JP3807387B2 - 端子・コネクタ用銅合金及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ばね特性、強度、導電性および耐マイグレーション性に優れた端子・コネクタ用銅合金及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話やノートＰＣなどの電子機器において小型・薄型化および軽量化が進行し、使用される端子・コネクタ部品も、より小型で電極間ピッチの狭いものが使用されるようになっている。こうした小型化によって使用される材料もより薄肉になっているが、薄肉でも接続の信頼性を保つ必要から、より高強度で高いばね性を持った材料が要求されている。一方、機器の高機能化に伴う電極数の増加や通電電流の増加によって、発生するジュール熱も多大なものになりつつあり、従来以上に導電率が高い材料への要求が強まっている。こうした高導電率材は、通電電流の増加が急速に進んでいる自動車向けの端子・コネクタ材でも強く求められている。
【０００３】
従来、こうした端子・コネクタ用の材料としては黄銅やりん青銅が一般的に使用されてきたが、前記したコネクタ材に対する要求に十分応えられない問題が生じている。すなわち、黄銅では強度、ばね性、導電性の不足によってコネクタの小型化および通電電流の増加に対応できない。また、より高い強度、ばね性を持つりん青銅では、導電率が２０％ＩＡＣＳ程度と低いことから通電電流の増加に対応できない。さらに、りん青銅は耐マイグレーション性に劣るという欠点もある。マイグレーションとは電極間に結露などが生じた際、陽極側のＣｕがイオン化して陰極側に析出し、最終的に電極間の短絡に至る現象である。自動車のように高湿環境で使用されるコネクタで問題となるとともに、小型化で電極間ピッチが狭くなっているコネクタでも考慮する必要がある。
【０００４】
こうした黄銅、りん青銅の持つ問題を改善する材料として、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉを主成分とする銅合金が提案され、使用されている。（例えば、特許文献１、２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特許第２５７２０４２号公報
【特許文献２】
特許第２９７７８４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系の合金でも導電率はせいぜい５０％ＩＡＣＳ程度であり、自動車向けの端子・コネクタ材ではさらに高導電率を持った材料が求められている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、高い強度、ばね性、耐マイグレーション性を確保しながら、なおかつ従来の端子・コネクタ用材料に比べて優れた導電率を兼備した端子・コネクタ用銅合金及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の端子・コネクタ用銅合金は、０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰ、０．１〜３．０質量％のＺｎ、０．０１〜２．０質量％のＳｎ、および不可避的不純物と残部のＣｕから成り、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量と前記Ｐの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０であり、前記Ｆｅの重量と前記Ｎｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の端子・コネクタ用銅合金の製造方法は、０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰ、０．１〜３．０質量％のＺｎ、０．０１〜２．０質量％のＳｎ、および不可避的不純物と残部のＣｕから成り、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量と前記Ｐの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０であり、前記Ｆｅの重量と前記Ｎｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２である合金素材を準備し、前記合金素材を７００〜９００℃に加熱した後、これに毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理を施し、前記第１の熱処理を施された前記合金素材を冷間圧延し、冷間圧延された前記合金素材に、４００〜５００℃に加熱して３０分〜５時間保持する第２の熱処理を施し、その後、冷間圧延と伸び回復のための低温焼鈍を施すことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の端子・コネクタ用銅合金の製造方法は、０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰ、０．１〜３．０質量％のＺｎ、０．０１〜２．０質量％のＳｎ、０．０１〜０．３質量％のＭｇ、および不可避的不純物と残部のＣｕから成り、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量と前記Ｐの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０であり、前記Ｆｅの重量と前記Ｎｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２である合金素材を準備し、前記合金素材を７００〜９００℃に加熱した後、これに毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理を施し、前記第１の熱処理を施された前記合金素材を冷間圧延し、冷間圧延された前記合金素材に、４００〜５００℃に加熱して３０分〜５時間保持する第２の熱処理を施し、その後、冷間圧延と伸び回復のための低温焼鈍を施すことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の端子・コネクタ用銅合金及びその製造方法について更に詳しく説明する。
【００１２】
（１）銅合金組成
本発明の端子・コネクタ用銅合金はその合金組成として、０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰを、ＦｅとＮｉの合計重量とＰの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０、Ｆｅの重量とＮｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２の範囲で含んだ銅合金をベース材とする。これより、高い強度、ばね性と優れた導電率を両立させることが可能となる。ここでＦｅとＮｉはそれぞれＰと共に添加することによってＰ化合物を形成し、銅中に分散析出する。よって、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐの組成比を特定の範囲に規定することにより、導電率を低下させる銅中の固溶元素量を抑えながら、析出物の分散強化による効果で強度とばね性を向上させることができる。
【００１３】
上記の組成に加えて０．１〜３．０質量％のＺｎを含有させる。Ｚｎは強度、ばね性の向上効果を持つとともに、耐マイグレーション性を大幅に向上させる働きを持つ。さらに、電子部品材料として必要なはんだ濡れ性やＳｎめっき密着性の改善にも大きな効果がある。また、上記の組成に加えて０．０１〜２．０質量％のＳｎを含有させる。Ｓｎは強度、ばね性の向上に大きな効果を持つとともに耐熱性を向上させて高温下での耐応力緩和性を改善する働きがあり、端子・コネクタ用材料にとって効果的な元素である。さらに、上記に加えて０．０１〜０．３質量％のＭｇを含有させることができる。Ｍｇは強度、ばね性、耐マイグレーション性、耐熱性のそれぞれをさらに改善する働きを持ち、かつ導電率に与える悪影響が少ない添加元素として有効である。
【００１４】
（２）各元素の組成範囲
Ｐの組成範囲は０．０３〜０．２質量％に規定する。Ｐの添加量を０．０３質量％未満にすると十分な量のＰ化合物を形成することができず、満足できる強度、ばね性が得られなくなる。また０．２質量％を超えて添加すると、鋳造時にＰ化合物の偏析による鋳塊割れが起こりやすくなる。また、上記のＰの範囲に対して効果的にＰ化合物を形成するためには、ＦｅとＮｉの組成範囲をそれぞれ０．１〜０．５質量％にし、かつそのＦｅとＮｉの合計量がＰの質量％の３〜１０倍になるように規定する必要がある。ここでＦｅとＮｉがそれぞれ０．１質量％未満の場合、Ｐ化合物の形成量が不十分になり強度、ばね性が不足する。またＦｅとＮｉがそれぞれ０．５質量％を超える場合は、余剰のＦｅおよびＮｉが銅中に固溶して導電率を低下させる。さらに、ＦｅとＮｉの質量％の合計がＰの質量％の３倍未満になる場合はＰ化合物の形成時にＰが過剰となり、１０倍を超える場合は逆にＦｅおよびＮｉが過剰となる。このような過剰成分は銅中に固溶状態で存在するため、導電率を害する結果となる。
【００１５】
ＦｅとＮｉの含有量の比率にも最適範囲が存在する。ＦｅとＮｉは強度と導電率に対して同様の効果を期待して添加するものであるが、Ｆｅのみを添加した場合、強度向上に対する効果は少ないが導電率は高めのものが得られやすい。一方、Ｎｉのみを添加した場合は強度向上の効果は高いがＦｅ添加に比べて導電率が低めになる。従って、バランスのとれた材料を得るためにはＦｅとＮｉを１対１の比率で添加することが望ましい。本発明では実用上支障がない範囲として、ＦｅとＮｉの質量％の比をＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２に規定する。
【００１６】
Ｚｎは強度、ばね性、耐マイグレーション性の向上とともに、はんだ濡れ性やＳｎめっき密着性の改善に大きな効果がある副成分である。ただし、含有量が０．１質量％未満ではその効果が十分ではなく、３．０質量％を超えると導電率を低下させる。よってＺｎの組成範囲は０．１〜３．０質量％に規定する。
【００１７】
Ｓｎは強度、ばね性の向上とともに、高温下での耐応力緩和性を大きく向上させる効果を持った副成分である。ただし、含有量が０．０１質量％未満ではその効果が十分ではなく、２．０質量％を超えるとＺｎと同様に導電率を低下させる。よってＳｎの組成範囲は０．０１〜２．０質量％に規定する。
【００１８】
Ｍｇは強度、ばね性、耐マイグレーション性、耐熱性のそれぞれをさらに改善する働きを持つとともに導電率に与える悪影響が比較的少ないことから、上記の各元素の働きをさらに補う添加元素として有効である。ただし、含有量が０．０１質量％未満では十分な効果が期待できず、０．３質量％を超えると鋳造性の低下などが生じる。よってＭｇの組成範囲は０．０１〜０．３質量％に規定する。
【００１９】
（３）第１の熱処理
上記の素材を加工する工程において、７００〜９００℃に加熱後３００℃以下まで２５℃／分以上の速度で冷却する溶体化を目的とした第１の熱処理を行う。第１の熱処理では合金元素を銅中に十分固溶させる必要がある。本発明では加熱温度を７００〜９００℃と高温に規定し、冷却速度を２５℃／分以上に規定することで冷却中に粗大な析出物が形成されることを防いでいる。
【００２０】
（４）第２の熱処理
前項の熱処理に引き続き冷間圧延を行い、その後４００〜５００℃で３０分〜５時間保持する時効を目的とした第２の熱処理を行う。まず、溶体化処理に続いて冷間圧延を行うことにより、材料中には析出物形成の起点となる格子欠陥が導入される。これによって、次の熱処理での微細析出物の形成を促進することができる。次に、第２の熱処理によって、Ｆｅ、ＮｉがＰとの化合物をつくり銅中に微細な形状で析出し、優れた強度、ばね性と高い導電率を両立させることができる。この第２の熱処理では微細析出物を形成することで導電率、強度を向上させることが重要である。処理条件が規定範囲である４００〜５００℃で３０分〜５時間保持より高温、長時間になった場合、析出物が粗大化して十分な強度が得られなくなる。また、低温、短時間になった場合、析出が十分に進行せず、導電率、強度とも十分な値が得られない。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
無酸素銅を母材にし、０．３質量％のＦｅ、０．３質量％のＮｉ、０．１５質量％のＰ、０．５質量％のＺｎ、０．３質量％のＳｎを添加した銅合金を、高周波溶解炉で溶製し、直径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのインゴットに鋳造した。これを８５０℃に加熱して押出加工し、幅２０ｍｍ、厚さ８ｍｍの板状にした後、厚さ２．０ｍｍまで冷間圧延した。これに８５０℃で１０分間保持する第１熱処理を行った後、水中に投入して約３００℃／分の速度で室温（約２０℃）まで冷却した。冷却した材料を厚さ０．７ｍｍまで冷間圧延した後、４６０℃で２時間保持する第２熱処理を施した。さらにこれを厚さ０．３ｍｍまで冷間圧延した後、４００℃で低温焼鈍して伸びを回復させた。（試料Ｎｏ．１） 次に、０．３質量％のＦｅ、０．３質量％のＮｉ、０．１５質量％のＰ、０．５質量％のＺｎ、０．３質量％のＳｎに加えて０．０５質量％のＭｇを添加した銅合金を上記と同様に鋳造し、同じ工程で厚さ０．３ｍｍまで加工した。（試料Ｎｏ．２）
【００２２】
更に、表１に示す組成の合金Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１２を鋳造し、前記と同じ条件で加工、熱処理して厚さ０．３ｍｍの試料を製造した。得られた試料Ｎｏ．１〜１２について引張強さ、ばね限界値、導電率の各特性値を測定した。測定した結果を表２に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
表２の結果、実施例である試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４は、いずれも６５０Ｎ／ｍｍ2前後の引張強さと５００Ｎ／ｍｍ2前後の良好なばね限界値を持ちながら、なおかつ６５％ＩＡＣＳ（international annealed copper standard）を超える良好な導電率を兼ね備えている。
【００２６】
一方、試料Ｎｏ．５およびＮｏ．６はＦｅ、Ｎｉ、Ｐの含有量が規定範囲から外れた比較例である。試料Ｎｏ．５は特にＰの含有量が多すぎることに起因して鋳塊割れが発生した。また、試料Ｎｏ．６は含有量が少ないことによって十分な引張強さ、ばね限界値が得られていない。また、試料Ｎｏ．７およびＮｏ．８はＦｅ、Ｎｉの合計量とＰの量の比率が規定範囲から外れた比較例である。表２の結果より、Ｆｅ、Ｎｉが過剰になった場合もＰが過剰になった場合も導電率が悪くなり、引張強さやばね限界値も良好な値が得られない。試料Ｎｏ．９およびＮｏ．１０はＦｅの量とＮｉの量の比率が規定範囲から外れた比較例である。Ｎｉが過剰になった場合は導電率が悪くなり、Ｆｅが過剰になった場合は良好な引張強さ、ばね限界値が得られない。試料Ｎｏ．１１はＺｎの量を過剰とした比較例であり、試料Ｎｏ．１２はＳｎの量を過剰とした比較例である。表２の結果より、いずれも引張強さやばね限界値は良好であるが、導電率が悪くなる。
【００２７】
次に、前記の試料Ｎｏ．１と同じ組成の銅合金について、前記と同様の工程で加工する際、その第１熱処理の加熱条件および冷却条件と第２熱処理の加熱条件を表３に示す条件で実施して試料Ｎｏ．１３〜１７を製造した。得られた各試料について引張強さ、ばね限界値、導電率の各特性値を前記と同様な方法で測定した。測定した結果を表４に示す。
【００２８】
【表３】
【００２９】
【表４】
【００３０】
表４の結果より、実施例による試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２が、６５０Ｎ／ｍｍ2以上の引張強さと５００Ｎ／ｍｍ2以上の良好なばね限界値を持ちながら、なおかつ６５％ＩＡＣＳを超える良好な導電率を兼ね備えているのに対して、比較例となる試料Ｎｏ．１３〜１７はいずれも特性が劣っている。試料Ｎｏ．１３は第１熱処理の加熱温度が規定範囲から外れた比較例であり、加熱温度が低すぎると引張強さ、ばね限界値が低下している。試料Ｎｏ．１４は第１熱処理後の冷却速度が遅すぎた場合の比較例であり、この場合も引張強さ、ばね限界値が低下している。試料Ｎｏ．１５およびＮｏ．１６は第２熱処理の加熱温度が規定範囲から外れた比較例であり、この場合、引張強さ、ばね限界値、導電率の両方において十分な値が得られていない。試料Ｎｏ．１７は第２熱処理の加熱保持時間が短すぎる場合の比較例であり、特に導電率が低い値にとどまっている。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の端子・コネクタ用銅合金及びその製造方法によれば、端子・コネクタ用材料として用いられている従来の黄銅、りん青銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金に比べて十分に高い導電率を持ち、なおかつりん青銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金並みの良好な強度、ばね性を確保している銅合金を提供することができる。また、高導電率を実現したことで通電時のジュール熱発生を抑制でき、従来、通電量の増加が小型化の間題となっていた端子・コネクタにおいて、その設計自由度を大幅に広げることができるものとなる。更に製造コストの面でも、本発明による製造方法によれば従来の製造方法と同等のコストで製造することが可能である。
【００３２】
以上のように本発明により提供される端子・コネクタ用銅合金は、高い強度、ばね性、耐マイグレーション性を確保すると同時に従来の端子・コネクタ用材料を大きく上回る優れた導電率を兼備するものとなる。このことによって本発明は、端子・コネクタ部品についてその製造技術の向上を安価で高特性の材料を供給するという面からささえ、その発展に大きく寄与するものである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ばね特性、強度、導電性および耐マイグレーション性に優れた端子・コネクタ用銅合金及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話やノートＰＣなどの電子機器において小型・薄型化および軽量化が進行し、使用される端子・コネクタ部品も、より小型で電極間ピッチの狭いものが使用されるようになっている。こうした小型化によって使用される材料もより薄肉になっているが、薄肉でも接続の信頼性を保つ必要から、より高強度で高いばね性を持った材料が要求されている。一方、機器の高機能化に伴う電極数の増加や通電電流の増加によって、発生するジュール熱も多大なものになりつつあり、従来以上に導電率が高い材料への要求が強まっている。こうした高導電率材は、通電電流の増加が急速に進んでいる自動車向けの端子・コネクタ材でも強く求められている。
【０００３】
従来、こうした端子・コネクタ用の材料としては黄銅やりん青銅が一般的に使用されてきたが、前記したコネクタ材に対する要求に十分応えられない問題が生じている。すなわち、黄銅では強度、ばね性、導電性の不足によってコネクタの小型化および通電電流の増加に対応できない。また、より高い強度、ばね性を持つりん青銅では、導電率が２０％ＩＡＣＳ程度と低いことから通電電流の増加に対応できない。さらに、りん青銅は耐マイグレーション性に劣るという欠点もある。マイグレーションとは電極間に結露などが生じた際、陽極側のＣｕがイオン化して陰極側に析出し、最終的に電極間の短絡に至る現象である。自動車のように高湿環境で使用されるコネクタで問題となるとともに、小型化で電極間ピッチが狭くなっているコネクタでも考慮する必要がある。
【０００４】
こうした黄銅、りん青銅の持つ問題を改善する材料として、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉを主成分とする銅合金が提案され、使用されている。（例えば、特許文献１、２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特許第２５７２０４２号公報
【特許文献２】
特許第２９７７８４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系の合金でも導電率はせいぜい５０％ＩＡＣＳ程度であり、自動車向けの端子・コネクタ材ではさらに高導電率を持った材料が求められている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、高い強度、ばね性、耐マイグレーション性を確保しながら、なおかつ従来の端子・コネクタ用材料に比べて優れた導電率を兼備した端子・コネクタ用銅合金及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の端子・コネクタ用銅合金は、０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰ、０．１〜３．０質量％のＺｎ、０．０１〜２．０質量％のＳｎ、および不可避的不純物と残部のＣｕから成り、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量と前記Ｐの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０であり、前記Ｆｅの重量と前記Ｎｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の端子・コネクタ用銅合金の製造方法は、０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰ、０．１〜３．０質量％のＺｎ、０．０１〜２．０質量％のＳｎ、および不可避的不純物と残部のＣｕから成り、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量と前記Ｐの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０であり、前記Ｆｅの重量と前記Ｎｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２である合金素材を準備し、前記合金素材を７００〜９００℃に加熱した後、これに毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理を施し、前記第１の熱処理を施された前記合金素材を冷間圧延し、冷間圧延された前記合金素材に、４００〜５００℃に加熱して３０分〜５時間保持する第２の熱処理を施し、その後、冷間圧延と伸び回復のための低温焼鈍を施すことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の端子・コネクタ用銅合金の製造方法は、０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰ、０．１〜３．０質量％のＺｎ、０．０１〜２．０質量％のＳｎ、０．０１〜０．３質量％のＭｇ、および不可避的不純物と残部のＣｕから成り、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量と前記Ｐの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０であり、前記Ｆｅの重量と前記Ｎｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２である合金素材を準備し、前記合金素材を７００〜９００℃に加熱した後、これに毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理を施し、前記第１の熱処理を施された前記合金素材を冷間圧延し、冷間圧延された前記合金素材に、４００〜５００℃に加熱して３０分〜５時間保持する第２の熱処理を施し、その後、冷間圧延と伸び回復のための低温焼鈍を施すことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の端子・コネクタ用銅合金及びその製造方法について更に詳しく説明する。
【００１２】
（１）銅合金組成
本発明の端子・コネクタ用銅合金はその合金組成として、０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰを、ＦｅとＮｉの合計重量とＰの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０、Ｆｅの重量とＮｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２の範囲で含んだ銅合金をベース材とする。これより、高い強度、ばね性と優れた導電率を両立させることが可能となる。ここでＦｅとＮｉはそれぞれＰと共に添加することによってＰ化合物を形成し、銅中に分散析出する。よって、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐの組成比を特定の範囲に規定することにより、導電率を低下させる銅中の固溶元素量を抑えながら、析出物の分散強化による効果で強度とばね性を向上させることができる。
【００１３】
上記の組成に加えて０．１〜３．０質量％のＺｎを含有させる。Ｚｎは強度、ばね性の向上効果を持つとともに、耐マイグレーション性を大幅に向上させる働きを持つ。さらに、電子部品材料として必要なはんだ濡れ性やＳｎめっき密着性の改善にも大きな効果がある。また、上記の組成に加えて０．０１〜２．０質量％のＳｎを含有させる。Ｓｎは強度、ばね性の向上に大きな効果を持つとともに耐熱性を向上させて高温下での耐応力緩和性を改善する働きがあり、端子・コネクタ用材料にとって効果的な元素である。さらに、上記に加えて０．０１〜０．３質量％のＭｇを含有させることができる。Ｍｇは強度、ばね性、耐マイグレーション性、耐熱性のそれぞれをさらに改善する働きを持ち、かつ導電率に与える悪影響が少ない添加元素として有効である。
【００１４】
（２）各元素の組成範囲
Ｐの組成範囲は０．０３〜０．２質量％に規定する。Ｐの添加量を０．０３質量％未満にすると十分な量のＰ化合物を形成することができず、満足できる強度、ばね性が得られなくなる。また０．２質量％を超えて添加すると、鋳造時にＰ化合物の偏析による鋳塊割れが起こりやすくなる。また、上記のＰの範囲に対して効果的にＰ化合物を形成するためには、ＦｅとＮｉの組成範囲をそれぞれ０．１〜０．５質量％にし、かつそのＦｅとＮｉの合計量がＰの質量％の３〜１０倍になるように規定する必要がある。ここでＦｅとＮｉがそれぞれ０．１質量％未満の場合、Ｐ化合物の形成量が不十分になり強度、ばね性が不足する。またＦｅとＮｉがそれぞれ０．５質量％を超える場合は、余剰のＦｅおよびＮｉが銅中に固溶して導電率を低下させる。さらに、ＦｅとＮｉの質量％の合計がＰの質量％の３倍未満になる場合はＰ化合物の形成時にＰが過剰となり、１０倍を超える場合は逆にＦｅおよびＮｉが過剰となる。このような過剰成分は銅中に固溶状態で存在するため、導電率を害する結果となる。
【００１５】
ＦｅとＮｉの含有量の比率にも最適範囲が存在する。ＦｅとＮｉは強度と導電率に対して同様の効果を期待して添加するものであるが、Ｆｅのみを添加した場合、強度向上に対する効果は少ないが導電率は高めのものが得られやすい。一方、Ｎｉのみを添加した場合は強度向上の効果は高いがＦｅ添加に比べて導電率が低めになる。従って、バランスのとれた材料を得るためにはＦｅとＮｉを１対１の比率で添加することが望ましい。本発明では実用上支障がない範囲として、ＦｅとＮｉの質量％の比をＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２に規定する。
【００１６】
Ｚｎは強度、ばね性、耐マイグレーション性の向上とともに、はんだ濡れ性やＳｎめっき密着性の改善に大きな効果がある副成分である。ただし、含有量が０．１質量％未満ではその効果が十分ではなく、３．０質量％を超えると導電率を低下させる。よってＺｎの組成範囲は０．１〜３．０質量％に規定する。
【００１７】
Ｓｎは強度、ばね性の向上とともに、高温下での耐応力緩和性を大きく向上させる効果を持った副成分である。ただし、含有量が０．０１質量％未満ではその効果が十分ではなく、２．０質量％を超えるとＺｎと同様に導電率を低下させる。よってＳｎの組成範囲は０．０１〜２．０質量％に規定する。
【００１８】
Ｍｇは強度、ばね性、耐マイグレーション性、耐熱性のそれぞれをさらに改善する働きを持つとともに導電率に与える悪影響が比較的少ないことから、上記の各元素の働きをさらに補う添加元素として有効である。ただし、含有量が０．０１質量％未満では十分な効果が期待できず、０．３質量％を超えると鋳造性の低下などが生じる。よってＭｇの組成範囲は０．０１〜０．３質量％に規定する。
【００１９】
（３）第１の熱処理
上記の素材を加工する工程において、７００〜９００℃に加熱後３００℃以下まで２５℃／分以上の速度で冷却する溶体化を目的とした第１の熱処理を行う。第１の熱処理では合金元素を銅中に十分固溶させる必要がある。本発明では加熱温度を７００〜９００℃と高温に規定し、冷却速度を２５℃／分以上に規定することで冷却中に粗大な析出物が形成されることを防いでいる。
【００２０】
（４）第２の熱処理
前項の熱処理に引き続き冷間圧延を行い、その後４００〜５００℃で３０分〜５時間保持する時効を目的とした第２の熱処理を行う。まず、溶体化処理に続いて冷間圧延を行うことにより、材料中には析出物形成の起点となる格子欠陥が導入される。これによって、次の熱処理での微細析出物の形成を促進することができる。次に、第２の熱処理によって、Ｆｅ、ＮｉがＰとの化合物をつくり銅中に微細な形状で析出し、優れた強度、ばね性と高い導電率を両立させることができる。この第２の熱処理では微細析出物を形成することで導電率、強度を向上させることが重要である。処理条件が規定範囲である４００〜５００℃で３０分〜５時間保持より高温、長時間になった場合、析出物が粗大化して十分な強度が得られなくなる。また、低温、短時間になった場合、析出が十分に進行せず、導電率、強度とも十分な値が得られない。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
無酸素銅を母材にし、０．３質量％のＦｅ、０．３質量％のＮｉ、０．１５質量％のＰ、０．５質量％のＺｎ、０．３質量％のＳｎを添加した銅合金を、高周波溶解炉で溶製し、直径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのインゴットに鋳造した。これを８５０℃に加熱して押出加工し、幅２０ｍｍ、厚さ８ｍｍの板状にした後、厚さ２．０ｍｍまで冷間圧延した。これに８５０℃で１０分間保持する第１熱処理を行った後、水中に投入して約３００℃／分の速度で室温（約２０℃）まで冷却した。冷却した材料を厚さ０．７ｍｍまで冷間圧延した後、４６０℃で２時間保持する第２熱処理を施した。さらにこれを厚さ０．３ｍｍまで冷間圧延した後、４００℃で低温焼鈍して伸びを回復させた。（試料Ｎｏ．１） 次に、０．３質量％のＦｅ、０．３質量％のＮｉ、０．１５質量％のＰ、０．５質量％のＺｎ、０．３質量％のＳｎに加えて０．０５質量％のＭｇを添加した銅合金を上記と同様に鋳造し、同じ工程で厚さ０．３ｍｍまで加工した。（試料Ｎｏ．２）
【００２２】
更に、表１に示す組成の合金Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１２を鋳造し、前記と同じ条件で加工、熱処理して厚さ０．３ｍｍの試料を製造した。得られた試料Ｎｏ．１〜１２について引張強さ、ばね限界値、導電率の各特性値を測定した。測定した結果を表２に示す。
【００２３】
【表１】
【表２】
表２の結果、実施例である試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４は、いずれも６５０Ｎ／ｍｍ2前後の引張強さと５００Ｎ／ｍｍ2前後の良好なばね限界値を持ちながら、なおかつ６５％ＩＡＣＳ（international annealed copper standard）を超える良好な導電率を兼ね備えている。
【００２６】
一方、試料Ｎｏ．５およびＮｏ．６はＦｅ、Ｎｉ、Ｐの含有量が規定範囲から外れた比較例である。試料Ｎｏ．５は特にＰの含有量が多すぎることに起因して鋳塊割れが発生した。また、試料Ｎｏ．６は含有量が少ないことによって十分な引張強さ、ばね限界値が得られていない。また、試料Ｎｏ．７およびＮｏ．８はＦｅ、Ｎｉの合計量とＰの量の比率が規定範囲から外れた比較例である。表２の結果より、Ｆｅ、Ｎｉが過剰になった場合もＰが過剰になった場合も導電率が悪くなり、引張強さやばね限界値も良好な値が得られない。試料Ｎｏ．９およびＮｏ．１０はＦｅの量とＮｉの量の比率が規定範囲から外れた比較例である。Ｎｉが過剰になった場合は導電率が悪くなり、Ｆｅが過剰になった場合は良好な引張強さ、ばね限界値が得られない。試料Ｎｏ．１１はＺｎの量を過剰とした比較例であり、試料Ｎｏ．１２はＳｎの量を過剰とした比較例である。表２の結果より、いずれも引張強さやばね限界値は良好であるが、導電率が悪くなる。
【００２７】
次に、前記の試料Ｎｏ．１と同じ組成の銅合金について、前記と同様の工程で加工する際、その第１熱処理の加熱条件および冷却条件と第２熱処理の加熱条件を表３に示す条件で実施して試料Ｎｏ．１３〜１７を製造した。得られた各試料について引張強さ、ばね限界値、導電率の各特性値を前記と同様な方法で測定した。測定した結果を表４に示す。
【００２８】
【表３】
【表４】
表４の結果より、実施例による試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２が、６５０Ｎ／ｍｍ2以上の引張強さと５００Ｎ／ｍｍ2以上の良好なばね限界値を持ちながら、なおかつ６５％ＩＡＣＳを超える良好な導電率を兼ね備えているのに対して、比較例となる試料Ｎｏ．１３〜１７はいずれも特性が劣っている。試料Ｎｏ．１３は第１熱処理の加熱温度が規定範囲から外れた比較例であり、加熱温度が低すぎると引張強さ、ばね限界値が低下している。試料Ｎｏ．１４は第１熱処理後の冷却速度が遅すぎた場合の比較例であり、この場合も引張強さ、ばね限界値が低下している。試料Ｎｏ．１５およびＮｏ．１６は第２熱処理の加熱温度が規定範囲から外れた比較例であり、この場合、引張強さ、ばね限界値、導電率の両方において十分な値が得られていない。試料Ｎｏ．１７は第２熱処理の加熱保持時間が短すぎる場合の比較例であり、特に導電率が低い値にとどまっている。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の端子・コネクタ用銅合金及びその製造方法によれば、端子・コネクタ用材料として用いられている従来の黄銅、りん青銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金に比べて十分に高い導電率を持ち、なおかつりん青銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金並みの良好な強度、ばね性を確保している銅合金を提供することができる。また、高導電率を実現したことで通電時のジュール熱発生を抑制でき、従来、通電量の増加が小型化の間題となっていた端子・コネクタにおいて、その設計自由度を大幅に広げることができるものとなる。更に製造コストの面でも、本発明による製造方法によれば従来の製造方法と同等のコストで製造することが可能である。
【００３２】
以上のように本発明により提供される端子・コネクタ用銅合金は、高い強度、ばね性、耐マイグレーション性を確保すると同時に従来の端子・コネクタ用材料を大きく上回る優れた導電率を兼備するものとなる。このことによって本発明は、端子・コネクタ部品についてその製造技術の向上を安価で高特性の材料を供給するという面からささえ、その発展に大きく寄与するものである。
Claims (3)
- ０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰ、０．１〜３．０質量％のＺｎ、０．０１〜２．０質量％のＳｎ、および不可避的不純物と残部のＣｕから成り、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量と前記Ｐの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０であり、前記Ｆｅの重量と前記Ｎｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２であることを特徴とする端子・コネクタ用銅合金。
- ０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰ、０．１〜３．０質量％のＺｎ、０．０１〜２．０質量％のＳｎ、および不可避的不純物と残部のＣｕから成り、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量と前記Ｐの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０であり、前記Ｆｅの重量と前記Ｎｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２である合金素材を準備し、前記合金素材を７００〜９００℃に加熱した後、これに毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理を施し、前記第１の熱処理を施された前記合金素材を冷間圧延し、冷間圧延された前記合金素材に、４００〜５００℃に加熱して３０分〜５時間保持する第２の熱処理を施し、その後、冷間圧延と伸び回復のための低温焼鈍を施すことを特徴とする端子・コネクタ用銅合金の製造方法。
- ０．１〜０．５質量％のＦｅ、０．１〜０．５質量％のＮｉ、０．０３〜０．２質量％のＰ、０．１〜３．０質量％のＺｎ、０．０１〜２．０質量％のＳｎ、０．０１〜０．３質量％のＭｇ、および不可避的不純物と残部のＣｕから成り、前記Ｆｅと前記Ｎｉの合計重量と前記Ｐの重量の比が（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｐ＝３〜１０であり、前記Ｆｅの重量と前記Ｎｉの重量の比がＦｅ／Ｎｉ＝０．８〜１．２である合金素材を準備し、前記合金素材を７００〜９００℃に加熱した後、これに毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理を施し、前記第１の熱処理を施された前記合金素材を冷間圧延し、冷間圧延された前記合金素材に、４００〜５００℃に加熱して３０分〜５時間保持する第２の熱処理を施し、その後、冷間圧延と伸び回復のための低温焼鈍を施すことを特徴とする端子・コネクタ用銅合金の製造方法。
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