CN107077095A - 具有包括丝素蛋白的表面的钟表部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有经受摩擦的表面的部件，其中，所述表面的至少一部分由包括丝素蛋白的材料形成。丝素蛋白可以作为薄层涂覆到表面，或者部件本身可以包括在合适的基质中结合丝素蛋白的复合材料。此外，本发明还涉及完全由丝素蛋白制成的部件。

Description

具有包括丝素蛋白的表面的钟表部件

技术领域

本发明涉及经受摩擦并且需要良好的摩擦性质的钟表机芯的部件。具体但非排它地，本发明涉及手表的轴承、齿轮系、擒纵机构或主发条。

背景技术

在随后将通过钟表领域更具体地说明的微技术领域中，已知对具有经受摩擦的表面的部件进行润滑。通常通过施加通常基于碳氢化合物、碳氟化合物或硅酮的润滑油或润滑剂来实现润滑。然而，该解决方案并不是没有缺点的。

由于化学变化以及污染，润滑油和润滑剂随着时间经受其润滑能力的退化，使得通过这些方式进行润滑的任何机芯应当定期进行拆卸、清洁以及重新润滑。

在微技术领域，且尤其在钟表领域，需要能够代替钢、白铜或通常使用的金属且同时具有较低密度的结构材料。这种材料尤其允许改进机械机构的能量效率，且尤其是改进擒纵机构和钟表机芯的能量效率。

为此目的,已知采用由聚合物技术制成的元件的手表机芯，例如PEEK（聚醚醚酮）。然而，这些实施方式不能达到传统金属部件的耐久性和可靠性。

众所周知地，丝是由家蚕蝴蝶的幼虫所产生的天然纤维，并且其在传统上从数千年以来以线和织物的形式进行使用。

丝的机械性质是由于形成丝线的中心的称为丝素蛋白的蛋白质。丝素蛋白是一种高度不溶性蛋白质，丝素蛋白主要（高达90％）由以下氨基酸组成：甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸，并且其具有纤维结构和极高的机械阻力。尽管使用得更少，但是还存在由昆虫或蜘蛛纲动物所产生的其它天然纤维，其也含有丝素蛋白并且由于其机械品质而闻名。本发明涉及具有无论来自于天然源还是人工源的丝素蛋白的手表部件。本发明的实施方式可以具体但非排它地使用从家蚕的茧或其它鳞翅目昆虫的幼虫、蜘蛛以及细胞培养的细菌、酵母、霉菌中获得的丝素蛋白。在本发明的范围内，丝素蛋白可以从经遗传改变的有机体中获得。

丝素蛋白的独特性质已经是非常令人关注的对象，尤其是在医疗行业中。例如，WO2014011644提出了允许生产纯丝素蛋白的方法及其作为生物相容性材料以及在药物中的用途。例如，WO2013163407描述了具有低的干摩擦系数的丝素蛋白微球的生产，然而这是为了医疗应用：关节疼痛的治疗。例如，WO2012145594提出了通过模制成型以实现可植入装置，并且该可植入装置能够与活体组织合成一体。

专利申请JP11042106描述了包括丝的微粒的涂料。将该涂料涂覆在手表的表面上以使得表面对于触摸是舒适的。

发明内容

本发明的目的是提出可用于钟表机芯中的部件，其没有已知部件的限制，尤其是在润滑和摩擦性质方面。

本发明涉及一种具有经受摩擦的表面的部件，其中，该表面的至少一部分由包括丝素蛋白的材料形成。

丝素蛋白可以作为薄层涂覆至部件的表面，或者部件本身可以包括在合适的基质中结合丝素蛋白的复合材料。此外，本发明还涉及完全由丝素蛋白制成的部件。

在本发明的范围中，丝素蛋白可以纯的状态进行使用，或者与允许改进其性能的功能添加剂组合使用，例如增塑剂、黏合剂和润滑剂，这些后者包括例如矿物油、甘油、脂类、固体润滑剂或任何其它合适的润滑物质、色素以及诸如此类的物质。

对于所制造的元件而言，本发明可以应用于手表的在机芯中或经受摩擦的所有部件。举例来说，可以涉及轮，且特别是齿轮传动系的工作表面；具有宝石的或简单的轴衬以及容纳在其中的活动轴；擒纵机构包括擒纵轮的轮齿、叉瓦（palette）、叉头和擒纵叉的叉头钉、销、摆盘；主发条和发条盒。然而，该列表远不是详尽的。

附图说明

在通过附图示出的描述中指出本发明的实施的示例，其中：

图1示出根据实施方式的钟表擒纵系统；以及

图2示出根据实施方式的手表的桥（pont）。

具体实施方式

现在将参照用于图1和图2中示出的钟表机芯的部件来描述本发明。为了简化描述，该示例具体指的是擒纵系统，但应当理解的是，本发明不限于该具体实施方式并且包括经受摩擦的任何钟表部件。

在图1所示的示例中，可以看到用于钟表件的擒纵系统1。擒纵系统1尤其包括擒纵活动部3，该擒纵活动部3包括与擒纵小齿轮联接且可枢转地安装在轴30上的擒纵轮、可枢转地安装在擒纵叉轴23上的擒纵叉2以及嵌在摆轴40上的盘4。盘4包括设有叉槽42的小盘41和设有销（在图1中未示出）的大盘43。擒纵叉2包括臂21，该臂21包括与擒纵轮3的多个轮齿31协作的叉瓦（levée）22。在与臂21相对的端部处，叉身20包括叉头钉24和叉头25。叉头钉24设计成与小盘41协作，以便防止叉头25的意外的位移。叉头25优选地安装成与叉头钉24垂直，并且包括两个叉角26，该叉角26设计来与大盘43的销达到接触，以便随着销的旋转驱动擒纵叉2以往复运动的方式围绕其叉轴23进行枢转。

难以开发擒纵系统，因为它们是在可能的最小的惯性和可能的最佳的摩擦性质之间的折衷，特别是叉瓦22和叉头25。因此，难以避免盘的销和叉头25的叉角26之间的贴紧，且同时保持最小的惯性以及对磁场的不敏感性。

根据本发明的一个方面，活动部至少部分地涂覆有包括丝素蛋白的层，以便有利地改变其摩擦性。包括丝素蛋白的层可以是例如通过蒸发丝素蛋白的水溶液所沉积的固体层，或者还可以是液体层或胶体层，其中丝素蛋白颗粒悬浮在液体基质或凝胶基质中。

有利地，丝素蛋白的层包括旨在改进摩擦特征的添加剂，例如润滑剂、甘油、增塑剂、黏合剂、色素或目的是抑制丝素蛋白退化的物质。

根据本发明的另一方面，丝素蛋白可以是在例如由树脂组成的固体基质中的复合材料的功能组分。在该方面的一个变型中，复合材料可以具有丝素蛋白制成的基质，并且还具有另一种形式的丝素蛋白材料的增强物。

当丝素蛋白以分散颗粒形式存在于固体、液体或凝胶基质中时，它们可以是任何形式的微球、针、纤维或晶粒或颗粒。

根据另一变型，本发明的钟表部件可以由包括丝素蛋白作为主要或次要成分的整体的实心块制成。这样的块可以例如通过使丝素蛋白材料的粉末在高温和高压下熔融所制成。

在变型中，本发明的部件还可以通过丝素蛋白纤维的织物或网状物进行包覆，其可选地包括添加剂。

在可能的实施方式中，部件的整个表面可以涂覆含有丝素蛋白的层。然而，可以预见到到仅涂覆活动部的一部分。例如，擒纵叉2可以仅在叉头25和叉瓦22处被涂覆。在此构型中，叉头25和叉瓦22在与销联接时具有较低的磨损和较低的摩擦系数。在另一个示例中，擒纵活动部3可以在轮齿31处被涂覆。类似地，盘4可以仅在大盘43的销处被涂覆含有丝素蛋白的层。

当本发明包括丝素蛋白的薄层时，其上沉积有该层的基材可根据通常在钟表中通常采用的技术和材料制成，例如钢、黄铜、白铜或钛。相反，如果丝素蛋白用作实心块或复合材料的功能组分（增强物和/或基质），则本发明的部件完全由该材料制成，或者包括由含有丝素蛋白的材料制成的一部分。

在实施方式中，表面含有丝素蛋白的部件用于制造固定但经受摩擦的钟表部件。这样的部件可以包括手表的用于支撑手表的其它活动机构（图2中未示出）的机架，例如板和/或桥。作为说明，图2示出手表的桥50。部件50可以由钢、黄铜、白铜、钛或任何其它合适的材料制成。

仍然根据本发明，部件50可以至少部分地涂覆有包括丝素蛋白的层，以便改变摩擦性和/或耐摩擦性特征。例如，该层可以涂覆支撑活动部的部分，尤其是嵌入活动部的枢轴的部件的部分52。更具体地，孔51的形成支座（palier）的壁可以涂覆有包括丝素蛋白的层，从而降低孔壁上的摩擦系数，并且改善支座和活动部的轴之间的摩擦力矩，该活动部的轴本身可以涂覆有丝素蛋白。以这种方式，可能通过由红宝石（或宝石）制成的轴衬，其上通常安装有枢轴。

根据变型，形成支座的孔51是在由含有丝素蛋白的材料制成的工件中，该工件固定在桥50上。

根据本发明的部件50的一个优点是允许实施厚度非常小的板和桥。因此，制造更薄的手表壳变成可能的。另一个优点是能够以高精度制造单一件形式的部件（机架、板和/或桥），且同时避免由安装步骤（以宝石进行装饰）所引起的缺点。尽管部件的厚度较小，但是其平整度和精度得到改进。

本发明的一个实施方式涉及在用于钟表机芯的部件中使用包括丝素蛋白的材料。用于制备具有覆层或复合材料的实心形式的部件的方法包括两个步骤：第一步骤在于调节允许引起原材料进行流动或被喷射的实验条件以形成物体；该第一阶段尤其需要制备合适的蛋白质溶液。第二步骤在于调整原材料的条件，以便要么使原材料达到凝胶状态，要么使其接近溶胶-凝胶转变点。

为了达到丝素蛋白的溶解，该方法需要一种或几种溶剂，这些溶剂例如可以是水性溶剂、含氟溶剂、离子液体或甚至是例如强酸的溶剂。然而，一部分的丝素蛋白可能在溶液中保持不溶解并处于悬浮。优选地，例如通过离心或通过压力-过滤从溶液中除去该固体物质。

在溶解步骤后，可以加入添加剂。这些添加剂可以是例如颜色色素、抗磨损附着物、聚合物、润滑剂或润滑油、粉末、表面活性剂等。在该阶段中，也可能进行第一溶液与第二溶液或多种溶液的混合，这样使得产生复合物或者以便于改变所获得的材料的化学和物理性质，以便于例如达到特定的形态。

在丝素蛋白的溶解步骤之后是材料的成型。以非详尽的方式，这种成型能够实现成胶囊、球、纤维、泡沫、整体凝胶状实心体（massif）或前述项的组合的形式。先前描述的不同结构的成型可以通过许多方法来实现，例如模制、纺丝、电纺丝、喷射甚至或是沉淀（非详尽），或通过模制整体成型。

由于其自润滑性质，所开发的材料可有利地替代传统上在钟表机芯中所使用的液体润滑剂。在数量级为mm/s的相对速度条件下，在以接触压力为50Mpa的条件下在与钢接触期间，对本发明的材料进行的测试已经表明了动态摩擦系数低至0.03。此较低的系数保持了相当大的摩擦距离（>1km）。在所有其它条件相等的情况下，此摩擦系数低于对于金刚石/金刚石接触所测量到的摩擦系数。

与在钟表领域中通常使用的湿润润滑剂相比，使用以干润滑运行的部件允许减少机芯的清洁、放油和上油所需的时间，且同时增加其质保期。

作为对摩擦性质的补充，与钢（约7g/cm³）相比，该材料的低密度（约1.2g/cm³）允许（尤其通过减小惯性矩）改进传动效率，并因此改进钟表机芯的总体运行的储能。

作为比较，部件的密度和机械性质，以及尤其是其杨氏模量（约12GPa）和其硬度（约30HV​​）接近于PEEK类型的塑料部件的密度和机械性能以及杨氏模量和硬度。相反，摩擦性能尤其是在摩擦和磨损系数方面非常优越的。

所开发的部件成功地验证了耐化学试剂和钟表气候的测试，特别是合成汗液、盐雾甚至或是热带气候的测试。

附图中采用的附图标记

1 擒纵系统

2 擒纵叉

20 叉身

21 臂

22 叉瓦

23 擒纵叉轴

24 叉头钉

25 叉头

26 叉角

3 擒纵轮

30 擒纵小齿轮

31 擒纵轮齿

32 轮毂

4 盘

40 摆轴

41 小盘

42 叉槽

43 大盘

50 桥

51 孔

52 部分

Claims (15)

1.一种用于钟表件的部件，所述部件具有经受摩擦的表面，其特征在于，所述表面的至少部分由包括丝素蛋白的材料形成。

2.根据权利要求1所述的部件，其中，经受摩擦的所述表面是以下之一：安装在轴衬上的枢转轴的表面；设计来接收枢转轴的轴衬的支撑表面；擒纵机构的驱动表面；擒纵叉的叉瓦的表面；轮齿的接触表面；主发条表面；发条盒的内表面。

3.根据权利要求1或2所述的部件，其中，所述表面至少部分地涂覆有至少一层丝素蛋白或者覆盖有丝素蛋白的织物纤维的或网状纤维的组合。

4.根据权利要求1或2所述的部件，其中，所述材料是在聚合物基质、合成基质或金属基质中具有丝素蛋白的颗粒和/或微球和/或小粒和/或纤维的复合材料。

5.根据权利要求1或2所述的部件，其中，丝素蛋白包括在固体基质中，所述固体基质尤其是树脂。

6.根据权利要求1或2所述的部件，其中，所述丝素蛋白是凝胶形式的。

7.根据权利要求1或2所述的部件，其包括由丝素蛋白制成的实心元件。

8.根据权利要求3所述的部件，其中，所述覆层具有介于2和100μm之间的厚度。

9.根据权利要求1至8中一项所述的部件，其中，丝素蛋白的材料包括旨在改进摩擦特征的添加剂。

10.根据权利要求1和3至9中一项所述的部件，其形成钟表机架的固定部件，所述固定部件用于支撑至少一个活动机构。

11.根据权利要求1和3至9中一项所述的部件，其形成活动机构，所述活动机构设计成枢转安装在由钟表机架的固定部件所支撑的轴上。

12.根据权利要求1至11中一项所述的部件，其完全由包括丝素蛋白的材料所制成。

13.一种用于钟表机芯的擒纵系统，其包括根据权利要求1和3至9中一项所述的部件，所述部件是擒纵机构中之一并且所述表面经受摩擦，所述表面属于以下中的一个：擒纵轮的轮齿、叉瓦、叉头、擒纵叉的叉头钉、销、摆盘、主发条和发条盒。

14.一种钟表机芯，其包括至少一个根据权利要求1至12中一项所述的部件。

15.一种钟表件，其包括至少一个根据权利要求1至12中一项所述的部件。