JP6943378B2 - 導電性先端部材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本明細書では、導電性先端部材及びその製造方法を開示する。

従来、導電性先端部材としては、被溶接体である鋼やアルミニウム合金を挟持して加圧した状態で短時間に大電流を流し接触界面を溶融させて溶接する溶接用電極に用いられるものが知られている。このような溶接用電極としては、例えば、対向する電極の挟持面の中央領域に周囲よりも小さい熱伝導率を有する伝熱干渉部を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、シャンクの先端にタングステンを主成分とする鋼で形成したチップ電極を埋設した抵抗溶接用電極が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この溶接用電極では、高張力を有するメッキ鋼板を抵抗溶接することができるとしている。

特開２００９−２２０１６８号公報 特開２００７−２６０６８６号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載のチップ電極では、電極本体をＣｕやＣｕ合金などとし、中央領域をタングステンとするため、金属種別が異なり、焼結温度も異なることから、製造時に多工程を要することがあった。また、これらのチップ電極では、金属種別が異なるもので形成されるため、それらの間に界面が生じることがあった。このように、製造工程を簡略化することができ、部材内に界面などを生成させないような新規な導電性先端部材が望まれていた。

本明細書で開示する発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、より良好な導電性と強度を併せもつ新規な導電性先端部材及びその製造方法を提供することを主目的とする。

上述した主目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、銅金属を通電体とし、その内周にＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む合金を強度の構造体とした複合部材とすると、より良好な導電性と強度を併せもつ新規な導電性先端部材及びその製造方法を提供することができることを見いだした。

即ち、本明細書で開示する導電性先端部材は、
Ｃｕ母相と該Ｃｕ母相内に分散されＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含み、Ｃｕ−ｘＺｒ（但し、ｘはＺｒのａｔｏｍｉｃ％であり、０．５≦ｘ≦１６．７を満たす）の合金組成である内周部と、
前記内周部の外周側に存在しＣｕを含む金属であり前記内周部に比して導電性が高い外周部と、
を備えたものである。

また、本明細書で開示する導電性先端部材の製造方法は、
内周部と前記内周部の外周側に存在し前記内周部よりも導電率が高い外周部とを備える導電性先端部材の製造方法であって、
Ｃｕを含み前記内周部に比して導電性が高くなる前記外周部の原料を配置し、ＣｕとＣｕ−Ｚｒ母合金との粉末又はＣｕとＺｒＨ₂との粉末のいずれかによりＣｕ−ｘＺｒ（但し、ｘはＺｒのａｔｏｍｉｃ％であり、０．５≦ｘ≦１６．７を満たす）の合金組成とした前記内周部の原料粉末を前記外周部の原料の内周側に配置し、共晶点温度よりも低い所定温度及び所定圧力の範囲で加圧保持し、前記原料粉末を放電プラズマ焼結する焼結工程、
を含むものである。

本明細書で開示する導電性先端部材及びその製造方法では、より良好な導電性と強度を併せもつ新規なものを提供することができる。この理由は、以下のように推察される。例えば、この導電性先端部材は、外周部が導電性の高いＣｕを含む金属で形成され、内周部が高強度を有するＣｕ母相とＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含む材料により形成されており、外周側で高導電性、内周側で高強度、高硬度を奏するものと推察される。また、外周部と内周部とが同系統のＣｕ系の材料からなることから、それらの間に不要な界面などが生成しにくいため、界面が生成するものに比して不具合が生じにくい。また、このような導電性先端部材の製造方法において、一般的に、金属粉末は、その元素によって反応性に富むものがあり、例えば、Ｚｒ粉末は酸素に対する反応性が高く、原料粉末として大気中で用いる際には取り扱いに極めて注意を要する。一方、Ｃｕ−Ｚｒ母合金粉末（例えばＣｕ５０質量％Ｚｒ母合金）やＺｒＨ₂粉末は、比較的安定であり、大気中であっても取り扱いしやすい。そして、これらの原料粉体を用い放電プラズマ焼結するという比較的簡便な処理で、Ｃｕ−Ｚｒ系化合物を含む内周部を作製することができる。更に、外周部、内周部共にＣｕ系の材料であるため、焼結温度に大きな差がなく、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）によって１回の焼結で目的物を得ることができるメリットがある。

チップ電極２０を備える溶接アーム１０の一例を示す説明図。 別のチップ電極２０Ｂ，２０Ｃの説明図。 実験例１−３，３−３，４−３の原料粉体のＳＥＭ像。 実験例１−３，３−３，４−３の原料粉体のＸ線回折測定結果。 実験例１〜４の断面のＳＥＭ−ＢＥ像。 実験例１〜４の銅合金の導電率測定結果。 実施例１の導電性先端部材の写真。 実施例１の外周部と内周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真。 実施例１の境界部分の拡大ＳＥＭ写真及び元素分析結果。 実施例２の導電性先端部材の写真。 実施例２の境界部分の拡大ＳＥＭ写真及び元素分析結果。 実施例５の外周部と内周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真。 実施例５の境界部分の拡大ＳＥＭ写真及び元素分析結果。 実施例６の外周部と内周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真。 実施例６の境界部分の拡大ＳＥＭ写真及び元素分析結果。

本明細書で開示する導電性先端部材を図面を用いて説明する。図１は、本実施形態の導電性先端部材の一例であるチップ電極２０を備える溶接アーム１０の一例を示す説明図である。この溶接アーム１０は、例えば、鋼板やアルミニウム合金板などの被溶接物を溶接するものであり、例えばスポット溶接に用いられるものとしてもよい。この溶接アーム１０は、被溶接物に接触しこれを溶解するチップ電極２０と、溶接ロボットの基部に配設され給電を受けるホルダー１２と、チップ電極２０とホルダー１２との間に介在してチップ電極２０に電力を供給すると共にこれを保持するシャンク１１とを備える。

シャンク１１は、高導電性や高強度、高硬度などが求められる部材である。シャンク１１には、チップ電極２０が接続される図示しない接続部と、ホルダー１２に装着される図示しない装着部とが形成されている。このシャンク１１は、例えば、Ｃｕ−Ｂｅ−Ｃｏ系合金などで形成されるものとしてもよい。このシャンク１１は、水冷用の配管などの冷媒流路である内部空間が形成された中空形状としてもよい。ホルダー１２は、高放熱性、高強度、高硬度などが求められる部材であり、例えば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｂｅ系合金により構成されるものとしてもよい。

チップ電極２０は、導電性や高熱安定性、硬さが求められる部材である。このチップ電極２０は、内周部２１と、外周部２２と、接続部２４とを備えている。このチップ電極２０の接続部２４（ソケット）は、高硬度が求められ、例えば、Ｃｕ−Ｂｅ−Ｃｏ系合金で構成されるものとしてもよい。

内周部２１は、外周部２２に比して硬度や機械的強度（引張強度など）がより高い部分であるものとしてもよい。内周部２１は、Ｃｕ母相とこのＣｕ母相内に分散されＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含み、Ｃｕ−ｘＺｒ（但し、ｘはＺｒのａｔｏｍｉｃ％であり、０．５≦ｘ≦１６．７を満たす）の合金組成である。この内周部２１は、導電性を有しつつ機械的強度が高い部分である。この内周部２１は、Ｃｕ母相と第二相とが２つの相に分離しており、第二相にはＣｕ−Ｚｒ系化合物としてＣｕ₅Ｚｒを含むものとしてもよい。なお、この内周部２１にも不可避的成分が含まれるものとしてもよい。この内周部２１は、表１に示す組成を、Ｚｒを０．５ａｔ％以上１６．７ａｔ％以下含有するまで希釈した場合の組成としてもよい。Ｃｕ₅Ｚｒは、ビッカース硬さ換算値でＭＨｖ５８５±１００である。内周部２１は、Ｃｕ−ｘＺｒの合金組成において、ｘが１．０以上であることが好ましく、３．０以上であることがより好ましく、５．０以上であることが更に好ましい。ｘが大きくなる、即ちＺｒが増加すると、機械的強度や硬さなどがより向上するため、好ましい。このｘは、１５．２以下であるものとしてもよいし、８．６以下であるものとしてもよい。この内周部２１は、下記（１）〜（４）のうちいずれか１以上の特徴を有することが好ましい。
（１）断面視したときに第二相の平均粒径Ｄ５０が、１μｍ〜１００μｍの範囲である。
（２）第二相は、外殻にＣｕ−Ｚｒ系化合物相を有し、中心核部分に外殻よりもＺｒが多いＺｒ相を包含している。
（３）外殻であるＣｕ−Ｚｒ系化合物相は、粒子最外周と粒子中心との間の距離である粒子半径の４０％〜６０％の厚さを有する。
（４）外殻であるＣｕ−Ｚｒ系化合物相の硬さはビッカース硬さ換算値でＭＨｖ５８５±１００であり、中心核であるＺｒ相はビッカース硬さ換算値でＭＨｖ３１０±１００である。

Ｃｕ母相は、Ｃｕを含む相であり、例えば、α−Ｃｕを含む相としてもよい。このＣｕ相によって、導電率を高くすることができ、さらには加工性をより高めることができる。このＣｕ相は、共晶相を含まない。ここで、共晶相とは、例えば、ＣｕとＣｕ−Ｚｒ系化合物とを含む相をいうものとする。第二相の平均粒径Ｄ５０は、以下のように求めるものとする。まず、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて試料断面の１００倍〜５００倍の領域の反射電子像を観察し、そこに含まれる粒子の内接円の直径を求め、これをこの粒子の直径とする。そして、その視野範囲に存在するすべての粒子の粒径を求める。これを複数視野（例えば５視野）について行い、得られた粒径から累積分布を求め、そのメディアン径を平均粒径Ｄ５０とする。この内周部２１において、Ｃｕ−Ｚｒ系化合物相は、Ｃｕ₅Ｚｒを含むことが好ましい。Ｃｕ−Ｚｒ系化合物相は、単相としてもよいし、２種以上のＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む相としてもよい。例えば、Ｃｕ₅₁Ｚｒ₁₄相単相やＣｕ₉Ｚｒ₂相単相、Ｃｕ₅Ｚｒ相単相、Ｃｕ₈Ｚｒ₃相単相でもよいし、Ｃｕ₅Ｚｒ相を主相とし他のＣｕ−Ｚｒ系化合物（Ｃｕ₅₁Ｚｒ₁₄やＣｕ₉Ｚｒ₂、Ｃｕ₈Ｚｒ₃）を副相とするものとしてもよいし、Ｃｕ₉Ｚｒ₂相を主相とし他のＣｕ−Ｚｒ系化合物（Ｃｕ₅₁Ｚｒ₁₄やＣｕ₅Ｚｒ、Ｃｕ₈Ｚｒ₃）を副相とするものとしてもよい。なお、主相とは、Ｃｕ−Ｚｒ系化合物相のうち、最も存在割合（体積比または観察領域における面積比）の多い相をいい、副相とは、Ｃｕ−Ｚｒ系化合物相のうち主相以外の相をいうものとする。このＣｕ−Ｚｒ系化合物相は、例えば、ヤング率や硬さが高いことから、このＣｕ−Ｚｒ系化合物相の存在によってチップ電極２０の機械的強度をより高めることができる。内周部２１において、第二相に包含されるＺｒ相は、例えば、Ｚｒが９０ａｔ％以上であるものとしてもよいし、９２ａｔ％以上であるものとしてもよいし、９４ａｔ％以上であるものとしてもよい。また、第二相は、最外殻に酸化膜が形成されているものとしてもよい。この酸化膜の存在によって、第二相中へのＣｕの拡散が抑制される可能性がある。また、第二相の中心核には、多数のくびれた微粒子が双晶を形成しているものとしてもよい。この微粒子は、Ｚｒ相であり、くびれの中に形成されているのがＣｕ−Ｚｒ系化合物相であるものとしてもよい。このような構造を有すると、例えば、導電性をより高めると共に、機械的強度をより高めることができると推測される。この内周部２１は、銅粉末とＣｕ−Ｚｒ母合金と、又は銅粉末とＺｒＨ₂粉末とが放電プラズマ焼結されて形成されているものとしてもよい。放電プラズマ焼結については、詳しくは後述する。亜共晶組成とは、例えば、Ｚｒを０．５ａｔ％以上８．６ａｔ％以下含有し、その他をＣｕとする組成としてもよい。

内周部２１は、導電性があることが好ましく、例えば、２０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、３０％ＩＡＣＳ以上であることがより好ましく、４０％ＩＡＣＳ以上であることが更に好ましい。これらは、内周部２１の大きさや形状、電流集中精度の設計によって決められることが好ましい。また、この内周部２１において、第二相のＣｕ−Ｚｒ系化合物のビッカース硬さ換算値が３００ＭＨｖ以上であることが好ましく、５００ＭＨｖ以上であることがより好ましく、６００ＭＨｖ以上であることが更に好ましい。また、内周部２１は、外周部２２との半径比（全体の半径のうち占める長さ比率）が１：１〜３：１であるものとしてもよい。また、内周部２１と外周部２２とは、焼結時のＣｕの拡散によって接合されているものとしてもよい。

外周部２２は、内周部２１の外周側に存在し内周部に比して導電性が高い部分である。この外周部２２は、Ｃｕを含む金属で形成されている。Ｃｕを含む金属は、例えば、Ｃｕ金属や、ＣｕＷ、Ａｌ₂Ｏ₃−Ｃｕ（アルミナ分散銅）、Ｃｕ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金などとしてもよく、このうちＣｕであることが好ましい。この外周部２２には、不可避的成分（例えば微量の酸素など）が含まれてもよい。酸素の含有量は、例えば、７００ｐｐｍ以下であることが好ましく、２００ｐｐｍ〜７００ｐｐｍであるものとしてもよい。不可避的成分としては、例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｎｂ，Ｈｆなどが挙げられる（表１参照）。この不可避的成分は、全体の０．０１質量％以下の範囲で含まれるものとしてもよい。この外周部２２は、導電率が高いほど好ましく、６０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、７０％ＩＡＣＳ以上であることがより好ましく、８０％ＩＡＣＳ以上であることが更に好ましい。なお、導電率は、ＪＩＳ−Ｈ０５０５に準じて銅合金の体積抵抗を測定し、焼き鈍した純銅の抵抗値（０．０１７２４１μΩｍ）との比を計算して導電率（％ＩＡＣＳ）に換算するものとする。また、この外周部２２は、ビッカース硬さ換算値で５０〜８０ＭＨｖ程度であるものとしてもよい。外周部２２は、内周部２１に比して熱伝導度が高いものとしてもよい。また、外周部２２は、外形が円柱状、楕円柱状、多角形（矩形、六角形などを含む）柱状などの形状であってもよい。また、内周部２１は、チップ電極２０の中心にあってもよいし、中心からずれた位置にあってもよい。

チップ電極２０において、内周部と外周部との間は、拡散層により密着していることが好ましい。また、チップ電極２０において、内周部と外周部との間には、両者間での結晶構造が異なり、電流の流れを遮る反応層のような界面が存在しないことがより好ましい。ここで、拡散層とは、例えば、内周部と外周部との間に存在する層であり、Ｃｕ化合物相の比率がＣｕ相に対して内周部側から外周部側に減少する傾向に傾斜しているような層をいうものとする。

チップ電極２０の形状は、特に限定されないが、例えば、円柱状、楕円柱状、多角形（矩形、六角形などを含む）柱状などの外形を有するものとしてもよい。チップ電極２０は、用途などに合わせて任意の形状とすることができる。チップ電極２０は、図１に示すように、内周部２１の中央領域が外周部２２から先端側に突出して形成されているものとしてもよい。また、図２のチップ電極２０Ｂに示すように、その先端が内周部２１と外周部２２との平面で形成されているものとしてもよい。また、チップ電極２０Ｂに示すように、内周部２１が接続部２４まで貫通した形状を有していてもよい。また、図２のチップ電極２０Ｃに示すように、内周部２１は、外周部２２の内部に段差を有する形状としてもよい。あるいは、チップ電極２０は、内周部２１と外周部２２との間にこれらの中間の性質を示す中間部を設け、中心から外周方向へ、多段的あるいはグラデーション的に導電率や機械的強度、硬度などを傾斜化するものとしてもよい。

次に、本実施形態の導電性先端部材の製造方法について説明する。この製造方法は、内周部と、内周部の外周側に存在し内周部よりも導電率が高い外周部と、を備える導電性先端部材を製造する方法である。この製造方法は、（ａ）原料の混合粉末を得る粉末化工程と、（ｂ）原料粉末を用いて放電プラズマ焼結（ＳＰＳ：Ｓｐａｒｋ Ｐｌａｓｍａ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）する焼結工程と、を含むものとしてもよい。なお、粉末を別途用意し、粉末化工程を省略してもよい。

（ａ）粉末化工程
この工程では、銅粉末とＣｕ−Ｚｒ母合金とを、又は銅粉末とＺｒＨ₂粉末とを、Ｃｕ−ｘＺｒ（但し、ｘはＺｒのａｔｏｍｉｃ％（以下ａｔ％とする）であり、０．５≦ｘ≦１６．７を満たす）の合金組成で秤量し、平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上５００μｍ以下の範囲になるまで不活性雰囲気中で粉砕混合し混合粉末を得る。この工程では、Ｃｕ−ｘＺｒ（０．５ａｔ％≦ｘ≦１６．７ａｔ％）の合金組成で原料（銅粉末及びＣｕ−Ｚｒ母合金、又は銅粉末及びＺｒＨ₂粉末）を秤量するものとしてもよい。混合粉末は、亜共晶組成（０．５ａｔ％≦ｘ＜８．６ａｔ％）、共晶組成（ｘ＝８．６ａｔ％）及び過共晶組成（８．６ａｔ％＜ｘ≦１６．７）のうちいずれかの組成になるよう配合すればよい。銅粉末は、例えば、平均粒径が１８０μｍ以下であることが好ましく、７５μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることが更に好ましい。この平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定するＤ５０粒子径とする。また、銅粉末は、銅と不可避的成分とからなることが好ましく、無酸素銅（ＪＩＳ Ｃ１０２０）がより好ましい。不可避的成分としては、例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｎｂ，Ｈｆなどが挙げられる。この不可避的成分は、全体の０．０１質量％以下の範囲で含まれるものとしてもよい。この工程では、Ｚｒの原料として、Ｃｕが５０質量％のＣｕ−Ｚｒ母合金を用いることが好ましい。このＣｕ−Ｚｒ合金は、比較的、化学的に安定であり、作業しやすく好ましい。Ｃｕ−Ｚｒ母合金は、インゴットや金属片としてもよいが、より微細な金属粒子である方が粉砕混合が容易になり好ましい。Ｃｕ−Ｚｒ合金は、例えば、平均粒径が２５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましい。また、この工程では、Ｚｒの原料として、共晶ＺｒＨ₂粉末を用いることが好ましい。このＺｒＨ₂粉末は、比較的、化学的に安定であり、大気中での作業がしやすく好ましい。ＺｒＨ₂粉末は、例えば、平均粒径が１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることが好ましい。

この工程では、Ｃｕ−ｘＺｒ（０．５ａｔ％≦ｘ≦１６．７ａｔ％）の合金組成で混合するが、例えば、８．６ａｔ％≦ｘ≦１６．７ａｔ％の範囲や、８．６ａｔ％≦ｘ≦１５．２ａｔ％の範囲、１５．２ａｔ％≦ｘ≦１６．７ａｔ％の範囲、５．０ａｔ％≦ｘ≦８．６ａｔ％の範囲としてもよい。Ｚｒの含有量が多いと、機械的強度が増加する傾向になる。また合金組成は、０．５ａｔ％≦ｘ≦５．０ａｔ％の範囲としてもよい。Ｃｕの含有量が多いと、導電性が増加する傾向になる。即ち、この工程では、Ｃｕ_1-XＺｒ_X（０．００５≦Ｘ≦０．１６７）の合金組成で混合するが、例えば、０．０５≦Ｘ≦０．０８６の範囲としてもよい。また合金組成は、０．０５≦Ｘ≦０．１６７の範囲としてもよい。この工程では、銅粉末と、Ｃｕ−Ｚｒ母合金又はＺｒＨ₂粉末と、粉砕媒体とを密閉容器内に密閉した状態で混合粉砕するものとしてもよい。この工程では、例えば、ボールミルにより混合粉砕することが好ましい。粉砕媒体は、メノウ（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化珪素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、ステンレス（Ｆｅ-Ｃｒ−Ｎｉ）、クロム鋼（Ｆｅ−Ｃｒ）、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）などがあり、特に限定されないが、高硬度・比重・異物混入を防止する観点から、Ｚｒボールであることが好ましい。また、密閉容器内は、例えば、窒素、Ｈｅ、Ａｒなど、不活性雰囲気とする。混合粉砕の処理時間は、平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上５００μｍ以下の範囲になるよう、経験的に定めるものとしてもよい。この処理時間は、例えば、１２時間以上としてもよいし、２４時間以上としてもよい。また、混合粉末は、平均粒径Ｄ５０が１００μｍ以下の範囲が好ましく、５０μｍ以下の範囲がより好ましく、２０μｍ以下の範囲が更に好ましい。混合粉砕したあとの混合粉末は、粒径が小さいほど均一な銅合金が得られるため、好ましい。粉砕混合して得られた混合粉末は、例えば、Ｃｕ粉末やＺｒ粉末を含むものとしてもよいし、Ｃｕ−Ｚｒ合金粉末を含むものとしてもよい。粉砕混合して得られた混合粉末は、例えば、粉砕混合の過程で少なくとも一部が合金化してもよい。

（ｂ）焼結工程
この工程では、外周部の原料を配置し、その内周側に内周部の混合粉末原料を配置し、共晶点温度よりも低い所定温度及び所定圧力の範囲で加圧保持し、混合粉末を放電プラズマ焼結する。また、内周部と外周部との間にその中間の特性を有する中間部の原料を配置してこれも焼結するものとしてもよい。この工程（ｂ）では、原料を黒鉛製ダイス内に挿入し、真空中で放電プラズマ焼結するものとしてもよい。外周部の原料は、粉末としてもよいし、成形体（管状体）としてもよいし、焼結体としてもよいが、粉末であることが好ましい。内周部の粉末と共に焼結することができるからである。この外周部の原料は、Ｃｕ金属や、ＣｕＷ、Ａｌ₂Ｏ₃−Ｃｕ（アルミナ分散銅）、Ｃｕ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金などの粉末としてもよい。内周部と外周部とが粉末である場合、例えば、内周部の形状の仕切りの内部に内周部の粉末を充填し、その仕切りの外側に外周部の原料粉末を充填し、この仕切りを取り除いたのちＳＰＳ焼結処理するものとしてもよい。内周部の原料は、粉末化工程で得られたＣｕ−ｘＺｒ（０．５ａｔ％≦ｘ≦１６．７ａｔ％）の合金組成の粉末を用いる。また、この工程では、内周部の中央領域が外周部から突出して形成されるよう原料粉末を配置して焼結するものとしてもよい。こうすれば、図１に示す、先端が突出した形状のチップ電極２０を得ることができる。

焼結時の真空条件は、例えば、２００Ｐａ以下としてもよいし、１００Ｐａ以下としてもよいし、１Ｐａ以下としてもよい。また、この工程では、共晶点温度よりも４００℃〜５℃低い温度（例えば、６００℃〜９５０℃）で放電プラズマ焼結するものとしてもよいし、共晶点温度よりも２７２℃〜１２℃低い温度で放電プラズマ焼結するものとしてもよい。また、放電プラズマ焼結は、０．９Ｔｍ℃以下の温度（Ｔｍ（℃）は合金粉末の融点）となるように行うものとしてもよい。原料への加圧条件は、１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲としてもよく、６０ＭＰａ以下の範囲としてもよい。こうすれば、緻密な銅合金を得ることができる。また、加圧保持時間は、５分以上が好ましく、１０分以上がより好ましく、１５分以上が更に好ましい。また、加圧保持時間は、１００分以下の範囲が好ましい。放電プラズマ条件としては、例えば、ダイスとベース板との間で５００Ａ以上５０００Ａ以下の範囲の直流電流を流すことが好ましい。

以上詳述した本実施形態の導電性先端部材（チップ電極２０）及びその製造方法によれば、より良好な導電性と強度を併せもつ新規なものを提供することができる。この理由は、以下のように推察される。例えば、この導電性先端部材は、外周部が導電性の高いＣｕを含む金属で形成され、内周部が高強度を有するＣｕ母相とＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含む材料により形成されており、外周側で高導電性、内周側で高強度、高硬度を奏するものと推察される。また、外周部と内周部とが同系統のＣｕ系の材料からなることから、それらの間に不要な界面などが生成しにくいため、界面が生成するものに比して不具合が生じにくい。また、このような導電性先端部材の製造方法において、一般的に、金属粉末は、その元素によって反応性に富むものがあり、例えば、Ｚｒ粉末は酸素に対する反応性が高く、原料粉末として大気中で用いる際には取り扱いに極めて注意を要する。一方、Ｃｕ−Ｚｒ母合金粉末（例えばＣｕ５０質量％Ｚｒ母合金）やＺｒＨ₂粉末は、比較的安定であり、大気中であっても取り扱いしやすい。そして、これらの原料粉体を用い放電プラズマ焼結するという比較的簡便な処理で、Ｃｕ−Ｚｒ系化合物を含む内周部を作製することができる。更に、外周部、内周部共にＣｕ系の材料であるため、焼結温度に大きな差がなく、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）によって１回の焼結で目的物を得ることができるメリットがある。

なお、本開示の導電性先端部材及びその製造方法は、上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、導電性支持部材としてのシャンク１１は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｂｅ系合金により構成されるものとしたが、特にこれに限定されず、例えば、チップ電極の内周部と同様の外周部を備えると共に、チップ電極の外周部と同様の内周部を備えるものとしてもよい。具体的には、導電性支持部材は、Ｃｕ母相とＣｕ母相内に分散されＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含みＣｕ−ｘＺｒ（但し、ｘはＺｒのａｔｏｍｉｃ％であり、０．５≦ｘ≦１６．７を満たす）の合金組成である外周部と、外周部の内周側に存在しＣｕを含む金属であり外周部に比して導電性が高い内周部とを備えるものとしてもよい。こうすれば、チップ電極と、シャンクとを同様の材料から構成することができる。

以下には、導電性先端部材を具体的に製造した例を実施例として説明する。まず、はじめに、内周部のＣｕ−Ｚｒ系材料の特性について検討した内容を実験例として説明する。なお、実験例３−１〜３−３、４−１〜４−３が実施例に相当し、実験例１−１〜１−３、２−１〜２−３は参考例に相当する。

［実験例１（１−１〜１−３）］
粉末化として高圧Ａｒガスアトマイズ法で作製したＣｕ−Ｚｒ系合金粉末を用いた。この合金粉末は、平均粒径Ｄ５０が２０〜２８μｍであった。Ｃｕ−Ｚｒ系合金粉末のＺｒの含有量は、１ａｔ％、３ａｔ％、５ａｔ％であり、それぞれ実験例１−１〜１−３の合金粉末とした。合金粉末の粒度は、島津製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−３０００Ｊ）を用いて測定した。この粉末の酸素含有量は０．１００質量％であった。焼結工程としてのＳＰＳ（放電プラズマ焼結）は、ＳＰＳシンテックス（株）製放電プラズマ焼結装置（Ｍｏｄｅｌ：ＳＰＳ−２１０ＬＸ）を用いて行った。直径２０ｍｍ×１０ｍｍのキャビティを持つ黒鉛製ダイス内に粉末４０ｇを入れ、３ｋＡ〜４ｋＡの直流パルス通電を行い、昇温速度０．４Ｋ／ｓ、焼結温度１１７３Ｋ（約０．９Ｔｍ；Ｔｍは合金の融点）、保持時間１５ｍｉｎ、加圧３０ＭＰａで実験例１−１〜１−３の銅合金（ＳＰＳ材）を作製した。なお、この方法で作製したものを「実験例１」と総称する。

［実験例２（２−１〜２−３）］
市販のＣｕ粉末（平均粒径Ｄ５０＝３３μｍ）、市販のＺｒ粉末（平均粒径Ｄ５０＝８μｍ）を用い、Ｃｕ−Ｚｒ系合金粉末のＺｒの含有量を１ａｔ％、３ａｔ％、５ａｔ％となるよう配合し、それぞれ実験例２−１〜２−３の合金粉末とした。２０℃、２００ＭＰａの条件でＣＩＰ成形を行ったのち、実験例１と同様の工程を経て、得られた銅合金を実験例２（２−１〜２−３）とした。実験例２では、すべてＡｒ雰囲気中で処理を行った。

［実験例３（３−１〜３−３）］
市販のＣｕ粉末（平均粒径Ｄ５０＝１μｍ）と、市販のＣｕ−５０質量％Ｚｒ合金を用い、Ｚｒボールを用いたボールミルにて２４時間混合粉砕を行った。得られた粉末の平均粒径Ｄ５０は１８．７μｍであった。Ｃｕ−Ｚｒ系合金粉末のＺｒの含有量を１ａｔ％、３ａｔ％、５ａｔ％となるよう配合し、それぞれ実験例３−１〜３−３の合金粉末とした。この粉末を用い、実験例１と同様の工程を経て、得られた銅合金を実験例３（３−１〜３−３）とした。

［実験例４（４−１〜４−３）］
市販のＣｕ粉末（平均粒径Ｄ５０＝１μｍ）と、市販のＺｒＨ₂粉末（平均粒径Ｄ５０＝５μｍ）を用い、Ｚｒボールを用いたボールミルにて４時間混合粉砕を行った。得られた粉末を用い、Ｃｕ−Ｚｒ系合金粉末のＺｒの含有量を１ａｔ％、３ａｔ％、５ａｔ％となるよう配合し、それぞれ実験例４−１〜４−３の合金粉末とした。この粉末を用い、実験例１と同様の工程を経て、得られた銅合金を実験例４（４−１〜４−３）とした。

（ミクロ組織の観察）
ミクロ組織の観察は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、およびナノビーム電子線回折法（ＮＢＤ）を用いて行った。ＳＥＭ観察は、日立ハイテクノロジーズ製Ｓ−５５００を用い、加速電圧２．０ｋＶで２次電子像及び反射電子像を撮影した。ＴＥＭ観察は、日本電子製ＪＥＭ−２１００Ｆを用い、加速電圧２００ｋＶでＢＦ−ＳＴＥＭ像やＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像を撮影し、ナノ電子線回折を行った。また、ＥＤＸ（日本電子製ＪＥＤ−２３００Ｔ）を用いた元素分析を適宜行った。測定試料は、日本電子製ＳＭ−０９０１０クロスセクションポリッシャ（ＣＰ）を用い、イオン源をアルゴン、加速電圧５．５ｋＶでイオンミリングすることで調製した。

（電気的特性評価）
得られた実験例のＳＰＳ材の電気的性質は、常温においてプローブ式導電率測定および長さ５００ｍｍでの四端子法電気抵抗測定によって調べた。導電率はＪＩＳＨ０５０５に準じて銅合金の体積抵抗を測定し、焼き鈍した純銅の抵抗値（０．０１７２４１μΩｍ）との比を計算して導電率（％ＩＡＣＳ）に換算した。換算には、以下の式を用いた。導電率γ（％ＩＡＣＳ）＝０．０１７２４１÷体積抵抗ρ×１００。

（Ｃｕ−Ｚｒ系化合物相の特性評価）
実験例３の銅合金に含まれるＣｕ−Ｚｒ系化合物相に対してヤング率Ｅ及びナノインデンテーション法による硬さＨの測定を行った。測定装置は、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ／ＤＣＭを用い、インデンターヘッドとしてＸＰ、圧子としてダイヤモンド製バーコビッチ型を用いた。また、解析ソフトはＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＴｅｓｔ Ｗｏｒｋｓ４を用いた。測定条件は、測定モードをＣＳＭ（連続剛性測定）とし、励起振動周波数を４５Ｈｚ、励起振動振幅を２ｎｍ、歪速度を０．０５ｓ^-1、押し込み深さを１０００ｎｍ、測定点数Ｎを５、測定点間隔を５μｍ、測定温度を２３℃、標準試料をフューズドシリカとした。サンプルをクロスセクションポリッシャ（ＣＰ）により断面加工を行い、熱溶融性接着剤を用いて試料台及びサンプルを１００℃、３０秒加熱してサンプルを試料台に固定し、これを測定装置に装着してＣｕ−Ｚｒ系化合物相のヤング率Ｅ及びナノインデンテーション法による硬さＨを測定した。ここでは、５点測定した平均値をヤング率Ｅ及びナノインデンテーション法による硬さＨとした。

（内周部を構成する材料の考察）
まず、原料について検討した。図３は、図３Ａが実験例１−３，図３Ｂが実験例３−３，図３Ｃが実験例４−３の原料粉体のＳＥＭ像である。実験例１−３の原料粉体は、球状であり、実験例３−３，４−３の原料粉体は、粗大な涙滴状のＣｕ粉末と微細な球状のＣｕＺｒ粉末又はＺｒＨ₂粉末がそれぞれに混在していた。図４は、実験例１−３，３−３，４−３の原料粉体のＸ線回折測定結果である。実験例１−３の原料粉体では、Ｃｕ相、Ｃｕ₅Ｚｒ化合物相と、Ｕｎｋｎｏｗｎ相であった。実験例３−３の原料粉体では、Ｃｕ相、ＣｕＺｒ化合物相およびＣｕ₅Ｚｒ化合物相であった。また、実験例４−３の原料粉体では、Ｃｕ相とＺｒＨ₂相、およびα−Ｚｒ相の複相組織であった。これらの粉末を用いて、以下検討したＳＰＳ材を作製した。

図５は、実験例１〜４の断面のＳＥＭ−ＢＥ像である。実験例１では、ＣｕとＣｕ−Ｚｒ系化合物（主としてＣｕ₅Ｚｒ）との２相が、共晶相を含むことなく、断面視したときに大きさ１０μｍ以下の結晶が分散した構造を有していた。この実験例１では、断面視したときのＣｕ−Ｚｒ系化合物の粒径が小さく、比較的均一な構造を有していた。一方、実験例２〜４では、α−Ｃｕ母相内に、比較的大きい第二相が分散する構造を有していた。図６は、実験例１〜４の銅合金の導電率測定結果である。実験例１〜４の銅合金は、上述した構造の違いはあるが、Ｚｒの含有量と導電率との傾向は、実験例１〜４の銅合金において大きな違いはなかった。これは、銅合金の導電性はＣｕ相に依存しており、Ｃｕ相には構造的な違いは無いためであると推察された。また、銅合金の機械的強度はＣｕ−Ｚｒ系化合物相に依存すると考えられ、これらを有することから、実験例２〜４についても、機械的強度は比較的高い値を示すものと推察された。実験例１−３，３−３，４−３のＸ線回折測定を行った結果、実験例１、３〜４では、α−Ｃｕ相及びＣｕ₅Ｚｒ化合物相及びＵｎｋｎｏｗｎ相が検出され、これらの複合組織を有するものと推察された。これは、粉末の出発原料が異なっていても、ＳＰＳ材の構造が同じであることを示している。なお、実験例１−１，１−２，３−１，３−２，４−１，４−２のＳＰＳ材の構造は、Ｚｒ量によってＸ線回折強度は異なるものであったが、いずれも同じ複相構造であった。

次に、実験例３について詳細に検討した。実験例３−３の断面のＳＥＭ−ＢＥ像から、第二相の平均粒径Ｄ５０を求めた。第二相の平均粒径は、１００倍〜５００倍の領域の反射電子像を観察し、その画像に含まれる粒子の内接円の直径を求め、これをこの粒子の直径とした。そして、その視野範囲に存在するすべての粒子の粒径を求めた。これを５視野について行うものとした。得られた粒径から累積分布を求め、そのメディアン径を平均粒径Ｄ５０とした。実験例３の銅合金は、断面視したときに第二相の平均粒径Ｄ５０が、１μｍ〜１００μｍの範囲にあることがわかった。また、第二相は、粗大な粒子の最外殻に酸化膜が形成されていると推察された。また、第二相の中心核には、多数のくびれた微粒子と双晶を形成していることがわかった。また、元素分析の結果より、第二相は、外殻にＣｕ₅Ｚｒを含むＣｕ−Ｚｒ系化合物相を有し、中心核部分にＣｕが１０ａｔ％以下であるＺｒリッチなＺｒ相を包含していることがわかった。このＺｒ相及びＣｕ−Ｚｒ系化合物相に対し、ナノインデンテーション法による硬さＨを測定した。ヤング率Ｅ及び硬さＨは、多点測定を実施し、測定後、ＳＥＭ観察によりＺｒ相内に押し込まれた測定点を抜粋した。測定結果から、ヤング率Ｅ及びナノインデンテーション法による硬さＨを求めた。その結果、Ｚｒ相のヤング率は、平均値で７５．４ＧＰａであり、硬さＨは、平均値で３．３７ＧＰａ（ビッカース硬さ換算値ＭＨｖ＝３１１）であった。Ｃｕ−Ｚｒ系化合物相は、ヤング率Ｅが１５９．５ＧＰａであり、硬さＨが６．３ＧＰａ（ビッカース硬さ換算値ＭＨｖ＝５８５）であり、Ｚｒ相と異なることがわかった。この際の換算は、ＭＨｖ＝０．０９２４×Ｈを用いた（ISO14577-1 Metallic Materials-Instrumented Indentation Test for Hardness and Materials Parameters - Part 1：Test Method,2002.）。

次に、実験例４について詳細に検討した。実験例４−３の断面のＳＥＭ−ＢＥ像から、上述と同様に第二相の平均粒径Ｄ５０を求めた。実験例４の銅合金は、断面視したときに第二相の平均粒径Ｄ５０が、１μｍ〜１００μｍの範囲にあることがわかった。また、第二相は、粗大な粒子の外殻にＣｕ₅Ｚｒを含むＣｕ−Ｚｒ系化合物相を有し、中心核部分にＺｒリッチなＺｒ相を包含していることがわかった。また、元素分析の結果より、第二相の中心核部分は、Ｃｕが少なくＺｒが極めて多いＺｒリッチなＺｒ相であると推察された。また、実験例４−３のＳＰＳ材のＣｕ₅Ｚｒ化合物相にも、内部に双晶を持つ微細組織が観察された。

以上のように、実験例３、４では、原料として比較的化学的に安定なＣｕ−Ｚｒ母合金を用いるか、ＺｒＨ₂を用いるかによって、より簡便な処理で導電性や機械的強度をより高め、耐摩耗性にも優れる実験例１と同等の銅合金を作製することができることがわかった。

次に、内周部と外周部とを有する導電性先端部材を作製した例を実施例として説明する。

［実施例１］
内径２６ｍｍ×高さ３０ｍｍのキャビティを有する黒鉛製ダイス内に内径１０ｍｍの円筒状の銅管を挿入し、その内周側にＣｕ粉末（平均粒径７５μｍ）及びＺｒＨ₂粉末をＣｕ−ｘＺｒ（ｘ＝５．０ａｔ％）の合金組成となるように合計１００ｇ充填した。この黒鉛製ダイスにパンチを挿入し、ＳＰＳシンテックス（株）製放電プラズマ焼結装置（Ｍｏｄｅｌ：ＳＰＳ−２１０ＬＸ）を用いてＳＰＳ焼結を行った。ＳＰＳ焼結は、３ｋＡ〜４ｋＡの直流パルス通電を行い、昇温速度０．４Ｋ／ｓ、焼結温度１１５３Ｋ（約０．９Ｔｍ；Ｔｍは合金の融点）、保持時間１５ｍｉｎ、加圧２０ＭＰａで行い、得られた複合部材を実施例１とした。

［実施例２］
内径２６ｍｍ×高さ３０ｍｍのキャビティを有する黒鉛製ダイス内に直径１０ｍｍの円筒状の仕切りを形成し、その外周側にＣｕ粉末（平均粒径７５μｍ）を８０ｇ充填し、内周側にＣｕ粉末（平均粒径７５μｍ）及びＺｒＨ₂粉末をＣｕ−ｘＺｒ（ｘ＝５．０ａｔ％）の合金組成となるように２０ｇ充填し、仕切りを取り除いた。この黒鉛製ダイスに対し、実施例１と同様の処理を行い、得られた複合部材を実施例２とした。

［実施例３〜６］
内周部の組成をＣｕ粉末（平均粒径７５μｍ）及びＺｒＨ₂粉末をＣｕ−ｘＺｒ（ｘ＝８．６ａｔ％）の合金組成となるようにした以外は、実施例２と同様の工程を経て、得られた部材を実施例３とした。また、内周部の組成をＣｕ粉末（平均粒径７５μｍ）及びＺｒＨ₂粉末をＣｕ−ｘＺｒ（ｘ＝１５．２ａｔ％）の合金組成となるようにした以外は、実施例２と同様の工程を経て、得られた部材を実施例４とした。また、内周部の組成をＣｕ粉末（平均粒径７５μｍ）及びＺｒＨ₂粉末をＣｕ−ｘＺｒ（ｘ＝１６．７ａｔ％）の合金組成となるようにした以外は、実施例１と同様の工程を経て、得られた部材を実施例５とした。また、内周部の組成をＣｕ粉末（平均粒径７５μｍ）及びＺｒＨ₂粉末をＣｕ−ｘＺｒ（ｘ＝１６．７ａｔ％）の合金組成となるようにした以外は、実施例２と同様の工程を経て、得られた部材を実施例６とした。

［比較例１］
Ｂｅを１．９０質量％、Ｃｏを０．２０質量％、残部をＣｕとするＣｕ−Ｂｅ−Ｃｏ系合金を溶解・鋳造後、冷間圧延及び溶体化処理を行い、実施例１と同様の形状に加工したものを比較例１とした。

（導電率の測定及び硬さの測定）
内周部と外周部に対して、導電率を測定した。また、上記と同様に、内周部及び外周部のＣｕ−Ｚｒ化合物粒子に対して硬さを測定し、ビッカース硬さ換算値を上記実験例と同様に求めた。

（結果と考察）
図７は、実施例１の導電性先端部材の写真であり、図７Ａが表面の写真及び拡大写真、図７Ｂが裏面の写真及び拡大写真である。図８は、実施例１の外周部と内周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真であり、図８ＡがＳＥＭ写真であり、図８Ｂが１−１部分の拡大写真、図８Ｃが１−３部分の拡大写真、図８Ｄが１−４部分の拡大写真である。図９は、実施例１の境界部分の拡大ＳＥＭ写真及び元素分析結果であり、図９Ａが図８の１−１の拡大ＳＥＭ写真であり、図９Ｂが図８の１−４の拡大ＳＥＭ写真であり、図９ＣがＡ部分の元素分析結果、図９ＤがＢ部分の元素分析結果であり、図９ＥがＣ部分の元素分析結果、図９ＦがＤ部分の元素分析結果である。図７〜９に示すように、実施例１では、内周部の構造が上記実験例で検討した内容と同様であり、Ｃｕ母相とＣｕ母相内に分散されＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含むものであった。また、内周部と外周部との間には、結晶構造が異なり電流の流れを遮る反応層のような界面は確認されず、拡散層により密着していた。

図１２は、実施例５の外周部と内周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真であり、図１２ＡがＳＥＭ−ＢＥ像であり、図１２Ｂが２−２部分の拡大写真、図１２Ｃが２−３部分の拡大写真、図１２Ｄが２−４部分の拡大写真である。図１３は、実施例５の境界部分の拡大ＳＥＭ写真及び元素分析結果であり、図１３Ａが図１２の２−３の拡大ＳＥＭ写真であり、図１３ＢがＨ部分の元素分析結果、図１３ＣがＩ部分の元素分析結果である。図１２、１３に示すように、実施例５では、内周部の構造が上記実験例で検討した内容と同様であり、Ｃｕ母相とＣｕ母相内に分散されＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含むものであった。また、内周部と外周部との間には、結晶構造が異なり電流の流れを遮る反応層のような界面は確認されず、拡散層により密着していた。

図１４は、実施例６の外周部と内周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真であり、図１４ＡがＳＥＭ−ＢＥ像であり、図１４ＢがＣ部分の元素分析結果である。図１５は、実施例６の外周部と内周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真であり、図１５ＡがＳＥＭ−ＢＥ像であり、図１５ＢがＤ部分の元素分析結果、図１５ＣがＥ部分の元素分析結果、図１５ＤがＦ部分の元素分析結果、図１５ＥがＧ部分の元素分析結果である。図１４、１５に示すように、実施例６では、内周部の構造が上記実験例で検討した内容と同様であり、Ｃｕ母相とＣｕ母相内に分散されＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含むものであった。また、内周部と外周部との間には、結晶構造が異なり電流の流れを遮る反応層のような界面は確認されず、拡散層により密着していた。

また、表２に実施例２〜５のサンプル詳細と内周部及び外周部の導電率（％ＩＡＣＳ）、ビッカース硬さ換算値（ＭＨｖ）、ヤング率（ＧＰａ）をまとめて示した。表２に示すように、実施例２〜５の外周部の導電率は、どれも９９％ＩＡＣＳであり高導電性を有することがわかった。また、実施例２〜５の内周部の導電率は、それぞれ７２％ＩＡＣＳ、６１％ＩＡＣＳ、５１％ＩＡＣＳ、４４％ＩＡＣＳであり、導電性を十分有することがわかった。また、ビッカース硬さ換算値は、外周部では、実施例２〜５が６７〜７６ＭＨｖである一方、内周部のＣｕ−Ｚｒ系化合物相ではどれも５８５ＭＨｖ以上と高硬度であった。更に、実施例２〜５の内周部のＣｕ−Ｚｒ系化合物相は、ヤング率がどれも１５９．５ＧＰａ以上と高かった。実施例２〜５の内周部は、比較例１のＣｕ−Ｂｅ−Ｃｏ系合金に比して、導電性、硬度及び強度がより高いことがわかった。なお、実施例２〜５は、ＣｕとＣｕ−Ｚｒ系化合物（Ｃｕ₅Ｚｒ）のＸ線回折ピークが得られ、更に、内周部の構造が上記実験例で検討した内容と同じであり、Ｃｕ母相とＣｕ母相内に分散されＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含むものであった。

以上説明したように、実施例１〜６では、内周部がＣｕ母相とＣｕ−Ｚｒ化合物（Ｃｕ₅Ｚｒ）の第二相とを含む相であり、外周部がＣｕ相であった。また、Ｚｒの添加量が増加するにつれて、明るく観察される内周部のＣｕ₅Ｚｒ化合物相の量は増加し、不均一な分散状態から不揃いな密接状態へと変化した。その周囲に生成するＣｕ相は、逆に量が減少した。全ての組成において、酸化物と思われる痕跡は確認されたが、気孔は観察されず、緻密化していることが分かった。また、実施例４においても、内周部には、Ｃｕ₅Ｚｒ化合物相の中にＣｕ相が点在していた。また、外周部と内周部との間には、反応層のような界面は確認されず、拡散層により密着していた。このような部材は、例えば、高導電率、高強度が求められる溶接部材のシャンクに装着されるチップ電極などに用いることが好適であると推察された。

なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

本出願は、２０１７年１１月２８日に出願された日本国特許出願第２０１７−２２７７５１号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

本発明は、銅合金からなる製造部材に関する技術分野に利用可能である。

１０ 溶接アーム、１１ シャンク、１２ ホルダー、２０，２０Ｂ，２０Ｃ チップ電極、２１ 内周部、２２ 外周部、２４ 接続部。

Claims (14)

1. Ｃｕ母相と該Ｃｕ母相内に分散されＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む第二相とを含み、Ｃｕ−ｘＺｒ（但し、ｘはＺｒのａｔｏｍｉｃ％であり、０．５≦ｘ≦１６．７を満たす）の合金組成である内周部と、
   前記内周部の外周側に存在しＣｕを含む金属であり前記内周部に比して導電性が高い外周部と、を備え、
   前記内周部と前記外周部との間は、前記Ｃｕ−Ｚｒ系化合物の比率がＣｕに対して内周部側から外周部側に減少する傾向に傾斜している拡散層により密着されている、導電性先端部材。
2. 前記内周部は、前記Ｃｕ母相と前記第二相とが２つの相に分離しており、前記第二相には前記Ｃｕ−Ｚｒ系化合物としてＣｕ₅Ｚｒを含む、請求項１に記載の導電性先端部材。
3. 前記内周部は、下記（１）〜（４）のうちいずれか１以上の特徴を有する、請求項１又は２に記載の導電性先端部材。
   （１）断面視したときに前記第二相の平均粒径Ｄ５０が、１μｍ〜１００μｍの範囲である。
   （２）前記第二相は、外殻にＣｕ−Ｚｒ系化合物相を有し、中心核部分に前記外殻よりもＺｒが多いＺｒ相を包含している。
   （３）前記外殻であるＣｕ−Ｚｒ系化合物相は、粒子最外周と粒子中心との間の距離である粒子半径の４０％〜６０％の厚さを有する。
   （４）前記外殻であるＣｕ−Ｚｒ系化合物相の硬さはビッカース硬さ換算値でＭＨｖ５８５±１００であり、前記中心核であるＺｒ相はビッカース硬さ換算値でＭＨｖ３１０±１００である。
4. 前記外周部は、Ｃｕ金属、ＣｕＷ合金、Ａｌ₂Ｏ₃−Ｃｕ（アルミナ分散銅）、Ｃｕ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金のうち１以上で形成されており、不可避的成分を含んでもよい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性先端部材。
5. 前記内周部は、中央領域が前記外周部から突出して形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性先端部材。
6. 前記導電性先端部材は、溶接電極のアーム部に用いられる部材であり、チップホルダーに接続されたシャンクに保持されるチップ電極である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性先端部材。
7. 内周部と前記内周部の外周側に存在し前記内周部よりも導電率が高い外周部とを備える導電性先端部材の製造方法であって、
   Ｃｕを含み前記内周部に比して導電性が高くなる前記外周部の原料を配置し、ＣｕとＣｕ−Ｚｒ母合金との粉末又はＣｕとＺｒＨ₂との粉末のいずれかによりＣｕ−ｘＺｒ（但し、ｘはＺｒのａｔｏｍｉｃ％であり、０．５≦ｘ≦１６．７を満たす）の合金組成とした前記内周部の原料粉末を前記外周部の原料の内周側に配置し、共晶点温度よりも低い所定温度及び所定圧力の範囲で加圧保持し、前記原料粉末を放電プラズマ焼結し、Ｃｕ−Ｚｒ系化合物の比率がＣｕに対して内周部側から外周部側に減少する傾向に傾斜している拡散層を前記内周部と前記外周部との間に有する導電性先端部材を作製する焼結工程、
   を含む導電性先端部材の製造方法。
8. 前記焼結工程では、Ｃｕが５０質量％のＣｕ−Ｚｒ母合金を用いる、請求項７に記載の導電性先端部材の製造方法。
9. 前記焼結工程では、前記原料を黒鉛製ダイス内に挿入し、真空中で放電プラズマ焼結する、請求項７又は８に記載の導電性先端部材の製造方法。
10. 前記焼結工程では、共晶点温度よりも４００℃〜５℃低い前記所定温度で放電プラズマ焼結する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の導電性先端部材の製造方法。
11. 前記焼結工程では、１０ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下の範囲の前記所定圧力で放電プラズマ焼結する、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の導電性先端部材の製造方法。
12. 前記焼結工程では、１０分以上１００分以下の範囲の保持時間で放電プラズマ焼結する、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の導電性先端部材の製造方法。
13. 前記焼結工程では、前記内周部の中央領域が前記外周部から突出して形成されるよう前記原料粉末を配置して焼結する、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の導電性先端部材の製造方法。
14. 溶接電極のアーム部に用いられる部材であり、チップホルダーに接続されたシャンクに保持されるチップ電極である導電性先端部材を製造する、請求項７〜１３のいずれか１項に記載の導電性先端部材の製造方法。

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