JP2002294366A - 限界曲げ半径にて安定して良好な曲げ加工性を有するりん青銅条 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】厳しい曲げ加工時に安定して良好な曲げ加工性
を有するりん青銅条を提供する。 【解決手段】りん青銅条の断面において、Ｓｎ濃度の最
大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）が素材Ｓｎ
濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）に対して下式を満たす関係とする ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
（％）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は端子・コネクタ等の
電子部品用に用いられるりん青銅条であって、端子にプ
レス整形する際の曲げ加工性を改善したりん青銅に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｃ５２１０、Ｃ５１９１（ＪＩＳ合金番
号）などのりん青銅条は、すぐれた曲げ加工性と高い機
械的強度を有するため、電子部品用として端子・コネク
タなどの用途で広く用いられている。 一方、近年は部
品の軽薄・短小化の進展が従来にもまして著しい。 こ
の観点から、高い機械的強度とすぐれた曲げ加工性の両
方を有するたりん青銅について、強度や曲げ加工性のさ
らなる改良が求められるようになった。同一組成のりん
青銅に着目して考えた場合、機械的強度と曲げ加工性は
相反する特性である。 すなわち、機械的強度の高い材
料は延性が不足しており曲げ加工性が劣る。 逆に、機
械的強度の低い材料は延性に富み曲げ加工性が優れる。
これに対し、電子部品の加工においては、使用するりん
青銅の機械的強度は従来と同等、あるいは従来よりも高
強度のものとし、加工する部品は従来より小型のものに
する傾向が高くなってる。 加工する部品を小型のもの
にすると、部品の曲げ加工部の曲げ半径は小さくなる。
その結果、曲げ加工においては加工部にしわ、肌荒
れ、クラックが従来にくらべはいりやすくなっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】使用するりん青銅の機
械的強度を従来と同等、あるいは従来より高強度のもの
とし曲げ半径を従来より小さいものに設定する過酷な曲
げ加工においては、これまでに起こらなかった様式の不
具合が生じるようになっている。 それは、低頻度で発
生する加工部のしわ、肌荒れ、クラックである。 この
低頻度で発生する加工部の不良（しわ、肌荒れ、っクラ
ック）は、ロット内若しくはロット間で不良率がばらつ
く。 不良率が低頻度でばらつくため、プレスメーカに
て試作から少量の量産時は不良が現れない場合でも、多
量に量産を開始すると、低頻度で不良が発生し、予想し
ていない不良率となり問題となることがある。従来、電
子部品の曲げ加工は余裕の持った設計がなされていた
が、最近では部品の小型化から、より小さく厳しい曲げ
半径にて加工されことが多くなった。現実に近年では、
ＪＩＳ規格の曲げ半径よりかなり小さな曲げ半径にて加
工されている。 こうした厳しい条件にて曲げ加工を行
うと、結晶粒度、冷間圧延の加工度以外の要因の影響も
顕在化し、上記の不良率のばらつきが生じてしまう。本
発明はこのような厳しい曲げ加工時に安定して良好な曲
げ加工性を有するりん青銅条を提供する。

【０００４】

【課題を改善するための手段】本発明は上記問題点に鑑
みなされたもので、りん青銅の偏析に注目し、限界曲げ
半径にて曲げ加工を行う場合、飛躍的に不良率を低減さ
せ、安定した曲げ加工性を与えるものである。従来りん
青銅はＳｎの偏析が製品まで残存すると、曲げ加工性が
劣化するため、インゴットの段階で、製品まで残存する
と考えられる偏析が存在するときは、該インゴットは製
品までの加工を行わなかった。 特開昭５９−１５９０
６７、特開平６−３３６６２８ではりん青銅のインゴッ
ト（鋳塊）の段階で偏析を検査する方法を提案してい
る。 しかし、製品での偏析の良否を判断する方法は未
だ開示されていなかった。

【０００５】本発明は以下に示す通りのりん青銅条に関
するものである。 （１）りん青銅条の板面に対し、圧延方向と垂直方向に
断面を貫通するＳｎ濃度曲線において、該Ｓｎ濃度の最
大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）が素材Ｓｎ
濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）に対して下式を満たす関係である
ことを特徴とする限界曲げ半径にて安定して良好な曲げ
加工性を有するりん青銅条 ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
（％）。 （２）りん青銅条の圧延方向と垂直方向の断面に観察さ
れるスジ状の組織において、該スジを含む近傍のＳｎ濃
度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）が素
材Ｓｎ濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）に対して下式を満たす関係
であることを特徴とする限界曲げ半径にて安定して良好
な曲げ加工性を有するりん青銅条 ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
（％）。 （３）りん青銅の圧延方向と垂直方向の断面を過酸化水
素とアンモニアを含有する水溶液によりエッチング後、
現出するスジ状組織を含む断面において、該スジを含む
近傍のＳｎ濃度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎ
ｍｉｎ）が素材Ｓｎ濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）に対して下式
を満たす関係であることを特徴とする限界曲げ半径にて
安定して良好な曲げ加工性を有するりん青銅条 ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
（％）。 （４）りん青銅の圧延方向と垂直方向の断面である厚さ
×１００ｍｍ幅の部位を過酸化水素とアンモニアを含有
する水溶液によりエッチング後、現出するスジ状組織を
含む、断面において、該スジを含む近傍のＳｎ濃度の最
大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）が素材Ｓｎ
濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）に対して下式を満たす関係である
ことを特徴とする限界曲げ半径にて安定して良好な曲げ
加工性を有するりん青銅条 ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
（％）。 に関するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明で対象とするりん青銅はＣ
ｕにＳｎとＰを添加した銅合金で、ＪＩＳ規格のもので
は、４％〜８％のＳｎを含有する。 ＪＩＳ規格以外の
ものでは、４％以下の低すずりん青銅や、８％を超え
て、１０％のＳｎを含有するものも本発明の範囲であ
る。 さらにりん青銅にＳｎやＰ以外の元素たとえばＦ
ｅ、Ｎｉ、Ｚｎ等の添加元素を微量（たとえば合計で2
％以内）含有するものも、結晶は銅と錫とのマトリクス
であり同等の効果が得られる。

【０００７】市販のりん青銅条の断面を鏡面仕上げし、
過酸化水素水とアンモニアを含有する水溶液でエッチン
グすると金属組織が現出する。 結晶粒組織は、りん青
銅条の質別によっては、すなわち最終冷間圧延の加工度
により、等軸のものであったり圧延方向にのびていたり
あるいは板厚方向に圧縮されていたり、さらには加工度
が１５％程度以上になると次第に粒界が判別しにくくな
るが、いずれにしても均一な組織である。 観察面積を
増すと、この均一な結晶粒組織のなかに白色あるいは黒
色の不均一なスジがある頻度で出現する。スジの光学顕
微鏡像を第１図に示す。スジの部分は粒の識別が困難で
あったり粗大粒のようであったりする。 本発明者ら
は、曲げ加工において突発的に生じた不良品の金属組織
を詳細に調べた。その結果、曲げ加工の不良とこの白色
あるいは黒色の不均一なスジとの間に相関関係があるこ
とをみいだした。 さらに、この白色あるいは黒色の不
均一なスジが曲げ加工性にどのように影響するか、ま
た、どのようなものが曲げ加工に有害であるのか無害で
あるのかを解明すべく、鋭意研究をかさねた。 そし
て、本発明のりん青銅条を得た。鏡面仕上げした断面を
過酸化水素水とアンモニアを含有する水溶液でエッチン
グするのは、この腐食液はその他の腐食液に比べ、均一
な結晶粒組織の中に含まれる不均一な白色あるいは黒色
のスジが現出しやすいからである。 鏡面仕上げする断
面は、圧延直角方向断面すなわち板面に対し垂直であり
圧延方向に対し直角方向の断面とする。

【０００８】均一な結晶粒組織のなかにある頻度でみと
められる白色あるいは黒色の不均一なスジは、溶解鋳造
において生じたＳｎの偏析がその後の圧延と焼鈍で消滅
せずに残存し、錫濃度によって再結晶挙動が異ることか
ら金属組織の不均一となって現れたものである。 市販
のりん青銅は、地金を溶解し鋳塊を作製したのち、圧延
と焼鈍のみで加工し所定の板厚の製品を得ている。 そ
の製造工程には熱間鍛造や熱間圧延はふくまれないのが
一般的である。 熱間鍛造や熱間圧延をおこなわずに製
造されたりん青銅条には、白色あるいは黒色の不均一な
スジが、頻度や程度の差はあっても必ず存在する。 こ
のことから、この白色あるいは黒色の不均一なスジは、
りん青銅条の製造において不可避的に生じてしまう異常
組織であるととらえられる。 従来の曲げ加工において
はこのような白色あるいは黒色の不均一なスジが悪影響
をおよぼすことはなかった。 ところが、使用するりん
青銅の機械的強度を従来と同等あるいは従来より高強度
のものとし仕上げ寸法を従来より小さいものに設定する
過酷な曲げ加工においては、ある不特定の頻度でしわ、
肌荒れ、クラックといった不良が生じる。

【０００９】本発明では、りん青銅条の板面に対し、圧
延方向と垂直方向に断面を貫通するＳｎ濃度曲線におい
て、該Ｓｎ濃度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎ
ｍｉｎ）を求める。 また、りん青銅条の圧延方向と垂
直方向の断面に観察されるスジ状の組織において、該ス
ジを含む近傍のＳｎ濃度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小
値（Ｓｎｍｉｎ）を求める。 また、あわせて素材Ｓｎ
濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）を測定する。

【００１０】Ｓｎ濃度の測定はＥＰＭＡを用いる。 Ｅ
ＰＭＡをもちいるのはＥＰＭＡが微小部の成分を精度よ
く分析できるとともに広く一般に普及し汎用的に用いら
れている分析機器だからである。ＥＰＭＡ分析では、電
子線を局部に照射しその部分から発生する特性X線の強
度を計測する。 特性Ｘ線の強度はＳｎ濃度と直線的な
相関関係があるのでそれによりＳｎ濃度を知ることがで
きる。ＥＰＭＡの分析には、ポイント分析、ライン分
析、面分析、マッピング分析等の手法がある。 本発明
のＳｎ濃度曲線の測定では、ライン分析法を用いる。ラ
イン分析では、板面に対し垂直方向に断面を貫通する直
線上に電子線プローブを走査する。 また、断面に観察
されるスジ状の組織における該スジを含む近傍のＳｎ濃
度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）は、
スジ状組織を貫通するＳｎ濃度曲線より求める。 スジ
状組織を貫通するＳｎ濃度曲線は、均一な結晶粒組織領
域内を始点とし、それからスジ領域を横断し、そのあと
均一な結晶粒組織領域内で終点となる直線上について測
定する。

【００１１】素材Ｓｎ濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）は、ＥＰＭ
Ａの分析手法のひとつであるＺＡＦ法により測定する。
測定は金属組織が均一な結晶粒組織である部分につい
て行ない、１０μｍ以上離れた部位を20箇所測定し平均
値を求める。被測定部に照射する電子線のプローブ径は
測定機器の最小のもの、一般には０μｍで表示される
０．０１〜０．１μｍのものとする。 また、ライン分
析における測定点の間隔は１ミクロンとする。その他、
試料電流、加速電圧、分光結晶の種類、特性Ｘ線の種類
等の条件については、測定機器メーカーがＳｎの分析で
推奨するものを採用する。以上のＥＰＭＡの測定に関し
ては、技術的に特殊なものは不要で一般的に行われてい
る周知の技術のみで十分である。

【００１２】第２図にＳｎ濃度曲線の測定事例を示す。
グラフの横軸は板面に対し垂直方向の位置、縦軸はＳ
ｎ濃度を示している。 グラフ１は板厚が０．４ｍｍの
りん青銅、グラフ２は板厚が０．３ｍｍのりん青銅であ
る。 りん青銅の種類は、ＪＩＳ記号でＣ５１９１の合
金である。 グラフには、Ｓｎ濃度の最大値（Ｓｎｍａ
ｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）が表示されている。本発明
においては、Ｓｎ濃度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値
（Ｓｎｍｉｎ）との差を規定する。 この差は、偏析の
程度であり、曲げ性に関して言えば、低いほど良い。
しかしながら、偏析を解消するには均質化焼鈍を十分に
行う必要があり、特に偏析の程度が小さくなったものを
さらにゼロに近づけるためには、多大な熱量を付加する
必要がる。 これは、コストおよび時間を膨大に消費す
ることから、好ましくない。

【００１３】上記の点を考慮し、Ｓｎ濃度の最大値（Ｓ
ｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）が素材Ｓｎ濃度（Ｓ
ｎｂｕｌｋ）に対して下式を満たす関係であることを規
定する。 ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
（％）。 ここで、上限を４０％とするのは、４０％を超えると、
曲げ加工性が劣化するからである。下限を５％とするの
は、５％未満にまで偏析のレベルを低減しても曲げ加工
性の向上が比較的少なく、また偏析解消のための均質化
焼鈍に多大な時間とコストを要するからである。上記規
定の上限である４０％をこえるスジは、母材との整合性
が低下している。 また、スジ部分の変形機能や変形挙
動は母材部分と異なる。 そのため、曲げ加工による塑
性変形で、スジ部分は母材の変形に追随できない。 あ
るいは、スジ部分は母材部分と異なる変形挙動をとる。
その結果、スジ部分と母材部分の境界で不連続な変形
が生じ、それを起点にしわ、肌荒れ、クラックが生じ
る。これは、材料内部に亀裂があったり非金属介在物の
連鎖したものがあったりした場合に曲げ加工で生じる、
肌荒れ、クラックと類似したメカニズムである。

【００１４】

【実施例】表１に示したＪＩＳ規格のりん青銅を、大気
中にて木炭被覆し溶解したのち鋳造し、１２０ｍｍ^ｗ×
４０ｍｍ^ｔ×１５０ｍｍ^ｌの寸法の鋳塊を得た。 この
鋳塊を７５％Ｎ_２＋２５％Ｈ_２雰囲気中にて６００℃〜
８００℃で０．５時間〜３時間均質化焼鈍し、表面の錫
偏析層をグラインダーで研摩除去し成分を分析した。そ
の後冷間圧延と再結晶焼鈍を必要に応じて複数回繰り返
して、０．２ｍｍ厚さの板とし製品とした。 そして、
製品の金属組織を観察し結晶粒度およびＳｎ濃度を測定
した。 また、曲げ性の評価として曲げ試験を行った。

【００１５】

【表１】

【００１６】金属組織の観察では、まず圧延直角方向断
面を鏡面仕上げした。 鏡面仕上げした断面について、
アンモニアと過酸化水素水を含有する水溶液にて金属組
織を現出させた。 水溶液は、市販の２８％アンモニア
水２０ｃｃ、市販の３４．５％過酸化水素を体積比で１
０倍に希釈した水溶液１０ｃｃ、水２０ｃｃを混合した
ものを用いた。金属組織は光学顕微鏡にて観察した。
倍率は１５０倍とし、観察面積は板厚０．２ｍｍ×幅１
００ｍｍの領域とした。 そして、白色あるいは黒色の
不均一なスジ状の組織を確認した。 また、日本工業規
格ＪＩＳ Ｈ ０５０１：１９８６伸銅品結晶粒度試験
法に準拠し、結晶粒度を測定した。Ｓｎの濃度曲線はＥ
ＰＭＡのライン分析法により測定した。 ライン分析で
は、板面に対し垂直方向の直線上に電子線プローブを走
査した。電子線のプローブ径は測定機器の最小のもの
（公称０μｍ）とした。 また、測定間隔は１μｍとし
た。

【００１７】黒色あるいは白色の不均一なスジ状組織を
貫通するＳｎ濃度曲線は、均一な結晶粒組織領域内を始
点とし、それからスジ領域を横断し、そのあと均一な結
晶粒組織領域内で終点となる直線上について測定した。
測定されたＳｎ濃度曲線より、Ｓｎ濃度の最大値（Ｓ
ｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）を求めた。 また、
素材Ｓｎ濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）を、ＥＰＭＡの分析手法
のひとつであるＺＡＦ法により測定した。 素材Ｓｎ濃
度（Ｓｎｂｕｌｋ）の測定は金属組織が均一な結晶粒組
織である部分について行ない、１０μｍ以上離れた部位
を２０箇所測定し平均値を求めた。 スジのなかった試
料断面については、試料断面をマッピングによりＳｎ濃
度の分布を求め、Ｓｎ濃度が最高の部位を含み、板面に
対し垂直方向に断面を貫通する直線上、及びＳｎ濃度が
最低の部位を含み板面に対し垂直方向に断面を貫通する
直線上をライン分析し、各ラインにてＳｎｍａｘ、Ｓｎ
ｍｉｎ、Ｓｎｂｕｌｋを求め、値の大きい方を表に記し
た。

【００１８】曲げ試験はＷ曲げ試験を行った。 Ｗ曲げ
試験の手順は、日本伸銅協会技術標準ＪＢＭＡ Ｔ３０
７：１９９９に準拠した。試験は圧延方向と直角方向に
１０ｍｍ^ｗ×１００ｍｍ^ｌの試験片を採取し、Ｂａｄ
Ｗａｙの方向に曲げた（曲げ軸が圧延方向と平行方
向）。試験は１００本の試験片について行い不良率を求
めた。 なお、試験片の曲げ軸は、１００ｍｍ長さ中、
Ｗ曲げ試験が可能であるランダムな位置とした。 不良
と良好の判定は、曲げ部に割れの生じたものを不良、し
わの生じたものやしわの生じなかったものを良好とし
た。

【００１９】表１において本発明はいずれも曲げの不良
率が０％である。 スジ状の組織が観察されたＮｏ．
３、６、９においても、不良率は０％であった。 これ
に対し比較例は、白色あるいは黒色の不均一なスジをふ
くむ領域のＳｎ濃度の最大値と最小値の差を母材Ｓｎ濃
度で割った値が本発明の規定をこえている。 そして、
曲げ試験において数パーセントから十数パーセント程度
の不良が発生した。

【００２０】

【発明の効果】本発明のりん青銅条は従来のものに比べ
限界の曲げ半径にて曲げ加工性を行う際、安定して優れ
た曲げ加工性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】断面に観察されるスジ状組織の観察事例であ
る。

【図２】断面を貫通するＳｎ濃度曲線の測定事例であ
る。

【符号の説明】

１：白色のスジ ２：１の近傍の健全部 ３：黒色のスジ ４：３の近傍の健全部 ５：断面全域に発生したスジ ６：５の近傍の健全部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】りん青銅条の板面に対し、圧延方向と垂直
   方向に断面を貫通するＳｎ濃度曲線において、該Ｓｎ濃
   度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）が素
   材Ｓｎ濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）に対して下式を満たす関係
   であることを特徴とする限界曲げ半径にて安定して良好
   な曲げ加工性を有するりん青銅条 ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
   （％）。
2. 【請求項２】りん青銅条の圧延方向と垂直方向の断面に
   観察されるスジ状の組織において、該スジを含む近傍の
   Ｓｎ濃度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉ
   ｎ）が素材Ｓｎ濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）に対して下式を満
   たす関係であることを特徴とする限界曲げ半径にて安定
   して良好な曲げ加工性を有するりん青銅条 ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
   （％）。
3. 【請求項３】りん青銅の圧延方向と垂直方向の断面を過
   酸化水素とアンモニアを含有する水溶液によりエッチン
   グ後、現出するスジ状組織を含む断面において、該スジ
   を含む近傍のＳｎ濃度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値
   （Ｓｎｍｉｎ）が素材Ｓｎ濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）に対し
   て下式を満たす関係であることを特徴とする限界曲げ半
   径にて安定して良好な曲げ加工性を有するりん青銅条 ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
   （％）。
4. 【請求項４】りん青銅の圧延方向と垂直方向の断面であ
   る厚さ×１００ｍｍ幅の部位を過酸化水素とアンモニア
   を含有する水溶液によりエッチング後、現出するスジ状
   組織を含む、断面において、該スジを含む近傍のＳｎ濃
   度の最大値（Ｓｎｍａｘ）と最小値（Ｓｎｍｉｎ）が素
   材Ｓｎ濃度（Ｓｎｂｕｌｋ）に対して下式を満たす関係
   であることを特徴とする限界曲げ半径にて安定して良好
   な曲げ加工性を有するりん青銅条 ５≦（Ｓｎｍａｘ−Ｓｎｍｉｎ）／Ｓｎｂｕｌｋ≦４０
   （％）。