(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、Ｓｎ（スズ）９〜１１重量％，Ｎｉ（ニッケル）０．２０〜０．３０重量％，Ｐ（リン）０．１０〜０．３０重量％と、合計重量１００％の残部がＣｕ（銅）及び不可避的不純物とにより成るコネクター用銅基合金板の製造方法であって、
１）前記化学組成を有する鋳塊を連続鋳造によって得る工程、
２）前記鋳塊を６５０〜７５０℃の温度で５〜１５時間拡散焼純する工程、
３）前記拡散焼純した鋳塊を面削した後、６１〜８５％の率で初期圧延する工程、
４）得られた板材を３５０〜５００℃の温度で３〜１０時間中間焼純する工程、
５）得られた板材を６１〜８５％の率で中間圧延又は最終圧延する工程、
６）焼鈍及び冷間圧延を４）及び５）の条件で１〜３回繰返す工程、
７）得られた冷延材をプレス加工幅にスリット後、最終焼純として、再結晶が起こらないように３００〜５００℃で３０〜３００秒の時間で、２〜１０Ｋｇ／ｍｍ２の張力を長手方向に加えながらテンションアニール処理（ＴＡ）を施すことにより、結晶粒度を３μｍ以下にし、かつスリット歪みを無くする工程、
の各工程を１）〜７）の順序で行うことを特徴とするコネクター用銅基合金板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近代産業の花形として、情報機器類特に、携帯電話やパソコンなどモバイル関連機器、電子部品、自動車、家電品、精密機械等に使用され、先端技術材料の王座を占めるに到った各種コネクターに重用される、新規な銅合金板に関する。具体的には本発明は、高強度、高バネ性と優れた曲げ加工性を有するコネクター用新規銅合金板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コネクター用銅基合金板の従来技術の一般的水準は、凡そ次の通りである。例えば、電子機器装置の内部実装は、ＩＣ，ＬＳＹ，ＶＬＳＩへの急速な高集積化に伴って高密度化され、それに必要なコネクターやＩＣソケットもますます多機能化、及び高信頼性化が要求されている。また、車の電気配線もますます高密度化されており、軽量化の要求もあり、これに用いるコネクターも多機能化、高信頼性、小型化が進んでいる。現状の具体的技術では、ターミナルと電線の接続は、高密度化による電線本数の増加に対して、結線の合理化について、圧接が採用され、ターミナルに用いる材料は、強度、バネ性が大きいことが必要であると同時に複雑な加工にも耐える成型加工性も必要である。また、ＩＣソケットは集積度の向上により、ピン数が増加し、実装方式も変化しており、これを構成する材料も強度、高バネ性と共に更に高度の加工性が要求されている。そのため、前記のような用途のコネクター用材料としては、リン青銅や高機能リン青銅ペリリウム銅、チタン銅が用いられた。ところが、リン青銅は圧接型コネクターとして使用するには強度弾性が十分ではない。このためこの種の用途には、最近ペリリウム銅、チタン銅が使用されている。
【０００３】
コネクター用銅基合金板として多く用いられた材料としてはリン青銅特にＪＩＳ−Ｃ５２１０がある。その化学組成は重量％でＳｎ７〜９，Ｐ０．０３〜０．３５，Ｃｕと不可避的不純物の合計１００であるバネ用リン青銅（Ｃ５２１０）。リレースイッチなどのバネ性、曲げ加工性を要求される用途に高機能リン青銅（ＫＡ８２５と記した）が用いられている。その化学組成は重量％でＳｎ７．５〜８．５，Ｎｉ０．２〜０．３，Ｐ０．０３〜０．３５，Ｃｕと不可避的不純物の合計１００である。それらの曲げ加工性は、図２の曲線ＢＷ（ＢＷはＢａｄＷａｙを意味して試験片が圧延方向に平行である），ＧＷ（ＧＷはＧｏｏｄＷａｙを意味して試験片が圧延方向に直角である）に示すごとくであり、曲げ加工性を引張強さ（Ｎ／ｍｍ2）に対する許容曲げ半径（曲げ半径／板厚の比）で表した。この値が右下にあるほうが安全によく曲がることを意味している。換言すれば、この従来技術の材料はこれらの線から下のＲ／ｔ比で曲げれば、この材料は破壊することを意味している。例えば、その限界は、ＫＡ８２５でも引張強さが７００Ｎ／ｍｍ2で、Ｒ／ｔ比はＢＷで０．８，７５０Ｎ／ｍｍ2では２．０である。引張強さの限界はＫＡ８２５でＧＷの曲線で最高値９００Ｎ／ｍｍ2で表わされている。これ以上の強度は得られないことを意味している。高機能リン青銅ＫＡ８２５はバネ用リン青銅Ｃ５２１０に比較してＢＷ，ＧＷ曲線ともに右下に位置している。即ち、ＫＡ８２５はＣ５２１０に比べて高い強度と曲げ加工性を持っているといえる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、これら従来技術のコネクター製品の性能では、最新の電子機器装置の内部実装に対しては、特に曲げ加工性の面で、機器の小型化のためには、十分ではない。即ち、前記のＲ／ｔの性能の限界が、機器の小型化のネックになるから、この水準のままでは、現在以上に電子機器類を超小型化することができない。従って、コネクター用材料の曲げ性能を従来よりも一段と向上させ、前記のＲ／ｔを更に小さくしても破壊しない材料を開発することが、本発明において解決すべき課題となるものである。更にこの課題を具体的に説明する。即ち、前記ベリリウム、チタン等を用いたものについては、ベリリウム銅、チタン銅はそれらの強度と弾性を持たせるためには、８００℃以上の高温度での溶体化処理と再結晶化熱処理が必要である。そのため、工程が高コストとなり、経済性の面で問題がある。更に、強度と弾性を持たせるためには、プレス成型加工後３００℃〜３５０℃で時効処理を行う場合もあるので、工程が複雑で高コストとなるから、やはり経済性の面で欠点がある。
【０００５】
前記のような諸問題を解決すべく本出願人は、先ず、古くから知られているリン青銅に少量のＮｉを添加したＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ−Ｐ系銅合金に着目して、１９９０年に、Ｓｎ８〜９％、Ｎｉ０．１〜０．３５％、Ｐが０．０３〜０．３５％、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる高機能リン青銅（ＫＡ８２５）を開発した。この合金の強化機構は、Ｃｕ中へのＳｎ及びＮｉの固溶強化とＮｉとＰの化合物の形成による分散強化及び冷間圧延による加工硬化の組合せによるものである。然し乍ら、この合金も前記最新の電子機器用コネクター用材料としては、十分ではなかった。従って、上述のように、部品の小型化に伴い、材料は高強度であり、かつ曲げ加工性も要求されるようになっているが、元来高い曲げ加工性を有する高機能リン青銅（ＫＡ８２５）の更なる強度の向上と曲げ加工性の飛躍的な向上が各方面から望まれている。そこで本発明は前記コネクター用銅基合金の諸問題点を解決改良して、画期的新規なる銅基合金を創始提供することをその課題とし目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため次の手段を開発した。即ち、曲げ加工性に優れ高強度銅基合金の新規な製造方法を提供するものである。その特徴は、化学組成が、Ｓｎ（スズ）９〜１１重量％，Ｎｉ（ニッケル）０．２０〜０．３０重量％，Ｐ（リン）０．１０〜０．３０重量％と、合計重量１００％の残部がＣｕ（銅）及び不可避的不純物とにより成るコネクター用銅基合金板の製造方法であって、
１）前記化学組成を有する鋳塊を連続鋳造によって得る工程、
２）前記鋳塊を６５０〜７５０℃の温度で５〜１５時間拡散焼純する工程、
３）前記拡散焼純した鋳塊を面削した後、６１〜８５％の率で初期圧延する工程、
４）得られた板材を３５０〜５００℃の温度で３〜１０時間中間焼純する工程、
５）得られた板材を６１〜８５％の率で中間圧延又は最終圧延する工程、
６）焼鈍及び冷間圧延を４）及び５）の条件で１〜３回繰返す工程、
７）得られた冷延材をプレス加工幅にスリット後、最終焼純として、再結晶が起こらないように３００〜５００℃で３０〜３００秒の時間で、２〜１０Ｋｇ／ｍｍ２の張力を長手方向に加えながらテンションアニール処理（ＴＡ）を施すことにより、結晶粒度を３μｍ以下にし、かつスリット歪みを無くする工程、
の各工程を１）〜７）の順序で行うことを特徴とするコネクター用銅基合金板の製造方法であることである。
【０００７】
次に本発明の各成分及び製造条件の限定理由を述べる。ＳｎはＣｕの中への固溶硬化により強度が計れるものであり、連続鋳造した時、銅中の拡散速度が遅くて偏析を起こしている。そのため、６５０℃〜７５０℃の温度で拡散焼純を行うことで結晶の均一化を行う必要がある。ＳｎはＣｕ中への固溶硬化により強度、バネ特性を向上させるために添加するものであり、その含有量は本発明では特に９〜１１％である。９％未満では前述の効果が期待できず、曲げ加工性も悪い。
１１％を超えると加工工程で問題があり初期圧延で割れが生じるためである。
【０００８】
ＮｉはＣｕ中への固溶硬化と結晶微細化に効果があり、強度、バネ特性を向上させるために添加するものであり、ＮｉもＳｎと同じように、連続鋳造を行った時Ｃｕ中のＮｉの拡散速度が遅くて偏析を起す。Ｎｉの添加量は０．１０〜０．３０％であり、０．１％未満では前述の効果が期待できず、０．３０％を超えると異相を生じ加工性を著しく低下させ、３０％の初期圧延率でも割れが生じることと、その後の６０％を超える加工率で冷間圧延を行うことが困難である。
【０００９】
ＰはＣｕ中への固溶硬化と脱酸効果があり、Ｎｉと化合物を形成して、分散強化に効果がある。その添加量は０．１〜０．３％であり、０．１％未満では前述の効果が無い。０．３％を超えると、加工工程に問題があり、初期圧延で割れが発生する。
【００１０】
本発明合金は前記組成範囲の合金を連続鋳造した鋳塊の拡散焼純を６５０℃〜７５０℃で５〜１５時間行って冷間加工できるＮｉ．Ｐ及びＳｎが固溶した組織に変える。６５０℃未満では均一な組織に変えるには長時間かかる。７５０℃を超えると不活性ガス中に混在する水分、酸素分子の合金中への拡散が進み、面削量が増加する。
【００１１】
次いで連続鋳造、それにつずく拡散焼純で形成された表面偏析を取り除くため面削を行う。この場合通常０．５ｍｍ前後の面削を行う。
【００１２】
次いで、６１〜８５％の初期圧延を行う。６１％未満では圧延組織が均質化せず、引きついで行う焼純処理においても圧延組織が均質化できない。また、８５％を超えると加工硬化が進み割れが発生する。
【００１３】
次いで、３５０℃〜５００℃で３〜１０時間焼純を行う。３５０℃未満では均質組織を得るのに長時間がかかる。また、５００℃を超えると結晶粒の成長があり、最終焼純での製品の結晶粒度に影響を及ぼし、製品の曲げ加工性が低下する。
【００１４】
次いで、中間圧延を６１〜８５％の圧延率で行う。６１％未満では圧延組織が均質化せず続いて行う焼純で均一な焼純組織が得られない。８５％を超えると加工硬化が進み加工性を著しく低下させる。
【００１５】
次いで、３５０℃〜５００℃で３〜１０時間焼純を行う。範囲を限定する理由は前記と同じである。
【００１６】
次いで、最終圧延を６１〜８５％の圧延率で行う。最終圧延率は強度と曲げ性を決める支配的要因である。６１％未満では高い強度と曲げ性が得られない。８５％を越えると加工硬化が進み割れが発生する。
【００１７】
０．１５ｍｍ以下の厚み、３０ｍｍ以下の幅でプレス加工されるケースが多いためプレス幅にスリット後の均質、かつ平坦度の良好な製品が求められる。最後に最終低温焼純をスリット幅にスリット後３００℃〜５００℃で３０〜３００秒の時間で再結晶化が起らないように２〜１０Ｋｇｆ／ｍｍ2の張力を長手方向に加えながらテンションアニール処理を施す。これにより、バネ限界値の回復ができ、スリッター後の端部に生ずるスリット歪みのない結晶粒度３μ以下の均質、かつ平坦度の良好な製品を得ることができる。
【００１８】
（実施例）
表１の化学組成を有する鋳塊幅３１５ｍｍ、厚み１６ｍｍのインゴットを連続鋳造を行って得た。鋳造インゴットは６８０〜７００℃で１０時間Ｎ2中で焼純した。表面偏析を取り除くため上下０．５ｍｍ面削した。１６ｍｍ厚みの板材を加工硬化で割れが発生しない条件で初期圧延を行った。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
前記の結果を表３に示した。６１〜８５％の圧延率で初期圧延のできる化学組成は本発明組成の範囲にあるＮｏ．１，２，３とＮｏ．４，５，６であった。Ｎｏ．７，８の組成は３０〜４０％が限度であった。Ｎｏ．１〜６の素板材を６１〜８５％の率で初期圧延をした。この圧延材をＮ2／Ｈ2の混合気流中で３５０℃から５００℃で３〜１０時間の中間焼純を行った。得られた板材の初期圧延を６１〜８５％の率で行った。得られた板材を前記と同様に中間焼純した。その後６１〜８５％の圧延率で中間圧延した。得られた板材を前記同様に焼純して前記と同様に最終圧延した。得られた板材を２８ｍｍ幅にスリット後３５０〜５００℃Ｎ2／Ｈ2混合気流中で３０〜３００秒間２〜１０Ｋｇｆ／ｍｍ2の張力を長手方向に加えてテンションアニーリング（ＴＡ）した。初期圧延以降の製造条件を表２に示した。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
【表３】
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【００２３】
各試験材の引張強さ、ヤング率、導電率、バネ限界値、９０度Ｗ曲げ加工試験、結晶粒度の測定を行った。引張り強さ、導電率、バネ限界値の測定は、夫々ＪＩＳ−Ｚ−２２４１，ＪＩＳ−Ｈ−０５０５，ＪＩＳ−Ｈ−３１３０に準拠した。９０度Ｗ折り曲げ加工試験はＪＩＳ−Ｚ−２２４８に準拠し、中央部山表面の状況を調べ、割れ、シワの発生が無い許容曲げ半径（Ｒ／ｔ）で示した。結晶粒度はＪＩＳ−Ｈ−０５０１に準拠した。結果を表３に示した。本発明の合金は比較合金に比べて、はるかに高い強度、弾性、バネ性を持っている。導電率は１１％ＩＡＣＳを示した。結晶粒度が３μと小さい。そのため、例３から明らかなごとく許容曲げ半径の値が略同一引張強度を有する比較合金４と比べてはるかに低い値を示した。即ち、本発明合金は高強度、高弾性でありながら、曲げ加工性が良好である。表１のＮｏ．１合金と比較合金Ｎｏ．４合金の引張強度と許容曲げ半径（Ｒ／ｔ）の関係を図１に示した。本発明の合金が比較合金に比較して、はるかに曲げ加工性が優れていることがわかる。本発明の合金が高強度、高弾性でありながら曲げ加工性が良いのは、Ｓｎ、Ｎｉ，Ｐの最適添加量と高い率での加工硬化の組合せと高い加工のできる温度範囲の確立及びスリット後に行うテンションアニーリング条件の確立により結晶粒度を３μ以下に微細化し、しかもスリット歪みを無くした総合効果である。
【００２４】
【発明の効果】
１）従来、コネクター用銅基合金の主な構成成分中Ｓｎは９％未満であり、最終圧延率を６０％以上にしても、許容曲げ半径は大きく、最新の電子機器類の超小型化の製造に支障があったところ、本発明では、Ｓｎを９％以上に上げ、かつ最終圧延率も６１％以上としたので、許容曲げ半径が画期的に小さくなり、該機器の超小型化に適応できるようになったという顕著な効果を得た。
２）更に、本発明の効果を総合すると次の通りとなる。
本発明はＳｎ，Ｎｉ，Ｐを適用添加した銅基合金に対して、前記のような諸条件で適切な処理を行うことによって添加したＳｎの固溶硬化とＮｉ，Ｐの固溶硬化、結晶微細化効果により高強度、高弾性であり、かつ曲げ加工性の飛躍的な向上を達成したコネクター合金を製造することができ、電装部品の高密度化に充分対応できるコネクター材を安価に、かつ安全に提供するものである。また、本発明方法により製造された銅基合金は前記のように優れた特性を有しているので、超小型のスイッチ、リレー、スイッチ用バネ、端子にも使用可能となる大きな効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコネクター用銅基合金の引張強さに対する許容曲げ半径を従来品の性能との比較において表わしたグラフである。
【図２】従来技術のコネクター用銅基合金の引張強さに対する許容曲げ半径を規格との関係において表わしたグラフである。
【図１】
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【図２】
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