擒纵器负责游丝发条的摆动及停止摆动。历来制表史上如要满足这些条件时,擒纵器大多需要维持相当的摩擦作用。擒纵齿轮齿纹的动力来自于主发条,齿纹咬紧前其实是顺着棘轮齿滑动,这就是启动锚型轮的摩擦作用,不过需要有润滑油。现代擒纵器的棘轮齿虽由极为坚硬和光滑的石材制成,润滑油的角色仍然极为重要。康斯登腕表的滴答声就是摆轮齿轮和擒纵齿轮互相咬合时发出的声音。一旦失去润滑的效果 (因时日较久导致润滑油变薄或干燥) 时,将会损坏擒纵器以致需要更换金属零件。现代腕表的可靠性提高,主要就是因为采用更高质量的油剂来润滑擒纵器。机械机芯通常每四年就需要清洁及重新上油。
康斯登在心跳自制机芯的新材料研究方面,向来与钟表业的发展并驾齐驱,而不需要固定上油的擒纵器显然是一大进展。康斯登很荣幸能够推出限量的系列表,由于采用了硅制擒纵齿轮因此再不需要上油。由于硅不具磁性、极为坚硬 (相较于钢的 700 Vickers,硅的硬度高达 1100 Vickers) 且高度抗腐蚀,因此是制表的理想材料。硅制擒纵齿轮最大的优点是不需要上油,因此之前提及因时日渐久导致润滑油变薄或干燥的缺点也不复存在。
硅
硅是化学元素周期表的化学元素,化学符号为 Si,原子序数为 14。硅属于四价类金属 (tetravalent metalloid),反应性低于同类化学元素碳,因此不会产生自由性。硅主要存在于矿物中,此类矿物含有各种晶体型态的纯二氧化硅 (石英、玉髓、蛋白石),另外长石等硅酸盐 (含有硅、氧、一种或两种金属的各种矿物) 中也有硅的成分。多数半导体装置的主要成分是硅,硅也以硅石和硅酸盐的型态存在于玻璃、水泥和陶瓷中。半导体广泛使用硅的原因在于,硅半导体的温度较锗半导体高,同时在炉管中也较易生成硅的自然氧化物,从而形成几乎较其他所有材质结合起来还要优良的半导体 / 介质界面。晶体型态的硅是深灰色,就像玻璃一样闪耀着金属光泽,但比玻璃还要坚硬。由于自由电荷载体的数量随温度而增加,因此纯硅具有电阻负温度系数。
制作
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制作硅制擒纵齿轮需要采用新技术「深层反应離子蚀刻 (DRIE)」:制作擒纵齿轮的多重影像后,将其投影到直径 100 厘米、厚 0.5 厘米的硅晶圆上。晶圆通常有各种尺寸,直径从 1 英吋 (25.4 厘米) 到 11.8 英吋 (300厘米) 都有,厚度则是以 0.5 厘米为基准往上加。通常先用钻石锯或钻石索锯从半导体梨晶 (boule) 切割出晶圆,接着进行单面或双面抛光。100 厘米的晶圆约可制造 250 只齿轮。晶圆由三层不同的硅组成, 中层是隔离层。先将擒纵齿轮的影像投射到晶圆上,再清除曝光的瓷漆层,留下晶圆上未经曝光的部分,接着未经曝光的瓷漆层会以电浆蚀刻至隔离层,至此硅制擒纵齿轮便从等向性蚀刻 (isotropic etching) 工序中完成。经由这个作业程序生产的擒纵齿轮只需稍加清理表面即可,所有成品完全相同,不需要平衡、集中或抛光。因此晶圆对于康斯登硅制擒纵齿轮能否产生摩擦作用极具重要性。