进入14世纪以后,这样的钟越来越多,类似的钟塔也在欧洲成熟起来,并增添了报时以及活动人偶等复杂功能。功能的添加意味着增加了动力需求,如何保证这些复杂的大钟走时准确,并更有效地利用动力？尤其是输出力矩的问题亟待解决(与现代钟表满发条时扭矩过大,发条即将耗尽时扭矩过小的现状一样)。随着14世纪中后期的钟表结构越来越复杂(已经能够反映出太阳、月亮以及星辰的运转),科学界的介入成为推动钟表技术发展的动力,因此一系列使动力释放更均匀的齿轮、擒纵机械系统应运而生。
在制表业最为晦暗的早期,让钟持续运行1天是一种挑战。而以早期发条形式驱动的钟,其传动系只有3个齿轮(现代钟表结构为4齿轮),且运行时间不足14个小时。这类钟的不同寻常并不在于走时的精确,而是在于它们能够运转。对于时钟而言,优秀的计时功能一直到钟摆擒纵机构的研发才实现。而怀表直到螺旋摆轮游丝的出现,才使其走时误差每一天保持在几分钟之内。在这种情况下,怀表走时常常不足24小时已不再是一个很大的实用问题。
从早期工匠自己在火炉边打造螺旋钢丝,到现代带有高科技色彩的Inox(铬镍钢)、Nivaflex(钴、镍、铬钢),不仅发条的材质与外观有不小的变化,相应的机械结构也有众多的发展。主发条是一根盘卷起来的金属条,一般长度能达到400-500毫米,盘绕8-10圈(通常发条1圈可提供6小时动力)。发条连续收缩、放松10,000-20,000次毫无磨损,动力就是在这一松、一紧之间产生。在工作状态下,发条是从外端开始向内逐渐释放动力的。一般来说,发条在完全绕紧的情况下动力最充足,而发条松弛的状况下动力往往不足。初期的主发条反映了所有早期制表业的缺陷:“钢制,弹性很快趋于消失,传输至擒纵机构的扭力变化不定。”如今的发条已经不太易断、易碎,且动力输出均匀,不太容易受磁场等自然因素的影响。最常见的Nivaflex发条采用铁、镍和铬合金制造,同时加入了钴、钼、铍等稀有元素,不但能够具有防磁、防腐蚀、不易断裂、不受温度变化影响、抗拉与抗冲击等功能,而且还韧性十足,利于动力平缓地释放。然而,一个发条尚未诞生时就困扰着钟表的老问题——均衡的动力输出却始终是个问题。如何在功能越发复杂的情况下越精准地控制动力输出,是所有机械动力表必须解决的难题。
