| 開發(fā)一臺簡單而可靠的航海天文鐘是兩個競爭同鄉(xiāng)的共同目標，這種航海天文鐘的制造成本要能使其成為遠洋船只都能負擔(dān)得起的必要設(shè)備。 
約翰 · 阿諾德于1736年出生于康沃爾郡的博德明（Bodmin, Cornwall）。作為當(dāng)?shù)乇斫车膬鹤樱茏匀坏爻蔀榱怂赣H的學(xué)徒；然而，看來鄉(xiāng)下的生活并不適合約翰，他違反了契約，逃到荷蘭，在那里找到了一份鐘表行業(yè)的工作。20歲時，他來到倫敦，在那里過著朝不保夕的生活，直到他遇到了一位麥奎爾先生（Mr McGuire），麥圭爾先生資助他，讓他成為一名表匠。阿諾德證明了自己是一名優(yōu)秀的商人，也是一名優(yōu)秀的工匠，他的生意蒸蒸日上。他在荷蘭學(xué)到的德語知識，在他覲見喬治三世時派上了用場。1764年，他因向國王展示一塊非凡的表，從而聲名鵲起。它裝在一個指環(huán)上，直徑大約12毫米，它不僅能保持準確的時間，還是一個“兩問”表（quarter repeater），小巧的音簧可以報時報刻。這是一個不可思議的成就，在當(dāng)時引起了轟動。阿諾德得到了500基尼（英國舊時金幣或貨幣單位）作為獎勵，并拒絕了俄羅斯凱瑟琳大帝（Catherine the Great of Russia）提供的制造類似表的雙倍報酬，理由是他希望喬治國王的表是獨一無二的。他事業(yè)上的成功使他有更大的自由度去嘗試，很快他就看中了航海計時器。1770年，他向經(jīng)度委員會提交了一臺機器，正如5月26日的會議記錄顯示：阿諾德先生，波爾邁爾（Pall Mall）的一名表匠，他帶著一個新制造的計時器出席了會議，向委員會展示，并強烈推薦。他被告知，如果他再制造這樣一臺計時器，便可以進行海試。阿諾德按時制造了第二臺計時器，并在第二年提交給了委員會，報告稱其成本只有大約60基尼，僅為哈里森、肯德爾和馬奇之前計時器成本的一小部分。委員會向他預(yù)付了300英鎊，條件是這筆款項應(yīng)從他向委員會提供的任何計時器的成本中扣除。阿諾德早期計時器的擺輪布置和溫度補償與哈里森相同；然而，他使用了一種樞軸式棘爪擒縱機構(gòu)，理論上，這是在哈里森和馬奇設(shè)計上的一個重大改進。這個擒縱機構(gòu)似乎與勒·羅伊（Le Roy）和貝爾索德（Bertoud）的擒縱機構(gòu)沒有什么關(guān)系，雖然缺乏法國設(shè)計的優(yōu)雅簡潔，但它確實表明阿諾德也是沿著同樣的路線獨立前進。此時，海軍部正在為庫克第二次南大洋航行裝備兩艘船只——“決心號”（Resolution）和“冒險號”（Adventure）?？系聽柕腒1已經(jīng)注定要陪同探險隊，阿諾德渴望能在這次航行中測試他的計時器。因此，阿諾德的三個計時器都進行了測試；但結(jié)果并不如阿諾德所希望的那樣：所有三臺計時器的表現(xiàn)都非常糟糕，在計時方面表現(xiàn)出了巨大的誤差。問題似乎出在他的溫度補償上，它似乎已經(jīng)停止工作了；這可以解釋在不同溫度下的巨大誤差。可以理解地，委員會拒絕向阿諾德支付任何進一步的款項，“直到他們有更好的證據(jù)能證明他們手中的表的優(yōu)點，或者滿意阿諾德已經(jīng)取得了相當(dāng)大的改進”。阿諾德沒有因為這次挫折而沮喪，繼續(xù)努力改進他的航海天文鐘。他在1776年取得了幾個重要的進展。他采用了柱狀游絲（the helical form of balance spring）和一種將雙金屬條內(nèi)置在擺輪中的新型溫度補償裝置。他還開發(fā)了一種簡化的、大大改進了的樞軸式棘爪擒縱機構(gòu)，此時，阿諾德決定用專利保護他的改進發(fā)明；雖然這些早期的專利是如此含糊不清，以至于它們對阿諾德幾乎沒有什么保護，這些專利倒過來還會阻礙他從經(jīng)度委員會那里得到任何進一步的支持，因為獲得支持的條件之一就是所有發(fā)明不應(yīng)該申請專利。
約瑟夫·班克斯（Joseph Banks）向阿諾德支付100英鎊用于購買一枚便攜式航海天文鐘的收據(jù)很快，這些改進取得了巨大成功，阿諾德開始生產(chǎn)不少便攜式航海天文鐘，毫無疑問，他看到了自己的計時器開辟新市場的機會。與懸掛在萬向支架上使其始終保持水平位置的航海天文鐘不同，便攜式表必須經(jīng)過在不同的位置調(diào)校才能準確計時。盡管有這一嚴重的缺點，阿諾德的便攜式航海天文鐘的性能還是非常好。一枚在正常使用情況下的便攜式航海天文鐘，經(jīng)過了一年多的正式測試，每天的誤差從未超過三秒。不清楚阿諾德到底是什么時候設(shè)計出鎖簧式棘爪擒縱機構(gòu)；后來成為了與托馬斯·恩肖的激烈爭論，他聲稱自己對這一重要發(fā)展成果擁有優(yōu)先權(quán)。早期的樞軸和游絲被淘汰，減少了摩擦以及給棘爪樞軸加油的必要，使整個裝置布局更加堅固可靠。
在阿諾德推出他的鎖簧式棘爪擒縱機構(gòu)的同時，他還開發(fā)出最終形式的補償擺輪，并于1782年獲得專利。這種形式的擺輪使用雙金屬補償帶作為擺輪的輪緣，并帶有可移動的砝碼，用于調(diào)整溫度補償量。這種溫度補償擺輪的設(shè)計，后來經(jīng)過恩肖的改進，成為下一個半個世紀航海天文鐘和高檔表中所有平衡擺輪的設(shè)計標準。與經(jīng)度委員會的爭論仍在繼續(xù)，他對獎金的申請沒有任何進展。與此同時，阿諾德正忙于建立一家航海天文鐘的工廠，并于1785年將工廠遷至埃塞克斯的奇維爾（Chigwell in Essex）。這是一個非常重要的發(fā)展，因為他終于能夠以相對簡單的設(shè)計制造出可靠的航海天文鐘，而成本只是以前儀器的一小部分。1790年，他讓他的兒子約翰·羅杰·阿諾德（John Roger Arnold）成為了這個蓬勃發(fā)展行業(yè)的合伙人，約翰·羅杰曾在巴黎接受寶璣（Breguet）先生的培訓(xùn)。
阿諾德的“Z型”擺輪，帶有雙金屬帶和金制螺旋型游絲
老阿諾德于1799年去世，享年63歲。泰晤士報（Times）刊登了訃聞：上周日早上，約翰·阿諾德先生去世，他住在肯特郡埃爾瑟姆附近的威爾霍爾（Well Hall near Eltham in Kent）。作為一名機械師，他的能力和勤奮將被他的國家銘記。他是現(xiàn)在的自由式擒縱機構(gòu)的發(fā)明者，也是第一位將金制螺旋型游絲應(yīng)用于計時器擺輪上的藝術(shù)家。大約三年前，他從商界退休，但是他那活躍的頭腦仍在努力完成他最熱愛的研究，他稱之為計時器制造的終極之作，制造出一臺航海天文鐘，與目前公開的任何計時器都大不相同，并且更加優(yōu)越。他的兒子繼承了他的事業(yè)，我們知道，他掌握著他父親所有的繪圖和模型，如今，我們希望從他那里完成這一宏偉目標——通過計時器發(fā)現(xiàn)經(jīng)度。不用說，這些夸張的說法引起了激烈的爭論，尤其是對恩肖，我們應(yīng)該看到，他在航海天文鐘設(shè)計中的許多重要發(fā)展方面，同樣占有一席之地。遺憾的是，約翰·羅杰·阿諾德（John Roger Arnold）不是像他父親那樣的出色鐘匠或商人，他的母親似乎在這家企業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。盡管委員會在1806年為表彰他父親的成就而給予了遲來的1678英鎊的獎金，但這家企業(yè)還是萎靡不振。1830年，他與才華橫溢的丹特（E.T. Dent）合伙，使公司重現(xiàn)昔日光芒。約翰·羅杰逝世于1843年，公司由查爾斯·弗羅德沙姆（Charles Frodsham）接管。
恩肖于1749年出生于阿什頓（Ashton），也許在倫敦成為了一名表匠學(xué)徒。他很快以一流的工匠而聞名，并為包括約翰·布羅克班克（John Brockbank）和托馬斯·賴特（Thomas Wright）在內(nèi)的幾位著名制表師完成表的最終組裝。后來他開始專攻表中寶石，制造紅寶石軸承和擒縱機構(gòu)零件。
在他1806年出版的《經(jīng)度——公眾呼吁》（Longitude - an Appeal to the Public）一書中，他聲稱，在1780年為布羅克班克工作時，正如貝爾索德和阿諾德所開發(fā)的那樣，以同樣的方式制造樞軸式棘爪擒縱機構(gòu)。有一天，他突然想到他可以改進設(shè)計，他意識到，棘爪的軸榫和復(fù)位游絲可以通過在游絲上安裝完整的棘爪來替換：擁有彈性的棘爪可以朝側(cè)移動，并在產(chǎn)生脈沖后恢復(fù)到原始位置。這種裝置避免了給棘爪軸榫上油的需要，使擒縱機構(gòu)更簡單、更可靠、更堅固。恩肖聲稱，1782年，他在保密承諾的情況下向布羅克班克展示了他新的擒縱機構(gòu)。不幸的是，恩肖有一個大家庭要供養(yǎng)，他負擔(dān)不起申請專利所需的100基尼。1783年，他與托馬斯·賴特達成協(xié)議，由托馬斯·賴特將獲得這項專利，并允許恩肖生產(chǎn)帶有新擒縱機構(gòu)的表，前提是向賴特支付每只手表一基尼的版稅。與此同時，恩肖聲稱布羅克班克違背了他的保密承諾，將這項發(fā)明透露給了阿諾德，幾天之內(nèi)，阿諾德就獲得了一項非常類似的擒縱機構(gòu)專利，比萊特的專利早了一年。
恩肖的第二個重要創(chuàng)新是改進了制造補償擺輪的方法。阿諾德制造雙金屬帶的方法是把黃銅和鋼帶焊接在一起，將它們彎曲成形，然后用螺絲固定在擺輪上。恩肖發(fā)明了一種將黃銅和鋼帶熔合在一起的方法，使得雙金屬帶更加穩(wěn)固。這些發(fā)明的優(yōu)先權(quán)一直存在激烈的爭議，且從未得到解決；然而，事實證明，恩肖的模式更為成功。與阿諾德的設(shè)計不同，他的設(shè)計不需要在擒縱輪齒上潤滑油，這是一個相當(dāng)大的優(yōu)勢；恩肖的設(shè)計也更容易，因此生產(chǎn)成本更低。過了好幾年，他才自己創(chuàng)業(yè)。由于缺乏阿諾德和其他倫敦頂尖制造商的人脈和商業(yè)頭腦，恩肖被迫以制造航海天文鐘的機芯為生，讓其他制造商以他們的品牌銷售——這些機芯通常都印有“賴特專利”（Wright's Patent）的印記。當(dāng)時的制表業(yè)已是一個高度組織化的行業(yè)，工匠們專門生產(chǎn)許多零部件中的每一個，這些零部件被“制造者”購買并進行最后處理和組裝。和后來的幾個世紀一樣，零售商購買完整的手表，并以自己的品牌銷售，這是普遍的做法。恩肖一直在尋找改善其財務(wù)狀況的方法，他把注意力轉(zhuǎn)向了經(jīng)度獎的10,000英鎊，只要符合嚴格的測試規(guī)則，任何制造者都可以得到這個獎。內(nèi)維爾·馬斯基林（Neville Maskelyne）被說服對恩肖的一個便攜式航海天文鐘進行私下試驗；毫無疑問，儀器上制造商的名字“威廉·休斯”（Wm Hughes）讓他大吃一驚。恩肖解釋說，他“不得不為其他有客戶需求的表匠制作這些計時器......盡管這些表匠與這些計時器的制造沒有任何關(guān)系，如同那些購買者一般。”脾氣暴躁的馬斯基林似乎對恩肖留下了很好的印象，并特意在委員會面前稱贊他；他對這臺航海天文鐘的性能印象深刻，據(jù)說如果另外兩臺儀器能夠生產(chǎn)出來，便會安排正式海試，但結(jié)果什么也沒有。最終，恩肖得以擺脫對其他制造者的依賴，自己正式創(chuàng)業(yè)。到了1791年，他的生意已經(jīng)做得不錯，可以雇用幾個工人來幫助他生產(chǎn)便攜式和大一些的盒式航海天文鐘。那一年，威廉·布萊船長被派往南大洋進行第二次遠征，以完成采集面包果樹的任務(wù)，這是他在命運多舛的邦蒂號（HMS Bounty）上已經(jīng)首次嘗試過的。海軍部命他購買一個計時器，于是他請制造商將他們的航海天文鐘樣品送到格林威治進行測試；恩肖帶著5枚便攜式航海天文鐘參加，阿諾德和布羅克班克帶著盒式航海天文鐘參加。布萊最終選擇了恩肖的其中一臺儀器，并頒發(fā)了以下證書：茲向英國皇家海軍的主要官員和專員證明，托馬斯·恩肖先生以四十基尼的價格將一枚編號1503帶有金屬殼的航海天文鐘交給了我。我進一步證明，這只表曾在Flamsteed House（皇家天文臺）與其他價格高得多的表進行比較，而它的誤差更小，基于此，我將其納入政府賬目。恩肖與經(jīng)度委員會的關(guān)系仍然很難說得清楚；他抗辯說，他們?yōu)榻?jīng)度獎強加的條件使得成功幾乎變得不可能。到目前為止，他已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成功，在經(jīng)過數(shù)年他認為不公平的海試后，他放棄了獲獎的希望，干脆向委員會申請他們認為合適的任何獎勵。盡管委員會承認恩肖的儀器性能表現(xiàn)一直優(yōu)于其他制造商的，但他不得不回應(yīng)競爭對手的指控，即他從阿諾德那里竊取了一些他的改進發(fā)明。委員會對這些指控進行了調(diào)查，由此產(chǎn)生的對其他行家的尖刻指責(zé)沒有給他們帶來任何好處，最終，除了會長約瑟夫·班克斯（Joseph Banks）之外（他是阿諾德的贊助人），整個委員會都站在恩肖這邊。他們得出結(jié)論，所有的證據(jù)都傾向于恩肖這邊，盡管他不能證明自己的改進發(fā)明有絕對的優(yōu)先權(quán)，但它們確實是原創(chuàng)的。
委員會最終決定給阿諾德和恩肖同等的3000英鎊的獎金，以表彰他們的成就；雖然恩肖很不情愿地接受了這個獎項，但他還是決定向國會請愿，要求得到他認為應(yīng)得的公正。因此，這段令人遺憾的插曲持續(xù)爭吵了多年，兩派的支持者都沉迷于鋪張浪費的出版物；恩肖本人也出版了一本300頁的書，以最無節(jié)制的措辭闡述自己的情況。負責(zé)審查各項主張的國會委員會得出結(jié)論認為，無法根據(jù)現(xiàn)有的證據(jù)來決定各項發(fā)明的優(yōu)先權(quán)，并且他們沒有理由干涉經(jīng)度委員會的結(jié)論。盡管在這些糾紛中浪費了大量的時間和精力，恩肖還是比任何其他早期的制造商做了更多的工作，使得英國航海天文鐘的制造擁有了堅實的基礎(chǔ)，事實證明，正是他的設(shè)計最為成功，并很快占據(jù)了行業(yè)的主導(dǎo)地位。1829年在他去世后，他的兒子接手了他的事業(yè)直到1850年。 |
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