Зачем нужны камни в часах: цели их использования, виды и оптимальное количество

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:

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.

Опубликовано в журнале «Мои Часы» №1-2003

Вне зависимости от марки камни в часах присутствуют обязательно: они являются неотъемлемыми функциональными элементами, служат гарантом стабильной работы механизма, иллюстрируют качество и ценность аксессуара.

Специфика работы механических часов

Источником энергии для часового механизма служит пружина, она выглядит как плоская лента из стали. Ее скручивают в производственных условиях, так она накапливает энергию. Один конец пружинной ленты фиксируется на стенке барабана, последний при вращении направляет накопленную энергию непосредственно к шестеренкам. Три и более шестерни образуют колесную систему, их количество варьируется в зависимости от комплектации часов. Колесный элемент в итоге выполняет передачу энергии.

Шестеренки вращаются постепенно, так как в них предусмотрен спусковой механизм – это контроллер, не позволяющий им раскручиваться быстрее, чем нужно по технологии. Спусковой механизм находится под контролем балансового регулятора, воплощаемого в виде маятника, функционирующего вне зависимости от пространственного положения часов. Он оснащен спиральной пружиной, благодаря которой колесо вращается в две стороны с неизменной частотой. Таким образом отсчитываются секунды, перерастающие в минуты и часы, они выводятся на циферблат посредством стрелок.

Функционал и задачи, возлагаемые на часовые камни

Чтобы понять, зачем в механических часах нужны камни, нужно принимать во внимание их физические характеристики – легкость обработки, стабильность при контакте с другими веществами и поверхностями. Если на циферблате часов указано, сколько камней в них содержится, значит, речь идет не о декоративной инкрустации, а о функциональных элементах, заключенных в механизм. Их количество служит главным фактором, символизирующим качество изделия.

Драгоценные камни необходимы для снижения коэффициента трения, неизбежно возникающего между деталями, в результате повышается износостойкость рабочего механизма. Данная формулировка прописана в стандартах NIHS 94-10, еще в 1965 году введенных в Швейцарии. Впервые часы с рубинами изготовил Джордж Грэм в начале 18 века, он решил, что в качественных часах трение между деталями должно быть минимальным. С 1725 года он выполнял импульсные ролики, оси и палеты из рубина. Он изобрел алгоритм свободного анкерного спуска, который применяется во всем мире до сих пор.

Нельзя сводить функции часовых камней исключительно к корректировке коэффициента трения. Дело в том, что этот показатель, характеризующий взаимоотношения часового камня и стали, практически равен коэффициенту между сталью и латунью. Поэтому закономерен вопрос о том, почему подшипники выполняются именно из драгоценных камней, а не из более доступных металлов.

Дело в том, что в наручных и карманных часах должен быть критично маленький диаметр цапф осей. Сила давления напрямую определяется площадью соприкасающихся поверхностей, поэтому часовые камни нужны не только для уменьшения трения, но и с целью обеспечения сохранности осевых опор. Также важно то, что камни не боятся коррозии, по сравнению с металлом, их шлифованные грани намного дольше остаются в первозданном виде.

Опоры осей изначально весьма тонкие, минералы не только снижают трение, но и продлевают эксплуатационный ресурс всех вращающихся деталей. Помимо опор износостойкие детали фиксируются на маятнике, который постоянно контактирует с рожком анкерной вилки – речь идет об импульсном камне.

Натуральные алмазы и рубины очень редко встраиваются в современные часы. Их применяют лишь люксовые производители в моделях под индивидуальный заказ и в лимитированных сериях. Обычно механизмы оснащаются синтетическими сапфирами и рубинами, их преимущества – отсутствие примесей и идеально равномерная структура. Например, у японского бренда Seiko существует дочерняя компания, специализирующаяся исключительно на производстве таких компонентов.

Искусственный рубин идеально подходит для оснащения часовых механизмов. Его распространенность объясняется тем, что он обладает уникальным набором характеристик – высокой износостойкостью, доступностью для обработки, твердостью, он приспособлен для качественной полировки.

Сырье проявляет хороший коэффициент смачиваемости, поэтому на его плоскостях отлично удерживается часовое масло. Это условие, в свою очередь, гарантирует минимальным износ постоянно контактирующих поверхностей, непрерывную, бесперебойную работу механизма.

Важно, что искусственный рубин с течением времени не вызывает окисления смазочного материала, последний полностью сохраняет свои химические и физические свойства.

Виды камней в часах

В соответствии с таким критерием, как цель использования часовых камней, их классифицируют на несколько видов: палеты, сквозные, накладные, импульсивные.

Накладные

Характерная для них сферическая поверхность способствует минимизации трения, возникающего в опорах. Данная категория минералов преимущественно выполняет функции подпятников.

Палеты

Эта форма камней выглядит как прямоугольная призма, притом принято различать палеты выхода и палеты входа. Для определения их целевого назначения нужно обращать внимание на угол, который образуется плоскостями основания и импульса. Палеты выходы узнаваемы по более острой зоне соединения по сравнению с входными.

Импульсные

Применяются с целью доставки энергии к анкерной вилке непосредственно от баланса. В разрезе минералы выглядят как неполные эллипсы, их форма напоминает цилиндрический штифт.

Сквозные

Их оснащают отверстиями сферической и цилиндрической формы. В последнем случае камень используется как подшипник для осей колесной системы и для цапфы триба. Сквозные детали, имеющие сферическое отверстие, используются для комплектования цапф осей баланса. Оба вида рассматриваемых деталей дополняются масленкой – специфическим круговым углублением, отвечающим за удержание часового масла, их больше всего в механизме – от 12 штук.

Качество и количество камней в часовом механизме

Согласно общепринятым нормам, функционал стандартных механических часов основывается на 17 заточенных минералах. В редких случаях, если изначально была изменена конструкторская схема, одну деталь в точке с наименьшим трением заменяют подшипником, выполненным из латуни. В таких условиях количество камней в часах уменьшается до 16. Каждое дополнительное расширение рабочих возможностей, например, внедрение календаря, секундомера, автоподзавода или запаса хода, ведет к увеличению общего числа задействованных минералов.

Маркировка трендовых классических моделей указывает, что они были произведены с использованием 21 камня. Данная отступление от минимума вызвано усилением надежности и долговечности механизма.

Если производитель заявляет, что в его часах задействовано 50, 80, 100 минералов, вероятнее всего, что значительная их часть выполняет лишь декоративные и имиджевые задачи. Разумное небольшое увеличение числа износостойких деталей оправдывает лишь развитие особых функций (в частности, лунного календаря) или наличие нестандартной ультратонкой конструкции.

ОбразАксессуарыЗачем в механических часах те самые камни

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.

Содержание

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.

Используемые источники:

• https://mywatch.ru/articles/art_405.html
• https://1nerudnyi.ru/kamni-v-chasah-01/
• https://stoneforest.ru/look/accessories/kamni-v-mexanicheskix-chasax/