KR970011257B1 - 시계용 외장 부품 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

요약없슴

Description

시계용 외장 부품 및 그 제조 방법

본 발명은 초경합금 또는 스텔라이트(stellite) 상당 합금으로 구성된 복잡한 형상의 시계용 외장 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

(배경기술)

최근에는 시계틀이나 밴드 코마(시계줄을 만들때 서로 엇갈려 끼워지는 끼움쇠)등의 시계용 외장 부품으로서 상처나지 않고 내구성이 우수한 경질 재료가 사용되며, 그 중에도 WC계, TaC계 또는 TiC계 등의 초경합금, 또는 Co-Cr-W계의 스텔라이트 상당 합금이 사용되는 경향이 있다.

이들 초경합금 또는 스텔라이트 상당 합금 W, Ta, Ti, Cr 등의 탄화물, 질화물 또는 탄질화물 같은 경질 입자를 Co, Fe, Ni 등의 철족 금속으로 결합한 조직을 갖는 것이며, 종래부터 잘 알려진 분말 야금법으로 제조되고 있다. 즉, WC 분말, TaC 분말, Co 분말, Ni 분말 등을 소정의 합금 조성에 맞춰서 혼합하고, 그 합금의 원료 분말을 압착 성형하여 얻어진 성형체를 소결하는 방법으로 제조된다.

그러나, 상기 통상의 분말 야금법으로 압착하는 성형체를 얻기 때문에 제조할 수 있는 제품의 형상이 한정되며 또한, 치수 정밀도에 한도가 있는 등의 문제가 있었다. 즉, 압착 성형으로는 일축방향으로 성형할 수 있는 형상의 제품 밖에 제조할 수 없고, 또한, 3차원 형상이 가능한 CIP(Cold Isostatic Press) 성형을 했다고 해도 고무형틀내에서 성형하기 때문에 양호한 정밀도를 바랄 수 없었다. 그때문에 종래에는 통상의 분말 야금법으로 단순한 형상의 소결체를 제조한 후, 그 소결체를 2차 가공하여 3차원 곡면이나 미세구멍 등을 갖는 각종의 시계틀이나 밴드 코마 등의 복잡한 형상으로 만들고, 외장 표면 등이 필요한 곳에는 장식성을 높히기 위해서 연마 가공으로 표면 마무리를 하여 시계용 외장 부품을 얻었다.

그러나, 초경합금이나 스텔라이트 상당 합금은 매우 가공하기가 어렵기 때문에 2차 가공에 있어선 다이아몬드 숯돌에 의한 연삭 가공이나 방전 가공을 하지 않으면 가공할 수 없으며, 특히 시계틀의 내부나 외장 표면의 3차원 곡면이나 태엽을 감는 꼭지의 부착용의 미세구멍 등의 형성에는 방전 가공이 필수적이다. 그런데, 초경합금이나 스텔라이트 상당 합금의 소결체를 방전 가공하며, 가공 표면이 금속 성분의 제거 또는 산화 등으로 약 5-100μm의 깊이에 걸쳐 변질되어 취약화되고, 재료 강도가 저하되므로 외부로부터의 충격에 대해 상기 가공 표면으로부터 작은 파괴가 생기고 시계용 외장 부품 전체의 파괴로 이어지는 수가 많다.

이때문에 종래에는 초경합금제 또는 스텔라이트 상당 합금제의 시계용 외장 부품에 대해선 방전 가공을 적게 하도록 단순한 형상으로 하든가, 방전 가공후에도 강도를 유지할 수 있게 필요 이상으로 두껍게 설계하므로써 시계틀이나 시계 밴드의 디자인이 제약되고 또한 시계 전체의 중량이 증가하는 등의 결점이 있었다.

(발명의 개요)

본 발명의 목적은 3차원 곡면이나 미세구멍 등의 복잡한 형상을 구비하고 또한 고강도를 갖는 초경합금제 또는 스텔라이트 상당 합금제의 시계용 외장 부품을 방전 가공 등의 2차 가공을 실시함이 없이 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 시계용 외장 부품의 제조 방법에 있어선 초경합금 또는 스텔라이트 상당 합금의 원료 분말에 유기 바인더를 혼합하고, 3차원 곡면 또는 미세구멍을 갖는 시계용 외장 부품의 형상으로 사출성형하여 얻어진 성형체로부터 유기 바인더를 제거한 후, 소결하는 것을 특징으로 한다.

초경합금은 주기율표 제1Va, Va, VIa족에 속하는 원소(Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W)에서 선택된 1종류 이상의 원소의 탄화물, 탄질화물 또는 질화물의 분말과, 철족 금속(Fe, Co, Ni)에서 선정된 1종류 이상의 금속 분말을 혼합하고 소결하므로써 얻어지는 소결 합금이다. 또한, 스텔라이트 상당 합금은 Co, Cr, W 및 C를 주성분으로 하는 Co 기초합금이다.

이같은 방법에 의해서 제조되는 본 발명의 시계용 외장 부품은 초경합금 또는 스텔라이트 상당 합금의 소결체로 구성되며, 소결 표면의 3차원 곡면을 갖든가 또는 내주면이 소결 표면의 미세 구멍을 가지며, 또는 장식성을 높히기 위해 상기 소결 표면을 연마 가공한 연마면의 3차원 곡면을 갖는다.

3차원 곡면을 갖는 시계용 외장 부품으로선 예컨대 시계틀편이나 밴드 코마 등을 들 수 있다. 또한, 시계용 외장 부품의 미세구멍으로선 밴드 부착 구멍, 태엽 감는 꼭지의 부착 구멍, 밴드 연결용 구멍 등을 들 수 있다.

본 발명의 방법은 종래부터 플라스틱 제품의 제조에 사용되었고 또한 최근에는 세라믹스 제품의 제조에도 사용되고 있는 사출성형법을 초경합금 또는 스텔라이트 상당 합금의 분말 야금법을 응용하여 복잡한 형상의 시계틀이나 밴드 등의 시계용 외장 부품을 제조하는 것이다. 즉, 유기 바인더를 혼합한 원료 분말로부터 사출성형법을 이용하여 시계용 외장 부품과 닮은꼴의 3차원 곡면이나 미세구멍 등을 갖는 복잡한 형상의 성형체를 형성하고, 이 성형체에서 바인더를 제거하는 처리를 한 후, 소결하여 소정의 복잡한 형상의 시계용 외장 부품을 얻는 것이다.

원료 분말은 WC계, TaC계, TiC계 등의 초경합금, 또는 Co-Cr-W-C계의 스텔라이트 상당 합금이 사용된다. 원료 분말에는 그 합금의 조성에 따라서 WC 분말, TaC 분말 또는 TiC 분말 등의 경질 입자 분말과, Co 분말, Ni 분말 또는 Fe 분말 등의 결합 금속 분말 등이 적절하게 혼합된다. 이들 원료 분말은 일반의 볼밀이나, 어트라이터 유니온 프로세스사에서 개발된 고에너지 볼밀인 어트라이터 등을 사용하여 건식 또는 습식으로 혼합하는 동시에 분쇄한다. 혼합 및 분쇄가 불충분하면 소결 특성이 열화되고 진밀도에 가까운 소결체를 얻을 수 없다. 따라서, 혼합해서 분쇄한 후의 원료 분말에는 입경 20μm 이하의 입자를 20중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다.

원료 분말에 혼합하는 유기 바인더는 종래부터 세라믹스 제품의 사출성형에 사용되고 있는 것으로 하면 양호하고, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 아크릴, 에틸렌 초산 비닐, 각종 왁스, 파라핀 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.

탈 바인더 처리에선 혼합한 유기 바인더의 종류 등에 따라 성형체를 가열하므로써 유기 바인더를 용융 유출시키고, 또는 분해나 승화시키는데 초경합금 등의 성형체의 비중의 세라믹스에 비해서 크므로 자중에 의한 변형을 억제하는데 주의할 필요가 있다. 또한, 탈 바인더 처리의 분위기는 원료 분말의 산화를 억제하기 위해서 진공중 또는 수소 가스, 질소 가스, 또는 불활성 가스같은 비산화성 가스중이 바람직하다.

탈 바인더 처리한 성형체를 진공중 또는 수소 가스중에서 소결하므로써 소정의 시계용 외장 부품 형상을 이루는 복잡한 형상의 소결체가 얻어진다. 소결 온도는 통상의 가압 성형을 하는 분말 야금법의 경우와 동일하게 해도 좋으나, 소결 온도가 과도하게 높으면 성형체의 변형이 일어나기 쉬우므로 주의를 요하며, 바람직하게는 Ni, Fe 또는 Co 등의 결합상의 융점에서 +50℃ 정도까지의 범위의 온도에서 소결한다.

이같이 본 발명의 방법은 사출성형으로 얻은 성형체를 소결하므로써 3차원 곡면이나 미세구멍 등을 갖는 복잡한 형상의 초경합금 또는 스텔라이트 상당 합금의 소결체가 얻어지며, 방전 가공 등의 2차 가공의 필요가 없고, 그대로 표면에 소결 표면의 3차원 곡면을 갖든가, 또는 내주면이 소결 표면의 미세구멍을 갖는 시계틀이나 밴드 코마 등의 시계용 외장 부품에 사용할 수 있다. 또한, 외장 표면 등의 장식성을 높힐 필요성이 있는 곳은 통상 경도의 연마 가공으로 거울면 상태 등으로 표면을 마무리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에선, 시계용 외장 부품 형상을 형성하기 위한 방전 가공 등의 본질적인 2차 가공은 불필요하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

<실시예 1>

평균 입경 1μm의 WC 분말 88중량%와 평균 입경 2μm의 Ni 분말 12중량%를 볼밀을 사용하여 에틸 알콜중에서 30시간 분쇄 혼합했다. 여기서 얻어진 혼합 분말을 건조한 후, 유기 바인더로서 5중량%의 파라핀과 2중량%의 폴리에틸렌을 첨가하고, 니더(kneader)에서 2시간 혼합했다. 이 혼합물을 사출성형기로 밴드 코마용의 금형내에 사출성형했다. 다음에 이 성형체를 질소 가스중에서 상승 온도 속도 20℃/시간으로 450℃까지 가열하고 1시간 유지하므로써 유기 바인더를 제거했다.

탈 바인더 처리 후의 성형체를 진공중에서 1400℃로 30분간 소결하고, 조성은 88중량% WC-12중량% Ni의 초경합금으로 구성되며, 제1도에 도시한 바와 같은 3차원 곡면과 직경 0.8mm 및 1.0mm인 2종류의 조립용 미세구멍(2)을 시계용 밴드 코마(1)를 제조했다.

이 밴드 코마(1)의 조립용 미세구멍(2)의 칫수를 측정한 결과, 구멍 직경 칫수 ±0.05mm 및 구멍 피치 ±0.08mm의 정밀도이며, 종래의 방전 가공 등의 2차 가공을 행하지 않아도 조립상의 충분한 정밀도가 얻어지며, 표면의 홈 제거와 표면 연마 처리에 의한 거울면 마무리만을 행하는 것으로 제품화가 가능했다.

또한, 종래의 방전 가공으로 조립용 미세구멍을 형성하는 밴드 코마에선 소정의 강도를 얻기 위해서 미세 구멍의 벽의 두께가 최소한 0.75mm 필요했는데, 본 발명에 의하면 동일한 제품의 두께를 0.5mm까지 얇게 할 수 있음을 알게 되었고, 디자인의 자유도가 증가되어 박형 경량의 디자인도 가능하게 되었다.

다시, 밴드 코마(1)의 소결 표면의 면조도(Rmax)를 측정한 바, 종래의 압착을 이용한 분말 야금법으로 제조한 것의 Rmax5μm였음에 대해서 본 발명의 것은 Rmax가 2μm로 한결 매끄럽게 되어 있으며, 표면 마무리를 위한 연마 공정에 소요되는 공정수도 대폭으로 저감된다는 것이 밝혀졌다.

<실시예 2>

실시예 1과 마찬가지의 방법으로 조성은 88중량% WC-12중량% Ni의 초경합금으로 하며, 시계틀로서 제2도와 같이 스테인레스제 링(6)에 고정하는 2개의 시계틀편 중 3차원 곡면을 갖는 시계틀편(6시 방향)(3)을 제조했다. 또한, 비교를 위해서 상기와 동일 조성의 원료 분말의 압착 성형체를 동일 조건으로 소결한 후, 방전 가공으로 3차원 곡면을 형성하고 동일 형상의 시계틀편(3)을 제조했다.

이렇게 하여 얻어진 본 발명예와 비교예의 시계틀편 4개의 각각에 대해서 제2도의 화살표 A-A 방향에 하중을 가하는 강도 시험을 행하고 파괴 하중을 측정한 결과를 표 1에 나타냈다.

<표 1>

상기 표 1로부터 본 발명예의 시계틀편은 비교예 보다 약 2배의 강도를 갖는다는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예에 있어서의 파괴는 모두 방전 가공면을 기점으로 하여 발생하고 있음이 관찰되었다.

<실시예 3>

실시예 1과 마찬가지의 방법으로 제2도와 같이 스테인레스제 링(6)을 고정하는 2개의 시계틀편 중 3차원 곡면과 직경 1.5mm의 태엽감는 꼭지의 부착용 미세구멍(5)을 갖는 시계틀편(3시 방향)(4)을 제조했다. 단, 원료 분말을 바꾸므로써 조성이 70중량% TiC-10중량% Mo₂C-20중량% Ni의 초경합금인 시계틀편(4a)과, 90중량% TaC-10중량% Ni의 초경합금인 시계틀편(4b), 및 조성이 50중량% Co-40중량% CrC-10중량% W의 스텔라이트 상당 합금인 시계틀편(4c)으로 했다.

비교를 위해서 상기 시계틀편(4a,4b,4c)과 각각의 동일 조성의 원료 분말을 태엽 감는 꼭지의 미세 구멍이 없는 성형체로 사출성형하고, 이 성형체를 상기와 동일 조건으로 소결하여 제2도의 시계틀편(4)[태엽 감는 꼭지의 미세 구멍(5)이 없음]으로 한 후, 방전 가공으로 미세 구멍(5)만을 형성하고, 제2도의 시계틀편(4)과 동일 형상의 비교예의 각 시계틀편 4d(WC-Ni계), 4e(TaC-Ni계) 및 4f(스텔라이트 상당 합금)를 각각 제조했다.

이렇게 하여 얻어진 본 발명예 및 비교예의 시계틀편 4개의 각각에 대해서 제2도의 화살표 방향에서 하중을 가하는 강도 시험을 행하고 파괴 하중을 측정한 결과를 표 2에 나타냈다.

<표 2>

비교예의 시계틀편(4d-4f)에 있어서의 파괴는 모두 방전가공으로 형성한 미세구멍 내주면을 기점으로 하여 발생하고 있음이 관찰되었다.

제1도는 본 발명에 의한 시계용 밴드 코마의 하나의 구체예를 도시하는 평면도.

제2도는 본 발명에 의한 시계틀의 하나의 구체예로서 2개가 1조로 된 시계틀을 도시하는 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 밴드 코마2 : 조립용 미세구멍

3,4 : 시계틀편5 : 미세구멍

6 : 링

상기 각각의 실시예에 의하면 WC계 등의 초경합금 또는 스텔라이트 상당 합금으로 구성되며, 소결 표면 그대로 또는 소결 표면을 표면 연마 마무리한 3차원 곡면과, 또는 소결 표면의 미세 구멍 등을 가지며, 고강도의 시계틀이나 밴드 코마 등의 시계용 외장 부품을 제공할 수 있다.

또한 방전 가공 등의 2차 가공이 필요하지 않고 게다가 소결 표면도 매끄러우므로 종래에 비해서 가공 공정을 대폭 간략화할 수 있음과 더불어 두께가 얇아도 고강도를 달성할 수 있으므로 본 발명의 시계용 외장 부품에 있어선 디자인을 대폭 개선 내지 변경하는 것이 가능하다.

Claims (8)

1. 소결 합금의 원료 분말을 혼합하고, 사출성형한 후에, 상기 사출성형에 의해 얻어진 성형체를 소결하는 공정을 구비하는 시계용 외장 부품의 제조 방법에 있어서, 소결 합금의 원료 분말과 유기 바인더(organic binder)를 혼합하는 제1공정과, 혼합된 상기 원료 분말 및 유기 바인더를 3차원 곡면 또는 미세구멍을 갖는 시계용 외장 부품의 형상으로 사출 성형하는 제2공정과, 상기 제2공정에서 사출성형된 성형체로부터 유기 바인더를 제거하는 제3공정과, 상기 제3공정 후, 상기 성형체를 소결하는 제4공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 시계용 외장 부품의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 소결합금의 원료 분말은 주기율표 제IVa, Va, VIa족에 속하는 원소(Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W)에서 선정된 1종류 이상의 원소의 탄화물과 탄질화물 및 질화물의 분말과, 철족 금속(Fe, Co, Ni)에서 선정된 1종류 이상의 금속 분말을 혼합하는 것을 특징으로 하는 시계용 외장 부품의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 소결 합금의 원료 분말은 Co, Cr, W 및 C를 주성분으로 하는 Co 기초합금의 원료 분말인 것을 특징으로 하는 시계용 외장 부품의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 소결 합금의 원료 분말은 입경 20μm 이하의 입자를 20중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 시계용 외장 부품의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제3공정은 진공중 또는 비산화성 가스중에서 성형체를 가열하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 시계용 외장 부품의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제4공정은 결합상의 융점보다 50℃ 높은 온도까지의 범위의 온도로 행하는 것을 특징으로 하는 시계용 외장 부품의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 제4공정 이후에 제4공정에서 소결된 성형체의 소결표면의 3차원 곡면을 연마 가공하는 제5공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시계용 외장 부품의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 제4공정 이후에 제4공정에서 얻어진 소결 표면의 성형체를 방전가공을 시행하지 않고 표면 연마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 시계용 외장 부품의 제조 방법.