JP6782813B2 - 複合材料からなる外装部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料からなる時計用または宝石用の外装部品を製造するための方法に関する。より詳細には、複合材料の補強材を３Ｄ印刷するステップを含む製造方法に関する。本発明はまた、複合材料とともに作られた時計用または宝石用の外装部品に関する。

軽量であるという理由で、金属合金は、プラスチック材料で置き換えられ得る。プラスチック材料の性質を改善するために、粒子、繊維、または構造の形態で補強材が使用される。たとえば、時計の分野では、ミドルケースの内側に金属構造を有するＳｗａｔｃｈ Ｓｋｉｎウォッチが知られている。この補強材は、打ち抜き加工によって製造され、いくつかの欠点を有する。補強材の形成は、高価な設備を必要とし、作成されるべき幾何学形状の複雑さとともに増加する多数の切断、引き抜き、曲げ、および冷間加工作業を伴う。さらに、打ち抜き加工によって製造され得る幾何学形状は限られている。構造を補強する機能を維持しながら、時計をより軽量にするために、より複雑な幾何学形状、たとえば、ハニカム形状が望ましい場合がある。

したがって、本発明の目的は、技術的および／または審美的な考慮にしたがって自由に選択される幾何学形状を有する補強材を含む、時計用または宝石用の外装部品を製造するための方法を提案することである。

この目的のために、補強材は、積層造形によって作られ得る。これにより、重量および強度の基準、そして恐らくは審美的な基準にしたがって、最適化された構造を有する補強材を製造することが可能になる。

それによって得られた補強材は、次に、全体的にまたは部分的に合成材料に埋め込まれ、部品に、所望の最終形状が与えられる。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、非限定的な例として与えられる以下の好適な実施形態の記載において明らかになるであろう。

本発明の方法を用いた積層造形によって作られたミドルケース用の補強材の三次元図を表す。 本発明の方法にしたがって合成材料でオーバーモールドされた同じ補強材を表す。 図１Ａの補強材の変形例を、製造工程中に補強材に可溶性または可融性のコアを取り付ける追加のステップである図２Ｂとともに表す。 製造工程中に補強材に可溶性または可融性のコアを取り付ける追加のステップを表す。 図１Ｂと同様に、コアを備えた補強材をオーバーモールドするステップを表す。 コアの溶解または融合後にオーバーモールドされた補強材を表す。

本発明は、より一般的には、合成材料と呼ばれる有機マトリックスと、補強材とを含む複合材料で作られた時計用または宝石用の外装部品を製造するための方法に関する。外装部品は、時計ケース、ミドルケース、バックケース、ベゼル、ブレスレット、ブレスレットリンク、ダイヤル、ハンド、プッシャ等であり得る。例として、図１Ｂおよび図２Ｄでは、ミドルケース１である。補強材である補強材２の目的は、マトリックスを強化すること、および／または、マトリックスが透明である場合に、部品に、特定の審美的効果を与えることである。このワンピースからなる補強材は、実際に、無制限の種類の幾何学形状を有し得る。それは、部品をより軽量にするために、有孔構造を形成するという特徴を有する。図１Ａに表されるように、補強材２は、すべてまたは一部がハニカム構造を備え得る。例示された例では、時計ケースの角部を形成することを意図された部分２ａにハニカム構造が配置されている。補強材２はまた、図１Ａおよび図２Ａに表されるように、１つまたは複数の有孔壁２ｂから形成され得る。補強材２はまた、図１Ａの変形例のために、有孔壁２ｂによって覆われた基部２ｅを含み得る。補強材２はまた、ブレスレットアタッチメント、プッシャチューブまたはクラウンチューブ、クリスタル、ベゼル、およびバックカバーのような追加の要素の部品に、後で取り付けるためのオリフィス、ピボット、溝、凹部等のような機能領域２ｃをも含み得る。補強材は、金属合金、および有利なことに、その低い密度のために選択されたチタン合金またはアルミニウム合金からなり得る。補強材はまた、セラミック（アルミナ、ジルコニア等）または有機材料からなり得る。この後者の場合、補強材の有機材料は、マトリックスのものよりも優れた機械的性質を有し、有利なことに、以下のポリマー、すなわち、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＥＩ（ポリエチレンイミン）、ＰＡ（ポリアミド）の中から選択され、これらのポリマーは、シリカや、たとえばＭａｔｅｒｉａｌｉｓｅ社によってＡｌｕｍｉｄｅの商品名で販売されているようなアルミニウム充填ポリアミド粉末のようなアルミニウム等とともに炭素充填され得る、たとえば、Ｗｉｎｄｆｏｒｍ社によってＷｉｎｄｆｏｒｍ ＸＴ ２．０の商品名で販売されているような炭素充填ポリアミドである。

補強材２は、全体的または部分的に合成材料３に埋め込まれ、複合材料のマトリックスを形成する（図１Ｂおよび図２Ｄ）。合成材料は、たとえば、フッ素化エラストマ（ＦＫ、ＦＦＫＭ）、ポリウレタンエラストマ（ＰＵＲ）、シリコン、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）、またはエポキシのような熱硬化性材料であり得る。例として、複合材料は、アルミニウム合金からなる補強材をコーティングするエポキシ樹脂マトリックスを含み得る。合成材料は透明であってもよく、これにより、部品の内側で補強材を見ることが可能となる。

変形によれば、特定の審美的効果を提供するために、マトリックスの材料は、アルカリ土類酸化物タイプの希土類ドープ燐光顔料と混合される。たとえば、燐光顔料は、ユーロピウムおよびジスプロシウムをドープしたアルミン酸ストロンチウム、ケイ酸ストロンチウム、ケイ酸バリウム、またはケイ酸カルシウムであり得る。

本発明にしたがって複合材料を製造するための方法は、（図１Ａおよび図１Ｂ）にある３つのステップを含む。
ａ）たとえばＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ（登録商標）のような適切なプログラムを使用して、補強材構造の３Ｄファイルを作成する。構造の幾何学形状は、審美的および／または技術的考察にしたがって選択される。ＣＡＤトポロジ最適化ツールを使用して、この構造の幾何学形状を規定し、使用される材料の量、したがって構造の質量を最小限に抑えることができ得る。この構造はまた、製造工程中の印刷支持体の使用を可能な限り回避するように特徴付けられ得る。
ｂ）積層造形による補強材２の製造（図１Ａ）。多くの方法が適用され得る。非網羅的な方式では、以下の印刷工程、すなわち、バインダ噴射、指向性エネルギ付与、材料押出し、材料噴射、パウダーベッド融合、シートラミネーション、バット光重合が挙げられ得る。補強材構造は、補強材の最終的な形状を得るために、連続した層の積み重ねによって形成される。Ｃａｒｂｏｎ社の「ＣＬＩＰ」法（連続液相製造）のような積層造形技術では、層効果は無視できるかまたは存在しないかもしれない。たとえばシートラミネーションを使用するｍＣｏｒおよびＦａｂｒｉｓｏｎｉｃのような他の技術では、積み重ねられた層の厚さは、０．１から０．２ｍｍのオーダである。
ｃ）補強材２のすべてまたは一部を、合成材料３に埋め込む（図１Ｂ）。補強材を埋め込むことにあるステップは、マトリックスを形成することを意図された合成材料を用いて、射出成形、コーティング、または浸透によって、オーバーモールドすることによって達成され得る。合成材料は、有孔構造全体を覆い充填するか、または、補強材を一部のみ覆って充填し得る。後者の場合、補強材は、最終製品中に部分的に露出している。

製造方法は、ステップｃ）の前に、補強材に対して実行されるオプションの仕上げステップ（図示せず）を含み得る。これは、その後の追加要素の組み立てのために使用される機能領域上の正確な幾何学形状および寸法を得る目的のための機械加工作業であり得る。この機械加工作業もまた、審美的目的を有し得る。この機械加工作業は、補強材がまだ印刷支持板上にあるときに実行され得る。この機械加工作業はまた、補強材を保護し、および／または、その審美性を改善する目的で、レーザ構造化、陽極酸化、ＰＶＤ堆積等のような表面処理からなり得る。製造方法はまた、所望の最終的な幾何学形状を得るために、オプションの仕上げステップ、より具体的には、ステップｃ）の後の機械加工作業を含み得る。機能領域なしで補強材を製造し、次いで、ステップｃ）から得られる部品上にこれらの領域を機械加工することを想定することも可能である。

図２Ａ〜図２Ｄに表される方法の変形によれば、補強材２は、ステップｃ）の後に空のままであることが意図された１つまたは複数のキャビティ２Ｄを含み得る。この目的のために、ステップｃ）の前に、可溶性または可融性のコア４が、これらのキャビティの内側に取り付けられる（図２Ｂ〜図２Ｃ）。コア４は、たとえば、水溶性ポリ（ビニルアルコール）コアであり得る。ステップｃ）の後、コア４が溶解または溶融され、キャビティを解放する（図２Ｄ）。

結局、合成マトリックスに埋め込まれた有孔補強材のおかげで、外装部品は、極端に軽くなお強い。部品の審美的外観はまた、合成マトリックスの透明性および補強材の設計に作用することによって調節され得る。

１ ミドルケース
２ 補強材
２ａ ハニカム形状のパーツ
２ｂ 有孔壁
２ｃ 機能領域
２ｄ キャビティ
２ｅ 基部
３ 合成材料
４ コア

Claims (17)

1. 構造体で形成された補強材（２）と、合成材料（３）で構成されたマトリックスとを含む複合材料からなる時計用または宝石用の外装部品を製造するための方法であって、前記方法は、
   ａ）前記補強材（２）の３Ｄファイルを作成すること、
   ｂ）前記３Ｄファイルに基づいて、積層造形によって前記補強材（２）を形成すること、
   ｃ）前記補強材（２）のすべてまたは一部を、前記合成材料（３）に埋め込むことにある連続ステップを含み、
   ステップｃ）の前に、ステップｃ）の後に空のままであることを意図された前記補強材（２）の１つまたは複数のキャビティ（２ｄ）にそれぞれ、１つまたは複数の可融性または可溶性コア（４）を挿入するステップと、
   ステップｃ）の後に、前記コア（４）を融解または溶解するステップとをも含むことを特徴とする、方法。
2. 前記補強材構造は孔を空けられていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、ステップｂ）とステップｃ）との間に前記補強材（２）を仕上げるステップを含み、前記仕上げるステップは、前記補強材（２）の機械加工ステップおよび／または表面処理ステップからなることを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
4. 前記表面処理ステップは、前記補強材（２）の表面を構造化すること、および／または、前記補強材（２）の表面にコーティングを堆積することにあることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記方法は、ステップｃ）の後に仕上げステップを含み、前記仕上げステップは、前記部品にその最終的な幾何学形状を与えるための機械加工ステップからなることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. ステップｃ）は、オーバーモールド、コーティング、または浸透によって実行されることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
7. ステップｂ）から得られる前記補強材（２）は、１つまたは複数のハニカム形状のパーツ（２ａ）、および／または、孔を有する１つまたは複数の壁（２ｂ）、および／または、前記部品に要素を取り付けるための１つまたは複数の機能領域（２ｃ）を含むことを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 合成材料（３）で構成されたマトリックスと、積層造形によって得られた有孔構造を有する補強材（２）とを含む複合材料からなり、
   前記合成材料は透明であり、少なくとも１つの前記有孔構造は空の貫通する開口を有し、前記補強材（２）のすべてまたは一部は記合成材料（３）によってオーバーモールドされている時計用または宝石用の外装部品。
9. 前記有孔構造は、１つまたは複数のハニカム形状のパーツ（２ａ）、および／または、孔を有する１つまたは複数の壁（２ｂ）を含むことを特徴とする、請求項８に記載の部品。
10. 前記補強材（２）は、後に前記部品上に要素を取り付けるためのオリフィス、溝、凹部、ピボットのような機能領域（２ｃ）を含むことを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の部品。
11. 前記補強材（２）は、セラミック、金属、または有機材料からなることを特徴とする、請求項８から請求項１０のいずれかに記載の部品。
12. 前記補強材（２）は、チタン合金またはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項８から請求項１１のいずれかに記載の部品。
13. 前記補強材（２）は、ＰＥＥＫ、ＡＢＳ、ＰＥＩ、およびＰＡを含むリストから選択されるポリマーからなることを特徴とする、請求項８から請求項１１のいずれかに記載の部品。
14. 前記合成材料（３）は、フッ素化エラストマ（ＦＫ、ＦＦＫＭ）、ポリウレタンエラストマ（ＰＵＲ）、シリコン、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）、または熱硬化性材料を含むリストから選択された樹脂からなることを特徴とする、請求項８から請求項１３のいずれかに記載の部品。
15. 前記合成材料（３）は、エポキシ樹脂から作られていることを特徴とする、請求項８から請求項１４のいずれかに記載の部品。
16. 前記部品は、時計ケース、ミドルケース（１）、バックケース、ベゼル、ブレスレット、ブレスレットリンク、ダイヤル、プッシャ、およびハンドを含むリストから選択されることを特徴とする、請求項８から請求項１５のいずれかに記載の部品。
17. 前記部品は、前記ミドルケース（１）の角部に配置されたいくつかのハニカム形状のパーツ（２ａ）を有する前記補強材（２）を有するミドルケース（１）であることを特徴とする、請求項１６に記載の部品。

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