(57)【要約】【課題】溶体化処理後の冷却速度に起因する機械的強度の影響を小さくすることを可能とし、高い機械的強度と優れた曲げ加工性を兼備させた銅合金材、及びその製造方法を提供する。【解決手段】２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量比（Ｎｉ／Ｓｉ）で含有し、残部がＣｕ、及び不可避的不純物からなり、｜（急冷材の０．２％耐力）−（徐冷材の０．２％耐力)｜≦５０ＭＰａであり、引張強さが８００ＭＰａ以上であり、０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上であり、Ｗ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下である銅合金材が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）で含有し、残部がＣｕ、及び不可避的不純物からなり、溶体化処理後に徐冷した徐冷材が、以下の（１）〜（４）の要件を満たすことを特徴とする銅合金材。
（１）｜（溶体化処理後の急冷材の０．２％耐力）−（溶体化処理後の徐冷材の０．２％耐力)｜≦５０ＭＰａであり、
（２）前記徐冷材の引張強さが８００ＭＰａ以上であり、
（３）前記徐冷材の０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上であり、
（４）前記徐冷材のＷ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下であること。
【請求項２】
前記銅合金材は更に、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の銅合金材。
【請求項３】
前記銅合金材は更に、０．０１〜０．７質量％のＭｎ、０．０１〜０．５質量％のＡｇ、０．１〜２．０質量％のＺｎのいずれか１種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の銅合金材。
【請求項４】
２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）で含有し、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を含有し、残部がＣｕ、及び不可避的不純物からなり、溶体化処理後に徐冷した徐冷材の引張強さが８００ＭＰａ以上、前記徐冷材の０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上、前記徐冷材のＷ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下である銅合金材を製造するにあたり、
前記徐冷材の０．２％耐力と溶体化処理後に急冷した急冷材の０．２％耐力とが下記式１を満たすことを特徴とする銅合金材の製造方法。
｜（急冷材の０．２％耐力）−（徐冷材の０．２％耐力)｜≦５０ＭＰａ……式１
【請求項５】
前記急冷材は、前記銅合金の溶体化処理後に冷却速度１００°Ｃ／秒以上の冷却速度で急冷し、前記徐冷材は、冷却速度１０°Ｃ／秒以下の冷却速度で徐冷することを特徴とする請求項４に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項６】
前記銅合金に、０．０１〜０．７質量％のＭｎ、０．０１〜０．５質量％のＡｇ、０．１〜２．０質量％のＺｎのいずれか１種以上を添加することを含んでなることを特徴とする請求項４に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項７】
２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）で添加し、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を添加し、残部がＣｕ、及び不可避的不純物からなる銅合金を準備する工程と、
前記銅合金を圧延加工する工程と、
圧延加工後の前記銅合金を、７５０〜９５０°Ｃの温度範囲で溶体化処理する工程と、
溶体化処理後の前記銅合金を、１０°Ｃ／秒以上の冷却速度で３００°Ｃ以下まで冷却する工程と、
冷却後の前記銅合金を、加工率３０％以下の冷間圧延を行う工程と、
冷間圧延後の前記銅合金を、３７０〜５００°Ｃの温度範囲で１〜５０時間の時効処理を行う工程を有することを特徴とする銅合金材の製造方法。
【請求項８】
２．０〜４．０質量％のＮｉ、０．５〜１．５質量％のＳｉを、質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が３．０〜４．５の範囲で含有し、残部がＣｕ、及び不可避的不純物からなるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金に、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を添加し、溶体化処理後に冷却速度１０°Ｃ／秒以下の冷却速度で徐冷した徐冷材が、以下の（１）〜（３）の要件を満たすことを特徴とする銅合金材。
（１）前記徐冷材の引張強さが８００ＭＰａ以上であり、
（２）前記徐冷材の０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上であり、
（３）前記徐冷材のＷ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下であること。
【請求項９】
２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）で含有し、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を含有し、引張強さが８００ＭＰａ以上であり、０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上であり、Ｗ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下であることを特徴とする銅合金材。
【請求項１０】
前記銅合金材は更に、０．０１〜０．７質量％のＭｎ、０．０１〜０．５質量％のＡｇ、０．１〜２．０質量％のＺｎのいずれか１種以上を含有することを特徴とする請求項９に記載の銅合金材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅合金材、及びその製造方法に係り、特に、電気・電子部品用途に適用される銅合金材、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の電気・電子機器において薄型化及び軽量化が進行している。それに伴い、電気・電子機器に使用される部品の小型化も進行している。
【０００３】
この種の部品の小型化を実現するために、例えば端子やコネクタなどの電気・電子部品においては、電極間のピッチの狭いものが求められる傾向にある。こうした小型化によって、電気・電子部品に使用される素材においても、従来よりも薄肉であることが求められる傾向にある。
【０００４】
一方、使用される素材が薄肉であっても、電気・電子機器内の電気接続の信頼性を保つ必要があることから、従来よりも高いバネ性を持った素材が要求されている。この高いバネ性を確保するためには、素材の引張強さ及び耐力（以下、「機械的強度」ともいう。）を十分に高める必要がある。
【０００５】
更に、こうした小型化に伴い、従来よりも小さく複雑な形状の部品を一体成型で製作する要求も強くなっている。そのため、従来よりも厳しい条件で曲げ加工に適用できる高い曲げ加工性を有する素材が強く求められている。
【０００６】
更にまた、電気・電子機器の小型・薄型化及び軽量化と同時に、高性能化も進行している。この電気・電子機器の高性能化に伴う電極数の増加や通電電流の増加によって、発生するジュール熱も増加傾向にあり、従来よりも導電性のよい素材への要求も強まっている。
【０００７】
従来、高いバネ性が要求される電気・電子部品の素材には、リン青銅やベリリウム銅が広く使用されてきた。しかしながら、リン青銅の場合は、導電率が２０％ＩＡＣＳ程度に留まることから、前述したジュール熱の増加に対応できないという問題があった。一方、ベリリウム銅の場合は、高いバネ性と良好な導電性を兼備するものの、高価であることから、汎用的な部品に広く適用するのには限界があった。
【０００８】
そこで、高いバネ性や良好な導電率の要求から、低コストの素材としてＣｕ（銅）−Ｎｉ（ニッケル）−Ｓｉ（珪素）系などの銅合金材が用いられてきている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照)。
【０００９】
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系を主成分とする銅合金材は、Ｎｉ２Ｓｉを析出強化相とする析出強化型の合金であり、４０％ＩＡＣＳ前後の導電率を有する。そのため、ジュール熱の増加に対応することができる。この銅合金材は更に、ベリリウム銅に比べて低コストの製造が可能であり、端子、コネクタ、リードフレームなどの電気・電子部品として安価に提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第２５７２０４２号公報
【特許文献２】特許第２９７７８４５号公報
【特許文献３】特開２００８−１９３７号公報
【特許文献４】特開２００８−７５１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
高いバネ性や高い機械的強度の要求に対しては、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系をベースにＳｎ（錫）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）等の元素を添加することで対応してきた。しかしながら、機械的強度が溶体化処理後の冷却速度に敏感に影響され、具体的には、冷却速度が遅くなると、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の機械的強度が大きく低下するという問題があった。このため、量産時の歩留まりの向上が進まなかった。
【００１２】
従って、本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その具体的な目的は、溶体化処理後の冷却速度に起因する機械的強度の影響を小さくすることを可能とし、高い機械的強度と優れた曲げ加工性を兼備させた銅合金材、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本件発明者等は、上記従来の課題を解決すべく、溶体化処理後の冷却速度の機械的強度への影響について鋭意検討を重ねたところ、銅合金の焼入れ感受性が、銅合金材の特性へ大きく寄与するという知見を得た。すなわち、焼入れ感受性が高い場合は、小規模試作と比較して冷却速度が遅い傾向にある量産工程において、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の特性を十分に発揮できない原因となる。量産されるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の体積は比較的大きくなることから、その表面側と芯側とで冷却速度が異なり、製造されたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の機械的強度を維持できず、さらにそのバラツキが生じやすくなる。逆に、焼入れ感受性が低い場合は、機械的強度の平均値が高いだけではなく、そのバラツキも生じにくい。
【００１４】
この焼入れ感受性を低く抑えるためには、以下のような条件（イ）〜（ニ）を満たせばよいという知見が得られた。換言すると、以下の条件を満たせば、製品化される以前の溶体化処理後の冷却速度に起因する機械的強度の影響を低く抑えることができるとともに、高い機械的強度と優れた曲げ加工性等が得られ、最終製品となる電子・電気部品として実用上に問題を生じないことを見いだし、本発明に至った。
（イ）溶体化処理後冷間圧延前に急冷（水冷）した急冷材の０．２％耐力と、徐冷（空冷）した徐冷材の０．２％耐力との値を差し引いた値の絶対値を、ある特定値以下に規定すること、
（ロ）徐冷材の引張強さと徐冷材の０．２％耐力とのそれぞれを、ある特定の範囲に規定すること、
（ハ）徐冷材のＷ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）を、ある特定の範囲に規定すること、
（ニ）上記（イ）〜（ハ）により、銅合金材の基本組成含有量と銅合金材の副組成含有量とを、ある特定の範囲に規定すること。
【００１５】
［１］即ち、本発明は、上記目的を達成するため、２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）で含有し、残部がＣｕ、及び不可避的不純物からなり、溶体化処理後に徐冷した徐冷材が、以下の（１）〜（４）の要件を満たすことを特徴とする銅合金材にある。
（１）｜（溶体化処理後の急冷材の０．２％耐力）−（溶体化処理後の徐冷材の０．２％耐力)｜≦５０ＭＰａであり、
（２）前記徐冷材の引張強さが８００ＭＰａ以上であり、
（３）前記徐冷材の０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上であり、
（４）前記徐冷材のＷ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下であること。
【００１６】
［２］上記［１］記載の銅合金材は更に、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を含有することを特徴としている。
【００１７】
［３］上記［１］又は［２］記載の銅合金材は更に、０．０１〜０．７質量％のＭｎ、０．０１〜０．５質量％のＡｇ、０．１〜２．０質量％のＺｎのいずれか１種以上を含有することを特徴としている。
【００１８】
［４］本発明は更に、上記目的を達成するため、２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）で含有し、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を含有し、残部がＣｕ、及び不可避的不純物からなり、溶体化処理後に徐冷した徐冷材の引張強さが８００ＭＰａ以上、前記徐冷材の０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上、前記徐冷材のＷ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下である銅合金材を製造するにあたり、前記徐冷材の０．２％耐力と溶体化処理後に急冷した急冷材の０．２％耐力とが下記式１を満たすことを特徴とする銅合金材の製造方法にある。
｜（急冷材の０．２％耐力）−（徐冷材の０．２％耐力)｜≦５０ＭＰａ……式１
【００１９】
［５］上記［４］記載の銅合金材の製造方法によれば、前記急冷材は、前記銅合金の溶体化処理後に冷却速度１００°Ｃ／秒以上の冷却速度で急冷し、前記徐冷材は、冷却速度１０°Ｃ／秒以下の冷却速度で徐冷することを特徴としている。
【００２０】
［６］上記［４］記載の銅合金材の製造方法によれば、前記銅合金に、０．０１〜０．７質量％のＭｎ、０．０１〜０．５質量％のＡｇ、０．１〜２．０質量％のＺｎのいずれか１種以上を添加することを含んでなることを特徴としている。
【００２１】
［７］本発明は更に、上記目的を達成するため、２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）で添加し、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を添加し、残部がＣｕ、及び不可避的不純物からなる銅合金を準備する工程と、前記銅合金を圧延加工する工程と、圧延加工後の前記銅合金を、７５０〜９５０°Ｃの温度範囲で溶体化処理する工程と、溶体化処理後の前記銅合金を、１０°Ｃ／秒以上の冷却速度で３００°Ｃ以下まで冷却する工程と、冷却後の前記銅合金を、加工率３０％以下の冷間圧延を行う工程と、冷間圧延後の前記銅合金を、３７０〜５００°Ｃの温度範囲で１〜５０時間の時効処理を行う工程を有することを特徴とする銅合金材の製造方法を提供する。
【００２２】
［８］本発明は更に、上記目的を達成するため、２．０〜４．０質量％のＮｉ、０．５〜１．５質量％のＳｉを、質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が３．０〜４．５の範囲で含有し、残部がＣｕ、及び不可避的不純物からなるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金に、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を添加し、溶体化処理後に冷却速度１０°Ｃ／秒以下の冷却速度で徐冷した徐冷材が、以下の（１）〜（３）の要件を満たすことを特徴とする銅合金材を提供する。
（１）前記徐冷材の引張強さが８００ＭＰａ以上であり、
（２）前記徐冷材の０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上であり、
（３）前記徐冷材のＷ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下であること。
【００２３】
［９］本発明は更に、上記目的を達成するため、２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）で含有し、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を含有し、引張強さが８００ＭＰａ以上であり、０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上であり、Ｗ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下であることを特徴とする銅合金材を提供する。
【００２４】
［１０］上記［９］記載の銅合金材は更に、前記銅合金材は更に、０．０１〜０．７質量％のＭｎ、０．０１〜０．５質量％のＡｇ、０．１〜２．０質量％のＺｎのいずれか１種以上を含有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、溶体化処理後の冷却速度に起因する機械的強度の影響を小さくすることで、量産工程で発生しやすい銅合金材の表面部と芯部との冷却速度の違いによる機械的強度のバラツキを少なくして安定化させ、更には、従来の銅合金材よりも優れた機械的強度と曲げ加工性を兼備させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係る銅合金材を製造する工程を示したフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００２８】
（銅合金材の組成）
この実施の形態における銅合金材の組成は、２．０〜４．０質量％のＮｉを０．５〜１．５質量％のＳｉに対して３．０〜４．５の質量比（Ｎｉ／Ｓｉ）で含有するとともに、０．０１〜０．０５質量％のＳｎ、０．０２〜０．１質量％のＭｇのいずれか１種以上を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる。好ましくは、０．０１〜０．７質量％のＭｎ（マンガン）、０．０１〜０．５質量％のＡｇ（銀）、０．１〜２．０質量％のＺｎ（亜鉛）のいずれか１種以上を更に含有することが好適である。このＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系の銅合金材は、例えば端子、コネクタ、スイッチ、リレー、リードフレームなどの電気・電子部品に用いられる材料に効果的に使用することができる。
【００２９】
以上のように構成された実施の形態に係る銅合金材の合金成分の添加理由と限定理由とを以下に説明する。
【００３０】
（Ｎｉ及びＳｉ）
Ｎｉ及びＳｉは、これらを主成分とする金属間化合物を材料中に析出・分散させるために添加する元素である。この金属間化合物によって材料の機械的強度やバネ性が高まるとともに、良好な導電率を保つことができる。このＮｉ及びＳｉの含有量が少ないと、金属間化合物を十分に分散することはできず、高い機械的強度を得ることもできない。一方、Ｎｉ及びＳｉの含有量が多すぎると、鋳造性が低下し、製造が困難になる。
【００３１】
この実施の形態においては、Ｎｉの含有量を２．０〜４．０質量％とし、Ｓｉの含有量を０．５〜１．５質量％とし、これらの質量比Ｎｉ／Ｓｉを３．０〜４．５としているが、更に好ましくは、Ｎｉの含有量を２．０〜３．５質量％に規定し、Ｓｉの含有量を０．５〜０．９質量％に規定し、質量比Ｎｉ／Ｓｉを４．０〜４．５に規定することが好適である。これにより、効果的に高い機械的強度と優れた曲げ加工性とを両立させることができる。
【００３２】
（Ｓｎ及びＭｇ）
Ｓｎ及びＭｇは、Ｃｕ母相を固溶強化させるために添加する元素である。このＳｎ及びＭｇの添加量が少ないと、十分な機械的特性やバネ性が得られない。Ｓｎ及びＭｇの添加量が多すぎると、Ｓｎ及びＭｇがＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金の主成分と金属間化合物を形成し、Ｎｉ及びＳｉの析出核として作用し、焼入れ感受性を高く、すなわち、鋭敏化する原因となる。
【００３３】
この実施の形態にあっては、Ｓｎを０．０１〜０．０５質量％とし、Ｍｇを０．０２〜０．１質量％としているが、更に好ましくは、Ｓｎを０．０１〜０．０３質量％に規定し、Ｍｇを０．０２〜０．０８質量％に規定することが好適である。これにより、高強度と低焼入れ感受性とを実現することができる。
【００３４】
（Ｍｎ）
Ｍｎは、曲げ加工性を改善するために添加する元素である。Ｍｎの添加量が多すぎる場合は、導電率の低下などの原因となるので好ましくない。さらに、Ｍｎの添加量が多すぎる場合は、焼入れ感受性を高くする原因となる。
【００３５】
この実施の形態では、Ｍｎを０．０１〜０．７質量％としているが、更に好ましくは、Ｍｎを０．０１〜０．１質量％に規定することが好適である。これにより、高い機械的強度や高い導電率とともに、良好な曲げ加工性を実現することができる。
【００３６】
（Ａｇ）
Ａｇは、耐熱性を高めるとともに、低Ｎｉ、Ｓｉ濃度でも、高い機械的強度を得るために添加する元素である。Ａｇの添加量が多すぎる場合は、焼入れ感受性の鋭敏化の原因となるので好ましくない。
【００３７】
この実施の形態によれば、Ａｇを０．０１〜１．０質量％としているが、好ましくは、Ａｇを０．０１〜０．５質量％に規定することが好適である。更に好ましくは、Ａｇを０．１〜０．５質量％に規定することが望ましい。これにより、高い耐熱性や高い機械的強度が実現できる。
【００３８】
（Ｚｎ）
Ｚｎは、めっき密着性、はんだ濡れ性や耐マイグレーションといった端子・コネクタ用の材料に要求される副次的な特性を向上させるために添加する元素である。Ｚｎの添加量が多すぎる場合は、導電率の低下、焼入れ感受性の鋭敏化などの原因になるので好ましくない。
【００３９】
この実施の形態においては、Ｚｎを０．１〜２．０質量％としているが、更に好ましくは、Ｚｎを０．５〜０．１５質量％に規定することが望ましい。これにより、良好な導電率や低い焼入れ感受性とともに、めっき密着性などの副次的な特性を良好にすることができる。
【００４０】
（機械的特性の評価）
上記組成からなる銅合金材としては、溶体化処理後に急冷（水冷）した急冷材と徐冷（空冷）した徐冷材とのそれぞれの機械的特性（焼入れ感受性）を評価することが肝要である。更には、同一材料内の０．２％耐力のバラツキ（標準偏差）や０．２％耐力の最大値と最小値との差により機械的特性を評価してもよい。
【００４１】
この実施の形態では、焼入れ感受性は、急冷材及び徐冷材の引張強さ、０．２％耐力、伸びの測定結果と、急冷材及び徐冷材のＷ曲げ試験の評価結果と、急冷材の０．２％耐力及び徐冷材の０．２％耐力の差を算出して機械的特性のバラツキの評価結果とにより判断される。焼入れ感受性は、低いことが望ましい。焼入れ感受性が低い場合は、急冷材及び徐冷材の０．２％耐力、それらの差分の絶対値、引張強さの値が大きくなる。焼入れ感受性を評価することで、銅合金材の基本組成となるＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎの含有量を特定の範囲内に規定することができるとともに、銅合金材の副組成となるＭｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｚｎ等の含有量を特定の範囲内に規定することが可能となる。
【００４２】
（急冷材の０．２％耐力と徐冷材の０．２％耐力の評価）
上記のように構成された組成からなる銅合金材を用いることで、溶体化処理後に冷却速度１００°Ｃ／秒以上の冷却速度で急速冷却した急冷材の０．２％耐力と、溶体化処理後に冷却速度１０°Ｃ／秒以下の冷却速度で徐冷した徐冷材の０．２％耐力との関係が、下記式１を満たすことが好適である。
｜（急冷材の０．２％耐力）−（徐冷材の０．２％耐力）｜≦５０ＭＰａ……式１
【００４３】
ここで、上記式１において、５０ＭＰａの値は、この実施の形態のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材における急冷材の０．２％耐力と徐冷材の０．２％耐力との値を差し引いた値の絶対値が、従来のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材における急冷材の０．２％耐力と徐冷材の０．２％耐力との値を差し引いた値の絶対値の半分以下の値である。この値が小さくなることで、量産工程で発生しやすい銅合金材の表面部と芯部との冷却速度の違いによる機械的強度のバラツキを低減することができるようになる。更には、冷却速度が比較的遅くなりやすい大規模な量産工程においても、小規模試作の機械的特性に近づけることができるようになる。
【００４４】
（徐冷材の引張強さ、０．２％耐力、及びＲ／ｔの評価）
上記組成からなる銅合金材を用いて、適切な条件下で加工処理及び熱処理を行なうことで、徐冷材の引張強さが８００ＭＰａ以上を有するとともに、徐冷材の０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上を有し、Ｗ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が、０以上１．０以下になる材料を得ることができる。
【００４５】
ここで、引張強さが８００ＭＰａ以上であり、０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上であるということは、低ベリリウム銅に匹敵する強度を有するということである。これらの値は、電子・電気部品として実用上に問題を生じない高いバネ性を確保するための強度として十分な値となる。
【００４６】
Ｗ曲げ試験は、ＪＩＳ Ｈ３１１０、ＪＩＳ Ｈ３１３０、及び日本伸銅協会の技術標準ＪＣＢＡ Ｔ３０７に規定された銅合金条の曲げ加工性を評価する試験方法である。曲げ部表面に割れが観察される曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値Ｒ／ｔが、０以上１．０以下になる曲げ加工性があれば、銅合金材は、電子・電気部品として実用上に問題を生じない良好な曲げ加工性を持った材料として評価される。望ましくは、Ｒ／ｔの値が０以上０．５以下の範囲になることが好適である。
【００４７】
（銅合金材の製造方法）
この実施の形態に係る銅合金材は、図１に示したような工程で順番に処理を行うことにより効果的に製造される。その製法は、例えば定法に従い上記組成を有する銅合金を素材として鋳造した後に（ステップＳ１）、熱間圧延加工（ステップＳ２）、溶体化処理（ステップＳ３）、急冷処理（ステップＳ４）あるいは徐冷処理（ステップＳ５）のいずれかの冷却（焼入れ）処理、冷間圧延加工（ステップＳ６）、及び時効処理（ステップＳ７）を有する。
【００４８】
（鋳造及び熱間圧延加工）
熱間圧延加工（図１のステップＳ２）においては、得られたインゴット（図１のステップＳ１）を定法に従い加熱して熱間圧延加工し、所望の厚さの銅合金を製作する。
【００４９】
（溶体化処理）
溶体化処理（図１のステップＳ３）においては、合金元素を固溶させるために十分な高温で加熱するとともに、冷却過程で金属化合物が再析出することを防ぐために速やかに冷却することが必要である。このことから、図１のステップＳ１及びＳ２により製作した銅合金を、先ず７５０〜９５０°Ｃに昇温する。好ましくは、昇温保持温度を８００〜９００°Ｃの温度範囲にすることが好適である。これは、低い温度では、合金元素の固溶が不十分になり、最終的に高い機械的強度が得られず、高い温度では、母相の結晶粒粗大化によって機械的強度が低下するためである。その最高到達温度に昇温した後、その昇温温度で０．５〜２分間程度保持する。その後、１０°Ｃ／秒以上の速さで３００°Ｃまで冷却する（図１のステップＳ５）。
【００５０】
（冷間圧延加工）
溶体化処理後の冷間圧延加工（図１のステップＳ６）では、例えば目的とする最終板厚まで冷間圧延を行う。この冷間圧延の目的は、銅合金の中に格子欠陥を適度に導入させることで、転位強化や析出物の生成サイトとして活用し、より多くの析出物を分散させ、その析出物の作用により機械的強度を向上させることにある。
【００５１】
冷間圧延加工率が高すぎると、最終的に出来上がった銅合金材の材料の伸びが大きく低下するという問題がある。この伸びの低下は、曲げ加工時に割れが起こりやすくなることにつながるため、冷間圧延の加工率を低く抑える必要がある。この実施の形態では、加工率を３０％以下に規定している。望ましくは、１５％以下に規定することが好適である。これにより、伸びの低下を抑えることができる。
【００５２】
（時効処理）
時効処理（図１のステップＳ７）は、強化に寄与する微細な金属間化合物を析出させるために行うものである。低温下で長い時間過熱させることが好ましいが、極度の低温では、金属間化合物の析出に非常に多くの時間がかかるため、大規模な量産工程には不向きである。
【００５３】
一方、析出を促進させるために温度を上げると、析出する金属間化合物のサイズが粗大になり、高い機械的強度が得られない。この実施の形態にあっては、時効処理の温度範囲を３７０〜５００°Ｃに規定している。更に好ましくは、４００〜４７０°Ｃの温度範囲において、１〜５０時間程度で時効処理を行うことが望ましい。これにより、高い機械的強度と優れた曲げ加工性を得ることができる。
【００５４】
（急冷処理及び徐冷処理）
この急冷処理（図１のステップＳ４）及び徐冷処理（図１のステップＳ５）の目的とするところは、溶体化処理後の冷却速度を急冷した急冷材の焼入れ感受性と、溶体化処理後の冷却速度を徐冷した徐冷材の焼入れ感受性とを評価することにある。評価するにあたっては、溶体化処理後の急冷材及び徐冷材を先行して時効処理した後、機械的特性や曲げ加工性を評価する。これにより、その溶体化処理、焼入れ処理、冷間圧延加工、及び時効処理のそれぞれの条件が設定される。
【００５５】
急冷処理においては、溶体化された銅合金を冷却速度1００〜１０００°Ｃ／秒で急冷する。徐冷処理では、銅合金を冷却速度１〜１０°Ｃ／秒で徐冷する。この加工及び熱処理した急冷材と徐冷材とを用い、急冷材及び徐冷材の引張強さ、０．２％耐力、伸び、Ｗ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒと厚さｔとの比Ｒ／ｔ、及び急冷材の０．２％耐力と徐冷材の０．２％耐力との差に基づく焼入れ感受性により品質評価を行う（図１のステップＳ８）。
【００５６】
急冷材と徐冷材との焼入れ処理をそれぞれ行い、急冷材の０．２％耐力と徐冷材の０．２％耐力との差が、｜（急冷材の０．２％耐力）−（徐冷材の０．２％耐力)｜≦５０ＭＰａの関係を満たすか否か、徐冷材の引張強さが８００ＭＰａ以上であるか否か、徐冷材の０．２％耐力が７７０ＭＰａ以上であるか否か、徐冷材のＷ曲げ試験で割れが発生しない曲げ最小半径Ｒを板厚ｔで除した値（Ｒ／ｔ）が１．０以下であるか否かをそれぞれ判断する。これらの条件を満足すれば、規模の大きな量産設備を用いて冷却速度が遅くなった場合でも、機械的特性や曲げ加工性、ばらつきの差が少なくなるため、製造設備毎のバラツキが少なくなる。
【００５７】
（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、以下の様々な効果を奏することができる。
（１）溶体化後の冷却速度に起因する機械的強度に左右されることなく、その機械的強度を小さく抑制することが可能となり、大規模な量産工程においても、小規模試作と同程度の機械的特性を得ることができる。
（２）上記（１）の格別な効果により、８００ＭＰａ以上の高い引張強さ、７７０ＭＰａ以上の高い０．２％耐力、及び優れた曲げ加工性を併せ持った電気・電子機器部品用の銅合金材を効果的に得ることができる。
（３）上記（１）及び（２）の格別な効果により、量産工程で発生しやすい銅合金材の表面部と芯部との冷却速度の違いによる機械的特性のバラツキを低減することができるようになり、安定した機械的特性を有する電気・電子機器部品用の銅合金材を効果的に得ることが可能となる。
（４）上記（１）及び（２）の格別な効果により、銅合金材を使用する電気・電子機器部品においては、小型化の対応が容易となり、設計の自由度を大幅に広げることができる。
（５）格別な製法や装置を用いることなく、従来の銅合金材と同等の製作コストで製造することができる。そのため、電気・電子機器部品に対する製造技術を安価に向上させることができるようになり、その発展に大きく寄与することが可能である。
【００５８】
なお、本発明は、上記実施の形態から当業者が容易に変更可能な技術的範囲をも当然に包含するものである。
【実施例】
【００５９】
以下に、本発明の更に具体的な実施の形態として、実施例及び比較例を挙げて詳細に説明する。なお、これらの実施例は、上記実施の形態の典型的な一例を挙げており、本発明は、これらの実施例及び比較例に限定されるものではないことは勿論である。
【００６０】
実施例１〜１２及び比較例１〜１１の銅合金材を以下に詳述する条件で製造し、得られた各銅合金材の組成について比較と評価を行った。表１に各銅合金材の組成を示す。表１において、不可避不純物はＣｕに含めて表記した。
【００６１】
［実施例１］
実施例１の銅合金材を製造するために、先ず、２．５質量％のＮｉ、０．６質量％のＳｉ、及び０．０５質量％のＭｇを含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金を、無酸素銅を母材にして高周波溶解炉（Ａｒ雰囲気）で溶製し、直径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのインゴットに鋳造した。得られたインゴットを９００°Ｃに加熱して押出加工（熱間加工）し、幅２０ｍｍ、厚さ８ｍｍとなる板状の銅合金を製作した。
【００６２】
この板状の銅合金を、０．２５ｍｍ程度の厚さまで冷間圧延（外部から熱を加えずに圧延）し、溶体化のために、８５０°Ｃ程度のソルトバスで１分間程度保持した。その後、銅合金を水冷（冷却速度５００〜１０００°Ｃ／秒）、あるいは空冷（冷却速度１〜１０°Ｃ／秒）することで、急冷材あるいは徐冷材を製作した。
【００６３】
次に、急冷材あるいは徐冷材に対して、厚さ０．２ｍｍ程度まで冷間圧延（外部から熱を加えずに圧延）を行った。このとき、材料には加工熱のみがかかっている。その後、急冷材あるいは徐冷材に４５０°Ｃ程度の温度で４時間程度保持する時効処理を行った。
【００６４】
以上のように製作された実施例１の銅合金材について、急冷材及び徐冷材の引張試験とＷ曲げ試験とを実施した。引張試験は、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した方法で行い、引張強さ、０．２％耐力、及び伸びを測定した。一方のＷ曲げ試験は、曲げ軸が銅合金材の圧延方向と平行になるように採取した試験片を用いて、ＪＩＳ Ｈ３１１０、ＪＩＳ Ｈ３１３０に準拠した方法で行い、その試験片の表面に割れが発生しない曲げ最小半径Ｒ（ｍｍ）と、その試験片の厚さｔ（ｍｍ）との比Ｒ／ｔで評価した。そして、急冷材の０．２％耐力から徐冷材の０．２％耐力を減算し、焼入れ感受性を評価した。
【００６５】
その結果、徐冷材の引張強さは８０３ＭＰａとなり、徐冷材の０．２％耐力は７７９ＭＰａとなり、徐冷材の伸びは７．２、Ｒ／ｔ＝０となった。急冷材の０．２％耐力と徐冷材の０．２％耐力との差は１１ＭＰａとなった。この実施の形態における初期の目的である焼入れ感受性に優れ、高い機械的強度、並びに良好な曲げ加工性を兼ね備えた銅合金材が得られた。急冷材及び徐冷材の引張強さ、０．２％耐力、及び伸びの測定結果と、Ｗ曲げ試験の評価結果とを表２にまとめて示す。
【００６６】
［実施例２〜１２］
表１に示す実施例２〜１２の銅合金材を、上記実施例１と同様の製法及び工程を用いて製作した。
【００６７】
実施例２〜５の銅合金材は、Ｎｉ／Ｓｉの質量比を４．０〜４．５の範囲でＮｉとＳｉとの添加量を変化させた一例を例示している。一方、実施例６の銅合金材は、Ｎｉ／Ｓｉの質量比を３．０８に変更した一例である。
【００６８】
実施例７及び８の銅合金材は、上記実施例２と同様にＮｉとＳｉとの添加量比を４とし、Ｍｇ添加量を０．０３に変更した一例を例示している。
【００６９】
実施例９の銅合金材は、Ｍｇに替えて０．０３質量％のＳｎを添加した一例を例示している。
【００７０】
実施例１０の銅合金材は、上記実施例２と同じ組成に０．２質量％のＭｎを更に添加した一例であり、実施例１１の銅合金材は、上記実施例１と同じ組成に０．２質量％のＡｇを添加した一例である。実施例１２の銅合金材は、上記実施例２と同じ組成に０．２質量％のＺｎを添加した一例を例示している。
【００７１】
以上のように製作された実施例２〜１２の銅合金材にあっても、上記実施例１と同様に、急冷材及び徐冷材の引張強さ、０．２％耐力、並びに伸びを評価するとともに、Ｗ曲げ試験の結果を評価した。表２において、実施例２〜１２の銅合金材の引張強さ、０．２％耐力、及び伸びの測定結果と、Ｗ曲げ試験の評価結果とをまとめて示す。
【００７２】
表２から明らかなように、実施例２〜１２の銅合金材のいずれも、本発明の初期の目的である焼入れ感受性に優れ、高い機械的強度と良好な曲げ加工性とを兼備した銅合金材料が得られることが分かった。
【００７３】
［比較例］
表１に示す比較例１〜１１の銅合金材を、上記実施例１と同様の製法及び工程を用いて製作した。これらの銅合金材についても、上記実施例１と同様に、急冷材及び徐冷材の引張強さ、０．２％耐力、並びに伸びを評価するとともに、Ｗ曲げ試験の結果を評価した。表２において、比較例１〜１１の銅合金材の引張強さ、０．２％耐力、及び伸びの測定結果と、Ｗ曲げ試験の評価結果とをまとめて示す。
【００７４】
［比較例１］
比較例１の銅合金材は、上記実施例２と同じ基本組成成分に、副成分であるＭｇを添加しない一例を例示している。表２から明らかなように、比較例１の銅合金では、上記各実施例と比較して、急冷材と徐冷材の０．２％耐力の差については、５０ＭＰａ以内となり、良好な値を示したが、十分な引張強さと０．２％耐力とが得られないということが分かった。
【００７５】
［比較例２及び３］
比較例２及び３の銅合金は、基本組成成分Ｓｉの添加量、及びＮｉ／Ｓｉ質量比が規定範囲を外れた一例を例示している。表２から明らかなように、比較例２及び３の銅合金材では、上記各実施例と比較して、急冷材と徐冷材の０．２％耐力の差については、５０ＭＰａ以内となり、良好な値を示したが、十分な引張強さと０．２％耐力とが得られないということが分かった。
【００７６】
［比較例４及び５］
比較例４及び５の銅合金は、上記実施例２と同じ基本組成成分に、副成分であるＭｇを規定範囲外の添加量で添加した一例である。表２から明らかなように、Ｍｇの添加量が比較例４のように少ないと、上記各実施例と比較して、（急冷材）と（徐冷材）の０．２％耐力の差分については、５０ＭＰａ以内となり、良好な値を示したが、一方、十分な引張強さと０．２％耐力とが得られないということが分かった。Ｍｇの添加量が比較例５のように多い場合には、急冷材の０．２％耐力と徐冷材の０．２％耐力とに大きな差が生じており、焼入れ感受性が良好とは言い難い。
【００７７】
［比較例６］
比較例６の銅合金は、上記実施例２と同じ基本組成成分に、副成分であるＳｎを規定範囲以下の添加量で添加した一例である。表２から明らかなように、急冷材と徐冷材の０．２％耐力の差については、５０ＭＰａ以内となり、良好な値を示したが、引張強さおよび０．２％耐力は良好な値を示すとは言い難い。
【００７８】
［比較例７］
比較例７の銅合金材は、上記実施例２と同じ基本組成成分に、副成分であるＳｎを規定範囲以上の添加量で添加した一例である。表２から明らかなように、引張強さ、０．２％耐力および急冷材と徐冷材の０．２％耐力の差について、良好であるとは言い難い。
【００７９】
［比較例８〜１１］
比較例８の銅合金材は、上記実施例２と同じ組成成分に、副成分であるＭｎを規定範囲以上の添加量で添加した一例を例示している。比較例９の銅合金材は、上記実施例１と同じ組成成分に、副成分であるＡｇを規定範囲以上の添加量で添加した一例である。比較例１０の銅合金材は、上記実施例２と同じ組成成分に、副成分であるＡｇを規定範囲以上の添加量で添加した一例である。比較例１１の銅合金材は、上記特許文献３を参考として試作した一例である。表２から明らかなように、比較例８〜１１の銅合金材のいずれも、焼入れ感受性が高くなり、徐冷材の０．２％耐力は、急冷材の０．２％耐力と比較して大きく低下していることが分かった。
【００８０】
（焼入れ感受性の低減と０．２％耐力のバラツキについて）
以下に、焼入れ感受性と０．２％耐力とについて、表２および表３に基づいて具体的に説明する。なお、表２および表３は、上記実施例及び上記比較例における０．２％耐力の典型的な一例を挙げており、本発明は、この実施例及び比較例に限定されるものではない。
【００８１】
先ず、表１および表２から分かるように、急冷材と徐冷材の０．２％耐力の差で評価される焼入れ感受性は、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、ＺｎおよびＡｇによって制御できることがわかる。すなわち、Ｓｎは０．０５質量％、Ｍｇは０．０３質量％、Ｍｎは０．７質量％、Ａｇは０．５質量％、Ｚｎは２．０質量％の上限をいずれか一つでも超えると、焼入れ感受性が高くなる。
【００８２】
表３は焼入れ感受性の違いによって、すなわち、急冷材と徐冷材の０．２％耐力の差の違いによって、時効処理後の同一銅合金材の０．２％耐力のばらつきが異なることを示している。以下、詳述する。
【００８３】
表３に例示した実施例７及び比較例５は、表１に示すように、同一の組成成分であるＮｉ、Ｓｉ、ＭｇをＣｕに添加したものであるが、比較例５の銅合金材では、Ｍｇの添加量が規定範囲を超えている。
【００８４】
これらの銅合金材を長手方向に１０箇所（Ｎ＝１０）サンプリングして引張試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に規定する引張試験に準じた条件により、それぞれの長手位置における０．２％耐力の測定を行なった。そして、０．２％耐力の平均値と、０．２％耐力の標準偏差を求めた。その結果を表３にまとめて示す。
【００８５】
表３から明らかなように、比較例５における銅合金の０．２％耐力の平均値は、実施例７の銅合金材のそれとほぼ同程度である。
【００８６】
しかしながら、実施例７の銅合金材は、焼入れ感受性が低く、０．２％耐力のバラツキ（標準偏差）が小さい。
【００８７】
一方、比較例５の銅合金材では、焼入れ感受性が高く、焼入れ感受性が低い実施例７の銅合金材と比較して、０．２％耐力のバラツキ（標準偏差）が大きい。
【００８８】
以上より、上記各実施例１〜１２のごとくＭｇ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｍｎの添加量を制御することで、焼入れ感受性を低く抑制し、同一材料内の０．２％耐力のバラツキを低減することができるということが確認できた。
【００８９】
【表１】
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【００９０】
【表２】
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【００９１】
【表３】
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【図１】
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