WO2007040148A1

WO2007040148A1 - 電気接続器具用銅合金

Info

Publication number: WO2007040148A1
Application number: PCT/JP2006/319359
Authority: WO
Inventors: Kuniteru Mihara; Tatsuhiko Eguchi
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US20080181811A1; KR100902201B1; KR20080046710A; CN101268206B; CN101268206A

Abstract

　Ｃｒを０．１～１ｍａｓｓ％、Ｚｎを０．１～５．０ｍａｓｓ％、Ｓｎを０．１～２．０ｍａｓｓ％含み、残部が不可避不純物及びＣｕからなる引張強度（ＴＳ）が６００ＭＰａ以上、０．２％耐力（ＹＳ）が５６０ＭＰａ以上、導電率（ＥＣ）が４０％ＩＡＣＳ以上、且つ、０．２％耐力（ＹＳ）の８０％を負荷した応力腐食試験（ＳＣＣ）において、破断時間が５００時間以上の電気接続器具用銅合金。

Description

明細書

電気接続器具用銅合金

技術分野

[0001] 本発明は配線接続器具用銅合金に関する。

背景技術

[0002] 電気接続器具は電気器具のコンセントや照明のスィッチなど電気的な接続部に広く用いられている。前記接続部には金属が一般的に用いられており、金属同士が接触することで電気的な接続を行う。その電気的な接続部は 2種類ある。 1つは、電気が供給される電線 (銅線）との接続であり、もう 1つは、その電気を供給する相手方との接続である。従来は、前記接触部には導電性に優れた純銅または Snや Agを微量 (≤0. 2%)に添加して耐熱性を改善した銅合金 (C14410など）が使用されてきた。

[0003] これらの材料の強度は著しく低、。そのため、接続部は、上記に示した電気を供給する相手方との接合を保っためにステンレス鋼などの高強度材料をばね材として使用して接合部分を補強する構造となっていた。しかし、ステンレス鋼は高価でありそれを代替する高強度銅合金が求められるようになった。

[0004] また、電気的接触部分である「受け刃」と上記の「ばね材」を一体ィ匕させて低コスト化する技術の検討も進められており、銅合金にはばね材としても機能する高強度な材料が求められている。

[0005] さらに、配線器具においては金属同士が接触することで電気的な接続を行う。前記接触部では従来力発熱が問題となっている。これは接触部に微小放電 (グロ一）が発生し、これが起因となって亜酸化銅の増殖が誘発され接触抵抗が増加し、発熱することが知見されている。

[0006] そこで、合金成分を見直すことでグロ一及び亜酸化銅の増殖の起きにくい電気接続器具用銅合金が提案されている（例えば、特開昭 60— 255944号公報)。しかし、これらの合金は強度が劣るため、ばね材としては不適であった。

発明の開示

[0007] 本発明は、強度、導電性、耐応力緩和特性、耐応力腐食特性、耐グロー特性、耐食性等に優れた銅合金を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、グロ一の発生及び亜酸化銅の増殖を防止でき、電気器具のコンセントや照明のスィッチなどの電気接続器具 (配線接続器具）に適した銅合金を提供することを目的とする。

[0008] 本発明者らは電気接続器具の接触部について詳細な検討を行い、強度、導電性、耐応力緩和特性、耐応力腐食特性、耐グロー特性に優れた銅合金の開発に至った本発明によれば、以下の手段が提供される：

(1) Crを 0. 1〜： Lmass%、 Znを 0. 1〜5. Omass%、 Snを 0. 1〜2. Omass%含み、残部が不可避不純物及び Cuからなる引張強度 (TS)が 600MPa以上、 0. 2%耐力（YS)が 560MPa以上、導電率 (EC)力 0%IACS以上、且つ、 0. 2%耐カ（YS )の 80%を負荷した応力腐食試験（SCC)において、破断時間が 500時間以上である電気接続器具用銅合金、

(2)応力緩和特性 (SR)が 150°C X 1000時間で 50%以下である（1)記載の電気接続器具用銅合金、

(3) Siを 0を超え 0. 2mass%以下含んだ（1)または（2)記載の電気接続器具用銅合金、及び

(4)耐グロー特性に優れた（1)、（2)、又は（3)記載の電気接続器具用銅合金。

[0009] 本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載力もより明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]図 1は、実施例で行った応力腐食試験（SCC)の概略図を示す。

[図 2]図 2は、実施例で用いた耐グロー特性及び耐亜酸化銅増殖特性の測定装置の模式図を示す。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 本発明の好ましい実施の態様について、詳細に説明する。

[0012] Crを 0. 1〜： Lmass%とした理由は、 Crは銅中で析出を起こして強化する添加元素であるが 0. lmass%未満では、十分な析出硬化が得られず、 1. Omass%を超えるとその効果が飽和してしまい、逆にコストがかかる。 Crの添加量は、好ましくは 0. 2〜 0. 8mass%、さらに好ましくは 0. 2〜0. 5mass%である。

[0013] Znを 0. 1〜5. Omass%、 Snを 0. 1〜2. Omass%とした理由は、 Zn、 Snは銅中に固溶する元素であり固溶強化およびその後の冷間加工において、強度を著しく高め、さらに耐応力緩和特性を向上させる効果があるからである。一方、これらは添カロ量が多いと導電性を損なう元素でもある。それぞれ 0. lmass%未満ではその効果が不十分である。 Znが 5. Omass%を超えると、導電性が劣るだけでなぐ耐応力腐食特性に劣り、亜酸化銅の増殖量が多くなるという問題が生じる。 Sn力 . Omass%を超えると導電性に影響を与える。好ましくは、 Znは 0. 13-4. Omass%、Snは 0. 2 〜1. 5mass%" fc。。

[0014] Siは熱間加工割れ防止に寄与する。 Snを含む合金は熱間加工性が悪いことが知られている力 Siを添加することでその感受性を下げることができる。しかし多すぎると導電性が劣る。好ましくは 0. 001-0. lmass%である。

[0015] 本発明の電気接続器具用銅合金は、一般的な製造方法により、圧延や熱処理等を適宜繰り返して製造される。好ましい工程と条件は次のとおりであるが、これに限定されない。

(1)铸造は連続铸造が好ま Uヽ。

(2)熱間圧延を、 900〜1050°C (好ましくは、 950〜1030°C)加熱で圧延率 80%以上 (好ましくは 90%以上)で圧延後、急冷して行う。

(3)冷間圧延は通常の条件で 60〜98% (好ましくは 90〜98%以上）の圧延率で行

(4)熱処理を400〜500。。（好ましくは450〜500。 1〜511で行ぅ。

(5)最終仕上げカ卩ェ (冷間圧延）を、 10〜40%の加工率で行う。

但し、（3)と（4)の間、もしくは、（4)の途中で 750〜900°C (好ましくは 800〜900°C )で 0. 1〜1分間の熱処理をおこなっても良い。

[0016] 本発明の銅合金の引張強度は 600MPa以上である力好ましくは 600MPa以上、 700MPa以下、さらに好ましくは 600MPa以上、 650MPa以下である。

本発明の銅合金の 0. 2%耐カは 560MPa以上である力好ましくは 580MPa以上、 680MPa以下、さらに好ましくは 580MPa以上、 630MPa以下である。

本発明の銅合金の導電率は 40%IACS以上である力好ましくは 45%IACS以上、 60%IACS以下、さらに好ましくは 50%IACS以上、 60%IACS以下である。本発明の銅合金の応力腐食試験における破断時間は 500時間以上であるが、好ましくは 1000時間以上、さらに好ましくは 3000時間以上である。

強度 (引張強度、 0. 2%耐カ値)と導電率は相反する特性で、本合金系の場合には強度を高めると導電率が低下し、逆に導電率を高めると強度が下がる。また、強度は曲げ加工性とも相反する特性で、強度が高ヽほど望まヽが逆に曲げ加工性が劣化する。なお、導電率は高いほど、高電流を使用する配線器具に使うことができる。さらに、応力腐食試験の破断時間も長いほど信頼性が向上する。

[0017] 本発明によれば、強度、導電性、耐応力緩和特性及び、耐応力腐食特性、さらには耐グロ一特性に優れた電気接続器具に好適な銅合金を提供することができる。

[0018] 以下に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例

[0019] 各種銅合金は、高周波大気溶解炉を用いて溶解温度が約 1200〜1250°C、出湯温度が約 1200°Cにて、厚さ 30mm X幅 120mm X長さ 180mmのブックモールド形铸型へ铸造した。得られた铸塊は、大気加熱炉中で約 950〜1000°C X lhr保持を行って、次いで、熱間圧延により厚さ約 12〜13mmに仕上げた。更に、その熱間圧延板の表面面削を行って厚さ約 10mmの板に仕上げた。

その板から冷間加工と熱処理を繰り返し、厚さ 0. 5mmの平板 (条）を作製した。なお、熱処理温度は0:の析出処理では400〜450°〇 2〜5111：、最終仕上げ加工率は 10〜40%にて行った。

更に、市販されている銅合金および非鉄材料からなる板厚 0. 5mmの板材を入手した。その銅合金は C2600、 C2680、 C5111、 C5191ならびに C7701で、ステンレス鋼は SUS301、 SUS304である。

これらの材料について引張強度、 0. 2%耐カ、導電率、応力緩和特性、応力腐食性を調査した。引張強度 (TS)と 0. 2%耐カ (YS)〖お IS— 5号試験片を圧延平行方向から切り出し、 JIS Z 2241に準じて測定した。

導電率 (EC)は幅 10mm X長さ 150mmの試験片を圧延平行方向力切り出し、 JI S H 3200に準じて端子間距離 100mmで測定した。

応力緩和特性 (SR)は日本電子材料工業会標準規格 (EMAS - 3003 :ばね材料の曲げによる応力緩和試験方法）に準拠し、片持ち梁法により試験を行った。引張試験で得られた 0. 2%耐力の 80%を負荷した状態で、 150°Cの高温槽 (大気）に放置し、所定の時間毎に測定を繰り返し最長 1000時間まで測定した。

応力腐食試験（SCC) miS C8306のアンモニア試験法に準拠し、図 1に示した方法で応力負荷を与えて測定した。図中 10は試験片、 11は負荷、 12はシリコンキヤップ、 13はガラスセル、 14はアンモニア溶液を示す。その測定は次のようにして行つた。幅 10mm X長さ 100mmの試験片 10を準備し、テープやマスキングにより幅 10 mm X長さ 10mmのみ常温で 3vol. %のアンモニア（NH )雰囲気中に暴露させ、負

3

荷 11を加えて破断までの時間を測定した。なお、負荷応力は、引張試験で得られた 0. 2%耐力の 80%とした。

次に、耐グロー特性及び耐亜酸化銅増殖特性を評価した。図 2に耐グロ一特性及び耐亜酸化銅増殖特性の測定に用いた装置の模式図を示す。

耐グロー特性は以下の様に評価した。すなわち、直径 2mmの銅線 2を荷重付加器付ホルダー 1に取付け、本発明例及び比較例の試料 3を試料ホルダー 4の上に配置し、銅線 2と接触させ、スライダック 8と可変抵抗器 6を用いて上記銅線 2及び試料 3の間に流れる電流を 4アンペアにする。次いで試料ホルダー 4を振動器 5により振動させ、前記銅線 2と試料 3の間の電圧波形をオシロスコープ 7により観察した。前記銅線 2と試料 3の間にグロ一 (微小放電）が発生すると、オシロスコープ 7の波形が変化するため、この波形変化が発生するまでに付加した振動数（回数)で耐グロ一特性を評価した。耐グロー特性の評価としては、用途にもよるが、目安としては、このグロ一発生を示す波形変化が発生するまでに付加した振動が 1 X 10³回以下の場合は不良であり、 1 X 10³回を超える場合は良である。

耐亜酸化銅増殖特性を以下のように評価した。前記グロ一発生が確認されると同時に振動器 5による振動を停止し、試料 3を 60分放置した。次いで、試料 3を取り出し、前記試料 3の表面に生成した亜酸化銅を集め、質量を測定した。この質量すなわち亜酸化銅増殖量 (mg)で耐亜酸化銅増殖性を評価した。耐亜酸化銅増殖性の評価としては、用途にもよるが、目安としては、この亜酸化銅発生量 (mg)が 200mg以下の場合は良であり、 200mgを超える場合は不良である。

これらの測定結果を表 1〜4に示す。なお、表中に同成分の合金について複数の強度、導電率等が記載されている部分があるが、これは同成分で最終仕上げ加工率を表に示すように変えた試験結果である。

[表 1-1]

If 8 f\9 9 9 Z εοο .ο S ·0 T g ·ο f

8E 8 ZZ9 339 Z ― 8 Ό 6 Ό ζ ·0 Zf

Zf 8 SZ9 Z69 Z ― \

S '0 6 Ό ε .ο

く Of 6f Π9 3^9 97, ― Of く ε 8 089 TOZ se 6ΐ,

T 8 ·0 e 'ο

く 6f 819 6^9 97, ― 8C く S 6f 989 80 9C ε

9 "0 8 ·0 ε "ο

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く OS f\9 9 9 92 ― SS ·0 8 ·0 ε ·ο ge く s ZZ9 9S9 οε ― S .0 ζ ·0 C Ό

く Zf 919 L 9 9Z Ό S ΐ SS ·ο ee く 6ε s ZZ9 9 92 ― ΐ Ζ ·ΐ 9Ζ "0 zz く ST' f\9 9f9 SS ― 9Z .0 Ζ ΐ Ζ ·0 τε く ζε ZZ9 f 9 32 ― ΐ ΐ SS Ό οε く s ZZl SZL Of ― 62 く 9^ fSQ LOL S£ ― g Ό ΐ 92 ·0 sz く Of 8 ZZ9 ^39 SS ― LZ く εε ZZ9 Z99 οε 60 ·0 ζι ·ο ΐ 5Ζ Ό 9Z く ZZ9 S99 οε ΖΟ ·0 ST "0 ΐ Ζ "0 9Z

ε

く LZ Z\9 C99 οε εοο Ό z\ ·0 ΐ 32 ·0 Z く 9£ % 8Ϊ9 6^9 οε ― I Ό τ 9Ζ "0 - zz く ιε fZ9 9S9 οε ― Z '0 6 ·0 9Ζ Ό zz く ζε sv £89 90i οε ― IZ

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く 6f IZ9 CS9 02 ― oz く 6Z 6f IZ9 £99 02 ΐ 8 '0 BS '0 61 く 8Ϊ, 8f 8Z9 669 οε ― 81

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く If 669 ZZL οζ 60 "0 Z '0 8 Ό 9Ζ '0 ει く 6ε ff 889 60L οζ Ϊ0 '0 9Z '0 8 Ό Ζ ·0 7Λ く Of 8 189 fOL 02 200 Ό fZ "0 8 Ό ·0 u

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8 ·0 9Ζ ·0

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ΐ ·0 8 Ό ·0

く 09 029 2S9 Ζ ― L く 8 OS ΐ£8 9S8 se 9 ·0 9Ζ '0 9 く 19 9SZ S9i οε ― z 3 ·0 92 s く z ム 89 80i οι^ ― f

C 'A U S ·0 Ζ ·0

く s Z9 939 οε ― ε く Z9 6ΐ9 139 ο 9 ·0 Ζ Ό Ζ '0 z く C9 ，09 SE9 se ― 8.0 9 Ό ST .0 ΐ

(%) (S3VI%) (%) (%SSEUI) (%SSBUI) (%SSBUI)

OM

ェ Utf^)

S as 33 S入 SI TS us -ID

[\mm SC6TC/900Zdf/X3d L 8 0滅 OOZ OAV [0021] [表 1-2]

N o . 5 1は参考例である。

[0023] 表 1及び表 2の結果より次のことが分力るまず比較例については次のとおりである。 No. 50は Cr量が少なぐ強度が劣った。 No. 51は実施例と比較しても差異はなかった。 Crは過剰に添加しても効果が飽和してしまい、コスト高となるだけであり、実用に適さない。

No. 52〜57は Sn, Zn量力 S少なく、強度が劣り、耐応力緩和特性が 50%を超えており著しく劣った。

No. 58、 59は、導電率力劣った。

No. 60、 61ίま、導電'性力劣った。

No. 62〜65は Zn量が多いため、耐応力腐食特性が劣った。

市販合金では、 No. 80は導電性が劣り、また応力腐食割れ以外の評価項目が劣つた。 No. 81、 82の黄銅は導電率と耐応力腐食特性が劣った。 No. 83、 84のリン青銅、 No. 85の洋白、 No. 86、 87は導電率力劣った。

これに対し、実施例の No. 1〜46では引張強度 (TS)、0, 2%耐カ（YS)、導電率

(EC)、耐応力腐食性 (SCC)、耐応力緩和特性 (SR)のいずれも優れた電気接続器具用銅合金が得られた。

[0024] 次に、上記実施例の各合金について耐グロー試験とその結果の亜酸化銅の発生量につ!、て試験した結果を表 3及び表 4に示す。

[0025] [表 3]

グロ一発生ま亜酸化銅グロ一発生ま亜酸化銅合金合金

での振動数での振動数発生量

No. No.

( X 10³回） (mg) ( X 10³回) (rag)

1 18 19 24 24 2

2 25 40 25 22 21

3 20 45 26 21 46

4 14 68 27 24 77

5 26 86 28 20 9

6 21 94 29 20 82

7 15 14 30 20 64

8 23 31 31 17 35

9 16 56 32 25 118

10 21 93 33 23 108

11 21 53 34 25 95

12 21 15 35 16 41

13 14 3 36 13 26

14 25 38 37 21 30

15 21 93 38 18 49

16 18 55 39 19 109

17 25 86 40 15 5

18 20 56 41 23 57

19 18 10 42 23 109

20 25 45 43 21 51

21 23 100 44 20 55

22 24 99 45 19 49

23 14 70 46 24 98

グロ一発生まで亜酸化銅グロ一発生ま亜酸化銅合金合金

の振動数発生量での振動数発生量

No. No.

( X 10³回) (mg) ( X 10³回） (mg)

50 11 40 80 17 9

51 19 33 81 19 451

52 17 49 82 29 428

53 25 79 83 23 272

54 20 19 84 17 212

55 18 22 85 21 119

56 20 84 86 20 222

57 27 119 87 20 269

58 18 39

59 25 38

60 23 42

61 19 22

62 16 35

63 24 90

64 14 46

65 17 86

[0027] 以上の表 3、表 4の結果から明らかなように、本発明の合金は優れたグロ一特性を有する。

また、表 1〜表 4の結果を総合的に考慮することにより、本発明に従う合金は各要求特性を満たしており、電気接続器具用合金として優れていることが分力る。

産業上の利用の可能性

[0028] 本発明の銅合金は、高強度、高導電性であり、耐応力緩和特性及び耐腐食性に優れ、電気接続器具用銅合金として好適である。

[0029] 本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しょうとするものではなぐ添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。

Claims

請求の範囲

[1] Crを 0. 1〜： Lmass%、 Znを 0. 1〜5. Omass%、 Snを 0. 1〜2. Omass%含み、残部が不可避不純物と Cu力なる引張強度が 600MPa以上、 0. 2%耐力が 560M Pa以上、導電率が 40%IACS以上、且つ、 0. 2%耐力の 80%を負荷した応力腐食試験にお!ヽて、破断時間が 500時間以上である電気接続器具用銅合金。

[2] 応力緩和特性が 150°C X 1000時間で 50%以下の請求項 1記載の電気接続器具用銅合金。

[3] Siを 0を超え 0. 2mass%以下含んだ請求項 1または 2記載の電気接続器具用銅合金。

[4] 耐グロー特性に優れた請求項 1〜3いずれか 1項に記載の電気接続器具用銅合金