(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Co：0.5〜3.0質量%，Si：0.1〜1.0質量%を含有し、Co/Siの質量比：3.0〜5.0であって、残部が銅および不可避的不純物からなり、
ランクフォード値ｒの板面内異方性Δｒの絶対値が０．２以下（但し、Δｒ＝（ｒ０＋ｒ９０−２×ｒ４５）／２で表され、圧延平行方向に対して０度、４５度、９０度のｒ値をそれぞれｒ０、ｒ４５、ｒ９０とする）であるＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条。
【請求項２】
加工硬化係数（ｎ値）が０．０４以上である請求項１記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条。
【請求項３】
圧延面で観察した結晶粒径が２０μｍ以下である請求項１又は２記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条。
【請求項４】
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＦｅよりなる群から選ばれる１種以上を合計0.001〜2.5質量％含有する請求項１又は２記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条の製造方法であって、
熱間圧延、第１の焼鈍、加工度１０％以上の第１の冷間圧延、溶体化処理、時効処理をこの順で行い、かつ、前記第１の焼鈍と前記第１の冷間圧延とを２回以上繰り返し、
前記第１の焼鈍は、焼鈍前後で引張強度が１０〜４０％減少する条件とするＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条を用いた大電流用電子部品。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか１項に記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条を用いた放熱用電子部品
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子材料などの電子部品の製造に好適に使用可能なＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金板及び通電用又は放熱用電子部品に関し、特に、電機・電子機器、自動車等に搭載される端子、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、放熱板等の電子部品の素材として使用されるＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金板、及び該銅合金板を用いた電子部品に関する。中でも、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられる大電流用コネクタや端子等の大電流用電子部品の用途、又はスマートフォンやタブレットＰＣで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に好適なＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金板及び該銅合金板を用いた電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の端子、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、放熱板等の電気又は熱を伝えるための材料として、強度と導電率に優れた銅合金条が広く用いられている。ここで、電気伝導性と熱伝導性は比例関係にある。ところで、近年、電子機器のコネクタにおいて高電流化が進んでおり、良好な曲げ性を有し，55％IACS以上の導電率、600MPa以上の耐力を有することが必要と考えられている。また、はんだ性を確保するため、コネクタ材料には良好なめっき性やはんだ濡れ性が求められる。
【０００３】
一方、例えばスマートフォンやタブレットＰＣの液晶には液晶フレームと呼ばれる放熱部品が用いられている。このような放熱用途の銅合金板においても、高熱伝導率化が進んでおり、良好な曲げ性を有し、高強度を有することが必要と考えられている。このため、放熱用途の銅合金板においても、55％IACS以上の導電率、550MPa以上の耐力を有することが必要と考えられている。
【０００４】
しかしながら、60％IACS以上の導電率をNi-Si系銅合金で達成することは難しく，Co-Si系銅合金の開発が進められてきた。Co-Siを含む銅合金はCo2Siの固溶量が少ないため、Ni-Si系銅合金よりも導電率を高くすることができる。
このCo-Si系銅合金として、介在物の大きさを２μｍ以下として粗大な析出物を少なくすることで、めっき密着性に優れた銅合金が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2008-056977号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、Co-Si系銅合金は導電率や強度に優れるものの、絞りや張り出しといった加工に適しておらず、加工時にクラックや形状不良が生じやすい。このため、電子機器のコネクタや放熱板等にCo-Si系銅合金を適用する場合の加工設計が困難になったり、加工が難しい場合は導電率(熱伝導率)が不足する他の合金を用いて必要な機能が得られなかったりといった不具合があった。
すなわち、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、導電率や強度を維持しつつ、加工性に優れたＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条及びその製造方法の提供を目的とする。さらには、本発明は、該銅合金板の製造方法、及び大電流用途又は放熱用途に好適な電子部品を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条は、Co：0.5〜3.0質量%，Si：0.1〜1.0質量%を含有し、Co/Siの質量比：3.0〜5.0であって、残部が銅および不可避的不純物からなり、ランクフォード値ｒの面内異方性Δｒの絶対値が０．２以下（但し、Δｒ＝（ｒ０＋ｒ９０−２×ｒ４５）／２で表され、圧延平行方向に対して０度、４５度、９０度のｒ値をそれぞれｒ０、ｒ４５、ｒ９０とする）である。
【０００８】
本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条において、加工硬化係数（ｎ値）が０．０４以上であることが好ましい。
圧延面で観察した結晶粒径が２０μｍ以下であることが好ましい。
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＦｅよりなる群から選ばれる１種以上を合計0.001〜2.5質量％含有することが好ましい。
【０００９】
本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条の製造方法は、前記Ｃｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条の製造方法であって、熱間圧延、第１の焼鈍、加工度１０％以上の第１の冷間圧延、溶体化処理、時効処理をこの順で行い、かつ、前記第１の焼鈍と前記第１の冷間圧延とを２回以上繰り返し、前記第１の焼鈍は、焼鈍前後で引張強度が１０〜４０％減少する条件とする。
【００１０】
本発明は更に別の一側面において、上記Ｃｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条を用いた大電流用電子部品である。
【００１１】
本発明は更に別の一側面において、上記Ｃｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条を用いた放熱用電子部品である。
【００１２】
本発明によれば、導電率や強度を維持しつつ、加工性に優れたＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条及びその製造方法、並びに大電流用途又は放熱用途に好適な電子部品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、特に大電流を通電する電子部品の素材又は大熱量を放散する電子部品の素材として有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条について説明する。なお、本発明において％とは、特に断らない限り、質量％を示すものとする。
【００１４】
まず、銅合金条の組成の限定理由について説明する。
＜Ｃｏ及びＳｉ＞
Ｃｏ及びＳｉは、時効処理を行うことによりＣｏとＳｉが微細なＣｏ２Ｓｉを主とした金属間化合物の析出粒子を形成し、合金の強度を著しく増加させる。また、時効処理でのＣｏ２Ｓｉの析出に伴い、導電性が向上する。ただし、Ｃｏ濃度が0.5％未満の場合、またはＳｉ濃度が0.1（Ｃｏ％の1/5）％未満の場合は、他方の成分を添加しても所望とする強度が得られない。また、Ｃｏ濃度が3.0％を超える場合、またはＳｉ濃度が1.0（Ｃｏ％の1/3）％を超える場合は十分な強度が得られるものの、導電性が低くなり、更には強度の向上に寄与しない粗大なＣｏ−Ｓｉ系粒子（晶出物及び析出物）が母相中に生成し、曲げ加工性、エッチング性およびめっき性の低下を招く。よって、Ｃｏの含有量を0.5〜3.0質量％とする。好ましくは、Ｃｏの含有量を1.0〜2.0質量％とする。同様に、Ｓｉの含有量を0.1〜1.0質量％とする。好ましくは、Ｓｉの含有量を0.2〜0.7質量％とする。
【００１５】
Co/Siの質量比を3.0〜5.0とすると、析出硬化後の強度と導電率を共に向上させることができる。Co/Siの質量比が3.0未満であるとＣｏ２Ｓｉとして析出しないSiの濃度が多くなって導電率が低下する。Co/Siの質量比が5を超えるとＣｏ２Ｓｉとして析出しないCoの濃度が多くなって導電率が低下する。
【００１６】
さらに、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、
Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＦｅよりなる群から選ばれる１種以上を合計0.001〜2.5質量％含有することが好ましい。これら元素は固溶強化や析出強化等により強度上昇に寄与する。これら元素の合計量が0.001質量％未満であると上記効果が得られない場合がある。又、これら元素の合計量が2.5質量％を超えると導電率が低下したり、熱間圧延で割れる場合がある。
【００１７】
本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条の厚みは特に限定されないが、例えば0.03〜0.6ｍｍとすることができる。
【００１８】
＜ランクフォード値ｒの板面内異方性Δｒ＞
次に、銅合金条の特徴となる規定について説明する。本発明者らは、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条を所定の条件で製造することで、ランクフォード値ｒの板面内異方性Δｒが０．２以下となる合金が得られることがわかった。これは、下記の条件で焼鈍と圧延を繰り返すことで、圧延方向と板厚方向における結晶粒の形状や歪の導入のされ方が均一になり、変形時の板厚方向の減少が抑制されるためと考えられる。
ここで、ｒは、板の厚み方向と板幅方向のどちらに変形しやすいかという塑性ひずみ値を示し、ｒが高いほど深絞り性に優れる。
ｒは理論的には、次式により求められる。
ｒ＝ｌｎ（Ｗo ／Ｗ）／ｌｎ（ｔo ／ｔ）
ここで、Ｗo 、Ｗは変形前、後の板幅であり、ｔo 、ｔは変形前、後の板厚である。ただし、試験片を取り出す個所によってｒが変化し、板面方向によっては深絞り性が低下することがある。そこで、本発明においては、ｒ値の板面内異方性Δｒに着目し、この値が小さいほど、どの方向でも深絞り性が良いことになり、加工性が大幅に向上する。又、深絞り成形の際、材料の縮み易さが方向によって異なると、フランジ部の壁（耳）高さが不均一となるが、Δｒが小さいほど、耳の高さが小さくなり、加工性が向上する。
Δｒ＝（ｒ０＋ｒ９０−２×ｒ４５）／２
で表される。ここで、圧延平行方向に対して０度、４５度、９０度の方向に試料を引張試験して得られたｒ値をそれぞれｒ０、ｒ４５、ｒ９０とし、これらの値からΔｒを算出する。
【００１９】
そして、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条を製造する条件として、インゴットを熱間圧延、第１の焼鈍、加工度１０％以上の第１の冷間圧延、溶体化処理、時効処理をこの順で行い、かつ、第１の焼鈍と第１の冷間圧延とを２回以上繰り返し、第１の焼鈍は、焼鈍前後で引張強度が１０〜４０％減少する条件とすると、｜Δｒ｜≦０．２の合金条が得られる。
なお、溶体化処理と時効処理との間に最終冷間圧延を行ってもよい。
第１の焼鈍と第１の冷間圧延を上記条件で行うことで、上記したように、圧延方向と板厚方向と板幅方向の結晶粒の形状や歪の導入のされ方が均一になり、変形時の板厚方向の減少が抑制されるため、Δｒが０．２以下となると考えられる。
第１の焼鈍と第１の冷間圧延との繰り返し回数が２回未満であると、上記した効果が得られず、｜Δｒ｜＞０．２となる。
第１の焼鈍において、焼鈍前後で引張強度が２０％未満しか減少しない場合、上記した効果が得られず、｜Δｒ｜＞０．２となる。一方、焼鈍前後で引張強度が４０％を超えると結晶粒径が大きくなり過ぎ、絞り加工時に肌荒れが生じる。第１の焼鈍は、焼鈍前後で引張強度が15〜30％減少する条件とすると好ましい。
第１の冷間圧延の加工度が１０％未満の場合、上記した効果が得られず、｜Δｒ｜＞０．２となる。なお、第１の冷間圧延の加工度の上限は、例えば97％である。加工度が97%を超えると2回目の冷間圧延の加工度が10%未満となる。第１の冷間圧延の加工度が15〜50％であると好ましい。
【００２０】
熱間圧延と第１の焼鈍との間に冷間圧延（初期冷間圧延）を行ってもよく、その加工度は０〜９８％とすることができる。
その他の条件は、通常のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条の製造条件と同等とすることができる。
【００２１】
加工硬化係数（ｎ値）が０．０４以上であると、Δｒの絶対値を確実に０．２以下とすることができ、銅合金条の加工性が向上するので好ましい。
ここで、引張試験において試験片を引張り、荷重を負荷すると、弾性限度を越えて最高荷重点に達するまでの塑性変形域では試験片各部は一様に伸びる(均一伸び)。この均一伸びが発生する塑性変形域では真応力σtと真ひずみεtの間には式１
σt＝Ｋεtn
の関係が成立し、これをｎ乗硬化則という。「ｎ」を加工硬化係数とする(須藤一：材料試験法、内田老鶴圃社、(１９７６)、ｐ．３４)。ｎは０≦ｎ≦１の値をとり、ｎが大きいほど加工硬化の程度が大きく、局所的な変形を受けた部分が加工硬化した際に他の部分に変形が移り、くびれが生じにくくなる。このため、ｎ値が大きい材料は一様な伸びを示し、深絞り性等の加工性が良好となると共に、加工後の表面の肌荒れを抑制できる。
圧延面で観察した結晶粒径が２０μｍ以下であると、銅合金条の加工性が向上すると共に、加工後の表面の肌荒れを抑制できるので好ましい。
【実施例】
【００２２】
電気銅を原料とし、大気溶解炉を用いて表１、表２に示す組成の銅合金を溶製し、インゴットに鋳造した。このインゴットを850〜1000℃で熱間圧延を行ない、適宜面削等を行い10mmの厚みとした。その後、表１、表２に示す条件で初期冷間圧延を行った（一部の試料は初期冷間圧延を行わなかった）。
次に、それぞれ表１、表２に示す条件で、第１の焼鈍及び第１の冷間圧延を２回又は３回繰り返し行った。さらに、850〜1000℃で5〜100秒の溶体化処理を行い、次に加工度0〜20％の最終冷間圧延を行い、さらに時効処理（強度が最大となる温度で5時間）を行い、0.2ｍｍの厚みの試料を製造した。
各試料につき、以下の評価を行った。
【００２３】
＜引張強度（ＴＳ）＞
引張試験機により、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い、圧延方向と平行な方向における引張強度（TS）を測定した。
【００２４】
＜ｒ値＞
引張試験機により、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い、圧延平行方向に対して０度、４５度、９０度の向きに引っ張り、伸びが5％(破断伸びが5%以下の場合は2.5%)のときの板幅と長さを測り、引張試験前後の板幅をそれぞれＷ０、Ｗとし、引張試験前後の長さをそれぞれＬ０、Ｌとし、ｒ値＝ｌｎ（Ｗo ／Ｗ）／ｌｎ（ＷL／Ｗ０Lo）によってｒ値を算出した。圧延平行方向に対して０度、４５度、９０度のｒ値をそれぞれｒ０、ｒ４５、ｒ９０とした。
＜Δｒ値＞
Δｒ＝（ｒ０＋ｒ９０−２×ｒ４５）／２によって算出した
＜ｎ値＞
引張試験機により、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い、圧延方向と平行な方向に引張試験したとき、塑性変形域で真応力σtと真ひずみεtを求め、式１
σt＝Ｋεtn
で求めた。
【００２５】
＜圧延面で観察した結晶粒径（平均結晶粒径（ＧＳ））＞
得られた試料の圧延面について、ＪＩＳ  Ｈ０５０１の切断法により平均結晶粒径を測定した。
＜導電率（％IACS）＞
得られた試料の導電率（％IACS）を４端子法により測定した。
＜絞り加工性＞
エリクセン社製試験機を用い、ブランク径：φ６４ｍｍ、ポンチ（パンチ）径：φ３３ｍｍ、シート圧力：３．０ｋＮ、潤滑剤：グリスの条件で、カップを作製した。
このカップを開放端側を下にしてガラス板上に置き、耳同士の間の凹部とガラス板との間隙を、読み取り顕微鏡で測定し、カップに発生した４個の耳の間の凹部の間隙の平均値を求め、耳の高さとした。
又、カップの外観を目視観察し、肌荒れの有無を判定した。
以下の基準で絞り加工性を評価した。
○：耳の高さが0.5mm以下で、肌荒れがないもの
×：耳の高さが0.5mmを超え、肌荒れが生じたもの
【００２６】
得られた結果を表１に示す。なお、各実施例は、いずれもＴＳが550MPa以上、導電率が55%IACS以上であった。
【００２７】
【表１】
0005437520.tif 000002
【００２８】
【表２】
0005437520.tif 000003
【００２９】
表１、表２から明らかなように、第１の焼鈍と加工度１０％以上の第１の冷間圧延とを２回以上繰り返し、第１の焼鈍を焼鈍前後で引張強度が２０〜４０％減少する条件として製造した各実施例の場合、｜Δｒ｜≦０．２となり、絞り加工性が向上した。
【００３０】
一方、第１の焼鈍を焼鈍前後で引張強度が４０％を超えて減少するようにした比較例１〜４の場合、｜Δｒ｜＞０．２となり、絞り加工性が劣った。
第１の焼鈍と第１の冷間圧延とを１回しか繰り返さなかった比較例５の場合も、｜Δｒ｜＞０．２となり、絞り加工性が劣った。
第１の焼鈍と第１の冷間圧延とを行わなかった比較例６の場合も、｜Δｒ｜＞０．２となり、絞り加工性が劣った。
第１の冷間圧延の加工度を１０％未満とした比較例７の場合も、｜Δｒ｜＞０．２となり、絞り加工性が劣った。
【要約】
【課題】導電率や強度を維持しつつ、加工性に優れたＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条及びその製造方法を提供する。
【解決手段】Co：0.5〜3.0質量%，Si：0.1〜1.0質量%を含有し、Co/Siの質量比：3.0〜5.0であって、残部が銅および不可避的不純物からなり、ランクフォード値ｒの板面内異方性Δｒの絶対値が０．２以下（但し、Δｒ＝（ｒ０＋ｒ９０−２×ｒ４５）／２で表され、圧延平行方向に対して０度、４５度、９０度のｒ値をそれぞれｒ０、ｒ４５、ｒ９０とする）であるＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条である。
【選択図】なし