JP5243744B2 - コネクタ端子 - Google Patents
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Description
I{420}/I0{420}>1.0 ……(1)
I{220}/I0{220}≦3.0 ……(2)
ここで、I{420}は当該銅合金板材の板面における{420}結晶面のX線回折強度、I0{420}は純銅標準粉末の{420}結晶面のX線回折強度である。同様に、I{220}は当該銅合金板材の板面における{220}結晶面のX線回折強度、I0{220}は純銅標準粉末の{220}結晶面のX線回折強度である。
質量%で、Ni:0.7〜4.2%、Si:0.2〜1%、あるいはさらにFe、Zn、Mg、Sn、Co、Cr、Be、Zr、Ti、Mn、V、Ag、P、Bの1種以上を合計3%以下の範囲で含有し、残部実質的にCuの組成を有する銅合金
質量%で、Ni:0.1〜5%、Sn:0.1〜5%、P:0.01〜0.5%、あるいはさらにFe、Zn、Mg、Si、Co、Cr、Be、Zr、Ti、Mn、V、Bの1種以上を合計3%以下の範囲で含有し、残部実質的にCuの組成を有する銅合金
質量%で、Be:0.1〜5%、Ni:0.1〜2.5%、あるいはさらにFe、Zn、Mg、Co、Cr、Zr、Sn、Ti、Mn、V、P、Bの1種以上を合計3%以下の範囲で含有し、残部実質的にCuの組成を有する銅合金
質量%で、Ti:0.1〜5%、あるいはさらにAl、Ni、Si、Fe、Zn、Sn、Co、Cr、Be、Zr、Mn、V、P、Bの1種以上を合計3%以下の範囲で含有し、残部実質的にCuの組成を有する銅合金
本発明では、コネクタ端子の加工素材として、特異な結晶配向の集合組織に調整されたる銅合金板材を使用する。
銅合金板材の板面(圧延面)からのX線回折パターンは、一般に{111}、{200}、{220}、{311}の4つの結晶面の回折ピークで構成され、他の結晶面からのX線回折強度はこれらの結晶面からのものに比べ非常に小さい。しかしながら発明者らは、{420}を主方位成分とする集合組織を持つ銅合金板材が得られること見出し、特願2007−032623、特願2007−071550、特願2007−147465および特願2007−157935(以下、これらを「先願」ということがある)においてその詳細な製造方法を明らかにした。発明者らの詳細な検討によれば、この{420}を主方位成分とする集合組織が強く発達しているほど、コネクタ端子のタブ部や箱部の成形には都合が良く、そのメカニズムについては以下のように考えている。
I{420}/I0{420}>1.0 ……(1)
ここで、I{420}は当該銅合金板材の板面における{420}結晶面のX線回折強度、I0{420}は純銅標準粉末の{420}結晶面のX線回折強度である。面心立方晶のX線回折パターンでは{420}面の反射は生じるが{210}面の反射は生じないので、{210}面の結晶配向は{420}面の反射によって評価される。下記(1)’式を満たすものが一層好ましい。
I{420}/I0{420}>1.5 ……(1)’
I{220}/I0{220}≦3.0 ……(2)
0.5≦I{220}/I0{220}≦3.0 ……(2)’
ここで、I{220}は当該銅合金板材の板面における{220}結晶面のX線回折強度、I0{220}は純銅標準粉末の{220}結晶面のX線回折強度である。
平均結晶粒径は小さいほど曲げ加工性の向上に有利であるが、小さすぎると耐応力緩和特性が悪くなりやすい。種々検討の結果、最終的に平均結晶粒径が5μm以上の値、好ましくは10μmを超える値であれば、車載用コネクターの用途でも満足できるレベルの耐応力緩和特性を確保しやすく、好適である。ただし、あまり平均結晶粒径が大きくなりすぎると曲げ部表面の肌荒を起こりやすく、曲げ加工性の低下を招く場合があるので、60μm以下の範囲とすることが望ましい。15〜40μmの範囲にあることがより好ましい。
本発明のコネクタ端子には、Cu−Ni−Si系(いわゆるコルソン合金)、Cu−Ni−Sn−P系、Cu−Be系(いわゆるベリ銅)、Cu−Ti系(いわゆるチタン銅)などの成分系のものが使用できるが、(1)式を満たす結晶配向を有するfcc型銅合金であれば、上記に限らず使用できる。各成分元素の含有量範囲は前述のとおりであり、その詳細は前記の先願に開示されている。
本発明のコネクタ端子に適用できる前記の特異な結晶配向を有する銅合金板材は、例えば以下のような製造工程で製造することができる。
・Cu−Ni−Si系
「溶解・鋳造→熱間圧延→冷間圧延→溶体化処理→中間冷間圧延→時効処理→仕上げ冷間圧延→低温焼鈍」
・Cu−Ni−Sn−P系
「溶解・鋳造→熱間圧延→冷間圧延→再結晶焼鈍→(時効処理)→仕上げ冷間圧延→(低温焼鈍)」
・Cu−Be系
「溶解・鋳造→熱間圧延→冷間圧延→溶体化処理→仕上げ冷間圧延→(時効処理)」
・Cu−Ti系
「溶解・鋳造→熱間圧延→冷間圧延→溶体化処理→仕上げ冷間圧延→時効処理」
通常、前記各系の銅合金の熱間圧延は、圧延途中に析出物を生成させないようにするため、700℃以上、あるいは750℃以上の高温域で圧延し、圧延終了後に急冷する手法で行われる。しかしながら、このような常識的な熱間圧延条件では本発明で適用可能な特異な集合組織を有する銅合金板材を製造することは困難である。すなわち、このような熱間圧延条件を採用した場合は、後工程の条件を広範囲に変化させても{420}を主方位方向に持つ銅合金板材を再現性良く製造することができない。発明者の詳細な検討の結果、700℃以上の温度域で最初の圧延パスを実施し、かつ700℃未満〜400℃の温度域(Cu−Ti系では700℃未満〜500℃)の温度域で圧延率40%以上(Cu−Ti系では30%以上)の圧延を行うという熱間圧延条件を採用することが重要である。
ε=(t0−t1)/t0×100 ……(3)
例えば950〜700℃の間で行う最初の圧延パスに供する鋳片の板厚が120mmであり、700℃以上の温度域で圧延を実施して(途中、炉に戻して再加熱しても構わない)、700℃以上の温度で実施された最後の圧延パス終了時に板厚が30mmになっており、引き続いて圧延を継続して、熱間圧延の最終パスを700℃未満〜400℃の範囲で行い、最終的に板厚10mmの熱間圧延材を得たとする。この場合、950℃〜700℃の温度域で行われた圧延の圧延率は(3)式により、(120−30)/120×100=75(%)である。また、700℃未満〜400℃の温度域での圧延率は同じく(3)式により、(30−10)/30×100=66.7(%)である。
上記熱延板を圧延するに際し、この段階で行う冷間圧延では圧延率を85%以上(Cu−Be系、Cu−Ti系では80%以上)とすることが重要であり、90%以上とすることがより好ましい。このような高い圧延率で加工された材料に対し、次工程で溶体化処理または再結晶焼鈍を施すことにより、{420}を主方位成分とする再結晶集合組織の形成が可能になる。特に再結晶集合組織は再結晶前の冷間圧延率に大きく依存する。具体的には、{420}を主方位成分とする結晶配向は、この工程の冷間圧延率が60%以下ではほとんど生成せず、約60〜80%の領域では冷間圧延率の増加に伴って漸増し、冷間圧延率が約80%を超えると急激な増加に転じる。{420}方位が十分に優勢な結晶配向を得るには上記の高い冷間圧延率を確保する必要がある。なお、冷間圧延率の上限はミルパワー等により必然的に制約を受けるので、特に規定する必要はないが、エッジ割れなどを防止する観点から概ね98%以下で良好な結果が得られやすい。
従来の溶体化処理は「溶質元素のマトリックス中への再固溶」と「再結晶化」を主目的とし、従来の再結晶焼鈍は「再結晶化」を主目的とするが、本発明の場合は更に「{420}を主方位成分とする再結晶集合組織の形成」をも重要な目的とする。この熱処理は、700〜850℃(Cu−Ni−Sn−P系では600〜750℃、Cu−Be系では700〜900℃)の炉温で行うことが望ましい。温度が低すぎると再結晶が不完全で溶体化処理の場合は溶質元素の固溶も不十分となる。温度が高すぎると結晶粒が粗大化してしまう。これらいずれの場合も、最終的に曲げ加工性の優れた高強度材を得ることが困難となる。
この段階での冷間圧延によって、強度レベルの向上を図る。ただし、冷間圧延率の増大に伴い{220}を主方位成分とする圧延集合組織が発達していく。圧延率が高すぎると{220}方位の圧延集合組織が相対的に優勢となりすぎ、強度と曲げ加工性が高レベルで両立された結晶配向が実現できない。発明者らの詳細な研究の結果、この段階での冷間圧延は圧延率0〜50%の範囲(Cu−Ni−Sn−P系では30〜80%、Cu−Be系では0〜65%)で行うことが重要である。それによって、前記(1)式を満たす結晶配向を維持することができる。なお、ここで「圧延率0%」は、圧延を行わない場合を意味する。
本発明のコネクタ端子は、上述の特異な結晶配向を有する銅合金板材(リフローSnめっき等の表面処理を施したものであっても構わない)を被加工材に用いて、例えば連続プレス成形により製造される。プレスとは、一般に上下一対の金型を用い、金型間に被加工材を挟んで成形加工する加工法である。連続プレス成形とは、複数台の独立したプレスを連続して配置しその間に被加工材を搬送する送り装置を配置したタンデムプレスや、複数台のプレスと送り装置を一体化したトランスファプレスを用いて、型抜き、ノッチング、曲げといった複数工程の加工を連続して行い、端子を成形する方法である。
供試材の板面(圧延面)を研磨したのちエッチングし、その面を光学顕微鏡で観察し、平均結晶粒径をJIS H0501の切断法で測定した。
供試材の板面(圧延面)を#1500耐水ペーパーで研磨仕上げとした試料を準備し、X線回折装置(XRD)を用いて、Mo−Kα線、管電圧20kV、管電流2mAの条件で、前記研磨仕上げ面について{420}面の反射回折面強度を測定した。一方、上記と同じX線回折装置を用いて、上記と同じ測定条件で純銅標準粉末の{420}面のX線回折強度を測定した。これらの測定値を用いて前記(1)式中に示されるX線回折強度比I{420}/I0{420}と、(2)式中に示されるX線回折強度比I{220}/I0{220}を求めた。
JIS H0505に従って導電率を測定した。
〔引張強さ〕
各板材からLDの引張試験片(JIS 5号)を採取し、試験数n=3でJIS Z2241に準拠した引張試験を行い、n=3の平均値によって引張強さを求めた。
各供試材から長手方向がTDの曲げ試験片(幅10mm)を採取し、試験片の長手方向における中央部の表面応力が0.2%耐力の80%の大きさとなるようにアーチ曲げした状態で固定した。上記表面応力は次式により定まる。
表面応力(MPa)=6Etδ/L0 2
ただし、
E:弾性係数(MPa)
t:試料の厚さ(mm)
δ:試料のたわみ高さ(mm)
応力緩和率(%)=(L1−L2)/(L1−L0)×100
ただし、
L0:治具の長さ、すなわち試験中に固定されている試料端間の水平距離(mm)
L1:試験開始時の試料長さ(mm)
L2:試験後の試料端間の水平距離(mm)
この応力緩和率が5%以下のものは、車載用コネクターとして高い耐久性を有すると評価される。
各供試材から長手方向がLDの曲げ試験片およびTDの曲げ試験片(いずれも幅10mm)を採取し、JIS H3110に準拠した90°W曲げ試験を行った。試験後の試験片について曲げ加工部の表面および断面を光学顕微鏡にて100倍の倍率で観察することにより、割れが発生しない最小曲げ半径Rを求め、これを供試材の板厚tで除することによりLD、TDそれぞれのR/t値を求めた。各供試材のLD、TDともn=3で実施し、n=3のうち最も悪い結果となった試験片の成績を採用してR/t値を表示した。
得られた雌型コネクタ端子の箱曲げ部の表面および断面を光学顕微鏡にて100倍の倍率で観察することにより、割れの有無を判断し、割れが認められないものを「〇」、割れが認められたものを「×」と表示した。なお、箱曲げ部で破断したものは「破」と表示した。調査はn=3で実施し、n=3のうち最も悪い結果となったコネクタ端子の成績を採用して「○」、「×」、「破」の評価を行い、これが○評価のものを合格と判定した。
コネクタ端子の電気的信頼性を評価するため、複合環境試験を実施した。板厚0.15mmのC2600リフローSnめっき材(めっき厚1.0μm、Cu下地層厚さ0.7μm)で作製した雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子を嵌合し、「80℃×30分保持→−40℃×30分保持」を1サイクルとし、前記2水準のそれぞれの保持温度において加速度3G、掃引周波数50Hzで振動を与える複合環境試験を1000サイクル実施した。この試験終了後端子嵌合部の接触抵抗を測定した。その結果を表3、表4に示す。ただし、端子加工時に箱曲げ部で破断し、端子形状に成形できなかったものについては、本試験を実施しておらず、表には未実施と記入した。
これらの結果を表3、表4に示す。
11 パイロット部
21 箱部
22 圧着部
31 箱曲げ部
32 バネ部
Claims (8)
- 質量%で、Ni:0.7〜4.2%、Si:0.2〜1%、残部がCuおよび不可避的不純物である組成を有し、下記(1)式および(2)式を満たす結晶配向を有し、平均結晶粒径が5〜60μmである板厚0.08〜0.30mmの銅合金板材を素材に使用し、これに板厚に対して1/7〜1/2の深さのノッチを入れ、そのノッチに沿って曲げ加工を施してなるコネクタ端子。
I{420}/I0{420}>1.0 ……(1)
I{220}/I 0 {220}≦3.0 ……(2)
ここで、I{420}は当該銅合金板材の板面における{420}結晶面のX線回折強度、I0{420}は純銅標準粉末の{420}結晶面のX線回折強度である。同様に、I{220}は当該銅合金板材の板面における{220}結晶面のX線回折強度、I 0 {220}は純銅標準粉末の{220}結晶面のX線回折強度である。 - 前記銅合金は、さらにFe、Zn、Mg、Sn、Co、Cr、Be、Zr、Ti、Mn、V、Ag、P、Bの1種以上を合計3%以下の範囲で含有する請求項1に記載のコネクタ端子。
- 質量%で、Ni:0.1〜5%、Sn:0.1〜5%、P:0.01〜0.5%、残部がCuおよび不可避的不純物である組成を有し、下記(1)式および(2)式を満たす結晶配向を有し、平均結晶粒径が5〜60μmである板厚0.08〜0.30mmの銅合金板材を素材に使用し、これに板厚に対して1/7〜1/2の深さのノッチを入れ、そのノッチに沿って曲げ加工を施してなるコネクタ端子。
I{420}/I0{420}>1.0 ……(1)
I{220}/I 0 {220}≦3.0 ……(2)
ここで、I{420}は当該銅合金板材の板面における{420}結晶面のX線回折強度、I0{420}は純銅標準粉末の{420}結晶面のX線回折強度である。同様に、I{220}は当該銅合金板材の板面における{220}結晶面のX線回折強度、I 0 {220}は純銅標準粉末の{220}結晶面のX線回折強度である。 - 前記銅合金は、さらにFe、Zn、Mg、Si、Co、Cr、Be、Zr、Ti、Mn、V、Bの1種以上を合計3%以下の範囲で含有する請求項3に記載のコネクタ端子。
- 質量%で、Be:0.1〜5%、Ni:0.1〜2.5%、残部がCuおよび不可避的不純物である組成を有し、下記(1)式および(2)式を満たす結晶配向を有し、平均結晶粒径が5〜60μmである板厚0.08〜0.30mmの銅合金板材を素材に使用し、これに板厚に対して1/7〜1/2の深さのノッチを入れ、そのノッチに沿って曲げ加工を施してなるコネクタ端子。
I{420}/I0{420}>1.0 ……(1)
I{220}/I 0 {220}≦3.0 ……(2)
ここで、I{420}は当該銅合金板材の板面における{420}結晶面のX線回折強度、I0{420}は純銅標準粉末の{420}結晶面のX線回折強度である。同様に、I{220}は当該銅合金板材の板面における{220}結晶面のX線回折強度、I 0 {220}は純銅標準粉末の{220}結晶面のX線回折強度である。 - 前記銅合金は、さらにFe、Zn、Mg、Co、Cr、Zr、Sn、Ti、Mn、V、P、Bの1種以上を合計3%以下の範囲で含有する請求項5に記載のコネクタ端子。
- 質量%で、Ti:0.1〜5%、残部がCuおよび不可避的不純物である組成を有し、下記(1)式および(2)式を満たす結晶配向を有し、平均結晶粒径が5〜60μmである板厚0.08〜0.30mmの銅合金板材を素材に使用し、これに板厚に対して1/7〜1/2の深さのノッチを入れ、そのノッチに沿って曲げ加工を施してなるコネクタ端子。
I{420}/I0{420}>1.0 ……(1)
I{220}/I 0 {220}≦3.0 ……(2)
ここで、I{420}は当該銅合金板材の板面における{420}結晶面のX線回折強度、I0{420}は純銅標準粉末の{420}結晶面のX線回折強度である。同様に、I{220}は当該銅合金板材の板面における{220}結晶面のX線回折強度、I 0 {220}は純銅標準粉末の{220}結晶面のX線回折強度である。 - 前記銅合金は、さらにAl、Ni、Si、Fe、Zn、Sn、Co、Cr、Be、Zr、Mn、V、P、Bの1種以上を合計3%以下の範囲で含有する請求項7に記載のコネクタ端子。
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