JP2015036433A - 電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金薄板、電子・電気機器用部品、端子およびバスバー - Google Patents

Abstract

【課題】高い導電率と高い耐力とを有するとともにビッカース硬さが高く、コネクタ等の端子やリレー、バスバー等の電子・電気機器用部品に適したＣｕ−Ｚｒ系合金からなる電子・電気機器用銅合金、並びに、この電子・電気機器用銅合金からなる電子・電気機器用銅合金薄板、電子・電気機器用部品、端子およびバスバーを提供する。【解決手段】Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１１ｍａｓｓ％未満、Ｓｉを０．００２ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％未満、含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる組成を有し、Ｚｒの含有量（ｍａｓｓ％）とＳｉの含有量（ｍａｓｓ％）との比Ｚｒ／Ｓｉが２以上３０以下の範囲内とされていることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、半導体装置のコネクタや、その他の端子、電磁リレーの可動導電片、リードフレーム、バスバーなどの電子・電気機器用部品として使用される電子・電気機器用銅合金、それを用いた電子・電気機器用銅合金薄板、電子・電気機器用部品、端子およびバスバーに関するものである。

従来、電子機器や電気機器等の小型化及び軽量化にともない、これら電子機器や電気機器等に使用されるコネクタ等の端子、リレー、リードフレーム、バスバー等の電子・電気機器用部品の小型化および薄肉化が図られている。このため、電子・電気機器用部品を構成する材料として、ばね性、強度、曲げ加工性に優れた銅合金が要求されている。特に、非特許文献１に記載されているように、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム、バスバー等の電子・電気機器用部品として使用される銅合金としては、耐力が高いものが望ましい。

また、特に高い導電率が要求される用途の場合には、ＣＤＡ合金Ｎｏ．１５１００（Ｃｕ−Ｚｒ系合金）が用いられている。また、特許文献１−３には、上述のＣｕ−Ｚｒ系合金をベースとしてさらに特性を向上させた銅合金が提案されている。
これらのＣｕ−Ｚｒ系合金は、析出硬化型の銅合金であり、高い導電率を維持したまま強度が向上されており、さらに耐熱性にも優れている。

特開昭５２−００３５２４号公報 特開昭６３−１３０７３７号公報 特開平０６−２７９８９５号公報

野村幸矢、「コネクタ用高性能銅合金条の技術動向と当社の開発戦略」、神戸製鋼技報Ｖｏｌ．５４Ｎｏ．１（２００４）ｐ．２−８

ところで、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム、バスバー等の電子・電気機器用部品は、例えば銅合金の板材に対してプレス打ち抜きを行い、さらに必要に応じて曲げ加工等が施されて製造されている。このため、上述の銅合金には、プレス打ち抜き等において、プレス金型の摩耗やバリの発生を抑制できるように、良好なせん断加工性も求められている。
ここで、上述のＣｕ−Ｚｒ系合金は、高い導電率を確保するために純銅に近い組成を有しており、延性が高く、せん断加工性が良好ではなかった。詳述すると、プレス打ち抜きを行った際に、バリが発生し、寸法精度良く打ち抜きを行うことができないといった問題があった。さらに、金型が摩耗しやすいといった問題や、打ち抜き屑が多く発生するといった問題もあった。

特に、最近では、電子機器や電気機器等のさらなる小型化および軽量化にともない、これら電子機器や電気機器等に使用されるコネクタ等の端子、リレー、リードフレーム、バスバー等の電子・電気機器用部品のさらなる小型化および薄肉化が要求されている。このため、電子・電気機器用部品を寸法精度良く成形する観点から、これら電子・電気機器用部品を構成する材料として、せん断加工性を十分に向上させた銅合金が求められている。ここで、銅合金のビッカース硬さを向上させるとせん断加工性が向上することになる。さらに、銅合金のビッカース硬さを向上させると表面の傷つき難さ（耐摩耗性）も向上する。そのため、電子・電気機器用部品として使用される銅合金としては、上述のビッカース硬さが高いことが望まれる。
また、コネクタ等の端子においては、接圧を確保するために厳しい曲げ加工を行う必要があり、従来よりも優れた耐力が要求されている。
さらに、ハイブリッド自動車や電機自動車等に用いられる消費電力の大きな電子・電気機器用部品においては、通電時の抵抗発熱を抑制するために、高い導電率を確保する必要がある。

本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、高い導電率と高い耐力とを有するとともにビッカース硬さが高く、コネクタ等の端子やリレー、バスバー等の電子・電気機器用部品に適したＣｕ−Ｚｒ系合金からなる電子・電気機器用銅合金、並びに、この電子・電気機器用銅合金からなる電子・電気機器用銅合金薄板、電子・電気機器用部品、端子およびバスバーを提供することを目的としている。

この課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、Ｃｕ−Ｚｒ系合金に少量のＳｉを添加し、Ｚｒ／Ｓｉの質量比を適正化することにより、導電率及び耐力を向上させることができるとともに、ビッカース硬さを大幅に向上させることが可能であるとの知見を得た。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、本発明の電子・電気機器用銅合金は、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１１ｍａｓｓ％未満、Ｓｉを０．００２ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％未満、含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる組成を有し、Ｚｒの含有量（ｍａｓｓ％）とＳｉの含有量（ｍａｓｓ％）との比Ｚｒ／Ｓｉが２以上３０以下の範囲内とされていることを特徴としている。

上述の構成の電子・電気機器用銅合金によれば、ＺｒとＳｉを上述の範囲内で含有しているので、析出硬化により、高い導電率を維持したまま耐力の向上を図ることができる。あるいは、高い耐力を維持したまま導電率をさらに高くすることができる。また、析出物粒子が銅の母相中に分散されることにより、ビッカース硬さを向上させることができる。
また、Ｚｒの含有量（ｍａｓｓ％）とＳｉの含有量（ｍａｓｓ％）との比Ｚｒ／Ｓｉを２以上３０以下の範囲内としているので、余剰なＳｉやＺｒが存在せず、銅の母相中にＳｉやＺｒが固溶して導電率が低下することを抑制できる。

ここで、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、ＣｕとＺｒとＳｉを含有するＣｕ-Ｚｒ-Ｓｉ粒子を有することが好ましい。
ＣｕとＺｒとＳｉを含有するＣｕ-Ｚｒ-Ｓｉ粒子としては、溶解鋳造時に晶出または偏析した粒径１μｍ以上５０μｍ以下の粗大な粒子と、その後の熱処理等において析出した粒径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の微細な粒子が存在する。
粒径１μｍ以上５０μｍ以下程度の比較的粗大なＣｕ-Ｚｒ-Ｓｉ粒子は、強度向上には寄与しないが、プレス打ち抜き等に代表されるせん断加工を実施した際に破壊の起点となるため、せん断加工性を大幅に向上させることが可能となる。
一方、粒径１〜５００ｎｍ程度の微細なＣｕ-Ｚｒ-Ｓｉ粒子は、強度向上に寄与し、高い導電率を維持したまま耐力の向上を図ることができる。あるいは、高い耐力を維持したまま導電率をさらに高くすることができる。また、ビッカース硬さを高くすることによって、母相中に転位密度の高い組織が形成され、せん断加工の際に容易に破断にいたるため、ダレやバリの大きさが抑制され、せん断加工性が向上する。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、前記Ｃｕ-Ｚｒ-Ｓｉ粒子の少なくとも一部は、粒径が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
上述のように、粒径が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内とされた微細なＣｕ-Ｚｒ-Ｓｉ粒子は、強度の向上に大きく寄与することになる。よって、高い導電率を維持したまま耐力の向上を図ることができる。あるいは、高い耐力を維持したまま導電率をさらに高くすることができる。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、さらに、Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
この場合、これらの元素が銅の母相中に固溶することによって、さらに耐力を向上させることができる。なお、含有量が０．１ｍａｓｓ％以下とされているので、高い導電率を維持することができる。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、さらに、Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
この場合、これらの元素が単独であるいは化合物として析出することによって、導電率を低下させることなく、さらに耐力を向上させることができる。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、さらに、Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
この場合、これらの元素は溶解鋳造時に晶出および偏析によって粗大粒子が形成され、銅の母相中に分散されることになる。これらの粗大粒子は、プレス打ち抜き等に代表されるせん断加工を実施した際に破壊の起点となるため、せん断加工性を大幅に向上させることが可能となる。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、導電率が８０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。
この場合、析出物粒子が母相中に十分に分散していることになり、耐力を確実に向上させることが可能となる。また、特に高い導電率が要求される電子・電気用部品の素材として使用することができる。

さらに、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、０．２％耐力が３００ＭＰａ以上の機械的特性を有することが好ましい。
０．２％耐力が３００ＭＰａ以上である場合には、容易に塑性変形しなくなるため、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム、バスバー等の電子・電気機器用部品に特に適している。

さらに、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、１００ＨＶ以上のビッカース硬さを有することが好ましい。
ビッカース硬さを１００ＨＶ以上にすることによって、より確実に母相中に転位密度の高い組織が形成され、せん断加工の際に容易に破断にいたるため、ダレやバリの大きさが抑制され、せん断加工性が向上することになる。

本発明の電子・電気機器用銅合金薄板は、上述の電子・電気機器用銅合金の圧延材からなり、厚みが０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴としている。
このような構成の電子・電気機器用銅合金薄板は、コネクタ、その他の端子、電磁リレーの可動導電片、リードフレーム、バスバーなどの素材として好適に使用することができる。
ここで、本発明の電子・電気機器用銅合金薄板においては、表面にＳｎめっきまたはＡｇめっきが施されていてもよい。

本発明の電子・電気機器用部品は、上述の電子・電気機器用銅合金からなることを特徴とする。なお、本発明における電子・電気機器用部品とは、端子、コネクタ、リレー、リードフレーム、バスバー等を含むものである。
また、本発明の端子は、上述の電子・電気機器用銅合金からなることを特徴とする。なお、本発明における端子は、コネクタ等を含むものである。
さらに、本発明のバスバーは、上述の電子・電気機器用銅合金からなることを特徴とする。
この構成の電子・電気機器用部品（例えば、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム、バスバー）、特にコネクタ等の端子およびバスバーは、導電率、耐力、ビッカース硬さが高いので、寸法精度に優れ、小型化および薄肉化しても優れた特性を発揮することができる。

本発明によれば、高い導電率と高い耐力とを有するとともにビッカース硬さが高く、コネクタ等の端子やリレー、バスバー等の電子・電気機器用部品に適したＣｕ−Ｚｒ系合金からなる電子・電気機器用銅合金、並びに、この電子・電気機器用銅合金からなる電子・電気機器用銅合金薄板、電子・電気機器用部品、端子およびバスバーを提供することができる。

本発明の一実施形態である電子・電気機器用銅合金の工程例を示すフローチャートである。 本発明例Ｎｏ．５の合金についての、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察による析出物を含む部位における倍率２０，０００倍での組織写真である。 本発明例Ｎｏ．５の合金についての、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察による析出物を含む部位における倍率１００，０００倍での組織写真および観察された粒子についてのＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）による分析結果を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態である電子・電気機器用銅合金について説明する。
本実施形態である電子・電気機器用銅合金は、Ｚｒの含有量が０．０１ｍａｓｓ％以上０．１１ｍａｓｓ％未満、Ｓｉの含有量が０．００２ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％未満とされ、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる組成を有し、Ｚｒの含有量（ｍａｓｓ％）とＳｉの含有量（ｍａｓｓ％）との比Ｚｒ／Ｓｉが２以上３０以下の範囲内とされている。

なお、本実施形態である電子・電気機器用銅合金は、Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
また、本実施形態である電子・電気機器用銅合金は、Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
さらに、本実施形態である電子・電気機器用銅合金は、Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。

そして、本実施形態である電子・電気機器用銅合金においては、ＣｕとＺｒとＳｉを含有するＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子を有している。Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子としては、粒径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされた比較的粗大な粒子と、粒径が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内とされた微細な粒子が存在している。
また、本実施形態である電子・電気機器用銅合金においては、導電率が８０％ＩＡＣＳ以上とされ、０．２％耐力が３００ＭＰａ以上とされている。

ここで、上述のように成分組成、組織等を規定した理由について以下に説明する。

（Ｚｒ）
Ｚｒは、上述のＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子を形成し、導電率を維持したまま耐力を向上させる作用効果、あるいは、耐力を維持したまま導電率を向上させる作用効果を有する元素である。また、ビッカース硬さを向上させることができる。
ここで、Ｚｒの含有量が０．０１ｍａｓｓ％未満の場合には、その作用効果を十分に奏功せしめることができない。一方、Ｚｒの含有量が０．１１ｍａｓｓ％以上の場合には、導電率が大幅に低下してしまうおそれがあるとともに、溶体化が困難となり、熱間加工時や冷間加工時に断線や割れ等の欠陥が発生するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上０．１１ｍａｓｓ％未満の範囲内に設定している。なお、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子の個数を確保して強度を確実に向上させるためには、Ｚｒの含有量を０．０４ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、０．０５ｍａｓｓ％以上とすることがさらに好ましい。また、導電率の上昇や加工時の欠陥等を確実に抑制するためには、Ｚｒの含有量を０．１０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｓｉ）
Ｓｉは、上述のＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子を形成し、導電率を維持したまま耐力を向上させる作用効果、あるいは、耐力を維持したまま導電率を向上させる作用効果を有する元素である。また、ビッカース硬さを向上させることができる。
ここで、Ｓｉの含有量が０．００２ｍａｓｓ％未満の場合には、その作用効果を十分に奏功せしめることができない。一方、Ｓｉの含有量が０．０３ｍａｓｓ％以上の場合には、導電率が大幅に低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｉの含有量を０．００２ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％未満の範囲内に設定している。なお、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子の個数を確保して強度を確実に向上させるためには、Ｓｉの含有量を０．００３ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、０．００４ｍａｓｓ％以上とすることがさらに好ましい。また、導電率の上昇を確実に抑制するためには、Ｓｉの含有量を０．０２５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましく、０．０２ｍａｓｓ％以下とすることがさらに好ましい。

（Ｚｒ／Ｓｉ）
上述のように、ＺｒとＳｉをＣｕ中に添加することにより、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子が形成され、導電率を維持したまま耐力を向上させる、あるいは、耐力を維持したまま導電率を向上させることができる。また、ビッカース硬さを向上させることができる。
ここで、Ｚｒの含有量（ｍａｓｓ％）とＳｉの含有量（ｍａｓｓ％）との比Ｚｒ／Ｓｉが２未満の場合には、Ｚｒの含有量に対してＳｉの含有量が多く、過剰なＳｉによって導電率が低下してしまうおそれがある。一方、Ｚｒ／Ｓｉが３０を超える場合には、Ｚｒの含有量に対してＳｉの含有量が少なく、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子を十分に形成することができず、上述の作用効果を十分に奏功せしめることができない。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量（ｍａｓｓ％）とＳｉの含有量（ｍａｓｓ％）との比Ｚｒ／Ｓｉを２以上３０以下の範囲内に設定している。なお、導電率の低下を確実に抑制するためには、Ｚｒ／Ｓｉを３以上とすることが好ましい。また、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子の個数を確保して強度を確実に向上させるためには、Ｚｒ／Ｓｉを２５以下とすることが好ましく、２０以下とすることがさらに好ましい。

（Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ）
Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇといった元素は、銅の母相中に固溶し、強度を向上させる作用効果を有する。よって、さらなる強度向上を図る場合には、適宜添加することが好ましい。
ここで、Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇのうちのいずれか１種または２種以上の含有量の合計が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、上述した作用効果を確実に奏功せしめることができないおそれがある。一方、Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇのうちのいずれか１種または２種以上の含有量の合計が０．１ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率が大幅に低下するおそれがある。
以上のことから、Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇといった元素を添加して強度の向上を図る場合には、Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇのうちのいずれか１種または２種以上の含有量の合計を０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。

（Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒ）
Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒといった元素は、析出物粒子を形成し、導電率を維持したまま強度を大幅に向上させる作用効果を有する。よって、さらなる強度向上を図る場合には、適宜添加することが好ましい。
ここで、Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の含有量の合計が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、上述した作用効果を確実に奏功せしめることができないおそれがある。一方、Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の含有量の合計が０．１ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率が低下するおそれがある。
以上のことから、Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒといった元素を添加して強度の向上を図る場合には、Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の含有量の合計を０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。

（Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂ）
Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂといった元素は、溶解鋳造時に晶出および偏析によって比較的粗大な粒子を形成し、せん断加工性を大幅に向上させる作用効果を有する。よって、せん断加工性をさらに向上させる場合には、適宜添加することが好ましい。
ここで、Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂのうちのいずれか１種または２種以上の含有量の合計が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、上述した作用効果を確実に奏功せしめることができないおそれがある。一方、Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂのうちのいずれか１種または２種以上の含有量の合計が０．１ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率が低下するおそれがある。
以上のことから、Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂといった元素を添加してせん断加工性の向上を図る場合には、Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂのうちのいずれか１種または２種以上の含有量の合計を０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。

（不可避不純物）
なお、上述した元素以外の不可避不純物としては、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｃ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ，Ｔｃ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｏ，Ｓ，Ｐｏ，Ｂｉ，ランタノイド等が挙げられる。これらの不可避不純物は、総量で０．３ｍａｓｓ％以下であることが望ましい。

（Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子）
ＣｕにＺｒ，Ｓｉを添加した場合には、ＣｕとＺｒとＳｉを含有するＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子が存在することになる。本実施形態では、上述のように、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子として、粒径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされた比較的粗大な粒子と、粒径が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内とされた微細な粒子が存在している。
ここで、粒径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされた粗大なＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子は、溶解鋳造時に晶出または偏析したものと推測される。また、粒径が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内とされた微細なＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子は、その後の熱処理等において析出したものと推測される。
粒径１μｍ以上５０μｍ以下の粗大なＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子は、強度向上には寄与しないが、プレス打ち抜き等に代表されるせん断加工を実施した際に破壊の起点となり、せん断加工性を大幅に向上させることが可能となる。
一方、粒径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の微細なＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子は、強度向上に寄与し、高い導電率を維持したまま耐力の向上を図ることができる。あるいは、高い耐力を維持したまま導電率をさらに高くすることができる。また、ビッカース硬さを向上させることができる。

（導電率：８０％ＩＡＣＳ以上）
Ｚｒ、ＳｉがＣｕの母相中に固溶している場合には、導電率が大幅に低下することになる。そこで、本実施形態では、導電率を８０％ＩＡＣＳ以上に規定しているので、上述のＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子が十分に存在していることになり、確実に強度の向上及びせん断加工性の向上を図ることが可能となる。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、導電率を８５％ＩＡＣＳ以上とすることが好ましく、８８％ＩＡＣＳ以上とすることがさらに好ましい。

次に、このような構成とされた本実施形態である電子機器用銅合金の製造方法について、図１に示すフロー図を参照して説明する。

（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
まず、銅原料を溶解して得られた銅溶湯に、Ｚｒ、Ｓｉを添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を溶製する。なお、Ｚｒ、Ｓｉの添加には、Ｚｒ単体およびＳｉ単体やＣｕ−Ｚｒ母合金およびＣｕ−Ｓｉ母合金等を用いることができる。また、ＺｒおよびＳｉを含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。また、本合金のリサイクル材およびスクラップ材を用いてもよい。なお、Ｚｒ，Ｓｉ以外の元素（例えばＡｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂ等）を添加する場合にも、同様に各種原料を用いることができる。

銅溶湯は、純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上とされたいわゆる４ＮＣｕとすることが好ましい。また、銅合金溶湯の溶製時には、ＺｒおよびＳｉの酸化等を抑制するために、真空炉、あるいは、不活性ガス雰囲気または還元性雰囲気とされた雰囲気炉を用いることが好ましい。
そして、成分調整された銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を製出する。なお、量産を考慮した場合には、連続鋳造法または半連続鋳造法を用いることが好ましい。

（熱処理工程Ｓ０２）
次に、得られた鋳塊の均質化および溶体化のために熱処理を行う。鋳塊を８００℃以上１０８０℃以下にまで加熱する熱処理を行うことで、鋳塊内において、ＺｒおよびＳｉを均質に拡散させたり、ＺｒおよびＳｉを母相中に固溶させたりするのである。この熱処理工程Ｓ０２は、非酸化性または還元性雰囲気中で実施することが好ましい。
加熱後の冷却方法は、特に限定しないが、水焼入など冷却速度が２００℃／ｍｉｎ以上となる方法を採用することが好ましい。

（熱間加工工程Ｓ０３）
次に、粗加工の効率化と組織の均一化のために熱間加工を実施する。加工方法は特に限定されないが、最終形状が板、条の場合は圧延を採用することが好ましい。線や棒の場合には押出や溝圧延、バルク形状の場合には鍛造やプレスを採用することが好ましい。熱間加工時の温度も特に限定されないが、５００℃以上１０５０℃以下の範囲内とすることが好ましい。
なお、熱間加工後の冷却方法は、特に限定しないが、水焼入など冷却速度が２００℃／ｍｉｎ以上となる方法を採用することが好ましい。

（中間加工工程Ｓ０４／中間熱処理工程Ｓ０５）
また、熱間加工の後、溶体化の徹底、再結晶組織化または加工性向上のための軟化を目的として中間加工、中間熱処理を加えてもよい。この中間加工工程Ｓ０４における温度条件は特に限定はないが、冷間加工となる−２００℃から２００℃の範囲内とすることが好ましい。また、中間加工工程Ｓ０４における加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、最終形状を得るまでの中間熱処理工程Ｓ０５の回数を減らすためには、２０％以上とすることが好ましい。また、加工率を３０％以上とすることがより好ましい。塑性加工方法は特に限定されないが、例えば圧延、線引き、押出、溝圧延、鍛造、プレス等を採用することができる。
中間熱処理工程Ｓ０５における熱処理方法は特に限定はないが、好ましくは５００℃以上１０５０℃以下の条件で、非酸化雰囲気または還元性雰囲気中で熱処理を行うことが好ましい。なお、これら中間加工工程Ｓ０４、中間熱処理工程Ｓ０５は繰り返し実施してしてもよい。

（仕上加工工程Ｓ０６）
次に、上記の工程を施した材料を必要に応じて切断するとともに、表面に形成された酸化膜等を除去するために必要に応じて表面研削を行う。そして、所定の加工率で冷間加工を実施する。なお、この仕上加工工程Ｓ０６における温度条件は特に限定はないが、−２００℃から２００℃の範囲内とすることが好ましい。また、加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、加工硬化によって強度を向上させるためには、加工率を３０％以上とすることが好ましく、さらなる強度の向上を図る場合には、加工率を５０％以上とすることがより好ましい。塑性加工方法は特に限定されないが、最終形状が板、条の場合は圧延を採用することが好ましい。線や棒の場合には押出や溝圧延、バルク形状の場合には鍛造やプレスを採用することが好ましい。

（時効熱処理工程Ｓ０７）
次に、仕上加工工程Ｓ０６によって得られた仕上加工材に対して、強度、導電率の上昇のために、時効熱処理を実施する。この時効熱処理工程Ｓ０７により、粒径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の微細なＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子が析出することになる。
ここで熱処理温度は特に限定しないが、最適なサイズのＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子を均一に分散析出させるために、２５０℃以上６００℃以下の範囲内とすることが好ましい。なお、導電率によって析出状態を把握できることから、所定の導電率となるように、熱処理条件（温度、時間）を適宜設定することが好ましい。
ここで、上述の仕上加工工程Ｓ０６と時効熱処理工程Ｓ０７とを、繰り返し実施してもよい。また、時効熱処理工程Ｓ０７の後に、形状修正や強度向上のために１％から７０％の加工率で冷間加工を行ってもよい。さらに、調質や残留ひずみの除去のために熱処理を行ってもよい。なお、熱処理後の冷却方法は、特に限定しないが、水焼入など冷却速度が２００℃／ｍｉｎ以上となる方法を採用することが好ましい。

以上のようにして、Ｃｕ―Ｚｒ―Ｓｉ粒子を有する電気・電子機器用銅合金が製出されることになる。この電子・電気機器用銅合金においては、０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、ビッカース硬さが１００ＨＶ以上とされている。
また、仕上加工工程Ｓ０６における加工方法として圧延を適用した場合、板厚０．０５〜１．０ｍｍ程度の電子・電気機器用銅合金薄板（条材）を得ることができる。このような薄板は、これをそのまま電子・電気機器用部品に使用してもよいが、板面の一方、もしくは両面に、膜厚０．１〜１０μｍ程度のＳｎめっきまたはＡｇめっきを施して、めっき付き銅合金条としてもよい。
さらに、本実施形態である電気・電子機器用銅合金（電子・電気機器用銅合金薄板）を素材として、打ち抜き加工や曲げ加工等を施すことにより、例えばコネクタ等の端子、リレー、リードフレーム、バスバーといった電子・電気機器用部品が成形される。

以上のような構成とされた本実施形態である電気・電子機器用銅合金によれば、Ｚｒの含有量が０．０１ｍａｓｓ％以上０．１１ｍａｓｓ％未満、Ｓｉの含有量が０．００２ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％未満とされ、Ｚｒの含有量（ｍａｓｓ％）とＳｉの含有量（ｍａｓｓ％）との比Ｚｒ／Ｓｉが２以上３０以下とされているので、上述のＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子を形成して銅の母中に分散させることにより、導電率を維持したまま耐力を向上させる、あるいは、耐力を維持したまま導電率を向上させることが可能となる。また、ビッカース硬さを向上させることができる。

ここで、本実施形態においては、粒径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の微細なＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子を有しているので、高い導電率を維持したまま耐力の向上を図ることができる。あるいは、高い耐力を維持したまま導電率をさらに高くすることができる。また、ビッカース硬さを向上させることができる。
さらに、粒径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされた粗大なＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子を有しているので、せん断加工時に粗大なＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子が破壊の起点となり、せん断加工性を大幅に向上させることができる。

また、本実施形態である電子・電気機器用銅合金においては、導電率が８０％ＩＡＣＳ以上とされているので、ＺｒやＳｉが銅の母相中に固溶しておらず、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子が母相中に十分に分散していることになり、強度を確実に向上させることが可能となる。また、特に高い導電率が要求される電子・電気用部品の素材として使用することができる。

ここで、本実施形態の電子・電気機器用銅合金において、さらにＡｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有する場合には、これらの元素が銅の母相中に固溶することによって、さらに耐力を向上させることができる。すなわち、固溶強化によって強度の向上を図ることができるのである。

また、本実施形態の電子・電気機器用銅合金において、さらにＴｉ，Ｃｏ，Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有する場合には、これらの元素が単独であるいは化合物として析出することによって、導電率を低下させることなく、さらに耐力を向上させることができる。すなわち、析出強化によって強度の向上を図ることができるのである。

さらに、本実施形態の電子・電気機器用銅合金において、さらにＰ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内含有する場合には、これらの元素が溶解鋳造時に晶出および偏析によって比較的粗大な粒子を形成することになり、この粗大な粒子がせん断加工時に破壊と起点となるため、せん断加工性を大幅に向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態である電子・電気機器用銅合金においては、０．２％耐力が３００ＭＰａ以上の機械特性を有するので、例えば電磁リレーの可動導電片あるいは端子のバネ部のごとく、特に高強度が要求される部品に適している。

本実施形態である電子・電気機器用銅合金薄板は、上述の電子・電気機器用銅合金の圧延材からなることから、耐応力緩和特性に優れており、コネクタ、その他の端子、電磁リレーの可動導電片、リードフレーム、バスバーなどに好適に使用することができる。また、用途に応じて、表面にＳｎめっきおよびＡｇめっきを形成して使用してもよい。

本実施形態である電子・電気機器用部品、端子、バスバーは、上述した本実施形態の電子・電気機器用銅合金からなることから、寸法精度に優れ、小型化および薄肉化しても優れた特性を発揮することができる。

以上、本発明の実施形態である電気・電子機器用銅合金について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、電気・電子機器用銅合金の製造方法の一例について説明したが、製造方法は本実施形態に限定されることはなく、既存の製造方法を適宜選択して製造してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅（ＡＳＴＭ Ｆ６８−Ｃｌａｓｓ１）からなる銅原料を準備し、これを高純度グラファイト坩堝内に装入して、Ａｒガス雰囲気とされた雰囲気炉内において高周波溶解した。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１および表２に示す成分組成に調製し、水冷銅鋳型に注湯して鋳塊を製出した。なお、鋳塊の大きさは、厚さ約２０ｍｍ×幅約２０ｍｍ×長さ約１００〜１２０ｍｍとした。

得られた鋳塊に対して、Ａｒガス雰囲気中において、均質化と溶体化のために表３および表４に記載の温度条件で４時間の加熱を行う熱処理工程を実施し、その後、水焼き入れを実施した。熱処理後の鋳塊を切断するとともに、酸化被膜を除去するために表面研削を実施した。

その後、表３および表４に記載された加工率、温度にて熱間圧延を行い、水焼き入れを実施した後、表３および表４に記載された条件にて仕上加工工程として冷間圧延を実施し、厚さ約０．５ｍｍの条材を製出した。
そして、得られた条材に対して、表３および表４に記載された温度にて、表５および表６に記載の導電率となるまで時効熱処理を実施し、特性評価用条材を作成した。

（加工性評価）
加工性の評価として、前述の仕上加工工程（冷間圧延時）における耳割れの有無を観察した。目視で耳割れが全くあるいはほとんど認められなかったものを「◎」、長さ１ｍｍ未満の小さな耳割れが発生したものを「○」、長さ１ｍｍ以上３ｍｍ未満の耳割れが発生したものを「△」、長さ３ｍｍ以上の大きな耳割れが発生したものを「×」とした。耳割れの長さが１ｍｍ以上３ｍｍ未満である「△」は実用上問題がないと判断した。
なお、耳割れの長さとは、圧延材の幅方向端部から幅方向中央部に向かう耳割れの長さのことである。評価結果を表５および表６に示す。

（粒子観察）
Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｉを含有するＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子を確認するため、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：日本電子株式会社製、ＪＥＭ−２０１０Ｆ）を用いて粒子観察し、ＥＤＸ分析（エネルギー分散型Ｘ線分光法）を実施した。
まず、図３に示すように、ＴＥＭを用いて２０，０００倍（観察視野：２×１０^７ｎｍ^２）で観察した。そして、観察された粒子について、図４に示すように、１００，０００倍（観察視野：７×１０^５ｎｍ^２）観察を行った。また、粒径が１０ｎｍ未満の粒子については、さらに５００，０００倍（観察視野：３×１０^４ｎｍ^２）で観察を行った。
また、観察された粒子について、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）を用いて組成を分析し、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子であることを確認した。ＥＤＸ分析結果の一例を図４に示す。

Ｃｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子の粒径は、長径（途中で粒界に接しない条件で粒内に最も長く引ける直線の長さ）のと短径（長径と直角に交わる方向で、途中で粒界に接しない条件で最も長く引ける直線の長さ）の平均値とした。
組織観察により、粒径１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲内のＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子が観察されたものを○、観察されなかったものを×として評価した。評価結果を表５および表６に示す。

（導電率）
特性評価用条材から幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍの試験片を採取し、４端子法によって電気抵抗を求めた。また、マイクロメータを用いて試験片の寸法測定を行い、試験片の体積を算出した。そして、測定した電気抵抗値と体積とから、導電率を算出した。なお、試験片は、その長手方向が特性評価用条材の圧延方向に対して垂直になるように採取した。測定結果を表５および表６に示す。

（機械的特性）
特性評価用条材からＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定される１３Ｂ号試験片を採取し、オフセット法により０．２％耐力、引張強さを測定した。なお、試験片は、引張試験の引張方向が特性評価用条材の圧延方向に対して垂直になるように採取した。
また、ヤング率Ｅは、前述の試験片にひずみゲージを貼付け、荷重−伸び曲線の勾配から求めた。評価結果を表５および表６に示す。

（ビッカース硬さ）
ＪＩＳ Ｚ ２２４４に規定されているマイクロビッカース硬さ試験方法に準拠し、試験荷重０．９８Nでビッカース硬さを測定した。評価結果を表５および表６に示す。

Ｚｒの含有量が本発明の範囲よりも多い比較例１においては、仕上加工（冷間圧延）時に大きな耳割れが発生した。このため、その後の工程と評価を中止した。
Ｚｒの含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例２においては、粒径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下のＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子が観察されておらず、０．２％耐力が２１８ＭＰａと低く、ビッカース硬さも不十分であった。
Ｚｒの含有量（ｍａｓｓ％）とＳｉの含有量（ｍａｓｓ％）との比Ｚｒ／Ｓｉが本発明の範囲よりも小さい比較例３においては、導電率が大きく低下した。

これに対して、本発明例１−４４においては、仕上加工（冷間圧延）の際に３ｍｍ以上の大きな耳割れは発生しなかった。また、いずれも粒径１ｎｍ以上５００ｎｍ以下のＣｕ−Ｚｒ−Ｓｉ粒子が観察されており、高い導電率と高い耐力とを有していた。さらに、ビッカース硬さが高くなっていた。

以上のことから、本発明例によれば、高い導電率と高い耐力とを有するとともにビッカース硬さが高く、電子・電気機器用部品に適した電子機器用銅合金を提供することができることが確認された。

Claims (14)

1. Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１１ｍａｓｓ％未満、Ｓｉを０．００２ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％未満、含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
   Ｚｒの含有量（ｍａｓｓ％）とＳｉの含有量（ｍａｓｓ％）との比Ｚｒ／Ｓｉが２以上３０以下の範囲内とされていることを特徴とする電子・電気機器用銅合金。
2. ＣｕとＺｒとＳｉを含有するＣｕ-Ｚｒ-Ｓｉ粒子を有することを特徴とする請求項１に記載の電子・電気機器用銅合金。
3. 前記Ｃｕ-Ｚｒ-Ｓｉ粒子の少なくとも一部は、粒径が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項２に記載の電子・電気機器用銅合金。
4. さらに、Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金。
5. さらに、Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金。
6. さらに、Ｐ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｂのうちのいずれか１種または２種以上を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金。
7. 導電率が８０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金。
8. ０．２％耐力が３００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金。
9. 表面のビッカース硬さが１００ＨＶ以上であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金の圧延材からなり、厚みが０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする電子・電気機器用銅合金薄板。
11. 表面にＳｎめっきまたはＡｇめっきが施されていることを特徴とする請求項１０に記載の電子・電気機器用銅合金薄板。
12. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金からなることを特徴とする電子・電気機器用部品。
13. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金からなることを特徴とする端子。
14. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金からなることを特徴とするバスバー。