(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材から非巻回加工によって形成され、該板材と同じ厚みで且つ板材の平面方向に延在したばね部材であって、
前記平面方向に弾性屈曲可能な腕部と、
該腕部に一体的に連設され、前記弾性屈曲時に前記腕部を付勢して復元させる湾曲部を有する弾性部と、を備え、
前記板材は、その組成が重量比で、Ｃｏが２８〜４２％、Ｃｒが１０〜２７％、Ｍｏが３〜１２％、Ｎｉが１５〜４０％、Ｔｉが０．１〜１．０％、Ｍｎが１．５％以下、Ｆｅが０．１〜２６．０％、Ｃが０．１％以下及び不可避不純物と、Ｎｂが３．０％以下、Ｗが５．０％以下、Ａｌが０．５％以下、Ｚｒが０．１％以下及びＢが０．０１％以下のうち少なくとも一種とからなるＣｏ−Ｎｉ基合金で、引張強さが１５００Ｎ／ｍｍ２以上、硬さが５００Ｈｖ以上に設定されていることを特徴とするばね部材。
【請求項２】
請求項１記載のばね部材において、
前記湾曲部の線幅は、前記腕部の線幅よりも幅広とされていることを特徴とするばね部材。
【請求項３】
請求項１記載のばね部材において、
前記湾曲部は、渦巻き状に湾曲が連続するように形成され、最外周側の線幅が内周側の線幅よりも幅広とされていることを特徴とするばね部材。
【請求項４】
請求項３記載のばね部材において、
前記湾曲部は、（厚み／線幅）の比率が１．０未満であることを特徴とするばね部材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のばね部材において、
前記板材は、前記Ｃｏが２８〜３８％であり、前記Ｆｅが０．１〜３．０％であり、前記少なくとも一種はＮｂが３．０％以下、Ｗが５．０％以下、Ｚｒが０．１％以下及びＢが０．０１％以下のうちから選択されたことを特徴とするばね部材。
【請求項６】
請求項５記載のばね部材において、
前記板材は、前記少なくとも一種はＮｂ３．０％以下が選択されたことを特徴とするばね部材。
【請求項７】
請求項１に記載のばね部材の製造方法であって、
前記Ｃｏ−Ｎｉ基合金を用意した後、該合金に加工率４０％以上で冷間加工を施して板状にし、前記板材を作製する冷間加工工程と、
前記板材を非巻回加工によって前記ばね部材を成型する成型工程と、
前記成型工程後、真空中または非酸化雰囲気中において、２００℃以上７３０℃以下の温度で前記ばね部材を時効処理する熱処理工程と、を備えていることを特徴とするばね部材の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のばね部材の製造方法において、
前記成型工程の際、前記板材を打ち抜き加工またはレーザーカット加工することで前記ばね部材を成型することを特徴とするばね部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、操作キーや送話部を備えた本体部と、本体部に重なるように配置され、ディスプレイや受話部を備えた蓋体部とを、互いの重ね合わせ面に沿ってスライドさせて開閉するスライド式の携帯電話機が普及している。そして、このスライド式の携帯電話機には、ばね部材を利用したヒンジ機構が組み込まれており、蓋体部の移動によってばね部材が弾性変形することにより、その復元力（付勢力）を利用して蓋体部を開方向または閉方向に付勢するようになっている。
【０００３】
一般的に、上記ヒンジ機構において用いられるばね部材は、製作が容易である点、低コストである点等の観点から、トーションバネが用いられている。このトーションバネは、線材がコイル状に三次元的に巻回された巻回部を有しており、この巻回部から引き出された両端末を利用して取り付けを行うことが可能とされている。例えば、上記スライド式の携帯電話機に採用した場合には、巻回部から引き出された一端を本体部側に連結し、他端を蓋体部側に連結することで、トーションバネを取り付けることができる。これにより、巻回部の復元力を利用して蓋体部を開方向または閉方向に付勢することが可能とされている。
【０００４】
ところで、近年の技術進歩に伴って、ヒンジ機構が搭載される各種装置（例えば、携帯電話機等）の小型化が進んでいるが、今後のさらなる小型化を図るために、ばね部材の小型化、薄型化、特に薄型化が求められている。
そこで、例えば特許文献１には、線材を渦巻き状に巻回した巻回部を有するトーションバネが知られている。これによれば、巻回部における厚みをできるだけ抑制することが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８８７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記バネであっても、巻回部が渦巻き状であるとはいえ線材を三次元的に巻回しているので、どうしても厚みが生じてしまい、さらなる薄型化を図ることが困難であった。
また、巻回時に、曲率が小さいところほど応力が集中するので、全体の強度が不均一になり易かった。また、巻による疲労が線材に蓄積されてしまい易かった。これらのことから、十分な耐久性を得ることが難しかった。
なお、線材を仮に二次元的に巻回して巻回部を作製した場合には、薄型化を図ることはできるが、技術的に困難であるうえ必要とする強度を得難いので、実現的ではない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、さらなる薄型化を図ることができるうえ、強度及び耐久性に優れたばね部材及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係るばね部材は、板材から非巻回加工によって形成され、該板材と同じ厚みで且つ板材の平面方向に延在したばね部材であって、前記平面方向に弾性屈曲可能な腕部と、該腕部に一体的に連設され、前記弾性屈曲時に腕部を付勢して復元させる湾曲部を有する弾性部と、を備え、前記板材が、その組成が重量比で、Ｃｏが２８〜４２％、Ｃｒが１０〜２７％、Ｍｏが３〜１２％、Ｎｉが１５〜４０％、Ｔｉが０．１〜１．０％、Ｍｎが１．５％以下、Ｆｅが０．１〜２６．０％、Ｃが０．１％以下及び不可避不純物と、Ｎｂが３．０％以下、Ｗが５．０％以下、Ａｌが０．５％以下、Ｚｒが０．１％以下及びＢが０．０１％以下のうち少なくとも一種とからなるＣｏ−Ｎｉ基合金で、引張強さが１５００Ｎ／ｍｍ２以上、硬さが５００Ｈｖ以上に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るばね部材の製造方法は、上記本発明のばね部材の製造方法であって、前記Ｃｏ−Ｎｉ基合金を用意した後、該合金に加工率４０％以上で冷間加工を施して板状にし、前記板材を作製する冷間加工工程と、前記板材を非巻回加工によって前記ばね部材を成型する成型工程と、前記成型工程後、真空中または非酸化雰囲気中において、２００℃以上７３０℃以下の温度で前記ばね部材を時効処理する熱処理工程と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、まず、Ｃｏ−Ｎｉ基合金を冷間加工によって板状にして板材を作製する。次いで、この板材を非巻回加工によって所望のばね形状に成型する。これにより、板材と同じ厚みで且つ板材の平面方向に延在した二次元的なばね部材を得ることができる。即ち、平面方向に弾性屈曲可能な腕部と、この腕部に一体的に連設され、弾性屈曲時に腕部を付勢して復元させる湾曲部を有する弾性部と、を備えたばね部材を得ることができる。
【００１１】
特に、従来のように線材を三次元的に巻回したものとは異なり、平板の板材を非巻回加工によって二次元的に成型しているので、ばね部材の厚みを板材と同じ厚みに抑制することができ、薄型化を図ることができる。また、従来のように線材を巻回する必要がないので、巻回による方法では作製が困難であった複雑な形状のばね部材も容易に作製することができる。従って、薄型化を図ったうえで、様々な形状等の要望に対応することができる。また、線材を巻回する必要がないので、巻きによる疲労が蓄積することがない。従って、疲労のない耐久性に優れたばね部材とすることができる。
【００１２】
ところで、板材は、その組成が重量比で、Ｃｏが２８〜４２％、Ｃｒが１０〜２７％、Ｍｏが３〜１２％、Ｎｉが１５〜４０％、Ｔｉが０．１〜１．０％、Ｍｎが１．５％以下、Ｆｅが０．１〜２６．０％、Ｃが０．１％以下及び不可避不純物と、Ｎｂが３．０％以下、Ｗが５．０％以下、Ａｌが０．５％以下、Ｚｒが０．１％以下及びＢが０．０１％以下のうち少なくとも一種とからなるＣｏ−Ｎｉ基合金から作製されている。
この場合、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒを主成分とする合金を冷間加工することにより、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｆｅ等の溶質原子を転位芯ないしは拡張転位の積層欠陥に偏析させて交差すべりを起き難くすること、及び微細な変形双晶を形成させてすべり転位を阻止することの二つの方法により加工硬化されており、機械的強度が高い。そのため、上記本発明のＣｏ−Ｎｉ基合金からなる板材は、ステンレス系ばね鋼材として代表的であるＳＵＳ３０１に比べても、引張強度が強い特性を有している。従って、線材を三次元的に巻回した従来のばね部材を上回るような機械的強度に優れたばね部材とすることができる。
また、４０％以上の冷間加工効率で冷間加工を行うので、板材の硬さ及び引張強さを高めることができる。従って、より機械的強度の強い優れたばね部材にすることができる。
しかも、冷間加工した板材から成形したばね部材をさらに時効処理するので、静的ひずみ時効により時効硬化されて機械的強度をより高めることができ、さらに優れたばね部材にすることができる。
特に、少なくとも２００℃以上の温度で時効処理するので、合金の時効効果を確実に発現させることができる。一方、上限を７３０℃以下に設定するので、合金の再結晶による軟化を防止することができる。
【００１３】
本発明に係るばね部材は、上記本発明のばね部材において、前記湾曲部の線幅が、前記腕部の線幅よりも幅広とされていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、腕部の弾性屈曲時に応力集中が生じ易い湾曲部の線幅が幅広とされているので、湾曲部の強度をより高めることができ、耐久性を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係るばね部材は、上記本発明のばね部材において、前記湾曲部が、渦巻き状に湾曲が連続するように形成され、最外周側の線幅が内周側の線幅よりも幅広とされていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、渦巻き状に湾曲が連続した湾曲部とすることができる。よって、腕部を付勢する付勢力が強いばね部材として利用することができる。特に、腕部の弾性屈曲時に応力集中が生じ易い最外周側の線幅が、内周側の線幅よりも幅広とされているので、湾曲部の強度をより高めることができ、耐久性を向上させることができる。
【００１７】
本発明に係るばね部材は、上記本発明のばね部材において、前記湾曲部が、（厚み／線幅）の比率が１．０未満であることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、湾曲部の厚みに対して線幅の寸法が大きくいので、薄型化を図りながら、機械的強度をさらに高めることができる。従って、薄くて強いばね部材にすることができる。
【００１９】
本発明に係るばね部材は、上記本発明のばね部材において、前記板材は、前記Ｃｏが２８〜３８％であり、前記Ｆｅが０．１〜３．０％であり、前記少なくとも一種はＮｂが３．０％以下、Ｗが５．０％以下、Ｚｒが０．１％以下及びＢが０．０１％以下のうちから選択されていてもよい。
また、本発明に係るばね部材は、上記本発明のばね部材において、前記少なくとも一種はＮｂ３．０％以下が選択されていてもよい。
【００２０】
本発明に係るばね部材の製造方法は、上記本発明のばね部材の製造方法において、前記成型工程の際、前記板材を打ち抜き加工またはレーザーカット加工することで前記ばね部材を成型することを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、板材を非巻回加工によってばね形状に成型する際に、板材を打ち抜き加工またはレーザーカット加工することで成形を行う。これにより、容易且つ確実に板材からばね部材を非巻回で作製することができる。特に、複雑で微細な形状のばね部材を作製することも可能である。また、特殊な方法ではないので、製造効率が増加したり、製造コストが増加したりし難い。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るばね部材及びその製造方法によれば、さらなる薄型化を図ることができるうえ、強度及び耐久性に優れたばね部材とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態におけるばね部材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態におけるばね部材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態におけるばね部材の平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態の変形例を示すばね部材の平面図である。
【図５】加工率と引張強さとの関係を示すグラフである。
【図６】引張強さと冷間加工率との関係を、時効処理の温度毎に示したグラフである。
【図７】引張強さと時効処理時の温度との関係を、冷間加工率毎に示したグラフである。
【図８】硬さと冷間加工率との関係を、時効処理の温度毎に示したグラフである。
【図９】硬さと時効処理時の温度との関係を、冷間加工率毎に示したグラフである。
【図１０】各実施例２〜４の合金からなる板材と、比較材料からなる板材とで、引張強さ、硬さ、疲労限度、耐食性（腐食度）の比較を行った結果、並びに、実施例２〜４のばね部材と比較材料からなるばね部材とで、伸び及びヘタリ率の比較を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
（ばね部材）
図１は、第１実施形態におけるばね部材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１に示すように、本実施形態のばね部材１０は、後述するようにＣｏ−Ｎｉ基合金からなる板材に打ち抜き加工やレーザーカット加工等の非巻回加工を施して一体的に形成されたものである。具体的に、ばね部材１０は、平面方向（図１中紙面方向）に沿って延在するとともに、平面方向において弾性屈曲可能に構成された一対の腕部１２，１３と、腕部１２，１３に一体的に連設され、弾性屈曲時に腕部１２，１３を付勢して復元させる渦巻き状の渦巻部（弾性部）１１とを備えている。また、ばね部材１０は渦巻部１１の中心を対称点にして点対称に形成されている。なお、図１（ｂ）に示すように、ばね部材１０は、延在方向に沿って一様な断面視矩形状に形成されており、幅寸法Ｗ１（ばね部材１０の平面視における短手方向）と厚さ寸法Ｔ（平面に直交する方向の寸法）とは同等に形成されている。
【００２９】
渦巻部１１は、径方向外側に向かうにつれ、除々に大径となるように引き回された一対の引き回し部１５，１６（湾曲部）を備えている。各引き回し部１５，１６は、同一の方向に湾曲が連続するように形成され、その基端（内側端部）同士が渦巻部１１の中心で連結されている。すなわち、本実施形態のばね部材１０は、渦巻部１１（引き回し部１５，１６）が平面上（二次元的）に形成されてなるばね部材１０である。一方、各引き回し部１５，１６の先端（外側端部）側は、渦巻部１１を径方向で挟んで対向配置されている。そして、各引き回し部１５，１６の先端には腕部１２，１３の基端側がそれぞれ一体的に連結されている。このように、各引き回し部１５，１６によって渦巻き状に湾曲が連続した渦巻部１１を形成することで、腕部１２，１３を付勢する付勢力が強いばね部材１０として利用することができる。なお、渦巻部１１（引き回し部１５，１６）の巻数によってばね部材１０（腕部１２，１３）の付勢力を調整できるようになっている。
【００３０】
各腕部１２，１３は、各引き回し部１５，１６の先端から渦巻部１１の径方向に沿って、互いに逆方向に延在している。各腕部１２，１３は、互いに平行に配置されており、幅方向に沿って弾性屈曲可能に構成されている（図１（ａ）中矢印Ｊ参照）。
各腕部１２，１３は、その先端部分に一体的に連設された連結部２１，２２を備えている。連結部２１，２２は、腕部１２，１３の先端がフック状に形成されたものであって、各連結部２１，２２の内側に各種装置が連結されるようになっている。
【００３１】
そして、上記ばね部材１０は、連結部２１，２２のうち、一方の連結部を固定部材に連結し、他方の連結部を可動部材に連結することで、ばね部材１０をヒンジ機構等に利用することができる。このような例としては、操作キーや送話部を備えた本体部と、本体部に重なるように配置され、ディスプレイや受話部を備えた蓋体部とを、ヒンジ機構によって互いの重ね合わせ面に沿って相対的にスライドさせて開閉するスライド式の携帯電話機等において、本実施形態のばね部材１０を利用することができる。具体的には、各連結部のうち、一方の連結部を本体部に連結し、他方の連結部を蓋体部に連結することで、本体部と蓋体部との相対移動によって上記したようにばね部材１０の腕部１２，１３が弾性屈曲する。これにより、その復元力（付勢力）を利用して蓋体部を開方向または閉方向に付勢するようになっている。
【００３２】
（Ｃｏ−Ｎｉ基合金）
ここで、上記ばね部材１０を構成するＣｏ−Ｎｉ基合金は、積層欠陥エネルギーが低く、周囲温度が室温であるような冷間加工を施すことにより、原子半径の大きさが１．２５ÅであるＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒに比べ、原子半径が大きいかあるいは近似しているＭｏ、Ｎｂ、Ｆｅ等の溶質原子が、転位芯ないしは拡張転位の積層欠陥に強く引き付けられて偏析して交差すべりが起き難くなるため、高い加工硬化能が発現する。即ち、原子半径の大きさが１．２Å以上の元素であればこの効果は顕著になる。
【００３３】
また、Ｃｏ−Ｎｉ基合金は、冷間塑性加工により高強度特性を付与した後、２００℃以上再結晶温度以下の温度で時効処理することにより、転位芯ないしは拡張転位の積層欠陥にＭｏ、Ｎｂ、Ｆｅ等の溶質原子が引き付けられ転位を固着する、いわゆる静的ひずみ時効により、一層高い強度特性が得られる。 
【００３４】
なお、上記Ｃｏ−Ｎｉ基合金の高い加工硬化能は室温のみならず高温下においても発現するため、高温強度特性も高いという特徴を有している。
【００３５】
具体的に、本実施形態のＣｏ−Ｎｉ基合金は、組成が重量比で、Ｃｏが２８〜３８％、Ｃｒが１０〜２７％、Ｍｏが３〜１２％、Ｎｉが１５〜４０％、Ｔｉが０．１〜１．０％、Ｍｎが０．１〜１．５％、Ｆｅが０．１〜３．０％、Ｎｂが３．０％以下、Ｃが０．１％以下及び不可避不純物からなるが、かかる組成範囲を限定した理由を説明する。
【００３６】
Ｃｏはそれ自体加工硬化能が大きく、切り欠け脆さを減じ、疲労強度を高め、高温強度を高める効果があるが、２８％未満ではその効果が弱く、本組成では３８％を越えるとマトリクスが硬くなり過ぎて加工困難となると共に面心立方格子相が最密六方格子相に対して不安定になるため、２８〜３８％とした。 
【００３７】
Ｃｒは耐食性を確保するのに不可欠な成分であり、またマトリクスを強化する効果があるが、１０％未満では優れた耐食性を得る効果が弱く、２７％を越えると加工性及び靱性が急激に低下することから、１０〜２７％とした。
【００３８】
Ｍｏはマトリクスに固溶してこれを強化する効果、加工硬化能を増大させる効果、及びＣｒとの共存において耐食性を高める効果があるが、３％未満では所望する効果が得られず、１２％を越えると加工性が急激に低下すること、及び脆いσ相が生成しやすくなることから、３〜１２％とした。
【００３９】
Ｎｉは面心立方格子相を安定化し、加工性を維持し、耐食性を高める効果があるが、本発明合金のＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｆｅの組成範囲において、Ｎｉが１５％未満では安定した面心立方格子相を得ることが困難であり、４０％を越えると機械的強度が低下することから、１５〜４０％とした。
【００４０】
Ｔｉは強い脱酸、脱窒、脱硫の効果、及び鋳塊組織の微細化の効果があるが、０．１％未満ではその効果が弱く、例えば１．０％では問題がないが、多過ぎると合金中に介在物が増えたり、η相（Ｎｉ3 Ｔｉ）が析出して靱性が低下したりすることから、０．１〜１．０％とした。
【００４１】
Ｍｎは脱酸、脱硫の効果、及び面心立方格子相を安定化する効果があるが、多過ぎると耐食性、耐酸化性を劣化させるため、０．１〜１．５％とした。
【００４２】
Ｆｅはマトリクスに固溶してこれを強化する効果があるが、多過ぎると耐酸化性が低下するため、０．１〜３．０％とした。
【００４３】
Ｎｂはマトリクスに固溶してこれを強化し、加工硬化能を増大させる効果があるが、３．０％を越えるとσ相やδ相（Ｎｉ3Ｎｂ）が析出して靭性が低下することから、３．０％以下とした。 
【００４４】
Ｃはマトリクスに固溶するほか、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ等と炭化物を形成し、結晶粒の粗大化の防止効果があるが、多過ぎると靭性の低下、耐食性の劣化等が生じる。
【００４５】
また、本実施形態におけるＣｏ−Ｎｉ基合金の他の組成は、重量比で、Ｃｏが２８〜３８％、Ｃｒが１０〜２７％、Ｍｏが３〜１２％、Ｎｉが１５〜３５％、Ｔｉが０．１〜１．０％、Ｍｎが１．５％以下、Ｆｅが０．１〜３．０％、Ｃが０．１％以下及び不可避不純物と、Ｎｂが３．０％以下、Ｗが５．０％以下、Ｚｒが０．１％以下及びＢが０．０１％以下のうち少なくとも一種とからなるが、かかる組成範囲を限定した理由について上述していないものについて説明する。
【００４６】
Ｗは、マトリクスに固溶してこれを強化し、加工硬化能を著しく増大させる効果があるが、５．０％を越えるとσ相を析出して靭性が低下することから、５．０％以下とした。
【００４７】
Ｚｒは、高温での結晶粒界強度を上げて、熱間加工性を向上させる効果があるが、多過ぎると逆に加工性が悪くなるため、０．１％以下とした。
【００４８】
Ｂは、熱間加工性を改善する効果があるが、多過ぎると逆に熱間加工性が低下し割れやすくなるため、０．０１％以下とした。
【００４９】
さらに、本実施形態におけるＣｏ−Ｎｉ基合金の他の組成は、重量比で、Ｃｏが２８〜４２％、Ｃｒが１０〜２７％、Ｍｏが３〜１２％、Ｎｉが１５〜３５％、Ｔｉが０．１〜１．０％、Ｍｎが１．５％以下、Ｆｅが０．８〜２６．０％、Ｃが０．１％以下及び不可避不純物と、Ｎｂが３．０％以下、Ｗが５．０％以下、Ａｌが０．５％以下、Ｚｒが０．１％以下及びＢが０．０１％以下のうち少なくとも一種とからなるが、かかる組成範囲を限定した理由について上述していないものについて説明する。
【００５０】
Ｃｏについては上述したが、本組成では４２％を越えるとマトリクスが硬くなり過ぎて加工困難となると共に面心立方格子相が最密六方格子相に対して不安定になるため、上限を４２％とした。
【００５１】
Ｆｅについても上述したが、耐酸化性よりも、マトリクスに固溶してこれを強化する効果を重視して、上限を２６．０％とした。
【００５２】
Ａｌは、脱酸、及び耐酸化性を向上させる効果があるが、多過ぎると耐食性の劣化等が生じるため、０．５％以下とした。
【００５３】
（ばね部材の製造方法）
次に、上記ばね部材１０の製造方法について説明する。
まず上記組成からなるＣｏ−Ｎｉ基合金を真空溶解炉で溶製する。そして、溶製したインゴットを一般的な加工により塑性加工する。この時、室温で加工率（加工前と加工後とでの断面積の割合）が少なくとも２０％以上の冷間塑性加工を施し、完成後のばね部材１０の厚さ寸法Ｔと同じ厚みに形成された平板状の板材を作成する（冷間加工工程）。このように、加工率（冷間加工率）を２０％以上に設定することにより、Ｃｏ−Ｎｉ基合金の硬さ及び引張強さを高めることができる。従って、より機械的強度の強い優れたばね部材１０を作成することができる。なお、加工率は４０％以上に設定することがより好ましい。
【００５４】
そして、上記Ｃｏ−Ｎｉ基合金からなる板材に対して打ち抜き加工またはレーザーカット加工等の非巻回加工を施す（成型工程）。これにより、上記ばね部材１０の形状に成型されることになる。
【００５５】
ところで、上記Ｃｏ−Ｎｉ合金は、冷間加工を施しただけでも優れた強度特性を有する高弾性合金であるが、本実施形態では上記成型工程後、ばね部材１０に対して、真空中または非酸化雰囲気下において、２００℃以上７３０℃以下の温度で時効処理する（熱処理工程）。これにより、冷間加工した板材から成形したばね部材１０をさらに時効処理することで、静的ひずみ時効により時効硬化して一層高い機械的強度を有する高弾性合金になり、さらに優れたばね部材１０にすることができる。
特に、少なくとも２００℃以上の温度で時効処理するので、Ｃｏ−Ｎｉ基合金の時効効果を確実に発現させることができる。一方、上限は７３０℃以下に設定するので、Ｃｏ−Ｎｉ基合金の再結晶による軟化を防止することができる。なお本実施形態のＣｏ−Ｎｉ基合金における最適組成での十分な時効硬化と靱性が得られる、より望ましい時効処理温度は３５０℃以上６５０℃以下である。
以上により、本実施形態のばね部材１０が完成する。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、まず、Ｃｏ−Ｎｉ基合金を冷間加工によって板状にして板材を作製する。次いで、この板材を打ち抜き加工やレーザーカット加工等の非巻回加工によって所望のばね形状に成型する。これにより、板材と同じ厚さ寸法Ｔで、且つ板材の平面方向に延在した二次元的なばね部材１０を得ることができる。即ち、平面方向に弾性屈曲可能な腕部１２，１３と、この腕部１２，１３に一体的に連設され、弾性屈曲時に腕部１２，１３を付勢して復元させる渦巻部１１と、を備えたばね部材１０を得ることができる。
【００５７】
特に、従来のように線材を三次元的に巻回したものとは異なり、平板の板材を非巻回加工によって二次元的に成型しているので、ばね部材１０の厚さ寸法Ｔを板材と同じ厚みに抑制することができ、薄型化を図ることができる。
また、従来のように線材を巻回する必要がないので、巻回による方法では作製が困難であった複雑な形状のばね部材も容易に作製することができる。従って、薄型化を図ったうえで、様々な形状等の要望に対応することができる。また、線材を巻回する必要がないので、巻きによる疲労が蓄積することがない。従って、疲労のない耐久性に優れたばね部材１０とすることができる。
この場合、本実施形態では、上記Ｃｏ−Ｎｉ基合金からなる板材に対して打ち抜き加工またはレーザーカット加工等の非巻回加工を施す構成とした。
この構成によれば、容易且つ確実に板材からばね部材１０を非巻回で作製することができる。特に、複雑で微細な形状のばね部材１０を作製することも可能である。また、特殊な方法ではないので、製造効率が増加したり、製造コストが増加したりし難い。
【００５８】
ところで、上記板材は、その組成が重量比で、Ｃｏが２８〜４２％、Ｃｒが１０〜２７％、Ｍｏが３〜１２％、Ｎｉが１５〜４０％、Ｔｉが０．１〜１．０％、Ｍｎが１．５％以下、Ｆｅが０．１〜２６．０％、Ｃが０．１％以下及び不可避不純物と、Ｎｂが３．０％以下、Ｗが５．０％以下、Ａｌが０．５％以下、Ｚｒが０．１％以下及びＢが０．０１％以下のうち少なくとも一種とからなるＣｏ−Ｎｉ基合金から作製されている。
そのため、この板材は、ステンレス系ばね鋼材として代表的であるＳＵＳ３０１に比べても、引張強度が強い特性を有している。従って、線材を三次元的に巻回した従来のばね部材を上回るような機械的強度に優れたばね部材とすることができる。
そして、このようなばね部材１０を、例えばスライド式携帯電話機等の各種装置のヒンジ機構として用いることで、スムーズなスライド機能を発揮することができるとともに、耐久性に優れた携帯電話機を提供することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態のばね部材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。本実施形態のばね部材は、強度を確保するために厚肉部を形成した点で上記第１実施形態と相違している。
図２に示すように、本実施形態のばね部材３０は、上記第１実施形態と同様にＣｏ−Ｎｉ基合金からなる板材を非巻回加工によって形成したものであり、径方向外側に向かうにつれ、徐々に大径となるように引き回された引き回し部（湾曲部）３５を有する渦巻き状の渦巻部（弾性部）３１と、引き回し部３５の外側端部から引き出された腕部３２とを備えている。
【００６０】
腕部３２は、渦巻部３１の最外周の接線方向に沿って延在しており、幅方向に沿って弾性屈曲可能に構成されている（図２（ａ）中矢印Ｋ参照）。また、腕部３２は、その先端部分に一体的に連設され、各種装置に連結されるフック状の連結部３３を備えている。一方、引き回し部３５の内側端部には、各種装置に連結されるフック状の連結部３４が形成されている。そして、これら連結部３３，３４のうち、一方の連結部が固定部材に連結され、他方の連結部が可動部材に連結されるようになっている。
【００６１】
ここで、引き回し部３５の最外周には、その他の領域（例えば、腕部３２や引き回し部３５の内周部）よりも幅寸法が拡大された幅広部３６が形成されている。具体的に、幅広部３６は、腕部３２と引き回し部３５との連結部分から所定の角度範囲（例えば、渦巻部３１の中心角で１８０度程度）で形成されている。そして、幅広部３６は、その周方向両端部から中間部分に向かうにつれ、幅寸法が除々に広くなるように形成されている。具体的には、図２（ｃ）に示すように、幅広部３６の幅寸法Ｗ２は、厚さ寸法Ｔに比べて広くなるように形成されている（すなわち、厚さ寸法Ｔ／幅寸法Ｗ２の比率が１．０未満）。この場合、幅広部３６において最も幅広な部分（幅広部３６の周方向中間）の幅寸法Ｗ２は、厚さ寸法Ｔの２倍程度に形成されている。なお、これら引き回し部３５、幅広部３６、及び連結部３４により、本実施形態の渦巻部３１が形成されている。
【００６２】
この構成によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、腕部１２．１３の弾性屈曲時に応力集中が生じ易い引き回し部３５の最外周側の幅寸法Ｗ２が、内周側の幅寸法Ｗ１よりも幅広とされているので、引き回し部３５の強度をより高めることができ、耐久性を向上させることができる。この場合、引き回し部３５の厚さ寸法Ｔに対して幅寸法Ｗ２を大きくするので、薄型化を図りながら、機械的強度をさらに高めることができる。従って、薄くて強いばね部材１０にすることができる。
【００６３】
また、応力集中が生じやすい部位（引き回し部３５の最外周側）のみに幅広部３６を形成することで、ばね部材３０全体を幅広形成する場合に比べてばね部材３０の薄型化を図った上で、ばね部材３０の強度を確保することができる。
さらに、周方向両端から中間部分に向かうにつれ徐々に幅寸法が厚くなるように幅広部３６を形成することで、幅広部３６の連結部分において、段差等が生じることがなく、滑らかな曲線形状に形成される。これにより、幅広部３６の連結部分において、応力集中を防ぐことができる。
【００６４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３は、第３実施形態のばね部材を示す平面図である。本実施形態のばね部材は、ベース部に対して弾性屈曲可能な一対の腕部及び弾性部が一体的に形成されている点について上記第１実施形態と相違している。
図３に示すように、第３実施形態のばね部材５０は、平面視Ｈ状のベース部５１と、ベース部５１に一体的に連設された一対の弾性部５２及び腕部５７とを備えている。なお、本実施形態のばね部材５０は、ベース部５１の中心線を対称線として、線対称に形成されている。
【００６５】
ベース部５１は、互いに平行に延在する第１延在部５１ａ及び第２延在部５１ｂと、第１延在部５１ａ及び第２延在部５１ｂ間を架け渡すように形成された橋架部５１ｃとで形成されている。
【００６６】
各弾性部５２及び腕部５７は、第１延在部５１ａの長手方向両端部にそれぞれ形成されている。なお、各弾性部５２及び腕部５７は、対称線に対して線対称の部材であるため、以下の説明では一方の弾性部５２について説明する。
【００６７】
弾性部５２は、第１延在部５１ａの長手方向端部から延在するフック状の連結部５５と、連結部５５の中途部から形成され、連結部５５を取り囲むように湾曲する湾曲部５６とを備えている。
また、腕部５７は、湾曲部５６の先端から一体的に連設されており、腕部５７の先端には、各種装置に連結される連結部５８が形成されている。そして、腕部５７は、その幅方向に沿って弾性屈曲変形可能に構成されている（図３中矢印Ｌ参照）。
【００６８】
この構成によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、一対の弾性部５２を一体的に連結することができるので、ばね部材５０の更なる小型化を図ることができる。
また、本実施形態のばね部材５０は、上記第１実施形態と同様に、Ｃｏ−Ｎｉ基合金からなる平板に打ち抜き加工やレーザーカット加工等の非巻回加工を施すことにより形成される。そのため、従来のように線材を巻回する必要がないので、巻回による方法では作製が困難であった本実施形態のような複雑な形状のばね部材５０であっても、平板を打ち抜くのみで容易に所望のばね形状に成型することができる。従って、薄型化を図ったうえで、様々な形状等の要望に対応することができる。
【００６９】
（変形例）
また、本発明のばね部材としては、以下に示すような形状を採用することも可能である。図４は、本発明の他の構成を示すばね部材の平面図である。
図４に示すばね部材７０は、細長形状のベース部７１と、ベース部７１に一体的に連結された一対の弾性部７２及び腕部７３とを備えている。なお、本実施形態のばね部材７０は、ベース部７１の中心を対称点として点対称に形成されている。また、各弾性部７２及び腕部７３は、対称点に対して点対称の部材であるため、以下の説明では一方の弾性部７２について説明する。
【００７０】
弾性部７２は、ベース部７１の長手方向中途部から蛇行しながら延在する波状部（湾曲部）７４と、波状部７４の先端に連設され、各種装置が連結されるリング部７６とを備えている。
【００７１】
腕部７３は、ベース部７１の長手方向端部からベース部７１の幅方向に沿って延在している。腕部７３の先端には、腕部７３の延在方向に直交するように突出する突出部７５が形成されており、この突出部７５に各種装置が係止されるようになっている。そして、腕部７３は、平面方向に沿って弾性屈曲可能に構成されている（図４中矢印Ｍ参照）。
この構成によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態のばね部材は、スライド式の携帯電話機に用いるヒンジ機構に限らず、種々の装置に採用することができる。この場合も、本実施形態のばね部材は、Ｃｏ−Ｎｉ基合金からなる平板を打ち抜くのみで、所望のばね形状に形成することができるので、小型薄型化を図った上で、様々な形状やサイズ等の要請に即座に対応することができる。
また、上記幅広部を各実施形態のばね部材に採用しても構わない。例えば、上記第２実施形態の幅広部３６を各湾曲部（引き回し部１５，１６や湾曲部５６、波状部７４）に形成しても構わない。これにより、各湾曲部の強度をより高めることができ、耐久性を向上させることができる。
さらに、打ち抜き加工やレーザーカット加工以外の非巻回工程でばね部材を作成しても構わない。
【００７３】
（実施例）
次に、本発明に係るばね部材を実際に作製し、その機械的強度を比較した実施例について説明する。
はじめに、本実施例では、以下のＣｏ−Ｎｉ基合金を採用した。
即ち、組成が不可避不純物を含み、且つ、重量比でＣｏ：３４．０７％、Ｃｒ：１９．９６％、Ｍｏ：１０．０６％、Ｎｉ：３２．３３％、Ｔｉ：０．５％、Ｍｎ：０．３％、Ｆｅ：１．７７％、Ｎｂ：１．０１％、Ｃ：０．０１８％からなるＣｏ−Ｎｉ基合金を用いた。
そして、この合金に冷間加工を施して、板材を作製した。
【００７４】
その後、この板材を打ち抜き加工による非巻回加工を施して、第１実施形態に示すばね部材１０の形状に成型した。以下、この状態のばね部材を「実施例１」として説明する。
また、上記打ち抜き成型後、真空中において温度５２５℃で時効処理を行ってばね部材を作製した。以下、この状態のばね部材を「実施例２」として説明する。
【００７５】
これに対して、ＳＵＳ系バネ鋼材として有名であるＳＵＳ３０１を用いて、上記ばね部材１０と同形状のばね部材を作製した。以下、この状態のばね部材を「比較例」として説明する。
【００７６】
次に、各実施例と比較例とで引張強さの比較を行った結果を図５に示す。
図５に示すように、いずれの場合も、加工率が増加するにつれて引張強さも増加傾向にあることがわかる。特に、本発明に係るＣｏ−Ｎｉ基合金を利用して作製した実施例１のばね部材は、比較例として挙げたＳＵＳ３０１からなるばね部材に比べて、加工率に関係なく引張強さが高いことが確認できた。さらに、時効処理を施した実施例２のばね部材は、さらに引張強さが高くなるという結果が得られた。例えば、実施例２に加工率６０％程度で冷間加工を施した場合には、比較例に加工率６０％程度で冷間加工を施した場合に比べて、３０％以上も引張強さが大きいことがわかる。
これらの結果から、本発明に係るばね部材は、機械的強度が高く、二次元的な構造であっても十分な耐久性を確保できることが確認できた。
【００７７】
次に、上記組成の本発明に係るＣｏ−Ｎｉ基合金の機械的性質について、各種実験を行った結果を図６から図９に示す。
図６は、引張強さと冷間加工率との関係を、時効処理の温度毎に示したグラフである。図７は、引張強さと時効処理時の温度（熱処理温度）との関係を、冷間加工率毎に示したグラフである。図８は、硬さ（ビッカーズ硬さ）と冷間加工率との関係を、時効処理の温度毎に示したグラフである。図９は、硬さと時効処理時の温度（熱処理温度）との関係を、冷間加工率毎に示したグラフである。
【００７８】
これら図６及び図８に示すように、時効処理を施さない場合（圧延上り）であっても、Ｃｏ−Ｎｉ基合金を冷間加工することで、Ｃｏ−Ｎｉ基合金が加工硬化し、引張強さ及び硬さがともに向上することが確認できた。特に、図８に示すように、少なくとも２０％の冷間加工率で引張強さが効果的に高まることが確認できた。従って、冷間加工工程時に、少なくとも加工率２０％で冷間加工を行うことが好ましい。
【００７９】
次に、図６から図９に示すように、その後、時効処理を施すことで、より引張強さ及び硬さがともに向上することが確認できた。特に、３５０℃程度からの増大が大きく、５６０℃程度をピークに低下し始めていることがわかる。さらに、時効処理の温度が８００℃を超えると、引張強さ及び硬さが逆に低下することが確認された。これは、７３０℃を超える温度になってしまうと、合金の再結晶により軟化が始まるためと考えられる。また、時効処理の温度が２００℃を超えると、引張強さ及び硬さを効果的に高めることが確認できた。これは、２００℃を超えると、合金の時効効果を確実に発現させることができるためと考えられる。
これらのことから、熱処理工程時に、２００℃以上、７３０度以下の温度で時効処理を施すことが好ましい。
【００８０】
次に、上記実施例２と同じ板材、本発明の他の板材である実施例３及び４と、比較材料（ＨＡＳＴＥＬＯＹ（ハステロイ（登録商標））Ｃ２２、ＳＵＳ３０４ＷＰＢ、ＳＷＲＪ２Ａ）からなる板材とで、引張強さ、硬さ、疲労限度、耐食性（腐食度）の比較を行った結果、並びに、実施例２、実施例３及び４のばね部材と上記比較材料からなるばね部材とで、伸び及びヘタリ率の比較を行った結果を図１０に示す。
【００８１】
実施例３で用いた合金では以下の組成のものを採用した。
即ち、重量比でＣｏが３３．５６％、Ｃｒが２２．８４％、Ｍｏが９．０６％、Ｎｉが２９．９０％、Ｔｉが０．４９％、Ｍｎが０．３１％、Ｆｅが１．６６％、Ｎｂが０．５２％、Ｗが１．５５％、Ｚｒが０．０２％、Ｂが０．００５％、Ｃが０．０４％と不可避不純物からなるＣｏ−Ｎｉ基合金を用いた。
また、実施例４で用いた合金では以下の組成のものを採用した。
即ち、重量比でＣｏが３８．４０％、Ｃｒが１１．７０％、Ｍｏが４．００％、Ｎｉが１６．５０％、Ｔｉが０．５８％、Ｍｎが０．７５％、Ｆｅが２３．０８％、Ｗが４．０１％、Ａがｌ０．０６％、Ｃが０．０１８％と不可避不純物からなるＣｏ−Ｎｉ基合金を用いた。
【００８２】
図１０から、実施例２及び３の板材について、引張強さ、硬さ、疲労限度、耐食性のほとんどの特性について、比較材料の板材よりも優れていた。耐食性についてはハステロイ（登録商標）Ｃ２２と同程度であった。
また、実施例４の板材について、耐食性についてはハステロイ（登録商標）Ｃ２２よりも劣っているが、引張強さはＳＷＲＪ２Ａと同程度であるものの、他の特性はすべて比較材料の板材よりも優れていた。
なお、実施例２及び３の板材は実施例４の板材よりも引張強さ、硬さ、疲労限度、耐食性の全ての特性について優れており、実施例３の板材は実施例２の板材よりも引張強さ及び硬さについて１０％程度高かった。
【００８３】
また、ばねにした場合、実施例２から４のいずれも、伸びについてはハステロイ（登録商標）Ｃ２２よりも小さいが、他の比較材料とは同程度である。
他方、ヘタリ率については、実施例２から４のいずれも、他の材料より優れていた。
なお、実施例２及び３は実施例４よりも優れていた。
【符号の説明】
【００８４】
１０，３０，５０，７０…ばね部材  １１，３１…渦巻部（弾性部）  ５２，７２…弾性部  １５，１６…引き回し部（湾曲部）  ５６…湾曲部  ７４…波状部（湾曲部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005456427.tif 000007
【図７】
0005456427.tif 000008
【図８】
0005456427.tif 000009
【図９】
0005456427.tif 000010
【図１０】
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