JP6567038B2 - Watch component having a surface with silk fibroin - Google Patents
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Description
本発明は時計機ムーブメントの時計構成要素に関し、この構成要素は摩擦を受けかつ良好な摩擦学的性質を必要としている。ただしこれに限定されるものではなく、特に本発明は時計の軸受、歯車列、脱進機あるいは主バネに関する。 The present invention relates to a timepiece component of a timepiece movement , which is subject to friction and requires good tribological properties. However, the present invention is not limited to this. In particular, the present invention relates to a watch bearing, a gear train, an escapement, or a main spring.
後に時計作りの分野に関してより具体的に示されるであろうマイクロテクノロジーの分野において、表面に摩擦を受ける構成要素を潤滑することが知られている。潤滑は、一般的に炭化水素、フッ化炭素あるいはシリコンを主成分とした油あるいはグリースを塗布することにより達せられるのが一般的である。しかしこの解決手段は欠点が無いわけではない。 In the field of microtechnology, which will be more specifically shown later in the field of watchmaking, it is known to lubricate components that are subject to friction on the surface. Lubrication is generally achieved by applying an oil or grease based on hydrocarbons, fluorocarbons or silicon. But this solution is not without its drawbacks.
油類とグリース類は、汚染と化学的変化のために、それらの潤滑力の劣化を時間とともに経るので、これらの手段により潤滑されたどの機構も定期的に分解され、手入れをされかつ際潤滑される必要がある。 Oils and greases undergo degradation of their lubricating power over time due to contamination and chemical changes, so any mechanism lubricated by these means is periodically disassembled, cared for and lubricated. Need to be done.
マイクロテクノロジーの分野において及び特に時計作りの分野において、密度の低い構造材料のための必要性があり、この必要性は鋼、ニッケル銀あるいは通常使用される金属に取って代わる。特にこのような材料により、機械要素、特に脱進機と時計機ムーブメントのエネルギー効率を改善することが可能になる。 In the field of microtechnology and in particular in the field of watchmaking, there is a need for low-density structural materials that replace steel, nickel silver or commonly used metals. In particular, such materials make it possible to improve the energy efficiency of mechanical elements, in particular escapements and watch movements .
この目的で、技術的ポリマー、例えばPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)でできている要素を使用している時計機ムーブメントが知られている。しかしこれらの解決手段は、伝統的な金属製構成要素の耐久性と信頼性を得ていない。 For this purpose, timepiece movements are known which use elements made of technical polymers, such as PEEK (polyetheretherketone). However, these solutions do not obtain the durability and reliability of traditional metal components.
シルクは、カイコ蛾の幼虫により生産される有名な天然繊維でありかつ何千年もの間、糸および織物の形態で伝統的に使用されてきた。 Silk is a famous natural fiber produced by silkworm larvae and has been traditionally used for thousands of years in the form of threads and fabrics.
シルクの機械的性質は、糸の中心を形成するフィブロインと呼ばれる蛋白質に相応する。フィブロインは高度に不溶性の蛋白質であり、この蛋白質はアミノ酸グリシン、アラニン及びセリンにより(90%までの)主部分のために構成されており、フィブロインは極度に高い繊維構造と機械的な抵抗力を備えている。昆虫類あるいはクモ類より製造される他の天然繊維もあり、これらはほとんど使用されないが、これらもフィブロインも含んでおりかつ機械的品質に関して知られている。本発明は、すべての天然源あるいは人工源からもたらされるフィブロインを備えた時計構成要素に関する。本発明の実施形態は、特にしかしもっぱらではないが、カイコ蛾の繭あるいは他の鱗翅目の幼虫、蜘蛛、バクテリア、酵母、糸状菌、細胞培養から得られるフィブロインを使用することができる。本発明の考え方において、フィブロインは遺伝子上変更された有機体から得られることができる。 The mechanical properties of silk correspond to a protein called fibroin that forms the center of the yarn. Fibroin is a highly insoluble protein, which is composed for the main part (up to 90%) by the amino acids glycine, alanine and serine, and fibroin has extremely high fiber structure and mechanical resistance. I have. There are other natural fibers made from insects or spiders, which are rarely used, but they also contain fibroin and are known for mechanical quality. The present invention relates to a timepiece component with fibroin derived from all natural or artificial sources. Embodiments of the present invention can use fibroin obtained from silkworm moth moths or other lepidopterous larvae, moths, bacteria, yeasts, filamentous fungi, cell cultures, but not exclusively. In the context of the present invention, fibroin can be obtained from a genetically modified organism.
フィブロインのユニークな性質は、特に医療業界において注目の的になってきている。例えば、特許文献1は、純粋なフィブロインを製造するための方法と生体適合性材料としての使用及び薬剤におけるその使用とを提案している。特許文献2は、例えば低乾燥摩擦係数を備えたフィブロイン小球体の製造を記載しているが、これは医学的応用、つまり関節痛の治療のためにある。特許文献3は、例えば生体組織と一体化されることができる埋め込み型装置を作るために成形により形成することを提案している。 The unique nature of fibroin has become a focus of attention, especially in the medical industry. For example, U.S. Patent No. 6,057,077 proposes a method for producing pure fibroin and its use as a biocompatible material and its use in medicine. U.S. Patent No. 6,057,031 describes the production of fibroin globules with, for example, a low dry coefficient of friction, which is for medical applications, i.e. for the treatment of joint pain. Patent Document 3 proposes forming by molding in order to make an implantable device that can be integrated with a living tissue, for example.
特許文献4はシルク粒子を含有する塗料を記載している。塗料は、表面が触るのに快適であるように時計の表面に塗布されている。 Patent document 4 has described the coating material containing a silk particle. The paint is applied to the surface of the watch so that the surface is comfortable to touch.
本発明の一課題は、特に潤滑と摩擦学的性質に関する公知の構成要素の欠点の無い時計機ムーブメントに使用されることができる構成要素を提案することである。 One object of the present invention is to propose a component that can be used in a watch movement without the disadvantages of the known components, in particular with regard to lubrication and tribological properties.
本発明は時計機ムーブメントのための構成要素に関し、この構成要素は摩擦を受ける表面を有しており、この表面の少なくとも一部は、フィブロインを含有する材料から形成されている。 The present invention relates to a component for a watch movement , the component having a surface subject to friction, at least part of which is formed from a material containing fibroin.
フィブロインは構成要素の表面への薄い層として塗布(形成)されることができるか或いは構成要素それ自体が適切なマトリックス状態のフィブロインを含有する複合材料を含んでいる。しかし、本発明は完全にフィブロインから形成された構成要素にも関する。 Fibroin can be applied (formed) as a thin layer to the surface of the component, or the component itself comprises a composite material containing fibroin in a suitable matrix. However, the present invention also relates to a component formed entirely from fibroin.
本発明の考え方において、フィブロインは純粋な形で、もしくは高められるべきその性能を可能にする機能性添加物、例えば可塑剤類、粘着性物質類、潤滑剤類と組合せて使用されることができ、潤滑剤類は、例えば鉱油類、グリセリン類、脂質類、固体潤滑剤類またはその他のすべての適した潤滑剤物質類、顔料類等々を含んでいる。 In the context of the present invention, fibroin can be used in pure form or in combination with functional additives that allow its performance to be enhanced, for example plasticizers, adhesives, lubricants. The lubricants include, for example, mineral oils, glycerins, lipids, solid lubricants or all other suitable lubricant materials, pigments, and the like.
作られる要素に関して、本発明は動いているか又は摩擦を受ける時計の要素全てに適用されることができる。実例として、ホイール、特に歯車の作動面に言及することができる。宝石あるいは単純な軸受およびそこに嵌め込まれるディスク枢軸である。脱進機要素は脱進ホイールの歯、ツメ石、パレットのフォークとダーツ、テンプのピンとローラ、主バネとゼンマイケースを備えている。しかしこのリストは完全にはほど遠い。 With respect to the elements made, the present invention can be applied to all elements of a watch that are moving or subject to friction. By way of illustration, reference can be made to the working surface of a wheel, in particular a gear. A jewel or simple bearing and a disc pivot fitted into it. The escapement elements include escapement wheel teeth, pallet stone, pallet forks and darts, balance pins and rollers, main spring and spring case. But this list is far from complete.
本発明の実施形態の実例は添付された図により示された記載に示されている。 Illustrative embodiments of the invention are illustrated in the description illustrated by the attached figures.
本発明は図1と2に示された時計機ムーブメントのための構成要素に関して記載される。説明を容易にするために、この実施例は特に脱進機システムに言及するが、本発明がこの特定の実施形態に限定されず、摩擦を受けるどの時計構成要素も包含することを理解しておく必要がある。 The present invention will be described with reference to the components for the watch movement shown in FIGS. For ease of explanation, this example specifically refers to an escapement system, but it is understood that the present invention is not limited to this particular embodiment and encompasses any watch component that is subject to friction. It is necessary to keep.
図1に示された実施例において、時計のための脱進機システム1を見ることができる。脱進機システム1は特に脱進機プレート3を備えており、この脱進機プレートは脱進機ピニオンと固定して一体化された脱進機ホイール備えており、前記脱進機ピニオンは枢軸30上に枢着された状態で取付けられており、パレット2はパレットスタッフ23上で枢着された状態で取付けられており、ローラ4はテンプスタッフ40上で駆動される。ローラ4はノッチ42を備えた小ホイール41と(図1には示されていない)ペグを備えた大ホイール43を含む。パレット2はアーム21を備えており、このアームは脱進機プレート3の歯31と作用するツメ石22を有する。アーム21とは正反対側で、レバー20はダーツ24とフォーク25を備えている。ダーツ24は、フォーク25の不慮の変位を防ぐために小ホイール41と一緒に作動するように設計されている。フォーク25はダーツ24と一緒に垂直方向に整列された状態で取付けられており、かつペグの回転に追従して、前後の運動において、そのパレットスタッフ23の周囲で枢着する状態でパレット2を駆動するために、大ホイール43のペグと接触するように設計された二つのホーンを備えている。
In the embodiment shown in FIG. 1, an escapement system 1 for a watch can be seen. The escapement system 1 has in particular an escapement plate 3, which has an escapement wheel fixedly integrated with the escapement pinion, the escapement pinion being pivoted. The
脱進機システムは、特にツメ石22及びフォーク25の、できるだけ最小の慣性とできるだけ最大の摩擦学的性質の間の折衷物なので開発するのが難しい。従って、最小の慣性とさらに磁場に対する無反応を維持する間の、ホイールペグとフォーク25のホーン26の間の粘着を避けることは難しい。
The escapement system is difficult to develop because it is a compromise between the smallest possible inertia and the largest possible tribological property, particularly of the
本発明の一様態によれば、複数のディスクの少なくとも一部は、好ましくはそれらの摩擦性を変えるために、フィブロインを備えた層によりコーティングされている。フィブロインを備えた層は、例えばフィブロインの水溶液の蒸発乾燥により堆積された固体層、もしくは液体層またはコロイド層であってもよく、これらの層の中で、フィブロイン粒子は液体マトリックス或いはゲルマトリックス内で浮遊懸濁にされている。 According to one aspect of the present invention, at least some of the plurality of disks are preferably coated with a layer with fibroin to change their friction. The layer with fibroin may be, for example, a solid layer deposited by evaporating and drying an aqueous solution of fibroin, or a liquid or colloidal layer, in which fibroin particles are contained within a liquid or gel matrix. It is suspended in suspension.
フィブロイン層は、摩擦学的特性を高めることを目的とした添加物、例えば潤滑剤類、グリセリン、可塑剤類、粘着性物質類、顔料類もしくはその目的がフィブロインの劣化を抑制することである物質を含んでいる。 Fibroin layers are additives intended to enhance tribological properties, such as lubricants, glycerin, plasticizers, adhesives, pigments or substances whose purpose is to inhibit fibroin degradation Is included.
本発明の別の態様によれば、フィブロインは例えば樹脂から成る固体マトリックスの状態の複合材料の機能的構成要素であってもよい。この態様の変形において、複合材料は、フィブロインマトリックス及びさらに別の形態のフィブロイン材料の補強材であってもよい。 According to another aspect of the invention, fibroin may be a functional component of a composite material in the form of a solid matrix, for example made of resin. In a variation of this embodiment, the composite material may be a fibroin matrix and further forms of fibroin material reinforcement.
フィブロインが固体マトリックス、液体マトリックス或いはゲルマトリックスの状態で、分散粒子の形態で存在していると、それらの粒子は微小球体、ニードル、繊維或いはいずれかの形態の粒子であってもよい。 If fibroin is present in the form of dispersed particles in the form of a solid matrix, liquid matrix or gel matrix, the particles may be microspheres, needles, fibers or particles in any form.
別の変形実施形態において、本発明の時計構成要素は、主たる或いは二次的な材料としてのフィブロインを備えた固体のモノリシックブロックから作られていてもよい。このようなブロックは例えば高温高圧でフィブロイン材料のパウダを溶かすことにより得られる。 In another alternative embodiment, the watch component of the present invention may be made from a solid monolithic block with fibroin as the primary or secondary material. Such a block can be obtained, for example, by dissolving a powder of fibroin material at high temperature and high pressure.
本発明の構成要素は、様々な実施形態において、添加物を随意に含んでいるフィブロイン繊維の布地あるいはメッシュによりコートされることもできる。 The components of the present invention may be coated with a fibroin fiber fabric or mesh, optionally including additives, in various embodiments.
可能な実施形態において、構成要素の全表面がフィブロインを含有する層によりコートされることができる。しかしディスクの一部だけをコートすることも考えられる。例えば、パレット2はフォーク25とツメ石22の領域でだけコートされることができる。この構成で、フォーク25とツメ石22は、ペグに関連して磨滅は小さく摩擦係数は小さい。別の実施例において、脱進機ホイール3は歯31の領域でコートされることができる。同様に、ローラ4は大ホイール43のペグ領域でだけフィブロインを含有する層によりコートされることができる。
In a possible embodiment, the entire surface of the component can be coated with a layer containing fibroin. However, it is possible to coat only a part of the disc. For example, the
本発明がフィブロインの薄い層を備えていると、層が堆積される基体は、現在時計作りにおいて使用される技術、および現在時計作りにおいて使用される材料、例えば鋼、真鍮、ニッケル、銀あるいはチタンを使用して作られることができる。しかし、フィブロインが、複合材料の固体ブロックとして或いは機能構成要素(補強材および/またはマトリックス)として使用される場合、本発明による構成要素は、完全にこの材料から作られるか或いは一部がフィブロインを含有する材料から作られるであろう。 When the present invention comprises a thin layer of fibroin, the substrate on which the layer is deposited is the technology currently used in watchmaking and the materials currently used in watchmaking, such as steel, brass, nickel, silver or titanium. Can be made using. However, if fibroin is used as a solid block of a composite material or as a functional component (reinforcement and / or matrix), the component according to the invention is made entirely from this material or partly fibroin. It will be made from the material it contains.
一実施形態において、その表面がフィブロインを含有する構成要素は、固定されているが摩擦を受ける時計構成要素の製造に使用される。このような構成要素は、時計シャーシ、腕時計の(図2には描かれていない)他の可動要素を支持するために使用している、例えばプレートおよび/または受け、を含んでいる。実例として、図2は腕時計の受け50を描いている。構成要素(受け)50は、鋼、真鍮、ニッケル銀、チタン或いは他の適当な材料でできている。
In one embodiment, a component whose surface contains fibroin is used to manufacture a watch component that is fixed but subject to friction. Such components include a watch chassis, eg, a plate and / or receptacle that is used to support other movable elements (not depicted in FIG. 2) of the watch. Illustratively, FIG. 2 depicts a
さらに本発明によれば、構成要素50は、摩擦学的特性および/または摩擦抵抗特性を改めるために、フィブロインを含有する層により少なくとも一部がコートされることができる。例えば、ディスク、特にその中へディスク枢軸が駆動される構成要素の部分52を支持している部分をコートすることができる。さらに、支承部を形成している孔51の壁は、フィブロインを含有する層によりコートされることができ、従って孔の壁上の摩擦係数は低下し、支承部とそれ自体がフィブロインによりコートされることができるディスクアーバの間との摩擦トルクが改善される。このようにして、ルビー軸受(宝石軸受)を通すことが可能であり、このルビー軸受上で枢軸は正常に取付けられる。
Further in accordance with the present invention,
異なる実施形態によれば、支承部を形成している孔51は、この受け50上へ固定されるフィブロインを含有する材料で継目無しにできている。
According to a different embodiment, the
本発明による構成要素50の長所は、厚さがかなり薄いプレートと受けをもたらすことができることである。従ってより薄い腕時計を製造することが可能になる。別の長所は、高い精度を備えた単一片の構成要素(シャーシ、プレートおよび/または受け)を作ることができることであるのと同時に、組立工程により誘発される欠点を回避する(ジュウェリング)。
The advantage of the
本発明の実施形態は、時計機ムーブメントの構成要素におけるフィブロインを含有する材料の使用である。コーティングあるいは複合物としての、固形の構成要素を製造するための方法は、二つの工程を備えている。第一の工程は、実験条件を調節することにあり、それにより、原材料が流れるか或いは放出されて物体を形成することができる。この第一の段階は特に適したタンパク質溶液を作ることを意味する。第二の工程は、原材料をゲル状態に導くか或いは原材料をゾル−ゲル転移点近くに導くために、原材料の状態を調節することにある。 An embodiment of the present invention is the use of a material containing fibroin in a component of a watch movement . The process for producing a solid component as a coating or composite comprises two steps. The first step is to adjust the experimental conditions so that the raw material can flow or be released to form the object. This first step means making a particularly suitable protein solution. The second step consists in adjusting the state of the raw material in order to bring the raw material into a gel state or to bring the raw material close to the sol-gel transition point.
シルクフィブロインを分解に至らすために、処理は一つ或いは幾つかの溶媒を必要とし、これらの溶媒とは、例えば水性溶媒、フッ化溶媒、イオン液体あるいはさらに強い酸であってもよい。しかし、フィブロインの一部は不溶性でありかつ溶液中で懸濁浮遊状態にある。この固形物は、例えば遠心分離により或いは加圧濾過により溶液から分離されるのが好ましい。 The treatment requires one or several solvents to bring about the degradation of silk fibroin, which may be, for example, an aqueous solvent, a fluorinated solvent, an ionic liquid or a stronger acid. However, some of the fibroin is insoluble and is suspended in suspension in the solution. This solid is preferably separated from the solution, for example by centrifugation or by pressure filtration.
分解処理に続いて、添加物が加えられることができる。これらの添加物は、例えば着色顔料類、使用防止のインサート類、ポリマー類、脂質又は油類、粉末類、表面活性剤類などであってもよい。この段階では、例えば特別な組織を目的とするために、すなわち複合物を作るために或いは得られる材料の化学的かつ物理的な特性を変えるために、第一の溶液に第二の溶液或いは複数の溶液を混合することも可能である。 Following the decomposition process, additives can be added. These additives may be, for example, colored pigments, anti-use inserts, polymers, lipids or oils, powders, surfactants and the like. At this stage, for example, for the purpose of a special tissue, i.e. to make a composite, or to change the chemical and physical properties of the resulting material, the first solution may contain a second solution or a plurality of solutions. It is also possible to mix these solutions.
フィブロイン分解の工程後、材料の成形になる。抜粋リストとして、成形はカプセル、球体、繊維、泡、ゼリー状の単一の固体の形状で、或いはそれらの組合せにより行われることができる。先に記載された異なる構造の成形は、鋳造、紡績、電気紡績、プロジェクション又はさらに(抜粋的に)析出(precipitation)のような多くの方法により、或いは成型による一体構造の形態で行われることができる。 After the fibroin decomposition step, the material is molded. As an excerpt list, molding can be done in a single solid form of capsules, spheres, fibers, foams, jellies, or a combination thereof. Molding of the different structures described above can be done by many methods such as casting, spinning, electrospinning, projection or even (extractively) precipitation, or in the form of a monolithic structure by molding. it can.
その自己潤滑性により、開発される材料は時計機ムーブメントに従来使用される液体潤滑剤に対して置換えられることができるのが有利である。本発明の材料に関して行われる試験は、mm/sのオーダーでの相対速度条件で鋼と接触する間の50MPaの接触圧の場合、0.03と同程度の低い動摩擦係数をもたらす。この低い係数はかなりの摩擦距離(>1km)に関して維持される。そうでなければ他の全ての条件が同等である状態で、この動摩擦係数は、ダイヤモンドとダイヤモンドの接触の場合に測定された摩擦係数よりも低い。 Due to its self-lubricating properties, it is advantageous that the developed material can be replaced with liquid lubricants conventionally used in watchmaking movements . Tests performed on the material of the present invention yield a dynamic coefficient of friction as low as 0.03 for a contact pressure of 50 MPa while in contact with steel at relative speed conditions in the order of mm / s. This low coefficient is maintained for a considerable friction distance (> 1 km). Otherwise, with all other conditions being equal, this dynamic friction coefficient is lower than the friction coefficient measured in the case of diamond-to-diamond contact.
時計作りの分野で従来使用される湿度の高い潤滑と比べて、乾式潤滑において作用する構成要素の使用は、機構の清掃、排液および注油に必要な時間を短縮することを可能にする一方で、保証期間は延びる。 While the use of components acting in dry lubrication, compared to the high humidity lubrication traditionally used in the watchmaking field, makes it possible to reduce the time required to clean, drain and lubricate the mechanism The warranty period is extended.
摩擦学的特性の補完的役割をするものとして、鋼の密度(約7g/cm3)と比べて本材料の低い密度(約1.2g/cm3)により、伝達性能は(特に慣性モーメントを低減させることにより)高められることができ、従って時計機ムーブメントの全体的稼働余力は高められる。 As being complementary roles of tribological properties, the density of the steel lower density of this material as compared to (about 7 g / cm 3) (about 1.2 g / cm 3), transfer performance (in particular the moment of inertia Can be increased) and thus the overall working capacity of the watch movement is increased.
比較の目的で、構成要素の密度と機械特性、特にこれらのヤング率(約12GPa)とこれらの硬度(約30HV)は、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)類のプラスチック部品の機械特性に近い。しかし、特に摩擦と磨耗係数の面での摩擦学的特性は極めて優れている。 For comparison purposes, the density and mechanical properties of the components, in particular their Young's modulus (about 12 GPa) and their hardness (about 30 HV), are close to the mechanical properties of plastic parts of polyetheretherketone (PEEK) s. However, the tribological properties are particularly excellent in terms of friction and wear coefficient.
開発される構成要素は、耐化学薬品性の時計作り試験および気候試験、特に合成した汗試験、塩分を含んだ霧試験あるいは更に熱帯気候試験、を見事に立証する。 The components to be developed successfully demonstrate chemical-resistant watchmaking and climate tests, especially synthetic sweat tests, salty fog tests or even tropical climate tests.
1 脱進機システム
2 パレット
20 レバー
21 アーム
22 ツメ石
23 パレットスタッフ
24 ダーツ
25 フォーク
26 ホーン
3 脱進機プレート
30 脱進機枢軸
31 脱進機ホイールの歯
32 ハブ
4 ローラ
40 テンプスタッフ
41 小ホイール
42 ノッチ
43 大ホイール
50 受け
51 孔
52 部分
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