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JP2002038228A - 電子電気機器部品用銅合金材 - Google Patents

電子電気機器部品用銅合金材

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Publication number
JP2002038228A
JP2002038228A JP2000224425A JP2000224425A JP2002038228A JP 2002038228 A JP2002038228 A JP 2002038228A JP 2000224425 A JP2000224425 A JP 2000224425A JP 2000224425 A JP2000224425 A JP 2000224425A JP 2002038228 A JP2002038228 A JP 2002038228A
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JP
Japan
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copper alloy
electronic
less
crystal grain
plastic working
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JP2000224425A
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Takao Hirai
崇夫 平井
Takayuki Usami
隆行 宇佐見
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Priority to CNB018009425A priority patent/CN1183263C/zh
Priority to EP01934329A priority patent/EP1325964B1/en
Priority to DE60131763T priority patent/DE60131763T2/de
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲げ加工性および応力緩和特性に優れ、電子
電気機器部品の小型化に十分対応し得る端子、コネク
タ、スイッチ、リレーなどの電子電気機器部品用銅合金
材を提供する。 【解決手段】 Ｎｉを１．０〜３．０ｗｔ％、Ｓｉを
０．２〜０．７ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜０．２ｗｔ
％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｚｎを０．２〜
１．５ｗｔ％、Ｓを０．００５ｗｔ％未満（０ｗｔ％を
含む）含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる
銅合金材であって、結晶粒径が０．００１ｍｍを超え
０．０２５ｍｍ以下であり、かつ最終塑性加工方向と平
行な断面における結晶粒の長径ａと最終塑性加工方向と
直角な断面における結晶粒の長径ｂの比（ａ／ｂ）が
１．５以下である電子電気機器部品用銅合金材。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、曲げ加工性
および応力緩和特性に優れ、電子電気機器部品の小型化
に十分対応し得る端子、コネクタ、スイッチ、リレーな
どの電子電気機器部品用銅合金材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電子電気機器部品には、Ｃｕ
−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金な
どの銅合金材が使用され、特に、自動車のエンジンルー
ムなどの高温かつ腐食性環境下で使用される電子電気機
器部品にはＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金（特開昭６１−１２
７８４２号公報）などが使用されている。しかし、近
年、電子電気機器部品の小型化に伴って、箱型端子など
ではオス端子のタブ幅が２ｍｍ（０９０端子）から、約
１ｍｍ（０４０端子）へと所謂バネ部の断面積が減少す
る傾向にある。しかしながら、バネ部に要求される接触
圧力は従来と同じであり、断面積の減少に伴い、バネの
変位を大きく取ることで対処しており、材料への負荷応
力が従来にも増して高くなり、より応力緩和が生じ易い
状況になっている。また曲げ加工についても同様であ
り、小型化に伴い曲げ半径が小さくなるなど、より厳し
い曲げ加工が増えてきており、従来のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ
系合金では曲げ部にクラックが生じる場合も多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記要求を満
足する銅合金材は前記従来材の中にはなく、このためＭ
ｇを添加して応力緩和特性を改善した銅合金材（特開平
５−５９４６８号公報）が提案されたが、このものは曲
げ加工性に劣り１８０゜密着曲げされる自動車用コネク
タなどには適用できない。また熱・電気伝導性に劣る場
合は、使用中の自己発熱により応力緩和特性が良好であ
ってもその効果は十分に発現されない。本発明は、特
に、曲げ加工性および応力緩和特性に優れ、電子電気機
器部品の小型化に十分対応し得る電子電気機器部品用銅
合金材の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
Ｎｉを１．０〜３．０ｗｔ％、Ｓｉを０．２〜０．７ｗ
ｔ％、Ｍｇを０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｓｎを０．０５
〜１．５ｗｔ％、Ｚｎを０．２〜１．５ｗｔ％、Ｓを
０．００５ｗｔ％未満（０ｗｔ％を含む）含有し、残部
がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金材であって、
結晶粒径が０．００１ｍｍを超え０．０２５ｍｍ以下で
あり、かつ最終塑性加工方向と平行な断面における結晶
粒の長径ａと最終塑性加工方向と直角な断面における結
晶粒の長径ｂの比（ａ／ｂ）が１．５以下であることを
特徴とする電子電気機器部品用銅合金材である。
【０００５】請求項２記載の発明は、Ｎｉを１．０〜
３．０ｗｔ％、Ｓｉを０．２〜０．７ｗｔ％、Ｍｇを
０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ
％、Ｚｎを０．２〜１．５ｗｔ％、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒの
群の中から選ばれる１種または２種以上を総量で０．０
０５〜２．０ｗｔ％（但しＣｒは０．２ｗｔ％以下）、
Ｓを０．００５ｗｔ％未満（０ｗｔ％を含む）含有し、
残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金材であっ
て、結晶粒径が０．００１ｍｍを超え０．０２５ｍｍ以
下であり、かつ最終塑性加工方向と平行な断面における
結晶粒の長径ａと最終塑性加工方向と直角な断面におけ
る結晶粒の長径ｂの比（ａ／ｂ）が１．５以下であるこ
とを特徴とする電子電気機器部品用銅合金材である。
【０００６】
【発明の実施の形態】請求項１記載発明の銅合金材は、
合金元素としてＮｉ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎを適量含
有し、Ｓを微量に抑え、かつ結晶粒径および結晶粒の形
状を規定することにより、機械的性質、熱・電気伝導
性、めっき性などの基本特性を損なわずに、曲げ加工性
および応力緩和特性を高めたものである。
【０００７】この発明において、合金元素のＮｉおよび
ＳｉはＣｕマトリックス中にＮｉ−Ｓｉ化合物として析
出して熱・電気伝導性を損なわずに所要の機械的性質を
維持する。Ｎｉの含有量を１．０〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ
の含有量を０．２〜０．７ｗｔ％に規定する理由は、い
ずれが下限値未満でもその効果が十分に得られず、いず
れが上限値を超えても鋳造時および熱間加工時に、強度
に影響しない粗大な化合物が晶出（析出）して含有量に
見合う強度が得られなくなり、また熱間加工性および曲
げ加工性が低下するためである。特に望ましい含有量は
Ｎｉ１．７〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ０．４〜０．７ｗｔ％
であり、両者の配合比をＮｉ2 Ｓｉ化合物のＮｉとＳｉ
の比に合わせるのが最善である。
【０００８】Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎは本発明の銅合金材を構
成する重要な合金元素であり、これらの合金元素は相互
に関係しあって特性をバランス良く改善する。Ｍｇは応
力緩和特性を大幅に改善する。その含有量を０．０１〜
０．２０ｗｔ％に規定する理由は、０．０１ｗｔ％未満
では、その効果が十分に得られず、０．２ｗｔ％を超え
ると曲げ加工性が低下するためである。
【０００９】ＳｎはＭｇと相互に関係し合って応力緩和
特性をより一層向上させる。その含有量を０．０５〜
１．５ｗｔ％に規定する理由は、０．０５ｗｔ％未満で
はその効果が十分に得られず、１．５ｗｔ％を超えると
導電率が低下するためである。
【００１０】ＺｎはＭｇを含有させることによる曲げ加
工性の低下を緩和する。また錫めっき層や半田めっき層
の耐熱剥離性、耐マイグレーション特性を改善する。そ
の含有量を０．２〜１．５ ｗｔ％に規定する理由は、
０．２ｗｔ％未満ではその効果が十分に得られず、１．
５ｗｔ％を超えると導電率が低下するためである。
【００１１】不純物元素のＳは熱間加工性を悪化させる
ので、その含有量は０．００５ｗｔ％未満に規定する。
特には０. ００２ｗｔ％未満が望ましい。
【００１２】請求項２記載の発明は、前記請求項１記載
の銅合金に、さらにＡｇ、Ｃｏ、Ｃｒの群から選ばれる
１種または２種以上を含有させたものである。これらの
合金元素は、強度向上に寄与する。前記合金元素の含有
量を合計で０．００５〜２．０ｗｔ％に規定する理由
は、０．００５ｗｔ％未満ではその効果が十分に得られ
ず、２．０ｗｔ％を超えると、Ａｇはコスト高を招き、
ＣｏおよびＣｒは鋳造時および熱間加工時に粗大な化合
物を晶出（析出）して含有量に見合う強度が得られなく
なり、また熱間加工性および曲げ加工性が低下するため
である。特にＡｇは高価なため０．３ｗｔ％以下が望ま
しい。Ａｇは、耐熱性を向上させる効果および結晶粒の
粗大化を阻止して曲げ加工性を向上させる効果も有す
る。
【００１３】Ｃｏは、高価であるが、Ｎｉと同様の作用
を果たし、Ｎｉよりもその効果が大きい。またＣｏ−Ｓ
ｉ化合物は析出硬化能が高いため応力緩和特性も改善さ
れる。従って、熱・電気伝導性が重視される部材などに
はＮｉの一部をＣｏで代替するのが有効である。
【００１４】Ｃｒは銅中に微細に析出して強度向上に寄
与する。Ｃｒは曲げ加工性を低下させるため０．２ｗｔ
％以下に規定する。
【００１５】本発明では、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｐ、Ｍｎ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ａｌなどの元素を添加して種々特
性を改善することが可能である。例えば、Ｍｎを、導電
率を低下させない範囲（０．０１〜０．５ｗｔ％）で添
加して熱間での加工性を改善することができる。
【００１６】本発明では、銅合金材の結晶粒径および結
晶粒の形状を規定することにより曲げ加工性および応力
緩和特性を改善する。
【００１７】本発明において、前記結晶粒径を０．００
１ｍｍを超え０．０２５ｍｍ以下に規定する理由は、結
晶粒径が０．００１ｍｍ以下では、再結晶組織が混粒組
織となり易く、曲げ加工性および応力緩和特性が低下
し、結晶粒径が０．０２５ｍｍを超えると曲げ加工性が
低下するためである。
【００１８】前記結晶粒の形状とは、最終塑性加工方向
と平行な断面の結晶粒の長径ａと最終塑性加工方向と直
角な断面の結晶粒の長径ｂの比（ａ／ｂ）を指し、前記
比（ａ／ｂ）を１．５以下に規定する理由は、前記比
（ａ／ｂ）が１．５を超えると応力緩和特性が低下する
ためである。なお前記比（ａ／ｂ）が０．８を下回ると
応力緩和特性が低下し易くなるので０．８以上が望まし
い。なお、前記長径ａおよび長径ｂは、それぞれ結晶粒
数２０個以上の平均値とする。
【００１９】本発明の銅合金材は、例えば、鋳塊を熱間
圧延し、次いで冷間圧延、溶体化熱処理、時効熱処理、
最終冷間圧延、低温焼鈍の各工程を順に施して製造され
る。本発明において、結晶粒径および結晶粒の形状は、
前記製造工程において、熱処理条件、圧延加工率、圧延
の方向、圧延時のバックテンション、圧延時の潤滑条
件、圧延時のパス回数などを調整して制御する。
【００２０】本発明において、最終塑性加工方向とは、
最終に施した塑性加工が圧延加工の場合は圧延方向、引
抜（線引）加工の場合は引抜方向を指す。なお、塑性加
工とは圧延加工や引抜加工などであり、テンションレベ
ラーなどの矯正（整直）を目的とする加工は含めない。
【００２１】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）表１に示す本発明規定組成の銅合金（Ｎ
ｏ．Ａ〜Ｆ）を高周波溶解炉にて溶解し、ＤＣ法により
厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍの鋳塊に
鋳造した。次にこれら鋳塊を９００℃に加熱し、この温
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。次いで両面を各１．５ｍｍづつ切削して酸
化皮膜を除去したのち、冷間圧延により厚さ０．２５〜
０．５０ｍｍに加工した。この後、７５０〜８５０℃で
３０秒間熱処理し、直ちに１５℃／秒以上の冷却速度で
冷却した。ここで試料によっては５０％以下の圧延を行
った。次に不活性ガス雰囲気中で５１５℃で２時間の時
効処理を施し、その後、最終塑性加工である冷間圧延を
行い、最終的な板厚を０．２５ｍｍに揃えた。最終塑性
加工後、３５０℃で２時間の低温焼鈍処理を施した材料
で各種特性評価を行った。
【００２２】（比較例１）表１に示す本発明規定組成外
の銅合金（Ｎｏ．Ｇ〜Ｏ）を用いた他は、実施例１と同
じ方法により銅合金板を製造した。
【００２３】実施例１および比較例１で製造した各々の
銅合金板について（１）結晶粒径、（２）結晶粒形状、
（３）引張強さと伸び、（４）導電率、（５）曲げ加工
性、（６）応力緩和特性、（７）めっき層の密着性を調
べた。
【００２４】（１）結晶粒径および（２）結晶粒形状
は、ＪＩＳで規定する切断法（ＪＩＳＨ ０５０１）に
より結晶粒径を測定し、これを基に算出した。前記結晶
粒径の測定断面は、図１に示す最終冷間圧延方向（最終
塑性加工方向）と平行な断面Ａ、および最終冷間圧延方
向と直角な断面Ｂである。前記断面Ａでは最終冷間圧延
方向と平行な方向と直角な方向の２方向で結晶粒径を測
定し、測定値の大きい方を長径ａ、小さい方を短径とし
た。前記断面Ｂでは面の法線方向と平行な方向と、面の
法線方向と直角な方向の２方向で結晶粒径を測定し、測
定値の大きい方を長径ｂ、小さい方を短径とした。
【００２５】前記結晶粒径は、前記銅合金板の結晶組織
を走査型電子顕微鏡で１０００倍に拡大して写真にと
り、写真上に２００ｍｍの線分を引き、前記線分で切ら
れる結晶粒数ｎを数え、〔２００ｍｍ／（ｎ×１００
０）〕の式から求めた。前記線分で切られる結晶粒数が
２０未満の場合は、５００倍の写真にとり長さ２００ｍ
ｍの線分で切られる結晶粒数ｎを数え、〔２００ｍｍ／
（ｎ×５００）〕の式から求めた。
【００２６】結晶粒径は、断面Ａ、Ｂで求めたそれぞれ
の長径と短径の４値の平均値を０．００５ｍｍの整数倍
に丸めて示した。結晶粒の形状は、前記断面Ａの長径ａ
を前記断面Ｂの長径ｂで除した値（ａ／ｂ）で示した。
【００２７】（３）引張強さと伸びは、ＪＩＳ Ｚ ２
２０１記載の５号試験片を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１
に準拠して求めた。 （４）導電率はＪＩＳＨ０５０５に準拠して求めた。 （５）曲げ加工性は、内側曲げ半径が０ｍｍとなる１８
０゜曲げを行い、曲げ部にクラックが生じないものは良
好（○）、クラックが生じたものは不良（×）と判定し
た。 （６）応力緩和特性は、日本電子材料工業会標準規格
（ＥＭＡＳ−３００３）の片持ちブロック式を採用し、
表面最大応力が４５０Ｎ／ｍｍ2 になるように負荷応力
を設定して１５０℃の恒温槽に１０００時間保持して緩
和率（Ｓ．Ｒ．Ｒ）を求めた。緩和率が２１％以下を良
好（○）、２１％超えを不良（×）と判定した。 （７）めっき層の密着性は、試験片に厚さ１μｍの光沢
錫めっきを施し、これを大気中で１５０℃に１０００時
間加熱したのち、１８０度の密着曲げおよび曲げ戻しを
したのち、曲げ部分の錫めっき層の密着状況を目視観察
した。錫めっき層が剥離しなかったものは密着性良好
（○）、剥離したものは密着性不良（×）と判定した。
結果を表２に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】表２より明らかなように、本発明例のＮ
ｏ．１〜６は、いずれも全ての調査項目について優れた
特性を示した。これに対し、比較例のＮｏ．７はＮｉお
よびＳｉ量が少なかったため所定の強度が得られなかっ
た。Ｎｏ．８、９はＭｇ量が少ないため応力緩和特性に
劣った。Ｎｏ．１０はＭｇ量が多いため曲げ加工性が劣
った。Ｎｏ．１１はＳｎ量が少ないため応力緩和特性が
劣った。Ｎｏ．１２はＳｎが多いため導電率が低下し
た。Ｎｏ．１３はＺｎ量が少ないため錫めっき層の密着
性が低下し、Ｎｏ．１４はＣｒ量が多いため曲げ加工性
が低下した。Ｎｏ．１５はＳ量が多いため熱間圧延中に
割れが発生し製造を中止した。
【００３１】（実施例２）表１に示す本発明規定組成の
銅合金（Ｎｏ．Ａ〜Ｄ）を高周波溶解炉にて溶解し、Ｄ
Ｃ法により厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍ
ｍの鋳塊に鋳造した。次にこれら鋳塊を９００℃に加熱
し、この温度に１時間保持後、厚さ１２ｍｍに熱間圧延
し、速やかに冷却した。次いで両面を各１．５ｍｍづつ
切削して酸化皮膜を除去したのち、冷間圧延により厚さ
０．２５〜０．５０ｍｍに加工した。この後、７５０〜
８５０℃で３０秒間熱処理し、直ちに１５℃／秒以上の
冷却速度で冷却した。ここで試料によっては５０％以下
の圧延を行った。次に不活性ガス雰囲気中で５１５℃で
２時間の時効処理を施し、その後、最終塑性加工である
冷間圧延を行い、最終的な板厚を０．２５ｍｍに揃え
た。最終塑性加工後、低温焼鈍処理を３５０℃で２時間
施して銅合金板を製造した。前記銅合金板の結晶粒径お
よび結晶粒の形状は、熱処理条件、冷間圧延率、圧延の
方向、圧延時のバックテンション、圧延のパス回数、圧
延時の潤滑条件を調整することにより、本規定内（本発
明例）または本規定外（比較例）で種々に変化させた。
このようにして製造した銅合金板について、実施例１と
同じ項目を同じ方法により測定した。結果を表３に示
す。
【００３２】
【表３】
【００３３】表３より明らかなように、本発明例のＮ
ｏ．２１〜３０は、いずれも、優れた特性を示した。こ
れに対し、Ｎｏ．３３、３６は結晶粒径が大きかったた
め、Ｎｏ．３４は結晶粒径が小さかったため、いずれも
曲げ加工性が低下した。Ｎｏ．３８は結晶粒径が大きい
上、結晶粒形状を表す指標（ａ／ｂ）も大きかったた
め、曲げ加工性のみならず、応力緩和特性にも劣った。
比較例のＮｏ．３１、３２、３５、３７は前記指標（ａ
／ｂ）が大きかったため、応力緩和特性が低下した。特
にＮｏ．３２、３５は前記（ａ／ｂ）が非常に大きかっ
たため曲げ加工性にも劣った。
【００３４】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の電子電気
機器部品用銅合金材は、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ
などの合金元素を適量含有した銅合金材、或いはさらに
Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒなどを適量含有した銅合金材であり、
前記銅合金材は結晶粒径および結晶粒形状を適正に規定
して曲げ加工性並びに応力緩和特性が改善されており、
また機械的性質、導電率、錫めっき層の密着性などの基
本特性にも優れるもので、端子、コネクタ、スイッチ、
リレーなどの電子電気機器部品の小型化に十分対応でき
る。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で規定する結晶粒径および結晶粒形状の
求め方の説明図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｎｉを１．０〜３．０ｗｔ％、Ｓｉを
    ０．２〜０．７ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜０．２ｗｔ
    ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｚｎを０．２〜
    １．５ｗｔ％、Ｓを０．００５ｗｔ％未満（０ｗｔ％を
    含む）含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる
    銅合金材であって、結晶粒径が０．００１ｍｍを超え
    ０．０２５ｍｍ以下であり、かつ最終塑性加工方向と平
    行な断面における結晶粒の長径ａと最終塑性加工方向と
    直角な断面における結晶粒の長径ｂの比（ａ／ｂ）が
    １．５以下であることを特徴とする電子電気機器部品用
    銅合金材。
  2. 【請求項２】 Ｎｉを１．０〜３．０ｗｔ％、Ｓｉを
    ０．２〜０．７ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜０．２ｗｔ
    ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｚｎを０．２〜
    １．５ｗｔ％、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒの群の中から選ばれる
    １種または２種以上を総量で０．００５〜２．０ｗｔ％
    （但しＣｒは０．２ｗｔ％以下）、Ｓを０．００５ｗｔ
    ％未満（０ｗｔ％を含む）含有し、残部がＣｕおよび不
    可避不純物からなる銅合金材であって、結晶粒径が０．
    ００１ｍｍを超え０．０２５ｍｍ以下であり、かつ最終
    塑性加工方向と平行な断面における結晶粒の長径ａと最
    終塑性加工方向と直角な断面における結晶粒の長径ｂの
    比（ａ／ｂ）が１．５以下であることを特徴とする電子
    電気機器部品用銅合金材。
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