機械錶的「死對頭」石英錶的幕後功臣，其實都是矽？

Text: 黑咪

喜歡機械錶的大家，對矽自然有一定認識。現時不少品牌也以矽製作機芯內的擺輪結構零件，是因為看中其輕巧、抗磁、耐腐蝕、溫差表現穩定、不需要潤滑的特性。但大家又知不知道，機械錶的「死對頭」石英錶的幕後功臣，其實都是矽？

翻查歷史，1962年多個鐘錶品牌如Patek Philippe、Rolex、Longines、Jaeger-LeCoultre、Piaget等在瑞士成立了電子鐘錶中心，並在1967年開發出第一款石英腕錶機芯原型Beta 1。而1969年，Seiko則推出了世界上第一款商業化生產的指針式石英錶Seiko Astron 35SQ，打開了腕錶歷史的新一頁，亦造成後來1970年代鐘錶業界面對的「石英危機」。

顧名思義，石英錶內一定有石英，即錶盤上見到的Quartz一字。但那是什麼意思呢？石英其實是地殼中數量第二多的礦石，主要化學成分是SiO₂，你沒有看錯，Si就是Silicon，也就是大家現在經常聽到的矽。石英說穿了就是二氧化矽，它還有另一個大家同樣熟悉的名字：水晶。

既然它是地殼中數量第二多的礦石，其實更常以一種大家不為意的方式出現，即是沙粒。雖然化學成分大致相同，但沙粒的原子排列較為混亂，所含雜質亦多，所以會散開，而以石英形態出現的二氧化矽，其原子排列得整齊，於是能以尺寸大得多的結晶體形式出現，而水晶的名字便源自其透明的外形。

那為什麼石英能夠應用到腕錶中？那是跟其晶體結構有關。當它受到外在壓力時，晶體中的正負粒子會因為被擠壓而產生電壓；而相反地，在它的表面接上電壓時，晶體中的正負粒子會被電壓的正負極拉扯，形狀會產生輕微的轉變。這是石英的壓電特性。試想像如果在壓電材料表面接上交流電，由於電壓方向不斷變化，材料的形狀便會周期性地改變，石英便會隨之規律地震動。

石英（跟矽一樣）的溫差表現非常穩定，幾乎不會被環境溫度影響震動。石英晶體在受到電壓時，每秒震動次數高達32,768次，故石英錶的最基本原理，就是把石英表面因電壓導致的震動訊號，利用電子技術放大，配搭一個設計簡易的電路計算其震動次數，當它數到32,768次時，電路傳出訊息，讓秒針往前走一秒，指示時間。

對比機械錶，石英錶的優點是薄而輕巧，佩戴方便。由於石英震動的頻率非常穩定，所以時間顯示也非常準確，年誤差非常低，每天少於一秒。不過石英錶需要更換電池，一般電池壽命2至3年，最長的鋰電池也只可使用7至8年。但石英震動現像會隨時間衰退，5年以後的準確度相對會降低，也應要更換機芯。相比起來，機械錶的壽命則取決於保養。

由於石英錶在「精準度」和「價錢」兩大實用的因素下有更大優勢，於是嚴重衝擊到一眾機械鐘錶品牌，引致「石英危機」。當然，不少品牌除了發展石英機芯以外，也繼續努力提升機械錶的精準度，更着重機芯、錶殼等部分的打磨、鑲嵌和雕刻等工藝，強調機械錶的傳統傳承，但大部分能夠「捱過」石英危機的品牌，也是機械錶和石英錶雙線發展，並積極推動石英機芯技術的發展。

Girard-Perregaux Casquette 2.0

1970年代初，Girard-Perregaux推出了Casquette石英錶，以極度前衛的設計顯示時間。採用管狀LED顯示屏，以當時的汽車尾燈作為靈感，顯示方式和位置既顧及到用家習慣，亦顛覆當時的腕錶設計。這款前衛之作只生產了短短兩年，在二手市場上有一定吸引力。品牌在2022年推出了Casquette 2.0，承襲初代設計和搭載全新GP03980-1474石英機芯，錶殼採用陶瓷和5級鈦金屬製作，僅重107克。除了跟初代一樣顯示小時、分鐘、秒鐘、星期和日期，2.0版本還增設了月份、年份、計時功能、第二時區以及「私密日期」，後者用作紀錄或提醒重要日子（年月日）。

Longines Conquest V.H.P.

Longines是1960年代眾多合作開發石英機芯的廠商中，針對石英錶作出大幅度改革的品牌。時至今日，除了機械錶以外，也繼續推出為數不少的石英錶。其中代表作是Conquest系列V.H.P.石英腕錶，V.H.P.指的是Very High Presicion （超高精準度），每年誤差僅正負5秒（即每天誤差只約0.01秒！）。機芯搭載GPD齒輪位置自動偵測系統，當腕錶遭受強烈震動、撞擊或磁力干擾，GPD系統會立即啟動指針校正功能，確保指針走時精確。一般電池放在石英錶大約可使用2至3年，但在V.H.P.上卻有超過4年的續航力，因為機芯電路支援時間記憶功能，如果長時間不佩戴，拉出錶冠即進入待機休眠模式，指針會停止轉動節省電能，當再次佩戴時只要按下錶冠，無需任何調校，即能同步到當下時間。V.H.P.機芯另一特點是內建萬年曆功能，腕錶會自動判斷大小月日期。

Citizen Eco-Drive 365

不同品牌的石英錶也有朝着不同方向發展的進化版，例如Citizen去年底便推出Eco-Drive光動能技術機芯E365，機芯在充滿電後可運行長達365天。但其實早在1976年，品牌已推出第一款光動能指針式腕錶。簡單點來說，光動能機芯就是以太陽能晶片將光能轉換成電能，並將電能儲存在可循環使用的充電池中，於是腕錶不用換電也能一直運作。腕錶內使用的充電池不含汞、鎘等有害物質，符合現時環保和可持續發展的大趨勢。經過多年的技術發展，現時的太陽能晶片也經過大幅改良，大家不會再在錶盤上看到一格格的晶片，例如新錶錶盤看起來便像佈滿繁星的夜空一樣，光線能穿過特製的錶盤到達下方的晶片，為機芯充電。

Seiko Kinetic 

Seiko是石英錶的重要推手，但其最厲害的地方不只是製作石英機芯，而是發展電池以外，產生石英機芯賴以運作的電能的方式，其中一個方法是人動電能（kinetic）。在1986年巴塞爾鐘錶展上，品牌推出了人動電能原型腕錶AGM，也是世界首款將運動動能轉換為電能的腕錶。Kinetic機芯就像自動上鍊機芯，安裝了上鍊擺陀。當手腕移動時會帶動擺陀轉動，轉動的能量會儲存到機芯內的充電池，達到環保、高性能、持久的效果。後來品牌研發了人動電能自動回復（Kinetic Auto Relay）技術，為腕錶加入「休眠」模式。但據聞品牌以太陽能充電的Solar系列技術愈來愈成熟，搭載Kinetic機芯的腕錶會在不久將來正式停產。

Grand Seiko Spring Drive

除了將人體動能化成電能，從Seiko分家成獨立品牌的Grand Seiko旗下，有另一個將石英與機械給合的機芯系列：9R Spring Drive。一枚腕錶背後運作的兩個關鍵元素是動力與時間控制系統。Spring Drive的設計跟機械錶一樣，是由主發條提供動力，這種傳統動力供應方式讓腕錶能自動運作，不需要電池或其他動力來源。當轉動錶冠或擺動手腕時會上緊主發條，儲存能量。但它跟傳統機械機芯的分別，是加入了三能整律器（Tri-Synchro Regulator）代替機械機芯的擒縱系統，該裝置可從主發條的動能中產生微小的電脈衝，將其轉換為驅動石英晶體振盪器和電子制動器所需的能量， 電路板再通過磁力將轉速保持在穩定的頻率，透過齒輪系傳遞到指針，精準地顯示時間。