金屬游絲的專利創(chuàng)新

王雷國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局知識(shí)產(chǎn)權(quán)發(fā)展研究中心副研究員

游絲是機(jī)械腕表擒縱裝置的核心部件。如同電腦CPU根據(jù)檔次分為I3、I5、I7和I9，游絲是決定一塊表檔次高低和好不好的重要因素，ETA經(jīng)典的2824機(jī)心，有幾個(gè)級(jí)別：標(biāo)準(zhǔn)版、增強(qiáng)版、頂級(jí)版、天文臺(tái)版（Standard, Elaborated (improved), Top and Chronometer），各級(jí)別間最大的差別就是使用的游絲、擺輪、避震、微調(diào)各有不同。

現(xiàn)在背透表流行，從背透看到的機(jī)心上，最吸引人目光的，應(yīng)該就是安裝在擺輪上的游絲的不停跳動(dòng)。很多腕表的賣點(diǎn)，也是所使用的頂級(jí)游絲，如勞力士的藍(lán)鈮Parachrom游絲，寶璣5177使用的硅游絲，百達(dá)翡麗的有些表款如5350在表底的背透專門作出一塊凸透鏡，讓表主放大關(guān)注跳動(dòng)的游絲。

一、游絲曾是最高科技的代表

如今手表在我們的印象中，更多的是工藝品的代表。打磨和美學(xué)設(shè)計(jì)帶著是否好看成立更重要的考量。在歷史上，如今手表采用的發(fā)條、4輪傳遞到擒縱和擺輪的結(jié)構(gòu)曾是人類最高智慧和科技的體現(xiàn)。這是17世紀(jì)頂級(jí)科學(xué)家的發(fā)明，是實(shí)現(xiàn)大航海地理大發(fā)現(xiàn)的重要技術(shù)保證。

發(fā)明游絲的是發(fā)現(xiàn)虎克定律（力學(xué)彈性定律）的羅伯特·虎克（Robert Hooke）。虎克曾經(jīng)是牛頓的最大論敵，牛頓的經(jīng)典著作《光學(xué)》，因?yàn)榛⒖说馁|(zhì)疑，直到虎克去世才出版。當(dāng)然了牛頓也沒客氣，把虎克的畫像從英國(guó)科學(xué)院撤掉，導(dǎo)致如今人們已經(jīng)不知道這位仁兄的真面目了。牛頓那句著名的，“如果我看得遠(yuǎn)一些，那是因?yàn)槲艺驹诹司奕说募绨蛏稀?，就是寫在給虎克的回信中的，當(dāng)時(shí)被很多人認(rèn)為這是諷刺虎克的身材矮小。

在游絲發(fā)明以前，擒縱機(jī)構(gòu)受發(fā)條盒動(dòng)力變化的影響非常大，鐘表每天誤差是小時(shí)級(jí)別的，當(dāng)時(shí)很多表只有時(shí)針一根針。而游絲和配套Anchor錨式擒縱的發(fā)明，迅速實(shí)現(xiàn)了十幾分鐘的誤差，這在300年前是非常了不起的。

19世紀(jì)發(fā)明的Invar因瓦合金，瑞士人紀(jì)堯姆因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)這種合金獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，鎳、鐵合金，其中鎳占35.4%。后來又有了更進(jìn)一步的Nivaflex合金，是鈷、鎳、 鉻、 鐵、 鎢、 鉬、 鈦 合 金（Co45N i21C r18F e5W4M o4T i1），合金中鈷占到重量的45%，鎳占到21%、鉻18%、鐵5%、鉬4%、鈦1%，這也是目前最廣泛使用的金屬游絲配方。

二、金屬游絲的專利創(chuàng)新

金屬游絲的創(chuàng)新是最難的，因?yàn)榻?jīng)過300多年的實(shí)踐，最適合用作游絲的金屬，早已經(jīng)為我們熟知。要突破幾百年來金相學(xué)的成就找到新金屬游絲材料是很困難的，這里我們就看看金屬游絲方面有如何的創(chuàng)新。

1、勞力士的金屬游絲專利創(chuàng)新

當(dāng)前勞力士腕表在市場(chǎng)大火，勞力士的產(chǎn)品有幾個(gè)經(jīng)典賣點(diǎn)，如904不銹鋼，永恒玫瑰金，雙夾擺輪雙紅輪的自動(dòng)機(jī)心，Oyster蠔式表把。近年的一個(gè)重點(diǎn)宣傳點(diǎn)就是藍(lán)色Parachrom游絲。

目前勞力士新款普遍采用的Parachrom游絲成分為鎳占53%、鈮占20%、鋯占8%、鈦占10%、鈷占6%、銅占3%。這款游絲取得了市場(chǎng)上的重大成功，成為勞力士營(yíng)銷的利器，一些消費(fèi)者就是沖著新游絲來選購(gòu)產(chǎn)品。Parachrom游絲的研發(fā)時(shí)間已經(jīng)是1997年的事情了。那么勞力士最新的金屬游絲創(chuàng)新是什么呢，這里獨(dú)家解密給大家。

2011年7月12日，勞力士申請(qǐng)了歐洲專利EP2596141，發(fā)明人多達(dá)六人ALJERF MOUSTAFA 、 GEORGARAKIS KONSTANTINOS、 GYGER THOMAS、L E M O U L E C A L A I N、 V O N NIEDERHAEUSERN VICENT、 YAVARI ALAIN。

其中提到了一種新配方金屬游絲，由鐵、鈷、鎳、鈮、釩、硼、鉭等七種元素組成，而且這七種元素間有復(fù)雜的配比關(guān)系。0 <鐵 <70;0 <鈷 <70;8 <鎳 <60;1<鈮 <19;1 <釩 <10;12 <硼 <25;0 <鉭<5;同時(shí)20 <鐵和鈷總含量<70;50 <鐵、鈷、鎳總含量<90;5 <鈮和釩的總含量<20。

新配方中出現(xiàn)了鐵磁性的鐵和鈷，原因就是為了實(shí)現(xiàn)金屬玻璃化處理后帶來的良好機(jī)械性能。實(shí)現(xiàn)金屬玻璃化的手段是：急速冷卻，冷卻速度要達(dá)到每秒1萬度。這種金屬游絲的性能可以好到對(duì)折180度而不會(huì)折斷。制造方法是將液態(tài)的合金噴到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻銅制桿上。有點(diǎn)像做棉花糖，用棍攪拌噴射糖漿的感覺。制成具有良好機(jī)械性能的游絲，需要在高度真空下去除原料硼中的氧、氮雜質(zhì)，需要在稀有氣體氬氣的保護(hù)下，使用專門超硬材料氮化硼坩堝中熔化合金，采用特別的噴嘴噴射。

2、NIVAROX的金屬游絲創(chuàng)新

Nivarox是瑞士SWATCH集團(tuán)旗下企業(yè)。名稱本身就是1933年Straumann博士研制的鎳鉻鋼合金，德語的含義“抗變形抗氧化”。

Nivarox公司在2010年6月11日申請(qǐng)了瑞士專利 EP2264553，發(fā)明人CHARBON CHRISTIAN 、 VERARDO MARCO、QUINTINA JOSE。

Nivarox的新合金游絲設(shè)計(jì)的目的就是如何簡(jiǎn)便易行的生產(chǎn)出受溫度影響小，受磁性影響小的合金游絲。Nivarox的技術(shù)非常具有智慧，既然一種材料實(shí)現(xiàn)多種性能困難，咱們就來復(fù)合的。這個(gè)設(shè)計(jì)采用的是雙層復(fù)合金屬片的結(jié)構(gòu)，一層為鐵錳合金或因瓦鐵鎳合金，一層選用不銹鋼。兩層金屬材料的熱彈性系數(shù)沿相反的方向變化，一層覆蓋包裹一層。不銹鋼可以采用低成本的電鍍、PVD物理氣相沉積等方式實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)的訣竅是芯部?jī)?yōu)選鐵磁性的鐵鎳合金或鐵錳合金，外層選用不銹鋼。這樣的設(shè)計(jì)還增強(qiáng)了游絲的抗氧化、抗生銹的能力。而且對(duì)于兩層金屬的包裹厚度，都給出了精確的計(jì)算公式。

3、精工的金屬游絲創(chuàng)新

金屬游絲創(chuàng)新的另一重要發(fā)明是精工2009年11月16日申請(qǐng)的日本專利JP5189580。這里面提出了一種鐵、鈷、鎳、鉻、鉬組分合金的游絲。這件發(fā)明的重要之處是平衡了鐵磁性和金屬?gòu)椥蚤g的矛盾。

金相學(xué)上，具有鐵磁性的金屬，機(jī)械性能都比較好。前面提到的勞力士的順磁性藍(lán)鈮游絲，彈性即使通過極冷玻璃化處理也只達(dá)到2600Mpa，而Nivarox，鐵鎳鈷合金，可以達(dá)到2900Mpa。所以如何平衡鐵磁性和彈性是一個(gè)科學(xué)上的難題。

精工組分的合金五種組分中，強(qiáng)磁性的三種為鐵、鈷、鎳，非磁性的兩種鉻和鉬。為實(shí)現(xiàn)弱磁性和高機(jī)械彈性性能，精工首先實(shí)驗(yàn)了組分配比，給出了原子量比 計(jì) 為20～40%的Co、7～22%的Ni、42.0～49.5%或5～13%的Cr，以及1～6%的Mo，13.5～16.0%的Fe的配方。

其次提出了一種加工工藝，就是在1100攝氏度下加熱均化，冷卻過程中，反復(fù)拉絲處理，是非磁性物同磁性元素充分混合，起到減小磁通量的作用。在800至950攝氏度下拉絲，對(duì)拉絲壓制得到游絲。

東西好，都是有原因的，有技術(shù)作保障的。希望我國(guó)產(chǎn)業(yè)界看到國(guó)外產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先者的這些做法，高端有高端的實(shí)現(xiàn)方法，簡(jiǎn)便易行低成本有低成本的方法。實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新。