精工Spring Drive 机芯的简史是我最初为我即将对 Grand Seiko Spring Drive 计时码表 SBGC001 进行研究和撰写的部分。我们将在明天（即星期一，太平洋标准时间午夜刚过）发布的手表评论，但由于这部分内容已经足够详细，我们认为最好将其写成单独的文章便于您查找，便于我们日后参考。
Seiko Spring Drive 手表机芯技术是有史以来设计的最独特、巧妙、高效和准确的机芯之一，在现代量产机芯中独树一帜。我们已经在 aBlogtoWatch 上多次报道了 Spring Drive 手表，因此请查看此链接以获取 Spring Drive 手表评论、动手文章等。
9R86 Spring Drive Chronograph 机芯细节。照片：大卫·布雷丹
请注意，我们将从了解 Spring Drive 的工作原理开始，原因很简单，我们需要很好地了解系统的功能和构造，然后才能谈论它背后的迷人故事。因此，我们将在第 2 页讨论 Spring Drive 的历史，但首先，让我们深入了解这一宏伟运动的深处……
…但在我们这样做之前，请幽默地让我简要介绍一下本文所需的研究（以及精工公司的提醒）：不幸的是，精工在 aBlogtoWatch 团队成员中有意或无意地臭名昭著（我们不知道然而）在尽可能多的在线站点、渠道和媒体格式之间散布关于单个主题的有价值信息的点点滴滴。从几乎不可能找到的 YouTube 视频到仅限日本的随机微型网站，再到从未公开发布的 PDF，关于同一精工相关主题的宝贵信息和官方图像在互联网的广阔领域中散乱无章。
Spring Drive 机制的性感框图。资料来源：精工
弹簧驱动器的工作原理
我们已经在 aBlogtoWatch 上多次讨论过 Seiko Spring Drive 的工作原理，但出于上述原因，我们必须再次澄清。传统的电子表由电池供电，并配备一个控制与指针相连的步进电机的石英振荡器，而 Spring Drive 机芯，顾名思义，从上弦弹簧接收运行所需的所有能量。
因此，Spring Drive 手表的主发条具有 2 到 8 天的动力储备（取决于机芯），就像普通的机械表一样。因此，它们的主发条连接到齿轮系，也非常类似于传统机械手表机芯中的齿轮系。事实上，Spring Drive 机芯中约 80% 的组件与豪华机械表中的组件相同。
Spring Drive 手表机芯布局。资料来源：精工
然而，诀窍在于，在这个齿轮系的末端有一个轮子，它不像传统机械运动中的平衡轮那样来回转动，而是在一个方向上连续转动。请记住，精工称这个轮子为“转子”，因为它只向一个方向旋转。我们将尽最大努力使事情保持一致且易于理解，以便您可以轻松分辨我们何时谈论自动转子或负责计时的转子，位于齿轮系的末端。检查上图以查看齿轮系末端的转子。
Spring Drive 系统的问题——也是天才——是如何准确地保持时间。在机械表中，擒纵机构和摆轮负责以设定的频率（通常在 2.5-5 赫兹之间）进行滴答声。在 Spring Drive 系统中，您拥有的是所谓的三同步调节器，因其能够控制三种不同类型的动力而得名：
- 机械动力（主发条）
- 电力（集成芯片或“IC”；石英振荡器）
- 电磁动力（转子；定子）
Tri-Synchro 调节器控制和协调这三个电源中的每一个，它的工作方式受到启发。
如果没有电池，石英振荡器和集成电路如何供电？……你可能有理由想问。好吧，转子和它的线圈块一起充当发电机。它的工作方式与通过旋转车轮发电的自行车发电机相同。
产生的电能激活集成芯片 (IC) 和与之相连的石英振荡器，后者产生 32,786 赫兹的精确参考信号。芯片将此信号与转子的转速（每秒八转）进行比较。这一切是如何发生的，我们将在第 2 页上看到，但现在，我们继续前进。
磁力用于打破/调节转子的速度，以实现出色的计时。
既然我们有了运行手表所需的电力和参考信号，手头的最后一项任务是确保转子、齿轮系以及手表的指针以我们想要的准确速度旋转。为此，三同步调节器周期性地应用电磁制动器，以确保转子的旋转与来自石英振荡器的参考信号对齐。IC 监视器将转子的速度与信号进行比较，并间歇性地应用此磁力制动器以防止旋转过快……
…这就是 Spring Drive 的工作原理。它由上链发条通过常规齿轮系驱动，并由集成电路和石英振荡器调节，是传统机械制表和 21 世纪技术的最独特融合。
416 个零件、50 颗宝石、140 个油点和 5 种不同的润滑剂。9R86 Seiko Spring Drive 计时机芯。
现在，最后，让我们想象一下，所有这些机电、主发条驱动技术都被塞进一个小到可以完美佩戴在手腕上的表壳中，拥有三天的动力储存，精确到不超过 +/-15 秒月，并且在比普通机械表更广泛的温度范围内长期可靠。
顺便说一句，至于长期可靠性，精工表示，因为整个齿轮系不断旋转，每时每刻都没有几次停顿，因为没有传统的带有敏感、润滑部分的擒纵机构，而且齿轮系的转子轮连续旋转， Spring Drive 运动应该会持续很长时间。至于电子零件，由于没有化学成分（例如电池）会劣化，而且电子零件的工作方式与石英机芯相当（可持续数十年），因此 Spring Drive 手表应该具有较长的使用寿命。
所有这些，让我们了解 Spring Drive 非凡创意背后的人，了解 Seiko 花了三十年的时间将 Spring Drive 推向世界。也在这里，我们将有机会了解更多有关 Spring Drive 的技术细节，并超越其功能的单纯原则。
春天驱动器的历史
精工于 1969 年推出了第一款商业化石英表 Astron。很快，大规模生产的石英表的精度达到每天 +/-1 秒，不久之后，它们达到了每年 +/-5 秒的精度（即每月不到半秒）。
早在 1913 年，Seiko 就生产了他们的第一款机械表……公司的策划者尝试合并这两个高度极化的机械表和电子表世界只是时间问题。你得到我要去的地方：最终的结果将是精工弹簧驱动，一个运动概念不要与精工的动力学和其他机械充电，而是石英和步进电机操作的运动相混淆。需要明确的是，Seiko Spring Drive 内部没有电池，也没有任何电机（更多详细信息请参见第 1 页）。
但是，嘿，让我们不要超越自己。那是在 1977 年——是的，40 年前（而且，请注意，大约在同一时间，今天许多著名的瑞士品牌都在忙于研究如何巧妙地为“钢制豪华手表”这一绝妙的概念多收费用）——精工的年轻制表师和科学家，Yoshikazu Akahane 灵机一动，开始尝试制造一种由某种集成电子设备调节的机械表。
Yoshikazu Akahane，Spring Drive 技术理念的幕后推手。资料来源：精工
赤羽先生于 1971 年加入精工，从事石英表电池的开发。Seiko 说，他的主要项目之一是“Twin Quartz”，这是一款带有第二个石英振荡器的手表，用于纠正由温度波动引起的第一个石英振荡器的误差。顺便说一句，这就是帮助 Twin Quartz 达到上述每年 +/-5 秒的精度的原因。
不久之后，Akahane 提出了“石英锁”的想法，以使用内置于机械表中的标准石英表装置来纠正机械表的错误。他最终通过采用一种用于校正双晶石英精度的方法实现了这个想法——但稍后会详细介绍。
1982 年的第一款 Spring Drive 原型。资料来源：Seiko。使用的相机：一个土豆。
第一个原型在 1982 年诞生花了五年时间——在这里我们会注意到，据报道，在最初的几年里，赤羽先生在下班时间大部分时间都是一个人工作，因为事情最初是他个人的想法，后来变成了一个公司资助的项目，只是后来。大约在 1982 年，诹访精工社的产品开发人员致力于实现与能源相关的重大发展：太阳能发电和“手动上弦”（这是 Seiko 在这里对机械上弦的术语，包括自动上弦，不要与仅与表冠上弦混淆）发电.
1982 年，赤羽出现在公司繁忙的开发和设计部门，据精工报道，“热情地解释了‘石英锁’的原理。”赤羽和他的团队制作了一个实验模型来验证石英锁的原理和原型工作了四个小时。这意味着这个想法本身是有价值的，但能源消耗必须减少到十分之一才能实现实际使用……
…然而，同年，Seiko 的开发团队放弃了该项目，因为他们没有预见到成功的前景，无论他们为实现 Spring Drive 实现 Seiko 当时的 48 小时动力目标而付出了多大努力或多长时间预订。关键问题是IC消耗太多能量。此时，运行 IC 所需的能量几乎是最终产品所需能量的 100 倍。因此，该项目被暂停，直到整整十年后的 1993 年才再次启动。
在接下来的几年里，现在在精工公司的全力支持下，由于最终推出了更节能的 IC，更精致和更高效的原型在 1993 年和 1997 年相继问世（在 93 年和 97 年之间，精工暂停了该项目一秒钟）时间），才看到 Spring Drive 技术在 1998 年巴塞尔博览会上的首次亮相。精工首次公开有关其 Spring Drive 技术的任何信息是在 Akahane-san 的想法之后的 20 年，即 1997 年，当时 Seiko 在瑞士计时学会杂志上首次描述了 Spring Drive 技术。据推测，他们对瑞士人甚至从未尝试创造像这种新机芯一样先进的东西感到非常安全——事后看来，他们的假设是正确的。
有史以来第一款 Spring Drive 手表，仅限 JDM：简单的史诗级纯铂 Credor GBLG999 和精美的 Seiko SBWA002 18k 金。精工 SBWA001 还提供更现代的钢制选项。
到 98 年达到 48 小时动力储备对于精工和 Spring Drive 技术来说是一个巨大的里程碑，并且在配备 Spring Drive 的手表在全球市场推出之前，精工通过生产一些 JDM（仅限日本国内市场）手动来庆祝它。 1998 年的伤口版本。不幸的是，Spring Drive 的父亲赤羽先生也在这一年去世，享年 52 岁。
将 Spring Drive 推向世界：2005 年首次亮相的 Seiko Spring Drive 自动手表的亚秒版本，从左到右，参考 SNS005、SNS001、SNS003。资料来源：精工
值得庆幸的是，精工坚持让项目继续进行，并于 1999 年制造了第一款 Spring Drive 自动机芯原型，2001 年第二款，2003 年第三款原型，最后在 2005 年推出了 Seiko Spring Drive 自动机芯5R64/5R65 以及第一款 Seiko Spring Drive 手表，公认是为了帮助该品牌进入日本以外的高端手表市场。
Seiko 花了大约 28 年时间、总共 600 多个原型和 230 项专利将 Spring Drive 技术推向全球市场的原因有很多。造成这种情况的一些原因与必要的技术进步有关，以使 Spring Drive 甚至可以正常工作，其中一些原因与精工对机芯性能的高期望（即使按照今天的标准）有关。
正如我们所指出的，Spring Drive 令人印象深刻的先决条件之一是提供 72 小时的动力储存——例外是在 90 年代末和 00 年代初在日本销售的仅限 JDM 的手动上链腕表，持续 48 小时. 精工决定，全球推出的 Spring Drive腕表必须 提供 72 小时或三天，因为精工诚然希望这些手表能持续一个完整的周末——如果你在周五晚上取下它们，它们必须仍在运行并保持准确的时间在星期一。
这是您千载难逢的机会，让您了解手表主发条的技术细节！Spron 510，来源：精工
为了实现这一壮举，精工首先看到要为机芯添加更多汁液，并创造了一种新的、更“强大”的主发条合金，称为 Spron 510。它是由钴、镍、铬、少量钼和其他一些材料组成的合金精工不会告诉我们——或其他任何人。这种新型弹簧具有更高的弹性和耐用性，使其能够提供更大的扭矩并提供更长的动力储备。然后，精工更进一步，为运动部件开发了一种特殊的高抛光处理，在迄今为止不太精细的部件上，低效的牵引力导致了动力储存时间的损失。
小齿轮齿高效抛光前后。资料来源：爱普生科技新闻专线
最后，Seiko 在 2005 年推出的第一款 Spring Drive 自动上链系统中加入了他们的“Magic Lever”双向自动上链系统（自那以后，该技术一直是其中的一部分）。我将在评论——但要说它非常了不起，也不是完全剧透。
精工魔术杠杆系统如何工作的酷原创解释。资料来源：精工，来自：约翰戴维斯
正如您从上面的图表中看到的那样，Magic Lever 是一种非常简单且巧妙的双向上链系统，Seiko 最初于 1959 年首次亮相——早在 Spring Drive 的想法诞生之前。如果它让您想起某事，请不要再摸不着头脑：其基本原理类似于 1946 年由时任 IWC 技术总监的 Albert Pellaton 获得专利并开发的 Pellaton 自动上链系统。
Magic Lever 的骨架是一个设计巧妙的杠杆，根据自动上链摆陀的旋转方向，可以拉动或推动带有棘齿的轮子。该系统运行良好的原因是即使转子（在任一方向）最轻微的移动也会导致主发条上弦。对于其他双向（尤其是单向）上链系统，由于传动设计效率低下和部件之间的游隙，存在相当大的游隙，使机构在很高比例的时间内无法上链主发条。
Magic Lever 自动上链机构。资源。精工
总而言之，Magic Lever 系统之间的主要区别（顺便说一句，最近已被许多瑞士品牌悄悄采用，如沛纳海 P.9000、卡地亚 1904MC 和 TAG Heuer 1887 年）和迄今为止，您可以在 IWC 的一些内部机芯中找到的比勒顿设计比前者简单得多。Pellaton 系统的杠杆设计正确地作为 Magic Lever 的基础，但 Seiko 的解决方案非常耐用且易于制造，他们甚至将其安装在一些价格实惠的 Seiko 5 手表上。
因此，发电已经得到重视，因此下一个重大挑战是有效和明智地利用这种能量来为 Spring Drive 运动的“大脑”提供动力。让我们看看精工如何解决将微型计算机添加到机械设备中的挑战，该机械设备的唯一能源供应是发条弹簧。
“大脑”通过齿轮系末端的转子（同样是摆轮更换）提供动力，并为线圈充电。精工必须开发和完善这种线圈的结构，以使其尽可能高效（无论是在空间利用方面还是在产生能量方面）：线圈中的导线厚度为 15 微米（即 0.015 毫米或千分之六）一英寸），然后将其盘绕 25,000 次并分层 18 次以形成一个块。
从右到左：主发条，齿轮系，下面有一个白框是IC，最左边是石英振荡器，上面是两个大线圈。弹簧驱动的计算机。
无论发电多么智能，如果随后将能量提供给效率低下的 IC（Seiko 将其称为集成芯片和集成电路），它将消耗过多的电力并且无法持续运行。精工和爱普生（Seiko 的一部分）对低功耗 IC 进行了数十年的研究，最终能够生产出能够实现 Spring Drive 的产品。
位于日本盐尻的精工爱普生工厂。来源：爱普生
Seiko Epson 是 Seiko Group 的一部分（该集团的另外两个主要成员是 Seiko Holdings Corporation 和 Seiko Instruments Inc.），它是一家信息设备的开发商、制造商和销售商，拥有超过 73,000 名员工和约 62 亿美元的市值. 换句话说，总部位于东京的爱普生公司是精工集团的三个分支机构之一，实际上是精工手表机芯制造商（与 SII 一起，精工仪器公司）中的佼佼者。
所有这些公司的废话都是为了澄清精工在为 Spring Drive 的大脑开发必要技术的过程中必须依赖的大量金融资源和专有技术。值得一提的是，Grand Seiko Spring Drive 手表是世界上为数不多的真正 100% 内部制造的时计之一（不包括 ifs、buts 或精美印刷品，就像很多时间）。
如上所述，今天 Spring Drive 手表中使用的 IC 比 80 年代末和 90 年代初的原型中的 IC 效率高约 100 倍。通过在 MOS-IC 和硅衬底之间插入一层薄薄的氧化硅薄膜，由此产生的超低电压、低功耗电路非常高效，仅消耗 25 纳瓦的能量 – 即 2.5 万 -百万分之一瓦。为了让您更好地了解这个 IC 设置在 Spring Drive 机芯的内部需要多少能量，想象一下：如果地球上所有 70 亿居民都佩戴 Spring Drive 手表，他们的总功耗将仅为 175 瓦 – 相当于满足 15 美元灯泡的电力需求。换句话说，集成芯片需要的能量是 LED 灯的 1/300,000,000。
9R86 Spring Drive 计时码表的机芯细节。照片：大卫·布雷丹
概括
一旦您将精工和精工爱普生的策划者在开发过程中实现的所有这些巨大飞跃和所有增量步骤加在一起，毫无疑问，您最终得到的是最先进的量产机械，非-今天的电池供电运动。请继续关注我们对明天即将推出的 Grand Seiko Spring Drive Chronograph SBGC001 的评测。
