状测量)

通过进行3D形状测量,能够定量观察涂膜的剥落情况。

1000× 同轴落射照明