JPS63274728A - ワイヤーハーネスのターミナル用銅合金の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車部品の電装品に用いられるワイヤーハ
ーネスのターミナル用銅合金として好適な高強度高伝導
型銅合金およびその製造法に関するものである。

〔発明の背景〕

自動車産業は９周知のとおり日本の基幹産業として大き
な役割を果たすに至っており、その生産台数の増加と、
また近時ではカーエレクトロニクスの発達により、これ
に使用される伸銅品材料がますます増加している。車の
電装品の一翼を担うワイヤーハーネスもこれに漏れず１
台当りｌｋｍの長さ、　２０ｋｇの重量が使用されるま
でになった。ところが近時の自動車に対する要求は軽量
化、高信軸化、低コスト化とますます厳しいものになり
。

従ってワイヤーハーネスも軽量且つ高信較性且つ低コス
トが要求されるようになってきている。ここでワイヤー
ハーネスは電線とターミナルが一体となったものであり
、軽量化と配線の高密度化のためにはターミナル材料の
材料特性および信鎖性の向上が必要不可欠となった。

このように、ワイヤーハーネスのターミナル材料に要求
される特性は厳しいものであるが、より具体的には５強
度が５５ｋｇｆ／−一２以上、ばね限界値４０ｋｇｆ／
＋＋ｍ’以上１　導電率４５％ＩＡＣＳ以上で且つプレ
ス成形性、メッキ信頼性、耐環境性に優れていることが
要求される。特にエンジンルーム周辺で使用されるター
ミナルについては、耐環境性とメッキ信頼性の要求が高
く、従つて耐応力緩和特性。

耐食性、耐応力腐食割れ性１　メッキ耐候性が良好でな
ければならない、しかし、従来において、この樟な諸特
性を同時に兼備し、しかも安価な材料を得ることは至難
であった。

〔発明の目的〕

本発明は、近時のカーエレクトロニクスの発達に伴って
ワイヤーハーネスのターミナル材料に要求される前記の
ような諸特性を兼備した銅合金の開発を目的としたもの
であり、より具体的には。

強度９弾性および電気伝導性に優れ且つ折り曲げ性、メ
ッキ信鯨性、応力緩和特性などが優れたワイヤーハーネ
スのターミナル用銅合金の提供を目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は２重量％において、Ｎｔ：１．０〜３．０％、
　Ｔ　ｆＯ，５〜１．５％、ただしＮｉ／Ｔｉの重量百
分率の比率が１〜３の範囲、　　Ｚｎ：０．１〜２．０
％。

Ｍｇ：０．０１〜０．５％、酸素含を量が５０ｐｐｍ以
下。

残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるワイヤーハー
ネスのターミナル用鋼合金を提供するものである。

本発明の銅基合金の一つの特徴はＮｉおよびＴｉの適量
の添加によってＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物を均一微細に
Ｃｕマトリックス中に析出させた組織を得た点にある。

したがって１本発明はまた。

該高強度銅合金を宥和に製造する方法として２重量％に
おいて、Ｎｔ：１．０〜３．０％、Ｔｉ：０．５〜１．
５％、ただしＮｉ／Ｔｉの重量百分率の比率が１〜３の
範囲、Ｚｎ：Ｏ，１〜２．０％、　　Ｍｇ：０．０１〜
０．５％、酸素：　５ｏｐｐ−以下、残部がＣｕおよび
不可避的不純物からなる銅合金の素材板を製造し、この
素材板を最終板厚まで冷間圧延によって板厚減少をけう
さいに、この冷間圧延の途中で９００　℃以上の温度で
の溶体化処理を少なくとも１回施し、その最終溶体化処
理の後から最終板厚までの冷間圧延での板厚減少率を５
０％以内とし、且つ該最終溶体化処理後、最終板厚まで
の冷間圧延の途中において５００〜６００℃の温度で５
〜７２０分間の時効処理を少なくとも１回行うことを特
徴とするワイヤーハーネスのターミナル用銅合金の製造
法を提供するものである。

以下に本発明の内容を具体的に説明する。

まず２本発明合金の添加元素の含有量の範囲選定の理由
の概要を述べると１次のとおりである。

本発明の銅基合金はＮｉ−Ｔｌ系金属間化合物による析
出強化および分散強化を図った点に基本的な特徴があり
、このためにＮＩとＴｉは本発明合金において不可欠の
元素である。

Ｎｉは、Ｔｉと化合物を形成し強度１弾性および耐熱性
の向上に寄与する元素である。また、鋳造組織および熱
間組織を微細にし且つ溶体処理時の結晶粒粗大化を防止
する効果がある。このような効果を発揮するには１．０
％（重量％、以下同じ）以上の含有が必要であるが３．
０％を趙えて含有すると電気伝導性の低下が顕著となり
、且つ溶体化処理温度が高温になり製造上不利になり、
また経済性のうえからも好ましくない、したがってＮｌ
含有量は、１，０〜３．０％の範囲とする。

Ｔｉ含有量は０．５％未満ではＮｌとの共存下でも。

強度１弾性、耐熱性の向上効果が少ない、一方。

Ｔｉ含有量が１．５％を超えると析出物が過度に多くな
って合金の延性、折り曲げ性、メッキ性を低下させる。

また、メッキの耐熱密着性も低下し、さらに鋳造性、熱
間圧延性が低下してくるのでＴｉ含有量は０．５〜１．
５％の範囲とする。

また、ＮｉとＴｉは、Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物として
析出するときに本発明の目的が有利に達成される。二〇
Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物による強化を十分に発揮する
には、Ｎｉ／Ｔｉの重量百分率による比率を１〜３の範
囲にすることが必要であることがわかった。Ｎｉ／Ｔｉ
比が１より小さい場合には、ＴｉとＣｕとの化合物であ
るＴｉ−Ｃｕ系金属間化合物が時効析出する。このＴｉ
−Ｃｕ系金属間化合物が析出しても１強度１弾性の向上
は期待できるものの、電気伝導性の向上は少な（、また
、溶体化処理時に結晶粒が粗大化し易く、従って曲げ加
工性時に表面肌荒れを生じ易くなる。このようなことが
らＮｉ／Ｔｉ比は１以上とする必要がある。他方、Ｎｉ
／Ｔｉ比が３より大きい場合にはマトリックスに残留す
るＮｉ量が多くなり電気伝導性を低下させると同時にメ
ッキの耐熱密着性が低下してくる。このような理由から
本発明の特性を十分に発揮するためにはＮｉ／Ｔｉ比を
１〜３の範囲にすることが必要である。

Ｚｎは本発明合金のメッキ信鎖性を向上させる。

具体的には＋　　Ｓｎメッキや５ｎ−Ｐｂメッキの耐熱
密着性を向上させる。ワイヤーハーネスのターミナルは
通常Ｓｎメッキや５ｎ−Ｐｂメッキが施されるが、これ
が通電やエンジン系統の熱によって長時間加熱されると
、環境の影響も加わって、添加元素であるＮ　ｉ　、　
Ｔ　Ｉがメッキ界面に拡散し＋　　Ｓｎと反応拡散層を
形成する。この反応拡散層は脆弱であり、メッキが剥離
し易くなり、メッキ信頼性を低下させる。Ｚｎを添加す
るとＮｉやＴｉのＣｕ中での拡散が抑制され界面の反応
拡散層の形成を効率良く防止することができる。したが
って１本発明合金においてＺｎはメッキ信頼性の向上に
役立つ。また、Ｚｎは脱酸作用〜があるので溶湯の脱酸
剤にもなり、さらに湯流れ性を良くするので鋳造性も向
上させる。このような効果を発揮するためには０．１％
以上のＺｎの含有を必要とするが。

２．０％を超えて含有すると電気伝導性が低下してくる
とともに、応力腐食割れ感受性が高まり耐食性が低下す
る−０したがってＺｎ含有量は０．１〜２．０％の範囲
とする。

ＭｇもＺｎと同様にメッキ信頼性の向上と脱酸作用に寄
与する元素である。また１合金のばね限界値を向上させ
る効果も持つ、このような効果を発揮するためには０．
０１％以上含有することが必要であるが０．５％を超え
て含有すると合金の電気伝導性および曲げ加工性が低下
してくる。したがってＭｇ含有量は０．０１〜０．５％
の範囲とする。

０□含有量については、　５０ｐｐｍより多量に合金中
に含有すると、析出したＮ　ｉ　−Ｔ　ｉ基金属間化合
物が０と三元の化合物をつくってＮｉ−Ｔｌ−０系の化
合物となり、メッキ信頼性をはじめ、特性の劣下を招く
ことになる。また、酸素含有量が多いと合金の製造過程
でＨ，ガスを用いる場合には１表面および内部に水素脆
化が起きることもある。したがって０．含有量は５０ｐ
ｐ輸以下の範囲とする。

このような成分組成に調整した本発明の銅合金は、Ｎｉ
−Ｔｉ系金属間化合物を均一微細に分散析出させること
によって近時のワイヤーハーネスのターミナルに要求さ
れる諸特性を具備した材料とすることができる。このよ
うな諸特性は特に加工と熱処理を適切にコントロールし
た製造法によって有利に発現させることができる。以下
にその製造法の詳細を説明する。

まず、Ｎｉ：１．０〜３．０％、　　Ｔ　ｉ：ｏ、５〜
１．５％。

ただしＮ１／Ｔｉの重量百分率の比率が１〜３の範囲、
　　Ｚｎ：０．１〜２．０％、　Ｍｇ：０．０１〜０．
５％、酸素含有量が５０ｐｐｍ以下、残部がＣｕおよび
不可避的不純物からなる鋳片を熔解鋳造して製造する。

この溶解鋳造は不活性ガスあるいは還元ガス雰囲気中で
行うのが望ましい０次いで鋳片（鋳塊）を熱間圧延して
熱延板を製造し脱スケールを行う。

次いで、必要に応じて中間焼鈍を挟んだ冷間圧延によっ
て最終板厚の２倍以内の板厚まで冷間圧延し溶体化処理
を行う、つまり、溶体化処理後最終板厚までの板厚減少
率を５０％以内とする。溶体化処理は複数回行なう場合
には、その最終の溶体化処理の後から最終板厚までの板
厚減少率を５０％以内とする。最終溶体化処理後、最終
板厚までの板厚減少率が５０％を超えると加工と時効の
組合せによって与えられる内部ひずみが過度に大きくな
り合金の曲げ加工性が劣下してしまう、したがって溶体
化処理後最終板厚までの板Ｔｇ、減少率を５０％以内と
するのがよい。

溶体化処理については９００℃以上で行うのがよい、９
００℃未満の温度では十分に溶体化せず、したがって、
熱延および焼鈍の工程で生じた粗大な析出物が十分に消
失しないので特性の向上が計れない、また、９００℃未
満の温度では結晶粒の調整も難しい。

最終溶体化処理後、最終板厚まで板厚減少する途中の工
程で少なくとも１回の時効処理を行う。

この時効処理を行うことによって合金の材料特性の向上
１特に電気伝導性の向上が著しくなる。途中の工程での
時効処理条件については５００〜６００℃の温度で５〜
７２０分間の時間とするのがよい。

５００”Ｃ未満の温度では析出するに要する時間が長く
なりすぎることになり、また６００℃を超える温度では
析出物が成長して粗大化し、特性の一層の向上が期待で
きなくなる。したがって時効温度は５００〜６００℃の
範囲とするのがよい１時効時間については５分未満では
析出物の形成が不十分であり７２０分を超えるような長
時間では析出物の成長のうえからもまた経済性のうえか
らも好ましくない。

この時効処理を行った材料を最終板厚まで冷間圧延し、
その後、さらに最終時効処理を行って材料特性を一層向
上させることができる。この最終時効処理条件について
は４５０〜６００’Ｃの温度で５〜７２０分間の時間と
し、既述の途中の時効処理よりも加熱温度の下限を若干
下げて行うことができる。しかし４５０’Ｃ未満の温度
では、ばね限界値の向上効果が少なく、また６００℃を
超える温度では過時効になり材料特性が低下する。そし
て５分未満では析出物の形成が不十分であり７２０分を
超えるような長時間では析出物の成長のうえからも経済
性のうえからも好ましくない。

以上の加工と熱処理を経ることによってＮｉ　−ＴＩ系
金金属間化合物Ｃｕマトリックス中に均一微細に分散析
出した１１礒の銅基合金の薄板が製造でき、これは後記
の実施例に示すように高強度。

高弾性、高伝導性を兼備し、且つ曲げ加工性、メッキ性
４応力緩和特性等に優れるので近年のワイヤーハーネス
の軽量化と配電の高密度化を可能にするターミナル材料
として好適なものである。

以下に代表的な本発明の実施例を挙げて本発明合金の特
性を具体的に示す。

〔実施例１〕 ？！４１表にその化学成分４ｔｉ　（重量％）を示す銅
基合金石１を横型（水平）連続鋳造機を用いて１０１×
５０賀Ｘ　３３００Ｌ　（ｍｓ）の鋳塊に鋳造した。た
だし溶解鋳造雰囲気はＡｒガスで完全シールドした。こ
の鋳塊よりＩＯｔ　Ｘ　５０Ｗ　Ｘ　５０Ｌの大きさの
鋳片を切り出し、これを９５０℃で熱間圧延し、厚さ３
■の熱延板を得た。

これを面前したあと厚さ】、２■まで圧延し９５０’Ｃ
の温度で６０分間の溶体化処理を行った。その後１水急
冷、酸洗した。得られた板厚１　、２’＋ｗの素板を次
に示すように製造条件を変えて加工・熱処理して各々の
試験材を得た。

〔製造法１］ 厚さ０．５５ｓｕ＋まで冷間圧延後、９５０℃の温度で
３０分間の最終溶体化処理し、これを水急冷、酸洗した
後、厚さ０．４０ｍｍまで冷間圧延した。そして、５５
０℃の温度で３０分間時効処理し、これを、さらに厚さ
０．３２ｍｍまで冷間圧延し、最終４８０’Ｃの温度で
３０分間時効処理をし、これを試験材とした。

〔製造法２〕 厚さ０．６０ｍｍまで冷間圧延後、９５０℃の温度で３
０分間の最終溶体化処理し、これを水急冷、酸洗した後
、厚さ０．５（１＋−まで冷間圧延した。そして、６０
０℃の温度で３０分間時効処理し、これを、さらに厚さ
０．４０ｍ５まで冷間圧延し、最終４５０℃の温度で３
０分間時効処理をし、これを試験材とした。

〔製造法３〕 厚さ０．８０ｍ５まで冷間圧延後、９５０℃の温度で３
０分間の最終溶体化処理し、これを水急冷、酸洗した後
、厚さ０．４０ｍ５まで冷間圧延した。これを５００℃
の温度で３０分間時効処理し、試験材とした６本例は中
間の時効処理を行わない比較例である。

〔製造法４］ 厚さ０．８５ｍｍまで冷間圧延後、９５０℃の温度で３
０分間の最終溶体化処理し、これを水急冷、酸洗した後
、厚さ０．５５ｍｍまで冷間圧延した。そして、６００
℃の温度で３０分間時効処理し、これを、さらに厚さ０
．４０ｍｍまで冷間圧延し、最終５００’Ｃの温度で３
０分間時効処理し、これを試験材とした０本例は最終溶
体化処理後、最終板厚までの板厚減少率が高い比較例で
ある。

［製造法５］ 厚さ０．８０ｍｍまで冷間圧延後、９５０’Ｃの温度で
３０分間の最終溶体化処理し、これを水急冷、酸洗した
後、厚さ０．５５ｓ＋ｍまで冷間圧延した。そして、７
００℃の温度で３０分間時効処理し、これを、さらに厚
さ０．４０ｍｆｆ１まで冷間圧延し、最終５００℃の温
度で３０分間時効処理し、これを試験材とした０本例は
中間の時効処理温度が高い比較例である。

得られた試験材を用いて、硬度、引張強さ、ばね限界値
、導電率９曲げ加工性を調べた結果を第２表に示す。

硬度、引張強さ、ばね限界値、および導電率の測定はそ
れぞれＪＩＳ　Ｚ　２２４４．　ＪＩＳ　Ｚ　２２４１
．　ＪＩＳ　Ｈ３１３０およびＪＩＳ　Ｉ（０５０５に
従って行った。曲げ加工性は９０°Ｉ４曲げ試験（ＣＢ
Ｓ−ＭＯＯＯ２−６，Ｒ＝０．４ｍｓ。

圧延方向および垂直方向）を行い、中央郡山表面が良好
なものをＯ，シワがあるものを６１割れが発生したもの
を×として評価した。

第２表から明らかなように１本発明法にしたがって製造
した１および２の合金は、硬度、引張強さ、ばね限界値
、および導電率のバランスに優れ且つ曲げ加工性も良好
である。従って、ワイヤーハーネスのターミナル材料と
して非常に優れた特性を有する合金であることがわかる
。

これに対し最終溶体化処理後、最終板厚まで加工する途
中にて時効処理を行わなかった比較例３は導電率が低く
、また、最終溶体化処理後、最終板厚まで加工する途中
で時効処理を行っても、この間の板厚減少率が高い比較
例４では曲げ加工性が極端に悪く、中間の時効処理温度
の高い比較例５においては引張強さおよびばね限界値が
低い。

（実施例２〕 実施例Ｉの第１表に示す成分の合金を製造法ｌｌこ従っ
て製造した試験材および市販の黄銅１種（Ｃ２６００ε
Ｈ）、リン青銅２種（Ｃ５１９１１１）について硬度。

引張強さ１　導電率、半田メッキ耐熱密着性、耐熱性、
耐応力緩和性、耐応力腐食割れ性について試験した結果
を表３に示す。

硬度、引張強さ、導電率の測定は実施例１と同じである
。半田メッキ耐熱密着性は試験片に溶融半田メッキ（Ｓ
ｎ−４０ｗｔ％Ｐｂ、　デ４ツブ、２３０℃×５　ｓｅ
ｃ、弱活性ロジンフランクス使用）を行い、１５０℃の
温度で２００時間大気中で加熱後、試験片を９０・−曲
げし１曲げ部を４０倍に拡大し観察した結果、メッキが
密着しているものはＯ１剥離したものは×として評価し
た。耐熱性は初期硬度の８０％になるときの温度（３０
分保持）とした、応力緩和試験は。

試験片の中央部の応力が４０ｋｇｆ／ａｓ”になるよう
にＵ字曲げを行い１５０’Ｃの温度で２００時間保持後
の曲げぐせを応力緩和率として次式により算出した。

応力緩和率（Ｘ）−（（Ｌ、−Ｌ、）／（Ｌｔ−Ｌｅ）
）　ｘｌＯＯただし、Ｌｏ：治具の長さく＋＋＋ｍ）Ｌ
ｌ：開始時の試料長さくｌｌｌ１１）Ｌｔ：処理後の試
料端間の水平距諦（ｍｍ）耐応力腐食割れ性については
応力緩和試験と同様に試験片をＵ字曲げし、これを１４
％アンモニア水溶液の入ったデシケータ内（１５±５℃
）に２００時間保持後、中央部を４０倍に拡大し観察し
１割れが無いものを０１割れがあるものを×として評価
した。

第３表より１本発明合金は、従来の代表的なワイヤーハ
ーネスのターミナル材料である黄銅やリン青銅に比べて
、硬度２強度および導電率のバランスに優れていること
が明らかであり、また優れたメッキ信頼性、耐環境性を
有していることがわかる。より具体的に言えば、黄銅は
耐熱性、耐応力緩和特性、耐応力腐食割れ性が悪く、ま
たリン青銅は耐熱性、耐応力緩和特性が悪いという欠点
を持っているのに対し１本発明合金は高い耐熱温度を存
し耐応力緩和特性にも優れ、且つ耐応力腐食割れ性にも
優れている。

〔実施例３］ Ｎｉ：１．９９．　　Ｔｉ：０．８６％、Ｎｉ／Ｔｉ比
：　２．３゜Ｚ　ｎ　：　０．４９％、　Ｍｇ　：　０
．０９％＋　　Ｏｔ　ニア６ｐｐｍ、残部が銅からなる
合金（０！含有量が本発明で規定する範囲より多い合金
、Ｎα２合金と呼ぶ）を実施例１の製造法１の方法に従
って試験材を得た。そして実施例Ｉの製造法１の方法に
従って得たＮα１の本発明合金とメッキ信頼性を対比し
た。

試験は２本発明台金Ｎα１と比較合金Ｎα２に、半田メ
ッキ（Ｓ　ｎ−４０ｗｔ、Ｘ　Ｐ　ｂ、　２３０’ＣＸ
　５　ｓｅｃディップ１弱活弱活性ロジンブランクス使
用行い、１５０’Ｃの温度で２００時間大気中で加熱後
、試験片を９０’Ｗ曲げし１曲げ部をセロハンテープに
てピーリング試験を行ない、その部分を４０倍に拡大し
て観察してメッキ信頼性の評価を行った。その結果、Ｎ
α１の合金は全く剥離が見られなかったが、Ｎα２の合
金はメッキの剥離が部分的に観察された。

以上のように本発明は、高強度、高弾性、高伝導性を有
し、且つ１曲げ加工性、メッキ信頼性。

耐環境性に優れたワイヤーハーネスのターミナル用銅合
金を得たものであり、近年の自動車用電装品の小型軽量
化と配線の高密度化に十分対応できるターミナル材料を
提供するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％において、Ｎｉ：１．０〜３．０％、Ｔｉ
   ：０．５〜１．５％、ただしＮｉ／Ｔｉの重量百分率の
   比率が１〜３の範囲、Ｚｎ：０．１〜２．０％、Ｍｇ：
   ０．０１〜０．５％、酸素：５０ｐｐｍ以下、残部がＣ
   ｕおよび不可避的不純物からなるワイヤーハーネスのタ
   ーミナル用銅合金。
2. （２）重量％において、Ｎｉ：１．０〜３．０％、Ｔｉ
   ：０．５〜１．５％、ただしＮｉ／Ｔｉの重量百分率の
   比率が１〜３の範囲、Ｚｎ：０．１〜２．０％、Ｍｇ：
   ０．０１〜０．５％、酸素：５０ｐｐｍ以下、残部がＣ
   ｕおよび不可避的不純物からなる銅合金の素材板を製造
   し、この素材板を最終板厚まで冷間圧延によって板厚減
   少を行うさいに、この冷間圧延の途中で９００℃以上の
   温度での溶体化処理を少なくとも１回施し最終溶体化処
   理後、最終板厚までの板厚減少率を５０％以内とし、且
   つ該最終溶体化処理後、最終板厚までの冷間圧延の途中
   おいて５００〜６００℃の温度で５〜７２０分間の時効
   処理を少なくとも１回行うことを特徴とするワイヤーハ
   ーネスのターミナル用銅合金の製造法。