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本文选自华语圈最专业的钟表杂志时间·艺术2014年1月·增刊 原文标题：擒纵机构的前世今生 撰文：周蓉 擒纵机构是机械钟表中一种传递能量的开关装置。从字面上就很好理解擒纵机构在机械钟表中所扮演的角色：“一擒，一纵；一收，一放；一开，一关”，擒纵机构将原动系统提供的能量定期地传递给摆轮游丝系统使其不停地振动，并把摆轮游丝系统的振动次数传递给指示系统来达到计时的目的。因此，擒纵机构的性能将直接影响机械手表的走时精度。
擒纵机构的起源现已很难考据。13世纪的法国艺术家Villard de Honnecourt就已发明出擒纵机构的雏形，这个仪器看上去是一个计时装置，但走时不精确。随后的几百多年，迎来了机械钟表的“黄金时代”，大约有300多种擒纵机构被发明出来，但只有10多种经受住了时间的考验。
前世机轴擒纵机构 是最早已知的机械擒纵机构
机轴擒纵机构Verge escapement
机轴擒纵机构简易示意图
机轴擒纵机构是最早已知的机械擒纵机构，又被称为冠状轮擒纵机构（crown wheel escapement）。很遗憾，究竟是谁发明的机轴擒纵机构，它的第一次“亮相”又是何时，都已不可考证，但它似乎与机械钟表的开端有着密不可分的关系。从14世纪以来，机轴擒纵机构被应用于钟表中约达400年之久。18世纪瑞士天文台表制造师Ferdinand Berthoud曾在其书《时间测量史（History of the Measurement of Time）》中这样评价机轴擒纵机构：尽管发明了无数种擒纵机构，但要说用于日常普通的手表中，还是机轴擒纵机构最好。
机轴擒纵机构中的擒纵轮形似西方王冠，故称冠状轮（有些机轴擒纵机构的冠状轮是水平的，而有些则是垂直的），冠状轮的锯齿形轮齿向轴突出，前面是一根竖直的机轴，机轴上有两片呈一定角度的擒纵叉，运行时，冠状轮上的一个轮齿能与一片擒纵叉相咬合。
机轴擒纵机构模型
16世纪末期，意大利物理学家伽利略注意到教堂里悬挂的那些长明灯被风吹后，有规律地摆动，他按着自己脉搏的跳动来计时，发现它们往复运动的时间总是相等，由此发现了摆的等时性。1657年，荷兰物理学家惠更斯根据伽利略的发现将钟摆引入了时钟，制作出了摆钟。
钟摆与机轴呈垂直方向。冠状轮旋转时，轮齿推动其中一片擒纵叉，转动起机轴以及与其相连的摆杆，并推动第二片擒纵叉进入齿道中，直到轮齿推动第一片擒纵叉，如此往复。加入了钟摆之后，钟摆有规律的摆动使得机轴擒纵机构中的擒纵轮是以恒定的速率向前移动。机轴擒纵机构的优点是就是不需要加油，也不需要很精细的制作工艺；而缺点就是，每一次齿轮与擒纵叉咬合时，摆杆形成反作用力，推动冠状轮向后一小段距离（回退）。
惠更斯制作的搭载了机轴擒纵机构的摆钟，惠更斯称其精准度每日可在10秒以内
冠状轮上的轮齿数必须为奇数，通常两片擒纵叉之间的夹角为90°-105°，从而使钟摆的摆角为80°-100°。为了减少钟摆的摆动，增加等时性，法国人将擒纵叉之间的角度加大到115°。这样钟摆的摆角为50°左右，减少回退。但机轴需要被安装得离冠状轮非常近，因此轮齿与擒纵叉相碰时离轴很近，减少了杠杆作用，增加了摩擦力，造成擒纵机构的磨损以及走时的不精确。
到了19世纪后期，逐渐开始流行轻薄款怀表，冠状轮都做得很小，因此磨损效果被放大，上紧发条时，钟表会运行得非常快，每天都会走快好几小时，因此机轴擒纵机构成为最不准确的擒纵机构，渐渐被其他擒纵机构所取代。
交叉节拍式擒纵机构Cross-beat escapement
交叉节拍式擒纵机构的仰视图和侧视图
在钟摆被运用到早期的机轴擒纵机构之前，交叉节拍式擒纵机构的发明满足了天文学家们对时钟精准度日益严苛的要求。在西方技术史上，一个机械的技术问题经过一系列改进被解决之后，通常之前的机械（即使是设计非常精巧的机械）很快就会被遗忘。交叉节拍式擒纵机构就是这样一个长期被遗忘的机械装置。事实上，交叉节拍式擒纵机构在西方机械钟表发展史上的地位不容忽视。
瑞士制表师、天文学家Jost Bürgi于16世纪所制造的钟搭载了交叉节拍式擒纵机构
交叉节拍式擒纵机构的发明者和首位制造者是瑞士的制表师、天文学家Jost Bürgi（1552-1632）。他将机轴擒纵机构中的单一摆杆改良成双摆杆。随着这种恒动装置的发明，将机械钟的精确度提高了两个数量级，并使时钟每天误差率保持在一分钟之内。
双摆擒纵机构Two-pendulum escapement
搭载了双摆擒纵机构的剪刀式座钟
还有其他一些擒纵机构用双摆代替了单摆。一种是将双摆直接装在两个柄轴末端，每个柄轴的另外一段则各装有一个擒纵叉以及一片异形齿轮。两个钟摆反方向摆动，并一前一后接收到能量。这种双摆擒纵机构是由法国制表师Jean Baptiste Dutertre发明的。
左：法国制表师Jean Baptiste Dutertre发明的双摆擒纵机构右：惠更斯为了增加钟摆的等时性，在钟摆的两侧加入了金属质的弧形物C和C’
另一种双摆擒纵机构，虽然有两个钟摆，但只有一个摆锤。通过一个双擒纵叉接收能量，摆线曲线（cycloidal curves）则被用来校正摆动持续时产生的不等性。在钟表中，圆形摆轮所产生的效果没有比调节杆或调节轴更好，因此迫切需要发明一些其他的调节系统。
有两个钟摆，但只有一个摆锤的双摆擒纵机构
Hautefeuille神父用猪鬃毛将擒纵叉和摆轮连接起来，制造出一种弹性机制。尽管结果并不完美，但这是一个绝妙的主意。之后猪鬃毛被替换成一根笔直的有弹性的游丝，接着笔直的游丝演变成了像蛇一样盘绕。英国著名的制表师Harrison又做了两处的修改，给擒纵叉增加了弧度。另一处则是增加了一个作用类似于摆线曲线的零件，与钟摆相连。
锚式擒纵机构Anchor escapement
锚式擒纵机构模型
由英国博物学家Robert Hooke于1660年左右发明的锚式擒纵机构迅速地取代机轴擒纵机构，成为19世纪摆钟所使用的标准擒纵机构。比起机轴擒纵机构，其钟摆的摆角减少了3-6°，增加等时性，而且其更长、移动更慢的钟摆消耗更少的能量。锚式擒纵机构大多数用于狭长型的摆钟里，尤其是老爷钟。
锚式擒纵机构的擒纵轮齿是后斜形的（与擒纵轮旋转的方向相反）
锚式擒纵机构由尖齿型的擒纵轮以及一个锚状轴组成。锚状轴与钟摆连接，从一边摆动到另一边。锚状轴两臂上的一个擒纵叉离开擒纵轮，释放出一个轮齿，擒纵轮旋转并且另一边的轮齿“抓住”另一个擒纵叉，推动擒纵轮。钟摆的动力继续将第二个擒纵叉推向擒纵轮，推动擒纵轮向后一段距离，直到钟摆向反方向摆动并且擒纵叉开始离开擒纵轮，轮齿沿其表面滑动，将其推动。
19世纪后期的钟里面所搭载的锚式擒纵机构
锚式擒纵机构的机械操作与机轴擒纵机构有相似之处，有两个缺点：1.整个运行周期，钟摆不断被擒纵轮齿推动，而不是自由摆动，这扰乱了等时性；2.锚式擒纵机构是回退式的擒纵机构，在运行周期中，锚状轴会推动擒纵轮向后退，增加了钟表齿轮的磨损，致使走时不准确。这也会导致擒纵轮齿戳到擒纵叉表面。所以锚式擒纵机构的擒纵轮齿是后斜形的（与擒纵轮旋转的方向相反），而擒纵叉的表面稍稍凸起，以防止轮齿戳到擒纵叉表面。后斜形的擒纵轮齿还能作为安全装置。如果钟表被移动，钟摆则不固定，其不受控制的摆动可能导致擒纵叉与擒纵轮猛烈碰撞。倾斜的轮齿确保了擒纵叉的扁平面先撞到轮齿的边，保护易损的齿尖免于被撞坏。锚式擒纵机构的两个缺点在直进式擒纵机构中得以解决。在精密钟表中，直进式擒纵机构慢慢取代了锚式擒纵机构。
直进式擒纵机构Deadbeat escapement
直进式擒纵机构模型
直进式擒纵机构是在锚式擒纵机构的基础上进行改进，通常被错认为是英国制表师George Graham在1715年左右发明的，但其实在1675年天文学家Richard Towneley就已发明出直进式擒纵机构，而Graham的师傅Thomas Tompion是第一位使用直进式擒纵机构的人，他为Jonas Moore爵士制作的钟表就使用了这种擒纵机构。Graham只是将这种擒纵机构推广开来。
在锚式擒纵机构中，钟摆的摆动会在其运行周期内的一段时间内推动擒纵轮向后。这种回退式的擒纵机构扰乱钟摆的运动，造成走时不准确，并且逆转了齿轮转动的方向，对整个系统造成高负荷，加大了摩擦和磨损。直进式擒纵机构的最大优势就是消除了回退。
直进式擒纵机构的擒纵轮齿是前倾式的（与擒纵轮旋转的方向一致）
在直进式擒纵机构中，擒纵叉上有弧形的锁面，与锚状轴同轴转动。当钟摆摆动到至高点，擒纵轮上的尖齿紧靠着锁面，力直接传递给锚状轴的旋转轴，不给钟摆提供任何冲击，确保了钟摆自由摆动，防止了反冲力。当钟摆摆动到靠近底部时，尖齿滑出锁面，滑进冲面，在擒纵叉释放齿轮前，给钟摆一个推力。这是第一个将擒纵行为中“锁定”和“冲击”分开来的擒纵机构。相对于锚式擒纵机构中后斜式的擒纵轮齿，直进式擒纵机构的擒纵轮齿是前倾式的（与擒纵轮旋转的方向一致），确保轮齿与擒纵叉的锁面接触，防止回退。
直进式擒纵机构起先被运用于精密的天文钟内，由于其精准度更高，于19世纪取代了锚式擒纵机构。除了塔钟常用重力擒纵机构外，几乎所有的现代摆钟都采用直进式擒纵机构。
销子轮式擒纵机构Pin wheel escapement
销子轮式擒纵机构示意图
销子轮式擒纵机构由Louis Amant于1741年左右发明，属于直进式擒纵机构的一种。擒纵轮齿不是尖齿形，而是圆销式的，擒纵叉也不是锚状的，而是剪刀式的。在实践中发现“切割”锁面时只会产生非常小的反冲力。这种擒纵机构，也被叫做Amant擒纵机构，在德国则被称为Mannhardt擒纵机构，经常被用于塔钟中。
销子轮式擒纵机构细节图
冲击式天文台擒纵机构Detent escapement
Thomas Earnshaw冲击式天文台擒纵机构模型“Ecole d’ Horlogerie d’ Anet”，大约制作于1920年
冲击式天文台擒纵机构，是一种自由式擒纵机构，最常用于航海天文钟，在18世纪和19世纪的一些精密钟表内也使用这种擒纵机构。
冲击式天文台擒纵机构由四个主要部分组成：擒纵轮，冲击圆盘，解锁圆盘和制动器。不同的制动器将冲击式天文台擒纵机构分为两种：转动回弹式（pivoted detent）和弹片回弹式（spring detent）。转动回弹式是法国制表师Pierre Le Roy于1748年发明，他将制动器安装在转动轴上。制动器棘爪将擒纵轮锁定并带回原位，而这个机械臂后来被一根固定在金属板上的弹簧，或者是一根安装在转轴上扁平的螺旋弹簧替代。弹片回弹式的制动器和弹簧是呈一体的。弹簧的弹性使得通过将锁定臂带到一边而解锁擒纵轮，并且之后将锁定臂带回原位。弹片回弹式擒纵机构是英国制表师John Arnold设计的。英国制表师Thomas Earnshaw之后在Arnold设计的基础上进行了修改。他将带齿轮的擒纵轮变成平滑的擒纵轮，还改变了锁定时压力的方向。
古怀表的冲击式天文台机芯结构
因为冲击式天文台擒纵机构只接受到一个震荡脉冲，并且不需要上油，擒纵轮齿和擒纵叉之间的滑动摩擦由此减少，所以冲击式天文台擒纵机构比起杠杆擒纵机构更精准。但装置于怀表里的冲击式天文台擒纵机构极其脆弱，不能自启动，并且难以量产。在这方面，杠杆式擒纵机构有很大的优势。英国制表师John Arnold是第一个将双层游丝使用在冲击式天文台擒纵机构中的人。根据此项技术优势，Arnold的钟表能将误差率保持在每日1至2秒内。到了现代各家也都有尝试改良冲击式天文台擒纵机构，将其应用于腕表中，就像AUDEMARS PIGUET（爱彼）独家擒纵机构（后文有所介绍），Urban Jürgensen & Sønner也在其手动版Chronometer P8表中借鉴了冲击式天文台擒纵机构。
美国制表师Thomas Earnshaw设计的冲击式天文台擒纵机构示意图
复式擒纵机构Duplex escapement
复式擒纵机构模型
1700年左右，英国博物学家Robert Hooke发明了复式擒纵机构。随后，Jean Baptiste Dutertre和Pierre Le Roy加以改良，直到1782年，Thomas Tyrer完成最后设计，并申请到专利。在Tyrer的专利中描述的是一个“带有两个轮子的”擒纵机构。之后的几年内，其他人装置制作的则是由一个单轮和两套轮齿组成的擒纵机构，也许这是为了规避专利的方式。然而，使用单轮也有可能是出于技术原因，因为单轮具有较小的惯性。复式擒纵机构很难制造，但比红宝石工字轮擒纵机构的性能更好。它被应用于1790年至1860年间高品质的英国怀表中。
复式擒纵机构示意图：A.擒纵轮，B.锁定齿，C.脉冲齿，D.擒纵叉瓦，E.红宝石滚轴
复式擒纵机构与冲击式天文台擒纵机构有很多相似之处，摆轮只在两个振幅中接受一个脉冲。擒纵轮有两套轮齿（因此叫做“复式”），长的锁定齿从擒纵轮的边缘突出，短的脉冲齿从顶部向轴方向竖起。锁定齿靠上红宝石滚轴，运动周期开始。当摆轮逆时针摆动通过其中心位置时，红宝石滚轴上的槽口释放轮齿。当擒纵轮转动时，擒纵叉正好处于能从脉冲齿接受推力的位置。当摆轮完成其周期时，下一个锁定齿下落到红宝石滚轴上并且停留在那里，然后摆轮顺时针摆回来，重复上述过程。摆轮顺时针摆动时，脉冲齿又会马上落入到红宝石滚轴的缺口，但不会被释放。
复式擒纵机构是非自由式擒纵机构，摆轮不会脱离擒纵轮，因为轮齿紧靠着滚轴。因为擒纵叉和脉冲齿几乎平行运转，很少有滑动摩擦，所以很少需要润滑。但是复式擒纵机构对冲击力很敏感，如果在摆轮顺时针摆动时突然受到震动，那就不能再启动。
工字轮擒纵机构Cylinder escapement
工字轮擒纵机构示意图
1695年，英国制表师Thomas Tompion发明工字轮擒纵机构。1720年左右，Tompion的继任者George Graham对此加以改进，其擒纵轮齿的形状类似于中国的“工”字，因此得名。
搭载了工字轮擒纵机构的宝玑Repetition à Ponts怀表，于1816年售予Landerdale爵士
工字轮擒纵机构主要由工字轮（擒纵轮）和圆柱轮（摆轮）组成。工字轮一般有15个轮齿。当工字擒纵轮的轮齿撞击圆柱的套管，它靠在套管表面上，直到摆轮游丝的作用使其朝圆柱的凸缘方向移动，轮齿的冲面开始给摆轮动力。工字轮擒纵机构不容易制造，有些脆弱，擒纵轮与摆轮一直接触容易导致磨损，所以要定期保养。
蚱蜢擒纵机构Grasshopper escapement
搭载了蚱蜢擒纵机构的钟
18世纪，英国制表大师John Harrison发明的蚱蜢擒纵机构是一种罕见而有趣的擒纵机构。当时，确定经度位置对于海上航行是一大难题。古代的海船只能沿着海岸线走，否则等待船员的就是死亡。牛顿提出可用天文定位来解决问题，但是Harrison却独树一帜，大胆利用机械方法解决问题。地球每二十四小时自转一周，这一周也就是三百六十度。于是，每个小时就相当于经度的十五度。只要知道两地的时间差异，就可以知道两者之间的经度差了。这样，经度的确定就转换成另外一个问题：如何测定两地的时间差。海船行驶中，船员可以利用太阳或其他天体的位置来确定当时的时间。如果知道那时某基点的正确时间，那就能确定出海船的经度位置了。于是，Harrison四十年如一日地潜心制作了后来被称作“精密时计”的完美计时器。
John Harrison制造的航海钟H1的现代复刻版
在这个擒纵机构中，钟摆是由两个蚱蜢爪形状的擒纵叉驱动，两个擒纵叉的尾端稍重，这样它们能自然倾斜，离开擒纵轮。第一个擒纵叉离开擒纵轮的齿道，第二个擒纵叉给钟摆动力。第一擒纵叉停止工作，回到原位，钟摆被第二个擒纵叉推动到最低位置，第一个擒纵叉再次卡出擒纵轮。它被钟摆摆动的摆势驱动碰到擒纵轮，将其稍稍向后拖动。于是擒纵轮释放了第二个擒纵叉，给钟摆传递动力的任务又回到了第一个擒纵叉那里。蚱蜢爪形状的擒纵叉的运动比起传统的擒纵机构所涉及的滑动摩擦少得多，因此它不需要润滑，磨损很少，所以Harrison最早是用木头做成擒纵叉。Harrison后来将擒纵的设计修改成一个擒纵叉“拉”而不是“推”擒纵轮，并在转臂下方加了个钩状物与擒纵轮接触。
与当时的其他擒纵机构相比，蚱蜢擒纵机构里的钟摆受外力驱使摆动，而非自由摆动。这扰乱了钟摆作为谐振子的自然运动。由于差不多同一时间，George Graham推广了直进式擒纵机构，消除了这一问题。简单实用的直进式擒纵机构变成了精密时钟的擒纵机构。
蚱蜢擒纵机构没有被广泛使用，John Harrison将其应用于他的航海钟H1、H2和H3中，还有一些标准钟使用蚱蜢擒纵机构，但是，Harrison的钻研以及探索精神影响至今。
重力擒纵机构Gravity escapement
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重力擒纵机构的擒纵轮发出的脉冲并不是直接传给钟摆，而是通过两个介质，通常是安装在两个摆臂上的擒纵叉瓦，擒纵叉瓦由擒纵轮交替抬起，下落时震荡钟摆。重力擒纵机构有四脚重力擒纵机构（four-legged gravity escapement）、双重三星轮重力擒纵机构（double three-legged gravity escapement）等。
剑桥大学三一学院搭载了双重三星轮重力擒纵机构的钟
四脚重力擒纵机构是由四只“脚”（或者可以称之为轮齿）组成，轮齿的轮轴上每一面都有四个销钉，共八个销钉。摆臂尽可能地贴着钟摆摆动的中心点摆动。当摆臂摆动时，擒纵叉瓦将释放擒纵轮的轮齿。每条摆臂上都有一个停止装置，可以让擒纵轮的轮齿交替停止。当钟摆向右侧摆动时，轮齿会释放右摆臂的停止装置，让擒纵轮转动，直到轮齿碰到了左摆臂上的停止装置，同时擒纵轮上的销钉与左擒纵叉的尾端相碰，并举起摆臂。在此期间，右摆臂与钟摆向右摆动，但右摆臂落回的过程中，擒纵叉瓦会被擒纵轮上的销钉停止。显而易见，摆臂随着钟摆落下的角度要大于其被钟摆抬起的角度，这个运行过程中的差异提供给钟摆脉冲。
剑桥大学三一学院钟楼外观
双重三星轮重力擒纵机构是由两个擒纵轮（分为前轮和后轮）组成，每个擒纵轮上有三个轮齿，轮齿的轮轴上则装有三个销钉。擒纵叉瓦在擒纵轮之间运转。每个摆臂上都有一个停止装置。轮齿之间呈60度角。其运行原理与四脚重力擒纵机构相类似。搁在停止装置的前轮轮齿被摆动的钟摆释放，擒纵轮旋转，抬起左擒纵叉瓦，直至后轮的轮齿碰到停止装置。然而，右摆臂继续被钟摆抬起，随后跟随钟摆落下，并给予钟摆动力，直到被一个销钉止住，只有当钟摆释放了后轮，才会再次被抬起。
今生现代手表所最广泛使用的 杠杆式擒纵机构
杠杆式擒纵机构Lever escapement
瑞士杠杆式擒纵机构示意图
杠杆式擒纵机构是分离式的擒纵机构，从而使手表或时钟的计时完全免于来自擒纵机构的干扰。杠杆式擒纵机构是由英国制表师Thomas Mudge在1750年发明的，后来经过了包括Breguet和Massey在内的制表师们开发，被应用到大多数机械手表、怀表和许多小型机械钟（非摆钟）里。
英国制表师使用英式杠杆式擒纵机构（English lever escapement），其中杠杆与摆轮成直角。随后，瑞士和美国的制表师使用内联杠杆式擒纵机构（Inline lever escapement），顾名思义，摆轮与擒纵轮之间的杠杆是内联的，这是现代手表所使用的杠杆式擒纵机构，也被称为瑞士杠杆式擒纵机构。
英式杠杆式擒纵机构示意图
擒纵轮的转动是由擒纵叉控制。擒纵轮齿呈锯齿状，与2颗宝石（分别是擒纵叉的进瓦和出瓦）相互作用。除了特殊情况，擒纵轮有15个轮齿，由钢制成。进瓦和叉瓦被固定在擒纵叉的叉身上，叉头钉被固定在擒纵叉的叉头上，圆盘钉被固定在摆轮圆盘上，摆轮圆盘安装在摆轴上。擒纵叉头能在两个固定的限位钉之间自由旋转。
擒纵轮沿顺时针方向旋转，一个轮齿被进瓦锁定，通过牵引，擒纵叉靠在左限位钉上。摆轮以逆时针方向向平衡位置运动。由于圆盘钉和摆轮是一体的，所以也会随摆轮逆时针运动。此时圆盘钉与擒纵叉的叉槽左壁发生碰撞，使得擒纵叉获得了一定的动能。另外，由于擒纵轮的一个轮齿的齿尖压在进瓦的锁面上，当圆盘钉与擒纵叉的叉槽右壁发生碰撞的同时，擒纵轮的这个轮齿与进瓦也会发生碰撞。碰撞结束后，圆盘钉沿擒纵叉的叉槽右壁相对滑动而擒纵轮的齿尖与进瓦的锁面相对滑动，并把进瓦逐渐提起。这时进瓦将逐渐升起直到它的前棱与擒纵轮齿尖接触为止。擒纵轮通过擒纵叉的进瓦给摆轮动能，摆轮获得了一定能量并逆时针向右自由运动，此时擒纵轮与擒纵叉脱离然后继续转动直到它的另一个齿的齿尖碰到出瓦的锁面上。由于擒纵轮的牵引力作用迫使擒纵叉转动，直到擒纵叉碰到右限位钉。
2011年，ULYSSE NARDIN（雅典）发布Cal.UN-118机芯，采用了传统的瑞士杠杆式擒纵机构，但将擒纵叉和原为红宝石材质的棘爪一体成型，采用独家研制的钻石和硅晶体合成材料DIAMonSIL，擒纵轮的材质也是采用此轻巧坚固耐磨损的新材料，而游丝则是采用硅材质
擒纵轮齿与擒纵叉瓦，擒纵叉头与圆盘钉相互之间必须通过碰撞才能传递能量给摆轮，由于撞击和摩擦力导致能量被大量消耗，只有少部分能量被传递给摆轮。由于这个弊端，人们又开始设计其他的擒纵机构。
销钉式擒纵机构Pin pallet escapement
销钉式擒纵机构示意图
销钉式擒纵机构是一种便宜但不太精确的杠杆式擒纵机构，使用于机械闹钟、厨房计时器、座钟以及70年代便宜的手表中。最初的想法是由法国制表师Louis Perron在1798年提出，然后Louis-Gabriel Brocot于1823年改造后获得专利。1867年，德国制表师Georges Frederic Roskopf希望能制造出“劳动者的怀表”，于是将销钉式擒纵机构运用到这种怀表中。怀表的价格只需一个非熟练工人花费不到一周的薪水。在美国，销钉式擒纵机构被用于廉价的“美元手表（dollar watch）”中。第一次世界大战后，这种表得到普及。
搭载了销钉式擒纵机构的TIMEX（天美时）手表
销钉式擒纵机构类似于杠杆式擒纵机构，除了杠杆上的水平宝石擒纵叉被替换成垂直的金属销钉，并且修改了擒纵轮齿的形状。20世纪60年代，TIMEX（天美时）和ORIS（豪利时）曾生产出搭载宝石销钉式擒纵叉的手表。
TIMEX（天美时）手表机芯内部的销钉式擒纵机构
销钉式擒纵机构被广泛使用，因为它有很多杠杆式擒纵机构的优势，但更容易制造。传统的杠杆式擒纵机构的擒纵叉有两个倾斜面—锁面和冲面，与擒纵轮齿接触。为保证擒纵机构的运行，必须精确地调整锁面和冲面的角度。销钉式擒纵机构的锁面和冲面被设计成擒纵轮齿的形状，从而消除了代价高昂的调整过程。然而，金属销钉比宝石擒纵叉具有更高的摩擦力，再加上不精确的制造工艺，这使得销钉式擒纵机构不准确。金属销钉也磨损得更快。使用了销钉式擒纵机构的钟表很便宜，所以坏了或是磨损了，通常都不会去修复，而是直接扔了。到了80年代，便宜的石英手表接管了曾经中低端市场，销钉式擒纵机构由此退出舞台。
同轴擒纵机构Co-axial escapement
同轴擒纵机构在机芯中
之前有提过，传统的杠杆式擒纵机构由于整个运动过程中所产生的摩擦方向都是垂直的，导致大量能量被消耗，只有少部分能量被传递给摆轮，所以钟表师们希望能够另辟蹊径，制造出更为先进的擒纵机构。英国制表师George Daniels利用自己多年的制表经验以及对古董表的研究，创造出同轴擒纵机构。
GeorgeDaniels于1987年左右制作搭载了早期同轴擒纵机构的18K黄金高复杂怀表
传统的杠杆式擒纵机构中只有一个擒纵轮，而同轴擒纵机构中有两个不同直径的擒纵轮同轴旋转，位于上方较小的副擒纵轮直接与秒轮啮合，同时给两只轮片提供动力，下方较大的主擒纵轮与擒纵叉的进瓦和出瓦协同完成锁接和释放的动作，而传冲是由副擒纵轮片与擒纵叉中间的叉瓦完成，擒纵叉叉头被安排在了出瓦一端。摆轮逆时针旋转时圆盘钉撞击叉瓦令擒纵叉顺时针转动，擒纵叉出瓦释放，进瓦锁接，中间叉瓦处于释放状态；当摆轮顺时针转动时，擒纵叉复位，进瓦释放，出瓦锁接擒纵轮，而中间叉瓦冲击摆轮棘爪完成传冲。擒纵叉与擒纵轮间的摩擦力由垂直方向变为平行方向，两者相对运动作用力角度近于0度，成功地将滑动摩擦变为滚动摩擦，较少摩擦损耗。另外，摆轮的旋转幅度不再受到叉限位钉的直接限制（几乎接近自由振荡了），可以获得更大的摆幅，减少了阻尼就可以更高效利用发条能量。
上：第一代的同轴擒纵机构用在Cal.2500系列里下：改进后的同轴擒纵机构用在现今的Cal.8500等系列里
从图片上看两代同轴擒纵结构上，最明显的变化在于原先的擒纵齿杆改成双层设计（连原先的擒纵轮一共是三层），原先的齿杆既要负责推动秒轮又需要有逆时针的冲量传动至杠杆冲击瓦、随后传送至摆轮圆盘；新的设计改用双层结构、上层齿轮负责推动秒轮、下层结构则将冲量传动至摆轮圆盘。把动作通过两层结构分解之后，各司其职，运行更加稳定
其实，Daniels博士最早所设计的同轴擒纵机构中拥有三只擒纵轮片。除了主擒纵轮和副擒纵轮之外，还有一只擒纵轮片专门用来啮合秒轮带给整个擒纵机构动力。也就是说主擒纵轮只需为摆轮传冲，而不用分身照顾为擒纵系统提供动力。最初的同轴擒纵机构都放在怀表机芯里，摆轮巨大。1970年代，Daniels开始尝试将同轴擒纵量产化，移植到手表小机芯中。首要解决的问题就是要将尺寸缩小，其次就是在保证大批量生产的同时又能保持最好的装配水准。Daniels博士先后将同轴擒纵机构塞进OMEGA（欧米茄）Cal.1045、PATEK PHILIPPE（百达翡丽）Cal.330以及ROLEX（劳力士）Cal.3035等多款机芯做尝试，1994年，他又对ETA统机下手。1996年他将改良后的同轴擒纵用于ETA的Cal.2892-A2机芯上。1999年，OMEGA（欧米茄）很有魄力地采用了这一革命性的技术，推出第一款装置了同轴擒纵的Cal.2500机芯。其后，OMEGA（欧米茄）不断革新，将其改良推出Cal.8500系的新一代同轴擒纵机芯。如今OMEGA（欧米茄）将同轴擒纵机构普及到了旗下所有机械手表系列中。
第一代同轴擒纵机构草图
新一代同轴擒纵机构与硅游丝摆轮搭配使用
双向擒纵机构Dual Ulysse Escapement
双向擒纵机构的结构图
双向擒纵机构是ULYSSE NARDIN（雅典）的钟表设计大师欧克林博士（Dr.Ludwig Oechslin）发明的新型擒纵机构，完全取消了传统擒纵机构中的擒纵叉部件。双向擒纵机构有两个形状完全相同并且相互啮合的擒纵轮，负责能量传输—以顺时针与逆时针方向转动、交互配合，两个冲击轮以相反方向转动，并且直接将动力传送给摆轮。由于省略了擒纵叉这一设计，而且对称的布局以及用齿轮传动的设计思路，使得机构内部零部件不会产生过多碰撞与摩擦，传递动力的效率得到了大幅度提升。
Freak搭载的硅晶体制成双向擒纵机构
真正天马行空的发明创造是难能可贵的，大多数的创新都是基于前人的经验扬长避短。双向擒纵机构的两个擒纵轮齿尖形状借鉴了钩子与锚的造型。在1800年至1806年之间，一代设计大师Antoine Tavan为研究擒纵装置功能而设计的多款擒装置被统称为锚形擒纵装置。后来，1860年，A.Jeanrenaud改善了锚形擒纵装置，发明了双锚擒纵机构（Anchor duplex escapement）。双向擒纵机构的设计上不仅有着双锚擒纵机构的影子，而且与Daniel’s Double Independent Wheel Watch Escapement神似。
最初双向擒纵机构的擒纵轮的齿轮数只有15齿，而且采用长短齿，其中只有5个长齿能传冲能量。经过改进后，15齿都能给摆轮提供能量，这样可为机芯提供更多动能、更高频率（摆频从21,600次/每小时提高到28,800次/每小时）。接着，ULYSSE NARDIN（雅典）为了提高双向擒纵机构的抗震能力，将擒纵轮的齿轮数从15齿提高到18齿，摆轮的振动幅度也从一般的50—52度降低至约30度（振动弧度愈小，精准度便愈高），而且原先设计中没有的叉头钉也增加到了双向擒纵机构中。
除了硅材质外，雅典也曾用钻石和硅晶体合成材料DIAMonSIL来制作Freak的擒纵轮
不仅是外部结构上的革新，ULYSSE NARDIN（雅典）还大胆尝试新材料。2001年发布的Freak陀飞轮腕表的双向擒纵机构采用硅晶体制成，既不为装饰，也不为标新立异。实际上，在研制新型擒纵机构时，ULYSSE NARDIN（雅典）制表大师力图寻求多个可行的方案。无论在精准度方面还是光亮度上，硅晶体均鹤立鸡群，加上在设计复杂机芯零件时所带来的便利，硅晶体最终在各种材质中脱颖而出。之后ULYSSE NARDIN（雅典）引入了每立方厘米仅重9克的亚磷镍来制作擒纵轮。这种高端材料只能通过加工半导体元件的深刻电铸模造（LlGA）技术得到。ULYSSE NARDIN（雅典）还曾用超薄钻石片制作擒纵轮，并运用DRlE深层离子蚀刻技术（Deep Reactive lon Etching）将擒纵轮的齿轮挖空以减轻整体重量，使得双向擒纵机构可获得更理想的效能。
爱彼独家擒纵机构Audemars Piguet escapement
双向擒纵机构示意图
2006年，AUDEMARS PIGUET（爱彼）独家擒纵机构面世，它借鉴了冲击式天文擒纵机构的冲击方式、瑞士杠杆擒纵机构的进瓦出瓦控制方式。AUDEMARS PIGUET（爱彼）独家擒纵机构的擒纵轮底部直接接触摆轴下方的红宝石，擒纵轮以发条盒储存而来的动力、直接打击在那颗红宝石上，促使摆轮摆动。如果把摆轮翻过来看，可以看出AUDEMARS PIGUET（爱彼）独家擒纵机构将瑞士杠杆式擒纵中Y字型擒纵叉变成了微弯的L字型。
双向擒纵机构的正面和反面
同冲击式天文台擒纵机构一样，AUDEMARS PIGUET（爱彼）独家擒纵机构的擒纵轮每一次敲击构成摆轮摆动两次，摆轮轴心底部的红宝石往复一次。其运动的过程可归纳为：静止状态时擒纵轮齿接着摆轴底部的红宝石，擒纵叉呈现离开摆轮的状态，力由传动轮系传动到擒纵轮，擒纵轮开始转动，擒纵轮转动、打击在摆轴底部的宝石上，摆轮前进一格的同时、摆轴转动（摆轴转动也就意味着摆轮开始了转动），摆轴底部的另外一颗红宝石推动变体的擒纵叉，一颗擒纵叉宝石立即卡住擒纵轮轮齿，擒纵轮停止转动；随即，摆轮摆回来时，摆轴底部的宝石推动变体擒纵叉，擒纵叉放开，擒纵轮轮齿再次打到摆轴底部的宝石上，促使摆轮再次摆动，摆轮摆动之后擒纵轮被擒纵叉卡住，摆轮摆回来时推动擒纵叉释放擒纵轮，擒纵轮再一次转动。
为了解决抗震的问题，AUDEMARS PIGUET（爱彼）的制表师特别设计了新式防护拴（Guard-pin），位于摆轴的附近，并牢牢地靠住轴心，这种造型优美、设计精细而精密的防护拴能够防止受撞击时擒纵叉意外滑脱的情况。
搭载了爱彼独家擒纵机构的Cal.2910机芯
AUDEMARS PIGUET（爱彼）独家擒纵结构经过了长达5年的长期试验，证实了它的稳定可靠，同时，走时也更为精准。与传统的瑞士杠杆式擒纵机构相比较，AUDEMARS PIGUET（爱彼）独家擒纵机构中的擒纵轮与擒纵叉呈特殊几何造型，使擒纵轮的轮齿与擒纵叉宝石的接触时间变短，不仅省去上油润滑的麻烦，而且也可避免润滑油蒸发之后留下的油渍堵塞机械装置之类的麻烦。瑞士杠杆式擒纵机构最多可消耗70%的能量，但因AUDEMARS PIGUET（爱彼）独家擒纵机构无需经过能量消耗较多的擒纵叉，因此仅消耗48%的能量，比起杠杆式擒纵机构高出了50%的能量，提高了动力传输的效率。再加上它是分离式单击擒纵系统，单次传动敲击可使摆轮振动两次，因此可减少运作的干扰。
恒定动力擒纵机构Constant escapement
2008年，GIRARD-PERREGAUX（芝柏）发表了恒定动力擒纵机构的原型。那极之轻巧的擒纵系统不但造型优美（看上去就像一只蝴蝶），而且极具实际应用潜力，为钟表界追求的机械表终极精确度及稳定性，提供出一个全新的技术方案。
GIRARD-PERREGAUX（芝柏）的恒定动力擒纵机构
说起恒定动力擒纵机构的灵感来源，据说是当时作为ROLEX（劳力士）制表师的Nicolas Déhon坐在火车站把玩着手中的车票。他发现拇指及食指垂直拿着车票，稍加压力令车票弯曲成左括号“（”那样，然后向弯起一面施压，到了某个限度整张车票就会劈啪一声向另一方向弯曲，变成相反的右括号“）”状。这种现象名为挫曲（buckling），Nicholas Déhon从中获取灵感，将之运用到挫曲游丝概念中。他做出了一个恒定动力擒纵机构的原型，但他没有打算将其商业化，因为恒定动力擒纵机构的关键部件是一条只有14微米粗细的弹性硅晶体游丝（相当于一条人类头发的六分之一粗细），它能储存某个限度之内的能量，当接近一个稳定不变的门坎限度时，游丝便出现不稳定状态，并以波浪振动形式实时将能量送出，周而复始向摆轮提供稳定平均的动力。但在当时硅不像现在那么盛行，Nicolas Déhon将这个项目从ROLEX（劳力士）带到了GIRARD-PERREGAUX（芝柏），经过5年的开发，终于将恒定动力擒纵机构装配到GIRARD-PERREGAUX（芝柏）旗下表款中。
只有三齿的擒纵轮
恒定动力擒纵机构的两个擒纵轮轮齿与瑞士杠杆式擒纵机构的擒纵轮齿大相径庭，3赫兹频率的擒纵轮只有三齿。恒定动力擒纵机构对称的结构将动力集中平衡于摆轮的中心，令摆轮可以完全顺畅地转动。游丝两端固定于框架上，而游丝及框架是由一块硅晶体一体成形，这结构可以使动力接触点准确接合，令游丝弯向另一边。GIRARD-PERREGAUX（芝柏）与瑞士纳沙泰尔的Swiss Electronics and Micro-engineering Centre合作，双方的制表师及物理学家经过复杂的计算程序，确定游丝的特性及影响弯曲点的因素，最后决定以一体成形技术制作，令游丝仿如浮在空气中振动，除了推动及收缩的一刻，基本上没有摩擦发生，令游丝直接将动力回送至摆轮。以往的恒定动力技术大多数只能在一段时间内提供总动力平均数值，但GIRARD-PERREGAUX（芝柏）的恒定动力擒纵机构名副其实，真正做到实时连续不断的提供稳定动力。
双轮擒纵机构Direct impulse escapement
VOUTILAINEN的双轮擒纵机构示意图
Kari Voutilainen是当今最著名的独立制表师之一。2011年巴塞尔国际钟表珠宝展上呈现的Vingt-8腕表无疑是对于制表师Kari Voutilainen制表理念的特殊表达。Vingt-8腕表的自制机芯是由VOUTILAINEN工作室自行设计、装配和打磨装饰的，其中搭载了一个非常大的摆轮，完美地将手表控制在严格的误差范围内，并且采用了非常特殊的摆轮游丝系统：游丝外部是典型的宝玑末端曲线，内部则是小有名气的Grossmann曲线。
搭载了双轮擒纵机构的Vingt-8机芯
Kari Voutilainen借鉴了亚伯拉罕·路易·宝玑（Abraham-Louis Breguet）在18世纪发明的“自然擒纵机构（natural escapement）”，设计出双轮擒纵机构。宝玑自然擒纵机构的两个擒纵轮交替作用于连接摆轴的两个小部件，直接给予摆轮动力，同样双轮擒纵机构通过冲击圆盘和冲击宝石给予摆轮最直接的冲击力，并且KariVoutilainen改造了宝玑自然擒纵机构中的两个擒纵轮之间的杠杆造型，增加了效率。比起传统的杠杆式擒纵机构，双轮擒纵机构所需的能量要少30%-40%。
双正向脉冲擒纵机构Double direct-impulse escapement
双正向脉冲擒纵机构的结构图
LAURENT FERRIER（罗伦斐）Galet微型摆陀系列中所搭载的双正向脉冲擒纵机构直接安装在摆轮上，其构造同样是借鉴了宝玑大师的自然擒纵机构，这一机构每次振动就产生两次撞击。它出色的效率保证了游丝的高振幅。为主发条上弦所需的机械力减少，从而使机芯上弦机构得到优化。如果用推秋千来作比喻来解释双正向脉冲的意义的话：冲击式天文台擒纵机构就好比推出秋千一下，须等待秋千返回时才可再次推动；而双正向脉冲擒纵机构就好比推动秋千之后，对面有另外一人将秋千推回来。
搭载了双正向脉冲机构的LAURENT FERRIER（罗伦斐）Cal.FBN 229.01机芯
在宝玑自然擒纵机构发明之时，宝玑尚未拥有必要的材料和足够精确的铣削装置来运行直接推动摆锤的两个擒纵轮。但时至今日，LAURENT FERRIER（罗伦斐）通过采用LIGA工艺制作的一个硅制杠杆和镍磷合金擒纵轮，缩短了发条盒发条上弦所需的力矩，从而提高了机芯上弦效率。其效率远高于多数传统擒纵机构，而且性能十分稳定。
磁性摆动擒纵机构Tag Heuer pendulum escapement
TAG HEUER（豪雅）Carrra MikropendulumS腕表及擒纵机构图
TAG HEUER（豪雅）在其Pendulum擒纵机构中采用磁铁替代传统游丝。这项革命性的COSC认证调速器颠覆了延续三个多世纪的制表传统。在经典的螺旋游丝系统中（由惠更斯于1675年发明），由重量带来的重力效应是该系统的核心。而在TAG HEUER（豪雅）Pendulum中，则不再存在这一问题—不会出现振幅损失。因此，手表的精准度（时间划分）及性能（频率精度和稳定性）得到显著提升。
其实，TAG HEUER（豪雅）所提出的磁性概念并不算首创。早在1938年，Cecil F.Clifford就已发明出一种磁性擒纵，在二战期间被试验于海军的无声炸药中，以逃避敌人的声纳探测。这种擒纵机构包含了一个擒纵轮和一个制动器，擒纵轮由被称为Mumetal的磁性材料制成而制动器的两个小孔能使擒纵轮齿通过。战后，Clifford接触不同的公司希望能将这种无声擒纵用于钟表里。他最终加入了Horstmann Gear Ltd.公司，这是一家机械钟表制造商，于1948年，改名为Horstmann Clifford Magnetics Ltd.公司。但这家公司从来没有真正生产过磁性擒纵，而是尝试将生产许可证卖给其他公司。HAMILTON（汉米尔顿）当时尝试过在两只表上装置这种擒纵，而且据报道手表也运行良好，但是HAMILTON（汉米尔顿）没有取得生产许可证。1952年后，HAMILTON（汉米尔顿）装载了音叉机制的电子钟表大获成功，1960年代的音叉钟表中的磁性擒纵类似于HAMILTON（汉米尔顿）最初制造的原型，并与一个电子晶体管机制连接。随着1970年代石英技术的出现，这种磁性擒纵就消失了。
搭载了Clifford Magnetic Escapement磁性擒纵的HAMILTON（汉米尔顿）Cal.992B机芯
TAG HEUER（豪雅）创造出的Pendulum是由磁石取代传统使用的发条。整组装置形成谐振器.磁场由四片高性能磁石组成，以精密几何运算形成三维控制，由此产生摆轮振荡必要的线性反作用力矩.Pendulum的振荡期，可抵抗来自外力干扰的变化。这种革命性振荡器的机芯，完全机械式，没有任何电子或驱动器，四片磁石产生的恒定磁场可以维持几十年之久。
图片来源以下网站（排名不分先后）
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发表于 2015-5-6 15:20:37
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发表于 2015-5-8 00:38:52
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