你在閱讀雜誌的時候常會遇到一些名詞像是「縱擒機構」，或是在修錶的時候，鐘錶師傅跟你說「輪軸斷裂」和「擺輪卡住」之類的話。除非你對手錶內部的構造很熟悉，不然你很有可能不知道這些名詞到底代表了什麼。幸運的是，其實鐘錶運作的基本原理其實很簡單。筆者將用一台玩具迴力車來解釋其原理。



一台玩具迴力車內部有個發條彈簧。當你把迴力車往後推的同時，發條彈簧將會被捲起，並將動能儲存起來。當你放開手指的時候，發條則釋放出之前所儲存的動能，所以輪子會開始轉動並帶動整台迴力車向前進。鐘錶上鍊的運作原理也是完全一樣的。



現在，讓我們加一個鍾擺上去。一個擺動中的鍾擺實際上是最古老的計時機制之一，其原理在於鍾擺擺動一次的週期實際上是接近一個常數（但是會慢慢遞減）。問題就是在由於地心引力及摩擦力的關係，鍾擺到最後還是會停止下來。但是如果你把一台移動中的迴力車倒放過來，然後讓它去碰觸那個鍾擺，你會看到那個轉動的輪子會把鍾擺甩開，導致鍾擺又開始擺動。只是單單把一個鍾擺跟一台迴力車放在一起，就可以產生一個簡單的計時機制。當然，你馬上就可以點出這設計的諸多問題。其中一個就是：迴力車的動力根本無法維持太久。迴力車的輪子大概頂多持續轉個幾秒之後就停止了。



現在，想像一下圖中的這個設計。我們用一個有尖齒的輪子（圖中紅色Ｂ所標註）來代替鍾擺。當Ｂ尖齒輪與迴力車輪在Ａ點（藍色）碰觸的時候，Ｂ輪上面的尖齒將會阻止迴力車輪繼續轉動。但是迴力車輪的轉動力還是能將尖齒推開然後又繼續轉動。當這情形發生的時候，Ｂ尖齒輪將會以順時針轉動，並開始壓迫到Ｃ彈簧（綠色）。Ｃ彈簧馬上就會將Ｂ尖齒輪推回來，導致Ｂ尖齒輪以逆時針方向轉回來直到其尖齒又碰觸到迴力車輪。迴力車輪又會停止轉動，然後又再次開始嘗試將Ｂ輪的尖齒推開。如此一來，Ｂ尖齒輪將會左右搖擺轉動。由於Ｂ輪的尖齒會間歇性地碰觸到迴力車輪，迴力車輪的旋轉也因此會間歇性地被阻擋，所以迴力車發條的動力也因此會被保留。如果設置妥當，這將可以形成一個可以用來計時的平衡擺動狀態，直到迴力車的發條放盡為止。

一點也不難，是吧？現在你應該也可以了解，如果你把Ｃ彈簧的彈力增強的話，錶將會跑得比較快（因為Ｂ尖齒輪反彈的速度更快），反之亦然。這也是鐘錶師傅幫手錶調時間最常用的手法。

事實上，這就是機械錶運作的原理。在真正的錶中，Ｂ尖齒輪就是叫做擺輪。Ｂ尖齒輪的輪軸心就是叫做擺輪軸。然後Ｃ彈簧則叫做遊絲。當然這設置過度簡化了很多細節，比如說你所聽到的手錶滴答聲，實際上就是縱擒機構所發出來的聲音，也就是在圖中Ｂ尖齒輪與迴力車輪碰觸的Ａ點（藍色）部分。每當Ｂ尖齒輪撞擊到迴力車輪的時候，就會發出小小的聲音。縱擒機構必須耐用，而且維持精準地完成抓住與放開迴力車輪的動作。設計一個實用的縱擒機構通常需要經年累月的修正。現在幾乎所有的機械錶都是使用槓桿式縱擒機構，但是如果你有在收集古董錶，你將會遇到一些使用不同縱擒機制的錶。當然，近年來也有一些新的縱擒機制被發明出來，像是同軸（coaxial）或是恆量（constant）縱擒機制。你不需要去記住不同縱擒機制的細節，你只需要記住縱擒機制是一個用來抓住與放開驅動輪的一個複雜結構就好了。

你也許會好奇紅寶石在手錶裡面的功能為何。實際上，因為不斷運作的關係，鐘錶零件的損耗其實是很快的。所以用耐磨的材質，比如說紅寶石，可以大大地增加一隻手錶的壽命。如果你是一個鐘錶設計師，你會選擇將紅寶石放在我們之前的設置中的何處呢？其實Ｂ尖齒輪的輪軸就是個好地方，因為它會不斷地擺動而且要一直改變轉動方向。把紅寶石置於Ｂ尖齒輪輪軸可以讓它長時間順利地轉動。其他像是迴力車的車輪輪軸以及內部齒輪輪軸也是非常合適的地方。在相同設計之下，用了較多數量的紅寶石（也就是較多石）的錶也代表了它更加耐用。一般來說，十五到十七算是標準的紅寶石數目。當然，高級錶或是多功能複雜錶款會在其內部零件用到更多數量的紅寶石。不過請記住，這些紅寶石其實都是人工製造的工業用便宜鋼玉，所以沒有人，包括你的鐘錶師傅，會想去偷你錶裡面的紅寶石。



現在把我們之前學到的對照到一個現實生活中使用槓桿式縱擒機構的手上鍊機械錶吧。在手錶圖解中，我們可以看到發條輪的動力在經過一連串的齒輪（沿著圖中棕色虛點線）傳到Ａ點（藍色），也就是之前圖中Ｂ尖齒輪與迴力車輪碰觸的部分。一點都不難理解吧？筆者刻意在迴力車圖以及鐘錶圖用相同顏色的Ａ、Ｂ、Ｃ來標示出相同功能的部位。

下次，當你的錶師傅跟你說你手錶的擺輪軸斷裂，你就可以馬上知道Ｂ輪的輪軸壞了。如果Ｂ輪無法自由地轉動，那麼將永遠無法形成平衡擺動的狀態。換句話說，這錶就已經死翹翹了（需要修理啦！）。