WO2016006053A1 - 銅合金板材、コネクタ、及び銅合金板材の製造方法 - Google Patents

銅合金板材、コネクタ、及び銅合金板材の製造方法 Download PDF

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WO2016006053A1
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copper alloy
alloy sheet
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sheet material
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洋 金子
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古河電気工業株式会社
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
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Definitions

  • the present invention relates to a copper alloy sheet, a connector using the same, and a method for producing the copper alloy sheet.
  • Terminals and connectors for connecting electronic devices and external devices are required to be further miniaturized as electronic devices become smaller and thinner.
  • these terminals and connectors may be inserted and removed and fitted several times a day, the strength and fatigue resistance characteristics (repetitive characteristics) of the spring portion are also required.
  • terminals and connectors require strength and conductivity, they are often manufactured using a copper alloy. Therefore, a copper alloy material for a terminal / connector that can be compactly formed and has excellent strength and fatigue resistance is desired.
  • the terminals and connectors are manufactured by punching a copper alloy plate and press-molding it.
  • the stress load direction of the spring portion of the terminal or the connector is 90 ° or 45 ° from the rolling direction (RD; Rolling Direction) of the copper alloy sheet to the vertical direction of rolling (TD; Transverse Direction).
  • RD rolling direction
  • TD vertical direction of rolling
  • the copper alloy plate material for terminals and connectors is required to have excellent fatigue resistance in any of these directions.
  • the length of the spring portion is shortened with the miniaturization of the terminal and the connector, the stress applied to the spring portion is increased. For this reason, the copper alloy sheet is required to be hard to be permanently deformed even when a high stress is applied in addition to the good fatigue resistance.
  • phosphor bronze has been most frequently used as a copper alloy for springs.
  • Phosphor bronze copper alloys for springs are excellent in strength and fatigue resistance, but have a conductivity as low as around 10% IACS. For this reason, it is considered that the use of phosphor bronze-based spring copper alloys may be restricted for future terminals that are small and require high reliability. This is because a spring material for terminals that is small and requires high reliability is required to have a conductivity of 20% IACS or more.
  • Corson alloys Cu-Ni-Si based copper alloys, so-called Corson alloys, have been developed for lead frames and are also used for connectors.
  • Conventional Corson alloys have better electrical conductivity than phosphor bronze alloys.
  • conventional Corson-based alloys sometimes do not satisfy recent demands in terms of strength and fatigue resistance. In particular, the fatigue resistance in the direction of 45 ° or 90 ° was inferior even in the direction of 0 ° from the rolling direction to the vertical direction of the rolling (that is, the rolling direction) even though the properties were good.
  • Patent Document 1 an alloy composition containing a Cu-Ni-Sn alloy-containing component is selected, and a copper alloy having good fatigue characteristics can be obtained without lowering conductivity by aging precipitation hardening in a specific process. It has been proposed to do.
  • Patent Document 2 proposes adjusting the crystal grain size and finish rolling conditions of a Cu—Sn alloy to obtain a high-strength copper alloy.
  • Patent Document 3 it is proposed that when the Ni concentration is high among Cu—Ni—Si based alloys, the strength is increased by preparing in a specific process.
  • Patent Document 4 it is proposed to select an alloy composition containing a Cu-Ti-based alloy component and age-harden and harden it in a specific process to achieve high strength.
  • Patent Document 5 a Cu—Ni—Si alloy strip is obtained by a specific manufacturing process, thereby having a predetermined ⁇ 110 ⁇ ⁇ 001> orientation density and a KAM (Carnel Average Misoration) value, and deep drawing workability. It has been proposed to improve fatigue resistance.
  • Patent Document 6 the difference between the three tensile strengths, that is, the tensile strength in the rolling direction, the tensile strength in the direction of 45 ° with respect to the rolling direction, and the tensile strength in the direction of 90 ° with respect to the rolling direction.
  • a Cu-Ni-Si-based copper-based precipitation type alloy sheet for contact materials having a maximum value of 100 MPa or less has been proposed.
  • Patent Document 7 by appropriately controlling the area ratio of the Cube orientation and the BR orientation of the Cu—Ni—Si based alloy, it is possible to improve bending workability, stress relaxation resistance, and fatigue resistance characteristics with high strength. Proposed.
  • Patent Documents 1 to 4 Although high strength is obtained as compared with a general copper alloy, the electrical conductivity may still be low depending on the alloy system and the manufacturing method.
  • Patent Document 5 although deep drawing workability and fatigue resistance characteristics are obtained, there is still room for improvement in terms of strength and conductivity.
  • Patent Document 6 although high electrical conductivity is obtained, there is still room for improvement in terms of compatibility with high strength.
  • Patent Document 7 although bending workability, stress relaxation resistance, and fatigue resistance are obtained, there is still room for improvement in terms of achieving both high strength and high electrical conductivity. Further, in these Patent Documents 1 to 7, attention is not paid to increasing the strength in any direction of 0 °, 45 ° or 90 ° from the rolling direction to the vertical direction of the rolling.
  • the object of the present invention is high conductivity and high strength in any direction of 0 °, 45 ° or 90 ° from the rolling direction to the rolling vertical direction. It is preferable to provide a copper alloy sheet material that is also excellent in fatigue resistance in any direction. Moreover, it is providing the connector using this copper alloy board
  • the present invention provides a copper alloy plate suitable for a thin spring material for a camera module, a movable piece of a relay, and a connector using the same, as well as an external connection connector represented by a dock connector or a USB connector, and a copper thereof. It is an object to provide a method for producing an alloy sheet.
  • the present inventor has obtained a copper alloy sheet material having a specific Cu- (Ni, Co) -Si-based alloy composition and manufactured under specific manufacturing conditions. It has been found that high strength can be achieved in any direction of 0 °, 45 ° or 90 ° from the rolling direction to the vertical direction of rolling while having good conductivity. The present invention has been completed based on this finding.
  • the following means are provided.
  • a copper alloy sheet material having a tensile strength in the direction of 0 °, 45 °, and 90 ° from the rolling direction (RD) to the vertical direction (TD) of 1020 to 1400 MPa.
  • a copper alloy sheet is manufactured in this order.
  • a total of at least one element selected from the group consisting of Sn, Zn, Ag, Mn, P, Mg, Cr, Zr, Fe, and Ti is added to the copper alloy used in the melting / casting process.
  • the copper alloy plate material of the present invention can be suitably used for a thin spring material for a camera module, a movable piece of a relay, etc., in addition to an external connection connector typified by a dock connector or a USB connector, due to its characteristics.
  • the copper alloy sheet of the present invention has a significantly higher strength than conventional ones in the direction of 0 °, 45 ° or 90 ° from the rolling direction to the vertical direction of rolling as the stress load direction to the spring. It can be used as a spring material that is difficult to deteriorate. For this reason, it is suitable as a connector material, for example.
  • the copper alloy plate material which has the said outstanding characteristic can be manufactured suitably.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a relationship between a copper alloy sheet, a rolling direction (RD), a rolling vertical direction (TD), and a rolling surface vertical direction (ND).
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing test pieces in 0 °, 45 °, and 90 ° directions from the rolling direction to the vertical direction of rolling as test pieces in the tensile test and fatigue test.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of local elongation.
  • FIG. 3 shows a stress-strain curve in the 0 ° direction of Invention Example 205 as a representative example.
  • the local elongation (e L ) refers to the elongation until the test material breaks after the illustrated uniform elongation (e U ).
  • 4A is a ⁇ 100 ⁇ pole figure of the invention example 205
  • FIG. 4B is a comparative example 256
  • FIG. 4C is a comparative example 257 by X-ray.
  • the “copper alloy material” means a material obtained by processing a copper alloy material into a predetermined shape (for example, a plate, a strip, a foil, a bar, a wire, or the like).
  • a predetermined shape for example, a plate, a strip, a foil, a bar, a wire, or the like.
  • the term “plate material” refers to a material having a specific thickness and being stable in shape and having a spread in the plane direction. In a broad sense, it includes a strip material, a foil material, and a tube material in which the plate is tubular. .
  • FIG. 1 shows the relationship between the copper alloy sheet 1 of the present embodiment and the rolling direction (RD), the vertical direction of rolling (TD), and the vertical direction of the rolling surface (ND; Normal Direction).
  • the rolling direction indicates a direction in which the plate material is rolled and stretched by a rolling roll or the like when the copper alloy plate material is manufactured.
  • the rolling vertical direction is a direction perpendicular to the rolling direction and parallel to the rolling surface.
  • the rolling surface vertical direction is a direction perpendicular to the rolling surface.
  • Industrial copper alloy sheets are manufactured and shipped while being rolled. Therefore, immediately after the production of the copper alloy sheet, the longitudinal direction of the sheet is usually the rolling direction, and the width direction of the sheet is the vertical direction of rolling.
  • the copper alloy sheet of this embodiment contains one or two of Ni and Co and Si in specific amounts, and if necessary, Sn, Zn, Ag, Mn, P, Mg, Cr, Zr, Fe, and By containing a specific amount of at least one element selected from the group consisting of Ti and the balance being a specific alloy composition consisting of copper and inevitable impurities, the conductivity is 20 to 40% IACS or more, and the rolling direction
  • the tensile strengths in the directions of 0 °, 45 °, and 90 ° from (RD) to the rolling vertical direction (TD) are all 1020 to 1400 MPa.
  • each of the three directions is a direction on a plane parallel to the rolling surface (that is, a surface formed in the rolling direction and the vertical direction of rolling).
  • the manner in which the test pieces 22 in the direction of ° are sampled is indicated by dotted lines.
  • the copper alloy sheet material of the present embodiment is manufactured through a specific strong working process without performing a solution treatment, so that the processed structure is appropriately controlled to increase the strength, and from the rolling direction to the rolling vertical direction. In the direction of 0 °, 45 °, or 90 °, the strength is significantly higher than the conventional one.
  • the Cu— (Ni, Co) —Si type used for the copper alloy sheet of the present embodiment is a precipitation hardening type alloy, and intermetallic compounds such as Ni—Si type, Co—Si type, and Ni—Co—Si type are the first.
  • High strength can be obtained by precipitation hardening by dispersing as a two-phase in a copper matrix with a fine size of around several nanometers.
  • the tensile strength in any direction of 0 °, 45 °, and 90 ° from the rolling direction to the vertical direction of rolling is 1020 MPa or more, preferably 1060 MPa or more.
  • the upper limit of the tensile strength in any direction of 0 °, 45 °, and 90 ° from the rolling direction to the vertical direction of rolling is 1400 MPa or less, preferably 1350 MPa or less. If the tensile strength is within the above range, the fatigue resistance is also excellent. If the tensile strength is too low, the fatigue resistance is poor. On the other hand, if the tensile strength is too high, local elongation is difficult to occur.
  • the tensile strength is a stress (unit: MPa) with respect to the maximum force applied during the tensile test based on JIS Z2241.
  • the stress at the point where the slope of the stress-strain curve is zero may be used as the tensile strength.
  • the tensile strength is set to a stress just before the inclination becomes zero.
  • the conductivity is 20% IACS or more, preferably 23% IACS or more, and more preferably 26% IACS or more. If the conductivity is too high, the strength may decrease, so the upper limit is 40% IACS or less.
  • % IACS represents the conductivity when the resistivity 1.7241 ⁇ 10 ⁇ 8 ⁇ m of universal standard annealed copper (International Annealed Copper Standard) is 100% IACS. It is.
  • Crystal orientation control The crystal orientation distribution is controlled to improve the tensile strength and fatigue resistance in the 45 ° and 90 ° directions that are particularly noticeable in this embodiment.
  • the copper alloy sheet material of the present embodiment (Invention Example 205, FIG. 4 (A)) uses the conventional manufacturing method (Comparative Example 256, FIG. 4). It can be seen that a crystal orientation distribution that was not seen in (B), Comparative Example 257, and FIG.
  • Ni, Co, and Si are elements constituting the second phase. These form the intermetallic compound. These are essential additive elements of this embodiment.
  • the total content of any one or two of Ni and Co is 1.80 to 8.00% by mass, preferably 2.40 to 5.00% by mass, more preferably 3.20 to 5%. 0.000% by mass.
  • the Si content is 0.40 to 2.00% by mass, preferably 0.50 to 1.20% by mass, and more preferably 0.60 to 1.20% by mass. If the amount of these essential additive elements is too small, the effect obtained is insufficient, the strength is insufficient, and the fatigue resistance is also poor. On the other hand, if the amount of these essential additive elements is too large, the electrical conductivity may decrease. Alternatively, material cracks may occur during the rolling process.
  • a more preferred embodiment of the present invention is one that does not contain Co in the second phase.
  • the copper alloy sheet material of the present embodiment is at least one selected from the group consisting of Sn, Zn, Ag, Mn, P, Mg, Cr, Zr, Fe and Ti in addition to the essential additive elements.
  • An element may be contained as an optional additive element.
  • the optional additive element When the optional additive element is contained, the total content of at least one element selected from the group consisting of Sn, Zn, Ag, Mn, P, Mg, Cr, Zr, Fe and Ti is 0.005 to 2.000 mass%.
  • the optional additive element has an effect of promoting the refinement of crystal grains and improving the strength characteristics and fatigue characteristics in intermediate cold rolling [Step 5] and final cold rolling [Step 7] described later.
  • Inevitable impurities in copper alloys are ordinary elements contained in copper alloys. Examples of inevitable impurities include O, H, S, Pb, As, Cd, and Sb. These are allowed to contain up to about 0.1% by mass as the total amount.
  • the present invention a process different from the conventional method is effective.
  • the following process is effective.
  • the present invention is not limited to the following method.
  • An example of a method for producing a copper alloy sheet according to the present embodiment is to obtain an ingot by melting / casting [Step 1], and to this ingot, hot processing such as homogenization heat treatment [Step 2], hot rolling, etc. [Step 3], water cooling [Step 4], intermediate cold rolling [Step 5], heat treatment for aging precipitation [Step 6], final cold rolling [Step 7], strain relief annealing [Step 8] in this order.
  • the method of performing is mentioned.
  • the strain relief annealing [Step 8] may be omitted if predetermined physical properties are obtained.
  • the combination of a series of the above processes and the condition of the intermediate cold rolling [Step 5] is a processing rate of 0 to 95%
  • the condition of the aging treatment [Step 6] is 300 to 430 ° C. for 5 minutes. It is achieved by limiting the combination of specific conditions in each step, that is, up to 10 hours and the processing rate of the final cold rolling [Step 7] is set to 60 to 99%.
  • the mechanism here is estimated as follows.
  • the action of the (Ni, Co) -Si compound precipitated in the aging treatment [Step 6] changes the dislocation distribution state and crystal rotation in the subsequent final cold rolling [Step 7].
  • the crystal grains in the final cold rolling [Step 7] are divided.
  • the preferable heat treatment and processing conditions in each step are as follows.
  • the homogenization heat treatment [Step 2] is held at 900 to 1040 ° C. for 1 hour or longer, preferably 5 to 10 hours.
  • hot working such as hot rolling [Step 3]
  • the temperature range from the start to the end of hot working is 500 to 1040 ° C.
  • the working rate is 10 to 90%.
  • the cooling rate is usually 1 to 200 ° C./second.
  • the processing rate is 0 to 95%, preferably 71 to 95%.
  • the aging treatment [Step 6] is also referred to as aging precipitation treatment, and the condition is that the temperature is maintained at 300 to 430 ° C.
  • the final cold rolling [Step 7] has a processing rate of 60 to 99%, preferably 60 to 89%.
  • the strain relief annealing [Step 8] is held at 200 to 500 ° C. for 5 seconds to 2 hours. If the holding time is too long, the strength decreases, and therefore it is preferable to perform short-time annealing for 5 seconds or more and 5 minutes or less.
  • processing rate (or cross-sectional reduction rate in rolling) is a value defined by the following equation.
  • Processing rate (%) ⁇ (t 1 ⁇ t 2 ) / t 1 ⁇ ⁇ 100
  • t 1 represents the thickness before rolling
  • t 2 represents the thickness after rolling.
  • the surface oxide layer may be removed by chamfering, acid cleaning, or surface polishing, if necessary, depending on the state of oxidation and roughness of the material surface. Further, depending on the shape, correction by a tension leveler may be performed as necessary. Also, when the surface roughness of the material is large due to transfer of unevenness of the rolling roll or oil pits, the rolling speed, rolling oil, diameter of the rolling roll, surface roughness of the rolling roll, reduction amount of one pass during rolling, etc. The rolling conditions can be adjusted.
  • the copper alloy sheet of this embodiment has a final sheet thickness after finish rolling of 30 ⁇ m to 1 mm. Preferably, it is 40 ⁇ m to 0.3 mm.
  • the copper alloy sheet material of this embodiment preferably has the following physical properties.
  • the number of times until it breaks is preferably 4 ⁇ 10 4 times or more. This is the number of times corresponding to 10 insertions / removals every day for 10 years. More preferably, it is 8 ⁇ 10 4 times or more, and further preferably 11 ⁇ 10 4 times or more.
  • the load stress in the 90 ° direction is particularly high, so that particularly good fatigue characteristics may be required.
  • the 90 ° life is 2 ⁇ 10 5 times or more.
  • the local elongation is preferably 0.03 to 10%, more preferably 0.08 to 10%, still more preferably 0.15 to 10%.
  • tensile strength ⁇ TS maximum load
  • necking occurs in a part of the test piece.
  • This elongation after the occurrence of constriction is called local elongation.
  • FIG. 3 shows a stress-strain curve in the 0 ° direction of Invention Example 205 as a representative example.
  • e U corresponds to uniform elongation
  • e L corresponds to local elongation.
  • the copper alloy sheet material of the present invention preferably has a constant local elongation while having a high strength.
  • Example 1 An alloy raw material containing the alloy constituent elements shown in Table 1 and the balance consisting of Cu and inevitable impurities was melted in a high-frequency melting furnace and cast to obtain an ingot. And the test material of the copper alloy board
  • the ingot was subjected to a homogenization heat treatment that was held at 900 to 1040 ° C. for 1 hour or more and 10 hours or less, and hot rolling was performed in this high temperature state.
  • the end temperature of hot rolling was 500 ° C. or higher, and the processing rate was 10 to 90%.
  • intermediate cold rolling with a processing rate of 0 to 95%, aging treatment at 300 to 430 ° C. for 5 minutes to 10 hours, final cold rolling with a processing rate of 60 to 99%, and the following strain relief annealing are performed. I went in order.
  • the conditions for strain relief annealing in the production methods A, B, C, D, E and F were maintained at 200 to 500 ° C. for 5 seconds to 5 minutes. After each heat treatment and rolling, the surface oxide layer was removed by chamfering, acid cleaning, or surface polishing, if necessary, depending on the state of oxidation and roughness of the material surface. Further, according to the shape, correction with a tension leveler was performed as necessary. In addition, when the roughness of the material surface is large due to transfer of unevenness of the rolling roll or oil pits, the rolling speed, rolling oil, diameter of the rolling roll, surface roughness of the rolling roll, reduction amount of one pass during rolling, etc. The rolling conditions were adjusted.
  • a prototype of a copper alloy plate material was obtained by trial manufacture by any one of the following production methods J, K, and L.
  • the conditions of the manufacturing methods J, K, and L followed those of the manufacturing methods described in each patent document.
  • Patent document 6 Production method of Example 2 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-095186
  • the raw materials giving the copper alloy composition shown in Table 1 below were melted in a high-frequency melting furnace, and this was DC (direct casting)
  • the ingot was cast into an ingot having a thickness of 30 mm, a width of 100 mm, and a length of 150 mm by the method, and the obtained ingot was kept at a temperature of 1000 ° C. for 1 hour, and then hot-rolled to a thickness of 12 mm and quickly cooled.
  • both sides of the hot-rolled plate are cut by 1.5 mm to remove the oxide film, then cold-rolled to a thickness of 0.15 to 0.1 mm, and then at a temperature range of 825 to 925 ° C. for 15 seconds.
  • Solution treatment was performed, and immediately thereafter, cooling was performed at a cooling rate of 10 ° C./second or more.
  • aging heat treatment was performed at 420 to 480 ° C. for 1 to 3 hours, and then immediately cooled at a cooling rate of about 1 to 10 ° C./second. Subsequently, it cold-rolled with the rolling rate of 30% or less, and finished it into the board
  • the conditions for solution treatment and aging heat treatment were appropriately selected according to the alloy composition. After cold rolling, strain relief annealing was performed at 650 ° C. for 3 seconds.
  • Patent Document 7 Production method of Example 1 and Step A described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-246549 A raw material giving the copper alloy composition shown in Table 1 below was melted in a high-frequency melting furnace, and this was cast. The ingot was obtained. Using this state as a providing material, a test material for a copper alloy sheet was manufactured in the following steps. The final alloy sheet thickness was 0.12 mm. Perform homogenization heat treatment at a temperature of 950 to 1050 ° C. for 3 minutes to 10 hours, perform hot rolling at 500 to 950 ° C., and then heat treatment at 400 to 800 ° C. for 5 seconds to 20 hours to remove oxide scale. For this reason, the surface was cut.
  • cold rolling 1 with a processing rate of 90 to 99% was performed
  • intermediate annealing was performed at a temperature of 400 to 700 ° C. for 5 seconds to 20 hours
  • cold rolling 2 with a processing rate of 3 to 80% was performed.
  • a solution heat treatment is performed at a temperature of 800 to 950 ° C. for 5 seconds to 50 seconds
  • an aging precipitation heat treatment is performed at a temperature of 350 to 600 ° C. for 5 minutes to 20 hours
  • a finish rolling of 5 to 50% is performed.
  • temper annealing was performed at a temperature of 300 to 700 ° C. for 10 seconds to 20 hours.
  • Patent Document 3 Manufacturing Method of Invention Example 1 described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-152392 Copper that gives the copper alloy composition (Cu-6.0Ni-1.2Si-0.02P) shown in Table 1 below
  • the alloy was cast to produce a copper alloy plate.
  • other elements other than those described above, Al, Fe, Ti, Be, V, Nb, Mo, and W were 0.5% by mass or less in total. Further, the total amount of elements such as B, C, Na, S, Ca, As, Se, Cd, In, Sb, Pb, Bi, and MM (Misch metal) was 0.1% by mass or less.
  • a kryptor furnace is melted under a charcoal coating in the atmosphere, cast into a cast iron book mold, and an ingot having a thickness of 50 mm, a width of 75 mm, and a length of 180 mm is obtained. Obtained. Then, after chamfering the surface of the ingot, it was hot-rolled at a temperature of 950 ° C. until the thickness became 15 mm, and rapidly cooled into water from a temperature of 750 ° C. or higher. Next, after removing the oxide scale, cold rolling was performed to obtain a plate having a thickness of 0.75 mm.
  • Tensile strength TS As shown in FIG. 2, a test piece of JIS Z2201-13B cut out at 0 ° (rolling direction), 45 ° or 90 ° (rolling vertical direction) from the rolling direction to the vertical direction of rolling conforms to JIS Z2241. Then, three samples were measured in each direction, and the average value was shown. The tensile strength was a stress (unit: MPa) with respect to the maximum force applied during the tensile test.
  • Invention Examples 101 to 110 that satisfy the provisions of the present invention were all excellent in all characteristics.
  • the higher the Ni / Co and Si concentrations are within a predetermined range the higher the tensile strength in any of the 0 °, 45 °, and 90 ° directions from the rolling direction to the vertical direction of rolling [ TS] and fatigue resistance (number of repetitions) are shown.
  • each invention example had local elongation except for the 0 ° or 90 ° direction from the rolling direction of Invention Examples 104 and 106 toward the vertical direction of rolling.
  • Comparative Example 152 in which the contents of Ni and Si were too large, rolling cracks occurred and productivity was inferior.
  • Comparative Examples 153 to 156 according to the production methods C, D, E, or F the manufacturing conditions deviate from the conditions defined in the present invention, and in any of 0 °, 45 °, and 90 ° directions from the rolling direction to the vertical direction of rolling.
  • the tensile strength [TS] was low without satisfying the conditions defined in the present invention.
  • Comparative Examples 153 to 156 were inferior in fatigue resistance characteristics (number of repetitions) in any of 0 °, 45 °, and 90 ° directions from the rolling direction to the vertical direction of rolling.
  • the comparative example 157 by the manufacturing method J and the comparative example 158 by the manufacturing method K are both 0 °, 45 ° from the rolling direction to the vertical direction of the rolling, and the manufacturing conditions deviate from the conditions defined in the present invention.
  • the tensile strength [TS] was low without satisfying the conditions defined in the present invention.
  • the fatigue resistance was inferior in any of 0 °, 45 ° and 90 ° directions from the rolling direction to the vertical direction of rolling.
  • Example 2 By the same manufacturing method and test / measurement method as in Example 1, copper alloy sheet materials were manufactured using various copper alloys shown in Table 2, and their characteristics were evaluated. The results are shown in Table 2.
  • Invention Examples 201 to 210 that satisfy the provisions of the present invention were all excellent in all characteristics.
  • Higher tensile strength [TS] and fatigue resistance in any of 0 °, 45 °, or 90 ° direction from the rolling direction to the vertical direction of rolling, although not in all the test examples, due to the additive effect of the optional additive element A tendency to improve (the number of repetitions) was observed.
  • each invention example had local elongation except for the 0 ° or 90 ° direction from the rolling direction of Invention Examples 203 and 206 toward the vertical direction of rolling.
  • Comparative Examples 252 to 255 were inferior in fatigue resistance in any of 0 °, 45 °, and 90 ° directions from the rolling direction to the vertical direction of rolling.
  • the comparative example 256 by the manufacturing method J, the comparative example 257 by the manufacturing method K, and the comparative example 258 by the manufacturing method L are all out of the conditions defined in the present invention by the manufacturing conditions, and are directed from the rolling direction to the rolling vertical direction.
  • the tensile strength [TS] was low without satisfying the conditions defined in the present invention in any of the 0 °, 45 °, and 90 ° directions. Further, the fatigue resistance was inferior in any of 0 °, 45 ° and 90 ° directions from the rolling direction to the vertical direction of rolling.
  • the copper alloy sheet material of the present invention can be suitably used in any type as long as it is a connector.
  • it can be suitably used as an external connection connector represented by a dock connector or a USB connector, a thin spring material for a camera module, or a movable piece of a relay.

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Abstract

　高導電率で、かつ、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれの方向においても高強度の銅合金板材とそれを用いたコネクタ、及びその銅合金板材の製造方法を提供する。　ＮｉとＣｏのいずれか１種又は２種を合計で１．８０～８．００質量％、Ｓｉを０．４０～２．００質量％、並びにＳｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を合計で０．０００～２．０００質量％含有し、残部が銅と不可避不純物からなる組成を有し、導電率が２０～４０％ＩＡＣＳ以上であり、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°、９０°の方向の引張強度がいずれも１０２０～１４００ＭＰａである銅合金板材、それを用いたコネクタおよびその銅合金板材の製造方法。

Description

銅合金板材、コネクタ、及び銅合金板材の製造方法
　本発明は、銅合金板材とそれを用いたコネクタ、及びその銅合金板材の製造方法に関する。
　電子機器と外部機器等とを接続するための端子やコネクタは、電子機器の小型化、薄肉化に伴って、更なる小型化が求められている。また、これらの端子やコネクタは、一日に何十回もの挿抜や嵌合が行われる場合もあるため、バネ部の強度や耐疲労特性（繰り返し特性）も求められている。端子やコネクタは、強度や導電性を必要とすることから銅合金を用いて製造されることが多い。従って、小型成形が可能で、かつ強度と耐疲労特性に優れた端子・コネクタ用の銅合金材が望まれている。
　特に、端子やコネクタは、銅合金の板材を打ち抜き、プレス成型することで製造される。この際、端子やコネクタのバネ部の応力負荷方向は、銅合金板材の圧延方向（ＲＤ；Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）から圧延垂直方向（ＴＤ；Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に向けて９０°の方向または４５°の方向となる場合が多い。このため、端子やコネクタ用の銅合金板材は、これらの方向のいずれにおいても耐疲労特性が優れることが求められる。また、端子やコネクタの小型化に伴って、バネ部の長さが短くなると、バネ部に掛かる応力が大きくなる。このため、銅合金板材は、前記耐疲労特性が良好なことに加えて、高い応力が付与されても永久変形し難いことが求められる。
　従来、バネ用の銅合金としてはリン青銅系が最も多く使用されてきた。リン青銅系のバネ用銅合金は、強度や耐疲労特性に優れるものの、導電率が１０％ＩＡＣＳ前後と低い。このため、今後の小型で高い信頼性が求められる端子には、リン青銅系のバネ用銅合金は使用が制限される場合があると考えられる。小型で高い信頼性が求められる端子用のバネ材には、２０％ＩＡＣＳ以上の導電率が求められるためである。
　Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系の銅合金、いわゆるコルソン系合金は、リードフレーム用として開発され、コネクタ用としても使用されている合金である。これまでのコルソン系合金は、導電率がリン青銅系よりも良好である。しかし、これまでのコルソン系合金は、強度や耐疲労特性が、昨今の要求を満足しない場合があった。特に、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°の方向（すなわち圧延方向）では特性が良好であっても、４５°または９０°の方向の耐疲労特性が劣っていた。
　このような電子機器の技術動向から、高導電率を有し、かつ、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれの強度および耐疲労特性も優れる材料が必要とされている。
　特許文献１では、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｎ系合金の含有成分を含む合金組成を選定し、特定の工程で時効析出硬化させることで、導電率を低下させることなく、疲労特性の良好な銅合金とすることが提案されている。
　特許文献２では、Ｃｕ－Ｓｎ系合金の結晶粒径と仕上げ圧延条件を調整して、高強度の銅合金とすることが提案されている。
　特許文献３では、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金の中でもＮｉ濃度が高い場合に、特定の工程で調製することで高強度とすることが提案されている。
　特許文献４では、Ｃｕ－Ｔｉ系合金の含有成分を含む合金組成を選定し、特定の工程で時効析出硬化させることで高強度とすることが提案されている。
　特許文献５では、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金条を特定の製造工程で得ることで、所定の｛１１０｝＜００１＞方位密度とＫＡＭ（Ｋａｒｎｅｌ　Ａｖｅｒａｇｅ　Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）値とを有し、深絞り加工性と耐疲労特性を向上させることが提案されている。
　特許文献６では、圧延方向の引張強さと、圧延方向となす角度が４５°方向の引張強さと、圧延方向となす角度が９０°方向の引張強さの３つの引張強さ間の各差の最大値が１００ＭＰａ以下である、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系の接点材用銅基析出型合金板材が提案されている。
　特許文献７では、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金のＣｕｂｅ方位及びＢＲ方位の面積率を適正に制御することで、高強度で、曲げ加工性、耐応力緩和特性、耐疲労特性を向上させることが提案されている。
特開昭６３－３１２９３７号公報 特開２００２－２９４３６７号公報 特開２００６－１５２３９２号公報 特開２０１１－１３２５９４号公報 特開２０１２－１２２１１４号公報 特開２００８－０９５１８６号公報 特開２０１２－２４６５４９号公報
　ところで、特許文献１～４では、一般的な銅合金から比べると、高い強度は得られているものの、合金系と製造方法によっては導電率が依然低い場合があった。
　特許文献５では、深絞り加工性と耐疲労特性は得られているものの、強度と導電率の点ではなお向上の余地があった。
　特許文献６では、高い導電率が得られているものの、高い強度と両立させる点ではなお向上の余地があった。
　特許文献７では、曲げ加工性、耐応力緩和特性、耐疲労特性は得られているものの、高い強度と高い導電率を両立させる点ではなお向上の余地があった。
　また、これらの特許文献１～７では、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°いずれの方向でも高強度とすることは着目されておらず、実際にこれらいずれの方向でも引張強度が高いかどうかは不明である。
　そこで、良好な導電性を有しながら、かつ、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°いずれの方向でも高い引張強度を有する銅合金板材が求められている。
　上記従来技術における問題点に鑑み、本発明の課題は、高導電率で、かつ、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれの方向においても高強度であり、好ましくはいずれの方向においても耐疲労特性にも優れる銅合金板材を提供することにある。また、この銅合金板材を用いたコネクタ、及びこの銅合金板材の製造方法を提供することにある。特に、本発明は、ドックコネクタやＵＳＢコネクタに代表される外部接続コネクタの他、カメラモジュール用の薄板バネ材、リレーの可動片などに適した銅合金板材とそれを用いたコネクタ、及びその銅合金板材の製造方法を提供することを課題とする。
　本発明者は、上記課題を解決する為に鋭意検討を重ねた結果、特定のＣｕ－（Ｎｉ，Ｃｏ）－Ｓｉ系合金組成を有して、特定の製造条件で製造した銅合金板材が、良好な導電性を有しながら、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれの方向においても高い強度とすることができることを見いだした。本発明は、この知見に基づき完成されるに至ったものである。
　すなわち、本発明によれば以下の手段が提供される。
（１）ＮｉとＣｏのいずれか１種又は２種を合計で１．８０～８．００質量％、Ｓｉを０．４０～２．００質量％、並びにＳｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を合計で０．０００～２．０００質量％含有し、残部が銅と不可避不純物からなる組成を有し、導電率が２０～４０％ＩＡＣＳ以上であり、圧延方向（ＲＤ）から圧延垂直方向（ＴＤ）に向けて０°、４５°、９０°の方向の引張強度がいずれも１０２０～１４００ＭＰａである、銅合金板材。
（２）Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を合計で０．００５～２．０００質量％含有する（１）項に記載の銅合金板材。
（３）（１）または（２）項に記載の銅合金板材からなるコネクタ。
（４）ＮｉとＣｏのいずれか１種又は２種を合計で１．８０～８．００質量％、Ｓｉを０．４０～２．００質量％、並びにＳｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を合計で０．０００～２．０００質量％含有し、残部が銅と不可避不純物からなる銅合金を溶解し鋳造する溶解・鋳造工程と、９００～１０４０℃で１時間以上の熱処理を行う均質化熱処理工程と、熱間加工開始から終了までの温度範囲が５００～１０４０℃であり、加工率が１０～９０％である熱間加工工程と、加工率が０～９５％の中間冷間圧延工程と、３００～４３０℃で５分間から１０時間の熱処理を行う熱処理工程と、加工率が６０～９９％の最終冷間圧延工程と、をこの順で行う銅合金板材の製造方法。
（５）前記溶解・鋳造工程に供される銅合金に、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を合計で０．００５～２．０００質量％含有する（４）項に記載の銅合金板材の製造方法。
（６）前記最終冷間圧延工程の後に、２００～５００℃で５秒～２時間保持する歪取り焼鈍を行う（４）または（５）項に記載の銅合金板材の製造方法。
　本発明の銅合金板材は、その有する特性により、ドックコネクタやＵＳＢコネクタに代表される外部接続コネクタの他、カメラモジュール用の薄板バネ材、リレーの可動片などに好適に用いることができる。
　本発明の銅合金板材は、バネへの応力負荷方向として、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれの方向でも従来よりも著しく高い強度を有するため、特性が劣化しにくいバネ用材料として用いることができる。この為、例えば、コネクタ材として好適である。
　また、本発明の銅合金板材の製造方法によれば、前記優れた特性を有する銅合金板材を好適に製造することができる。
　本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
図１は、銅合金板材と、圧延方向（ＲＤ）、圧延垂直方向（ＴＤ）および圧延面垂直方向（ＮＤ）の関係を示す模式図である。 図２は、引張試験、疲労試験における試験片として、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°、９０°方向の試験片を示す模式図である。 図３は、局部伸びの説明図である。図３には代表的な例として、発明例２０５の０°方向での応力－歪み曲線を示す。局部伸び（ｅＬ）とは、図示した均一伸び（ｅＵ）の後で試験材が破断するまでの伸びをいう。 図４（Ａ）は発明例２０５、図４（Ｂ）は比較例２５６、図４（Ｃ）は比較例２５７についての、Ｘ線による｛１００｝極点図である。
　本発明の銅合金板材の好ましい実施の態様について、詳細に説明する。ここで、「銅合金材料」とは、銅合金素材が所定の形状（例えば、板、条、箔、棒、線など）に加工されたものを意味する。そのなかで板材とは、特定の厚みを有し形状的に安定しており面方向に広がりをもつものを指し、広義には条材や箔材、板を管状とした管材を含む意味である。
　図１に、本実施形態の銅合金板材１と、圧延方向（ＲＤ）、圧延垂直方向（ＴＤ）および圧延面垂直方向（ＮＤ；Ｎｏｒｍａｌ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の関係を示す。圧延方向とは、銅合金板材の製造時に、圧延ロール等によって板材が圧延されて伸延していく方向を示す。これに対して、圧延垂直方向は、圧延方向に垂直であり、圧延面に平行な方向である。圧延面垂直方向は、圧延面に垂直な方向である。工業的な銅合金板材はロール状に巻きながら製造・出荷する。したがって、銅合金板材の製造直後では、通常は板材の長手方向が圧延方向であり、板材の幅方向が圧延垂直方向である。
　本実施形態の銅合金板材は、ＮｉとＣｏのいずれか１種又は２種とＳｉをそれぞれ特定量で含有し、必要によりＳｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を特定量で含有し、残部が銅と不可避不純物からなる特定の合金組成とすることによって、導電率が２０～４０％ＩＡＣＳ以上であり、圧延方向（ＲＤ）から圧延垂直方向（ＴＤ）に向けて０°、４５°、９０°の方向の引張強度がいずれも１０２０～１４００ＭＰａである。ここで、前記３つの方向は、いずれも圧延面に平行な面上（すなわち、圧延方向と圧延垂直方向で作る面上）での方向である。図２に、本実施形態の銅合金板材１から、圧延方向（ＲＤ）から圧延垂直方向（ＴＤ）に向けて０°の方向での試験片２０、４５°の方向での試験片２１、９０°の方向での試験片２２を、それぞれ採取する様子を点線で示した。
　本実施形態の銅合金板材は、溶体化処理を行わずに特定の強加工工程を経て製造されることで、加工組織が適正に制御されて高強度化されるとともに、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれの方向でも従来よりも著しく高い強度を奏する。
　本実施形態の銅合金板材に用いるＣｕ－（Ｎｉ，Ｃｏ）－Ｓｉ系は析出硬化型合金であり、Ｎｉ－Ｓｉ系、Ｃｏ－Ｓｉ系、Ｎｉ－Ｃｏ－Ｓｉ系などの金属間化合物が第二相として銅母相中に数ｎｍ前後の微細なサイズで分散することで、析出硬化によって高強度が得られる。
（引張強度：ＴＳ）
　本実施形態の銅合金板材では、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°、９０°のいずれの方向の引張強度も１０２０ＭＰａ以上であり、好ましくは１０６０ＭＰａ以上である。圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°、９０°のいずれの方向の引張強度も上限は１４００ＭＰａ以下であり、好ましくは１３５０ＭＰａ以下である。引張強度が前記の範囲内であれば、耐疲労特性にも優れる。引張強度が低すぎると耐疲労特性に劣る。一方、引張強度が高すぎると局部伸びが出にくい。なお、引張強度とは、ＪＩＳ　Ｚ２２４１に基づき、引張試験中に加わった最大の力に対する応力（単位はＭＰａ）である。図３中のσＴＳの定義によっては、応力－歪み曲線の傾きが零（ゼロ）の点の応力を引張強度とする場合がある。これに対して、本発明では、この傾きが零（ゼロ）になる手前の応力でも引張強度とする、という意味である。
（導電率：ＥＣ）
　本実施形態の銅合金板材では、導電率は２０％ＩＡＣＳ以上であり、好ましくは２３％ＩＡＣＳ以上、さらに好ましくは２６％ＩＡＣＳ以上である。導電率が高すぎると強度が低下してしまう場合があるので、上限値は４０％ＩＡＣＳ以下である。
　なお、本実施形態において、上記の「％ＩＡＣＳ」とは、万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｎｎｅａｌｅｄ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｓｔａｎｄａｒｄ）の抵抗率１．７２４１×１０－８Ωｍを１００％ＩＡＣＳとした場合の導電率を表したものである。
（結晶方位制御）
　本実施形態で特に顕著な４５°及び９０°方向の引張強度及び耐疲労特性の向上は、結晶方位分布の制御が作用している。図４に代表的に示したＸ線による｛１００｝極点図のとおり、本実施形態の銅合金板材（発明例２０５、図４（Ａ））では、従来の製造方法（比較例２５６、図４（Ｂ）や、比較例２５７、図４（Ｃ））では見られなかった結晶方位分布、すなわち従来得られなかった結晶組織が得られていることが分かる。
（合金組成）
・Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉは上記の第二相を構成する元素である。これらは前記金属間化合物を形成する。これらは本実施形態の必須添加元素である。ＮｉとＣｏのいずれか１種又は２種の含有量の総和は、１．８０～８．００質量％であり、好ましくは２．４０～５．００質量％、より好ましくは３．２０～５．００質量％である。また、Ｓｉの含有量は０．４０～２．００質量％、好ましくは０．５０～１．２０質量％、より好ましくは０．６０～１．２０質量％である。これらの必須添加元素の添加量が少なすぎると、得られる効果が不十分となり、強度不足で、さらに耐疲労特性にも劣る。一方、これらの必須添加元素の添加量が多すぎると、導電率が低下する場合がある。または、圧延工程中に材料割れが発生する場合がある。Ｃｏを添加した方が、導電性がやや良好であるが、Ｃｏを含んだ状態で必須添加元素の濃度が高い場合に、熱間圧延及び冷間圧延の条件によっては、圧延割れが生じやすくなる場合がある。よって、本発明におけるより好ましい実施形態は、第二相にＣｏを含まないものである。
・その他の元素
　本実施形態の銅合金板材は、前記必須添加元素の他に、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を任意添加元素として含有してもよい。該任意添加元素を含有する場合、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素の含有量は、合計で０．００５～２．０００質量％とする。該任意添加元素は、後述の中間冷間圧延［工程５］、最終冷間圧延［工程７］において、結晶粒の微細化を促進し、強度特性及び疲労特性を向上させる効果がある。また、耐応力緩和特性を向上させる効果があり、使用環境が１００℃以上などの高温となる場合などに適する。但し、これらの任意添加元素の含有量が多すぎると導電率を低下させる弊害を生じる場合や圧延工程中に材料割れが発生する場合があるので、２．０００質量％以下とすることが好ましい。
・不可避不純物
　銅合金中の不可避不純物は、銅合金に含まれる通常の元素である。不可避不純物としては、例えば、Ｏ、Ｈ、Ｓ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｓｂなどが挙げられる。これらは、その合計の量として０．１質量％程度までの含有が許容される。
（製造方法）
　従来法として、通常の析出硬化型銅合金材の製造方法では、溶体化熱処理によって過飽和固溶状態とした後に、時効処理によって析出させ、必要に応じて調質圧延（仕上げ圧延）及び調質焼鈍（低温焼鈍、歪み取り焼鈍）が行われる。後述する比較例の製造方法Ｆ、Ｊ、Ｋ、Ｌがこれに相当する。
　これに対して、本発明においては、前記従来法とは異なるプロセスが有効となる。例えば、下記のようなプロセスが有効である。ただし本発明は下記の方法に限定されるものではない。
　本実施形態の銅合金板材の製造方法の一例は、溶解・鋳造［工程１］して鋳塊を得て、この鋳塊に、均質化熱処理［工程２］、熱間圧延等の熱間加工［工程３］、水冷［工程４］、中間冷間圧延［工程５］、時効析出のための熱処理［工程６］、最終冷間圧延［工程７］、歪取り焼鈍［工程８］をこの順に行う方法が挙げられる。歪取り焼鈍［工程８］は所定の物性が得られていれば省略してもよい。
　本実施形態では、一連の上記プロセスの組み合わせと、前記中間冷間圧延［工程５］の条件を加工率０～９５％とし、前記時効処理［工程６］の条件を３００～４３０℃で５分～１０時間とし、かつ、前記最終冷間圧延［工程７］の加工率を６０～９９％とする、という各工程における特定の条件の組み合わせの制限によって達成される。ここでの機構は次のように推定される。前記時効処理［工程６］において析出した（Ｎｉ，Ｃｏ）－Ｓｉ化合物の作用によって、その後の最終冷間圧延［工程７］における転位の分布状態や結晶回転が変化する。そして、最終冷間圧延［工程７］の圧延率を高くとることで、最終冷間圧延［工程７］中の結晶粒の分断が誘発される。
　各工程での好ましい熱処理、加工の条件としては、以下のとおりである。
　均質化熱処理［工程２］は、９００～１０４０℃で１時間以上、好ましくは５～１０時間保持する。
　熱間圧延等の熱間加工［工程３］は、熱間加工開始から終了までの温度範囲が５００～１０４０℃で、加工率は１０～９０％とする。
　水冷［工程４］は、通常、冷却速度が１～２００℃／秒である。
　中間冷間圧延［工程５］は、加工率が０～９５％、好ましくは７１～９５％とする。
　時効処理［工程６］は時効析出処理ともいい、その条件は３００～４３０℃で５分～１０時間の保持であり、好ましい温度範囲は３３０～３６０℃である。
　最終冷間圧延［工程７］は、加工率が６０～９９％、好ましくは６０～８９％である。
　歪取り焼鈍［工程８］は、２００～５００℃で５秒～２時間保持する。保持時間が長すぎると、強度が低下してしまうため、５秒以上５分以下の短時間焼鈍とすることが好ましい。
　ここで、加工率（又は圧延での断面減少率）は次式によって定義される値である。
　加工率（％）＝｛（ｔ１－ｔ２）／ｔ１｝×１００
　式中、ｔ１は圧延加工前の厚さを、ｔ２は圧延加工後の厚さをそれぞれ表わす。
　なお、各熱処理や圧延の後に、材料表面の酸化や粗度の状態に応じて、必要により、面削や酸洗浄、又は表面研磨によって、表面の酸化層を除去してもよい。また、形状に応じて、必要により、テンションレベラーによる矯正を行ってもよい。また、圧延ロールの凹凸の転写やオイルピットによって材料表面の粗さが大きい場合は、圧延速度、圧延油、圧延ロールの径、圧延ロールの表面粗さ、圧延時の１パスの圧下量などの圧延条件を調整することができる。
（板厚）
　本実施形態の銅合金板材は、仕上げ圧延後の最終板厚が３０μｍ～１ｍｍである。好ましくは、４０μｍ～０．３ｍｍである。
（物性）
　本実施形態の銅合金板材は、好ましくは以下の物性を有する。
（耐疲労特性）
　本実施形態の銅合金板材の一つの好ましい実施態様では、ＪＩＳ　Ｚ　２２７３で規定される疲労試験において、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°、９０°のいずれの方向の耐疲労特性にも優れる。具体的には、試験片を負荷応力５００ＭＰａで繰り返し曲げを施した場合に破断するまでの回数は、好ましくは４×１０４回以上である。これは、毎日１０回の挿抜を１０年間行うことに対応した回数である。より好ましくは８×１０４回以上、さらに好ましくは１１×１０４回以上である。端子の設計によっては９０°方向の負荷応力が特に高いため、特に良好な疲労特性が求められる場合がある。本発明のより好ましい形態として、９０°方向の寿命が２×１０５回以上である。
（局部伸び）
　本発明の銅合金板材の一つの好ましい実施態様では、局部伸びが、好ましくは０．０３～１０％、より好ましくは０．０８～１０％、さらに好ましくは０．１５～１０％である。
　引張試験の際、最大荷重（引張強度σＴＳ）を超えると試験片の一部にくびれ（ネッキング）が生じる。このくびれ発生後の伸びを局部伸びという。図３に、発明例２０５の０°方向での応力－歪曲線を代表的な例として示す。ｅＵが均一伸び、ｅＬが局部伸びに相当する。一般的に、材料の強度を高めるほど局部伸びを出すのは難しい。本発明の銅合金板材は、好ましくは、高強度を有しつつ、一定の局部伸びも有する。
　以下に、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
　表１に記載の合金成分元素を含有し、残部がＣｕと不可避不純物から成る合金の原料を高周波溶解炉により溶解し、これを鋳造して鋳塊を得た。そして、下記Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦのいずれかの製法にて、本発明に従った発明例とこれとは別に比較例の銅合金板材の供試材を、それぞれ製造した。なお、表１にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦのいずれの製法を用いたのかを示した。最終的な銅合金板材の厚さは０．１ｍｍとした。この最終板厚は、以下に述べる製法Ｊ、Ｋ、Ｌの場合も特に断らない限り同様である。
　なお、表中に下線つきで表した数字等は、本発明で規定する合金成分の含有量もしくは製法を満たさなかったか、または物性が本発明で規定する範囲もしくは好ましい範囲を満たさなかったものを意味する。
（製法Ａ）
　前記鋳塊に対して、９００～１０４０℃で１時間以上１０時間以下保持する均質化熱処理を行い、この高温状態のまま熱間圧延を行った。熱間圧延の終了温度は５００℃以上とし、加工率は１０～９０％とした。熱間圧延終了後には水冷した。その後、必要により面削した。その後、加工率が０～９５％の中間冷間圧延、３００～４３０℃に５分～１０時間保持する時効処理、加工率が６０～９９％の最終冷間圧延、下記の歪取り焼鈍をこの順に行った。
（製法Ｂ）
　前記最終冷間圧延の加工率を９９．１～９９．９％とした以外は、前記製法Ａと同様に行った。
（製法Ｃ）
　前記最終冷間圧延の加工率を３０～５９％とした以外は、前記製法Ａと同様に行った。
（製法Ｄ）
　前記時効処理の加熱温度を２５０～２９０℃とし、前記最終冷間圧延の加工率を６０～８９％とした以外は、前記製法Ａと同様に行った。
（製法Ｅ）
　前記時効処理の加熱温度を４４０～５００℃とし、前記最終冷間圧延の加工率を６０～８９％とした以外は、前記製法Ａと同様に行った。
（製法Ｆ）
　前記中間冷間圧延の後で前記時効処理の前に、７００～１０００℃に５秒～１０分間保持した後に水焼き入れを施す溶体化処理を行い、前記最終冷間圧延の加工率を６０～８９％とした以外は、前記製法Ａと同様に行った。
　前記製法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦにおける歪取り焼鈍の条件は、２００～５００℃で５秒～５分間保持した。
　なお、各熱処理や圧延の後に、材料表面の酸化や粗度の状態に応じて、必要により、面削や酸洗浄、又は表面研磨によって、表面の酸化層を除去した。また、形状に応じて、必要により、テンションレベラーによる矯正を行った。また、圧延ロールの凹凸の転写やオイルピットによって、材料表面の粗さが大きい場合は、圧延速度、圧延油、圧延ロールの径、圧延ロールの表面粗さ、圧延時の１パスの圧下量などの圧延条件を調整した。
　また、他の比較例として下記の製法Ｊ、Ｋ、Ｌのいずれかにて試作して、銅合金板材の供試材を得た。製法Ｊ、Ｋ、Ｌの条件は、各特許文献に記載されている製造方法のものを踏襲した。
（製法Ｊ）特許文献６：特開２００８－０９５１８６号公報の実施例２の製法
　下記表１に示した銅合金組成を与える原料を高周波溶解炉にて溶解し、これをＤＣ（ダイレクト・キャスティング）法により厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍの鋳塊に鋳造し、得られた鋳塊を１０００℃の温度に１時間保持後、厚さ１２ｍｍに熱間圧延し、速やかに冷却した。次に、熱間圧延板の両面を各１．５ｍｍ切削して酸化皮膜を除去し、次いで厚さ０．１５～０．１ｍｍに冷間圧延し、次いで８２５～９２５℃の温度範囲で１５秒間溶体化処理し、その後直ちに１０℃／秒以上の冷却速度で冷却した。次に４２０～４８０℃で１～３時間の時効熱処理を施し、その後直ちに約１～１０℃／秒の冷却速度で冷却した。
　次いで、３０％以下の圧延率で冷間圧延して板厚０．１ｍｍの板材に仕上げた。なお、溶体化処理と時効熱処理の条件は合金組成に応じて適宜選定した。冷間圧延後に、歪取り焼鈍を６５０℃で３秒間施した。
（製法Ｋ）特許文献７：特開２０１２－２４６５４９号公報に記載の実施例１、工程Ａの製法
　下記表１に示した銅合金組成を与える原料を高周波溶解炉により溶解し、これを鋳造して鋳塊を得た。この状態を提供材とし、下記の工程にて、銅合金板材の供試材を製造した。最終的な合金板材の厚さは０．１２ｍｍとした。
　９５０～１０５０℃の温度で３分～１０時間の均質化熱処理を行い、５００～９５０℃の熱間圧延を行った後に４００～８００℃で５秒～２０時間の熱処理を行い、酸化スケール除去のために面削を行った。その後に９０～９９％の加工率の冷間圧延１を行い、４００～７００℃の温度で５秒～２０時間の中間焼鈍を行い、３～８０％の加工率の冷間圧延２を行った。その後に、８００～９５０℃の温度に５秒～５０秒間保持する溶体化熱処理を行い、３５０～６００℃の温度で５分間～２０時間の時効析出熱処理を行い、５～５０％の仕上げ圧延を行い、３００～７００℃の温度で１０秒～２０時間保持する調質焼鈍を行った。
（製法Ｌ）特許文献３：特開２００６－１５２３９２号公報に記載の発明例１の製法
　下記表１に示した銅合金組成（Ｃｕ－６．０Ｎｉ－１．２Ｓｉ－０．０２Ｐ）を与える銅合金を鋳造して銅合金板を製造した。なお、前記記載以外の他の元素（不可避的不純物元素）として、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗは、これらの総量で０．５質量％以下であった。また、Ｂ、Ｃ、Ｎａ、Ｓ、Ｃａ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、ＭＭ（ミッシュメタル）等の元素は、これらの総量で０．１質量％以下であった。
　具体的な銅合金板の製造方法としては、クリプトル炉において大気中で木炭被覆下で溶解し、鋳鉄製ブックモールドに鋳造し、厚さが５０ｍｍ、幅が７５ｍｍ、長さが１８０ｍｍの鋳塊を得た。そして、鋳塊の表面を面削した後、９５０℃の温度で厚さが１５ｍｍになるまで熱間圧延し、７５０℃以上の温度から水中に急冷した。次に、酸化スケールを除去した後、冷間圧延を行い、厚さが０．７５ｍｍの板を得た。
　続いて、塩浴炉を使用し、温度９００℃で２０秒間加熱する溶体化処理を行なった後に、水中に急冷した後、加工率２０％で後半の仕上げ冷間圧延により、厚み０．６ｍｍの冷延板にした。この冷延板を、温度４５０℃で４時間の時効処理に付した。
　これらの本発明に従った発明例及び比較例の供試材について、以下のようにして各特性を測定、評価した。結果を表１に併せて示す。
ａ．引張強度：ＴＳ
　図２に示したように圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°（圧延方向）、４５°または９０°（圧延垂直方向）に切り出したＪＩＳ　Ｚ２２０１－１３Ｂ号の試験片を、ＪＩＳ　Ｚ２２４１に準じて各方向に３本ずつ測定しそれぞれ平均値を示した。引張強度は、引張試験中に加わった最大の力に対する応力（単位はＭＰａ）とした。
ｂ．導電率：ＥＣ
　各供試材について、２０℃（±０．５℃）に保たれた恒温漕中で四端子法により比抵抗を計測して導電率を算出した。なお、端子間距離は１００ｍｍとした。
ｃ．耐疲労特性
　図２に示したように、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°（圧延方向）、４５°または９０°（圧延垂直方向）に切り出したＪＩＳ　Ｚ２２０１－１３Ｂ号の試験片を、ＪＩＳ　Ｚ　２２７３に準じて各方向に３本ずつ、負荷応力５００ＭＰａで繰り返し曲げた場合に破断するまでの繰り返し回数を測定しそれぞれ平均値を示した。
ｄ．局部伸び：ｅＬ
　図３に示したように、前記と同様の引張試験において局部伸び（ｅＬ）を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、本発明の規定を満足する発明例１０１～１１０は、いずれも全ての特性に優れた。すなわち発明例１０１～１１０は、Ｎｉ／Ｃｏ、Ｓｉの濃度が所定範囲内で高い程、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれにおいてもより高い引張強度［ＴＳ］と耐疲労特性（繰り返し回数）を示した。また、発明例１０４、１０６の圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°または９０°方向を除いて、各発明例は局部伸びを有していた。
　一方、各比較例では、合金組成、製造条件の内のいずれかが本発明で規定する条件を満たさなかったため、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれかにおいて引張強度［ＴＳ］が本発明で規定する条件を満たさずに低かった。
　より具体的には、比較例１５１では、Ｎｉ／Ｃｏ、Ｓｉが少なすぎたので、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°または４５°方向において引張強度［ＴＳ］が本発明で規定する条件を満たさずに低かった。また、比較例１５１は、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°または４５°方向において耐疲労特性（繰り返し回数）に劣った。ＮｉとＳｉの含有量が多すぎた比較例１５２では、圧延割れが発生し、製造性が劣った。製法Ｃ、Ｄ、ＥまたはＦによる比較例１５３～１５６では、製造条件が本発明で規定する条件を外れ、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれかにおいて引張強度［ＴＳ］が本発明で規定する条件を満たさずに低かった。また、比較例１５３～１５６は、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれかにおいて耐疲労特性（繰り返し回数）に劣った。
　他の比較例として、製法Ｊによる比較例１５７、製法Ｋによる比較例１５８は、いずれも製造条件が本発明で規定する条件を外れ、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°及び９０°方向のいずれにおいても引張強度［ＴＳ］が本発明で規定する条件を満たさずに低かった。また、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°及び９０°方向のいずれにおいても耐疲労特性に劣った。
（実施例２）
　実施例１と同様の製造方法及び試験・測定方法によって、表２に示す各種銅合金を用いて銅合金板材を製造し、その特性を評価した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、本発明の規定を満足する発明例２０１～２１０は、いずれも全ての特性に優れた。任意添加元素の添加効果によって、全ての試験例においてではないものの、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれにおいてもより高い引張強度［ＴＳ］と耐疲労特性（繰り返し回数）が向上する傾向が認められた。また、発明例２０３、２０６の圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°または９０°方向を除いて、各発明例は局部伸びを有していた。
　一方、各比較例では、合金組成、製造条件の内のいずれかが本発明で規定する条件を満たさなかったため、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれかにおいて引張強度［ＴＳ］が本発明で規定する条件を満たさずに低かった。
　より具体的には、副添加元素（この例ではＳｎ）が多すぎた比較例２５１では、圧延割れが発生し、製造性が劣った。製法Ｃ、Ｄ、ＥまたはＦによる比較例２５２～２５５では、製造条件が本発明で規定する条件を外れ、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれかにおいて引張強度［ＴＳ］が本発明で規定する条件を満たさずに低かった。また、比較例２５２～２５５は、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°または９０°方向のいずれかにおいて耐疲労特性に劣った。
　他の比較例として、製法Ｊによる比較例２５６、製法Ｋによる比較例２５７、製法Ｌによる比較例２５８は、いずれも製造条件が本発明で規定する条件を外れ、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°及び９０°方向のいずれにおいても引張強度［ＴＳ］が本発明で規定する条件を満たさずに低かった。また、圧延方向から圧延垂直方向に向けて０°、４５°及び９０°方向のいずれにおいても耐疲労特性に劣った。
　本発明の銅合金板材は、コネクタであればどのようなタイプでも好適に用いることができる。特に、ドックコネクタやＵＳＢコネクタに代表される外部接続コネクタの他、カメラモジュール用の薄板バネ材、リレーの可動片として好適に用いることができる。
　本発明をその実施態様とともに説明したが、私は特に指定しない限り私の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、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。
　１　銅合金板材
　２０　圧延方向（ＲＤ）から圧延垂直方向（ＴＤ）に向けて０°方向の引張強度・耐疲労特性を測定するための試験片
　２１　圧延方向（ＲＤ）から圧延垂直方向（ＴＤ）に向けて４５°方向の引張強度・耐疲労特性を測定するための試験片
　２２　圧延方向（ＲＤ）から圧延垂直方向（ＴＤ）に向けて９０°方向の引張強度・耐疲労特性を測定するための試験片

Claims (6)

  1. 　ＮｉとＣｏのいずれか１種又は２種を合計で１．８０～８．００質量％、Ｓｉを０．４０～２．００質量％、並びにＳｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を合計で０．０００～２．０００質量％含有し、残部が銅と不可避不純物からなる組成を有し、
    　導電率が２０～４０％ＩＡＣＳ以上であり、
    　圧延方向（ＲＤ）から圧延垂直方向（ＴＤ）に向けて０°、４５°、９０°の方向の引張強度がいずれも１０２０～１４００ＭＰａである、銅合金板材。
  2. 　Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を合計で０．００５～２．０００質量％含有する請求項１に記載の銅合金板材。
  3. 　請求項１または２に記載の銅合金板材からなるコネクタ。
  4. 　ＮｉとＣｏのいずれか１種又は２種を合計で１．８０～８．００質量％、Ｓｉを０．４０～２．００質量％、並びにＳｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を合計で０．０００～２．０００質量％含有し、残部が銅と不可避不純物からなる銅合金を溶解し鋳造する溶解・鋳造工程と、
    　９００～１０４０℃で１時間以上の熱処理を行う均質化熱処理工程と、
    　熱間加工開始から終了までの温度範囲が５００～１０４０℃であり、加工率が１０～９０％である熱間加工工程と、
    　加工率が０～９５％の中間冷間圧延工程と、
    　３００～４３０℃で５分間から１０時間の熱処理を行う熱処理工程と、
    　加工率が６０～９９％の最終冷間圧延工程と、
    をこの順で行う銅合金板材の製造方法。
  5. 　前記溶解・鋳造工程に供される銅合金に、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＴｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を合計で０．００５～２．０００質量％含有する請求項４に記載の銅合金板材の製造方法。
  6. 　前記最終冷間圧延工程の後に、２００～５００℃で５秒～２時間保持する歪取り焼鈍を行う請求項４または５に記載の銅合金板材の製造方法。
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