CN110621798B - 斜圈弹簧和连接器 - Google Patents

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Abstract

一种斜圈弹簧，其具有：由具有珠光体结构的钢形成的芯线10；和由铜或铜合金形成并覆盖所述芯线10的外周表面11的铜镀层20。所述钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.1质量％以上且2.5质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质。所述铜镀层20的微晶尺寸为
Figure DDA0002272956700000011

Description

斜圈弹簧和连接器
技术领域
本发明涉及一种斜圈弹簧和连接器。
本申请要求2017年5月25日提交的日本专利申请号2017-103968的优先权，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
背景技术
已知一种斜圈弹簧，其为具有经卷绕而相对于垂直于轴向的面倾斜的线材(金属线)的螺旋弹簧(参见例如专利文献1)。斜圈弹簧相对于在垂直于轴向的方向上一定范围内的位移经受基本上恒定的弹簧载荷(即，斜圈弹簧具有非线性)。由导电材料制成的斜圈弹簧例如可以用作连接器的部件。例如，锆-铜合金可以用作斜圈弹簧的材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-107331号公报
发明内容
根据本发明的斜圈弹簧具有：由具有珠光体结构的钢形成的芯线；和由铜或铜合金形成并覆盖所述芯线的外周表面的铜镀层。所述钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.1质量％以上且2.5质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质。所述铜镀层的微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000011
附图说明
[图1]图1为示出斜圈弹簧的结构的示意图。
[图2]图2为示出垂直于构成斜圈弹簧的线材的纵向的横截面的示意性剖视图。
[图3]图3为示出铜镀层与硬质层之间的边界区域的结构的示意性剖视图。
[图4]图4为示出斜圈弹簧的制造方法的概要的流程图。
[图5]图5为用于描述斜圈弹簧的制造方法的示意性剖视图。
[图6]图6为用于描述斜圈弹簧的制造方法的示意性剖视图。
[图7]图7为示出连接器的结构的示意性剖视图。
[图8]图8示出了抗永久形变性(耐へたり性)试验的结果。
[图9]图9示出了对于设计电导率为50％IACS时的微晶尺寸与电导率之间的关系。
[图10]图10示出了对于设计电导率为25％IACS时的微晶尺寸与电导率之间的关系。
[图11]图11示出了对于设计电导率为50％IACS时的热处理温度与电导率之间的关系。
[图12]图12示出了对于设计电导率为25％IACS时的热处理温度与电导率之间的关系。
[图13]图13示出了对于设计电导率为50％IACS时的晶格应变与电导率之间的关系。
[图14]图14示出了对于设计电导率为25％IACS时的晶格应变与电导率之间的关系。
[图15]图15示出了对于设计电导率为50％IACS时的硬度与电导率之间的关系。
[图16]图16示出了对于设计电导率为25％IACS时的硬度与电导率之间的关系。
[图17]图17示出了对于设计电导率为50％IACS时的载荷与电阻之间的关系。
[图18]图18示出了对于设计电导率为25％IACS时的载荷与电阻之间的关系。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
用作连接器的部件的斜圈弹簧需要同时具有抗永久形变性和导电性。如果将锆-铜合金用作斜圈弹簧的材料，则所述斜圈弹簧可能无法满足这样的要求。
本发明的目的为提供一种同时具有抗永久形变性和导电性的斜圈弹簧，以及提供一种包含所述斜圈弹簧的连接器。
[本公开的有益效果]
所述斜圈弹簧同时具有抗永久形变性和导电性。
[本发明的实施方式的描述]
首先，将具体描述本发明的实施方式。根据本发明的一个方面的斜圈弹簧具有：由具有珠光体结构的钢形成的芯线；和由铜或铜合金形成并覆盖所述芯线的外周表面的铜镀层。所述钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.1质量％以上且2.5质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质。所述铜镀层的微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000031
(22±50nm)。
根据本发明的一个方面的斜圈弹簧具有由具有珠光体结构并具有适当组成的钢形成的高强度芯线。这种构造可以确保高抗永久形变性。所述芯线的外周表面覆盖有由铜或铜合金形成的铜镀层。所述铜镀层的微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000032
根据本发明的发明人进行的研究，如果铜镀层的微晶尺寸小于
Figure BDA0002272956680000033
则电导率不够高。为了获得微晶尺寸小于
Figure BDA0002272956680000034
的铜镀层，不能充分提高用于消除在卷绕弹簧线材的步骤(卷绕步骤)中引入的应变的热处理的温度。因此，在斜圈弹簧中残留大量应变，并且即使增加将斜圈弹簧压向端子的载荷，电阻也不能充分降低。如果铜镀层的微晶尺寸大于
Figure BDA0002272956680000041
则电导率不够高。为了获得微晶尺寸大于
Figure BDA0002272956680000042
的铜镀层，热处理的温度必须高，并且表面的氧化和铁从芯线到铜镀层的扩散导致低的电导率。另外，由于硬度降低，在预定载荷下将斜圈弹簧压向端子时的电阻增加。当铜镀层的微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000043
以上且
Figure BDA0002272956680000044
以下时，电导率足够高。
如上所述，包含由钢制成的高强度芯线并具有微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000045
的铜镀层的本发明的斜圈弹簧能够同时具有抗永久形变性和导电性。
在斜圈弹簧中，铜镀层可以具有-0.085±0.015％的晶格应变。当铜镀层的晶格应变在该范围内时，容易确保高电导率。
在斜圈弹簧中，铜镀层可以具有75HV以上且130HV以下的硬度。当铜镀层的硬度在该范围内时，容易确保高电导率。
在斜圈弹簧中，钢还可以含有选自由0.1质量％以上且0.4质量％以下的镍、0.1质量％以上且1.8质量％以下的铬、0.1质量％以上且0.4质量％以下的钼和0.05质量％以上且0.3质量％以下的钒构成的组中的一种以上的元素。即使使用由具有这样的组成的钢形成的芯线时，也可以同时获得抗永久形变性和导电性。
将对构成芯线的钢的组成限制在上述范围内的原因进行说明。
碳(C)：0.5质量％以上且1.0质量％以下
碳是一种对具有珠光体结构的钢的强度和弹性极限具有很大影响的元素。为了使斜圈弹簧线材的芯线获得足够的强度和弹性极限，碳含量需要为0.5质量％以上。高碳含量导致低韧性，并且可能使加工困难。为了确保足够的韧性，碳含量需要为1.0质量％以下。为了进一步提高强度和弹性极限，碳含量优选为0.6质量％以上，并且更优选为0.8质量％以上。为了提高韧性以促进加工，碳含量优选为0.95质量％以下。
硅(Si)：0.1质量％以上且2.5质量％以下
硅是一种在钢精炼过程中作为脱氧剂添加的元素。为了发挥脱氧剂的作用，硅含量需要为0.1质量％以上且优选为0.12质量％以上。硅在钢中起作为碳化物生成元素的作用，并抑制由加热引起的软化(具有抗软化性)。为了抑制线材卷绕后的应变消除热处理中的软化，硅含量优选为0.8质量％以上，并且可以为1.8质量％以上。过量硅的添加降低韧性。为了确保足够的韧性，硅含量需要为2.5质量％以下，优选为2.3质量％以下，或者可以为2.2质量％以下。当重视韧性时，硅含量可以为1.0质量％以下。
锰(Mn)：0.3质量％以上且0.9质量％以下
与硅一样，锰是一种在钢精炼过程中作为脱氧剂添加的元素。为了发挥作为脱氧剂的作用，锰含量需要为0.3质量％以上。
过量锰的添加降低韧性和热加工时的可加工性。因此，锰含量需要为0.9质量％以下。
不可避免的杂质
在芯线的制造过程中，构成芯线的钢中不可避免地混入磷(P)和硫(S)。过量磷和过量硫的存在会引起晶界偏析或产生夹杂物，从而降低钢的特性。因此，磷含量和硫含量都优选为0.025质量％以下。不可避免的杂质的总量优选为0.3质量％以下。
镍(Ni)：0.1质量％以上且0.4质量％以下
镍的添加防止或减少芯线拉制过程和线材卷绕过程中的断线。为了可靠地发挥该作用，可以添加0.1质量％以上的镍。即使添加超过0.4质量％的镍，镍的上述效果也会饱和。添加超过0.4质量％的昂贵元素镍会增加芯线的制造成本。因此，镍的添加量优选为0.4质量％以下。
铬(Cr)：0.1质量％以上且1.8质量％以下
铬在钢中起作为碳化物生成元素的作用，并有助于抑制加热过程中的软化，以及有助于生成细小的碳化物而使金属结构细化。为了可靠地发挥这样的效果，铬的添加量可以为0.1质量％以上，或0.2质量％以上，或者可以为0.5质量％以上。过量铬的添加导致韧性降低。因此，铬的添加量优选为1.8质量％以下。当铬与硅和钒一起存在时，通过添加铬而发挥的上述效果变得显著。因此，优选将铬与这些元素一起添加。
钼(Mo)：0.1质量％以上且0.4质量％以下
钼的添加可以增加弹性极限。为了可靠地发挥这种作用，可以添加0.1质量％以上的钼。即使添加超过0.4质量％的钼，钼的上述效果也会饱和。添加超过0.4质量％的昂贵元素钼增加芯线的制造成本。因此，钼的添加量优选为0.4质量％以下。
钒(V)：0.05质量％以上且0.3质量％以下
钒在钢中起作为碳化物生成元素的作用，并且有助于抑制加热过程中的软化以及有助于生成细小的碳化物而使金属结构细化。为了可靠地发挥这种作用，可以添加0.05质量％以上的钒。过量钒的添加导致韧性降低。为了确保足够的韧性，钒的添加量优选为0.3质量％以下。当钒与硅和铬一起存在时，通过添加钒而发挥的上述效果变得显著。因此，优选将钒与这些元素一起添加。
在斜圈弹簧中，钢的硅含量可以为1.35质量％以上且2.3质量％以下。当硅含量为1.35质量％以上时，可以抑制应变消除热处理中的软化。当硅含量为2.3质量％以下时，可以抑制韧性的降低。
在斜圈弹簧中，钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.12质量％以上且0.32质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质。
在斜圈弹簧中，钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.7质量％以上且1.0质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质。
在斜圈弹簧中，钢可以含有0.55质量％以上且0.7质量％以下的碳、1.35质量％以上且2.3质量％以下的硅、0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰、0.2质量％以上且1.8质量％以下的铬和0.05质量％以上且0.30质量％以下的钒，余量为铁和不可避免的杂质。
通过使用具有这样的组成的钢作为构成芯线的钢，可以更可靠地获得大的非线性区域。
斜圈弹簧还可以具有硬质层，所述硬质层设置在铜镀层的外周侧并且具有高于铜镀层的硬度。
在斜圈弹簧的使用过程中，朝着外周表面增加的应力被反复地施加到斜圈弹簧。根据本发明的发明人进行的研究，反复作用的应力可能导致铜镀层中的疲劳断裂，从而导致导电性降低。当具有高于铜镀层的硬度的硬质层设置在铜镀层的外周侧、即设置在作用较大应力之侧时，可以抑制由于铜镀层的疲劳断裂而引起的电导率降低。因此，可以实现稳定的电导率。
在斜圈弹簧中，硬质层可以为镀层。在这种情况下，容易形成硬质层。
在斜圈弹簧中，硬质层可以为镍层或铬层。硬质层的材料可以为镍或铬，其具有高强度和高电导率。硬质层特别优选为镍层。当硬质层为镍层时，容易在硬质层上形成金层或银层作为镀层。
在斜圈弹簧中，硬质层可以具有300HV以上的硬度。在这种情况下，可以更可靠地实现稳定的电导率。
在斜圈弹簧中，硬质层的硬度可以比铜镀层的硬度高50HV以上。在这种情况下，可以更可靠地实现稳定的电导率。硬质层的硬度可以等于或小于芯线的硬度。
在斜圈弹簧中，硬质层的厚度对铜镀层的厚度之比可以为1/10以上且小于1。
当所述比率为1/10以上时，可以更可靠地实现稳定的电导率。当所述比率小于1时，可以避免生产效率的降低。当将镀层用作硬质层并且所述比率小于1时，可以抑制由于在硬质层形成期间的氢的侵入而导致的韧性降低。所述比率优选为1/3以上。所述比率优选为3/4以下。
在斜圈弹簧中，可以在铜镀层与硬质层之间形成含有构成铜镀层的金属元素和构成硬质层的金属元素的合金区域。在这种情况下，可以获得铜镀层牢固地结合到硬质层的斜圈弹簧。
在斜圈弹簧中，硬质层可以为镍层，并且合金区域可以包含铜和镍。在这种情况下，可以获得铜镀层牢固地结合到硬质层的斜圈弹簧。
斜圈弹簧的电导率可以为15％IACS(国际退火铜标准)以上(3.87×108/Ω·m以上)且50％IACS以下(1.29×109/Ω·m以下)。在这种情况下，可以获得适用于连接器的部件的斜圈弹簧。
斜圈弹簧还可以具有以包含所述斜圈弹簧的表面的方式设置的金层、银层或锡层。在这种情况下，可以减小斜圈弹簧用作连接器的部件时的接触电阻。
在斜圈弹簧中，芯线与铜镀层之间的界面中的氧浓度可以为10质量％以下。在这种情况下，可以更可靠地获得大的非线性区域。
在斜圈弹簧中，铜镀层的厚度可以为10μm以上且65μm以下。当铜镀层的厚度为10μm以上时，容易获得足够的电导率。当铜镀层的厚度为65μm以下时，容易获得高强度和高弹性极限。因此，容易获得大的非线性区域。为了获得较大的非线性区域，铜镀层的厚度可以为50μm以下。
在斜圈弹簧中，芯线的直径可以为0.05mm以上且2.0mm以下。在这种情况下，容易获得足够的抗永久形变性。
根据本发明的一个方面的连接器包含：第一端子；与所述第一端子间隔地设置的第二端子；和斜圈弹簧，所述斜圈弹簧以与所述第一端子和所述第二端子接触的方式设置在所述第一端子与所述第二端子之间。在根据本发明的一个方面的连接器中，第一端子和第二端子通过根据本发明的一个方面的同时具有抗永久形变性和导电性的斜圈弹簧彼此电耦合。在本发明的连接器中，斜圈弹簧稳定地吸收第一端子与第二端子之间的距离变化，并且以低电阻在第一端子与第二端子之间形成电耦合。
[本发明的实施方式的详细说明]
接下来，下面将参考附图描述根据本发明的斜圈弹簧和连接器的实施方式。在以下附图中，任何相同或相应的部件将被分配以相同的附图标记，并且将不对其提供重复描述。
参照图1，根据一个实施方式的斜圈弹簧2由根据一个实施方式的斜圈弹簧线材1形成。斜圈弹簧2为一种螺旋弹簧并且使斜圈弹簧线材1以相对于垂直于轴向的面倾斜的方式卷绕。斜圈弹簧2以在垂直于轴向的方向上承受载荷的方式使用。
参照图1和图2，根据实施方式的斜圈弹簧2(斜圈弹簧线材1)具有芯线10、铜镀层20、硬质层30和表面层40。芯线10由具有珠光体结构的钢形成。铜镀层20覆盖芯线10的外周表面11并以与外周表面11接触的方式设置。铜镀层20由铜或铜合金形成。铜合金例如可以为具有选自由锌、锡、磷和铁构成的组中的至少一种金属的铜合金。铜镀层20的微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000101
硬质层30设置在铜镀层20的外周侧。硬质层30以与铜镀层20的外周表面21接触的方式设置以覆盖外周表面21。硬质层30的硬度比铜镀层20的硬度高。
表面层40设置在硬质层30的外周侧。表面层40以与硬质层30的外周表面31接触的方式设置以覆盖外周表面31。表面层40以包含斜圈弹簧线材1的外周表面的方式设置。换句话说，表面层40设置在斜圈弹簧线材1的最外层。表面层40为金层、银层或锡层。斜圈弹簧线材1具有垂直于纵向的圆形横截面。
构成芯线10的钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.1质量％以上且2.5质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质。
参照图3，在铜镀层20与硬质层30之间形成合金区域50。合金区域50含有构成铜镀层20的金属元素和构成硬质层30的金属元素。在铜镀层20与硬质层30之间的界面中形成合金区域50。换句话说，铜镀层20与硬质层30以彼此接触的方式设置以使得在铜镀层20与硬质层30之间的界面中形成合金区域。
根据实施方式的斜圈弹簧2具有芯线10。芯线10由具有珠光体结构和合适组成的钢形成并且具有高强度。这种构造可以确保高抗永久形变性。芯线10的外周表面11被由铜或铜合金形成的铜镀层20覆盖。铜镀层20的微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000111
当铜镀层20的微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000112
时，电导率足够高。因此，根据实施方式的斜圈弹簧2同时具有抗永久形变性和导电性。
在根据实施方式的斜圈弹簧2中，硬质层30设置在铜镀层20的外周侧。硬质层30的形成并不是必须的，但是硬质层30的存在可以抑制由于铜镀层20的疲劳断裂而导致的电导率降低，从而提供稳定的电导率。
在根据实施方式的斜圈弹簧2中，合金区域50形成在铜镀层20与硬质层30之间。合金区域50的形成并不是必须的，但是合金区域50的存在使得铜镀层20和硬质层30彼此牢固地结合。
表面层40以包含构成斜圈弹簧2的斜圈弹簧线材1的外周表面的方式设置在根据实施方式的斜圈弹簧2的硬质层30上。表面层40的形成并不是必须的，但是当斜圈弹簧2用作接触部件(连接器的部件)时，表面层40的存在可以减小斜圈弹簧2的接触电阻。
在斜圈弹簧2中，铜镀层20优选具有-0.085±0.015％的晶格应变。利用该晶格应变，容易确保高电导率。
在斜圈弹簧2中，铜镀层20的硬度优选为75HV以上且130HV以下。利用该晶格应变，容易确保高电导率。铜镀层20的硬度更优选为90HV以上且110HV以下。
构成芯线10的钢可以进一步含有由0.1质量％以上且0.4质量％以下的镍、0.1质量％以上且1.8质量％以下的铬、0.1质量％以上且0.4质量％以下的钼和0.05质量％以上且0.3质量％以下的钒构成的组中的一种以上的元素。即使当使用由具有这样的组成的钢形成的芯线10时，也可以同时获得抗永久形变性和导电性。
构成芯线10的钢的硅含量可以为1.35质量％以上且2.3质量％以下。当硅含量为1.35质量％以上时，可以抑制应变消除热处理中的软化。当硅含量为2.3质量％以下时，可以抑制韧性的降低。
构成芯线10的钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.12质量％以上且0.32质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质。
构成芯线10的钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.7质量％以上且1.0质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质。
构成芯线10的钢可以含有0.55质量％以上且0.7质量％以下的碳、1.35质量％以上且2.3质量％以下的硅、0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰、0.2质量％以上且1.8质量％以下的铬和0.05质量％以上且0.30质量％以下的钒，余量为铁和不可避免的杂质。
通过使用具有这样的组成的钢作为构成芯线10的钢，可以更可靠地获得大的非线性区域。
芯线10与铜镀层20之间的界面中的氧浓度优选为10质量％以下。利用这种氧浓度，可以更可靠地获得大的非线性区域。芯线10与铜镀层20之间的界面中的氧浓度例如可以通过利用EDS(能量色散X射线光谱法)对包含芯线10与铜镀层20之间的界面的横截面的正方形区域(各边为300μm)进行定量分析来确定，所述横截面垂直于斜圈弹簧线材1的纵向。
硬质层30的硬度优选为300HV以上。利用这样的硬度，可以更可靠地获得稳定的导电性。硬质层30的硬度优选比铜镀层20的硬度高50HV以上。在这种情况下，可以更可靠地获得稳定的导电性。硬质层30的硬度可以等于或小于芯线10的硬度。可以在50g载荷和10秒的保持时间的条件下确定硬度(维氏硬度)。硬质层30的厚度例如可以为1μm以上且50μm以下。
硬质层30的厚度对铜镀层20的厚度之比优选为1/10以上且小于1。当所述比率为1/10以上时，可以更可靠地获得稳定的导电性。当所述比率小于1时，可以避免生产效率的降低。
硬质层30优选为镀层。在这种情况下，容易形成硬质层30。
硬质层30优选为镍层或铬层。硬质层30的材料优选为镍或铬，其具有高强度和高电导率。
硬质层30特别优选为镍层。通过镀敷容易形成镍层或铬层。换句话说，硬质层30可以为镍镀层或铬镀层。
斜圈弹簧2的电导率优选为15％IACS以上且50％IACS以下。具有在该范围内的电导率的斜圈弹簧2适合于接触部件。
当硬质层30为镍层时，合金区域50优选含有铜和镍。当硬质层30为镍层时，合金区域50优选为Cu-Ni合金区域。在这种情况下，铜镀层20和硬质层30彼此牢固地结合。
铜镀层20的厚度优选为10μm以上且65μm以下。当铜镀层20的厚度为10μm以上时，容易获得足够的导电性。当铜镀层20的厚度为65μm以下时，容易获得高强度和高弹性极限。由此，容易获得大的非线性区域。
芯线10的直径优选为0.05mm以上且2.0mm以下。
接下来，将描述用于制造斜圈弹簧2的示例方法。参照图4，在根据实施方式的斜圈弹簧2的制造方法中，首先进行原料钢丝准备步骤作为步骤(S10)。在步骤(S10)中，准备用作芯线10的钢丝。具体地，准备由具有以下组成的钢形成的钢丝：0.5质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.1质量％以上且2.5质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质。构成钢丝的钢可以进一步含有选自由0.1质量％以上且0.4质量％以下的镍、0.1质量％以上且1.8质量％以下的铬、0.1质量％以上且0.4质量％以下的钼和0.05质量％以上且0.3质量％以下的钒构成的组中的一种以上的元素。
接下来，实施派敦处理(patenting)步骤作为步骤(S20)。在步骤(S20)中，对在步骤(S10)中准备的原料钢丝进行派敦处理。
具体地，派敦处理是包含以下步骤的热处理：将原料钢丝加热至奥氏体化温度(A1点)以上的温度范围；将经加热的原料钢丝淬火至比马氏体转变开始温度(Ms点)高的温度范围；以及将淬火的原料钢丝保持在该温度范围内。由此，原料钢丝的金属结构转变为层间间距小的微细珠光体结构。在派敦处理中，为了抑制脱碳的发生，优选在非活性气体气氛中进行涉及将原料钢丝加热至A1点以上的温度范围的处理。
接下来，实施第一拉丝步骤作为步骤(S30)。在步骤(S30)中，对在步骤(S20)中已进行了派敦处理的原料钢丝进行拉丝加工(拉制加工)。参照图5，该加工提供了芯线10，所述芯线10具有珠光体结构并且具有垂直于纵向的圆形横截面。
接下来，实施镀敷步骤作为步骤(S40)。参照图5和图6，在步骤(S40)中，形成多个镀层以覆盖在步骤(S30)中获得的芯线10的外周表面11。首先，形成由铜或铜合金形成的铜镀层20。在步骤(S40)中形成的铜镀层20的厚度例如为30μm以上且90μm以下。接下来，在铜镀层20上形成硬质层30。具体地，通过实施镀镍或镀铬来形成作为硬质层30的镍镀层或铬镀层。接下来，在硬质层30上形成表面层40。具体地，在硬质层30上形成作为表面层40的金镀层、银镀层或锡镀层。因此，如图6所示，在芯线10上形成铜镀层20、硬质层30和表面层40。
接下来，实施第二拉丝步骤作为步骤(S50)。参照图6和图1，在步骤(S50)中，对在步骤(S40)中形成的具有铜镀层20、硬质层30和表面层40的芯线10进行拉丝加工。该加工提供了具有适合于期望的斜圈弹簧2的线径的斜圈弹簧线材1。通过以上程序，完成了根据实施方式的斜圈弹簧线材1的制造。以下将描述用于制造包含斜圈弹簧线材1的斜圈弹簧2的方法。
接下来，实施卷绕步骤作为步骤(S60)。参照图1和图2，在步骤(S60)中，将在步骤(S50)中获得的斜圈弹簧线材1加工成斜圈弹簧2的形状。具体地，将斜圈弹簧线材1加工成螺旋形状以形成斜圈弹簧2的形状。
接下来，实施热处理步骤作为步骤(S70)。在步骤(S70)中，对在步骤(S60)中形成为斜圈弹簧2的形状的斜圈弹簧线材1进行热处理。步骤(S70)旨在减小通过步骤(S60)中的加工引入到斜圈弹簧2中的应变，并控制铜镀层的微晶尺寸、晶格应变和硬度。步骤(S70)中的加热温度为150℃以上且300℃以下。该加工可以减小引入到斜圈弹簧2中的应变，并将铜镀层的微晶尺寸、晶格应变和硬度控制在合适的范围内。步骤(S70)中的加热温度优选为220℃以上。步骤(S70)中的加热温度优选为275℃以下。通常，用于减小引入到斜圈弹簧中的应变的热处理是在高于300℃的温度下进行的。然而，在所述实施方式的步骤(S70)中，考虑到应变降低与铜镀层的微晶尺寸、晶格应变和硬度的控制之间的平衡，选择150℃以上且300℃以下的热处理温度。通过以上程序，完成了根据实施方式的斜圈弹簧2的制造。在所述实施方式中，描述了在步骤(S40)中形成硬质层30和表面层40的情况。然而，例如可以在步骤(S70)之后形成硬质层30和表面层40。
接下来，将描述根据一个实施方式的连接器。参照图7，根据所述实施方式的连接器9具有：第一端子7；与第一端子7间隔地设置的第二端子8；和根据上述实施方式的斜圈弹簧2，斜圈弹簧2以与第一端子7和第二端子8接触的方式设置在第一端子7与第二端子8之间。第一端子7和第二端子8由电导体形成。第一端子7和第二端子8例如为母线。
第一端子7包含第一区域71和第二区域72。第二区域72连接到第一区域71，并且在与第一区域71相交的方向上延伸。第二端子8包含第一区域81和第二区域82。第二区域82连接到第一区域81，并且在与第一区域81相交的方向上延伸。第一端子7和第二端子8以使得包含在第二区域72中的接触表面72A面对包含在第二区域82中的接触表面82A的方式设置。斜圈弹簧2以使得斜圈弹簧2的轴向沿着接触表面72A和接触表面82A并且斜圈弹簧2与接触表面72A和接触表面82A接触的方式设置。
由此，在连接器9中，第一端子7和第二端子8通过同时具有抗永久形变性和导电性的斜圈弹簧2彼此电耦合。在根据所述实施方式的连接器9中，斜圈弹簧2稳定地吸收第一端子7与第二端子8之间的距离变化，并且以低电阻形成第一端子7与第二端子8之间的电耦合。
实施例
进行了确定根据本发明的一个方面的斜圈弹簧的特性的实验。实验程序如下所述。
(实验1)
斜圈弹簧2通过与实施方式中相同的程序制造。铜镀层20的材料为铜(纯铜)。垂直于构成斜圈弹簧2的斜圈弹簧线材1的纵向的横截面中的铜镀层20的面积分数为25％(设计电导率：25％IACS)(实施例)。为了比较，通过使用锆-铜合金作为材料来制造具有相同形状的斜圈弹簧(比较例)。将实施例和比较例的斜圈弹簧在加热到150℃下、在垂直于轴向的方向上进行压缩，并保持100小时。随后，解除用于压缩的载荷，并且根据压缩前后的斜圈弹簧的形状计算残余剪切应变。实验结果如图8所示。
当在实施方式中基于图7描述的连接器9中使用斜圈弹簧2时，由于压缩引起的残余剪切应变的期望值例如可以被设定为0.05以下。
参照图8，通过使用锆-铜合金作为材料制造的比较例的斜圈弹簧的残余剪切应变大大超过0.05。然而，本发明的实施例的斜圈弹簧的残余剪切应变小于0.05。这表明本发明的斜圈弹簧具有高的抗永久形变性。
(实验2)
通过改变设计电导率为50％IACS的斜圈弹簧和设计电导率为25％IACS的斜圈弹簧中的铜镀层20的微晶尺寸，来研究铜镀层20的微晶尺寸与电导率之间的关系。通过以与实施方式中相同的程序改变步骤(S70)中的热处理温度来控制微晶尺寸。还确定了这些斜圈弹簧中的铜镀层20的晶格应变和硬度，并且还研究了这些参数与电导率之间的关系。使用购自Hioki E.E.公司的3522LCR HiTESTER通过四端感测来确定电导率。通过使用维氏硬度测试仪在50g的载荷和5秒的保持时间的条件下测量硬度。使用获自Yamato Scientific有限公司的X射线衍射仪(X'pert)通过X射线衍射分析(广角测量，使用的X射线：Cu-Kα，激发条件：45kV至40mA，扫描方法：θ至2θ，步宽：0.03°，积分时间：1秒，衍射角测量范围：40°至140°)确定微晶尺寸和晶格应变。实验结果如图9至图16所示。
图9示出了对于设计电导率为50％IACS时的微晶尺寸与电导率之间的关系。图10示出了对于设计电导率为25％IACS时的微晶尺寸与电导率之间的关系。参照图9和图10，对于50％IACS设计电导率和25％IACS设计电导率两者，随着微晶尺寸的增加，电导率先增加然后减小。在两种情况下，当微晶尺寸在
Figure BDA0002272956680000181
(
Figure BDA0002272956680000182
以上且
Figure BDA0002272956680000183
以下)的范围内时，电导率达到最大值。这表明当铜镀层的微晶尺寸在
Figure BDA0002272956680000184
的范围内时，确保了高电导率。
图11示出了对于设计电导率为50％IACS时的步骤(S70)中的热处理温度与电导率之间的关系。图12示出了对于设计电导率为25％IACS时的步骤(S70)中的热处理温度与电导率之间的关系。图11和图12显示，用于获得在
Figure BDA0002272956680000185
的范围内的微晶尺寸的步骤(S70)中的热处理温度为150℃以上且300℃以下。如上所述，通常在超过300℃的温度下进行用于减小引入到斜圈弹簧中的应变的热处理。
然而，该实验结果显示150℃以上且300℃以下的热处理温度适合于在铜镀层20中获得合适的微晶尺寸。
图13示出了对于设计电导率为50％IACS时的晶格应变与电导率之间的关系。图14示出了对于设计电导率为25％IACS时的晶格应变与电导率之间的关系。参照图13和图14，当晶格应变在-0.085±0.015％(-0.100％以上且-0.070％以下)的范围内时，电导率达到最大值。这表明，当铜镀层的晶格应变在-0.085±0.015％的范围内时，确保了高电导率。
图15示出了对于设计电导率为50％IACS时的硬度与电导率之间的关系。
图16示出了对于设计电导率为25％IACS时的硬度与电导率之间的关系。参照图15和图16，当硬度在75HV以上且130HV以下的范围内时，电导率达到最大值。这表明当铜镀层的硬度为75HV以上且130HV以下时，确保了高电导率。
(实验3)
通过改变实施方式中的步骤(S70)的热处理条件，进行了用于研究当如图7所示的连接器9中那样将斜圈弹簧2压向端子时的电阻与载荷之间的关系的实验。
图17示出了对于设计电导率为50％IACS时的载荷与电阻之间的关系。
图18示出了对于设计电导率为25％IACS时的载荷与电阻之间的关系。在图17和图18中，条件A表示在步骤(S70)中未进行热处理，条件B表示在250℃下进行了用于提供微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000191
以上且
Figure BDA0002272956680000192
以下的铜镀层20的热处理，并且条件C表示在400℃下进行了用于提供具有微晶尺寸高于
Figure BDA0002272956680000193
的铜镀层20的热处理。
对于设计电导率为50％IACS，在40N以下的范围内的载荷下，可以将期望的电阻值设定为1mΩ以下。参照图17，对于未进行热处理的条件A，斜圈弹簧2的电导率低，并且电阻不能达到1mΩ以下。对于微晶尺寸超过
Figure BDA0002272956680000194
的条件C，在高载荷下电阻可以达到1mΩ以下，但是在40N以下的载荷下不能充分降低电阻。然而，对于微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000195
以上且
Figure BDA0002272956680000196
以下的条件B，在40N以下的载荷下电阻可以达到1mΩ以下。
对于设计电导率为25％IACS，当载荷在80N以下的范围内时，可以将期望的电阻值设定为2mΩ以下。参照图18，对于未进行热处理的条件A，斜圈弹簧2的电导率低，并且电阻不能达到2mΩ以下。对于微晶尺寸超过
Figure BDA0002272956680000201
的条件C，在高载荷下电阻可以达到2mΩ以下，但是在80N以下的载荷下不能充分降低电阻。然而，对于微晶尺寸为
Figure BDA0002272956680000202
以上且
Figure BDA0002272956680000203
以下的条件B，在80N以下的载荷下电阻可以达到2mΩ以下。
这些结果表明，当铜镀层的微晶尺寸在
Figure BDA0002272956680000204
的范围内时，可以提供适用于连接器部件的斜圈弹簧。
应当理解，本文公开的实施方式和实施例在任何方面都是说明性的，并且从任何角度来看都是非限制性的。本发明的范围由权利要求书而不是以上描述来限定，并且旨在包含在权利要求书的含义和等同范围内的所有修改。
标号说明
1 斜圈弹簧线材
2 斜圈弹簧
7 第一端子
8 第二端子
9 连接器
10 芯线
11 外周表面
20 铜镀层
21 外周表面
30 硬质层
31 外周表面
40 表面层
50 合金区域
71 第一区域
72 第二区域
72A 接触表面
81 第一区域
82 第二区域
82A 接触表面

Claims (27)

1.一种斜圈弹簧，其具有：
由具有珠光体结构的钢形成的芯线；和
由铜或铜合金形成并覆盖所述芯线的外周表面的铜镀层；
其中所述钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的碳、0.1质量％以上且2.5质量％以下的硅和0.3质量％以上且0.9质量％以下的锰，余量为铁和不可避免的杂质，并且
所述铜镀层的微晶尺寸为
Figure FDA0003015752100000011
2.根据权利要求1所述的斜圈弹簧，其中所述铜镀层的晶格应变为-0.085±0.015％。
3.根据权利要求1所述的斜圈弹簧，其中所述铜镀层的硬度为75HV以上且130HV以下。
4.根据权利要求2所述的斜圈弹簧，其中所述铜镀层的硬度为75HV以上且130HV以下。
5.根据权利要求1所述的斜圈弹簧，其中所述钢还含有选自由0.1质量％以上且0.4质量％以下的镍、0.1质量％以上且1.8质量％以下的铬、0.1质量％以上且0.4质量％以下的钼和0.05质量％以上且0.3质量％以下的钒构成的组中的一种以上的元素。
6.根据权利要求2所述的斜圈弹簧，其中所述钢还含有选自由0.1质量％以上且0.4质量％以下的镍、0.1质量％以上且1.8质量％以下的铬、0.1质量％以上且0.4质量％以下的钼和0.05质量％以上且0.3质量％以下的钒构成的组中的一种以上的元素。
7.根据权利要求3所述的斜圈弹簧，其中所述钢还含有选自由0.1质量％以上且0.4质量％以下的镍、0.1质量％以上且1.8质量％以下的铬、0.1质量％以上且0.4质量％以下的钼和0.05质量％以上且0.3质量％以下的钒构成的组中的一种以上的元素。
8.根据权利要求4所述的斜圈弹簧，其中所述钢还含有选自由0.1质量％以上且0.4质量％以下的镍、0.1质量％以上且1.8质量％以下的铬、0.1质量％以上且0.4质量％以下的钼和0.05质量％以上且0.3质量％以下的钒构成的组中的一种以上的元素。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的斜圈弹簧，其还具有硬质层，所述硬质层设置在所述铜镀层的外周侧并且具有高于所述铜镀层的硬度。
10.根据权利要求9所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层为镀层。
11.根据权利要求9所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层为镍层或铬层。
12.根据权利要求10所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层为镍层或铬层。
13.根据权利要求9所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的硬度为300HV以上。
14.根据权利要求10所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的硬度为300HV以上。
15.根据权利要求11所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的硬度为300HV以上。
16.根据权利要求12所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的硬度为300HV以上。
17.根据权利要求9所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的硬度比所述铜镀层的硬度高50HV以上。
18.根据权利要求10至16中任一项所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的硬度比所述铜镀层的硬度高50HV以上。
19.根据权利要求9所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的厚度对所述铜镀层的厚度之比为1/10以上且小于1。
20.根据权利要求10至16中任一项所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的厚度对所述铜镀层的厚度之比为1/10以上且小于1。
21.根据权利要求17所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的厚度对所述铜镀层的厚度之比为1/10以上且小于1。
22.根据根据权利要求18所述的斜圈弹簧，其中所述硬质层的厚度对所述铜镀层的厚度之比为1/10以上且小于1。
23.根据权利要求9所述的斜圈弹簧，其中在所述铜镀层与所述硬质层之间形成含有构成所述铜镀层的金属元素和构成所述硬质层的金属元素的合金区域。
24.根据权利要求23所述的斜圈弹簧，其中
所述硬质层为镍层，并且
所述合金区域含有铜和镍。
25.根据权利要求1所述的斜圈弹簧，其中所述斜圈弹簧的电导率为15％IACS以上且50％IACS以下。
26.根据权利要求1所述的斜圈弹簧，其还具有以包含所述斜圈弹簧的表面的方式设置的金层、银层或锡层。
27.一种连接器，其具有：
第一端子；
与所述第一端子间隔地设置的第二端子；和
权利要求1至26中任一项所述的斜圈弹簧，所述斜圈弹簧以与所述第一端子和所述第二端子接触的方式设置在所述第一端子与所述第二端子之间。
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