布拉默套筒鎖的發明和啟示

  
［摘要］在世界鎖具發明史中，享譽最著的莫過于英國鎖具發明家的瑟夫·布拉默·的發明經歷、發明思想以及對現代鎖具發明的影響，值得國內鎖業同仁研究和學習，借以鼓舞面向新世紀的挑戰和機遇并存的鎖具發明與制造業。
［主題詞］約瑟夫·布拉默 套筒鎖發明啟示
  

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　　在英國倫敦的機械工程技術研究所內，所長辦公室的墻上掛著三幅畫像，屋子兩側掛的是詹姆斯·瓦特和喬治·史蒂芬森的像，正當中，也就是所長椅子后面的墻上，掛著的正是約瑟夫·布拉默的像。
　　眾所周知，1769年，機械師詹姆斯·瓦特發明了蒸汽機，而喬治·史蒂芬森于1814年發明了蒸汽機車即火車。并不為世人熟知的約瑟夫·布拉默(1748，04，15～1814，12，09)，則是18世紀英國最有才華的工程師和發明家，被國外機械史家譽為機械之父。他的制鎖工廠是英國機床工業的搖籃。

１入門
　　布拉默生于英國約克郡的斯顛波羅鎮。16歲成了跛子后，棄農當了木匠并制作家具。1778年，他29歲時取得了第一個專利——有關對水洗便器的重要改進。以此作為勤奮實踐的良好開端，布拉默開始從事機械技術方面的發明和革新。

２研制防盜鎖
　　當時，怎樣才能生產出不能輕易撬開的鎖呢?這是鐵匠鋪鐵匠的看家本領。布拉默投身機械制作后，首先便全力以赴地試制新式樣的防盜鎖，因為這是他非常感興趣的發明新領域。約瑟夫·布拉默曾寫過一篇題為“鎖具結構研討”的專題論文，文中闡述了當時的所謂防盜鎖的許多缺點。他指出：任何一把鎖都能被優秀的鎖具專家或對鎖具和鑰匙略知一二的罪犯所打開。 布拉默承認巴倫雙制轉片鎖(1778年英國專利)有許多優點。但是，他也指出了這類鎖的主要缺點：在鎖定位置，轉片匯露了鎖的秘密。由于轉片的底側有不規則的邊緣，可以把裹上蠟的鑰匙插進鎖中，根據蠟被壓下或擦去的情況，配出一把新鑰匙。幾次嘗試開鎖之后，能給鎖配出一把合適的新鑰匙。因為轉片底邊已經確切地顯示出鑰匙切口應該具有的形狀，容易使鎖栓解除限位，所以布拉默建議：轉片底側應該做得平直，而轉片凹口要切成不規則狀。那么，只有鎖匠能手可能打開這種鎖。

３發明安全鎖具
　　1784年，布拉默在英國取得了一把著名套筒鎖的專利權。
　　他拋棄了以固定榫槽(古羅馬人發明)作為安全保證的原理，依靠完全不同于既往的工作原理，使用非常小的輕便鑰匙，安全保證在當時是最好的，從而打消了人們對于榫槽鎖鑰匙的信任。此后的半個多世紀，布拉默套筒鎖成為最難撬開的鎖。
　　如圖1所示，是布拉默套筒鎖結構和開鎖動作示意圖(鎖栓未畫出)。　　鎖栓受控于鎖殼(outer case)內的圓筒形塞子(barrel)，塞子內輻射狀分布的縱向槽溝里，是帶凹口的長方形滑板(slide)，滑板又被鎖定圓盤(locking plate)上的凹口鎖定。滑板也為中心彈簧所定位，并被推向鑰匙孔方向。布拉默滑板是精心設計并被首次置于鎖內充當活動障礙物的。


圖1布拉默鎖及其開鎖示意


　　布拉默鑰匙是一只小圓筒，頂部縱向開出不同深度的槽口。為了滿足安全需要，提供足夠多的鑰匙開齒排列數目，布拉默使用了6個金屬滑板，以軸向安排在圓筒芯(barrel)里，滑板能被細管狀鑰匙嚙合。每個滑板邊緣上的開槽位置，都一一對應于鑰匙管前端的特殊齒槽深度。
　　要想開鎖，需插入鑰匙，當使滑板槽口都同時處在固定的圓形鎖定盤的盤面高度時，鑰匙就可以帶動滑板和圓筒芯一起旋轉，繼續旋轉鑰匙，于是釋放(例如甩出或拉回)鎖栓。
　　若任何一個滑塊其槽口不與鎖定盤處于同一平面，都將阻止鑰匙和圓筒芯旋轉。另外，如果一個或多個滑板被壓離中心彈簧，而超出各自的動作位置，那么滑板不易復位。

４發明制鎖機床
　　不久，布拉默鎖就馳名各地了，訂購這種鎖的訂貨單蜂擁而至。
由于布拉默鎖是以機械結構的復雜性作為代價換取了成功，其結果是手工制作費用昂貴。只有在發明一整套設計優良的精密制鎖機床之后，才能保質保量地生產布拉默鎖。 布拉默為了應付訂貨也忙碌起來，急需雇擁有熟練技術的機械工。就在這個時候，原來在沃爾里奇兵工廠勞動的18歲的機械工亨利·莫茲利(1771-1831年)，在順利完成了布拉默設計的各種考核項目之后，應聘投入了布拉默的門下。 在1770年以前，機械師使用的機床大部分是中世紀就開始使用的。布拉默為了制造套筒鎖，也制作了一系列制鎖機床，如新式機床、金屬車床、刨床(1802年)等。 為了把鎖芯精確地鏇成圓柱形，莫茲利經過努力，于1794年制作了刀具的自動給進裝置——給進箱，這是批量生產鎖具的車床本該早就具備的，也是莫茲利的第一項機械發明。1794年造出的鐵制車床，經過改革，又于1797年造出了更加出色的車床，并按布拉默的合同做出了合格的布拉默鎖。 布拉默發明的新式機床、刨床使用了他自己發明的水壓機(1795年)。  布拉默本人曾這樣寫道：“我發明的水壓機的主要特點是：它是用水和其它液體使各種機械裝置運轉。這種水壓機可以根據使用目的產生巨大的存貯動力。進而，運動和力可以從一種機械傳遞到另外的一種機械的部位上�！� 約翰·菲埃利也曾這樣描述過：“在布拉默的秘密工廠里，擁擠地擺放著加工鎖的零件使用的各種機床，有一些技師在忙碌著。這些機床都是精心制作的，井井有條地布局在工廠里，組成了一條完整的制鎖用自動生產線。在其它任何地方都看不到這種機床。 布拉默的弟子莫茲利在布拉默工廠里任總工長時，親自制作了這些機床……這些機床能準確地動作，而且在機床上還配置了測微螺旋�！� 使用了首批制鎖機床，可以批量生產布拉默鎖。因此，布拉默成為首批放棄鍛爐改用機械加工工具的制鎖技師之一。特別應該指出的是，布拉默是和年輕的助手亨利·莫茲利(后來成為著名的工程隊、工廠主)合作研制出制鎖機床和水壓機的。 此前，一直到19世紀初，鎖具仍由手工制作。每個鐵匠都有自己的一套鎖具結構設計模式————將許多杠桿轉片、榫槽和內部的凸輪加入特定的鎖中。類似地，鑰匙也包含其獨特性。較大的鎖具曾使用過20個轉片，重達2.5公斤。 布拉默所開創的時代，使制鎖活動從鎖匠手工制作的小王國，一躍而入城市的工業制造階段。

５懸賞開鎖
　　如圖2所示，是日本鎖史資料曾選用過的布拉默鎖實物分體圖。 布拉默對自己發明的安全鎖的安全性能很有把握。1784年，他將這種鎖放在位于倫敦最繁華的皮卡蒂里大街的自家店鋪窗里展出，在旁邊引人注目的地方貼出懸賞告示，上面寫道：“如能拆開或打開本鎖，饋贈200金幣�！� 在長達67年之中，布拉默鎖抵御了無數次的異常開鎖嘗試而安然無恙。圖2布拉默鎖實物圖
　　國外鎖具史家指出：即使布拉默鎖被撬，也決不是尋常竊賊所為，因為每個滑板都必須對齊，控制盤必須以正確方向旋轉后，方能開鎖。

６套筒轉芯控制原理
　　套筒轉芯控制機構的出現，在鎖具史上具有里程碑式的重要性，它為套筒轉芯彈子鎖(1861、1865年美國專利，小林納斯·耶魯發明)的發明奠定了基礎。 區別于僅用鑰匙去驅動鎖栓的費耗人力的古典開鎖傳動方式，以發明家布拉默的套筒轉芯滑板鎖為典型代表，使得鎖定機構可以置入一個體積不大的套筒之中，通過轉芯作為中介，傳動小鑰匙對于鎖栓的控制。這樣，既省力，又能防止撬鎖賊通過鑰匙孔，去直接觸及鎖中最為敏感的部分——鎖栓。 套筒轉芯結構為鎖具的小型化奠定了基礎，其獨特的圓柱體外廓，更使其耐受外力的程度大大優于傳統形狀的鎖殼。

７發明原型
　　深受用戶愛戴卻使竊賊感到不快的布拉默鎖，其控制原理的發明原型是什么呢? 讓我們再回溯到布拉默(1748～1814年)的時代。在他發明套筒鎖之前，瓦特已經發明了實用蒸汽機。布拉默也對蒸汽機非常感興趣，后來自己便發明了水壓機。 在國外，法國物理學家巴本(1647～1714年)于1608年發明了壓力鍋。1690年，他創造性地最先設計了汽缸——活塞裝置。 1705年，英國鍛工托馬斯·紐可門(1663～1729年)在另一位工人考利的幫助下，從巴本的汽缸——活塞結構出發，又采用了英國工程師塞維利(1650～1715年)發明的第一臺實用蒸汽機的靠冷凝蒸汽形成真空再由大氣壓力作功的原理，發明了一種更加適用的大氣活塞式蒸汽機。它有一個立式汽缸，底部封閉，通過一根閥門的進汽管道與鍋爐相連。汽缸頂部則是開放的，由活塞密閉。紐開門蒸汽機身高10米，汽缸口徑大可至3米。 1765年，瓦特基本上完成了對紐可門機的重大改進，1769年取得了關于蒸汽機的一項發明。
　　1776年，第一臺實用型瓦特蒸汽機(缸徑50厘米)在布魯姆菲爾德煤礦開始實際使用。 噢，對了，身處蒸汽機的時代，怎能不心向汽缸和活塞呢? 作為思維敏銳的一流發明家，借蒸汽機的碩大汽缸和活塞原型一用，將飄渺的蒸汽控制，轉化為小巧的金屬筒形鑰匙的插入動作，同時，在縮微的活塞——轉芯內部，將原來加軸使用的葉片，放開手腳，重新包裝，完成了機械編碼鎖定功能。 蒸汽機輸入蒸汽，蒸汽可以冷凝收縮，靠大氣壓使活塞做直線往復運動，輸出動力；套筒鎖插入鑰匙，通過與滑板、鎖定盤的匹配，解除滑板和轉芯的鎖定，經轉芯旋轉傳動，從而驅動鎖栓。
　　相比之下，兩者結構多么相似!借助于將同時代的實用蒸汽機的汽缸--— 活塞結構移植到發明新式安全鎖具，布拉默在鎖史上也開創了一個“蒸汽機”時代。布拉默鎖是微型的汽缸革新的汽缸，永垂鎖史的汽缸。

８發明啟示
　　什么是鎖具發明?據筆者獨家分析，從蒸汽機的發明到布拉默套筒鎖的發明，可以告訴讀者朋友您一個極好的發明范例。 每個時代的鎖具發明，都是充盈在歷史的尤其是當時的空氣中的一切精神和物質力量的重整和聚變，是人們應對竊賊所做出的防護自身和財物的高級智力游戲的物化結果。鎖具發明所關聯的，不只是機械、電子、生物(遺傳)編碼原理的演進，而且還包括一切與鎖鑰相關的內容，例如，鎖具制造、安裝和維護等等。 瀏覽筆者新著《鎖具發明》(專利文獻出版社即發)的筆觸，跟隨作者采用、研究的腳步讀者朋友很快便可發現：我們并沒有局限在一種文化所孳生的虛驕之中，而是努力實證地全方位多角度地探知，鎖具發明學、發明史中的真理性知識。

９撬鎖挑戰
　　1851年，美國鎖匠艾爾弗雷德·霍布斯在去英國參觀倫敦大博覽會期間，耗費了51個小時之后，成功地撬開了布拉默鎖，領到了獎金。而為改進布拉默鎖做出過貢獻的，也包括19世紀時的法國鎖匠菲歇、哈夫納、多爾瓦爾和勒爾米等人。在為布拉默鎖加裝多只滑板之后的改良布拉默鎖，至今仍象該鎖當初那樣，廣泛應用于銀行的保險金庫之上。