JPH0441633A

JPH0441633A - ばね特性および耐疲労特性に優れた銅−マンガン−ニッケル系合金およびこれを用いたワッシャー材

Info

Publication number: JPH0441633A
Application number: JP14635690A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Nakajima; 中島　和美; Kenichiro Momose; 百瀬　建一郎
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-06
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1992-02-12
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2839649B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、例えばＶＴＲ回転ヘッド等に用いられるワッ
シャー材に係り、特にばね特性および耐疲労特性に優れ
、容易に製造することができるワッシャー材に関する。

（従来の技術）近年、映像信号および音声信号を磁気テープで記録・再
生するＶＴＲ（Ｖｉｄｅｏ　Ｔａｐｅ　Ｒｅｃｏｒｄｅ
ｒ）が業務用および家庭用に広く普及している。映像信
号の周波数帯域は一般にＯ〜４．５メガＨｚと音声信号
に比較して２５０〜３００倍広くなっており、磁気テー
プに記録された信号を高速度で読みとるためにビデオヘ
ッドを回転させる方式か採用されている。

第１図はＶＴＲの回転ヘッドドラムの要部の構成を示す
断面図であり、回転ヘッドドラム１は、回転軸２に回転
自在に装着されたヘッドディスク３と、ヘッドディスク
３に対向するように装着された下部固定シリンダ４と、
上記ヘッドディスク３と下部固定シリンダ４との間に介
装されたワッシャー５と、ヘッドディスク３の下面に装
着されたビデオヘッド６とを備える。ワッシャー５はヘ
ッドディスク３の回転時においてもヘッドディスク３と
下部固定シリンダ４とが直接接触することを防止し、ま
た両者が必要以上に近接してビデオヘッド６を損傷しな
いように一定の微小間隙（を保持するために設けられる
。

従来上記ワッシャーは、一般に５Ｏ３３０４＊たはベリ
リウム銅（Ｂｅ−Ｃｕ合金）等を原材料として圧延後、
金型プレス機で中空円板状に打ち抜き、さらに第２図に
示すように周方向に波打つようなウェーブ状に塑性変形
させて製造されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら５ＵＳ３０４製のワッシャーはばね限界値
が低く、ＶＴＲの回転ヘッドドラムに装着するとへたり
を生じヘッドディスクとワッシャーとの摩擦が大きくな
り、ヘッドディスクの円滑な回転が得られなくなる欠点
がある。

また５ＵＳ３０４は硬度が非常に大きいため加工性が低
い欠点がある。特に圧延材をプレス機にて円環状に打ち
抜く場合に金型が損傷し易い。そのため高頻度で金型を
再研摩したり交換する必要があり、ワッシャーの製造コ
ストが増大し、また製造効率が低下する問題点がある。

一方、原材料としてベリリウム銅を使用する場合はその
硬度が低いために加工性は良好であるが、ベリリウムは
希少で高価である上に、製造工程において人体に有毒な
ベリリウム酸化物等を発生するため、防毒設備を含めた
ベリリウム銅合金の製造設備が複雑化し、工程管理が煩
雑となる上に、製造原価が高騰する欠点を有する。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、Ｂｅを含有せずに安価で従来のワッシャー材と同
等以上のばね性を有し、容易に製造することが可能なワ
ッシャー材を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用）本願発明者等は、以上の目的を達成するために、種々の
組成の合金材料を調製し、加工処理方法を種々試行し得
られたワッシャー材の特性値を計測したところ、重量パ
ーセントでマンガン１０〜３５％、ニッケル１０〜３５
％を含有し、残部を銅で構成したときに、従来のＳＵＳ
材製またはベリリウム銅製と比較して、ばね限界値（Ｋ
ｂ）およびヤング率（Ｅ）等の強度特性値が優れ、また
加工性が優れたワッシャー材が得られた。特に上記組成
範囲のマンガンおよびニッケルに加えて、クロムをｏ、
ｏｉ〜８％添加したり、さらにジルコニウムを０，０１
〜５％添加して形成したワッシャー材はより優れた強度
特性を有し、特にＶＴＲ回転ヘッド用ワッシャー材とし
て使用した場合に優れた耐久性を発揮した。

本発明は上記の知見に基づいて完成されたものである。

以下本発明に係るワッシャー材の組成の限定理由につい
て述べる。

マンガン（Ｍｎ）はじん性、引張強度等のばね強さを確
保するために必要な元素であり、その含有量が１０％未
満であると、従来のベリリウム銅と同等のばね強さが得
られず、また３５％を超えると伸びの弾性が低下し、ば
ね限界値を超えた変位をワッシャー材に付加した場合折
れ易くなり、かつ永久歪みが増大するため、Ｍｎの含有
量は１０〜３５％の範囲に設定される。なお望ましくは
１２〜２０％が良い。

ニッケル（Ｎｉ）はマンガンと化合物を形成して、合金
素地中に析出し、靭性を増し、縦弾性係数（Ｅ）を増大
させてばね強さを向上させるために必要な元素であり、
その含有量が１０％未満であると充分なばね強さが得ら
れず、また３５％を超えると伸び率が低下し、ばね限界
値を超えた変位をワッシャー材に生起させた場合に折損
し易く、また永久歪も増大するため、Ｎ１の含有量は１
０〜３５％の範囲で調整される。なお望ましくは１２〜
２０％が良い。

この範囲に限定することによりＭｎと同様にばね限界値
以上の変位に対する永久歪は減少し、ベリリウム銅と同
等以上ばね材料を得ることができる。

また上記マンガンおよびニッケルを添加した銅合金にク
ロム（Ｃｒ）および／またはジルコニウム（Ｚ　ｒ）を
添加することにより、さらに好ましい合金となる。これ
らの元素は銅合金素地中に析出し、析出硬化による部材
強度を向上させるとともに耐食性を増大させる。ここで
クロムはジルコニウムと複合添加することにより金属間
化合物を形成し、ばね特性を飛躍的に向上させる作用を
有する。クロムの含有量が０．０１％未満の過少量では
析出硬化によるばね強さを確保することが困難であり、
一方８％を超えると、伸びの減少によってワッシャー材
が折損し易くなる。したがってクロムの含有量は０．０
１〜８％の範囲に設定される。なお含有量が高いと製造
工程において析出量が増大する現象が発生し易いため、
望ましくは、０．１〜５％が良い。

またジルコニウム（Ｚｒ）も素地中に析出物を形成し部
材を硬化させるとともに、クロムと金属間化合物を形成
しばね特性を向上させる。Ｚｒの含有量が０．０１未満
の過少量であると、ばね強さを確保できるだけの析出物
が形成されず、伸びは大きいもののばね限界値が低く、
ばねの機能を充分に発揮し得ない。一方ジルコニウム（
Ｚ　ｒ）の含有量が５％を超える場合は、所望のばね強
さは充分確保されるものの、熱間における加工が困難と
なる。したがってＺｒの含有量は０．０Ｌ〜５％の範囲
に設定される。なお最適な析出量を得るために望ましく
は０．１〜２％に調整するとよい。

このよう１ニクロム（Ｃｒ）とジルコニウム（ｚ＋）は
合金素地中に析出し、析出硬化によるばね強さ、疲労強
度を向上させる元素である。この元素はいずれか一方だ
け添加した場合も同様な効果を得られるが、両元素を適
量ずつ組み合せて使用する場合に、ばね限界値の向上が
顕著になる。なお、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒの含有量を低減し
、Ｚｒの添加量を相対的に増量することによって靭性が
増し、より疲労強度が優れたワッシャー材を得ることが
できる。

本発明に係るワッシャー材は、上記組成から成る銅基合
金を、温度７００〜１０００℃で溶体化処理後、冷間加
工を実施して所定形状に塑性変形せしめ、しかる後に温
度３５０〜５５０℃で時効硬化処理を施して製造される
。　溶体化処理は合金成分を均質化し、さらに成形性を
改良し、またその後の時効硬化処理で均質なばね強さを
付与するための処理であり、少なくとも７００℃以上の
処理温度が必要で望ましくは８００℃以上が良い。

しかし温度をより高く設定してもその効果は微増に留ま
り、却って結晶粒の粗大化を招き易いことから一般に１
０００℃以下の温度に設定されるが、望ましくは８５０
〜９５０℃が良い。

次に冷間加工であるが、この冷間加工は本発明に係るワ
ッシャー材を製造する際の成形加工性に大きな影響を及
ぼす。

そのため冷間加工率は少なくとも５％以上が必要で、望
ましくは１０％以上が良いが、過反の冷間加工はワッシ
ャー材の硬度の上昇を招き、成形時にプレス用金型を損
傷したり、曲げ加工部分に割れが発生し易くなることか
ら実用上８０％以下に設定され、望ましくは７０％以下
が良い。

次に時効硬化処理は、溶体化処理によって得られた過飽
和固溶体を加熱し、クロムとジルコ−ラムとの金属間化
合物などを析出せしめることにより硬化させ、ワッシャ
ー材のばね強さを付与するための熱処理であり、３５０
’Ｃ以上の温度で処理することが必要である。しかし、
５５０℃を超えた温度では、硬度の低下が見られること
から、処理温度は３５０°Ｃ〜５５０℃の範囲に設定さ
れるが、工業的に望ましくは３８０°Ｃ〜５００℃が良
く、さらに望ましくは４３０℃〜４８０℃が適温である
。

本発明に係るワッシャー材によれば、高価で毒性を有す
るベリリウムを使用せずに、ベリリウム銅合金およびＳ
ＵＳ合金と同等以上の強度特性を有するばね材料を安価
に提供することができる。

特にワッシャー材を構成する銅基合金は時効硬化性を示
す合金であり、熱処理前の加工成形段階においては硬度
が低い。そのため冷間加工および所定形状に塑性加工す
る操作が極めて容易であり、特に金型成形を行なう際の
金型の損傷が大幅に減少する。

一方、時効熱処理後においてはビッカース硬度（Ｈｖ）
が４００〜４５０程度と、従来材と同等の硬度が得られ
、ばね限界値が高くなるため、へたりも小さく、例えば
ＶＴＲ回転ヘッドドラムに装着した場合には、長期間に
亘ってヘッドドラムの円滑な回転を保証することができ
る。

本発明に係るワッシャー材はＶＴＲ回転ヘッドドラム用
に限定されものではなく、他の各種用途においても適用
可能であり、優れた効果を有している。

（実施例）次に本発明に係るワッシャー材の特性について以下の実
施例を参照して説明する。

すなわち実施例１〜１１として第１表の左欄に示す組成
を有する銅基合金についてそれぞれ第１表中欄に示す製
造方法に従って加工処理を行なって厚さ０．２５ｍｍ、
幅１０日、長さ１００ｍ＋の試験片を調製し、そのばね
限界値（Ｋｂ）、ヤング率（Ｅ）および硬度（Ｈｖ）等
の機械的特性を測定した。硬度（Ｈｖ）は試験片に５０
０ｇの荷重を作用させた場合におけるビッカース硬度と
して求めた。

一方比較例１〜３として従来材である５ＵＳ３０４、市
販のＢｅ−Ｃｕ合金および組成範囲を外れた合金の特性
値も併せて測定し、第１表下欄に示すように、本発明に
係るワッシャー材の特性値と比較した。

ｃ以下余白〕第１表に示す結果から明らかなように本発明に係るワッ
シャー材によれば、従来の５ＵＳ３０４゜市販のＢｅ−
Ｃｕ合金と比較してほぼ同等のビッカース硬さが得られ
るとともに、ばね限界値（Ｋｂ）およびヤング率（Ｅ）
等の強度特性において同等以上の優れたばね性を発揮す
ることが確認される。

またワッシャー材の時効硬化処理前におけるビッカース
硬さは従来材と比較して小さいため、所定形状に塑性加
工する操作が極めて容易であり、特に金型成形を行なう
際の金型の損傷が少なく、金型の寿命を大幅に延伸させ
ることが可能となった。

さらに実施例に係るワッシャー材を使用して第２図に示
すワッシャを調製し、ＶＴＲ回転ヘッドドラムに実装し
たところ、長期間に亘りへたりを生じることがなく、下
部固定シリンダとヘッドディスクとの間隙が一定に保持
され、ヘッドディスクの円滑な回転が得られた。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明によれば、高価で毒性を有するベ
リリウムを使用せずにベリリウム銅合金やＳＵＳ材と同
等以上の強度特性を有するワッシャー材を安価で容易に
製造することができる。

特に時効硬化前における硬度が小さいため所定形状に塑
性加工することが容易であり、成形用金型の寿命を従来
より大幅に延伸することができるなど製造工程において
も大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はＶＴＲ回転ヘッドドラムの要部を示す断面図、
第２図はワッシャーの形状を示す斜視図である。１・・・回転ヘッドドラム、２・・・回転軸、３・・・
ヘッドディスク、４・・・下部固定シリンダ、５・・・
ワッシャー、６・・・ビデオヘッド。

Claims

【特許請求の範囲】１、重量パーセントでマンガン１０〜３５％、ニッケル
１０〜３５％を含有し、残部が実質的に銅で構成された
ことを特徴とするワッシャー材。２、重量パーセントでマンガン１０〜３５％、ニッケル
１０〜３５％、クロム０．０１〜８％を含有し、残部が
実質的に銅で構成されたことを特徴とするワッシャー材
。３、重量パーセントでマンガン１０〜３５％、ニッケル
１０〜３５％、クロム０．０１〜８％、ジルコニウム０
．０１〜５％を含有し、残部が実質的に銅で構成された
ことを特徴とするワッシャー材。４、ＶＴＲ回転ヘッドに用いられる請求項１ないし３い
ずれかに記載のワッシャー材。