KR20200073129A - 밸런스 스프링 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정 이너샤를 갖는 타임피스 밸런스에 장착되도록 의도된 밸런스 스프링 (1) 에 관한 것으로, 상기 밸런스 스프링 (1) 은 상부 면 (10a) 을 하부 면 (10b) 에 연결하는 측방향 면들 (10c) 을 갖는 코어 (10) 로 형성되고, 상기 밸런스 스프링 (1) 은, 외부 코일 (5) 의 일 부분에서 상기 측방향 면들 (10c) 중의 하나에, 하나 또는 그 이상의 층들로 형성된 코팅을 포함하고, 상기 코팅은, - 세라믹으로 만들어진 제 2 외부 층 (13) 으로 코팅된 전기 전도성 제 1 층 (12) 을 갖는 2 개의 층들, 또는, - 전기 전도성 세라믹으로 만들어진 소위 '조합' 층 (13) 을 포함한다.
본 발명은 또한, 이 밸런스 스프링의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

밸런스 스프링 및 이의 제조 방법{BALANCE SPRING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 기계식 시계의 조절 부재에 장착되도록 의도된 밸런스 스프링에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 밸런스 스프링의 제조 방법에 관한 것이다.
규소 산화물 층으로 온도 보상 규소 밸런스 스프링 상에 코팅을 디포짓팅시키는 방법을 개시하는 몇몇 문헌이 있다. 이 코팅의 첫 번째 목적은, 정전하를 릴리싱하기 위해 그리고 코일들이 서로 들러붙거나 또는 브리지, 바 및 플레이트와 같은 이동 요소에 들러붙는 것을 방지하기 위해 밸런스 스프링에 전도성 층을 제공하는 것이다. 이 코팅의 두 번째 목적은, 밸런스 스프링을 습기의 유해한 작용으로부터 보호하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 특허 문헌 번호 EP1837721 은 50 nm 미만의 두께를 갖는 금속 증착물이 위에 형성된 두꺼운 규소 이산화물 층 및 규소 코어를 갖는 밸런스 스프링을 개시하고 있다.
이러한 방법은 조정가능한 이너샤 (inertia) 를 가진 밸런스가 장착된 무브먼트에 사용되는 밸런스 스프링의 제조에 성공적으로 적용된다. 고정된 작용 길이를 갖는 밸런스 스프링은 일반적으로 스터드에 접합되며, 밸런스 스프링 표면에서의 코팅은 어떠한 접촉 및/또는 마찰을 받지 않는다. 규소 밸런스 스프링의 비제한성으로, 이너샤 조정없이 환형 밸런스로 간단한 무브먼트를 위해 널리 사용된다. 밸런스 스프링은 밸런스와 관련되어 있으며, 따라서 인덱스 어셈블리에 의해 밸런스 스프링의 작용 길이를 조정함으로써 오실레이터의 주파수가 조정된다. 밸런스 스프링은 일반적으로 두 핀들 사이에서 안내되며, 밸런스의 각각의 진동에 따라 일방의 핀과 맞닿고 타방의 핀과 맞닿는다. 밸런스 스프링 표면과 핀들 사이에서의 접촉 및 이동은 전도성 및 방습 층의 조기 마모를 초래할 수 있다.
전술한 단점을 극복하기 위해, 본 발명의 목적은 외부 코일과 인덱스 핀들 사이의 접촉 영역에서 개선된 내마모성을 갖는 밸런스 스프링을 제안하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 정전기 방지 특성을 가지면서 습도에 저항하는 밸런스 스프링을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 고정 이너샤 (fixed inertia) 를 갖는 타임피스 밸런스에 장착되도록 의도된 밸런스 스프링에 관한 것으로, 상기 밸런스 스프링은 상부 면을 하부 면에 연결하는 측방향 면들을 갖는 코어로 형성되고, 상기 밸런스 스프링은, 그 외부 코일의 적어도 하나의 부분에 그리고 상기 외부 코일의 상기 부분에서 상기 측방향 면들 중의 하나에, 하나 또는 그 이상의 층들로 형성된 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 다음의 것을 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 마모-방지 기능을 가지는 세라믹으로 만들어진 제 2 외부 층으로 코팅된, 정전기 방지 및 습기 차단 기능을 가지는 전기 전도성 제 1 층을 갖는 2 개의 층들, 또는
- 정전기 방지, 습기 차단 및 마모-방지 기능을 조합한 전기 전도성 세라믹으로 만들어진 소위 '조합' 층.
따라서, 밸런스 스프링은, 적어도 인덱스 핀들과의 접촉 영역에서 그 외부 코일 상에, 접촉 영역에서 하부 재료의 내구성을 보장하고 따라서 일반적으로 밸런스 스프링의 향상된 내마모성을 보장하는 세라믹 층을 포함한다.
변형예에 따르면, 하부 재료는, 밸런스 스프링 코어 상에 직접 디포짓팅되거나 또는 온도 보상 층과 같은 중간 층에 디포짓팅되는 전기 전도성 제 1 층의 구성 재료이다.
내마모성 세라믹 층이 또한 전도성인 다른 변형예에 따르면, 하부 재료는 밸런스 스프링 코어 재료 또는 중간 온도 보상 층 재료이다.
밸런스 스프링 제조 방법은, 사용 중에 핀들과 접촉하도록 의도된 밸런스 스프링의 측방향 면들 중의 적어도 하나에 상기 세라믹 층을 디포짓팅시키는 단계로 구성된다. 이 층은 5 내지 100 nm, 바람직하게는 20 내지 50 nm 의 두께를 갖는다. 바람직하게는 이는 10 내지 60°, 보다 바람직하게는 30 내지 40°의 원호상의 외부 코일의 부분에 걸쳐 연장된다.
본 발명의 특정 실시형태들에 따르면, 밸런스 스프링은 또한 다음 특징들 중의 하나 또는 적절한 조합을 갖는다:
- 상기 제 2 외부 층은 탄화물, 질화물, 붕화물 또는 산화물에 기초한 세라믹으로 만들어진다;
- 상기 제 2 외부 층은 규소 탄화물에 기초한 세라믹으로 만들어진다;
- 상기 조합 층은 가능하게는 도핑된 산화물에 기초한 또는 붕화물에 기초한 세라믹으로 만들어진다;
- 상기 조합 층은 플루오라이드-도핑된 주석 이산화물, 인듐 및 주석 산화물, 가능하게는 알루미늄으로 도핑된 아연 산화물, 또는 티타늄 붕화물로 만들어진다;
- 상기 제 1 층은 금속 층이다;
- 상기 제 1 층은 금, 백금, 로듐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬 및 바나듐 중에서 선택된 금속으로 만들어진다;
- 상기 측방향 면들의 각각은 상기 외부 코일의 상기 부분에서 제 1 층 및 제 2 외부 층 또는 조합 층을 포함한다;
- 상기 측방향 면들의 각각은 상기 외부 코일의 상기 부분에서 상기 제 1 층의 하부에 있거나 상기 조합 층의 하부에 있는 온도 보상 층을 포함한다.
본 발명은 또한, 고정 이너샤를 갖는 타임피스 밸런스에 장착되도록 의도된 밸런스 스프링에 관한 것으로, 상기 밸런스 스프링은 상부 면을 하부 면에 연결하는 측방향 면들을 갖는 규소 코어로 형성되고, 상기 밸런스 스프링에는, 그 외부 코일의 부분에서 상기 측방향 면들 중의 하나에, 규소 산화물을 제외하고 세라믹 층이 코팅되고, 상기 세라믹 층은 상기 규소 코어 상에 직접 디포짓팅되고 5 내지 100 nm, 바람직하게는 20 내지 50 nm 의 두께를 갖고, 상기 밸런스 스프링은, 온도에 의한 상기 규소 코어의 열탄성 계수의 변화를 보상하기 위해, 상기 부분과는 별도로, 상기 측방향 면들, 상기 하부 면 또는 상기 상부 면의 전부 또는 일부에, 금속 층으로 코팅된 규소 산화물 층을 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 예로서 주어진 바람직한 실시형태의 다음 설명에서 나타날 것이다.
도 1a 는 그 밸런스에 장착된 본 발명에 따른 밸런스 스프링의 평면도이다.
도 1b 는 도 1a 의 밸런스 스프링의 외부 코일의 축선 A-A 를 따른 단면도이다.
본 발명은 고정된 이너샤를 갖는 밸런스에 보다 구체적으로 장착되도록 의도된 밸런스 스프링에 관한 것이다. 공지된 방식으로, 도 1a 에 도시된 바와 같이, 밸런스 스프링 (1) 은 내부 단부 (2) 를 갖고, 이 내부 단부를 통해 밸런스 (8) 의 스태프 (4) 에 장착된 콜릿 (collet: 3) 에 부착된다. 특히 규소, 석영 또는 세라믹으로 제조된 밸런스 스프링의 경우, 콜릿은 밸런스 스프링과 함께 하나의 피스로 만들어진다. 밸런스 스프링 (1) 은 밸런스 스프링 스터드 (7) 에 부착된 단부 (6) 에서 끝나는 외부 코일 (5) 을 포함한다. 스터드는 무브먼트 플레이트에 고정된 밸런스 콕 (미도시) 과 일체형이다. 스터드에 대한 부착 지점 전에, 외부 코일은 인덱스 핀들 (9) 사이를 통과한다. "접촉 영역"이라 칭하는 이 특정 영역에서, 밸런스 스프링의 두 개의 측방향 면들은 밸런스의 각각의 진동에 의해 각각 하나의 핀과 맞닿고 이어서 다른 핀에 맞닿는다. 밸런스/밸런스 스프링 어셈블리의 일부 구성에서는, 측방향 면들 중 하나만이 핀들 중 하나에 맞닿는 것이 가능하다. 결과적으로, 본 발명에 따르면, 이 접촉 영역에서 밸런스 스프링의 적어도 측방향 면(들)은 밸런스 스프링과 핀 사이의 접촉 동안에 하부 재료가 마모되는 것을 방지하는 경질 세라믹 재료의 층으로 코팅된다.
세라믹 층은 바람직하게는 예를 들어 SiC 와 같은 탄화물로 만들어진다. 또한, 이는 예를 들어 Si3N4 와 같은 질화물, 예를 들어 ZrO2, Al2O3, TiO2 와 같은 산화물 또는 TiB2 와 같은 붕화물로 제조될 수 있다. 이 층은 5 내지 100 nm, 바람직하게는 20 내지 50 nm 의 두께를 갖는다.
바람직한 변형예에 따르면, 하부 재료는, 정전기 방지 기능을 갖고 수분 배리어로서 작용하는 층의 구성 재료이다. 바람직하게는, 이 층은 금속이고, 금, 백금, 로듐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 바나듐 등과 같은 스테인리스 및 비자성 금속으로 형성된다. 전형적으로, 이 층은 100 nm 이하의 두께를 갖는다.
다른 변형예에 따르면, 내마모성 세라믹 층은 또한 전기 전도성 및 내습성이다. 이 경우, 정전기 방지 기능을 갖고 수분 배리어로서 작용하는 전술한 층은 더 이상 필요하지 않다. 이 변형예에서, 전도성 세라믹 층은 플루오라이드-도핑된 주석 산화물인 SnO2:F 와 같은 산화물, 인듐 주석 산화물 (ITO), 때로는 알루미늄으로 도핑된 아연 산화물 (ZnO:Al) 인 ZnO 등일 수 있다. 이는 또한 전도성인 TiB2 와 같은 붕화물일 수 있다.
바람직하게는, 정전기 방지 및 수분 배리어 기능을 갖는 이 층은, 그것이 전술한 금속 층이든 또는 전술한 전도성 세라믹 층이든, 온도에 의한 코어의 열탄성 계수의 변화를 보상하는 기능을 갖는 온도 보상 층으로서 지칭되는 층을 자체적으로 코팅한다. 예를 들어, 이 온도 보상 층은 규소 산화물 (SiO2) 로 형성된다. 그 두께는 밸런스 스프링의 열적 거동에 대한 전도성 및 내마모성 층의 영향을 고려하여 조정된다.
바람직한 변형예에 대해 도 1b 에 상세히 도시된 밸런스 스프링 (1) 은 규소, 석영 또는 일반적으로 세라믹으로 만들어진 코어 (10) 를 갖는다. 이 코어는 전형적으로 2 개의 측방향 면들 (10c) 에 의해 하부 면 (10b) 에 연결된 상부 면 (10a) 을 갖는 사변형 형상을 갖는다. 이 코어 (10) 는 바람직하게는 온도 보상 층 (11) 으로 전체적으로 또는 부분적으로 코팅된다. 규소 코어의 경우, 코어 면들의 하나 이상은 SiO2 로 형성된 층 (11) 으로 코팅된다. 따라서 코어는 그 면들의 하나 이상에서 정전기 방지 및 수분 배리어 기능을 갖는 금속 층 (12) 으로 코팅된다. 그 후, 층들 (11 및 12) 로 사전 코팅된 코어 (10) 의 하나 이상의 또는 쌍방의 측방향 면들 (10c) 은 핀 또는 핀들과의 사용 중에 접촉이 발생하는 영역에서 경질 세라믹 층 (13) 으로 코팅된다. 본 발명은 접촉 영역을 넘어 연장되는 경질 층을 배제하지 않는다. 따라서, 경질 층은 그 단부에 근접하여 외부 코일 (5) 의 적어도 일 부분에 걸쳐 연장된다. 유리하게는, 상기 부분은 10 내지 60°, 바람직하게는 30 내지 40°의 원호 (α) 상에서 연장된다 (도 1a). 상기 부분은, 밸런스/밸런스 스프링 조립체 내에서의 핀들의 임의의 배열을 위해, 접촉 영역에 있도록 의도된 측방향 면(들) 이 경질 층으로 적절하게 코팅되는 것을 보장하기에 충분한 원호 상에서 연장된다.
밸런스 스프링은 예를 들어 규소 밸런스 스프링에 대해 기술된 다음의 연속 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조된다. 규소 코어가 있는 밸런스 스프링은 규소 웨이퍼 (웨이퍼 공정) 으로부터 얻을 수 있다. 공지된 방식으로, 예를 들어, 원하는 밸런스 스프링 윤곽에 적합한 마스크를 사용하여 습식 화학 에칭, 플라즈마 건식 에칭 또는 반응성 이온 에칭 (RIE) 을 수행하는 것이 가능하다. 규소 이산화물 온도 보상 층은 하나 이상의 코어 면의 열적 산화에 의해 얻어진다. 이어서, 내마모성 세라믹 층이 전도성이 아닌 경우, 금속 층이 하나 이상의 코어 면 상에 디포짓팅된다. 도전 층은 스퍼터링, 물리 기상 증착, 이온 주입 또는 전해 증착과 같은 다양한 공지된 공정에 의해 디포짓팅된다. 마지막으로, 본 발명에 따른 세라믹 층은 외부 코일 부분의 측방향 면(들) 상에 PVD, CVD (화학 기상 증착) ALD (원자 층 디포지션) 등에 의해 디포짓팅된다. 본 발명은 세라믹 층이 이 부분에서 상부 면 및 하부 면 상에 또한 증착되는 것을 배제하지 않는다는 것을 주목할 것이다.
또한, 본 발명은 접촉 영역에서 규소 코어의 측방향 면들 중 일방 또는 쌍방에 전도성 또는 비전도성 세라믹 층이 직접 디포짓팅되는 것을 배제하지 않는다. 따라서, 상기 코어에는 접촉 층에는 SiO2 온도 보상 층 및 금속 층이 없지만 이 영역 외측에서는 코어의 전부 또는 일부에 걸쳐 이들 층이 제공된다. 따라서, 경질 층은 접촉 영역에서 규소 코어의 마모를 방지하도록 의도된, SiO2 의 후자의 경우를 제외하고는 질화물계, 탄화물계 또는 산화물계 세라믹 층이다.
(1) 밸런스 스프링
(2) 내부 단부
(3) 콜릿
(4) 샤프트
(5) 외부 코일
(6) 내부 단부
(7) 밸런스 스프링 스터드
(8) 밸런스
(9) 핀
(10) 코어
a. 상부 면
b. 하부 면
c. 측방향 면
(11) 하부 층 (온도 보상 층으로도 지칭됨)
(12) 제 1 층 (금속 층으로도 지칭됨)
(13) 제 2 층 (세라믹 층 또는 조합 층으로도 지칭됨)

Claims (18)

  1. 고정 이너샤 (fixed inertia) 를 갖는 타임피스 밸런스에 장착되도록 의도된 밸런스 스프링 (1) 으로서,
    상기 밸런스 스프링 (1) 은 상부 면 (10a) 을 하부 면 (10b) 에 연결하는 측방향 면들 (10c) 을 갖는 코어 (10) 로 형성되고, 상기 밸런스 스프링 (1) 은, 외부 코일 (5) 의 일 부분에서 상기 측방향 면들 (10c) 중의 하나에, 하나 이상의 층들로 형성된 코팅을 포함하고,
    상기 코팅은
    - 세라믹으로 만들어진 제 2 외부 층 (13) 으로 코팅된 전기 전도성 제 1 층 (12) 을 갖는 2 개의 층들, 또는
    - 전기 전도성 세라믹으로 만들어진 소위 '조합' 층 (13)
    을 포함하는, 밸런스 스프링 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 외부 층 (13) 은 탄화물, 질화물, 붕화물 또는 산화물에 기초한 세라믹으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 외부 층 (13) 은 규소 탄화물에 기초한 세라믹으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조합 층 (13) 은 도핑된 산화물에 기초한 또는 붕화물에 기초한 세라믹으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조합 층 (13) 은 플루오라이드-도핑된 주석 이산화물, 인듐 및 주석 산화물, 알루미늄으로 도핑된 아연 산화물, 또는 티타늄 붕화물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부분은 10 내지 60°, 또는 30 내지 40°의 원호에서 상기 외부 코일 (5) 에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 외부 층 (13) 또는 상기 조합 층 (13) 은 5 내지 100 nm, 또는 20 내지 50 nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅은 상기 제 1 층 (12) 의 하부에 있거나 상기 조합 층 (13) 의 하부에 있는 하부 층 (11) 을 더 포함하고, 상기 하부 층 (11) 은 온도에 의한 상기 코어 (10) 의 열탄성 계수의 변화를 보상하는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 코어 (10) 는 규소로 만들어지고, 상기 하부 층 (11) 은 규소 이산화물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층 (12) 은 금속 층인 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 층 (12) 은 금, 백금, 로듐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬 및 바나듐 중에서 선택된 금속으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 측방향 면들 (10c) 의 각각은 상기 외부 코일 (5) 의 상기 부분에서 제 1 층 (12) 및 제 2 외부 층 (13) 또는 조합 층 (13) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 측방향 면들 (10c) 의 각각은 상기 외부 코일 (5) 의 상기 부분에서 상기 제 1 층 (12) 의 하부에 있거나 상기 조합 층 (13) 의 하부에 있는 층 (11) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  14. 고정 이너샤를 갖는 타임피스 밸런스에 장착되도록 의도된 밸런스 스프링 (1) 으로서,
    상기 밸런스 스프링 (1) 은 상부 면 (10a) 을 하부 면 (10b) 에 연결하는 측방향 면들 (10c) 을 갖는 규소 코어 (10) 로 형성되고, 상기 밸런스 스프링 (1) 에는, 그 외부 코일 (5) 의 부분에서 상기 측방향 면들 (10c) 중의 하나에, 규소 산화물을 제외하고 세라믹 층 (13) 이 코팅되고, 상기 세라믹 층 (13) 은 상기 규소 코어 (10) 상에 직접 디포짓팅되고 5 내지 100 nm, 또는 20 내지 50 nm 의 두께를 갖고, 상기 밸런스 스프링 (1) 은, 온도에 의한 상기 규소 코어 (10) 의 열탄성 계수의 변화를 보상하기 위해, 상기 부분과는 별도로, 상기 측방향 면들, 상기 하부 면 또는 상기 상부 면의 전부 또는 일부에, 금속 층 (12) 으로 코팅된 규소 산화물 층을 포함하는, 밸런스 스프링 (1).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 외부 코일 (5) 의 부분에서 상기 측방향 면들 (10c) 중의 적어도 하나를 코팅하는 상기 세라믹 층 (13) 은 질화물계, 탄화물계, 붕화물계 또는 산화물계 세라믹인 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1).
  16. 고정 이너샤를 갖는 밸런스 및 2 개의 인덱스 핀들 (9) 을 갖는 인덱스 어셈블리를 포함하는 타임피스로서,
    상기 타임피스는 상기 2 개의 인덱스 핀들 (9) 과 대면하여 배치된 부분을 갖는 제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 따른 밸런스 스프링 (1) 을 포함하는, 타임피스.
  17. 고정 이너샤를 갖는 타임피스 밸런스에 장착되도록 의도된 밸런스 스프링 (1) 의 제조 방법으로서,
    상기 방법은
    a) 상부 면 (10b) 을 하부 면 (10a) 에 연결하는 측방향 면들 (10c) 을 갖는 코어 (10) 를 갖는 밸런스 스프링 (1) 을 제공하는 단계,
    b) 상기 밸런스 스프링 (1) 의 외부 코일 (5) 의 적어도 하나의 부분에서 상기 코어 (10) 의 상기 측방향 면들 (10c) 중의 적어도 하나에, 전기 전도성 제 1 층 (12) 또는 전기 전도성 세라믹 (13) 으로 만들어진 소위 '조합' 층 (13) 을 디포짓팅하는 단계,
    c) 단계 b) 가 상기 제 1 층 (12) 을 디포짓팅하는 것으로 이루어질 때, 상기 제 1 층 (12) 상에 제 2 세라믹 층 (13) 을 디포짓팅하는 단계
    를 포함하는, 밸런스 스프링 (1) 의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    단계 b) 에 앞서, 온도에 의한 상기 코어 (10) 의 열탄성 계수의 변화를 보상하기 위해 상기 제 1 층 (12) 의 하부에 있거나 상기 조합 층 (13) 의 하부에 있는 층 (11) 을 디포짓팅하는 것으로 이루어지는 단계가 선행하는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링 (1) 의 제조 방법.
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