JPH01224540A - 微細ばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野〕 本発明は、コンタクトプローブ、光センサ−。

医ｒＭ＠器、カセットテープ等に採用され、これらの超
小型化に貢献する微細な巻線径を有する微細ばねに間し
、特に新規な繊維状微細金属組織を有する金属極細線を
素線として採用することにより、疲労強変、耐へたり性
の改善を図った微細ばねに関する。

〔従来の技術〕

例えばプリント回路基板の通電検査用コンタクトプロー
ブは、接触子を微細ばねで弾性状嶋に支持しておき、こ
の接触子を回路パターンの被検査部に接触させる構造に
なっている。回路パターンの微細化に伴ってこのコンタ
クトプローブも超小型化が要請されており、従って接触
子を弾性支持する微細ばねの微小化がますます要請され
る。最近では、素線径３０　＃　１１１１．巻線径１５
０μｍ程度のものも開発されている。このような微細ば
ね用素線としては、従来、ピアノ線、ステンレス線等が
一般的に用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上記コンタクトプローブ等の機器の信頼性を向
とするためには、これに採用されている上記微細ばねの
耐久性、特に疲労強度、耐へたり性を改善する必要があ
る。そのためには、素線の引張強度を向上させることが
重要である。従来採用されているピアノ線、ステンレス
線の引張強度は、３００　ｋｃｆ／ｍ”以下程度である
から、上記疲労強度を改善するには引張強度をこれ以上
に向上させる必要がある。

大発明は上記要請に応えるためになされたもので、素線
の引張強度を向上させることによって、耐久性を大幅に
改善できる微細ばねを提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、Ｆ記目的を達成するために、上記ｆ線の
引張強度を大幅に改善できる金属ｍｉについて鋭意研究
を続け、以下の点を見出した。即ち、Ｆｅ　−Ｃ−３ｉ
−Ｍｎ系鉄基合金で、かつ針状マルテンサイト、ベイナ
イト又はこれらの混合組織からなる低温変態生成相がフ
ェライト相中に均一に分散されてなる複合金属組織を有
する線材が強加工性に優れており、このような金属Ｍｉ
織を有する線材を用いれば冷間伸線により線径１６０μ
−以下の極細線を容易確実に得ることができる。

そしてこのような線材を冷間伸線により加工歪４以上に
強加工すれば、上記フェライト相と低温変態生成相とが
複合してなる複合組織が一方向に延びる均一な繊維状微
細金属組織が形成され、このような金属組織を有する極
細線は引張強度が３００〜６００　ｋ＋ｙ　ｆ　／　ｍ
　”と飛躍的に向上し、かつ靭性は従来のピアノ線、ス
テンレス線程度であることを見出した。

このような繊維状微細金属組織は、従来知られていない
全く新規な組織である０本発明者らは、上記繊維状微細
金属組織が上記引張強度向上の主因になっているとの観
点から、その強化メカニズムについてさらに研究を重ね
た結果、上述の如き超高強度を存する金属組織では、上
記繊維の間隔が５０〜１０００人であり、かつ該繊維状
をなす上記複合組織が５〜１００人の超微細セルから構
成されていることを見出した。

そこで本発明は、素線を巻線径１１１１１以下のコイル
状に巻回してなる微細ばねにおいて、上記素線が、線材
を冷間伸線により強加工してなり、該強加工により生じ
た５〜１００人の超微細セルが一方向に繊維状に配列さ
れ、かつ該繊維間隔が５０〜１０００人である繊維状微
細金属組織を存する線径１６０μ−以下、引張強度３０
０〜６００　ｋｔｆ／ｍ”の超高強度金属極細線である
ことを特徴としている。

ここで本発明の微細ばねにおける素線用超高強度金属極
細線の製造方法についで説明する。

先ず、重量％でＣＦ　０．０１〜０．５０％、Ｓｉ：３
．０％以下、Ｍ　ｎ　：５　、０％以下、残部Ｆｅ及び
不可避的不純物よりなる線径３．５關以下の線材を７０
０〜１１００℃の範囲の温度に加熱した後、冷却して（
このか加熱、冷却は複数回にわたって行ってもよい、）
、一部残留オーステナイトを含有してもよいマルテンサ
イト、ベイナイト又はこれらの混合組織からなる低温変
態生成相がフェライト相中に体積率で１５〜７５％の範
囲にて均一に分散されてなる複合組織を有する線材を製
造する。なお、かかる製造方法は、特開昭６２−２０８
２４号公報に記載されている。

次いでこのようにして得られた複合組織線材を冷間伸線
加工により、加工歪４以上、好ましくは５以上に強加工
し、上記フ・ニライト相と低温変態生成相とを複合化し
、金属組織として一方向に連続して延びる微細な繊維状
組織を形成させる。このように加工度を高めることによ
り、上記繊維状組織はさらに微細化し、繊維間隔は狭く
なり、ついには上述のとおり加工にて生じたセルの大き
さ。

繊維間隔がそれぞれ５〜１００人、５０〜１０００人で
ある繊維状微細金属組織となる。なお、加工歪が４より
も小さい伸線加工によって得られた細線では、繊維状＆
ｌＩ！！ｌの発達の中途にあってその組織が不完全であ
り、従って強度も小さい。

第８図は本発明のｍａｌばねの素線用超高強度金属極細
線の引張強度、靭性を、従来のピアノ線等と比較したも
のであり、同図から本発明の金属極細線は、ピアノ線等
に比較して引張強度が飛躍的に向上しており、かつ靭性
はピアノ線等と同等であることがわかる。また、第９図
は上記方法により、加工歪５以上（断面減少率９９．５
％）に強加工した本発明の素線用金属極細線の走査型電
子顕微鏡写真であり、一方向に連続して延びる繊維状微
細金属組織が認められる。第１０図は上記繊維状＆１Ｉ
ｖ２Ｎを超高圧電子顕微鏡（３ＭＶ）により観察した写
真であり、内部ミクロ組織に２０〜５０人の超微細セル
が認められる。

次にと記製造方法における各種の条件を設定した理由に
ついて説明する。

Ｃ：本発明に係る繊維状微細金属組織、及び上記引張強
度を得るためには、Ｃの添加量を規制する必要があり、
実験の結果、０．０１〜０．５０％の範囲が適当である
ことが判明した。

Ｓｉ　：　Ｓｉ　はフェライト相の強化元素としてを効
であるが、３．０％を越えて過多に添加すると変態温度
を著しく高温側にずらせ、また線材表面の脱炭が生じ易
くなるので、添加量は３．０％を上限とする。

Ｍｎ　：　Ｍｎは極細線を強化するとともに、上記両相
の焼き入れ性を高める効果を有するが、５．０％を越え
て過多に添加してもこの効果が飽和するので、添加量の
上限は５．０％とする。

また、含有量を規制するのが好ましい元素、添加しても
よい元素、不可避的不純物等について説明する。

Ｈは、詞を脆化させる有害な元素であり、強度が高くな
るほどその影響が大きくなるので、本発明においてはＨ
量をＩ　ＰＰＭ以下に、特に好ましくは０．５ＰＰＭに
規制するのがよい、かかるＨ量の低減方法としては、溶
鋼での脱ガス処理、線材への熱間圧延及び熱処理後の冷
却制御、低温脱水素制御等の手段が有効である。

本発明では、極細線の金属組織を微細化するために、Ｎ
ｂ　、Ｖ、Ｔｉから選ばれた少なくとも１種の元素を添
加することができる。これらの元素はＭｉ織の微細化の
ためには、いずれも０．００５％以との添加を要するが
、過多に添加してもその効果が飽和し、かつ経済的にも
不利であるので、上限は０．５％とする。

不可避的不純物としては、Ｓ、Ｐ、Ｎ、ＡＩ。

等がある。

Ｓは、ＭｎＳ量を少なくするために、ｏ、ｏｏｓ％以下
とするのがよ（、これにより延性を一層向上させること
ができる。一方、Ｃａ、Ｃｏ等の希土類元素を添加する
ことによりＭｎＳ介在物の形状を調整することも好まし
い。

Ｐは、粒界偏析の著しい元素であるので、その含有量を
０．０１％以下とするのが好ましい。

Ｎは、固溶状態で存在すると最も時効し易い元素であり
、加工由に時効して加工性を口寄したり、加工後に時効
して伸線により得られた極細線の延性を劣化させるので
、０．００３％以下とするのが好ましい。

ＡＩは、酸化物系介在物を形成し、この介在物は変形し
難いために線材の加工性を阻害するので、通常０．０１
％以下とするのが好ましい、また極細線におけるＳｉ／
ＡＩ比が大きくなるとシリケート系介在物が増大し、特
にＡＩ量が少ない場合は急激にシリケート系介在物が増
大して、伸線性を劣化させるだけでなく、伸線して得ら
れた極細線の特性を劣化させる。従って本発明ではＳｉ
／ＡＮ比を１０００以下、特に好ましくは２５０以下に
するのがよい。

上記線材の複合組織において、フェライト相に占める低
温変態生成相の体積分率が１５〜７５％の範囲にあるこ
とを条件としたのは、以下の理由による。　１５％より
小さい場合は、かかる複合組織を存する線材の冷間伸線
により１６０μ−以下の極１１１ＩＩＩを得ることがで
きるものの、得られた極細線はその金属＆ｌＩｍが上述
の如き繊維状微細金属組織とならず、繊維状＆Ｉｌ織が
不完全であり、引張強度も３００　ｋｇｆ／ｗ”以下と
なる。一方、フェライト相に占める低温変態生成相の体
積分率が７５％よりも多い場合は、伸線加工において線
材が断線し易く、また断線に至らず伸線できても、得ら
れた極細線は、上記１５％以下の場合と同様に、微細な
繊維状組織を持たず、繊維状組織が不完全であり、引張
強度も３００瞳ｆ　／　ｍ　”以下と低い。

また、上記線材における体積分率については、低温変態
生成相の形態により、つまり該相が主として針状である
か、主として塊状であるかによって、該線材の線径と体
積分率とが規制される。なお、ここで針状（ｅｌｏｎｇ
ａｔｅｄ又はａｃｔｃｕｌａｒ）とは粒子が方向性を有
することをいい、塊状（ｇｌｏｂｕｌａｒ）とは粒子が
方向性を有しないことをいう。

即ち、低温変態生成相の、８０％以上が針状である場合
は、低温変態生成相の体積分率は５０％以下、線径は３
．５ｆｌ以下とし、一方８０％以上が塊状である場合は
、体積分率は５０％以下、線径は２．Ｏｎ以下とする必
要がある。また、低温変態生成相が針状と塊状の混合＆
Ｉ織である場合は、体積分率は７５％以下、線径は３．
５１以下にする必要がある。なお、線材が有するべき線
径の下限は、特に限定されるものではないが、現状の加
工技術からみて、通常０．３ｍｍである。

〔作用〕

本発明に係る微細ばねによれば、素線に採用した金属極
細線は、冷間伸線の強加工により生じた５〜１００人の
加工セルが一方向に繊維状に配列され、かつ該繊維間隔
が５０〜１０００Åの繊維状微細金属組織を形成してお
り、上述の強化メカニズムで説明したように、３００〜
６００　ｋｌｒｆ／ｍ”の超高強度を有する。従って、
微細ばねの弾性限度が向上して疲労強度、耐へたり性が
改善され、耐久性が大幅に向上する。

また、本発明の金属極細線は、伸線工程において各種の
金属めっきを施すことが容易であり、該めっきの種類に
より、例えば耐蝕性の向Ｅ＋’Ｌ電性の付与、自己潤滑
性の付与等各種の効果が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例による微細ばねを
説明するための図である。

図において、ｌはプリント回路基板の通電検査用コンタ
クトプローブであり、これは筒状の本体２の先端部に接
触子３を進退自在に配設するとともに、該接触子３を微
細ばね４で弾性的に支持して構成されている。

上記微細ばね４は、線径１６０μｍ以下で、外表面にＮ
ｉめっきが施された素線を巻線径１１１１１１以下のコ
イル状に巻回してなるものである。この素線は、重量％
でＣ：　０．０１〜０．５０％、Ｓ　ｉ：３．０％以下
、Ｍｎ：５．０％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よ
りなる線径２．５１以下の線材を冷間伸線により線径１
６０μｍ以下に強加工して製造したものであり、該強加
工により生じた加工セルが一方向に繊維状に配列された
繊維状微細金属＆ｌＩ織を形成しており、かつ上記加工
セルの大きさ、繊維間隔がそれぞれ５〜１００人、５０
〜Ｉｏｏｏ人であり、さらに強度が３００〜６００　ｋ
ｒｆ／ｍ”である超高強度金属極細線である。

このように太実施例のコンタクトプローブｌでは、微細
ばね４用素線の引張強度が３００〜６００　ｋｇｆ／ｍ
”と従来の高炭素鋼線（ピアノ線）に比較して飛躍的に
向上しているので、その耐久性を大幅に向上できる。こ
の点については、後述の実験例１〜４で詳述する。

まず、本発明の線径１６０μｍ以下で、引張強度３００
〜６００　ｋｉｒｆ／ｍ”の金属極細線を製造した実験
例について説明する。

ｌ狙斑上 先ず、第１表に示す化学組成を有し、第２表に示す線径
０．９〜２．５ｆｉの線材を、８９０℃の温度にて連続
加熱、焼き入れし、ついで８１０℃連続加熱。

冷却して、いずれもフェライト相と、一部に残留オース
テナイトを含むマルテンサイト相との２相組織を有する
複合組織線材を得た。そしてこの複合組織線材を冷間伸
線加工により、第２表に示す線径の極細線に線引きした
。この第２表において、鋼番号１〜９が本発明の素線用
金属極細線として採用できるものである。なお、比較の
ため、第１表の鋼番号１０に示す化学組成の線材を、鉛
パテンテイングと伸線を４回繰り返して高炭素鋼ピアノ
極細線を得た。これらのｊ！ｊｓ線の引張強度を測定す
るとともに、超高圧電子顕微鏡（３ＭＶ）により金属組
織を観察した。

結果を第２表に示す、この表でも明らかなように、繊維
間隔は９０〜６５０人、セルサイズは２０〜９０人、引
張強度は３３０〜５３８　ｋ＋ｒｆ／ｍｍ２であり、引
張強度が従来方法による比較例の３１８　ｋｔｆ／１ｍ
”より大幅に向上しているのがわかる。また、この場合
、加工度が高くなるほど、繊維間隔が狭く、かつセルサ
イズが小さくなっており、これに伴って引張弛度が向上
している。

ｌ豆炭１ 重量％で、Ｃ：０．１８％、　　Ｓ　ｉ：ｏ、９％、　
Ｍ　ｎ　：　１　、５％、Ｓ：０゜００２％、　　Ｎ：
０．００２％、　　Ａ　１　：０．００３％なる化学組
成を有する線径２．５ｆｌの線材を９００℃で再加熱焼
き入れし、続いて８１２０℃に加熱、１１整冷却してフ
ェライト相と低温変態生成相とを複合組織化させ、かつ
低温変態生成相の形態を主として針状とし、その体積分
率を３５％とした。この線材を湿式連続伸線により、線
径１００，５０．２５　μ麟の極細線を得た。この極細
線の特性を測定するとともに、超高圧電子顕微鏡（３Ｍ
Ｖ）により金属組織を観察した。また、比較のためにピ
アノ線（０，８２％Ｃ）、ステンレス線（５０５３０４
）　、　７　モル７７ス線（Ｆｅ　−３ｉ−Ｂ系）、タ
ンゲス線及びアラミド線についても同様の測定を行った
。

結果を第３表に示す。同表からも明らかなように、本発
明における金属極細線は、３００　ｋｉｒｆ／ｍ”以上
の引張強度を有し、また、靭性に冨んでいる。

また本発明の極ｉ＋ｌｉｌ線は、伸線方向に延びる均一
繊維状組織を有し、その繊維間隔は１００〜２００人で
あり、セルサイズは３０〜９０人であった。

さらに、本発明の素線用金属極１ａ線について、高温環
境下保持後の強度変化、引張破断部１及び曲げ加工部の
性状、疲労特性、応カリクラセージタン特性についても
測定した。

第３図は、上記第３表に示した５０μｍの極細線を、大
気中で室温〜４５０℃の温度に３０分加熱後、引張強度
を測定した結果を示す（曲線Ａ）、なお、ピアノ線（１
００μｍ　）＋アモルファス＆１（５０μｍ　）　ニつ
いても同条件下で測定した結果を示している（曲線Ｂ、
Ｃ）、この図からも明らかなように、本発明の極＆Ｉ線
は４００℃まで強度低下は全く認められない。

第４図、第５図はそれぞれ上記第３表に示した５０μ−
の極細線の引張破断部の拡大図１曲げ加工部の拡大図で
ある。第４図から明らかなように、大きく絞られた後破
断しており（この場合の破断絞り率は５０％以上）、ま
た第５図から明らかなように、曲げ（キンク）変形後に
おいてもクランクは生じておらず、これらの点から靭性
に冨んでいることが理解できる。

第６図は上記第１表に示した１００μ−の極細線につい
てハンター疲労試験による疲労特性をを示す。疲労限界
強度（１０’回評価）の引張強度に対する比率（強度比
）は０．３８と優れた耐疲労性を示している。また、第
７図は同様の条件で製造した線径６０μｍの極細線の、
引張強度の８５％の初期応力を負荷した場合の応力リラ
クセーシぢン特性を示しており、応力ロスは２％以下で
ある。この第６図、第７図から、大発明の素線用金属極
細線は、動的、静的（繰り返し１変動）応力負荷での高
い信頬性を有することが明らかである。

次に、本発明の微細ばね゛の耐久性を確認するために行
った耐久試験結果について説明する。

ｌ慧炭ユ 重量％でＣ：０．１６％、Ｓ　ｉ：ｏ、５％、Ｍ　ｎ　
：　１　、５％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる
線材から上記実験例１で説明した方法により線径１００
μｌ１ｍ。

引張強度３４０ｋＩｒｆ／ｌｌｌ１ｔの素線を製造し、
これから巻線径Ｉ　Ｉｗｌｌ、有効巻数２０．５の本発
明微細ばねを形成した。また比較のために、５ＵＳ３０
４からなる線径１００　ｐ　ｍｍ、引張強度２１０　ｋ
ｇｆ／＋ｗｎ”　（７）素線ニヨリ同一の比較例微細ば
ねを形成した。

この両微細ばねにより、最大応力τ、□−７０ｋｇｆ／
ｍｓ”で疲労試験を、また締めつけ応力１２０　ｋｇｆ
／＋ｗ＋ｓ”　、２５０度×５００時間のへたり試験を
行った。その結果、１０’回応力振幅疲労限度は本実施
例ばねは比較例ばねの１．４４倍であり、残留剪断歪み
は１７１０以下であった。このことから、本発明の微細
ばねは従来の微細ばねに較べて疲労強度、耐へたり性と
もに優れていることが理解できる。

２簾■土 また、上記実験例３と同一化学組成の線材から８０μｍ
、引張強度３６０　ｋｇｆ／ｍａｒ”　、　Ｎｉめっき
付きの本発明側素線と、ピアノ線（ＳＷＰ−Ｂ）からな
る線径８０μ−―、引張強度２９０にぎｒ／Ｉａｇ”の
素線について、ばね成形時の潤滑性について比較実験し
たところ、本発明例の素線は比較例に較べて成形性に優
れていた。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係る微細ばねによれば、素綿とし
て、５〜１００人の加工セルが繊維状に配列され、かつ
該繊維間隔が５０〜１０００人の超微細粒金属組織を形
成する線径１６０μ−以下、引張強度３００〜６００１
ｇｆ／ｍ”の超高強度金属極細線を採用したので、従来
のピアノ線製微細ばねに比較してその耐久性を大幅に向
上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例による微細ばねを
説明するための図であり、第１図は微細ばねの側面図、
第２図は該微細ばねを採用したコンタクトプローブの断
面側面図、第３図ないし第１Ｏ図は本発明の素線用金属
極細線の特性を説明するための図であり、第３図は高温
環境下保持後の強度変化を示す特性図、第４図は引張破
断部の拡大図、第５図は曲げ加工部の拡大図、第６図は
疲労特性を示す図、第７図は応力リラクセーシツ、ン特
性を示す図、第８図は引張強度、靭性の特性図、第９図
、第１０図は本発明の素線用金属極細線の金属＆ｌＩｍ
を示す顕微鏡写真である。 図において、ｌはコンタクトプローブ、４は微細ばねで
ある。 特許出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代理人　　　　弁理士　下　市　　努 第１図 第２図 第３図 第。図　　　　　　　　第５図 １ｏ、ａ’ｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１０Ｍ宗第６図 第７図 応力負荷時間　（ｈｏｕｒ） 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）素線を巻線径１ｍｍ以下のコイル状に巻回してな
   る微細ばねにおいて、上記素線が、線材を冷間伸線によ
   り強加工してなり、該強加工により生じた５〜１００Å
   の超微細セルが一方向に繊維状に配列され、かつ該繊維
   間隔が５０〜１０００Åである繊維状微細金属組織を有
   する線径１６０μｍ以下、引張強度３００〜６００ｋｇ
   ｆ／ｍｍ＾２の超高強度金属極細線であり、かつ外表面
   に耐蝕めっきが施されていることを特徴とする微細ばね
   。