Kaikki mitä sinun tulee tietää kellon tasapainojousesta: toiminta, alkuperä ja materiaalit

Tasapainotusjousi on tärkeä osa mekaanisen kellon koneistoa. Yhdessä tasapainotuspyörän kanssa tasapainotusjousi toimii säätöelimenä. Se toimii kuin tasapainotuspyörän jousi, palauttaen sen lähtöasentoonsa jokaisella värähtelyllä. Toisin sanoen tasapainotusjousi pitää ajan. Tarkemmin sanottuna tasapainotusjousi puristuu kokoon tasapainottaakseen käytetyn voiman ja laajenee sitten palauttaakseen tasapainotuspyörän lähtöasentoonsa. Se mahdollistaa siis... automaattinen kello saavuttaakseen todellisen tarkkuuden. Spiraali muodostaa yhdessä tasapainopyörän kanssa mekaanisen kellon niin sanotun resonaattorin, joka vastaa värähtelytaajuuden mahdollisimman vakaasta kiinnittämisestä.  

• Fyysisesti tasapainojousi on pieni, vaakasuoraan spiraaliin kierretty jousi, mistä johtuu sen nimi. Tasapainojousi on erittäin ohut; se on ohuempi kuin ihmisen hius, alle 0,03 mm paksu ja painaa alle 2 mg. Tasapainojouset valmistetaan usein teräksestä, mutta jotkut kellot on varustettu piisirunkoisilla tasapainotusjousilla. Tasapainotusjousi on kellon olennainen osa ja yksi monimutkaisimmista suunnitella ohuutensa, haurautensa ja pituutensa vuoksi. 
• Kun tasapainotusjousi on koottu tasapainopyörän kanssa, se pyörii ensin yhteen suuntaan ja sitten toiseen, eli se värähtelee tasapainoasentonsa ympäri. Jos tasapainotusjousi tekee näin säännöllisesti, se tuottaa toistuvan ilmiön ja toimii laskennan perustana, jonka rattaat sitten muuntavat sekunneiksi, minuuteiksi tai tunneiksi. Tasapainotusjousi vastaanottaa kellon tuottaman energian ja kalibroi sen siten, että tämä energia muunnetaan tiedoksi.

Kellon spiraalin alkuperä

Spiraali keksittiin antiikin aikaan. Tämän tyyppistä jousta käytettiin esimerkiksi hakaneulojen esi-isän, pohjeluun, kiinnittämiseen. Sitä löytyy myös keskiaikaisista lukoista ja myöhemmin sitä käytettiin tasapainojousikellojen mekanismien voimanlähteenä.

Sen käyttö kellon säätölaitteena juontaa juurensa 1600-luvulle. Kolme miestä, mukaan lukien kaksi tunnettua tiedemiestä, kiistivät ensimmäisen sovelluksen: Abbé de Hautefeuille, Christian Huygens ja Robert Hooke. Noin vuonna 1675 hollantilainen fyysikko, matemaatikko ja tähtitieteilijä Christian Huygens keksi spiraalijousen ja vauhtipyörän yhdistämisen kellojen säätämiseen. Huygens esitteli ensimmäisen spiraalijousella varustetun kellonsa "Journal des Savans" -lehdessä ja uskoi sen valmistuksen Isaac Thuret'lle, yhdelle Pariisin parhaista kelloseppistä. Kun Abbé Hautefeuille yritti rekisteröidä löytöään parlamentissa, tämä kuitenkin vastusti sitä selittäen, että hän oli jo keksinyt ajatuksen. Samaan aikaan englantilainen Robert Hooke, myös tähtitieteilijä ja matemaatikko, teki samanlaisen ehdotuksen spiraalijousen käytöstä kellon säätölaitteena. Sitten hän haastoi Huygensin väittämään olevansa tämän keksinnön tekijä.

Keskustelua herättävä kellon tasapainotusjousi: metallinen vai silikoninen tasapainotusjousi?

Tasapainotusjousi on monimutkainen ja vaikeasti valmistettava komponentti, ja vain harvat yritykset valmistavat niitä. Jotta se toimisi oikein, tasapainotusjousen on säilytettävä muotonsa. Jatkuvien värähtelyjen vuoksi sen jatkuva palauttaminen samaan muotoon ei kuitenkaan ole helppoa. Kuten aiemmin mainittiin, tasapainotusjousi on valmistettu metallista. Tämä materiaali on herkkä magnetismille ja lämpötilan vaihteluille, jotka muuttavat jousen muotoa. Lämpö laajentaa metallia, kun taas kylmyys supistaa sitä. Jotta tasapainotusjousi säilyttäisi alkuperäisen muotonsa ja värähtelisi samalla taajuudella, sen on vastustettava hapettumista, magnetismia ja lämpötilan vaihteluita. Tämä edellyttää, että tasapainotusjousi on riittävän joustava ja joustava muuttamaan muotoaan ja palaamaan alkuperäiseen muotoonsa.Kun se ei palaa alkuperäiseen muotoonsa, kellosepät työstävät kappaleen metallia leikkaamalla sitä palauttaakseen sen alkuperäisen muodon. 

Tämän ongelman ratkaisemiseksi tasapainotusjousen metalli korvataan vähitellen piillä, joka on lasin olennainen osa ja jota esiintyy myös hiekassa. Piistä valmistetulla tasapainotusjousella on ainutlaatuinen ominaisuus, että se säilyttää aina muotonsa. Toisin kuin metallinen tasapainotusjousi, piisvastaavuusjousi muovataan ja valmistetaan oikeaan muotoon alusta alkaen. Vaikka metallia voidaan työstää ja leikata jousen muodon säätämiseksi, piitä ei voida työstää, koska se rikkoutuu. Piistä valmistetulla tasapainotusjousella on vähemmän herkkä lämmölle ja siksi tarkempi toiminta, eikä se magnetoidu. Piistä valmistetulla tasapainotusjousella otettiin käyttöön kellonvalmistuksessa ensimmäisen kerran vuonna 2001, kun kelloseppä Ludwig Oechslin teki yhteistyötä Ulysse Nardin -tuotemerkin kanssa. Tutkimus vaati rahoitusta, ja kolme yritystä päätti rahoittaa sitä: Patek Philippe, Swatch Group ja Rolex. Nämä ryhmät jättivät patentin piisvastaavuusjousen käytöstä ja tuloksista. He olivat ainoat, joilla oli lupa hyödyntää patentteja. Nämä piihin liittyvät patentit tulevat julkisiksi vuonna 2022. Seuraavien vuosien aikana näemme siis piisvastaavuusjousen yleistyvän mekaanisissa kelloissa.

Kellonvalmistuksen maailma kehittyy vuosien varrella teknologisen kehityksen myötä. Tasapainojousi on esimerkki, joka osoittaa jälleen kerran, kuinka kauaskantoinen innovaatio on mahdollista yhdistämällä asiantuntemusta, perinteitä ja tekniikkaa, mikä toisinaan herättää keskustelua, erityisesti kellonvalmistuksen ja uusien teknologioiden yhtymäkohdissa.