調速機構的前世今生（上）

[腕表之家鐘錶文化] 在所有幫助提高機械鐘錶精度的發明中，沒有哪個比調速機構更重要。本文將回溯調速機構從早期雛形到最新材質的發展演變歷史，首先是第一部分：從水鐘到機軸擒縱機構（Verge Escapement）。

文藝復興時期的時鐘，德國，約1620年

文藝復興時期的時鐘機制

人類對時間的認知，最早來自天體。白天過後是黑夜，黑夜過後又是白天，恒定而規律。其他可以預測的事件為早期人類，

尤其是女性提供了參照，因為她們要負責家庭飲食，牢記生育週期。人類根據月相盈虧，將時間分為更短間隔。最終，一年365又四分之一天以二分（即春分和秋分）和二至（即夏至和冬至）被劃分為四季，對應地球圍繞太陽公轉一周的軌跡。這樣，人類就掌握了歷史上第一個“調速機構”（曆法）。

下一步就是構思出測量較短時間間隔的方法。機械鐘錶發明之前，太陽在地平線上的視運動，以及照射物體的投影，在時間測量中發揮了重要作用。但是如果雲層遮蔽，晷針無法投影，這種機制也就失去了效力。日晷測量依賴天時，間歇失效，解決方案是水鐘。水鐘由水驅動，絕非簡單的、幾近玩具的裝置。阿拉伯學者留下的記載告訴我們，

特西比烏斯（希臘發明家）的一個水鐘似乎已經裝配安提基瑟拉機制，可以通過複雜輪系，預測天文現象。

雙殼表，鐫刻“David Mercier, England”字樣，約1750年

雙殼表，鐫刻“Edward Whithaker, London”字樣， 18世紀早期

從流水到振盪

一滴水落入水中時，會產生波紋，接著按照規律節拍傳遍整個水面，這是一種數學家能夠轉換成方程式的運動。我們往往容易忘記的是，早期水鐘並非簡單地將一個容器的水倒入另一個容器，漂浮的指標和齒輪意味著它們能夠將時間分為可測量的間隔。正如Gerhard Dohrn-van Rossum在他的《History of the Hour: Clocks and Modern Temporal Orders》（由芝加哥大學出版社出版）一書中指出的，最早帶有自動調速機制的現代時鐘，

與西多會有著奇妙的淵源。

一般認為，防止打點報時輪系運轉過快的機制（調節器），讓早期製錶師想到利用類似原理，控制齒輪在一定時間內的轉量。在中世紀，這些機制是複雜水鐘的一部分，其中必然包括一個類似早期原始平衡擺的機構，其兩端承載的重物可以遠離或接近旋轉軸，以產生更慢或更快的振盪。這是一個合理的假設。也許修道士們想要替換冬季凍結的水鐘，於是拋卻液態“引擎”，轉而利用機械裝置。在輪系的作用下，重力變成受控制的旋轉運動，進而轉換成平移運動，驅動錘敲擊簧並發出聲響。別忘了，在12和13世紀，時間是“聽”的，而不是“看”的。

“洋蔥”表，鐫刻“Ladouceur, Faubourg Saint-Antonie, Paris”字樣，約1690年

機軸擒縱機構

隨著最早的調節器的出現，製錶取得了巨大的飛躍。儘管現在看來粗糙簡陋（除了約翰·哈里森H4航海天文鐘裝配的調節器），但這種機軸擒縱機構應用歷史悠久，它被裝配進13世紀至18世紀初的每一個計時儀器中，無論座鐘、長殼鐘、還是最早的表。通過暫停齒輪運作（否則齒輪會以不受控制的速度旋轉），該機制賦予時鐘穩定的節奏。

這種巧妙的調節器，旨在用於裝配發條（螺旋彈簧）驅動的鐘或表，促進了平衡發條力量的兩種新發明的問世。第一種是均力輪，主要用於1600年前的德語國家，對發條施加相反的摩擦力。第二種是均力圓錐輪，這是一種螺旋線圈向上逐漸縮短的圓錐結構，通過細長鏈條、纜繩、甚至腸線（也用於絃樂器）與發條相連。發條的張力會隨時鐘運行逐漸縮小，而連線則會隨之從均力圓錐輪較窄的一頭移動到較寬的一頭，形成有效補償。這樣，無論發條的張力怎樣變化，傳遞到齒輪系的力保持恒定（就像自行車後輪的輪系）。

這種裝置的製造很複雜，但它的存在，使發條在上弦時不失扭矩，從而確保鐘錶上弦時也能正常運作。如果沒有它，機軸擒縱機構的功能就會大打折扣，因為振盪將完全受控於發條提供的動力。發條、芝麻鏈和機軸擒縱（擒縱輪垂直於齒輪系，兩個“擒縱片”依次與擒縱輪凸齒咬合）的組合，幾乎是1650年代前唯一使用的擒縱機構。需要注意的是，帶有兩個“擺杆”的原始平衡擺在16世紀逐漸被環形擺輪所取代。環形擺輪受不同位置的影響較小，但對衝擊同樣敏感；如果沒有螺旋式遊絲的話，精准度仍顯不足。（圖/文腕表之家許朝陽編譯）

“洋蔥”表，鐫刻“Ladouceur, Faubourg Saint-Antonie, Paris”字樣，約1690年

機軸擒縱機構