JPH11222641A

JPH11222641A - 導電性ばね用銅合金及及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11222641A
Application number: JP3362898A
Authority: JP
Inventors: Takao Hirai; 崇夫平井; Takayuki Usami; 隆行宇佐見; Koichi Yoshida; 浩一吉田; Yoshimasa Oyama; 好正大山
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-17
Anticipated expiration: 2018-01-30
Also published as: JP3510469B2

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた機械的特性、伝導性、応力緩和特性と
曲げ加工性を兼ね備えた銅合金を提供する。【解決手段】主成分としてＮｉを１．０〜３．５ｗｔ
％、Ｓｉを０．２〜０．９ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜
０．２０ｗｔ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％含み、
Ｓ、Ｏ含有量をそれぞれ０．００５ｗｔ％未満に制限
し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、その結晶粒
度が１μｍを越え２５μｍ以下であることを特徴とする
導電性ばね用銅合金であり、端子、コネクター材、スイ
ッチ材に適するものである。また製造方法は冷間加工後
に再結晶処理を７００〜９２０℃で行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性ばね用銅合
金及びその製造方法に関し、特に端子・コネクター材、
スイッチ材等に適する導電性ばね用銅合金とその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より端子、コネクター用材料として
銅合金が用いられ、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、耐熱性に優れた
Ｃｕ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金が多く用いられて
いる。特に、自動車等の用途では安価なＣｕ−Ｚｎ系合
金が多く使用されているが、近年の自動車用端子、コネ
クターは小型化傾向が著しく、またエンジンルーム内な
どの過酷な環境にさらされる場合が多いため、Ｃｕ−Ｚ
ｎ系合金ではもちろんのこと、Ｃｕ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ
−Ｓｎ系合金でも対応出来なくなってきているのが現状
である。

【０００３】このように、使用されている環境の変化に
伴い、端子、コネクター用材料に求められる特性もより
厳しくなってきている。このような用途に使用される銅
合金には、応力緩和特性、機械的強度、熱伝導性、曲げ
加工性、耐熱性、Ｓｎメッキの接続信頼性、マイグレー
ション特性など多岐に渡っているが、特に機械的強度や
応力緩和特性、熱・電気の伝導性、曲げ加工性が重要な
特性である。

【０００４】これらの厳しい要求特性を満たす銅系材料
として、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金が注目されており、例
えば、特開昭６１−１２７８４２号公報が知られてい
る。しかしながら、このようなＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金
でも使用に耐え得ない状態に陥っている。具体的には部
品の小型化、例えば一般的な箱型端子において、挿入さ
れるオス端子のタブ幅が約２ｍｍである０９０端子から
約１ｍｍである０４０端子へ小型化されると、バネ部の
幅が１ｍｍ程度であり、このように部品が小型化される
と、充分な接続強度を得ることが困難になっている。ま
た、小型化に関連してバネ部での接続強度を確保するた
めに、端子の構造にも多くの工夫がなされているが、そ
の結果、材料に要求される曲げ加工性もより厳しくなっ
ており、従来のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉでは曲げ部にクラック
が生じる場合も多い。応力緩和特性も同様であり、材料
に負荷される応力の増大、使用環境の高温化により従来
のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金では長時間の使用は不可能な
状況である。

【０００５】このような状況下、例えば応力緩和特性を
改善するためにＭｇの添加が有効であり、例えば、特開
昭６１−２５０１３４号公報、特開平５−５９４６８号
公報などにもＭｇの有効性が示されている。しかしなが
らＭｇ添加により応力緩和特性は向上するものの、曲げ
加工性が劣化し、１８０°密着曲げには耐え得ないもの
であり自動車コネクターなどに使用するには曲げ加工性
の改善が不可欠である。また曲げ加工性を改善するため
の検討もされているが、これは強度の低い材料であるた
めに所望の特性が得られないものであった。さらに、熱
・電気の伝導性が悪いと、応力緩和特性が良くとも、自
己の発熱で応力緩和を促進するため、伝導性と応力緩和
特性のバランスが重要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、曲げ
加工性、応力緩和特性等について検討し、厳しい要求特
性を満たす銅系材料が提案されているが、本発明は、優
れた機械的特性、伝導性、応力緩和特性と曲げ加工性を
兼ね備えた銅合金であり、端子、コネクターに好適な銅
合金を提供するものである。

【０００７】

【問題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するもので、主成分としてＮｉを１．０〜３．５ｗｔ
％、Ｓｉを０．２〜０．９ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜
０．２０ｗｔ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％含み、
Ｓ、Ｏ含有量をそれぞれ０．００５ｗｔ％未満に制限
し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、その結晶粒
度が１μｍを越え２５μｍ以下であることを特徴とする
導電性ばね用銅合金である。また、上記構成において、
本発明の特性に悪影響を与えない範囲で、他の添加元
素、例えば０．２％未満のＺｎを添加しても差し支えな
いものである。また、本発明は、主成分としてＮｉを
１．０〜３．５ｗｔ％、Ｓｉを０．２〜０．９ｗｔ％、
Ｍｇを０．０１〜０．２０ｗｔ％、Ｓｎを０．０５〜
１．５ｗｔ％、Ｚｎを０．２〜１．５ｗｔ％含み、Ｓ、
Ｏ含有量をそれぞれ０．００５ｗｔ％未満に制限し、残
部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、その結晶粒度が１
μｍを越え２５μｍ以下であることを特徴とする導電性
ばね用銅合金である。

【０００８】また、本発明は、上記の銅合金に、さらに
Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐの中から選ばれ１種
または２種以上を総量で０．００５ｗｔ％〜２．０ｗｔ
％含むことを特徴とする銅合金である。具体的には、主
成分としてＮｉを１．０〜３．５ｗｔ％、Ｓｉを０．２
〜０．９ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜０．２０ｗｔ％、Ｓ
ｎを０．０５〜１．５ｗｔ％含み、さらに０．００５〜
０．３ｗｔ％Ａｇ、０．０１〜０．５ｗｔ％Ｍｎ、それ
ぞれ０．００５〜０．２ｗｔ％のＦｅ、Ｃｒ、０．０５
〜２．０ｗｔ％Ｃｏ、０．００５〜０．１ｗｔ％Ｐの中
から選ばれ１種または２種以上を総量で０．００５ｗｔ
％〜２．０ｗｔ％含み、Ｓ、Ｏ含有量をそれぞれ０．０
０５ｗｔ％未満に制限し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物
からなり、その結晶粒度が１μｍを越え２５μｍ以下で
あることを特徴とする導電性ばね用銅合金である。ま
た、主成分としてＮｉを１．０〜３．５ｗｔ％、Ｓｉを
０．２〜０．９ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜０．２０ｗｔ
％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｚｎを０．２〜
１．５ｗｔ％含み、さらに０．００５〜０．３ｗｔ％Ａ
ｇ、０．０１〜０．５ｗｔ％Ｍｎ、それぞれ０．００５
〜０．２ｗｔ％のＦｅ、Ｃｒ、０．０５〜２．０ｗｔ％
Ｃｏ、０．００５〜０．１ｗｔ％Ｐの中から選ばれ１種
または２種以上を総量で０．００５ｗｔ％〜２．０ｗｔ
％含み、Ｓ、Ｏ含有量をそれぞれ０．００５ｗｔ％未満
に制限し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、その
結晶粒度が１μｍを越え２５μｍ以下であることを特徴
とする導電性ばね用銅合金である。

【０００９】また、本発明は、上記の銅合金に、さらに
Ｐｂ、Ｂｉの１種または２種を総量で０．００５〜０．
１３ｗｔ％含むことを特徴とする銅合金である。具体的
には、主成分としてＮｉを１．０〜３．５ｗｔ％、Ｓｉ
を０．２〜０．９ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜０．２０ｗ
ｔ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％含み、さらに０．
００５〜０．１ｗｔ％Ｐｂ、０．００５〜０．０３ｗｔ
Ｂｉの１種または２種を総量で０．００５〜０．１３ｗ
ｔ％含み、Ｓ、Ｏ含有量をそれぞれ０．００５ｗｔ％未
満に制限し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、そ
の結晶粒度が１μｍを越え２５μｍ以下であることを特
徴とする導電性ばね用銅合金である。また、主成分とし
てＮｉを１．０〜３．５ｗｔ％、Ｓｉを０．２〜０．９
ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜０．２０ｗｔ％、Ｓｎを０．
０５〜１．５ｗｔ％、Ｚｎを０．２〜１．５ｗｔ％含
み、さらに０．００５〜０．１ｗｔ％Ｐｂ、０．００５
〜０．０３ｗｔＢｉの１種または２種を総量で０．００
５〜０．１３ｗｔ％含み、Ｓ、Ｏ含有量をそれぞれ０．
００５ｗｔ％未満に制限し、残部Ｃｕ及び不可避的不純
物からなり、その結晶粒度が１μｍを越え２５μｍ以下
であることを特徴とする導電性ばね用銅合金である。

【００１０】また、上記の銅合金に、さらにＡｇ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐの中から選ばれ１種または２
種以上、及びＰｂ、Ｂｉの１種または２種を総量で０．
００５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％含むことを特徴とする銅合
金である。具体的には、主成分としてＮｉを１．０〜
３．５ｗｔ％、Ｓｉを０．２〜０．９ｗｔ％、Ｍｇを
０．０１〜０．２０ｗｔ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗ
ｔ％含み、さらに０．００５〜０．３ｗｔ％Ａｇ、０．
０１〜０．５ｗｔ％Ｍｎ、それぞれ０．００５〜０．２
ｗｔ％のＦｅ、Ｃｒ、０．０５〜２．０ｗｔ％Ｃｏ、
０．００５〜０．１ｗｔ％Ｐの中から選ばれ１種または
２種以上、及び０．００５〜０．１ｗｔ％Ｐｂ、０．０
０５〜０．０３ｗｔＢｉの１種または２種を総量で０．
００５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％含み、Ｓ、Ｏ含有量をそれ
ぞれ０．００５ｗｔ％未満に制限し、残部Ｃｕ及び不可
避的不純物からなり、その結晶粒度が１μｍを越え２５
μｍ以下であることを特徴とする導電性ばね用銅合金で
ある。また、主成分としてＮｉを１．０〜３．５ｗｔ
％、Ｓｉを０．２〜０．９ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜
０．２０ｗｔ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｚｎ
を０．２〜１．５ｗｔ％含み、さらに０．００５〜０．
３ｗｔ％Ａｇ、０．０１〜０．５ｗｔ％Ｍｎ、それぞれ
０．００５〜０．２ｗｔ％のＦｅ、Ｃｒ、０．０５〜
２．０ｗｔ％Ｃｏ、０．００５〜０．１ｗｔ％Ｐの中か
ら選ばれ１種または２種以上、及び０．００５〜０．１
ｗｔ％Ｐｂ、０．００５〜０．０３ｗｔＢｉの１種また
は２種を総量で０．００５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％含み、
Ｓ、Ｏ含有量をそれぞれ０．００５ｗｔ％未満に制限
し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、その結晶粒
度が１μｍを越え２５μｍ以下であることを特徴とする
導電性ばね用銅合金である。

【００１１】また、本発明の上記銅合金は、端子、コネ
クター材、スイッチ材のいずれかに用いられるものであ
ることを特徴とするものである。また、本発明は、冷間
加工後に再結晶処理を７００〜９２０℃で行うことを特
徴とする導電性ばね用銅合金の製造方法である。また、
冷間加工後に再結晶処理を７００〜９２０℃で行った後
に、４２０〜５５０℃で時効処理を行うことを特徴とす
る導電性ばね用銅合金の製造方法であるまた、冷間加工
後に再結晶処理を７００〜９２０℃で行い、さらに２５
％以下の冷間加工を行った後に、４２０〜５５０℃で時
効処理を行うことを特徴とする導電性ばね用銅合金の製
造方法である。さらに、冷間加工後に再結晶処理を７０
０〜９２０℃で行い、次に２５％以下の冷間加工、４２
０〜５５０℃での時効処理を行った後に、さらに２５％
以下の冷間加工、及び低温焼鈍を行うことを特徴とする
導電性ばね用銅合金の製造方法である。

【００１２】

【作用】本発明の銅合金は、Ｃｕマトリックス中にＮｉ
とＳｉの化合物を析出させ、適当な機械的強度及び熱・
電気導電性を有する銅合金に、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｚｎを特定
量添加し、Ｓ、Ｏ含有量を制限して、かつ結晶粒度を１
μｍを越え２５μｍ以下として応力緩和特性と曲げ加工
性を改善することを骨子としている。本発明者らは、こ
の銅合金成分の含有量を詳細に規定することで実用的に
優れた特性を有する導電性ばね用銅合金、特に端子、コ
ネクター用として優れた特性を有する材料を実現させる
ことができることを見いだし、その結果本発明の銅合金
を得たものである。

【００１３】以下に本発明の銅合金の成分限定理由を説
明する。ＣｕにＮｉとＳｉを含有させるとＮｉ−Ｓｉ化
合物を作り、これをＣｕ中に析出させ強度及び導電率を
向上させるものである。Ｎｉ量が１．０ｗｔ％未満であ
ると析出量が少なく目標とする強度が得られない。逆に
Ｎｉ量が３．５ｗｔ％を越えると鋳造、熱間加工時に強
度上昇に寄与しない析出が生じ含有量に見合う強度を得
ることができないばかりか、熱間加工性、曲げ加工性に
も悪影響を与えることになる。Ｓｉ量は析出するＮｉと
Ｓｉの化合物がＮｉ_２Ｓｉ相であると考えられるため、
Ｎｉ量を決定すると最適なＳｉ含有量が決まる。Ｓｉ量
が０．２ｗｔ％未満であるとＮｉ量が少ないときと同様
充分な強度を得ることができない。逆にＳｉ含有量が
０．９ｗｔ％を越えるときもＮｉ量が多い場合と同様の
問題が生ずる。好ましくは、Ｎｉを１．７〜２．８ｗｔ
％、Ｓｉを０．４〜０．７ｗｔ％に調整することが望ま
しい。

【００１４】Ｍｇ、Ｓｎは本発明の銅合金を構成する重
要な添加元素である。これらの元素は相互に関係しあっ
て良好な特性バランスを実現している。次に、これら元
素の限定理由を説明する。Ｍｇは応力緩和特性を大幅に
改善するが、曲げ加工性には悪影響を及ぼす。応力緩和
特性の観点からは、０．０１ｗｔ％以上で含有量は多い
ほどよい。逆に曲げ加工性の観点からは、含有量が０．
２０ｗｔ％を越えると良好な曲げ加工性を得ることは困
難である。このような観点から、Ｍｇの含有範囲は０．
０１〜０．２０ｗｔ％において良好なバランスを示す。
曲げ加工性の観点からより好ましいＭｇの含有範囲は、
０．０１〜０．１ｗｔ％である。

【００１５】さらに、Ｓｎを加えることにより、良好な
曲げ加工性を保ったまま、より応力緩和特性を改善でき
ることを見いだした。Ｓｎは、応力緩和特性の改善効果
を有するものの、その効果はＭｇほど大きくないが、Ｍ
ｇと相互に関係しあって良好な特性バランスを示すもの
である。Ｓｎを１．５ｗｔ％を越えて含有すると、熱及
び電気の伝導性が劣化し、実用上問題を来たす。Ｓｎ含
有量はＭｇ量との兼ね合いもあるが、０．０５〜１．５
ｗｔ％で良好な特性バランスを示す。具体的には、Ｍｇ
が０．０１〜０．０５ｗｔ％の場合には、Ｓｎは０．８
〜１．５ｗｔ％が好ましく、Ｍｇ量が０．０５〜０．１
ｗｔ％の場合には、Ｓｎは０．０５〜０．８ｗｔ％が好
ましい。

【００１６】Ｚｎは応力緩和特性に寄与しないが、曲げ
加工性を改善することができる。Ｚｎを０．２〜１．５
ｗｔ％、好ましくは０．３〜１．０ｗｔ％含有すること
により、Ｍｇを最大０．２０ｗｔ％まで含有させても実
用上問題ないレベルの曲げ加工性を達成できる。またＺ
ｎはＳｎメッキやハンダメッキの耐熱剥離性、マイグレ
ーション特性を改善する効果を有し、打ち抜き加工性を
改善する作用も有し、実用上の観点からＺｎを０．２ｗ
ｔ％、好ましくは０．３ｗｔ％以上含有させることが望
ましい。打ち抜き加工性を改善する元素としては、Ｐ
ｂ、Ｂｉがあるが、Ｐｂ、Ｂｉは多量に添加すると熱間
加工性を阻害するが、Ｚｎは製造性に悪影響を及ぼさず
に、打ち抜き加工性を改善できるため有効な添加元素で
ある。その上限は熱・電気の伝導性を考慮し、１．５ｗ
ｔ％、好ましくは１．０ｗｔ％である。なお、本実施例
からも、Ｍｇとの共添でより良い傾向にあることが示さ
れている。

【００１７】以上、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎの添加範囲を限定
した理由を詳述したが、これらの元素の限定範囲内でそ
れぞれ最大含有量とすることは好ましくない。実用上、
最もバランスの良好な含有量の範囲は、Ｍｇ：０．０５
〜０．１５ｗｔ％、Ｓｎ：０．２〜０．５ｗｔ％、Ｚ
ｎ：０．３〜０．８ｗｔ％である。

【００１８】次に、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐ
の含有量の範囲を限定した理由を説明する。Ａｇ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐは、加工性を改善するという
点で類似の機能を有しているものであり、Ａｇ、Ｍｎ、
Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐの中から選ばれ１種または２種以
上を０．００５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％含有させるもので
ある。

【００１９】Ａｇは、耐熱性を上げ、強度を上昇させる
と同時に、結晶粒の粗大化を阻止し、曲げ加工性を改善
することができる。従来より、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金
の強度を上昇させるために種々の第三元素を添加するこ
とが試みられている処であるが、それらは大幅に導電率
を下げたり、曲げ成形性が劣化し、電子機器用用途とし
て好ましくない特性が現れるものであった。本発明は、
強度を向上し、且つその他の特性に悪影響を及ぼさない
元素の検討を繰り返した結果、Ａｇが有効であることを
見いだしたものである。含有量が０．００５ｗｔ％未満
であるとその効果が現れず、逆に０．３ｗｔ％越えて含
有すると特性上の悪影響はないものの、コスト高となる
ので、Ａｇの最適含有量は０．００５〜０．３ｗｔ％で
あり、より好ましくは０．００５〜０．１ｗｔ％であ
る。

【００２０】Ｍｎは、強度を上昇させると同時に熱間加
工性を改善する効果があり、０．０１ｗｔ％未満である
とその効果が小さく、０．５ｗｔ％を越えて含有して
も、含有量に見合った効果が得られないばかりでなく、
伝導性を劣化させる。よってＭｎの最適含有範囲は、
０．０１〜０．５ｗｔ％であり、より好ましくは０．０
３〜０．３ｗｔ％である。

【００２１】Ｆｅ、Ｃｒは、Ｓｉと結合し、Ｆｅ−Ｓｉ
化合物、Ｃｒ−Ｓｉ化合物を形成し強度を上昇させる。
またＮｉとの化合物を形成せずに銅マトリックス中に残
存するＳｉをトラップし、導電性を改善する効果があ
る。Ｆｅ−Ｓｉ化合物、Ｃｒ−Ｓｉ化合物は析出硬化能
が低いため、多くの化合物を生成させることは得策でな
い。また、０．２ｗｔ％を越えて含有すると曲げ加工性
が劣化してくる。これらの観点から、Ｆｅ、Ｃｒを含有
する場合の添加量は、０．００５〜０．２ｗｔ％であ
り、より好ましくは０．００５〜０．１ｗｔ％である。

【００２２】Ｃｏは、Ｎｉと同様にＳｉと化合物を形成
し、機械的強度を向上させる。Ｃｏは、Ｎｉに比し高価
であるため、本発明ではＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金を利用
しているが、コスト的に許されるのであれば、Ｃｕ−Ｃ
ｏ−Ｓｉ系やＣｕ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｓｉ系を選択しても良
い。Ｃｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系は時効析出させた場合に、Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｓｉ系より機械的強度、導電性共に僅かに良く
なる。したがって熱・電気の伝導性をが重視される部材
には有効である。また、Ｃｏ−Ｓｉ化合物は析出硬化能
が僅かに高いため、応力緩和特性も若干改善される傾向
にある。これらの観点から、Ｃｏを添加する場合の最適
添加量は、０．０５〜２．０ｗｔ％である。

【００２３】Ｐは、強度を上昇させると同時に導電性を
改善する効果を有する。多量の含有は粒界析出を助長し
て曲げ加工性を低下させる。よってＰを添加する場合の
最適含有範囲は、０．００５〜０．１ｗｔ％であり、よ
り好ましくは０．００５〜０．０５ｗｔ％である。これ
らを２種以上同時に添加する場合には、求められる特性
に応じて適宜決定すれば良いが、耐熱性、Ｓｎメッキ、
ハンダメッキ耐熱剥離性、伝導性などの観点から総量で
０．００５〜２．０ｗｔ％とした。

【００２４】次に、Ｐｂ、Ｂｉの含有量の範囲を限定し
た理由を説明する。Ｐｂ、Ｂｉは、打ち抜き加工性を改
善するもので、Ｐｂ、Ｂｉの１種または２種を０．００
５〜０．１３ｗｔ％含有するものである。Ｐｂは打ち抜
き加工性を改善する添加元素である。近年のプレス高速
化にともない、端子用材料にはより優れた加工性が求め
られている。Ｐｂは銅マトリックス中に分散し、破壊の
起点になるため打ち抜き加工性を改善する。Ｐｂ量が
０．００５ｗｔ％未満であると特性改善効果がなく、
０．１ｗｔ％を越えて添加すると熱間加工性を低下させ
るばかりでなく、曲げ加工性をも劣化させるため、０．
００５〜０．１ｗｔ％が最適であり、より好ましくは
０．００５〜０．０５ｗｔ％である。Ｂｉも打ち抜き加
工性を改善する添加元素である。０．００５ｗｔ％未満
であると特性改善効果が小さく、０．０３ｗｔ％を越え
て添加するとＰｂと同様の特性低下を来す。よってＢｉ
の最適含有範囲は、０．００５〜０．０３ｗｔ％であ
り、より好ましくは０．００５〜０．０２ｗｔ％であ
る。

【００２５】これらＡｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐ
の中から選ばれ１種または２種以上、及びＰｂ、Ｂｉの
１種または２種を同時に含有する場合には、求められる
特性に応じて適宜決定すれば良いが、耐熱性、Ｓｎメッ
キ、ハンダメッキ耐熱剥離性、伝導性などの観点から総
量で０．００５〜２．０ｗｔ％とした。

【００２６】次に、Ｓ、Ｏ含有量を０．００５ｗｔ％未
満に制限しした理由を説明する。通常、工業的な銅材料
にはＳ、Ｏ_２等が微量含まれるが、本発明はこれらの含
有量を厳密に制限することで上述した合金成分と後述す
る結晶粒度の規定と相まって優れた特性の実現を図るも
のである。Ｓは、熱間加工性を悪化させる元素であり、
その含有量を０．００５ｗｔ％未満と規定することで、
熱間加工性を向上させる。特にＳ含有量を０．００２ｗ
ｔ％未満にすることが望ましい。Ｏは、その含有量が
０．００５ｗｔ％以上であると、Ｍｇが酸化されて曲げ
加工性が劣化する。Ｏ含有量を０．００５ｗｔ％以下、
特に０．００２ｗｔ％未満にすることが望ましい。以上
説明したＳ、Ｏは、通常の銅系材料中に微量に含有され
る場合が多いが、本発明の銅合金においては特に重要で
あり、その含有量を規定することで優れた特性が得られ
るもので、端子、コネクター用材料に好適な特性を実現
することを見いだしたのである。

【００２７】上述した本発明の銅合金の構成において、
その特性を好適に実現するためには、結晶粒度が１μｍ
を越え２５μｍ以下とすることが必要である。結晶粒度
が１μｍ以下であると、再結晶組織において混粒と成り
易く、曲げ加工性が低下すると同時に応力緩和特性が低
下する。逆に結晶粒度が２５μｍを越えて成長しても、
曲げ加工性に悪影響を及ぼす。従って、結晶粒度は１μ
ｍを越え２５μｍ以下に調整する必要がある。

【００２８】次いで、本発明の銅合金の製造法について
説明する。本発明の銅合金は、冷間加工、例えば冷間圧
延した後に、再結晶と溶体化させる目的で熱処理を行
い、直ちに焼き入れを行う。また必要に応じて時効処理
を行うものである。本発明の銅合金における結晶粒度を
１μｍを越え２５μｍ以下の範囲に調整するためには、
再結晶処理の条件を詳細に制御する必要がある。７００
℃未満の温度での熱処理は、混粒となり易く、９２０℃
を越える温度では結晶粒が粗大に成長しやすいので、冷
間加工後に再結晶処理を７００〜９２０℃で行うもので
ある。また、冷却速度は出来るだけ素早く、１０℃／ｓ
以上の速度で冷却することが望ましい。

【００２９】次に、時効熱処理の条件については、時効
温度が４２０℃未満であると、析出硬化量が不十分であ
り、充分な特性を引き出すことができない。逆に５５０
℃を越える温度で処理すると、析出相が粗大に成長し、
強度が低下するばかりでなく、応力緩和特性も低下させ
てしまう。よって、時効処理温度は４２０〜５５０℃と
した。さらには、応力緩和特性は析出相の状態に大きく
影響を受けることが判っており、時効強度がピークを示
す温度近傍が最良条件である。一方、曲げ加工性は時効
強度がピークを示す温度から若干過時効側で熱処理を行
うことが望ましい。このような観点から好ましくは４６
０〜５３０℃での処理が最適である。

【００３０】また、冷間加工後に再結晶処理（溶体化）
を７００〜９２０℃で行い、さらに冷間加工（２５％以
下）を行った後に４２０〜５５０℃で時効処理を行うも
のである。後に述べる実施例では、溶体化後直ぐに時
効処理を行ったが、溶体化と時効の間に冷間加工を施す
ことも有効である。この場合には、曲げ加工性を劣化さ
せない断面減少率２５％以下の加工が望ましい。また、
冷間加工後に再結晶処理（溶体化）を７００〜９２０℃
で行い、冷間加工（２５％以下）、４２０〜５５０℃で
時効処理を行った後に、さらに２５％以下の冷間加工、
及び低温焼鈍を行うものである。このように時効処理後
に冷間加工を施しても構わない。この場合は本発明の特
徴である曲げ加工性を劣化させないために、断面減少率
２５％以下の加工が望ましい。更に、前述の時効処理後
の冷間加工を行う場合には、その後に比較的低温での焼
鈍を行うことが推奨される。この焼鈍をバッチ式焼鈍で
行う場合には、２５０〜４００℃の温度で０．５〜５ｈ
ｒ、走間焼鈍で行う場合には６００〜８００℃の温度で
５〜６０ｓの条件で行うことが望ましい。この焼鈍は冷
間加工で導入された転位を再配列し、結果的には転位の
移動を抑制する作用を有する。従って、前述の冷間加工
を行った場合には、焼鈍を行うことにより応力緩和特性
を改善することができる。必要に応じて最終の熱処理前
若しくは後にテンションレベラーやローラーベラー等の
矯正を行っても良い。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の銅合金は、優れた機械的
強度、曲げ加工性、応力緩和特性、Ｓｎメッキ剥離性、
打ち抜き性等を有し、特に、端子・コネクター材、スイ
ッチ材、リレー材等、一般導電材料等に求められる特性
を備えたものであり、実施例により詳細に説明する。

【００３２】

【実施例１】本発明の第１の実施例を表１〜６に示し説
明する。表１は本発明例の合金組成、表２、表３は比較
例、従来例の合金組成であり、表４は本発明例合金の特
性、表５、表６は比較例、従来例の合金の特性を示すも
のである。なお、なお、表中の矢印は上の欄と同じこと
を示すものであり、（＊）は耐力値が低く、試料セット
段階で塑性変形を起こしたために試験中止したものであ
る。

【００３３】まず、高周波溶解炉にて、表１〜表３に記
す組成の合金を溶解し、冷却速度６℃／ｓで鋳込んだ。
鋳塊のサイズは厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５
０ｍｍである。次にこれらの鋳塊を９００℃で熱間圧延
をしてから、速やかに冷却を行った。表面の酸化膜を除
去するため厚さ９ｍｍまで面削してから、冷間圧延によ
り厚さ０．２５ｍｍに加工した。この後、供試材を再結
晶と溶体化させる目的で、７５０℃で３０ｓの熱処理を
行い、直ちに１５℃／ｓ以上の冷却速度で焼き入れを行
った。時効処理は、不活性雰囲気中で５１５℃×２時間
の熱処理を施し、試験に供する材料とした。

【００３４】製造した材料からサンプリングして、結晶
粒度を測定し、ＴＳ（引張り強度）Ｎ／ｍｍ^２、Ｅｌ
（伸び）％、ＥＣ（導電率）％ＩＡＣＳ、曲げ加工性、
Ｓ．Ｒ．Ｒ（応力緩和率）％、Ｓｎメッキ剥離性、打ち
抜き性として破断面比率（％）、バリ（μｍ）の各種特
性評価を行った。

【００３５】結晶粒度、即ち結晶粒の大きさは、ＪＩＳ
Ｈ０５０１に準じ、比較法と切断法を併用し観察を行っ
た。比較法では試験片を顕微鏡観察（７５倍または２０
０倍）して測定した。切断法では加工方向に平行な板厚
断面で測定を行った。引っ張り強度はＪＩＳＺ２２４１
で、熱・電気の伝導性を示す値として、導電率をＪＩＳ
Ｈ０５０５に準じて測定した。

【００３６】曲げ加工性の評価は、内側曲げ半径がＯＲ
の１８０°密着曲げを行った。評価の指標は、Ａ．しわもなく良好Ｂ．小さなしわが観察されるＣ．大きなしわが観察されるが、クラックには至ってい
ないＤ．微細なクラックが観察されるＥ．明瞭にクラックが観察されるの５段階で評価し、評価Ｃ以上を実用上問題の無いレベ
ルと判断した。

【００３７】応力緩和特性の評価は、日本電子材料工業
会標準規格であるＥＭＡＳ−３００３に準拠して行っ
た。ここで片持ちブロック式を採用し、表面最大応力が
４５０Ｎ／ｍｍ^２となるように負荷応力を設定し、１５
０℃の恒温槽で試験を行った。表４〜表６には、１００
０ｈｒ試験後の緩和率（Ｓ．Ｒ．Ｒ）で示した。

【００３８】応力緩和の試験方法の片持ちブロック法に
ついて、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図１（ａ）は
斜視図、（ｂ）は側面図であり、サンプル（１）の一方
は基台（２）に保持部材（３）で片持ち状態に支持し、
もう一方はブロック（４）によりサンプル（１）に歪み
δｏ（初期たわみ変位）を与えた状態にする。この状態
でサンプル（１）を１５０℃に所定時間（本実施例では
１０００ｈｒ）加熱する。所定時間経過後、図１（ｃ）
の側面図に示すように、ブロック（４）を取り除いた状
態での歪みδｔ（永久たわみ変位）を測定し、応力緩和
率（％）は次式で求めた。応力緩和率（％）＝（δｔ／δｏ）×１００なお、初期たわみ変位は、表面最大応力が所定の値（４
５０Ｎ／ｍｍ^２）になるよう、ヤング率、板厚等から計
算するものである（計算方法はＥＭＡＳ−３００３によ
る）。

【００３９】Ｓｎメッキの加熱剥離性は、１μｍの光沢
Ｓｎメッキを施した試験片を１５０℃×１０００時間の
大気加熱をしてから、１８０度の密着曲げ、および曲げ
戻しをした後、その部分のメッキ剥離を目視にて評価し
た。半田の剥離が認められる場合、表４〜６に「有」と
記した。

【００４０】打ち抜き性は、金型（ＳＫＤ１１製）で打
ち抜き試験（１ｍｍ×５ｍｍの角孔を設ける）を行うこ
とにより調べた。そして５００１回目から１００００回
目の打ち抜き分から２０個無作為に抽出したサンプルの
打ち抜き面を観察して破断部の厚さを測定した。表４〜
６には試験片の厚さに対する破断部の厚さの割合の平均
値を％表示で示す（表中でＦ．Ａ．Ｒと表示）。バリ測
定についても同様に、５００１回目から１００００回目
の打ち抜き部分から２０個無作為に抽出したサンプルの
バリの高さを接触式形状測定機で求め、平均値を表に記
載した。

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【００４１】表４から明らかなように、本発明例１〜２
１は、ＴＳ（引張り強度）、Ｅｌ（伸び）、ＥＣ（導電
率）、曲げ加工性、Ｓ．Ｒ．Ｒ（応力緩和率）、Ｓｎメ
ッキ剥離性、打ち抜き性の各種特性の何れも優れた特性
を示していることが判る。

【００４２】一方、Ｎｉ−Ｓｉ量の少ない比較例Ｎｏ．
２２は、目的とする強度が得られず、打ち抜き加工性も
他の材料と比較して劣っている。逆にＮｉ−Ｓｉ量の多
い比較例Ｎｏ．２３は、Ｎｉ−Ｓｉ量の少ない本発明例
Ｎｏ．４と比較し強度の点では差はないが、曲げ加工性
では劣化傾向を示した。即ち、本発明で規定する量以上
のＮｉ−Ｓｉを添加することは、曲げ加工性が劣るの
で、端子・コネクター用として不適である。

【００４３】Ｍｇの添加量が少ない比較例Ｎｏ．２４
は、本発明例のＮｏ．２，Ｎｏ．５と比較し、応力緩和
特性が大幅に劣っている。これと同じ理由で比較例Ｎ
ｏ．２５は本発明例Ｎｏ．６，Ｎｏ．７より劣ってい
る。このことは、従来のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金（従来例
Ｎｏ．４２）にＳｎを単独で添加しても、応力緩和特性
には大きな改善効果を期待できないことを示すものであ
り、従来のＳｎ入りＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金（従来例Ｎ
ｏ．４３）の特性と一致する。

【００４４】Ｍｇの添加量が、本発明の規定量以上であ
る比較例Ｎｏ．２６は、曲げ加工性が劣化している。こ
れは端子・コネクター材としては不適である。曲げ加工
性を若干改善できるＺｎを１ｗｔ％以上添加しても良好
な曲げ加工性は確保できなかった。Ｓｎの添加量が少な
い比較例Ｎｏ．２７は、本発明例のＮｏ．２と比較し、
応力緩和特性の点で劣っている。逆にＳｎの添加量が多
い比較例Ｎｏ．２８は、Ｍｇの効果と相まり、今回製造
を行った中で最も優れた応力緩和特性を示した組成の一
つであった。しかしながら、導電率が最も低くなり、バ
ランス的に優れているとは言えない。Ｚｎの添加量が多
い比較例Ｎｏ．２９も導電率が低くなり、特性バランス
に優れない。

【００４５】Ｆｅの添加量が規定量以上である比較例Ｎ
ｏ．３０は、Ｆｅ−Ｓｉ化合物が多量に生成し、析出硬
化量が低下したばかりでなく、曲げ加工性にも悪影響を
及ぼした。Ｐｂの添加量を多くした比較例Ｎｏ．３１は
熱間加工中に割れを生じ、正常に製造することが出来な
かった。その他、Ｓが本発明範囲外にある比較例Ｎｏ．
３２は、熱間加工時に割れが生じ、その後の特性評価を
行えなかった。また、Ｏが多い比較例Ｎｏ．３３は、Ｍ
ｇの酸化物が生成しており、曲げ加工性が劣化した。

【００４６】比較例Ｎｏ．３４は、再結晶させるための
焼鈍を６８０℃×３０ｓで行った。その結果、平均結晶
粒は１μｍ以下で、比較的大きな結晶粒と小さな結晶粒
が混在する組織となった。不均一な組織のため、曲げ加
工性を行う試験片を採取する場所によっては、クラック
を生ずる結果となった。逆に、比較例Ｎｏ．３５は９３
０℃×３０ｓで熱処理を行ったため、結晶粒はおよそ３
０μｍとなった。粗大な結晶粒となったため、曲げ加工
性に悪影響を及ぼすばかりでなく、若干応力緩和特性も
低下した。

【００４７】また比較例Ｎｏ．３６〜Ｎｏ．４１は、Ｃ
ｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｚｎ合金にＳｎ以外の元素を添
加した比較例である。これらいずれの合金の応力緩和特
性もＳｎの添加量が少ない比較例Ｎｏ．２７と同程度の
応力緩和特性であり、これらの元素の添加は応力緩和に
ほとんど寄与しないことが判る。

【００４８】次に、従来から存在する合金についてみる
と、従来例Ｎｏ．４２は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金であ
り、その他の添加元素は含まれていない。この場合、応
力緩和特性が良くない点と、Ｚｎを含まないため、Ｓｎ
メッキの加熱剥離性に問題がある。従来例Ｎｏ．４３は
先述のとおり、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金にＳｎとＺｎを
添加した材料である。Ｓｎメッキの加熱剥離性は改善さ
れているが、応力緩和特性は従来例Ｎｏ．４１と同等で
あり不十分である。

【００４９】Ｎｏ．４４は、Ｍｇを添加し、応力緩和特
性の改善を図った材料である。Ｍｇの効果により応力緩
和特性は改善されているが、曲げ加工性に問題がある。
この従来例Ｎｏ．４４と同等の応力緩和特性と良好な曲
げ加工性を得るためには、本発明例Ｎｏ．２のように、
Ｍｇ量を減らし、Ｓｎを添加し、更に曲げ加工性を改善
するＺｎを添加することで達成される。Ｚｎ添加効果に
より、Ｓｎメッキの加熱剥離性も改善される。

【００５０】

【実施例２】本発明の第２の実施例を表７、表８で説明
する。第２の実施例は、上記実施例１に示した本発明例
Ｎｏ．２の組成からなる合金を、表７よる工程で製造し
て、表８に示すように、ＴＳ（引張り強度）Ｎ／ｍ
ｍ^２、Ｅｌ（伸び）％、ＥＣ（導電率）％ＩＡＣＳ、曲
げ加工性、Ｓ．Ｒ．Ｒ（応力緩和率）％、Ｓｎメッキ剥
離性、打ち抜き性としてＦ．Ａ．Ｒ（％）、バリ（μ
ｍ）の各種特性評価を行った。評価方法は実施例１と同
様である。

【表７】

【表８】

【００５１】表７、表８から明らかなように、本発明例
の工程で製造した合金である本発明例Ｎｏ．４５〜Ｎ
ｏ．５３は何れも優れた特性を示した。しかしながら、
比較例Ｎｏ．５４は熱処理温度が低く、結果的に、結晶
粒が均一でなく、曲げ加工性が劣化した。比較例Ｎｏ．
５５は９３０℃×３０ｓで熱処理を行ったために、結晶
粒はおよそ３０μｍとなった。粗大な結晶粒であるた
め、曲げ加工性に悪影響を及ぼすばかりでなく、若干応
力緩和特性も低下した。

【００５２】比較例Ｎｏ．５６は時効温度が低く、析出
が不十分なため強度特性が劣化した。同時に応力緩和特
性も大幅に低下した。逆にＮｏ．５７は時効温度が高
く、析出物が粗大化したため、応力緩和特性が大幅に低
下した。比較例Ｎｏ．５８は時効後に本発明で規定する
以上の加工率で冷間加工を行った例である。応力緩和特
性はむしろ優れるが、曲げ加工性が低下した。比較例Ｎ
ｏ．５９は時効後の冷間加工率は高くないが、その後熱
処理を行わなかった例である。伸びが低く曲げ加工性が
低下したばかりでなく、応力緩和特性も若干低下した。

【００５３】

【発明の効果】以上記述したように、本発明の銅合金
は、Ｃｕマトリックス中にＮｉとＳｉの化合物を析出さ
せ、Ｓｎ、Ｍｇ、或いは更にＺｎを特定量添加し、Ｓ、
Ｏ含有量を制限して、かつ結晶粒度を１μｍを越え２５
μｍ以下としたことにより、優れた機械的特性、伝導
性、応力緩和特性と曲げ加工性を兼ね備えた銅合金が得
られるという効果を奏するものである。特に、端子・コ
ネクター用として、強度や伝導性、応力緩和特性、曲げ
成形性に優れ、またＳｎメッキの耐加熱剥離性や打ち抜
き性にも優れるものであるから、近年の傾向である小
型、高性能化に好適に対応できる。また本発明は端子・
コネクター用途に好適なものであるが、その他スイッ
チ、リレー材等、一般導電材料としても好適な銅合金を
提供するという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の応力緩和の試験を説明する図

【符号の説明】

１サンプル２基台３保持部材４ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｆ 1/00 ６６１Ｃ２２Ｆ 1/00 ６６１Ａ６８５６８５Ｚ６８６６８６Ａ６８６Ｂ６９１６９１Ｂ６９４６９４Ａ (72)発明者大山好正東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分としてＮｉを１．０〜３．５ｗｔ
％、Ｓｉを０．２〜０．９ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜
０．２０ｗｔ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％含み、
Ｓ、Ｏ含有量をそれぞれ０．００５ｗｔ％未満に制限
し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、その結晶粒
度が１μｍを越え２５μｍ以下であることを特徴とする
導電性ばね用銅合金。
【請求項２】主成分としてＮｉを１．０〜３．５ｗｔ
％、Ｓｉを０．２〜０．９ｗｔ％、Ｍｇを０．０１〜
０．２０ｗｔ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｚｎ
を０．２〜１．５ｗｔ％含み、Ｓ、Ｏ含有量をそれぞれ
０．００５ｗｔ％未満に制限し、残部Ｃｕ及び不可避的
不純物からなり、その結晶粒度が１μｍを越え２５μｍ
以下であることを特徴とする導電性ばね用銅合金。
【請求項３】請求項１又は２に記載の銅合金に、さら
に０．００５〜０．３ｗｔ％Ａｇ、０．０１〜０．５ｗ
ｔ％Ｍｎ、それぞれ０．００５〜０．２ｗｔ％のＦｅ、
Ｃｒ、０．０５〜２．０ｗｔ％Ｃｏ、０．００５〜０．
１ｗｔ％Ｐの中から選ばれ１種または２種以上を総量で
０．００５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％含むことを特徴とする
導電性ばね用銅合金。
【請求項４】請求項１又は２に記載の銅合金に、さら
に０．００５〜０．１ｗｔ％Ｐｂ、０．００５〜０．０
３ｗｔＢｉの１種または２種を総量で０．００５〜０．
１３ｗｔ％含むことを特徴とする導電性ばね用銅合金。
【請求項５】請求項１又は２に記載の銅合金に、さら
に０．００５〜０．３ｗｔ％Ａｇ、０．０１〜０．５ｗ
ｔ％Ｍｎ、それぞれ０．００５〜０．２ｗｔ％のＦｅ、
Ｃｒ、０．０５〜２．０ｗｔ％Ｃｏ、０．００５〜０．
１ｗｔ％Ｐの中から選ばれ１種または２種以上、及び
０．００５〜０．１ｗｔ％Ｐｂ、０．００５〜０．０３
ｗｔＢｉの１種または２種を総量で０．００５ｗｔ％〜
２．０ｗｔ％含むことを特徴とする導電性ばね用銅合
金。
【請求項６】端子、コネクター材、スイッチ材のいず
れかに用いられるものであることを特徴とする請求項１
乃至５のいずれかに記載の導電性ばね用銅合金。
【請求項７】冷間加工後に再結晶処理を７００〜９２
０℃で行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
に記載の導電性ばね用銅合金の製造方法。
【請求項８】冷間加工後に再結晶処理を７００〜９２
０℃で行った後に、４２０〜５５０℃で時効処理を行う
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導
電性ばね用銅合金の製造方法。
【請求項９】冷間加工後に再結晶処理を７００〜９２
０℃で行い、さらに２５％以下の冷間加工を行った後
に、４２０〜５５０℃で時効処理を行うことを特徴とす
る請求項１乃至６のいずれかに記載の導電性ばね用銅合
金の製造方法。
【請求項１０】冷間加工後に再結晶処理を７００〜９
２０℃で行い、次に２５％以下の冷間加工、４２０〜５
５０℃での時効処理を行った後に、さらに２５％以下の
冷間加工、及び低温焼鈍を行うことを特徴とする請求項
１乃至６のいずれかに記載の導電性ばね用銅合金の製造
方法。