JP2015113492A - 電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子 - Google Patents

Abstract

【課題】強度、せん断加工性に優れた電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子を提供する。【解決手段】Ｍｇを１．３ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下の範囲で含み、さらに、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ，希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされていることを特徴する。【選択図】なし

Description

本発明は、半導体装置のコネクタ等の端子、あるいは電磁リレーの可動導電片や、リードフレームなどの電子・電気機器用部品として使用される電子・電気機器用銅合金と、それを用いた電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子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。

ここで、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子・電気機器用部品に使用される銅合金として、非特許文献２に記載されているＣｕ−Ｍｇ合金、や、特許文献１に記載されているＣｕ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｂ合金等が開発されている。
これらのＣｕ−Ｍｇ系合金では、図１に示すＣｕ−Ｍｇ系状態図から分かるように、Ｍｇの含有量が３．３原子％以上の場合、溶体化処理と、析出処理を行うことで、ＣｕとＭｇからなる金属間化合物を析出させることができる。すなわち、これらのＣｕ−Ｍｇ系合金においては、析出硬化によって比較的高い導電率と強度を有することが可能となるのである。

しかしながら、非特許文献２および特許文献１に記載されたＣｕ−Ｍｇ系合金では、母相中に多くの粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が分散されていることから、曲げ加工時にこれらの金属間化合物が起点となって割れ等が発生しやすいため、複雑な形状の電子・電気機器用部品を成形することができないといった問題があった。
特に、携帯電話やパソコン等の民生品に使用される電子・電気機器用部品においては、小型化及び軽量化が求められており、強度と曲げ加工性とを両立した電子・電気機器用銅合金が求められている。しかしながら、上述のＣｕ−Ｍｇ系合金のような析出硬化型合金においては、析出硬化によって強度及び耐力を向上させると曲げ加工性が著しく低下してしまうことになる。このため、薄肉で複雑な形状の電子・電気機器用部品を成形することはできなかった。

そこで、特許文献２には、Ｃｕ−Ｍｇ合金を溶体化後に急冷することによって作製したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体の加工硬化型銅合金が提案されている。
このＣｕ−Ｍｇ合金は、優れた強度、導電率、曲げ性のバランスに優れており、上述の電子・電気機器用部品の素材として、特に適している。

特開平０７−０１８３５４号公報 特許第５０４５７８３号公報

野村幸矢、「コネクタ用高性能銅合金板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 掘茂徳、他２名、「Ｃｕ−Ｍｇ合金における粒界反応型析出」、伸銅技術研究会誌Ｖｏｌ．１９（１９８０）ｐ．１１５−１２４

ところで、例えばコネクタ等の電子・電気機器用部品は、一般に、厚みが０．０５〜１．０ｍｍ程度の薄板（圧延板）に打ち抜き加工を施すことによって所定の形状とし、その少なくとも一部に曲げ加工を施すことによって製造される。
最近では、電子・電気機器のさらなる小型化及び軽量化にともない、これら小型化及び軽量化された電子・電気機器に用いられる電子・電気機器用部品を製造する際には、プレス成型（打ち抜き加工）時の高精度化が重要な課題となっている。また、操業上では、プレス金型の摩耗や打ち抜き屑の発生による生産性の低下も問題となっている。これらの観点から、従来にも増して、せん断加工性に優れた電子・電気機器用銅合金の開発が強く求められている。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、強度、せん断加工性に優れた電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の電子・電気機器用銅合金は、Ｍｇを１．３ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下の範囲で含み、さらに、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素の中から選択される少なくとも１種または２種以上を合計で０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物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、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素の中から選択される少なくとも１種または２種以上を合計で０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいるので、これらの元素の多くが晶出物として存在することになり、この晶出物が打ち抜き加工時に破壊の起点となり、せん断加工性が大幅に向上する。また、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ，希土類元素といった元素は、不可避不純物であるＯやＳと反応して酸化物や硫化物を生成することから、これらの酸化物や硫化物も打ち抜き加工時に破壊の起点となり、せん断加工性の向上に寄与することになる。

ここで、本発明の電子・電気機器用銅合金では、Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以上５０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、銅中に存在するＳが、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素と反応し、金属間化合物または硫化物として晶出物や析出物を形成する。これらの晶出物や析出物は、打ち抜き加工時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。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ^２＋０．６５６９×Ｘ）＋１．７）×１００の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、図１の状態図に示すように、Ｍｇを固溶限度以上のＭｇを１．３ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下（３．３原子％以上６．９原子％以下）の範囲で含有しており、かつ、導電率が上記の範囲内とされていることから、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体となる。

このようなＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体からなる銅合金においては、母相中には、割れの起点となる粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、曲げ加工性が向上することになることから、複雑な形状のコネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子・電気機器用部品等を成形することが可能となる。
さらに、Ｍｇを過飽和に固溶させていることから、加工硬化によって強度を向上させることが可能となる。
なお、Ｍｇの原子％については、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素のみからなると仮定して算出した。また、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ，希土類元素といった元素は、銅中にほとんど固溶しないことから、導電率σの計算において、これらの元素を除いて算出した。

さらに、本発明の電子・電気機器用銅合金では、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ^２以下とされていることが好ましい。
この場合、図１の状態図に示すように、Ｍｇを固溶限度以上の１．３ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下（３．３原子％以上６．９原子％以下）の範囲で含有しており、かつ、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ^２以下とされていることから、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の析出が抑制されており、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体となる。よって、上述のように、母相中には、割れの起点となる粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、曲げ加工性が向上することができる。さらに、Ｍｇを過飽和に固溶させていることから、加工硬化によって強度を向上させることが可能となる。

なお、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数は、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、倍率：５万倍、視野：約４．８μｍ^２で１０視野の観察を行って算出する。
また、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の粒径は、金属間化合物の長径（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）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）の平均値とする。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、さらに、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐのうち１種または２種以上を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上２．００ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
これらの元素は、Ｃｕ−Ｍｇ合金の強度等の特性を向上させる作用効果を有することから、要求特性に応じて適宜添加することが好ましい。ここで、上述の元素の添加量の合計が０．０１ｍａｓｓ％未満では、上述した強度向上の作用効果を十分に得ることができない。一方、上述の元素の添加量の合計が２．００ｍａｓｓ％を超えると導電率が大きく低下することになる。そこで、本発明では、上述の元素の添加量の合計を０．０１ｍａｓｓ％以上２．００ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。

さらに、本発明の電子・電気機器用銅合金においては、０．２％耐力が４００ＭＰａ以上の機械的特性を有することが好ましい。
この場合、０．２％耐力が４００ＭＰａ以上であることから、容易に塑性変形せず、ばね性を確保することができるため、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子機器用部品に特に適している。

本発明の電子・電気機器用銅合金塑性加工材は、上述の電子・電気機器用銅合金からなる銅素材を塑性加工することによって形成されたことを特徴としている。なお、この明細書において塑性加工材とは、いずれかの製造工程において、塑性加工が施された銅合金をいうものとする。
この構成の銅合金塑性加工材においては、上述のように、強度、曲げ加工性、せん断加工性に優れた電子・電気機器用銅合金からなることから、電子・電気機器用部品の素材として特に適している。

ここで、本発明の電子・電気機器用銅合金塑性加工材においては、前記銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程と、加熱された前記銅素材を６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で２００℃以下にまで冷却する急冷工程と、前記銅素材を塑性加工する塑性加工工程と、を有する製造方法によって成形されたものであることが好ましい。
この場合、上述の組成の銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱することにより、Ｍｇの溶体化を行うことができる。また、加熱された前記銅素材を、６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で２００℃以下にまで冷却することにより、冷却の過程で金属間化合物が析出することを抑制でき、銅素材をＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とすることが可能となる。よって、母相中に粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、曲げ加工性が向上することになる。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金塑性加工材においては、表面にＳｎめっきが施されていてもよい。
この場合、端子・コネクタ等を成型した際に接点同士の接触抵抗が安定するとともに、耐食性を向上させることができる。

本発明の電子・電気機器用部品は、上述の電子・電気機器用銅合金塑性加工材からなることを特徴としている。なお、本発明における電子・電気機器用部品とは、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等を含むものである。
また、本発明の端子は、上述の電子・電気機器用銅合金塑性加工材からなることを特徴としている。
この構成の電子・電気機器用部品及び端子は、機械的特性に優れた電子・電気機器用銅合金塑性加工材を用いて製造されているので、複雑な形状であっても割れ等がなく、強度も十分に確保されているので、信頼性に優れている。

本発明によれば、強度、せん断加工性に優れた電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子を提供することができる。

Ｃｕ−Ｍｇ系状態図である。 本実施形態である電子・電気機器用銅合金の製造方法のフロー図である。 実施例におけるせん断加工性を評価する破断面割合の説明図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態である電子・電気機器用銅合金の成分組成は、Ｍｇを１．３ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下（３．３原子％以上６．９原子％以下）の範囲で含み、さらに、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされている。また、本実施形態においては、Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以上５０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされている。
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４００ＭＰａ以上とされている。

ここで、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ^２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００の範囲内とされている。
また、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ^２以下とされている。
すなわち、本実施形態である電子・電気機器用銅合金は、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がほとんど析出しておらず、Ｍｇが母相中に固溶限度以上に固溶したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とされているのである。

ここで、上述のように成分組成、導電率、析出物の個数を規定した理由について以下に説明する。

（Ｍｇ：１．３ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下）
Ｍｇは、導電率を大きく低下させることなく、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。また、Ｍｇを母相中に固溶させることにより、優れた曲げ加工性が得られる。
ここで、Ｍｇの含有量が１．３ｍａｓｓ％未満では、その作用効果を奏功せしめることはできない。一方、Ｍｇの含有量が２．８ｍａｓｓ％を超えると、溶体化のために熱処理を行った際に、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が残存してしまい、その後の熱間加工及び冷間加工時に割れが発生してしまうおそれがある。このような理由から、Ｍｇの含有量を、１．３ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下（３．３原子％以上６．９原子％以下）に設定している。

なお、Ｍｇの含有量が少ないと、強度が十分に向上しない。また、Ｍｇは活性元素であることから、過剰に添加されることによって、溶解鋳造時に、酸素と反応して生成されたＭｇ酸化物を巻きこむおそれがある。したがって、Ｍｇの含有量を、１．４ｍａｓｓ％以上２．６ｍａｓｓ％以下（３．７原子％以上６．３原子％以下）の範囲とすることが、さらに好ましい。

（Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素：合計で０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２０ｍａｓｓ％以下）
Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素といった元素は、その多くが銅中に晶出物として存在し、この晶出物が打ち抜き加工時に破壊の起点となることから、せん断加工性が大幅に向上する。また、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ，希土類元素といった元素は、不可避不純物であるＯやＳと反応して酸化物や硫化物を生成することから、これらの酸化物や硫化物も打ち抜き加工時に破壊の起点となり、せん断加工性の向上に寄与することになる。また、Ｏ，Ｓを無害化し、特性への悪影響を抑制することができる。
ここで、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ，希土類元素のうちの１種または２種以上の含有量が合計で０．００１ｍａｓｓ％未満だと、所望の効果が得られない。一方、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ，希土類元素のうちの１種または２種以上の含有量が合計で０．０２０ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率の低下に加え、晶出物や析出物の存在割合が多くなり、熱間加工性及び冷間加工性が劣化するおそれがある。
したがって、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素のうちの１種または２種以上の含有量の合計を０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２０ｍａｓｓ％以下の範囲内とした。なお、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素のうちの１種または２種以上の含有量の合計は、上記の範囲内でも特に０．００２ｍａｓｓ％以上０．０１５ｍａｓｓ％以下の範囲内が好ましい。

（Ｓ：０．１ｍａｓｓｐｐｍ以上５０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下）
Ｓは、単体、金属間化合物及び複合硫化物などの形態で銅中に存在する。銅中に存在するＳは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素と反応し、金属間化合物又は硫化物として晶出物や析出物を形成する。これらの金属間化合物又は硫化物は、せん断加工時に破壊の起点となることから、せん断加工性が大幅に向上する。ここで、Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ未満では、生成する金属間化合物又は硫化物が少なくなり、せん断加工性のさらなる改善が認められないおそれがある。一方、Ｓの含有量が５０．０ｍａｓｓｐｐｍを超えると、冷間加工性が劣化するおそれがある。
したがって、本実施形態では、Ｓの含有量を、０．１ｍａｓｓｐｐｍ以上５０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下とした。なお、Ｓの含有量は、上記の範囲内でも特に１．０ｍａｓｓｐｐｍ以上４０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下が好ましく、２．０ｍａｓｓｐｐｍ以上４０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下がさらに好ましい。

以上の各元素の残部は、基本的にはＣｕおよび不可避的不純物とすればよい。ここで、不可避的不純物としては、Ａｇ，Ｂ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈｇ，Ｈ，Ｃ，Ｏ，Ｓ，Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐ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。

（導電率σ）
上述の成分組成とされた本実施形態である電子・電気機器用銅合金において、導電率σが、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ^２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００の範囲内である場合には、金属間化合物がほとんど存在しないことになる。
すなわち、導電率σが上記式を超える場合には、金属間化合物が多量に存在し、サイズも比較的大きいことから、曲げ加工性が大幅に劣化することになる。よって、導電率σが、上記式の範囲内となるように、製造条件を調整する。
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σ（％ＩＡＣＳ）を、
σ≦１．７２４１／（−０．０２９２×Ｘ^２＋０．６７９７×Ｘ＋１．７）×１００の範囲内とすることが好ましい。この場合、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がより少量であるために、曲げ加工性がさらに向上することになる。

（析出物）
本実施形態である電子・電気機器用銅合金においては、走査型電子顕微鏡で観察した結果、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ^２以下とされている。すなわち、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がほとんど析出しておらず、Ｍｇが母相中に固溶しているのである。
ここで、溶体化が不完全であったり、溶体化後にＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が析出することにより、サイズの大きい金属間化合物が多量に存在すると、これらの金属間化合物が割れの起点となり、曲げ加工性が大幅に劣化することになる。

組織を調査した結果、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が合金中に１個／μｍ^２以下の場合、すなわち、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が存在しないあるいは少量である場合、良好な曲げ加工性が得られることになる。
さらに、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、粒径０．０５μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の個数が合金中に１個／μｍ^２以下であることが、より好ましい。

なお、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数は、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、倍率：５万倍、視野：約４．８μｍ^２で１０視野の観察を行い、その平均値を算出する。
また、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の粒径は、金属間化合物の長径（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）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）の平均値とする。
ここで、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物は、化学式ＭｇＣｕ_２、プロトタイプＭｇＣｕ_２、ピアソン記号ｃＦ２４、空間群番号Ｆｄ−３ｍで表される結晶構造を有するものである。

次に、このような構成とされた本実施形態である電子・電気機器用銅合金の製造方法及び電子・電気機器用銅合金塑性加工材の製造方法について、図２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、前述の元素を添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を製出する。なお、Ｍｇの添加には、Ｍｇ単体やＣｕ−Ｍｇ母合金等を用いることができる。また、Ｍｇを含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。さらに、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。また、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素の中から選択される少なくとも１種または２種以上の元素の添加にも、元素単体や母合金等を用いることができる。
ここで、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、溶解工程では、Ｍｇの酸化を抑制するために、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。
ここで、鋳造における凝固時の冷却速度は、上述のＣａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素によって形成される粒子を十分に晶出させるために、３０℃／ｓｅｃ．未満とすることが好ましく、さらには、０．１℃／ｓｅｃ．以上２５℃／ｓｅｃ．未満とすることが好ましい。

（加熱工程Ｓ０２）
次に、得られた鋳塊の均質化および溶体化のために加熱処理を行う。鋳塊の内部には、凝固の過程においてＭｇが偏析で濃縮することにより発生したＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物等が存在することになる。そこで、これらの偏析および金属間化合物等を消失または低減させるために、鋳塊を４００℃以上９００℃以下にまで加熱する加熱処理を行うことで、鋳塊内において、Ｍｇを均質に拡散させたり、Ｍｇを母相中に固溶させたりするのである。なお、この加熱工程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。
ここで、加熱温度が４００℃未満では、溶体化が不完全となり、母相中にＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く残存するおそれがある。一方、加熱温度が９００℃を超えると、銅素材の一部が液相となり、組織や表面状態が不均一となるおそれがある。よって、加熱温度を４００℃以上９００℃以下の範囲に設定している。より好ましくは４００℃以上８５０℃以下、更に好ましくは４２０℃以上８００℃以下とする。

（急冷工程Ｓ０３）
そして、加熱工程Ｓ０２において４００℃以上９００℃以下にまで加熱された銅素材を、２００℃以下の温度にまで、６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する。この急冷工程Ｓ０３により、母相中に固溶したＭｇが、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物として析出することを抑制し、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数を１個／μｍ^２以下とすることができる。すなわち、銅素材をＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とすることができるのである。
なお、粗加工の効率化と組織の均一化のために、前述の加熱工程Ｓ０２の後に熱間加工を実施し、この熱間加工の後に上述の急冷工程Ｓ０３を実施する構成としてもよい。この場合、加工方法に特に限定はなく、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。また、熱間加工温度は、４００℃以上９００℃以下の範囲内とすることが好ましい。

（中間加工工程Ｓ０４）
加熱工程Ｓ０２および急冷工程Ｓ０３を経た銅素材を必要に応じて切断するとともに、加熱工程Ｓ０２および急冷工程Ｓ０３等で生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、所定の形状へと塑性加工を行う。
なお、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、冷間または温間加工となる−２００℃から２００℃の範囲内とすることが好ましい。また、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、５０％以上とすることが好ましく、６０％以上とすることがさらに好ましい。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。さらに、溶体化の徹底のために、Ｓ０２〜Ｓ０４を繰り返しても良い。

（中間熱処理工程Ｓ０５）
中間加工工程Ｓ０４後に、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熱処理を実施する。
熱処理の方法は特に限定はないが、好ましくは４００℃以上９００℃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。より好ましくは４００℃以上８５０℃以下、さらに好ましくは４２０℃以上８００℃以下とする。
ここで、中間熱処理工程Ｓ０５においては、４００℃以上９００℃以下にまで加熱された銅素材を、２００℃以下の温度にまで、６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することが好ましい。

（仕上加工工程Ｓ０６）
中間熱処理工程Ｓ０５後の銅素材を所定の形状に仕上加工を行う。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、溶体化されたＭｇが析出しないように、冷間または温間となる−２００〜２００℃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、２０％以上が好ましく、３０％以上がさらに好ましい。

（仕上熱処理工程Ｓ０７）
次に、仕上加工工程Ｓ０６後の銅素材に対して、ひずみ取りのための仕上熱処理を実施する。熱処理温度は、２００℃以上８００℃以下の範囲内とすることが好ましい。なお、この仕上熱処理工程Ｓ０７においては、溶体化されたＭｇが析出しないように、熱処理条件（温度、時間、冷却速度）を設定する必要がある。例えば２００℃では１分〜２４時間程度、４００℃では１秒〜１０秒程度とすることが好ましい。この熱処理は、非酸化雰囲気または還元性雰囲気中で行うことが好ましい。

また、冷却方法は、水焼入など、加熱された前記銅素材を、６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で、１００℃以下にまで冷却することが好ましい。このように急冷することにより、母相中に固溶したＭｇがＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物として析出することが抑制されることになり、銅素材をＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とすることができる。
さらに、上述の仕上加工工程Ｓ０６と仕上熱処理工程Ｓ０７とを、繰り返し実施してもよい。

このようにして、本実施形態である電子・電気機器用銅合金及び電子・電気機器用銅合金塑性加工材が製出されることになる。なお、この電子・電気機器用銅合金塑性加工材においては、表面に、膜厚０．１μｍ以上１０μｍ以下程度のＳｎめっきを施してもよい。
この場合のＳｎめっきの方法は特に限定されないが、常法に従って電解めっきを適用したり、また場合によっては電解めっき後にリフロー処理を施したりしてもよい。
また、本実施形態である電子・電気機器用部品及び端子は、上述の電子・電気機器用銅合金塑性加工材に対して、打ち抜き加工、曲げ加工等を施すことによって製造される。

以上のような構成とされた本実施形態である電子・電気機器用銅合金によれば、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素の中から選択される少なくとも１種または２種以上を合計で０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいるので、これらの元素からなる晶出物、酸化物や硫化物からなる粒子が多く存在し、これらの粒子が打ち抜き加工時に破壊の起点となり、せん断加工性が大幅に向上することになる。よって、プレス成型（打ち抜き加工）時の高精度化に対応でき、かつ、プレス金型の摩耗や打ち抜き屑の発生を抑制することが可能となる。

さらに本実施形態では、Ｓを０．１ｍａｓｓｐｐｍ以上含有しているので、銅中に存在するＳが、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素と反応し、金属間化合物または硫化物として晶出物や析出物を形成することになり、せん断加工性をさらに向上させることが可能となる。また、Ｓの含有量が５０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされているので、冷間加工性が確保され、電子・電気機器用銅合金塑性加工材を良好に製造することができる。

また、本実施形態の電子・電気機器用銅合金においては、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ^２以下とされるとともに、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ^２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００の範囲内とされており、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とされている。

このため、母相中には、割れの起点となる粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、曲げ加工性が向上することになる。よって、複雑な形状のコネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子・電気機器用部品等を成形することが可能となる。さらに、Ｍｇを過飽和に固溶させていることから、加工硬化によって強度を向上させることが可能となる。

ここで、本実施形態では、上述の組成とされた銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程Ｓ０２と、加熱された銅素材を６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で、２００℃以下にまで冷却する急冷工程Ｓ０４と、銅素材を塑性加工する中間加工工程Ｓ０４及び仕上加工工程Ｓ０６と、を有する製造方法によって製造されているので、電子・電気機器用銅合金を、上述のように、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とすることができる。

さらに、本実施形態では、鋳造における凝固時の冷却速度が３０℃／ｓｅｃ．未満とされ、好ましくは０．１℃／ｓｅｃ．以上２５℃／ｓｅｃ．未満の範囲内とされているので、上述のＣａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素によって形成される晶出物等の粒子を十分に存在させることができ、せん断加工性を確実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、０．２％耐力が４００ＭＰａ以上の機械的特性を有しているので、容易に塑性変形しなくなり、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子機器用部品の素材として好適に用いることが可能となる。
さらに、本実施形態である電子・電気機器用部品及び端子は、上述の電子・電気機器用銅合金塑性加工材を用いて製造されているので、耐力が高く、かつ、曲げ加工性、せん断加工性に優れており、複雑な形状であっても精度よく成形できるとともに割れ等がなく、信頼性が向上することになる。

以上、本発明の実施形態である電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子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、電子・電気機器用銅合金の製造方法及び電子・電気機器用銅合金塑性加工材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。

また、本実施形態では、Ｃｕ−Ｍｇ合金にＣａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素を添加したものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐのうち１種または２種以上を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上２．００ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐといった元素は、Ｃｕ−Ｍｇ合金の強度等の特性を向上させる元素であることから、要求特性に応じて適宜添加することが好ましい。ここで、添加量の合計を０．０１ｍａｓｓ％以上としているので、Ｃｕ−Ｍｇ合金の強度を確実に向上させることができる。一方、添加量の合計を２．００ｍａｓｓ％以下としているので、導電率を確保することができる。
なお、上述の元素を含有する場合には、実施形態で説明した導電率の規定は適用されないが、析出物の分布状態からＣｕ−Ｍｇの過飽和固溶体であることを確認することができる。

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 Ｂ１５２ Ｃ１０１００）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に示す成分組成に調製し、カーボン鋳型に注湯して鋳塊を製出した。ここで、鋳塊の大きさは、厚さ約１２０ｍｍ×幅約２２０ｍｍ×長さ約３００ｍｍとした。なお、鋳造時における冷却速度は０．１℃／ｓｅｃ．以上２０℃／ｓｅｃ．未満の範囲内とした。
また、表１に示す組成のａｔ％（原子％）は、Ｃｕ、Ｍｇおよびその他の添加元素のみからなると仮定し、測定されたｍａｓｓ％の値から原子％を算出した。

得られた鋳塊から鋳肌近傍を１０ｍｍ以上面削し、１００ｍｍ×２００ｍｍ×１００ｍｍのブロックを切り出した。
このブロックを、Ａｒガス雰囲気中において、表２に記載の温度条件で４時間保持し、その後、水焼入れを実施した。

次に、熱処理を行った銅素材を、適宜、最終形状に適した形にするために、それぞれ切断するとともに、酸化被膜を除去するために表面研削を実施した。その後、中間加工工程として、常温で、表２に記載された圧延率で冷間圧延を実施した。
次いで、中間熱処理として、ソルトバスを用いて表２に記載された温度条件で熱処理を行い、水焼入れを実施した。

次に、表２に示す圧延率で仕上圧延を実施し、厚さ０．５ｍｍ、幅約２００ｍｍの薄板を製出した。
そして、仕上圧延後に、表２に示す条件で、Ａｒ雰囲気中で仕上熱処理を実施し、その後、水焼入れを行い、特性評価用薄板を作成した。

（加工性評価）
加工性の評価として、前述の中間圧延及び仕上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×、耳割れに起因して圧延途中で破断したものを××とした。
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。

（析出物観察）
各試料の圧延面に対して、鏡面研磨、イオンエッチングを行った。ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の析出状態を確認するため、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡）を用い、1万倍の視野（約１２０μｍ^２／視野）で観察を行った。
次に、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の密度（個／μｍ^２）を調査するために、金属間化合物の析出状態が特異ではない１万倍の視野（約１２０μｍ^２／視野）を選び、その領域で、５万倍で連続した１０視野（約４．８μｍ^２／視野）の撮影を行った。金属間化合物の粒径については、金属間化合物の長径（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）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。そして、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の密度（個／μｍ^２）を求めた。

（せん断加工性）
特性評価用薄板から金型で角孔（８ｍｍ×８ｍｍ）を多数打抜いて、図３に示される破断面割合（打ち抜きされた部分の板厚に対する破断面の割合）及びかえり高さの測定により評価を行った。打ち抜きの切口面においては、破断面とせん断面とが存在しており、せん断面の割合が少なく破断面の割合が多いほど、せん断加工性に優れることになる。
金型のクリアランスは０．０２ｍｍとし、５０ｓｐｍ（ｓｔｒｏｋｅ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）の打ち抜き速度により打ち抜きを行った。破断面割合、かえり高さの測定は穴抜き側の切口面を観察し、各測定箇所１０点の平均を評価した。
なお、かえり高さが６μｍ以下のものを「○」と評価し、６μｍを超えるものを「×」と評価した。

（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、ＪＩＳ Ｚ ２２４１のオフセット法により、０．２％耐力を測定した。なお、試験片は、圧延方向に垂直な方向で採取した。

（導電率）
特性評価用薄板から幅１０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ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薄板の圧延方向に対して垂直になるように採取した。

成分組成を表１、製造条件を表２、評価結果を表３に示す。

Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例１においては、耐力が３７７ＭＰａと低かった。また、破断面割合が２８％、かえり高さ評価が×であり、せん断加工性が著しく劣っていた。
Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも多い比較例２においては、中間加工の冷間圧延時に大きな耳割れが発生し、その後の特性評価を実施することが不可能であった。
Ｍｇの含有量が本発明の範囲内であるものの、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素といった元素を含有していない比較例３においては、破断面割合が３５％であり、せん断加工性が不十分であった。
Ｍｇの含有量が本発明の範囲内であるものの、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素といった元素の含有量が本発明の範囲よりも多い比較例４においては、中間加工の冷間圧延時に大きな耳割れが発生し、その後の特性評価を実施することが不可能であった。

これに対して、Ｍｇの含有量が本発明の範囲内とされるとともに、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有する本発明例１−８においては、耐力が高く、かつ、せん断加工性にも優れていた。また、耳割れの発生もなかった。
また、さらに、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐのうち１種または２種以上を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上２．００ｍａｓｓ％以下の範囲内で含む本発明例９−１５においても、本発明例１−８と同様に、耐力が高く、かつ、せん断加工性にも優れていた。また、耳割れの発生もなかった。

以上のことから、本発明によれば、強度、せん断加工性に優れた電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材を提供することができることが確認された。

Claims (11)

1. Ｍｇを１．３ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下の範囲で含み、さらに、Ｃａ，Ｓｒ，Ｙ，Ｔｅ及び希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされていることを特徴する電子・電気機器用銅合金。
2. Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以上５０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされてい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. 導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
   σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ^２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００の範囲内とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子・電気機器用銅合金。
4. 走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ^２以下とされて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、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐのうち１種または２種以上を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上２．００ｍａｓｓ％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。
6. ０．２％耐力が４００ＭＰａ以上とされて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. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金からなる銅素材を塑性加工することによって成形されたことを特徴とする電子・電気機器用銅合金塑性加工材。
8. 前記銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程と、加熱された前記銅素材を６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で２００℃以下にまで冷却する急冷工程と、前記銅素材を塑性加工する塑性加工工程と、を有する製造方法によって成形されたことを特徴とする請求項７に記載の電子・電気機器用銅合金塑性加工材。
9. 表面にＳｎめっきが施されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の電子・電気機器用銅合金塑性加工材。
10. 請求項７から請求項９のいずれか一項に記載された電子・電気機器用銅合金塑性加工材からなることを特徴とする電子・電気機器用部品。
11. 請求項７から請求項９のいずれか一項に記載された電子・電気機器用銅合金塑性加工材からなることを特徴とする端子。