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。