DE112017002913T5 - Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder, geneigte Spiralfeder und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder, geneigte Spiralfeder und Herstellungsverfahren dafür Download PDF

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Abstract

Ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 weist einen Kerndraht 10 aus Stahl mit einer Perlitstruktur und eine Plattierungsschicht 20 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die eine Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 bedeckt, auf. Der Stahl, aus dem der Kerndraht 10 besteht, enthält 0,5 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,1 bis 2,5 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder, eine geneigte Spiralfeder und Herstellungsverfahren dafür.
    Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 10. Juni 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-116323 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Stand der Technik
  • Patentliteratur 1 beschreibt eine geneigte Spiralfeder, das heißt eine Schraubenfeder mit einer Struktur, bei der ein Drahtmaterial (Metalldraht) in Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Axialrichtung in einer geneigten Stellung gewickelt ist. Darüber hinaus beschreibt Patentliteratur 2 ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder, bei der ein Kerndraht aus austenitischem Edelstahl und ein separat hergestelltes Element aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder dergleichen, das als äußere Schicht dient, zur Bildung eines ummantelten Drahts zusammengefügt werden, sowie eine geneigte Spiralfeder, die durch Wickeln des Drahtmaterials erhalten ist.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 4-107331
    • PTL 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-248495
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Lösung des Problems
  • Ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Offenbarung weist einen Kerndraht aus Stahl mit einer Perlitstruktur und eine Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, welche die Oberfläche des Kerndrahts bedeckt auf. Der Stahl enthält 0,5 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,1 bis 2,5 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Schritt des Herstellens eines Kerndrahts aus Stahl mit einer Perlitstruktur, einen Schritt des Bildens einer Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zum Bedecken einer Oberfläche des Kerndrahts und einen Schritt des Ziehens des mit der Plattierungsschicht bereitgestellten Kerndrahts. Der Stahl enthält 0,5 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,1 bis 2,5 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder darstellt.
    • [2] 2 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur einer geneigten Spiralfeder darstellt.
    • [3] 3 ist ein Flussdiagram, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder und zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder zeigt.
    • [4] 4 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder und zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder.
    • [5] 5 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder und zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • [Durch die vorlegende Offenbarung zu lösende Probleme]
  • Geneigte Spiralfedern weisen eine Charakteristik (Nichtlinearität) auf, dass die Federlast in Bezug auf die Verschiebung in einer Richtung senkrecht zu der Axialrichtung über einen bestimmten Verschiebungsbereich im Wesentlichen konstant bleibt. Wenn eine geneigte Spiralfeder unter Verwendung eines leitfähigen Materials hergestellt wird, kann die geneigte Spiralfeder beispielsweise als eine Kontaktkomponente verwendet werden. Im Allgemeinen wird als Material, aus dem eine geneigte Spiralfeder bestellt, Berylliumkupfer verwendet. Vom Standpunkt des Erreichens sowohl von hoher Festigkeit als auch von hoher Leitfähigkeit ist Berylliumkupfer als Material zur Bildung einer geneigten Spiralfeder geeignet.
  • Jedoch ist das in Berylliumkupfer enthaltene Beryllium ein teures Material. Ferner weist Beryllium eine hohe Umweltbelastung auf. Daher ist als Material zur Bildung einer geneigten Spiralfeder die Entwicklung eines alternativen Materials zu Berylliumkupfer erwünscht.
  • Andererseits gibt es einen Vorschlag für ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder, bei der ein Kerndraht aus austenitischem Edelstahl und ein separat hergestelltes Element aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder dergleichen, das als eine äußere Schicht dient, zur Bildung eines ummantelten Drahts zusammengefügt werden, sowie eine geneigte Spiralfeder, die durch Wickeln des Drahtmaterials erhalten ist (siehe Patentliteratur 2).
  • Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat dies untersucht und herausgefunden, dass die geneigte Spiralfeder gemäß der Patentliteratur 2 ein Problem dahingehend aufweist, dass der Verschiebungsbereich, in dem die Federlast bezogen auf die Verschiebung in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung im Wesentlichen konstant ist, d.h. der nichtlineare Bereich, begrenzt ist. Dementsprechend ist es eine Aufgabe, ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder und eine geneigte Spiralfeder, die jeweils aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer bestehen und einen breiten nichtlinearen Bereich erhalten können, sowie Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen.
  • Vorteilhafte Effekte der vorliegenden Offenbarung
  • Bei dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder und dem Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder ist es möglich, ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder bereitzustellen, das aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer hergestellt ist und einen breiten nichtlinearen Bereich erreichen kann.
  • [Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Zuerst werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einzeln beschrieben. Ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung weist einen Kerndraht aus Stahl mit einer Perlitstruktur und eine Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die eine Oberfläche des Kerndrahts bedeckt, auf. Der Stahl enthält 0,5 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,1 bis 2,5 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung wird ein Kerndraht mit hoher Festigkeit aus Stahl mit einer Perlitstruktur und einer geeigneten Zusammensetzung der Komponenten verwendet. Dadurch kann ein breiter nichtlinearer Bereich sichergestellt werden. Ferner ist die Oberfläche des Kerndrahts mit einer Plattierungsschicht bedeckt, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist und eine ausgezeichnete Leitfähigkeit aufweist. Dadurch kann eine hohe Leitfähigkeit sichergestellt werden. Hier ist die Kupferlegierung beispielsweise eine Legierung aus Kupfer und mindestens einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zink, Zinn, Phosphor und Eisen.
  • Ferner ist das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung kein ummantelter Draht, in welchem ein Kerndraht und ein separat hergestelltes Element, das als äußere Schicht dient, zusammengefügt sind, sondern weist eine Struktur auf, bei der eine Plattierungsschicht auf der Oberfläche eines Kerndrahts gebildet ist. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat dies untersucht und herausgefunden, dass bei einer aus einem ummantelten Draht erhaltenen geneigten Spiralfeder ein Phänomen auftritt, bei dem die äußere Schicht in Bezug auf den Kerndraht rutscht, wenn eine Last angewandt wird. Dieses Phänomen ist ein wichtiger Faktor bei der Verkleinerung des nichtlinearen Bereichs. Im Gegensatz dazu wird in dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung, bei der die Plattierungsschicht auf der Oberfläche des Kerndrahts gebildet ist, das Auftreten eines solchen Phänomens unterdrückt, und es ist möglich, einen breiten nichtlinearen Bereich sicherzustellen. Wie oben beschrieben, ist es in dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung möglich, ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder bereitzustellen, das aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer hergestellt ist und einen breiten nichtlinearen Bereich erreichen kann.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder kann der Stahl ferner ein Element enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,1 bis 0.4 Massen-% Nickel, 0,1 bis 1.8 Massen-% Chrom, 0,1 bis 0,4 Massen-% Molybdän und 0,05 bis 0,3 Massen-% Vanadium. Selbst in dem Fall, in dem ein Kerndraht aus Stahl mit einer solchen Zusammensetzung an Komponenten verwendet wird, ist es möglich, ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder bereitzustellen, die aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer besteht und einen breiten nichtlinearen Bereich erreichen kann.
  • Die Gründe zur Begrenzung der Zusammensetzung der Komponenten des den Kerndraht bildenden Stahls auf die oben beschriebenen Bereiche werden nachstehend beschrieben.
  • Kohlenstoff (C): 0,5 bis 1,0 Massen-%
  • Kohlenstoff ist ein Element, das die Festigkeit und Elastizitätsgrenze von Stahl mit einer Perlitstruktur stark beeinflusst. Unter dem Gesichtspunkt, eine ausreichende Festigkeit und Elastizitätsgrenze für den Kerndraht des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder zu erhalten, muss der Kohlenstoffgehalt 0,5 Massen-% oder mehr betragen. Wenn wiederum der Kohlenstoffgehalt zunimmt, nimmt die Zähigkeit ab, und es gibt Bedenken, dass das Bearbeiten schwierig werden kann. Im Hinblick darauf, eine ausreichende Zähigkeit sicherzustellen, muss der Kohlenstoffgehalt 1,0 Massen-% oder weniger betragen. Unter dem Gesichtspunkt der weiteren Verbesserung der Festigkeit und der Elastizitätsgrenze beträgt der Kohlenstoffgehalt vorzugsweise 0,6 Massen-% oder mehr und bevorzugter 0,8 Massen-% oder mehr. Im Hinblick auf die Verbesserung der Zähigkeit zur Erleichterung der Bearbeitung beträgt der Kohlenstoffgehalt vorzugsweise 0,95 Massen-% oder weniger.
  • Silicium (Si): 0,1 bis 2,5 Massen-%
  • Silicium ist ein Element, das als Desoxidationsmittel in der Kupferschmelze zugesetzt wird. Damit Silicium als Desoxidationsmittel wirken kann, muss der Siliciumgehalt 0,1 Massen-% oder mehr betragen und beträgt vorzugsweise 0,12 Massen-% oder mehr. Darüber hinaus fungiert Silicium als ein carbidbildendes Element in Stahl und hat die Eigenschaft, ein Erweichen aufgrund von Erwärmung zu unterdrücken (Erweichungsbeständigkeit). Im Hinblick auf das Unterdrücken des Erweichens in der Wärmebehandlung zum Spannungsabbau, welche durchgeführt wird, nachdem das Drahtmaterial aufgewickelt wurde, beträgt der Siliciumgehalt vorzugsweise 0,8 Massen-% oder mehr und kann 1,8 Massen-% oder mehr betragen. Auf der anderen Seite verschlechtert eine übermäßige Zugabe von Silicium die Zähigkeit. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Zähigkeit muss der Siliciumgehalt 2,5 Massen-% oder weniger betragen, beträgt bevorzugt 2,3 Massen-% oder weniger und kann 2,2 Massen-% oder weniger betragen. Im Hinblick darauf, Wert auf die Zähigkeit zu legen, kann der Siliciumgehalt 1,0 Massen-% oder weniger betragen.
  • Mangan (Mn): 0,3 bis 0,9 Massen-%
  • Mangan ist ein Element, das in ähnlicher Weise zu Silicium als Desoxidationsmittel in der Kupferschmelze zugesetzt wird. Damit Mangan als Desoxidationsmittel wirken kann, muss der Mangangehalt 0,3 Massen-% oder mehr betragen. Andererseits bewirkt eine übermäßige Zugabe von Mangan eine Verringerung der Zähigkeit und der Bearbeitbarkeit bei der Warmumformung. Folglich beträgt der Mangangehalt 0,9 Massen-% oder weniger.
  • Unvermeidbare Verunreinigungen
  • Im Herstellungsverfahren des Kerndrahts werden Phosphor (P) und Schwefel (S) zwangsläufig in den Stahl gemischt, der den Kerndraht bildet. Übermäßiges Vorhandensein von Phosphor und Schwefel führt zu einer Trennung der Korngrenzen und verursacht Einschlüsse, wodurch sich die Eigenschaften des Stahls verschlechtern. Daher betragen der Phosphorgehalt und der Schwefelgehalt jeweils vorzugsweise 0,025 Massen-% oder weniger. Darüber hinaus beträgt der Gesamtgehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen vorzugsweise 0,3 Massen-% oder weniger.
  • Nickel (Ni): 0,1 bis 0,4 Massen-%
  • Die Zugabe von Nickel unterdrückt das Auftreten eines Brechens des Drahts während des Ziehens des Kerndrahts und während des Wickelns des Drahtmaterials. Damit dieser Effekt bewirkt wird, kann Nickel in einer Menge von 0,1 Masse-n% oder mehr zugegeben werden. Wenn Nickel jedoch in einer Menge von mehr als 0,4 Massen-% zugegeben wird, ist der Effekt durch Nickel gesättigt. Wenn Nickel, das ein teures Element ist, in einer Menge von mehr als 0,4 Massen-% zugegeben wird, erhöhen sich zudem die Herstellungskosten des Kerndrahts. Daher beträgt die Menge an zugegebenem Nickel vorzugsweise 0,4 Massen-% oder weniger.
  • Chrom (Cr): 0,1 bis 1,8 Massen-%
  • Chrom fungiert als carbidbildendes Element in Stahl und trägt durch die Bildung von feinen Carbinden und das Unterdrücken eines Erweichens während des Erwärmens zu einer Verfeinerung der Metallstruktur bei. Damit diese Effekte zuverlässig in Erscheinung treten, kann Chrom in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr, in einer Menge von 0,2 Massen-% oder mehr oder 0,5 Massen-% oder mehr zugegeben werden. Eine übermäßige Zugabe von Chrom verursacht jedoch eine Verschlechterung der Zähigkeit. Daher beträgt die Menge an zugesetztem Chrom vorzugsweise 1,8 Massen-% oder weniger. Die Effekte durch den Zusatz von Chrom sind bei gleichzeitiger Anwesenheit von Silicium und Vanadium besonders ausgeprägt. Daher wird Chrom vorzugsweise zusammen mit diesen Elementen zugegeben.
  • Molybdän (Mo): 0,1 bis 0,4 Massen-%
  • Die Zugabe von Molybdän kann die Elastizitätsgrenze erhöhen. Zum Erreichen dieses Zwecks kann Molybdän in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr hinzugegeben werden. Wird Molybdän jedoch in einer Menge von mehr als 0,4 Massen-% zugegeben, ist der Effekt von Molybdän gesättigt. Ferner, wenn Molybdän, das ein teures Element ist, in einer Menge von mehr als 0,4 Massen-% zugegeben wird, erhöhen sich die Herstellungskosten des Kerndrahts. Deswegen beträgt die Menge von zugegebenem Molybdän 0,4 Massen-% oder weniger.
  • Vanadium (V): 0,05 bis 0,3 Massen-%
  • Vanadium fungiert als carbidbildendes Element in Stahl und trägt durch die Bildung von feinen Carbinden und das Unterdrücken eines Erweichens während des Erwärmens zu einer Verfeinerung der Metallstruktur bei. Damit diese Effekte zuverlässig in Erscheinung treten, wird Vanadium in einer Menge von 0,05 Massen-% zugegeben. Jedoch führt eine übermäßige Zugabe von Vanadium zu einer Verschlechterung der Zähigkeit. Im Hinblick darauf, eine ausreichende Zähigkeit sicherzustellen, beträgt die Menge an Vanadium bevorzugt 0,3 Massen-% oder weniger. Die Effekte durch den Zusatz von Vanadium sind bei gleichzeitiger Anwesenheit von Silicium und Chrom besonders ausgeprägt. Daher wird Vanadium vorzugsweise zusammen mit diesen Elementen hinzugefügt.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder kann der Siliciumgehalt im Stahl 1,35 bis 2,3 Massen-% betragen. Wenn der Siliciumgehalt 1,35 Massen-% oder mehr beträgt, ist es möglich ein Erweichen bei der Wärmebehandlung zum Spannungsabbau zu unterdrücken. Wenn der Siliciumgehalt 2,3 Massen-% oder weniger beträgt, kann eine Verschlechterung der Zähigkeit unterdrückt werden.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder kann der Stahl 0,6 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,12 bis 0,32 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Ferner kann der Stahl in dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 0,6 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,7 bis 1,0 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Darüber hinaus kann der Stahl in dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 0,55 bis 0,7 Massen-% Kohlenstoff, 1,35 bis 2,3 Massen-% Silicium, 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, 0,2 bis 1,8 Massen-% Chrom und 0,05 bis 0,30 Massen-% Vanadium enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Durch die Verwendung von Stahl mit einer solchen Zusammensetzung an Komponenten als Stahl, der den Kerndraht bildet, kann zuverlässig ein breiter nichtlinearer Bereich erhalten werden.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder kann die Sauerstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Plattierungsschicht 10 Massen-% oder weniger betragen. Auf eine solche Weise kann ein breiter nichtlinearer Bereich zuverlässiger erhalten werden.
  • Das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder kann eine Zugfestigkeit von 1.800 bis 2.500 MPa aufweisen. Durch das Einstellen der Zugfestigkeit auf 1.800 MPa oder mehr kann ein breiter nichtlinearer Bereich einfach erhalten werden. Durch Einstellen der Zugfestigkeit auf 2.500 MPa oder weniger kann eine ausreichende Verarbeitbarkeit sichergestellt werden.
  • Das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder kann eine Leitfähigkeit von 15 bis 50% IACS (International Annealed Copper Standard) aufweisen. Auf eine solche Weise ist es möglich, dass ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder erhalten wird, welches zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder verwendet werden kann, die für ein Kontaktbauteil geeignet ist.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder kann die Plattierungsschicht eine Dicke von 10 bis 65 µm aufweisen. Wenn die Dicke der Plattierungsschicht 10 µm oder mehr beträgt, kann eine ausreichende Leitfähigkeit erreicht werden. Wenn die Dicke der Plattierungsschicht 65 µm oder weniger beträgt, kann ausreichende Festigkeit und eine hohe Elastizitätsgrenze erreicht werden. Folglich kann ein breiter nichtlinearer Bereich erreicht werden. Im Hinblick auf das Erreichen eines breiteren nichtlinearen Bereichs, kann die Dicke der Plattierungsschicht 50 µm oder weniger betragen.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder kann der Kerndraht einen Durchmesser von 0,05 bis 2,0 mm aufweisen. Auf solche Weise ist es möglich, ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder zu erhalten, welches besonders zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder geeignet ist.
  • Das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder kann mindestens eine aus einer Plattierungsschicht aus Zinn (Sn) und Silber (Ag) aufweisen, welche die Oberfläche davon bedeckt. Wenn eine geneigte Spiralfeder aus dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder als Kontaktbauteil wie eine leitfähige Verbindung zum elektrischen Verbinden von elektrischen Drähten und elektronischen Vorrichtungen verwendet wird, kann auf diese Weise der Kontaktwiderstand verringert werden.
  • Eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung ist aus dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder hergestellt. Bei der geneigten Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung, die aus dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung hergestellt ist, ist es möglich eine geneigte Spiralfeder bereitzustellen, die aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer hergestellt ist und einen breiten nichtlinearen Bereich erreichen kann.
  • Die geneigte Spiralfedere kann mindestens eine aus eine Zinn-Plattierungsschicht und einer Silber-Plattierungsschicht aufweisen, welche die Oberfläche davon bedeckt. Wenn die geneigte Spiralfeder als Kontaktbauteil verwendet wird, kann auf eine solche Weise der Kontaktwiderstand verringert werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt des Herstellens eines Kerndrahts aus Stahl mit einer Perlitstruktur, einen Schritt des Bildens einer Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zum Bedecken der Oberfläche des Kerndrahts, sowie einen Schritt des Ziehens des mit der Plattierungsschicht bereitgestellten Kerndrahts. Der Stahl enthält 0,5 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,1 bis 2,5 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung ist es möglich, das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Erfindung, das aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer ist und einen breiten nichtlinearen Bereich erreichen kann, auf eine einfache Weise herzustellen.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder kann der Stahl ferner mindestens ein Element enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,1 bis 0,4 Massen-% Nickel, 0,1 bis 1,8 Massen-% Chrom, 0,1 bis 0,4 Massen-% Molybdän und 0,05 bis 0,3 Massen-% Vanadium. Im dem Fall, dass ein Kerndraht aus Stahl mit einer solchen Zusammensetzung der Komponenten verwendet wird, ist es ebenso möglich, ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder herzustellen, das aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer ist und einen breiten nichtlinearen Bereich erreichen kann.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder kann der Siliciumgehalt im Stahl 1,35 bis 2,3 Massen-% betragen. Wenn der Siliciumgehalt 1,35 Massen-% oder weniger beträgt, ist es möglich ein Erweichen in der Wärmebehandlung zum Spannungsabbau nach dem Wickeln zu unterdrücken. Wenn der Silicumgehalt 2,3 Massen-% oder weniger beträgt, kann eine Verringerung der Festigkeit unterdrückt werden.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder kann der Stahl 0,6 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,12 bis 0,32 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Darüber hinaus kann der Stahl in dem Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder 0,6 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,7 bis 1,0 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Ferner kann der Stahl in dem Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder 0,55 bis 0,7 Massen-% Kohlenstoff, 1,35 bis 2,3 Massen-% Silicium, 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, 0,2 bis 1,8 Massen-% Chrom und 0,05 bis 0,30 Massen-% Vanadium enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Durch die Verwendung von Stahl mit einer solchen Zusammensetzung der Komponenten als Stahl, der den Kerndraht bildet, kann zuverlässiger ein breiter nichtlinearer Bereich gebildet werden.
  • Darüber hinaus kann das Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder ferner einen Schritt des Bildens einer Zinn-Plattierungsschicht und einer Silber-Plattierungsschicht auf der Plattierungsschicht umfassen. Wenn eine geneigte Spiralfeder, die aus dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder hergestellt ist, als Kontaktbauteil, wie als leitfähige Verbindung zum elektrischen Verbinden von elektrischen Drähten und elektronischen Vorrichtungen, verwendet wird, kann auf eine solche Weise der Kontaktwiderstand verringert werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt des Herstellens eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder, das durch das Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, und einen Schritt des Wickelns des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder.
  • Durch die Herstellung einer geneigten Spiralfeder durch Wickeln eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder, das durch das Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, ist es möglich eine geneigte Spiralfeder, das aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer hergestellt wurde und einen breiten nichtlinearen Bereich erreichen kann, auf einfache Weise herzustellen.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder kann ferner einen Schritt des Erwärmens des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder, das gewickelt wurde, auf eine Temperatur von 250-400°C, umfassen. Auf eine solche Weise kann ein breiterer nichtlinearer Bereich erhalten werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder kann ferner einen Schritt des Bildens mindestens einem aus einer Zinn-Plattierungsschicht und einer Silber-Plattierungsschicht auf der Plattierungsschicht umfassen. So kann der Kontaktwiderstand verringert werden, wenn die hergestellte geneigte Spiralfeder als Kontaktbauteil verwendet wird.
  • [Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Ausführungsformen eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder und einer geneigten Spiralfeder gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die Figuren beschrieben. In den Figuren sind ähnliche oder äquivalente Bestandteile durch die gleichen Referenznummern beschrieben und Beschreibungen davon werden nicht wiederholt.
  • In Bezug auf 1 weist ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 gemäß der Ausführungsform einen Kerndraht 10 und eine Plattierungsschicht 20 auf. Der Kerndraht 10 ist aus Stahl mit einer Perlitstruktur. Die Plattierungsschicht 20 bedeckt eine Oberfläche 11 des Kerndrahts 10. Die Plattierungsschicht 20 ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Ein Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder 1 ist kreisförmig.
  • Der Stahl, aus dem der Kerndraht 10 besteht, enthält 0,5 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,1 bis 2,5 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • In Bezug auf 2 ist eine geneigte Spiralfeder 2 gemäß der Ausführungsform aus dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 gemäß der Ausführungsform hergestellt. Die geneigte Spiralfeder 2 ist eine Schraubenfeder und weist eine Struktur auf, in der das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 in Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Axialrichtung geneigt gewickelt ist. Die geneigte Spiralfeder 2 wird so verwendet, dass eine Last in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung angewendet wird.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und der geneigten Spiralfeder 2 gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Kerndraht 10 mit hoher Festigkeit, welcher aus Stahl mit einer Perlitstruktur und einer geeigneten Zusammensetzung an Komponenten hergestellt ist, verwendet. Dadurch kann ein breiter nichtlinearer Bereich sichergestellt werden. Ferner ist die Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 mit der Plattierungsschicht 20, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ist und ausgezeichnete Leitfähigkeit aufweist, bedeckt. Dadurch kann eine hohe Leitfähigkeit sichergestellt werden.
  • Darüber hinaus ist das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und die geneigte Spiralfeder 2 nicht aus einem ummantelten Draht gebildet, in dem ein Kerndraht und ein eine separat hergestelltes Element, das als äußere Schicht dient, zusammengefügt sind, sondern weist eine Struktur auf, in der die Plattierungsschicht 20 auf der Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 gebildet ist. Daher wird das Auftreten eines Phänomens unterdrückt, bei dem die Plattierungsschicht 20, die als eine äußere Schicht dient, in Bezug auf den Kerndraht 10 rutscht, wenn eine Last angewendet wird. Folglich ist es möglich, einen breiten nichtlinearen Bereich sicherzustellen. Wie oben beschrieben, sind das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und die geneigte Spiralfeder 2 gemäß der Ausführungsform jeweils aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer hergestellt und können einen breiten nichtlinearen Bereich erreichen.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und der geneigten Spiralfeder 2 kann der Stahl, aus dem der Kerndraht 10 besteht, ferner mindestens ein Element enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,1 bis 0,4 Massen-% Nickel, 0,1 bis 1,8 Massen-% Chrom, 0,1 bis 0,4 Massen-% Molybdän und 0,05 bis 0,3 Massen-% Vanadium. Selbst in dem Fall, in dem der Kerndraht 10 aus Stahl mit einer solchen Zusammensetzung an Komponenten verwendet wird, besteht das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und die geneigte Spiralfeder 2 aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer und ein breiter nichtlinearer Bereich kann erhalten werden.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und der geneigten Spiralfeder 2 kann der Siliciumgehalt in dem Stahl, aus dem der Kerndraht 10 besteht, 1,35 bis 2,3 Massen-% betragen. Wenn der Siliciumgehalt 1,35 Massen-% oder mehr beträgt, kann ein Erweichen in der Wärmebehandlung zum Spannungsabbau unterdrückt werden. Wenn der Siliciumgehalt 2,3 Massen-% oder weniger beträgt, kann eine Verringerung der Festigkeit unterdrückt werden.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und der geneigten Spiralfeder 2 kann der Stahl, aus dem der Kerndraht 10 besteht, 0,6 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,12 bis 0,32 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Darüber hinaus kann der Stahl in dem Drahtmaterial einer geneigten Spiralfeder 1 und der geneigten Spiralfeder 2, aus dem der Kerndraht besteht, 0,6 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,7 bis 1,0 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Darüber hinaus kann der Stahl in dem Drahtmaterial einer geneigten Spiralfeder 1 und der geneigten Spiralfeder 2, aus dem der Kerndraht besteht, 0,55 bis 0,7 Massen-% Kohlenstoff, 1,35 bis 2,3 Massen-% Silicium, 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, 0,2 bis 1,8 Massen-% Chrom und 0,05 bis 0,30 Massen-% Vanadium bestehen, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Durch die Verwendung von Stahl mit einer solchen Zusammensetzung der Komponenten als Stahl, der den Kerndraht 10 bildet, kann zuverlässiger ein breiter nichtlinearer Bereich erhalten werden.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und der geneigten Spiralfeder 2 beträgt die Sauerstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Plattierungsschicht 20 bevorzugt 10 Massen-% oder weniger. Auf eine solche Weise kann zuverlässiger ein breiter nichtlinearer Bereich erreicht werden. Es sei angemerkt, dass die Sauerstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Plattierungsschicht 20 beispielsweise durch Durchführen einer quantitativen Analyse mit EDS (Energiedispersive Röntgenspektroskopie) auf einer quadratischen Region mit einer Seite von 300 µm, einschließlich der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Plattierungsschicht 20 in einem Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder 1, gemessen werden kann.
  • Das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 weist bevorzugt eine Zugfestigkeit von 1.800 bis 2.500 MPa auf. Durch das Einstellen der Zugfestigkeit auf 1.800 MPa oder mehr kann auf einfache Weise ein breiter nichtlinearer Bereich erhalten werden. Durch Einstellen der Zugfestigkeit auf 2.500 MPa oder weniger kann einfach eine ausreichende Bearbeitbarkeit sichergestellt werden.
  • Das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und die geneigte Spiralfeder 2 weisen bevorzugt eine Leitfähigkeit von 15 bis 50% IACS auf. Dadurch ist es möglich eine geneigte Spiralfeder und ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder zu erhalten, die als Kontaktbauteil geeignet sind.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und der geneigten Spiralfeder 2 weist die Plattierungsschicht 20 bevorzugt eine Dicke von 10 µm bis 65 µm auf. Wenn die Dicke der Plattierungsschicht 20 10 µm oder mehr beträgt, kann einfach eine ausreichende Leitfähigkeit erreicht werden. Wenn die Dicke der Plattierungsschicht 20 65 µm oder weniger beträgt, kann eine hohe Festigkeit und eine hohe Elastizitätsgrenze erhalten werden. Folglich kann einfach ein breiter nichtlinearer Bereich erhalten werden.
  • In dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 weist der Kerndraht 10 bevorzugt einen Durchmesser von 0,05 mm bis 2,0 mm auf. Dadurch ist es möglich, ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder zu erhalten, das besonders zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder geeignet ist.
  • Nachstehend wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder 1 und der geneigten Spiralfeder 2 beschrieben. In Bezug auf 3 wird in einem Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder 1 und einer geneigten Spiralfeder 2 gemäß der Ausführungsform zuerst ein Schritt zur Vorbereitung des Stahldrahtrohmaterials (S10) durchgeführt. In diesem Schritt (S10) wird ein Stahldraht hergestellt, der als Kerndraht 10 dient. Im Einzelnen wird ein Stahldraht aus Stahl hergestellt, welcher 0,5 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,1 bis 2,5 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan enthält. Der Stahl, aus dem der Stahldraht besteht, kann ferner mindestens ein Element enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,1 bis 0,4 Massen-% Nickel, 0,1 bis 1,8 Massen-% Chrom, 0,1 bis 0,4 Massen-% Molybdän und 0,05 bis 0,3 Massen-% Vanadium.
  • Als nächstes wird ein Patentierschritt (S20) durchgeführt. In diesem Schritt (S20) wird das Stahldrahtrohmaterial, das in Schritt (S10) hergestellt wurde, einer Patentierung unterzogen.
  • Im Einzelnen wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, bei welcher das Stahldrahtrohmaterial auf einen Temperaturbereich einer austenitischen Temperatur (A1-Punkt) oder höher erwärmt wird, anschließend schnell auf einen Temperaturbereich gekühlt wird, der höher ist als die Temperatur, bei welcher die martensitische Transformation beginnt (M1-Punkt), und in diesem Temperaturbereich gehalten. Dadurch wird die Metallstruktur des Stahldrahtrohmaterials in eine feine Perlitstruktur mit einem feinen Lamellenabstand umgewandelt. In der Patentierbehandlung wird das Verfahren des Erwärmens des Stahldrahtrohmaterials auf einen Temperaturbereich des A1-Punktes oder höher im Hinblick auf das Verhindern einer Entkohlung in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt.
  • Anschließend wird ein erster Schritt des Ziehens (S30) durchgeführt. In diesem Schritt (S30) wird das Stahldrahtrohmaterial, das in Schritt (S20) einer Patentierung unterzogen wurde, gezogen. Unter Bezugnahme auf 4 wird dadurch ein Kerndraht 10 erhalten, der eine Perlitstruktur aufweist und dessen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung kreisförmig ist.
  • Als nächstes wird ein Plattierungsschritt (S40) durchgeführt. Unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird in diesem Schritt eine Plattierungsschicht 20 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet, so dass die Oberfläche 11 des im Schritt (S30) erhaltenen Kerndrahts 10 bedeckt wird. Die in Schritt (S40) erhaltene Plattierungsschicht 20 weist beispielsweise eine Dicke von 30 µm bis 90 µm auf.
  • Anschließend wird ein zweiter Schritt des Ziehens (S50) ausgeführt. Unter Bezugnahme auf 5 und 1 wird in diesem Schritt (S50) der Kerndraht 10, auf dem in Schritt (S40) die Plattierungsschicht 20 gebildet wurde, gezogen. Dadurch wird ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 mit einem Drahtdurchmesser erhalten, welcher für eine vorgesehene geneigte Spiralfeder 2 geeignet ist. Durch das oben beschriebene Verfahren ist die Herstellung des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder 1 der Ausführungsform vervollständigt. Ein Verfahren zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder 2 unter Verwendung des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder 1 wird nachstehend beschrieben.
  • Als nächstes wird ein Schritt des Wickelns (S60) durchgeführt. Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird in diesem Schritt (S60) das in Schritt (S50) erhaltene Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 zu einer geneigten Spiralfeder 2 geformt. Im Einzelnen wird das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 schraubenförmig verarbeitet und in die Form einer geneigten Spiralfeder 2 gebracht.
  • Anschließend wird ein Schritt zum Spannungsabbau (S70) durchgeführt. In diesem Schritt (S70) wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, bei der das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1, das in Schritt (S60) in die Form einer geneigten Spiralfeder 2 gebracht wurde, auf einen Temperaturbereich von 250°C bis 400°C erwärmt. Dadurch kann die Spannung, die durch das Verfahren in Schritt (S60) in das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 eingebracht wurde, abgebaut werden. Durch das oben beschriebene Verfahren ist das Herstellen der geneigten Spiralfeder 2 gemäß der Ausführungsform vervollständigt.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder und zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder gemäß der Ausführungsform ist es möglich auf einfache Weise ein Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 und eine geneigte Spiralfeder 2 gemäß der Ausführungsform herzustellen, welche aus einem Material alternativ zu Berylliumkupfer hergestellt sind und einen breiten nichtlinearen Bereich erreichen können.
  • In dem Stahl, aus dem das in Schritt (S10) hergestellte Stahldrahtrohmaterial besteht, beträgt der Siliciumgehalt 1,35 bis 2,3 Massen-%.
  • Darüber hinaus kann der Stahl, der das in Schritt (S10) hergestellte Stahldrahtrohmaterial bildet, 0,6 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,12 bis 0,32 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Ferner kann der Stahl, der das in Schritt (S10) hergestellte Stahldrahtrohmaterial bildet, 0,6 bis 1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,7 bis 1,0 Massen-% Silicium und 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Zudem kann der Stahl, der das in Schritt (S10) hergestellte Stahldrahtrohmaterial bildet, 0,55 bis 0,7 Massen-% Kohlenstoff, 1,35 bis 2,3 Massen-% Silicium, 0,3 bis 0,9 Massen-% Mangan, 0,2 bis 1,8 Massen-% Chrom und 0,05 bis 0,30 Massen-% Vanadium enthalten, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  • Durch das Verwenden von Stahl mit einer solchen Zusammensetzung an Komponenten als Stahl, der den Kerndraht bildet, kann zuverlässiger ein breiter nichtlinearer Bereich erreicht werden.
  • BEISPIELE
  • (Beispiel 1)
  • Es wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem geneigte Spiralfedern unter Verwendung von Drahtmaterialien für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung hergestellt wurden, und die Leitfähigkeit und die Breite des nichtlinearen Bereichs wurden überprüft. Der Ablauf des Experiments ist wie folgt.
  • Geneigte Spiralfedern wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie das Verfahren zum Herstellen einer geneigten Spiralfeder 2, welches in der obigen Ausführungsform beschrieben wurde, hergestellt. Die Zusammensetzung der Komponenten (Stahltyp) von Stahldrähten, die als Kerndraht 10 verwendet wurden, ist in Tabelle 1 gezeigt. Zu beachten ist, dass der Rest, der von den in Tabelle 1 gezeigten Komponenten abweicht, Eisen ist. [Tabelle 1]
    C Si Mn P S Ni Cr Mo V
    Stahltyp A 0,82 0,20 0,67 ≦0,025 ≦0, 025 - - - -
    Stahltyp B 0, 82 0,80 0, 67 ≦0, 025 ≦0, 025 - - - -
    Stahltyp C 0,65 2,0 0, 67 ≦0, 025 ≦0, 025 - 0,70 - 0,10
    Stahltyp D 0,65 2,0 0, 67 ≦0, 025 ≦0, 025 - 1,8 - 0,10
    Stahltyp E 0,65 2,0 0, 67 ≦0, 025 ≦0, 025 - 1,8 - 0,30
    Stahltyp F 0,65 2,0 0, 67 ≦0, 025 ≦0, 025 0,30 0,70 - 0,10
    Stahltyp G 0,65 2,0 0, 67 ≦0, 025 ≦0, 025 - 0,70 0,20 0,10
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden ein Klavierdraht (Stahltyp A in Tabelle 1), ein Klavierdraht, in dem der Siliciumgehalt erhöht wurde (Stahltyp B in Tabelle 1), sowie ein Klavierdraht, in dem der Kohlenstoffgehalt reduziert wurde, der Siliciumgehalt erhöht wurde und ferner Chrom und Vanadium hinzugegeben wurde (Stahltyp C in Tabelle 1), jeweils als Kerndraht 10 verwendet. Zum Bedecken der Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 wurde eine Plattierungsschicht 20 aus Kupfer mit einer Dicke von 30 µm gebildet. Der Drahtdurchmesser eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder 1 wurde auf 0,60 mm eingestellt. Das Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder 1 wurde zu einer geneigten Spiralfeder 2 geformt. Die geneigte Spiralfeder 2 wies eine Struktur auf, in welcher die planare Form von einer Endflächenseite in der Axialrichtung gesehen mit einer Hauptachse von 5,4 mm und einer Nebenachse von 5,0 mm elliptisch war, wobei die Länge in der Axialrichtung (natürliche Länge der Feder) 45 mm betrug und die Gesamtzahl der Spulen 50 betrug (Beispiele A, B und C). Zum Vergleich wurde eine geneigte Spiralfeder mit der gleichen Struktur, bei der ein ummantelter Draht mit einem aus austenitischem Edelstahl hergestellten Kerndraht und einer aus Kupfer hergestellten äußeren Schicht (Vergleichsbeispiel A) verwendet wurde, und eine geneigte Spiralfeder mit der gleichen Struktur hergestellt, bei der ein Drahtmaterials aus Berylliumkupfer (Vergleichsbeispiel B) verwendet wurde. In Bezug auf jede geneigte Spiralfeder wurde, nachdem sie in die Form einer Feder gebracht wurde, eine Wärmebehandlung zum Spannungsabbau durchgeführt, bei welcher die Feder auf 250°C erwärmt und für 30 Minuten gehalten wurde.
  • In den Beispielen A bis C und den Vergleichsbeispielen A und B wurden die Leitfähigkeit und der maximale Verschiebungswert, bei dem die Änderung der Last in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung 20 N oder weniger betrug (Länge des nichtlinearen Bereichs), gemessen. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]
    Kerndraht Äußere Schicht Zugfestigkeit des Drahtmaterials für die Feder (MPa) Leitfähigkeit (%IACS) Länge des nichtlinearen Bereichs (mm)
    Beispiel A Stahltyp A Kupferplattierung 2280 31 0,63
    Beispiel B Stahltyp B Kupferplattierung 2356 34 0,68
    Beispiel C Stahltyp B Kupferplattierung 2324 32 0, 82
    Vergleichsbeispiel A Edelstahldraht Kupferummantelung 1752 31 0,50
    Vergleichsbeispiel B Berylliumkupferdraht - 1523 16 0,53
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt, wurde in jedem der Beispiele A bis C, bei denen es sich um geneigte Spiralfedern gemäß der vorliegenden Anmeldung handelt, unter Beibehaltung einer Leitfähigkeit, die gleich oder höher als die des Vergleichsbeispiels A und höher als diejenige des Vergleichsbeispiels B ist, ein breiterer nichtlinearer Bereich als in den Vergleichsbeispielen A oder B erreicht. Dies bestätigt, dass es bei dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder und der geneigten Spiralfeder gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, einen breiten nichtlinearen Bereich zu erhalten. Insbesondere wird in Beispiel B, in welchem der Siliciumgehalt in dem Stahl, welcher den Kerndraht bildet, hoch ist, und in Beispiel C, in welchem zusätzlich Chrom und Vanadium hinzugegeben sind, ein viel breiterer nichtlinearer Bereich erhalten. Es wird angenommen, dass der Grund dafür darin liegt, dass durch die Zugabe von Silicium, Chrom und dergleichen, welche die Erweichungsbeständigkeit während dem Erwärmen des Stahls verbessern, die Verschiebung durch die Wärmebehandlung zum Spannungsabbau reduziert werden kann, während eine hohe Elastizitätsgrenze beibehalten wird.
  • (Beispiel 2)
  • Zur Untersuchung des Einflusses der Zusammensetzung des Stahls, der die Kerndrähte bildet (Stahltyp), auf die Eigenschaften von geneigten Spiralfedern, wurde ein Experiment durchgeführt. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 wurden insbesondere eine geneigte Spiralfeder mit der gleichen Struktur wie in Beispiel 1, in welcher der Stahltyp C als der den Kerndraht bildenden Stahltyp verwendet wurde (Beispiel C), eine geneigte Spiralfeder unter Verwendung von Stahltyp D, welcher der gleiche wie Stahltyp C war, außer dass der Chromgehalt erhöht wurde (Beispiel D), eine geneigte Spiralfeder unter Verwendung von Stahltyp E, welcher der gleiche wie Stahltyp C war, außer dass der Chromgehalt und der Vanadiumgehalt erhöht wurden (Beispiel E), eine geneigte Spiralfeder unter Verwendung von Stahltyp F, welcher der gleiche wie Stahltyp C war, außer dass Nickel hinzugegeben wurde (Beispiel F) und eine geneigte Spiralfeder unter Verwendung von Stahltyp G, welcher der gleiche wie Stahltyp C war, außer dass Molybdän hinzugegeben wurde (Beispiel G), hergestellt. Ein Versuch zur Bewertung der Eigenschaften wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
    [Tabelle 3]
    Kerndraht Äußere Schicht Zugfestigkeit des Drahtmaterials für die Feder (MPa) Leitfähigkeit (%IACS) Länge des nichtlinearen Bereichs (mm)
    Beispiel C Stahltyp C Kupferplattierung 2324 32 0, 82
    Beispiel D Stahltyp D Kupferplattierung 2351 31 0,85
    Beispiel E Stahltyp E Kupferplattierung 2348 32 0,89
    Beispiel F Stahltyp F Kupferplattierung 2313 32 0,81
    Beispiel G Stahltyp G Kupferplattierung 2335 32 0,87
  • Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass durch Erhöhen der Mengen an Chrom und Vanadium, welche die Erweichungsbeständigkeit während des Erwärmens des Stahls verbessern (Beispiele D und E), ein viel breiterer nichtlinearer Bereich erhalten werden kann. Es wird angenommen, dass der Grund dafür ist, dass die Verschiebung durch die Wärmebehandlung zum Spannungsabbau reduziert werden kann, während eine hohe Elastizitätsgrenze beibehalten wird. In dem Fall, in dem Nickel zugegeben wird (Beispiel F), werden ferner Eigenschaften erhalten, die sich im Vergleich mit Beispiel C, das kein Nickel enthält, vorteilhaft zeigen. Die Zugabe von Nickel unterdrückt das Auftreten eines Brechens des Drahts während des Ziehens des Kerndrahts und während des Wickelns des Drahtmaterials. Das heißt, durch die Zugabe von Nickel kann die Bearbeitbarkeit verbessert werden, ohne die Eigenschaften stark zu beeinträchtigen. Darüber hinaus ist es ersichtlich, dass durch Zugabe von Molybdän (Beispiel G) ein viel breiterer nichtlinearer Bereich erhalten werden kann. Als Grund dafür wird angenommen, dass durch Zugabe von Molybdän eine hohe Elastizitätsgrenze erhalten werden kann.
  • (Beispiel 3)
  • Es wurde ein Versuch durchgeführt, um den Einfluss der Wärmebehandlung zum Spannungsabbau auf die Eigenschaften von geneigten Spiralfedern zu untersuchen. Insbesondere wurde in den Beispielen A, B und C von Beispiel 1 die Erwärmungstemperatur in der Wärmebehandlung zum Spannungsabbau auf 300°C (Beispiele A1, B1 und C1), auf 350°C (Beispiele A2, B2, und C2) und auf 400°C geändert (Beispiele A3, B3 und C3). Ein Versuch zur Bewertung der Eigenschaften wurde an diesen Beispielen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Erwärmungszeit bei der Wärmebehandlung zum Spannungsabbau betrug wie in Beispiel 1 30 Minuten. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
    [Tabelle 4]
    Kerndraht Äußere Schicht Zugfestigkeit des Drahtmaterials für die Feder (MPa) Leitfähigkeit (%IACS) Länge des nichtlinearen Bereichs (mm)
    Beispiel A Stahltyp A Kupferplattierung 2280 31 0,63
    Beispiel A1 Stahltyp A Kupferplattierung 2278 31 0,64
    Beispiel A2 Stahltyp A Kupferplattierung 2133 32 0,62
    Beispiel A3 Stahltyp A Kupferplattierung 2010 32 0,60
    Beispiel B Stahltyp B Kupferplattierung 2356 34 0,68
    Beispiel B1 Stahltyp B Kupferplattierung 2367 35 0,68
    Beispiel B2 Stahltyp B Kupferplattierung 2398 35 0,70
    Beispiel B3 Stahltyp B Kupferplattierung 2345 35 0,68
    Beispiel C Stahltyp C Kupferplattierung 2324 32 0, 82
    Beispiel C1 Stahltyp C Kupferplattierung 2355 32 0,81
    Beispiel C2 Stahltyp C Kupferplattierung 2323 33 0,84
    Beispiel C3 Stahltyp C Kupferplattierung 2298 33 0,79
  • Aus Tabelle 4 ist ersichtlich, dass in dem Fall, in dem der Kerndraht mit einer der Zusammensetzungen an Komponenten verwendet wird, die Wärmebehandlungstemperatur, bei der die Breite des nichtlinearen Bereichs maximal wird, in einem Temperaturbereich von 250°C bis 400°C liegt. Dies bestätigt, dass es bevorzugt ist, die Erwärmungstemperatur bei der Wärmebehandlung zum Spannungsabbau auf 250°C bis 400°C einzustellen. Es sei angemerkt, dass die Haltezeit während des Erwärmens bei der Wärmebehandlung zum Spannungsabbau vorzugsweise 20 bis 60 Minuten beträgt.
  • (Beispiel 4)
  • Zur Untersuchung der Einflüsse der mechanischen Eigenschaft des Materials und der Leitfähigkeit auf die Eigenschaften von geneigten Spiralfedern wurde ein Versuch durchgeführt. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 wurden eine geneigte Spiralfeder mit der gleichen Struktur wie in Beispiel 1, in welcher Stahltyp A als den Kerndraht bildender Stahltyp verwendet wurde (Beispiel A), eine geneigte Spiralfeder, in welcher ein Kerndraht aus Stahltyp A verwendet wurde und die Leitfähigkeit durch Anpassen der Dicke der Kupferplattierung und das Verringern der Fläche durch Ziehen auf ungefähr 15% eingestellt wurde (Beispiel H), und eine geneigte Spiralfeder, in der ein Kerndraht aus Stahltyp A verwendet wurde und die Leitfähigkeit in ähnlicher Weise durch Anpassen der Kupferplattierung und das Verringern der Fläche auf ungefähr 50% eingestellt wurde (Beispiel I), hergestellt. Zur Bewertung der Eigenschaften wurde ein Versuch wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
    [Tabelle 5]
    Kerndraht Äußere Schicht Zugfestigkeit des Drahtmaterials für die Feder (MPa) Leitfähigkeit (%IACS) Länge des nichtlinearen Bereichs (mm)
    Beispiel A Stahltyp A Kupferplattierung 2280 31 0,63
    Beispiel H Stahltyp A Kupferplattierung 2296 16 0,64
    Beispiel I Stahltyp A Kupferplattierung 2271 47 0,62
  • Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, dass sich die Federcharakteristik (Länge der nichtlinearen Region) nicht ändert, wenn sich Drahtmaterialien für eine Feder auf dem gleichen Zugfestigkeitslevel befinden, obwohl sich die Leitfähigkeit in dem Bereich von 15% bis 50% ändert. Dies ist das Merkmal des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Anmeldung, das aufgrund der Balance zwischen Festigkeit und Leitfähigkeit niemals bei einer Kupferlegierung erhalten wird, und dies zeigt, dass eine große Länge des nichtlinearen Bereichs erhalten werden kann, wenn der Kerndraht und die äußere Schicht stark durch Plattieren verbunden sind.
  • Es sollte verstanden werden, dass die Ausführungsformen und Beispiele, die h offenbart sind, in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern ist durch die angefügten Ansprüche definiert und soll alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs umfassen, die den der Ansprüche entsprechen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder
    2
    geneigte Spiralfeder
    10
    Kerndraht
    11
    Oberfläche
    20
    Plattierungsschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016116323 [0001]

Claims (20)

  1. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder, aufweisend: einen Kerndraht aus Stahl mit einer Perlitstruktur; und eine Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, welche die Oberfläche des Kerndrahts bedeckt, worin der Stahl 0,5-1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,1-2,5 Massen-% Silicium und 0,3-0,9 Massen-% Mangan enthält, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  2. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 1, worin der Stahl ferner mindestens ein Element enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,1-0,4 Massen-% Nickel, 0,1-1,8 Massen-% Chrom, 0,1-0,4 Massen-% Molybdän und 0,05-0,3 Massen-% Vanadium.
  3. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Siliciumgehalt im Stahl 1,35-2,3 Massen-% beträgt.
  4. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 1, worin der Stahl 0,6-1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,12-0,32 Massen-% Silicium und 0,3-0,9 Massen-% Mangan enthält, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  5. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 1, worin der Stahl 0,6-1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,7-1,0 Massen-% Silicium und 0,3-0,9 Massen-% Mangan enthält, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  6. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 2, worin der Stahl 0,55-0,7 Massen-% Kohlenstoff, 1,35-2,3 Massen-% Silicium, 0,3-0,9 Massen-% Mangan, 0,2-1,8 Massen-% Chrom und 0,05-0,30 Massen-% Vanadium enthält, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  7. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Sauerstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Plattierungsschicht 10 Massen-% oder weniger beträgt.
  8. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Drahtmaterial eine Zugfestigkeit von 1.800-2.500 MPa aufweist.
  9. Drahtmaterial eine geneigte Spiralfeder gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das Drahtmaterial eine Leitfähigkeit von 15-50% IACS aufweist.
  10. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Plattierungsschicht eine Dicke von 10-65 µm aufweist.
  11. Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, worin der Kerndraht einen Durchmesser von 0,05-2,0 mm aufweist.
  12. Geneigte Spiralfeder, hergestellt aus dem Drahtmaterial für eine geneigte Spiralfeder gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder, umfassend: einen Schritt des Herstellens eines Kerndrahts aus Stahl mit einer Perlitstruktur; einen Schritt des Bildens einer Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zum Bedecken einer Oberfläche des Kerndrahts; und einen Schritt des Ziehens des mit der Plattierungsschicht bereitgestellten Kerndrahts, worin der Stahl 0,5-1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,1-2,5 Massen-% Silicium und 0,3-0,9 Massen-% Mangan enthält, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 13, worin der Stahl ferner mindestens ein Element enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,1-0,4 Massen-% Nickel, 0,1-1,8 Massen-% Chrom, 0,1-0,4 Massen-% Molybdän und 0,05-0,3 Massen-% Vanadium.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 13 oder 14, worin der Silicumgehalt im Stahl 1,35 bis 2,3 Massen-% beträgt.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 13, worin der Stahl 0,6-1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,12-0,32 Massen-% Silicium und 0,3-0,9 Massen-% Mangan enthält, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 13, worin der Stahl 0,6-1,0 Massen-% Kohlenstoff, 0,7-1,0 Massen-% Silicium und 0,3-0,9 Massen-% Mangan enthält, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder gemäß Anspruch 14, worin der Stahl 0,55-0,7 Massen-% Kohlenstoff, 1,35-2,3 Massen-% Silicium, 0,3-0,9 Massen-% Mangan, 0,2-1,8 Massen-% Chrom und 0,05-0,30 Massen-% Vanadium enthält, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
  19. Verfahren zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder, umfassend: einen Schritt des Herstellens eines Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder, welches durch das Herstellungsverfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 13 bis 18 hergestellt wurde; und einen Schritt des Wickelns des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder.
  20. Verfahren zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder gemäß Anspruch 19, ferner umfassend einen Schritt des Erwärmens des Drahtmaterials für eine geneigte Spiralfeder, das gewickelt wurde, auf eine Temperatur von 250-400°C.
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