Những cải tiến trong cơ chế hoạt động của bộ thoát đồng hồ

Bộ thoát đồng hồ là một trong những bộ phận quan trọng nhất của cỗ máy. Do đó, các thương hiệu không ngừng nghiên cứu để cải tiến những cơ chế mới hiệu quả hơn. Cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết của Viện Đồng Hồ nhé.

Bộ thoát đồng hồ là gì?

Bộ thoát đồng hồ (Escapement) là một trong những bộ phận quan trọng nhất và còn được coi như là bộ não của bộ máy. Đây là thiết bị điều khiển mức năng lượng sẽ được giải phóng từ dây cót, giúp chiếc đồng hồ đạt được sự chính xác trong việc đếm giờ, đồng thời cũng sẽ ảnh hưởng tới tuổi thọ của bộ máy.

Sự phát triển vượt bậc và đáng kinh ngạc của bộ thoát qua nhiều thế kỉ đã giúp chúng nhỏ gọn lại đặt vừa trong những chiếc đồng hồ bỏ túi rồi đến những mẫu đồng hồ đeo tay. Hiện nay, những bộ thoát đã có những cải tiến đáng kể về độ chính xác, mức độ sai số trung bình hoặc cả hai. Chúng ta cùng tập trung các bộ thoát phổ biến đã được sử dụng trong đồng hồ bỏ túi hoặc đồng hồ đeo tay trong bài viết này nhé.

Thế kỷ 13: Bộ thoát Verge 

Bộ thoát đồng hồ Verge được biết đến là bộ thoát lâu đời nhất. Phát minh của nó đóng vai trò vô cùng quan trọng trong lịch sử. Vì trước khi bộ thoát này được phát minh, đồng hồ nước vẫn còn được phổ biến. Nó đã được sử dụng từ cuối thế kỷ 13 cho đến giữa thế kỷ 19 trong đồng hồ và đồng hồ bỏ túi.

Verge được xếp vào bộ thoát ma sát nghỉ, trong đó bánh xe thoát hầu như luôn tiếp xúc với bánh xe cân bằng khi nó dao động. Tuy nhiên, bộ thoát này gặp vấn đề nghiêm trọng là bộ truyền bánh răng cần phải lùi về phía sau trong thời gian ngắn khi cân bằng dao động. Do đó, điều này gây mòn và thiếu chính xác. 

Bộ thoát đồng hồ Verge có trước dây tóc. Các phiên bản sau được tích hợp dây tóc nên độ chính xác tăng lên đáng kể.

Năm 1695 – 1726: Bộ Thoát Cylinder

Bộ thoát Cylinder được phát minh bởi Thomas Tompion vào năm 1695 và sau đó được George Graham cải tiến. Bộ thoát Cylinder đã khắc phục được nhược điểm của bộ thoát Verge là bộ truyền bánh răng có thể lùi về phía sau trong thời gian ngắn. Tuy nhiên. khi giải phóng năng lượng, bộ thoát Cylinder cũng tạo ra ma sát, dẫn đến làm hao mòn chi tiết quá mức.

Các nhà sản xuất Anh đã giải quyết vấn đề ma sát bằng cách chế tác Cylinder từ ruby. Mặc dù điều này đã cải thiện đáng kể việc dẫn đến hao mòn, nhưng nó khiến cho việc thoát hơi dễ bị sốc hơn. Nguyên nhân là do toàn bộ bánh xe cân bằng được hỗ trợ bởi Cylinder. Breguet đã thực hiện một cải tiến quan trọng bằng cách sửa đổi vị trí của ruby ​​để nó không hỗ trợ bánh xe cân bằng. Sự sắp xếp này đã được sử dụng thành công cho một lượng lớn đồng hồ của Breguet.

Năm 1700: Bộ thoát Duplex

Được phát minh bởi Robert Hooke, các vấn đề về ma sát một lần nữa được hạn chế với sự ra đời của bộ thoát Duplex. Nhưng khách quan mà nói thì nó vẫn là bộ thoát tạo ra ma sát. Bộ thoát Duplex chính xác hơn nhiều so với bộ thoát Cylinder. Tuy nhiên, không thể dễ dàng điều chỉnh bộ thoát nếu không thay thế bánh xe cân bằng Ngoài ra, bộ thoát Duplex không tự khởi động và có thể dừng lại nếu bị sốc.

Năm 1750: Bộ thoát Lever

Được phát minh bởi Thomas Mudge, bộ thoát Lever được đánh giá là tương đối chính xác. Ngoài ra, nó khá dễ sản xuất và dễ điều chỉnh hơn so với các bộ thoát được phát minh trước đây. Những yếu tố này đã góp phần làm cho nó trở thành bộ thoát phổ biến nhất trên thế giới hiện nay. 

Nếu bạn đang đeo một chiếc đồng hồ cơ thì rất có thể nó đang được sử dụng bộ thoát Lever. Điểm nổi bật của sự thoát ra của đòn bẩy là ma sát trượt mà nó sử dụng đòi hỏi phải bôi trơn. Tuy nhiên, sau thời gian dài sử dụng, bộ phận này sẽ không còn trơn chu nữa và ảnh hưởng xấu đến độ chính xác.

Năm 1775: Bộ Thoát Chronometer/Detent

John Arnold phát minh ra bộ thoát Chronometer/Detent. Bộ thoát được tạo ra đóng một vai trò lớn trong việc làm cho một chiếc đồng hồ đủ chính xác để được coi là một đồng hồ bấm giờ. Để tăng độ chính xác, bánh xe cân bằng nên được để yên khi nó dao động (bị tách ra).

Bộ thoát Detent được sử dụng như một khái niệm để tăng độ chính xác đáng kể. Khi bánh xe cân bằng dao động, nó chỉ được chạm nhẹ để truyền xung lực từ bánh xe thoát. Tuy nhiên, bộ thoát Detent không chắc chắn. Một cú sốc có thể khiến nó dừng lại, và không tự hoạt động trở lại. Hai yếu tố này làm cho nó hầu như không phù hợp để sử dụng trong đồng hồ đeo tay. Bộ thoát Detent thường được sử dụng trong đồng hồ bấm giờ biển.

Năm 1974: Bộ Thoát Co-Axial

Năm 1974, George Daniels đã phát minh ra lối thoát đồng trục. Bộ thoát này sử dụng ma sát hướng tâm thay vì ma sát trượt cho hoạt động của nó. Cải tiến này cho phép đồng trục hoạt động mà không cần tra dầu bôi trơn. Điều thú vị là, bộ thoát Co-Axial sản xuất của Omega sử dụng một lượng nhỏ dầu bôi trơn làm chất đệm cho hoạt động. George Daniels đã có một thời gian khó khăn để khiến các nhà sản xuất quan tâm đến bộ thoát Co-Axial, vì nó khó sản xuất và điều chỉnh hơn so với thoát đòn bẩy.

Tương lai phát triển của bộ thoát đồng hồ

Việc áp dụng silicon đã tạo nên những cơ chế mới trong phát triển bộ thoát đồng hồ. Girard-Perregaux với bộ thoát Constant Escapement đã đưa ra một giải pháp cho vấn đề cố hữu của đồng hồ cơ từ trước đến nay: sự biến thiên của lực từ dây cót. Thông thường, dây cót được vặn hết mức sẽ truyền nhiều lực tới bánh xe cân bằng hơn so với lúc gần hết cót. Điều này cũng sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác của chiếc đồng hồ.

Cơ chế này được phát minh bởi Nicolas Dehon khi ông còn đang làm việc cho Rolex. Nhưng phải tới khi công nghệ silicon được áp dụng thì cơ chế này mới được đưa vào thực tế. Bộ thoát sử dụng một sợi dây silicon với độ dày chỉ 14 micron, sợi dây này sẽ bị uốn cong mỗi khi chịu áp lực và có tác dụng như một bộ trữ năng lượng, đảm bảo rằng dây cót sẽ chỉ cung cấp một lực duy nhất tới bánh xe cân bằng.

Trong năm 2014, Ulysse Nardin cũng ứng dụng tính chất đó của silicon để làm ra bộ thoát Ulysse Anchor Escapement. Nó gồm một khung chứa hai miếng silicon mỏng có khả năng đàn hồi. Mỗi rung động sẽ làm cho miếng silicon bị cong lại, sau đó nhờ tính đàn hồi nó sẽ trở về hình dáng cũ, từ đó cấp năng lượng cho bánh xe cân bằng.

Tương tự như Girard-Perregaux và Ulysse Nardin, Parmigiani Fleurier cũng áp dụng tính đàn hồi của silicon để tạo ra bộ thoát Genequand escapement. Cơ chế này giúp giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ, nhờ đó mà đồng hồ có thời gian sử dụng lâu hơn (có thể lên tới hơn 70 ngày) và Parmigiani Fleurier cũng có thể dễ dàng tăng tần số dao động, giúp tăng độ chính xác.

Với mong muốn chế tạo ra một chiếc đồng hồ chronograph cực kỳ chính xác và có khả năng đo được khoảng thời gian cực ngắn, Tag Heuer đã đưa ra thiết kế với tên gọi Carrera Pendulum. Bằng việc thay dây cót truyền thống thành từ trường, đồng hồ có thể hoạt động tới tần số 50Hz (360,000 nhịp/giờ)

Vào cuối năm 2011, De Bethune công bố bộ thoát Résonique escapement áp dụng cơ chế cộng hưởng. Trong hệ thống này, các bánh răng sẽ được kết nối tới một rotor điện từ. Nhờ tác động của từ trường, bộ cộng hưởng sẽ điều khiển vận tốc quay của rotor mà không cần tiếp xúc trực tiếp, điều đó giúp triệt tiêu rất nhiều việc thất thoát năng lượng do ma sát.

Để cập nhật thêm nhiều thông tin về đồng hồ, anh chị em hãy theo dõi thường xuyên website của Viện Đồng Hồ nhé.