JP2007270300A - Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系銅合金およびその製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気・電子機器のコネクタ部品に必要な導電性、強度、曲げ加工性、耐応力緩和特性、疲労特性等の基本的素材特性を具備した銅合金板材において、ばね特性および表面性状の改善されたものを提供すること、およびコイル内の特性バラツキが小さい銅合金板材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｎｉ：０.５〜１.５％、Ｓｎ：１.２〜２.２％、Ｐ：０.０３〜０.１５％、残部が実質的にＣｕからなる組成を有し、圧延方向に直角方向（ＴＤ）のばね限界値が５５０Ｎ／ｍｍ²以上、圧延方向に直角方向（ＴＤ）のたわみ係数が１１０〜１３０ｋＮ／ｍｍ²、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である銅合金板材。これにより、オス−メス端子間の接触性等の信頼性が向上する。
【選択図】なし

Description

本発明は、コネクタ、スイッチ、リレー等の通電部品に適した銅合金材料およびその製造法に関する。

近年のエレクトロニクスの発達により、電気・電子機器の電気配線は複雑化・高集積化が進み、コネクタ等の通電部品には小型化、軽量化、高信頼性化、低コスト化の要求が高まっている。それに伴いコネクタ等の部品に使用される素材は、従来にも増して薄肉化され、かつ複雑な形状にプレス成形されるようになっている。このため素材特性としては強度（引張強さ、０.２％耐力）、曲げ加工性、導電性およびプレス成形性のすべてが良好でなければならない。

これらの各特性を比較的バランス良く実現しやすい素材としてＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系銅合金が挙げられる。この合金はＮｉ−Ｐ系の析出物を微細分散させることで各種特性の改善を図ることができ、これまでに電気・電子部品用に適したものが種々開発されている（特許文献１〜８）。

特開平４−１５４９４２号公報 特開平４−２３６７３６号公報 特開平１０−２２６８３５号公報 特開２０００−１２９３７７号公報 特開２０００−２５６８１４号公報 特開２００１−２６２２５５号公報 特開２００１−２６２２９７号公報 特開２００２−２９４３６８号公報

昨今では、通電部品の薄肉化・小型化の要求に加え、信頼性に対する要求が一段と厳しいものになってきた。その１つとして、メス端子とオス端子を接続した際の、両者間における「接圧」が十分に確保されることが重要視される。接圧の確保にはばね特性の向上が必要になる。

また、オス端子挿入時のわずかな変位量の違いによって接触部に加わる接圧が大きく変動する場合がある。このような接圧変動を抑制して、安定した接触性を再現性良く実現するためには、特にメス端子ばね部を構成する素材として表面性状が良好にコントロールされたものを使用することが重要となる。すなわち、メス端子ばね部には、光沢ムラや、ヘリングボーン、中伸び、耳伸び形状等に起因する表面形状不良のない銅合金板材を使用することが重要となる。

さらに、常に一定範囲の接触性を安定して得るためには、部品間における品質のバラツキが小さいことが要求される。そのためには、時効処理や冷間圧延を組み合わせて銅合金板材を製造するに際して、そのコイル内（内側・外側）における特性のバラツキができるだけ低減されるように製造工程を工夫する必要がある。

本発明は、オス−メス端子間の接触性等の信頼性向上を図るべく、電気・電子機器のコネクタ部品に必要な導電性、強度、曲げ加工性、耐応力緩和特性、疲労特性等の基本的素材特性を具備した銅合金板材において、ばね特性および表面性状の改善されたものを提供すること、およびコイル内（内側・外側）の特性バラツキが小さい銅合金板材を得るための製造技術を提供することを目的とする。

発明者らは詳細な研究の結果、オス−メス端子間の接圧を向上させる上で、特に圧延方向に直角方向（ＴＤ）のばね限界値を高めることが極めて有効であることを見出した。ＴＤのたわみ係数を一定範囲にコントロールすることも有効である。また、板材製品の表面性状を向上させるには、仕上冷間圧延時に付与する前方圧延張力を高めに設定することが極めて有効であることがわかった。さらに、コイル内の特性バラツキを抑えるためには、従来一般的な溶体化処理と時効処理とを組み合わせた製造工程を採用するのではなく、バッチ式焼鈍炉による時効処理と高温短時間の仕上前焼鈍とを組み合わせた製造工程とすることが有効であることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。

すなわち本発明では、質量％で、Ｎｉ：０.５〜１.５％、Ｓｎ：１.２〜２.２％、Ｐ：０.０３〜０.１５％、残部が実質的にＣｕからなる組成を有し、圧延方向に直角方向（ＴＤ）のばね限界値が５５０Ｎ／ｍｍ²以上、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であり、あるいはさらにＴＤのたわみ係数が１１０〜１３０ｋＮ／ｍｍ²である銅合金板材が提供される。

ここで、「残部が実質的にＣｕからなる」とは、本発明の効果を阻害しない範囲で上記以外の元素の混入が許容されることを意味し、「残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる」場合が含まれる。ＴＤのばね限界値は、ＪＩＳ Ｈ３１３０に準拠したばね限界値の測定において、板または条の圧延方向に対し直角方向（ＴＤ）に取った試験片を使用することによって求められる。

ＴＤのたわみ係数は、ＴＤを長手方向とする幅１０ｍｍの短冊状試験片について、片持ちはり方式にて弾性域内で荷重をかけたときのたわみ量から求められる。すなわち、試験片の板厚をｔ（ｍｍ）とするとき、セット長Ｌ＝１００×ｔ（ｍｍ）となるように一端側を固定し、他端に１５ｇ程度のおもりを吊り下げ、おもりによって生じたたわみ量を測定する。そして、下記（２）式によってたわみ係数が算出される。
たわみ係数Ｅ（ｋＮ／ｍｍ²）＝ａ×４×Ｗ／ｂ×Ｌ／ｔ×１／ｆ ……（２）
ただし、
ａ：単位の換算係数、ａ＝９.８×１０^-3
Ｗ：おもりの質量（ｋｇ）
ｂ：板幅（ｍｍ）、ここではｂ＝１０ｍｍ
ｔ：板厚（ｍｍ）
Ｌ：測定長さ（セット長）（ｍｍ）、ここではＬ＝１００×ｔ
ｆ：たわみ量（ｍｍ）

このような優れたばね特性を有する銅合金板材であって、特に表面性状に優れたものを得るための手法として、成分調整された銅合金の熱間圧延材に対し、「冷間圧延→中間焼鈍」の工程を１回以上行い、その後「冷間圧延→仕上前焼鈍→仕上冷間圧延→低温焼鈍」の工程を行う銅合金板材の製造法において、前記中間焼鈍の少なくとも１回では材料を４５０〜５８０℃で０.５〜１０ｈ保持することによりＮｉ−Ｐ系析出物を生成させる時効処理を施し、仕上前焼鈍では連続焼鈍炉を用いて材料を６００〜７５０℃で１０〜９０ｓｅｃ加熱する処理を施し、仕上冷間圧延では少なくとも最終パスでの前方圧延張力Ｔ_F（Ｎ／ｍｍ²）を下記（１）式の範囲とし、低温焼鈍では材料を３００〜４００℃に加熱する処理を施す銅合金板材の製造法が提供される。
Ｔ_F≧０.３×Ａ_0.2 ……（１）
ただし、Ａ_0.2は当該前方圧延張力が付与されている材料における圧延方向の０.２％耐力（Ｎ／ｍｍ²）である。
この製造法では、コイル内の特性バラツキも低減される。

ここで、Ｎｉ−Ｐ系析出物は、ＮｉとＰの化合物を主体とする析出物である。仕上冷間圧延における前方圧延張力Ｔ_F（Ｎ／ｍｍ²）は、ワークロールと巻き取りリールの間で材料の板に作用させる引張荷重を板の単位断面積で除した値（応力）に相当するものである。

前記中間焼鈍においては材料を７００℃以上に加熱する熱処理を行わない手法が採用される。すなわち、例えば時効処理前に、高温に加熱したのち急冷する一般的な「溶体化処理」は行わない。

本発明によれば、本来、通電部品に適した導電性、強度、曲げ加工性、耐応力緩和特性、疲労特性等の基本的素材特性を有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系銅合金において、ＴＤのばね特性を改善した板材が提供された。メス端子のばね部材や、オス端子は、少しでも高い接圧を確保する等のため、銅合金板材からＴＤが長手方向になるようにプレス抜きした材料を加工して製造されることが多い。本発明は、これらの部品の性能向上をもたらすものである。また、表面の光沢ムラやヘリングボーン、表面形状不良が抑制された板材が提供可能になり、コイル間の特性バラツキも低減できたことから、接圧の変動が少ない、より信頼性の高い通電部品を得ることができる。

〔化学組成〕
本発明では、通電部品に要求される各特性をバランス良く具備させやすいＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系銅合金を採用するが、特にＳｎ含有量を高めに設定するなど、強度、弾性の向上に配慮した成分設計を採用する。以下、各成分元素について説明する。

Ｎｉは、Ｃｕマトリクス中に固溶して、母材の強度、弾性、耐熱性、耐応力緩和特性、耐マイグレーション性の向上に寄与する元素である。さらに、Ｐとの化合物を形成して導電性の向上にも寄与する。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金において、これらの各作用は、Ｎｉ含有量範囲が概ね３質量％以下の範囲で十分発揮されると考えられていた。しかし発明者らの最近の研究によると、「導電性」に関してはＮｉ含有量レンジを低めにした場合に顕著に向上することが明らかになった。

Ｎｉの添加効果を十分に発揮させるためには、０.５質量％以上のＮｉ含有が必要である。ただし、１.５質量％を超えると導電性向上の効果が薄くなり、３０％ＩＡＣＳ以上の導電率を安定して実現するのが難しくなる。このため本発明ではＮｉ含有量を０.５〜１.５質量％に規定するが、０.５〜１.５質量％未満とすることがより好ましい。Ｎｉ含有量のより好ましい上限は１.２質量％、さらに好ましい上限は１.０質量％である。

Ｓｎは、母材のマトリックス中に固溶して強度、弾性および耐食性を向上させる元素である。特に機械的特性と曲げ加工性のバランスを向上させるためにはＳｎ量を増やし固溶硬化させることでより一層の加工硬化が期待できる。Ｓｎ含有量が１.２質量％未満では特に強度、弾性の向上が十分に達成できない。一方、２.２質量％を超えると前記効果は徐々に飽和し、不経済となる。熱間圧延性についても問題が生じる。したがって、Ｓｎ含有量は１.２〜２.２質量％に規定する。

Ｐは、溶湯の脱酸剤として機能するとともに、Ｎｉとの化合物を分散析出させることにより、電気伝導性を向上させ、かつ引張強さ、弾性、耐応力緩和特性を向上させる。Ｐ含有量が０.０１質量％未満ではこれらの効果は十分に得られない。しかし、０.１５質量％を超えるとＮｉ共存下でも熱間圧延性、電気伝導性、加工性、はんだ耐候性の低下が顕著となり、さらに耐マイグレーション性の低下を招く。したがって、Ｐ含有量は０.０１〜０.１５質量％に規定する。

その他、原料等から混入するＺｎは０.２質量％程度の含有量まで許容される。Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｉｎ等の元素は合計０.１質量％程度まで許容される。

〔材料特性〕
通電部品の代表的な用途であるコネクタにおいては、挿入時の応力負荷や曲げに対して座屈や変形が生じない強度が必要であり、さらに電線の加締め、保持に対する強度も必要である。そのためには圧延方向（ＬＤ）の０.２％耐力が５５０Ｎ／ｍｍ²以上であることが望まれる。５８０Ｎ／ｍｍ²以上であることがより好ましく、６００Ｎ／ｍｍ²以上が一層好ましい。

ばね限界値に関しては、本発明の銅合金板材は、特に圧延方向に対し直角方向（ＴＤ）のばね限界値が５５０Ｎ／ｍｍ²以上であることを特徴とする。このような板材から例えばメス端子のばね部材を作った場合、オス−メス端子間の接圧レベルを顕著に向上させることができる。ＴＤのばね限界値は５８０Ｎ／ｍｍ²以上であることがより好ましく、６００Ｎ／ｍｍ²以上が一層好ましい。なお、圧延方向（ＬＤ）のばね限界値は少なくとも４５０Ｎ／ｍｍ²以上を満たしている必要があるが、後述の製造法に従う限り、ＴＤのばね限界値を５５０Ｎ／ｍｍ²以上にコントロールしたものではＬＤのばね限界値は４５０Ｎ／ｍｍ²以上となる。

また、ＴＤのたわみ係数は１１０〜１３０ｋＮ／ｍｍ²に調整されていることが望ましい。たわみ係数が小さすぎると薄肉化された部品においてオス−メス端子間の接圧レベルを十分に確保するための設計が難しくなる。逆にたわみ係数が大きすぎると適度な挿入力を有する部品の設計が難しくなる。ＴＤのたわみ係数は１２０±５ｋＮ／ｍｍ²の範囲に調整されていることがより好ましい。

導電性については、特に厚さが薄い通電部品における通電時のジュール熱発生を十分抑えるために、３０％ＩＡＣＳ以上の導電率を確保する必要がある。３３％ＩＡＣＳ以上とすることがより好ましく、３６％ＩＡＣＳ以上がより一層好ましい。

コネクタ等の部品の小型化によりプレス成形性の要求も厳しくなり、例えば、ＪＢＭＡ Ｔ３０７（日本伸銅協会規格）に準じたＷ曲げ試験方法に準拠して、曲げ軸が圧延方向に対し直角方向（ＧＷ）および平行方向（ＢＷ）となる曲げ試験をそれぞれ実施したとき、ＧＷ、ＢＷとも最大曲げ半径ＭＢＲ／ｔ（ｔは板厚）が１以下を満足するような加工性が求められる。

さらに、耐応力腐食割れ性に優れていることが望まれ、またメス端子に至っては熱的負荷が加わることから耐応力緩和特性に優れることも重要となる。具体的には、応力腐食割れ寿命は従来の黄銅１種の３倍以上、応力緩和率は１５０℃×１０００時間の緩和率が黄銅１種の約半分である２５％以下であることが望ましい。なお、応力緩和率は、ＥＭＡＳ−１０１１（日本電子材料工業会標準規格）の両端支持式に準拠し、圧延方向に平行方向および直角方向の試料を用い、試料表面応力が４００Ｎ/ｍｍ²となるようにアーチ曲げした状態で固定し、１５０℃の恒温槽中で１０００ｈ保持し、曲げぐせを測定し、下記の式で求めることができる。
応力緩和率（％）＝［Ｈ_t／Ｈ₀］×１００
ただし Ｈ₀：４００Ｎ/ｍｍ²の曲げ応力を与えた際の試料高さ（ｍｍ）
Ｈ_t：応力を除去した状態での試料高さ（ｍｍ）

〔表面性状〕
オス−メス端子間での安定した接触性を確保するには、上記のようにＴＤのばね限界値を高めることに加え、表面性状を良好にすることも重要となる。
表面性状の１つとして、光沢ムラやヘリングボーンが挙げられる。これは、冷間圧延で材料の加工硬化に応じて適切な圧延張力が得られない場合、ワークロールと材料間の噛み込み角に差が生じることで発生すると考えられ、光沢ムラやヘリングボーンが認められる材料では板厚や板形状に微妙な変動が生じていることによって、それを端子部品に加工した際には安定した接触性が得られない場合がある。したがって、目視によって光沢ムラやヘリングボーンの認められない板材であることが望まれる。

その他、中伸び、耳伸びといった表面の形状不良も生じていないことが望ましい。このような表面の形状不良は、製品切断時やプレス加工時に寸法精度に悪影響を及ぼす。またこの形状不良は板厚が薄くなる仕上冷間圧延にて生じやすく、その後に低温焼鈍を行う際に炉内擦り傷の発生原因になる。表面に擦り傷が付くと、それを加工した端子部品では接触性に悪影響が生じる。

〔製造法〕
前記のような特性を有する銅合金材料は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、前述の組成を有する銅合金を溶製し、通常の手法で熱間圧延して中間製品である銅合金板材を得る。これに「冷間圧延→中間焼鈍」の工程を１回以上行って、Ｎｉ−Ｐ系析出物が十分に生成・分散した組織様態の焼鈍材を作る。その後、「冷間圧延→仕上前焼鈍」の工程において、仕上前焼鈍を比較的高温・短時間で行う。次いで「仕上冷間圧延」の工程では、前方圧延張力、あるいはさらに後方圧延張力を高めに設定して冷間圧延を行い、例えば０.５ｍｍ以下、あるいは０.２５ｍｍ以下、更には０.１ｍｍ以下といった所望のゲージの薄板を作製する。その後、適切な条件で「低温焼鈍」を行う。なお、各焼鈍後には一般的な研磨や酸洗工程が適宜挿入される。
以下、工程上、特徴的な部分について説明する。

本発明では熱延後の「冷間圧延→中間焼鈍」において、Ｎｉ−Ｐの析出と再結晶を促進させるために４５０〜５８０℃で０.５〜１０ｈ好ましくは１〜８ｈ保持する焼鈍（時効処理）を行う。Ｓｎを前記範囲で含有する本系の銅合金では、導電率がピークとなる温度域は４５０℃前後である。種々検討の結果、保持温度を４５０℃未満とすると時効に長時間を有し、また再結晶化も十分に促進されない場合があるので、時効処理での保持温度は４５０℃以上とする。一方、保持温度が高すぎると導電性向上効果が得られにくく、また過時効になる恐れがあるので上限は５８０℃とする。また、冷却過程において４５０℃付近の領域を十分時間をかけて通過させることが効果的である。このため、当該時効処理の焼鈍はバッチ式焼鈍炉を用いて行うことになる。冷却過程では４５０〜３００℃に温度域を１.５℃／ｍｉｎ以下で冷却することが望ましい。この焼鈍前の冷間圧延率は概ね４０〜９０％程度とすればよい。この時効処理後において、最終的に３０％ＩＡＣＳ以上の導電率を確保するのに十分な量の析出物を生成させることができる。

前記「冷間圧延→中間焼鈍」の工程は２回以上行うことができるが、その場合は、少なくとも１回、いずれかの中間焼鈍において上記の時効処理を行う。ただし、それより後の中間焼鈍においては、Ｎｉ−Ｐ系析出物が微細分散した析出形態が維持されるように、７００℃以上の加熱を避けるべきである。また、時効処理前に７００℃以上の高温に保持する「溶体化処理」を施す必要はない。したがって本発明では、熱間圧延時の加熱と、後述の仕上前焼鈍を除き、材料を７００℃以上に加熱する熱処理は採用しない。

時効処理後には概ね４０％以上の冷間圧延を施し、その後、仕上前焼鈍（すなわち仕上冷間圧延前に行う焼鈍）に供する。仕上前焼鈍は、材料を再結晶化させることと、バッチ式焼鈍炉での時効処理によって生じたコイル内（内側・外側）の特性バラツキを消失させることを主目的とするものであり、時効析出を狙うものではない。本発明では、特性バラツキの消失を図るために、仕上前焼鈍を連続熱処理炉によって行う。仕上前焼鈍では材料を６００〜７５０℃で１０〜９０ｓｅｃ好ましくは１０〜６０ｓｅｃ保持する。できれば、６５０℃超え〜７００℃の高温域に保持することが望ましい。高温加熱により短時間で再結晶化が進む。また、コイル内における材料特性の均一化を図る上ででも有利となる。ただし、加熱温度が７５０℃を超えると過時効が進む恐れがある。また加熱時間は上記範囲の短時間としなければ、析出物の分散形態が維持されない場合があるので注意を要する。冷却過程では通常の連続熱処理での冷却条件が採用できる。例えば６００〜３００℃の温度域を平均冷却速度５０℃／ｓｅｃ以上で冷却すれば良好な結果が得られる。なお、仕上前焼鈍に供する材料の加工率が低すぎると短時間での再結晶化が進行しにくいので、仕上前焼鈍の前には上記のように４０％以上の冷間加工率で冷間圧延することが望ましい。その冷間加工率の上限は特に規定する必要はないが、通常８５％以下の加工率にて良好な結果が得られる。

仕上冷間圧延では３０％以上の冷間加工率を確保することが望ましい。これより加工率が低いとＴＤのばね限界値を十分に向上させることが難しくなる。好ましい仕上冷間圧延率は３０〜９０％である。本発明の銅合金ではＳｎ、Ｐを含有しており、特にＳｎ含有量が高めであることから、冷間圧延時の変形抵抗が増大する。仕上冷間圧延にて板厚が薄くなってくると、変形抵抗が高い場合には光沢ムラ、ヘリングボーン、中伸び等、表面性状に関わる形状不良が生じやすくなるので注意を要する。種々検討の結果、このような形状不良は、仕上冷間圧延に際し、前方圧延張力を従来一般的な仕上圧延に比べ２倍程度に増大させることにより顕著に抑止できることが明らかになった。具体的には、仕上冷間圧延の少なくとも最終パスでは、前方圧延張力Ｔ_F（Ｎ／ｍｍ²）を、その時点の材料におけるＬＤの０.２％耐力Ａ_0.2（Ｎ／ｍｍ²）に対し、３０％以上とすることにより、前記のような表面性状に関わる形状不良の発生が防止できる。すなわち、下記（１）式を満たすような条件で仕上冷間圧延を行うことが重要である。（１）’式を満たす条件とすることが一層好ましい。
Ｔ_F≧０.３×Ａ_0.2 ……（１）
０.４×Ａ_0.2≧Ｔ_F≧０.３×Ａ_0.2 ……（１）’

ここでいう０.２％耐力Ａ_0.2は、当該圧延パスを終えた材料、すなわち、現に巻き取りリールとワークロールの間で前方圧延張力Ｔ_Fが付与されている材料におけるＬＤの０.２％耐力である。各パス終了直後のＡ_0.2の値は、予め当該組成の合金について実験で求められている圧延加工率と０.２％耐力の関係を表す加工硬化曲線に基づいて定めることができる。仕上冷間圧延において表面性状に関わる形状不良が生じるのはほとんどの場合最終パスあるいはその直前のパスである。最終パスにおいて（１）式を満たすように前方圧延張力を付与すれば、通常、それ以前のパスで生じた形状不良も矯正され、良好な表面性状を有する板材に仕上げることができる。なお、最終パスより前の圧延パスにおいても、特に後半のパスでは（１）式を満たすように工程管理することがより望ましい。実際には、最終パスより前のパスでは、一般的な条件で初めの数ｍについて「試し圧延」を行って形状不良の発生有無を確認し、形状不良が発生した場合に（１）式による前方圧延張力の制御に切り替える方法を採用することが効果的である。

また、仕上冷間圧延での後方圧延張力Ｔ_R（Ｎ／ｍｍ²）についても通常より概ね２倍程度増大させることが望ましい。すなわち上記（１）式に加え、さらに下記（３）式を満たす条件で仕上冷間圧延を行うことが望ましく、（３）’式を満たすようにすることが一層好ましい。
０.７×Ｔ_F≦Ｔ_R≦０.９５×Ｔ_F ……（３）
０.８×Ｔ_F≦Ｔ_R≦０.９×Ｔ_F ……（３）’

板厚が０.４ｍｍ以下、あるいはさらに０.２ｍｍ以下の薄材の場合、板厚精度の確保にも注意が必要である。上記（１）式あるいはさらに（３）式を満たす条件で仕上冷間圧延を行うことは板厚精度を向上させる上でも極めて効果的である。

なお、このような前方圧延張力、あるいはさらに後方圧延張力の増大によって形状不良の発生が顕著に抑止されるのは、前工程での仕上前焼鈍によってコイル内の特性が均一化されていることが大きく効いているものと考えられる。すなわち、「高温・短時間の仕上前焼鈍」と、「前方圧延張力あるいはさらに後方圧延張力を制御する仕上冷間圧延」との組み合わせによって、優れた表面性状が安定して実現できるのである。仕上前焼鈍をバッチ式焼鈍炉で行って得られた材料や、時効処理を仕上前焼鈍において実施した材料に対して上記条件の仕上冷間圧延を施しても、本発明のような大きな効果は期待できない。

仕上冷間圧延後には、材料を低温焼鈍して板材製品に仕上げる。低温焼鈍は、ＴＤのばね限界値を高め、また、ＴＤのたわみ係数を前記所定の範囲にコントロールするために重要な工程である。低温焼鈍の加熱温度は３００〜４００℃の範囲とすることが必要である。その温度範囲における材料の保持時間は５〜６０ｓｅｃ程度とすることが望ましく、８〜３０ｓｅｃとすることが一層好ましい。この低温焼鈍も、連続焼鈍炉にて実施される。冷却速度については特に制限はない。

〔表面処理〕
以上のようにして得られた銅合金板材には、必要に応じてＳｎめっき仕上とすることができる。例えば、下地めっきとして厚さ０.３〜２.０μｍのＣｕめっき層を形成し、その上に厚さ０.５〜５.０μｍのＳｎめっき層を形成すると、コネクタ等において一層高い耐久性が得られる。このようなめっきを施した場合は、後処理として、１００〜２００℃の温度範囲で材料を加熱することが望ましい。この熱処理によってばね限界値が向上し、また、曲げ加工部での硬化が大きくなるのでコネクタ材料として一層有利となる。

なお、合金の原料としてＳｎめっき層を有する材料のプレス打ち抜き屑を使用する場合は、予め溶解前に当該屑を大気中または不活性ガス雰囲気中で３００〜６００℃、０.５〜２４ｈ保持する熱処理に供しておくことが望ましい。

表１に示す組成の銅合金を溶解、鋳造し、５００×１８０×４０００ｍｍの鋳片を得た。得られた各鋳片を一部の合金を除き熱間圧延して板厚１０ｍｍとし、面削後、冷間圧延して板厚２.５〜３.５ｍｍとした。その後、一部の合金を除きバッチ式焼鈍炉において５５０℃×６ｈ保持する焼鈍（時効処理）に供した。その保持温度から少なくとも３００℃までを概ね１.５℃／ｍｉｎ以下の冷却速度で徐冷した。次いで冷間圧延により板厚０.５〜１.０ｍｍとしたのち、一部の合金を除き連続焼鈍炉において７００℃×１０〜５０ｓｅｃ保持、水冷の条件で仕上前焼鈍を施した。その後、仕上冷間圧延にて板厚０.１５〜０.４０ｍｍの板材とした。仕上冷間圧延では、予め実験で得られている圧延加工率と０.２％耐力の関係を表す加工硬化曲線に基づいて、最終パスでの前方圧延張力Ｔ_Fおよび後方圧延張力Ｔ_Rを表１に記載の範囲となるようにコントロールした。仕上冷間圧延後には３００〜４００℃で低温焼鈍を施した。各製造条件を表１に記載した。

得られた低温焼鈍後の板材（供試材）について、コイル長手方向の外側付近の切り板について板幅方向中央付近のサンプルを採取し、導電率、硬さ、引張強さ、０.２％耐力、たわみ係数、ばね限界値、曲げ加工性を調査した。また、そのコイル長手方向の外側付近の切り板およびコイル長手方向内側付近の切り板（すなわち巻かれた状態における両端から採取した切り板）について、板幅方向の両端部からそれぞれ５０ｍｍ位置、１５０ｍｍ位置、および中央位置からサンプルを採取してＬＤの引張試験片を作り（各切り板毎に５本、合計１０本）、これらの試験片について引張強さを測定することにより引張強さのコイル内バラツキを調べた。また、一部の供試材からＴＤのメス端子を作製し、オス−メス端子間に生じる接圧を調べた。さらに、各供試材のコイルについて、表面の光沢ムラ、ヘリングボーン、表面欠陥の有無を調べた。

導電率は、ＪＩＳ Ｈ０５０５に基づいて測定した。
硬さは、マイクロビッカース硬度計を用いて表面の硬さを測定することにより求めた。
引張強さおよび０.２％耐力は、ＪＩＳ Ｚ２２０１に規定される５号試験片（ＬＤ）を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づいて測定した。
たわみ係数は、長手方向がＴＤとなる６０×１０ｍｍの試験片を用いて前述の片持ちはり方式のたわみ試験を実施し、前記（２）式により求めた。
ばね限界値は、ＪＩＳ Ｈ３１３０に準拠した方法によりＴＤの値を求めた。なお、ＬＤについてもばね限界値を測定したが、いずれの供試材についても４５０Ｎ／ｍｍ²以上の値が得られたことを確認している。

曲げ加工性は、ＧＷ、ＢＷについて前述のＷ曲げ試験を実施してＭＢＲ／ｔを求め、ＧＷ、ＢＷともＭＢＲ／ｔが１以下であったものを○（良好）、それ以外の場合を×（不良）と評価した。
コイル内における引張強さのバラツキは、前記計１０本の試験片による引張強さの最大値と最小値の差が１０Ｎ／ｍｍ²以下であったものを○（良好）、１０Ｎ／ｍｍ²を超えたものを×（不良）と評価した。

オス−メス端子間に生じる接圧は、当該供試材を用いて製造されたＵ字曲げ加工部を持つ一定形状のメス端子に対してオス端子型の部品をＵ字の片側から押込み、そのときにメス端子のＵ字曲げ加工部の弾性力によって生じる接触荷重（Ｎ）を測定することにより調べた。従来のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系銅合金では、この試験方法において９.０Ｎ程度の接圧となれば良好とされていたので、ここでは１０.５Ｎ以上の接圧が得られる場合を合格と評価した。

表面の光沢ムラ、ヘリングボーンは、供試材コイルの表面を目視観察することによって、光沢ムラおよびヘリングボーンの発生が認められないものを○（良好）、いずれかが認められるものを×（不良）と評価した。
表面欠陥は、供試材コイルの表面を目視観察することによって、中伸びおよび耳伸びが認められないものを○（良好）、いずれかが認められるものを×（不良）と評価した。
結果を表２に示す。

表２からわかるように、本発明例の銅合金板材は、ＴＤのばね限界値が５５０Ｎ／ｍｍ²以上と高く、かつ表面性状に優れており、それを用いた端子部品ではオス−メス端子間の接圧が向上することが確認された。また、曲げ加工性にも優れ、導電率およびその他の機械的性質も良好であった。さらに、コイル内の強度バラツキも小さく抑えられていた。したがって、本発明の銅合金板材は薄肉化が進む電子・電気部品に好適なものである。

これに対し比較例である合金Ｆおよび合金ＨはＳｎ含有量が０.９％の従来一般的な組成において、仕上冷間圧延率を高めることにより０.２％の向上を図ったものであり、曲げ加工性に劣った。合金ＧはＳｎ含有量が０.９％の組成において、曲げ加工性が劣化しないように仕上冷間圧延率をあまり高めずに作製したものであり、ＬＤのばね限界値は４５０Ｎ／ｍｍ²をクリアしたものの、ＴＤのばね限界値は５５０Ｎ／ｍｍ²に届かず、接圧は従来標準の９.０Ｎレベルにとどまった。合金Ｉは本発明で規定する組成を満たすものであるが、仕上前焼鈍をバッチ式焼鈍炉を用いて行ったことにより、コイルの内側と外側とで強度の差が大きく、コイル内における強度バラツキが大きいものであった。また、Ｓｎ含有量が１.２％以上と高いにもかかわらず、仕上冷間圧延での前方圧延張力を従来と同程度としたことにより、表面性状に劣った。合金ＪもＳｎ含有量が１.２％以上と高いにもかかわらず、仕上冷間圧延での前方圧延張力を従来と同程度としたことにより、表面性状に劣った。合金Ｋおよび合金ＬはＳｉおよびＺｎを含有するものであり、本発明合金とは別の系統の合金である。合金Ｋは溶体化処理を経ているので、本発明の合金と比べコストが大幅に高くなる。合金Ｌは溶体化処理を省いたので良好な曲げ加工性が得られていない。合金ＭはＮｉを含有せず、Ｓｎ含有量が８％と多いため導電率が低く、また熱間圧延が不可能なため本発明の合金と比べコストが高くなる。

表１に示した合金Ａ〜Ｅ（本発明規定の組成を有するもの）について、仕上冷間圧延で最終パスでの前方圧延張力Ｔ_Fを変えて、光沢ムラ、ヘリングボーンの発生状況を調べた。それ以外の製造条件は実施例１の場合と共通である。
結果を表３に示す。

表３からわかるように、前記（１）式を満たすように仕上冷間圧延最終パスでの前方圧延張力Ｔ_Fを高めることによって、光沢ムラやヘリングボーンの発生を防止することができる。

Claims (4)

1. 質量％で、Ｎｉ：０.５〜１.５％、Ｓｎ：１.２〜２.２％、Ｐ：０.０３〜０.１５％、残部が実質的にＣｕからなる組成を有し、圧延方向に直角方向（ＴＤ）のばね限界値が５５０Ｎ／ｍｍ²以上、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である銅合金板材。
2. 圧延方向に直角方向（ＴＤ）のたわみ係数が１１０〜１３０ｋＮ／ｍｍ²である請求項１に記載の銅合金板材。
3. 成分調整された銅合金の熱間圧延材に対し、「冷間圧延→中間焼鈍」の工程を１回以上行い、その後「冷間圧延→仕上前焼鈍→仕上冷間圧延→低温焼鈍」の工程を行う銅合金板材の製造法において、前記中間焼鈍の少なくとも１回では材料を４５０〜５８０℃で０.５〜１０ｈ保持することによりＮｉ−Ｐ系析出物を生成させる時効処理を施し、仕上前焼鈍では連続焼鈍炉を用いて材料を６００〜７５０℃で１０〜９０ｓｅｃ加熱する処理を施し、仕上冷間圧延では少なくとも最終パスでの前方圧延張力Ｔ_F（Ｎ／ｍｍ²）を下記（１）式の範囲とし、低温焼鈍では材料を３００〜４００℃に加熱する処理を施す請求項１または２に記載の銅合金板材の製造法。
   Ｔ_F≧０.３×Ａ_0.2 ……（１）
   ただし、Ａ_0.2は当該前方圧延張力が付与されている材料における圧延方向の０.２％耐力（Ｎ／ｍｍ²）である。
4. 前記中間焼鈍においては材料を７００℃以上に加熱する熱処理を行わない請求項３に記載の銅合金材料の製造法。