JP2015500474A - 複合材料からなるぜんまいのための耐摩耗性塗膜 - Google Patents

Abstract

時計のムーブメントを駆動するためのぜんまいであって、該ぜんまいは、繊維を含むポリマーマトリックスを含む材料から製造され、該ぜんまいは、熱硬化性ポリマー又は熱可塑性ポリマーを含む塗膜を有する。提案される該ぜんまいは、ぜんまいの回転時の摩擦を低減する。

Description

本発明は、機械式時計のムーブメントにおける駆動要素のための塗装されたぜんまいに関する。塗膜（コーティング）は、ばねのコイルの摩擦作用を低減することを可能にし、そして良好な凝集性を有する。

たる形の渦巻きばねは、腕時計を作動させるのに必要な機械エネルギーを蓄えるのを可能にする要素である。一般に、その幾何学的寸法及びそれが含む材料の機械的特性は、該渦巻きばねが蓄えることのできる潜在エネルギー及び供給する最大トルクで決定される。ばねのリボンが巻きほどかれることによって、腕時計を作動させるのに必要なエネルギーが生じる。図１は、ぜんまいケース（ｂａｒｉｌｌｅｔ）２に収容されるぜんまい１の拡大図を示している。ばねのリボンの形状は、反転されたＳ字と認められる形状に展開されている（図２及び“Ｔｈｅｏｒｉｅ ｄ’ｈｏｒｌｏｇｅｒｉｅ” ［Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｈｏｒｏｌｏｇｙ］ ｂｙ Ｃ−Ａ Ｒｅｙｍｏｎｄｉｎ ｅｔ ａｌ．，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｄｅｓ Ｅｃｏｌｅｓ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ［Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｃｈｏｏｌｓ］，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，１９９８（非特許文献１）を参照）。その特別な形状により、ばねが巻かれた状態であればいつでも、比較的一定のトルクの生成を可能にする。ぜんまいが巻かれている際に占有する表面積と、ぜんまいケースに残る空いている部分との比が約５０％である時に、ぜんまいによって蓄えられる。

時計製造業者等は、バレル（香箱（ぜんまいケース））の体積、つまり、嵩を増大することなく、つまり、ぜんまいのエネルギー蓄積能を増大させることによって予備力を有する機械式時計を常に探求している。その努力は、主として、特に、摩擦作用に起因するエネルギー損失を低減することに向けられている。それ故、内部の摩擦作用を制限するために、滑層、例えば、金属又はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のコーティング材でぜんまいを塗工することが提案されている。

しかしながら、ばねの塗膜はいくつかの制限に耐えねばならない。一方で、コイル間の摩擦を低減に関与しなければならず、他方で、ばねの材料の凝集性全体にも関与しなければならない。しかしながら、巻かれた位置と巻きほどかれた位置との間において、ばねの表面は非常に大きな変形にさらされる。上述のコーティング材の場合、そのような変形の繰り返しに際し、巻き上げ及び巻き戻しの間に塗膜の破壊又は剥離する可能性がある。同じ理由で、セラミック又はダイヤモンドから製造された塗膜のように、弾性挙動が共有結合か又はイオン結合によって与えられる塗膜の場合、ばねにより塗膜の十分な凝集を確保することができない。

"Ｔｈｅｏｒｉｅ ｄ’ｈｏｒｌｏｇｅｒｉｅ" ［Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｈｏｒｏｌｏｇｙ］ ｂｙ Ｃ−Ａ Ｒｅｙｍｏｎｄｉｎ ｅｔ ａｌ．，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｄｅｓ Ｅｃｏｌｅｓ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ［Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｃｈｏｏｌｓ］，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，１９９８

本発明の課題は、時計のムーブメントのための駆動要素のための、繊維を含むポリマーマトリックスを含む材料から製造されるぜんまいであって、該ぜんまいが、熱硬化性ポリマー又は熱可塑性ポリマーを含むコーティング材を含むこと、及び該コーティング材が、該繊維の繊維幅と同じ厚さか、又は繊維幅の少なくとも４分の１の厚さを有することを特徴とする、上記のぜんまいを提供することを含む。

本発明の別の課題は、上記のぜんまいを含む時計のムーブメントのための駆動要素を提供することを含む。

本発明のさらに別の課題は、上記の駆動要素を含む時計を提供することを含む。

本発明のまた別の課題は、繊維を含むポリマーマトリックスを含む材料から製造されるぜんまいを提供する工程、
該ぜんまい（１）を、ポリマーを含む組成物で塗工する工程、
該ぜんまいを塗工する組成物の厚さを均一にする工程、及び
塗膜を形成するために該組成物を重合する工程、
を含む、上記のぜんまいを製造する方法を提供することを含む。

一実施形態において、ぜんまいを塗工する工程は、該ぜんまいを組成物中に浸漬させる工程か、又は該ぜんまいを吹きつけ塗装する工程か、又は該ぜんまいを気相蒸着する工程を含む。

提供されるぜんまいによって、ぜんまいのコイルの摩擦作用を低減することができ、そして塗膜が良好な凝集性を有することを可能にする。

添付の図面で示される本発明の実施形態の例を本明細書中に示す。

図１は、ぜんまいケース中に収容されるぜんまいの拡大図である。 図２は、ぜんまいのリボンの反転されたＳ字形状を示している。 図３は、一実施形態によるぜんまいの横断面図である。

一実施形態において、ぜんまい１は、複合材料から製造される。“複合材料”という語は、本明細書では、ガラス繊維又はその他の繊維のような繊維を含むポリマーマトリックスを意味すると理解される。好ましくは、該繊維は、そのポリマーマトリックス中で単一方向に配向される。複合材料から製造されるそのようなばねは、従来の金属ばねと比較して、疲労破壊する傾向が小さいため、結果としてより長い寿命を有することができる。

そのような複合ばねの繊維は、炭素、ガラス又はアラミドから製造することができるか、又はその他の種類（例えば、繊維の混合物）であることもできるが、いずれの場合においても、軸方向弾性係数は、好ましくは８０ＧＰａから６００ＧＰａである。繊維は、一般に、ばねと同じ長さを有し、そして、ばねの主たる長さに対してできる限り平行に配置される。好ましくは、各繊維の軸とばねの軸との間の角度は、できる限り０°に近く、そして局所的にも５°を超えない。繊維は、典型的に、１μｍ〜３５μｍの径を有する。一つのばねは、異なる径の繊維を有することができるが、好ましくは、ばねの厚さにおいて、使用される径は、より良好な均質性を有するぜんまいを得るために、少なくとも１０本の繊維を一列に並べて配置するのを可能にする。ポリマーマトリックスは、熱可塑性プラスチック又は熱硬化性プラスチックを含むことができる。そのポリマー中での繊維の体積の割合は、好ましくは３０％〜７５％であるか、又は４５％〜５５％である。ポリマーマトリックスを硬化して、屈曲状態のばねの圧縮力に対して繊維の微小な座屈を押し戻すために、ポリマーマトリックス中にナノ粒子を加えることができる。これらのナノ粒子は、シリカ、フラーレン又はポリマー樹脂と結合可能で、そのポリマー樹脂の繊維との結合能を低減することなくそのポリマー樹脂の圧縮力を増大するその他いずれかの材料であることができる。

単一方向のガラス繊維で強化されたポリマーマトリックスは、約半分低い弾性下限のための鋼の弾性係数より、約４〜５倍低い弾性係数を示す。それ以外は全て、鋼ばねと複合ばねとは、寸法形状において等しい。すなわち、同じ長さ、同じ厚さ、及び同じ幅であり、それにより、複合ばねは、鋼ばねと少なくとも同じか、又はしばしばわずかに上回るレベルの、回復可能な、蓄えられた弾性エネルギーを有し、かつ、材料のヤング率の逆数に対して比例する、バレル回転の関数としてもたらされるトルクにおける低い変化を有する。他方で、最大可能レベルのトルクは、鋼ばねと比べて、複合ばねにとっては低くなり、この最大トルクは、材料の破壊応力に比例する。好ましくは、ポリマーマトリックスは、エポキシ樹脂を含み、繊維は、タイプＥガラス繊維か、又はタイプＳ又はタイプＳ２ガラス繊維である。これらのガラス繊維の特性を表１に示す。

複合ぜんまい１は、繊維及びポリマーマトリックスを帯状に（ｓｏｕｓ ｌａ ｆｏｒｍｅ ｄ’ｕｎｅ ｂａｎｄｅ）液体状態で混合することによって製造することができる。ぜんまいはまた、繊維とポリマーマトリックスとが既に混合されて、重合反応が化学遅延剤によって停止されたプリプレグ材料を用いて製造することもできる。繊維は、好ましくは、ばねの最も長い長さに沿って配列される。帯は、続いて、長さに沿った張力が作用している間に、複合材帯を巻き上げ可能な鋳型中で巻き上げられる。複合材は、続いて、例えば、約１０バールの外部圧力によって重合されることにより、その複合材を、鋳型中に強制的に残留させて、実際にその形状を取らせる。硬化後、複合材を鋳型から取り出し、そして形成されたぜんまいの表面を研磨して、製造プロセスに伴う欠陥を除去する。

複合材ぜんまい１は、耐摩耗性コーティング材３で有利に塗工され（図３を参照）、それにより、ばね１がぜんまいケース（ｂａｒｉｌｌｅｔ）中に収容された際のばね１のコイル間の摩擦作用が低減される。図３は、該コーティング材３を含むぜんまい１の断面図を示している。エポキシ樹脂で製造され、タイプＳガラス繊維で強化されたばねの場合、上述の変形は、緊張状態で３％超であり、圧縮状態で−３％超であることができる。それゆえ、コーティング材３は、これらの条件下で十分な凝集をもたらすことができなければならない。

一実施形態において、コーティング材３は、水素結合型か又はファンデルワールス結合型の材料を含む。より詳細には、ばねは、熱硬化性ポリマーか又は熱可塑性ポリマーを含むコーティング材で塗工される。好ましくは、そのコーティング材は、重合性の遅い、つまり、９０℃におけるゲル化時間が２０分超を有するエポキシ型樹脂を含む。

一実施形態において、コーティング材３を含むぜんまい１を製造する方法は、
繊維を含むポリマーマトリックスを含む材料から製造されたぜんまい１を提供する工程、
ポリマーを含む組成物で該ぜんまい１を塗工する工程、
該ぜんまい１の表面における組成物の厚さを均等にするために、該ぜんまい１を塗工している組成物の厚さを均一にする工程、及び
コーティング材３を形成するために該組成物を重合する工程、
を含む。

組成物は、硬化剤、ポリマー及び触媒を、大気条件下（大気温度及び大気圧）で混合することによって調製できる。その組成物を３５℃〜７０℃の温度に加熱して、組成物を十分に流動化させる。すなわち、組成物が、３０００ｍＰａ・ｓ未満、好ましくは３００ｍＰａ・ｓ未満の臨界粘度を有するまで、加熱する。ぜんまい１の塗工工程は、典型的には、５〜２０秒の浸漬時間、ばねを該組成物中に完全に浸漬することを含む。浸漬ステップの後、組成物は依然として、比較的液状形態である。ばねのマトリックスを形成する組成物とエポキシ樹脂との間の相溶性によって、ばねの表面における組成物に良好な湿潤性をもたらす。好ましくは、組成物のポリマーは、エポキシ型の樹脂である。あるいはまた、ぜんまい１を塗工する工程は、吹き付け塗装のステップを含むか、または気相蒸着のステップを含むこともできる。後者の場合、組成物のポリマーは、好ましくは、パリレンポリマーである。一実施形態において、均一にする工程は、組成物で塗工されるぜんまいを、直交する３次元Ｘ、Ｙ及びＺに配向された軸の回転に沿って回転させるステップを含む（図２参照）。この目的を達成するために、例えば、一対の小型のクランプ（図示せず）を用いて、ばねをその両端で保持することができる。ばねの両端は、金属棒又は金属板（同じく図示せず）を介して、互いに一体化することができる。ばねの回転は、静止している流体組成物に作用する重力を活用するように行われる。回転は、５回転／分〜６０回転／分、好ましくは、１０回転／分〜３０回転／分の回転速度で行うことができる。代替的な形態によれば、組成物で塗工されたぜんまいの回転は、ぜんまいの巻き面から１０°〜８０°の角度に配向された一つの回転軸に沿って行われる。均一にする工程は、組成物が重合して塗膜を形成するまで行われる。

組成物の重合する工程は、該組成物で塗工されたぜんまい１を加熱することを含むことができる。該加熱は、ぜんまい１を、オーブン中に配置するか、又は赤外線もしくはマイクロ波を照射することによって行うことができる。該加熱は、好ましくは、上記の均一にする工程の間に行われる。該加熱はまた、組成物の重合温度に達するまで、温度を徐々に高めることも含んでよい。

ばねのコイルの摩擦作用を低減する一方で、ばねの良好な凝集性を維持するのを可能にする、繊維を含むポリマーマトリックスを得るために、塗膜は、繊維の繊維幅と同じ厚さか、又は繊維幅の少なくとも４分の１の厚さを有する。好ましくは、該方法は、コーティング材３の欠陥を除去して、塗膜の厚さを制御するように、塗膜を研磨する工程を含む。研磨する工程は、好ましくは、３μｍ〜２０μｍの厚さの塗膜を残すように行われる。

塗膜によって、ばねの表面に存在する繊維を覆うことが可能となり、ぜんまいを製造する方法から、塗工前にばねを研磨する工程は取り除くことが可能となった。ばねの表面に存在する繊維がコイル間の摩擦を増大させる傾向を有するため、これは有利である。塗膜によって、作動中のぜんまいのコイルの摩擦作用を低減することができる。上述の塗膜はまた、従来の金属塗膜では高い可能性のある、塗膜の破壊又は剥離の危険性を低減することができる。ぜんまいの複合マトリックスの弾性係数が、塗膜のそれよりもはるかに高いため、塗膜の弾性係数は塗工されたぜんまいの機械特性において無視できる程度でしかない。

１： ぜんまい
２： ぜんまいケース
３： 塗膜（コーティング）

本発明は、機械式時計のムーブメントにおける駆動要素のための塗装されたぜんまいに関する。塗膜（コーティング）は、ばねのコイルの摩擦作用を低減することを可能にし、そして良好な凝集性を有する。

たる形の渦巻きばねは、腕時計を作動させるのに必要な機械エネルギーを蓄えるのを可能にする要素である。一般に、その幾何学的寸法及びそれが含む材料の機械的特性は、該渦巻きばねが蓄えることのできる潜在エネルギー及び供給する最大トルクで決定される。ばねのリボンが巻きほどかれることによって、腕時計を作動させるのに必要なエネルギーが生じる。図１は、ぜんまいケース（ｂａｒｉｌｌｅｔ）２に収容されるぜんまい１の拡大図を示している。ばねのリボンの形状は、反転されたＳ字と認められる形状に展開されている（図２及び“Ｔｈｅｏｒｉｅ ｄ’ｈｏｒｌｏｇｅｒｉｅ” ［Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｈｏｒｏｌｏｇｙ］ ｂｙ Ｃ−Ａ Ｒｅｙｍｏｎｄｉｎ ｅｔ ａｌ．，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｄｅｓ Ｅｃｏｌｅｓ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ［Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｃｈｏｏｌｓ］，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，１９９８（非特許文献１）を参照）。その特別な形状により、ばねが巻かれた状態であればいつでも、比較的一定のトルクの生成を可能にする。ぜんまいが巻かれている際に占有する表面積と、ぜんまいケースに残る空いている部分との比が約５０％である時に、ぜんまいによって蓄えられる。

時計製造業者等は、バレル（香箱（ぜんまいケース））の体積、つまり、嵩を増大することなく、つまり、ぜんまいのエネルギー蓄積能を増大させることによって予備力を有する機械式時計を常に探求している。その努力は、主として、特に、摩擦作用に起因するエネルギー損失を低減することに向けられている。それ故、内部の摩擦作用を制限するために、滑層、例えば、金属又はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のコーティング材でぜんまいを塗工することが提案されている。

しかしながら、ばねの塗膜はいくつかの制限に耐えねばならない。一方で、コイル間の摩擦を低減に関与しなければならず、他方で、ばねの材料の凝集性全体にも関与しなければならない。しかしながら、巻かれた位置と巻きほどかれた位置との間において、ばねの表面は非常に大きな変形にさらされる。上述のコーティング材の場合、そのような変形の繰り返しに際し、巻き上げ及び巻き戻しの間に塗膜の破壊又は剥離する可能性がある。同じ理由で、セラミック又はダイヤモンドから製造された塗膜のように、弾性挙動が共有結合か又はイオン結合によって与えられる塗膜の場合、ばねにより塗膜の十分な凝集を確保することができない。

"Ｔｈｅｏｒｉｅ ｄ’ｈｏｒｌｏｇｅｒｉｅ" ［Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｈｏｒｏｌｏｇｙ］ ｂｙ Ｃ−Ａ Ｒｅｙｍｏｎｄｉｎ ｅｔ ａｌ．，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｄｅｓ Ｅｃｏｌｅｓ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ［Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｃｈｏｏｌｓ］，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，１９９８

本発明の課題は、時計のムーブメントのための駆動要素のための、繊維を含むポリマーマトリックスを含む材料から製造されるぜんまいであって、該ぜんまいが、熱硬化性ポリマー又は熱可塑性ポリマーを含むコーティング材を含むこと、及び該コーティング材が、該繊維の繊維幅と同じ厚さか、又は少なくとも繊維幅の４分の１の厚さを有することを特徴とする、上記のぜんまいを提供することを含む。

一実施形態において、該ぜんまいは、９０℃において２０分超のゲル化時間を有するエポキシ樹脂を含むコーティング材を含む。

他の実施形態において、上記の繊維は、ポリマーマトリックス中で単一方向に配向されている。該繊維は、タイプＳか又はタイプＳ２のガラス繊維を含むことができる。各繊維とばねの軸との間の角度は、０〜５°であることができる。

さらに別の実施形態において、該マトリックスは、ナノ粒子をさらに含むことができ、該ナノ粒子はシリカ又はフラーレンを含むことができる。

本発明の別の課題は、上記のぜんまいを含む時計のムーブメントのための駆動要素を提供することを含む。

本発明のさらに別の課題は、上記の駆動要素を含む時計を提供することを含む。

本発明のまた別の課題は、繊維を含むポリマーマトリックスを含む材料から製造されるぜんまいを提供する工程、
該ぜんまい（１）を、ポリマーを含む組成物で塗工する工程、
該ぜんまいを塗工する組成物の厚さを均一にする工程、及び
塗膜を形成するために該組成物を重合する工程、
を含む、上記のぜんまいを製造する方法を提供することを含む。

一実施形態において、ぜんまいを塗工する工程は、該ぜんまいを組成物中に浸漬させる工程か、又は該ぜんまいを吹きつけ塗装する工程か、又は該ぜんまいを気相蒸着する工程を含む。

一実施形態において、均一にする工程は、組成物を塗工されたぜんまいを、該ぜんまいの巻き面から１０°〜８０°の角度に配向された回転の軸に沿って回転させることを含むことができる。

他の実施形態において、組成物を重合する工程は、組成物で塗工されたぜんまいを加熱することを含むことができる。ぜんまいを塗工する工程は、ばねを組成物中に浸漬させる工程、又は吹き付け塗装する工程、又は気相蒸着する工程を含むことができる。

さらに別の実施形態において、研磨する工程は、３μｍ〜２０μｍの塗膜を残すことができる。

提供されるぜんまいによって、ぜんまいのコイルの摩擦作用を低減することができ、そして塗膜が良好な凝集性を有することを可能にする。

添付の図面で示される本発明の実施形態の例を本明細書中に示す。

図１は、ぜんまいケース中に収容されるぜんまいの拡大図である。 図２は、ぜんまいのリボンの反転されたＳ字形状を示している。 図３は、一実施形態によるぜんまいの横断面図である。

一実施形態において、ぜんまい１は、複合材料から製造される。“複合材料”という語は、本明細書では、ガラス繊維又はその他の繊維のような繊維を含むポリマーマトリックスを意味すると理解される。好ましくは、該繊維は、そのポリマーマトリックス中で単一方向に配向される。複合材料から製造されるそのようなばねは、従来の金属ばねと比較して、疲労破壊する傾向が小さいため、結果としてより長い寿命を有することができる。

そのような複合ばねの繊維は、炭素、ガラス又はアラミドから製造することができるか、又はその他の種類（例えば、繊維の混合物）であることもできるが、いずれの場合においても、軸方向弾性係数は、好ましくは８０ＧＰａから６００ＧＰａである。繊維は、一般に、ばねと同じ長さを有し、そして、ばねの主たる長さに対してできる限り平行に配置される。好ましくは、各繊維の軸とばねの軸との間の角度は、できる限り０°に近く、そして局所的にも５°を超えない。繊維は、典型的に、１μｍ〜３５μｍの径を有する。一つのばねは、異なる径の繊維を有することができるが、好ましくは、ばねの厚さにおいて、使用される径は、より良好な均質性を有するぜんまいを得るために、少なくとも１０本の繊維を一列に並べて配置するのを可能にする。ポリマーマトリックスは、熱可塑性プラスチック又は熱硬化性プラスチックを含むことができる。そのポリマー中での繊維の体積の割合は、好ましくは３０％〜７５％であるか、又は４５％〜５５％である。ポリマーマトリックスを硬化して、屈曲状態のばねの圧縮力に対して繊維の微小な座屈を押し戻すために、ポリマーマトリックス中にナノ粒子を加えることができる。これらのナノ粒子は、シリカ、フラーレン又はポリマー樹脂と結合可能で、そのポリマー樹脂の繊維との結合能を低減することなくそのポリマー樹脂の圧縮力を増大するその他いずれかの材料であることができる。

単一方向のガラス繊維で強化されたポリマーマトリックスは、約半分低い弾性下限のための鋼の弾性係数より、約４〜５倍低い弾性係数を示す。それ以外は全て、鋼ばねと複合ばねとは、寸法形状において等しい。すなわち、同じ長さ、同じ厚さ、及び同じ幅であり、それにより、複合ばねは、鋼ばねと少なくとも同じか、又はしばしばわずかに上回るレベルの、回復可能な、蓄えられた弾性エネルギーを有し、かつ、材料のヤング率の逆数に対して比例する、バレル回転の関数としてもたらされるトルクにおける低い変化を有する。他方で、最大可能レベルのトルクは、鋼ばねと比べて、複合ばねにとっては低くなり、この最大トルクは、材料の破壊応力に比例する。好ましくは、ポリマーマトリックスは、エポキシ樹脂を含み、繊維は、タイプＥガラス繊維か、又はタイプＳ又はタイプＳ２ガラス繊維である。これらのガラス繊維の特性を表１に示す。

複合ぜんまい１は、繊維及びポリマーマトリックスを帯状に（ｓｏｕｓ ｌａ ｆｏｒｍｅ ｄ’ｕｎｅ ｂａｎｄｅ）液体状態で混合することによって製造することができる。ぜんまいはまた、繊維とポリマーマトリックスとが既に混合されて、重合反応が化学遅延剤によって停止されたプリプレグ材料を用いて製造することもできる。繊維は、好ましくは、ばねの最も長い長さに沿って配列される。帯は、続いて、長さに沿った張力が作用している間に、複合材帯を巻き上げ可能な鋳型中で巻き上げられる。複合材は、続いて、例えば、約１０バールの外部圧力によって重合されることにより、その複合材を、鋳型中に強制的に残留させて、実際にその形状を取らせる。硬化後、複合材を鋳型から取り出し、そして形成されたぜんまいの表面を研磨して、製造プロセスに伴う欠陥を除去する。

複合材ぜんまい１は、耐摩耗性コーティング材３で有利に塗工され（図３を参照）、それにより、ばね１がぜんまいケース（ｂａｒｉｌｌｅｔ）中に収容された際のばね１のコイル間の摩擦作用が低減される。図３は、該コーティング材３を含むぜんまい１の断面図を示している。エポキシ樹脂で製造され、タイプＳガラス繊維で強化されたばねの場合、上述の変形は、緊張状態で３％超であり、圧縮状態で−３％超であることができる。それゆえ、コーティング材３は、これらの条件下で十分な凝集をもたらすことができなければならない。

一実施形態において、コーティング材３は、水素結合型か又はファンデルワールス結合型の材料を含む。より詳細には、ばねは、熱硬化性ポリマーか又は熱可塑性ポリマーを含むコーティング材で塗工される。好ましくは、そのコーティング材は、重合性の遅い、つまり、９０℃におけるゲル化時間が２０分超を有するエポキシ型樹脂を含む。

一実施形態において、コーティング材３を含むぜんまい１を製造する方法は、
繊維を含むポリマーマトリックスを含む材料から製造されたぜんまい１を提供する工程、
ポリマーを含む組成物で該ぜんまい１を塗工する工程、
該ぜんまい１の表面における組成物の厚さを均等にするために、該ぜんまい１を塗工している組成物の厚さを均一にする工程、及び
コーティング材３を形成するために該組成物を重合する工程、
を含む。

組成物は、硬化剤、ポリマー及び触媒を、大気条件下（大気温度及び大気圧）で混合することによって調製できる。その組成物を３５℃〜７０℃の温度に加熱して、組成物を十分に流動化させる。すなわち、組成物が、３０００ｍＰａ・ｓ未満、好ましくは３００ｍＰａ・ｓ未満の臨界粘度を有するまで、加熱する。ぜんまい１の塗工工程は、典型的には、５〜２０秒の浸漬時間、ばねを該組成物中に完全に浸漬することを含む。浸漬ステップの後、組成物は依然として、比較的液状形態である。ばねのマトリックスを形成する組成物とエポキシ樹脂との間の相溶性によって、ばねの表面における組成物に良好な湿潤性をもたらす。好ましくは、組成物のポリマーは、エポキシ型の樹脂である。あるいはまた、ぜんまい１を塗工する工程は、吹き付け塗装のステップを含むか、または気相蒸着のステップを含むこともできる。後者の場合、組成物のポリマーは、好ましくは、パリレンポリマーである。一実施形態において、均一にする工程は、組成物で塗工されるぜんまいを、直交する３次元Ｘ、Ｙ及びＺに配向された軸の回転に沿って回転させるステップを含む（図２参照）。この目的を達成するために、例えば、一対の小型のクランプ（図示せず）を用いて、ばねをその両端で保持することができる。ばねの両端は、金属棒又は金属板（同じく図示せず）を介して、互いに一体化することができる。ばねの回転は、静止している流体組成物に作用する重力を活用するように行われる。回転は、５回転／分〜６０回転／分、好ましくは、１０回転／分〜３０回転／分の回転速度で行うことができる。代替的な形態によれば、組成物で塗工されたぜんまいの回転は、ぜんまいの巻き面から１０°〜８０°の角度に配向された一つの回転軸に沿って行われる。均一にする工程は、組成物が重合して塗膜を形成するまで行われる。

組成物の重合する工程は、該組成物で塗工されたぜんまい１を加熱することを含むことができる。該加熱は、ぜんまい１を、オーブン中に配置するか、又は赤外線もしくはマイクロ波を照射することによって行うことができる。該加熱は、好ましくは、上記の均一にする工程の間に行われる。該加熱はまた、組成物の重合温度に達するまで、温度を徐々に高めることも含んでよい。

ばねのコイルの摩擦作用を低減する一方で、ばねの良好な凝集性を維持するのを可能にする、繊維を含むポリマーマトリックスを得るために、塗膜は、繊維の繊維幅と同じか、又は繊維幅の少なくとも４分の１の厚さを有する。好ましくは、該方法は、コーティング材３の欠陥を除去して、塗膜の厚さを制御するように、塗膜を研磨する工程を含む。研磨する工程は、好ましくは、３μｍ〜２０μｍの厚さの塗膜を残すように行われる。

塗膜によって、ばねの表面に存在する繊維を覆うことが可能となり、ぜんまいを製造する方法から、塗工前にばねを研磨する工程は取り除くことが可能となった。ばねの表面に存在する繊維がコイル間の摩擦を増大させる傾向を有するため、これは有利である。塗膜によって、作動中のぜんまいのコイルの摩擦作用を低減することができる。上述の塗膜はまた、従来の金属塗膜では高い可能性のある、塗膜の破壊又は剥離の危険性を低減することができる。ぜんまいの複合マトリックスの弾性係数が、塗膜のそれよりもはるかに高いため、塗膜の弾性係数は塗工されたぜんまいの機械特性において無視できる程度でしかない。

１： ぜんまい
２： ぜんまいケース
３： 塗膜（コーティング）

Claims (24)

1. 時計のムーブメントのための駆動要素のための、繊維を含むポリマーマトリックスを含む材料から製造されるぜんまいであって、
   前記ぜんまいが、熱硬化性ポリマー又は熱可塑性ポリマーを含むコーティング材を含むこと、及び
   前記コーティング材が、前記繊維の繊維幅と同じ厚さか、又は繊維幅の少なくとも４分の１の厚さを有することを特徴とする、上記のぜんまい。
2. 前記熱硬化性ポリマー又は熱可塑性ポリマーが、緩慢重合（ｓｌｏｗ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）型のエポキシ樹脂を含む、請求項１に記載のぜんまい。
3. 前記コーティング材が、水素結合か又はファンデルワールス型の結合の材料を含む、請求項１又は２に記載のぜんまい。
4. 前記ポリマーマトリックスが、熱可塑性プラスチック又は熱硬化性プラスチックを含む、請求項１、２又は３に記載のぜんまい。
5. 前記ポリマーマトリックスの前記熱硬化性ポリマーが、エポキシ型の樹脂を含む、請求項４に記載のぜんまい。
6. 前記ポリマーマトリックス中の繊維の体積の割合が、３０％〜７５％、そして好ましくは４５％〜５５％である、請求項１〜５のいずれか一つに記載のぜんまい。
7. 前記繊維が、前記ポリマーマトリックス中で、単一方向に配向されている、請求項１〜６のいずれか一つに記載のぜんまい。
8. 前記繊維が、８０ＧＰａ〜６００ＧＰａの軸方向弾性係数を有する、請求項１〜７のいずれか一つに記載のぜんまい。
9. 前記繊維が、タイプＳ又はタイプＳ２のガラス繊維を含む、請求項１〜８のいずれか一つに記載のぜんまい。
10. 各繊維の軸と、ぜんまい（１）の軸との間の角度が０〜５°である、請求項１〜９のいずれか一つに記載のぜんまい。
11. 前記繊維が、１μｍ〜３５μｍの径を有する、請求項１〜１０のいずれか一つに記載のぜんまい。
12. 前記マトリックスがナノ粒子を追加的に含む、請求項１〜１１のいずれか一つに記載のぜんまい。
13. 前記ナノ粒子がシリカ又はフラーレンを含む、請求項１２に記載のぜんまい。
14. 前記コーティング材（３）が、９０℃において２０分超のゲル化時間を有する樹脂を含む、請求項１〜１３のいずれか一つに記載のぜんまい。
15. 前記コーティング材が３μｍ〜２０μｍの厚さを有する、請求項１〜１４のいずれか一つに記載のぜんまい。
16. 請求項１〜１５のいずれか一つによって特徴付けられるぜんまいを含む時計のムーブメントのための駆動要素。
17. 請求項１６に記載の駆動要素を含む時計。
18. 繊維を含むポリマーマトリックスを含む材料から製造されるぜんまいを提供する工程、
    該ぜんまい（１）を、ポリマーを含む組成物で塗工する工程、
    該ぜんまいを塗工する組成物の厚さを均一にする工程、及び
    塗膜を形成するために該組成物を重合する工程、
    を含む、請求項１〜１５のいずれか一つに特徴付けられるぜんまいを製造する方法。
19. 前記均一にする工程が、前記組成物で塗工されるぜんまいを、直交する３次元Ｘ、Ｙ及びＺに配向された軸の回転に沿って回転させることを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記均一にする工程が、前記組成物で塗工されるぜんまいを、該ぜんまいの巻きの平面から１０°〜８０°の角度で配向された軸の回転に沿って回転させることを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記組成物を重合する工程が、前記組成物で塗工されるぜんまいを加熱することを含む、請求項１８〜２０のいずれか一つに記載の方法。
22. 前記ぜんまい（１）を塗工する工程が、該ぜんまいを前記組成物中に浸漬させる工程、又は該ぜんまいを吹きつけ塗装する工程、又は該ぜんまいを気相蒸着する工程を含む、請求項１８〜２１のいずれか一つに記載の方法。
23. 前記コーティング材（３）を研磨して、前記繊維の繊維幅と同じ厚さか、又は繊維幅の少なくとも４分の１の厚さを有する塗膜を残す工程を追加的に含む、請求項１８〜２２のいずれか一つに記載の方法。
24. 前記研磨する工程が、３μｍ〜２０μｍの厚さを有する塗膜を残す、請求項２３に記載の方法。

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