JP2019536051A - 複合材料によって作られた計時器用部品 - Google Patents

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Abstract

本発明は、少なくとも１つの強化材とマトリックスを有する複合材料によって作られた計時器用部品に関する。この強化材は、マトリックスが入れられる複数のセルがある三次元的なハニカム構造を有する。本発明は、さらに、このような計時器用部品を製造する方法に関する。【選択図】 図２ａ

Description

本発明は、複合材料によって作られた計時器用部品、特に、ケースミドル部、ベゼル又は表盤、に関し、この複合材料にはハニカム状の強化材があり、この中に、例えば、熱硬化性樹脂が入れられる。
本発明は、さらに、このような計時器用部品を製造する方法に関する。
従来技術、特に、航空産業における技術、によって、複合材料によって作られるサンドイッチパネルから製造される部品が知られている。この複合材料は、通常ハニカム構造によって形成される開いたセルのコアの２つの面のそれぞれに樹脂が充填されたウェブないし織物を配置することによって得られる。
複合材料のサンドイッチパネルは、それらの機械的性質が良好であるという特徴があるために、多くの分野において用いられており、特に、軽さと機械的性質が良好であることの組み合わせが非常に評価されるような航空産業において用いられている。
しかし、現状の複合材料のサンドイッチパネルは、計時器に適合させることができず、凹凸がある小さな審美的な部品を作るために用いることができない。また、それらは摩耗や引っ掻きに弱い。
本発明は、これらの既知の技術の様々な課題を解決することを特定の目的とする。
本発明は、具体的には、魅力的な美的外観を維持しつつ、満足できるような機械的性質、特に、衝撃、引っ掻き及びスカフィングに対する耐性が良好である性質、を有するような複合材料によって作られた計時器用部品を提供することを目的とする。
これらの目的や以下を読むことによって明確になる他の目的は、本発明にしたがって、複合材料によって作られた計時器用部品によって達成される。この複合材料は、少なくとも１つの強化材とマトリックスを有し、この強化材は、マトリックスが入れられた複数のセルがある三次元的なハニカム構造を有する。
本発明の他の好ましい変種は、以下の特徴を有する。
− ハニカム構造を有する前記強化材は、合成繊維、天然繊維、アモルファス又は部分的にアモルファスの形態の金属を含有する金属、セラミックス及び熱可塑性物質から選ばれた材料を用いて作られる。
− 前記マトリックスは、ポリエポキシド系、アクリル系又はポリウレタン系の熱硬化性樹脂、又はポリエーテルケトン又はポリアミドのような熱可塑性物質系、ポリウレタン、ポリオレフィン、又はポリシロキサンのようなエラストマー系から選ばれる。
− 前記マトリックスは、着色剤、リン光性の顔料、シリカ、カーボンナノチューブフィラー又はナノダイヤモンドフィラーから選ばれる添加剤を含有する。
− 前記セルの形は、六角形である。
− 前記セルの高さは、０．５〜２ｍｍである。
− 前記セルの辺の長さは、０．５〜２ｍｍである。
本発明は、さらに、少なくとも１つの強化材とマトリックスを有する複合材料でできた部品を作る様々な方法に関し、この強化材は、マトリックスが入れられる複数のセルがある三次元的なハニカム構造を有する。
第１の方法には、複合材料の美的外観（有色の強化材と、光透過性又は異なる色の樹脂との組み合わせ）を有するようにハニカムのセルが樹脂で充填された複合材料の構造部品を作るという利点があり、この第１の方法は、
ハニカム構造を有する強化材を形成するステップと、
前記強化材を型内に配置するステップと、
前記型を閉じ、温度Ｔと圧力Ｐで前記型内に樹脂を入れるステップと、
圧力Ｐで前記型を閉じて冷却時に保持するステップと、
形成された部品を前記型から取り除くステップと、
前記部品に対して後処理、例えば、機械加工／研磨、を行うステップと
を備える。
第２の方法には、軽量であり、耐久性が高く、魅力的な複合材料の構造を有する部品を作るという利点があり、第２の方法は、
ハニカム構造を有する強化材を形成するステップと、
複合材料又は金属材料の２つの薄い膜で前記セルを閉じるステップと、
材料の性質に応じて、接着結合、ろう付け、熱溶接又は超音波溶接によって、前記ハニカムのセルと前記薄い膜を接続するステップと、
前記強化材を前記型内に配置し樹脂を入れるステップと、
前記型を閉じ、温度Ｔと圧力Ｐで樹脂を前記型に入れるステップと、
圧力Ｐで前記型を閉じて冷却時に保持するステップと、
形成された部品を前記型から取り除くステップと、
前記部品に対して後処理、例えば、機械加工／研磨、を行うステップと
を備える。
本発明の方法の他の好ましい変種は、以下の特徴を有する。
− 前記ハニカム構造を有する強化材は、合成繊維、天然繊維、アモルファス又は部分的にアモルファスの形態の金属を含有する金属、セラミックス及び熱可塑性物質から選ばれた材料を用いて作られる。
− 前記マトリックスは、ポリエポキシド系、アクリル系又はポリウレタン系の熱硬化性樹脂、又はポリエーテルケトン又はポリアミドのような熱可塑性物質、ポリウレタン、ポリオレフィン、又はポリシロキサンのようなエラストマー系から選ばれる。
− 前記マトリックスは、着色剤、リン光性の顔料、シリカ、カーボンナノチューブフィラー又はナノダイヤモンドフィラーから選ばれる添加剤を含有する。
− 前記マトリックスは、少なくとも２つの添加剤の組み合わせを含有する。
単に説明用の例として与えられる本発明の特定の実施形態についての以下の説明を読むことで、本発明の他の特徴及び利点が明確になるであろう。なお、これに限定されない。
図１ａ及び１ｂは、ハニカム構造を作る過程の斜視図である。 図２ａ及び２ｂはそれぞれ、本発明に係る複合材料によって作られた腕時計ケースとその裏蓋の写真である。
本発明は、特定の複合材料によって作られた、ケースミドル部、裏蓋、ベゼル、表盤又は腕輪リンクのような計時器用部品に関する。
図２ａに示しているように、本発明に係る複合材料で作られた計時器用部品は、少なくとも１つの強化材及びマトリックスを有しており、この強化材は、好ましくは六角形である複数のセルがある三次元的なハニカム構造を有しており、このセル内にマトリックスが入れられる。もちろん、当業者であれば、必要に応じて他のセルの形を考えることができる。
本発明によると、強化材を形成するハニカム構造は、合成繊維又は天然繊維から選ばれる材料を用いて作ることができる。
種々様々な合成繊維がある。繊維は、本発明の範囲内にて、炭素繊維、ガラス繊維、炭化シリカ繊維、Dyneema（登録商標）のような超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、Vectran（登録商標）繊維、Quartzel（登録商標）のような石英繊維、アラミド繊維、Nicalon（登録商標）のような炭化ケイ素繊維、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維から選ぶことができる。
本発明の代替形態において、繊維は、リネン繊維やセルロース繊維のような天然起源のものであることができる。
本発明の別の実施形態において、前記強化材のハニカム構造は、金属材料、セラミックス又は熱可塑性物質を用いて作ることができる。
例えば、前記ハニカム構造は、チタンで作ることができる。この金属には、減衰と耐疲労性が優れているという利点がある。得られたハニカム構造は、形成された後に、軽量性、高い耐久性、そして、良好な緩衝特性が組み合わさった性質を有する。
もちろん、他の金属や合金を用いることができる。例えば、金、チタン、銅、アルミニウムである。また、アモルファスないし部分的にアモルファスである金属も考えることができる。
ハニカム構造を形成するために、コルゲート状のシートを用いることができる。例えば、薄い金属シート又はプレプレグ材である。図１ａに示しているように、コルゲート状のシート１０は、互いに接するようにそれらのファセット１１に沿って、重なり合わさり、接着ないし溶接される。図１ｂに示しているように、コルゲート状の部分に垂直にシートのブロックを切断することによって、ハニカムパネル２０が直接得られる。
また、小さな金属又は複合材料のバンドを用いることもでき、これらはスタンピングによってコルゲート加工され、そして、互いに接合される。
また、３Ｄ印刷（金属粉末焼結技術）によって、又は複合材料／金属のプレートを機械加工すること（ミル処理、レーザー、ウォータージェット）によって、ハニカム構造を作ることもできる。また、ハニカム状の強化材を適切な形状にするハニカム形のダイを用いるプロファイル押出しプロセスを考えることができる。このハニカム状の強化材を再機械加工することができる。
本発明によると、ハニカム構造のセルは、高さが０．５〜２ｍｍであり、エッジの長さが、好ましくは、０．５〜２ｍｍであり、より好ましくは、０．５〜０．８ｍｍである。もちろん、六角形のセルの寸法構成は、作る目的の計時器用部品の種類に応じて変わることができる。例えば、ケース裏部を作るためには、ケースミドル部を作るのに必要な高さと比較して、高さが低いことが必要になる。また、セルの所望の密度に応じてセルのエッジの長さを変えることができる。
当業者の必要条件に応じて、特に、特定の性質を得るために、異なる材料の繊維の組み合わせによって、ハニカム構造を作ることができる。例えば、炭素繊維及び超高密度ポリエチレン繊維を同じウェブ内で用いて、炭素の高い弾性率と超高密度ポリエチレンの高い靭性を組み合わせることができる。別の例において、ハニカム構造を作るためにアルミニウムを用いることができる。
また、Vectran（登録商標）、ＰＥＴ又はガラス繊維のような繊維を特定の美的外観を得るように製造時に大量に染色することができる。例えば、有色の繊維を用いて、セル内に入れられたマトリックスとコントラストを発生させ、したがって、ハニカム構造を注目させることができる。また、同じ繊維ウェブ内で繊維の色を交互構成にすることも考えることができる。
ハニカム構造を強化させるために、所望の性質に応じて熱硬化性樹脂タイプのマトリックスが選ばれ、これがハニカム構造のセル内に入れられる。この樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂又はポリシロキサン樹脂であることができる。本発明の好ましい変種において、層を別の層の上に重ね合わせる前にフィラメントに樹脂を適用させることによって、単方向性のウェブをあらかじめ充填する。
なお、用語「マトリックス」は、ハニカム状の強化材のすべて又は一部を被覆しカバーする材料を意味する。
金属材料によって作られたハニカム構造の場合には、マトリックスの接着性を促進させるために、ハニカム構造を形成するために用いられる金属材料の薄い膜にマイクロ穿孔を形成して、セルに入れられる樹脂がセルを形成する金属材料の薄い膜に浸透し、これによって、アセンブリーの靱性や耐久性を向上させることができる。本発明の変種の１つによると、ショットピーニング、カレンダー掛け、エッチング、又は表面レーザーによって、金属材料の薄い膜をテキスチャー加工して、セルを形成する金属材料の薄い膜に樹脂が良好に接着させることができる。
本発明の特定の実施形態において、樹脂が、例えば、カーボンナノチューブフィラー、炭化ケイ素ナノダイヤモンドフィラーを含有して、張力や曲げ率を増加させたり耐引っ掻き性を改善させることができる。例えば、ナノダイヤモンドフィラーを０．５〜１．５％加えると、材料の硬度が高くなり、このことによって、引っ掻きや摩擦に対する計時器用部品の耐性を向上させることができる。
また、樹脂は、一又は複数の種類のランタニドでドープされたアルカリ土類の酸化物のような有色及び／又は光輝性のフィラーを含有して、環境光が暗くなったときに、計時器用部品に特定の美的外観を与えることができる。この特に好ましい変種において、繊維材料は、ガラス繊維のように光透過性であり、樹脂と実質的に等しい屈折率を有する。例えば、繊維材料は、理想的には、両方とも屈折率が１．５であるガラス繊維とアクリル樹脂を組み合わせるように選ばれる。
別の変種において、異なる日中／夜間の色の対を得るために、リン光性顔料を特定のフルオロフォアと組み合わせることができる。
本発明のこれらの様々な態様の結果、特定の美的外観を有することができる堅牢性がある複合材料でできた部品が得られる。
本発明は、さらに、少なくとも１つの強化材とマトリックスを有する複合材料から計時器用部品を作る方法に関し、この強化材は、マトリックスが入れられる複数のセルがある三次元的なハニカム構造の形態である。
第１のステップにおいて、ハニカム構造を有する強化材が作られ、これを所望の形状、例えば、腕時計ケースの形、に切断することができる。
次に、所望の部品の形を有する型内に前記強化材が配置され、この型が閉じられ、この型に温度Ｔと圧力Ｐにてマトリックスが入れられ、所定の温度サイクルにおいて圧力の下で樹脂を硬化ないしクロスリンクさせるステップによって、樹脂を構造に固定する。
得られた部品は、冷却され圧力Ｐに維持された後に、機械加工／研磨によって仕上げて、部品の仕上げが良好であることを確実にすることができる。
このような方法によって、本発明に適合する複合材料によって計時器を製造することが可能になる。したがって、腕時計ケース、表盤、プレート、ブリッジ、ベゼル又はフランジやリンクを製造することができる。
このような材料は、伝統的な複合材料と比べて卓越しているハニカム構造に起因して、とりわけ軽量であり、非常に耐久性があり、また、特定の美的外観を有するような計時器を提供するために特に有利である。
説明用の例（これに限定されない）として、図２ａ及び２ｂに示している腕時計ケース及びその裏蓋は、１％のナノダイヤモンド強化されたエポキシ樹脂を含有する炭素繊維ハニカム構造によって作ることができ、この腕時計ケースと裏蓋においては、計時器において特に求められる、靱性、衝撃吸収性、耐引っ掻き性及び軽量性の利点が組み合わさって発揮されるであろう。
もちろん、本発明は、図示した例に制限されず、当業者が考えることができる様々な変種や改変を行うことができる。

Claims (13)

  1. 少なくとも１つの強化材とマトリックスを有する複合材料によって作られた計時器の外装要素であって、
    前記強化材は、前記マトリックスが入れられる複数のセルがある三次元的なハニカム構造を有し、
    前記セルの長さは、０．５〜２ｍｍである
    計時器の外装要素。
  2. ハニカム構造を有する前記強化材は、合成繊維、天然繊維、アモルファスの形態の金属を含有する金属、セラミックス及び熱可塑性物質から選ばれた材料を用いて作られる
    請求項１に記載の計時器の外装要素。
  3. 前記マトリックスは、ポリエポキシド系、アクリル系又はポリウレタン系の熱硬化性樹脂、又はポリエーテルケトン又はポリアミドのような熱可塑性物質系、ポリウレタン、ポリオレフィン、又はポリシロキサンのようなエラストマー系から選ばれる
    請求項１又は２に記載の計時器の外装要素。
  4. 前記マトリックスは、着色剤、リン光性及び／又は蛍光性の顔料、シリカ、カーボンナノチューブフィラー又はナノダイヤモンドフィラーから選ばれる添加剤を含有する
    請求項１〜３のいずれかに記載の計時器の外装要素。
  5. 前記マトリックスは、少なくとも２つの添加剤の組み合わせを含有する
    請求項４に記載の計時器の外装要素。
  6. 前記セルの形は、六角形である
    請求項１〜５のいずれかに記載の計時器の外装要素。
  7. 前記セルの高さは、０．５〜２ｍｍである
    請求項１〜６のいずれかに記載の計時器の外装要素。
  8. 請求項１〜７のいずれかに記載の計時器の外装要素を製造する方法であって、
    請求項１に記載の強化材を形成するステップと、
    前記強化材を型内に配置するステップと、
    前記型を閉じ、温度Ｔと圧力Ｐで前記型内に請求項１に記載のマトリックスを入れるステップと、
    圧力Ｐで前記型を閉じて冷却時に保持するステップと、
    形成された部品を前記型から取り除くステップと、
    前記部品に対して後処理、例えば、機械加工／研磨、を行うステップと
    を備える方法。
  9. 請求項１〜７のいずれかに記載の計時器の外装要素を製造する方法であって、
    ハニカム構造を有する強化材を形成するステップと、
    複合材料又は金属材料の２つの薄い膜で前記セルを両側から閉じるステップと、
    材料の性質に応じて、接着結合、ろう付け、熱溶接又は超音波溶接によって、前記ハニカム構造と前記薄い膜を接続するステップと、
    前記薄い膜に接続された前記強化材を前記型内に配置するステップと、
    前記型を閉じ、前記型を温度Ｔと圧力Ｐとするステップと、
    圧力Ｐで前記型を閉じて冷却時に保持するステップと、
    形成された部品を前記型から取り除くステップと、
    前記部品に対して後処理、例えば、機械加工／研磨、を行うステップと
    を備える方法。
  10. 前記ハニカム構造を有する強化材は、合成繊維、天然繊維、アモルファスの形態の金属を含有する金属、セラミックス及び熱可塑性物質から選ばれた材料を用いて作られる
    請求項８又は９に記載の方法。
  11. 前記マトリックスは、ポリエポキシド系、アクリル系、ポリウレタン系又はポリシロキサン系の熱硬化性樹脂から選ばれる
    請求項８又は９に記載の方法。
  12. 前記マトリックスは、着色剤、リン光性又は蛍光性の顔料、シリカ、カーボンナノチューブフィラー又はナノダイヤモンドフィラーから選ばれる添加剤を含有する
    請求項８〜１１のいずれかに記載の方法。
  13. 前記マトリックスは、少なくとも２つの添加剤の組み合わせを含有する
    請求項１２に記載の方法。
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