JP6703878B2 - チタン銅箔および、その製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、オートフォーカスカメラモジュール等の導電性ばね材に用いることに好適な、優れた強度を備えたＣｕ−Ｔｉ系合金箔に関するものである。

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）。

したがって、オートフォーカスカメラモジュールに使用される銅合金箔には、電磁力による材料変形に耐えるほどのばね強度が必要になる。ばね強度が低いと、電磁力による変位に材料が耐えることができず、永久変形（へたり）が発生し電磁力を除荷したあと初期の位置に戻らない。へたりが生じると、一定の電流を流したとき、レンズが所望の位置に移動できずオートフォーカス機能が発揮されない。

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。

一方で、チタン銅箔の強度はＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系銅合金箔より低く、へたりが生じる問題があるため、その高強度化が望まれている。チタン銅の強度を改善する技術としては、特許文献３〜６に記載されたもの等がある。特許文献３では最終再結晶焼鈍にて平均結晶粒径を調整し、その後、冷間圧延、時効処理を順次行う方法が記載されている。特許文献４では固溶化処理後に、冷間圧延、時効処理、冷間圧延を順次行う方法が記載されている。特許文献５では、熱間圧延及び冷間圧延を行った後、７５０〜１０００℃の温度域で５秒〜５分間保持する溶体化処理を行い、次いで、圧延率０〜５０％の冷間圧延、３００〜５５０℃の時効処理、及び圧延率０〜３０％の仕上げ冷間圧延を順次行うことにより板面における｛４２０｝のＸ線回折強度を調整する方法が記載されている。特許文献６では、第一溶体化処理、中間圧延、最終の溶体化処理、焼鈍、最終の冷間圧延、及び時効処理を所定の条件で順次行うことにより圧延面における｛２２０｝のＸ線回折強度の半価幅を調整する方法が提案されている。

さらに、強度を高くすることに加え、へたりの発生を抑制するため、特許文献７では表面粗さを小さくすること、特許文献８では結晶方位を調整すること、特許文献９ではヤング率を小さくすることがそれぞれ提案されている。

特開２００４−２８００３１号公報 特開２００９−１１５８９５号公報 特許第４００１４９１号公報 特許第４２５９８２８号公報 特開２０１０−１２６７７７号公報 特開２０１１−２０８２４３号公報 特許第５７２３８４９号公報 特許第５５２６２１２号公報 特開２０１４−０７４１９３号公報

特許文献３〜６の明細書中に記載された実施例及び比較例の中には、１１００ＭＰａ以上の０．２％耐力をもつチタン銅も幾つか見受けられる。しかしながら、これらの特許文献３〜６で提案された従来技術では、材料に荷重を加え変形させたのち荷重を除去すると、へたりが生じるため、単に高強度であるだけではオートフォーカスカメラモジュール等の導電性ばね材として使用できないことが分かった。

また、特許文献７〜９はそれぞれ、へたりの課題に着目し、このへたりの発生を抑制する方法を提案している。しかしながら、箔厚が０．１ｍｍ以下と薄いものについては、特許文献７〜９の提案技術では、その効果が所期するほどには発揮されないことが分かった。すなわち、特許文献７〜９の提案技術は、箔厚が０．１ｍｍを超えるものには大きな効果が発揮されるものの、箔厚が０．１ｍｍを超えるものには、箔厚が０．１ｍｍを超えるものから予測されるほどの十分な効果が発揮されないことが分かった。

本発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、箔厚が０．１ｍｍ以下の薄いものであってもばねとして用いた際のへたりが小さく、オートフォーカスカメラモジュール等の電子機器部品に使用される導電性ばね材として好適に用いることのできるチタン銅箔およびその製造方法を提供することを目的とする。

発明者は、従来技術のような、へたりを抑制する手段を用いても、箔厚が薄いチタン銅箔でのへたりの発生の有無は箔厚そのものの影響を受けることから、そのような手段により発揮される効果は厚みが厚いものに比べて小さくなることを見出した。そして、厚みの薄いチタン銅箔であっても、箔厚の変動を小さくすることにより、ばねとして用いた際にへたりの発生が最小限にとどまることを見出した。
さらに、かかる箔厚変動の小さいチタン銅箔は、従来と同様にして熱間圧延、第一冷間圧延、溶体化処理および第二冷間圧延を順次に行う際において、溶体化処理で結晶粒を粗大化するとともに、溶体化処理につづいて溶体化後加熱処理を行い適度に硬化させたのち第二冷間圧延を行うことにより得ることができるとの知見を得た。

このような知見に基き、本発明のチタン銅箔は、Ｔｉを１．５〜５．０質量％で含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、箔厚が０．０１８ｍｍ以上かつ０．１ｍｍ以下であり、圧延方向と平行な方向に６０ｍｍの間隔で並んで位置する５つの測定点での箔厚の変動が０．０μｍ〜１．０μｍであるものである。

そしてまた、上記のチタン銅箔は、圧延方向に平行な方向での引張強さが１１００ＭＰａ以上であることが好ましい。

なお、上記のチタン銅箔は、Ａｌ、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＺｒから選択される１種以上の元素を、総量で０〜１．０質量％さらに含有するものとすることができる。

また、本発明のチタン銅箔の製造方法は、Ｔｉを１．５〜５．０質量％で含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなるインゴットを鋳造し、前記インゴットに対し、熱間圧延と、第一冷間圧延と、平均結晶粒径を１００〜１６０μｍに調整する溶体化処理と、溶体化処理後の引張強さに対する引張強さの増量を１００〜２４０ＭＰａに調整する溶体化後加熱処理と、第二冷間圧延と、２００〜４５０℃の温度で２時間〜２０時間にわたって加熱する時効処理とをこの順序で行うことを含み、箔厚が０．０１８ｍｍ以上かつ０．１ｍｍ以下であるチタン銅箔を製造するものである。

また、この製造方法では、第二冷間圧延での圧下率を５５％以上とすることが好ましい。

そしてまた、この製造方法は、時効処理の後、圧下率を３５％以上とする第三冷間圧延をさらに含むことができる。

本発明によれば、圧延方向と平行な方向に６０ｍｍの間隔で並んで位置する５つの測定点での箔厚の変動を０．０μｍ〜１．０μｍとすることにより、箔厚が０．１ｍｍ以下の薄いものであってもばねとして用いた際のへたりが小さいチタン銅箔を提供することができる。このようなチタン銅箔は、オートフォーカスカメラモジュール等の電子機器部品に使用される導電性ばね材として好適に用いることができる。

実施例のへたり量を測定する方法を示す概略図である。

以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の一の実施形態のチタン銅箔は、Ｔｉを１．５〜５．０質量％で含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなるものであり、圧延方向と平行な方向に６０ｍｍの間隔で並んで位置する５つの測定点での箔厚の変動が０．０μｍ〜１．０μｍである。

（Ｔｉ濃度）
本発明に係るチタン銅箔においては、Ｔｉ濃度を１．５〜５．０質量％とする。チタン銅は、溶体化処理によりＣｕマトリックス中へＴｉを固溶させ、時効処理により微細な析出物を合金中に分散させることにより、強度及び導電率を上昇させる。
Ｔｉ濃度が１．５質量％未満になると、析出物の析出が不充分となり所望の強度が得られない。Ｔｉ濃度が５．０質量％を超えると、加工性が劣化し、圧延の際に材料が割れやすくなる。強度及び加工性のバランスを考慮すると、好ましいＴｉ濃度は２．９〜３．５質量％である。

（その他の添加元素）
本発明に係るチタン銅箔においては、Ａｌ、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、ＣｒおよびＺｒのうち１種以上を総量で０〜１．０質量％含有させることにより、強度を更に向上させることができる。これら元素の合計含有量は０、つまり、これら元素は含まなくてもよい。これら元素の合計含有量の上限を１．０質量％としたのは、１．０質量％を超えると、加工性が劣化し、熱間圧延の際に材料が割れやすくなるからである。

（引張強さ）
オートフォーカスカメラモジュールの導電性ばね材等として好適なチタン銅箔に必要な引張強さは１１００ＭＰａ以上であり、より好ましくは１３００ＭＰａ以上である。本発明においては、チタン銅箔の圧延方向に平行な方向の引張強さを測定し、引張強さはＪＩＳ Ｚ２２４１（金属材料引張試験方法）に準拠して測定する。

（箔厚変動）
本発明のチタン銅箔では、圧延方向と平行な方向に、６０ｍｍの間隔をおいて連続する５つの測定点を設定し、当該５つの測定点の箔厚を測定した場合、その箔厚変動が、０．０μｍ〜１．０μｍである。
ここで、箔厚変動は、６０ｍｍ間隔で圧延方向に離れて並ぶ５つの測定点で箔厚を測定し、それにより得られる５つの箔厚データの最大値と最小値との差と定義する。箔厚変動を小さくすることにより、耐へたり特性を向上させることが可能になる。このような５つの測定点での箔厚の測定を少なくとも一回行い、その少なくとも一回の測定で、５つの測定点の箔厚変動が０．０μｍ〜１．０μｍの範囲内であれば、本発明に含まれる

（銅箔の厚み）
本発明のチタン銅箔の一の実施形態では、箔厚が０．１ｍｍ以下であり、典型的な実施形態では箔厚が０．０１８ｍｍ〜０．０８ｍｍであり、より典型的な実施形態では箔厚が０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍである。

（製造方法）
上述したような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。そして、この溶湯をインゴットに鋳造する。チタンの酸化磨耗を防止するため、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、溶体化後加熱処理、第二冷間圧延、時効処理、第三冷間圧延、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。

熱間圧延及びその後の第一冷間圧延の条件はチタン銅の製造で行われている慣例的な条件で行えば足り、ここでは特段要求される条件はない。また、溶体化処理についても慣例的な条件で構わないが、例えば７００〜１０００℃で５秒間〜３０分間の条件で行うことができる。

溶体化処理では、平均結晶粒径を調整するため、好ましくは温度の範囲は８００℃〜９５０℃であり、また、好ましい時間の範囲は１２０秒（２分）〜３００秒（５分）である。但し、平均結晶粒径を調整することができる温度と時間であれば、かかる好ましい範囲を外れるものであってもよい。
溶体化処理で調整する平均結晶粒径は、１００〜１６０μｍである。この平均結晶粒径が１００μｍを下回ると、その後の冷間圧延で箔厚変動が１．０μｍを超える。平均結晶粒径が１６０μｍを超えると、その後の冷間圧延における箔厚変動は小さくなるものの、表面に厚い酸化膜及び内部酸化層が生成しその除去が困難になる。なお、箔厚変動の低減の効果は、溶体化処理で調整する平均結晶粒径が１６０μｍを超えると飽和する。
平均結晶粒径は、板面（圧延面）を研磨したのちエッチングし、その面を光学顕微鏡で観察し、１００個の結晶粒についてＪＩＳ Ｈ０５０１の切断法により測定する。

溶体化処理に続いて行う溶体化後加熱処理では、引張強さの増量を調整する。溶体化後加熱処理は、溶体化処理をしたチタン銅合金を加熱し時効硬化させるものである。溶体化後加熱処理は、時効硬化させる目的から、溶体化処理温度より低い温度で行う。溶体化後加熱処理は、好ましい温度の範囲が６００〜７００℃であり、また好ましい時間の範囲が１２０秒〜３００秒（５分）である。但し、引張強さの増量を調整することができる温度と時間であれば、好ましい範囲を外れるものであってもよい。

溶体化後加熱処理で調整する引張強さの増量は、１００〜２４０ＭＰａである。引張強さの増量が１００ＭＰａを下回ると、その後の冷間圧延で箔厚変動が１．０μｍを超える。引張強さの増量が２４０ＭＰａを超えると、その後の冷間圧延における箔厚変動は小さくなるものの、加工硬化のために冷間圧延の続行そのものが困難になる。なお、箔厚変動の低減の効果は、溶体化処理後に行う加熱処理で調整する引張強さの増量が２４０ＭＰａを超えると飽和する。
引張強さの増量は、溶体化後加熱処理の前後における引張強さの増量であり、次式により算出することができる
引張強さの増量＝溶体化後加熱処理後の引張強さ−溶体化処理後（溶体化後加熱処理前）の引張強さ

上述の強度を得るため、第二冷間圧延の圧下率は５５％以上に設定することが好ましい。より好ましくは６０％以上、更に好ましくは６５％以上である。この圧下率が５５％未満になると、１１００ＭＰａ以上の引張強さを得るのは困難になる。圧下率の上限は、本発明が目的とする強度の点からは特に規定されないが、工業的に９９．８％を超えることはない。

時効処理の加熱温度は２００〜４５０℃とし、加熱時間は２時間〜２０時間とする。加熱温度が２００℃未満である場合や４５０℃を超える場合は、１１００ＭＰａ以上の引張強さを得ることが困難になる。加熱時間が２時間未満の場合や２０時間を越える場合は、１１００ＭＰａ以上の引張強さを得ることが困難になる。

第三冷間圧延の圧下率は３５％以上に設定することが好ましい。より好ましくは４０％以上、更に好ましくは４５％以上である。この圧下率が３５％未満になると、１１００ＭＰａ以上の引張強さを得るのは困難になる。圧下率の上限は、目的とする強度の点からは特に規定されないが、工業的に９９．８％を超えることはない。なお、第三冷間圧延は、それほどに高い強度が求められない用途の場合は省略することもできる。

なお一般に、熱処理後には、表面に生成した酸化皮膜または酸化物層を除去するために、表面の酸洗や研磨等を行う。本発明でも熱処理後に表面の酸洗や研磨等を行うことも可能である。

（用途）
本発明のチタン銅箔は、限定的ではないが、スイッチ、コネクタ、ジャック、端子、リレー等の電子機器用部品の材料として好適に使用することができ、とりわけオートフォーカスカメラモジュール等の電子機器部品に使用される導電性ばね材として好適に使用することができる。

次に、本発明のチタン銅箔を実際に試作し、その性能を評価したので以下に説明する。但し、ここでの説明は、単なる例示を目的としたものであって、それに限定されることを意図するものではない。

のＴｉを所定の濃度で含有し残部が銅及び不可避的不純物からなる合金を実験材料とし、この材料の特性を調査した。

＜製造条件＞
試作品の製造は次のようにして行った。まず真空溶解炉にて電気銅を溶解し、所定のＴｉ濃度で厚さが３０ｍｍであるインゴットを製造した。
このインゴットを９５０℃で３時間加熱し、厚さ１０ｍｍまで圧延する熱間圧延を行った。熱間圧延で生成した酸化スケールをグラインダーで除去して研削を行った。なお、この研削後の厚みは９ｍｍであった。次いで、第一冷間圧延を実施し、厚さ１．５ｍｍまで圧延した。その後の溶体化処理では、８００〜９５０℃に昇温した電気炉に試料を装入し、１２０秒〜３００秒（５分）を保持した後、試料を水槽に入れて急冷却した。溶体化処理につづいて溶体化処理後加熱処理を行った。溶体化処理後加熱処理では、６００〜７００℃に昇温した電気炉に試料を装入し、１２０秒〜３００秒（５分）を保持した後、試料を水槽に入れて急冷却した。そして、第二冷間圧延を行い、ここでは圧下率９８％にて０．０３ｍｍの箔厚まで圧延した。その後は、時効処理として、３００℃で１０時間加熱した。ここで、時効処理のこの温度は、時効後の引張強さが最大になるように選択した。なお、第三冷間圧延は行わなかった。
以上のように作製した試料に対し、次の各評価を行った。

＜箔厚変動＞
６０ｍｍ間隔で圧延方向に連続する５点について箔厚を測定し、５個のデータの最大値と最小値との差を算出しその値を箔厚変動とした。箔厚を測定する機器として、メーカーが株式会社ニコン、品名がデジマイクロ（ＤＩＧＩＭＩＣＲＯ）、型式がＮｉｋｏｎ ＭＨ−１５Ｍのものを用いた。箔厚は、サブミクロンオーダー（０．１μｍ単位）で測定した。

＜へたり＞
幅１０ｍｍの短冊試料を長手方向が圧延平行方向となるように採取した。短冊試料は、６０ｍｍ間隔で圧延方向に連続する５か所から採取し５個の短冊試料とした。そして、図１のように、試料の片端を固定し、この固定端から距離Ｌの位置に、先端をナイフエッジに加工したポンチを１ｍｍ／分の移動速度で押し当て、試料に距離ｄのたわみを与えた後、ポンチを初期の位置に戻し除荷した。除荷後、へたり量δを求めた。この測定を５個の短冊試料それぞれについて行い５個のへたり量δを得た。５個のへたり量δのうち最も値の高いへたり量δを測定値とした。
試験条件は試料の箔厚が０．０５ｍｍ以下の場合、Ｌ＝３ｍｍ、ｄ＝２ｍｍとし、箔厚が０．０５ｍｍより厚い場合、Ｌ＝５ｍｍ、ｄ＝４ｍｍとした。また、へたり量は０．０１ｍｍの分解能で測定し、へたりが検出されなかった場合は＜０．０１ｍｍと表記している。
これらの評価結果を、所定の製造条件とともに表１に示す。

本発明の範囲内である発明例１〜２５は、０．２％耐力が１１００ＭＰａ以上、箔厚変動が０．０μｍ〜１．０μｍの小さい値であり、へたり量が０．０１ｍｍ未満の低い値であり、いずれも良好な特性を示した。

一方、比較例１〜３は溶体化処理が好ましい範囲を外れたことから、平均結晶粒径が１００μｍ未満であり、箔厚変動の増加に起因して、へたり量が０．０２ｍｍ以上の高い値を示した。
比較例４〜６は溶体化後加熱処理が好ましい範囲を外れたことから、溶体化後加熱処理前後の引張強さの増量が１００ＭＰａ未満となり、箔厚変動が１．０μｍを超える高い値となり、へたり量が０．０２ｍｍ以上の高い値を示した。

比較例７は、溶体化後加熱処理を行わなかったことから、溶体化後加熱処理前後の引張強さの増量がゼロとなって、箔厚変動が１．０μｍを超える高い値となり、へたり量が０．０６ｍｍの高い値を示した。
比較例８は、溶体化処理が好ましい範囲を外れたこと、及び、溶体化後加熱処理を行わなかったことから、箔厚変動が１．０μｍを超える高い値となり、へたりの量が０．０８ｍｍの高い値を示した。

比較例９は、Ｔｉ成分が下限を外れたため引張強さが低かった。
比較例１０及び１１は、Ｔｉ成分または副成分が上限を外れたため熱間圧延で割れが発生し加工することができなかった。

Claims (4)

1. Ｔｉを１．５〜５．０質量％で含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、箔厚が０．０１８ｍｍ以上かつ０．１ｍｍ以下であり、圧延方向と平行な方向に６０ｍｍの間隔で並んで位置する５つの測定点での箔厚の変動が０．０μｍ〜１．０μｍであるチタン銅箔。
2. 圧延方向に平行な方向での引張強さが１１００ＭＰａ以上である請求項１に記載のチタン銅箔。
3. Ａｌ、Ａｇ、Ｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＺｒから選択される１種以上の元素を、総量で０〜１．０質量％さらに含有する請求項１又は２に記載のチタン銅箔。
4. Ｔｉを１．５〜５．０質量％で含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなるインゴットを鋳造し、前記インゴットに対し、熱間圧延と、第一冷間圧延と、平均結晶粒径を１００〜１６０μｍに調整する溶体化処理と、溶体化処理後の引張強さに対する引張強さの増量を１００〜２４０ＭＰａに調整する溶体化後加熱処理と、第二冷間圧延と、２００〜４５０℃の温度で２時間〜２０時間にわたって加熱する時効処理とをこの順序で行うことを含み、
   箔厚が０．０１８ｍｍ以上かつ０．１ｍｍ以下であるチタン銅箔を製造する、チタン銅箔の製造方法。

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