KR20230084430A - 오실레이터 메커니즘 또는 이스케이프먼트 메커니즘을 위한 강성 시계 구성요소 및 이러한 구성요소를 포함하는 시계 무브먼트 - Google Patents
오실레이터 메커니즘 또는 이스케이프먼트 메커니즘을 위한 강성 시계 구성요소 및 이러한 구성요소를 포함하는 시계 무브먼트 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 시계 무브먼트의 오실레이터 메커니즘 또는 이스케이프먼트 메커니즘을 위한 강성 시계 구성요소 (6, 7, 8) 에 관한 것로서, 상기 구성요소는 주 평면 (P) 을 따라 연장되고 복합 재료 (1) 로 제조된 적어도 일부를 포함하며, 상기 복합 재료 (1) 는 매트릭스 (2) 및 상기 매트릭스 (2) 에 분포된 다수의 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 을 포함하고, 상기 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 은 상기 구성요소의 상기 평면 (P) 에 실질적으로 수직인 축 (A) 과 실질적으로 평행하게 병치 및 배열되며, 상기 매트릭스 (2) 는, 간극들을 채우고 상기 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 을 서로 결합하는 강성 재료 (4) 를 포함하고, 상기 강성 재료 (4) 는 상기 구성요소의 탄성 변형을 차단하기 위한 강성 기계적 특성들을 가지며, 상기 구성요소에 포함된 상기 강성 재료 (4) 는 2 GPa 보다 큰 영률을 갖는다.
Description
본 발명은 시계 (horological) 무브먼트의 오실레이터 메커니즘 또는 이스케이프먼트 메커니즘을 위한 강성 시계 구성요소에 관한 것이다.
본 발명은 또한 이러한 구성요소를 포함하는 시계 무브먼트에 관한 것이다.
시계 무브먼트는 일반적으로 이스케이프먼트 메커니즘 및 기계식 오실레이터 메커니즘을 포함한다. 이스케이프먼트 메커니즘은 특히 팔레트 어셈블리 및 이스케이프먼트 휠을 포함하는 반면, 오실레이터 메커니즘은 예를 들어 밸런스라고 하는 진동 관성 블록과 관련된 나선형 스프링을 포함한다.
복합 재료에서의 기술적 진보는, 이제 특정 구성요소를 혁신적이고 고성능의 재료로 제조할 수 있게 하여, 금속 재료를 적어도 부분적으로 제거할 수 있게 한다. 현재, 예를 들어 구성요소를 제조하기 위한 나노튜브들 또는 나노와이어들의 사용이 시도되고 있다. 나노튜브들 또는 나노와이어들을 가진 이러한 재료는 경량 및 강도 측면에서 장점을 제공한다. 따라서, 문헌 JP 2008116205 A 는, 매트릭스에 분산되고 나선형의 종방향으로 정렬된 탄소 나노튜브들에 의해 강화된, 흑연 및 비정질 탄소 매트릭스를 포함하는 나선형 스프링이 개시되어 있다.
하지만, 이스케이프먼트 휠 또는 팔레트 어셈블리와 같은 일부 구성요소는, 특히 시계 무브먼트를 정확하게 하기 위해 높은 수준의 강성을 필요로 한다. 하지만, 상기 문헌에 개시된 구성요소는 강성 요소들을 생성하는데 적합하지 않지만, 단순히 스프링을 제조하기 위한 가요성 구성요소에 적합한다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제를 방지하는 강성 시계 구성요소를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 시계 무브먼트의 오실레이터 메커니즘 또는 이스케이프먼트 메커니즘을 위한 강성 시계 구성요소에 관한 것으로서, 상기 구성요소는 주 평면을 따라 연장되고 복합 재료로 제조된 적어도 일부를 포함한다.
상기 구성요소는, 복합 재료가 매트릭스 및 상기 매트릭스에 분포된 다수의 나노튜브들 또는 나노와이어들을 포함하고, 나노튜브들 또는 나노와이어들은 상기 구성요소의 평면에 실질적으로 수직인 축과 실질적으로 평행하게 병치 및 배열되며, 상기 매트릭스는, 간극들을 채우고 나노튜브들 또는 나노와이어들을 서로 결합하는 강성 재료를 포함하고, 상기 강성 재료는 구성요소의 탄성 변형을 차단하기 위한 강성 기계적 특성들을 가진다.
따라서, 이러한 강성 구성요소 덕분에, 이스케이프먼트 휠 또는 팔레트 어셈블리와 같은 임의의 휨을 방지해야 하는 시계 무브먼트의 특정 요소들을 생성할 수 있면서, 나노튜브들 또는 나노와이어들을 기반으로 한 복합 재료의 장점을 가질 수 있다. 이러한 복합 재료가 제공하는 장점들은, 경량 외에도, 자체 윤활가능한 내산화성 재료를 사용할 수 있다는 것이다. 또한, 특히 자체 윤활을 위해, 구성요소를 더 경량으로 하거나 다공성으로 만들기 위해 강성 재료의 침투율 (infiltration rate) 을 변경할 수 있다.
유리한 실시형태에 따라서, 구성요소에 포함된 강성 재료는 2 GPa 보다 큰 영률을 가진다.
유리한 실시형태에 따라서, 나노튜브들은 탄소로 제조된다.
유리한 실시형태에 따라서, 나노튜브들은 다중벽으로 된다.
유리한 실시형태에 따라서, 나노와이어들은 특히 금, 규소, 규소 산화물, 붕소 질화물, 갈륨 질화물, 규소 질화물, 아연 산화물, 갈륨 비화물, 텅스텐 황화물, 은, 구리, 망간 비화물, 인듐 비화물, 탄소, 다이아몬드로부터 선택될 원소를 사용하여 제조된다.
유리한 실시형태에 따라서, 나노튜브들 또는 나노와이어들은 2 ~ 50 nm 범위, 바람직하게는 3 ~ 15 nm 범위, 또는 5 ~ 10 nm 범위내의 직경을 가진다.
유리한 실시형태에 따라서, 나노튜브들 또는 나노와이어들은 100 ~ 500 미크론 범위, 바람직하게는 100 ~ 300 미크론 범위, 또는 150 ~ 200 미크론 범위내의 길이를 가진다.
유리한 실시형태에 따라서, 강성 재료는 텅스텐, 유기 재료들, 예를 들어 파릴렌, 육방정 붕소 질화물, Al2O3 유형 단결정 루비, 다이아몬드, 텅스텐 또는 몰리브덴 이황화물, 흑연, 납, 규소 탄화물, 니켈, 인듐 인화물, 티타늄 산화물, 규소, 규소 산화물, 탄소 중에서 선택될 원소를 사용하여 제조된다.
유리한 실시형태에 따라서, 구성요소는 이스케이프먼트 메커니즘 팔레트 어셈블리이다.
유리한 실시형태에 따라서, 구성요소는 이스케이프먼트 메커니즘 휠이다.
유리한 실시형태에 따라서, 구성요소는 시계 무브먼트 트레인이다.
유리한 실시형태에 따라서, 구성요소는 오실레이터 메커니즘 밸런스이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 강성 시계 구성요소를 포함하는 시계 무브먼트에 관한 것이다.
본 발명의 추가 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 비한정적인 예로서만 제공된 여러 실시형태를 읽을 때 나타날 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 복합 재료의 개략적인 관통 사시도를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태를 제조하기 위한 방법 동안 복합 재료의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3 은 이스케이프먼트 메커니즘 팔레트 어셈블리의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 이스케이프먼트 메커니즘 휠의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 5 는 진동 메커니즘 밸런스의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태를 제조하기 위한 방법 동안 복합 재료의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3 은 이스케이프먼트 메커니즘 팔레트 어셈블리의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 이스케이프먼트 메커니즘 휠의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 5 는 진동 메커니즘 밸런스의 사시도를 개략적으로 도시한다.
설명에서, 시계 무브먼트를 위한 강성 구성요소를 설명한다. 구성요소는, 예를 들어 이스케이프먼트 메커니즘 팔레트 어셈블리, 이스케이프먼트 메커니즘 휠, 시계 무브먼트 트레인 또는 오실레이터 메커니즘 밸런스를 포함하는 목록에서 선택될 것이다.
강성 구성요소는, 바람직하게는 평평하고 주 평면 (P) 을 따라 연장된다. 구성요소는, 도 1 에 도시된 복합 재료 (1) 로 제조된 적어도 일부를 포함한다. 바람직하게는, 구성요소는 전체적으로 이 복합 재료 (1) 로 제조된다. 따라서, 이전의 목록의 구성요소들은, 이러한 복합 재료 (1) 로 제조될 수 있다.
복합 재료 (1) 는 매트릭스 (2) 및 상기 매트릭스 (2) 에 분포된 다수의 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 을 포함한다. 구성요소는, 예를 들어 평면 (P) 를 따라 연장되는 일반적으로 평평한 형상을 가진다.
나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 은 복합 재료 (1) 의 구조물을 형성하고, 이들은 서로 실질적으로 평행하게 병치 및 배치된다. 이들은 구성요소의 평면 (P) 에 실질적으로 수직이다. 용어 나노튜브는, 내부가 일반적으로 중공인 튜브들을 나타내는 반면, 나노와이어들은 일반적으로 중실 튜브들이다.
나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 은 구성요소의 평면 (P) 에 수직인 축 (A) 과 실질적으로 평행하게 배치된다. 이들은 매트릭스 (2) 에서 균일하게 이격되도록 균등하게 분포되어 있다. 유리하게는, 복합 재료는 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 이 매트릭스 (2) 의 전체 질량에 존재하도록 구현된다.
나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 은, 예를 들어 2 ~ 50 nm 범위내의 직경 (D) 을 가진다. 바람직하게는, 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 은 3 ~ 15 nm, 또는 5 ~ 10 nm 범위내의 직경을 가진다.
나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 은 100 ~ 500 미크론 범위내의 길이 (L) 를 가질 수 있다. 바람직하게는, 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 은 100 ~ 300 미크론, 또는 150 ~ 200 미크론 범위내의 길이를 가진다.
제 1 실시형태에서, 복합 재료는 탄소로 제조된 나노튜브들 (3) 을 포함한다. 탄소 나노튜브들 (3) 은 일반적으로 다중 벽으로 되지만, 선택적으로 단일 벽으로 될 수도 있다.
제 2 실시형태에 따라서, 복합 재료는 금, 규소, 붕소 질화물, 갈륨 질화물, 규소 산화물, 규소 질화물, 아연 산화물, 갈륨 비화물, 텅스텐 황화물, 은, 구리, 망간 비화물, 인듐 비화물, 탄소, 다이아몬드에서 선택될 원소를 사용하여 적어도 부분적으로 제조된 나노와이어들 (3) 을 포함한다.
매트릭스 (2) 는, 간극들을 채우고 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 을 서로 결합하기 위한 재료 (4) 를 포함한다. 재료 (4) 는, 유리하게는 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 사이의 간극들 (5) 에 주입됨으로써, 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 을 포함할 수 있다. 이 재료 (4) 는 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 사이에 응집력을 제공하는 것을 돕고, 따라서 모든 나노튜브들 또는 나노와이어들 (3) 의 기계적 특성들을 변경하여, 특히 매트릭스를 강성으로 만든다. 나노튜브들의 제 1 실시형태에서, 재료 (4) 는 또한 나노튜브들 (3) 내부에 (14) 배열될 수 있다.
본 발명에 따라서, 재료 (4) 는 강성이고, 재료 (4) 는 구성요소의 탄성 변형을 차단하도록 강성 기계적 특성을 가진다. 따라서, 이러한 강성 재료 (4) 덕분에, 시계 메커니즘의 특정 구성요소가 구현될 수 있다. 구성요소에 포함된 강성 재료 (4) 는, 예를 들어 2 GPa 보다 큰 영률을 가진다. 구성요소 (4) 는, 또한 예를 들어 변형을 방지하는 충분한 두께를 선택함으로써, 그 치수로 인해 강성일 수 있다.
실시형태들 둘 다에 대해서, 매트릭스 (2) 를 형성하는 강성 재료 (4) 는 텅스텐, 유기 재료들, 예를 들어 파릴렌, 육방정 붕소 질화물, Al2O3 유형 단결정 루비, 다이아몬드, 텅스텐 또는 몰리브덴 이황화물, 흑연, 납, 규소 탄화물, 니켈, 인듐 인화물, 티타늄 산화물, 규소, 규소 산화물, 탄소로부터의 원소를 사용하여 제조된다. 강성 재료 (4) 는 유리하게는 또한 탄소로 구성될 수 있다.
따라서, 시계 구성요소는, 이러한 유형의 구성요소에 필수적인 높은 수준의 강성을 유지하면서, 나노튜브들 또는 나노와이어들을 기반으로 하는 복합 재료의 장점들을 활용할 수 있다. 도 3 은 본 발명에 따른 복합 재료로 만들어진 이스케이프먼트 메커니즘 팔레트 어셈블리 (6) 를 도시한다. 도 4 는 이러한 복합 재료로 만들어진 이스케이프먼트 휠 (7) 을 도시한다. 마지막으로, 도 5 의 밸런스 (8) 는 또한 이러한 복합 재료로 만들어진다.
제 1 실시형태의 구성요소들을 탄소 나노튜브들로 제조하기 위해, 예를 들어 다음 단계를 포함하는 방법이 사용된다:
- 바람직하게는 포토리소그래피에 의해 기재, 예를 들어 규소 기재를 준비하여, 원하는 구성요소의 형상에 대응하는 특정 위치에서 나노튜브 포레스트 성장 (nanotube forest growth) 이 발생하도록 하는 제 1 단계. 따라서, 팔레트 어셈블리, 휠 또는 밸런스 형상은 포토리소그래피에 의해 설계된다.
- 도면들에 도시되지 않은, 바람직하게는 촉매, 예를 들어 철로 기재 상에 나노튜브들 또는 나노와이어들을 성장시키는 제 2 단계,
- 나노튜브 또는 나노와이어 분포에서 매트릭스의 강성 구성 재료를 침투시키는 제 3 단계, 및
- 기재로부터 구성요소를 분리하는 제 4 단계.
제 1 단계와 제 2 단계의 예는, "탄소-나노튜브-템플릿된 금속 미세조직의 기계적 및 전기적 특성들" (Richard Scott Hansen 06/2012) 문서에서 찾을 수 있다.
제 2 단계 동안, 나노튜브들 (12) 또는 나노와이어들은 기재에 실질적으로 수직인 축과 평행하게 성장된다.
도 2 에서, 기재 (9) 는 실리카 층 (10) 및 촉매 층 (11), 예를 들어 철로 코팅된다. 탄소 나노튜브들 (12) 은 성장에 의해 촉매층 (11) 상에 형성된다.
제 2 단계의 상류에서, 추가 나노튜브들을 용매에 혼합하고 예를 들어 초음파에 의해 촉매층에 분산시켜, 나노튜브들의 상부층을 규정할 수 있다. 이러한 나노튜브들의 상부층 (13) 은 다공성이므로, 나노튜브들 (12) 을 형성하는 탄소 (또는 다른 재료) 는 이를 통하여 디포짓될 수 있어서, 나노튜브들 (12) 은 상부층 (13) 아래에서 성장한다. 따라서, 나노튜브들 (12) 의 규칙적이고 균일한 성장이 보장되어, 이들이 모두 실질적으로 동일한 길이를 가진다. 제 3 단계는, 다공성으로 인해, 나노튜브들 (12) 의 상부층 (13) 을 통하여 수행된다. 분리는, 바람직하게는 습식 또는 증기상 에칭, 예를 들어 플루오르화 수소 (HF) 에 의해 수행된다.
제 2 실시형태의 나노와이어들의 제조와 관련하여, 목록에서 선택된 재료와 관련된 종래의 기술이 사용된다. 박막 증착은, 바람직하게는 예를 들어 CVD (화학적 기상 증착) 유형의 화학적 증착 또는 PVD (물리적 기상 증착) 유형의 물리적 증착에 의해 사용된다. 제 1 실시형태에서와 같이, 포토리소그래피 방법은 나노와이어들이 성장되는, 예를 들어 규소로 만들어진 기재의 위치를 선택하는데 사용된다. 강성 재료는 나노와이어들 사이에 침투한다. 마지막으로, 구성요소가 완성되면 구성요소는 기재로부터 분리된다.
당연히, 본 발명은 도면들을 참조하여 설명된 실시형태들에 한정되지 않고, 다른 실시형태들은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 상정될 수 있다.
Claims (10)
- 시계 (horological) 무브먼트의 오실레이터 메커니즘 또는 이스케이프먼트 메커니즘을 위한 강성 시계 구성요소 (6, 7, 8) 로서,
상기 구성요소는 주 평면 (P) 을 따라 연장되고 복합 재료 (1) 로 제조된 적어도 일부를 포함하며,
상기 복합 재료 (1) 는 매트릭스 (2) 및 상기 매트릭스 (2) 에 분포된 다수의 나노와이어들 (3) 을 포함하고, 상기 나노와이어들 (3) 은 상기 구성요소의 상기 주 평면 (P) 에 실질적으로 수직인 축 (A) 과 실질적으로 평행하게 병치 및 배열되며, 상기 매트릭스 (2) 는, 간극들을 채우고 상기 나노와이어들 (3) 을 서로 결합하는 강성 재료 (4) 를 포함하고, 상기 강성 재료 (4) 는 상기 구성요소 (6, 7, 8) 의 탄성 변형을 차단하기 위한 강성 기계적 특성들을 가지며, 상기 구성요소에 포함된 상기 강성 재료 (4) 는 2 GPa 보다 큰 영률을 갖는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (6, 7, 8). - 제 1 항에 있어서,
상기 나노와이어들 (3) 은 금, 규소, 붕소 질화물, 갈륨 질화물, 규소 산화물, 규소 질화물, 아연 산화물, 갈륨 비화물, 텅스텐 황화물, 은, 구리, 망간 비화물, 인듐 비화물, 탄소, 다이아몬드로부터 선택될 원소를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (6, 7, 8). - 제 1 항에 있어서,
상기 나노와이어들 (3) 은 2 ~ 50 nm 범위, 또는 3 ~ 15 nm 범위, 또는 5 ~ 10 nm 범위내의 직경 (D) 을 가지는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (6, 7, 8). - 제 1 항에 있어서,
상기 나노와이어들 (3) 은 100 ~ 500 미크론 범위, 또는 100 ~ 300 미크론 범위, 또는 150 ~ 200 미크론 범위내의 길이 (L) 를 가지는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (6, 7, 8). - 제 1 항에 있어서,
상기 강성 재료 (4) 는 텅스텐, 유기 재료들, 예를 들어 파릴렌, 육방정 붕소 질화물, Al2O3 유형 단결정 루비, 다이아몬드, 텅스텐 또는 몰리브덴 이황화물, 흑연, 납, 규소 탄화물, 니켈, 인듐 인화물, 티타늄 산화물, 규소, 규소 산화물, 탄소 중에서 선택될 원소를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (6, 7, 8). - 제 1 항에 있어서,
상기 구성요소는 이스케이프먼트 메커니즘 팔레트 어셈블리인 것을 특징으로 하는, 구성요소 (6). - 제 1 항에 있어서,
상기 구성요소는 이스케이프먼트 메커니즘 휠인 것을 특징으로 하는, 구성요소 (7). - 제 1 항에 있어서,
상기 구성요소는 시계 무브먼트 트레인인 것을 특징으로 하는, 구성요소. - 제 1 항에 있어서,
상기 구성요소는 오실레이터 메커니즘 밸런스인 것을 특징으로 하는, 구성요소 (8). - 시계 무브먼트로서,
상기 시계 무브먼트는 제 1 항에 따른 강성 시계 구성요소 (6, 7, 8) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시계 무브먼트.
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