KR20210086949A - 시계 무브먼트를 위한 밸런스 스프링 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히,
- 니오븀: 100 중량% 까지의 잔부,
- 티타늄: 5 내지 95 중량%,
- O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu 및 Al 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 미량의 원소들로서, 상기 원소들 각각은 0 내지 1600 중량ppm 의 양으로 존재하고, 상기 원소들 전부에 의해 형성되는 총량은 0 중량% 내지 0.3 중량% 인, 상기 원소들
로 이루어진 합금으로 만들어진 Nb-Ti제 코어를 포함하는, 시계 무브먼트의 균형을 잡기 위한 밸런스 스프링으로서,
상기 Nb-Ti제 코어는 니오븀 층으로 코팅되고, 상기 니오븀 층은 20 nm 내지 10 ㎛ 의 두께를 갖는, 밸런스 스프링에 관한 것이다.
- 니오븀: 100 중량% 까지의 잔부,
- 티타늄: 5 내지 95 중량%,
- O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu 및 Al 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 미량의 원소들로서, 상기 원소들 각각은 0 내지 1600 중량ppm 의 양으로 존재하고, 상기 원소들 전부에 의해 형성되는 총량은 0 중량% 내지 0.3 중량% 인, 상기 원소들
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상기 Nb-Ti제 코어는 니오븀 층으로 코팅되고, 상기 니오븀 층은 20 nm 내지 10 ㎛ 의 두께를 갖는, 밸런스 스프링에 관한 것이다.
Description
본 발명은 시계 무브먼트 (horological movement) 의 균형을 잡기 위한 밸런스 스프링의 제조 방법 및 그 방법으로부터 얻어지는 밸런스 스프링에 관한 것이다.
시계 (horology) 용 밸런스 스프링의 제조는 일견 종종 양립할 수 없는 제약들에 직면하고 있다:
- 높은 탄성 한계를 획득할 필요성,
- 가공, 특히 인발 및 압연의 용이성,
- 우수한 피로 강도,
- 시간 경과에 따른 성능의 안정성,
- 작은 단면.
밸런스 스프링의 생성은 규칙적인 측시 성능을 보장하는 방식으로 열 보상 문제에 더욱 집중된다. 이를 위해, 0 에 가까운 열탄성 계수가 획득되어야 한다. 자기장에 대한 제한된 민감도를 갖는 밸런스 스프링을 만드는 것도 또한 모색되고 있다.
니오븀과 티타늄의 합금에 기초하여 새로운 밸런스 스프링이 개발되었다. 그러나, 이 합금은 드로우 플레이트 (draw-plate) 및 롤러에의 점착 (sticking) 또는 소착 (seizing) 의 문제가 있어서, 예를 들어 강에 사용되는 표준 방법으로 이 합금을 미세 와이어로 변환하는 것이 거의 불가능하다.
이러한 단점을 극복하기 위해, 드로우 플레이트와 압연기에서의 셰이핑 전에, Nb-Ti 로 이루어진 블랭크에 연성 재료 층, 특히 구리 층을 디포짓하는 것이 제안되었다.
와이어 상의 이 구리 층은 단점이 있다: 성형 단계 동안에 점착 방지제의 역할을 하기 위해 두꺼운 층 (일반적으로 0.1 mm 의 Nb-Ti 직경에 대해 10 미크론) 으로 디포짓되어야 한다. 교정 및 와이어의 압연 동안 와이어의 기하학적 형상의 미세 제어를 허용하지 않는다. 와이어의 Nb-Ti 로 이루어진 코어의 이러한 치수 변화는 밸런스 스프링 토크의 상당한 변화로 된다.
전술한 단점을 극복하기 위해, 본 발명은 구리 층과 관련된 단점을 피하면서 성형에 의한 셰이핑을 용이하게 하는 밸런스 스프링의 제조 방법을 제안한다.
이 목적을 위해, 본 발명은 시계 무브먼트의 균형을 잡기 위한 밸런스 스프링의 제조 방법에 관한 것으로, 본 방법은
a) - 니오븀: 100 중량% 까지의 잔부,
- 티타늄: 5 내지 95 중량%,
- O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu 및 Al 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 미량의 하나 이상의 원소들로서, 상기 원소들 각각은 0 내지 1600 중량ppm 의 양으로 존재하고, 상기 원소들 전부에 의해 형성되는 총량은 0 중량% 내지 0.3 중량% 인, 상기 하나 이상의 원소들
로 이루어진 합금으로 만들어진 Nb-Ti제 코어를 갖는 블랭크를 이용 가능하게 하는 단계,
b) 상기 Nb-Ti제 코어를 갖는 상기 블랭크 주위에 제 1 두께를 갖는 제 1 재료의 층을 형성하는 단계,
c) 단계 b) 로부터 수득된 블랭크 주위에 상기 제 1 재료의 층의 두께보다 큰 제 2 두께를 갖는 제 2 재료의 층을 형성하는 단계로서, 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료는 상기 제 1 재료를 실질적으로 공격함이 없이 상기 제 2 재료가 물리적 또는 화학적으로 선택적으로 제거될 수 있도록 선택되는, 상기 제 2 재료의 층을 형성하는 단계,
d)
d1) 단계 c) 에서 수득된 블랭크를, 교정 직경 (calibration diameter) 이라 불리는 결정된 직경을 갖는 둥근 블랭크로 변환하기 위한 일련의 성형-스테이지 단계들, 및
d2) 단계 d1) 에서 수득된 둥근 블랭크를 판 압연 (flat rolling) 하는 일련의 단계들
을 포함하는 여러 시퀀스들로 블랭크를 성형하는 단계,
e) 압연 와이어를, 결정된 길이를 갖는 블레이드가 되도록 절삭하는 단계,
f) 밸런스 스프링을 형성하도록 권취하는 단계,
g) 상기 밸런스 스프링을 최종 열처리하는 단계
를 포함하고, 상기 방법은
h) 제 1 압연 단계 d2) 전에 또는 늦어도 단계 d2) 의 마지막 스테이지 전에 각 드로우 플레이트에서 약 10% 의 블랭크의 연신율로 상기 블랭크를, 적어도 하나의 드로우 플레이트를 통해, 바람직하게는 2 개의 드로우 플레이트들을 통해 지나가게 하는 것이 여전히 가능한 직경에 블랭크가 도달한 때, 단계 c) 에서 형성된 상기 제 2 재료의 층을 제거하는 단계
를 더 포함한다.
블랭크는 결정된 치수와 기하학적 형상을 갖기 위해 다수의 성형 스테이지들을 거치기 때문에, 블랭크는 이 연속적인 성형 스테이지들 동안 열화되지 않을 정도로 충분히 두꺼운 연속 드로우 플레이트에서의 점착을 방지하는 층으로 코팅되어야 한다. 이를 위해, 본 발명에 따르면, 블랭크는 구리와 같은 연성 재료의 층으로 코팅된다. 시계 밸런스 스프링을 생성하기 위한 구리 층의 두께는 약 10 미크론이다. 그럼에도 불구하고 본 출원인은, 구리 층으로 덮인 블랭크의 외부 치수가 블랭크를 성형하는 연속 스테이지들 동안 잘 제어되는 반면, Nb-Ti제 코어의 치수가 제어되지 않는다는 것에 주목하였다. 따라서, 본 출원인은, 성형의 제 1 단계를 수행하기 위해 제 1 재료의 층보다 더 두꺼운 제 2 연성 재료의 층으로 블랭크를 코팅하기 전에 바람직하게는 Nb-Ti제 코어의 열탄성 계수 (TEC) 와 양립할 수 있는 제 1 점착 방지 재료의 미세한 층 (전형적으로 블랭크가 15 내지 50 미크론의 직경에 도달한 때 800 nm 와 1.2 미크론 사이에서 선택됨) 으로 Nb-Ti제 블랭크를 코팅한 후, 제 1 재료의 "미세한" 층을 보존하면서 최종 단계 전에 제 2 재료의 "두꺼운" 층을 제거한다는 본 발명의 아이디어를 얻었다. 이 "미세한" 층은 Nb-Ti제 코어의 치수를 완벽하게 제어하면서 드로우 플레이트에서의 점착 없이 와이어 형성의 최종 단계를 수행할 수 있게 한다.
제 1 재료는 바람직하게는 니오븀, 금, 탄탈륨, 바나듐, 오스테나이트계 스테인리스 강, 316L-그레이드 강을 포함하는 세트로부터 선택되고, 제 2 재료는 구리, 은, 구리 및 니켈의 합금, 구리 및 아연의 단상 알파 합금 (예컨대 Cu-Zn30) 을 포함하는 세트로부터 선택된다.
유리하게는 제 1 재료는 니오븀이고, 제 2 재료는 구리 (예컨대, 그레이드 ETP (electrolytic tough pitch), OF (oxygen-free) 또는 OFE (oxygen free electronic)) 이다.
따라서, 본 발명에 따른 밸런스 스프링의 제조 방법의 바람직한 실시형태는, Nb-Ti제 코어를 코팅하는 미세한 니오븀 층을 형성한 다음, 두꺼운 구리 층을 형성하고, 코팅된 코어를 부분적으로 형성하기 위해, 나머지 Cu 층을 제거한 다음, 단지 니오븀으로 코팅된 Nb-Ti제 코어의 형성을 마무리하는 것을 목표로 하는 단계를 포함한다. 따라서, 이 니오븀 층은 드로우 플레이트들 및 닙 롤들과 접촉하는 외부 층을 형성한다. 이는 화학적으로 불활성이고, 연성이며, 밸런스 스프링 와이어를 용이하게 인발 및 압연할 수 있게 한다. 권취 단계에 후속하는 고정 단계 후, 밸런스 스프링들 사이의 분리를 촉진한다는 또 다른 이점이 있다.
니오븀 층은 제조 방법의 종료 시에 밸런스 스프링 상에 보존된다. 밸런스 스프링의 열탄성 계수 (TEC) 를 크게 수정하지 않도록 50 nm 내지 5 ㎛, 바람직하게는 200 nm 내지 1.5 ㎛, 더 바람직하게는 800 nm 내지 1.2 ㎛ 의 두께로 충분히 미세하다. 또한, Nb 는 Nb-Ti 와 유사한 TEC 를 가지고 있어서, 보상기 밸런스 스프링의 수득을 용이하게 한다.
또한, Nb-Ti제 코어에 대해 완벽하게 접착성이다. 니오븀 층의 이러한 두께는 직경이 15 내지 100 ㎛ 인 Nb-Ti제 코어에 전형적으로 적합하다.
유리하게는, 본 발명의 방법의 단계 d1) 은 해머링 및/또는 인발에 의해 단계 c) 에서 수득된 블랭크를 냉간 성형하는 것을 수반한다.
본 발명의 방법의 바람직한 실시형태에 따르면, 적어도 단계 d1) 및/또는 d2) 전에, 상기 블랭크의 베타 타입의 경화 단계가 수행되어, 상기 합금의 티타늄이 실질적으로 베타 상에 니오븀을 갖는 고용체 형태이고, 바람직하게는, β 경화의 단계는 가스하 냉각이 뒤따르는, 진공하에서 700℃ 내지 1000℃ 의 온도에서 5 분 내지 2 시간의 지속시간을 갖는 용체화 처리이다.
바람직하게는, 제 2 재료가 구리인 때, 제 2 재료의 층을 제거하는 단계는 시안화물 또는 산, 예컨대 질산을 함유하는 용액에서 화학적 공격에 의해 수행된다.
유리하게는, 단계 g) 의 최종 열처리는 350℃ 내지 700℃ 의 온도에서 1 시간 내지 80 시간의 지속시간, 바람직하게는 400℃ 내지 600℃ 의 온도에서 5 시간 내지 30 시간의 지속시간을 갖는 알파 상에서의 티타늄의 석출 처리이다.
바람직하게는, 단계 g) 는 350℃ 내지 700℃ 의 온도에서 1 시간 내지 80 시간의 지속시간, 바람직하게는 400℃ 내지 600℃ 의 온도에서 5 시간 내지 30 시간의 지속시간을 갖는 알파 상에서의 티타늄의 석출 열처리로 이루어진다. 일 대안에 따르면, 350℃ 내지 700℃ 의 온도에서 1 시간 내지 80 시간의 지속시간, 바람직하게는 400℃ 내지 600℃ 의 온도에서 5 시간 내지 30 시간의 지속시간을 갖는 알파 상에서의 티타늄 석출의 중간 열처리가 성형 단계들 d1) 및/또는 d2) 의 각각 또는 특정 시퀀스들 후에 추가로 수행될 수 있다.
상기 방법의 일 실시형태에 따르면, 단계 c) 에서 형성된 제 2 재료 (전형적으로 구리) 의 층은 Nb-Ti제 와이어의 코어의 직경이 100 ㎛ 와 같을 때 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 단계 d1 및/또는 d2) 의 각각의 시퀀스는 1 내지 5 의 변형도로 수행되고, 모든 시퀀스에 걸친 성형 단계들의 전체 총계는 1 내지 14 의 전체 변형도를 초래한다. 각 시퀀스 g) 의 변형도는 전통적인 식 2ln(d0/d) 에 해당하며, 여기서 d0 는 마지막 베타 경화의 직경이고, d 는 냉간 가공된 와이어의 직경이다.
유리하게는, 제 1 재료의 층, 전형적으로 니오븀의 층을 형성하는 단계 b) 는 Nb-Ti제 코어 주위에 제 1 재료, 예를 들어 니오븀의 스트립을 권취함으로써 수행되고, 제 2 재료의 층, 일반적으로 구리의 층을 형성하는 단계 c) 는, 단계 b) 의 끝에서 수득된 블랭크를 제 2 재료 (예컨대 구리) 의 튜브에 삽입하고 후속하여 튜브와 단계 b) 의 끝에서 수득된 블랭크의 어셈블리를 인발 및/또는 해머링함으로써 수행된다.
본 발명은 또한,
- 니오븀: 100 중량% 까지의 잔부,
- 티타늄: 5 내지 95 중량%,
- O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu 및 Al 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 미량의 원소들로서, 상기 원소들 각각은 0 내지 1600 중량ppm 의 양으로 존재하고, 상기 원소들 전부에 의해 형성되는 총량은 0 중량% 내지 0.3 중량% 인, 상기 원소들
로 이루어진 합금으로 만들어진 Nb-Ti제 코어를 포함하는, 시계 무브먼트의 균형을 잡기 위한 밸런스 스프링으로서,
Nb-Ti제 코어는 니오븀, 금, 탄탈륨, 바나듐, 오스테나이트계 스테인리스 강, (316L-그레이드 강) 을 포함하는 세트로부터 선택된 제 1 재료의 층으로 코팅되고, 상기 제 1 재료의 층은 20 nm 내지 10 ㎛ 의 두께를 갖는, 밸런스 스프링에 관한 것이다.
유리하게는, 제 1 재료의 층은 300 nm 내지 1.5 ㎛, 바람직하게는 400 nm 내지 800 nm 의 두께를 갖는다.
바람직한 실시형태에 따르면, 제 1 재료는 니오븀이다.
유리하게는, Ti 의 농도가 40 내지 65 중량%, 바람직하게는 40 내지 49 중량%, 더 바람직하게는 46 내지 48 중량% 이다.
유리하게는, Nb-Ti제 코어는 베타 상에 니오븀 및 알파 상에 티타늄을 함유하는 2상 미세조직을 갖는다.
바람직하게는, 밸런스 스프링은 500 MPa 이상, 바람직하게는 600 MPa 이상의 탄성 한계 및 120 GPa 이하, 바람직하게는 100 GPa 이하의 탄성 계수를 갖는다.
본 발명은 시계 무브먼트의 균형을 잡기 위한 밸런스 스프링의 제조 방법에 관한 것이다. 이 밸런스 스프링은 니오븀과 티타늄을 포함하는 이원 타입의 합금으로 만들어진다. 또한, 이 방법으로 얻어지는 밸런스 스프링에 관한 것이다.
상기 방법은 니오븀을 제 1 재료로서 그리고 구리를 제 2 재료로서 하여 아래에서 더 정확하게 설명된다.
본 발명에 따르면, 제조 방법은 하기 단계들을 포함한다:
a) - 니오븀: 100 중량% 까지의 잔부,
- 티타늄: 5 내지 95 중량%,
- O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu 및 Al 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 미량의 하나 이상의 원소들로서, 상기 원소들 각각은 0 내지 1600 중량ppm 의 양으로 존재하고, 상기 원소들 전부에 의해 형성되는 총량은 0 중량% 내지 0.3 중량% 인, 상기 하나 이상의 원소들
로 이루어진 합금으로 만들어진 Nb-Ti제 코어를 갖는 블랭크를 이용 가능하게 하는 단계,
b) Nb-Ti제 코어를 갖는 블랭크 주위에 니오븀 층을 형성하는 단계,
c) 단계 b) 로부터 수득된 블랭크 주위에 구리 층을 형성하는 단계,
d)
d1) 단계 c) 에서 수득된 블랭크를, 교정 직경이라 불리는 결정된 직경으로 만들기 위한 일련의 성형-스테이지 단계들, 및
d2) 단계 d1) 에서 수득된 둥근 블랭크를 판 압연하는 일련의 단계들
을 포함하는 여러 시퀀스들로 블랭크를 성형하는 단계,
e) 압연 와이어를, 결정된 길이를 갖는 블레이드가 되도록 절삭하는 단계,
f) 밸런스 스프링을 형성하도록 권취하는 단계,
g) 밸런스 스프링을 최종 열처리하는 단계.
본 발명의 방법은, 제 1 압연 단계 d2) 전에 또는 늦어도 단계 d2) 의 마지막 스테이지 전에 각각의 드로우 플레이트에서 약 10% 의 블랭크의 연신율로 상기 블랭크를, 적어도 하나의 드로우 플레이트를 통해, 바람직하게는 2 개의 드로우 플레이트들을 통해 지나가게 하는 것이 여전히 가능한 직경에 블랭크가 도달하는 단계 c) 의 순간에, 단계 c) 에서 형성된 상기 구리 층을 제거하는 단계 h) 를 더 포함한다.
이제, 상기 방법을 더 상세하게 설명한다.
단계 a) 에서, 코어는 5 내지 95 중량% 의 티타늄을 함유하는 Nb-Ti 합금으로 만들어진다. 유리하게는, 본 발명에서 사용되는 합금은 중량으로 40 내지 60 % 의 티타늄을 포함한다. 바람직하게는, 40 내지 49 중량% 의 티타늄, 더 바람직하게는 46 내지 48 중량% 의 티타늄을 포함한다. 티타늄의 백분율은 구현 중에 합금의 취약도 (fragility) 문제를 초래하는 마텐자이트 상의 형성을 피하도록 감소되면서 알파 상 형태로 Ti 석출의 최대 비율을 얻기에 충분하다.
특히 유리한 방식으로, 본 발명에서 사용되는 Nb-Ti 합금은 가능한 그리고 불가피한 미량을 제외하고는 다른 원소를 포함하지 않는다. 이로써 취약한 상의 형성을 피할 수 있다.
더 구체적으로, 산소 농도는 총 중량의 0.10 중량% 이하, 또는 심지어 총 중량의 0.085 중량% 이하이다.
더 구체적으로, 탄탈륨의 농도는 총 중량의 0.10 중량% 이하이다.
더 구체적으로, 탄소의 농도는 총 중량의 0.04 중량% 이하, 특히 총 중량의 0.020 중량% 이하, 또는 심지어 총 중량의 0.0175 중량% 이하이다.
더 구체적으로, 철의 농도는 총 중량의 0.03 중량% 이하, 특히 총 중량의 0.025 중량% 이하, 또는 심지어 총 중량의 0.020 중량% 이하이다.
더 구체적으로, 질소의 농도는 총 중량의 0.02 중량% 이하, 특히 총 중량의 0.015 중량% 이하, 또는 심지어 총 중량의 0.0075 중량% 이하이다.
더 구체적으로, 수소의 농도는 총 중량의 0.01 중량% 이하, 특히 총 중량의 0.0035 중량% 이하, 또는 심지어 총 중량의 0.0005 중량% 이하이다.
더 구체적으로, 규소의 농도는 총 중량의 0.01 중량% 이하이다.
더 구체적으로, 니켈의 농도는 총 중량의 0.01 중량% 이하, 특히 총 중량의 0.16 중량% 이하이다.
더 구체적으로, 합금 중 구리와 같은 연성 재료의 농도는 총 중량의 0.01 중량% 이하, 특히 총 중량의 0.005 중량% 이하이다.
더 구체적으로, 알루미늄의 농도는 총 중량의 0.01 중량% 이하이다.
단계 b) 동안, 단계 a) 에서의 블랭크의 Nb-Ti 로 만들어진 코어는 니오븀 층으로 코팅된다. 코어 주위에의 니오븀 층의 추가는 갈바닉적으로, PVD, CVD 에 의해 또는 기계적으로 수행될 수 있다. 후자의 경우, 니오븀 튜브가 Nb-Ti 로 만들어진 합금의 바아에 끼워진다. 바아를 박화 (thin) 하고 단계 a) 에서 이용 가능해진 블랭크를 형성하도록 해머링 및/또는 인발에 의해 어셈블리가 형성된다. 니오븀 층의 두께는 주어진 와이어 단면에서 니오븀의 표면/Nb-Ti제 코어의 표면 비율이 1 미만, 바람직하게는 0.5 미만, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.4 이도록 선택된다. 예를 들어, 전체 직경이 0.2 내지 1 mm 인 와이어의 경우, 두께는 바람직하게는 1 내지 500 마이크로미터이다.
대안적으로, 니오븀 층은 Nb-Ti제 코어 주위에 니오븀 스트립을 권취함으로써 만들어질 수 있고, 그리고 나서 바아를 박화하고 단계 a) 의 끝에서 이용 가능해진 블랭크를 형성하도록 해머링 및/또는 인발에 의해 니오븀 스트립/Nb-Ti제 코어 어셈블리가 형성된다.
단계 b) 에서 수득된 블랭크의 Nb-Ti제 코어는 단계 c) 동안 구리 층으로 코팅된다. 코어 주위에의 구리 층의 추가는 갈바닉적으로, PVD, CVD 에 의해 또는 기계적으로 수행될 수 있다. 후자의 경우, 니오븀 층으로 코팅된 Nb-Ti제 합금 바아에 구리 튜브가 끼워진다. 바아를 박화하고 단계 b) 의 끝에서 이용 가능해진 블랭크를 형성하도록 해머링 및/또는 인발에 의해 어셈블리가 형성된다. 구리 층의 두께는 주어진 와이어 단면에서 구리 표면/니오븀 층으로 코팅된 Nb-Ti제 코어의 표면의 비율이 1 미만, 바람직하게는 0.5 미만, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.4 이도록 선택된다. 예를 들어, 전체 직경이 0.2 내지 1 mm 인 와이어의 경우, 두께는 바람직하게는 1 내지 500 마이크로미터이다.
대안적으로, 구리 층은 니오븀 층으로 코팅된 Nb-Ti제 코어 주위에 구리 스트립을 권취함으로써 제조될 수 있으며, 그리고 나서 니오븀 스트립/Nb-Ti제 코어 어셈블리는, 바아를 박화하고 단계 b) 의 끝에서 이용 가능해진 블랭크를 형성하도록 해머링 및/또는 인발에 의해 형성된다.
또 다른 대안에 따르면, 니오븀 스트립으로 코팅된 Nb-Ti제 코어는 구리 튜브에 삽입될 수 있으며, 어셈블리는 드로우 플레이트를 통해 약 600 내지 900 도의 온도에서 열간 공압출된다.
적어도 나중의 형성 단계 전에, 용체화 처리로 이루어진 베타 타입의 경화가 수행된다. 이 처리는 합금의 티타늄이 실질적으로 베타 상에 니오븀을 갖는 고용체 형태가 되도록 수행된다. 바람직하게는, 가스하 냉각이 뒤따르는, 진공 하에서 700℃ 내지 1000℃ 의 온도에서 5 분 내지 2 시간의 지속시간 동안 수행된다. 더 구체적으로, 이 베타 경화는 가스하 냉각이 뒤따르는, 5 분 내지 1 시간 동안 진공하에서 800℃ 의 온도에서의 용체화 처리이다.
성형의 단계 d) 는 여러 시퀀스들로 수행된다. 성형은 인발 및/또는 압연에 의한 성형을 의미한다.
유리하게는, 성형 단계는 해머링 및/또는 인발 및/또는 단계 d1) 으로 표시되는 캘리브레이션 인발에 의해 적어도 연속적인 성형 시퀀스들 (바람직하게는 냉간) 을 포함한다. 단계 d1) 은 단계 c) 의 끝에서 수득된 블랭크를 와이어의 교정 직경이라고 칭하는 결정된 직경으로 만들 수 있게 한다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은, 단계 d1) 동안, 제 1 의 나중의 압연 단계 d2) 전에 약 10% 의 블랭크의 연신율로 상기 블랭크를, 적어도 하나의 드로우 플레이트를 통해 지나가게 하는 것이 여전히 가능한 직경에 블랭크가 도달하는 때에, 단계 c) 에서 형성된 구리 층을 제거하는 것을 수반하는 단계 h) 를 더 포함한다. 구리 층을 제거하는 이 단계는 시안화물 또는 산을 포함하는 용액에서, 예컨대 물 중에 53 중량% 농도의 질산의 욕에서 화학적 공격에 의해 수행된다.
그 다음, 바람직하게는 권선 스핀들의 입력 단면과 양립 가능한 직사각형 프로파일로 압연 작업들의 시퀀스가 수행되며, 이 시퀀스가 단계 d2) 를 형성한다.
단계 d1) 및 d2) 의 각각의 시퀀스는 1 내지 5 의 주어진 성형 정도로 수행되고, 이 성형 정도는 전통적인 식 2ln(d0/d) 에 해당하며, 여기서 d0 는 마지막 베타 경화의 직경이고, d 는 냉간 가공된 와이어의 직경이다. 이 일련의 전체 시퀀스들에 걸친 성형 단계들의 전체 총계는 1 내지 14 의 전체 성형 정도를 초래한다.
단계 d2) 의 끝에서, Nb-Ti제 코어를 코팅하는 니오븀 층은 20 nm 내지 10 ㎛, 바람직하게는 300 nm 내지 1.5 ㎛, 더 바람직하게는 400 내지 800 nm 의 두께를 갖는다.
그 다음, 단계 d2) 의 끝에서 수득되는 압연된 와이어는 단계 e) 동안, 결정된 길이를 갖는 블레이드가 되도록 절삭된다.
밸런스 스프링을 형성하도록 권취하는 단계 f) 다음에, 밸런스 스프링을 최종 열처리하는 단계 g) 가 후속한다. 이 최종 열처리는 350℃ 내지 700℃, 바람직하게는 400℃ 내지 600℃ 의 온도에서 1 시간 내지 80 시간, 바람직하게는 5 시간 내지 30 시간의 지속시간을 갖는 알파 상에서의 Ti 의 석출 처리이다.
유리한 대안에 따르면, 상기 방법은, 성형 단계들 d1) 및/또는 d2) 의 각각의 시퀀스 사이에 또는 특정 시퀀스들 사이에, 350℃ 내지 700℃ 의 온도에서 1 시간 내지 80 시간의 지속시간, 바람직하게는 400℃ 내지 600℃ 의 온도에서 5 시간 내지 30 시간의 지속시간을 갖는 알파 상에서의 티타늄 석출의 중간 열처리를 더 포함할 수 있다. 유리하게는, 이러한 중간 처리는 단계 d1) 에서 제 1 인발 시퀀스와 제 2 캘리브레이션 인발 시퀀스 사이에 수행된다.
이 방법에 따라 만들어진 밸런스 스프링은 500 MPa 이상, 바람직하게는 600 MPa 이상, 더 정확하게는 500 MPa 내지 1000 MPa 의 탄성 한계를 갖는다. 유리하게는, 120 GPa 이하, 바람직하게는 100 GPa 이하의 탄성 계수를 갖는다.
밸런스 스프링은 니오븀 층으로 코팅된 Nb-Ti제 코어를 포함하며, 상기 층은 50 nm 내지 5 ㎛, 바람직하게는 200 nm 내지 1.5 ㎛, 더 바람직하게는 800 nm 내지 1.2 ㎛ 의 두께를 갖는다.
밸런스 스프링의 코어는 베타 상에 니오븀 및 알파 상에 티타늄을 함유하는 2상 미세조직을 갖는다.
더욱이, 본 발명에 따라 제조된 밸런스 스프링은, 이러한 밸런스 스프링을 포함하는 시계의 사용 온도 변화에도 불구하고 측시 성능의 보존을 보장할 수 있게 하는, TEC 라고도 불리는 열탄성 계수를 갖는다.
본 발명의 방법은 전형적으로는 티타늄 47 중량% (40-60 %) 의 니오븀-티타늄 타입의 합금으로 제조된 밸런스를 위한 밸런스 스프링을 생성, 더 구체적으로 셰이핑할 수 있게 한다. 이 합금은 600 MPa 이상의 매우 높은 탄성 한계와 약 60 GPa 내지 80 GPa 의 매우 낮은 탄성 계수를 조합함으로써 기계적 특성을 증가시켰다. 이러한 특성 조합은 밸런스 스프링에 특히 적합하다. 더욱이, 이러한 합금은 상자성이다.
Claims (22)
- 시계 무브먼트 (horological movement) 의 균형을 잡기 위한 밸런스 스프링의 제조 방법으로서,
a) - 니오븀: 100 중량% 까지의 잔부,
- 티타늄: 5 내지 95 중량%,
- O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu 및 Al 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 미량의 하나 이상의 원소들로서, 상기 원소들 각각은 0 내지 1600 중량ppm 의 양으로 존재하고, 상기 원소들 전부에 의해 형성되는 총량은 0 중량% 내지 0.3 중량% 인, 상기 하나 이상의 원소들
로 이루어진 합금으로 만들어진 Nb-Ti제 코어를 갖는 블랭크를 이용 가능하게 하는 단계,
b) 상기 Nb-Ti제 코어를 갖는 상기 블랭크 주위에 제 1 두께를 갖는 제 1 재료의 층을 형성하는 단계,
c) 단계 b) 로부터 수득된 블랭크 주위에 상기 제 1 재료의 층의 두께보다 큰 제 2 두께를 갖는 제 2 재료의 층을 형성하는 단계로서, 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료는 상기 제 1 재료를 실질적으로 공격함이 없이 상기 제 2 재료가 물리적 또는 화학적으로 선택적으로 제거될 수 있도록 선택되는, 상기 제 2 재료의 층을 형성하는 단계,
d) d1) 단계 c) 에서 수득된 블랭크를, 교정 직경 (calibration diameter) 이라 불리는 결정된 직경으로 만들기 위한 일련의 성형-스테이지 단계들, 및
d2) 단계 d1) 에서 수득된 둥근 블랭크를 판 압연 (flat rolling) 하는 일련의 단계들
을 포함하는 여러 시퀀스들로 블랭크를 성형하는 단계,
e) 압연 와이어를, 결정된 길이를 갖는 블레이드가 되도록 절삭하는 단계,
f) 밸런스 스프링을 형성하도록 권취하는 단계,
g) 상기 밸런스 스프링을 최종 열처리하는 단계
를 포함하고, 상기 방법은
h) 제 1 압연 단계 d2) 전에 또는 늦어도 단계 d2) 의 마지막 스테이지 전에 약 10% 의 상기 블랭크의 연신율로 상기 블랭크를, 적어도 하나의 드로우 플레이트 (draw-plate) 를 통해 지나가게 하는 것이 여전히 가능한 직경에 상기 블랭크가 도달한 때, 단계 c) 에서 형성된 상기 제 2 재료의 층을 제거하는 단계
를 더 포함하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 재료는 니오븀, 금, 탄탈륨, 바나듐, 오스테나이트계 스테인리스 강, (316L-그레이드 강) 을 포함하는 세트로부터 선택되고,
상기 제 2 재료는 구리, 은, 구리 및 니켈의 합금, 구리 및 아연의 단상 알파 합금 (Cu-Zn30) 을 포함하는 세트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 재료는 니오븀이고,
상기 제 2 재료는 구리인 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 h) 는 제 1 압연 단계 d2) 전에 각각 약 10% 의 상기 블랭크의 연신율로 상기 블랭크를, 2 개의 드로우 플레이트들을 통해 지나가게 하는 것이 여전히 가능한 직경에 상기 블랭크가 도달한 때 수행되는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 d1) 은 단계 c) 에서 수득된 블랭크를 해머링 및/또는 인발에 의해 냉간 성형하는 것을 수반하는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
구리 층을 제거하는 단계가 시안화물 또는 산을 함유하는 용액에서 화학적 공격에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
적어도 단계 d1) 및/또는 d2) 전에, 상기 블랭크의 베타 타입의 경화 단계가 수행되어, 상기 합금의 티타늄이 실질적으로 베타 상에 니오븀을 갖는 고용체 형태인 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
β 경화의 상기 단계가 가스하 냉각이 뒤따르는, 진공하에서 700℃ 내지 1000℃ 의 온도에서 5 분 내지 2 시간의 지속시간을 갖는 용체화 처리인 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 g) 의 상기 최종 열처리는 350℃ 내지 700℃ 의 온도에서 1 시간 내지 80 시간의 지속시간, 또는 400℃ 내지 600℃ 의 온도에서 5 시간 내지 30 시간의 지속시간을 갖는 알파 상에서의 티타늄의 석출 처리인 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
성형 단계들 d1) 및/또는 d2) 의 각각의 시퀀스 사이에 또는 특정 시퀀스들 사이에, 350℃ 내지 700℃ 의 온도에서 1 시간 내지 80 시간의 지속시간, 또는 400℃ 내지 600℃ 의 온도에서 5 시간 내지 30 시간의 지속시간을 갖는 알파 상에서의 티타늄 석출의 중간 열처리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 d2) 의 끝에서 상기 제 1 재료의 층은 50 nm 내지 5 ㎛, 또는 200 nm 내지 1.5 ㎛, 또는 800 nm 내지 1.2 ㎛ 의 두께를 갖고,
상기 Nb-Ti제 코어는 15 내지 50 ㎛ 의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 c) 에서 형성된 상기 제 2 재료의 층은 Nb-Ti제 와이어의 코어의 직경이 100 ㎛ 와 같을 때 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
각각의 시퀀스는 1 내지 5 의 변형도로 수행되고, 모든 시퀀스에 걸친 성형 단계들의 전체 총계는 1 내지 14 의 전체 변형도를 초래하는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 재료의 층을 형성하는 단계 b) 는 상기 Nb-Ti제 코어 주위에 상기 제 1 재료의 스트립을 권취함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 재료의 층을 형성하는 단계 c) 는, 단계 b) 의 끝에서 수득된 블랭크를 상기 제 2 재료의 튜브에 삽입하고 후속하여 상기 튜브와 상기 단계 b) 의 끝에서 수득된 블랭크의 어셈블리를 인발 및/또는 해머링함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링의 제조 방법. - - 니오븀: 100 중량% 까지의 잔부,
- 티타늄: 5 내지 95 중량%,
- O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu 및 Al 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 미량의 원소들로서, 상기 원소들 각각은 0 내지 1600 중량ppm 의 양으로 존재하고, 상기 원소들 전부에 의해 형성되는 총량은 0 중량% 내지 0.3 중량% 인, 상기 원소들
로 이루어진 합금으로 만들어진 Nb-Ti제 코어를 포함하는, 시계 무브먼트의 균형을 잡기 위한 밸런스 스프링으로서,
상기 Nb-Ti제 코어는 니오븀, 금, 탄탈륨, 바나듐, 오스테나이트계 스테인리스 강, (316L-그레이드 강) 을 포함하는 세트로부터 선택된 제 1 재료의 층으로 코팅되고, 상기 제 1 재료의 층은 20 nm 내지 10 ㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 밸런스 스프링. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 재료의 층은 300 nm 내지 1.5 ㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 재료의 층은 400 nm 내지 800 nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 재료는 니오븀인 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링. - 제 16 항에 있어서,
Ti 의 농도가 40 내지 65 중량%, 또는 40 내지 49 중량%, 또는 46 내지 48 중량% 인 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링. - 제 16 항에 있어서,
상기 Nb-Ti제 코어는 베타 상에 니오븀 및 알파 상에 티타늄을 함유하는 2상 미세조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링. - 제 16 항에 있어서,
500 MPa 이상, 또는 600 MPa 이상의 탄성 한계 및 120 GPa 이하, 또는 100 GPa 이하의 탄성 계수를 갖는 것을 특징으로 하는, 밸런스 스프링.
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