JP7434991B2 - 銅合金棒線材、電子・電気機器用部品、端子およびコイルばね - Google Patents
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Description
本発明は、コネクタ等の電子・電気機器用部品に適した銅合金棒線材、及び、この銅合金棒線材からなる電子・電気機器用部品、端子およびコイルばねに関するものである。
従来、コネクタなどの電子・電気機器部品には、導電性の高い銅または銅合金が用いられている。
最近では、電子機器や電気機器の小型化に伴い、高強度な銅または銅合金が求められている。また、自動車のエンジンルーム等の高温環境下で使用されるコネクタ等においては、耐応力緩和特性も求められている。このような要求特性を満足する銅合金として、例えば特許文献１に開示されたベリリウム銅が挙げられる。
最近では、電子機器や電気機器の小型化に伴い、高強度な銅または銅合金が求められている。また、自動車のエンジンルーム等の高温環境下で使用されるコネクタ等においては、耐応力緩和特性も求められている。このような要求特性を満足する銅合金として、例えば特許文献１に開示されたベリリウム銅が挙げられる。
ここで、コネクタ部と端子の多接点部材として、例えば特許文献２に示すように、線材をコイルばね状に加工した電気接続部品も知られている。
コイルばねのようなばね材においては、ばねの圧縮時に発生するせん断応力による応力緩和が問題とされている。そこで、特許文献３に開示されているように、ばね材を構成する線材の耐熱へたり性、すなわち耐応力緩和特性の評価として残留せん断ひずみ測定試験が実施されており、残留せん断ひずみが小さい、すなわち、せん断応力に対する耐応力緩和特性に優れた線材が求められている。
上述のベリリウム銅合金は、ＣｕとＢｅからなる微細な金属間化合物を分散させることで、せん断応力に対する耐応力緩和特性に優れているために、上述の用途に使用されてきたと考えられる。
コイルばねのようなばね材においては、ばねの圧縮時に発生するせん断応力による応力緩和が問題とされている。そこで、特許文献３に開示されているように、ばね材を構成する線材の耐熱へたり性、すなわち耐応力緩和特性の評価として残留せん断ひずみ測定試験が実施されており、残留せん断ひずみが小さい、すなわち、せん断応力に対する耐応力緩和特性に優れた線材が求められている。
上述のベリリウム銅合金は、ＣｕとＢｅからなる微細な金属間化合物を分散させることで、せん断応力に対する耐応力緩和特性に優れているために、上述の用途に使用されてきたと考えられる。
また、電子機器や電気機器等に用いられる銅合金として、非特許文献１に記載されているＣｕ－Ｍｇ合金等が開発されている。
このＣｕ－Ｍｇ合金では、Ｍｇの含有量が１．３重量％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。さらに、導電率を下げにくく、強度・耐応力緩和特性を向上させるＭｇの固溶の効果も加わるため、これらのＣｕ－Ｍｇ合金においては、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。
このＣｕ－Ｍｇ合金では、Ｍｇの含有量が１．３重量％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。さらに、導電率を下げにくく、強度・耐応力緩和特性を向上させるＭｇの固溶の効果も加わるため、これらのＣｕ－Ｍｇ合金においては、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。
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
しかしながら、上述のベリリウム銅合金においては、有害なベリリウムを含むことから、環境上の問題が生じるおそれがあった。また、有害なベリリウムを取り扱うために製造コストが増加してしまい、他の銅合金に比べて高価であり、広く使用することができなかった。なお、ベリリウム銅の代替として各種銅合金が提案されているが、十分な特性を有する銅合金材は提供されていない。
また、非特許文献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、複雑な加工や伸線などにおいては割れが発生しやすい問題があった。
また、非特許文献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、複雑な加工や伸線などにおいては割れが発生しやすい問題があった。
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、ベリリウム銅と同様の強度と耐応力緩和特性を有し、かつ、加工性に優れており、コネクタ等の電子・電気機器用部品の素材として特に適した銅合金棒線材、および、この銅合金棒線材からなる電子・電気機器用部品、端子およびコイルばね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、本発明者らが鋭意検討した結果、強度および耐応力緩和特性を向上させる元素であるＭｇをＡｇとともに適量添加することにより、加工時におけるＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物に起因した割れの発生を抑制でき、加工性を確保することが可能となるとの知見を得た。
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の銅合金棒線材は、Ｍｇを１．３質量％以上２．８質量％以下の範囲内、Ａｇを５質量ｐｐｍ以上２０質量ｐｐｍ以下の範囲内で含み、残部が銅及び不純物からなる組成とされ、ビッカース硬度が１８０Ｈｖ以上であり、さらに、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下であることを特徴としている。
この構成の銅合金棒線材によれば、Ｍｇを１．３質量％以上２．８質量％以下の範囲内、Ａｇを５質量ｐｐｍ以上２０質量ｐｐｍ以下の範囲内で含んでいるので、強度および耐応力緩和特性を十分に向上することができる。
そして、ビッカース硬さが１８０ＨＶ以上であり、さらに、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下とされているので、強度および耐応力緩和特性に特に優れている。よって、ベリリウム銅の代替として使用することが可能となる。
また、Ａｇを上述の範囲で含有することで、粒界の析出サイトにＡｇが存在することになり、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制され、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
そして、ビッカース硬さが１８０ＨＶ以上であり、さらに、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下とされているので、強度および耐応力緩和特性に特に優れている。よって、ベリリウム銅の代替として使用することが可能となる。
また、Ａｇを上述の範囲で含有することで、粒界の析出サイトにＡｇが存在することになり、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制され、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
ここで、本発明の銅合金棒線材においては、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上５５％ＩＡＣＳ以下の範囲内であることが好ましい。
この場合、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上とされているので、導電性が確保されており、大電流を流した場合であっても発熱を抑えることができ、電子・電気機器用部品の素材として特に適している。また、導電率が５５％ＩＡＣＳ以下とされているので、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制されており、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
この場合、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上とされているので、導電性が確保されており、大電流を流した場合であっても発熱を抑えることができ、電子・電気機器用部品の素材として特に適している。また、導電率が５５％ＩＡＣＳ以下とされているので、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制されており、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
また、本発明の銅合金棒線材においては、線径が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。
この場合、線径が上述の範囲内に設定されているので、コネクタなどの電子・電気機器部品の素材として特に適している。
この場合、線径が上述の範囲内に設定されているので、コネクタなどの電子・電気機器部品の素材として特に適している。
本発明の電子・電気機器用部品は、上述の銅合金棒線材からなることを特徴としている。
この構成の電子・電気機器用部品は、上述の銅合金棒線材を用いて製造されているので、小型化した場合であっても優れた特性を発揮することができる。
この構成の電子・電気機器用部品は、上述の銅合金棒線材を用いて製造されているので、小型化した場合であっても優れた特性を発揮することができる。
本発明の端子は、上述の銅合金棒線材からなることを特徴としている。
この構成の端子は、上述の銅合金棒線材を用いて製造されているので、小型化した場合であっても優れた特性を発揮することができる。
この構成の端子は、上述の銅合金棒線材を用いて製造されているので、小型化した場合であっても優れた特性を発揮することができる。
本発明のコイルばねは、上述の銅合金棒線材からなることを特徴としている。
この構成のコイルばねは、上述の銅合金棒線材を用いて製造されているので、小型化した場合であっても優れた特性を発揮することができる。
この構成のコイルばねは、上述の銅合金棒線材を用いて製造されているので、小型化した場合であっても優れた特性を発揮することができる。
本発明によれば、ベリリウム銅と同様の強度と耐応力緩和特性を有し、かつ、加工性に優れており、コネクタ等の電子・電気機器用部品の素材として特に適した銅合金棒線材、および、この銅合金棒線材からなる電子・電気機器用部品、端子およびコイルばねを提供することができる。
以下に、本発明の一実施形態である銅合金棒線材について説明する。
本実施形態である銅合金棒線材は、コネクタ等の端子やコイルばね等の電子・電気用部品の素材として使用されるものである。
本実施形態である銅合金棒線材は、コネクタ等の端子やコイルばね等の電子・電気用部品の素材として使用されるものである。
ここで、本実施形態である銅合金棒線材は、Ｍｇを１．３質量％以上２．８質量％以下の範囲内、Ａｇを５質量ｐｐｍ以上２０質量ｐｐｍ以下の範囲内で含み、残部が銅及び不純物からなる組成を有する。
そして、本実施形態である銅合金棒線材は、ビッカース硬さが１８０ＨＶ以上とされている。
また、本実施形態である銅合金棒線材は、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下とされている。
そして、本実施形態である銅合金棒線材は、ビッカース硬さが１８０ＨＶ以上とされている。
また、本実施形態である銅合金棒線材は、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下とされている。
ここで、本実施形態である銅合金棒線材においては、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上５５％ＩＡＣＳ以下の範囲内であることが好ましい。
また、本実施形態である銅合金棒線材においては、線径が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。
また、本実施形態である銅合金棒線材においては、線径が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。
上述のように成分組成、各種特性を規定した理由について以下に説明する。
（Ｍｇ：１．３質量％以上２．８質量％以下）
Ｍｇは、銅合金の母相中に固溶することで、導電率を大きく低下させることなく、強度、耐応力緩和特性を向上させることが可能となる。
ここで、Ｍｇの含有量が１．３質量％未満の場合には、十分な固溶強化が得られず、十分な強度および耐応力緩和特性が得られないおそれがある。一方、Ｍｇの含有量が２．８質量％を超える場合には、ＣｕとＭｇの金属間化合物が発生しやすいために、強度および耐応力緩和特性が向上するものの加工性が損なわれるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｍｇの含有量を１．３質量％以上２．８質量％以下の範囲内に設定している。
なお、強度および耐応力緩和特性を確実に向上させるためには、Ｍｇの含有量の下限を１．４質量％以上とすることが好ましい。また、加工性をさらに確保するためには、Ｍｇの含有量の上限を２．３質量％以下とすることが好ましい。
Ｍｇは、銅合金の母相中に固溶することで、導電率を大きく低下させることなく、強度、耐応力緩和特性を向上させることが可能となる。
ここで、Ｍｇの含有量が１．３質量％未満の場合には、十分な固溶強化が得られず、十分な強度および耐応力緩和特性が得られないおそれがある。一方、Ｍｇの含有量が２．８質量％を超える場合には、ＣｕとＭｇの金属間化合物が発生しやすいために、強度および耐応力緩和特性が向上するものの加工性が損なわれるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｍｇの含有量を１．３質量％以上２．８質量％以下の範囲内に設定している。
なお、強度および耐応力緩和特性を確実に向上させるためには、Ｍｇの含有量の下限を１．４質量％以上とすることが好ましい。また、加工性をさらに確保するためには、Ｍｇの含有量の上限を２．３質量％以下とすることが好ましい。
（Ａｇ：５質量ｐｐｍ以上２０質量ｐｐｍ以下）
Ａｇは２０℃程度の室温では固溶限が狭く、Ｃｕの母相にほとんど固溶することができない。このため、高温でＡｇをＣｕの母相に固溶させて急冷し、例えば１５０℃以上、３５０℃以下の温間加工を加えることで、母相に固溶しているＡｇの一部が、加工によって導入された転位や粒界に偏析することとなる。この結果、転位や粒界での原子の拡散が抑制されるため、転位や粒界を析出サイトとしたＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物が発生しにくくなり、析出は主として粒内で生じる。その結果、加工性に優れるとともに導電率を向上させることができる。
ここで、Ａｇの含有量が５質量ｐｐｍ未満の場合には、その作用効果を十分に奏功せしめることができなくなる可能性がある。一方、Ａｇの含有量が２０質量ｐｐｍを超える場合には、さらなる効果は認められず、製造コストが増加する。
以上のことから、本実施形態では、Ａｇの含有量を５質量ｐｐｍ以上２０質量ｐｐｍ以下の範囲内に設定している。
なお、加工性および導電性をさらに向上させるためには、Ａｇの含有量の下限を６質量ｐｐｍ以上とすることが好ましい。また、製造コストをさらに抑制するためには、Ａｇの含有量の上限を１８質量ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
Ａｇは２０℃程度の室温では固溶限が狭く、Ｃｕの母相にほとんど固溶することができない。このため、高温でＡｇをＣｕの母相に固溶させて急冷し、例えば１５０℃以上、３５０℃以下の温間加工を加えることで、母相に固溶しているＡｇの一部が、加工によって導入された転位や粒界に偏析することとなる。この結果、転位や粒界での原子の拡散が抑制されるため、転位や粒界を析出サイトとしたＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物が発生しにくくなり、析出は主として粒内で生じる。その結果、加工性に優れるとともに導電率を向上させることができる。
ここで、Ａｇの含有量が５質量ｐｐｍ未満の場合には、その作用効果を十分に奏功せしめることができなくなる可能性がある。一方、Ａｇの含有量が２０質量ｐｐｍを超える場合には、さらなる効果は認められず、製造コストが増加する。
以上のことから、本実施形態では、Ａｇの含有量を５質量ｐｐｍ以上２０質量ｐｐｍ以下の範囲内に設定している。
なお、加工性および導電性をさらに向上させるためには、Ａｇの含有量の下限を６質量ｐｐｍ以上とすることが好ましい。また、製造コストをさらに抑制するためには、Ａｇの含有量の上限を１８質量ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
（ビッカース硬さ）
本実施形態である銅合金棒線材においては、ビッカース硬さを１８０Ｈｖ以上とすることにより、十分な強度を確保することができ、コネクタなどの電子・電気機器部品の素材として特に適している。
なお、本実施形態である銅合金棒線材のビッカース硬さは１９０Ｈｖ以上であることが好ましく、２００Ｈｖ以上であることがより好ましい。
本実施形態である銅合金棒線材においては、ビッカース硬さを１８０Ｈｖ以上とすることにより、十分な強度を確保することができ、コネクタなどの電子・電気機器部品の素材として特に適している。
なお、本実施形態である銅合金棒線材のビッカース硬さは１９０Ｈｖ以上であることが好ましく、２００Ｈｖ以上であることがより好ましい。
（応力緩和率）
本実施形態である銅合金棒線材においては、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下とすることにより、高温環境下で使用した場合であっても永久変形を小さく抑えることができる。よって、大電流による発熱が大きい場合やエンジンルーム等の高温環境下で使用される電子・電気機器用の素材として適用することができる。
なお、本実施形態である銅合金棒線材のねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率は２５％以下とすることが好ましい。
本実施形態である銅合金棒線材においては、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下とすることにより、高温環境下で使用した場合であっても永久変形を小さく抑えることができる。よって、大電流による発熱が大きい場合やエンジンルーム等の高温環境下で使用される電子・電気機器用の素材として適用することができる。
なお、本実施形態である銅合金棒線材のねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率は２５％以下とすることが好ましい。
（導電率）
本実施形態である銅合金棒線材において、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である場合には、大電流を流しても発熱量が大きくならず、電子・電気機器用部品の素材として特に適している。一方、導電率が５５％ＩＡＣＳ以下である場合には、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制されており、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
なお、本実施形態である銅合金棒線材の導電率の下限は、３３％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、３５％ＩＡＣＳ以上であることがさらに好ましい。一方、導電率の上限は、５４％ＩＡＣＳ以下であることが好ましく、５２％ＩＡＣＳ以下であることがさらに好ましい。
本実施形態である銅合金棒線材において、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である場合には、大電流を流しても発熱量が大きくならず、電子・電気機器用部品の素材として特に適している。一方、導電率が５５％ＩＡＣＳ以下である場合には、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制されており、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
なお、本実施形態である銅合金棒線材の導電率の下限は、３３％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、３５％ＩＡＣＳ以上であることがさらに好ましい。一方、導電率の上限は、５４％ＩＡＣＳ以下であることが好ましく、５２％ＩＡＣＳ以下であることがさらに好ましい。
（線径）
本実施形態である銅合金棒線材において、その線径は、用途に応じて適宜設定されるものであるが、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
線径が０．１ｍｍ以上である場合には、十分な剛性を確保することができ、電子・電気機器用部品の素材として良好に使用することが可能となる。一方、線径が３．０ｍｍ以下である場合には、加工性を確保することができ、曲げ加工等によって良好に電子・電気機器用部品等を成形することが可能となる。
なお、本実施形態である銅合金棒線材の線径の下限は０．１５ｍｍ以上とすることが好ましく、０．２ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。一方、線径の上限は２．５ｍｍ以下とすることが好ましく、２．０ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。
本実施形態である銅合金棒線材において、その線径は、用途に応じて適宜設定されるものであるが、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
線径が０．１ｍｍ以上である場合には、十分な剛性を確保することができ、電子・電気機器用部品の素材として良好に使用することが可能となる。一方、線径が３．０ｍｍ以下である場合には、加工性を確保することができ、曲げ加工等によって良好に電子・電気機器用部品等を成形することが可能となる。
なお、本実施形態である銅合金棒線材の線径の下限は０．１５ｍｍ以上とすることが好ましく、０．２ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。一方、線径の上限は２．５ｍｍ以下とすることが好ましく、２．０ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。
次に、このような構成とされた本実施形態である銅合金棒線材の製造方法について、図１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、各種元素の添加には、元素単体や母合金等を用いることができる。また、上述の元素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、あるいは９９．９９９ｍａｓｓ％以上とされたいわゆる５ＮＣｕとすることが好ましい。
また、ＭｇおよびＡｇの原料としては、純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用することが好ましい。なお、原料としてＣｕ－Ｍｇ母合金およびＣｕ－Ａｇ母合金を用いてもよい。
そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳型に注湯して銅合金鋳塊を得る。
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、各種元素の添加には、元素単体や母合金等を用いることができる。また、上述の元素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、あるいは９９．９９９ｍａｓｓ％以上とされたいわゆる５ＮＣｕとすることが好ましい。
また、ＭｇおよびＡｇの原料としては、純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用することが好ましい。なお、原料としてＣｕ－Ｍｇ母合金およびＣｕ－Ａｇ母合金を用いてもよい。
そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳型に注湯して銅合金鋳塊を得る。
（均質化工程Ｓ０２）
次に、得られた銅合金鋳塊の均質化のために加熱処理を行う。銅合金鋳塊の内部には、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、銅合金鋳塊を４００℃以上９００℃以下にまで加熱する加熱処理を行うことで、銅合金鋳塊内において、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、この均質化工程は、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。
次に、得られた銅合金鋳塊の均質化のために加熱処理を行う。銅合金鋳塊の内部には、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、銅合金鋳塊を４００℃以上９００℃以下にまで加熱する加熱処理を行うことで、銅合金鋳塊内において、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、この均質化工程は、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。
（粗加工工程Ｓ０３）
次に、均質化工程Ｓ０２後の銅素材に対して、所定の線径になるように加工を行う。この粗加工工程Ｓ０３においては、１５０℃以上３００℃以下の温間加工を１回以上実施する。温間加工を１回とする場合は粗加工工程の最終工程で実施する。また、温間加工に代わって、１加工工程あたりの加工率を上げることによる加工発熱を利用してもよい。その場合は、１パスあたりの減面率を２０％以上とすることが好ましい。
なお、粗加工工程Ｓ０３における加工方法については、特に限定はないが、引抜、押出、溝圧延などを適用すればよい。
次に、均質化工程Ｓ０２後の銅素材に対して、所定の線径になるように加工を行う。この粗加工工程Ｓ０３においては、１５０℃以上３００℃以下の温間加工を１回以上実施する。温間加工を１回とする場合は粗加工工程の最終工程で実施する。また、温間加工に代わって、１加工工程あたりの加工率を上げることによる加工発熱を利用してもよい。その場合は、１パスあたりの減面率を２０％以上とすることが好ましい。
なお、粗加工工程Ｓ０３における加工方法については、特に限定はないが、引抜、押出、溝圧延などを適用すればよい。
（中間熱処理工程Ｓ０４）
次に、粗加工工程Ｓ０３後の銅素材に対して、再結晶を目的とした熱処理を行う。
ここで、中間熱処理工程Ｓ０４における熱処理温度は４００℃以上８００℃以下の範囲内とする。熱処理温度を４００℃以上とすることで、十分に軟化させることができ、その後の加工性を確保することができる。一方、熱処理温度を８００℃以下とすることで、Ｍｇが局所的に偏析していた場合でも液相の発生を抑制でき、加工性を確保することができる。
また、中間熱処理工程Ｓ０４における熱処理温度を４００℃以上５５０℃未満の範囲内とした場合には、ＣｕとＭｇを主成分とするＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物が主として粒内に析出することで、最終特性での導電率を高くすることができる。
次に、粗加工工程Ｓ０３後の銅素材に対して、再結晶を目的とした熱処理を行う。
ここで、中間熱処理工程Ｓ０４における熱処理温度は４００℃以上８００℃以下の範囲内とする。熱処理温度を４００℃以上とすることで、十分に軟化させることができ、その後の加工性を確保することができる。一方、熱処理温度を８００℃以下とすることで、Ｍｇが局所的に偏析していた場合でも液相の発生を抑制でき、加工性を確保することができる。
また、中間熱処理工程Ｓ０４における熱処理温度を４００℃以上５５０℃未満の範囲内とした場合には、ＣｕとＭｇを主成分とするＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物が主として粒内に析出することで、最終特性での導電率を高くすることができる。
（仕上加工工程Ｓ０５）
次に、中間熱処理工程Ｓ０４後の銅素材に対して、最終の線径になるように、冷間加工を行う。なお、仕上加工工程Ｓ０５における加工方法については、特に限定はないが、引抜、押出、溝圧延などを適用すればよい。
次に、中間熱処理工程Ｓ０４後の銅素材に対して、最終の線径になるように、冷間加工を行う。なお、仕上加工工程Ｓ０５における加工方法については、特に限定はないが、引抜、押出、溝圧延などを適用すればよい。
（仕上熱処理工程Ｓ０６）
次に、仕上加工工程Ｓ０５で得られた銅合金棒線材に対して、耐応力緩和特性の向上および低温焼鈍硬化のために、仕上熱処理を実施する。この仕上熱処理を行うことで、仕上加工工程Ｓ０５で銅合金棒線材内に蓄積された転位が再配列されて安定化し、転位が動きにくくなり、高温環境下で使用された際に応力緩和し難く、ねじり試験時の応力緩和率を低減することができる。
次に、仕上加工工程Ｓ０５で得られた銅合金棒線材に対して、耐応力緩和特性の向上および低温焼鈍硬化のために、仕上熱処理を実施する。この仕上熱処理を行うことで、仕上加工工程Ｓ０５で銅合金棒線材内に蓄積された転位が再配列されて安定化し、転位が動きにくくなり、高温環境下で使用された際に応力緩和し難く、ねじり試験時の応力緩和率を低減することができる。
ここで、仕上熱処理工程Ｓ０６における熱処理条件は、以下のように規定している。
熱処理温度をＴ（Ｋ）、熱処理時間をｔ（時間）とした際に、以下の式で定義される熱処理パラメータＰが９８００以上１１３００以下の範囲内となるように設定する。なお、上述の熱処理パラメータＰは１０１００以上１１０００以下の範囲内とすることがさらに好ましい。
Ｐ＝Ｔ×（２０＋Ｌｏｇ（ｔ））
熱処理パラメータＰが９８００未満である場合は、転位の再配列が不十分であるため、応力緩和が起きやすいおそれがある。一方、熱処理パラメータＰが１１３００を超える場合は、転位の消滅により所望の強度が得られないおそれがある。
なお、線材の長手方向の特性ばらつきを軽減するためには、熱処理時間は１０分以上が望ましく、１００分以上がさらに望ましい。一方で、生産性の観点からは、熱処理時間は１０秒未満であることが望ましい。
熱処理温度をＴ（Ｋ）、熱処理時間をｔ（時間）とした際に、以下の式で定義される熱処理パラメータＰが９８００以上１１３００以下の範囲内となるように設定する。なお、上述の熱処理パラメータＰは１０１００以上１１０００以下の範囲内とすることがさらに好ましい。
Ｐ＝Ｔ×（２０＋Ｌｏｇ（ｔ））
熱処理パラメータＰが９８００未満である場合は、転位の再配列が不十分であるため、応力緩和が起きやすいおそれがある。一方、熱処理パラメータＰが１１３００を超える場合は、転位の消滅により所望の強度が得られないおそれがある。
なお、線材の長手方向の特性ばらつきを軽減するためには、熱処理時間は１０分以上が望ましく、１００分以上がさらに望ましい。一方で、生産性の観点からは、熱処理時間は１０秒未満であることが望ましい。
なお、仕上熱処理工程Ｓ０６における熱処理の方法は特に限定しないが、通電焼鈍あるいは連続焼鈍炉による高温短時間の熱処理あるいはバッチ式焼鈍炉による低温長時間の熱処理など、生産性を考慮していずれかの方法を選択することができる。
さらに、仕上加工工程Ｓ０５、仕上熱処理工程Ｓ０６を繰り返し実施してもよい。
さらに、仕上加工工程Ｓ０５、仕上熱処理工程Ｓ０６を繰り返し実施してもよい。
以上の各工程により、本実施形態である銅合金棒線材が製出されることになる。
ここで、本実施形態である銅合金棒線材は、そのまま電子・電気機器用部品に使用してもよいが、その表面にＳｎめっき層またはＡｇめっき層を形成してもよい。このようなめっき層を有することで、酸化被膜による接続信頼性の低下を防ぐことができることから、電子機器用部品の素材としての信頼性が上がる。
以上のような構成とされた本実施形態である銅合金棒線材によれば、Ｍｇを１．３質量％以上２．８質量％以下の範囲内、Ａｇを５質量ｐｐｍ以上２０質量ｐｐｍ以下の範囲内で含んでいるので、強度および耐応力緩和特性を十分に向上することができる。
そして、ビッカース硬さが１８０ＨＶ以上であり、さらに、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下とされているので、強度および耐応力緩和特性に特に優れている。よって、ベリリウム銅の代替として使用することが可能となる。
また、Ａｇを上述の範囲で含有することで、粒界の析出サイトにＡｇが存在することになり、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制され、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
そして、ビッカース硬さが１８０ＨＶ以上であり、さらに、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下とされているので、強度および耐応力緩和特性に特に優れている。よって、ベリリウム銅の代替として使用することが可能となる。
また、Ａｇを上述の範囲で含有することで、粒界の析出サイトにＡｇが存在することになり、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制され、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
さらに、本実施形態の銅合金棒線材において、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上とされている場合には、導電性が確保されており、大電流を流した場合であっても発熱を抑えることができ、電子・電気機器用部品の素材として特に適している。
また、本実施形態の銅合金棒線材において、導電率が５５％ＩＡＣＳ以下とされている場合には、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制されており、このＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物を起因とした割れ等の発生を抑制でき、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
また、本実施形態の銅合金棒線材において、導電率が５５％ＩＡＣＳ以下とされている場合には、ＣｕとＭｇを含むＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制されており、このＣｕ－Ｍｇ系金属間化合物を起因とした割れ等の発生を抑制でき、銅合金棒線材の加工性を確保することができる。
さらに、本実施形態の銅合金棒線材において、線径が０．１ｍｍ以上である場合には、剛性が確保され、電子・電気機器用部品の素材として良好に使用することが可能となる。
また、本実施形態の銅合金棒線材において、線径が３．０ｍｍ以下である場合には、加工性を確保することができ、曲げ加工等によって良好に電子・電気機器用部品等を成形することが可能となる。
また、本実施形態の銅合金棒線材において、線径が３．０ｍｍ以下である場合には、加工性を確保することができ、曲げ加工等によって良好に電子・電気機器用部品等を成形することが可能となる。
本実施形態である電子・電気機器用部品、端子、コイルばねは、上述の銅合金棒線材を用いて製造されているので、小型化した場合であっても優れた特性を発揮することができる。
以上、本発明の実施形態である銅合金棒線材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、銅合金棒線材の製造方法の一例について説明したが、銅合金棒線材の製造方法は、実施形態に記載したもの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。
例えば、上述の実施形態では、銅合金棒線材の製造方法の一例について説明したが、銅合金棒線材の製造方法は、実施形態に記載したもの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。
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％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これをカーボンるつぼに装入し、真空溶解炉（真空度１０－２Ｐａ以下）で溶解し、銅溶湯を得た。得られた銅溶湯内に、ＭｇおよびＡｇを添加して表１に示す成分組成となるように調製し、５分間保持した後、銅合金溶湯をカーボン製の鋳型に注湯して銅合金鋳塊を得た。なお、添加元素であるＭｇおよびＡｇの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用した。
純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これをカーボンるつぼに装入し、真空溶解炉（真空度１０－２Ｐａ以下）で溶解し、銅溶湯を得た。得られた銅溶湯内に、ＭｇおよびＡｇを添加して表１に示す成分組成となるように調製し、５分間保持した後、銅合金溶湯をカーボン製の鋳型に注湯して銅合金鋳塊を得た。なお、添加元素であるＭｇおよびＡｇの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用した。
その後、Ａｒガス雰囲気中において７１５℃で４時間の熱処理を行い、銅合金鋳塊の均質化処理を行った。
均質化処理後の鋳塊断面が２５ｍｍ角となるように切断し、溝圧延を行って棒状に加工し、さらに線径が２．６ｍｍとなるまで伸線する粗加工を実施した。
次に、粗加工後の銅素材に対して、電気炉を用いて、表１に記載の熱処理条件で中間熱処理を実施した。
均質化処理後の鋳塊断面が２５ｍｍ角となるように切断し、溝圧延を行って棒状に加工し、さらに線径が２．６ｍｍとなるまで伸線する粗加工を実施した。
次に、粗加工後の銅素材に対して、電気炉を用いて、表１に記載の熱処理条件で中間熱処理を実施した。
次に、表１に示す最終線径となるまで伸線する仕上加工を実施した。
そして、仕上加工後の銅素材に対して、オイルバスまたはソルトバスを用いて表１に記載の条件で仕上熱処理工程を実施した。なお、表１におけるＰは、実施形態の欄に記載した熱処理パラメータである。
そして、以下の項目について評価を実施した。
そして、仕上加工後の銅素材に対して、オイルバスまたはソルトバスを用いて表１に記載の条件で仕上熱処理工程を実施した。なお、表１におけるＰは、実施形態の欄に記載した熱処理パラメータである。
そして、以下の項目について評価を実施した。
（ビッカース硬さ）
最終線径の銅合金棒線材から試験片を採取し、銅合金棒線材の長手断面を耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行った後、ＪＩＳＺ ２２４４に規定された方法にて、銅合金棒線材の断面中心部のビッカース硬さを測定した。
ビッカース硬度を測定する試験片は線材の長手方向から１００ｍｍ間隔で２０点採取し、その平均値を硬度とした。また硬度のばらつきに関しては２０点の測定値の最大値と最小値の内、平均値との差が大きい方が、平均値を１００％としたときの平均値との差が５％以下の場合を「〇」、５％を超えたものを「△」とした。
最終線径の銅合金棒線材から試験片を採取し、銅合金棒線材の長手断面を耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行った後、ＪＩＳＺ ２２４４に規定された方法にて、銅合金棒線材の断面中心部のビッカース硬さを測定した。
ビッカース硬度を測定する試験片は線材の長手方向から１００ｍｍ間隔で２０点採取し、その平均値を硬度とした。また硬度のばらつきに関しては２０点の測定値の最大値と最小値の内、平均値との差が大きい方が、平均値を１００％としたときの平均値との差が５％以下の場合を「〇」、５％を超えたものを「△」とした。
（応力緩和率）
ばね材の残留せん断ひずみ測定試験と同様に、ねじり試験により銅合金棒線材の耐応力緩和特性を評価した。特開２０１８－１１９１７４に記載の残留せん断ひずみ測定試験の方法と同様にねじり角度変化量を測定することで、応力緩和率を測定した。すなわち、最終線径の銅合金棒線材から試験片を採取し、後述の治具間距離以上の長さの銅合金棒線材を用意し、プレスあるいは削り出しなどで加工することで、銅合金棒線材の一端に直線状の加工部を設けた。加工部と反対側を治具で固定して固定端とし、加工部側を治具で固定し回転させることで、銅合金棒線材をねじった。表２に示す治具間距離およびねじり角度は、次式を用いて最大せん断応力が１５０ＭＰａとなるように設定した。
最大せん断応力（ＭＰａ）＝横弾性係数（ＭＰａ）×線径（ｍｍ）÷２×ねじり角度（ｒａｄ）÷治具間距離（ｍｍ）
１５０℃の温度で２４時間保持後に負荷を除荷した状態で加工部の角度変化を測定してねじり角度を求めた。ねじり角度の測定方法を図２に示した。応力緩和率は次式を用いて算出した。
応力緩和率（％）＝θ１／θ０×１００
ただし、
θ０：初期ねじり角度
θ１：１５０℃の温度で２４時間保持後に負荷を除荷した状態のねじり角度
ばね材の残留せん断ひずみ測定試験と同様に、ねじり試験により銅合金棒線材の耐応力緩和特性を評価した。特開２０１８－１１９１７４に記載の残留せん断ひずみ測定試験の方法と同様にねじり角度変化量を測定することで、応力緩和率を測定した。すなわち、最終線径の銅合金棒線材から試験片を採取し、後述の治具間距離以上の長さの銅合金棒線材を用意し、プレスあるいは削り出しなどで加工することで、銅合金棒線材の一端に直線状の加工部を設けた。加工部と反対側を治具で固定して固定端とし、加工部側を治具で固定し回転させることで、銅合金棒線材をねじった。表２に示す治具間距離およびねじり角度は、次式を用いて最大せん断応力が１５０ＭＰａとなるように設定した。
最大せん断応力（ＭＰａ）＝横弾性係数（ＭＰａ）×線径（ｍｍ）÷２×ねじり角度（ｒａｄ）÷治具間距離（ｍｍ）
１５０℃の温度で２４時間保持後に負荷を除荷した状態で加工部の角度変化を測定してねじり角度を求めた。ねじり角度の測定方法を図２に示した。応力緩和率は次式を用いて算出した。
応力緩和率（％）＝θ１／θ０×１００
ただし、
θ０：初期ねじり角度
θ１：１５０℃の温度で２４時間保持後に負荷を除荷した状態のねじり角度
（導電率）
最終径の銅合金棒線材から試験片を採取し、四端子法によって導電率を測定した。
最終径の銅合金棒線材から試験片を採取し、四端子法によって導電率を測定した。
（加工性）
粗加工工程または仕上加工工程において、工程が終了した後の銅合金棒線材１メートルの表面を目視観察した。
割れが１個以下のものは、加工性が良好であり、「〇」と表記した。
割れが２個以上２０個以下のものは、加工性が許容レベルであり、「△」と表記した。
割れが２０個を超えた場合、あるいは破断した場合は、加工性が悪いものであり、「×」と表記した。
粗加工工程または仕上加工工程において、工程が終了した後の銅合金棒線材１メートルの表面を目視観察した。
割れが１個以下のものは、加工性が良好であり、「〇」と表記した。
割れが２個以上２０個以下のものは、加工性が許容レベルであり、「△」と表記した。
割れが２０個を超えた場合、あるいは破断した場合は、加工性が悪いものであり、「×」と表記した。
比較例１は、Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも少なかったため、ビッカース硬さが低かった。
比較例２は、Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも多かったため、粗加工工程で多数の割れが発生し、その後の加工、評価ができなかった。
比較例３は、Ａｇの含有量が本発明の範囲よりも少なかったため、仕上加工工程で多数の割れが発生し、その後の加工、評価ができなかった。
比較例４は、仕上熱処理が不十分なため、応力緩和率が５１％となり、耐応力緩和特性に優れなかった。
比較例２は、Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも多かったため、粗加工工程で多数の割れが発生し、その後の加工、評価ができなかった。
比較例３は、Ａｇの含有量が本発明の範囲よりも少なかったため、仕上加工工程で多数の割れが発生し、その後の加工、評価ができなかった。
比較例４は、仕上熱処理が不十分なため、応力緩和率が５１％となり、耐応力緩和特性に優れなかった。
これに対して、本発明例においては、ビッカース硬さが１８０Ｈｖ以上、応力緩和率が４０％以下であり、耐応力緩和特性、強度に優れていることが確認された。また、加工性が良好であった。
以上のことから、本発明例によれば、耐応力緩和特性、強度、加工性に優れた銅合金棒線材を提供できることが確認された。
Claims (6)
- Ｍｇを１．３質量％以上２．８質量％以下の範囲内、Ａｇを５質量ｐｐｍ以上２０質量ｐｐｍ以下の範囲内で含み、残部が銅及び不純物からなる組成とされ、
ビッカース硬度が１８０Ｈｖ以上であり、
さらに、ねじり試験において、負荷応力を１５０ＭＰａとし、１５０℃で２４時間熱処理した後の応力緩和率が４０％以下であることを特徴とする銅合金棒線材。 - 導電率が３０％ＩＡＣＳ以上５５％ＩＡＣＳ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の銅合金棒線材。
- 線径が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の銅合金棒線材。
- 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された銅合金棒線材からなることを特徴とする電子・電気機器用部品。
- 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された銅合金棒線材からなることを特徴とする端子。
- 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された銅合金棒線材からなることを特徴とするコイルばね。
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