(57)【要約】斜め巻きばねは、パーライト組織を有する鋼からなる芯線１０と、芯線１０の外周面１１を覆い、銅または銅合金からなる銅めっき層２０と、を備える。上記鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる。銅めっき層２０の結晶子サイズは２２０±５０Åである。
2018216317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーライト組織を有する鋼からなる芯線と、
前記芯線の外周面を覆い、銅または銅合金からなる銅めっき層と、を備え、
前記鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
前記銅めっき層の結晶子サイズは２２０±５０Åである、斜め巻きばね。
【請求項２】
前記銅めっき層の格子歪が−０．０８５±０．０１５％である、請求項１に記載の斜め巻きばね。
【請求項３】
前記銅めっき層の硬度は７５ＨＶ以上１３０ＨＶ以下である、請求項１または請求項２に記載の斜め巻きばね。
【請求項４】
前記鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のニッケル、０．１質量％以上１．８質量％以下のクロム、０．１質量％以上０．４質量％以下のモリブデンおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のバナジウムからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の斜め巻きばね。
【請求項５】
前記銅めっき層の外周側に配置され、前記銅めっき層よりも硬度が高い硬質層をさらに備える、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の斜め巻きばね。
【請求項６】
前記硬質層はめっき層である、請求項５に記載の斜め巻きばね。
【請求項７】
前記硬質層は、ニッケル層またはクロム層である、請求項５または請求項６に記載の斜め巻きばね。
【請求項８】
前記硬質層の硬度は３００ＨＶ以上である、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の斜め巻きばね。
【請求項９】
前記硬質層の硬度は、前記銅めっき層の硬度よりも５０ＨＶ以上高い、請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の斜め巻きばね。
【請求項１０】
前記銅めっき層の厚みに対する前記硬質層の厚みの比率は１／１０以上１未満である、請求項５〜請求項９のいずれか１項に記載の斜め巻きばね。
【請求項１１】
前記銅めっき層と前記硬質層との間には、前記銅めっき層を構成する金属元素と前記硬質層を構成する金属元素とを含む合金領域が形成されている、請求項５〜請求項１０のいずれか１項に記載の斜め巻きばね。
【請求項１２】
前記硬質層はニッケル層であり、
前記合金領域は、銅およびニッケルを含む、請求項１１に記載の斜め巻きばね。
【請求項１３】
導電率が１５％ＩＡＣＳ以上５０％ＩＡＣＳ以下である、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の斜め巻きばね。
【請求項１４】
前記斜め巻きばねの表面を含むように配置される金層、銀層またはスズ層をさらに備える、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の斜め巻きばね。
【請求項１５】
第１端子と、
前記第１端子とは離れて配置される第２端子と、
前記第１端子と前記第２端子との間に、前記第１端子および前記第２端子に接触するように配置される請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の斜め巻きばねと、を備える、コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜め巻きばねおよびコネクタに関するものである。
本出願は、２０１７年５月２５日出願の日本出願第２０１７−１０３９６８号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸方向に垂直な面に対して傾斜して線材（金属線）が巻かれた構造を有するつる巻きばねである斜め巻きばねが知られている（たとえば、特許文献１参照）。斜め巻きばねは、軸方向に垂直な方向の一定範囲の変位に対してばね荷重がほぼ一定になる性質（非線形性）を有する。斜め巻きばねは、導電性を有する材料を用いて作製されることにより、たとえばコネクタを構成する部品として使用することができる。斜め巻きばねを構成する材料としては、たとえばジルコニウム銅合金を採用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１０７３３１号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明に従った斜め巻きばねは、パーライト組織を有する鋼からなる芯線と、芯線の外周面を覆い、銅または銅合金からなる銅めっき層と、を備える。上記鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる。上記銅めっき層の結晶子サイズは２２０±５０Åである。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、斜め巻きばねの構造を示す概略図である。
【図２】図２は、斜め巻きばねを構成する線材の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。
【図３】図３は、銅めっき層と硬質層との境界領域の構造を示す概略断面図である。
【図４】図４は、斜め巻きばねの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図５】図５は、斜め巻きばねの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】図６は、斜め巻きばねの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】図７は、コネクタの構造を示す概略断面図である。
【図８】図８は、耐へたり性試験の結果を示す図である。
【図９】図９は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の結晶子サイズと導電率との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の結晶子サイズと導電率との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の熱処理温度と導電率との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の熱処理温度と導電率との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の格子歪と導電率との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の格子歪と導電率との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の硬度と導電率との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の硬度と導電率との関係を示す図である。
【図１７】図１７は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の荷重と抵抗値との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の荷重と抵抗値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
［本開示が解決しようとする課題］
【０００７】
コネクタを構成する部品として斜め巻きばねを使用する場合、耐へたり性と導電性とを両立させる必要がある。斜め巻きばねを構成する材料としてジルコニウム銅合金を採用した場合、このような要求特性を達成できない場合がある。
【０００８】
そこで、耐へたり性と導電性とを両立させることが可能な斜め巻きばねおよび当該斜め巻きばねを採用したコネクタを提供することを目的の１つとする。
［本開示の効果］
【０００９】
上記斜め巻きばねによれば、耐へたり性と導電性とを両立させることができる。
【００１０】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。本発明の一態様に係る斜め巻きばねは、パーライト組織を有する鋼からなる芯線と、芯線の外周面を覆い、銅または銅合金からなる銅めっき層と、を備える。上記鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる。上記銅めっき層の結晶子サイズは２２０±５０Å（２２±５ｎｍ）である。
【００１１】
本発明の一態様に係るの斜め巻きばねにおいては、パーライト組織を有し、適切な成分組成の鋼からなる高強度な芯線が採用される。これにより、高い耐へたり性を確保することができる。芯線の外周面は、銅または銅合金からなる銅めっき層により覆われる。そして、銅めっき層の結晶子サイズは２２０±５０Åとされる。
【００１２】
本発明者らの検討によれば、銅めっき層の結晶子サイズが１７０Å未満の場合、導電率が十分に上昇しない。また、銅めっき層の結晶子サイズを１７０Å未満とするためには、ばね用線材をばね形状に加工する工程（ばね加工工程）において導入された歪みを除去するための熱処理温度を十分に上げることができない。そのため、斜め巻きばねに歪みが多く残存し、斜め巻きばねを端子に押し付ける場合の荷重を上昇させても、抵抗値が十分に下がらない。一方、銅めっき層の結晶子サイズが２７０Åを超える場合も、導電率が十分とはならない。また、銅めっき層の結晶子サイズが２７０Åを超えるようにするためには、上記熱処理温度を高くする必要が生じ、表面の酸化や、芯線から銅めっき層への鉄の拡散によって導電率が低下するとともに、硬度の低下に起因して所定の荷重で斜め巻きばねを端子に押し付けた場合の抵抗値が高くなる。銅めっき層の結晶子サイズを１７０Å以上２７０Å以下とすることにより、導電性を十分に高くすることができる。
【００１３】
以上のように、鋼からなる高強度な芯線を採用し、結晶子サイズが２２０±５０Åである銅めっき層を有する本発明の斜め巻きばねによれば、耐へたり性と導電性とを両立させることができる。
【００１４】
上記斜め巻きばねにおいて、銅めっき層の格子歪は−０．０８５±０．０１５％であってもよい。銅めっき層の格子歪をこの範囲とすることにより、高い導電性を確保することが容易となる。
【００１５】
上記斜め巻きばねにおいて、銅めっき層の硬度は７５ＨＶ以上１３０ＨＶ以下であってもよい。銅めっき層の硬度をこの範囲とすることにより、高い導電性を確保することが容易となる。
【００１６】
上記斜め巻きばねにおいて、上記鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のニッケル、０．１質量％以上１．８質量％以下のクロム、０．１質量％以上０．４質量％以下のモリブデンおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のバナジウムからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有していてもよい。このような成分組成の鋼からなる芯線が採用された場合でも、耐へたり性と導電性とを両立させることができる。
【００１７】
ここで、芯線を構成する鋼の成分組成を上記範囲に限定した理由について説明する。
【００１８】
炭素（Ｃ）：０．５質量％以上１．０質量％以下
炭素は、パーライト組織を有する鋼の強度および弾性限に大きな影響を与える元素である。斜め巻きばね用線材の芯線として十分な強度および弾性限を得る観点から、炭素含有量は０．５質量％以上とする必要がある。一方、炭素含有量が多くなると靱性が低下し、加工が困難になるおそれがある。十分な靱性を確保する観点から、炭素含有量は１．０質量％以下とする必要がある。強度および弾性限をさらに向上させる観点から、炭素含有量は０．６質量％以上とすることが好ましく、０．８質量％以上とすることがより好ましい。靱性を向上させて加工を容易とする観点から、炭素含有量は０．９５質量％以下とすることが好ましい。
【００１９】
珪素（Ｓｉ）：０．１質量％以上２．５質量％以下
珪素は、鋼の精錬において脱酸剤として添加される元素である。脱酸剤としての機能を果たすため、珪素の含有量は０．１質量％以上とする必要があり、０．１２質量％以上とすることが好ましい。また、珪素は、鋼中において炭化物生成元素として機能し、加熱による軟化を抑制する性質（軟化抵抗性）を有する。線材がばね加工された後に実施される歪み取り熱処理において軟化を抑制する観点から、珪素含有量は０．８質量％以上とすることが好ましく、１．８質量％以上としてもよい。一方、珪素は過度に添加すると靱性を低下させる。十分な靱性を確保する観点から、珪素含有量は２．５質量％以下とする必要があり、２．３質量％以下とすることが好ましく、さらには２．２質量％以下としてもよい。靱性を重視する観点からは、珪素含有量は１．０質量％以下としてもよい。
【００２０】
マンガン（Ｍｎ）：０．３質量％以上０．９質量％以下
マンガンは、珪素と同様に鋼の精錬において脱酸剤として添加される元素である。脱酸剤としての機能を果たすため、マンガンの含有量は０．３質量％以上とする必要がある。
一方、マンガンは過度に添加すると、靱性や熱間加工における加工性を低下させる。そのため、マンガン含有量は０．９質量％以下とする必要がある。
【００２１】
不可避的不純物
芯線の製造工程において、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）が不可避的に芯線を構成する鋼中に混入する。リンおよび硫黄は、過度に存在すると粒界偏析を生じたり、介在物を生成したりして、鋼の特性を悪化させる。そのため、リンおよび硫黄の含有量は、それぞれ０．０２５質量％以下とすることが好ましい。また、不可避的不純物の含有量は、合計で０．３質量％以下とすることが好ましい。
【００２２】
ニッケル（Ｎｉ）：０．１質量％以上０．４質量％以下
ニッケルを添加することにより、芯線の伸線加工時や線材のばね加工時における断線の発生が抑制される。この機能を確実に発揮させる観点から、ニッケルは０．１質量％以上添加されてもよい。一方、０．４質量％を超えて添加してもニッケルの上記効果は飽和する。また、高価な元素であるニッケルを０．４質量％を超えて添加すると、芯線の製造コストが上昇する。そのため、ニッケルの添加量は０．４質量％以下とすることが好ましい。
【００２３】
クロム（Ｃｒ）：０．１質量％以上１．８質量％以下
クロムは、鋼中において炭化物生成元素として機能し、微細な炭化物の生成による金属組織の微細化や加熱時の軟化抑制に寄与する。このような効果を確実に発揮させる観点から、クロムは０．１質量％以上添加されてもよく、０．２質量％以上、さらには０．５質量％以上添加されてもよい。一方、クロムの過度の添加は靱性低下の原因となる。そのため、クロムの添加量は１．８質量％以下とすることが好ましい。クロムの添加による上記効果は、珪素、バナジウムとの共存によって、特に顕著となる。そのため、クロムは、これらの元素とともに添加されることが好ましい。
【００２４】
モリブデン（Ｍｏ）：０．１質量％以上０．４質量％以下
モリブデンを添加することにより、弾性限を上昇させることができる。この機能を確実に発揮させる観点から、モリブデンは０．１質量％以上添加されてもよい。一方、０．４質量％を超えて添加してもモリブデンの上記効果は飽和する。また、高価な元素であるモリブデンを０．４質量％を超えて添加すると、芯線の製造コストが上昇する。そのため、モリブデンの添加量は０．４質量％以下とすることが好ましい。
【００２５】
バナジウム（Ｖ）：０．０５質量％以上０．３質量％以下
バナジウムは、鋼中において炭化物生成元素として機能し、微細な炭化物の生成による金属組織の微細化や加熱時の軟化抑制に寄与する。このような効果を確実に発揮させる観点から、バナジウムは０．０５質量％以上添加されてもよい。一方、バナジウムの過剰な添加は、靱性を低下させる。十分な靱性を確保する観点から、バナジウムの添加量は０．３質量％以下とすることが好ましい。バナジウムの添加による上記効果は、珪素、クロムとの共存によって、特に顕著となる。そのため、バナジウムは、これらの元素とともに添加されることが好ましい。
【００２６】
上記斜め巻きばねにおいて、上記鋼の珪素の含有量は１．３５質量％以上２．３質量％以下であってもよい。珪素の含有量を１．３５質量％以上とすることにより、歪み取り熱処理における軟化を抑制することができる。珪素の含有量を２．３質量％以下とすることにより、靭性の低下を抑制することができる。
【００２７】
上記斜め巻きばねにおいて、上記鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１２質量％以上０．３２質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなっていてもよい。
【００２８】
また、上記斜め巻きばねにおいて、上記鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．７質量％以上１．０質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなっていてもよい。
【００２９】
また、上記斜め巻きばねにおいて、上記鋼は、０．５５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．３５質量％以上２．３質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．２質量％以上１．８質量％以下のクロムと、０．０５質量％以上０．３０質量％以下のバナジウムと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなっていてもよい。
【００３０】
芯線を構成する鋼としてこのような成分組成の鋼を採用することにより、より確実に広い非線形領域を得ることができる。
【００３１】
上記斜め巻きばねは、銅めっき層の外周側に配置され、銅めっき層よりも硬度が高い硬質層をさらに備えていてもよい。
【００３２】
斜め巻きばねの使用状態においては、外周面に近づくにしたがって大きい応力が繰り返し負荷される。本発明者らの検討によれば、この繰り返し作用する応力によって、銅めっき層に疲労破壊が生じ、導電性が低下する場合がある。これに対し、銅めっき層の外周側、すなわち作用する応力が大きい側に銅めっき層よりも硬度が高い硬質層が配置されることにより、銅めっき層の疲労破壊による導電性の低下を抑制することができる。その結果、安定した導電性を達成することができる。
【００３３】
上記斜め巻きばねにおいて、上記硬質層はめっき層であってもよい。このようにすることにより、硬質層を容易に形成することができる。
【００３４】
上記斜め巻きばねにおいて、硬質層は、ニッケル層またはクロム層であってもよい。硬質層を構成する材料として、強度および導電率に優れるニッケルやクロムを採用することができる。硬質層は、ニッケル層であることが特に好ましい。硬質層としてニッケル層を採用することにより、硬質層上に金層や銀層をめっき層として形成することが容易となる。
【００３５】
上記斜め巻きばねにおいて、硬質層の硬度は３００ＨＶ以上であってもよい。このようにすることにより、安定した導電性をより確実に達成することができる。
【００３６】
上記斜め巻きばねにおいて、硬質層の硬度は、銅めっき層の硬度よりも５０ＨＶ以上高くてもよい。このようにすることにより、安定した導電性をより確実に達成することができる。また、硬質層の硬度は、芯線の硬度以下であってもよい。
【００３７】
上記斜め巻きばねにおいて、銅めっき層の厚みに対する硬質層の厚みの比率は１／１０以上１未満であってもよい。
【００３８】
上記比率を１／１０以上とすることにより、安定した導電性をより確実に達成することができる。上記比率を１未満とすることにより、生産効率の低下を回避することができる。また、硬質層としてめっき層を採用した場合、上記比率を１未満とすることにより、硬質層形成時における水素の侵入に起因した靱性の低下を抑制することができる。上記比率は、１／３以上であることが好ましい。上記比率は、３／４以下であることが好ましい。
【００３９】
上記斜め巻きばねにおいて、銅めっき層と硬質層との間には、銅めっき層を構成する金属元素と硬質層を構成する金属元素とを含む合金領域が形成されていてもよい。このようにすることにより、銅めっき層と硬質層とが強固に接合された斜め巻きばねを得ることができる。
【００４０】
上記斜め巻きばねにおいて、上記硬質層はニッケル層であり、上記合金領域は銅およびニッケルを含んでいてもよい。このようにすることにより、銅めっき層と硬質層とが強固に接合された斜め巻きばねを得ることができる。
【００４１】
上記斜め巻きばねの導電率は１５％ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｄ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上（３．８７×１０８／Ω・ｍ以上）５０％ＩＡＣＳ以下（１．２９×１０９／Ω・ｍ以下）であってもよい。このようにすることにより、コネクタを構成する部品に適した斜め巻きばねを得ることができる。
【００４２】
上記斜め巻きばねは、斜め巻きばねの表面を含むように配置される金層、銀層またはスズ層をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、斜め巻きばねを、コネクタを構成する部品として使用する場合における接触抵抗を低減することができる。
【００４３】
上記斜め巻きばねにおいて、芯線と銅めっき層との界面における酸素濃度は１０質量％以下であってもよい。このようにすることにより、より確実に広い非線形領域を得ることができる。
【００４４】
上記斜め巻きばねにおいて、上記銅めっき層の厚みは１０μｍ以上６５μｍ以下であってもよい。銅めっき層の厚みを１０μｍ以上とすることにより、十分な導電性を得ることが容易となる。銅めっき層の厚みを６５μｍ以下とすることにより、高い強度および弾性限を得ることが容易となる。その結果、広い非線形領域を得ることが容易となる。より広い非線形領域を得る観点から、銅めっき層の厚みは５０μｍ以下としてもよい。
【００４５】
上記斜め巻きばねにおいて、芯線の直径は０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であってもよい。このようにすることにより、十分な耐へたり性を得ることが容易となる。
【００４６】
本発明の一態様に係るコネクタは、第１端子と、第１端子とは離れて配置される第２端子と、第１端子と第２端子との間に、第１端子および第２端子に接触するように配置される上記斜め巻きばねと、を備える。本発明の一態様に係るコネクタにおいては、第１端子と第２端子とが、耐へたり性と導電性とを両立した本発明の一態様に係る斜め巻きばねにより電気的に接続される。そのため、本発明のコネクタによれば、斜め巻きばねが第１端子と第２端子との間隔の変動を安定して吸収しつつ、第１端子と第２端子とを低抵抗にて電気的に接続するコネクタを提供することができる。
【００４７】
［本発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる斜め巻きばねおよびコネクタの実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００４８】
図１を参照して、本実施の形態における斜め巻きばね２は、本実施の形態の斜め巻きばね用線材１からなっている。斜め巻きばね２は、つる巻きばねであって、軸方向に垂直な面に対して傾斜して斜め巻きばね用線材１が巻かれた構造を有する。斜め巻きばね２は、軸方向に垂直な方向に荷重が負荷されるように使用される。
【００４９】
図１および図２を参照して、本実施の形態における斜め巻きばね２（斜め巻きばね用線材１）は、芯線１０と、銅めっき層２０と、硬質層３０と、表面層４０とを備える。芯線１０は、パーライト組織を有する鋼からなる。銅めっき層２０は、芯線１０の外周面１１を覆い、外周面１１に接触して配置される。銅めっき層２０は、銅または銅合金からなる。銅合金としては、たとえば銅と、亜鉛、スズ、リンおよび鉄からなる群から選択される少なくとも１つの金属との合金を採用することができる。銅めっき層２０の結晶子サイズは２２０±５０Åである。
【００５０】
硬質層３０は、銅めっき層２０の外周側に配置される。硬質層３０は、銅めっき層２０の外周面２１を覆うように外周面２１に接触して配置される。硬質層３０の硬度は、銅めっき層２０の硬度よりも高い。
【００５１】
表面層４０は、硬質層３０の外周側に配置される。表面層４０は、硬質層３０の外周面３１を覆うように外周面３１に接触して配置される。表面層４０は、斜め巻きばね用線材１の外周面を含むように配置されている。すなわち、表面層４０は、斜め巻きばね用線材１の最表層に配置されている。表面層４０は、金層、銀層またはスズ層である。斜め巻きばね用線材１の長手方向に垂直な断面は円形である。
【００５２】
芯線１０を構成する鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる。
【００５３】
図３を参照して、銅めっき層２０と硬質層３０との間には、銅めっき層２０を構成する金属元素と硬質層３０を構成する金属元素とを含む合金領域５０が形成されている。合金領域５０は、銅めっき層２０と硬質層３０との界面に形成される。すなわち、銅めっき層２０と硬質層３０とは、界面に合金領域が形成されるように互いに接触して配置される。
【００５４】
本実施の形態の斜め巻きばね２においては、パーライト組織を有し、適切な成分組成の鋼からなる高強度な芯線１０が採用されている。これにより、高い耐へたり性を確保することが可能となっている。また、芯線１０の外周面１１は、銅または銅合金からなる銅めっき層２０により覆われている。そして、銅めっき層２０の結晶子サイズは２２０±５０Åとされている。銅めっき層２０の結晶子サイズが２２０±５０Åに設定されていることにより、導電性を十分に高くすることができる。その結果、本実施の形態の斜め巻きばね２は、耐へたり性と導電性とが両立した斜め巻きばねとなっている。
【００５５】
また、本実施の形態の斜め巻きばね２においては、硬質層３０が銅めっき層２０の外周側に配置されている。硬質層３０の形成は必須ではないが、硬質層３０の存在により、銅めっき層２０の疲労破壊による導電性の低下を抑制し、安定した導電性を得ることができる。
【００５６】
また、本実施の形態の斜め巻きばね２において、銅めっき層２０と硬質層３０との間には、合金領域５０が形成されている。合金領域５０の形成は必須ではないが、合金領域５０の存在により、銅めっき層２０と硬質層３０とが強固に接合される。
【００５７】
また、本実施の形態の斜め巻きばね２の硬質層３０上には、表面層４０が斜め巻きばね２を構成する斜め巻きばね用線材１の外周面を含むように配置されている。表面層４０の形成は必須ではないが、表面層４０の存在により、斜め巻きばね２を接点部品（コネクタを構成する部品）として使用する場合における接触抵抗を低減することができる。
【００５８】
斜め巻きばね２において、銅めっき層２０の格子歪は−０．０８５±０．０１５％であることが好ましい。これにより、高い導電性を確保することが容易となる。
【００５９】
斜め巻きばね２において、銅めっき層２０の硬度は７５ＨＶ以上１３０ＨＶ以下であることが好ましい。これにより、高い導電性を確保することが容易となる。銅めっき層２０の硬度は、９０ＨＶ以上１１０ＨＶ以下であることがより好ましい。
【００６０】
芯線１０を構成する鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のニッケル、０．１質量％以上１．８質量％以下のクロム、０．１質量％以上０．４質量％以下のモリブデンおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のバナジウムからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有していてもよい。このような成分組成の鋼からなる芯線１０が採用された場合でも、耐へたり性と導電性とを両立させることができる。
【００６１】
芯線１０を構成する鋼の珪素の含有量は１．３５質量％以上２．３質量％以下であってもよい。珪素の含有量を１．３５質量％以上とすることにより、歪み取り熱処理における軟化を抑制することができる。珪素の含有量を２．３質量％以下とすることにより、靭性の低下を抑制することができる。
【００６２】
芯線１０を構成する鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１２質量％以上０．３２質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなっていてもよい。
【００６３】
芯線１０を構成する鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．７質量％以上１．０質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなっていてもよい。
【００６４】
芯線１０を構成する鋼は、０．５５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．３５質量％以上２．３質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．２質量％以上１．８質量％以下のクロムと、０．０５質量％以上０．３０質量％以下のバナジウムと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなっていてもよい。
【００６５】
芯線１０を構成する鋼としてこのような成分組成の鋼を採用することにより、より確実に広い非線形領域を得ることができる。
【００６６】
芯線１０と銅めっき層２０との界面における酸素濃度は１０質量％以下であることが好ましい。これにより、より確実に広い非線形領域を得ることができる。なお、芯線１０と銅めっき層２０との界面における酸素濃度は、たとえば斜め巻きばね用線材１の長手方向に垂直な断面において芯線１０と銅めっき層２０との界面を含む一辺３００μｍの正方形領域に対してＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）による定量分析を実施することにより測定することができる。
【００６７】
硬質層３０の硬度は３００ＨＶ以上であることが好ましい。これにより、安定した導電性をより確実に達成することができる。硬質層３０の硬度は、銅めっき層２０の硬度よりも５０ＨＶ以上高いことが好ましい。これにより、安定した導電性をより確実に達成することができる。また、硬質層３０の硬度は、芯線１０の硬度以下であってもよい。なお、硬度（ビッカース硬度）の測定は、荷重５０ｇ、保持時間１０秒間の条件にて実施することができる。硬質層３０の厚みは、たとえば１μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。
【００６８】
銅めっき層２０の厚みに対する硬質層３０の厚みの比率は１／１０以上１未満であることが好ましい。上記比率を１／１０以上とすることにより、安定した導電性をより確実に達成することができる。上記比率を１未満とすることにより、生産効率の低下を回避することができる。
【００６９】
硬質層３０はめっき層であることが好ましい。これにより、硬質層３０を容易に形成することができる。
【００７０】
硬質層３０は、ニッケル層またはクロム層であることが好ましい。硬質層３０を構成する材料として、強度および導電率に優れるニッケルやクロムを採用することが好ましい。
硬質層３０は、ニッケル層であることが特に好ましい。ニッケル層やクロム層は、めっきによって容易に形成することができる。つまり、硬質層３０は、ニッケルめっき層またはクロムめっき層とすることができる。
【００７１】
斜め巻きばね２の導電率は、１５％ＩＡＣＳ以上５０％ＩＡＣＳ以下であることが好ましい。これにより、斜め巻きばね２を接点部品に適したものとすることができる。
【００７２】
硬質層３０がニッケル層である場合、合金領域５０は銅およびニッケルを含んでいることが好ましい。硬質層３０がニッケル層である場合、合金領域５０はＣｕ−Ｎｉ合金領域であることが好ましい。これにより、銅めっき層２０と硬質層３０とが強固に接合される。
【００７３】
銅めっき層２０の厚みは１０μｍ以上６５μｍ以下であることが好ましい。銅めっき層２０の厚みを１０μｍ以上とすることにより、十分な導電性を得ることが容易となる。銅めっき層２０の厚みを６５μｍ以下とすることにより、高い強度および弾性限を得ることが容易となる。その結果、広い非線形領域を得ることが容易となる。
【００７４】
芯線１０の直径は０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００７５】
次に、斜め巻きばね２の製造方法の一例について説明する。図４を参照して、本実施の形態の斜め巻きばね２の製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）として原料鋼線準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、芯線１０となるべき鋼線が準備される。具体的には、０．５質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼からなる鋼線が準備される。鋼線を構成する鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のニッケル、０．１質量％以上１．８質量％以下のクロム、０．１質量％以上０．４質量％以下のモリブデンおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のバナジウムからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有していてもよい。
【００７６】
次に、工程（Ｓ２０）としてパテンティング工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された原料鋼線に対してパテンティングが実施される。
具体的には、原料鋼線がオーステナイト化温度（Ａ１点）以上の温度域に加熱された後、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）よりも高い温度域まで急冷され、当該温度域で保持される熱処理が実施される。これにより、原料鋼線の金属組織がラメラ間隔の小さい微細パーライト組織となる。ここで、上記パテンティング処理において、原料鋼線をＡ１点以上の温度域に加熱する処理は、脱炭の発生を抑制する観点から不活性ガス雰囲気中で実施されることが好ましい。
【００７７】
次に、工程（Ｓ３０）として第１伸線工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）においてパテンティングが実施された原料鋼線が伸線加工（引抜き加工）される。これにより、図５を参照して、パーライト組織を有し、長手方向に垂直な断面が円形である芯線１０が得られる。
【００７８】
次に、工程（Ｓ４０）としてめっき工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図５および図６を参照して、工程（Ｓ３０）において得られた芯線１０の外周面１１を覆うように、複数のめっき層が形成される。まず、銅または銅合金からなる銅めっき層２０が形成される。工程（Ｓ４０）において形成される銅めっき層２０の厚みは、たとえば３０μｍ以上９０μｍ以下である。次に、銅めっき層２０上に硬質層３０が形成される。具体的には、ニッケルめっきまたはクロムめっきが実施されることにより、硬質層３０としてのニッケルめっき層またはクロムめっき層が形成される。次に、硬質層３０上に表面層４０が形成される。具体的には、硬質層３０上に、表面層４０としての金めっき層、銀めっき層またはスズめっき層が形成される。これにより、図６に示すように芯線１０上に銅めっき層２０、硬質層３０および表面層４０が形成された状態となる。
【００７９】
次に、工程（Ｓ５０）として第２伸線工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図６および図１を参照して、工程（Ｓ４０）において銅めっき層２０、硬質層３０および表面層４０が形成された芯線１０が伸線加工される。これにより、所望の斜め巻きばね２に適した線径を有する斜め巻きばね用線材１が得られる。以上の手順により、本実施の形態における斜め巻きばね用線材１の製造が完了する。以下、斜め巻きばね用線材１を用いた斜め巻きばね２の製造方法を説明する。
【００８０】
次に、工程（Ｓ６０）としてばね加工工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図１および図２を参照して、工程（Ｓ５０）において得られた斜め巻きばね用線材１が斜め巻きばね２の形状に加工される。具体的には、斜め巻きばね用線材１がらせん状に加工されて、斜め巻きばね２の形状に成形される。
【００８１】
次に、工程（Ｓ７０）として熱処理工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ６０）において斜め巻きばね２の形状に成形された斜め巻きばね用線材１に対して加熱処理が実施される。工程（Ｓ７０）は、工程（Ｓ６０）における加工により斜め巻きばね２に導入された歪みを低減するとともに、銅めっき層の結晶子サイズ、格子歪および硬度を調整する目的で実施される。工程（Ｓ７０）における加熱温度は、１５０℃以上３００℃以下とされる。これにより、斜め巻きばね２に導入された歪みを低減するとともに、銅めっき層の結晶子サイズ、格子歪および硬度を適切な範囲に調整することができる。工程（Ｓ７０）における加熱温度は、２２０℃以上とすることが好ましい。工程（Ｓ７０）における加熱温度は２７５℃以下とすることが好ましい。一般に、斜め巻きばねに導入された歪みを低減するための熱処理は３００℃を超える温度で実施される。しかし、本実施の形態の工程（Ｓ７０）では、歪み低減と銅めっき層の結晶子サイズ、格子歪および硬度の調整とのバランスから、１５０℃以上３００℃以下の熱処理温度が選択される。以上の手順により、本実施の形態の斜め巻きばね２の製造が完了する。なお、上記実施の形態においては、工程（Ｓ４０）において硬質層３０および表面層４０が形成される場合について説明したが、硬質層３０および表面層４０は、たとえば工程（Ｓ７０）の後に形成されてもよい。
【００８２】
次に、本実施の形態のコネクタについて説明する。図７を参照して、本実施の形態のコネクタ９は、第１端子７と、第１端子７とは離れて配置される第２端子８と、第１端子７と第２端子８との間に、第１端子７および第２端子８に接触するように配置される上記本実施の形態の斜め巻きばね２と、を備える。第１端子７および第２端子８は、導電体からなっている。第１端子７および第２端子８は、たとえばバスバーである。
【００８３】
第１端子７は、第１領域７１と、第１領域７１に接続され、第１領域７１と交差する方向に延在する第２領域７２とを含む。第２端子８は、第１領域８１と、第１領域８１に接続され、第１領域８１と交差する方向に延在する第２領域８２とを含む。第２領域７２に含まれる接触面７２Ａと、第２領域８２に含まれる接触面８２Ａとが対向するように、第１端子７および第２端子８は配置される。そして、斜め巻きばね２の軸方向が、接触面７２Ａおよび接触面８２Ａに沿い、斜め巻きばね２が接触面７２Ａおよび接触面８２Ａに接触するように、斜め巻きばね２が配置される。
【００８４】
このように、コネクタ９においては、第１端子７と第２端子８とが、耐へたり性と導電性とを両立した斜め巻きばね２により電気的に接続される。そのため、本実施の形態のコネクタ９は、斜め巻きばね２が第１端子７と第２端子８との間隔の変動を安定して吸収しつつ、第１端子７と第２端子８とを低抵抗にて電気的に接続するコネクタとなっている。
【実施例】
【００８５】
本発明の一態様に係る斜め巻きばねの特性を確認する実験を行った。実験の手順は以下のとおりである。【００８６】
（実験１）
上記実施の形態と同様の手順にて、斜め巻きばね２を作製した。銅めっき層２０を構成する材料として、銅（純銅）を採用した。斜め巻きばね２を構成する斜め巻きばね用線材１の長手方向に垂直な断面における銅めっき層２０の面積率は２５％（設計導電率：２５％ＩＡＣＳ）とした（実施例）。比較のため、同形状の斜め巻きばねを、ジルコニウム銅合金を材料として作製した（比較例）。そして、実施例および比較例の斜め巻きばねを、１５０℃に加熱しつつ軸方向に垂直な方向に圧縮し、１００時間保持した。その後、圧縮のための荷重を解除し、圧縮前後の斜め巻きばねの形状から残留せん断歪の値を算出した。実験結果を図８に示す。【００８７】
上記実施の形態において図７に基づいて説明したコネクタ９に使用するような場合、上記圧縮による残留せん断歪の目標値は、たとえば０．０５以下と設定することができる。
図８を参照して、ジルコニウム銅合金を材料として作製した比較例の斜め巻きばねの残留せん断歪は、０．０５を大幅に超えている。これに対し、本発明の実施例の斜め巻きばねの残留せん断歪は、０．０５未満となっている。このことから、本発明の斜め巻きばねによれば、高い耐へたり性が得られることが確認される。【００８８】
（実験２）
設計導電率５０％ＩＡＣＳとした斜め巻きばね、および設計導電率２５％ＩＡＣＳとした斜め巻きばね２において、銅めっき層２０の結晶子サイズを変化させて導電率との関係を調査した。結晶子サイズは、上記実施の形態と同様の手順において、工程（Ｓ７０）における熱処理温度を変化させて調整した。また、これらの斜め巻きばねについて、銅めっき層２０の格子歪および硬度についても測定し、これらと導電率との関係についても調査した。導電率は、日置電気株式会社製３５２２ＬＣＲハイテスタを用いて四端子法にて測定した。硬度は、ビッカース硬度計を用い、荷重５０ｇ、保持時間５秒の条件で測定した。結晶子サイズおよび格子歪は、ヤマト科学株式会社製Ｘ線回折装置（Ｘ’ｐｅｒｔ）を用いたＸ線回折分析（広角測定、使用Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα、励起条件：４５ｋＶ−４０ｍＡ、走査方法：θ−２θ、ステップ幅：０．０３°、積算時間：１秒、回折角測定範囲：４０〜１４０°）により測定した。実験結果を図９〜図１６に示す。【００８９】
図９は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の結晶子サイズと導電率との関係を示す図である。図１０は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の結晶子サイズと導電率との関係を示す図である。図９および図１０を参照して、設計導電率が５０％ＩＡＣＳの場合、２５％ＩＡＣＳの場合ともに、導電率は結晶子サイズが増大するとともに上昇した後、低下している。そして、いずれも場合も結晶子サイズが２２０±５０Å（１７０Å以上２７０Å以下）の範囲で、導電率が極大値を示している。このことから、銅めっき層の結晶子サイズを２２０±５０Åとすることにより、高い導電率を確保できることが確認される。【００９０】
図１１は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の工程（Ｓ７０）における熱処理温度と導電率との関係を示す図である。図１２は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の工程（Ｓ７０）における熱処理温度と導電率との関係を示す図である。図１１および図１２を参照して、上記結晶子のサイズが２２０±５０Åとなる工程（Ｓ７０）における熱処理温度は、１５０℃以上３００℃以下であることが分かる。上述のように、斜め巻きばねに導入された歪みを低減するための熱処理は３００℃を超える温度で実施されるのが一般的である。
しかし、本実験結果から、銅めっき層２０における適切な結晶子サイズを達成するためには、１５０℃以上３００℃以下の熱処理温度が適切であることが分かる。【００９１】
図１３は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の格子歪と導電率との関係を示す図である。図１４は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の格子歪と導電率との関係を示す図である。図１３および図１４を参照して、格子歪が−０．０８５±０．０１５％（−０．１００％以上−０．０７０％以下）の範囲で、導電率が極大値を示している。このことから、銅めっき層の格子歪を−０．０８５±０．０１５％とすることにより、高い導電率を確保できることが確認される。【００９２】
図１５は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の硬度と導電率との関係を示す図である。
図１６は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の硬度と導電率との関係を示す図である。図１５および図１６を参照して、硬度が７５ＨＶ以上１３０ＨＶ以下の範囲で、導電率が極大値を示している。このことから、銅めっき層の硬度を７５ＨＶ以上１３０ＨＶ以下とすることにより、高い導電率を確保できることが確認される。【００９３】
（実験３）
上記実施の形態の工程（Ｓ７０）の熱処理条件を変化させ、図７に示すコネクタ９のように斜め巻きばね２を端子に押し付けた場合の荷重と抵抗値との関係を調査する実験を行った。【００９４】
図１７は、設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合の荷重と抵抗値との関係を示す図である。
図１８は、設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合の荷重と抵抗値との関係を示す図である。図１７および図１８において、工程（Ｓ７０）における熱処理を実施しなかったものを条件Ａ、銅めっき層２０の結晶子サイズが１７０Å以上２７０Å以下となる２５０℃にて熱処理が実施されたものが条件Ｂ、銅めっき層２０の結晶子サイズが２７０Åを超える４００℃にて熱処理が実施されたものが条件Ｃとして表されている。【００９５】
設計導電率５０％ＩＡＣＳの場合、荷重４０Ｎ以下の範囲において抵抗値が１ｍΩ以下になることを目標値として設定することができる。図１７を参照して、熱処理が実施されなかった条件Ａでは斜め巻きばね２の導電率が低く、抵抗値を１ｍΩ以下とすることができない。また、結晶子サイズが２７０Åを超える条件Ｃでは、荷重を高くすれば抵抗値を１ｍΩ以下とすることができたものの、荷重４０Ｎ以下では十分に抵抗値を下げることはできない。これに対し、結晶子サイズが１７０Å以上２７０Å以下となる条件Ｂでは、荷重４０Ｎ以下で抵抗値を１ｍΩ以下にすることができる。【００９６】
設計導電率２５％ＩＡＣＳの場合、荷重８０Ｎ以下の範囲において抵抗値が２ｍΩ以下になることを目標値として設定することができる。図１８を参照して、熱処理が実施されなかった条件Ａでは斜め巻きばね２の導電率が低く、抵抗値を２ｍΩ以下とすることができない。また、結晶子サイズが２７０Åを超える条件Ｃでは、荷重を高くすれば抵抗値を２ｍΩ以下とすることができたものの、荷重８０Ｎ以下では十分に抵抗値を下げることはできない。これに対し、結晶子サイズが１７０Å以上２７０Å以下となる条件Ｂでは、荷重８０Ｎ以下で抵抗値を２ｍΩ以下にすることができる。【００９７】
この結果より、銅めっき層の結晶子サイズを２２０±５０Åとすることにより、コネクタを構成する部品として好適な斜め巻きばねを提供できることが確認される。【００９８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９９】
１  斜め巻きばね用線材
２  斜め巻きばね
７  第１端子
８  第２端子
９  コネクタ
１０  芯線
１１  外周面
２０  銅めっき層
２１  外周面
３０  硬質層
３１  外周面
４０  表面層
５０  合金領域
７１  第１領域
７２  第２領域
７２Ａ  接触面
８１  第１領域
８２  第２領域
８２Ａ  接触面
【図１】
2018216317.tif 000003
【図２】
2018216317.tif 000004
【図３】
2018216317.tif 000005
【図４】
2018216317.tif 000006
【図５】
2018216317.tif 000007
【図６】
2018216317.tif 000008
【図７】
2018216317.tif 000009
【図８】
2018216317.tif 000010
【図９】
2018216317.tif 000011
【図１０】
2018216317.tif 000012
【図１１】
2018216317.tif 000013
【図１２】
2018216317.tif 000014
【図１３】
2018216317.tif 000015
【図１４】
2018216317.tif 000016
【図１５】
2018216317.tif 000017
【図１６】
2018216317.tif 000018
【図１７】
2018216317.tif 000019
【図１８】
2018216317.tif 000020
【国際調査報告】
2018216317.tif 000021
2018216317.tif 000022
2018216317.tif 000023
2018216317.tif 000024