Nghệ thuật điều chỉnh độ chính xác Đồng hồ & Tiến triển khoa học

Những chiếc đồng hồ chính xác đã từng là một phần của tinh hoa Horological, được cho là có sức mạnh ma thuật. Chúng đã từng trải qua nhiều lần điều chỉnh để có đủ tư cách nộp lên các cuộc thử nghiệm trên các đài thiên văn vào những năm 1960 và 1970. Mặc dù giờ đây, độ chính xác của đồng hồ đã không còn được quan tâm nhiều như trước, nhưng ở thời đại đó, nó lại là yếu tố quan trọng quyết định nên giá trị của một chiếc đồng hồ chứ không phải các tính năng phức tạp. Có thể nói, điều chỉnh độ chính xác của đồng hồ là một bộ môn cao học mà phải mất cả đời mới thành thạo. 

Trước khi qua đời vào rạng sáng ngày sinh nhật lần thứ 90 vào tháng 10 năm 2019, ông François Mercier - cựu nhân viên điều chỉnh đồng hồ tại Le Locle đã mô tả những gì mà mình phải làm để giành chiến thắng cho những nhà sản xuất đã trọng dụng ông, ban đầu là Ulysse Nardin anh sau đó là nhà sản xuất dây tóc Spiraux Réunis.

Đầu tiên, ông ấy phải chắc chắn rằng dây tóc (lò xo cân bằng) không bị bất cứ lỗi gì, tính toán và định hình đường cong đầu cuối, gắn nó vào trục của một bánh xe cân bằng đã phát triển sẵn trước đó. Sau đó, ông ấy sẽ dịch chuyển các vít cân bằng qua từng phần trăm của 1 milimet, điều chỉnh lực và quán tính trong từng microgram, để có thể đạt được từng 0.01 độ chính xác sao cho tiếp cận gần nhất với thời gian thực và ổn định.

Hình ảnh dây tóc được gắn vào trục của bánh xe cân bằng

SỰ CÂN BẰNG NHIỆT ĐỘ 

Thách thức lớn nhất khi đó là bù đắp những tác động của sự thay đổi nhiệt độ lên các lò xo hợp kim thép cũ. Khi nhiệt độ tăng lên, dây tóc sẽ mất tính đàn hồi và bánh xe cân bằng sẽ đập chậm hơn. Những dây tóc như vậy cần một loại "cân bằng bù" làm từ hai loại kim loại, mỗi kim loại có hệ số giãn nở khác nhau. 

Nhiệt độ tăng sẽ làm cho các đầu cắt của vành cân bằng cong vào trong, do đó làm tăng tốc độ đập của vành cân bằng để chống lại sự giảm tốc của dây tóc. Lúc này, xung quanh vành cân bằng được gắn những quả nặng để đảm bảo tốc độ đập của bánh xe cân bằng được bù đắp dưới ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ tác động lên dây tóc. 

Bánh xe cân bằng bù nhiệt bi kim loại (bi-metallic balance) - các viên bi kim loại được gắn vào vành bánh xe. 

Tuy nhiên, những thợ điều chỉnh đồng hồ chỉ có thể tìm ra giải pháp cho các nhiệt độ khắc nhiệt (trên lý thuyết), thường là  8°C và 30°C. Tuy nhiên, bánh xe cân bằng không bao giờ hoạt động như dự đoán ở giữa khoảng nhiệt độ này. Đây được gọi là lỗi nhiệt độ trung bình, sự bất thường này là nguyên nhân ảnh hưởng đến tuổi thọ của các bộ đếm thời gian chính xác. 

Những nỗ lực của ông François Mercier hoàn toàn xứng đáng. Nếu các khách hàng quen thuộc của ông ấy giành được giải thưởng, và đặc biệt nếu Spiraux Réunis đánh bại đối thủ của họ - Nivarox, ông ấy sẽ được thưởng một tháng lương. Quan trọng hơn, ông ấy sẽ giành được sự ngưỡng mộ và danh tiếng riêng trong lĩnh vực điều chỉnh đồng hồ chính xác.

François Mercier, trên ban công của mình tại Les Cardamines, ở Le Locle, bốn năm trước. Hình chụp bởi Lucas Vuitel. 

Tương tự như thạch anh (quartz) đã đặt dấu chấm hết cho những cuộc thử nghiệm mang tính cạnh tranh vào giữa những năm 1970, Pascal Mottier lúc đó đang ở một trường horological để học cách điều chỉnh loại đồng hồ mà Francois Mercier nghiên cứu - với 18.000 cân bằng bù nhịp mỗi giờ và lò xo thép. Ngày nay, ông ấy là giáo viên tại Ecole d'Horlogerie de Genève (Trường chế tác đồng hồ ở Geneva) và do đó có một cái nhìn trực quan để phản ánh những thay đổi trong nghệ thuật điều chỉnh độ chính xác đồng hồ. 

Ông đã chỉ ra rằng độ chính xác của đồng hồ không còn là một chuyên môn "cao học" phải dành cả đời để nghiên cứu, thay vào đó là một tín chỉ sáu tháng trong khóa học bốn năm để trở thành một người thợ đồng hồ thật thụ. Khoa học đã khiến cho công việc điều chỉnh độ chính xác hiện nay trở nên dễ dàng hơn nhiều so với quá khứ. 

Ông Pascal Mottier tại phòng làm việc của mình. 

"Sự thay đổi chủ yếu là việc phát triển các vật liệu mới, đặc biệt là khi chú trọng đến sự bù nhiệt." - Ông Mottier giải thích. 

"Dây tóc có bốn cấp và các nhà chế tác đồng hồ có thể lựa chọn giữa những hợp kim khác nhau. Vấn đề không còn là sự bù nhiệt, mà là tìm cái phù hợp nhất cho bánh xe cân bằng của họ."

Ông Mottier tiết lộ rằng Rolex giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng một hợp kim đúc duy nhất để chế tạo dây tóc đồng hồ của họ. 

"Nếu tất cả dây tóc đồng hồ đều hoạt động như nhau, Rolex có thể sản xuất tất cả bánh xe cân bằng của mình giống như theo các đặc tính nhất quán của dây tóc." Ông nhận xét rằng kích thước tối thiểu của một thỏi là 4kg - đủ cho ba đến bốn triệu lò xo. 

Dây tóc mới có nghĩa là không còn cần đến sự phân chia phức tạp, không cần đến bánh xe cân bằng bi-metallic với những con vít nữa. Bánh xe cân bằng ngày nay rất đơn giản - mono-metallic (đơn kim loại), hình khuyên và được làm bằng Glucydur - một hợp kim cứng, không bị ăn mòn và cũng ổn định ở các nhiệt độ khác nhau. 

Nhiều thương hiệu ngày nay đang cạnh tranh để sản xuất dây tóc của riêng họ từ các vật liệu như ceramic, titan hoặc carbon, thay vì dựa vào dây tóc Nivarox của tập đoàn Swatch Group. Các nhà sản xuất coi trọng độ chính xác tương đối (precision) và độ chính xác tuyệt đối (accuracy), chẳng hạn như Patek Philippe hay Tissot sử dụng dây tóc silicon, không thấm nước với sự thay đổi nhiệt độ và từ trường, và tất cả đều giống hệt nhau. 

GIỮ CÂN BẰNG CHO CƠ CHẾ CÂN BẰNG (BALANCE)

Với vấn đề bù nhiệt được giải quyết, vai trò của bộ chỉnh động ngày càng tập trung vào việc cân bằng và cố định lò xo. Ông Mottier nói: 

“Độ phồng và độ đàn hồi chính xác là điều cơ bản vì đây là nơi hầu như tất cả các lỗi có thể được loại bỏ.”

Giữ cân bằng cho cơ chế cân bằng có nghĩa là đảm bảo rằng trọng tâm vật lý của nó càng gần trọng tâm của nó càng tốt, hay nói cách khác là bánh xe đạt được sự cân bằng. Một điểm nặng trên dao động cân bằng gây ra hiệu ứng con lắc, sẽ làm thay đổi biên độ và tốc độ ở các vị trí khác nhau. Một sự cân bằng trong tư thế đúng cách được đặt trong nhà sẽ giảm thiểu các sai số về vị trí do tác động trọng lực. 

Để giữ thăng bằng, bánh xe trên trục của nó được lăn giữa hai đường lưỡi dao đặt song song trên cùng mặt phẳng, và sẽ nằm yên với phần nặng nhất của nó hướng xuống dưới. Bộ chỉnh động sẽ “gọt” bớt một vài microgram vật liệu ở đó, hoặc khoan một số lỗ nhỏ trên vành cân bằng để đảm bảo khối lượng được phân bố đều xung quanh.

“Ngày nay, việc giữ cân bằng tĩnh cho cơ chế cân bằng là đủ,” - Ông Mottier nói. “Một số nhà điều chỉnh có thể tiến xa hơn và giữ cân bằng động cho cơ chế cân bằng trên dây tóc của nó, nhưng điều này hiếm khi cần thiết.”

Giữ thăng bằng động thường được thực hành để chống lại bất kỳ tác động nào mà việc kẹp chặt dây tóc có thể gây ra đối với trạng thái cân bằng của cơ chế balance. 

TRỎ ĐIỀU CHỈNH HAY BUNG TỰ DO?

Sau khi đã giữ cân bằng cho bánh xe, bước tiếp theo là tính toán chiều dài dây tóc và gắn nó vào trục và chốt với chiều dài chính xác. Trong đó, những chiếc đồng hồ tốt nhất được trang bị chốt di động (movable stub). Người điều chỉnh cũng cần biết cách tạo đường cong đầu và cuối trên dây tóc để khiến nó nở ra và co lại đồng tâm. 

Một trong số các hoạt động tinh vi hơn là việc định vị chính xác các kẹp bản lề (curb pins) dùng để kẹp dây tóc gần với chốt (stub). Dịch chuyển chúng dọc theo lò xo, bởi trỏ điều chỉnh (adjustment index) làm thay đổi chiều dài hiệu dụng của lò xo, làm cho nó và bánh xe cân bằng đập nhanh hơn hoặc chậm hơn. Phải đặc biệt cẩn thận để đảm bảo dây tóc không bị bung ra giữa các kẹp bản lề.