JPH0351537A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンタクトプローブ．光センサ医僚機器，カ
セットテープ，あるいはスーパーコンピュータのＩＣチ
ェソカー等に採用され、これらの超小型化に貢献ずる微
細な巻線径を有する微細ばねに関し、特に線径１６０μ
ｍ以下の金属極細線をスパイラル加工する際の加工性を
向上できるとともに、該極細線自体の活性度を抑制でき
、さらには錆びの発生を防止できるようにした構造に関
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態に支持しておき、
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。近年、この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ず
ます要請されている。そのためには、素線の引張強度を
保持しながら、線径を例えば１６０μｍ以下にする必要
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、本件発明者等の実験研究により、線径１６０
μｍ以下の金属極細線を採用して微細ばねを形戒ずる場
合、以下の問題を解決しなければならないことが判明し
た。

．金属線を上記極細線に伸線加工する場合、及び該極細
線をコイル状に或形する場合の加工性を改善する必要が
ある。その理由は、素線が極細であることから、例えば
コイル状にスバイラル加工する場合に、そのままでは或
形治具との摩擦等による影響が大きく、所定の形状．大
きさに精度よく加工するのは困難であり、その結果巻線
径等にばらつきが生しるおそれがあるからである。

ｉｉ．また、上記金属線を極細化すると、ボリュムに対
する表面積の比が極めて大きくなることから、該極細線
自体の表面の活性度が異常上昇し、その結果、例えば上
記伸線加工の際のダイスとの摩擦により、あるいは上記
コイル状戒形加工時の摩擦によって発熱し、極端な場合
は焼失３断線するおそれがある。従って極細線自体の活
性度を抑制する必要がある。

ｉｉｉ　．さらに、上記金属極細線は鋼であるからその
性質上錆びが発生し易く、しかも極細であるから錆が発
生すると特性を致命的に悪化させるおそれがある。従っ
て錆の発生を防止するため耐蝕性を付与する必要がある
。

また、例えばスーパーコンピュータ等のＩＣチェソカー
に使用される微細ばねにおいては、環境温度が約１８０
゜Ｃにも上昇する場合があることから、このような高温
雰囲気中で微細ばねを使用するとばね圧が劣化し易く、
このばね圧の持続性が要請されている。

本発明の目的は、上述した線径１６０　μｍ以下の金属
極細線を採用する場合の各問題点を解決できる微細ばね
、さらに高＠雰囲気中におけるばね圧の持続性を向上で
きる微細ばねを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本願第１項の発明は、素線を巻線径１ｎ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、
線径１６０μｍ以下のピアノ線，ステンレス線あるいは
低炭素二相組織鋼線のいずれかからなる金属極細線であ
り、かつ外表面にＮｉめっき被覆層が形成されているこ
とを特徴としている。また、第２項は上記素線の断面を
、これのばね軸方向が長径となるよう楕円状に形成した
ことを特徴としている。

以下、本発明において上記構或を採用した理由を詳細に
説明する。

■．極細線として、１６０　μｍ以下のピアノ線ステン
レス線あるいは低炭素二相組織鋼線を採用した理由 微細ばねに要求される特性は、耐久性，特に疲労強度．
耐へたり性が高いことが要求されており、そのためには
引張強度に優れた素線を採用する必要があり、かつ線径
１６０　μｍ以下でこれらの特性を満足させるにはピア
ノ線，ステンレス線あるいは低炭素二相Ｍｉ織鋼線が最
適である。ここで、上記極細線６こ低炭素二相組ｍｓ＋
線を採用した場合は、ピアノ線等よりさらに綿径を小さ
くしなから引張強度を向上できる。この低炭素二相組織
鋼線は、本件発明者らが研究開発したもので、以下の点
を見出して完威したものである。即ち、Ｆｅ−Ｃ３ｉ−
Ｍｎ系鉄基合金で、かつ針状マルテンサイト，ヘイナイ
ト又はこれらの混合組織からなる低温変態生威相がフエ
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
る鋼線材が強加工に優れており、このような金属組織を
有する線材を用いれば冷間伸線により線径１００μｍ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
ような鋼線材を冷間伸線により加工歪み４以上に強加工
すれば、上記フエライト相と低温変態生威相とが複合し
てなる複合｝Ｊ１織（二相組織）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３０３　ｋｙ／　ｍ”以上
と飛躍的に向上し、かつ靭性はピアノ線．ステンレス線
程度である。

このような繊維状微細金属線は、従来知られていない全
く新規なｍ織である。本件発明者らは、上記金属組織が
引張強度を向上させる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有する金属組織では、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Ｍｉ織が５〜１００人の超微細セルから構威され
ていることを見出した。

ここで上記低炭素二相組織鋼線の製造方法について説明
する。

まず、重量％でＣ　：　０．０１〜０．５％、Ｓｉ：３
．０％以下、Ｍｎ：５．Ｏ％以下、残部Ｆｅ及び不可避
的不純物よりなる線径３．５ｍｍ以下の線材を７００〜
１１００’Ｃの範囲の温度に加熱した後、冷却して（こ
の加熱，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，ヘ
イナイト又はこれらの混合組織からなる低温変態生或相
がフエ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Ｍｉ織を有する線材を製造する
。なお、上記かかる製造方法は、特開昭６２−２０８２
４号公報に記載されている。

次に、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、加工歪み４以上、好ましくは５以上に強加
工し、上記フエライト相と低温変態生威相とを複合化し
、金属組織として一方向に連続して延びる微細な繊維状
Ｍｉ織を形或させる。

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したセルの大きさ，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、加工歪みが４以上よりも小さ
い伸線加工によって得られた細線では、繊維状組織の発
達の途中にあってその組織が不完全であり、従って強度
も低い。

■．極細線の外表面にＮｉめっき被覆層を形或した理由 上記Ｎｉめっき被覆層を形或するのは、耐蝕性等の通常
の特性付与は当然として、自己潤滑性の付与、活性度の
抑制を図るためである。

上述のように、伸線加工，コイル威形加工においては、
素線表面の性状によっては加工性が低く、特に極細線の
場合はその影響が大きい。これに対して素線表面にＮｉ
めっき被覆層を形成すれば素線に自己潤滑性を付与でき
、上記各加工性を改善できる。

また、上述のように上記金属極細線は活性度が非常に高
く、加工時の摩擦熱等によって焼失のおそれがあるが、
本発明者等の研究によりＮｌめっき被覆層を形或するこ
とによって極細線自体の活性度を大幅に抑制できること
が判明した。この活性度抑制は上記自己潤滑性の付与と
同時に実現されるので、その効果は大きい。

表は、金属細線に各種の金属（Ｎｉ．Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｕ
−Ｚｎ，Ａ＋！，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ）を表面被覆した場
合の各特性（ダイス寿命改善，防錆，酸化性．接着性，
表面処理性，耐蝕性，自己潤滑性、装飾性，及び導電性
）を比較した結果を示す。

同表からも明らかなように、Ｎ１は、自己潤滑性が高い
ことからダイス寿命を改善でき、防錆．酸化防止等耐蝕
性が高く、さらに表面処理性も高い。

このように総合的に見ても、また上記特性を付与する点
から見てもＮｉが一番優れていることがわかる。従って
、Ｎｉを被覆することによって、極細化する場合の伸線
加工、及び極細線をコイル状に威形加工する際の自己潤
滑性を向上できるとともに活性度の異常」二昇を抑制で
き、かつ錆びの発生を防止できる。

なお、上記Ｎｉの被覆方法は、電気めっき．溶融めっき
，等の湿式めっき法，　ＰＣＤ，ＣＶＤ．スバノタリン
グ等の乾式めっき法等の一般に用いられている手段が採
用できる。勿論、ここで言うＮｉめっきには、純粋なＮ
ｉだけではなく、上述の必要特性を阻害しない範囲内で
の表に例示した金属又は他の金属と合金化したＮｉめっ
きも含まれる。また、上記極細線に対するＮｉの被覆量
については、極細線１　ｋｇ当たり１ｇ未満では上記各
被覆効果を発揮させるのが難しく、また１００ｇを越え
ても被覆効果の向上は望めず、逆に厚目付による加工時
のパウダリング等の副次的なデメリ・ノトが生しるため
好ましくない。従って、極細線１　ｋｇ当たり１〜ｔｏ
ｏ　ｇの範囲内が適当である。

ここで、上記Ｎｉめっき被覆層に塑性加工による加工歪
を付与することが望ましい。

これは、めっき処理しただけのＮｉめっき被覆層は、無
数のビンホールを有するボーラス状になっており、その
ためめっき処理工程時に発生する水素が上記Ｎｉ被覆層
内に吸蔵され、あるいは上記ボーラス内に空気が残留す
ることとなり、その結果、この吸蔵された水素．残留空
気が品質に悪影響を与えることが考えられる。

一方、上記Ｎ１めっき被覆層に加工歪を付与すると、該
被覆層内のピンホールが潰されてなくなる点、及び例え
ば伸線時の力ｌ工熱によって上記水素及び残留空気が放
出される点から、水素５残留空気をほとんど含まない良
好なＮｉめっき被覆層が得られることになり、上述の懸
念を解消できる。

なお、上記加工歪を形戒するには、例えば上記極細線の
製造過程において、冷間伸線加工する前の素線に予めＮ
ｉめっき処理を施し、これを伸線加工することにより実
現できる。

■．上記素線の断面を楕円状に形成した理由これは巻線
径を大きくすることなく、ばね圧を堆大させ、かつこの
ばね圧の持続性を向上させるためである。即ち、微細ば
ねにおいて、ばね圧及びその持続性を大きくするには、
素線自体の線径を大きくして引張強度，弾性係数を増大
させることが考えられるが、このようにすると巻線径も
それだけ大きくなることから限度がある。これに対して
、ばね軸方向を長径とする楕円状断面の素線を採用して
断面係数を大きくすることにより、巻線径を変えずにば
ね圧及びその持続性を大きくできる。なお、上記素線の
断面における短径と長径との比は、１：１．３にするの
が好ましい。

〔作用〕

本願第１項の発明に係る黴細ばねによれば、ピアノ線，
ステンレス線あるいは低炭素二相組ｍ鋼線を採用したの
で、１６０μｍ以下の線径で所定の引張強度を確保でき
る。特に低炭素二相組織＃ｉＩ線を採用した場合は、上
述の強化メカニズムで説明したように、１００　μｍ以
下のものを容易に得ることができ、しかも３００〜６０
０　ｋｇｆ／ｍ璽２の超高強度を有する。従って、ピア
ノ線，ステンレス線の場合に比べさらに引張強度を向上
できる。また上記線径１６０μｍ以下の金属極細線の外
表面にＮｉめっき被覆層を形成したので、自己潤滑性を
付与することかでき、極細化する際の伸線加工及び極細
線をコイル状に戒形する際のスバイラル加工の加工性を
向上できる。また、Ｎｉめっき被覆層の形或により、極
細線自体の活性度が抑制され、威形加工時の発熱等によ
る焼失の問題を解消でき、さらに耐蝕性を向上して、錆
びの発生を防止できる。

また本願第２項の発明では、上記素線の断面形状をばね
軸方向が長径となる楕円状にしたので、巻線径を変える
ことなくばね圧を増大でき、かつ高温雰囲気中において
もばね圧の低下を回避でき、持続性を向上できる。

〔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、１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を徽
細ばね４で弾性的に支持して構威されている。

１９ １２ 上記微細ばね４は、線径１６０μｍ以下の横断面円形の
金属極細線５を巻線径１ｕ以下のコイル状に巻回したも
のである。この極細線５は低炭素二相組織鋼線からなり
、これは重量％でＣ　：　０．０１〜０．５０％、Ｓｉ
：３．Ｏ％以下、Ｍｎ：５．Ｏ％以下、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物からなる線径３．０〜６．０１１の線材を
一次熱処理、一次冷間伸線、二次熱処理及び二次冷間伸
線により線径１５〜１００μｍに強加工して製造された
ものである。この極細線５は上記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組
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．５０−１０００人であり、
さらに引張強力が３００　〜６００　ｋｇｆ／ｍ”であ
る。

そして、上記極細線５の外表面にはＮｉめっき被覆層６
が形成されている。このＮｉめっき被覆層６は、上記線
材にめっき処理を行い、しかる後冷間伸線加工する際に
同時に塑性加工されたもので、これにより加工歪を有し
ている。即ち、上記Ｎｉめっき被覆層６は、伸線加工の
前工程におい１４ て線材にめっき処理を施して４μｍ程度の被覆層を形成
し、これを一次．二次冷間伸線することにより、１μｍ
程度の厚さに引き延ばしてなるものである。これにより
、めっき処理時に生していたピンホールが潰されて、欠
陥のない良好な被覆層となっている。

このように本実施例の微細ばね１によれば、極細線５は
、表面に形成されたＮｉめっき被覆層６によって自己潤
滑性が付与されている。そのため伸線加工によって極細
化する際及びこの極細線をコイル状に巻回加工する際の
加工性を向上できる。

また、上記Ｎｉめっき被覆層６を形成したことにより、
極細線自体の活性度を下げることができ、或形加工時の
発熟による焼失や断線を防止できる。

また上記Ｎ１めっきによって耐蝕性が向上し、錆びの発
生を防止できる。

さらに、本実施例では極細線５に低炭素二相組織鋼線を
採用したので、線径１０〜１００　μｍで引張強度３０
０〜６００　ｋｇｆ／ｍ２と極めて高強度を有している
。従って、微細ばね１の弾性限度が向上してｌ５ 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。

さらにまた、本実施例では上記Ｎｉめっき被覆層６に加
工歪を生じさせたので、該加工歪によってピンホール等
のない構造となっており、ほとんど水素，残留空気を含
有していないので、品質への悪影響を回避できる。

第３図は上記微細ばねの変形例を示す。この例では、微
細ばね１４を構或する極細線５の断面形状は、該微細ば
ね１４のばね軸方向における長径Ｌと軸直交方向の短径
ｌとの比率が１．３　　：　１となる楕円形になってい
る。

この実施例では極細線５の断面を、ばね軸方向が長径と
なる楕円状にしたので、巻線径を変えることなくばね圧
を増大できる。またこのばね圧の持続性を向上でき、高
温雰囲気中での劣化を回避できる。

ちなみに、スーパーコンピュータのＩＣヂエソカーに採
用される微細ばねの条件は、ばね外径２５０μｍ，ばね
圧３０−５０ｇ，ばね長さ４．５ｍ，巻数３２〜１６ ３４が要求されている。本実施例の場合は極細線の短径
を５０μｍ．長径を６０μｍにすることにより上記条件
を満足することができる。

なお、上記各実施例では極細線５に低炭素二相組織鋼線
を採用した場合を例にとって説明したが、本発明の極細
線は、他にピアノ線，ステンレス線が採用でき、これら
の場合もＮ１めっき被覆層を形或することにより活性度
を抑制でき、自己潤滑性及び耐蝕性を向上できる。

〔発明の効果〕

以上のように本願第１項の発明に係る微細ばねによれば
、線径１６０μｍ以下のピアノ線，ステンレス線あるい
は低炭素二相組織鋼線からなる金属極細線の外表面にＮ
ｉめっき被覆層を形成したので、伸線加工，コイル威形
加工時の加工性を向上できるとともに、極細線自体の活
性度を抑制して威形時の焼失等を回避でき、かつ耐蝕性
を向上して錆の発生を防止できる効果があり、本願第２
項の発明では、上記素線の断面形状をばね軸方向が長径
となる楕円状にしたので、巻線径を大きくす１７ ることなくばね圧を増大でき、かつ高温雰囲気中におけ
るばね圧の劣化を阻止して持続性を向上できる効果があ
る。

１ ８

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａｌは本発明の一実施例による微細ばねを示す
側面図、第１図（ｂｌはその断面図、第２母はその微細
ばねを採用したコンタクトプローブの断面側面図、第３
図は素線形状の変形例を示す断面図である。 図において、４，１４は微細ばね、５は極細線、６はＮ
ｉめっき被覆層である。

Claims (2)

【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、線径１６０μｍ以下
   のピアノ線、ステンレス線あるいは引張強度３００ｋｇ
   ／ｍｍ＾２以上の低炭素二相組織鋼線のいずれかからな
   る金属極細線であり、かつ外表面にＮｉめっき被覆層が
   形成されていることを特徴とする微細ばね。
2. （２）上記素線が、ばね軸方向が長径となる楕円状断面
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   微細ばね。