KR20190129951A - 층상 조직을 갖는 고강도 티타늄 구리조 및 박 - Google Patents

Abstract

본 발명의 티타늄 구리는, Ti을 1.5 내지 5.0질량％로 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 방향에 평행한 단면을 STEM-EDX로 두께 방향을 따라 분석하여 얻어지는 Ti 농도 곡선에 있어서, Ti 농도가 Ti 농도 곡선에 있어서의 Ti 농도의 평균값 미만인 저농도 Ti층과, Ti 농도가 Ti 농도 곡선에 있어서의 Ti 농도의 평균값 이상인 고농도 Ti층이, 두께 방향으로 교대로 존재하는 Cu 및 Ti의 층상 조직을 갖고, 상기 압연 방향에 평행한 단면 내에서, 고농도 Ti층의 층수가, 두께 방향에서 500㎚당 5층 이상이다.

Description

층상 조직을 갖는 고강도 티타늄 구리조 및 박

본 발명은 우수한 강도 및 내소성 변형성을 갖고, 특히 오토 포커스 카메라 모듈 등의 도전성 스프링재에 사용하는 데 적합한 티타늄 구리, 티타늄 구리의 제조 방법, 신동품, 전자 기기 부품 및 오토 포커스 카메라 모듈에 관한 것이다.

휴대 전화의 카메라 렌즈부에는 오토 포커스 카메라 모듈이라고 불리는 전자 부품이 사용된다. 휴대 전화의 카메라의 오토 포커스 기능은, 오토 포커스 카메라 모듈에 사용되는 재료의 스프링력에 의해, 렌즈를 일정 방향으로 움직이게 함과 함께, 주위에 감긴 코일에 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 전자력에 의해, 렌즈를 재료의 스프링력이 작용하는 방향과는 반대 방향으로 움직이게 한다. 이와 같은 기구에서 카메라 렌즈가 구동하여 오토 포커스 기능이 발휘된다(예를 들어, 특허문헌 1, 2).

따라서, 오토 포커스 카메라 모듈에 사용되는 구리 합금박에는, 전자력에 의한 재료 변형에 견딜 수 있을 정도의 스프링 강도가 필요해진다. 스프링 강도가 낮으면, 전자력에 의한 변위에 재료가 견딜 수 없고, 영구 변형(소성 변형)이 발생하여 전자력을 제하한 후 초기의 위치로 복귀되지 않는다. 소성 변형이 발생하면, 일정한 전류를 흐르게 한 때, 렌즈를 원하는 위치로 이동할 수 없어 오토 포커스 기능이 발휘되지 않는다.

오토 포커스 카메라 모듈에는, 박 두께 0.1㎜ 이하이고, 1100㎫ 이상의 인장 강도 또는 0.2％ 내력을 갖는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박이 사용되어 왔다.

그러나, 근년의 비용 절감 요구에 의해, Cu-Ni-Sn계 구리 합금보다 비교적 재료 가격이 저렴한 티타늄 구리박이 사용되게 되고, 그 수요는 증가되어 가고 있다.

한편, 티타늄 구리박의 강도는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박보다 낮아, 소성 변형이 발생하는 문제가 있기 때문에, 그 고강도화가 요망되고 있다.

티타늄 구리의 강도를 높이는 수단으로서는, 예를 들어 특허문헌 3, 4에 기재된 것이 있다. 특허문헌 3에는 티타늄 구리의 제조 공정을 용체화 처리, 아시효 처리, 냉간 압연, 시효 처리로 하고, 용체화 처리 후의 열처리를 2단계로 나눔으로써, 스피노달 분해에 의한 Ti 농도의 폭(농담)을 크게 하여, 강도와 굽힘 가공성의 밸런스를 향상시키는 방법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 4에서는 티타늄 구리의 제조 공정을 용체화 처리, 예비 시효 처리, 시효 처리, 마무리 압연, 변형 제거 어닐링으로 함으로써, 마찬가지로 Ti 농도의 변동을 크게 하는 것이 유효라고 기재되어 있다.

기타, 티타늄 구리의 강도를 더 개선하는 기술로서는, 특허문헌 5 내지 8에 기재된 것 등이 있다. 특허문헌 5에서는 최종 재결정 어닐링으로 평균 결정 입경을 조정하고, 그 후, 냉간 압연, 시효 처리를 순차 행하는 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 6에서는 고용화 처리 후에, 냉간 압연, 시효 처리, 냉간 압연을 순차 행하는 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 7에서는, 열간 압연 및 냉간 압연을 행한 후, 750 내지 1000℃의 온도 영역에서 5초 내지 5분간 유지하는 용체화 처리를 행하고, 이어서, 압연율 0 내지 50％의 냉간 압연, 300 내지 550℃의 시효 처리 및 압연율 0 내지 30％의 마무리 냉간 압연을 순차 행함으로써 판면에 있어서의 {420}의 X선 회절 강도를 조정하는 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 8에서는, 제1 용체화 처리, 중간 압연, 최종의 용체화 처리, 어닐링, 최종의 냉간 압연 및 시효 처리를 소정의 조건에서 순차 행함으로써 압연면에 있어서의 {220}의 X선 회절 강도의 반값 폭을 조정하는 방법이 제안되어 있다.

또한, 강도를 높게 하는 것에 더하여, 소성 변형의 발생을 억제하기 위해, 특허문헌 9에서는, 열간 압연 및 냉간 압연을 행한 후, 용체화 처리, 압하율 55％ 이상의 냉간 압연, 200 내지 450℃의 시효 처리, 압하율 35％ 이상의 냉간 압연을 순차적으로 행하여, 구리 합금박의 표면 조도를 제어하는 것이 기재되어 있고, 또한 특허문헌 10에서는 열간 압연 및 냉간 압연을 행한 후, 용체화 처리, 압하율 55％ 이상의 냉간 압연, 200 내지 450℃의 시효 처리, 압하율 50％ 이상의 냉간 압연, 필요에 따라 변형 제거 어닐링을 순차적으로 행하여, 용체화 처리 후의 냉간 압연의 압하율을 제어함으로써, I(220)/I(311)을 제어하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 9 및 특허문헌 10에 기재된 티타늄 구리박에 있어서는, 압연 방향에 평행한 방향에서의 0.2％ 내력에 대하여 1100㎫ 이상이 달성 가능하다고 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 11에서는 800 내지 1000℃에서 두께 5 내지 20㎜까지 열간 압연한 후, 가공도 30 내지 99％의 냉간 압연을 행하고, 400 내지 500℃의 평균 승온 속도를 1 내지 50℃/초로 하여 500 내지 650℃의 온도대에 5 내지 80초간 유지함으로써 연화도 0.25 내지 0.75의 예비 어닐링을 실시하고, 가공도 7 내지 50％의 냉간 압연을 행하고, 이어서, 700 내지 900℃에서 5 내지 300초간의 용체화 처리 및 350 내지 550℃에서 2 내지 20시간의 시효 처리를 행함으로써, 영률을 작게 하는 것이 각각 제안되어 있다.

또한, 조직 제어에 주목한 기술로서, 특허문헌 12에서는, Ti을 0.5mass％ 이상 3.5mass％ 이하의 범위 내에서 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 티타늄 구리에 있어서 냉간 또는 온간에서 압하율 90％ 초과의 마무리 압연, 시효 처리를 행함으로써, 시효 처리 후에 라멜라상 조직이 형성되어, 강도와 도전율의 밸런스를 향상시키는 방법이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 제2004-280031호 공보 일본 특허 공개 제2009-115895호 공보 일본 특허 공개 제2015-098622호 공보 일본 특허 공개 제2015-127438호 공보 일본 특허 제4001491호 공보 일본 특허 제4259828호 공보 일본 특허 공개 제2010-126777호 공보 일본 특허 공개 제2011-208243호 공보 일본 특허 제5723849호 공보 일본 특허 제5526212호 공보 일본 특허 공개 제2014-074193호 공보 일본 특허 공개 제2014-173145호 공보

특허문헌 3, 4에서는 티타늄 구리의 강도 및 굽힘 가공성의 향상을 주된 목적으로 하고 있고, 소성 변형의 문제에 대해서는 주목되어 있지 않다. 또한, 특허문헌 3이나 특허문헌 4에 기재된 티타늄 구리는 강도가 900 내지 1200㎫ 정도이기 때문에, 오토 포커스 모듈 등, 높은 강도가 필요해지는 용도에서의 사용에는 견딜 수 없을 가능성이 있다.

특허문헌 5 내지 8의 명세서 중에 기재된 실시예 및 비교예 중에는, 1100㎫ 이상의 0.2％ 내력을 갖는 티타늄 구리도 몇개 볼 수 있다. 그러나, 특허문헌 5 내지 8에서 제안된 종래 기술에서는, 재료에 하중을 가하여 변형시킨 후 하중을 제거하면, 소성 변형이 발생하기 때문에, 단순히 고강도인 것만으로는 오토 포커스 카메라 모듈 등의 도전성 스프링재로서 사용할 수 없음을 알 수 있었다.

특허문헌 9 내지 11은 소성 변형의 문제에 주목하여, 소성 변형의 발생을 억제하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 박 두께가 비교적 얇은 것에 대해서는, 특허문헌 9 내지 11의 제안 기술에서는, 그 효과가 기대한 만큼으로는 발휘되지 않음을 알 수 있었다. 즉, 특허문헌 9 내지 11의 제안 기술은, 박 두께가 어느 정도 두꺼운 것에는 큰 효과가 발휘되기는 하지만, 박 두께가 얇은 것에는 박 두께가 두꺼운 것으로부터 예측되는 만큼의 충분한 효과가 발휘되지 않음을 알 수 있었다.

또한, 특허문헌 12에서는, 라멜라 조직에 의해 강도가 증가한다는 기재가 있지만, 특허문헌 12에 기재된 티타늄 구리는 강도가 낮아지는 경우가 있고, 더 높은 강도가 필요해지는 용도에서는 재료가 파단되어 버리기 때문에, 스프링으로서 기능하지 않게 된다는 문제가 있다. 따라서, 강도와 소성 변형의 억제의 양립의 관점에서는 부적절하다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하는 것을 과제로 하는 것이고, 스프링으로서 사용한 때의 필요한 높은 강도를 가짐과 함께, 소성 변형이 작고, 오토 포커스 카메라 모듈 등의 전자 기기 부품에 사용되는 도전성 스프링재로서 적합하게 사용할 수 있는 티타늄 구리, 티타늄 구리의 제조 방법, 신동품, 전자 기기 부품 및 오토 포커스 카메라 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 소성 변형에 미치는 금속 조직의 영향을 조사한 결과, 금속 조직에 있어서의 소정의 Cu와 Ti의 미세한 층상 조직이 소성 변형의 억제와 고강도화에 유효한 것을 알아냈다. 또한, 이와 같은 Cu와 Ti의 미세한 층상 조직은, 주조 시의 응고 속도의 조정에 의해 얻어지는 것을 알아냈다.

이와 같은 지견 하에, 본 발명의 티타늄 구리는, Ti을 1.5 내지 5.0질량％로 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 방향에 평행한 단면을 STEM-EDX로 두께 방향을 따라 분석하여 얻어지는 Ti 농도 곡선에 있어서, Ti 농도가 Ti 농도 곡선에 있어서의 Ti 농도의 평균값 미만인 저농도 Ti층과, Ti 농도가 Ti 농도 곡선에 있어서의 Ti 농도의 평균값 이상인 고농도 Ti층이, 두께 방향으로 교대로 존재하는 Cu 및 Ti의 층상 조직을 갖고, 상기 압연 방향에 평행한 단면 내에서, 고농도 Ti층의 층수가, 두께 방향에서 500㎚당 5층 이상인 것이다.

여기서, 본 발명의 티타늄 구리에서는, 두께 방향에서 500㎚당의 상기 고농도 Ti층의 층수가 5층 내지 100층인 것이 바람직하다.

본 발명의 티타늄 구리는, 압연 방향에 평행한 방향의 인장 강도가 1100㎫ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 티타늄 구리는, Ag, B, Co, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, P, Si, Cr 및 Zr에서 선택되는 1종 이상의 원소를, 총량으로 0 내지 1.0질량％ 더 함유할 수 있다.

본 발명의 신동품은, 상기한 어느 티타늄 구리를 구비한 것이다.

또한, 본 발명의 전자 기기 부품은, 상기한 어느 티타늄 구리를 구비한 것이다. 여기서는, 전자 기기 부품이 오토 포커스 카메라 모듈인 것이 적합하다.

본 발명의 오토 포커스 카메라 모듈은, 렌즈와, 이 렌즈를 광축 방향의 초기 위치로 탄성 가압하는 스프링 부재와, 이 스프링 부재의 가압력에 저항하는 전자력을 생기하여 상기 렌즈를 광축 방향으로 구동 가능한 전자 구동 수단을 구비하고, 상기 스프링 부재가 상기한 어느 티타늄 구리인 것이다.

본 발명에 따르면, 고강도이고 또한 소성 변형이 작은 Cu-Ti계 합금을 얻을 수 있고, 이것은 오토 포커스 카메라 모듈 등의 전자 기기 부품에 사용되는 도전성 스프링재로서 적합하게 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 티타늄 구리의 압연 방향에 평행한 단면에 대하여 STEM-EDX 분석을 행하여 얻어지는 Ti 매핑도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 티타늄 구리의 압연 방향에 평행한 단면에 대하여 STEM-EDX에 의한 선분석을 행하여 얻어지는 압연 방향에 평행한 단면의 두께 방향의 Ti 농도 곡선을 도시하는 그래프의 모식도이다.
도 3은 종래의 티타늄 구리의 압연 방향에 평행한 단면에 대하여 STEM-EDX 분석을 행하여 얻어지는 Ti 매핑도이다.
도 4는 본 발명에 관한 오토 포커스 카메라 모듈을 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 4의 오토 포커스 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 오토 포커스 카메라 모듈의 동작을 도시하는 단면도이다.
도 7은 소성 변형량을 측정하는 방법을 도시하는 개략도이다.

본 발명의 일 실시 형태의 티타늄 구리는 Ti을 1.5 내지 5.0질량％로 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 박 내지 조의 형태를 이루는 것이고, 압연 방향에 평행한 단면을 STEM-EDX로 두께 방향을 따라 분석하여 얻어지는 Ti 농도 곡선에 있어서, Ti 농도가 Ti 농도 곡선에 있어서의 Ti 농도의 평균값 미만인 저농도 Ti층과, Ti 농도가 Ti 농도 곡선에 있어서의 Ti 농도의 평균값 이상인 고농도 Ti층이 교대로 존재하는 Cu 및 Ti의 층상 조직을 갖고, 상기 압연 방향에 평행한 단면 내에서, 두께 방향에서, 고농도 Ti층의 층수가 500㎚당 5층 이상이다.

(Ti 농도)

본 발명의 티타늄 구리에서는, Ti 농도를 1.5 내지 5.0질량％로 한다. 티타늄 구리는 용체화 처리에 의해 Cu 매트릭스 중으로 Ti을 고용시키고, 시효 처리에 의해 미세한 석출물을 합금 중에 분산시킴으로써, 강도 및 도전율을 상승시킨다.

Ti 농도가 1.5질량％ 미만으로 되면, 석출물의 석출이 불충분해져 원하는 강도를 얻을 수 없다. Ti 농도가 5.0질량％를 초과하면, 가공성이 열화되어, 압연 시에 재료가 균열되기 쉬워진다. 강도 및 가공성의 밸런스를 고려하면, 바람직한 Ti 농도는 2.5 내지 4.5질량％이다.

(기타의 첨가 원소)

본 발명의 일 실시 형태의 티타늄 구리에서는, Ag, B, Co, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, P, Si, Cr 및 Zr 중 1종 이상을 총량으로 0 내지 1.0질량％ 함유시킴으로써, 강도를 더 향상시킬 수 있다. 이들 원소의 합계 함유량은 0, 즉, 이들 원소를 포함하지 않아도 된다. 이들 원소의 합계 함유량의 상한을 1.0질량％로 하는 이유에 대해서는, 1.0질량％를 초과하면, 가공성이 열화되어, 압연 시에 재료가 균열되기 쉬워지기 때문이다. 강도 및 가공성의 밸런스를 고려하면, 상기 원소의 1종 이상을 총량으로 0.005 내지 0.5질량％ 함유시키는 것이 바람직하다.

(인장 강도)

본 발명의 일 실시 형태의 티타늄 구리에서는, 압연 방향에 평행한 방향의 인장 강도가, 예를 들어 1100㎫ 이상, 더욱이 1200㎫ 이상을 달성할 수 있다. 압연 방향에 평행한 방향에서의 인장 강도가 1200㎫ 이상인 것은, 오토 포커스 카메라 모듈의 도전성 스프링재로서 이용하는 데 바람직한 특성이다. 바람직한 실시 형태에서는, 압연 방향에 평행한 방향 및 수직인 방향의 인장 강도는 모두 1300㎫ 이상이고, 더욱 바람직한 실시 형태에서는 모두 1400㎫ 이상이다.

한편, 인장 강도의 상한값에 대하여, 본 발명이 목적으로 하는 강도의 점에서는 특별히 제한은 없지만, 수고 및 비용을 고려하면, 압연 방향에 평행한 방향 및 직각인 방향의 인장 강도는 일반적으로는 2000㎫ 이하이고, 전형적으로는 1800㎫ 이하이다.

본 발명에 있어서는, 티타늄 구리의 압연 방향에 평행한 방향에서의 인장 강도는 JIS Z2241:2011(금속 재료 인장 시험 방법)에 준거하여 측정한다.

(Cu 및 Ti의 층상 조직)

본 발명의 일 실시 형태의 티타늄 구리는, 도 1, 도 2에 예시한 바와 같이, 압연 방향에 평행한 단면에 대하여 주사형 투과 전자 현미경(STEM)을 사용한 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)에 의한 분석(STEM-EDX 분석)을 행한 경우, 압연 방향에 평행한 단면에, Ti 농도가 평균 농도 미만인 저농도 Ti층과, Ti 농도가 평균 농도 이상인 고농도 Ti층이, 두께 방향(도 1에서는 상하 방향)으로 교대로 존재하는 Cu와 Ti의 층상 조직을 갖는다.

이와 같은 Cu와 Ti의 층상 조직이 압연 방향에 평행한 단면에 연속적으로 안정적으로 존재함으로써, 휨에 대한 저항이 강화되어 영구 변형이 발생하기 어려워지고, 가령 두께가 0.1㎜ 이하인 얇은 구리박이라도, 소성 변형을 유효하게 억제할 수 있다고 생각되지만, 본 발명은 이와 같은 이론에 한정되는 것은 아니다.

이 「층상 조직」이란, 농도 Ti층과 고농도 Ti층이 교대로 존재하는 조직이고, 각각의 층이 압연 방향으로 50㎚ 이상 연결되는 것으로서 정의된다. 또한, 압연 방향에 대한 층의 길이가 50㎚ 미만인 것은 반점 조직이라고 정의된다.

한편, 종래의 티타늄 구리는, 도 3에 도시한 바와 같이, 압연 방향에 평행한 단면에, Ti 농도가 높은 부분과 낮은 부분이 불연속이고 또한 반점상으로 분포되어 있고, 또한 두께 방향의 Ti 농도의 복수의 피크값은 대략 균일하다. 이 경우, 두께가 얇은 것에서는, 조직이 불연속이기 때문에, 휨에 대한 대항이 그만큼 강하지 않고, 탄성한 내에서의 영구 변형이 발생하기 쉬워지기 때문에, 소성 변형을 충분히 억제할 수 없다고 생각된다.

또한, Cu와 Ti의 층상 조직을 나타내는 지표로서는, 두께 방향의 저농도 Ti층 및 고농도 Ti층의 각각의 층수를 규정할 수 있다. 이 분석도 STEM-EDX 분석에 의해 행한다. STEM-EDX로 압연 방향에 평행한 단면을 두께 방향으로 선분석하면, Ti 농도의 대소에 의해, 측정점마다의 Ti 농도가 변화된다. 본 발명에 있어서는, 1시야(배율 1,000,000배, 관찰 시야: 140㎚×140㎚)에 있어서의 Ti 농도를 측정하고, 도 2에 도시한 바와 같은 두께 방향의 거리에 대한 Ti 농도 곡선을 얻는다. Ti 농도 곡선에 있어서의 고농도 Ti층과 저농도 Ti층은 JIS B0601에 규정되는 표면 성상에 대한 윤곽 곡선을 Ti 농도 곡선으로 치환하여 준용한다. 즉, 고농도 Ti층은 Ti 농도 곡선을 X축(Ti 농도 곡선에 있어서의 평균값)에 의해 분단한 때에 X축 방향에 인접하는 두 교점에 끼인 곡선 부분 중, Ti 농도 곡선의 평균값보다 Ti 농도가 커지는 상측의 부분으로서 정의한다. 또한, 저농도 Ti층은 Ti 농도 곡선을 X축(Ti 농도 곡선에 있어서의 평균값)에 의해 분단한 때에 X축 방향에 인접하는 두 교점에 끼인 곡선 부분 중, Ti 농도 곡선의 평균값보다 Ti 농도가 작아지는 하측의 부분으로서 정의한다.

그리고, 100㎚에 있어서의 각각의 층의 수를 측정하고, 이것을 두께 방향으로 어긋나게 하여 5회 반복하고, 5회의 측정값을 합계하여, 단위 측정 거리(500㎚)당의 층수를 구한다. 이 단위 측정 거리당의 층수의 측정 및 산출을 3회 반복하고, 그것들의 3회의 평균값을 각각 「저농도 Ti층의 층수」, 「고농도 Ti층의 층수」라고 한다. 또한, Cu와 Ti의 층상 조직은 압연 방향과 평행하게 발현되는 점에서, 상기한 선분석은 반드시 티타늄 구리의 두께 방향에 대하여 행한다.

상술한 바와 같이 STEM-EDX로 압연 방향에 평행한 단면의 분석·측정을 행한 경우, 본 발명의 티타늄 구리는, 압연 방향에 평행한 단면에 있어서의 고농도 Ti층의 층수가, 500㎚당 5층 이상이고, 또한 10층 이상인 것이 바람직하고, 특히 20층 이상인 것이 보다 한층 바람직하다. 고농도 Ti층의 층수가 지나치게 적은 경우, 강도와 소성 변형의 억제를 양립하는 것이 곤란해진다. 한편, 층수가 지나치게 많은 것에 의한 단점은 없지만, 일정 이상의 층수를 초과하면 강도의 상승 혹은 소성 변형의 억제의 효과가 포화되기 쉬워지는 경향이 보인 점에서, 일반적으로는 5층 내지 100층 사이로 제어한다.

(티타늄 구리의 두께)

본 발명의 티타늄 구리는, 예를 들어 두께가 0.1㎜ 이하이고, 전형적인 실시 형태에서는 두께가 0.018㎜ 내지 0.08㎜이고, 보다 전형적인 실시 형태에서는 두께가 0.02㎜ 내지 0.06㎜이다.

(제조 방법)

상술한 바와 같은 티타늄 구리를 제조하기 위해서는, 먼저 용해로에서 전기 구리, Ti 등의 원료를 용해하여, 원하는 조성의 용탕을 얻는다. 그리고, 이 용탕을 주형의 주조 공간에 공급하고, 여기서 잉곳에 주조한다. 티타늄의 산화 마모를 방지하기 위해, 용해 및 주조는 진공 중 또는 불활성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.

여기서, 상술한 티타늄 구리의 Cu와 Ti의 층상 조직을 얻기 위해, 잉곳의 두께에 대한, 주형의 주조 공간을 둘러싸는 주위벽 부분의 두께의 비(「주형/잉곳 두께비」라고도 함)를 조정하는 것이 긴요하다. 이 비를 조정함으로써, 잉곳의 냉각 속도를 제어할 수 있다.

주형/잉곳 두께비는 목적의 조직이 얻어지도록 적절히 변경할 수 있지만, Cu와 Ti의 층상 조직에 기초로 하는 우수한 강도와 내소성 변형성을 실현하기 위해, 주형/잉곳 두께비를 0.5 이상으로 하고, 특히 1.0 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 주형/잉곳 두께비의 상한은 특별히 마련하지 않지만, 지나치게 두껍게 해도 효과가 포화되는 점에서 일반적으로는 주형/잉곳 두께비는 8.0 이하로 하는 것이 바람직하다.

주형의 주위벽 부분의 두께는, 잉곳의 두께와 평행한 방향을 따라 측정하는 것으로 한다.

또한, 주형의 주위벽 부분의 재질은 내화 벽돌로 하는 것이 적합하다. 종래는, 주형의 주위벽 부분의 재질로서 주철 또는 구리를 사용하고 있었지만, 이것을 내화 벽돌로 바꿈으로써, 용탕 공급 후의 냉각 속도가 느려져, 잉곳의 냉각을 지연시킬 수 있다.

그 후, 잉곳에 대하여, 전형적으로는, 열간 압연, 냉간 압연 1, 용체화 처리, 냉간 압연 2, 시효 처리, 냉간 압연 3, 변형 제거 어닐링을 이 순으로 실시하여, 원하는 두께 및 특성을 갖는 박 혹은 조로 마무리한다. 단, 냉간 압연 3, 및／또는 변형 제거 어닐링은, 경우에 따라서는 생략 가능하다.

열간 압연 및 그 후의 냉간 압연의 조건은 티타늄 구리의 제조에서 행해지고 있는 관례적인 조건에서 행하면 충분하고, 여기서는 특별히 요구되는 조건은 없다. 또한, 용체화 처리에 대해서도 관례적인 조건이어도 상관없지만, 예를 들어 700 내지 1000℃에서 5초간 내지 30분간의 조건에서 행할 수 있다.

고강도를 얻기 위해, 용체화 처리 후에 냉간 압연 2를 행할 수 있다. 냉간 압연 2의 압하율은 90％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 95％로 하는 것이 보다 한층 바람직하다. 90％ 미만이면, 1100㎫ 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란해진다. 압하율의 상한은, 본 발명이 목적으로 하는 강도의 점에서는 특별히 제한은 없지만, 공업적으로 99.8％를 초과하는 경우는 없다.

시효 처리의 가열 온도는 200 내지 450℃로 하고, 가열 시간은 2시간 내지 20시간으로 하는 것이 바람직하다. 가열 온도가 200℃ 미만인 경우나 450℃를 초과한 경우는, 1100㎫ 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란해진다. 가열 시간이 2시간 미만인 경우나 20시간을 초과하는 경우는, 1100㎫ 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란해진다.

목적으로 하는 강도에 따라서는, 시효 처리 후에 냉간 압연 3을 행할 수 있다. 냉간 압연 3의 압하율은 35％ 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50％ 이상, 더욱 바람직하게는 70％ 이상이다. 또한, 이 냉간 압연 3이 불필요한 경우에는 생략할 수도 있다.

또한, 잔류 변형의 제거 등의 목적에 맞추어 냉간 압연 3 후에 200 내지 500℃에서 1 내지 5min의 변형 제거 어닐링을 행할 수 있고, 불필요한 경우에는 생략할 수도 있다.

또한 일반적으로, 열 처리 후에는, 표면에 생성된 산화 피막 또는 산화물층을 제거하기 위해, 표면의 산세나 연마 등을 행한다. 본 발명에서도 열 처리 후에 표면의 산세나 연마 등을 행하는 것도 가능하다.

(용도)

본 발명에 관한 티타늄 구리는, 한정적이지는 않지만, 스위치, 커넥터, 잭, 단자, 릴레이 등의 전자 기기용 부품의 재료로서 적합하게 사용할 수 있고, 특히 오토 포커스 카메라 모듈 등의 전자 기기 부품에 사용되는 도전성 스프링재로서 적합하게 사용할 수 있다.

오토 포커스 카메라 모듈은 일 실시 형태에 있어서, 렌즈와, 이 렌즈를 광축 방향의 초기 위치로 탄성 가압하는 스프링 부재와, 이 스프링 부재의 가압력에 저항하는 전자력을 생기하여 상기 렌즈를 광축 방향으로 구동 가능한 전자 구동 수단을 구비한다. 전자 구동 수단은 예시적으로는, コ자형 원통 형상의 요크와, 요크의 내부벽의 내측에 수용되는 코일과, 코일을 둘러쌈과 함께 요크의 외주벽의 내측에 수용되는 마그네트를 구비할 수 있다.

도 4는 본 발명에 관한 오토 포커스 카메라 모듈의 일례를 도시하는 단면도이고, 도 5는 도 4의 오토 포커스 카메라 모듈의 분해 사시도이고, 도 6은 도 4의 오토 포커스 카메라 모듈의 동작을 도시하는 단면도이다.

오토 포커스 카메라 모듈(1)은 コ자형 원통 형상의 요크(2)와, 요크(2)의 외벽에 설치되는 마그네트(4)와, 중앙 위치에 렌즈(3)를 구비하는 캐리어(5)와, 캐리어(5)에 장착되는 코일(6)과, 요크(2)가 장착되는 베이스(7)와, 베이스(7)를 지지하는 프레임(8)과, 캐리어(5)를 상하에서 지지하는 2개의 스프링 부재(9a, 9b)와, 이들 상하를 덮는 2개의 캡(10a, 10b)을 구비하고 있다. 2개의 스프링 부재(9a, 9b)는 동일품이고, 동일한 위치 관계로 캐리어(5)를 상하로부터 끼워 지지함과 함께, 코일(6)로의 급전 경로로서 기능하고 있다. 코일(6)에 전류를 인가함으로써 캐리어(5)는 상방으로 이동한다. 또한, 본 명세서에 있어서는, 상 및 하의 문언을 적절히 사용하지만, 도 4에 있어서의 상하를 가리키고, 상은 카메라부터 피사체를 향하는 위치 관계를 나타낸다.

요크(2)는 연철 등의 자성체이고, 상면부가 폐쇄된 コ자형의 원통 형상을 이루고, 원통형의 내벽(2a)과 외벽(2b)을 갖는다. コ자형의 외벽(2b)의 내면에는 링상의 마그네트(4)가 장착(접착)된다.

캐리어(5)는 저면부를 가진 원통 형상 구조의 합성 수지 등에 의한 성형품이고, 중앙 위치에서 렌즈를 지지하고, 저면 외측 상에 미리 성형된 코일(6)이 접착되어 탑재된다. 직사각형 상 수지 성형품의 베이스(7)의 내주부에 요크(2)를 끼워 맞추어 내장하고, 또한 수지 성형품의 프레임(8)으로 요크(2) 전체를 고정한다.

스프링 부재(9a, 9b)는 모두 최외주부가 각각 프레임(8)과 베이스(7)에 끼워져 고정되고, 내주부 120°마다의 절결 홈부가 캐리어(5)에 끼워 맞추어지고, 열 코오킹 등으로 고정된다.

스프링 부재(9b)와 베이스(7) 및 스프링 부재(9a)와 프레임(8) 사이는 접착 및 열 코오킹 등으로 고정되고, 또한 캡(10b)은 베이스(7)의 저면에 설치하고, 캡(10a)은 프레임(8)의 상부에 설치되고, 각각 스프링 부재(9b)를 베이스(7)와 캡(10b) 사이에, 스프링 부재(9a)를 프레임(8)과 캡(10a) 사이에 끼워 넣어 고착하고 있다.

코일(6)의 한쪽의 리드선은 캐리어(5)의 내주면에 마련한 홈 내를 통해 상방으로 연신되고, 스프링 부재(9a)에 납땜한다. 다른 쪽의 리드선은 캐리어(5) 저면에 마련한 홈 내를 통해 하방으로 연신되고, 스프링 부재(9b)에 납땜한다.

스프링 부재(9a, 9b)는 본 발명에 관한 티타늄 구리의 판 스프링이다. 스프링성을 갖고, 렌즈(3)를 광축 방향의 초기 위치로 탄성 가압한다. 동시에, 코일(6)로의 급전 경로로서도 작용한다. 스프링 부재(9a, 9b)의 외주부의 1개소는 외측으로 돌출시켜, 급전 단자로서 기능시키고 있다.

원통상의 마그네트(4)는 레이디얼(직경) 방향으로 자화되어 있고, コ자 형상 요크(2)의 내벽(2a), 상면부 및 외벽(2b)을 경로로 한 자로를 형성하고, 마그네트(4)와 내벽(2a) 사이의 갭에는 코일(6)이 배치된다.

스프링 부재(9a, 9b)는 동일 형상이고, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 동일한 위치 관계로 설치되어 있으므로, 캐리어(5)가 상방으로 이동한 때의 축 어긋남을 억제할 수 있다. 코일(6)은 권선 후에 가압 성형하여 제작하므로, 마무리 외경의 정밀도가 향상되고, 소정의 좁은 갭에 용이하게 배치할 수 있다. 캐리어(5)는 최하 위치에서 베이스(7)에 부딪히고, 최상 위치에서 요크(2)에 부딪히므로, 상하 방향으로 충돌 기구를 구비하게 되어, 탈락하는 것을 방지하고 있다.

도 6은 코일(6)에 전류를 인가하여, 오토 포커스용으로 렌즈(3)를 구비한 캐리어(5)를 상방으로 이동시킨 때의 단면도를 도시하고 있다. 스프링 부재(9a, 9b)의 급전 단자에 전압이 인가되면, 코일(6)에 전류가 흘러 캐리어(5)에는 상방으로의 전자력이 작용한다. 한편, 캐리어(5)에는 연결된 2개의 스프링 부재(9a, 9b)의 복원력이 하방으로 작용한다. 따라서, 캐리어(5)의 상방으로의 이동 거리는 전자력과 복원력이 균형잡힌 위치로 된다. 이에 의해, 코일(6)에 인가하는 전류량에 따라, 캐리어(5)의 이동량을 결정할 수 있다.

상측 스프링 부재(9a)는 캐리어(5)의 상면을 지지하고, 하측 스프링 부재(9b)는 캐리어(5)의 하면을 지지하고 있으므로, 복원력은 캐리어(5)의 상면 및 하면에서 균등하게 하방으로 작용하게 되어, 렌즈(3)의 축 어긋남을 작게 억제할 수 있다.

따라서, 캐리어(5)의 상방으로의 이동 시에, 리브 등에 의한 가이드는 필요없어, 사용하고 있지 않다. 가이드에 의한 미끄럼 이동 마찰이 없으므로, 캐리어(5)의 이동량은 순수하게 전자력과 복원력의 균형으로 지배되게 되어, 원활하고 정밀도 좋은 렌즈(3)의 이동을 실현하고 있다. 이로써 렌즈 떨림이 적은 오토 포커스를 달성하고 있다.

또한, 마그네트(4)는 원통 형상으로 하여 설명했지만, 이것에 구애되는 것은 아니고, 3 내지 4분할하여 레이디얼 방향으로 자화하고, 이것을 요크(2)의 외벽(2b)의 내면에 첩부하여 고착해도 된다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 나타내지만, 이들 실시예는 본 발명 및 그 이점을 더 쉽게 이해하기 위해 제공하는 것이며, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

표 1에 나타내는 합금 성분을 함유하여 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 합금을 실험 재료로 하여, 합금 성분 및 제조 조건이 인장 강도 및 소성 변형에 미치는 영향을 조사했다.

<제조 조건>

먼저, 진공 용해로에서 전기 구리 2.5㎏을 용해하고, 표 1에 기재된 합금 조성이 얻어지도록 합금 원소를 첨가했다. 이 용탕을 이하에 나타내는 주형에 주입하고, 두께 30㎜, 폭 60㎜, 길이 120㎜의 잉곳을 제조했다. 이 잉곳을, 다음의 공정순으로 가공하여, 표 1에 기재된 소정의 두께를 갖는 제품 시료를 제작했다.

(1) 용해 주조: 주조 온도는 1300℃로 하고, 주형은 내화 벽돌, 주철, 구리에서 선택하여, 주조 시의 냉각 속도를 변화시켰다. 냉각 속도는 빠른 순으로 구리, 주철, 내화 벽돌이다. 주형/잉곳 두께비는 표 1에 나타내는 바와 같이 했다.

(2) 열간 압연: 상기한 잉곳을 다시 950℃에서 3시간 가열하고, 두께 10㎜까지 압연했다.

(3) 연삭: 열간 압연으로 생성한 산화 스케일을 그라인더로 제거했다. 연삭 후의 두께는 9㎜였다.

(4) 냉간 압연 1: 압하율에 따라 소정의 두께까지 압연했다.

(5) 용체화 처리: 800℃로 승온한 전기로(1)에 시료를 장입하고, 5분간 유지한 후, 시료를 수조에 넣고 급냉각했다.

(6) 냉간 압연 2: 후술하는 냉간 압연 3을 실시하지 않은 것에 대해서는, 표 1에 나타내는 압하율로 표 1에 나타내는 제품 두께까지 압연했다.

(7) 시효 처리: 표 1에 나타내는 조건 하에, Ar 분위기 중에서 가열했다.

(8) 냉간 압연 3: 냉간 압연 3을 실시한 것에 대해서는, 표 1에 나타내는 압하율로 표 1에 나타내는 제품 두께까지 압연했다. 또한, 냉간 압연 3을 실시하지 않은 것에 대해서는 「-」로 하고 있다.

(9) 변형 제거 어닐링: 냉간 압연 2 또는 냉간 압연 3을 행한 후, 400℃로 승온한 전기로에 시료를 장입하고, 10초간 유지한 후, 시료를 수조에 넣고 급냉각했다. 표 1에는 이 변형 제거 어닐링을 실시한 것에 대해서는 변형 제거 어닐링의 온도 및 시간을 기재하고, 실시하지 않은 것에 대해서는 「-」로 기재했다.

상술한 바와 같이 하여 제작한 각 제품 시료에 대하여, 다음의 평가를 행하였다.

<인장 강도>

JIS Z2241:2011에 기초하여, 인장 시험기를 사용하여 상술한 측정 방법에 따라 압연 방향과 평행한 방향의 인장 강도를 측정했다.

<소성 변형>

폭 15㎜, 길이 25㎜의 스트립 시료를 길이 방향이 압연 평행 방향으로 되도록 채취하고, 도 7과 같이, 시료의 편단을 고정하고, 이 고정단으로부터 거리 L의 위치에, 선단을 나이프 에지로 가공한 펀치를 1㎜/분의 이동 속도로 갖다 대고, 시료에 거리 d의 휨을 부여한 후, 펀치를 초기의 위치로 복귀시켜 제하했다. 제하 후, 소성 변형량 δ를 구했다.

시험 조건은 시료의 박 두께가 0.05㎜ 이하인 경우, L＝3㎜, d＝2㎜로 하고, 박 두께가 0.05㎜보다 두꺼운 경우, L＝5㎜, d＝4㎜로 했다. 또한, 소성 변형량은 0.01㎜의 분해능으로 측정하여, 소성 변형이 검출되지 않은 경우는 <0.01㎜라고 표기하고 있다.

<조직 분석>

상술한 바와 같이, 압연 방향에 평행한 단면에 대하여 STEM-EDX에 의해 관찰을 행하고, 그것에 의한 화상으로부터 층상 혹은 반점의 어느 조직인지를 판단했다. 여기서 사용한 주사형 투과 전자 현미경은 JEOL사제의 JEM-2100F이고, 측정 조건은 시료 경사 각도 0°, 가속 전압 200㎸로 했다.

또한, STEM-EDX로 압연 방향에 평행한 단면을 두께 방향으로 선분석하고, 두께 방향의 거리에 대한 Ti 농도 곡선을 얻었다.

실시예 1 내지 16은 내화 벽돌을 사용하여, 주형/잉곳비를 조정함으로써 고Ti층수가 5개 이상으로 되어, 고강도와 소성 변형의 억제를 양립했다.

비교예 1, 2는 층상 조직이 얻어졌기는 하지만, 주형이 얇고 잉곳의 냉각이 빨랐기 때문에, 고농도 Ti층의 수가 적어, 소성 변형이 발생했다.

비교예 3 및 비교예 4는 주형의 재질에 기인하여 잉곳의 냉각이 빨랐기 때문에, 조직이 층상으로 되지 않아, 소성 변형이 발생했다.

비교예 5는 모상의 Ti 농도가 적기 때문에, 강도가 낮아, 소성 변형이 발생했다.

비교예 6은 티타늄의 농도가 5％를 초과했기 때문에 열간 압연에서 균열이 발생하여, 샘플의 조제 및 강도, 소성 변형의 측정을 할 수 없었다.

비교예 7은 부성분의 합계가 1.0％를 초과했기 때문에 열간 압연에서 균열이 발생하여, 샘플의 조제 및 강도, 소성 변형의 측정을 할 수 없었다.

Claims (7)

1. Ti을 1.5 내지 5.0질량％로 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 방향에 평행한 단면을 STEM-EDX로 두께 방향을 따라 분석하여 얻어지는 Ti 농도 곡선에 있어서, Ti 농도가 Ti 농도 곡선에 있어서의 Ti 농도의 평균값 미만인 저농도 Ti층과, Ti 농도가 Ti 농도 곡선에 있어서의 Ti 농도의 평균값 이상인 고농도 Ti층이, 두께 방향으로 교대로 존재하는 Cu 및 Ti의 층상 조직을 갖고, 상기 압연 방향에 평행한 단면 내에서, 고농도 Ti층의 층수가, 두께 방향에서 500㎚당 5층 이상인, 티타늄 구리.
2. 제1항에 있어서, 상기 고농도 Ti층의 층수가 두께 방향에서 500㎚당 5층 내지 100층인, 티타늄 구리.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압연 방향에 평행한 방향의 인장 강도가 1100㎫ 이상인, 티타늄 구리.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Ag, B, Co, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, P, Si, Cr 및 Zr에서 선택되는 1종 이상의 원소를, 총량으로 0 내지 1.0질량％ 더 함유하는, 티타늄 구리.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 티타늄 구리를 구비한, 전자 기기 부품.
6. 제5항에 있어서, 전자 기기 부품이 오토 포커스 카메라 모듈인, 전자 기기 부품.
7. 렌즈와, 이 렌즈를 광축 방향의 초기 위치로 탄성 가압하는 스프링 부재와, 이 스프링 부재의 가압력에 저항하는 전자력을 생기하여 상기 렌즈를 광축 방향으로 구동 가능한 전자 구동 수단을 구비하고, 상기 스프링 부재가 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 티타늄 구리인, 오토 포커스 카메라 모듈.

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