JP2009035775A - コネクタ端子 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量化しても寸法精度が高く電気的接触信頼性も高いコネクタ端子を提供する。
【解決手段】下記（１）式を満たす結晶配向を有し、平均結晶粒径が５〜６０μｍである銅合金板材を加工してなるコネクタ端子。
Ｉ｛４２０｝／Ｉ₀｛４２０｝＞１.０ ……（１）
ここで、Ｉ｛４２０｝は当該銅合金板材の板面における｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度、Ｉ₀｛４２０｝は純銅標準粉末の｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度である。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系（コルソン合金）、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｂｅ系（ベリ銅）、Ｃｕ−Ｔｉ系（チタン銅）などの成分系の銅合金が適用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気接続部品、主として電気信号の伝達に使用する小型コネクタ端子に関する。

自動車業界において自動車の高度電装化が進められている。これは安全性能、環境性能、快適性を向上させるために、数多くの電子装置、電装品を搭載する必要があるためである。このことは相互結線する回路数が増大することを意味しており、それに見合ってコネクタ、ワイヤーハーネスの数も増大する。しかしながら、これら電装品の増大は自動車重量の増加につながり、燃費を悪化させるために、搭載される電装品にはますますの小型、軽量化が求められている。

同様に、民生の分野においても携帯電話、パソコン、ＡＶ機器やゲーム機などの電子製品では、高性能化・小型軽量化が進展し、それに用いられる電子部品、コネクタにも同様に小型・軽量化が求められている。

電子部品・コネクタの小型、軽量化のためには材料となる銅合金の板材を薄くする必要があり、それにより低下する端子強度およびバネ性を補うため、材料とする銅合金には高強度でバネ性の強い銅合金を適用する必要がある。そのような銅合金として、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｂｅ系、Ｃｕ−Ｔｉ系などが知られている。

特開２００６−１６６２９号公報 特開２００２−２９４３６８号公報 特開２０００−１６０３１２号公報 特開２００６−２７４２８９号公報

ところが高強度である銅合金は成形性に乏しく、小型コネクタ端子、さらには次世代の小型コネクタ端子のような微細かつ複雑形状に加工することは極めて困難であった。とりわけ雄型コネクタ端子のタブ部や雌型コネクタ端子の箱部コーナーの成形の際には、プレス成形後のスプリングバックを抑制して形状・寸法精度を得るために、材料の曲げ加工を施す部位にノッチを付ける加工（ノッチング）を施し、その後、そのノッチに沿って曲げ加工を行う加工法（以下「ノッチング後曲げ加工法」という）を適用することが必須となっている。しかし、この加工法は、ノッチングによってノッチ部近傍が加工硬化することから、その後の曲げ加工において割れを生じ易いという問題があった。この問題を回避するため、結晶粒が微細で曲げ加工性が良好な合金を用いるという常套手段があるが、そのような結晶粒が微細な合金は、端子バネ部の信頼性の指標となる耐応力緩和特性において劣っており、よってそれにより得られたコネクタ端子は長期に渡って高い電気的信頼性を得難いという欠点があった。従って電気的信頼性の高いコネクタ端子の小型、軽量化は困難を極めていた。

本発明は上記した点に着目してなされたものであり、特殊な結晶配向を持つ銅合金を材料として使用することにより、小型・軽量化しても寸法精度が高く電気的接触信頼性も高いコネクタ端子を提供することを目的とする。

上記目的は、コネクタ端子の材料に、下記（１）式を満たし、好ましくはさらに下記（２）式を満たす結晶配向を有する銅合金板材を使用することにより達成される。
Ｉ｛４２０｝／Ｉ₀｛４２０｝＞１.０ ……（１）
Ｉ｛２２０｝／Ｉ₀｛２２０｝≦３.０ ……（２）
ここで、Ｉ｛４２０｝は当該銅合金板材の板面における｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度、Ｉ₀｛４２０｝は純銅標準粉末の｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度である。同様に、Ｉ｛２２０｝は当該銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度、Ｉ₀｛２２０｝は純銅標準粉末の｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度である。

上記の銅合金板材は、平均結晶粒径が５〜６０μｍである。１０〜６０μｍであることが好ましく、１５〜４０μｍであることがより好ましい。ここで、平均結晶粒径は、板面（圧延面）を研磨したのちエッチングし、その面を顕微鏡観察して、ＪＩＳ Ｈ０５０１の切断法にて求めることができる。本発明で加工素材に使用する銅合金板材は、好ましくはリフローＳｎめっき等の表面処理を施したものである。

また上記の銅合金としては、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系（いわゆるコルソン合金）、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｂｅ系（いわゆるベリ銅）、Ｃｕ−Ｔｉ系（いわゆるチタン銅）などの成分系のものが使用できる。具体的には以下の組成の銅合金が挙げられる。

〔Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系〕
質量％で、Ｎｉ：０.７〜４.２％、Ｓｉ：０.２〜１％、あるいはさらにＦｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ａｇ、Ｐ、Ｂの１種以上を合計３％以下の範囲で含有し、残部実質的にＣｕの組成を有する銅合金

〔Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系〕
質量％で、Ｎｉ：０.１〜５％、Ｓｎ：０.１〜５％、Ｐ：０.０１〜０.５％、あるいはさらにＦｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｂの１種以上を合計３％以下の範囲で含有し、残部実質的にＣｕの組成を有する銅合金

〔Ｃｕ−Ｂｅ系〕
質量％で、Ｂｅ：０.１〜５％、Ｎｉ：０.１〜２.５％、あるいはさらにＦｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｐ、Ｂの１種以上を合計３％以下の範囲で含有し、残部実質的にＣｕの組成を有する銅合金

〔Ｃｕ−Ｔｉ系〕
質量％で、Ｔｉ：０.１〜５％、あるいはさらにＡｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｐ、Ｂの１種以上を合計３％以下の範囲で含有し、残部実質的にＣｕの組成を有する銅合金

上記において「残部実質的にＣｕ」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」である場合が含まれる。

本発明によれば、コネクタ端子のタブ部や箱部の成形に適した特殊な結晶配向をもつ銅合金板材を加工素材に使用しているため、小型・軽量化による厳しい加工を経たコネクタ端子において加工部に割れがなく、かつ寸法精度に優れたものが提供される。すなわち、従来のコネクタ端子には使用できなかった高強度材の薄板をコネクタ端子の材料として使用することが可能となり、これまでにない小型で軽量なコネクタ端子が実現できる。また上記の結晶配向をもつ銅合金は優れた曲げ加工性を有するため、結晶粒サイズを５〜６０μｍ程度まで大きくすることができ、これにより雌型コネクタ端子では、バネ部の信頼性の指標となる材料の耐応力緩和特性を大きく改善したものが提供される。したがって本発明のコネクタ端子は、電気・電子機器の小型・軽量化、設計自由度の向上および電気的信頼性の向上に寄与しうる。

《集合組織》
本発明では、コネクタ端子の加工素材として、特異な結晶配向の集合組織に調整されたる銅合金板材を使用する。
銅合金板材の板面（圧延面）からのＸ線回折パターンは、一般に｛１１１｝、｛２００｝、｛２２０｝、｛３１１｝の４つの結晶面の回折ピークで構成され、他の結晶面からのＸ線回折強度はこれらの結晶面からのものに比べ非常に小さい。しかしながら発明者らは、｛４２０｝を主方位成分とする集合組織を持つ銅合金板材が得られること見出し、特願２００７−０３２６２３、特願２００７−０７１５５０、特願２００７−１４７４６５および特願２００７−１５７９３５（以下、これらを「先願」ということがある）においてその詳細な製造方法を明らかにした。発明者らの詳細な検討によれば、この｛４２０｝を主方位成分とする集合組織が強く発達しているほど、コネクタ端子のタブ部や箱部の成形には都合が良く、そのメカニズムについては以下のように考えている。

結晶のある方向に外力が加えられたときの塑性変形（すべり）の生じやすさを示す指標としてシュミット因子がある。結晶に加えられる外力の方向と、すべり面の法線とのなす角度をφ、結晶に加えられる外力の方向と、すべり方向とのなす角度をλとするとき、シュミット因子はｃｏｓφ・ｃｏｓλで表され、その値は０.５以下の範囲をとる。シュミット因子が大きいほど（すなわち０.５に近いほど）すべり方向へのせん断応力が大きいことを意味する。したがって、ある結晶にある方向から外力を付与したとき、シュミット因子が大きいほど（すなわち０.５に近いほど）、その結晶は変形しやすいことになる。本発明で対象としている銅合金の結晶構造は面心立方（ｆｃｃ）である。面心立方晶のすべり系は、すべり面｛１１１｝、すべり方向＜１１０＞であり、実際の結晶においてもシュミット因子が大きいほど変形しやすく加工硬化も小さくなることが知られている。

図３に、面心立方晶のシュミット因子の分布を表した標準逆極点図を示す。＜１２０＞方向のシュミット因子は０.４９０であり、０.５に近い。すなわち、＜１２０＞方向に外力が付与された場合、面心立方晶は非常に変形しやすい。その他の方向のシュミット因子は、＜１００＞方向が０.４０８、＜１１３＞方向が０.４４５、＜１１０＞方向が０.４０８、＜１１２＞方向が０.４０８、＜１１１＞方向が０.２７２である。

｛４２０｝を主方位成分とする集合組織は、｛４２０｝面すなわち｛２１０｝面が板面（圧延面）とほぼ平行である結晶の存在割合が多い集合組織を意味する。主方位面が｛２１０｝面である結晶では、板面に垂直な方向（ＮＤ）が＜１２０＞方向であり、そのシュミット因子は０.５に近いから、ＮＤへの変形は非常に容易であり加工硬化も小さい。一方、従来からコネクタ端子に使用されている各系の銅合金の一般的な圧延集合組織は｛２２０｝を主方位成分とするものであり、この場合、｛２２０｝面すなわち｛１１０｝面が板面（圧延面）とほぼ平行である結晶の存在割合が多い。主方位面が｛１１０｝面である結晶は、ＮＤが＜１１０＞方向であり、そのシュミット因子は０.４程度であるから、主方位面が｛２１０｝面である結晶と比較してＮＤへの変形に伴う加工硬化が大きくなる。また、従来からコネクタ端子に使用されている各系の銅合金の一般的な再結晶集合組織は｛３１１｝を主方位成分とするものである。主方位面が｛３１１｝面である結晶は、ＮＤが＜１１３＞方向であり、そのシュミット因子は０.４５程度であるから、主方位面が｛２１０｝面である結晶と比較するとやはりＮＤへの変形に伴う加工硬化が大きくなる。

「ノッチング後曲げ加工法」においては、板面に垂直な方向（ＮＤ）への変形に際しての加工硬化の程度が極めて重要である。ノッチングはまさにＮＤへの変形であり、ノッチングによって板厚が減少した部分の加工硬化の程度が、その後、ノッチに沿って曲げた場合の曲げ加工性を大きく支配するからである。（１）式を満たすような｛４２０｝を主方位成分とする集合組織の場合、従来の銅合金の圧延集合組織あるいは再結晶集合組織と比べて、ノッチングによる加工硬化が小さくなり、これが「ノッチング後曲げ加工法」における曲げ加工性を顕著に向上させる要因となっていると考えられる。

さらに、（１）式を満たすような｛４２０｝を主方位成分とする集合組織の場合、主方位面が｛２１０｝面である結晶において、板面内つまり｛２１０｝面内に、別の＜１２０＞方向と＜１００＞方向があり、これらは互いに直交する。実際には、圧延方向（ＬＤ）が＜１００＞方向、圧延方向に対して直角方向（ＴＤ）が＜１２０＞方向であることが確かめられている。具体的な結晶方向で例示すると、例えば主方位面が（１２０）面である結晶では、ＬＤが［００１］方向、ＴＤが［−２，１，０］方向である。このような結晶のシュミット因子は、ＬＤが０.４０８、ＴＤが０.４９０である。これに対し、従来一般的な銅合金の圧延集合組織のように主方位面が｛１１０｝面である結晶の場合、ＬＤが＜１１２＞方向、ＴＤが＜１１１＞方向であり、そのシュミット因子は、ＬＤが０.４０８、ＴＤが０.２７２である。また、従来一般的な銅合金の再結晶集合組織のように主方位面が｛１１３｝面である結晶の場合、ＬＤが＜１１２＞方向、ＴＤが＜１１０＞方向であり、そのシュミット因子は、ＬＤが０.４０８、ＴＤが０.４０８である。このように、ＬＤおよびＴＤのシュミット因子を見ると、｛４２０｝を主方位成分とする集合組織の場合、従来の銅合金の圧延集合組織あるいは再結晶集合組織と比べて、板面内における変形が容易であると言える。この点も、ノッチング後の曲げ加工における割れを防止する上で有利に作用していると考えられる。

金属板の曲げ加工においては、各結晶粒の結晶方位は異なるので、一様に変形するのではなく、曲げ加工時に変形しやすい結晶粒と変形しにくい結晶粒が存在する。曲げ加工の程度が増大するに伴って、変形しやすい結晶粒がますます優先的に変形し、板の曲げ部表面には結晶粒間での変形不均一に起因してミクロ的な凹凸が生じ、これがしわに発展し、場合によっては割れ（破壊）に至る。上述のように（１）式を満たすような集合組織を持つ金属板は、従来のものと比べ、各結晶粒がＮＤに変形しやすく、かつ板面内にも変形しやすくなっている。このことが、結晶粒を特段に微細化しなくても、ノッチング後の曲げ加工性および通常の曲げ加工性の顕著な向上をもたらしているものと推察される。

発明者らの検討によれば、このような結晶配向は下記（１）式によって特定できる。
Ｉ｛４２０｝／Ｉ₀｛４２０｝＞１.０ ……（１）
ここで、Ｉ｛４２０｝は当該銅合金板材の板面における｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度、Ｉ₀｛４２０｝は純銅標準粉末の｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度である。面心立方晶のＸ線回折パターンでは｛４２０｝面の反射は生じるが｛２１０｝面の反射は生じないので、｛２１０｝面の結晶配向は｛４２０｝面の反射によって評価される。下記（１）’式を満たすものが一層好ましい。
Ｉ｛４２０｝／Ｉ₀｛４２０｝＞１.５ ……（１）’

｛４２０｝を主方位成分とする集合組織は前記の先願に開示したように溶体化処理による再結晶集合組織として形成される。ただし、銅合金板材を高強度化するためには、溶体化処理後に冷間圧延することが極めて有効である。この冷間圧延としては中間冷間圧延と仕上げ冷間圧延が適用されるが、これらの冷間圧延率が増加するに伴い｛２２０｝を主方位成分とする圧延集合組織が発達していく。｛２２０｝方位密度の増大に伴い｛４２０｝方位密度は減少するが、前記（１）式好ましくは（１）’式が維持されるように圧延率を調整すればよい。ただし、あまり｛２２０｝を主方位成分とする集合組織が発達しすぎると加工性低下を招く場合があるので、下記（２）式を満たすことが好ましい。また、「強度」と「曲げ加工性」を高いレベルでバランス良く両立させる意味では、下記（２）’式を満たすことが一層好ましい。
Ｉ｛２２０｝／Ｉ₀｛２２０｝≦３.０ ……（２）
０.５≦Ｉ｛２２０｝／Ｉ₀｛２２０｝≦３.０ ……（２）’
ここで、Ｉ｛２２０｝は当該銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度、Ｉ₀｛２２０｝は純銅標準粉末の｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度である。

《平均結晶粒径》
平均結晶粒径は小さいほど曲げ加工性の向上に有利であるが、小さすぎると耐応力緩和特性が悪くなりやすい。種々検討の結果、最終的に平均結晶粒径が５μｍ以上の値、好ましくは１０μｍを超える値であれば、車載用コネクターの用途でも満足できるレベルの耐応力緩和特性を確保しやすく、好適である。ただし、あまり平均結晶粒径が大きくなりすぎると曲げ部表面の肌荒を起こりやすく、曲げ加工性の低下を招く場合があるので、６０μｍ以下の範囲とすることが望ましい。１５〜４０μｍの範囲にあることがより好ましい。

《組成》
本発明のコネクタ端子には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系（いわゆるコルソン合金）、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｂｅ系（いわゆるベリ銅）、Ｃｕ−Ｔｉ系（いわゆるチタン銅）などの成分系のものが使用できるが、（１）式を満たす結晶配向を有するｆｃｃ型銅合金であれば、上記に限らず使用できる。各成分元素の含有量範囲は前述のとおりであり、その詳細は前記の先願に開示されている。

《銅合金板材の製造》
本発明のコネクタ端子に適用できる前記の特異な結晶配向を有する銅合金板材は、例えば以下のような製造工程で製造することができる。
・Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系
「溶解・鋳造→熱間圧延→冷間圧延→溶体化処理→中間冷間圧延→時効処理→仕上げ冷間圧延→低温焼鈍」
・Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系
「溶解・鋳造→熱間圧延→冷間圧延→再結晶焼鈍→（時効処理）→仕上げ冷間圧延→（低温焼鈍）」
・Ｃｕ−Ｂｅ系
「溶解・鋳造→熱間圧延→冷間圧延→溶体化処理→仕上げ冷間圧延→（時効処理）」
・Ｃｕ−Ｔｉ系
「溶解・鋳造→熱間圧延→冷間圧延→溶体化処理→仕上げ冷間圧延→時効処理」

各工程のうち、特に熱間圧延、溶体化処理前の冷間圧延（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系では再結晶焼鈍前の冷間圧延）、溶体化処理（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系では再結晶焼鈍）、および溶体化処理後の冷間圧延（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系では再結晶焼鈍後の冷間圧延）の工程に工夫を加えることによって前記特異な結晶配向をもつ板材を作り分けることができる。それ以外の工程は常法に従えばよい。具体的な製造方法は上記の先願に詳しく開示されているが、特徴的な工程についてまとめると以下のとおりである。

〔熱間圧延〕
通常、前記各系の銅合金の熱間圧延は、圧延途中に析出物を生成させないようにするため、７００℃以上、あるいは７５０℃以上の高温域で圧延し、圧延終了後に急冷する手法で行われる。しかしながら、このような常識的な熱間圧延条件では本発明で適用可能な特異な集合組織を有する銅合金板材を製造することは困難である。すなわち、このような熱間圧延条件を採用した場合は、後工程の条件を広範囲に変化させても｛４２０｝を主方位方向に持つ銅合金板材を再現性良く製造することができない。発明者の詳細な検討の結果、７００℃以上の温度域で最初の圧延パスを実施し、かつ７００℃未満〜４００℃の温度域（Ｃｕ−Ｔｉ系では７００℃未満〜５００℃）の温度域で圧延率４０％以上（Ｃｕ−Ｔｉ系では３０％以上）の圧延を行うという熱間圧延条件を採用することが重要である。

鋳片を熱間圧延する際、再結晶が発生しやすい７００℃より高温域で最初の圧延パスを実施することによって、鋳造組織が破壊され、成分と組織の均一化を図ることができる。ただし、あまり高温で圧延を行うと、合金成分の偏析箇所など、融点が低下している箇所で割れを生じる恐れがあるので好ましくない。熱間圧延工程中における完全再結晶の発生を確実に行うためには、固相線温度より３０℃以上低い温度域で最初の圧延パスを行う。そして、７００℃以上の温度域で圧延率６０％以上の圧延を行うことが極めて有効である。これによって組織の均一化が一層促進される。ただし、１パスで６０％を得るためには大きな圧延荷重が必要であるため、多パスに分けてトータル６０％以上の圧延率を確保しても良い。また、本発明では圧延歪が生じやすい７００℃未満〜４００℃の温度域（Ｃｕ−Ｔｉ系では７００℃未満〜５００℃）で４０％以上（Ｃｕ−Ｔｉ系では３０％以上）の圧延率を確保することが重要である。これにより、一部の析出物を生成させ、後工程の「冷間圧延＋溶体化処理」の組み合わせによって、｛４２０｝を主方位成分とする再結晶集合組織が形成されやすくなる。この際も、７００℃未満の上記温度域で数パスの圧延を行うことができる。熱間圧延の最終パス温度は６００℃以下とすることがより効果的である。熱間圧延でのトータル圧延率は概ね８０〜９７％程度とすればよい。

ここで、それぞれの温度域での圧延率ε（％）は（３）式によって算出される。
ε＝（ｔ₀−ｔ₁）／ｔ₀×１００ ……（３）
例えば９５０〜７００℃の間で行う最初の圧延パスに供する鋳片の板厚が１２０ｍｍであり、７００℃以上の温度域で圧延を実施して（途中、炉に戻して再加熱しても構わない）、７００℃以上の温度で実施された最後の圧延パス終了時に板厚が３０ｍｍになっており、引き続いて圧延を継続して、熱間圧延の最終パスを７００℃未満〜４００℃の範囲で行い、最終的に板厚１０ｍｍの熱間圧延材を得たとする。この場合、９５０℃〜７００℃の温度域で行われた圧延の圧延率は（３）式により、（１２０−３０）／１２０×１００＝７５（％）である。また、７００℃未満〜４００℃の温度域での圧延率は同じく（３）式により、（３０−１０）／３０×１００＝６６.７（％）である。

〔溶体化処理前の冷間圧延（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系では再結晶焼鈍前の冷間圧延）〕
上記熱延板を圧延するに際し、この段階で行う冷間圧延では圧延率を８５％以上（Ｃｕ−Ｂｅ系、Ｃｕ−Ｔｉ系では８０％以上）とすることが重要であり、９０％以上とすることがより好ましい。このような高い圧延率で加工された材料に対し、次工程で溶体化処理または再結晶焼鈍を施すことにより、｛４２０｝を主方位成分とする再結晶集合組織の形成が可能になる。特に再結晶集合組織は再結晶前の冷間圧延率に大きく依存する。具体的には、｛４２０｝を主方位成分とする結晶配向は、この工程の冷間圧延率が６０％以下ではほとんど生成せず、約６０〜８０％の領域では冷間圧延率の増加に伴って漸増し、冷間圧延率が約８０％を超えると急激な増加に転じる。｛４２０｝方位が十分に優勢な結晶配向を得るには上記の高い冷間圧延率を確保する必要がある。なお、冷間圧延率の上限はミルパワー等により必然的に制約を受けるので、特に規定する必要はないが、エッジ割れなどを防止する観点から概ね９８％以下で良好な結果が得られやすい。

なお、熱間圧延後、溶体化処理または再結晶焼鈍前に、中間焼鈍を挟んで１回ないし複数回の冷間圧延を実施する工程は採用しない。熱間圧延後、溶体化処理前に中間焼鈍が行われると、溶体化処理によって形成される｛４２０｝を主方位成分とする再結晶集合組織が著しく弱化してしまう。

〔溶体化処理（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系では再結晶焼鈍）〕
従来の溶体化処理は「溶質元素のマトリックス中への再固溶」と「再結晶化」を主目的とし、従来の再結晶焼鈍は「再結晶化」を主目的とするが、本発明の場合は更に「｛４２０｝を主方位成分とする再結晶集合組織の形成」をも重要な目的とする。この熱処理は、７００〜８５０℃（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系では６００〜７５０℃、Ｃｕ−Ｂｅ系では７００〜９００℃）の炉温で行うことが望ましい。温度が低すぎると再結晶が不完全で溶体化処理の場合は溶質元素の固溶も不十分となる。温度が高すぎると結晶粒が粗大化してしまう。これらいずれの場合も、最終的に曲げ加工性の優れた高強度材を得ることが困難となる。

また、この溶体化処理は、再結晶粒の平均粒径（双晶境界を結晶粒界とみなさない）が５〜６０μｍとなるように熱処理温度・時間を設定して熱処理を実施することが望ましく、１０〜６０μｍとなるように調整することがより好ましく、１５〜４０μｍとすることが一層好ましい。再結晶粒径が微細になりすぎると、｛４２０｝を主方位成分とする再結晶集合組織が弱くなる。また、耐応力緩和特性を向上させる上でも不利となる。再結晶粒径が粗大になりすぎると、曲げ加工部の表面肌荒が発生し易い。再結晶粒径は、溶体化処理前の冷間圧延率や化学組成によって変動するが、予め実験によりそれぞれの合金について溶体化処理ヒートパターンと平均結晶粒径との関係を求めておくことにより、熱処理条件を設定することができる。具体的には、上記温度範囲に保持する時間は、溶体化処理の場合は１０秒〜１０分程度、再結晶焼鈍の場合は数秒〜数時間の範囲で最適な条件を見つけることができる。

〔溶体化処理後の冷間圧延（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系では再結晶焼鈍後の冷間圧延）〕
この段階での冷間圧延によって、強度レベルの向上を図る。ただし、冷間圧延率の増大に伴い｛２２０｝を主方位成分とする圧延集合組織が発達していく。圧延率が高すぎると｛２２０｝方位の圧延集合組織が相対的に優勢となりすぎ、強度と曲げ加工性が高レベルで両立された結晶配向が実現できない。発明者らの詳細な研究の結果、この段階での冷間圧延は圧延率０〜５０％の範囲（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系では３０〜８０％、Ｃｕ−Ｂｅ系では０〜６５％）で行うことが重要である。それによって、前記（１）式を満たす結晶配向を維持することができる。なお、ここで「圧延率０％」は、圧延を行わない場合を意味する。

《コネクタ端子への加工》
本発明のコネクタ端子は、上述の特異な結晶配向を有する銅合金板材（リフローＳｎめっき等の表面処理を施したものであっても構わない）を被加工材に用いて、例えば連続プレス成形により製造される。プレスとは、一般に上下一対の金型を用い、金型間に被加工材を挟んで成形加工する加工法である。連続プレス成形とは、複数台の独立したプレスを連続して配置しその間に被加工材を搬送する送り装置を配置したタンデムプレスや、複数台のプレスと送り装置を一体化したトランスファプレスを用いて、型抜き、ノッチング、曲げといった複数工程の加工を連続して行い、端子を成形する方法である。

図１に、銅合金板材の条を連続プレス成形することによりコネクタ端子部分を形成した段階の中間製品の形状を模式的に示す。各々のコネクタ端子部分１０はまだパイロット部１１でつながっている。このコネクタ端子は雌型であり、各端子は箱部２１と圧着部２２を有している。箱部２１は箱曲げ部３１の部分で折り曲げられることによって形成され、箱部２１の内部にはバネ部３２がある。コネクタ端子を連続プレス成形する場合、この図に示されるように、コネクタ端子の長手方向が被加工材である銅合金板材の条の長手方向（ＬＤ）に対して直角方向（ＴＤ）になるように配置されることが多い（いわゆる「横連鎖方式」）。このほか、コネクタ端子の長手方向がＬＤに一致するような配置で連続プレス成形を行うこともある（いわゆる「縦連鎖方式」）。

雄型コネクタ端子のタブ部や雌型コネクタ端子の箱部を成形する場合には、その曲げ加工に「ノッチング後曲げ加工法」を適用する。横連鎖方式でコネクタ端子を成形する場合、端子のタブ部や箱部を形成するための曲げ加工に必要なノッチの方向（すなわち溝に対して平行な方向）はＴＤとなり、被加工材の強度にもよるが、板厚に対して１／７〜１／２の深さのノッチを入れることにより、端子のタブ部や箱部を寸法精度良く成形することができる。

上述の特異な結晶配向に調整された銅合金板材を被加工材として使用すれば、例えば板厚０.０８〜０.３０ｍｍといった薄い板材を用いて割れを発生させることなくコネクタ端子のタブ部や箱部を成形することが可能であり、従来の銅合金板材では安定して健全な部品に成形できなかったような小型のコネクタ端子を得ることができる。

表１、表２示す組成を有する板厚０.１５ｍｍの銅合金板材を、前記「銅合金板材の製造」で述べた条件を満たす手法（本発明例）、およびその条件を外れる手法により製造した。表１、表２中に記載の元素の残部はＣｕである。これら板材の特性は以下の通り評価を行い求めた。なお、表２中、引張強さ、曲げ加工性および応力緩和率の欄において、ＬＤおよびＴＤは試験片の長手方向を意味する。

〔結晶粒組織〕
供試材の板面（圧延面）を研磨したのちエッチングし、その面を光学顕微鏡で観察し、平均結晶粒径をＪＩＳ Ｈ０５０１の切断法で測定した。

〔Ｘ線回折強度〕
供試材の板面（圧延面）を＃１５００耐水ペーパーで研磨仕上げとした試料を準備し、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて、Ｍｏ−Ｋα線、管電圧２０ｋＶ、管電流２ｍＡの条件で、前記研磨仕上げ面について｛４２０｝面の反射回折面強度を測定した。一方、上記と同じＸ線回折装置を用いて、上記と同じ測定条件で純銅標準粉末の｛４２０｝面のＸ線回折強度を測定した。これらの測定値を用いて前記（１）式中に示されるＸ線回折強度比Ｉ｛４２０｝／Ｉ₀｛４２０｝と、（２）式中に示されるＸ線回折強度比Ｉ｛２２０｝／Ｉ₀｛２２０｝を求めた。

〔導電率〕
ＪＩＳ Ｈ０５０５に従って導電率を測定した。
〔引張強さ〕
各板材からＬＤの引張試験片（ＪＩＳ ５号）を採取し、試験数ｎ＝３でＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した引張試験を行い、ｎ＝３の平均値によって引張強さを求めた。

〔応力緩和特性〕
各供試材から長手方向がＴＤの曲げ試験片（幅１０ｍｍ）を採取し、試験片の長手方向における中央部の表面応力が０.２％耐力の８０％の大きさとなるようにアーチ曲げした状態で固定した。上記表面応力は次式により定まる。
表面応力（ＭＰａ）＝６Ｅｔδ／Ｌ₀ ²
ただし、
Ｅ：弾性係数（ＭＰａ）
ｔ：試料の厚さ（ｍｍ）
δ：試料のたわみ高さ（ｍｍ）

この状態の試験片を大気中１５０℃の温度で１０００時間保持した後の曲げ癖から次式を用いて応力緩和率を算出した。
応力緩和率（％）＝（Ｌ₁−Ｌ₂）／（Ｌ₁−Ｌ₀）×１００
ただし、
Ｌ₀：治具の長さ、すなわち試験中に固定されている試料端間の水平距離（ｍｍ）
Ｌ₁：試験開始時の試料長さ（ｍｍ）
Ｌ₂：試験後の試料端間の水平距離（ｍｍ）
この応力緩和率が５％以下のものは、車載用コネクターとして高い耐久性を有すると評価される。

〔曲げ加工性〕
各供試材から長手方向がＬＤの曲げ試験片およびＴＤの曲げ試験片（いずれも幅１０ｍｍ）を採取し、ＪＩＳ Ｈ３１１０に準拠した９０°Ｗ曲げ試験を行った。試験後の試験片について曲げ加工部の表面および断面を光学顕微鏡にて１００倍の倍率で観察することにより、割れが発生しない最小曲げ半径Ｒを求め、これを供試材の板厚ｔで除することによりＬＤ、ＴＤそれぞれのＲ／ｔ値を求めた。各供試材のＬＤ、ＴＤともｎ＝３で実施し、ｎ＝３のうち最も悪い結果となった試験片の成績を採用してＲ／ｔ値を表示した。

各銅合金板材にリフローＳｎめっき（めっき厚１.０μｍ，Ｃｕ下地層厚さ０.７μｍ）を施したものから、図１に示す形状の雌型コネクタ端子（口径０.６４ｍｍ）を連続プレスにて横連鎖方式で作製した。ただし、雌型コネクタ端子の箱曲げ部では、曲げ加工前に図２に示す断面形状で深さ３０μｍのノッチング（溝付け）を行った後、曲げ加工を実施した。また、この雌型コネクタ端子に雄型コネクタ端子を挿入した際のバネ荷重が４Ｎとなるように、バネ部と箱部との間を調整した。なお、このリフローＳｎめっき後の銅合金板材については、金属組織（Ｘ線回折強度比および平均結晶粒径）がリフローＳｎめっき前と変わらないことを確認している。

〔コネクタ端子の成形性〕
得られた雌型コネクタ端子の箱曲げ部の表面および断面を光学顕微鏡にて１００倍の倍率で観察することにより、割れの有無を判断し、割れが認められないものを「〇」、割れが認められたものを「×」と表示した。なお、箱曲げ部で破断したものは「破」と表示した。調査はｎ＝３で実施し、ｎ＝３のうち最も悪い結果となったコネクタ端子の成績を採用して「○」、「×」、「破」の評価を行い、これが○評価のものを合格と判定した。

〔複合環境試験〕
コネクタ端子の電気的信頼性を評価するため、複合環境試験を実施した。板厚０.１５ｍｍのＣ２６００リフローＳｎめっき材（めっき厚１.０μｍ、Ｃｕ下地層厚さ０.７μｍ）で作製した雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子を嵌合し、「８０℃×３０分保持→−４０℃×３０分保持」を１サイクルとし、前記２水準のそれぞれの保持温度において加速度３Ｇ、掃引周波数５０Ｈｚで振動を与える複合環境試験を１０００サイクル実施した。この試験終了後端子嵌合部の接触抵抗を測定した。その結果を表３、表４に示す。ただし、端子加工時に箱曲げ部で破断し、端子形状に成形できなかったものについては、本試験を実施しておらず、表には未実施と記入した。
これらの結果を表３、表４に示す。

表３からわかるように、本発明例は（１）式を満たす結晶配向を有し、引張強さが６００ＭＰａ以上という高強度を呈する銅合金板材を被加工材として採用したものであり、雌型コネクタ端子の箱曲げ部での割れは確認されない。さらに、車載用コネクタ等の用途において重要となるＴＤの応力緩和率が５％以下という優れた特性を兼ね備えた銅合金板材を使用しているため、得られたコネクタ端子は複合環境試験後も１ｍΩ以下の低い接触抵抗を示し、長期に渡って高い電気的信頼性を有するものである。

これに対し、表４に示されるように、比較例は平均結晶粒径または（１）式の規定を外れる銅合金板材を被加工材として採用したものであり、全ての比較例の雌型コネクタ端子箱曲げ部において割れが確認され、さらに一部の比較例では箱曲げ部が破断して端子形状を保てないものもあった。更に複合環境試験後の接触抵抗は、箱曲げ部の割れのために箱部が試験終了時点で開きかけたため、また応力緩和率が５％以上と高いために、全ての端子において４ｍΩを超えており、満足できる電気的信頼性は得られなかった。

銅合金板材の条を連続プレス成形することによりコネクタ端子部分を形成した段階の中間製品の形状を模式的に示す図。 実施例において箱曲げ加工を行う部位に形成したノッチの断面形状を示す図。 面心立方晶のシュミット因子の分布を表す標準逆極点図。

符号の説明

１０ コネクタ端子部分
１１ パイロット部
２１ 箱部
２２ 圧着部
３１ 箱曲げ部
３２ バネ部

Claims (10)

1. 下記（１）式を満たす結晶配向を有し、平均結晶粒径が５〜６０μｍである銅合金板材を加工してなるコネクタ端子。
   Ｉ｛４２０｝／Ｉ₀｛４２０｝＞１.０ ……（１）
   ここで、Ｉ｛４２０｝は当該銅合金板材の板面における｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度、Ｉ₀｛４２０｝は純銅標準粉末の｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度である。
2. 前記銅合金板材は、さらに下記（２）式を満たす結晶配向を有するものである請求項１に記載のコネクタ端子。
   Ｉ｛２２０｝／Ｉ₀｛２２０｝≦３.０ ……（２）
   ここで、Ｉ｛２２０｝は当該銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度、Ｉ₀｛２２０｝は純銅標準粉末の｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度である。
3. 前記銅合金板材が質量％で、Ｎｉ：０.７〜４.２％、Ｓｉ：０.２〜１％、残部実質的にＣｕの組成を有する銅合金からなるものである請求項１または２に記載のコネクタ端子。
4. 前記銅合金は、さらにＦｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ａｇ、Ｐ、Ｂの１種以上を合計３％以下の範囲で含有する請求項３に記載のコネクタ端子。
5. 前記銅合金板材が質量％で、Ｎｉ：０.１〜５％、Ｓｎ：０.１〜５％、Ｐ：０.０１〜０.５％、残部実質的にＣｕの組成を有する銅合金からなるものである請求項１または２に記載のコネクタ端子。
6. 前記銅合金は、さらにＦｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｂの１種以上を合計３％以下の範囲で含有する請求項５に記載のコネクタ端子。
7. 前記銅合金板材が質量％で、Ｂｅ：０.１〜５％、Ｎｉ：０.１〜２.５％、残部実質的にＣｕの組成を有する銅合金からなるものである請求項１または２に記載のコネクタ端子。
8. 前記銅合金は、さらにＦｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｐ、Ｂの１種以上を合計３％以下の範囲で含有する請求項７に記載のコネクタ端子。
9. 前記銅合金板材が質量％で、Ｔｉ：０.１〜５％、残部実質的にＣｕの組成を有する銅合金からなるものである請求項１または２に記載のコネクタ端子。
10. 前記銅合金は、さらにＡｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｐ、Ｂの１種以上を合計３％以下の範囲で含有する請求項９に記載のコネクタ端子。

Images