機械式時計：分解された姿
(fellerts.no)- Bartosz Ciechanowskiによる機械式時計ムーブメントの記事とインタラクティブ分解図に着想を得て、画面上の構造を手に持てる実際の分解展示物へと移し替えたプロジェクト
- 単なる部品装飾や平面的な鋳込みではなく、実際の組み立て関係に沿って部品を3D空間に浮かせる方式を目標とした
- UVレジンと層ごとの鋳込みは、黄変、遅い硬化、層の境界、気泡、収縮のため限界が大きく、最終的には全体モデルを一度に鋳込む方式へ移行した
- 最終工程では、0.7mmのモノフィラメント釣り糸とCA接着剤で50〜100個前後の小部品を固定した後、真空チャンバーで気泡を抜き、透明エポキシレジンに封入した
- PT5000ベースの腕時計ムーブメントにまで適用し、塗装面の保護、モールドサイズ、位置合わせの問題を改善しながら、全体の実験は約2.5年にわたって続けられた
インタラクティブ分解図を実物に移す
- このプロジェクトは、Bartosz Ciechanowskiの機械式時計ムーブメント解説記事にあるインタラクティブ分解図から始まった
- このイラストは、動作中の機械式ムーブメントを分解された状態で展開し、すべての部品をさまざまな角度から観察できるようにしている
- 目標は、画面上の分解図を実際に手に持てる機械式時計の分解モデルとして実装することだった
- eBayで見られる既存の事例は、おおむね別方向のものだった
- 無作為な時計部品をレジンキューブに入れたスチームパンクアート
- 部品を平面上に広げて封入した「ビュッフェ式」のレジン鋳造
- 実際の組み立て順序と空間関係を維持した3D分解構造は見つけにくかった
どのムーブメントを使うか
- Bartosz Ciechanowskiの記事は、ETA caliber 2824-2または中国製PT5000のようなクローンムーブメントをベースにしているようだった
- ETA 2824-2は人気のある自動巻き腕時計ムーブメントだが、非常に小さく部品数も多いため、初期プロトタイプには適していなかった
- 初期実験には懐中時計ムーブメントのほうが向いていた
- 一般に日付機能がない
- 自動巻きではない
- センターセコンドもない場合が多い
- 時計修理の初心者が練習用に使う理由がある
- 20世紀初頭の手工装飾が入った懐中時計ムーブメントはeBayで安価に入手でき、例として20ドルの1900年代初頭のムーブメントが使われた
層別レジン鋳造の失敗
- 最初のアプローチは、部品を複数の層に分けて透明エポキシレジンの中に入れ、各層が固まるたびに次の層を積み重ねる方式だった
- UV硬化レジンには大きく3つの問題があった
- 硬化後に強い黄色味が生じる
- 弱いUV懐中電灯では1mmの深さでも硬化に時間がかかる
- 層の間の境界がはっきり見える
- レジンアートでは前の層が完全に固まる前に次の層を注いで境界を減らすが、UVレジンは外側から内側へ硬化するため、通常の2液性エポキシが必要だった
- 懐中時計ムーブメントには約20層が必要だったため、すべての層を同時に薄い円板として鋳造し、半硬化状態で積み重ねる実験も行われた
- シリコンモールドとレジン円板方式は黄変と硬化速度の問題を軽減したが、層境界、気泡、流れるレジン、半硬化円板のたわみのため、最終方式には不向きだった
釣り糸で部品を空中に固定する
- 全体モデルを一度に鋳込むには、レジンを注ぐあいだ各部品を正確な位置に頑丈に固定する必要があった
- 支持材としては、フライフィッシングに使うモノフィラメントのナイロンリーダーを選んだ
- 複数の太さがある
- エポキシレジンと屈折率が近い
- 価格が安い
- 釣り糸は巻かれていた形を記憶していて少し曲がっていたため、オーブングリルパンに繰り返し掛けて150°Cで約1時間焼き、よりまっすぐで硬くした
- 組み立て工程は時計の組み立てに似ていた
- ピンの頭でCA接着剤をごく少量取り、部品に塗る
- この動作は、時計修理でベアリング面や石にオイルを差す方法に似ている
- ただしCA接着剤は潤滑剤とは正反対の性質を持つ
- セルフクロージングピンセットと補助クランプを使い、廃棄時計ムーブメントの分解モデルを積み上げた
家庭用レジン鋳造工程
- 複数の透明エポキシレジンはいずれもかなり透明だったが、粘度、硬化時間、混合中の気泡の巻き込みやすさが異なっていた
- 完全に透明な鋳造物を得るには、真空チャンバーで空気を抜くか、圧力チャンバーで気泡を圧縮する必要があった
- 選ばれた方法は真空ポンプだった
- 鋳造物を硬化時間全体にわたってチャンバー内に置く必要がない
- ムーブメント周囲の空隙に閉じ込められた空気を抜くのに有効だった
- 使用した手順は次のとおりだった
- モールド容積より10〜15%多いA/Bレジンを準備
- 3分間混合
- 別の容器へ移し、容器壁の未混合レジンを避ける
- 新しいスティックでもう3分間混合
- 約-0.96barの真空で30分保持
- 泡があふれることがあるため、真空と空気導入を繰り返して気泡を破裂させる
- モールドに注ぎ、再度真空処理する
プロトタイプ1：円筒鋳造の限界
- 最初に有望だった鋳造は、ホウケイ酸ガラスの円筒で行われた
- この段階で3つのことが確認された
- 釣り糸は完成物の中で特定の光では見えるが、おおむねほとんど見えなかった
- CA接着剤がレジン硬化に影響するかどうかは、このテストでは確認できなかった
- 円筒形の鋳造では曲面で光が屈折し、内部構造を理解しにくかった
- 円筒ではなくキューブ形状で鋳造すべきだという結論に至った
- その後、レジン収縮で円筒が割れ、次のプロトタイプへ進んだ
プロトタイプ2：工程整理と改善点
- 2番目のプロトタイプでは、より体系化された工程が用いられた
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分解と洗浄
- きれいに分解したムーブメントから始めた
- 輪列をブリッジとともに組み立てた後、ピニオンに少量のCA接着剤を入れて固定した
- 平らな部分のある針で小さな接着剤の滴を移し、毛細管現象で部品の隙間にしみ込ませた
- CA接着剤は使いすぎないほど接着が強く、活性剤なしでも約30秒で硬化した
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輪列側の組み立て
- 複雑度の高い時計師側から作業した
- 長い釣り糸をブリッジねじの先端に貼り付け、ブリッジをメインプレートの上に浮かせて、ねじ穴を通して位置を合わせた
- キーレスワーク、モーションワーク、テンプ一式のようなサブアセンブリは別途作ってから一塊として固定した
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ダイヤル側の組み立てとモールド
- 作業物を裏返した後、ダイヤル側も同じ方法で組み立てた
- メインプレートは細い透明ナイロン糸で木の棒に吊し、モールドの上に浮かせた
- 厚さ2mm、20×30cmのアクリル板を7×10cmの長方形に切ってモールドを作り、エポキシが付着しないモールドテープを貼った
- プロトタイプ2は可能性を示したが、次の改善点が残った
- サブアセンブリとメインプレートの距離制御が難しい
- レジンが硬化中に大きく収縮し、過熱の可能性があった
- 部品同士が見えにくく、次のモデルではさらに大きく分解する必要があった
- 針の時刻設定が適切ではなく、10:10に合わせたほうがよかった
プロトタイプ3：精度向上とテンプホイールの演出
- 3回目の試作では、小型のはさみ式ラボジャッキを補助クランプと併用し、部品をより正確かつ直角に合わせた
- セルフクロージングピンセットの先端には小さな磁石を入れ、極小のねじをやさしく保持した
- 機械式時計では磁性が時間誤差を引き起こすが、このモデルは動作する必要がないため問題ではなかった
- CA活性剤も使用した
- 噴射すると散らかるので、ふた付き容器に吹き付けてからピンセットで小さな滴を移した
- 一方の面にCA接着剤を、もう一方に活性剤を付けてすばやく貼り合わせる方法が有効だった
- テンプホイールはヒゲゼンマイに吊られた形で鋳造された
- テンプホイールは輪列の末端でゼンマイのエネルギーを1時間あたり18,000回解放する
- テンプ一式はムーブメントの心臓部であり、最も繊細な部品だ
- ヒゲゼンマイの形状を見せるため、テンプホイールを自由に吊るし、そのためにアセンブリ全体を逆さまにして鋳造する必要があった
プロトタイプ4：PT5000腕時計ムーブメント
- 4番目のプロトタイプは、Bartoszの記事で見たETA 2824系に相当する腕時計ムーブメントで進められた
- 本物のETA 2824に300ユーロを費やす代わりに、中国製のPT5000クローンを使用した
- PT5000は中国から良好な作動状態で届き、水平・垂直位置間の差が小さく、振り角も良好だった
- 分解前の洗浄工程では印象が悪化した
- ムーブメントが油でひどく濡れていた
- 複数のブリッジに鋭いバリがあり、洗浄中に取れた
- 破損部品はなかった
- 実使用前にはきちんとした整備を受けるべきムーブメントだと判断された
- 小さな部品は心配したほど扱いにくくなく、0.7mmのナイロン釣り糸はほとんどのねじ穴に通った
- 特に注意が必要だった部品は、テンプスタッフのピボットを衝撃から守るテンプ耐震ばねだった
- 古い懐中時計には一般的にない部品だ
- 耐震ばねをシリコンの上に平らに置き、CA接着剤を一滴落として内部ディスクを満たした
- 硬化後、透明な内部を持つばねを持ち上げることができた
- これは時計針に夜光材を塗るときと同じコツだった
- 組み立ては順調だったが、鋳造は失敗に近かった
- モールドが真空チャンバーに無理なく入るにはやや大きすぎた
- 急いで支持構造を修正する過程でモデルが傾いた
- レジンが日付表示リングの塗料を溶かし、乳白色の筋が生じた
- PT5000の分解、洗浄、分解図組み立てには約18時間かかり、工程改善により15時間未満まで短縮できそうだった
最終的な腕時計モデル
- 4番目のプロトタイプ以降に残った課題は、塗装面の封止と真空チャンバーのサイズ制限を忘れないことだった
- ケースと金属バンドを含む別のPT5000完成時計を購入し、塗装面保護の実験を行った
- 失敗した方法は次のとおりだった
- CA接着剤はエポキシレジンと同様に塗料を溶かした
- UV硬化CA接着剤は塗料の上で硬化しなかった
- UV硬化エポキシレジンも同様だった
- ホームセンターの透明スプレーラッカーは塗料を溶かさなかった
- 最終鋳造では黄ばんだが、許容できる結果だった
- 釣り糸を同じ長さかつ直角の端面で切るための、よりよい治具も作られた
- 最終組み立てでは、時計師側のムーブメントを組み立ててケースに固定し、硬い紙のチューブで半完成品を空中に保持したままダイヤル側の作業を続けた
- 完成したアセンブリはそのままでは脆すぎて保持できず、レジン鋳造で仕上げられた
最終結果と今後の余地
- 最終鋳造は完全な鏡面仕上げに研磨するための工具や知識こそなかったが、当初の目標だった、本物の機械式時計を手に持てる分解展示物として実現することに成功した
- 全工程は約2.5年にわたって続き、完成品は写真では収めにくい成果として残った
- さらに複雑な腕時計ムーブメントも存在するため、今後も作業を続ける可能性がある
- Bartosz Ciechanowskiのブログ記事がなければこのプロジェクトは始まらず、最終鋳造物を彼に送りたいと考えている
1件のコメント
Hacker News のコメント
著者が、私の好きなムーブメントの一つである PT5000 を使っているのを見てうれしくなった
記事で述べられている通り、よくある ETA 2824-2 の中国製クローンで、AliExpress で売られている低価格時計によく入っている。サファイアクリスタル、セラミックベゼル、夜光、完全防水まで備えた Submariner オマージュを100ドルで買えるのに、精度はスイス時計のように COSC 基準内に収まる。私が売る前は日差 +5秒で動いていて、中国の時計産業は本当に見ものだ
今 ST19 ムーブメントが届くところだが、これも非常に手頃な価格で信頼できる、完全機械式のコラムホイール・クロノグラフだ。中国には敬意を抱かされる
もう考えたことはあるだろうけど、レジンの屈折率を変える方法があれば、釣り糸を完全に見えなくできそう
追記: ざっと調べてみると、光学の分野にはすでに先行例がかなりある。くそ、まだ終わっていないのかもしれない
「Bartosz、もしこの記事を見ていたら連絡してください。最終的なキャスティングをお送りします。あなたのブログ記事がなければ、このプロジェクトは始まりませんでした」という最後の心遣いがよかったし、サイドプロジェクトの成果物としての完成度も印象的だ
私も端に似たような「リップ」ができるレジンキャストをやったことがある。LGA CPU ソケットをコースターにしたのだが、普通のサンドペーパーをだんだん細かい番手に変えながら、かなり簡単に削ってほぼ完璧な直方体にできた
平面度は、サンドペーパーを平らな面にテープで貼り、部品のほうを動かすことで得た。昔のことなので、最後に研磨剤を使ったのか、サンドペーパーだけで十分きれいな仕上がりになったのかはよく覚えていない
その次は表面を磨かなければならないだろうが、それは膨大な手作業か、研磨／バフがけ用の工具が必要になる。工具と粉じんを置ける作業部屋があればやってみたいけど、今は小さなアパートのリビングでやっている
信頼できるエポキシ販売業者が説明している工程はこちら: https://www.youtube.com/watch?v=9-WYOK90KNo
出典: この方法でナイフを本当にとんでもなく鋭くできる
すばらしい。カメラのような物をレジンに入れてウォータージェットカッターで切り、別バージョンの分解図のように見せていたアーティストを思い出した。リンクは見つけられない
著者はさまざまな電子部品の断面を作っていて、より繊細なものは先にレジンでキャストしていた。制作過程も最終結果と同じくらい見事だ
一方では、冒涜のように感じたい気もする。こういうものは驚くべき機械であり、魔法は動作原理を見ることだけでなく、何十年も安定して動き続け、故障したときに https://www.youtube.com/@WristwatchRevival のようなところで再び修理されるのを見ることにもある
それでもこれは本当にすばらしい。子どものころ、きょうだいが砂や貝殻、小さな植物を入れて海中のように見える小さなレジン作品をよく作っていた。私も何度も同じ趣味を試そうとしたが、いつもせっかちすぎて、きちんと固まる前に指紋だらけの出来になってしまった
関心のある所有者よりも懐中時計のほうが10倍は多い。驚くべき機械ではあるが、最大の用途は時計修理の見習いのための練習材料だ
修理費が高いのは、技術と工具を持つ人が少ないからで、需要も非常に低い。私も2つ持っている
固まる前にしばらくジェル状で、その後固体になる透明な物質はないのだろうか？ そうすれば部品をその中に吊るしておき、手で少し押して最終位置を決められるのに
ジェルサスペンション 3D プリンタに似ているが、最後にジェルを洗い流すのではなく固まる方式だ。 https://www.youtube.com/watch?v=swB5-GzX3nQ
SLA 3D プリンタ用レジンの粘度がどの程度かは分からないが、十分に粘っこくできるなら、部品をその中に浮かせて好きなだけ位置を調整し、その後全体に十分な紫外線を当てて一度に硬化させられそうだ
層ごとにキャストするのが最も一般的なアプローチだが、記事で述べられている通り、屈折率の微妙な不連続を避けるのは難しい
ただし、同じ屈折率のビーズのようなものを使い、すべてが所定の位置に置かれた後でレジンを流し込む方法は可能かもしれない。少なくとも水では、そういう装飾的な方法が使われているのを見たことがある
何を言っているのかを示す適当な動画: https://www.youtube.com/shorts/LuTlY6DkHQw
成果物が本当にすばらしい。こういうものを展示したがる博物館もありそうだ
そして https://ciechanow.ski/ はそれ自体がものすごいインスピレーションだ
支持材が同じ屈折率を持っていれば見えないはずだ