JP5782298B2 - 斜め巻きばね及び斜め巻きばね用線材 - Google Patents
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Description
なお、以下の説明において「組成」の含有量は全て「質量%」である。
(芯線)
芯線は、主として複合線材のばね特性を確保することに寄与する。この芯線の構成材料は、炭素(C)を含有する鉄基合金、即ち鋼であって、クロム(Cr)及びニッケル(Ni)を更に含有し、オーステナイト組織(γ組織)を有するステンレス鋼とする。代表的には、C,Cr,Ni、マンガン(Mn)、珪素(Si)を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなるステンレス鋼であり、例えば、18Cr-8Niステンレス鋼が挙げられる。特に、本発明では、このγ系ステンレス鋼は、後述する外側層とのビッカース硬度Hvの差が350以上を満たす組成からなるものとする。このような組成として、例えば、汎用の鋼種:SUS304を利用することができる。
外側層の構成材料は、銅、銅合金、アルミニウム、及びアルミニウム合金から選択される1種とし、芯線を構成する上述のγ系ステンレス鋼よりも、ビッカース硬度Hvが350以上小さいものとする。これらの金属は、上述のγ系ステンレス鋼よりも導電率が高いことから、外側層は主として複合線材の導電性を確保することに寄与する。また、これらの金属は、上述のγ系ステンレス鋼よりも相対的に柔らかいため、複合線材の製造時、芯線の原料素線の変形に十分に追従することができる。更に、これらの金属は、相対的に柔らかいことで容易に変形できる。そのため、本発明斜め巻きばね用線材から製造された斜め巻きばねを接点部材に利用した場合、外側層を構成するこれらの金属は、端子の挿入時の押圧力により十分に変形して、コネクタ部及び端子の双方との接触面積を十分に確保できる。従って、このような外側層により、コネクタ部及び端子との接触抵抗を効果的に低減して、導電性に優れる斜め巻きばねが得られる。
上記複合線材の横断面における外側層の面積割合が高いほど、導電性に優れ、芯線の面積割合が高いほど、高強度である。本発明斜め巻きばね用線材から製造された斜め巻きばねを接点部材に利用する場合、十分な導電性を得るためには、上記外側層の面積割合は、30%以上が好ましい。芯線と外側層とのビッカース硬度Hvの差が大きいほど、芯線は相対的に高硬度・高強度であることから、芯線を細くしても、十分な強度を維持できるため、外側層の面積割合を増大できる。しかし、外側層の面積割合が大き過ぎると、複合線材の製造時において伸線性の低下や斜め巻きばねのばね特性の低下を招くことから、外側層の面積割合は90%以下が好ましい。外側層の面積割合のより好ましい範囲は、30%以上60%以下である。
上記複合線材は、所望の斜め巻きばねが得られるように、種々の線径を選択することができる。コネクタ接続の接点部材に利用される斜め巻きばねの素材とする場合、線径は、0.2mm〜1.2mmが挙げられる。
そして、本発明では、芯線は、外側層よりもビッカース硬度Hvが高く、その差が350以上であることを最大の特徴とする。この硬度差が高いほど、芯線のビッカース硬度の絶対値も相対的に大きくなって強度が高くなり、非線形領域が大きく、かつ導電性に優れる斜め巻きばねが得られる。従って、上記硬度差は、高いほど好ましく、380以上、更に400以上が好ましく、特に上限は設けない。芯線のビッカース硬度Hvの絶対値は、600以上、更に650以上が好ましい。
本発明斜め巻きばね用線材は、導電率が高く、外側層の面積割合にもよるが、20%IACS以上を満たす形態とすることができる。外側層の面積割合が高いほど、導電率も高くなり、50%IACS以上を満たす形態とすることができる。
本発明斜め巻きばねを構成する複合線材は、芯線と外側層とのビッカース硬度Hvの差が350以上を満たす。従って、本発明斜め巻きばねは、同様の仕様としたベリリウム銅製の斜め巻きばねと比較して、高強度化が可能であるため、ばね荷重をより大きくしたり、非線形領域をより大きくしたり、低抵抗にしたりすることができる。また、後述する試験例に示すように、ばね加工後、熱処理を施すことで、硬度差が更に大きいばねとすることができる。
本発明斜め巻きばね用線材は、いわゆるクラッド線の製造方法、即ち、芯線となる原料素線の準備・外側層となる原料部材の準備→原料素線と原料部材との一体化物の作製→一体化物の伸線加工、という工程を経て製造することができる。原料素線の製造には、公知のγ系ステンレス鋼線の製造方法を利用でき、代表的には、溶製→熱間鍛造→熱間圧延→伸線加工という工程を経て原料素線を製造することができる。外側層の原料部材には、パイプ材、帯状材、板状材を利用することができる。上記一体化物は、例えば、原料素線をパイプ材に挿入したり、原料素線の外周に帯状材を巻き付けたり、板状材で包んだりすることで製造することができる。パイプ材、帯状材、板状材の製造には、公知の銅パイプや銅板、アルミニウムパイプやアルミニウム板の製造方法を利用できる。パイプ材は、代表的には、溶解→鋳造→熱間押出→冷間圧延→抽伸(引き抜き、延伸)、板状材は、溶解→鋳造→熱間圧延→冷間圧延という工程を経て製造することができる。原料素線の線径、パイプ材や板状材・帯状材の厚さ(外径)、伸線加工度などは、複合線材の最終線径や強度、外側層の面積割合が所望の値となるように適宜選択することができる。
表1に示す鋼種1の原料素線、及び原料部材として軟銅からなるパイプ材、アルミニウムからなるパイプ材、アルミニウム合金からなるパイプ材を用意し、各パイプ材にそれぞれ原料素線を挿入した一体化物に伸線加工を施し、線径:φ0.6mmのクラッド線材(複合線材)を作製した(試料No.1-1,1-2,1-3)。原料素線、パイプ材は公知の製造条件により作製した。複合化のための伸線加工は、銅線などの製造に利用される製造設備を利用することができる。この試験では、上記製造設備を利用して、複合線材の内部が均一的に加工されるようにダイス角度や加工度などを調整して複合線材を作製した。得られた試料No.1-1,1-2,1-3の複合線材1は、図1(A)に示すように、γ系ステンレス鋼からなる芯線11と、芯線11の全周を覆い、軟銅やアルミニウム、アルミニウム合金からなる外側層12とを具える。外側層12の厚さは、芯線11の全周に亘り、均一的である。
表1に示す鋼種1の原料素線、及び原料部材として軟銅からなるパイプ材を用意し、試験例1の試料No.1-1と同様に、芯線:γ系ステンレス鋼、外側層:軟銅、線径:φ0.6mmのクラッド線材(複合線材)を作製した。この試験では、種々の大きさの原料素線、及びパイプ材を用意して、外側層の面積割合が異なる複合線材を作製した。
表1に示す各鋼種の原料素線、及び原料部材として軟銅からなるパイプ材を用意し、試験例1の試料No.1-1と同様に、芯線:γ系ステンレス鋼、外側層:軟銅、線径:φ0.6mmのクラッド線材(複合線材)を作製した。この試験では、芯線の組成が異なる複合線材を作製した。
表1に示す鋼種1又は鋼種2の原料素線、及び原料部材として軟銅からなるパイプ材を用意し、試験例1の試料No.1-1と同様に、芯線:γ系ステンレス鋼、外側層:軟銅、線径:φ0.6mmのクラッド線材(複合線材)を作製した。
上述した試験例1〜試験例4で作製した、芯線がγ系ステンレス鋼、外側層が銅といった導電性に優れる材料からなり、かつビッカース硬度Hvの差が350以上を満たす複合線材からなる斜め巻きばねは、コネクタ接続の接点部材に好適に利用できる。
50 挟持部材 51,52 端子部材
60A,60B,60C 雌型コネクタ部 61A,61B,61C 雄型端子 62 挿入穴 63,64 取付溝
Claims (10)
- ばねの軸方向に垂直な方向に圧縮される斜め巻きばねの素材に利用される斜め巻きばね用線材であって、
オーステナイト系ステンレス鋼から構成される芯線と、この芯線の外周に設けられた外側層とを具える複合線材から構成され、
前記外側層は、銅、銅合金、アルミニウム、及びアルミニウム合金から選択される1種の金属から構成され、
前記芯線と前記外側層とのビッカース硬度Hvの差が400以上である斜め巻きばね用線材。 - ばねの軸方向に垂直な方向に圧縮される斜め巻きばねであって、
オーステナイト系ステンレス鋼から構成される芯線と、この芯線の外周に設けられた外側層とを具える複合線材を螺旋状に巻回して構成され、
前記外側層は、銅、銅合金、アルミニウム、及びアルミニウム合金から選択される1種の金属から構成され、
前記芯線と前記外側層とのビッカース硬度Hvの差が400以上である斜め巻きばね。 - 前記オーステナイト系ステンレス鋼は、
質量%で、C:0.05%以上0.1%以下、及びN:0.1%以上0.3%以下の少なくとも一方を満たす請求項1に記載の斜め巻きばね用線材。 - 前記複合線材の横断面に対する外側層の面積割合が30%以上90%以下である請求項1又は請求項3に記載の斜め巻きばね用線材。
- 前記オーステナイト系ステンレス鋼は、
質量%で、C:0.05%以上0.1%以下及びN:0.1%以上0.3%以下の少なくとも一方を満たし、かつSi:0.3%以上2.0%以下、Mn:0.5%以上4.0%以下、Cr:16%以上20%以下、Ni:6.0%以上14.0%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる請求項1,請求項3,及び請求項4のいずれか1項に記載の斜め巻きばね用線材。 - 更に、質量%で、Mo:0.1%以上4.0%以下、Nb:0.1%以上2.0%以下、及びTi:0.1%以上2.0%以下から選択される1種又は2種の元素を含有する請求項5に記載の斜め巻きばね用線材。
- 前記オーステナイト系ステンレス鋼は、
質量%で、C:0.05%以上0.1%以下、及びN:0.1%以上0.3%以下の少なくとも一方を満たす請求項2に記載の斜め巻きばね。 - 前記複合線材の横断面に対する外側層の面積割合が30%以上90%以下である請求項2又は請求項7に記載の斜め巻きばね。
- 前記オーステナイト系ステンレス鋼は、
質量%で、C:0.05%以上0.1%以下及びN:0.1%以上0.3%以下の少なくとも一方を満たし、かつSi:0.3%以上2.0%以下、Mn:0.5%以上4.0%以下、Cr:16%以上20%以下、Ni:6.0%以上14.0%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる請求項2,請求項7,及び請求項8のいずれか1項に記載の斜め巻きばね。 - 更に、質量%で、Mo:0.1%以上4.0%以下、Nb:0.1%以上2.0%以下、及びTi:0.1%以上2.0%以下から選択される1種又は2種の元素を含有する請求項9に記載の斜め巻きばね。
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