Chân kính đồng hồ (Jewels) là gì? Tại sao lại cần thiết?

Chân kính đồng hồ (jewels) là phát minh đột phá không thể thiếu giúp đồng hồ vượt qua ma sát, bảo vệ bộ máy và duy trì độ bền bỉ theo thời gian.

Chân kính đồng hồ (Jewels) là gì?

Chân kính (Jewels) là những viên đá nhỏ, cứng, sử dụng để giảm ma sát giữa các bộ phận chuyển động trong bộ máy, đặc biệt là đồng hồ cơ. Công nghệ này được phát minh vào năm 1704 bởi Nicolas Fatio de Duillier cùng hai anh em Pierre và Jacob Debaufre, góp phần cải thiện độ bền, độ chính xác của cỗ máy.

Dễ dàng nhận diện bởi sắc hồng đỏ đặc trưng, nó xuất hiện trong hầu hết bộ máy cơ cùng một số mẫu máy pin. Chúng chế tác từ đá quý tổng hợp, gia công tỉ mỉ để đạt kích thước cực nhỏ – đường kính dưới 2mm và độ dày chưa đến 0.5mm – trước khi lắp vào điểm tiếp xúc quan trọng trong bộ máy.

Chân kính đồng hồ là những viên đá nhỏ có đường kính 2mm và độ dày chưa đến 0.5mm

Tên gọi Jewels không chỉ nhấn mạnh nguồn gốc vật liệu mà còn thể hiện giá trị của chúng, mang lại vẻ sang trọng, đẳng cấp. Tuy nhiên, tại Trung Quốc, cụm từ “chân kính” lại mang một ý nghĩa khác, hiểu là “chân bằng kính” – trong đó “chân” là giá đỡ còn “kính” ám chỉ sự trong suốt.

Tác dụng của chân kính đối với đồng hồ

Bộ máy của một chiếc đồng hồ cơ là một hệ thống phức tạp với hơn 200 bộ phận kim loại chuyển động. Trong quá trình hoạt động, các bộ phận này liên tục cọ xát với nhau, tạo ra ma sát có thể làm hao mòn linh kiện, giảm độ chính xác ảnh hưởng đến tuổi thọ của sản phẩm. Jewels ra đời như một giải pháp giúp giảm ma sát, bảo vệ bộ máy nâng cao hiệu suất hoạt động của cỗ máy thời gian.

1. Giảm ma sát, duy trì độ chính xác vượt trội

Một chiếc máy cơ có thể chứa hơn 200 linh kiện chuyển động, trong đó nhiều bộ phận liên tục quay, tiếp xúc với nhau, tạo ra ma sát. Nếu không được kiểm soát, ma sát này có thể gây ra hiện tượng ăn mòn, làm sai lệch giờ giấc gây ảnh hưởng đến tuổi thọ của đồng hồ.

Viên đá nhỏ thường chế tác từ đá quý tổng hợp như ruby hoặc sapphire, là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để giảm ma sát. Với độ cứng Mohs lên đến 9 (chỉ đứng sau kim cương), độ cứng Knoop đạt 1800, chân kính có khả năng chịu mài mòn cực cao. Điều này giúp:

• Giảm thiểu ma sát giữa bánh răng và trục quay.
• Hạn chế sự hao mòn của linh kiện kim loại.
• Duy trì sự ổn định của bộ máy trong thời gian dài.

Ngoài ra, nghiên cứu thực nghiệm cho thấy hệ số ma sát giữa đồng thau với thép là 0,35, trong khi hệ số này giữa sapphire với thép chỉ khoảng 0,10 – 0,15. Sự khác biệt này giúp duy trì độ mịn trong hàng thập kỷ sử dụng, đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu.

Jewels giúp giảm ma sát, hạn chế hao mòn các bộ phận trong đồng hồ

2. Gia tăng tuổi thọ và độ bền của bộ máy

Nhờ khả năng chống ma sát vượt trội, các viên đá này còn giúp bảo vệ linh kiện quan trọng trong bộ máy. Khi đặt tại vị trí quan trọng như ổ trục bánh xe gai, trục bánh xe cân bằng, cơ cấu hồi, chúng giúp:

• Giảm mài mòn, bảo vệ các chi tiết quan trọng.
• Hạn chế việc bảo dưỡng thường xuyên.
• Giữ cho bộ máy hoạt động mượt mà, bền bỉ theo thời gian.

Nếu không có chân kính hoặc sử dụng chất liệu kém chất lượng, bánh răng và trục quay sẽ bị ăn mòn nhanh chóng, gây ảnh hưởng đến độ chính xác dẫn đến yêu cầu sửa chữa thường xuyên.

3. Nâng cao khả năng chống sốc

Trong quá trình sử dụng, đồng hồ có thể chịu tác động sốc như va đập, rơi rớt. Chân kính thiết kế để hỗ trợ trục quay và bánh răng, giúp phân tán lực tác động thay vì dồn vào một điểm, nhờ đó giảm nguy cơ hư hỏng cho bộ phận nhạy cảm. Điều này đặc biệt quan trọng đối với những chiếc máy cơ tinh xảo, vốn có nhiều linh kiện nhỏ dễ bị ảnh hưởng bởi tác động ngoại lực.

Hệ thống Incabloc Shock Protection, phổ biến trên nhiều cỗ máy Thụy Sỹ, chính là một trong những cơ chế chống sốc nhờ chân kính, giúp bảo vệ trục bánh xe cân bằng khỏi hư hại khi chịu va đập mạnh.

Hệ thống Incabloc Shock Protection giúp bảo vệ đồng hồ khỏi hư hại khi bị va đập

4. Nâng cao tính thẩm mỹ

Ngoài công năng kỹ thuật, chúng còn góp phần nâng cao tính thẩm mỹ. Với màu đỏ hồng (ruby) hay xanh lam (sapphire) khi bố trí khéo léo không chỉ tạo điểm nhấn ấn tượng mà còn thể hiện đẳng cấp chế tác của một bộ máy cơ.

Một số thương hiệu cao cấp như Doxa thậm chí sử dụng kim cương để nâng giá trị của cỗ máy thời gian lên một tầm cao mới.

Giải đáp các thắc mắc liên quan đến chân kính đồng hồ

1. Chân kính làm bằng gì?

Chân kính đồng hồ xuất hiện lần đầu vào năm 1704, khi các nhà chế tác sử dụng đá quý tự nhiên như kim cương, sapphire, ruby, garnet để giảm ma sát, tăng độ bền cho bộ máy cơ. Tuy nhiên, do chi phí cao cùng sự khan hiếm của loại đá quý này, việc sử dụng chúng trong sản xuất trở nên hạn chế.

Mãi đến năm 1902, nhà khoa học Auguste Verneuil đã phát minh ra quy trình tạo sapphire, ruby tổng hợp (hay còn gọi là corundum tổng hợp, một dạng oxit nhôm tinh thể). Phát minh này giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất mà vẫn đảm bảo đặc tính kỹ thuật quan trọng như độ cứng cao, khả năng chống mài mòn.

Hiện nay, phần lớn bộ phận này làm từ ruby, sapphire tổng hợp, do chúng có những đặc điểm nổi bật:

• Độ cứng cao: Xếp hạng 9 trên thang Mohs, chỉ đứng sau kim cương (hạng 10).
• Độ mài mòn thấp: Giúp bảo vệ bộ phận kim loại khỏi hao mòn.
• Hệ số ma sát thấp: Giảm thiểu sự cọ xát giữa linh kiện trong bộ máy.

Ban đầu, các viên được mài bằng chất mài mòn kim cương để đạt kích thước, hình dáng mong muốn. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, phương pháp hiện đại như: khắc bằng laser công suất cao, gia công bằng phương pháp khắc hóa học, phay siêu âm đã giúp quá trình sản xuất trở nên chính xác hơn, nhanh hơn, ít tốn kém hơn.

2. 5 dạng chân kính phổ biến

Trong bộ máy đồng hồ có nhiều loại, mỗi loại có hình dạng, tính chất cũng như vai trò riêng.

Hiện nay, có 5 dạng chân kính phổ biến:

2.1. Chân kính tròn có lỗ xuyên tâm (Hole Jewels):

Có dạng tròn, có lỗ ở giữa giống một chiếc bánh rán nhỏ. Phần đáy phẳng, đỉnh cong, với lỗ khoan chính xác để vừa với trục quay hoặc bánh răng.

Được đặt ở vị trí bánh răng quay chậm, giúp giảm ma sát giữa trục quay và các bộ phận khác. Chịu lực theo phương vuông góc với trục, giữ bộ phận quay ổn định, giúp bánh răng hoạt động mượt mà và ít bị mài mòn.

Chân kính dạng tròn có lỗ xuyên tâm (Hole Jewels)

2.2. Chân kính tròn không có lỗ xuyên tâm (Cap Jewels)

Chân kính mũ, hay còn gọi là “capstones”, có hình tròn, dẹt, không có lỗ khoan. Loại này giúp giảm thiểu sự dịch chuyển của trục cân bằng, đảm bảo bộ máy hoạt động ổn định.

Chúng thường kết hợp cùng lò xo ở cả hai đầu, giúp hấp thụ lực sốc, bảo vệ bộ thoát. Do đặc thù vận hành với vận tốc quay lớn, chịu tác động mạnh theo phương dọc trục nên đòi hỏi độ chính xác rất cao.

Chân kính dạng tròn không có lỗ xuyên tâm

2.3 Chân kính vuông chữ nhật (Pallet Jewels)

Có hình chữ nhật, đặt ở đầu hai cánh tay của nĩa pallet. Đây là một bộ phận quan trọng trong cơ chế thoát đòn bẩy, giúp kiểm soát luồng năng lượng giữa bánh xe cân bằng và bánh xe thoát. Nhờ đó, pallet jewels giúp giảm ma sát, duy trì tần số dao động ổn định, đảm bảo độ chính xác.

Chân kính có hình chữ nhật Pallet Jewels

2.4. Chân kính trục lăn (Roller Jewels)

Hay còn gọi là chân kính xung lực, nằm bên trong nĩa pallet đóng vai trò là cầu nối giữa bánh xe thoát và pallet. Loại này giúp truyền lực từ bộ thoát đến bánh xe cân bằng, góp phần quan trọng trong việc điều chỉnh tần số dao động.

Chân kính dạng con lăn có vai trò quan trọng trong điều chỉnh tần số dao động

2.5. Chân kính chống sốc (Shock Protection Jewels)

Đây là một tổ hợp chân kính được thiết kế để hấp thụ lực sốc khi đồng hồ chịu va chạm mạnh. Thông thường, chúng bao gồm cap jewel và hole jewel, kết hợp cùng lò xo hoặc giá đỡ kim loại để giảm tác động lên bánh xe cân bằng với bộ thoát. Điểm đặc biệt là không có hình dạng cố định, mà tùy chỉnh theo từng hệ thống chống sốc khác nhau như Incabloc, KIF hay Parashock.

Chân kính dạng bảo vệ sốc gồm cap jewel và hole jewel kết hợp với giá đỡ để giảm tác động lên bánh răng

3. Đồng hồ Quartz có chân kính không?

Một câu hỏi phổ biến trong giới đam mê thời gian là: Máy Quartz có sử dụng jewels không? Câu trả lời là thực tế máy Quartz có sự xuất hiện của chân kính ở các mẫu cao cấp. Trước những năm 1970, khi Seiko Astron – chiếc Quartz đầu tiên ra đời, thị trường chủ yếu là đồng hồ cơ, với khoảng 5-7 viên chân kính cho mỗi bộ máy. Khi Quartz trở nên phổ biến, nhiều người lầm tưởng rằng chúng không có chân kính.

4. Tại sao số lượng chân kính của từng loại đồng hồ khác biệt?

Số lượng này khác nhau vì chúng có vai trò quan trọng trong việc giảm ma sát giữa bộ phận cơ học của bộ máy.

Chân kính sử dụng với mục đích chính là làm vòng bi cho bộ phận chuyển động, giúp giảm ma sát, hạn chế hao mòn.

Đồng hồ 17 viên thường được xem là đầy đủ, với mọi bộ phận quan trọng, từ bánh xe cân bằng đến trục bánh xe trung tâm, đều bảo vệ bằng jewel.

Loại 21 jewel có cách bố trí tương tự như loại 17 viên nhưng bổ sung thêm một số Jewel để giảm lỗi vị trí, đảm bảo bộ máy hoạt động chính xác hơn.

Chiếc đồng hồ có 17 viên Jewels

Những mẫu có chức năng phức tạp như lịch vạn niên, Chronograph hay Tourbillon thường sử dụng nhiều hơn do có nhiều bộ phận chuyển động đan xen, đòi hỏi nhiều vòng bi để giảm ma sát.

Đồng hồ siêu mỏng cũng có thể cần thêm để tối ưu hóa thiết kế bộ máy.

Việc theo dõi số lượng chân kính có thể là một thử thách, nhưng với các mẫu phức tạp nhất, con số này có thể lên tới mức khó tin. Một ví dụ đáng chú ý là cỗ máy phức tạp nhất thế giới với 242 viên trong bộ máy. Thông thường, số lượng lớn đi kèm với bộ máy tinh xảo hơn, vì thêm ổ trục giúp tăng hiệu suất và độ bền.

5. Đồng hồ có nhiều chân kính hơn có tốt hơn không?

Số lượng không phải là yếu tố quyết định chất lượng của nó. Thực tế, không có mối quan hệ trực tiếp giữa số lượng chân kính và chất lượng bộ máy.

Jewels đóng vai trò quan trọng trong việc giảm ma sát, bảo vệ các bộ phận cơ học, nhưng một bộ máy cao cấp, được thiết kế để giảm tối đa điểm ma sát, có thể không cần quá nhiều như một bộ máy có độ ma sát cao hơn. Điều này có nghĩa là dù bộ máy có ít, nó vẫn có thể mang lại chất lượng vượt trội.

Ngoài ra, không chỉ những bộ máy phức tạp cao cấp mới sở hữu số lượng lớn. Sản phẩm có cấu tạo phức tạp, có nhiều bộ phận tương tác với nhau, đương nhiên cần nhiều hơn để giảm ma sát, đảm bảo hoạt động trơn tru.

Tuy nhiên, việc sở hữu nhiều viên Jewels không đồng nghĩa mẫu đó phức tạp. Đôi khi, nhà sản xuất tăng số lượng chỉ để nâng cao tính thẩm mỹ nhằm đáp ứng nhu cầu của người sử dụng, mà không làm tăng thêm độ phức tạp thực sự của bộ máy.

Lịch sử ra đời của chân kính – Bước ngoặt trong bộ máy đồng hồ

Trong suốt quá trình phát triển của cỗ máy thời gian, một vấn đề nổi bật mà thợ chế tác phải đối mặt là sự cọ xát, ma sát giữa bộ phận kim loại, làm giảm hiệu suất, tuổi thọ. Để giải quyết thách thức này, các nhà chế tác đã phải tìm ra một chất liệu cứng hơn để đặt tại điểm trục quan trọng, giảm ma sát, bảo vệ bộ phận kim loại khỏi sự hao mòn.

Giải pháp đã xuất hiện vào cuối thế kỷ 18 nhờ sự ra đời của chân kính. Những viên đá quý như kim cương, sapphire, hồng ngọc (hai loại sau đều là dẫn xuất của corundum) không chỉ có độ cứng vượt trội trên thang độ cứng Mohs so với kim loại (thường là đồng thau) mà còn ít bị mài mòn hơn khi tiếp xúc với bề mặt kim loại. Chúng đã trở thành vật liệu lý tưởng để sử dụng làm ổ trục trong bộ máy, giúp duy trì độ chính xác, kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.

Peter và Jacob Debaufre, cùng cộng sự Nicolas Fatio, tất cả đều là thợ chế tác người Thụy Sỹ, là người đầu tiên trang bị cho bộ máy đồng hồ của mình ổ trục đá quý — một cơ chế có lỗ khoan ở tâm để lắp trục kim loại, từ đó lắp vào các lỗ khoan trên tấm cùng cầu của bộ máy. Phát minh này đã được cấp bằng sáng chế tại Anh, từ đó, nó đã trở thành tiêu chuẩn trong ngành chế tác.

Ban đầu, người thợ sử dụng hồng ngọc tự nhiên, vì nó vừa cứng hơn sapphire, lại rẻ hơn kim cương. Tuy nhiên, sau đó họ cũng thử nghiệm với các loại đá quý khác như garnet, thạch anh.

Năm 1902, nhà hóa học người Pháp Auguste Verneuil đã phát triển quy trình “hợp nhất ngọn lửa”, cho phép tổng hợp loại đá quý như corundum với chi phí thấp hơn. Đây là bước đột phá quan trọng, mở ra kỷ nguyên mới của việc sử dụng hồng ngọc tổng hợp trong chế tác cỗ máy thời gian.

Tìm hiểu thêm về Thuật ngữ bộ máy

Hồng Liên