JP5847787B2 - 導電性及び応力緩和特性に優れる銅合金板 - Google Patents
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Description
本発明は銅合金板及び通電用又は放熱用電子部品に関し、特に、電機・電子機器、自動車等に搭載される端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電子部品の素材として使用される銅合金板及び該銅合金板を用いた電子部品に関する。中でも、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられる大電流用コネクタや端子等の大電流用電子部品の用途、又はスマートフォンやタブレットＰＣで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に好適な銅合金板及び該銅合金板を用いた電子部品に関するものである。
電機・電子機器、自動車等には、端子、コネクタ、スイッチ、ソケット、リレー、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電気又は熱を伝えるための部品が組み込まれており、これら部品には銅合金が用いられている。ここで、電気伝導性と熱伝導性は比例関係にある。
近年、電子部品の小型化に伴い、通電部における銅合金の断面積が小さくなる傾向にある。断面積が小さくなると、通電した際の銅合金からの発熱が増大する。また、成長著しい電気自動車やハイブリッド電気自動車で用いられる電子部品には、バッテリー部のコネクタ等の著しく高い電流が流される部品があり、通電時の銅合金の発熱が問題になっている。発熱が過大になると、銅合金は高温環境に晒されることになる。
コネクタ等の電気接点では、銅合金板にたわみが与えられ、このたわみで発生する応力により、接点での接触力を得ている。たわみを与えた銅合金を高温下に長時間保持すると、応力緩和現象により、応力すなわち接触力が低下し、接触電気抵抗の増大を招く。この問題に対処するため銅合金には、発熱量が減ずるよう導電性により優れることが求められ、また発熱しても接触力が低下しないよう応力緩和特性により優れることも求められている。
一方、例えばスマートフォンやタブレットＰＣの液晶には液晶フレームと呼ばれる放熱部品が用いられている。このような放熱用途の銅合金板においても、応力緩和特性を高めると、外力による放熱板のクリープ変形が抑制され、放熱板周りに配置される液晶部品、ＩＣチップ等に対する保護性が改善される、等の効果を期待できる。このため、放熱用途の銅合金板においても、応力緩和特性に優れることが望まれている。
例えば、特開２０１２−１７７１９７には、Ｃｕｂｅ方位が発達し、比較的良好な応力緩和特性を有する銅合金が開示されている。（特許文献１）。
しかしながら、銅合金の特性改善を結晶方位の制御により行う場合、ヤング率の低下等の必要としない特性変化が同時に生じることが多い。また、その製造プロセスにおいては、特殊な熱処理や加工を付加する必要があり、製造コストが増大することが多い。
したがって、結晶方位の制御に頼らず、軽微な製造プロセスの調整により、銅合金の応力緩和特性を改善できれば、工業的に極めて意義深いといえる。
そこで、本発明は、高強度、高導電性および優れた応力緩和特性を兼ね備えた銅合金板を提供することを目的とする。さらには、大電流用途又は放熱用途に好適な電子部品を提供することをも目的とする。
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、表面の残留応力を所定の範囲となるよう調整することにより、高強度および高導電性を有する銅合金の応力緩和特性が向上することを見出した。
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜２０質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、３０％ＩＡＣＳ以上の導電率および２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、Ｘ線回折法により求めた（１１３）面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が２００ＭＰａ以下である銅合金板である。
本発明に係る銅合金板は別の一実施態様において、Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、ＦｅおよびＮｉの一種以上を合計で０．００５〜１質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、８０〜１０２％ＩＡＣＳの導電率を有する。
本発明に係る銅合金板は更に別の一実施態様において、Ｃｒを０．１〜０．５質量％、Ｓｎを０．１〜０．５質量％、Ｚｎを０．１〜０．５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、７０〜９０％ＩＡＣＳの導電率を有する。
本発明に係る銅合金板は更に別の一実施態様において、Ｆｅを１〜３質量％、Ｐを０．０１〜０．２質量％、Ｚｎを０．０５〜０．５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、６０〜８０％ＩＡＣＳの導電率を有する。
本発明に係る銅合金板は更に別の一実施態様において、Ｎｉを０．５〜３質量％、Ｓｎを０．２〜２質量％、Ｐを０．０２〜０．２質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、３０〜６０％ＩＡＣＳの導電率を有する。
本発明に係る銅合金板は更に別の一実施態様において、Ｍｇを０．２〜１質量％、Ｐを０．００１〜０．１質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、５０〜７０％ＩＡＣＳの導電率を有する。
本発明に係る銅合金板は更に別の一実施態様において、Ｚｎを１〜１５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．５質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、３０〜７０％ＩＡＣＳの導電率を有する。
本発明に係る銅合金板は更に別の一実施態様において、Ｎｉを０．１〜５質量％、Ｐを０．０１〜０．３質量％、Ｆｅを０．０１〜０．３質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、５０〜９０％ＩＡＣＳの導電率を有する。
本発明に係る銅合金板は更に別の一実施態様において、１５０℃で１０００時間保持後の応力緩和率が３０％以下である。
本発明は別の一側面において、上記銅合金板を用いた大電流用電子部品である。
本発明は更に別の一側面において、上記銅合金板を用いた放熱用電子部品である。
本発明によれば、高強度、高導電性および優れた応力緩和特性を兼ね備えた銅合金板及び大電流用途又は放熱用途に好適な電子部品を提供することが可能である。この銅合金板は、端子、コネクタ、スイッチ、ソケット、リレー、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電子部品の素材として好適に使用することができ、特に大電流を通電する電子部品の素材又は大熱量を放散する電子部品の素材として有用である。
以下、本発明について説明する。
（目標特性）
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、３０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有し、且つ２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有する。導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であれば、通電時の発熱量が抑制される。また、０．２％耐力が２９０ＭＰａ以上であれば、大電流を通電する部品の素材又は大熱量を放散する部品の素材として必要な強度を有しているといえる。
（目標特性）
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、３０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有し、且つ２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有する。導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であれば、通電時の発熱量が抑制される。また、０．２％耐力が２９０ＭＰａ以上であれば、大電流を通電する部品の素材又は大熱量を放散する部品の素材として必要な強度を有しているといえる。
本発明の実施の形態に係る銅合金板の応力緩和特性については、０．２％耐力の８０％の応力を付加し、１５０℃で１０００時間保持した時の銅合金板の応力緩和率（以下、単に応力緩和率と記す）が３０％以下であり、より好ましくは２５％以下、さらに好ましくは２０％以下である。応力緩和率を３０％以下にすることで、コネクタに加工した後に大電流を通電しても接触力低下に伴う接触電気抵抗の増加が生じ難くなり、また、放熱板に加工した後に熱と外力が同時に加わってもクリープ変形が生じ難くなる。
（合金成分濃度）
本発明の作用効果は、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜２０質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金において良好に発揮され、また、例えば下記のＡ〜Ｆの銅合金において特に高い効果が発揮される。
本発明の作用効果は、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜２０質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金において良好に発揮され、また、例えば下記のＡ〜Ｆの銅合金において特に高い効果が発揮される。
（合金Ａ）
Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、ＦｅおよびＮｉの一種以上を合計で０．００５〜１質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は８０〜１０２％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、ＦｅおよびＮｉの一種以上を合計で０．０１〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、このときの導電率は８３〜９７％ＩＡＣＳである。
Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、ＦｅおよびＮｉの一種以上を合計で０．００５〜１質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は８０〜１０２％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、ＦｅおよびＮｉの一種以上を合計で０．０１〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、このときの導電率は８３〜９７％ＩＡＣＳである。
（合金Ｂ）
Ｃｒを０．１〜０．５質量％、Ｓｎを０．１〜０．５質量％、Ｚｎを０．１〜０．５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は７０〜９０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ｃｒを０．２〜０．４質量％、Ｓｎを０．２〜０．３質量％、Ｚｎを０．２〜０．３質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、この銅合金の導電率は７０〜８０％ＩＡＣＳである。
Ｃｒを０．１〜０．５質量％、Ｓｎを０．１〜０．５質量％、Ｚｎを０．１〜０．５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は７０〜９０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ｃｒを０．２〜０．４質量％、Ｓｎを０．２〜０．３質量％、Ｚｎを０．２〜０．３質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、この銅合金の導電率は７０〜８０％ＩＡＣＳである。
（合金Ｃ）
Ｆｅを１〜３質量％、Ｐを０．０１〜０．２質量％、Ｚｎを０．０５〜０．５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は６０〜８０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ｆｅを２〜２．５質量％、Ｐを０．０２〜０．１５質量％、Ｚｎを０．１〜０．２質量、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、この銅合金の導電率は６０〜７５％ＩＡＣＳである。
Ｆｅを１〜３質量％、Ｐを０．０１〜０．２質量％、Ｚｎを０．０５〜０．５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は６０〜８０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ｆｅを２〜２．５質量％、Ｐを０．０２〜０．１５質量％、Ｚｎを０．１〜０．２質量、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、この銅合金の導電率は６０〜７５％ＩＡＣＳである。
（合金Ｄ）
Ｎｉを０．５〜３質量％、Ｓｎを０．２〜２質量％、Ｐを０．０２〜０．２質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有する銅合金である。この銅合金の導電率は３０〜６０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分範囲は、Ｎｉを０．８〜１．２質量％、Ｓｎを０．４〜０．６質量％、Ｐを０．０５〜０．１５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金、およびＮｉを０．８〜１．２質量％、Ｓｎを０．８〜１．０質量％、Ｐを０．０５〜０．１５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、それぞれの銅合金の導電率は４５〜５５％ＩＡＣＳおよび３５〜４５％ＩＡＣＳである。
Ｎｉを０．５〜３質量％、Ｓｎを０．２〜２質量％、Ｐを０．０２〜０．２質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有する銅合金である。この銅合金の導電率は３０〜６０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分範囲は、Ｎｉを０．８〜１．２質量％、Ｓｎを０．４〜０．６質量％、Ｐを０．０５〜０．１５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金、およびＮｉを０．８〜１．２質量％、Ｓｎを０．８〜１．０質量％、Ｐを０．０５〜０．１５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、それぞれの銅合金の導電率は４５〜５５％ＩＡＣＳおよび３５〜４５％ＩＡＣＳである。
（合金Ｅ）
Ｍｇを０．２〜１質量％、Ｐを０．００１〜０．１質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は５０〜７０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ｍｇを０．５〜０．９質量％、Ｐを０．００１〜０．０２質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、この銅合金の導電率は５０〜６５％ＩＡＣＳである。
Ｍｇを０．２〜１質量％、Ｐを０．００１〜０．１質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は５０〜７０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ｍｇを０．５〜０．９質量％、Ｐを０．００１〜０．０２質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、この銅合金の導電率は５０〜６５％ＩＡＣＳである。
（合金Ｆ）
Ｚｎを１〜１５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．５質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は３０〜７０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ｚｎを７〜９質量％、Ｓｎを０．２〜０．４質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金、およびＺｎを２〜４質量％、Ｓｎを０．１〜０．３質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、それぞれの銅合金の導電率は３５〜４５％ＩＡＣＳおよび５５〜６５％ＩＡＣＳである。
Ｚｎを１〜１５質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．５質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は３０〜７０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分は、Ｚｎを７〜９質量％、Ｓｎを０．２〜０．４質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金、およびＺｎを２〜４質量％、Ｓｎを０．１〜０．３質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、それぞれの銅合金の導電率は３５〜４５％ＩＡＣＳおよび５５〜６５％ＩＡＣＳである。
（合金Ｇ）
Ｎｉを０．１〜５質量％、Ｐを０．０１〜０．３質量％、Ｆｅを０．０１〜０．３質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は５０〜９０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分範囲は、Ｎｉを０．５〜０．９質量％、Ｐを０．０２〜０．２質量％、Ｆｅを０．０５〜０．１５質量％、Ｚｎを０．０３〜０．２質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、この銅合金の導電率は６０〜８０％ＩＡＣＳである。
Ｎｉを０．１〜５質量％、Ｐを０．０１〜０．３質量％、Ｆｅを０．０１〜０．３質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金である。この銅合金の導電率は５０〜９０％ＩＡＣＳである。より好ましい成分範囲は、Ｎｉを０．５〜０．９質量％、Ｐを０．０２〜０．２質量％、Ｆｅを０．０５〜０．１５質量％、Ｚｎを０．０３〜０．２質量％、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＴｉおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなる銅合金であり、この銅合金の導電率は６０〜８０％ＩＡＣＳである。
合金成分の濃度が高くなるに従い、引張強さが上昇する半面、導電率が低下する。
（残留応力）
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、製品表面の残留応力を２００ＭＰａ以下、好ましくは１００ＭＰａ以下に調整することで、応力緩和率が３０％以下になる。ここで、本発明の残留応力は、Ｘ線回折法を用い、Ｘ線入射角度に対する（１１３）面間隔の変化を測定することにより求めるものである。測定方向としては、圧延方向と厚み方向のそれぞれに平行な面内においてＸ線入射角度を変化させることにより、圧延方向と平行に生じている残留応力値を求める。他の結晶面や方向に対しても残留応力値を測定することは可能であるが、当該条件で測定した場合に、測定のばらつきが最も小さく、残留応力値と応力緩和との間に最も良好な相関が得られた。なお、銅合金板の残留応力は、板の片側表面をエッチングしたときの板の反り量からの算出されることが多いが（須藤一：残留応力とゆがみ、内田老鶴圃社、（１９８８）、ｐ．４６．）、このエッチング法で求めた残留応力値には応力緩和との相関が認められなかった。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、製品表面の残留応力を２００ＭＰａ以下、好ましくは１００ＭＰａ以下に調整することで、応力緩和率が３０％以下になる。ここで、本発明の残留応力は、Ｘ線回折法を用い、Ｘ線入射角度に対する（１１３）面間隔の変化を測定することにより求めるものである。測定方向としては、圧延方向と厚み方向のそれぞれに平行な面内においてＸ線入射角度を変化させることにより、圧延方向と平行に生じている残留応力値を求める。他の結晶面や方向に対しても残留応力値を測定することは可能であるが、当該条件で測定した場合に、測定のばらつきが最も小さく、残留応力値と応力緩和との間に最も良好な相関が得られた。なお、銅合金板の残留応力は、板の片側表面をエッチングしたときの板の反り量からの算出されることが多いが（須藤一：残留応力とゆがみ、内田老鶴圃社、（１９８８）、ｐ．４６．）、このエッチング法で求めた残留応力値には応力緩和との相関が認められなかった。
（厚み）
製品の厚みは０．１〜２．０ｍｍであることが好ましい。厚みが薄すぎると、通電部断面積が小さくなり通電時の発熱が増加するため大電流を流すコネクタ等の素材として不適であり、また、わずかな外力で変形するようになるため放熱板等の素材としても不適である。一方で、厚みが厚すぎると、曲げ加工が困難になる。このような観点から、より好ましい厚みは０．２〜１．５ｍｍである。厚みが上記範囲となることにより、通電時の発熱を抑えつつ、曲げ加工性を良好なものとすることができる。
製品の厚みは０．１〜２．０ｍｍであることが好ましい。厚みが薄すぎると、通電部断面積が小さくなり通電時の発熱が増加するため大電流を流すコネクタ等の素材として不適であり、また、わずかな外力で変形するようになるため放熱板等の素材としても不適である。一方で、厚みが厚すぎると、曲げ加工が困難になる。このような観点から、より好ましい厚みは０．２〜１．５ｍｍである。厚みが上記範囲となることにより、通電時の発熱を抑えつつ、曲げ加工性を良好なものとすることができる。
（用途）
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、電機・電子機器、自動車等で用いられる端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電子部品の用途に好適に使用することができ、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられる大電流用コネクタや端子等の大電流用電子部品の用途、又はスマートフォンやタブレットＰＣで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に有用である。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、電機・電子機器、自動車等で用いられる端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電子部品の用途に好適に使用することができ、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられる大電流用コネクタや端子等の大電流用電子部品の用途、又はスマートフォンやタブレットＰＣで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に有用である。
（製造方法）
以下、本発明に係る銅合金板の好適な製造方法の一例について説明する。
以下、本発明に係る銅合金板の好適な製造方法の一例について説明する。
純銅原料として電気銅等を溶解し、合金元素を添加し、厚み３０〜３００ｍｍ程度のインゴットに鋳造する。このインゴットを熱間圧延により厚み３〜３０ｍｍ程度の板とした後、冷間圧延と再結晶焼鈍とを繰り返し、最終の冷間圧延で所定の製品厚みに仕上げ、最後に歪取り焼鈍を施す。最終冷間圧延で材料に導入される残留応力は、その後の歪取焼鈍により低下する。
再結晶焼鈍では、圧延組織の一部又は全てを再結晶化させる。最終冷間圧延前の再結晶焼鈍では、製品の圧延直角断面の平均結晶粒径が５０μｍ以下となるように、当該再結晶焼鈍後の平均結晶粒径を５０μｍ以下に調整する。最終冷間圧延前の再結晶焼鈍には、バッチ炉を用いてもよいし、連続焼鈍炉を使用しても良い。バッチ炉では２５０〜６００℃の炉内温度において３０分から３０時間の範囲で加熱時間を適宜調整することにより、また、連続焼鈍炉では４５０〜８００℃の炉内温度において５秒から１０分の範囲で加熱時間を適宜調整することにより、当該再結晶焼鈍後の平均結晶粒径を５０μｍ以下に調整できる。
最終冷間圧延では、一対の圧延ロール間に材料を繰り返し通過させ、目標の板厚に仕上げていく。最終冷間圧延の加工度は２５〜９９％とする。ここで加工度ｒ（％）は、ｒ＝（ｔ0−ｔ）／ｔ0×１００（ｔ0：圧延前の板厚、ｔ：圧延後の板厚）で与えられる。加工度が２５％未満になると、０．２％耐力を２９０ＭＰａ以上に調整することが難しくなる。加工度が９９％を超えると、圧延材のエッジが割れることがある。
また、最終冷間圧延では圧延ロールの径と、通板回数とを調整することにより、銅合金板の残留応力を調整することができる。一般的に使用されている大径ロールを用いて圧延した場合、表面部に引張応力、厚み方向中央部に圧縮応力が残留する。一方、小径ロールを用いて低い加工度で圧延した場合、表面部に圧縮応力、厚み方向中央部に引張応力が残留する。よって、大径ロールで圧延した後に小径ロールで軽圧下圧延を数回行えば、それまでの圧延で表面に蓄積した引張残留応力がキャンセルされ、銅合金板の残留応力は減少する。なお、本実施形態において大径ロールとは直径１５０〜５００ｍｍのロールを意味し、小径ロールとは直径２０〜８０ｍｍのロールを意味する。
上記小径ロールによる圧延に加え、適切な条件で歪取焼鈍を行うことにより、残留応力を２００ＭＰａ以下に調整することができる。本発明の歪取焼鈍は連続焼鈍炉を用いて行う。バッチ炉の場合、コイル状に巻き取った状態で材料を加熱するため、加熱中に材料が変形を起こし材料に反りが生じる。したがって、バッチ炉は本発明の歪取焼鈍に不適である。
連続焼鈍炉において、炉内温度を３００〜７００℃とし、５秒から１０分の範囲で加熱時間を適宜調整し、歪取焼鈍後の０．２％耐力を歪取焼鈍前の０．２％耐力に対し１０〜５０ＭＰａ低い値、好ましくは１５〜４５ＭＰａ低い値に調整する。０．２％耐力の低下量が小さすぎると、残留応力を２００ＭＰａ以下に調整することが難しくなる。０．２％耐力の低下量が大きすぎると製品の引張強さが２９０ＭＰａ未満になることがある。
さらに、歪取焼鈍後では連続焼鈍炉内において材料に付加される張力を１〜５ＭＰａ、より好ましくは１〜４ＭＰａに調整する。張力が大きすぎると、残留応力を２００ＭＰａ以下に調整することが難しくなる。張力が小さすぎると、焼鈍炉を通板中の材料が炉壁と接触し、材料の表面やエッジに傷が付くことがある。
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
溶銅に合金元素を添加した後、厚みが２００ｍｍのインゴットに鋳造した。インゴットを９５０℃で３時間加熱し、熱間圧延により厚み１５ｍｍの板にした。熱間圧延板表面の酸化スケールを研削、除去した後、焼鈍と冷間圧延を繰り返し、最終の冷間圧延で所定の製品厚みに仕上げた。最後に連続焼鈍炉を用い歪取焼鈍を行った。
最終冷間圧延前の焼鈍（最終再結晶焼鈍）は、バッチ炉を用い、加熱時間を５時間とし炉内温度を２５０〜７００℃の範囲で調整し、焼鈍後の結晶粒径と導電率を変化させた。
最終冷間圧延の前半では、直径２００ｍｍの大径ロールを使用し、後半では直径５０ｍｍの小径ロールを用いた。後半の小径ロールによる圧延では、一回の通板当たりの加工度を３％とし、この通板の実施回数を０〜５回の範囲で変化させた。
連続焼鈍炉を用いた歪取り焼鈍では、炉内温度を５００℃とし加熱時間を１秒から１５分の間で調整し、歪取焼鈍による０．２％耐力の低下量を種々変化させた。また、炉内において材料に付加する張力を種々変化させた。なお、一部の例では歪取り焼鈍を行わなかった。
製造途中の材料および歪取焼鈍後の材料につき、次の測定を行った。
（成分）
歪取焼鈍後の材料の合金元素濃度をＩＣＰ−質量分析法で分析した。
歪取焼鈍後の材料の合金元素濃度をＩＣＰ−質量分析法で分析した。
（最終冷間圧延前の最終再結晶焼鈍後の平均結晶粒径）
圧延方向と直交する断面を機械研磨により鏡面に仕上げた後、エッチングにより結晶粒界を現出させた。この金属組織上において、ＪＩＳ Ｈ０５０１（１９９９年）の切断法に従い測定し、平均結晶粒径を求めた。
圧延方向と直交する断面を機械研磨により鏡面に仕上げた後、エッチングにより結晶粒界を現出させた。この金属組織上において、ＪＩＳ Ｈ０５０１（１９９９年）の切断法に従い測定し、平均結晶粒径を求めた。
（０．２％耐力）
最終冷間圧延後および歪取焼鈍後の材料につき、ＪＩＳ Ｚ２２４１に規定する１３Ｂ号試験片を引張方向が圧延方向と平行になるように採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して圧延方向と平行に引張試験を行い、０．２％耐力を求めた。
最終冷間圧延後および歪取焼鈍後の材料につき、ＪＩＳ Ｚ２２４１に規定する１３Ｂ号試験片を引張方向が圧延方向と平行になるように採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して圧延方向と平行に引張試験を行い、０．２％耐力を求めた。
（導電率）
歪取焼鈍後の材料から、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、ＪＩＳ Ｈ０５０５に準拠し四端子法により２０℃での導電率を測定した。
歪取焼鈍後の材料から、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、ＪＩＳ Ｈ０５０５に準拠し四端子法により２０℃での導電率を測定した。
（残留応力）
Ｘ線回折法により、銅合金板の（１１３）面に対し、圧延方向と平行な方向に生じている残留応力を求めた。測定原理を以下に説明する。
例えば図１に示すように引張残留応力が存在する場合、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）と試料面法線Ｎと格子面法線Ｎ’とのなす角度Ψが大きくなると、この順で格子面間隔が大きくなる。結晶面間隔は応力の大きさに比例するので、各Ψにおいて格子面間隔すなわち回折角度（２θ）を測定すると、次式により残留応力σを求めることができる。
Ｘ線回折法により、銅合金板の（１１３）面に対し、圧延方向と平行な方向に生じている残留応力を求めた。測定原理を以下に説明する。
例えば図１に示すように引張残留応力が存在する場合、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）と試料面法線Ｎと格子面法線Ｎ’とのなす角度Ψが大きくなると、この順で格子面間隔が大きくなる。結晶面間隔は応力の大きさに比例するので、各Ψにおいて格子面間隔すなわち回折角度（２θ）を測定すると、次式により残留応力σを求めることができる。
（応力緩和率）
歪取焼鈍後の材料から、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように採取した。図２に示すように、ｌ＝５０ｍｍの位置を作用点として、試験片にｙ0のたわみを与え、圧延方向の０．２％耐力の８０％に相当する応力（ｓ）を負荷した。ｙ0は次式により求めた。
ｙ0＝（２／３）・ｌ2・ｓ ／ （Ｅ・ｔ）
ここで、Ｅは圧延方向のヤング率であり、ｔは試料の厚みである。１５０℃にて１０００時間加熱後に除荷し、図３に示す永久変形量（高さ）ｙを測定し、応力緩和率｛［ｙ（ｍｍ）／ｙ0（ｍｍ）］×１００（％）｝を算出した。
歪取焼鈍後の材料から、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように採取した。図２に示すように、ｌ＝５０ｍｍの位置を作用点として、試験片にｙ0のたわみを与え、圧延方向の０．２％耐力の８０％に相当する応力（ｓ）を負荷した。ｙ0は次式により求めた。
ｙ0＝（２／３）・ｌ2・ｓ ／ （Ｅ・ｔ）
ここで、Ｅは圧延方向のヤング率であり、ｔは試料の厚みである。１５０℃にて１０００時間加熱後に除荷し、図３に示す永久変形量（高さ）ｙを測定し、応力緩和率｛［ｙ（ｍｍ）／ｙ0（ｍｍ）］×１００（％）｝を算出した。
表１、２、３、４、５、６および７は、それぞれ合金Ａ、合金Ｂ、合金Ｃ、合金Ｄ、合金Ｅ、合金Ｆおよび合金Ｇに関する実施例である。表８には、表１〜６に記載した以外の合金の発明例を示す。これらの実施例、比較例において、最終再結晶焼鈍後の結晶粒径における「＜１０μｍ」の表記は、圧延組織の全てが再結晶化しその平均結晶粒径が１０μｍ未満であった場合、および圧延組織の一部のみが再結晶化した場合の双方を含んでいる。
表１〜表８の発明例の銅合金板では、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＺｎおよびＺｒのうちの一種以上を合計で０〜２０質量％に調整し、最終冷間圧延前の再結晶焼鈍において、結晶粒径を５０μｍ以下に調整し、最終冷間圧延において、加工度を２５〜９９％とし小径ロールによる通板を３回以上行い、歪取焼鈍において、材料を連続焼鈍炉に張力１〜５ＭＰａで通板して０．２％耐力を１０〜５０ＭＰａ低下させた。その結果、Ｘ線回折法により求めた（１１３）面に対して圧延方向と平行な方向に生じる残留応力が２００ＭＰａ以下となり、３０％ＩＡＣＳ以上の導電率、２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力、３０％以下の応力緩和率が得られた。
比較例１は歪取焼鈍を行わなかったものであり、残留応力が２００ＭＰａを超え、応力緩和率が３０％を超えた。
比較例２では歪取焼鈍における０．２％耐力の低下量が過小であり、比較例３、４では歪取焼鈍における０．２％耐力の低下量が過大であった。このため、残留応力が２００ＭＰａを超え、応力緩和率が３０％を超えた。
比較例５〜７では、歪取焼鈍を行ったものの、炉内での材料張力が５ＭＰａを超えたため、残留応力が２００ＭＰａを超え、応力緩和率が３０％を超えた。
比較例８、９では、最終冷間圧延における小径ロールによる通板回数が過少であっため残留応力が２００ＭＰａを超え、応力緩和率が３０％を超えた。
比較例２では歪取焼鈍における０．２％耐力の低下量が過小であり、比較例３、４では歪取焼鈍における０．２％耐力の低下量が過大であった。このため、残留応力が２００ＭＰａを超え、応力緩和率が３０％を超えた。
比較例５〜７では、歪取焼鈍を行ったものの、炉内での材料張力が５ＭＰａを超えたため、残留応力が２００ＭＰａを超え、応力緩和率が３０％を超えた。
比較例８、９では、最終冷間圧延における小径ロールによる通板回数が過少であっため残留応力が２００ＭＰａを超え、応力緩和率が３０％を超えた。
比較例１０では最終冷間圧延における総加工度が２５％に満たなかったため、また比較例１１では最終冷間圧延前の再結晶焼鈍上がりの結晶粒径が５０μｍを超えたため、歪取焼鈍後の０．２％耐力が２９０ＭＰａに満たなかった。
Claims (10)
- Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、ＦｅおよびＮｉの一種以上を合計で０．０１〜０．４８質量％含有し、かつ、Ａｇを０．１５質量％以下、Ｐを０．０６質量％以下、Ｓｎを０．１５質量％以下、Ｆｅを０．２０質量％以下およびＮｉを０．１５質量％以下それぞれ含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、８０〜１０２％ＩＡＣＳの導電率および２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、Ｘ線回折法により求めた（１１３）面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が２００ＭＰａ以下であることを特徴とする銅合金板。
- Ｃｒを０．１〜０．５質量％、Ｓｎを０．１〜０．５質量％、Ｚｎを０．１〜０．５質量％、ＭｇおよびＳｉのうちの一種以上を合計で０〜０．０５質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、７０〜９０％ＩＡＣＳの導電率および２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、Ｘ線回折法により求めた（１１３）面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が２００ＭＰａ以下であることを特徴とする銅合金板。
- Ｆｅを１〜３質量％、Ｐを０．０１〜０．２質量％、Ｚｎを０．０５〜０．５質量％、Ｃｏ、ＭｇおよびＮｉのうちの一種以上を合計で０〜０．０６質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、６０〜８０％ＩＡＣＳの導電率および２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、Ｘ線回折法により求めた（１１３）面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が２００ＭＰａ以下であることを特徴とする銅合金板。
- Ｎｉを０．５〜３質量％、Ｓｎを０．２〜２質量％、Ｐを０．０２〜０．２質量％、ＭｇおよびＺｎのうちの一種以上を合計で０〜０．２質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、３０〜６０％ＩＡＣＳの導電率および２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、Ｘ線回折法により求めた（１１３）面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が２００ＭＰａ以下であることを特徴とする銅合金板。
- Ｍｇを０．２〜１質量％、Ｐを０．００１〜０．１質量％、Ｎｉ、ＳｉおよびＺｎのうちの一種以上を合計で０〜０．１６質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、５０〜７０％ＩＡＣＳの導電率および２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、Ｘ線回折法により求めた（１１３）面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が２００ＭＰａ以下であることを特徴とする銅合金板。
- Ｚｎを１〜１５質量％、Ｓｎを０〜０．４質量％、Ｍｇ、ＮｉおよびＰのうちの一種以上を合計で０〜０．１３質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、３０〜７０％ＩＡＣＳの導電率および２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、Ｘ線回折法により求めた（１１３）面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が２００ＭＰａ以下であることを特徴とする銅合金板。
- Ｎｉを０．１〜５質量％、Ｐを０．０１〜０．３質量％、Ｆｅを０．０１〜０．３質量％、Ｚｎを０〜０．２質量％、Ｍｇ、ＳｉおよびＳｎのうちの一種以上を合計で０〜０．０３質量％含有し、残部が銅およびその不可避的不純物からなり、５０〜９０％ＩＡＣＳの導電率および２９０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、Ｘ線回折法により求めた（１１３）面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が２００ＭＰａ以下であることを特徴とする銅合金板。
- １５０℃で１０００時間保持後の応力緩和率が３０％以下である、請求項１〜７の何れか１項に記載の銅合金板。
- 請求項１〜８の何れか１項に記載の銅合金板を用いた大電流用電子部品。
- 請求項１〜８の何れか１項に記載の銅合金板を用いた放熱用電子部品。
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