Время собирать камни.

15/04/2003

Камни - наверное, самая интригующая часть часового механизма. Почему их количество всегда маркируется на корпусе или циферблате часов?

Камни - наверное, самая интригующая часть часового механизма. Почему их количество всегда маркируется на корпусе или циферблате часов? Почему англичане называют их драгоценными (jewels) и сколько они стоят? Какую роль они играют в механизме? Влияет ли их количество на качество и стоимость самих часов? И это только лежащие на поверхности вопросы.

Любой специалист на вопрос, зачем нужны в часах камни, не задумываясь ответит: “Для стабилизации трения и понижения степени износа контактирующих поверхностей механизма”. Именно так обозначена функция камней в стандарте NIHS 94-10, принятом в 1965 году швейцарской организацией NIHS (Normes de l’industrie Horloge Suisse). Попробуем разобраться, что это означает.

Камень цапфу точит
Если хотя бы в общих чертах представить себе работу часового механизма, то становится понятно, что его основные оси должны находиться под постоянным напряжением: с одной стороны на них давит сила заводной пружины, заставляя вращаться, а с другой - скорость их вращения сдерживает регулятор баланс-спирали. Опора баланса испытывает чуть ли не наибольшую нагрузку во всем механизме. Мало того, что эта ось совершает с высокой скоростью совершает возвратно-поступательные движения, так на ней еще и закреплен сам баланс - штука весомая.

Цапфы, которыми оси контактируют с платиной и мостами механизма, делают как можно тоньше, чтобы уменьшить трение в опорах осей и расход энергии пружины на его преодоление. В любом механизме для стабилизации трения вращающейся осью и неподвижным каркасом (платиной) устанавливают подшипник.

Так вот, часовые камни обычно и используют как подшипники или подпятники для цапф осей. На самом деле, нельзя сказать, что камни применяются для уменьшения трения в опорах осей. И в принципе коэффициент трения в паре закаленная сталь - рубин (алмаз) примерно равен коэффициенту трения закаленной стали в паре с латунью. Зачем же тогда использовать драгоценности в роли подшипников?

Как уже было сказано выше, цапфы осей наручных и карманных часов имеют очень малый диаметр - 100 микрон. А известно, что сила давления прямо зависит от площади контактирующих поверхностей. Таким образом, часовые камни призваны не столько уменьшать трение, сколько увеличивать долговечность опор осей в часах. Кроме того, камни не коррозируют, а отшлифовав камень, можно получить совершенную и долговременную чистую поверхность.

Помимо опор, камни используются еще в двух местах, подвергающихся интенсивному воздействию. Из них изготавливаются палеты, крепящиеся на плечах анкерной вилки, и импульсный камень. Опять же - только очень прочный минерал может выдержать давление зубьев анкерного колеса и удары о рожки анкерной вилки.

Неудивительно, что часовые камни стали настоящей находкой для часовщиков в XVIII веке - когда началась эра карманных часов. Механизмы стали настолько малы, что детали под давлением заводной пружины быстро приходили в негодность.

Первые часы с драгоценными камнями в механизме были выпущены в 1704 году. Но идея использовать их в столь необычном качестве принадлежала великому английскому часовщику Джорджу Грэму (George Graham 1673-1751), прославившемуся изобретением в 1713 году механизма свободного анкерного спуска, который наиболее распространен и в наше время. За свою жизнь Грэм создал более 3000 карманных часов, и во всех из них, начиная с 1725 года оси, палеты и импульсный ролик сделаны из рубина.

Где служат камни
Раз уж мы разобрались, для чего именно нужны камни, давайте посмотрим, какую форму они должны иметь, виды камней и где именно в часах они несут свою службу.
Часовые камни могут быть следующих видов:
сквозные
накладные
палеты
импульсные

Сквозные камни - основа часов. В классическом 17-камневом механизме их 12 штук. Они воспринимают радиальные нагрузки в опорах осей. Некоторые из них имеют цилиндрические или оливированные (скругленные) отверстия. Во всех сквозных камнях есть специальное углубление - масленка, способная удерживать часовое масло.

Накладные камни призваны уменьшать трение на торцевых поверхностях осей. Их устанавливают, как правило, на балансе и осях быстроходных колес. В кварцевых часах подпятники иногда вообще не ставятся.

Оптимальное число камней в простых механических часах с боковой стрелкой - 17. Располагаются они обычно следующим образом:

Опора баланса - 4 (2 сквозных и 2 накладных)
Импульсный камень (эллипс) - 1 Ось промежуточного колеса - 2
Палеты - 2 Ось анкерного колеса - 2
Ось анкерной вилки - 2 Центральный триб - 2
Ось секундного колеса - 2

Иногда производители, из конструкторских соображений, убирают часть камней: ставят камень только на нижнюю опору центрального колеса, а в верхнюю запрессовать подшипник из латуни, руководствуясь тем, что на нее приходится меньше давления. В таком случае на часах будет честно написано: 16 камней. Ну а если часы имеют центральная секундную стрелку, необходимость в секундной оси отпадает и количество камней сокращается до 15. Естественно, что различные дополнительные устройства и циферблаты - календарные, секундомерные, автоподзавод могут увеличивать число камней.
В последнее время современные механизмах используют 21 камень: две пары камней стоят еще и на концах осей анкерного и третьего колеса ставятся накладные камни.

Промышленность против природы
До начала ХХ века в карманных часах настоящие драгоценные камни находились и внутри механизма и, как украшение, - на корпусе. Все изменилось, когда в 1902 году была изобретена технология выращивания искусственных сапфиров и рубинов, что позволило увеличить производство часовых механизмов во много раз. Часы стали массовым товаром. Сейчас в часах натуральные рубины практически не используются. С технической точки зрения выращенные кристаллы более стабильны по своим свойствам и более предсказуемы в обработке. Единственный аспект, по которому настоящие камни все-таки считаются лучше искусственных - эстетический.

Много - не мало?
Если в предыдущем разделе было описано типовые виды и классическое расположение камней, то сейчас давайте посмотрим, какие отклонения от принятой нормы встречаются чаще.

В принципе, понятно, что количество камней в часах зависит от количества осей. Если, например, в хронографе есть дополнительные циферблаты с секундными стрелками, то цапфы их осей неплохо бы защитить камнями, то же самое - в случае с осью репетира. Однако когда встречаешь такие маркировки «50 камней», «83 камня» или даже «100 камней», возникает недоумение: каким образом и зачем их туда запихнули?!

В часовом производстве существует такое понятие как “нефункциональные” или “декоративные” камни - им можно, например, дырку в плате некрасивую закрыть или просто украсить механизм - если задняя крышка прозрачная. Но, согласно стандарту, принятому во всем мире, на маркировке указывается только количество функциональных камней. Во всяком случае, на всех часах, произведенных после 1965 года. В чем же тогда дело?

Дело в том, что понятие «функциональность» достаточно растяжимо. Кто-то считает, что камни, установленные для более плавного хода календарного диска, - не функциональны. Но ведь они действительно снижают трение, причем намного. В обычных механизмах для приведения диска в движение требуется усилие 20-25 граммов на миллиметр. А камни позволяют снизить это усилие в два раза, а значит существенно уменьшить нагрузку на механизм. Разве это не функционально, скажем, для ультратонких или сложных механических часов, в которых помимо хронографа есть еще и указатели фаз Луны, запаса хода и прочие функции?

Правда встречаются и достаточно курьезные примеры. Например, американская фирма Waltham выпустила часы на... 100 камнях. 17 камней в них находились на своих законных местах, а остальные 83 были размещены по кругу ротора автоподзавода. При этом получилось, что дырочек на окружности просверлили 84, и одна из них так и осталась зиять пустотой - производители не захотели переваливать за круглую цифру. Ход ротора, увешенного камнями, был, конечно, более плавный, но этого эффекта можно было бы добиться за счет меньшего количества камней.

Или еще пример: часы швейцарского производителя, из скромности не указавшего свое имя, зато гордо разместившего на крышке маркировку «41 камень». Как видно на фотографии, 16 из этих камней вставлены в барабанное колесо, видимо, для того, чтобы оно не терлось о заводную пружину. Трение, конечно, снижено, но довольно расточительным способом. Хотя если эти часы люди покупали как раз из-за указанного на корпусе количества камней, назвать их совсем «нефункциональными» сложно.

Другая «крайность» - часы без камней, ведь в кварцевых механизмах они, в общем-то, не нужны. Колесная передача кварцевого механизма имеет нагрузку только в тот момент, когда поворачивается шаговый двигатель. А в таком случае, поскольку напряжение в осях практически отсутствует, единственное, что нужно для уменьшения трения и предотвращения износа деталей - это сделать поверхности как можно легче. Поэтому платы и колеса кварцевых часов часто вообще делают из пластика.

А коэффициент трения стали оси о пластик или пластика о пластик очень невысок. Поэтому функционально в кварцевых часах камни нужны только в одном месте - опоре ротора шагового двигателя. Это единственная ось, находящаяся под напряжением. Так что маркировка на кварцевых часах “2 камня”, “1 камень” (если он помещен только под нижней цапфой) или даже “0 камней” (No jewels) совсем не означает, что вас в чем-то обделили. Не в камнях счастье.

Часовые камни как критерий качества часового механизма

Независимо от марки механических часов, будь то дорогостоящий "Oris " или обыкновенный "Полет", в любых наручных часах есть часовые камни.

В свою очередь, количество камней в часовом механизме - это один из главных критериев, говорящий о качестве часов. Значимость этого фактора подтверждается и тем, что информация о наличии камней выносится, как правило, на часовой циферблат. Более того, хотя речь идет о камнях, находящихся внутри часов, а не в наружной декоративной инкрустации, англичане называют часовые камни "jevels" - драгоценные камни. Итак, какова же связь качественной работы часового механизма с количеством находящихся в нем камней, какова их функция и почему они считаются драгоценными?

Драгоценные камни в часах используются отнюдь не для украшения изделия, как, например, они украшают перьевые и шариковые ручки Parker. Любой мастер-часовщик, не задумываясь, ответит, что камни в часах нужны для уменьшения коэффициента трения между деталями, что способствует повышению износостойкости всего часового механизма. Именно такая формулировка обозначена и в стандартах NIHS 94-10, которые были приняты в 1965 году в Швейцарии организацией Normes de l"industrie Horloge Suisse. Хотя первые часы с рубинами в механизме были изготовлены прославленным английским часовщиком - Джорджем Греемом (1673-1751) - еще в начале XVIII века. Он первым догадался, что, уменьшив коэффициент трения, можно добиться высокого качества. Кстати, именно ему в 1713 году пришла в голову идея механизма свободного анкерного спуска, который используется в часах до сих пор. За всю свою жизнь маэстро часового дела изготовил более 3000 карманных часов, в которых воплощались самые передовые идеи часового ремесла того времени. Во всех его часах, начиная с 1725 года, оси, импульсные ролики и палеты делались только из рубина.

Тем не менее, нельзя сказать, что сегодня часовые камни используются исключительно для уменьшения трения в часовом механизме. Ведь коэффициент трения между закаленной сталью и часовым камнем примерно равен коэффициенту трения латуни и стали. В чем же заключается целесообразность использования драгоценных камней в роли подшипников для часовых механизмов?

Дело в том, что диаметр цапф осей карманных и наручных часов очень маленький (около 100 микрон). Из школьного курса физики известно, что сила давления имеет прямую зависимость от площади, контактирующих поверхностей. Вследствие этого можно сделать закономерный вывод, что часовые камни используются не только для снижения трения, но и для сохранности осевых опор. Плюс камень не подвержен коррозии, а его шлифованная поверхность намного дольше сохраняет свои свойства, чем металл.

На сегодняшний день искусственный рубин - идеально подходящий материал для изготовления часовых камней. Это оправдано тем, что данный материал обладает высокой износостойкостью, большой твердостью, отлично подвергается обработке, что очень важно, его можно очень качественно отполировать. Искусственный рубин имеет также прекрасный коэффициент смачиваемости, что позволяет без потерь удерживать на плоскостях часовое масло, обеспечивая минимальный износ трущихся поверхностей и бесперебойную работу всего часового механизма. Кроме того, искусственный рубин со временем не только не окисляет смазочный материал, но даже не вызывает малейшего изменения его свойств.

В зависимости от назначения часовых камней различают несколько их видов: накладные, палеты, импульсивные и сквозные.

Полусферическая поверхность накладных камней способствует снижению трения в опорах. Как правило, этот вид камней применяется в качестве подпятников.

Форма камня "палета" - это прямоугольная призма. Этот вид часового камня делится на палеты входа и палеты выхода. Определить их назначение можно по углу, образованному плоскостью импульса и плоскостью основания. У палет выхода более острый угол, чем у палет входа.

Для передачи взаимодействия от баланса к анкерной вилке применяются импульсные камни. В разрезе они представляют собой неполный эллипс, выполнены в форме цилиндрического штифта.

Сквозные камни бывают с цилиндрическими и сферическими отверстиями. Камень с цилиндрическим отверстием применяется в качестве подшипника для цапфы триба и осей колесной системы. Сквозные камни со сферическим отверстием применяются для цапф осей баланса. Главной особенностью всех сквозных камней является наличие масленки - специального кругового углубления для удержания часового масла.

В электронно-механических часах в зависимости от сложности механизма и наличия дополнительных устройств (календарей, отдельного секундомера и т. п.) применяется от 17 и более камней. Впрочем, некоторые производители, зная, что большая часть потребителей выбирает часы по количеству камней, нецелесообразно используют часовые камни в механизме (например, размещают их по кругу ротора автоподзавода и т. п.) только для того, чтобы написать на циферблате внушительное число. Неважно, насколько престижен бренд производителя, будь то Rado или Orient, количество камней в часах должно соответствовать количеству осей.

Камни в часовом механизме используются для стабилизации трения и увеличения срока эксплуатации контактирующих элементов.

Источником энергии в любом часовом механизме является пружина, которая внешне напоминает стальную плоскую ленту. Когда часы заводят, она скручивается и вбирает энергию. Второй конец пружинной ленты крепится к барабану, который и передает энергию на шестеренки, создающие колесную систему, обеспечивающую передачу энергии. Скорость вращения шестеренок контролируется благодаря наличию спускового механизма, состоящего из множества подвижных элементов, установленных на осях.

Любой механизм, включающий вращающиеся оси, нуждается в минимизации трения подвижных элементов об основу. Чем меньшим будет трение, тем дольше часы смогут работать без завода и тем дольше прослужат детали. В любом другом механизме можно было бы использовать подшипники, но в часах применяются те самые камни. Они не боятся износа и коррозии, а отшлифованная поверхность камня в течение долгого времени остается идеально ровной и чистой. Кроме того, часовые камни продлевают срок службы механизма, так как трение камня о металл не так сильно влияет на состояние механизма, как трение двух металлических элементов.

Отдельного внимания заслуживает импульсный камень, который устанавливается на маятнике и постоянно ударяет по рожку анкерной вилки. Импульсный камень должен быть особенно износостойким.

Какие камни используются в механизме часов?

Натуральные алмазы и рубины в своих наручных часах используются только производители изделий премиум-класса и то обычно только в лимитированных сериях или в моделях, выполняемых по заказу. Преимущественно камни в часах - это искусственные сапфиры и рубины. Некоторые производители часов, например Seiko, даже имеют отдельные подразделения, специализирующиеся только на подготовке камней для часов. К слову, искусственные камни даже лучше справляются со своими задачами, так как имеют более равномерную структуру и не содержат примесей.

Количество камней в часах

Сразу стоит пояснить, что если в одних часах установлено 17 камней, а в других 40, то это не значит, что вторые лучше первых в 2 раза. В часах с автоподзаводом и тремя стрелками устанавливается максимум 25 камней, больше не получится установить даже при огромном желании. Большее число камней используется только в часах с хронографами и другими сложными механизмами. Впрочем, некоторые производители, стараясь привлечь внимание покупателя, намеренно устанавливают камни в тех местах, где в них нет необходимости.

Современные производители механических часов используют камни четырех назначений:

• Сквозные (принимают радиальные нагрузки в осевых опорах).
• Накладные (снижают трение на торцах осей).
• Импульсивные (передают энергию к балансу).
• Паллеты (обеспечивают нормальную работу анкерной вилки).

Основа любых наручных часов - это сквозные камни, которых должно быть не менее двенадцати. Каждый сквозной камень имеет небольшое углубление, предназначенное для часового масла. Общепринятый стандарт указывает на то, что в часах должно быть установлено не менее 17 камней, хотя в последние годы явно наметилась тенденцию к использованию 21 камня, что положительно сказывается на износостойкости механизмов.

На циферблатах качественных механических часов указывается не только марка и модель, но и количество камней. Надписи типа «15 камней» на дедушкиной «Победе» в детстве всегда очень интриговали. Когда удавалось узнать, что речь идет о рубинах, наручные часы начинали казаться одной из самых ценных вещей в доме.

Многие выросли и разобрались, для чего же на самом деле в часах эти камни. Если же вы так и не раскрыли для себя эту тайну, то наш материал поможет заполнить пробел.

Как работают механические часы

Если спросить специалиста о назначении камней в часах, то он ответит однозначно: они нужны для стабилизации трения и снижения износа контактирующих деталей механизма. Вот и все, просто и понятно. Если у вас, конечно, есть инженерное образование. Для остальных нужен перевод на более простой язык.

Для этого следует хотя бы в общих чертах разобраться с тем, как работает часовой механизм. Источником энергии для него является пружина, выполненная в виде плоской стальной ленты. При заводе часов она скручивается и накапливает энергию. Вторым концом пружинная лента прикреплена к стенке барабана, который вращается и передает накопленную энергию на шестеренки. Несколько этих шестерней (обычно три и более в зависимости от компоновки часов) образуют колесную систему. Она осуществляет передачу энергии.

Почему же шестеренки не тратят всю энергию сразу, а вращаются постепенно? Для контроля скорости вращения используется спусковой механизм. Именно он не дает шестерням раскручиваться быстрее необходимого. Спусковым механизмом управляет балансовый регулятор. Это своеобразный маятник, который работает независимо от положения часов в пространстве. У него есть спиральная пружина, которая заставляет колесо крутиться то в одну, то в другую сторону с постоянной частотой. Именно так отсчитываются секунды, которые затем превращаются в минуты и часы, отражаемые на циферблате.

Камень – это подшипник, но не только

В часовом механизме много вращающихся деталей, которые устанавливаются на осях. Основные оси испытывают значительное и постоянно действующее напряжение. С одной стороны давление оказывает заводная пружина, с другой – вращение ограничивается регулятором.

В любом механизме с вращающимися осями необходима минимизация их трения о неподвижную основу. Это нужно и для снижения износа, и для уменьшения расхода энергии. Обычно для этого используются подшипники, но в часах их заменяют те самые камни.

Опоры осей в часовых механизмах очень тонкие. В таких условиях камни нужны не только для снижения трения, но и для увеличения срока службы вращающихся деталей. Камни не подвержены коррозии и износу. Если они предварительно хорошо отшлифованы, то их поверхность на долгое время остается чистой и идеально ровной.

Камни помимо опор часового механизма используются и в других его местах. Например, именно стойкий к износу минерал закрепляется на маятнике, чтобы постоянно ударять по рожку анкерной вилки. Это так называемый импульсный камень.

Независимо от вида и места установки все камни в часовом механизме решают общую задачу – снижают скорость износа. При трении металла о металл он происходил бы значительно быстрее. Кроме того, камни удерживают специальную часовую смазку. Для этого при просверливании им придают особую форму.

О драгоценности и количестве камней

Тут вынуждены сразу же разочаровать – натуральные рубины и алмазы в современных часах встречаются редко. Их используют только люксовые производители в лимитированных сериях или моделях, выполняемых на заказ. В основной массе в механизмы вставляются синтетические рубины и сапфиры. Например, у Seiko в Японии есть дочерняя компания, занимающаяся исключительно изготовлением камней. Синтетические рубины ничем не хуже натуральных, а зачастую и лучше из-за отсутствия примесей и более равномерной структуры.

Количество камней – это еще один интересный и волнующий многих вопрос. Сколько их должно быть в хорошей модели? Достаточно ли 20 штук или часы с 40 камнями будут пропорционально их числу вдвое лучше?

Оценивать качество часов только по количеству камней неправильно. Если в механизме 17-25 камней, то этого вполне достаточно для изготовления из рубинов всех значимых подшипников. Больше 27 камней на обычные часы с тремя стрелками и автоподзаводом ставить уже некуда. Если производитель указывает 40 и более функциональных камней, то практически всегда речь идет о хронографе или еще более сложном механизме.

Некоторые фабрики намеренно завышают количество камней, зная, что этот показатель положительно воспринимается покупателем. В таких случаях дополнительные рубины ставятся в местах, где вполне можно обойтись и без них.

Однако не всегда большое количество камней – это обман. Отдельные уважаемые марки действительно разрабатывают сложные механизмы, в которых может быть и более 100 камней.

В такой ситуации при выборе часов по числу камней нужно разобраться, соответствует ли функционал механизма этому показателю.