KR940006290B1 - 도트 프린터용 와이어 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

도트 프린터용 와이어

본 발명은 도트 매트릭스형 프린터 헤드에 사용되는 인자(印字) 와이어에 관한 것이다.

도트 매트릭스형 프린터 헤드에 사용되는 인자 와이어로서 요구되는 재질적 특성은 다음 3가지가 있다 :

(1) 와이어는 높은 내마모성을 가질 것. 와이어의 선단은 잉크 리본을 10⁸회 이상 타점하기 때문에, 선단이 마모되기 쉬워서 인자가 불명료하게 된다. 이 외에도, 와이어는 가이드와 항상 요동하기 때문에, 와이어의 측면이 마모하기 쉬워서, 인자의 정밀도를 나쁘게 하는 원인이 된다.

(2) 와이어는 경량일 것. 인자 와이어는 고속도에서 운동하지 않으면 안되므로, 인자속도를 바르게 하기 위해서는 와이어는 경량으로 하는 것이 필요하다.

(3) 와이어는 높은 인성을 가질 것. 와이어는 중간 가이드에 의해 구부러지도록 배치되기 때문에, 와이어의 조립중 또는 인자중에 손상되기 쉬우므로, 높은 인성을 필요로 한다.

이러한 형태의 인자 와이어는 일반적으로 초경합금 세선, 텅그스텐 세선, 고속도 공구강 세선 등으로 제조된다. 이들 재료중, 초경합금이 내마모성면에서 우수하나, 비중이 크기 때문에 와이어는 중량이 된다. 따라서, 고속인자에는 적합하지 않다. 이밖에도, 인성이 낮기 때문에 초경합금 와이어는 조립중 손상되거나 파쇄되기 쉬워서 와이어의 신뢰성이 만족스럽지 못하다.

텅크스텐 와이어는 비중이 크고, 강도의 소성가공 때문에 섬유상 조직이 발달하여 세로로 2등분으로 균열되기 쉬워 내마모성이 충분하지 않은 문제점이 있다.

JIS SKH 51류(AISI M2에 상당)의 고속도 공구강은 초경합금이나 텅그스텐 비중의 약 1/2정도로 작고, 인성도 높다. 이밖에도, 고속도 공구강에 있어서, Hv 700 내지 900의 경도를 얻을 수 있으며, 또한 비-고용액 탄화물 적량이 매트릭스에 분산되어 있기 때문에 내마모성이 높다. 따라서, 도트 프린터용 와이어용 와이어로서 종종 사용되고 있다.

고속도 공구강은 제조방법에 따라, 즉, 통상의 용융법에 의해 제조되는 것과, 분말분야법에 의해 제조되는 것에 2종으로 나누어진다. 분말야금법에 따라 제조된 고속도 공구강의 경우 탄소의 양 및 탄화물 형성 원소의 양을 증가시킬 수 있기 때문에, 내마모성이 향상된다. 따라서, 근래에 이르러, 분말야금법에 의해 제조된 고속도 공구강이 자주 사용되고 있다. 그러나, 이 재료는 세선을 제조하는 가공성면에서 문제가 있다. 이 결과, 시판되고 있는 분말야금 고속도 공구강은 실제로 2종의 재료 즉, 3C-4Cr-6W-5Mo-3V-8Co 및 2.0C-4Cr-8W-4Mo-6V-6Co로 한정되어 있다. 그러나, 프린터의 고속도 요건을 충족하고 장기간의 수명을 도모하기 위해서는 이들 분말야금법에 의한 고속도 공구강은 여전히 만족스럽지 못하다.

인자 와이어의 내마모성을 향상시키는 선행기술로서 예를들면, 초경합금 칩을 와이어 선단부에 접착시키는 방법이 기술된 일본국 특허출원 공개 제52-110121호, 레이저 조사등을 사용하여 와이어의 단부에서 충격 캔칭을 하는 방법이 기술된 일본국 특허출원 공개 제54-54713호, 와이어의 표면을 경질 복합재료로 화학 증착법에 의해 피복하는 방법이 기술된 일본국 특허출원 공개 제52-96119호가 있다.

인자 와이어의 내마모성을 향상시키기 위한 종래 방법에 있어서, 초경합금 칩을 와이어의 선단부에 접착시키는 방법, 레이저 조사등에 의해 단부에서 충격 캔칭을 하는 방법과 와이어 표면을 경질 복합재료로 화학 증착법에 의해 피복하는 방법은 모두 대량 생산에 적합하지 않아 코스트가 높은 단점을 지니고 있다. 현재 이들 방법은 공업적 규모로 실용화 되어 있지 않다.

본 발명자들은 인자 와이어의 수명을 향상시키기 위해 와이어 선단부의 마모상테를 관찰하고, 조사한 결과, 잉크에 함유된 안료 또는 염료인 흑연 미립자에 기인하는 어브래시브(abrasive) 마모와 함께 와이어 선단부에 부식에 의한 마모가 동시에 발생한다는 것을 알게 되었다. 이것은 잉크에 함유된 수% 내지 수십%의 특수 지방산에 기인하여 와이어 재료에서 발생되는 부식의 영향에 의해 유발되는 것으로 생각된다. 따라서, 인자 와이어의 수명을 향상시키기 위해서는 내 어브래시브 마모성과 함께 내부식성이 우수한 와이어 재료를 사용하는 것이 필요하다는 것을 알게 되었다.

상기한 사실에 근거하여, 본 발명자들은 Cr 함량을 증가시켜 도트 와이어 재료의 내부식성을 향상시키는 것을 제안한 일본국 특허출원 공개 제89-83643호와 일본국 특허출원 제88-332156호를 출원하였다. 그러나, 본 발명자들은 이들 재료가 도트 와이어용으로서 각종 요구조건에 부합한가에 대해 검토한 결과, 일본국 특허출원 공개 제89-83643호에 기술된 재료가 내부식성은 만족할만하나 캔칭-템퍼링 후의 경도면에서 다소 불충분한 것을 알게되었다.

본 발명의 목적은 비중이 작고, 내마모성 및 내부식성이 높고 고 Cr 함량이 고속도 공구강에 있어서, 고속화 및 고수명화 요건을 만족할 수 있는 선신장성 및 인성이 향상된 고성능이 경제적인 인자 와이어를 얻는데 있다.

본 발명자들은 C 함량과 탄화물형성 원소(Cr, W, Mo 및 V) 함량간에는 적정한 관계가 있으며, 이들 함량간의 밸런스를 조정함으로써 일본국 특허출원 제89-83643호 및 제88-332156호가 지니고 있는 문제점을 해결하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명에 따라, 중량비로, C 1.5 내지 2.8%, Cr 7.5 내지 12.%, W 및 Mo가 12W＋2Mo22의 관계를 만족하는 W 18.0% 이하 및 Mo 11.0% 이하로 된 그룹에서 선택된 적어도 1종, V 3 내지 10%, Co 1.0 내지 10%, Si 1.0% 이하, Mn 1.0% 이하 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Ceq＝0.06×%Cr＋0.033×%W＋0.063×%Mo＋0.2×%V인 경우, C의 함량과 Ceq간의 차는 －0.5 내지 －0.15인 도트 프린트용 와이어가 제공된다.

본 발명에 따른 조성 한정이유를 이하에 기술한다. C는 Cr, W, Mo 및 V와 반응하며 경질 탄화물을 형성하여 내 어브래시브 마모성을 향상시킨다. 탄화물의 일부는 캔칭-템퍼링 열처리 동안 고용상태로 존재하고 다시 마르텐사이트 매트릭스에 침전되어 매트릭스의 경도가 증가하게 된다. C 함량이 1.5% 미만인 경우, 이러한 효과는 충분히 얻을 수 없으며, 반면, 함량이 2.8%를 초과하면 인성과 신선성등이 현저히 악화된다. 따라서, C의 함량은 1.5 내지 2.8%의 범위, 더욱 바람직하기는 1.8 내지 2.0%에서 선택된다.

상술한 바와 같이, C는 본 발명의 중요한 성분중의 하나다. 그러나, C의 양은 동시에 첨가되는 Cr, W, Mo 및 V의 양과 균형이 맞아야 한다. C의 양이 상기한 범위외인 경우, 본 발명의 목적은 달성할 수 없다. 상술하면, C의 양은 C의 함량과 Ceq간의 차가 －0.5 내지 －0.15(여기에서 Ceq＝0.06×%Cr＋0.033×%W＋0.063×%Mo＋0.2×%V이다)가 되도록 조정해야 한다.

C의 양이 이 범위를 초과하면, 다음과 같은 불이점이 발생할 수 있다. 즉, ⅰ) 본 발명에 따른 재료는 7.5 내지 12.0%Cr을 함유한 고 Cr 고속도 공구강이나, C의 양이 높으면, Cr₂-C₈형태로 고용액화하기 쉬운 다량의 탄화물이 생성되어 캔칭 열처리 동안 매트릭스중의 고용액량이 증가하여 잔류 오스테나이트의 양이 현저하게 증가한다. 본 발명에 속한 직경 0.2 내지 0.3mm의 세선을 캔칭-템퍼링 가열처리할 경우, 잔류 오스테나이트가 다량 형성된 재료는 지극히 심한 열처리 변형을 받게되어 거의 모든 재료가 불량하게 된다. 이밖에도, 그러한 재료는 휨 강도가 낮아 실용화할 수 없다.

ⅱ) 재료의 경도가, 아닐링을 한 경우에도, 충분히 감소되지 않아 연성이 낮아지기 때문에, 도트 와이어에서 중요한 신선성이 열화되어 직경 0.2 내지 0.3mm의 세선을 공업적규모로 제조하는 것이 불가능하다.

ⅲ) 탄소가 Cr과 반응하여 탄화물의 양이 증가하는 반면, 매트릭스중으로의 Cr의 고용액의 양이 감소하여 내부식성이 실제적으로 손상된다. 따라서, 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.

이와 반대로, C의 양이, 재료를 캔칭-템퍼링 열처리한 경우에도 C-Ceq＜－0.5인 경우 충분히 높은 경도와 내 어브래시브 마모 와이어를 얻는 것은 불가능하다.

Cr은 본 발명의 중요한 성분중 하나이다. Cr은 잉크리본에 함유된 지방산에 기인하여 발생되는 부식 마모를 최소화하는데 유효하다. Cr 함량이 많을수록 부식양은 적어진다. 그러나, 단지 Cr 함량만을 높이면 본 발명의 목적은 하나인 내부식성의 개선을 향상시킬 수 없다. Cr의 양은 동시에 첨가하는 C의 양과의 밸런스, 즉 C-Ceq가 중요하다.

본 발명에 따라 C 밸런스를 제한된 범위내로 조절함으로써 Cr의 함량이 7.5% 이상이 되는 경우, 종래의 고속도 공구강 와이어에 비해 효과가 현저하게 나타낸다.

본 발명의 특징은 고속도 공구강의 Cr을 C와 결합하여 경질탄화물을 형성시켜 와이어의 어브래시브 마모를 최소화하는데 효과가 있는 우수한 내마모성을 얻고, 또한 매트릭스중 Cr의 양을 높여서 내부식성을 향상시킴으로써 내 어브래시브 마모성과 우수한 내부식성을 모두 갖는 와이어 재료를 얻는데 있다. 그러나, Cr의 양이 본 발명에 따른 합금 조성물중에 12.0%를 초과하는 경우, 탄화물의 양이 과도하게 증가하여 공업적 규모로 신선하는 것이 어렵게 된다. 따라서, Cr의 함량은 7.5 내지 12.0중량%의 범위내로 한다.

바람직한 Cr의 함량은 9.0 내지 10.5%이다.

W와 Mo는 Cr에서와 동일한 방법으로 C와 결합시 경질 탄화물을 형성하므로, 어브래시브 마모에 대해 유효하게 된다. 이와 동시에, 템퍼링동안 2차 경화가 일어난다. 이결과, 매트릭스는 경화되어 내마모성의 향상에 효과를 갖게된다. 이밖에도, W와 Mo는 고온에서 재료를 가열하면, 강도가 감소되는 것을 억제하는 효과를 지니고 있기 때문에, 와이어를 아마츄어(armature)에 브레이징 할 경우, 접착부의 경도가 감소하는 것을 최소화 할수 있으므로, 피로수명의 현저한 향상을 가져오게 된다. 상기한 이점을 얻기 위해서는 재료는 W 18.0% 이하, Mo 11.0% 이하이고 W와 Mo는 W＋2Mo12%, 더욱 바람직하기는 W＋2Mo14%의 관계를 만족하는 재료 적어도 1종을 함유해야 한다. 그러나, W 및/또는 Mo의 양이 과도한 경우, 휨 강도는 감소하며, 신선성은 열화되는 폐단이 있다. 따라서 W 및 Mo의 관계는 12W＋2Mo22로서 한정된다.

V는 C와는 반응에 의해 경질 바나듐 탄화물을 형성한다. 특히, V 탄화물의 경도(약 Hv 3000)는 Cr 탄화물의 경도(약 Hv 1500)보다 두배나 크므로, V는 어브래시브 마모에 대해 현저한 작용을 일으킨다. 따라서, V의 양을 가능한한 증가시키는 것이 바람직하다. 그러나, V 탄화물은 매트릭스와의 습윤성이 나쁘게 되어 인성이 열화되는 원인이 된다. 따라서, V의 범위는 3 내지 10%, 더욱 바람직하기는 4 내지 6%이다.

Co는 내부식성을 향상시키는 효과를 지니고 있고, 와이어의 내열성을 증진시키므로 브레이징된 부분의 피로강도가 높아지게 된다. 따라서, Co는 유효한 원소중 하나이다. Co의 함량이 1.0% 미만이면, 상기한 효과는 불충분하게 되며, 이와 반대로, 10%를 초과하면, 신선성 및 인성이 나쁘게 된다. Co의 범위는 1.0 내지 10%, 더욱 바람직하기는 2 내지 5%이다.

Si는 탈산화제로서 첨가되며, 매트릭스중에서 Si의 고용액화에 기인하여 경도를 높이는 효과를 지니고 있다. 그러나, Si의 양이 과다하면 인성이 열화되므로, Si의 범위는 1중량% 이하로 한다.

Mn도 탈산화제로서 첨가한다. 그러나, Mn의 양이 과다하면, 캔칭후의 경도가 낮아지게 된다. 따라서, Mn의 양은 1.0중량% 이하로 한다.

N이 0.04 내지 0.15중량%의 범위로 함유한 경우, VCN 형태의 경질의 안정한 카보-니트리드를 형성하여 내마모성이 향상된다. 특히, 본 발명의 고 Cr 고속도 공구강의 경우, 다량의 N이 용융된 고속도 공구강내에 함유되게 된다.

본 발명의 목적은 상기한 합금 원소를 첨가함으로써 충분히 성취할 수 있다. 그러나, 원료를 Ni가 0.4% 이하, O가 0.007% 이하, 그리고 Al이 0.006% 이하가 되도록 선택할 경우에, 와이어 재료의 신선성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 합금은 W, Mo 및 V 탄화물과 같은 다량의 탄화물을 함유한다. 상기한 탄화물은 종래의 용융법을 채용할 경우, 거치른 막대형태나 또는 각 형태로 되기 쉽다. 따라서, 탄화물을 와이어 재료의 필수 인자의 하나로서 사용할 경우, 잉곳의 치수를, 고화에 따라 냉각속도가 증가하기에 충분한 정도로 작게하여, 탄화물이 미세화되도록 할 필요가 있다. 특히, 상기한 합금을 분말 야금법으로 제조하고, 분말의 입경, 열간 가공조건을 조정함으로써 그레인 평균크기 1.5㎛ 이하의 미세 구상의 탄화물 구조를 얻는 경우에는 직경 0.2 내지 0.3mm로 와이어 재료를 신선할 수 있는 만족스런 와이어 신선성이 얻어진다. 따라서, 본 발명의 목적을 달성하는데 가장 바람직한 프린터용 와이어 재료를 얻을 수 있다.

[실시예 1]

표 1에 표시한 화학조성을 가진 와이어 재료를 분말법으로 제조하고, 표 2에 기술한 조건하에 캔칭-템퍼링 열처리한다.

본 발명의 재료에 존재하는 탄화물의 평균 그레인 크기는 0.98 내지 1.24㎛이다.

캔칭한 상태의 재료의 경도와 재료를 템퍼링 한후의 경도를 표 2에 나타내었다. 본 발명에 따른 캔칭된 강 각각의 경도는 H_RC62이상으로 적절한 범위이나, 비교강 No.9와 No.11은 캔칭된 상태의 경도가 매우 낮은데, 그 이유는 재료의 Cr양이 높고 또한 잔류 오스테나이트가 형성되는데 있다. 다량의 잔류 오스테나이트가 형성된 재료는 열처리동안 커다란 변형을 유발하여 도트 와이어에 사용되는 재료로는 부적합하다. 재료가 도트 와이어 제조에 사용된 경우, 560℃의 온도에서 템퍼링 후 얻어지는 경도가 H_RC67이상이면 인자 와이어를 위한 내마모성 및 피로강도가 불충분하게 된다. 본 발명에 따른 각 실시예에서는 상기한 요구조건을 만족하였으나, 비교재료 No.10과 No.11에서는 W＋2Mo의 양이 본 발명과 비교하여 적고, 또한 비교재료 No. 12의 C-Ceq 차가 낮기 때문에 만족한 특성을 얻어지지 않았다.

[표 1]

[표 2]

표 1에 표시한 재료 No.1 내지 No.13에 있어서, 내 어브래시브 마모는 직경 6mm의 시험편을 제조하고 이 시험편을 No.500의 연마지상에서 주속도 15m/분, 공급량 60mm/분, 그리고 하중 10kgf의 조건하에 이동시켜 평가하였다. 시험후 발생한 마모량(Mg)을 표 2에 나타내었다. 본 발명에서 사용된 재료에 마모량은 비교재료와 종래 재료에 비해 낮았다.

다음에, 표 1에 표시한 것과 동일한 시험편을 사용하여 내부식성을 평가하였다. 부식액으로서 지방산 대신에 가속시험을 위해 10% HNO 수용액을 사용하여 단위면적당 및 단위시간당 부식감소량을 측정하였다. 본 발명에 따른 재료의 부식량은 종래 재료(No.13)의 약 1/2로 양호하였다. 비교재료 No.9 내지 No.11은 본 발명의 경우보다 다소 열등하였다.

인성을 측정하기 위해 휨 강도시험을 수행하였다. 시험편의 크기는 5mm(직경)×70mm(길이), 지점간 거리 50mm이고, 중심점 하중모드를 사용하였다. 이 결과를 표 2에 휨 강도로 나타내었다. 본 발명에 따른 재료는 종래 재료 No.13과 거의 동일하였으며, 도트 와이어 재료에서 요구되는 충분한 인성을 지니고 있다. 비교재료 No.9 내지 No.11은 휨 강도가 열등하여 이들 재료는 사용중 판단할 염려가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 재료는 경도, 내마모성, 내부식성 및 휨 강도 모두를 만족한다는 것이 판명되었다.

[실시예 2]

본 발명의 시험편 No.1, 2, 4 및 5, 비교 시험편 No.9, 10 및 12 및 종래 시험편 No.13d을 직경 0.3mm로 신선한다. 이들 시험편중, 비교재료 No.9 및 10은 신선하는 동안 수회 파단되어 신선성이 불충분하였다. 재료 No.1은 1회, No.12 및 13은 2회 파단되었고, 다른 재료는 파단되지 않아 공업적 규모가 제조가 가능한 것으로 판단되었다.

직경 0.3mm의 와이어 재료를 캔칭 및 템퍼링하고, 실제로 프린터 헤드에 조립한 후, 인자 시험을 행하였다. 이경우, 비교재료 No.9 및 10은 열처리 변형에 기인하여 발생한 휨이 큰 현상이 유발되었다. 1억회 도트 인자후의 와이어 선단의 마모량을 측정하였다. 본 발명의 재료는 마모량은 매우 적었다(No.1은 42㎛, No.2은 37㎛, No.4은 35㎛, No.5은 34㎛). 그러나, 비교재료 No.9, 10 및 11의 마모량은 각기 47㎛, 52㎛ 및 52㎛이었다. 종래 재료 No.13의 마모량은 86㎛이었다. 이들 비교 및 선형 재료는 마모가 다량으로 유발되었다. 본 발명에 따른 재료는 내마모성이 우수하다는 것이 판명되었다.

상술한 바와 같이, 선행기술에서는 이러한 내성이 불충분한데 비해, 본 발명에 의하면 도트 프린터에 사용되는 와이어의 내부식성 및 내마모성을 현저히 향상시킬 수 있다. 이밖에도, 본 발명의 재료는 강 기재이기 때문에 경량이고 인성이 높은 특성을 지니고 있다. 따라서, 본 발명의 와이어는 프린터의 고속도 및 고수명 요건을 만족할 수 있다.

더욱이 본 발명에 따른 재료는 신선성및 열처리 특성 모두 우수하며 공업적 규모로 안정하게 제조할 수 있다.

Claims (10)

1. C 1.5 내지 2.8중량%, Cr 8.0 내지 12.0중량%, W 및 Mo가 12중량%W＋2Mo22중량%의 관계를 만족하도록, W 18.0중량% 이하 및 Mo 11.0중량% 이하로 함유하며, 또한 V 3.0 내지 10중량%, Co 1.0 내지 10중량%, Si 1.0중량 이하, Mn 1.0중량% 이하, 그리고 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Ceq＝0.06×%Cr＋0.033×%W＋0.063×%Mo＋0.2×%V인 경우, C의 함량과 탄소등가물값간의 차, C-Ceq가 －0.5 내지 －0.15 범위내인 도트 프린터용 와이어.
2. C 1.8 내지 2.0중량%, Cr 9.0 내지 10.5중량%, W 및 Mo가 14중량%W＋2Mo18중량%의 관계를 만족하도록, W 2 내지 12중량% 및 Mo 2 내지 8중량%로 함유하며, 또한 V 4 내지 6중량%, Co 2 내지 5중량%, Si 0.1 내지 0.5중량%, Mn 0.1 내지 0.5중량%, 그리고 잔부가 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지고, Ceq＝0.06×%Cr＋0.033×%W＋0.063×%Mo＋0.2×%V인 경우, C-Ceq값이 －0.35 내지 －0.15인 도트 프린터용 와이어.
3. 제1항에 있어서, N 0.04 내지 0.15중량%를 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 와이어.
4. 제1항에 있어서, 와이어를 형성하는 금속구조에 있는 탄화물의 평균 그레인 크기가 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 와이어.
5. 제3항에 있어서, 와이어를 형성하는 금속 구조에 있는 탄화물의 평균 그레인 크기가 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 와이어.
6. 제1항 또는 제3항 내지 제5항중의 어느 한 항에 있어서, 불가피한 불순물로서, N 0.4중량% 이하, O 0.007중량% 이하 그리고 Al 0.006중량% 이하가 함유되는 것을 특징으로 하는 와이어.
7. 제2항에 있어서, N 0.04 내지 0.15중량%를 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 와이어.
8. 제2항에 있어서, 와이어를 형성하는 금속구조에 있는 탄화물의 평균 그레인 크기가 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 와이어.
9. 제7항에 있어서, 와이어를 형성하는 금속구조에 있는 탄화물의 평균 그레인 크기가 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 와이어.
10. 제2항 또는 제7항 내지 제9항중의 어느 한 항에 있어서, 불가피한 불순물로서, Ni 0.4중량% 이하, O 0.007중량% 이하 그리고 Al 0.006중량% 이하가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어.