(57)【要約】【課題】材料の加工履歴を改善することにより、強度が高く、高応力下での疲労特性を改善したメタルドーム用準安定オーステナイトステンレス鋼帯を提供する。【解決手段】プーリを用いた薄板疲労試験機で疲労試験を行った場合に、材料の圧延平行方向、圧延直角方向、および前記圧延平行方向に対して４５°方向の応力振幅に対する疲労強さをそれぞれσ平行、σ直角、およびσ４５°（ＭＰａ）としたときに、下記式を満たす。 σ直角 ＞４５０（ＭＰａ）  （１）   σ平行、σ４５°＞５５０（ＭＰａ） （２）【選択図】なし 【特許請求の範囲】
【請求項１】
プーリを用いた薄板疲労試験機で疲労試験を行った場合に、材料の圧延平行方向、圧延直角方向、および前記圧延平行方向に対して４５°方向の疲労強さをそれぞれσ平行、σ直角、およびσ４５°（ＭＰａ）としたときに、下記式を満たすことを特徴とする疲労特性に優れたメタルドーム用準安定オーステナイトステンレス鋼帯。
σ直角 ＞４５０（ＭＰａ）  （１）  
σ平行、σ４５°＞５５０（ＭＰａ） （２）
【請求項２】
前記メタルドームは、材料の圧延方向に延びる鋼帯を打ち抜き、略円板状のドーム本体と、このドーム本体の両側で前記圧延方向に延在する支持板部と、これら支持板部と前記ドーム本体とを接続する耳部とを互いに接続した状態で形成する打抜き工程と、
前記ドーム本体をドーム状に膨出させる張出し工程と、
前記ドーム本体と前記支持板部とを前記耳部において切除する取抜き工程により形成されることを特徴とする請求項１に記載の疲労特性に優れたメタルドーム用準安定オーステナイトステンレス鋼帯。
【請求項３】
請求項１または２に記載の疲労特性に優れた準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯から製造されたメタルドーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯端末や家電製品等のスイッチ部分に使用されるメタルドーム用準安定オーステナイトステンレス鋼帯、およびこの鋼帯から製造されるメタルドームに係り、特に、高応力下での疲労特性を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末や家電製品等のスイッチ部分に使用されるメタルドームにおいては、機器の使用環境下におけるメタルドーム部に繰り返し付加される応力が増加し、さらには繰返し負荷回数が増加する傾向にある。このように高強度かつ高耐久性が求められるメタルドーム用の薄板ばね材としては、ＳＵＳ３０１等の準安定オーステナイトステンレス鋼が一般的である。
【０００３】
上記のようなメタルドームでは、繰返し行われるスイッチングに対する安定した動作を維持するために高い剛性も必要である。準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、冷間圧延によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態して硬化するために高い強度と硬度を有し、上記の特性を満たす材料とされている。たとえば特許文献１には、材料の硬度を規定して耐久性を向上することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２３５８６号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、同じ硬度であっても耐久性に大きな差異が見られる場合があり、硬度のみを規定するだけで耐久性を確保することはできない。また、メタルドームの形状やドームを組み込む基板を改善することで、メタルドームの耐久性を改善する方法が種々提案されているが、メタルドームに使用される材料の特性から耐久性を改善する有効な方法は示されていない。さらに、準安定オーステナイトステンレスを使用したメタルドームでは、材料の加工履歴によって耐久性に変化が見られる場合があるが、耐久性を改善するために必要な材料特性の改善方法は明らかにされていなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、材料の加工履歴を改善することにより、強度が高く、高応力下での疲労特性を改善したメタルドーム用準安定オーステナイトステンレス鋼帯およびメタルドームを提供することを目的としている。なお、「準安定オーステナイト系ステンレス」とは、ＳＵＳ３０１やＳＵＳ３０４に代表されるように、溶体化処理後の室温ではオーステナイト相を示すが、加工、あるいは冷却によってマルテンサイト相が発生するステンレス材料を示す。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一般に、メタルドームは、材料の圧延方向に延びる鋼帯をプレス成形して製造される。たとえば、図１に示すように、プレス成形の中の打抜き工程では、略円板状のドーム本体１と、このドーム本体１の両側で圧延方向に延在する支持板部２と、これら支持板部２とドーム本体１とを接続する耳部３とを互いに接続した状態で形成される。次いで、張出し工程においてドーム本体１はドーム状に膨出させられ、さらに、取抜き工程でドーム本体１は支持板部２から耳部３において分離される。
【０００８】
このように、メタルドームスイッチの製造工程において、圧延直角方向に耳部３が形成されるため、耳部３とドーム本体１との境界付近で応力集中が生じ、その境界付近で疲労による亀裂が発生し易くなる。本発明は、このような応力集中する部分の疲労強度を高めるために、鋼帯の強度に異方性を付与したものである。本発明者等の検討によれば、亀裂の発生位置は耳部近傍であり、さらに亀裂の進行方向は、耳部からドームの中心に向かって進行する場合が多いことを見出した。これにより、発生する疲労亀裂の進行方向に近い材料の圧延平行方向、あるいは圧延平行方向に対して４５°方向（以下、「４５°方向」と言う）の疲労強度が高い場合には、メタルドームの耐久性向上が期待できる。また、圧延直角方向の疲労強度については、これが著しく低い場合には、疲労強さの小さい圧延向直角方向に亀裂が発生しやすくなるため、圧延直角方向についてもある程度の疲労強さが必要となる。
【０００９】
本発明のメタルドーム用準安定オーステナイトステンレス鋼帯は、上記知見に基づいてなされたもので、プーリを用いた薄板疲労試験機で疲労試験を行った場合に、材料の圧延平行方向、圧延直角方向、および４５°方向の疲労強さをそれぞれσ平行、σ直角、およびσ４５°（ＭＰａ）としたときに、下記式を満たすことを特徴としている。
σ直角 ＞４５０（ＭＰａ）  （１）  
σ平行、σ４５°＞５５０（ＭＰａ） （２）
【００１０】
ここで、「疲労強さ」とは、ある繰返し応力（以下、応力振幅とする）をかけたときに、繰返し数が１０７回で破壊しない応力の最大値をいう。本発明者等の検討によれば、メタルドームとして耐久性（回数）を得るためには、σ平行、σ直角、およびσ４５°の疲労強さは、４５０ＭＰａ以上必要であることが確認されている。
【００１１】
また、本発明者等の検討によれば、メタルドームとしての耐久性（回数）を向上させるためには、圧延平行方向および４５°方向での疲労強さを５５０ＭＰａ以上にする必要があることが確認されている。以上の検討結果から、上記式（１）および（２）を設定した。
【００１２】
なお、ここでは、圧延平行方向、４５°方向、直角方向のみを規定しているが、圧延平行方向（＝０°）から６０°方向の範囲において、疲労強さを５５０ＭＰaとすることで、メタルードームとしての耐久性を向上させることができることを確認している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鋼帯の強度にメタルドームとして適当な疲労強度の方向性を付与しているから、高応力下での優れた疲労特性を得ることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
１．メタルドームの作製
板厚が１．５ｍｍで溶体化処理後のオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１）の素条に冷間圧延と再結晶焼鈍を繰り返して最終的に板厚０．０６ｍｍまで加工した後、連続焼鈍炉を用いて、炉温度５００〜７００℃、炉内滞留時間１０〜４０秒として歪取り焼鈍を実施し、試料Ａ〜Ｅの素条を得た。ここで、試料Ａ〜Ｅは、すべて冷間圧延と再結晶焼鈍を２回以上繰り返し、最終の冷間圧延後に上記の歪取り焼鈍を実施している。試料Ａ、Ｄ、Ｅは、冷間圧延における加工度を２０〜７０％とし、再結晶焼鈍では、結晶粒度番号７〜１０番の範囲となるように条件を調整した。この場合、最終再結晶焼鈍後の０．２％耐力は２００〜３００ＭＰａ程度である。これに対して、試料Ｂ、Ｃは、冷間圧延における加工度を３０〜８０％とし、０．２％耐力が４００ＭＰａ以上となるように最終再結晶焼鈍条件を調整し、さらに、材料のマルテンサイト量が８０％以上となるように最終冷間圧延を施す。これら、製造条件を調整することで、材料の疲労強度に異方性を付与することが可能である。使用した試験片のうち圧延平行方向に長手方向を取った試験片の機械的特性を表１に示す。
【００１５】
【表１】
2005238309.tif 000002
【００１６】
２．試料の試験
疲労特性は、板厚０．１ｍｍ以下の薄板で一般的に用いられるプーリ曲げ方式による薄板ベルト寿命試験機にて評価した。試験片は、圧延平行方向、直角方向、４５°方向のそれぞれの方向が長手方向となるようにプレスで打ち抜き、エメリー紙で＃２４００までバリ取りして作製した。疲労試験では、平行部の長さ５０ｍｍ、幅５．０ｍｍの試験片を薄板ベルト寿命試験機に装着して８００ｒｐｍの速さで回転往復運動させ、プーリ径を変えることで応力振幅を変化させ、繰返し数が１０７回で破断しなかったときの最大応力振幅を疲労強さとして求めて評価した。この疲労試験で求められた疲労強さを表２に示す。なお、試験では、プーリ径６〜１０ｍｍのプーリを用いた。
【００１７】
【表２】
2005238309.tif 000003
【００１８】
３．メタルドームの試験
試料Ａ〜Ｅから１０個ずつ直径５ｍｍの大きさのメタルドームに加工し、５００万回まで１秒間に３回の速さで繰返しスイッチングする耐久試験を行った。スイッチング回数５０万回毎に割れ発生を確認し、１０個中５個に割れが発生した時に試験を終了とした。「耐久性」は、試験終了時の繰返し回数とした。その結果を表２に併記する。
【００１９】
４．評価
表１に示すように、本発明の実施例（試料Ｂ、Ｃ）では、十分な０．２％耐力と引張強さを示した。また、表２に示すように、実施例では、σ直角が４５０ＭＰａ以上であるとともに、σ４５°、σ平行が５５０ＭＰａ以上であるため、５００万回を超える耐久性を示した。これに対して、試料Ａの比較例では、σ直角が４５０ＭＰａ以上であるが、σ平行およびσ４５°が５５０ＭＰａを下回っており、耐久性は１００万回であった。試料Ｄの比較例では、σ直角が４５０ＭＰａ以上であり、さらにσ平行が５５０ＭＰａ以上であるが、σ４５°が５５０ＭＰａを下回っており、耐久性は２００万回にとどまった。また、試料Ｅの比較例では、σ直角が４５０ＭＰａ以下であるとともに、σ４５°、σ平行が５５０ＭＰａ以下であるため、耐久性は５０万回にとどまった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】メタルドームの製造過程を説明する概略図である。
【図１】
2005238309.tif 000004