JP5983589B2 - 電子・電気機器用銅合金圧延材、電子・電気機器用部品及び端子 - Google Patents

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・電気機器用銅合金圧延材と、それを用いた電子・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、最近では、電子・電気機器のさらなる小型化及び軽量化が図られている。ここで、小型化及び軽量化した電子・電気機器に用いられる小型端子においては、材料の歩留りの観点から、圧延方向に対して曲げの軸が直交方向（Ｇｏｏｄ Ｗａｙ：ＧＷ）になるように曲げ加工がされ、圧延方向に対して曲げの軸が平行な方向（Ｂａｄ ｗａｙ：ＢＷ）にはわずかに変形を加えることによって成型されており、ＢＷで引張試験をした際の材料強度ＴＳ_ＴＤにより、ばね性を確保している。そのため、ＧＷの優れた曲げ加工性とＢＷの高い強度が求められている。

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、強度および曲げ加工性に優れ、特にＧＷの優れた曲げ加工性とＢＷの高い強度を有する電子・電気機器用銅合金圧延材、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・電気機器用銅合金圧延材は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤ、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤと、から算出される強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．０２を超えることを特徴としている。

上述の構成の電子・電気機器用銅合金圧延材によれば、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤと、から算出される強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．０２を超える構成とされているので、圧延面に対して法線方向に垂直な面に｛２２０｝面が多く存在することにより、圧延方向に対して曲げの軸が直交方向になるような曲げ加工したときに優れた曲げ加工性を有するととともに、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤが高くなる。よって、上述した小型端子の成型性に優れることになる。

ここで、本発明の電子・電気機器用銅合金圧延材では、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。

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。

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。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金圧延材においては、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。
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。
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とＭｇの２元合金の場合、不可避不純物元素を無視し、ＣｕとＭｇのみからなると仮定して算出すればよい。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金圧延材においては、さらに、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０．０１原子％以上０．４原子％以下の範囲内で含むとともに、Ｓｎの含有量が０．１原子％以下、Ｚｎの含有量が０．２原子％以下、Ａｌの含有量が０．１原子％以下、Ｎｉの含有量が０．２原子％以下、Ｓｉの含有量が０．１原子％以下、Ｍｎの含有量が０．２原子％以下、Ｌｉの含有量が０．１原子％以下、Ｔｉの含有量が０．０５原子％以下、Ｆｅの含有量が０．０２原子％以下、Ｃｏの含有量が０．０２原子％以下、Ｃｒの含有量が０．０３原子％以下、Ｚｒの含有量が０．０２原子％以下、Ｐの含有量が０．０３原子％以下とされていてもよい。
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０．０１原子％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０．４原子％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０．０１原子％以上０．４原子％以下の範囲内に設定している。

さらに、本発明の電子・電気機器用銅合金圧延材においては、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤが４００ＭＰａ以上であり、圧延方向に対して直交する方向を曲げの軸としたとき、Ｗ曲げ冶具の半径をＲとし、銅合金の厚みをｔとしたときの比で表わされる曲げ加工性Ｒ／ｔが１以下であることが好ましい。
この場合、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤが４００ＭＰａ以上とされているので、強度が十分に高く、ＢＷでのばね性を確保することが可能となる。また、、圧延方向に対して直交する方向を曲げの軸としたとき、Ｗ曲げ冶具の半径をＲとし、銅合金の厚みをｔとしたときの比で表わされる曲げ加工性Ｒ／ｔが１以下とされているので、ＧＷの曲げ加工性を十分に確保することができる。よって、上述した小型端子の成型性に特に優れることになる。

また、本発明の電子・電気機器用銅合金圧延材においては、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・電気機器用銅合金圧延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・電気機器用銅合金圧延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・電気機器用銅合金圧延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、強度および曲げ加工性に優れ、特にＧＷの優れた曲げ加工性とＢＷの高い強度を有する電子・電気機器用銅合金圧延材、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。

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３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされており、いわゆるＣｕ−Ｍｇの２元系合金とされている。

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。

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、その成分組成を上述のように調整するだけでなく、強度、曲げ等の機械的特性を次のように規定している。
すなわち、本実施形態である電子・電気機器用銅合金は、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤと、から算出される強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．０２を超える（ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤ＞１．０２）ように構成されている。

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

（Ｍｇ：３．３原子％以上６．９原子％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３．３原子％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６．９原子％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、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、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。
ここで、上述の原子％の組成値については、本実施形態ではＣｕとＭｇの２元合金とされていることから、不可避不純物元素を無視してＣｕとＭｇのみからなると仮定し、ｍａｓｓ％の値から算出したものである。

その他の不可避不純物としては、Ａｇ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，希土類元素，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，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）
ＣｕとＭｇとの２元系合金において、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、ＣｕとＭｇを主成分とする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。

（ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤ＞１．０２）
強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．０２を超える場合には、圧延面に対して法線方向に垂直な面に｛２２０｝面が多く存在することになる。この｛２２０｝面が増加することによって、圧延方向に対して曲げの軸が直交方向になるような曲げ加工をしたときに優れた曲げ加工性を有し、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤが高くなる。一方、｛２２０｝面が著しく発達すると、加工組織となり曲げ加工性が劣化することになる。
以上のことから、本実施形態では、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤと、から算出される強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．０２を超える構成としている。なお、強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤは１．０５以上であることが好ましい。また、強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤは１．３以下が好ましく、１．２５以下がさらに好ましい。

ここで、本実施形態である電子・電気機器用銅合金においては、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤが４００ＭＰａ以上であり、圧延方向に対して直交する方向を曲げの軸としたとき、Ｗ曲げ冶具の半径をＲとし、銅合金の厚みをｔとしたときの比で表わされる曲げ加工性Ｒ／ｔが１以下であることが好ましい。このように強度ＴＳ_ＴＤと、Ｒ／ｔとを設定することによって、ＴＤ方向の強度と、ＧＷの曲げ加工性とを十分に確保することが可能となる。

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。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。
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。

（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。

（熱間加工工程Ｓ０３）
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する。このとき、加工方法に特に限定はなく、最終形状が板や条の場合は熱間圧延を、最終形状が線や棒の場合には押出や溝圧延を、最終形状がバルク形状の場合には鍛造やプレスを適用すればよい。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く、４５０℃以上８００℃以下の範囲内がさらに好ましく、４５０℃以上７５０℃以下の範囲内とすることが最適である。ここで、熱間加工工程Ｓ０３において、平均結晶粒径３μｍ以上の再結晶組織を得ることにより、後述する仕上加工の際に、強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤを効率良く高くすることが可能となる。なお、この熱間加工工程Ｓ０３を省略してもよい。

（急冷工程Ｓ０４）
熱間加工工程Ｓ０３後に、２００℃以下の温度にまで６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する急冷工程Ｓ０４を実施する。この急冷工程Ｓ０４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。

（仕上加工工程Ｓ０５）
急冷工程Ｓ０４後の銅素材に対して所定の形状に仕上加工を行う。再結晶組織形成後の加工率を高くすることにより、上述の強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤを高くすることが可能となる。ここで、加工方法に特に限定はなく、例えば最終形態が板や条の場合には圧延、線や棒の場合には線引きや押出や溝圧延等、バルク形状の場合には鍛造やプレス、を採用することができる。また、この仕上加工工程Ｓ０５における温度条件は特に限定はないが、冷間または温間となる−２００〜２００℃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、上述の強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤを高くするためには、加工率を３０％以上とすることが好ましく、４０％以上とすることがより好ましい。

（仕上熱処理工程Ｓ０６）
次に、仕上加工工程Ｓ０５後の銅素材に対して、ひずみ取りのために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Ｓ０５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Ｓ０５と仕上熱処理工程Ｓ０６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、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤと、から算出される強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．０２を超える構成とされているので、圧延面に対して法線方向に垂直な面に｛２２０｝面が多く存在することにより、圧延方向に対して曲げの軸が直交方向になるような曲げ加工したときに優れた曲げ加工性を有するととともに、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤが高くなる。よって、上述した小型端子の成型性に優れることになる。

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熱間加工工程Ｓ０２及び仕上加工工程Ｓ０５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。

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、曲げ加工性に優れており、複雑な形状であっても割れ等がなく、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の２元系合金を例に挙げて説明したが、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０．０１原子％以上３．００原子％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０．０１原子％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３．００原子％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。また、これらの元素の原子％は、Ｃｕ、Ｍｇおよびこれらの添加元素のみからなると仮定し、測定された質量％の値から原子％濃度を算出することになる。

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。
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、測定された質量％の値から原子％濃度を算出した。

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１に記載の温度条件で４８時間保持した。そして、加熱保持後のブロックに対して、表１に示す条件で熱間圧延を実施し、水焼入れを行った。

次に、表１に示す圧延率で仕上圧延を実施し、厚さ０．２５ｍｍ、幅約２００ｍｍの薄板を製出した。
そして、仕上圧延後に、表１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。

（熱間圧延材の平均結晶粒径）
上述の熱間圧延を実施した熱間圧延材の金属組織観察を行った。圧延の幅方向に対して垂直な面、すなわちＴＤ面(Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を観察面として、ＥＢＳＤ測定装置及びＯＩＭ解析ソフトによって、次のように結晶粒界および結晶方位差分布を測定した。
耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行った後、コロイダルシリカ溶液を用いて仕上げ研磨を行った。そして、ＥＢＳＤ測定装置（ＦＥＩ社製Ｑｕａｎｔａ ＦＥＧ ４５０，ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社製（現 ＡＭＥＴＥＫ社） ＯＩＭ Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）と、解析ソフト（ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社製（現 ＡＭＥＴＥＫ社）ＯＩＭ
Ｄａｔａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｖｅｒ．５．３）によって、電子線の加速電圧２０ｋＶ、測定間隔０．１μｍステップで１０００μｍ^２以上の測定面積で、各結晶粒の方位差の解析を行った。解析ソフトＯＩＭにより各測定点のＣＩ値を計算し、結晶粒径の解析からはＣＩ値が０．１以下のものは除外した。結晶粒界は、二次元断面観察の結果、隣り合う２つの結晶間の配向方位差が１５°以上となる測定点間を結晶粒界として結晶粒界マップを作成し、ＪＩＳ Ｈ ０５０１の切断法に準拠し、結晶粒界マップに対して、縦、横の所定長さの線分を５本ずつ引き、完全に切られる結晶粒数を数え、その切断長さの平均値を平均結晶粒径とした。

（加工性評価）
加工性の評価として、前述の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。

（機械的特性）
特性評価用薄板からＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定される１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して、圧延方向に対して直交になる方向に引張試験をしたときの引張強度ＴＳ_ＴＤ、及び圧延方向に対して平行になる方向に引張試験をしたときの引張強度ＴＳ_ＬＤを求めた。得られたそれぞれの値よりＴＳ_ＴＤ/ＴＳ_ＬＤを算出した。

（曲げ加工性）
日本伸銅協会技術標準ＪＣＢＡ−Ｔ３０７：２００７の４試験方法に準拠して曲げ加工を行った。圧延方向に対して曲げの軸が直交方向になるように、特性評価用薄板から幅１０ｍｍ×長さ３０ｍｍの試験片を複数採取し、曲げ角度が９０度、曲げ半径が０．２５ｍｍ（Ｒ／ｔ＝１）のＷ型の治具を用い、Ｗ曲げ試験を行った。
曲げ部の外周部を目視で観察して割れが観察された場合は「×」、破断や微細な割れが確認されなかった場合は「○」と判定した。すなわち、「○」と判定されたものは、Ｒ／ｔ＝０．２５／０．２５＝１．０以下となる。

（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、製造条件、評価結果について、表１、２に示す。

Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも低い比較例１においては、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤが３８１ＭＰａ、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤが３８５ＭＰａと低かった。また、強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤも１．０２以下であった。
Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも高い比較例２においては、仕上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、強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．００とされた比較例３においては、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤが３９２ＭＰａ、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤが３９３ＭＰａと低く強度が不十分であった。

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、強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．０２を超える本発明例１−８においては、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤ及び圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤがともに高く、かつ、曲げ加工性も良好であった。また、耳割れの発生もなかった。
また、Ｍｇ以外に添加元素を本発明の範囲内で添加するとともに、強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．０２を超える本発明例９−１５においても、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤ及び圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤがともに高く、かつ、曲げ加工性も良好であった。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、ＧＷの優れた曲げ加工性とＢＷの高い強度を有し、小型端子の成型性に優れた電子・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 (8)

1. Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、
   圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤ、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＬＤと、から算出される強度比ＴＳ_ＴＤ／ＴＳ_ＬＤが１．０２を超えることを特徴する電子・電気機器用銅合金圧延材。
2. 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に記載の電子・電気機器用銅合金圧延材。
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・電気機器用銅合金圧延材。
4. 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０．０１原子％以上０．４原子％以下の範囲内で含むとともに、Ｓｎの含有量が０．１原子％以下、Ｚｎの含有量が０．２原子％以下、Ａｌの含有量が０．１原子％以下、Ｎｉの含有量が０．２原子％以下、Ｓｉの含有量が０．１原子％以下、Ｍｎの含有量が０．２原子％以下、Ｌｉの含有量が０．１原子％以下、Ｔｉの含有量が０．０５原子％以下、Ｆｅの含有量が０．０２原子％以下、Ｃｏの含有量が０．０２原子％以下、Ｃｒの含有量が０．０３原子％以下、Ｚｒの含有量が０．０２原子％以下、Ｐの含有量が０．０３原子％以下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・電気機器用銅合金圧延材。
5. 圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳ_ＴＤが４００ＭＰａ以上であり、圧延方向に対して直交する方向を曲げの軸としたとき、Ｗ曲げ冶具の半径をＲとし、銅合金の厚みをｔとしたときの比で表わされる曲げ加工性Ｒ／ｔが１以下であ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・電気機器用銅合金圧延材。
6. 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・電気機器用銅合金圧延材。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された電子・電気機器用銅合金圧延材からなることを特徴とする電子・電気機器用部品。
8. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された電子・電気機器用銅合金圧延材からなることを特徴とする端子。

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