布拉默套筒锁的发明和启示

  
［摘要］在世界锁具发明史中，享誉最著的莫过于英国锁具发明家的瑟夫·布拉默·的发明经历、发明思想以及对现代锁具发明的影响，值得国内锁业同仁研究和学习，借以鼓舞面向新世纪的挑战和机遇并存的锁具发明与制造业。
［主题词］约瑟夫·布拉默 套筒锁发明启示
  

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　　在英国伦敦的机械工程技术研究所内，所长办公室的墙上挂着三幅画像，屋子两侧挂的是詹姆斯·瓦特和乔治·史蒂芬森的像，正当中，也就是所长椅子后面的墙上，挂着的正是约瑟夫·布拉默的像。
　　众所周知，1769年，机械师詹姆斯·瓦特发明了蒸汽机，而乔治·史蒂芬森于1814年发明了蒸汽机车即火车。并不为世人熟知的约瑟夫·布拉默(1748，04，15～1814，12，09)，则是18世纪英国最有才华的工程师和发明家，被国外机械史家誉为机械之父。他的制锁工厂是英国机床工业的摇篮。

１入门
　　布拉默生于英国约克郡的斯颠波罗镇。16岁成了跛子后，弃农当了木匠并制作家具。1778年，他29岁时取得了第一个专利——有关对水洗便器的重要改进。以此作为勤奋实践的良好开端，布拉默开始从事机械技术方面的发明和革新。

２研制防盗锁
　　当时，怎样才能生产出不能轻易撬开的锁呢?这是铁匠铺铁匠的看家本领。布拉默投身机械制作后，首先便全力以赴地试制新式样的防盗锁，因为这是他非常感兴趣的发明新领域。约瑟夫·布拉默曾写过一篇题为“锁具结构研讨”的专题论文，文中阐述了当时的所谓防盗锁的许多缺点。他指出：任何一把锁都能被优秀的锁具专家或对锁具和钥匙略知一二的罪犯所打开。 布拉默承认巴伦双制转片锁(1778年英国专利)有许多优点。但是，他也指出了这类锁的主要缺点：在锁定位置，转片汇露了锁的秘密。由于转片的底侧有不规则的边缘，可以把裹上蜡的钥匙插进锁中，根据蜡被压下或擦去的情况，配出一把新钥匙。几次尝试开锁之后，能给锁配出一把合适的新钥匙。因为转片底边已经确切地显示出钥匙切口应该具有的形状，容易使锁栓解除限位，所以布拉默建议：转片底侧应该做得平直，而转片凹口要切成不规则状。那么，只有锁匠能手可能打开这种锁。

３发明安全锁具
　　1784年，布拉默在英国取得了一把著名套筒锁的专利权。
　　他抛弃了以固定榫槽(古罗马人发明)作为安全保证的原理，依靠完全不同于既往的工作原理，使用非常小的轻便钥匙，安全保证在当时是最好的，从而打消了人们对于榫槽锁钥匙的信任。此后的半个多世纪，布拉默套筒锁成为最难撬开的锁。
　　如图1所示，是布拉默套筒锁结构和开锁动作示意图(锁栓未画出)。　　锁栓受控于锁壳(outer case)内的圆筒形塞子(barrel)，塞子内辐射状分布的纵向槽沟里，是带凹口的长方形滑板(slide)，滑板又被锁定圆盘(locking plate)上的凹口锁定。滑板也为中心弹簧所定位，并被推向钥匙孔方向。布拉默滑板是精心设计并被首次置于锁内充当活动障碍物的。


图1布拉默锁及其开锁示意


　　布拉默钥匙是一只小圆筒，顶部纵向开出不同深度的槽口。为了满足安全需要，提供足够多的钥匙开齿排列数目，布拉默使用了6个金属滑板，以轴向安排在圆筒芯(barrel)里，滑板能被细管状钥匙啮合。每个滑板边缘上的开槽位置，都一一对应于钥匙管前端的特殊齿槽深度。
　　要想开锁，需插入钥匙，当使滑板槽口都同时处在固定的圆形锁定盘的盘面高度时，钥匙就可以带动滑板和圆筒芯一起旋转，继续旋转钥匙，于是释放(例如甩出或拉回)锁栓。
　　若任何一个滑块其槽口不与锁定盘处于同一平面，都将阻止钥匙和圆筒芯旋转。另外，如果一个或多个滑板被压离中心弹簧，而超出各自的动作位置，那么滑板不易复位。

４发明制锁机床
　　不久，布拉默锁就驰名各地了，订购这种锁的订货单蜂拥而至。
由于布拉默锁是以机械结构的复杂性作为代价换取了成功，其结果是手工制作费用昂贵。只有在发明一整套设计优良的精密制锁机床之后，才能保质保量地生产布拉默锁。 布拉默为了应付订货也忙碌起来，急需雇拥有熟练技术的机械工。就在这个时候，原来在沃尔里奇兵工厂劳动的18岁的机械工亨利·莫兹利(1771-1831年)，在顺利完成了布拉默设计的各种考核项目之后，应聘投入了布拉默的门下。 在1770年以前，机械师使用的机床大部分是中世纪就开始使用的。布拉默为了制造套筒锁，也制作了一系列制锁机床，如新式机床、金属车床、刨床(1802年)等。 为了把锁芯精确地镟成圆柱形，莫兹利经过努力，于1794年制作了刀具的自动给进装置——给进箱，这是批量生产锁具的车床本该早就具备的，也是莫兹利的第一项机械发明。1794年造出的铁制车床，经过改革，又于1797年造出了更加出色的车床，并按布拉默的合同做出了合格的布拉默锁。 布拉默发明的新式机床、刨床使用了他自己发明的水压机(1795年)。  布拉默本人曾这样写道：“我发明的水压机的主要特点是：它是用水和其它液体使各种机械装置运转。这种水压机可以根据使用目的产生巨大的存贮动力。进而，运动和力可以从一种机械传递到另外的一种机械的部位上。” 约翰·菲埃利也曾这样描述过：“在布拉默的秘密工厂里，拥挤地摆放着加工锁的零件使用的各种机床，有一些技师在忙碌着。这些机床都是精心制作的，井井有条地布局在工厂里，组成了一条完整的制锁用自动生产线。在其它任何地方都看不到这种机床。 布拉默的弟子莫兹利在布拉默工厂里任总工长时，亲自制作了这些机床……这些机床能准确地动作，而且在机床上还配置了测微螺旋。” 使用了首批制锁机床，可以批量生产布拉默锁。因此，布拉默成为首批放弃锻炉改用机械加工工具的制锁技师之一。特别应该指出的是，布拉默是和年轻的助手亨利·莫兹利(后来成为著名的工程队、工厂主)合作研制出制锁机床和水压机的。 此前，一直到19世纪初，锁具仍由手工制作。每个铁匠都有自己的一套锁具结构设计模式————将许多杠杆转片、榫槽和内部的凸轮加入特定的锁中。类似地，钥匙也包含其独特性。较大的锁具曾使用过20个转片，重达2.5公斤。 布拉默所开创的时代，使制锁活动从锁匠手工制作的小王国，一跃而入城市的工业制造阶段。

５悬赏开锁
　　如图2所示，是日本锁史资料曾选用过的布拉默锁实物分体图。 布拉默对自己发明的安全锁的安全性能很有把握。1784年，他将这种锁放在位于伦敦最繁华的皮卡蒂里大街的自家店铺窗里展出，在旁边引人注目的地方贴出悬赏告示，上面写道：“如能拆开或打开本锁，馈赠200金币。” 在长达67年之中，布拉默锁抵御了无数次的异常开锁尝试而安然无恙。图2布拉默锁实物图
　　国外锁具史家指出：即使布拉默锁被撬，也决不是寻常窃贼所为，因为每个滑板都必须对齐，控制盘必须以正确方向旋转后，方能开锁。

６套筒转芯控制原理
　　套筒转芯控制机构的出现，在锁具史上具有里程碑式的重要性，它为套筒转芯弹子锁(1861、1865年美国专利，小林纳斯·耶鲁发明)的发明奠定了基础。 区别于仅用钥匙去驱动锁栓的费耗人力的古典开锁传动方式，以发明家布拉默的套筒转芯滑板锁为典型代表，使得锁定机构可以置入一个体积不大的套筒之中，通过转芯作为中介，传动小钥匙对于锁栓的控制。这样，既省力，又能防止撬锁贼通过钥匙孔，去直接触及锁中最为敏感的部分——锁栓。 套筒转芯结构为锁具的小型化奠定了基础，其独特的圆柱体外廓，更使其耐受外力的程度大大优于传统形状的锁壳。

７发明原型
　　深受用户爱戴却使窃贼感到不快的布拉默锁，其控制原理的发明原型是什么呢? 让我们再回溯到布拉默(1748～1814年)的时代。在他发明套筒锁之前，瓦特已经发明了实用蒸汽机。布拉默也对蒸汽机非常感兴趣，后来自己便发明了水压机。 在国外，法国物理学家巴本(1647～1714年)于1608年发明了压力锅。1690年，他创造性地最先设计了汽缸——活塞装置。 1705年，英国锻工托马斯·纽可门(1663～1729年)在另一位工人考利的帮助下，从巴本的汽缸——活塞结构出发，又采用了英国工程师塞维利(1650～1715年)发明的第一台实用蒸汽机的靠冷凝蒸汽形成真空再由大气压力作功的原理，发明了一种更加适用的大气活塞式蒸汽机。它有一个立式汽缸，底部封闭，通过一根阀门的进汽管道与锅炉相连。汽缸顶部则是开放的，由活塞密闭。纽开门蒸汽机身高10米，汽缸口径大可至3米。 1765年，瓦特基本上完成了对纽可门机的重大改进，1769年取得了关于蒸汽机的一项发明。
　　1776年，第一台实用型瓦特蒸汽机(缸径50厘米)在布鲁姆菲尔德煤矿开始实际使用。 噢，对了，身处蒸汽机的时代，怎能不心向汽缸和活塞呢? 作为思维敏锐的一流发明家，借蒸汽机的硕大汽缸和活塞原型一用，将飘渺的蒸汽控制，转化为小巧的金属筒形钥匙的插入动作，同时，在缩微的活塞——转芯内部，将原来加轴使用的叶片，放开手脚，重新包装，完成了机械编码锁定功能。 蒸汽机输入蒸汽，蒸汽可以冷凝收缩，靠大气压使活塞做直线往复运动，输出动力；套筒锁插入钥匙，通过与滑板、锁定盘的匹配，解除滑板和转芯的锁定，经转芯旋转传动，从而驱动锁栓。
　　相比之下，两者结构多么相似!借助于将同时代的实用蒸汽机的汽缸--— 活塞结构移植到发明新式安全锁具，布拉默在锁史上也开创了一个“蒸汽机”时代。布拉默锁是微型的汽缸革新的汽缸，永垂锁史的汽缸。

８发明启示
　　什么是锁具发明?据笔者独家分析，从蒸汽机的发明到布拉默套筒锁的发明，可以告诉读者朋友您一个极好的发明范例。 每个时代的锁具发明，都是充盈在历史的尤其是当时的空气中的一切精神和物质力量的重整和聚变，是人们应对窃贼所做出的防护自身和财物的高级智力游戏的物化结果。锁具发明所关联的，不只是机械、电子、生物(遗传)编码原理的演进，而且还包括一切与锁钥相关的内容，例如，锁具制造、安装和维护等等。 浏览笔者新著《锁具发明》(专利文献出版社即发)的笔触，跟随作者采用、研究的脚步读者朋友很快便可发现：我们并没有局限在一种文化所孳生的虚骄之中，而是努力实证地全方位多角度地探知，锁具发明学、发明史中的真理性知识。

９撬锁挑战
　　1851年，美国锁匠艾尔弗雷德·霍布斯在去英国参观伦敦大博览会期间，耗费了51个小时之后，成功地撬开了布拉默锁，领到了奖金。而为改进布拉默锁做出过贡献的，也包括19世纪时的法国锁匠菲歇、哈夫纳、多尔瓦尔和勒尔米等人。在为布拉默锁加装多只滑板之后的改良布拉默锁，至今仍象该锁当初那样，广泛应用于银行的保险金库之上。