(57)【要約】溶接アーム１０は、チップ電極１１と、ホルダー１２と、シャンク２０とを備える。導電性支持部材であるシャンク２０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２２と、外周部２２の内周側に存在しＣｕを含む金属であり外周部２２に比して導電性が高い内周部２１とを備える。
2018101249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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）の合金組成である外周部と、
前記外周部の内周側に存在しＣｕを含む金属であり前記外周部に比して導電性が高い内周部と、
を備えた導電性支持部材。
【請求項２】
前記外周部は、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に記載の導電性支持部材。
【請求項３】
前記外周部は、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に記載の導電性支持部材。
（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。
【請求項４】
前記内周部は、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項に記載の導電性支持部材。
【請求項５】
前記外周部の更に外側の外周面には、該外周部に比して軟質である被加工層が形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性支持部材。
【請求項６】
前記内周部には、冷媒流路が形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性支持部材。
【請求項７】
前記導電性支持部材は、溶接電極のアーム部に用いられる部材であり、チップ電極とチップホルダーとの間に介在して該チップ電極を保持するシャンクである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性支持部材。
【請求項８】
外周部と前記外周部の内周側に存在し前記外周部よりも導電率が高い内周部とを備える導電性支持部材の製造方法であって、
Ｃｕを含み前記外周部に比して導電性が高くなる前記内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外周部の原料粉末を前記内周部の原料の外周側に配置し、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、前記混合粉末を放電プラズマ焼結する焼結工程、
を含む導電性支持部材の製造方法。
【請求項９】
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８に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１０】
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８又は９に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１１】
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８〜１０のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１２】
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８〜１１のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１３】
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８〜１２のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１４】
前記焼結工程では、前記外周部の更に外側の外周面に、該外周部に比して軟質である被加工層の原料を配置して焼結する、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１５】
溶接電極のアーム部に用いられる部材であり、チップ電極とチップホルダーとの間に介在して該チップ電極を保持するシャンクである導電性支持部材を製造する、請求項８〜１４のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明である本開示は、導電性支持部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、導電性支持部材としては、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電極チップ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２０１６８号公報
【特許文献２】特開２００７−２６０６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、溶接用電極は、溶接ロボットアームに取り付けられて鋼板などの溶接に用いられることがある。このような溶接ロボットアームは、高導電性の電極チップを最先端に配設し、溶接アームを構成する放熱性のホルダーと、ホルダーと電極チップとの間に介在する通電部品であるシャンクとを備えている。このうち、例えば、導電性支持部材としてのシャンクなどは、溶接効率を高めるため、高導電性がより要求され、高温での負荷強度や長期耐久性を担保する高強度、高硬度が求められる。また、溶接ロボットアームは、近年、溶接点数が増加するなど、更なる高導電率化及び高硬度化を求められるが、現状ではまだ十分でなく、更なる改良が求められていた。【０００５】
本明細書で開示する導電性支持部材及びその製造方法は、このような課題に鑑みなされたものであり、より高い導電率及びより高い硬度を有するものを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、その外周に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、より高い導電率及びより高い硬度を有するものを提供することができることを見いだした。【０００７】
即ち、本明細書で開示する導電性支持部材は、
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）の合金組成である外周部と、
前記外周部の内周側に存在しＣｕを含む金属であり前記外周部に比して導電性が高い内周部と、
を備えたものである。【０００８】
また、本明細書で開示する導電性支持部材の製造方法は、
外周部と前記外周部の内周側に存在し前記外周部よりも導電率が高い内周部とを備える導電性支持部材の製造方法であって、
Ｃｕを含み前記外周部に比して導電性が高くなる前記内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外周部の原料粉末を前記内周部の原料の外周側に配置し、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、前記混合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。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書で開示する導電性支持部材及びその製造方法では、高い導電率及びより高い硬度を有する導電性支持部材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、この導電性支持部材は、内周部が導電性の高いＣｕを含む金属で形成され、外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、内周側で高導電性、外周側で高強度、高硬度を奏するものと推察される。また、このような導電性支持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系化合物を含む外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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】シャンク２０を備える溶接アーム１０の一例を示す説明図。
【図２】別のシャンク２０Ｂ〜２０Ｅの説明図。
【図３】実験例３のＳＰＳ条件の説明図。
【図４】実験例１−３，３−３，４−３の原料粉体のＳＥＭ像。
【図５】実験例１−３，３−３，４−３の原料粉体のＸ線回折測定結果。
【図６】実験例１〜４の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像。
【図７】実験例１〜４の銅合金の導電率測定結果。
【図８】実験例１−３，３−３，４−３のＸ線回折測定結果。
【図９】実験例３−３の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像。
【図１０】実験例３−３の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像及びＥＤＸ測定結果。
【図１１】実験例３−３の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像、ＳＴＥＭ−ＢＦ像、ＥＤＸ分析結果及びＮＢＤ図形。
【図１２】実験例４−３の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像。
【図１３】実験例４の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像及びＥＤＸ法による元素マップ。
【図１４】実験例４−３の断面のＴＥＭ−ＢＦ像及びＳＡＤ図形。
【図１５】実施例１の導電性支持部材のＳＰＳ条件の説明図。
【図１６】実施例２の導電性支持部材のＳＰＳ条件の説明図。
【図１７】実施例１の導電性支持部材の写真及び断面のＳＥＭ写真。
【図１８】実施例１のＸＲＤ測定結果。
【図１９】実施例１の外周部の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像。
【図２０】実施例２の導電性支持部材の写真及び断面のＳＥＭ写真。
【図２１】実施例２のＸＲＤ測定結果。
【図２２】実施例２の外周部の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像。
【図２３】実施例１〜３の内周部と外周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で開示する導電性支持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支持部材の一例であるシャンク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１１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１１とホルダー１２との間に介在してチップ電極１１に電力を供給すると共にこれを保持するシャンク２０とを備える。チップ電極１１は、導電性や高熱安定性、硬さが求められる部材であり、例えば、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、Ｃｕ−Ｗ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ系合金及び無酸素銅（ＯＦＣ）などにより構成されるものとしてもよい。このチップ電極の受け部材（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。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。
【００１２】
シャンク２０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。このシャンク２０は、内周部２１と、外周部２２と、被加工層２４とを備えている。なお、被加工層２４は、省略されてもよい。このシャンク２０には、チップ電極１１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。
【００１３】
内周部２１は、外周部の内周側に存在し外周部に比して導電性が高い部分である。この内周部２１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。この内周部２１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。この内周部２１は、導電率が高いほど好ましく、８０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、９０％ＩＡＣＳ以上であることがより好ましく、９５％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、この内周部２１は、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。内周部２１は、外周部２２に比して熱伝導度が高いものとしてもよい。また、内周部２１は、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し、直線状、折れ曲がり、円弧状のいずれかとしてもよい。また、内周部２１は、シャンク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。
【００１４】
外周部２２は、内周部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。外周部２２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。この外周部２２は、導電性を有しつつ機械的強度が高い部分である。この外周部２２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、この外周部２２にも不可避的成分が含まれるものとしてもよい。この外周部２２は、表１に示す組成を、Ｚｒを０．５ａｔ％以上８．６ａｔ％以下含有するまでの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。外周部２２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。この外周部は、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。
【００１５】
【表１】
2018101249.tif 000003
【００１６】
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。この外周部２２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シャンク２０の機械的強度をより高めることができる。外周部２２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。この外周部２２は、亜共晶組成の銅粉末と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。
【００１７】
外周部２２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。また、この外周部２２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、６００ＭＨｚ以上であることが更に好ましい。また、外周部２２は、内周部２１との半径比が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。
【００１８】
被加工層２４は、外形を加工しやすい層として外周部２２の更に外側の外周面に形成されている。この被加工層２４により、外周部２２が硬すぎて外形加工ができないことを解決することができる。この被加工層２４は、例えば、Ｃｕ金属や黄銅、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い。この被加工層２４は、その厚さが０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲としてもよい。また、この被加工層２４は、Ｃｕを含むものとして、内周部２１、外周部２２と同時焼結されたものであることが、より好ましい。焼結回数の削減により、工数の削減と焼成エネルギーの抑制を図ることができる。
【００１９】
シャンク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）柱状などの形状であってもよいし、直線状でもよいし、折れ曲がっていてもよいし、円弧状としてもよい。シャンク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。また、図２のシャンク２０Ｂに示すように、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２３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。また、図２のシャンク２０Ｃに示すように、内周部２１に水冷用の配管などの冷媒流路である内部空間２５が形成された中空形状としてもよい。また、例えば、図２のシャンク２０Ｄに示すように、内周部２１の内部に円筒状又は断面多角形状（例えば矩形状など）の内部空間２５を設けその内側に流通管２６を設けた２重管構造としてもよい。また、図２のシャンク２０Ｅに示すように、内周部２１の内部に円筒状又は断面多角形状の内部空間２５を設け、その空間に仕切り板２７を設けた流通構造が形成されているものとしてもよい。
【００２０】
次に、本実施形態の導電性支持部材の製造方法について説明する。この製造方法は、外周部と、外周部の内周側に存在し外周部よりも導電率が高い内周部と、を備える導電性支持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。
【００２１】
（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≦８．６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。
【００２２】
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％の範囲のいずれかとしてもよい。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、Ｃｕ1-XＺｒX（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し、０．０８６≦Ｘ≦０．１６７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、０．００５≦Ｘ≦０．０５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。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。
【００２３】
（ｂ）焼結工程
この工程では、内周部の原料を配置し、その外周側に外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。なお、外周部の更に外側に被加工層の原料を配置し、これも含めてこの工程で焼結させるものとしてもよい。また、図２のシャンク２０Ｂのように、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。また、この工程では、あとから除去可能な空間形成用原料を充填して焼結後にこの空間形成用原料を除去することにより、冷却媒体を流通させる内部空間を内周部に形成するものとしてもよい（図２Ｂ〜２Ｄ参照）。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。内周部の原料は、粉末としてもよいし、成形体としてもよいし、焼結体としてもよいが、粉末であることがより好ましい。外周部の粉末と共に焼結することができるからである。この内周部の原料は、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、ＳＰＳ焼結処理前にこの仕切りを取り除くのものとしてもよい。外周部の原料は、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。
【００２４】
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２０００Ａ以下の範囲の直流電流を流すことが好ましい。
【００２５】
以上詳述した本実施形態の導電性支持部材（シャンク２０）及びその製造方法によれば、高い導電率及びより高い硬度を有する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、この導電性支持部材は、内周部が導電性の高いＣｕを含む金属で形成され、外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、内周側で高導電性、外周側で高強度、高硬度を奏するものと推察される。また、このような導電性支持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系化合物を含む外周部を作製することができる。更に、外周部、内周部、更には被加工層が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。また、比較的に化学的に安定であるＣｕ−Ｚｒ母合金粉末（例えばＣｕ５０質量％Ｚｒ母合金）やＺｒＨ2粉末を用い、放電プラズマ焼結するという比較的簡便な処理で導電性支持部材を作製することができる。
【００２６】
なお、本開示の導電性支持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。
【実施例】
【００２７】
以下には、導電性支持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、外周部の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。【００２８】
［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。【００２９】
［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。【００３０】
［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。図３は、実験例３のＳＰＳ条件の説明図である。【００３１】
［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。【００３２】
（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。【００３３】
（ＸＲＤ測定）
化合物相の同定は、Ｃｏ−Ｋα線を用いてＸ線回折法により行った。ＸＲＤ測定は、リガク製ＲＩＮＴ  ＲＡＰＩＤIIを用いた。【００３４】
（電気的特性評価）
得られた実験例のＳＰＳ材および伸線材の電気的性質は、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。【００３５】
（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、圧子を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。【００３６】
（外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４は、（ａ）実験例１−３，（ｂ）実験例３−３，（ｃ）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５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。【００３７】
図６は、実験例１〜４の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ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７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。図８は、実験例１−３，３−３，４−３のＸ線回折測定結果である。図８に示すように、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、それぞれ図８に示すＳＰＳ材と同じ複相構造であった。【００３８】
次に、実験例３について詳しく検討した。図９は、実験例３−３の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像である。撮像したＳＥＭ写真から、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。図１０のＳＥＭ写真に示すように、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。図１０は、実験例３−３の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像及びＥＤＸ測定結果である。図１１は、実験例３−３の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像、ＳＴＥＭ−ＢＦ像、ＥＤＸ分析結果及びＮＢＤ図形である。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。【００３９】
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．）。【００４０】
次に、実験例４について詳細に検討した。図１２は、実験例４−３の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像である。撮像したＳＥＭ写真から、上述と同様に第二相の平均粒径Ｄ５０を求めた。図１２のＳＥＭ写真に示すように、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。図１３は、実験例４の断面のＳＥＭ−ＢＥＩ像及びＥＤＸ法による元素マップである。図１３に示すように、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。図１４は、（ａ）実験例４−３の断面のＴＥＭ−ＢＦ像及び（ｂ）Ａｒｅａ１のＳＡＤ図形、（ｃ）Ａｒｅａ２のＳＡＤ図形である。図１４に示す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。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す微細組織内のＡｒｅａ１のＳＡＤ（Selected Area Diffraction：制限視野回折）図形であり、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）に示す微細組織内のＡｒｅａ２のＳＡＤ図形である。なお、制限視野絞りは２００ｎｍであった。これらのＡｒｅａの中心部において、ＥＤＸ分析も行った。その結果、Ａｒｅａ１で観察された微細組織は、実験例３のＳＰＳ材と同様にＣｕを５ａｔ％含むＺｒリッチな相であり、測定した３つの格子面間隔は、１．２％以下の差でα−Ｚｒ相の格子面間隔と一致した。また、Ａｒｅａ２の化合物相は、実験例１，３のＳＰＳ材と同様のＣｕ5Ｚｒ化合物相であった。【００４１】
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。【００４２】
次に、内周部と外周部とを有する導電性支持部材を作製した例を実施例として説明する。【００４３】
［実施例１］
内径２６ｍｍ×高さ１０ｍｍ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、その内周側にＣｕ粉末（平均粒径７５μｍ）を１４．０ｇ充填し、外周側に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７５．２ｇ充填し、仕切りを取り除いた。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。図１５は、実施例１の導電性支持部材のＳＰＳ条件の説明図である。【００４４】
［実施例２〜４］
外周部の組成を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１と同様の工程を経て、得られた部材を実施例２とした。図１６は、実施例２の導電性支持部材のＳＰＳ条件の説明図である。また、外周部の組成を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、内周部として純銅の丸棒を用いた以外は、実施例１と同様の工程を経て、得られた部材を実施例３とした。また、外周部の組成を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、内周部として純銅の丸棒を用いた以外は、実施例１と同様の工程を経て、得られた部材を実施例４とした。【００４５】
［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。【００４６】
（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。【００４７】
（結果と考察）
図１７は、実施例１の導電性支持部材の写真及び断面のＳＥＭ写真である。図１８は、実施例１のＸＲＤ測定結果である。図１９は、実施例１の外周部の断面のＳＥＭ写真である。図２０は、実施例２の導電性支持部材の写真及び断面のＳＥＭ写真である。図２１は、実施例２のＸＲＤ測定結果である。図２２は、実施例２の外周部の断面のＳＥＭ写真である。図２３は、実施例１〜３の内周部と外周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真であり、図２３Ａが実施例１、図２３Ｂが実施例２、図２３Ｃが実施例３、図２３Ｄが実施例３の粒界の拡大写真である。また、表２に実施例１，２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）をまとめて示した。また、表３に実施例１〜４の外周部全体及びＺｒ化合物部分の導電率、ビッカース硬さ、ヤング率と共に、比較例１の導電率、ビッカース硬さ、ヤング率をまとめて示した。図１７、２０に示すように、上記工程を経て、内周部と外周部とを有する部材を形成することができた。実施例１、２の内周部の導電率は、どちらも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１、２の外周部の導電率は、それぞれ５３％ＩＡＣＳ、３２％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、内周部では、実施例１、２がそれぞれ６７ＭＨｖ、７６ＭＨｖである一方、外周部のＣｕ−Ｚｒ系化合物相ではどちらも６７０ＭＨｖ以上と高硬度であった。【００４８】
また、実施例１、２は、図１８、２１に示すように、ＣｕとＣｕ−Ｚｒ系化合物（Ｃｕ5Ｚｒ）のＸ線回折ピークが得られ、更に、図１９、２２に示すように、外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。また、表３に示すように、実施例１〜４では、Ｚｒの含有量の増加に伴い、全体の導電率が低下する傾向を示したが、ビッカース硬さの高いＺｒ化合物の含有量が増加するため、硬さや強度がより高まるものと推察された。また、図２３Ａ〜Ｃに示すいずれの焼結体も、外周部（左側)がＣｕ母相とＣｕ−Ｚｒ化合物（Ｃｕ5Ｚｒ）の第二相とを含む相であり、内周部（右側）がＣｕ相である。図２３に示すように、Ｚｒの添加量が増加するにつれて、明るく観察される外周部の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、図２３Ｄに示すように、実施例３においても、外周部には、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、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、実施例４においても、他の実施例と同様に、外周部が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り、内周部がＣｕ相からなる構造であった。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やチップ電極のソケットなどに用いることが好適であると推察された。【００４９】
【表２】
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【００５０】
【表３】
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【００５１】
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。【００５２】
本出願は、２０１６年１２月１日に出願された日本国特許出願第２０１６−２３４０６７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。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１０  溶接アーム、１１  チップ電極、１２  ホルダー、２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ  シャンク、２１  内周部、２２  外周部、２３  中間部、２４  被加工層、２５  内部空間、２６  流通管、２７  仕切り板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月4日(2018.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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）の合金組成である外周部と、  前記外周部の内周側に存在しＣｕを含む金属であり前記外周部に比して導電性が高い内周部と、を備え、  前記内周部は、導電率が８０％ＩＡＣＳ以上であり、ビッカース硬さで５０〜８０ＭＨｖであり、  前記外周部は、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上であり、ビッカース硬さで３００ＭＨｖ以上であるＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む、  導電性支持部材。
【請求項２】
前記外周部は、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に記載の導電性支持部材。
【請求項３】
前記外周部は、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に記載の導電性支持部材。（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。
【請求項４】
前記内周部は、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項に記載の導電性支持部材。
【請求項５】
前記外周部の更に外側の外周面には、該外周部に比して軟質である被加工層が形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性支持部材。
【請求項６】
前記内周部には、冷媒流路が形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性支持部材。
【請求項７】
前記導電性支持部材は、溶接電極のアーム部に用いられる部材であり、チップ電極とチップホルダーとの間に介在して該チップ電極を保持するシャンクである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性支持部材。
【請求項８】
前記導電性支持部材は、内周部に対する外周部の半径方向の長さの比が１／１以上３／１以下の範囲である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の導電性支持部材。
【請求項９】
外周部と前記外周部の内周側に存在し前記外周部よりも導電率が高い内周部とを備える導電性支持部材の製造方法であって、  Ｃｕを含み前記外周部に比して導電性が高くなる前記内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外周部の原料粉末を前記内周部の原料の外周側に配置し、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、前記混合粉末を放電プラズマ焼結する焼結工程、を含み、  前記内周部は、導電率が８０％ＩＡＣＳ以上であり、ビッカース硬さで５０〜８０ＭＨｖであり、  前記外周部は、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上であり、ビッカース硬さで３００ＭＨｖ以上であるＣｕ−Ｚｒ系化合物を含む、 導電性支持部材の製造方法。
【請求項１０】
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９に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１１】
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９又は１０に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１２】
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９〜１１のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１３】
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９〜１２のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１４】
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９〜１３のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１５】
前記焼結工程では、前記外周部の更に外側の外周面に、該外周部に比して軟質である被加工層の原料を配置して焼結する、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１６】
溶接電極のアーム部に用いられる部材であり、チップ電極とチップホルダーとの間に介在して該チップ電極を保持するシャンクである導電性支持部材を製造する、請求項９〜１５のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【請求項１７】
前記焼結工程では、内周部に対する外周部の半径方向の長さの比が１／１以上３／１以下の範囲とする、請求項９〜１６のいずれか１項に記載の導電性支持部材の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】  外周部２２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。また、この外周部２２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、６００ＭＨｚ以上であることが更に好ましい。また、外周部２２は、内周部２１に対する半径方向の長さの比が１：１〜３：１（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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】（結果と考察）  図１７は、実施例１の導電性支持部材の写真及び断面のＳＥＭ写真である。図１８は、実施例１のＸＲＤ測定結果である。図１９は、実施例１の外周部の断面のＳＥＭ写真である。図２０は、実施例２の導電性支持部材の写真及び断面のＳＥＭ写真である。図２１は、実施例２のＸＲＤ測定結果である。図２２は、実施例２の外周部の断面のＳＥＭ写真である。図２３は、実施例１〜３の内周部と外周部との境界部分の断面のＳＥＭ写真であり、図２３Ａが実施例１、図２３Ｂが実施例２、図２３Ｃが実施例３、図２３Ｄが実施例３の粒界の拡大写真である。また、表２に実施例１，２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）をまとめて示した。また、表３に実施例１〜４の全体及びＺｒ化合物部分の導電率、ビッカース硬さ、ヤング率と共に、比較例１の導電率、ビッカース硬さ、ヤング率をまとめて示した。図１７、２０に示すように、上記工程を経て、内周部と外周部とを有する部材を形成することができた。実施例１、２の内周部の導電率は、どちらも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１、２の外周部の導電率は、それぞれ５３％ＩＡＣＳ、３２％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、内周部では、実施例１、２がそれぞれ６７ＭＨｖ、７６ＭＨｖである一方、外周部のＣｕ−Ｚｒ系化合物相ではどちらも６７０ＭＨｖ以上と高硬度であった。
【国際調査報告】
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2018101249.tif 000030
2018101249.tif 000031
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