GRAND SEIKO 9F系列石英機芯 精準實用的最高等級

GRAND SEIKO 9F系列石英機芯 精準實用的最高等級

Mar 1, 2021

GRAND SEIKO 9F系列石英機芯
GRAND SEIKO在1993年推出高精準度的9F系列石英機芯,打造年誤差在+/-10秒內的機種,結合獨家的結構設計,不僅成為GS精準的象徵,也是深受消費者喜愛的款式。

雖然精工SEIKO在1969年推出的Astron 35SQ石英腕錶,掀起了撼動全球的石英錶革命。不過,精工卻不是石英錶的發明者,而是在此領域急起直追的後進,但是透過天時地利人和,以及瑞士錶廠的輕忽,一舉擊潰瑞士錶廠百餘年來的霸業,直到1980年代末的機械錶復興,瑞士錶廠才重新以製錶工藝、奢侈品為號召,重返製錶的巔峰。

石英錶的概念,最早誕生於1922年,當時美國的物理學家(也是工程師)沃爾特·卡迪Walter Cady發表了關於石英晶體與電源相連時,會產生穩定振動的論文;而這種僅需少許電力便能夠穩定運作的石英電子振盪器Crystal Oscillators,便成為石英錶的基礎。在1927年,貝爾電話實驗室的沃倫·馬里森(Warren Marrison)和喬·霍頓(J. W. Horton),運用石英晶體震盪器,於1927年製造了世界上第一個石英鐘,經過修改之後,提供給貝爾電話系統進行報時服務。

不過當時所推出的石英鐘,不僅體積驚人(需要如同衣櫃的大小),同時耗電量也非常可觀,直到第二次世界大戰時,人們才將石英鐘的體積縮小至牛奶箱的大小。而受限於體積的緣故,當時人們都將石英鐘當做官方的精密計時工具,因此,精工在1958年替日本國家廣播公司NHK製作一個石英鐘,就是為了規範NHK每一小時的無線電定時訊號。 

隨後為了迎接1964年東京奧運的來臨,諏訪精工(現在的SEIKO EPSON)在中村恒也的帶領之下,於1963年推出小型可攜帶式(僅3公斤)的QC-951天文台石英計時器,其每日的誤差值在+/0.2秒之內,同時耗電量大幅降低到僅 0.003W,這是日後Astron 35SQ石英腕錶能推出的重要關鍵—超低耗電量。

GRAND SEIKO SBGP015
SBGP015/直徑40mm,不鏽鋼錶殼,陶瓷錶圈/時間指示與日期/9F85石英機芯,年差+/-10秒,抗磁16,000 A/m/藍寶石水晶鏡面/防水200米/GS六十週年限量款,全球2,000只/參考價NTD 120,000

在此同時,瑞士已展開石英錶的研究計畫,由瑞士多家鐘錶公司組成的電 子製錶中心CEH(Centre Electronique Horloger)打造出Beta 1石英機芯,並於1967年推出世界上第一只石英腕錶(實驗型),同年並提交出耗電量更低的 Beta 2石英機芯,也就是1970年的量產款Beta 21石英機芯的前身。 

不過,在1969年的12月25日,精工則是搶先在所有瑞士錶商之前,推出第一款上市銷售的石英腕錶Astron 35SQ,錶款內部搭載具8,192Hz的石英振盪器機芯,以及省電的步進式馬達(1秒跳一下),月誤差在+/-5秒內,其振頻與Beta 1石英機芯相同。不過這款腕錶可說是要價不斐,45萬日圓的價格,在當時已能購買一輛豐田的中小型客車,因此這款腕錶僅銷售數百只。 

由於內部的35型石英機芯與瑞士的 Beta 21石英機芯同樣屬於手工製作,所以價格比傳統機械錶還貴。但是精工看好未來石英錶的市場,與許多瑞士錶廠僅是測試水溫不同,所以精工與當時著名的半導體廠商英特矽爾Intersil合作(其股東之一還是以歐米茄為首的 SSIH集團),生產低耗電量的CMOS積體電路晶片(日後諏訪精工自行設立晶片生產線),結合低廉的人工與逐步提升的技術(振頻也從8,192 Hz提升至 32,768Hz),還有授權石英機芯專利與 銷售晶片給其他廠商,使得精工在1970年代後期,幾乎擊潰了瑞士製錶產業。

GRAND SEIKO 9F系列石英機芯
人手組裝。目前絕大部分的石英機芯生產線都已經全面自動化,但是GS的9F石英機芯仍採用手工組裝,由兩位專業職人負責,其中一人負責整體組裝與日期顯示器,另一人則負責機械結構的部分。

追求卓越的精準
在此同時,精工為了追求更高的精準度,持續鑽研石英機芯的技術。由於石英震盪器的振頻往往會隨著溫度高低而有所變化,因此精工在機芯內裝入兩支石英震盪器,其中一支用於偵測溫度,由此校正另一支石英振盪器因為溫度變化而產生的誤差。於是在1978年完成 的Twin Quartz機芯帶領腕錶的精準度進入了年誤差的等級,其中Grand Twin Quartz的精準度高達年差+/-10秒,而「SEIKO Superior Twin Quartz」還更上一層樓,達到了年差+/-5秒的水準。

但是這一系列的高精準度石英錶款,錶款外觀都極為相似,代表當時錶廠忽略了製錶產業原有的設計精神與工藝價值。因此精工在1988年推出新一代的GRAND SEIKO石英錶,就是回歸昔日的設計精神,內部搭載年差+/-10秒的9581與9587石英機芯,不過這兩款機芯具備較小的扭力,無法採用較大型的指針與日期窗,因此受到不少批判。 

GRAND SEIKO 9F系列石英機芯
超氣密結構。為了確保步進馬達所需的潤滑油與空氣隔絕,廠方設計了氣密式結構,延長潤滑油的壽命,同時可防止開啟底蓋時,有異物入侵。此外,廠方特別在步進馬達上下端加裝紅寶石避震器,除了可以抵抗衝擊之外,也能減緩潤滑油的揮發。

所以研發團隊以昔日的GS錶款為目標,重新設立機芯所需的標準,由SEIKO EPSON研發全新的石英機芯,並 於1993年推出年差+/-10秒的9F83石英 機芯,成為日後GS錶款的主力機種。為了追求高精度,9F機芯所使用的石英振盪器,是特別挑選經過90天「熟成」的石英晶體;許多的石英晶體會在25度恆溫與50%濕度環境下,持續通電三個月,並記錄其表現,只有通過標準篩選出來的石英晶體,才會拿來製造9F機芯所需的石英振盪器。由於石英振盪器容易受到溫度的影響,每秒振盪32,768Hz的頻率會有所波動,因此每一個石英振盪器先前測試的資訊都會記載於機芯的IC晶片之中,透過量身打造的設計,使其能完美運作。此外,機芯每天都會偵測540次錶款內部的溫度,並將溫度資訊傳遞至IC晶片且進行處裡,補償溫差所帶來的影響。

由於9F機芯每天進行多次偵測溫度的任務,相較於一般石英機芯根本無此功能,廠方特別採用耗電量極低的溫度校正系統(省電晶片),避免耗損電池的壽命。同時,9F機芯還具有少見的快慢針設計,如果因為外在環境或是其他影響,使得機芯走時偏快或是偏慢,就可透過快慢針來校正誤差,然後繼續維持高精準的運作。

9F石英機芯規格
9F石英機芯規格/振頻32,768Hz/年差+/-10秒/紅寶石數9顆/由步進馬達驅動走時輪系/單一電池/瞬跳日期功能/電池壽命3年/快慢針微調裝置

結構上的革新除此之外,石英機芯在結構上與傳統機械錶不盡相同,因此廠方透過結構上的革新與創新科技,提升實用性與整體 品質。首先,就是可驅動寬大GS指針的雙脈衝步進馬達,不僅能推動較重的指針,同時還保有省電的效果。因為傳統的石英機芯都是採取一秒一跳的設計,而9F機芯則是每秒鐘連續移動兩次,由連續的兩脈衝驅動,因此增加了步進馬達的扭力,不過因為移動速度太快,秒針看起來還是移動一次的感覺。

9F石英機芯
透明底蓋設計。通常來說,GS的石英錶款是不使用透明底蓋的設計,不過2018年正是GS推出9F石英機芯25週年,廠方推出限量600只的SBGV238大三針日期錶款,特別搭配透明底蓋,讓配戴者能一窺9F62石英機芯的奧妙。

另外,石英機芯的走時輪系並不像機械錶有強大的回傳動能,每一個嚙合的齒輪之間仍有齒隙的存在,當步進馬達傳遞動能時,秒針會產生些微的抖動,為了減少此一缺失,廠方特別在輪系的末端安裝齒隙調整機制,此結構擁有一組游絲,利用其微小動力,能穩定秒針的抖動狀況,使秒針的移動更為精確。

9F石英機芯系列錶款

GS SBGT241
SBGT241。本款9F機芯25週年紀念款,是復刻1993年初代使用9F83機芯的錶款,具有星期與日期顯示窗,為了強調機芯年差+/-5秒的精準度,面盤6點鐘鑲嵌一顆金色五芒星,全球限量1500只。
GS SBGN005
SBGN005。GS在2018年首次發表具有兩地時間功能的9F86石英機芯,本款腕錶則是在2019年初推出的同款式腕錶,具有旋入式錶冠設計,防水100米,屬於運動風格款式,錶徑為39mm。
GS SBGX337
SBGX337。GS在2019年推出三款專業級的9F機芯潛水腕錶,內部所搭載的9F61機芯,由於省略日期結構,因此成為最輕薄的9F機芯。錶款直徑為 43.6mm,使用不鏽鋼材質,防水200米。
GS SBGP011
SBGP011。GS在2020年推出多款大三針日期石英腕錶,其實都改用9F85機芯,這是由9F86機芯所衍生而來,可單獨快調短時針。本錶款是最新款的大三針日期腕錶,採用不鏽鋼材質,錶徑是40mm。

傳統石英機芯受限於步進馬達的微弱動能,日期結構往往需要跨越3-4個小時,才能完成換日。由於9F機芯擁有強大的扭力,廠方特別設置一組凸輪、槓桿與日期輪結構,每當換日之前,時針輪會將動能累積於槓桿彈簧之間,最後抵達凸輪位置時,會將動力釋放出來,在1/2000秒以內完成換日動作,這是石英機芯中少見的成就,而廠方將此時間設定於在午夜12點的前5分鐘內。

Astron 35SQ石英腕錶
Astron 35SQ石英腕錶。精工在1969年推出的本款腕錶,是世界上第一只上市銷售的石英腕錶。因此,在2014年,日本機械工程師協會將Astron 35SQ認定為「機器遺產」,而2018年,則是被日本國立科學博物館登錄為重要科學技術史資料「未來技術遺產」。

為了讓指針得以順暢運作,9F機芯具備3軸獨立結構,讓時、分、秒針的小齒輪間都有墊片分隔,所以每一個指針軸都可以獨立運作,避免摩擦;而新加入的9F86機芯更採用4軸獨立結構,在調整時間時,能在不影響其他指針的情況下,順暢地轉動指針,這也是9F機芯有別於一般石英機芯的高級做法。

Astron 35SQ石英腕錶
革命性的設計。9F石英機芯運用許多方式提升機芯的品質,例如具備3軸或4軸獨立結構(左圖),讓每一 個指針的軸都可以獨立運作,避免彼此摩擦。此外,齒隙自動調校機制(右圖)使用游絲減少齒輪間的齒隙,可以消除秒針抖動的問題。

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