Bộ thoát là gì? Sự phát triển của Bộ Thoát trong chế tác đồng hồ

Bộ Thoát hay Escapement là một phát minh kinh điển, hấp dẫn và rất quan trọng trong chế tác đồng hồ. Mặc dù chức năng của nó có vẻ phức tạp, nhưng có thể hiểu rõ hơn thông qua một ví dụ đơn giản: hãy tưởng tượng bạn có một lò xo trong tay. Nén nó bằng tay kia của bạn và nhanh thả tay ra. Tất cả năng lượng từ lò xo được bung ra ngay lập tức mà không có kiểm soát. Bây giờ lặp lại thí nghiệm. Lần này sử dụng một ngón tay để nén một đầu dây lò xo và dần dần đưa ngón tay nới lỏng lò xo ra. Năng lượng đang được giải phóng một cách từ từ và có kiểm soát và ngón tay của bạn hoạt động như một sự thoát ra.

Tìm hiểu sự phát triển của bộ thoát cho chúng ta hiểu sâu hơn về lịch sử chế tác đồng hồ. Trong một chiếc đồng hồ, Bộ thoát phân phối một lượng nhỏ năng lượng từ hộp cót chính. Đó là một lò xo lớn được cung cấp năng lượng khi bạn lên cót cho đồng hồ hoặc bằng cách lên cót tay hoặc bằng cách đeo đồng hồ Automatic thường xuyên. Lưu ý rằng Mainspring (dây cót) khác hoàn toàn với Hairspring(dây tóc), Dây tóc là một lá thép được cuốn có hình lò xo được sử dụng để cung cấp năng lượng các dao động của bánh xe cân bằng.

Sự phát triển vượt bậc và đáng kinh ngạc của bộ thoát (Escapement) qua nhiều thế kỉ đã giúp chúng nhỏ gọn lại đặt vừa trong những chiếc đồng hồ bỏ túi rồi đến những mẫu đồng hồ đeo tay. Phạm vi công việc này bao gồm các bộ thoát phi cơ học, các bộ thoát cụ thể theo từng dòng đồng hồ và các biến thể của các bộ thoát hiện tại vẫn đang được cải tiến liên tục. Những Bộ Thoát (Escapement) phổ biến hiện tại đã có những tiến bộ đáng kể về độ chính xác, mức độ sai số trung bình hoặc cả hai. Chúng ta tập trung vào các thoát cơ học phổ biến đã được sử dụng trong đồng hồ bỏ túi hoặc đồng hồ đeo tay.

Thế kỷ 13: Verge Escapement

Bộ thoát cơ học lâu đời nhất được biết đến là bộ thoát verge. Trước khi bộ thoát này được phát minh, đồng hồ nước vẫn còn phổ biến. Bộ thoát verge có thể được phân loại thuộc bộ thoát ma sát nằm, trong đó bánh xe thoát hầu như luôn luôn tiếp xúc với bánh xe cân bằng khi nó dao động. Một vấn đề lớn bộ thoát này đó là sự cần thiết cho bánh răng được điều khiển nhanh chóng về phía sau khi sự cân bằng dao động, góp phần làm hao mòn và không chính xác. Sự giải phóng năng lượng của verge có trước các sợi tóc, mặc dù các phiên bản sau của bộ giải phóng năng lượng ra của verge đã sử dụng một sợi tóc với độ chính xác tăng lên đáng kể.

Năm 1695 - 1726: Bộ Thoát Cylinder

Bộ Thoát Cylinder được phát minh bởi Thomas Tompion vào năm 1695 và sau đó được cải tiến bởi George Graham. Một cải tiến lớn của bộ thoát Cylinder so với bộ thoát Verge là một giải pháp cho vấn đề ngắn gọn lái tàu bánh răng lùi. Tuy nhiên khi giải phóng năng lượng, bộ thoát Cylinder cũng tạo ra khỏi ma sát, dẫn đến làm hao mòn chi tiết quá mức.

Các nhà sản xuất Anh đã giải quyết vấn đề ma sát bằng cách làm cho hình trụ của họ từ ruby. Mặc dù điều này đã cải thiện đáng kể việc dẫn đến hao mòn, nhưng nó khiến cho việc thoát hơi dễ bị sốc hơn. Điều này là do toàn bộ bánh xe cân bằng được hỗ trợ bởi ruby trên Cylinder. Breguet đã thực hiện một cải tiến quan trọng bằng cách sửa đổi vị trí của ruby ​​để nó không hỗ trợ bánh xe cân bằng. Sự sắp xếp này đã được sử dụng thành công cho một lượng lớn đồng hồ của Breguet.

Năm 1700: Bộ thoát Duplex

Được phát mình bởi Robert Hooke,các đặc điểm ma sát được giải quyết và ít hơn với sự ra đời của Bộ thoát Duplex, nhưng nó vẫn là bộ thoát tạo ra ma sát. Bộ thoát Duplex chính xác hơn nhiều so với sự thoát ra của Cylinder, nếu được sản xuất chính xác. Tuy nhiên, điều chỉnh độ thoát không dễ dàng nếu không thay thế bánh xe cân bằng. Ngoài ra, Bộ thoát Duplex không tự khởi động và có thể dừng lại nếu bị sốc.

Năm 1750: Bộ thoát Lever

Được phát minh bởi Thomas Mudge, Bộ thoát Lever  là tương đối chính xác. Ngoài ra, nó khá dễ sản xuất và dễ điều chỉnh hơn so với các bộ thoát được phát minh trước đây. Những yếu tố này đã góp phần làm cho nó trở thành bộ thoát phổ biến nhất trên thế giới hiện nay. Rất có thể là nếu bạn đang đeo một chiếc đồng hồ cơ, thì mẫu đồng hồ của bạn đang sử dụng bộ thoát Lever. Điểm nổi bật của sự thoát ra của đòn bẩy là ma sát trượt mà nó sử dụng đòi hỏi phải bôi trơn. Trải qua thời gian bộ phận này sẽ không còn trơn chu nữa và ảnh hưởng xấu đến độ chính xác.

Năm 1775: Bộ Thoát Chronometer/Detent

John Arnold phát minh ra bộ thoát Chronometer/Detent, Bộ thoát được tạo ra đóng một vai trò lớn trong việc làm cho một chiếc đồng hồ đủ chính xác để được coi là một đồng hồ bấm giờ. Để tăng độ chính xác, bánh xe cân bằng nên được để yên khi nó dao động (bị tách ra). Bộ thoát Detent được sử dụng như một khái niệm để tăng độ chính xác đáng kể. Khi bánh xe cân bằng dao động, nó chỉ được chạm nhẹ để truyền xung lực từ bánh xe thoát. Thật không may, bộ thoát Detent không chắc chắn. Một cú sốc có thể khiến nó dừng lại, và nó không tự hoạt động trở lại. Hai yếu tố này làm cho nó hầu như không phù hợp để sử dụng trong đồng hồ đeo tay. Bộ thoát Detent thường được sử dụng trong đồng hồ bấm giờ biển.

Năm 1974: Bộ Thoát Co-Axial

George Daniels đã phát minh ra lối thoát đồng trục. Bộ thoát đồng trục sử dụng ma sát xuyên tâm thay vì ma sát trượt cho hành động của nó. Video này với George Daniels giải thích sự khác biệt. Cải tiến này cho phép đồng trục hoạt động mà không cần tra dầu bôi trơn. Điều thú vị là, bộ thoát Co-Axial sản xuất của Omega, sử dụng một lượng nhỏ dầu bôi trơn làm chất đệm cho hoạt động. George Daniels đã có một thời gian khó khăn để khiến các nhà sản xuất quan tâm đến bộ thoát Co-Axial, đặc biệt vì nó khó sản xuất và điều chỉnh hơn so với thoát đòn bẩy.

Tương Lai Phát Triển Của Bộ Thoát

Ngày nay chúng ta đang chứng kiến ​​sự tiếp tục phát triển bộ thoát, với cùng mục tiêu là tăng độ chính xác và độ tin cậy. Các kỹ thuật và vật liệu sản xuất mới đã mở ra những khả năng hấp dẫn để phát triển thoát hiểm.

Phản ứng khắc ion phản ứng của silicon là một quá trình đã được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn từ những năm 1970. Khắc ion phản ứng sâu (DRIE) là một cải tiến của quá trình này cho phép khắc sâu hơn với tỷ lệ khung hình cao. DRIE được giới thiệu vào những năm 1990 và được sử dụng rộng rãi cho Hệ thống cơ điện tử siêu nhỏ (MEMS). Một ví dụ điển hình của thiết bị MEMS là gia tốc kế trong điện thoại của bạn phát hiện hướng. DRIE tình cờ hoàn toàn phù hợp để sản xuất các bộ phận cho đồng hồ, do tính chính xác cực cao của nó và tính chất vật liệu của silicon khi áp dụng cho kĩ thuật làm đồng hồ.

Một kỹ thuật sản xuất hiện đại khác là LIGA (viết tắt tiếng Đức của Litographie, Galvanoformung, Abformung). Đây là một quá trình MEMS để mạ điện và đúc chính xác. Quá trình có thể được coi là phụ gia chứ không phải là trừ, vì các bộ phận được phát triển với mạ điện của khuôn dẫn điện. Khuôn được tạo ra với độ chính xác micron. Kế quả các bộ phận thường là niken hoặc vàng.

Bộ thoát Constant Girard-Perregaux là một ví dụ điển hình cho sự phát triển của bộ thoát hiểm mới có thể thực hiện được với các công nghệ sản xuất hiện đại. Lưỡi silicon dày 14 micron của nó gần như không thể sản xuất với bất kỳ phương pháp truyền thống nào. De Bethune gần đây đã giới thiệu bộ thoát Résonique của nó, sử dụng cộng hưởng cơ học và từ tính để đạt được tần số cực cao. Vaucher đang phát triển hệ thống bột hoát Genenquand, sử dụng các thuộc tính độ bền silicon theo một cách sáng tạo hơn. Ngoài ra, việc phát triển thoát hiểm đang tiếp tục ở vô số các thương hiệu và nhà sản xuất độc lập khác. Số lượng và sự đa dạng của sự phát triển này có thể tạo ra cho giai đoạn phát triển thoát hiểm khốc liệt nhất mà kĩ thuật làm đồng hồ từng thấy.

Khía cạnh thú vị của sự phát triển thoát hiểm là vẫn còn những cơ hội lớn để cải thiện độ chính xác. Ngày nay, các kỹ sư kĩ thuật đồng hồ  đang làm việc về các vấn đề cơ bản tương tự mà các đối tác của họ đã làm việc từ nhiều thế kỷ trước, không có dấu hiệu chậm lại.

Bộ thoát đồng hồ là một cơ cấu hết sức quan trọng, việc điều chỉnh năng lượng được cung cấp đến bánh răng sẽ là một phần ảnh hưởng rất lớn tới độ chính xác của đồng hồ.