JP2020157363A - チタン銅箔及びチタン銅箔の製造方法 - Google Patents

チタン銅箔及びチタン銅箔の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ラインにおいて、シワの発生、及び擦過キズの発生を低減させることができるチタン銅箔を提供すること。【解決手段】チタン銅箔であって、中高率が0.01〜1.20%であり、中央部の伸び率(I−Unit)が1〜60である、該チタン銅箔。【選択図】なし

Description

本発明は、チタン銅箔及びチタン銅箔の製造方法に関する。
携帯電話のカメラレンズ部には、オートフォーカスカメラモジュールと呼ばれる電子部
品が使用される。携帯電話のカメラのオートフォーカス機能は、オートフォーカスカメラモジュールに使用される材料のばね力により、レンズを一定方向に動かすとともに、周囲に巻かれたコイルに電流を流すことで発生する電磁力により、レンズを材料のばね力が働く方向とは反対方向へ動かす。このような機構でカメラレンズが駆動してオートフォーカス機能が発揮される(例えば、特許文献1、2)。
オートフォーカスカメラモジュールには、箔厚0.1mm以下で、1100MPa以上の引張強さまたは0.2%耐力を有するCu−Ni−Sn系銅合金箔が使用されてきた。しかし、近年のコストダウン要求により、Cu−Ni−Sn系銅合金より比較的材料価格が安いチタン銅箔が使用されるようになり、その需要は増加しつつある。
特開2004−280031号公報 特開2009−115895号公報
チタン銅箔は、コイルの形態で製品化され、チタン銅箔に対して各種処理及び加工が行われる(例えば、めっき処理、スリット加工、エッチング加工、他の部材とで面と面とを貼り合わせる加工又は接合する加工など)。これらの処理や加工は、巻出し装置、処理装置、加工装置、及び巻き取り装置等を利用して行われる。これらの装置及びその他の装置を含む製造ラインにおいて、チタン銅箔は、案内ロールを介して連続的に各装置を通過する。
チタン銅箔は、様々な特性が要求される。例えば、処理及び加工が容易に行える特性が必要とされる。また、これに加えて、不具合なくラインを通過することができる特性が必要とされる。ラインを通過する際における不具合として、シワの発生、及び擦過キズの発生等があげられる。
本発明は、ラインにおいて、シワの発生、及び擦過キズの発生を低減させることができるチタン銅箔を提供することを目的とする。
一般に、チタン銅箔などの銅箔は、平坦であることが好ましいとされる。しかし、発明者は、平坦でなくても不具合なくラインを通過できるチタン銅箔、あるいは、ある程度の平坦性を欠くチタン銅箔が、むしろ完全に平坦なものより不具合なくラインを通過できることを見出した。
本発明は、上記知見に基づいて完成され、一側面において、以下の発明を包含する。
(発明1)
チタン銅箔であって、中高率が0.01〜1.20%であり、
中央部の伸び率(I−Unit)が1〜60である、
該チタン銅箔。
(発明2)
発明1のチタン銅箔であって、端部の伸び率(I−Unit)が1〜60である、該チタン銅箔。
(発明3)
発明1又は2のチタン銅箔であって、
Tiを1.5〜5.0質量%、
Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr、Zrから選択される1種以上を合計で0〜1.0質量%
含有し、
残部がCu及び不可避的不純物から成る、
該チタン銅箔。
(発明4)
発明1〜3のいずれか1つに記載のチタン銅箔であって、引張強度が1100MPa以上である、該チタン銅箔。
(発明5)
発明1〜4のいずれか1つに記載のチタン銅箔を製造するための方法であって、
前記方法は、酸洗する工程と、仕上げ冷間圧延する工程とを含み、
前記酸洗は、幅方向中央部のスプレー圧減量率(%)が0〜60%となる範囲で酸洗す
ることを含み、
前記仕上げ冷間圧延は、ワークロールクラウン量(%)が20〜45%となる範囲で圧延を行うことを含む
該方法。
(発明6)
発明5の方法であって、
前記仕上げ冷間圧延は、中間ロールシフト量(%)が5〜30%となる範囲で圧延を行うことを含む、
該方法。
一側面において、チタン銅箔の中高率が0.01〜1.20%である。また、中央部の伸び率(I−Unit)が1〜60である。これにより、シワの発生及び擦過キズの発生を防止することができる。また、別の一側面において、端部の伸び率(I−Unit)が1〜60である。これにより、案内ロールの損傷及び銅箔のバタツキ等を防止することができる。
一実施形態において、チタン銅箔の中高率に関連する各種寸法を示す。 伸び率の定義を示す。
以下、本発明を実施するための具体的な実施形態について説明する。以下の説明は、本発明の理解を促進するためのものである。即ち、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
1.チタン銅箔
一実施形態において、本発明はチタン銅箔に関する。チタン銅箔とは、銅を主成分とし、チタンを含有する銅箔である。一実施形態において、チタン銅箔は、少なくとも以下の特徴を有する。
・中高率が0.01〜1.20%
・中央部の伸び率(I−Unit)が1〜60
以下では、上記特徴及びその他の特徴について詳述する。
1−1.寸法
チタン銅箔は、上述したようにコイル状に製品化されるが、寸法としては、厚み及び幅が挙げられる。幅については特に限定されず、200〜700mmであってもよい。また、チタン銅「箔」と称されることを理由として、厚みについては、0.100mm以下(好ましくは0.050mm以下)である。なお、ここで述べる厚さ(即ち、チタン銅箔全体の特性を示す厚さ)とは、幅方向において中央部の厚さを意味する。厚みの下限値については、特に限定されないが、典型的には、0.020mm以上であってもよい。
1−2.組成
一実施形態において、チタン銅箔はチタンを1.5〜5.0質量%含有する(好ましくは2.0〜4.0質量%)。1.5質量%以上であることにより、所望の引張強度を実現することができる。また、5.0質量%を超えると強度が高すぎて加工が困難となる。
上記以外の元素として、Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr、及びZrのうち1種以上を、総量で0〜1.0質量%更に添加してもよく、又は添加しなくてもよい(例えば、0質量%であってもよい)。これらの元素を添加することで、製造においては熱間加工性、製品においては耐力、引張強さ、ばね限界値及び応力緩和特性等の機械的性質、はんだ特性及びめっき特性等の表面特性のうちいずれか1つ以上が良好になるという効果が得られる。添加し過ぎると加工が困難になるため、好ましくは、0.005〜0.6質量%添加することができる。
一実施形態において、上記以外の残部は、Cuであってもよい。ここで、前記Cu以外に不可避的不純物が含まれてもよい。不可避的不純物とは、例えば、S及びO等が挙げられる。また、不可避的不純物の含有量は特に限定されないが、例えば、合計で100質量ppm以下である。
1−3.中高率
本明細書における用語「中高率」(なかだかりつ)は、以下の様に定義される。具体的には、中高は、JISH0500「伸銅品用語」(2018年)に記載の通りである。そして、中高率をつぎのように定義する。
・((中央部の厚み−端部の厚み)/端部の厚み)×100%
ここで、各寸法を以下の通り定義する(図1参照)。
・端部の厚み:チタン銅箔面で幅方向に一端から他端まで至る直線上の点で、一端からの寸法が1/10Wである点における厚みと、一端からの寸法が9/10Wである点における厚みとの平均値
・中央部の厚み:チタン銅箔面で幅方向に一端から他端まで至る直線上の点で、一端からの寸法が1/2Wである点における厚み
・幅方向:銅箔面において圧延方向に対し直角な方向
・幅:銅箔面で幅方向に引いた直線の、一端から他端までの寸法(W)
中高率の高いチタン銅箔は、中央部の厚みが端部の厚みにくらべ大きい形状である。厚みが大きいので、中央部は端部に比べ相対的に強度が高い。そのため、中高率の高いチタン銅箔は、ラインの通過において案内ロールにチタン銅箔が抱かれたとき、中央部にシワが発生しにくい。
一方、中央部の厚みが端部の厚みにくらべ大きい形状であると、中央部が端部に比べ高い押圧力で案内ロールと接触することとなり、案内ロールとの接触による擦過キズが発生しやすくなる。
中高率の好ましい範囲は、0.01〜1.20%である(好ましくは0.50〜0.70%)。0.01%を下回ると、中央部にシワが発生しやすくなる。一方、1.20%を上回ると、中央部に擦過キズが発生しやすくなる。
1−4.伸び率(I−Unit)
伸び率は、冷間圧延鋼帯、又は、銅および銅合金の板および条の平坦度を評価する際に広く一般に採用される「急峻度及び伸び率(伸び差率ともいう。)」の測定による。一実施形態では、図2に示すように、神戸製鋼技報(第59巻第3号:2009年12月)を参照する。
上記における用語は、本明細書では以下のとおりに解する。
Flatness:平坦度
Steepness :急峻度
λ:急峻度
Elongation:伸び差率=伸び率
I−Unit:伸び差率=伸び率
δ:伸び差による波の高さ
L:伸び差による波の長さ
ΔL:伸び差
上記により測定される伸び率について、中央部および端部の伸び率を、つぎのように定義する。
・端部の伸び率:銅箔面で幅方向に一端から他端まで至る領域で、一端からの寸法が0/4W〜1/4Wである領域と、一端からの寸法が3/4W〜4/4Wである領域とを、合わせた領域における伸び率の最大値
・中央部の伸び率:銅箔面で幅方向に一端から他端まで至る領域で、一端からの寸法が1/4W〜3/4Wである領域における伸び率の最大値
ここで、
・幅方向:銅箔面において圧延方向に対し直角な方向
・幅:銅箔面で幅方向に引いた直線の、一端から他端までの寸法(W)
端部の伸び率が高いチタン銅箔は、端部がたるんだ形状である。たるんだ形状であると、ラインの通過において案内ロールにチタン銅箔が抱かれたとき、案内ロールとチタン銅箔との間に生じる押圧力は小さくなる。そのため、端部の伸び率が高いチタン銅箔は、端部の最先端部との接触による案内ロールの損傷が発生しにくい。
一方、端部がたるんだ形状であると、端部の最先端は開放されているため、バタツキが発生しやすくなる。
端部の伸び率の好ましい範囲は、1〜60(I−Unit)である。1(I−Unit)を下回ると、たるんだ形状が不十分なため、案内ロールの損傷が発生しやすくなる。一方、60(I−Unit)を上回ると、たるんだ形状が過剰なためバタツキが発生しやすくなる。
中央部の伸び率が高いチタン銅箔は、中央部がたるんだ形状である。たるんだ形状であると、ラインの通過において案内ロールにチタン銅箔が抱かれたとき、案内ロールとチタン銅箔との間に生じる押圧力は小さくなる。そのため、中央部の伸び率が高いチタン銅箔は、中央部に擦過キズが発生しにくい。
一方、中央部がたるんだ形状であると、中央部が両側の端部に拘束される部位に位置することもあり、中央部にシワが発生しやすくなる。
中央部の伸び率の好ましい範囲は、1〜60(I−Unit)である。1(I−Unit)を下回ると、たるんだ形状が不十分なため擦過キズが発生しやすくなる。一方、60(I−Unit)を上回ると、たるんだ形状が過剰なためシワが発生しやすくなる。
1−5.引張強さ(圧延方向に平行な方向での引張強さ)
また、好ましい実施形態において、チタン銅箔は、1100MPa以上の引張強さを有する(更に好ましくは1300MPa以上)。これにより、カメラモジュール等で使用する際の要求仕様を充足することができる。上限は特に限定されず、例えば、2000MPa以下あってもよく、典型的には1600MPa以下であってもよい。
2.チタン銅箔の製造方法
一般的に、チタン銅箔を製造するには、まず溶解炉で電気銅、Ti等の原料を溶解し、所望の組成の溶湯を得る。場合によって、添加元素の原料を更に一緒に溶解させてもよい。
そして、この溶湯をインゴットに鋳造する。チタンが酸化により消費されるのを防止するため、溶解及び鋳造は真空中又は不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。その後、インゴットに対し、典型的には、熱間圧延、第一冷間圧延、溶体化処理、酸洗、第二冷間圧延、時効処理、仕上げ冷間圧延、防錆処理をこの順で実施し、所望の箔厚及び特性を有する箔に仕上げる。
上記各工程については、当分野で公知の条件を採用することができる。ただし、酸洗及び仕上げ冷間圧延については、以下の条件を採用することで、上述した特徴のチタン銅箔を得ることが可能となる。
2−1.酸洗
酸洗は、上述した中高率を好ましい範囲に調節するための手段の1つである。例えば、酸洗工程で端部と中央部とで酸洗減肉量をそれぞれ調整することにより制御することができる。
溶体化処理後の酸洗工程では、溶体化処理材の幅方向および長手方向に等間隔で均等に配置された複数個のスプレーノズルのスプレー圧を調整する。具体的には、中央部と端部(中央部と端部の定義については、「1−3.中高率」で記載の通り)とで次式で表されるように酸洗による減肉の均等性を調整する。
・中央部のスプレー圧低減率=((端部のスプレー圧−中央部のスプレー圧)/端部のスプレー圧)×100%
中央部のスプレー圧低減率が0%の場合、中央部と端部とで、酸洗による減肉の能力は均等である。中央部のスプレー圧低減率が負の値の場合、中央部は、端部に比べ酸洗による減肉の能力が高い。中央部のスプレー圧低減率が正の値の場合、中央部は、端部に比べ酸洗による減肉の能力が低い。
ただし、実際には、中央部のスプレー圧低減率が0%の場合であっても、中高率は0%にはならず正の値を示す可能性がある。スプレー圧以外の原因のためと考えられるが、中央部のスプレー圧低減率と中高率との間には良好な相関関係が示され、発明の実施に大きな影響はない。
2−2.仕上げ冷間圧延
中央部及び端部の伸び率の制御は、鉄鋼又は銅及び銅合金の板及び条を冷間圧延によって製造する際に仕上げ冷間圧延において採用されている周知の形状制御手段を用いればよい。
圧延機による形状制御手段は、多くの技術が実用化されており、例えば、ロールベンディング、ロール寸法形状(テーパ、クラウン)、ロールシフト、ロールクロス、可変クラウンロール(VCロール等)、バックアップベアリングの押し出しパターン変更(20段や12段クラスタ圧延機)、圧下レベリング、非対称のロールベンディング等の技術がある。
本発明を実施するための手段は、特に限定されるものではなく、金属板の冷間圧延において、金属板の形状を調整する手段であれば任意に選択することができる。但し、中央部および端部の伸び率について、2変数を制御する必要があることから、形状を調整する手段として少なくとも2以上の手段を選択する必要がある。
ここでは、一例として、ワークロールのクラウン量と、中間ロールのシフト量について説明する。
2−2−1.ワークロールのクラウン量
ワークロールについては、クラウン形状をロール研削により調節し、異なるクラウン形状のロールを用いる。ここでは、ワークロールを、ロール長手方向中央部のロール径がロール長手方向エッジ部のロール径に比べ大きいものに調節しており、その量をクラウン量と呼ぶこととする。
まず、予備試験として、仕上冷間圧延の最終パスにおいて、クラウン量を徐々に大きくしたワークロールを用い、破断の有無を確認した。クラウン量を大きくしていくと(すなわちロール長手方向中央部のロール径をロール長手方向端部のロール径に比べ大きくしていくと)チタン銅箔は破断する。このときのクラウン量を100%とする。
クラウン量を調節することにより、チタン銅箔における中央部の伸び率を調節することができる。クラウン量が小さいと中央部の伸び率は低くなり、クラウン量が大きいと中央部の伸び率は高くなる。こうした理由から、クラウン量は20〜45%に調節する(好ましくは、20〜40%)。
2−2−2.中間ロールのシフト量
中間ロールは、テーパ付きロールを用い、ロールシフトが可能な方式とした。テーパ付きロールは、テーパ部とフラット部とからなる。テーパ部は、ロール径がフラット部に比べ小さい。そのため、中間ロールのテーパ部がワークロールに接する部分は、中間ロールからワークロールへの圧下が軽減される。中間ロールは、テーパ部がチタン銅箔の端部にかかるように配置してある。ロールシフトにより中間ロールのロールシフト位置を変えることによりテーパ部の位置も変わり、テーパの効果、すなわち中間ロールからワークロールへの圧下が加減される。
まず、予備試験として、中間ロールのロールシフト位置を徐々に変化させて、破断の有無を確認した。テーパの効果がない所定の位置においてロールシフト量を100%とし、ここでは破断は起こらなかった。つぎに、テーパの効果が大きくなる方向にロールシフト位置を徐々に変えていくと、すなわちテーパ部がチタン銅箔にかかるのを増やしていくとチタン銅箔は破断した。破断したときのロールシフト位置においてロールシフト量を0%とおいた。
ロールシフト量の調節により、チタン銅箔における端部の伸び率を調節することができる。ロールシフト量が小さいと端部の伸び率は低くなり、ロールシフト量が大きいと端部の伸び率は高くなる。こうした理由から、ロールシフト量は5〜30%が好ましい(更に好ましくは、10〜25%)。
3.評価項目(ライン通過の際の不具合)
チタン銅箔の巻き直しラインにてラインの通過における不具合の有無を評価した。評価項目は、シワ、擦過キズ、案内ロール損傷及びバタツキの4項目を採用した。
評価項目「シワ」について、ラインを通過中に目視でシワが認められた場合、不良(×)とした。また、凹凸が認められず、シワ状の模様として認められるものであっても不良(×)とした。そして、それ以外を良好(〇)とした。
評価項目「擦過キズ」について、以下の手続きで評価した。具体的には、ラインに金属製の案内ロールを配置した。そして、案内ロールの周速度が、チタン銅箔の通過速度の80%となるように案内ロールの回転トルクを調整した。即ち、チタン銅箔の速度と案内ロールの速度とが同調しない状態とした。そして、ラインを通過したあと、チタン銅箔の表面を目視にて観察し、擦過キズが発生していた場合を不良(×)とした。そして、それ以外を良好(〇)とした。
評価項目「案内ロール損傷」について、以下の手続きで評価した。具体的には、ラインにゴム製の案内ロールを配置した。次に、引張強さの60%に相当する張力をチタン銅箔に付与した。そして、チタン銅箔がラインを通過したあと案内ロールの損傷を確認した。チタン銅箔のエッジが通過した箇所を観察し、ゴムの表面が削れている場合を不良(×)とした。また、削れるほどではなくとも通過痕が目視で観察される場合も不良(×)とした。そして、それ以外を良好(〇)とした。
評価項目「バタツキ」について、以下の手続きで評価した。具体的には、まず、案内ロールを配置した。これらのロールは、地上から垂直な方向の高さが同じ位置に配置し、且つ水平方向の間隔を3メートルになるように配置した。1対の案内ロール間をチタン銅箔が通過しているとき、中間点(即ち、2つの案内ロール間の距離が1.5メートルである点)で端部の最先端を観察した。端部の最先端が垂直方向に大きく振動する場合を不良(×)とした。ここで、ラインの運転を停止した状態では、端部の最先端は振動しない。このときにおける端部の最先端は、垂直方向に高くなり低くなりが繰り返される波状の曲線を呈する。この波の高低差の2倍を超える振動が、ラインの運転中に、すなわちチタン銅箔が1対の案内ロール間を通過しているときに観察された場合を不良(×)とした。そして、それ以外を良好(〇)とした。
4.チタン銅箔の製造
表1〜2に記載した組成となるようインゴットを鋳造した。当該インゴットに対して、表1〜2に記載した製品厚みなるよう加工した。具体的には、熱間圧延、第一冷間圧延、溶体化処理、酸洗、第二冷間圧延、時効処理、仕上げ冷間圧延、防錆処理をこの順で実施した。
酸洗の際、幅方向中央部のスプレー圧減量率(%)を、表1〜2に記載の条件に調節した。また、仕上げ圧延の際の中間ロールシフト量(%)及びワークロールクラウン量(%)を表1〜2に記載の条件に調節した。
上述の方法で、中高率(%)、端部の伸び率及び中央部の伸び率を測定した。更に、引張強さを、JIS Z2241−2011(金属材料引張試験方法)に準拠して測定した。また、シワ、擦過キズ、案内ロール損傷及びバタツキについても評価した。結果を表1〜2に示す。

発明例1〜23のいずれにおいても、中高率、及び中央部の伸び率が好ましい範囲の値を示した。そして、その後の巻き直し試験において、シワ、及び擦過キズが発生しなかった。また、発明例1〜20及び23では、更に端部の伸び率が好ましい範囲の値を示した。そして、その後の巻き直し試験において、案内ロール損傷、及びバタツキが発生しなかった。一方で、発明例21では、仕上げ冷間圧延における中間ロールシフト量が小さすぎたため端部の伸び率が好ましい範囲を下回り、巻き直し試験において案内ロール損傷が発生した。また、発明例22では、仕上げ冷間圧延における中間ロールシフト量が大きすぎたため端部の伸び率が好ましい範囲を上回り、巻き直し試験においてバタツキが発生した。なお、発明例23においては、Ti濃度が低すぎたため引張強さが好ましい範囲を下回った。
比較例1は、溶体化処理後酸洗における中央部のスプレー圧減少率が低すぎたため中高率が好ましい範囲を下回り、巻き直し試験においてシワが発生した。
比較例2は、溶体化処理後酸洗における中央部のスプレー圧減少率が高すぎたため中高率が好ましい範囲を超え、巻き直し試験において擦過キズが発生した。
比較例3は、仕上げ冷間圧延におけるワークロールのクラウン量が小さすぎたため中央部の伸び率が好ましい範囲を下回り、巻き直し試験において擦過キズが発生した。
比較例4は、仕上げ冷間圧延におけるワークロールのクラウン量が大きすぎたため中央部の伸び率が好ましい範囲を上回り、巻き直し試験においてシワが発生した。
比較例5は、Ti濃度が高すぎたため、熱間圧延にて割れが発生し、その後の加工が不能となった。
比較例6は、Tiを除く各合金元素の総濃度が高すぎたため、熱間圧延にて割れが発生し、その後の加工が不能となった。
以上、本発明の具体的な実施形態について説明してきた。上記実施形態は、本発明の具体例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上述の実施形態の1つに開示された技術的特徴は、他の実施形態に適用することができる。また、特記しない限り、特定の方法については、一部の工程を他の工程の順序と入れ替えることも可能であり、特定の2つの工程の間に更なる工程を追加してもよい。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。

Claims (6)

  1. チタン銅箔であって、中高率が0.01〜1.20%であり、
    中央部の伸び率(I−Unit)が1〜60である、
    該チタン銅箔。
  2. 請求項1のチタン銅箔であって、端部の伸び率(I−Unit)が1〜60である、該チタン銅箔。
  3. 請求項1又は2のチタン銅箔であって、
    Tiを1.5〜5.0質量%、
    Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr、Zrから選択される1種以上を合計で0〜1.0質量%
    含有し、
    残部がCu及び不可避的不純物から成る、
    該チタン銅箔。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のチタン銅箔であって、引張強度が1100MPa以上である、該チタン銅箔。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のチタン銅箔を製造するための方法であって、
    前記方法は、酸洗する工程と、仕上げ冷間圧延する工程とを含み、
    前記酸洗は、幅方向中央部のスプレー圧減量率(%)が0〜60%となる範囲で酸洗す
    ることを含み、
    前記仕上げ冷間圧延は、ワークロールクラウン量(%)が20〜45%となる範囲で圧延を行うことを含む
    該方法。
  6. 請求項5の方法であって、
    前記仕上げ冷間圧延は、中間ロールシフト量(%)が5〜30%となる範囲で圧延を行うことを含む、
    該方法。
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