(57)【要約】【課題】４２Ｖ　などの高電圧でかつ大電流が流れるような自動車用電源の電気接続部品として、耐アーク溶損性に優れた銅合金材を提供することである。【解決手段】銅合金材を、Ｆｅ：０．０５　〜０．７％、Ｃｒ：０．１〜１．０％の一種または二種を含むとともに、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉを総量で０．５％以下に規制し、導電率が２８〜６４％　ＩＡＣＳの範囲とすることである。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：０．０５　〜０．７％　（質量％　、以下同じ）　、Ｃｒ：０．１〜１．０％の一種または二種を含むとともに、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉを総量で０．５％以下に規制した銅合金からなり、導電率が２８〜６４％ＩＡＣＳ　の範囲であることを特徴とする１４Ｖ　を超える高電圧電源に対する耐アーク溶損性に優れた銅合金材。
【請求項２】
前記銅合金材が電気接続部品用である請求項１に記載の１４Ｖ　を超える高電圧電源に対する耐アーク溶損性に優れた銅合金材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４２Ｖ（ボルト）　など、現行の１４Ｖ　を超える高電圧の電源に対する耐アーク溶損性に優れた銅合金材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境保護の観点から、低燃費車が指向される中で、自動車用電源の高電圧化が検討されている。現行の１４Ｖ　自動車用電源を例えば４２Ｖ　に高電圧化した場合、同じ電力を得るための必要電流は１／３　で済む。このため、自動車用電源を４２Ｖ　に高電圧化すれば、電源や端子等の電気接続部品を小型化でき、それだけで、自動車１　台当たり数十ｋｇ程度の軽量化が可能である。
【０００３】
但し、このような４２Ｖ　の高電圧化自動車用電源では、この用途に用いられる電気接続部品にとって、新たな問題が生じる。即ち、誤って、電気接続部品同士を挿入または引き抜き、あるいは電気回路をＯＮ−ＯＦＦした場合などに、電気接続部品間同士でアーク（放電）がより生じやすくなる。この際、例えアークが発生しても、電流が小さければ大きな問題とはならない。
【０００４】
しかし、例えばイグニッションなど、最大で１００　Ａ　（アンペア）　のような大電流が流れるような大電流電気接続部品では、このアークが発生した場合、電気接続部品や内部の回路が溶損してしまい、交換せざるを得なくなる。したがって、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源の電気接続部品に対しては、このようなアークが発生しても溶損しにくい、耐アーク溶損性に優れた銅合金材が求められる。
【０００５】
現行の１４Ｖ　自動車用電源に対する電気接続部品としては、Ｃｕー３０％Ｚｎ　、りん青銅、脱酸銅、ＯＦＣ　、ＣｕーＦｅーＰ　等の各種銅合金材が使用されている。また、Ａｇを０．０１〜０．３　％　、Ｆｅを０．０２〜０．０５　％、Ｐ　を０．００５　〜０．０２　％含むとともに、ＦｅとＰ　との含有割合を特定範囲に制御することにより、耐アーク性を改善させる銅合金材なども提案されている　（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−６４７４０公報（第１〜２頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源の電気接続部品として使用された場合、これら銅合金材は、前記アークが発生した場合に、いずれも溶損しやすいという大きな欠点を持つ。即ち、４２Ｖ　の高電圧自動車用電源では、その大電流化とともに、銅合金材に要求される耐アーク性のレベルは、電圧と電流との差による相乗効果によって、現行の１４Ｖ　自動車用電源に比して、桁外れに高くなり、前記従来の銅合金材では、アークが発生した場合に、簡単に溶損してしまう。
【０００８】
前記した通り、自動車用電源の４２Ｖ　への高電圧化は検討され始めたところであり、これに対して、前記アーク溶損性に対して優れた銅合金材は、今だ開発途上にあり、実用化されたものは今だ無い。
【０００９】
このような状況下で、本出願人は、先に、特願２００２−１８７４７号等で、４２Ｖ　の高電圧自動車用電源の電気接続部品として、Ｆｅ：１．６〜２．４％を含み、９０％　以上の銅からなるとともに、導電率が２０〜５０％ＩＡＣＳ　、硬度が４．９Ｎ荷重のビッカース硬度がＨｖ１００　以上であり、酸化層の厚さが０．１　μｍ　以下であるような銅合金材を提案した。
【００１０】
しかし、このような銅合金材であっても、前記公知の銅合金材よりは耐アーク溶損性に優れるものの、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源の電気接続部品として使用された際、前記アークが発生した場合に、やはり耐アーク溶損性が不十分であるという限界を持つ。
【００１１】
また、本発明者らの知見によれば、タフピッチ銅や無酸素銅（ＯＦＣ）　などの、銅の純度が９９．９％　以上の純銅は耐アーク溶損性に優れる。しかし、これら純銅は強度や硬度が低く、例えば、イグニッションコイルの回路の開閉を行うイグニッションスイッチなど、耐磨耗性やしゅう動性あるいは強度も要求されるような電気接続部品としての実際の使用には適さない。
【００１２】
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、４２Ｖ（ボルト）　など、１４Ｖ　を超える高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源の電気接続部品として、耐アーク溶損性に優れた銅合金材を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明１４Ｖ　を超える高電圧電源に対する耐アーク溶損性に優れた銅合金材の要旨は、Ｆｅ：０．０５　〜０．７％　（質量％　、以下同じ）　、Ｃｒ：０．１〜１．０％の一種または二種を含むとともに、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉを総量で０．５％以下に規制した銅合金からなり、導電率が２８〜６４％ＩＡＣＳ　の範囲とすることである。
【００１４】
本発明者らの知見によれば、Ｆｅ乃至Ｃｒを含有する銅合金材が、４２Ｖ（ボルト）　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源において、耐アーク溶損性に優れる。しかし、これらＦｅ乃至Ｃｒは、銅合金中に析出させると、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源において、耐アーク溶損性が格段に劣る。これに対し、比較的低い含有量でＦｅ乃至Ｃｒを銅合金中に固溶させてやれば、前記耐アーク溶損性に優れる。
【００１５】
このＦｅおよびＣｒの固溶状態は、実際に銅合金材のミクロ組織観察により判別しても良いが煩雑となる。本発明銅合金材ではＦｅおよびＣｒのみが主要な合金元素であるので、ＦｅおよびＣｒの固溶状態は、銅合金材の導電率で判別できる。即ち、導電率が６４％ＩＡＣＳ　以下であれば、実際に銅合金材のミクロ組織的な観察をして、固溶や析出の判別をせずとも、ＦｅおよびＣｒが実質的に固溶していると見なせる。また、製造方法によって、熱延上がり状態など、積極的にＦｅおよびＣｒが固溶する条件で熱間加工や熱処理を受けた状態や、その後に加工や熱処理を受けても、これらが積極的にＦｅおよびＣｒが析出する条件では無い条件で受けた後の状態では、導電率が６４％ＩＡＣＳ　以下となり、ＦｅおよびＣｒが実質的に固溶していると見なせる。一方、析出焼鈍工程などの、積極的にＦｅおよびＣｒの析出物を析出させる条件での処理を受けている場合には、導電率が６４％ＩＡＣＳ　を越え、ＦｅおよびＣｒが実質的に析出していると見なせる。
【００１６】
したがって、本発明銅合金材の実際の銅合金材の組織としては、含有するＦｅおよびＣｒが１００％固溶しているような状態も含むが、含有するＦｅおよびＣｒが主として固溶している一方で、含有するＦｅおよびＣｒの一部が析出しているような状態も含む。
【００１７】
また、本発明で言う高電圧電源とは、現状の１４Ｖ　電圧を超える高電圧であって、前記した通り、現状の１４Ｖ　電圧電源における耐アーク溶損性のレベルに比して、著しく高い耐アーク溶損性が要求されるような、例えば２８Ｖ　や４２Ｖ　などの高電圧電源を言う。したがって、本発明で言う高電圧電源には、現状の１４Ｖ　電圧は含まない。更に、本発明で言う銅合金材とは、圧延、押出、鍛造等の塑性加工を受けて、板材、形材、管材、線材、鍛造材などとされた所謂伸銅品のことを言い、焼鈍などの適宜の調質処理を必要に応じて施されたものを言う。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明銅合金材の要件および製造方法について、以下に詳しく説明する。なお、以下の説明は主として４２Ｖ　の高電圧電源における耐アーク溶損性などを対象に説明するが、例えば２８Ｖ　など、４２Ｖ　以下の高電圧電源における耐アーク溶損性にも同様のことが言える。
【００１９】
本発明銅合金材の銅合金組成は、Ｆｅ：０．０５　〜０．７％、Ｃｒ：０．１〜１．０％の一種または二種を含むとともに、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉを総量で０．５％以下に規制したものからなる。具体的には、この残部がＣｕのみ、あるいは残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金からなることが好ましい。前記規定した各元素につき以下に詳しく説明する。
【００２０】
Ｆｅ：０．０５〜０．７％　（質量％　、以下同じ）
銅合金中に固溶して含有されるＦｅは、銅合金材の耐アーク溶損性を高め、２Ｖの高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源においてアークが生じても、アークによる銅合金材の溶損を抑制する。この効果は、Ｆｅが固溶して初めて発揮され、析出していては発揮されない。この効果は、Ｆｅの０．０５％　以上の含有によって発揮され、０．０５％　未満の含有では発揮されない。また、Ｆｅの０．０５％　未満の含有では自動車用電源の電気接続部品として硬度や強度が不足する。一方、Ｆｅを０．７％を越えて含有した場合、製造条件によっては、Ｆｅの多くが析出しやすくなる。更に、ＣｕーＦｅ系等の各種銅合金材で通常含有されるような含有量レベルと同じとなり、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源において、耐アーク溶損性が格段に低下する。したがって、Ｆｅは０．０５〜０．７％の範囲で含有させる。
【００２１】
Ｃｒ：０．１　〜１．０％
銅合金中に固溶して含有されるＣｒは、Ｆｅと同様、銅合金材の耐アーク溶損性を高め、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源においてアークが生じても、アークによる銅合金材の溶損を抑制する。この効果は、Ｃｒが固溶して初めて発揮され、析出していては発揮されない。この効果は、０．１％以上の含有によって発揮され、０．１％未満の含有では発揮されない。また、Ｃｒの０．１％未満の含有では自動車用電源の電気接続部品として硬度や強度が不足する。一方、Ｃｒを１．０％を越えて含有した場合、製造条件によっては、Ｃｒの多くが析出しやすくなる。更に、ＣｕーＣｒ系等の各種銅合金材で通常含有されるような含有量レベルと同じとなり、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源において、耐アーク溶損性が格段に低下する。したがって、Ｃｒは０．１　〜１．０％の範囲で、Ｆｅに代わって、あるいはＦｅとともに含有させる。
【００２２】
Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉを総量で０．５％以下
Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉ等は、スクラップ等の溶解原料から混入しやすい不純物元素である。この内、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎは、低融点金属元素であり、２Ｖの高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源においてアークが生じた場合には、アークによる銅合金材の溶損を助長する。また、Ｓｉも大きな抵抗を銅合金材に付与するため、前記したアークが生じた場合には、アークによる銅合金材の溶損をやはり助長する。したがって、これらの元素含有量は極力少なくする必要があり規制する。ただ、不純物元素量低下のための製造コストとの兼ね合いもあるので、これらの元素の総量で０．５％までは許容し、総量で０．５％以下に規制する。
【００２３】
この他脱酸剤などとして不可避的に混入されるＰ　は、０％を含んで、０．０４％　以下の含有まで許容される。この他Ｐｂ、Ｎｉ等を含め、その他の元素は、本発明では不純物として扱われ、できるだけ少ない方が好ましい。したがって、本発明銅合金材の好ましい成分組成は、Ｆｅ：０．０５　〜０．７％、Ｃｒ：０．１〜１．０％の一種または二種を含む一方、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉを総量で０．５％以下に規制した、残部銅および不可避的不純物からなるものである。
【００２４】
導電率が２８〜６４％ＩＡＣＳ
前記した通り、ＦｅおよびＣｒの固溶状態によって、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源における耐アーク溶損性が左右される。また、製造条件によっても、ＦｅおよびＣｒの固溶、析出状態が変化する。したがって、このＦｅおよびＣｒの固溶状態を判別する指標、手段として銅合金材の導電率（上限値６４％ＩＡＣＳ　）を用いる。本発明銅合金材は、ＦｅおよびＣｒのみが主要な合金元素であるので、ＦｅおよびＣｒの含有量が多いほど、あるいは固溶Ｆｅおよび固溶Ｃｒが増すほど銅合金材の導電率は低くなる。一方、ＦｅおよびＣｒの含有量が少ないほど、あるいはＦｅおよびＣｒの析出物量が増すほど、銅合金材の導電率は高くなる。この点、導電率が２８％ＩＡＣＳ　未満では、ＦｅおよびＣｒの含有量自体が多すぎるため、高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源においてアークが生じても、アークによる銅合金材の溶損を抑制する効果が発揮されない。一方、導電率が６４％ＩＡＣＳ　を越えると、含有されたＦｅおよびＣｒが実質的に析出するか、含有されたＦｅおよびＣｒの含有量自体が不足しており、固溶Ｆｅおよび固溶Ｃｒが不足し、やはり、前記アークによる銅合金材の溶損を抑制する効果が発揮されない。
【００２５】
以下に、本発明銅合金材の製造方法につき説明する。
本発明銅合金材は常法により圧延、押出、鍛造等の塑性加工を受けて、板材、形材、管材、線材、鍛造材などとされた所謂伸銅品として製造できる。例えば、板の場合、熱間圧延ー中間圧延ー中間焼鈍ー酸洗研磨ー仕上げ　（冷間）　圧延ー仕上げ焼鈍などの工程で製造できる。但し、本発明では、ＦｅおよびＣｒを実質的に固溶させるための、好ましい条件がある。即ち、通常の熱延上がりなどの、熱間加工上がり状態や、その後のＦｅおよびＣｒを実質的に固溶させる熱処理状態などが好ましい。
【００２６】
熱間圧延などの熱間加工は、ＦｅおよびＣｒを実質的に固溶させるために、放射温度計などで測定した圧延材表面温度が６５０　℃以上で圧延　（加工）　を終了し、圧延（　加工）　終了後直ちに圧延材を水中投入、水シャワー等で常温付近まで強制的に冷却することが好ましい。前記圧延　（加工）　終了温度が低くなる、あるいは圧延（　加工）　終了後に放冷、空冷などの徐冷を行うと、固溶していたＦｅおよびＣｒが析出する可能性が高い。このため、導電率が６０％ＩＡＣＳ　を越え、固溶Ｆｅおよび固溶Ｃｒが不足し、前記アークによる銅合金材の溶損を抑制する効果が発揮されない可能性が高い。
【００２７】
必要により行われる中間焼鈍は、仕上げのための冷間圧延　（冷間加工）　を容易にして、機械的な性質を安定、向上させる。ただ、従来のＦｅ乃至Ｃｒ含有銅合金のように、４００　〜６００　℃×１　〜数時間の焼鈍を行うと、固溶していたＦｅおよびＣｒが析出する可能性が高い。このため、還元雰囲気や大気との接触を遮断した塩浴中などで、実体温度が７００　〜９００　℃となるような高温で短時間の焼鈍を行うことが好ましい。冷間圧延　（冷間加工）　は銅合金板　（銅合金材）　を所望の板厚　（肉厚、形状）　とするとともに、銅合金板　（銅合金材）　の加工硬化による強度の上昇が図れる。この加工硬化による強度上昇量は、冷間加工率で調整できる。
【００２８】
必要により行われる仕上げ焼鈍は、圧延　（加工）　での歪み除去を主目的に行われるが、ここでも、固溶していたＦｅおよびＣｒを析出させない条件を選択することが好ましい。このため、例えば、還元雰囲気や大気との接触を遮断した硝石炉中などで、４００　〜６００　℃で数十秒保持するような焼鈍を行うことが好ましい。また、２５０　〜３００　℃に炉温設定したオーブン中で１　時間程度保持するような低温焼鈍を行っても良い。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。表１　に示す、１　〜１２までの各成分組成を有する各鋳塊を９７０　℃で１　時間保持後、熱間圧延して厚さ１５ｍｍの銅合金板とした。熱間圧延は、圧延材表面温度が６５０　℃以上で熱間圧延を終了し、その後直ちに圧延材を水シャワーで常温付近まで冷却するような、ＦｅおよびＣｒが固溶する同じ条件で行った。その後、中間焼鈍無しで冷間圧延し、０．３ｍｍ　厚みの銅合金板とし、供試材とした。
【００３０】
これら供試材の、導電率　（％ＩＡＣＳ　）　、耐アーク溶損性を測定、評価した。これらの結果を表２　に示す。表２　には、表１　の合金番号を合わせて記載する。なお、表２　の比較例１３、１４は、発明例２　、５　の銅合金板に対し、更に、５５０　℃×２　時間の人工時効硬化処理を行い、固溶していたＦｅおよびＣｒを敢えて析出させたものである。
【００３１】
供試材の導電率　（％ＩＡＣＳ　）　は、横川電機性ダブルブリッジ５７５２を用い、ＪＩＳ　Ｈ０５０５　に準拠して測定した。
【００３２】
耐アーク溶損性の評価は、同一寸法（０．３ｍｍｔ　×１０ｍｍｗ　×３０ｍｍｌ）に切り出した４　枚の各供試材　（裸材）　に対し、同じ曲げ半径Ｒ　＝　０　ｍｍの９０°曲げ加工を施し、クロスバー状に点接触する接点を、同種供試材同士で各２　組（２枚１　組）　構成し、１　組をストローク設定用接点、他の１　組を特性試験用接点とする。特性試験は、島津製作所製接点耐久装置　ＥＮＴー１５０　を用い、一方の接点を固定し、もう一方の接点を押しつけ、荷重測定用のロードセル先端に取り付け、この接点同士を押しつけ最大荷重が１．４７　Ｎ　（１５０ｇ）　となるよう突き合わせて接触させる。これはイグニッション接点を完全に接合した状態を想定している。
【００３３】
この接点同士を閉回路でつなぎ、４２Ｖ　の電圧を付加した上で、５Ａの電流を流しつつ、５０ｍｍ／ｓｅｃの速度で接点同士を開離する。この接点開離動作（ＯＮ　ーＯＦＦ　動作）　を１０回繰り返し、発生した定常アーク（放電）の持続時間を電圧／電流曲線の変化から計測し、これを前記試験時間（回数）内で各々積分した値をアークエネルギー（Ｊ）　とした。なお、前記試験電流を５Ａと低めにしたのは、アークエネルギーの差で耐アーク溶損性を評価するためであり、前記試験電流を実際に汎用が想定されるような３０〜５０Ａ　とすれば、多くの試験接点が溶損してしまい、アークエネルギーの差で評価できなくなるためである。
【００３４】
但し、このアークエネルギーの絶対値自体は測定条件が変わると変化しやすいため、耐アーク溶損性の評価は、同じ条件で測定したタフピッチ銅　（純度９９．９％　以上）　を基準とする相対評価とした。即ち、このタフピッチ銅のアークエネルギーに対し、アークエネルギーが大きいものほど溶けやすく、耐アーク溶損性が低いと評価し、表２　に記載のように×と評価した。一方、このタフピッチ銅のアークエネルギーに対し、アークエネルギーが同等か低いものほど溶けにくく、耐アーク溶損性が高いと評価し、表２　に記載のように○と評価した。なお、この基準となるタフピッチ銅は、前記した通り、耐アーク溶損性には優れるものの、強度や硬度が低く、電機接続部品用途には不適である。なお、前記アークエネルギーの測定は、室温２５°Ｃ　、湿度６０％Ｒ．Ｈ．（相対湿度）　の一定条件とした。
【００３５】
前記試験における定常アークは、目視でも確認できるし、前記４２Ｖ　の電圧と５Ａの電流との電圧／電流曲線の変化から判別される。これは、より低い電圧で生じる、間欠放電や金属相アークなどとは区別され、本発明で問題とする実際の４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源の電気接続部品におけるアークにより近い現象となる。
【００３６】
表１　、２　から明らかな通り、Ｆｅ：０．０５　〜０．７％、Ｃｒ：０．１〜１．０％の一種または二種を含むとともに、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉを総量で０．５％以下に規制し、導電率が２８〜６４％ＩＡＣＳ　の範囲で、これらＦｅおよびＣｒが銅合金中に適量含まれるとともに、固溶されている発明例１　、２　、４　、５　、６　、８　、９　、１０は耐アーク溶損性が比較的高い。また、これら銅合金材は、ＦｅやＣｒを含有するため、上記冷間圧延での加工硬化とも相まって、電気接続部品として必要な強度や硬度も満たしており、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源の電気接続部品に適用が可能である。
【００３７】
これに対し、Ｆｅ乃至Ｃｒの含有量が、Ｆｅ：０．７％　、Ｃｒ：１．０％　の各々上限を越える比較例３　、７　は、発明例に比して導電率が低く、耐アーク溶損性が劣る。
【００３８】
また、不純物である、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉの総量が０．５％を越える比較例１１、１２は、特に、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｉの総量が０．５％である発明例１０に比して、耐アーク溶損性が劣る。
【００３９】
更に、Ｆｅ乃至Ｃｒの含有量が各々本発明範囲内である銅合金２　、５　を用いた、比較例１３、１４は、人工時効硬化処理によって、Ｆｅ乃至Ｃｒが析出している。このため、特に、同じ銅合金材２　、５　を用いた発明例２　、５　に比して、導電率が高すぎ、耐アーク溶損性が劣る。
【００４０】
したがって、これらの結果から、４２Ｖ　の高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源の電気接続部品としての、耐アーク溶損性に優れるための、本発明各要件の臨界的な意義が分かる。また、４２Ｖ　の高電圧でのこれら優れた耐アーク溶損性の結果から、この４２Ｖ　以下の２８Ｖ　などの高電圧であって、４２Ｖ　ほどには耐アークが厳しくない高電圧であっても、本発明銅合金材は、耐アーク溶損性が優れていることが分かる。
【００４１】
【表１】
2004100024.tif 000002
【００４２】
【表２】
2004100024.tif 000003
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、４２Ｖ　など、１４Ｖ　を超える高電圧で、かつ大電流が流れるような自動車用電源の電気接続部品として、耐アーク溶損性に優れた銅合金材を提供することができる。したがって、銅合金材の用途の拡大を図ることができる点で、多大な工業的な価値を有するものである。