TW202308768A - 沿層方向彎曲加工用銅條，以及電子、電氣機器用零件、母線 - Google Patents

沿層方向彎曲加工用銅條，以及電子、電氣機器用零件、母線 Download PDF

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Abstract

一種沿層方向彎曲加工用銅條(20)，係於彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下進行沿層方向彎曲加工；其特徵為：使厚度t為1mm以上10mm以下之範圍內，使強度TS為300MPa以下，包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係。

Description

沿層方向彎曲加工用銅條，以及電子、電氣機器用零件、母線
本發明係關於一種藉由沿層方向彎曲加工成形，適合作為母線等之電子、電氣機器用零件之素材之沿層方向彎曲加工用銅條，以及使用該沿層方向彎曲加工用銅條製造之電子、電氣機器用零件、母線。 本案係根據2021年7月2日於日本申請之日本特願2021-110693號案、2022年3月31日於日本申請之日本特願2022-060505號案及2022年7月1日於日本申請之日本特願2022-106850號案主張優先權，並將其內容援用於此。
以往，母線等之電子、電氣機器用零件，係使用導電性高之銅或銅合金。 在此，伴隨電子機器或電氣機器等之大電流化，導致電流密度降低及焦耳發熱所造成之熱擴散，故就使用於該等電子機器或電氣機器等之電子、電氣機器用零件而言，係運用導電率優異之無氧銅等純銅材料。
並且，就電子、電氣機器用零件而言，為了在狹小的空間中亦能夠連接，不僅是貫層方向彎曲，亦施加沿層方向彎曲加工。在此情形，係藉由使彎曲半徑R較小，於更狹窄的空間亦能夠進行連接。 然而，就以往之純銅材料而言，於成形為電子機器或電氣機器等之際所必須之彎曲加工性不充足，特別是施加沿層方向彎曲等嚴酷的加工之際會有產生破裂等之問題。
因此，於專利文獻1中揭示有一種絕緣平角銅線，其具備以使0.2%耐力為150MPa以下之無氧銅形成之平角銅線。 就專利文獻1所記載之銅輥軋板而言，因將0.2%耐力限制為150MPa以下，故能夠避免於施加沿層方向彎曲彎曲加工之際之彎曲加工部分之耐電壓特性低落之情事。
並且，於專利文獻2中揭示有一種線圈用平角絕緣導線素材，其為維持表面絕緣覆膜，對於形成在剖面之四個角落之角落部施加0.05～0.6mm之曲率半徑之倒角，算術平均粗度Ra係0.05～0.3μm，最大高度Rz係0.5～2.5μm，均方根粗度Rq與最大高度Rz之比率(Rq/Rz)係0.06～1.1。 [先前技術文獻]
[專利文獻1] 日本特開2013-004444號公報 [專利文獻2] 日本特開2012-195212號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，近年來，因電流密度之降低及焦耳發熱造成之熱擴散充分受到實現，故有使用有厚度之母線等之傾向。 在此，於平角銅線之情形，因素材較薄固沿層方向彎曲性不致惡化，故未考慮較厚素材之沿層方向彎曲性。另一方面，使用於有厚度之母線之銅材料若變得更厚，則難以進行形狀加工，因此作為切口之端面之品質容易劣化。並且，端面之面積會擴展，凹凸亦會增多，故沿層方向彎曲性會惡化。 亦即，若銅材料之厚度增加，則施加沿層方向彎曲加工之際容易於彎曲之外側產生破裂，而有成為不均勻之形狀之虞。因此，係追求能夠在比以往更嚴苛之條件下進行沿層方向彎曲之銅材料。
本發明係有鑑於前述情事而完成者，目的在於提供一種能夠在嚴苛條件下進行沿層方向彎曲之沿層方向彎曲加工用銅條，以及使用該沿層方向彎曲加工用銅條製造之電子、電氣機器用零件、母線。 [解決問題之技術手段]
為解決該課題，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係一種沿層方向彎曲加工用銅條，係於彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下進行沿層方向彎曲加工；其特徵為：使厚度t為1mm以上10mm以下之範圍內，使強度TS為300MPa以下，包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係。
依據該構成之沿層方向彎曲加工用銅條，包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係，故藉由使該端面為沿層方向彎曲之外側，即便施加彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下之嚴苛沿層方向加工之情形，亦能夠使端面充分延伸，而避免破裂或斷裂產生。並且，於施加沿層方向彎曲加工之際，不易於內部產生皺褶，而能夠獲得均一之形狀。又，本發明之端面，係往長度方向延伸並且平行於板厚方向之面。 並且，因厚度t係1mm以上10mm以下之範圍內，故能夠使電流密度之降低及焦耳發熱造成之熱擴散充分受到實現。 並且，因強度係300MPa以下，故能夠確保前述伸長率。
在此，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係較佳為：Cu之含量係99.90mass%以上。 在此情形，Cu之含量係99.90mass%以上，雜質量少，而能夠確保導電性。
並且，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係較佳為：在合計超過10massppm未達100 massppm之範圍內，含有自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上。 在此情形，因以前述範圍含有自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上，故於銅之母相中固熔有Mg，藉此不致使導電率大幅降低，便能夠使強度及耐熱性、沿層方向彎曲加工性提升，並且，藉由於Ca或Zr與Cu生成金屬間化合物，藉此不致使導電率大幅降低，便能夠使結晶粒徑細微化，而使沿層方向彎曲加工性提升。
並且，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係較佳為：導電率為97.0%IACS以上。 在此情形，因導電率係97.0%IACS以上，故能夠抑制通電時之發熱，而特別適合於電子、電氣機器用零件、母線。
並且，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係較佳為：寬度W與厚度t之比率W/t係2以上。 在此情形，因寬度W與厚度t之比率W/t係2以上，故特別適合作為電子、電氣機器用零件、母線用之素材。
並且，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係較佳為：板厚中心部之平均結晶粒徑係50μm以下。又，於本發明中，所謂板厚中心部，係板厚方向之從表面至總厚度之25%至75%之區域。 在此情形，因板厚中心部之平均結晶粒徑係50μm以下，故彎曲加工性更為優異。
並且，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係較佳為：前述斷裂伸長率之標準差係5.0%以下。在此，該5.0%並非對於斷裂伸長率之數值之比率，而是表示斷裂伸長率之值本身。 在此情形，因包含端面之斷裂伸長率之不均夠小，而包含端面之伸長率穩定且優異，故藉由使該端面為沿層方向彎曲之外側，即便在施加彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下之嚴苛沿層方向加工之情形，亦能夠進一步避免破裂或斷裂產生。
並且，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係較佳為：Ag濃度係在5massppm以上20massppm以下之範圍內。 在此情形，Ag濃度係前述範圍內，故所添加之Ag於晶界附近偏析，而妨礙於晶界之原子移動，而能夠使結晶粒徑細微化。藉此，能夠獲得更為優異之沿層方向彎曲加工性。
並且，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係較佳為：H濃度係10massppm以下，O濃度係500massppm以下，C濃度係10massppm以下，S濃度係10 massppm以下。 在此情形，因H濃度、O濃度、C濃度、S濃度如前述般受到限制，故能夠避免缺陷產生，並且能夠抑制加工性及導電率之低落。
並且，本發明之一形態之沿層方向彎曲加工用銅條，係較佳為：係前述端面形成為縫隙面之縫隙材料。 在此情形，因端面受到縫隙加工而形成為縫隙面，故藉由使該端面(縫隙面)為沿層方向彎曲之外側，即便在施加彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下之嚴苛沿層方向加工之情形，亦能夠充分避免破裂或斷裂產生。
本發明之一形態之電子、電氣機器用零件，其特徵為：使用前述沿層方向彎曲加工用銅條製造。 該構成之電子、電氣機器用零件，因使用前述般之彎曲加工性優異之沿層方向彎曲加工用銅條製造，故能夠避免破裂等產生，而品質優異。
本發明之一形態之母線，其特徵為：使用前述沿層方向彎曲加工用銅條製造。 該構成之母線，因使用前述般之彎曲加工性優異之沿層方向彎曲加工用銅條製造，故能夠避免破裂等產生，而品質優異。
在此，本發明之一形態之母線，亦可為：於通電部形成有鍍敷層。 在此情形，因在與其他構件接觸並通電之通電部形成有鍍敷層，故能夠抑制氧化等，而能夠將與其他構件之接觸電阻抑制為較低。
並且，本發明之一形態之母線，係較佳為：具備沿層方向彎曲部及絕緣被覆部。 在此情形，因包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係，故能夠抑制於沿層方向彎曲部產生破裂等缺陷，而能夠抑制絕緣被覆部之損傷。 [發明之效果]
依據本發明之前述態樣，可提供一種能夠在嚴苛條件下進行沿層方向彎曲之沿層方向彎曲加工用銅條，以及使用該沿層方向彎曲加工用銅條製造之電子、電氣機器用零件、母線。
以下，係針對本發明之一實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條，以及電子、電氣機器用零件、母線進行說明。
首先，針對本實施形態之母線10進行說明。本實施形態之母線10，係如圖1A所示，設有沿層方向彎曲部13。 並且，本實施形態之母線10，係如圖1B所示，具備沿層方向彎曲加工用銅條20、形成於沿層方向彎曲加工用銅條20之表面之鍍敷層15、被覆沿層方向彎曲加工用銅條20之絕緣被覆部17。 本實施形態之母線10，係對於後述之沿層方向彎曲加工用銅條20進行沿層方向彎曲加工而藉此製造。在此，沿層方向彎曲加工之條件，係彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下。雖未特別限定，彎曲半徑R與寬度W之比率R/W係0.05以上亦可。
本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，係使厚度t為1mm以上10mm以下之範圍內。 並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，係強度TS為300MPa以下。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，係：包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係。 亦即，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，係在藉由使端面殘留於單側，且另一測具有JIS Z 2241所規範之14B號試驗片之形狀，寬度b 0對於厚度係寬度b 0/厚度t≧5之試驗片進行拉伸試驗之際，斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係。
又，於本實施形態中，沿層方向彎曲加工用銅條20，係受到縫隙加工，端面形成為縫隙面為佳。 並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，較佳為：寬度W與厚度t之比率W/t係2以上。
在此，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，較佳為：Cu之含量係99.90mass%以上。 並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，亦可為：在合計超過10massppm未達100massppm之範圍內，含有自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，較佳為：Ag濃度係在5massppm以上20massppm以下之範圍內。 並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，較佳為：H濃度係10massppm以下，O濃度係500massppm以下，C濃度係10massppm以下，S濃度係10massppm以下。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，較佳為：導電率為97.0%IACS以上。 並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，較佳為：板厚中心部之平均結晶粒徑係50μm以下。又，所謂板厚中心部，係板厚方向之從表面至總厚度之25%至75%之區域。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，較佳為：前述斷裂伸長率之標準差係5.0%以下。
在此，針對本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，如前述般界定形狀、成分組成、組織、各種特性之理由，於以下進行說明。
(厚度t) 本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，因使厚度t係1mm以上，故能夠使電流密度之降低及焦耳發熱造成之熱擴散充分受到實現。 另一方面，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，因使厚度t係10mm以下，故於施加沿層方向彎曲加工之際，不易於內部產生皺褶，而能夠成形為均一之形狀。 又，沿層方向彎曲加工用銅條20之厚度t之下限，係1.2mm以上為佳，係1.5mm以上更佳。另一方面，沿層方向彎曲加工用銅條20之厚度t之上限，係9.0mm以下為佳，係8.0mm以下更佳。 (寬度W) 本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，因使寬度W充分寬廣，故能夠用於大電流、大電壓，且能夠抑制因通電導致之發熱。在此，沿層方向彎曲加工用銅條20之寬度W，係10mm以上為佳，係15mm以上更佳，係20mm以上又更佳。並且，雖未特別限定，沿層方向彎曲加工用銅條20之寬度W係60mm以下亦可。
(包含端面之斷裂伸長率) 本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，因包含端面之斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係，故藉由使該端面為沿層方向彎曲之外側，能夠避免沿層方向彎曲加工時之破裂或斷裂產生。在此，包含端面之斷裂伸長率，係能夠使用圖2所示之試驗片進行拉伸試驗而藉此測定。又，圖2所示之試驗片之形狀，係如以下所示。 S 0：平行部之剖面積 L 0：原標點距離 L 0=5.65√S 0L C：平行部之長度  平行部之長度之範圍：L 0+2√S 0b 0：寬度 t：厚度 R：肩部之半徑
(強度) 本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，係強度TS為300MPa以下，藉此不致使導電率下降，便能夠確保伸長率。 又，於本實施形態中，沿層方向彎曲加工用銅條20之強度TS，係290MPa以下為佳，係285MPa以下更佳，係280MPa以下最佳。雖未特別限定，沿層方向彎曲加工用銅條20之強度TS係150MPa以上亦可。
(包含端面之斷裂伸長率之標準差) 在從本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，採集複數個圖2所示之試驗片，測定包含端面之斷裂伸長率之際，於包含端面之斷裂伸長率之標準差係5.0以下之情形，包含端面之斷裂伸長率穩定，故藉由使該端面為沿層方向彎曲之外側，能夠確實避免沿層方向彎曲加工時之破裂或斷裂產生。 又，本實施形態，係從沿層方向彎曲加工用銅條20採集5個以上之試驗片，測定包含端面之斷裂伸長率，並算出標準差為佳。 並且，包含端面之斷裂伸長率之標準差，係3.0%以下更佳，係2.0%以下又更佳，係1.7%以下再更佳。
(Cu) 本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，係Cu之含量越高，相對上雜質濃度越少，則導電率越高。因此，本實施形態，Cu之含量係99.90mass%以上為佳。 又，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，為使導電率進一步提升，使Cu之含量係99.93mass%以上更佳，係99.95mass%以上又更佳。
(自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上) Mg係具有藉由固熔於銅之母相中，不致使導電率大幅降低便能夠使強度提升之作用效果之元素。並且，藉由使Mg固熔於母相中，能夠使強度及耐熱性提升。並且，藉由添加Mg，能夠使組織均勻化、加工硬化能提升，而使沿層方向彎曲之加工性提升。因此，為使強度、耐熱性、沿層方向彎曲加工性等提升，添加Mg亦可。 並且，於添加Ca或Zr之情形，係於母相內生成銅及金屬間化合物，不致使導電率大幅降低，便能夠使組織均勻化、結晶粒徑細微化，並使加工硬化能、沿層方向彎曲加工性進一步提升。因此，為使沿層方向彎曲加工性等提升，添加Ca或Zr亦可。
在此，以超過10massppm之合計含量含有自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上，則能夠獲得前述之作用效果。另一方面，以未達100massppm之合計含量含有自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上，則能夠避免導電性降低之情事。 因此，於本實施形態，在添加自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上之情形，以超過10massppm未達100massppm之合計含量含有自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上為佳。
又，為使強度、耐熱性、沿層方向彎曲加工性等進一步提升，使自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上之合計含量之下限係20massppm以上更佳，係30massppm以上又更佳，係40massppm以上再更佳。另一方面，為進一步避免導電率降低，使自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上之合計含量之上限係未達90massppm更佳，係未達80massppm又更佳，係未達70massppm再更佳。
(Ag) 微量添加於銅中之Ag，會於晶界附近偏析。藉此，能夠妨礙於晶界之原子移動，使結晶粒徑細微化，而能夠獲得更為優異之彎曲加工性。 在此，藉由使Ag濃度為5massppm以上，則能夠獲得前述之作用效果。另一方面，藉由使Ag之含量為20 massppm以下，則能夠避免導電性降低之情事，並且能夠抑制製造成本之增加。 因此，本實施形態，於含有Ag之情形，使Ag濃度係5massppm以上20massppm以下為佳。
又，為確實使結晶粒徑細微化，使Ag濃度之下限係6massppm以上更佳，係7massppm以上更佳，8massppm以上又更佳。另一方面，為進一步避免導電率降低及進一步抑制製造成本之增加，使Ag濃度之上限係18massppm以下更佳，係16massppm以下又更佳，係14massppm以下再更佳。
(H) H(氫)係於鑄造時與O(氧)鍵結而成為水蒸氣，導致於鑄塊中產生氣孔缺陷之元素。該氣孔缺陷，會成為於鑄造時產生破裂，於輥軋時產生膨脹及剝落等之缺陷之原因。該等破裂、膨脹及剝落等之缺陷，會成為應力集中並破壞之起點。 因此，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，使H濃度係10massppm以下為佳。 又，H濃度係4massppm以下更佳，係2massppm以下又更佳。
(O) O(氧)係與銅合金中之各成分元素反應而形成氧化物之元素。該等氧化物會成為破壞之起點，故會導致加工性低落，使製造發生困難。 因此，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，使O濃度係500massppm以下為佳。 又，O濃度係400massppm以下更佳，係200massppm以下又更佳，係100massppm以下再更佳，更有甚者，係50massppm以下為佳，係20massppm以下最佳。
(C) C(碳)係以熔液之脫氧作用為目的，於熔解、鑄造之際以被覆熔液表面的方式使用，而無法避免地有摻雜之虞之元素。C濃度，若於鑄造時捲入之C越多則越高。該等C或複合碳化物、C固熔體之偏析，會使冷間加工性劣化。 因此，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，使C濃度係10massppm以下為佳。 又，C濃度係5massppm以下更佳，係1massppm以下又更佳。
(S) 若於銅中含有S(硫磺)，則會導致導電率大幅降低。 因此，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，使S濃度係10massppm以下為佳。 又，S濃度係5massppm以下更佳，係1massppm以下又更佳。
(其他不可避免的雜質) 作為前述元素以外之其他不可避免的雜質，係能夠舉出Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Cr、Sc、稀土類元素、V、Nb、Ta、Mo、Ni、W、Mn、Re、Ru、Sr、Ti、Os、P、Co、Rh、Ir、Pb、Pd、Pt、Au、Zn、Hf、Hg、Ga、In、Ge、Y、Tl、N、S、Sb、Se、Si、Sn、Te、Li等。該等不可避免的雜質，亦可在不致對於特性造成影響之範圍含有。
在此，該等不可避免的雜質，因有使導電率降低之虞，故使不可避免的雜質之含量較少為佳。
(導電率) 本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，因導電率充分高，且能夠抑制通電時之發熱，故特別適合用於母線。 因此，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，使導電率係97.0%IACS以上為佳。 又，導電率係97.5%IACS以上更佳，係98.0%IACS以上又更佳，更有甚者，係98.5%IACS以上為佳，係99.0%IACS以上最佳。
(寬度W與厚度t之比率W/t) 本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，於寬度W與厚度t之比W/t係2以上之情形，故特別適合作為母線用之素材。 又，寬度W與厚度t之比W/t之下限，係3以上更佳，係4以上又更佳。另一方面，寬度W與厚度t之比W/t之上限雖未特別限制，係50以下為佳，係40以下更佳。
(板厚中心部之平均結晶粒徑) 本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，能夠使板厚中心部(板厚方向之從表面至總厚度之25%至75%之區域)之平均結晶粒徑細微，且具有優異之彎曲加工性。
因此，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，使板厚中心部之平均結晶粒徑係50μm以下為佳。 又，板厚中心部(板厚方向之從表面至總厚度之25%至75%之區域)之平均結晶粒徑，係40μm以下更佳，係30μm以下又更佳。再更佳為25μm以下。並且，板厚中心部之平均結晶粒徑之下限雖未特別限制，實質上係1μm以上。
接著，針對如此構成之本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20之製造方法，參照圖3所示之流程圖進行說明。
(熔解、鑄造步驟S01) 首先，熔解銅原料而獲得銅熔液。若有必要，則添加自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上或Ag以進行成分調整。又，於添加自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上或Ag之情形，能夠使用單一元素或母合金等。並且，將含有前述元素之原料與銅原料一起熔解亦可。並且，使用回收材料或廢料亦可。
在此，銅原料係Cu含量為99.99mass%以上之所謂4NCu，或是Cu含量為99.999mass%以上之所謂5NCu為佳。 於熔解時，為降低氫濃度，藉由H 2O之蒸氣壓較低之惰性氣體環境(例如氬氣)進行環境氣體熔解，使熔解時之保持時間為最低限度為佳。 接著，將受到成分調整之銅熔液注入鑄模而製造鑄塊。又，於考慮到量產之情形，使用連續鑄造法或半連續鑄造法為佳。
(均質化/熔體化步驟S02) 接著，進行使所獲得之鑄塊均質化及熔體化之加熱處理。於鑄塊之內部，係存在有於凝固之過程中因雜質偏析濃縮而藉此產生之金屬間化合物等。在此，為使該等偏析及金屬間化合物等消失或減少，係進行將鑄塊加熱至300℃以上1080℃以下之加熱處理，藉此使雜質於鑄塊內均質地擴散。又，該均質化/熔體化步驟S02，於非氧化性或還原性環境中實施為佳。
在此，若加熱溫度未達300℃，則熔體化不完全，而有組織之不均勻化或於母相中殘留有金屬間化合物之虞。另一方面，若加熱溫度超過1080℃，則銅素材之一部分會成為液相，而有組織或表面狀態變得不均勻之虞。因此，將加熱溫度設定為300℃以上1080℃以下之範圍。 又，為使後述之粗軋效率化及使組織均勻化，於前述均質化/熔體化步驟S02之後實施熱軋亦可。熱加工溫度，係300℃以上1080℃以下之範圍內為佳。
(粗軋步驟S03) 為加工為預定形狀，係進行粗軋。又，該粗軋步驟S03之溫度條件雖未特別限定，然而為抑制再結晶，或是為提升尺寸精度，使該溫度條件為冷軋或溫軋之-200℃至200℃之範圍內為佳，特別是以常溫為佳。在此，藉由使材料中均一地產生應變，能夠於後述之中間熱處理步驟S04獲得均一之再結晶粒。因此，使總加工率(剖面縮減率)係50%以上為佳，係60%以上更佳，係70%以上又更佳。並且，1行程之加工率(剖面縮減率)係10%以上為佳，係15%以上更佳，係20%以上又更佳。
(中間熱處理步驟S04) 於粗軋步驟S03之後，為形成再結晶組織而實施熱處理。又，粗軋步驟S03及中間熱處理步驟S04係反覆實施亦可。 在此，因中間熱處理步驟S04實質上係最後之再結晶熱處理，故於該步驟所獲得之再結晶組織之結晶粒徑係幾乎等同於最終之結晶粒徑。因此，於該中間熱處理步驟S04，係以使板厚中心部之平均結晶粒徑係50μm以下之方式，適當選定熱處理條件為佳。
(精整前輥軋步驟S05) 為於中間熱處理步驟S04之後將銅素材加工為預定形狀，進行精軋前輥軋亦可。又，該精整前輥軋步驟S05之溫度條件雖未特別限定，然而為抑制輥軋時之再結晶，或是為提升尺寸精度，使該溫度條件為冷加工或溫熱加工之-200℃至200℃之範圍內為佳，特別是以常溫為佳。 並且，輥軋率雖以近似最終形狀之方式適當選擇，然而以1%以上30%以下之範圍內為佳。
(機械性表面處理步驟S06) 於精整前輥軋步驟S05之後，進行機械性表面處理。機械性表面處理，係對於表面附近施加壓縮應力之處理，藉由表面附近之壓縮應力抑制貫層方向彎曲加工時產生之破裂，並具有使彎曲加工性提升之效果。 機械性表面處理，係能夠使用珠擊處理、噴砂處理、研磨處理、拋光處理、拋光輪研磨、研磨機研磨、砂紙研磨、張力矯直機處理、1行程之軋縮率較低之輕軋(使1行程之軋縮率為1～10%並反覆3次以上)等一般上使用之各種方法。
(精整熱處理步驟S07) 接著，為去除含有元素之晶界之偏析及殘留應變，對於藉由機械性表面處理步驟S06所獲得之銅材料，實施精整熱處理亦可。該熱處理，係於非氧化環境或還原性環境中進行為佳。熱處理溫度，係100℃以上500℃以下之範圍內為佳。 又，就該精整熱處理步驟S07而言，必須以避免於中間熱處理步驟S04所獲得之結晶粒徑粗化之方式，設定熱處理條件(溫度、時間)。例如，於450℃係保持0.1秒至10秒左右為佳，於250℃係保持1分鐘至100小時為佳。該熱處理，係於非氧化環境或還原性環境中進行為佳。熱處理之方法雖未特別限定，然而因具有降低製造成本之效果，係以藉由連續退火爐進行短時間之熱處理為佳。 並且，反覆進行前述之精整前輥軋步驟S05、機械性表面處理步驟S06、精整熱處理步驟S07亦可。 並且，於精整熱處理步驟S07後施加金屬鍍敷(Sn鍍敷、Ni鍍敷或Ag鍍敷等)亦可。
(精整加工步驟S08) 接著，以調整材料強度、賦予形狀為目的，視必要適當進行加工亦可。於冷加工或溫熱加工之-200℃至200℃之範圍內為佳，特別是以常溫為佳。並且，加工率(剖面縮減率)雖以近似最終形狀之方式適當選擇，然而以1%以上30%以下之範圍內為佳。作為該加工，係能夠舉出輥軋、引伸加工、押出加工、鍛造加工、切削加工、研磨加工等。
(形狀賦予加工步驟S09) 為加工為所需形狀，對於精整熱處理步驟S07或精整加工步驟S08後之銅材料，係視必要進行形狀賦予加工。 形狀賦予加工，係能夠使用縫隙加工、後推加工、衝孔加工、引伸加工、壓伸成型加工、正形(conform)加工等一般使用之各種方法。並且，使用精密剪切法之縫隙加工亦可。具體而言，能夠使用藉由半剪切及逆剪切使材料分離之反向切斷加工，或藉由半剪切及輥所進行之按壓使材料分離之輥縫隙加工等一般使用之各種方法。
又，於形狀賦予加工之後，為使包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與拉伸強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係，係視必要進行毛邊處理。毛邊處理係能夠使用砂紙、研磨薄片、旋轉棒、研磨碟、研磨皮帶、噴砂處理、倒角加工、押出加工、鍛造加工、切削加工、研磨加工等一般使用之各種方法。加工率(剖面縮減率)係1%以上30%以下之範圍內為佳。於進行該加工之前，進行熱處理亦可。 又，藉由後推加工、引伸加工、壓伸成型加工、正形加工、精密剪切法之縫隙加工等之在加工時處理端面之方法進行形狀賦予加工之情形，不進行毛邊處理亦可。
如此，製造本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20。
以上般構成之本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，因包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係，故藉由使該端面為沿層方向彎曲之外側，即便施加彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下之嚴苛沿層方向加工之情形，亦能夠使端面充分延伸，而避免破裂或斷裂產生。並且，因強度TS係300MPa以下，故能夠確保前述伸長率。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，因厚度t係1mm以上10mm以下之範圍內，故能夠使電流密度之降低及焦耳發熱造成之熱擴散充分受到實現。並且，於施加沿層方向彎曲加工之際，不易於內部產生皺褶，而能夠獲得均一之形狀。
在此，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，於包含端面之斷裂伸長率之標準差係5.0%以下之情形，因包含端面之斷裂伸長率之不均夠小，而包含端面之伸長率穩定且優異，故藉由使該端面為沿層方向彎曲之外側，即便在施加彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下之嚴苛沿層方向加工之情形，亦能夠進一步避免破裂或斷裂產生。
在此，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，於寬度W與厚度t之比率W/t係2以上之情形，特別適合作為母線用之素材。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，於Cu之含量係99.90mass%以上之情形，則雜質量少，而能夠確保導電性。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，在超過10massppm未達100massppm之範圍內含有自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上之情形，會於銅之母相中固熔有Mg，藉此不致使導電率大幅降低，便能夠使強度及耐熱性、沿層方向彎曲加工性提升，並且，藉由於Ca或Zr與Cu生成金屬間化合物，藉此不致使導電率大幅降低，便能夠使結晶粒徑細微化，而使沿層方向彎曲加工性提升。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，於Ag濃度係5massppm以上20massppm以下之範圍內之情形，會使所添加之Ag於晶界附近偏析，而妨礙於晶界之原子移動，而能夠使結晶粒徑細微化。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，在H濃度係10massppm以下，O濃度係500massppm以下，C濃度係10massppm以下，S濃度係10massppm以下之情形，能夠避免缺陷產生，並且能夠抑制加工性及導電率之低落。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，在導電率為97.0%IACS以上之情形，導電性充分優異，故能夠抑制通電時之發熱，而特別適合於母線。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，在板厚中心部之平均結晶粒徑係50μm以下之情形，能夠使彎曲加工性更為優異。
並且，本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20，在前述端面形成為縫隙面之縫隙材料之情形，因包含縫隙面構成之端面之斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係，故藉由使如此端面(縫隙面)為沿層方向彎曲之外側，即便在施加彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下之嚴苛沿層方向加工之情形，亦能夠抑制於端面之應力集中，使應力均等散佈於彎曲端面，而避免破裂或斷裂產生。
並且，本實施形態之電子、電氣機器用零件(母線10)，因使用本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條20製造，故能夠避免破裂等產生，而品質優異。
並且，本實施形態之母線10，在與其他構件接觸並通電之通電部形成有鍍敷層15之情形，能夠抑制沿層方向彎曲加工用銅條20之氧化等，而能夠將與其他構件之接觸電阻抑制為較低。
並且，本實施形態之母線10，在具備沿層方向彎曲部及絕緣被覆部17之情形，能夠抑制於沿層方向彎曲部13產生破裂等缺陷，而能夠抑制絕緣被覆部17之損傷。絕緣被覆部17，係以一般使用之絕緣被覆材料構成亦可。作為一般使用之絕緣被覆材料作為，係例如可舉出聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺、聚酯醯亞胺、聚胺基甲酸酯、聚酯等之電絕緣性優異之樹脂。 [實施例]
以下，針對用以確認本發明之效果之確認實驗之結果進行說明。 藉由區域熔煉法，使用包含Cu含量99.9mass%以上之所謂3NCu及Cu含量99.999mass%以上之所謂5NCu之原料，製作、準備包含1mass%之各種添加元素之母合金。 將前述之銅原料裝入高純度石墨坩堝內，在成為氬氣環境之環境爐內進行高頻熔解。 將所獲得之銅熔液，澆注至隔熱材(Isowool)鑄模，藉此製作表1、2所示之成分組成之鑄塊。又，鑄塊之大小，係厚度約80mm×寬度約500mm。
對於所獲得之鑄塊，於氬氣環境中，以900℃加熱1小時，接著實施用以去除氧化覆膜之表面研削，並切斷為預定大小。 之後，為適當調整最終厚度而進行切斷。被切斷之各個試料，係以表1、2記載之條件進行粗軋。接著，以獲得表5、6記載之結晶粒徑之方式，實施中間熱處理。接著，以表1、2記載之條件，實施精整前輥軋步驟。接著，以表1、2記載之條件，實施機械性表面處理步驟。接著，以250℃保持1分鐘之條件實施精整熱處理。並且，以獲得表3、4記載之厚度t之方式，實施精整加工步驟。並且，以獲得表3、4記載之板寬度W之方式，實施形狀賦予加工步驟及毛邊處理。並且，長度係200mm至600mm。
對於所獲得之沿層方向彎曲加工用銅條，針對以下項目進行評價。將其結果示於表1～6。
(組成分析) 自所獲得之鑄塊採集測量試料，Mg、Ca、Zr係藉由感應耦合電漿發光分光分析法進行測定，其他元素係藉由輝光放電質譜分析裝置(GD-MS)進行測定。並且，H之分析係藉由熱傳導度法進行，O、S、C之分析係藉由紅外線吸收法進行。Cu量係使用銅電解重量法(JIS H 1051)進行測定。又，於試料中央部及寬度方向端部之2處進行測定，以含量較多之一方作為該樣品之含量。
(導電率) 從沿層方向彎曲加工用銅條採集寬度10mm×長度60mm之試驗片，藉由4端子法求取電阻。並且，使用測微器進行試驗片之尺寸測定，算出試驗片之體積。並且，從所測定之電阻值及體積，算出導電率。又，試驗片，係以使其長度方向對於沿層方向彎曲加工用銅條之輥軋方向平行之方式進行採集。
(板厚中心之平均結晶粒徑) 從沿層方向彎曲加工用銅條切出寬度20mm×長度20mm之樣品，藉由SEM-EBSD(Electron Backscatter Diffraction Patterns)測定裝置，測定板厚中心之平均結晶粒徑。將對於輥軋之寬度方向垂直之面亦即TD面(Transverse direction)作為觀察面，使用耐水研磨紙、金剛石磨粒進行機械研磨。接著，使用膠體二氧化矽溶液進行精整研磨，而獲得測定用樣品。之後，使用EBSD測定裝置(FEI公司製Quanta FEG 450、EDAX/TSL公司製(現AMETEK公司)OIM Data Collection)及分析軟體(EDAX/ TSL公司製(現AMETEK公司)OIM Data Analysis ver. 7.3.1)，並以電子線之加速電壓15kV、10000μm 2以上之測定面積，0.25μm之測定間隔之步驟，藉由EBSD法測定觀察面。
將測定結果藉由資料分析軟體OIM進行分析，而獲得各測定點之CI值。去除CI值為0.1以下之測定點，藉由資料分析軟體OIM進行各晶粒之取向差之分析。並且，將相鄰之測定點之間之取向差為15°以上之測定點之間之邊界作為大角度晶界，將相鄰之測定點之間之取向差未達15°之測定點之間之邊界作為小角度晶界。此時，孿晶間界亦作為大角度晶界。並且，以使各樣品含有100個以上之晶粒之方式調整測定範圍。根據所獲得之方位分析之結果，使用大角度晶界生成晶界對映圖。依據 JIS H 0501之切斷法，對於晶界對映圖，劃出縱、橫各5條之預定長度之線段，計算完全被切斷之晶粒之數量，並將該切斷長度(於晶界切出之線段之長度)之合計除以晶粒之數量，而獲得平均值。將該平均值作為平均結晶粒徑。又，板厚中心部，係板厚方向之從表面至總厚度之25%至75%之區域。
(包含端面之斷裂伸長率、強度) 藉由JIS Z 2241之拉伸試驗方法，求取拉伸強度。並且，使用行程伸長率求取應力應變曲線。根據應力應變曲線，將試驗片斷裂之時點為止之伸度作為斷裂伸長率，求取其平均值及標準差。根據所求取之斷裂伸長率E及強度TS，將滿足E≧-0.19TS+65之關係者定為「○」，將未滿足E≧-0.19TS+65之關係者定為「×」。 又，JIS Z 2241之試驗片，會因製作試驗片之加工導致沿層方向彎曲加工用銅條失去兩方之端面，故不適合。另一方面，若留下沿層方向彎曲加工用銅條之兩方之端面，則應力會集中於抓取部附近，並於抓取部附近切斷，故伸長率之不均會增大，而無法精確測定伸長率。亦即，試驗片之其中一方之端面係加工為圖2所示之形狀，其端面平滑，試驗片之另一方之端面係留下沿層方向彎曲加工用銅條之端面，而製作試驗片以進行測定為佳。試驗片之形狀，係表3、4記載之拉伸試驗片之厚度t、寬度b 0、平行部之剖面積S 0、平行部之長度L C，肩部之半徑R為15mm，並藉由放電加工切斷賦予形狀後之端面側以外之部分並採集5個，測定包含端面之斷裂伸長率，而算出標準差。
(沿層方向彎曲加工性) 以成為表5、6記載之彎曲半徑R與寬度W之比R/W之方式，實施沿層方向彎曲加工。 將作為沿層方向彎曲之外側之端面無皺褶者評價為「A」(excellent)，將作為沿層方向彎曲之外側之端面有皺褶者評價為「B」(good)，將作為沿層方向彎曲之外側之端面有微小破裂者評價為「C」(fair)，將作為沿層方向彎曲之外側之端面斷裂且未達成沿層方向彎曲者評價為「D」(poor)。又，將評價結果A～C判斷為「能夠在嚴苛條件下進行沿層方向彎曲」。
Figure 02_image001
Figure 02_image003
Figure 02_image005
Figure 02_image007
Figure 02_image009
Figure 02_image011
於比較例1中，因未於縫隙加工後進行毛邊處理，故包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與拉伸強度TS(MPa)未滿足E≧-0.19TS+65之關係，於使該端面作為外側實施沿層方向彎曲之際產生斷裂，彎曲加工性為「D」。 於比較例2中，因強度TS高達317MPa，無法確保包含端面之斷裂伸長率，故包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與拉伸強度TS(MPa)未滿足E≧-0.19TS+65之關係，於使該端面作為外側實施沿層方向彎曲之際產生斷裂，彎曲加工性為「D」。
相對於此，本發明例1～35，因包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與拉伸強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係，故彎曲加工性係「A～C」，沿層方向彎曲特性優異。
自以上可知，依據本發明例，可獲得能夠在嚴苛條件下進行沿層方向彎曲之沿層方向彎曲加工用銅條。 [產業上之利用可能性]
可提供一種能夠在嚴苛條件下進行沿層方向彎曲之沿層方向彎曲加工用銅條，以及使用該沿層方向彎曲加工用銅條製造之電子、電氣機器用零件、母線。
10:母線 13:沿層方向彎曲部 15:鍍敷層 17:絕緣被覆部 20:沿層方向彎曲加工用銅條 L 0:原標點距離 L C:平行部之長度 R:肩部之半徑
[圖1A]係表示本實施形態之使用沿層方向彎曲加工用銅條所製造之母線之一例之說明圖，且係表示俯視圖。 [圖1B]係表示本實施形態之使用沿層方向彎曲加工用銅條所製造之母線之一例之說明圖，且係表示圖1A之X-X剖面箭視圖。 [圖2]係測定包含端面之斷裂伸長率之試驗片之說明圖。 [圖3]係本實施形態之沿層方向彎曲加工用銅條之製造方法之流程圖。

Claims (14)

  1. 一種沿層方向彎曲加工用銅條，係於彎曲半徑R與寬度W之比率R/W為5.0以下進行沿層方向彎曲加工；其特徵為： 使厚度t為1mm以上10mm以下之範圍內， 使強度TS為300MPa以下， 包含往長度方向延伸之端面之斷裂伸長率E(%)與強度TS(MPa)滿足E≧-0.19TS+65之關係。
  2. 如請求項1所述之沿層方向彎曲加工用銅條，其中， Cu之含量係99.90mass%以上。
  3. 如請求項1或請求項2所述之沿層方向彎曲加工用銅條，其中， 在合計超過10massppm未達100massppm之範圍內，含有自Mg、Ca、Zr選擇之1種或2種以上。
  4. 如請求項1至請求項3中任一項所述之沿層方向彎曲加工用銅條，其中， 導電率係97.0%IACS以上。
  5. 如請求項1至請求項4中任一項所述之沿層方向彎曲加工用銅條，其中， 寬度W與厚度t之比率W/t係2以上。
  6. 如請求項1至請求項5中任一項所述之沿層方向彎曲加工用銅條，其中， 板厚中心部之平均結晶粒徑係50μm以下。
  7. 如請求項1至請求項6中任一項所述之沿層方向彎曲加工用銅條，其中， 前述斷裂伸長率之標準差係5.0%以下。
  8. 如請求項1至請求項7中任一項所述之沿層方向彎曲加工用銅條，其中， Ag濃度係在5massppm以上20massppm以下之範圍內。
  9. 如請求項1至請求項8中任一項所述之沿層方向彎曲加工用銅條，其中， H濃度係10massppm以下，O濃度係500massppm以下，C濃度係10massppm以下，S濃度係10massppm以下。
  10. 如請求項1至請求項9中任一項所述之沿層方向彎曲加工用銅條，其中， 前述端面係縫隙面。
  11. 一種電子、電氣機器用零件，其特徵為：使用請求項1至請求項10中任一項所述之沿層方向彎曲加工用銅條製造。
  12. 一種母線，其特徵為：使用請求項1至請求項10中任一項所述之沿層方向彎曲加工用銅條製造。
  13. 如請求項12所述之母線，其中， 於通電部形成有鍍敷層。
  14. 如請求項12或請求項13所述之母線，其中， 係具備沿層方向彎曲部及絕緣被覆部。
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