(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｒおよびＴｉのうちの一種または二種を合計で０．０１〜０．５０質量％含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、７０％ＩＡＣＳ以上の導電率、および３５０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、かつ、圧延平行、直角、４５°の各方向のランクフォード値ｒ0、ｒ90、ｒ45から、（ｒ0＋ｒ90＋２×ｒ45）／４で定義される板厚異方性が１．２以上である銅合金板。
【請求項２】
ＺｒおよびＴｉのうちの一種または二種を合計で０．０１５〜０．３質量％含有する、請求項１に記載の銅合金板。
【請求項３】
Ｗ曲げ試験における圧延平行方向（ＧＷ方向）および圧延直角方向（ＢＷ方向）の最小曲げ半径/板厚(ＭＢＲ/ｔ)が、ＭＢＲ/ｔ≦２．０で与えられる請求項１または２に記載の銅合金板。
【請求項４】
Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎ、ＳｎおよびＢからなる群から選ばれる元素の少なくとも１種を２質量％以下含有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の銅合金板。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の銅合金板を備える大電流用電子部品。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載の銅合金板を備える放熱用電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性、導電性および絞り加工性に優れる銅合金に関し、詳細には端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレームなどの電子部品用途、特に、スマートフォンやパソコンなどに用いられる放熱性部品および高電流部品の用途に好適な銅合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォン、タブレットＰＣおよびパソコン等の電気・電子機器等には、端子、コネクタ、スイッチ、ソケット、リレー、バスバー、リードフレーム等の電気接続を得るための部品が組み込まれている。
近年、スマートフォン、タブレットＰＣおよびパソコンの小型化に伴い、電気・電子機器内の液晶部品またはＩＣチップ等に通電した際の蓄熱が大きくなる傾向がある。蓄熱が大きい状態はＩＣチップや基盤への熱的損傷が大きいため、放熱部品の放熱性が問題になっている。
【０００３】
従来、スマートフォン、タブレットＰＣおよびパソコン等の電気・電子機器内の放熱部品にはオーステナイト系ステンレス鋼および純アルミニウム等が主に使用されてきた。例えばスマートフォンやタブレットＰＣの液晶に付属の放熱部品（液晶フレーム）には、高い放熱性に加えて構造体としての強度および液晶への固定に必要な曲げ性または絞り加工性が求められている。
オーステナイト系ステンレス鋼は曲げ性および絞り加工性は良好であるが、熱伝導性が低く、それを補うため高価な熱伝導シート等を併用している。そのため放熱部品の単価が高くなる。一方、純アルミニウムおよびアルミニウム合金では曲げ性および絞り加工性は良好であるが熱伝導性および構造体としての強度が足りていない。
【０００４】
熱伝導性と導電性は比例関係にあることが知られており、比較的高い導電率と強度を有する合金として、ＣｕにＺｒやＴｉを添加した材料が知られている。導電率が高く比較的高い強度を有する材料としては、例えばＣ１５１００（０．１質量％Ｚｒ−残Ｃｕ）、Ｃ１５１５０（０．０２質量％Ｚｒ−残Ｃｕ）、Ｃ１８１４０（０．１質量％Ｚｒ−０．３質量％Ｃｒ−０．０２質量％Ｓｉ−残Ｃｕ）、Ｃ１８１４５（０．１質量％Ｚｒ−０．２質量％Ｃｒ−０．２質量％Ｚｎ−残Ｃｕ）、Ｃ１８０７０（０．１質量％Ｔｉ−０．３質量％Ｃｒ−０．０２質量％Ｓｉ−残Ｃｕ）、Ｃ１８０８０（０．０６質量％Ｔｉ−０．５質量％Ｃｒ−０．１質量％Ａｇ−０．０８質量％Ｆｅ−０．０６質量％Ｓｉ−残Ｃｕ）等の合金が、ＣＤＡ（Ｃｏｐｐｅｒ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）に登録されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のＣｕにＺｒまたはＴｉを添加した銅合金（以下、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｔｉ系合金とする）では強度および熱伝導特性は高いものの、要求される曲げ性または絞り加工性、場合によってはその両方を満たしていなかった。
【０００６】
したがって、Ｃｕ-Ｚｒ-Ｔｉ系合金の強度および導電率を維持したまま曲げ性および絞り加工性を改善できれば、工業的に極めて意義深いといえる。
【０００７】
そこで、本発明は、高強度、高導電および優れた絞り加工性および曲げ加工性を兼ね備えた銅合金を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、Ｃｕ-Ｚｒ-Ｔｉ系合金において、面内の３つの方位で測定したランクフォード値から求めた板厚異方性の値を制御することにより、絞り加工性および曲げ加工性が向上することを見出した。
【０００９】
以上の知見を背景に、以下の発明を完成させた。
本発明の銅合金板は、ＺｒおよびＴｉのうちの一種または二種を合計で０．０１〜０．５０質量％含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、７０％ＩＡＣＳ以上の導電率、および３５０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、かつ、圧延平行、直角、４５°の各方向のランクフォード値ｒ0、ｒ90、ｒ45から、（ｒ0＋ｒ90＋２×ｒ45）／４で定義される板厚異方性が１．２以上のものである。
【００１０】
本発明の銅合金板は、Ｗ曲げ試験における圧延平行方向（ＧＷ方向）および圧延直角方向（ＢＷ方向）の最小曲げ半径/板厚(ＭＢＲ/ｔ)が、ＭＢＲ/ｔ≦２．０で与えられるものであることが好ましい。なお、本発明の銅合金板は、Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎ、ＳｎおよびＢからなる群から選ばれる元素の少なくとも１種を２質量％以下含有することが好ましい。
本発明の大電流用電子部品及び放熱用電子部品はそれぞれ、上記いずれかの銅合金板を備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高強度、高導電性および優れた絞り加工性を兼ね備えた銅合金板を提供することが可能である。この銅合金板は、端子、コネクタ、スイッチ、ソケット、リレー、バスバー、リードフレーム等の電子部品の素材として好適に使用することができ、スマートフォンやパソコンなどに用いられる放熱性部品および高電流部品の用途に好適な銅合金板に関する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（特性）
本発明では、銅合金板の導電率、０．２％耐力、Ｗ曲げ試験によるＭＢＲ/ｔ、ランクフォード値から求めた板厚異方性を、それぞれ７０％ＩＡＣＳ以上、３５０ＭＰａ以上、２．０以下、１．２以上に調整することを目標とする。導電率が６５％ＩＡＣＳ以上であれば、熱伝導率が良好であり、良好な放熱性を確保できる。また、０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上であれば、構造材の素材として必要な強度を有している。ＭＢＲ/ｔが２．０以下であれば良好な曲げ性を有しているといえる。さらにランクフォード値から求めた板厚異方性が１．２以上であれば、必要な絞り加工性を有しているといえる。
上記特性を兼ね備える本発明の銅合金板は、放熱用電子部品の用途に好適である。
【００１３】
ここで、導電率はＪＩＳ  Ｈ０５０５に準拠して測定するものとし、好ましくは、この導電率を７５％ＩＡＣＳ以上とする。
０．２％耐力は、ＪＩＳ  Ｚ２２０１に従って測定する。０．２％耐力は、強度確保の観点から、４５０ＭＰａ以上とすることが好ましい。
ＪＩＳ  Ｈ３１３０に準拠して測定される最小曲げ半径の、板厚に対する割合（ＭＢＲ/ｔ）は、１．５以下とすることがより好ましい。
【００１４】
（合金成分濃度）
本発明の実施の形態に係るＣｕ−Ｚｒ−Ｔｉ系合金板は、Ｚｒ及びＴｉのうちの一種又は二種を合計で０．０１〜０．５０質量％含有するものであり、このＺｒとＴｉの総含有量は好ましくは、０．０１５〜０．３質量％、より好ましくは０．０２〜０．２０質量％とする。Ｚｒ及びＴｉのうちの一種又は二種の合計が０．０１質量％未満になると、３５０ＭＰａ以上の引張強さおよび１５％以下の応力緩和率を得ることが難しくなる。Ｚｒ及びＴｉのうちの一種又は二種の合計が０．５質量％を超えると、熱間圧延割れ等により合金の製造が困難になる。Ｚｒを添加する場合にはその添加量を０．０１〜０．４５質量％に調整することが好ましく、Ｔｉを添加する場合にはその添加量を０．０１〜０．２０質量％に調整することが好ましい。添加量が下限値を下回ると０．２％耐力が３５０ＭＰａ未満となり、添加量が上限値を超えると導電率や製造性の悪化を招くことがある。
【００１５】
Ｃｕ−Ｚｒ−Ｔｉ系合金には、強度や耐熱性を改善するために、Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、ＳｎおよびＢのうちの一種以上を含有させることができる。ただし、添加量が多すぎると、導電率が低下して７０％ＩＡＣＳを下回ったり、合金の製造性が悪化したりする場合があるので、添加量は総量で１．０質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下とする。また、添加による効果を得るためには、添加量を総量で０．００１質量％以上にすることが好ましい。
【００１６】
（厚み）
製品の厚みは０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましい。厚みが小さすぎると、十分な放熱性が得られなくなるため、放熱用電子部品の素材として不適である。一方で、厚みが大きすぎると、絞り加工および曲げ加工が困難になる。このような観点から、より好ましい厚みは０．０８〜１．５ｍｍである。厚みが上記範囲となることにより、放熱性に優れ、かつ、曲げ加工性を良好なものとすることができる。
【００１７】
（絞り加工性）
試験片の圧延平行、直角、４５°方向に、それぞれ２．５％の伸び歪を加え、試験片の長さおよび幅方向の寸法変化から、各方向のランクフォード値であるｒ0、ｒ90、ｒ45を求め、ｒ＝（ｒ0＋ｒ90＋２×ｒ45）／４で定義される板厚異方性を算出する。ｒは、一般に値が大きいほど絞り加工性が良好であることが知られている。また、一般伸銅品のｒは０．８〜１．１程度であり、この値が１．２以上となるように調整することで、優れた絞り加工性が得られる。
ここでいうランクフォード値は、ＪＩＳ  Ｚ２２５４に規定されるものであり、上記の各ランクフォード値ｒ0、ｒ90、ｒ45を測定するに当っては、ＪＩＳ  Ｚ２２５４に準拠して行うものとする。ただし、本発明品は構造材として必要な強度を維持するため伸びが低く、負荷ひずみを２．５％としている。
より優れた絞り加工性を得るため、板厚異方性ｒは、１．２５以上とすることが好ましい。
【００１８】
（製造方法）
以下、本発明に係る銅合金板の好適な製造方法の一例について説明する。
純銅原料として電気銅等を溶解し、カーボン脱酸等により酸素濃度を低減した後、Ｚｒ及びＴｉのうちの一種又は二種と、必要に応じて他の合金元素を添加し、厚み３０〜３００ｍｍ程度のインゴットに鋳造する。このインゴットを熱間圧延により厚み３〜３０ｍｍ程度の板とした後、冷間圧延と再結晶焼鈍とを繰り返し、最終の冷間圧延で所定の製品厚みに仕上げ、最後に歪取焼鈍を施す。
【００１９】
再結晶焼鈍では、圧延組織の一部または全てを再結晶化させる。また、適当な条件で焼鈍することにより、Ｚｒ、Ｔｉ等が析出し、合金の導電率が上昇する。最終冷間圧延前の再結晶焼鈍では、銅合金板の平均結晶粒径を５０μｍ以下に調整する。平均結晶粒径が大きすぎると、製品の引張強さを３５０ＭＰａ以上に調整することが難しくなり、ランクフォード値から求めた板厚異方性が＜１．２となる。この平均結晶粒径は、４０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
最終冷間圧延前の再結晶焼鈍の条件は、目標とする焼鈍後の結晶粒径および目標とする製品の導電率に基づき決定する。具体的には、バッチ炉または連続焼鈍炉を用い、炉内温度を３５０〜８００℃として焼鈍を行えばよい。バッチ炉では３５０〜６００℃の炉内温度において３０分から３０時間の範囲で加熱時間を適宜調整すればよい。連続焼鈍炉では４５０〜８００℃の炉内温度において５秒から１０分の範囲で加熱時間を適宜調整すればよい。一般的にはより低温でより長時間の条件で焼鈍を行うと、同じ結晶粒径でより高い導電率が得られる。
【００２１】
最終冷間圧延では、一対の圧延ロール間に材料を繰り返し通過させ、目標の板厚に仕上げてゆく。最終冷間圧延の総加工度と１パスあたりの加工度を制御する。
総加工度Ｒ（％）は、Ｒ＝（ｔ0−ｔ）／ｔ0×１００（ｔ0：最終冷間圧延前の板厚、ｔ：最終冷間圧延後の板厚）で与えられる。また、１パスあたりの加工度Ｋ（％）とは、圧延ロールを１回通過したときの板厚減少率であり、Ｋ＝（Ｔ0−Ｔ）／Ｔ0×１００（Ｔ0：圧延ロール通過前の厚み、Ｔ：圧延ロール通過後の厚み）で与えられる。
総加工度Ｒは４０〜９９％とする。Ｒが小さすぎると、０．２％耐力を３５０ＭＰａ以上に調整することが難しく、Ｒが大きすぎると、圧延材のエッジが割れることがある。このような観点から、総加工度Ｒは、４５〜９９とすることが好適である。
【００２２】
本発明の歪取焼鈍は連続焼鈍炉を用いて行う。バッチ炉の場合、コイル状に巻き取った状態で材料を加熱するため、加熱中に材料が塑性変形を起こし材料に反りが生じる。したがって、バッチ炉は本発明の歪取焼鈍に不適である。
【００２３】
圧延後の歪取焼鈍では、連続焼鈍炉内において材料に負荷される張力を１〜５ＭＰａ、より好ましくは１〜４ＭＰａに調整する。張力が大きすぎると、板厚異方性ｒが低下し、１．２以上に調整することが困難となる。一方、張力が小さすぎると、焼鈍炉を通過中の材料が炉壁と接触して材料表面やエッジに傷が付くなど、生産性の低下を引き起こす可能性がある。
【００２４】
連続焼鈍炉において、炉内温度を３００〜７００℃とし、５秒から１０分の範囲で加熱時間を適宜調整し、歪取焼鈍後の０．２％耐力（σ）を歪取焼鈍前の０．２％耐力（σ0）に対し１０〜５０ＭＰａ低い値、好ましくは１５〜４５ＭＰａ低い値に調整する。これにより、最終冷間圧延上がりにおいて低かった伸びが上昇するとともに、曲げ性が改善する。
【００２５】
本発明は、上述の歪取焼鈍に加えて、ランクフォード値から求めた板厚異方性ｒ≧１．２なる特徴をＣｕ−Ｚｒ−Ｔｉ系合金に付与することにより、絞り加工性および曲げ加工性を改善することを一つの特徴としているが、そのための製造条件を整理して示すと、以下の通りである。
ａ．歪取焼鈍において、（σ0−σ）＝１０〜５０ＭＰａに調整する。
ｂ．歪取焼鈍における炉内張力を５ＭＰａ以下に調整する。
ｃ．仕上圧延の総加工度を９９％以下にする。
【実施例】
【００２６】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
溶銅に合金元素を添加した後、厚みが２００ｍｍのインゴットに鋳造した。インゴットを９５０℃で３時間加熱し、熱間圧延により厚み１５ｍｍの板にした。熱間圧延板表面の酸化スケールをグラインダーで研削、除去した後、焼鈍と冷間圧延を繰り返し、最終の冷間圧延で所定の製品厚みに仕上げた。最後に連続焼鈍炉を用い歪取焼鈍を行った。
【００２７】
最終冷間圧延前の焼鈍（最終再結晶焼鈍）は、バッチ炉を用い、加熱時間を５時間とし炉内温度を３００〜７００℃の範囲で調整し、焼鈍後の結晶粒径と導電率を変化させた。焼鈍後の結晶粒径の測定においては、圧延方向に直角な断面を鏡面研磨後に化学腐食し、切断法（ＪＩＳ  Ｈ０５０１（１９９９年））により平均結晶粒径を求めた。
【００２８】
最終冷間圧延では、総加工度および１パスあたりの加工度を制御した。また、最終冷間圧延後の材料の０．２％耐力を求めた。
連続焼鈍炉を用いた歪取焼鈍では、炉内温度を５００℃とし加熱時間を１秒から１５分の間で調整し、焼鈍後の０．２％耐力を種々変化させた。また、炉内において材料に付加する張力を種々変化させた。なお、一部の材料については歪取焼鈍を省略した。
製造途中の材料および歪取焼鈍後の材料につき、次の測定を行った。
【００２９】
（成分）
歪取焼鈍後の材料の合金元素濃度をＩＣＰ−質量分析法で分析した。
【００３０】
（０．２％耐力）
最終冷間圧延後および歪取焼鈍後の材料につき、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に規定する１３Ｂ号試験片を引張方向が圧延方向と平行になるように採取し、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠して圧延方向と平行に引張試験を行い、０．２％耐力を求めた。
【００３１】
（導電率）
歪取焼鈍後の材料から、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｈ０５０５に準拠し四端子法により２０℃での導電率を測定した。
【００３２】
（板厚異方性）
試験片の圧延平行、直角、４５°方向に、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に規定するＪＩＳ１３Ｂ号試験片を採取した。この試験片を、引張試験器を用いてそれぞれ２．５％の伸び歪を加え、板厚異方性を算出した。
【００３３】
（ＭＢＲ／ｔ）
幅１０ｍｍ×長さ３０ｍｍの短冊状の試験片を作製し、Ｗ曲げ試験（ＪＩＳ  Ｈ３１３０）によって行った。試験片採取方向は、圧延平行方向（ＧＷ）および圧延直角方向（ＢＷ）とし、割れの発生しない最小曲げ半径ＭＢＲ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｂｅｎｄ  Ｒａｄｉｕｓ）と板厚ｔの比ＭＢＲ／ｔにて評価した。
【００３４】
これらの結果を表１に評価結果を示す。なお、表１に示すところにおいて、最終再結晶焼鈍後の結晶粒径における「＜５」の表記は、圧延組織の全てが再結晶化しその平均結晶粒径が５μｍ以下であった場合、および圧延組織の一部のみが再結晶化した場合の双方を含んでいる。
【００３５】
【表１】
0005470499.tif 000002
【００３６】
表１に示すところから解かるように、発明例１〜２３の銅合金板では、ＺｒとＴｉの合計濃度を０．０１〜０．５０質量％に調整し、最終圧延の総加工度が９９％以下、歪取焼鈍での張力が１〜５ＭＰａと規定の範囲になっているため、０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上、導電率が７０％以上、板厚異方性ｒが１．２以上をすべて満たしており、放熱性、強度および加工性に良好な材料が得られている。
【００３７】
比較例１は、歪取焼鈍未実施であり、板厚異方性が１．２未満となり絞り加工性が悪く、なおかつＢＷの曲げ加工性が悪い。比較例２、３は、歪取焼鈍を行ったが、張力が規定範囲の上限を超えており、板厚異方性が１．２未満となり、絞り加工性が悪い。
比較例４は、歪取焼鈍による０．２％耐力の低下量が過小であり、板厚異方性が１．２未満となり絞り加工性が悪く、なおかつＧＷ、ＢＷ共に曲げ加工性が悪い。比較例５は、歪取焼鈍における０．２％耐力の低下量が過大であり、板厚異方性が１．２未満となり絞り加工性が悪く、なおかつ歪取焼鈍後の耐力が３５０ＭＰａ未満で、強度が不十分である。
【００３８】
比較例６はＺｒの添加濃度が低すぎるため、耐力が３５０ＭＰａ未満で、強度が不十分である。比較例７は、Ｚｒの添加濃度が過剰であり、導電率が７０％未満となって、放熱性が悪い。
比較例８は、再結晶焼鈍における結晶粒径が５０μｍを超えているため、板厚異方性が１．２未満となり絞り加工性が悪く、なおかつ強度が不十分である。
比較例９は、最終圧延における総加工度が４０％未満となっているため、強度が不十分である。
【要約】
【課題】高強度、高導電性および優れた加工性を兼ね備えた銅合金を提供する。
【解決手段】本発明の銅合金板は、ＺｒおよびＴｉのうちの一種または二種を合計で０．０１〜０．５０質量％含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、７０％ＩＡＣＳ以上の導電率、および３５０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、Ｗ曲げ試験によるＭＢＲ/ｔ≦２．０以下、且つ圧延平行、直角、４５°の各方向のランクフォード値ｒ0、ｒ90、ｒ45から、（ｒ0＋ｒ90＋２×ｒ45）／４で定義される板厚異方性が１．２以上である。
【選択図】なし