Kaikki kellon jousesta: toiminta, alkuperä ja materiaalit

Spiraali on tärkeä osa mekaanista kellokoneistoa. Spiraali toimii säätöelimänä yhdessä heilurin kanssa. Se toimii heilurin jousena ja palauttaa heilurin lähtöasentoon jokaisen heilahduksen jälkeen. Toisin sanoen spiraali pitää kellon tahdin. Tarkemmin sanottuna spiraali puristuu kasaan tasapainottaakseen välittyvän voiman ja venyy sitten palauttaakseen heilurin lähtöasentoon. Se mahdollistaa siis automaattikellon todellisen tarkkuuden. Spirali muodostaa yhdessä tasapainopainon kanssa niin sanotun mekaanisen kellon resonaattorin, jonka tehtävänä on vakauttaa värähtelytaajuus mahdollisimman vakaasti.

• Fyysisesti spirali on pieni jousi, joka on kierretty vaakatasossa spiraalimaisesti, mistä se on saanut nimensä. Jousi on erittäin ohut; vertailun vuoksi se on ohuempi kuin hius, sen paksuus on alle 0,03 mm ja paino alle 2 mg. Jousi on usein terästä, mutta joissakin kelloissa on piijousi. Helmijousi on kellon keskeinen osa ja yksi vaikeimmin suunniteltavista komponenteista sen ohuuden, haurauden ja pituuden vuoksi.
• Kun spiraali on yhdistetty tasapainopainoon, se pyörii ensin yhteen suuntaan ja sitten toiseen, eli se heilahtelee tasapainoasentonsa ympärillä. Jos spiraali tekee tämän säännöllisesti, se tuottaa toistuvan ilmiön, josta muodostuu laskentaperuste, jonka hammaspyörät muuntavat sekunneiksi, minuuteiksi tai tunneiksi. Spiraali vastaanottaa kellon sisällä tuotetun energian ja säätelee sitä niin, että energia muuttuu informaatioksi.

Kellospiraalin alkuperä

Spiraali keksittiin jo antiikin aikoina. Tätä jousimuotoa käytettiin esimerkiksi fibulojen, eli nykyisten turvaklipsien edeltäjien, sulkemiseen. Sitä löytyy myös keskiaikaisista lukoista, ja myöhemmin sitä käytettiin kierteisjousikellojen mekanismien liikkeellepanemiseen.

Sen käyttö kellon säätöelimänä juontaa juurensa 1600-luvulta. Kolme miestä, joista kaksi oli tunnettuja tiedemiehiä, kiistelivät ensimmäisestä sovelluksesta: abbé de Hautefeuille, Christian Huygens ja Robert Hooke. Noin vuonna 1675 hollantilainen fyysikko, matemaatikko ja tähtitieteilijä Christian Huygens keksi käyttää kierteisesti kierrettyä jousia yhdessä hitauspyörän kanssa kellojen säätämiseen. Huygens esitteli ensimmäisen spiraalijousikellonsa ”Journal des Savans” -lehdessä ja antoi sen valmistuksen tehtäväksi Isaac Thuretille, joka oli yksi Pariisin parhaista kelloseppäistä. Kun Huygens kuitenkin halusi rekisteröidä keksintönsä parlamentissa, abbé Hautefeuille vastusti sitä selittäen, että hän oli keksinyt sen jo aiemmin. Englantilainen Robert Hooke, joka oli myös tähtitieteilijä ja matemaatikko, esitti puolestaan samanlaisen ehdotuksen spiraalijousen käytöstä kellon säätimessä. Hän ryhtyi tällöin kiistelemään Huygensin kanssa keksinnön alkuperäisyydestä.

Kellon spiraali herättää keskustelua: metallispiraali vai piispiraali?

Spiraali on monimutkainen osa, jonka valmistus on vaativaa, ja vain harvat yritykset valmistavat sitä. Toimiakseen oikein jousen on säilytettävä muotonsa. Jousen joutuessa jatkuviin voimakkaisiin värähtelyihin sen paluu aina samaan muotoon ei kuitenkaan ole itsestään selvää. Kuten aiemmin mainittiin, jousi on valmistettu metallista. Tämä materiaali on kuitenkin herkkä magneettisuudelle ja lämpötilan vaihteluille, jotka muuttavat jousen muotoa. Lämpö nimittäin laajentaa metallia ja kylmä kutistaa sitä. Jotta jousi säilyttäisi alkuperäisen muotonsa ja pystyisi värähtelemään samalla taajuudella, sen on kestettävä hapettumista, magneettisuutta ja lämpötilan vaihteluita. Tämä edellyttää, että jousi on joustava ja taipuisa, jotta se voi muuttaa muotoaan ja palata alkuperäiseen muotoonsa. Jos se ei pysty palautumaan alkuperäiseen muotoonsa, kelloseppä työstää kappaleen metallia ja leikkaa sitä, jotta se saisi takaisin alkuperäisen muotonsa.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi spiraalin metalli korvataan ajan myötä piillä, joka on lasin olennainen ainesosa ja jota löytyy myös hiekasta. Piispiraalille on ominaista, että se säilyttää muotonsa aina. Toisin kuin metallinen jousi, piijousi valetaan ja valmistetaan alusta alkaen oikeaan muotoon. Metallia voidaan nimittäin työstää ja leikata jousen muodon säätämiseksi, mutta piitä ei voida työstää, koska se murtuu. Piin spiraali on vähemmän herkkä lämmölle ja siten tarkempi, eikä se magnetoidu. Piin spiraalia käytettiin ensimmäisen kerran kelloteollisuudessa vuonna 2001, jolloin kelloseppä Ludwig Oechslin aloitti yhteistyön Ulysse Nardin -brändin kanssa. Tutkimus tarvitsi rahoitusta, ja kolme yritystä päätti rahoittaa sitä: Patek Philippe, Swatch Group ja Rolex. Nämä konsernit hakivat patentin piispiraalin käyttöön ja sen tuloksiin. Vain niillä oli oikeus hyödyntää niitä. Nämä piihin liittyvät patentit siirtyvät julkiseen käyttöön vuonna 2022. Tulevina vuosina tulemme siis näkemään piispiraalin yleistyvän mekaanisissa kelloissa.

Kelloteollisuus kehittyy vuosien ja teknologisten edistysaskelten myötä. Spiral on esimerkki, joka osoittaa jälleen kerran, kuinka paljon kehitysmahdollisuuksia on vielä jäljellä, kun yhdistetään ammattitaito, perinne ja tekniikka – mikä toisinaan herättää keskustelua, etenkin kellojen valmistuksen ja uusien teknologioiden rajapinnalla.