(57)【要約】【課題】特に高強度または高導電性を必要とする用途に好適な、切削性に優れた銅合金を提供する。【解決手段】Ｎｉを１．５〜７．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．８ｍａｓｓ％含有する銅合金であって、平均径が１μｍ以上の大きさの切削性向上に寄与する化合物が１０００個／ｍｍ２以上存在することを特徴とする時効析出型銅合金。さらに、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｐ、Ｚｎの群から選ばれる少なくとも１種を総量で０．０５〜２ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金であって、平均径が１μｍ以上の大きさの金属元素含有化合物が１０００個／ｍｍ２以上存在することが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉを１．５〜７．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．８ｍａｓｓ％を含有する銅合金
であって、平均径が１μｍ以上の大きさの切削性向上に寄与する化合物が１０００個／ｍ
ｍ２以上存在することを特徴とする時効析出型銅合金。
【請求項２】
Ｎｉを１．５〜７．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．８ｍａｓｓ％を含有し、さらに
、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｐ、Ｚｎの群から選ば
れる少なくとも１種を総量で０．０５〜２ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避的
不純物からなる銅合金であって、平均径が１μｍ以上の大きさの切削性向上に寄与する化
合物が１０００個／ｍｍ２以上存在することを特徴とする時効析出型銅合金。
【請求項３】
Ｎｉを１．５〜７．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．８ｍａｓｓ％を含有し、さらに
、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｐ、Ｚｎの群から選ば
れる少なくとも１種を総量で０．０５〜２ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避的
不純物からなる銅合金であって、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍ
ｇ、Ｖ、Ｐ、Ｚｎのいずれかを含有する平均径が１μｍ以上の大きさの切削性向上に寄与
する化合物が１０００個／ｍｍ２以上存在することを特徴とする時効析出型銅合金。
【請求項４】
前記切削性向上に寄与する化合物は、金属元素含有化合物であることを特徴とする、請
求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の時効析出型銅合金。
【請求項５】
前記金属元素含有化合物の内部には、核として作用する化合物が存在し、前記核として
作用する化合物は、前記金属元素含有化合物より融点が高いことを特徴とする、請求項４
に記載の時効析出型銅合金。
【請求項６】
前記切削性向上に寄与する化合物の平均径は、３０μｍ以下であることを特徴とする、
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の時効析出型銅合金。
【請求項７】
前記切削性向上に寄与する化合物の密度は、３００００個／ｍｍ２以下であることを特
徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の時効析出型銅合金。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の時効析出型銅合金が所定形状に成形された
銅合金材料であって、成形後の引張強さが５００ＭＰａ以上、導電率が２５％ＩＡＣＳ以
上であることを特徴とする銅合金材料。
【請求項９】
請求項８に記載の銅合金材料が切削加工されて形成される銅合金部品。
【請求項１０】
請求項８に記載の銅合金材料を製造する方法であって、前記金属元素含有化合物の融点
が、前記銅合金材料の原料を溶解し、鋳造した後の工程における前記銅合金材料の最高温
度より高温であることを特徴とする銅合金材料の製造方法。
【請求項１１】
前記最高温度は、熱間加工温度、焼鈍温度、時効熱処理温度または溶体化温度のいずれ
かであることを特徴とする、請求項１０記載の銅合金材料の製造方法。
【請求項１２】
鋳造時の冷却速度を０．５℃／秒以上１００℃／秒以下とすることを特徴とする、請求
項１０または請求項１１に記載の銅合金材料の製造方法。
【請求項１３】
非酸化雰囲気で溶解鋳造を行うことを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載
の銅合金材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項５に記載の時効析出型銅合金を所定形状に成形して、請求項８に記載の銅合金材
料を製造する方法であって、前記金属元素含有化合物を構成する元素より酸化されやすい
元素を添加する工程を有することを特徴とする、請求項１０〜請求項１３のいずれか１項
に記載の銅合金材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子機器、精密機械、自動車等に使用される金属部品、特に切削加工によ
り製造される銅合金部品に関し、さらにこの銅合金部品に適する時効析出型銅合金、この
銅合金が切削加工に適した形状に成形された銅合金材料およびその製造方法に関するもの
である。
【背景技術】
【０００２】
金属部品を製造する方法として旋削、穿孔などの切削加工がある。切削加工は、特に複
雑な形状を持つ部品や高い寸法精度を要する部品の製造には有効な加工方法である。切削
加工を行う場合、切削性がしばし問題となる。切削性には切削屑処理、工具寿命、切削抵
抗、切削面粗さなどの項目があり、これらが向上するように材料に改良が施されている。
【０００３】
銅合金は、強度が高い、導電性・熱伝導性に優れる、耐食性に優れる、色調に優れるな
どの理由から多くの金属部品に使用されている。切削による加工も多く実施されており、
例えば水道の蛇口、バルブ、歯車、装飾品などの用途があり、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ系）、青
銅（Ｃｕ−Ｓｎ系）、アルミ青銅（Ｃｕ−Ａｌ系）、洋白（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系）に切削
性を向上させるために鉛を添加した合金が使用されている（特許文献１〜４参照）。なお
、これらはいずれも高強度または高導電性を必要としない用途である。
【０００４】
高強度または高導電性を必要とする用途、例えば同軸コネクタのピン材等の用途には、
りん青銅やベリリウム銅に鉛を添加した快削りん青銅（特許文献５参照）、快削ベリリウ
ム銅（特許文献６参照）が使用されている。これらはＮＣ旋盤等の精密な工作機械で切削
加工され、電子機器用途等の信頼性の高い部品に使用されている。
【０００５】
このように銅合金の切削性を向上させるために、一般的には鉛が添加されている。これ
は、鉛が銅合金に固溶しないため材料内に微細に分散し、切削加工時に切削屑がその部分
で分断されやすくなることによる。しかし、鉛は人体や環境に悪影響を及ぼすとされてい
ることから使用が制限されつつあり、鉛を含有せずに切削性を向上させた銅合金の要求が
高まっている。鉛を添加せずに切削性を向上させる方法として、黄銅や青銅にはビスマス
を添加する方法（特許文献７〜８参照）が知られている。また黄銅では、亜鉛濃度を高く
して銅−亜鉛系化合物であるβ相やγ相を形成させ（特許文献９）、あるいはケイ素を添
加して銅−ケイ素系化合物であるκ相を形成させ（特許文献１０）、これらの化合物を切
削屑分断の起点として作用させることで切削性を向上させる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−０５６０３６号公報
【特許文献２】特開昭５８−１１３３３６号公報
【特許文献３】特開昭５１−１０１７１６号公報
【特許文献４】特開平０１−１７７３２７号公報
【特許文献５】特開昭５０−０６６４２３号公報
【特許文献６】特開昭５２−１１７２４４号公報
【特許文献７】特開２００１−０５９１２３号公報
【特許文献８】特開２０００−３３６４４２号公報
【特許文献９】特開２０００−３１９７３７号公報
【特許文献１０】特開２００４−１８３０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、各特許文献に記載された技術は、以下の課題を有する。特許文献１〜６の各技
術では、切削性を向上させるための添加元素として鉛を用いており、環境への負荷が心配
される。特に特許文献６に記載の技術では、快削ベリリウム銅の切削性を向上させるため
の添加元素として鉛に代替するものはなく、またベリリウムそのものも環境に影響を与え
る元素の一つとして挙げられており、鉛を添加した銅合金の代替材のみならずベリリウム
銅の代替材を望む声も高まっている。また、特許文献７〜８の技術では、ビスマスを添加
すると切削性は改善されるが、加工中に割れ易くなり、特に熱間加工が困難となる。すな
わち、熱間加工性の改善を図ることが改めて必要となる。特許文献９〜１０は、形成され
る化合物は黄銅系特有のものである。
【０００８】
また、高強度または高導電性を必要とする用途では、銅にニッケルとケイ素を添加する
合金系（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系：いわゆるコルソン合金）などを用いることも考えられるが
、この合金系において切削性を高める検討は十分になされておらず、切削性に優れた材料
とするためにはさらなる検討が必要とされている。
【０００９】
このような問題に鑑み本発明はなされたもので、特に高強度または高導電性を必要とす
る用途に最適な切削性に優れた銅合金を、環境負荷物質を利用することなく提供すること
を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討した結果、特定の組成の時効析出型銅合金を用い、大きさ（平均
径）が１μｍ以上の金属元素含有化合物が１０００個／ｍｍ２以上存在することによって
、切削性に優れ、さらに強度および導電性に優れる銅合金が得られることを見出した。ま
た、金属元素含有化合物が１０００個／ｍｍ２以上存在する銅合金を得るには、鋳造時の
冷却速度の制御、核として作用する化合物の形成が好ましく、また溶解時に溶湯を酸化さ
せないことも好ましいことを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明は、以下の解決手段を提供するものである。
（１）Ｎｉを１．５〜７．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．８ｍａｓｓ％を含有する銅
合金であって、平均径が１μｍ以上の大きさの切削性向上に寄与する化合物が１０００個
／ｍｍ２以上存在することを特徴とする時効析出型銅合金。
（２）Ｎｉを１．５〜７．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．８ｍａｓｓ％を含有し、さ
らに、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｐ、Ｚｎの群から
選ばれる少なくとも１種を総量で０．０５〜２ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可
避的不純物からなる銅合金であって、平均径が１μｍ以上の大きさの切削性向上に寄与す
る化合物が１０００個／ｍｍ２以上存在することを特徴とする時効析出型銅合金。
（３）Ｎｉを１．５〜７．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．８ｍａｓｓ％を含有し、さ
らに、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｐ、Ｚｎの群から
選ばれる少なくとも１種を総量で０．０５〜２ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可
避的不純物からなる銅合金であって、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ
、Ｍｇ、Ｖ、Ｐ、Ｚｎのいずれかを含有する平均径が１μｍ以上の大きさの切削性向上に
寄与する化合物が１０００個／ｍｍ２以上存在することを特徴とする時効析出型銅合金。
（４）前記切削性向上に寄与する化合物は、金属元素含有化合物であることを特徴とする
、（１）〜（３）のいずれか１項に記載の時効析出型銅合金。
（５）前記金属元素含有化合物の内部には、核として作用する化合物が存在し、前記核と
して作用する化合物は、前記金属元素含有化合物より融点が高いことを特徴とする、（４
）に記載の時効析出型銅合金。
（６）前記切削性向上に寄与する化合物の平均径は、３０μｍ以下であることを特徴とす
る、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の時効析出型銅合金。
（７）前記切削性向上に寄与する化合物の密度は、３００００個／ｍｍ２以下であること
を特徴とする、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の時効析出型銅合金。
（８）（１）〜（７）のいずれか１項に記載の時効析出型銅合金が所定形状に成形された
銅合金材料であって、成形後の引張強さが５００ＭＰａ以上、導電率が２５％ＩＡＣＳ以
上であることを特徴とする銅合金材料。
（９）（８）に記載の銅合金材料が切削加工されて形成される銅合金部品。
（１０）（８）に記載の銅合金材料を製造する方法であって、前記金属元素含有化合物の
融点が、前記銅合金材料の原料を溶解し、鋳造した後の工程における前記銅合金材料の最
高温度より高温であることを特徴とする銅合金材料の製造方法。
（１１）前記最高温度は、熱間加工温度、焼鈍温度、時効熱処理温度または溶体化温度の
いずれかであることを特徴とする、（１０）記載の銅合金材料の製造方法。
（１２）鋳造時の冷却速度を０．５℃／秒以上１００℃／秒以下とすることを特徴とする
、（１０）または（１１）に記載の銅合金材料の製造方法。
（１３）非酸化雰囲気で溶解鋳造を行うことを特徴とする、（１０）または（１１）に記
載の銅合金材料の製造方法。
（１４）（５）に記載の時効析出型銅合金を所定形状に成形して（８）に記載の銅合金材
料を製造する方法であって、前記金属元素含有化合物を構成する元素より酸化されやすい
元素を添加する工程を有することを特徴とする、（１０）〜（１３）のいずれか１項に記
載の銅合金材料の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の時効析出型銅合金は、強度および導電性に優れ、さらに鉛やベリリウムなどの
環境負荷物質を利用することなく切削性に優れたものとなる。また、本発明の銅合金は、
切削加工により製造される電子機器等の部品用材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の時効析出型銅合金の好ましい実施の態様における切削性向上に寄与する化合物のＳＥＭ像を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の時効析出型銅合金および銅合金材料の好ましい実施の態様について、詳細に説
明する。まず、各合金元素の作用効果とその含有量の範囲について説明する。
なお、本明細書において、「銅合金」とは形状の概念を含まないものをいい、「銅合金
材料」とは形状の概念を含むものをいう。また、本明細書において、「金属元素含有化合
物」を定義し、さらにこの「金属元素含有化合物」を、主に「晶出物」、「析出物」の２
種類に分類する。「晶出物」は銅合金の鋳造の際に溶融金属が凝固する過程で生じ、「析
出物」は固体金属の状態で熱処理により生じる。よって、「晶出物」と「析出物」とは明
確に区別される。
【００１５】
本発明の銅合金および銅合金材料の好ましい実施の態様におけるニッケル（Ｎｉ）とケ
イ素（Ｓｉ）は、ＮｉとＳｉの含有比を制御することにより金属生地（マトリクス）中に
Ｎｉ−Ｓｉ析出物（Ｎｉ２Ｓｉ）を形成させて析出強化を行い、銅合金の強度および導電
性を向上させるために添加する。このＮｉ−Ｓｉ析出物（Ｎｉ２Ｓｉ：析出強化のための
析出物）は、形式的には金属元素含有化合物であるが、切削性の向上にはあまり寄与しな
い。
【００１６】
本発明の銅合金および銅合金材料の好ましい実施の態様においては、前述の析出強化の
ための析出物よりも粗大な、切削性向上に寄与する化合物を形成する。この化合物は金属
元素含有化合物であり、例えば、ニッケルまたはシリコンの少なくとも一方を含む晶出物
、あるいはニッケルまたはシリコンの少なくとも一方と後述する他の添加元素とを含む晶
出物などである。これらの金属元素含有化合物が、切削加工を行った時の切削屑分断の起
点として作用することで切削屑が細かく分断され易くなり、切削性が向上する。
【００１７】
Ｎｉの含有量は１．５〜７．０ｍａｓｓ％（質量％）であり、１．７〜６．５ｍａｓｓ
％であることが好ましい。Ｎｉ量が１．５ｍａｓｓ％より少ないと、Ｎｉ−Ｓｉ析出物に
よる析出硬化量が小さく強度が不足する、また粗大な晶出物の形成量が少なく、切削性向
上の効果が見られない。Ｎｉ量が７．０ｍａｓｓ％より多いと、熱処理時に粒界反応型析
出が生じ、さらに粗大な晶出物の量が多くなり過ぎ、強度が低下することがあるため好ま
しいとはいえない。
【００１８】
Ｓｉの含有量は、Ｎｉ−Ｓｉ析出物（Ｎｉ２Ｓｉ）の形成においては、質量％で計算す
るとＮｉ含有量の約１／４の量が必要となる。また、前記の金属元素含有化合物にＳｉを
含有する時にはその分のＳｉ量を追加し、Ｎｉを含有するときにはその分のＳｉ量を減ら
すことが好ましい。これらのことから、本発明において、Ｓｉの含有量は０．３〜１．８
質量％であり、０．３５〜１．７質量％であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の銅合金および銅合金材料の好ましい実施の態様においては、平均径が１
μｍ以上の大きさの金属元素含有化合物が１０００個／ｍｍ２以上存在する必要がある。
そのためには、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）
、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウ
ム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、りん（Ｐ）、亜鉛（Ｚｎ）の１種または２種以上を含有
することが好ましい。これらの元素は、ＣｕやＮｉやＳｉと、あるいは相互に金属元素含
有化合物を形成し、切削性を向上させる。この場合の金属元素含有化合物は、ほぼ晶出物
である。含有させる場合には、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ
、Ｖ、Ｐ、Ｚｎの中から選ばれる１種または２種以上を総量で０．０５〜２ｍａｓｓ％含
有させることが好ましい。０．０５ｍａｓｓ％より少ない場合は、形成される晶出物の個
数が少なく、切削性が改善されない。また、２ｍａｓｓ％より多い場合は、切削性向上の
効果が飽和するだけでなく、導電率が低下するため得策ではない。
【００２０】
次に、切削性向上に寄与する化合物である金属元素含有化合物の大きさと数の規定、並
びに形成方法や特徴について述べる。金属元素含有化合物は、切削加工時に発生する切削
屑を細かく分断する作用があり、それにより切削性が向上する。ただし、大きさ（平均径
）が１μｍより小さいと、大きな効果は得られない。また１μｍ以上の金属元素含有化合
物があったとしても、存在する個数が少ないと切削屑は細かく分断されない。具体的には
、１μｍ以上の大きさの金属元素含有化合物（例えば晶出物）が１０００個／ｍｍ２以上
の密度で分布していないと、切削屑が十分には分断されない。
【００２１】
なお、金属元素含有化合物の大きさの上限は、特に規定しないが３０μｍ程度であるこ
とが好ましい。３０μｍを超えると、切削面の粗さが低下するだけでなく、冷間加工中に
割れが生じやすくなってユーザーの要求する寸法に加工することが困難となることがある
。また、金属元素含有化合物の密度の上限は、特に規定しないが３００００個／ｍｍ２程
度であることが望ましい。３００００個／ｍｍ２を超えると金属元素含有化合物の占める
割合が高くなり、材料の強度が低下することがある。
【００２２】
前述のとおり、晶出物は、製造工程における鋳造において、溶融金属が凝固する過程で
生じる金属元素含有化合物である。一般に晶出物は母相との結合力が弱いため、切削加工
時に屑を分断する起点として作用する。一方、析出物は、固体金属の状態で熱処理により
生じる金属元素含有化合物であり、合金系にもよるが、一般に晶出物よりサイズが小さく
、母相との結合力が強いため、切削屑分断の起点としては作用しにくい。ただし、結晶粒
界に形成する析出物の場合、サイズが大きくなったものが切削屑分断の起点として作用す
る場合がある。また、金属元素含有化合物として、溶解時に溶け残った化合物がそのまま
持ち来されたもの（未溶解化合物）があるが、これは母相との結合力が弱く切削屑分断の
起点として作用するため、晶出物と同様、切削性向上の手段として用いることができる。
すなわち、晶出物、析出物、未溶解化合物は、切削屑を細かく分断する作用を有するため
には、それぞれ大きさ（平均径）が１μｍ以上、かつ時効析出型銅合金中の金属元素含有
化合物の分布密度として１０００個／ｍｍ２以上であることが求められる。
【００２３】
さらに、金属元素含有化合物の融点は、銅合金材料の原料を溶解し、鋳造した後の工程
における銅合金材料の最高温度より高いことが好ましい。この最高温度とは、一般にはそ
の材料を熱間加工する場合の熱間加工温度、焼鈍温度、時効熱処理温度または時効析出前
の溶体化温度のいずれかである。これは、それぞれの加熱工程で切削性向上に寄与する化
合物である金属元素含有化合物の溶融、消滅を生じさせないためである。
【００２４】
また、切削性向上に寄与する化合物である金属元素含有化合物のうち、晶出物は、鋳造
時の冷却速度により大きさ、分布が変わる。冷却速度が遅いと晶出物は粗大となり、十分
な切削屑分断性が得られない場合があるため、好ましくは０．５℃／秒以上、より好まし
くは１℃／秒以上で冷却することで本発明の銅合金が得られる。また、冷却速度が速すぎ
ると晶出物が微細になりすぎて切削屑の分断性が劣ってくるため、１００℃／秒以下であ
ることが好ましい。冷却速度を速くする鋳造方法としては、例えば双ロール鋳造法がある
。これは溶湯を回転する二対のロールの間に注ぐことで材料を急冷凝固させる方法である
。
【００２５】
晶出物を、切削性向上に寄与する化合物である金属元素含有化合物として微細に形成す
る別の方法として、前述の晶出物とは異なる組成の化合物の周りに晶出物を形成させる方
法がある。これは、目的とする晶出物が形成される前に、溶湯内に晶出物とは異なる組成
の化合物またはその原料を投入あるいは形成させ、その化合物を核として晶出物を形成さ
せる方法である。
【００２６】
晶出物とは異なる組成の、晶出物形成の核として作用する化合物（以下、単に「核とし
て作用する化合物」とする）は、目的とする晶出物より高融点である必要があり、具体的
には炭化物、硫化物、硼化物、酸化物、窒化物などの非金属元素含有化合物が有効である
。これらは、非金属元素含有化合物を粉末などで溶湯内に直接投入する、あるいはＮｉ、
Ｓｉなどの合金成分や新たに添加した金属元素と溶湯内で結合することで核として作用す
る化合物として溶湯内に形成される。核として作用する化合物を形成させる場合の炭素、
硫黄、硼素などの非金属元素を銅合金中に添加する方法としては、そのまま添加する方法
（例えば炭素の棒を浸漬する）、あるいは他の元素との化合物の状態で添加する方法（例
えば銅−硼素の母合金を原料に用いる）などがある。なお、核として作用する化合物の大
きさ（平均径）は、通常１μｍより小さく、核として作用する化合物自体が直接切削性向
上に寄与することはほとんどない。
【００２７】
これらの核として作用する化合物が溶湯内に多く形成されると、この核の周囲に晶出物
は形成し、核の数が多ければ晶出物の数が増加し、切削屑を細かく分断する作用を有する
大きさおよび密度になる。本方法は特に冷却速度が遅い時に有効であり、冷却速度が速い
時は核として作用する化合物が無くても晶出物は切削屑を細かく分断する作用を有する大
きさおよび密度になることから、核として作用する化合物を形成する必要はなくなる。
【００２８】
本発明の銅合金および銅合金材料の好ましい実施の態様における、切削性向上に寄与す
る化合物（金属元素含有化合物）を形成するための添加元素には、酸化されやすい元素、
例えば、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇなどが含まれる。これらの酸化されやすい元素を
用いる場合には、溶解鋳造時に溶解炉、溶湯経路、鋳型などを覆い、アルゴン、窒素など
の不活性ガス雰囲気にすることで酸化を防止することが好ましい。この方法により添加元
素のロスは減り、切削屑を細かく分断する作用を有する大きさおよび密度の晶出物が得ら
れる。
【００２９】
切削性向上に寄与する化合物（金属元素含有化合物）を形成するための添加元素の酸化
防止の別の方法として、切削性向上に寄与する化合物（金属元素含有化合物）を形成する
ための添加元素より酸化されやすい元素を添加する方法がある。例えば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓ
ｉ系をベースに、切削性向上に寄与する化合物（金属元素含有化合物）を形成するための
添加元素であるＺｒ、Ｆｅ、ＴｉおよびＳｎをそれぞれ含有する場合について述べる。こ
れらの元素（Ｚｒ、Ｆｅ、ＴｉおよびＳｎ）の溶解時に、これらの元素より酸化されやす
い元素であるＡｌ、Ｍｇ、Ｃａなどを添加すると、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａが酸化するために、
切削性向上に寄与する化合物（金属元素含有化合物）を形成するための添加元素はほとん
ど酸化せず、目的とする化合物（金属元素含有化合物）が得やすくなる。なお、元素の酸
化されやすさは酸化物の標準生成自由エネルギーの大小で求められ、このエネルギーが小
さい方が、酸化物が安定（すなわち酸化されやすい）と言える。酸化物の標準生成エネル
ギーは、例えば「改訂４版  金属データブック  日本金属学会  編  発行元：丸善（株）
２００４年２月発行」などに記載されている。
【００３０】
次いで、本発明の好ましい実施の態様における銅合金材料の機械的特性について述べる
。
本発明の好ましい実施の態様における銅合金は、鉛を含有するりん青銅やベリリウム銅
の代替、すなわち環境負荷物質を含有する銅合金の代替を目指すものであり、これらの合
金と同等の強度を要する。そのため、実用上問題とならない強度および導電性として、引
張強さ５００ＭＰａ以上、導電率２５％ＩＡＣＳ以上が必要である。本発明の銅合金は時
効析出型であり、前述のようにＮｉ２Ｓｉを形成させることで強度、導電性を向上させて
おり、そのために、Ｎｉを１．５〜７．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．８ｍａｓｓ％
含有することが必要となる。また、製造工程における溶体化熱処理温度は８００〜９５０
℃の範囲が好ましく、時効熱処理温度は３５０〜６００℃の範囲が好ましい。
【００３１】
本発明において、銅合金材料の製造方法に特に制約はない。本発明の好ましい実施の態
様における銅合金は、時効析出型銅合金であるため、少なくとも銅合金原料の溶解鋳造工
程の後に時効熱処理工程は必須となるが、熱間加工工程、焼鈍工程、溶体化熱処理工程は
必要に応じて行うこととなる。例えば、熱間加工工程に関しては、ビレットの熱間押出、
鋳塊の熱間鍛造、あるいは連続鋳造などの製造方法のいずれでも本発明の銅合金材料を製
造することが可能である。また、製品の形状は特に制約はなく、後工程である切削工程に
より最終形態である銅合金部品を得やすい形状としておくことが好ましい。すなわち、銅
合金部品の用途により線、棒、条、板、管などの所定の形状の銅合金材料として製造し、
使い分ければ良い。例えば、最終形態の銅合金部品がねじである場合は、銅合金材料の形
状は丸棒状であることが好ましい。
【実施例】
【００３２】
以下に、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定さ
れるものではない。
【００３３】
（試験例１）
表１の合金成分で示される組成の銅合金を高周波溶解炉にて溶解し、冷却速度５〜１０
℃／秒で各ビレットを鋳造した。なお、溶解炉、溶湯を鋳型まで流す樋および鋳型の溶湯
が大気に接触する部分には、酸化防止のために蓋などの覆いを被せ、窒素ガスを流入した
。前記ビレットを９００℃で熱間押出して、直ちに水中焼入れを行い、丸棒を得た。次い
で前記丸棒を冷間にて引抜きを行い、直径１０ｍｍの丸棒を製造し、さらに４５０℃で２
時間時効熱処理を行った。
【００３４】
このようにして得られた各々の丸棒について、［１］引張強度、［２］導電率、［３］
切削性を下記方法により調べた。各評価項目の測定方法は以下の通りである。
［１］引張強度
ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準じて３本測定しその平均値（ＭＰａ）を示した。
［２］導電率
四端子法を用いて、２０℃（±１℃）に管理された恒温槽中で、各試料について２本ず
つ測定し、その平均値（％ＩＡＣＳ）を示した。
［３］切削性
汎用旋盤を用いて切削実験を行い、切削屑の形態を観察した。切削屑が１０ｍｍ以下に
分断されるものは良、切削屑が分断されるがその長さが１０ｍｍ以上のものは可、切削屑
が螺旋状につながっているものは不良とした。実用上問題が生じないのは良および可であ
る。なお切削条件は、切削速度３０ｍ／ｍｉｎ、送り速度０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み
代０．２ｍｍ、とした。バイトは超硬製のものを用い、切削油は不使用とした。
【００３５】
また、切削性向上に寄与する金属元素含有化合物（表では単に「化合物」とする）の大
きさと数は、ビレットの横断面の任意の３か所について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を
用いてそれぞれ３視野について組織観察を行うことにより求めた。大きさ（平均径）は、
１視野当たり１０個の化合物の大きさを測定し、その平均をとった。数は、１視野に見ら
れる化合物の数をカウントしてその平均をとり、１ｍｍ２あたりの数に換算して１０の位
を四捨五入した。金属元素含有化合物の成分は、ＳＥＭに付随するエネルギー分散型蛍光
Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて調査した。
【００３６】
結果を表２に示す。合金Ｎｏ．１〜２２は本発明例、合金Ｎｏ．２３〜２８は、成分が
本発明の範囲外である比較例、合金Ｎｏ．２９、３０は、従来例である快削りん青銅、快
削ベリリウム銅である。
【００３７】
【表１】
2010106363.tif 000002
【００３８】
【表２】
2010106363.tif 000003
【００３９】
合金Ｎｏ．１〜２２の本発明例は、いずれも引張強さ５００ＭＰａ以上、導電率２５％
ＩＡＣＳ以上を満足している。また、切削屑の分断性はいずれも良または可が得られてい
る。
【００４０】
一方、比較例の合金Ｎｏ．２３および２４は、主成分のＮｉおよびＳｉが本発明の範囲
外であることから、引張強さまたは導電率が満足できていない。合金Ｎｏ．２５および２
６は、Ｎｉ、Ｓｉ以外の添加元素の含有量が本発明の範囲より少ないことから、金属元素
含有化合物の密度が本発明の１０００個／ｍｍ２を下回り、切削性が劣っている。また、
合金Ｎｏ．２７およびＮｏ．２８はＮｉ、Ｓｉ以外の添加元素の含有量が本発明の範囲よ
り多いことから、導電性が劣っている。
【００４１】
（試験例２）
表１の合金Ｎｏ．５およびＮｏ．１７について、実験用の小型の鋳型（２５ｍｍ×２５
ｍｍ×３００ｍｍ）を用いて鋳造時の冷却速度を変化させ、種々の金属元素含有化合物の
大きさを持つ小型鋳塊を作成した。なお、試験例１と同様に溶解炉、樋などの溶湯が大気
に接触する部分には、酸化防止のため蓋を被せて窒素ガスを流入した。得られた鋳塊を９
００℃で熱間鍛造し、直に水中焼入れを行い、丸棒を得た。次いで前記丸棒を冷間にて引
抜きを行い直径１０ｍｍの丸棒を製造し、さらに４５０℃で２時間時効熱処理を行った。
このようにして得られた各々の丸棒について、［１］引張強度、［２］導電率、［３］切
削性を前記の方法により調べ、金属元素含有化合物の大きさと数を前記の方法により求め
た。結果を表３に示す。
【００４２】
【表３】
2010106363.tif 000004
【００４３】
表３に示されるように、サンプルＮｏ．Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇは金属元素含有化合物の大きさ
および分布密度が本発明の範囲内であり、製造された丸棒の切削性が優れていた。サンプ
ルＮｏ．Ａ、Ｅは冷却速度が速く金属元素含有化合物の大きさが１μｍ以下となり、製造
された丸棒の切削性が劣っていた。また、サンプルＮｏ．Ｄ、Ｈは冷却速度が遅く金属元
素含有化合物の密度が小さくなり、製造された丸棒の切削性が劣っていた。
【００４４】
（試験例３）
試験例２にて、鋳造時の冷却速度が遅いために金属元素含有化合物の分布密度が小さく
なった結果、製造された丸棒の切削性が劣った合金Ｎｏ．５およびＮｏ．１７のサンプル
ＤおよびＨについて、切削性に寄与する化合物（金属元素含有化合物）の核として作用す
る化合物（非金属元素含有化合物）を形成させるために、（ａ）溶解時にるつぼ内に炭素
棒を３０分間浸漬、（ｂ）原料に銅−硼素母合金を使用、（ｃ）アルミニウムを０．１％
添加、の追加工程をそれぞれ行い、合金Ｎｏ．５は冷却速度０．２℃／秒で、合金Ｎｏ．
１７は冷却速度０．１℃／秒でそれぞれ冷却を行って小型鋳塊を作製した。また、合金Ｎ
ｏ．１７について、追加工程（ａ）を行い、冷却速度を変化させて鋳造を行った。得られ
た鋳塊を９００℃で熱間鍛造し、直に水中焼入れを行い、丸棒を得た。次いで前記丸棒を
冷間にて引抜きを行い直径１０ｍｍの丸棒を製造し、さらに４５０℃で２時間時効熱処理
を行った。このようにして得られた各々の丸棒について、［１］引張強度、［２］導電率
、［３］切削性を前記試験例１の方法により調べ、金属元素含有化合物の大きさと数を前
記の方法により求めた。またＳＥＭ観察時に、金属元素含有化合物の内部に見られた非金
属元素含有化合物について、ＥＤＸにより成分調査を行った。結果を表４に示す
【００４５】
【表４】
2010106363.tif 000005
【００４６】
表４のサンプルＤ１〜Ｄ３と表３のサンプルＤとの比較、および表４のサンプルＨ１〜
Ｈ６と表３のサンプルＨとの比較から、追加工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を行うことによ
り、鋳造時の冷却速度が遅い場合でも金属元素含有化合物の大きさおよび密度は本発明の
範囲内となり、製造された丸棒の切削性が向上していることが分かる。追加工程（ａ）を
行い冷却速度を変化させた場合は、冷却速度を速くすると、化合物は切削屑を細かく分断
する作用を有する大きさおよび密度になるが、表３のサンプルＥ、Ｆ、Ｇとの比較より、
冷却速度が速い場合は工程（ａ）の効果はあまり見られなくなっている。追加工程（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）を行ったものの化合物の内部には、核として作用する炭化物、硼化物な
どの非金属元素含有化合物が観測される。
【００４７】
図１に、合金Ｎｏ．１７のサンプルＨに工程（ａ）を追加して得られたサンプルＨ１の
鋳塊の切削性向上に寄与する化合物のＳＥＭ像を示す。図１において、１は金属元素含有
化合物（切削性向上に寄与する化合物）、２は非金属元素含有化合物（核として作用する
化合物）であり、図１の金属元素含有化合物１の中心付近に見られる粒状物は、金属元素
含有化合物１の核として作用する非金属元素含有化合物２であり、具体的にはＴｉの炭化
物（ＴｉＣ）である。その化合物の大きさ（平均径）は、約０．６μｍであった。
【００４８】
（試験例４）
試験例１の合金Ｎｏ．５およびＮｏ．１７について、酸化防止のための窒素ガスの流入
を行わずに溶解鋳造を行ってビレットを作製し、試験例１と同じ工程で直径１０ｍｍの丸
棒を製造し、評価を行った。結果を表５に示す。
【００４９】
【表５】
2010106363.tif 000006
【００５０】
表５に示すように、溶解鋳造時に窒素ガスを流入しなかったことにより、添加元素のＺ
ｒ、Ｔｉが酸化し、Ｚｒ、Ｔｉを含有する切削性向上に寄与する化合物の密度は著しく低
下した。その結果、製造された丸棒の切削性は悪化している。
【００５１】
（試験例５）
試験例１の合金Ｎｏ．５およびＮｏ．１７について、酸化防止の窒素ガスの流入を行わ
ず、酸化されやすい元素としてＭｇを０．００５ｍａｓｓ％添加したビレットとＭｇを無
添加のビレットを作製し、試験例１と同じ工程で直径１０ｍｍの丸棒を製造し、評価を行
った。結果を表６に示す。
【００５２】
【表６】
2010106363.tif 000007
【００５３】
表６に示すように、Ｍｇを添加したビレットは化合物の密度が適切な値となり、このビ
レットから製造された丸棒は切削性が良好であり、Ｍｇを添加しなかったビレットから製
造された丸棒と比較して切削性の改善がみられた。これは、切削性向上に寄与する化合物
（金属元素含有化合物）を形成するための添加元素であるＳｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｔｉの溶解
時に、これらの元素より酸化されやすい元素であるＭｇを添加することにより、Ｍｇが優
先的に酸化した結果、切削性向上に寄与する化合物（金属元素含有化合物）を形成するた
めの添加元素はほとんど酸化しなかったためであると考えられる。
【符号の説明】
【００５４】
１  金属元素含有化合物（切削性向上に寄与する化合物）
２  非金属元素含有化合物（核として作用する化合物）
【図１】
2010106363.tif 000008