JP6762438B2

JP6762438B2 - 抵抗器用抵抗材料およびその製造方法並びに抵抗器

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Publication number: JP6762438B2
Application number: JP2019553999A
Authority: JP
Inventors: 紳悟川田; 岳己磯松; 樋口　優; 優樋口
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2020-09-30
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: TW202000938A; WO2019244842A1; TWI731343B; JPWO2019244842A1; CN111971405A; CN111971405B; KR20210020869A

Description

本発明は銅合金板材およびその製造方法並びに抵抗器用抵抗材料に関する。

抵抗器に使用される抵抗材の金属材料には、環境温度が変化した際にも抵抗器の抵抗が安定するように、抵抗温度係数（以下「ＴＣＲ」と記すこともある）が小さいことが要求される。抵抗温度係数とは、温度による抵抗値の変化の大きさを１℃当たりの百万分率で表したものであり、ＴＣＲ（×１０^−６／Ｋ）＝（Ｒ−Ｒ_０）／Ｒ_０×１／（Ｔ−Ｔ_０）×１０^６という式で表される。

ここで、式中のＴは試験温度（℃）、Ｔ_０は基準温度（℃）、Ｒは試験温度Ｔにおける抵抗値（Ω）、Ｒ_０は試験温度Ｔ_０における抵抗値（Ω）を示す。Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ合金やＣｕ−Ｍｎ−Ｓｎ合金はＴＣＲが非常に小さいため、抵抗材を構成する金属材料として広く使用されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１６−６９７２４号公報

近年の電気電子部品の小型高集積化に伴い、抵抗材も小型化が進んでいる。この小型化に伴い、金属材料をプレス成形して抵抗材を製造する際の断面形状が抵抗器の抵抗値のばらつきに与える影響が大きくなっており、プレス打ち抜き加工時に発生する、抵抗材のダレ、バリ、エグレが軽減した破面形状を有する抵抗材の金属材料のプレス成形性の改善が求められている。

本発明は、小さい抵抗温度係数と良好なプレス成形性とを兼ね備える銅合金板材およびその製造方法並びに抵抗器用抵抗材料を提供することを目的とする。

本発明の目的は、以下によって達成された。
１）Ｍｎを５．０〜２０．０質量％、Ｎｉを０〜５．０質量％、Ｓｎを０〜５．０質量％かつ、ＮｉとＳｎを合計で０．１〜１０．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなり、圧延平行方向と、板幅方向であって圧延平行方向に垂直な圧延垂直方向の伸びの差が１０％以下である、銅合金板材。
２）Ｍｎを５．０〜２０．０質量％、Ｎｉを０〜５．０質量％、Ｓｎを０〜５．０質量％かつ、ＮｉとＳｎを合計で０．１〜１０．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなり、ＥＢＳＤ測定結果より得られたτ-ｆｉｂｅｒのΦ＝２０〜３５°の方位密度が４以上、Φ＝４０〜８０°の方位密度が４未満である銅合金板材。
３）Ｆｅを０．０１〜０．５質量％、Ｓｉを０．０１〜０．５質量％かつＦｅとＳｉを合計で０．０１〜０．５質量％を含有する、前記１または２に記載の銅合金板材。
４）前記圧延平行方向、圧延垂直方向のいずれも、引張強度が４００ＭＰａ以上、伸びが２０％以上であり、体積抵抗率が２０〜７０μΩｃｍである、前記１〜３いずれか１に記載の銅合金板材。
５）前記１）〜４）のいずれか１に記載の銅合金板材の製造方法であって、鋳造［工程１］、９００℃未満で保持する均質化熱処理［工程２］、熱間圧延［工程３］、面削［工程４］、冷間圧延１［工程５］、トリミング［工程６］、焼鈍１［工程７］、表面研磨［工程８］、冷間圧延２［工程９］、１０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で加熱し、４００〜８５０℃で１秒〜５時間保持後、２０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で常温まで冷却する焼鈍２［工程１０］、整直［工程１１］、および焼鈍３［工程１２］の各工程をこの順に有する、銅合金板材の製造方法。
６）前記１）〜５）のいずれか１に記載の銅合金板材を用いた抵抗器用抵抗材料。

本発明によれば、小さい抵抗温度係数と良好な破面形状を有するプレス成形性とを兼ね備える銅合金板材およびその製造方法並びに抵抗器用抵抗材料を提供することができる。

良好なダレの概念図である。不良なダレの概念図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
＜銅合金板材＞
本発明は、Ｍｎを５．０〜２０．０質量％、Ｎｉを０〜５．０質量％、Ｓｎを０〜５．０質量％かつ、ＮｉとＳｎを合計で０．１〜１０．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなり、圧延平行方向と、板幅方向であって圧延平行方向に垂直な圧延垂直方向の伸びの差が１０％以下である銅合金板材、またはＭｎを５．０〜２０．０質量％、Ｎｉを０〜５．０質量％、Ｓｎを０〜５．０質量％かつ、ＮｉとＳｎを合計で０．１〜１０．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなり、ＥＢＳＤ測定結果より得られたτ-ｆｉｂｅｒのΦ＝２０〜３５°の方位密度が４以上、Φ＝４０〜８０°の方位密度が４未満である銅合金板材、であることを特徴とする。

≪成分組成≫
本発明の銅合金板材は、抵抗温度係数を小さくするため、近藤効果と格子振動の相互作用の効果の観点からＭｎを５．０〜２０．０質量％で含有する。また、Ｎｉを０〜５．０質量％、Ｓｎを０〜５．０質量％かつ、ＮｉとＳｎを合計で０．１〜１０．０質量％とすることで、より効果的に抵抗温度係数を制御することが出来る。

好ましくは、Ｍｎを５．５〜１９．０質量％、ＮｉとＳｎを合計で０．０１〜５．０質量％、より好ましくはＭｎを６．０〜１８．０質量％、ＮｉとＳｎを合計で１．０〜５．０質量％である。その他銅合金であることから、特有の不可避不純物が含まれる。

≪任意添加成分≫
本発明の銅合金板材には、Ｆｅを０．０１〜０．５質量％、Ｓｉを０．０１〜０．５質量％かつＦｅとＳｉ合計で０．０１〜０．５質量％含有させることが好ましい。ＦｅおよびＳｉを含有させることにより、引張強度を向上させることができるが過剰な添加は抵抗を上昇させるため、好ましくは０．０１〜０．５質量％である。

なお本発明の合金の成分組成においては、「質量％」を単に「％」と示すこともある。合金の成分組成のうち含有範囲の下限値が「０％」と記載されている元素成分は、適宜必要に応じて任意に銅合金板材に添加される成分であることを意味し、元素成分が「０％」の場合、その元素成分は銅合金板材に含まれないか、または検出限界値未満の含有量であることを意味する。なお「〜」は両端の数値範囲を含むものである。

本発明における不可避的不純物とは、溶解鋳造時に原料や鋳造炉の炉壁等から意図せず混入する微量元素を意味する。不可避的不純物の総量は一般的には５０質量ｐｐｍ以下であり、典型的には３０質量ｐｐｍ以下であり、より典型的には１０質量ｐｐｍ以下である。

≪伸びの差≫
本発明の銅合金板材は、圧延平行方向（以下、ＲＤ方向ともいう）と圧延垂直方向（以下ＴＤ方向ともいう）の伸びの異方性を小さくすることにより、プレス時の破面形状を改善したものであり、ＲＤ方向とＴＤ方向との伸びの差が１０％以下であることを特徴とする。ここで伸びの差とは、ＲＤ方向とＴＤ方向との伸びの差の絶対値をいう。

ＲＤ方向およびＴＤ方向の伸びの差を１０％以下とすることで、抵抗器への組み込み前のプレス打ち抜き加工のせん断加工時に、破断するまでの変形量の、圧延平行方向、圧延垂直方向の異方性を小さくすることができることから、プレス破面のダレ比率を小さくすることができる。より好ましくは８％以下、さらに好ましくは５％以下である。

≪引張強度、および伸び≫
本発明の銅合金板材において抵抗器として組み込む際の変形、ミクロなクラックを抑制するために、ＲＤ方向およびＴＤ方向のいずれも引張強度が４００ＭＰａ以上、伸びが２０％以上である。

ＲＤ方向およびＴＤ方向のいずれも、引張強度は、好ましくは４１０ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下、さらに好ましくは４２０ＭＰａ以上７５０ＭＰａ以下である。伸びは、好ましくは２２％以上５０％未満、より好ましくは２５％以上５０％未満である。伸びを５０％未満とすることで、プレス打ち抜き加工時に破断に至るまでの伸びを小さくでき、圧延平行方向と圧延垂直方向のいずれもプレス打ち抜き加工時のダレを小さく制御できる。

≪体積抵抗率≫
本発明の銅合金板材を抵抗器として使用する際に、接続される電子回路内の電圧降下を検出するために必要な抵抗率であり、２５〜７０μΩｃｍが好ましい。

≪τ−ｆｉｂｅｒ（タウ−ファイバー）≫
本発明の銅合金板材のＲＤ方向とＴＤ方向の伸びの差が１０％以下であるために、本発明では、ＥＢＳＤ測定によるτ−ｆｉｂｅｒ（φ１＝９０°、φ２＝４５°、Φ＝０〜９０°）のΦ＝２０〜３５°の方位密度が４以上、Φ＝４０〜８０°の方位密度が４未満であるように制御することを特徴とする。

ここで、τファイバーとは、｛００１｝＜―１ ―１０＞（φ１＝９０°、φ２＝４５°、Φ＝０°）から｛１１０｝＜００１＞（φ１＝９０°、φ２＝４５°、Φ＝９０°）にかけ回転する方位の総称であり、Φ＝２０〜３５°の方位密度が４以上となることは｛４４１１｝＜１１１１ −８＞集合組織の発達、Φ＝４０〜８０°が４以上となることは、圧延集合組織である｛１１０｝＜００１＞の残存を意味する。つまり、前者の方位密度を増加させ、かつ、後者の方位の低下を両立によってだれ面の改善がされる。

なお、τ―ｆａｉｂｅｒは、ＥＢＳＤ法の測定装置として（株）ＴＳＬソリューションズ社製ＯＩＭ５．０（商品名）を使用し、その測定装置のデータを装置に付属のＯＩＭＡｎａｌｙｓｉｓ７．３１（ＥＢＳＤデータ解析ソフトウェア）を使用して算出したものである。

τ−ｆｉｂｅｒを上記の範囲に制御することにより、銅合金板材を塑性変形させる際の変形抵抗値が変化し、τ−ｆｉｂｅｒ制御を行わない状態に比べて、圧延平行方向と垂直方向の、破断に至るまでの伸びが小さくさせることができ、その結果少ない応力でプレス打ち抜き加工が可能となり、破面形状におけるダレを小さくすることができる。
τ―ｆａｉｂｅｒは、下記の製造方法によって制御することができる。

＜銅合金板材の製造方法＞
本発明の銅合金板材の製造方法は、
鋳造［工程１］、
９００℃未満で１０分〜１０時間保持する均質化熱処理［工程２］、
熱間圧延［工程３］、
面削［工程４］、
冷間圧延１［工程５］、
トリミング［工程６］、
焼鈍１［工程７］、
表面研磨［工程８］、
冷間圧延２［工程９］、
１０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で加熱し、４００〜８５０℃で１秒〜５時間保持後、２０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で常温まで冷却する焼鈍２［工程１０］、
整直［工程１１］、
および焼鈍３［工程１２］の各工程をこの順に有する、ことを特徴とする。

各工程自体は、公知の工程またはそれを改善した工程の組み合わせであるが、特に工程２の均質化熱処理工程、工程１０の焼鈍および冷却が本発明のτ−ｆｉｂｅｒを制御するための重要工程である。

均質化熱処理［工程２］では、９００℃未満で１０分〜１０時間保持することで、結晶粒の粗大化を抑制し、後の集合組織形成を容易にさせる。９００℃以上で熱処理した場合は、意図したτファイバーを得ることが困難である。

焼鈍２［工程１０］では、１０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で加熱し、４００〜８５０℃で１秒〜５時間保持後、２０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で常温まで冷却することでτファイバーの方位集積度を制御する。特に、昇温速度が遅い場合、保持時間が上記範囲外となった場合は、所定の方位密度が得られず、伸びの異方性やダレの異方性が生じる。

本発明においては、隣接する工程と工程の間又は最終再結晶焼鈍し工程の後に、形状矯正、酸化膜除去、脱脂、防錆等の処理を実施してもよい。本発明の銅合金板材は、抵抗器、例えばシャント抵抗器用抵抗材料として極めて有用である。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。

（実施例１）
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
表１記載の所定の合金組成（質量％）を有する鋳塊を鋳造により製造し［工程１］、熱間圧延前の９００℃未満での１０分〜１０時間保持による均質化熱処理［工程２］、鋳造組織の破壊および均一な組織を得るために合計加工率５０％以上で圧延する熱間圧延［工程３］、酸化スケールを除去するために両面の表層をそれぞれ０．５ｍｍ以上削る面削［工程４］、目標形状を得るために合計加工率６０％以上で圧延する冷間圧延１［工程５］、材料端部の形状を整えるために板材の両端を全幅の５％未満の寸法で除去するトリミング［工程６］、材料のひずみを除去するために３００〜６００℃で１０秒〜１時間保持する焼鈍１［工程７］、材料表面の酸化膜除去のための表面研磨［工程８］、目標形状を得るため、また加工硬化のために合計加工率１０〜８０％で圧延する冷間圧延２［工程９］、ひずみの開放およびＴａｕ−ｆｉｂｅｒを得るために１０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で加熱し、４００〜８５０℃で１秒〜５時間保持し、２０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で室温まで冷却する焼鈍２［工程１０］、板材の反り、曲がりを矯正するために、圧延平行方向に１００ＭＰａ以上の応力を加える整直［工程１１］、材料の残留応力を除去するために、保持温度２００〜５００℃で５秒〜１時間の熱処理を行う焼鈍３［工程１２］をこの順で施して、厚さ０．２ｍｍの板材を得た。

合金組成は表１に示す通りであるが、表１に示す合金成分以外の残部は銅及び不可避不純物である。また、工程２、工程１０の各条件は、表２に示す通りである。このようにして得た試料について、下記の評価を行った。測定は、製造された試料に圧延方向に１ｍ間隔で５箇所からサンプリングした試料で行い、その平均値とした。結果は表３に示す。なお、特に記載の無い限り、２３℃５０％ＲＨの雰囲気下で行った。

（ＥＢＳＤ測定による結晶方位の測定及び解析）
ＥＢＳＤ法により、測定面積６４×１０４μｍ２（８００μｍ×８００μｍ）、スキャンステップは０．１μｍの条件で測定を行った。スキャンステップは微細な結晶粒を測定するため、０．１μｍステップで行った。解析では、６４×１０４μｍ２のＥＢＳＤ測定結果から、解析にて方分布関数ＯＤＦ（Orientation Determination Function）を確認した。電子線は、電界放出電子銃を発生源とした。なお、測定時のプローブ系は、０．０１５μｍである。

ＥＢＳＤ法の測定装置には、（株）ＴＳＬソリューションズ製ＯＩＭ５．０（商品名）を用いた。板材は、３０×３０ｍｍサイズに切り出し、機械研磨にて板厚の１／２まで研磨後、電解研磨にて歪み除去および鏡面仕上げを行った。

（抵抗温度係数および体積抵抗率の測定）
板材の板面に鏡面研磨を施し、鏡面研磨前後の板材それぞれについて、ＪＩＳＣ２５２５およびＪＩＳＣ２５２６に規定された方法に準じる方法（四端子法）により、２０℃〜５０℃の範囲の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を測定した。

２０℃〜５０℃の抵抗温度係数ＴＣＲの絶対値が５０ｐｐｍ／Ｋ以下であって、かつ２０℃における体積抵抗率ρが２０〜７０μΩｃｍを合格レベルで○とし、これを外れる場合は×とした。板材の板厚はマイクロメータで測定した。

（プレス打ち抜き加工後の断面形状）
板材のプレス打ち抜き加工後の形状は、日本伸銅協会技術標準ＪＣＢＡＴ３１０：２００２に規定の銅及び銅合金薄板条のせん断試験方法に準拠して測定したダレの比率によって、板材のプレス成形性を評価した。

すなわち、プレス機、角型ダイス等を使用して板材を打ち抜き、板材の圧延方向に直交する断面（プレス破面）を露出させ、走査電子顕微鏡を用いて断面の観察を行った。なお、板材の打ち抜きにおける条件については予め試行し良好な条件として、クリアランスは１０μｍ、プレス速度は２００ｍｍ／ｓ、潤滑条件は無潤滑とした。

図１において、１が打ち抜き加工時のダレ、２がせん断面、３が破断面である。ここで、１の板厚方向のダレ寸法が、板厚全体の２０％未満であると、ダレが小さく寸法が設計通り得られているものと判断した。

（引張強度、伸び）
板材の圧延方向と平行な方向（ＲＤ方向）に所定の試験片の寸法で切り出した各試料材（ｎ＝３）について、ＪＩＳＺ２２４１：２０１１に準じた引張試験を行なうことにより得られたデータから算出した。算出した引張強度と伸びの平均値を示す。なお、本実施例では４００ＭＰａ以上を合格レベルとした。

上記で明らかなように、本発明の工程によって製造された銅合金板材は、小さい抵抗温
度係数を有しながら、良好なプレス成形性も有している。

１ダレ
２せん断面
３破断面
４バリ

Claims

Ｍｎを５．０〜２０．０質量％、Ｎｉを０〜５．０質量％、Ｓｎを０〜５．０質量％かつ、ＮｉとＳｎを合計で０．１〜１０．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなり、圧延平行方向と、板幅方向であって圧延平行方向に垂直な圧延垂直方向の伸びの差が１０％以下である、銅合金板材。
Ｍｎを５．０〜２０．０質量％、Ｎｉを０〜５．０質量％、Ｓｎを０〜５．０質量％かつ、ＮｉとＳｎを合計で０．１〜１０．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなり、ＥＢＳＤ測定結果より得られたτ-ｆｉｂｅｒのΦ＝２０〜３５°の方位密度が４以上、Φ＝４０〜８０°の方位密度が４未満である銅合金板材。
Ｆｅを０．０１〜０．５質量％、Ｓｉを０．０１〜０．５質量％かつＦｅとＳｉを合計で０．０１〜０．５質量％を含有する、請求項１または２に記載の銅合金板材。
前記圧延平行方向、圧延垂直方向のいずれも、引張強度が４００ＭＰａ以上、伸びが２０％以上であり、体積抵抗率が２０〜７０μΩｃｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の銅合金板材。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の銅合金板材の製造方法であって、鋳造［工程１］、９００℃未満で保持する均質化熱処理［工程２］、熱間圧延［工程３］、面削［工程４］、冷間圧延１［工程５］、トリミング［工程６］、焼鈍１［工程７］、表面研磨［工程８］、冷間圧延２［工程９］、１０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で加熱し、４００〜８５０℃で１秒〜５時間保持後、２０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で常温まで冷却する焼鈍２［工程１０］、整直［工程１１］、および焼鈍３［工程１２］の各工程をこの順に有する、銅合金板材の製造方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の銅合金板材を用いた抵抗器用抵抗材料。