強度と導電性に優れた車載端子用固溶型銅合金「MSP5」の開発
伊 藤 優 樹1) 牧

. 緒一 誠2) 小 林 敬 成3) 小 池 慎 也4)

言上する一方，導電率の大幅な低下は避けられず，強度と導電性の両立という要求に対応できていなかった(1)．さらに，従近年，自動車のエレクトロニクス技術の高度化に伴う，車来の固溶強化型銅合金は，耐応力緩和特性が低い傾向にある

載用電子・電気機器の多機能化，高性能化の進展により，コため，特に車載用小型端子での利用は限定的であった．すな

ネクタにもより一層の小型化，薄型化，多極化，軽量化が求

わち，固溶強化型銅合金では高強度と高導電性の両立およびめられている．そのため，コネクタに使われる車載端子も小耐応力緩和特性の大幅な向上は難しいとされ，車載端子の小型化，軽量化の要求が大きくなり，車載端子用銅合金板には型化，軽量化に適した新規銅合金を開発する際に，固溶強化更なる薄肉化のための高強度，高導電性のニーズが高まってという合金設計手法に関心が払われた事はほとんどなかった．

いる．さらに，高温環境下でも確実に電気信号を送るために，オス型端子とメス型端子間の嵌合接合力を保つ高い信頼.

本合金の開発コンセプト性が必要であり，その指標である耐応力緩和特性に優れた銅合金が求められている．また，小型端子を作製する際に，厳我々は，合金設計手法として過飽和固溶現象を利用した固しく複雑な曲げ加工を施すため，銅合金板の曲げ加工性も重溶強化に着目し，その合金元素として有効原子半径が大き要となる．すなわち，車載端子の小型化，軽量化に伴い，高い(2)，抵抗増加が小さい(3)，再結晶温度の増加が大きい，原強度，高導電性でありながら，耐応力緩和特性と曲げ加工性子量が小さい，豊富な埋蔵資源であるという特徴を有するに優れた銅合金の開発が望まれている．

Mg の活用を図った(4)(6)．その結果，Mg を過飽和に固溶させ加工硬化させた銅合金が，高強度(4)(6)，高導電性(4)(6)，優.

車載端子用銅合金の開発課題

れた耐応力緩和特性と曲げ加工性(5)，低比重(4)を有している事を見出し，特殊な製造工程や環境負荷の高いまたは高価な従来，車載用小型端子の材料には，強度，導電性，耐応力合金元素を用いることなく優れた特性を発揮する，軽量な緩和特性に優れる CuNiSi 系合金(コルソン合金)に代表さCu 高濃度 Mg 固溶強化型合金「 MSP5 」の開発に成功しれる析出強化型銅合金が採用されてきた．しかしながら，析た． MSP5 の組成と諸特性を表に示す． MSP5 は固溶強出強化型銅合金は，端子への成形(特に箱形成形)時に割れが化型銅合金でありながら，強度，導電性，耐応力緩和特性に生じやすいなど曲げ加工性に課題がある．さらに，微細析出おいて，コルソン合金等の析出強化型銅合金と比べても全く物を生成させるために，高価あるいは環境負荷の高い元素遜色がない．その上，端子への成形性に優れており，箱形へ(Be, Ni, Co 等)を用いて，多工程からなる複雑な加工熱処理の曲げ加工で割れや破断が生じにくく，特に車載用小型端子を施す必要があり，コスト面，環境面での問題も抱えていの材料に適している．以下にその特徴を記述する．

る．一方，端子用材料としては，曲げ加工性に優れているリン青銅や黄銅といった固溶強化型銅合金もあるが，従来の固表1

溶強化型銅合金では，固溶元素の添加により機械的強度が向MSP5 の組成と諸特性ならびに他合金との特性比較．
組成三菱マテリアル株式会社 中央研究所 金属材料研究部
1)研究員 2)主任研究員
三菱伸銅株式会社 技術部3)副主任 4)主任
Development of MSP5, a High Strength and High Electrical
Conductive Solidsolution Copper alloy for Automotive Terminal; Yuki Ito, Kazunari Maki, Takanori Kobayashi and Shinya
Koike(Mitsubishi Materials Corporation, Central ResearchInstitute. Mitsubishi Shindoh Co., Ltd.)2015年10月30日受理[doi:10.2320/materia.55.67]

ま て り あ 第55巻 第 2 号(2016)
Materia Japan

質別Mg(mass)

特密度0.2耐力 引張強度 導電率(MPa) (IACS) (g/cm3)
(MPa)

EH

660

709

SH734775

りん青銅(C52100) ―

680
686

MSP51.6

コルソン合金性―428.54771

128.95735

408.87

も， MSP5 は同等以上の非常に優れた耐応力緩和特性を発. 本 合 金 の 特 徴

耐力と導電率揮している．溶質原子と母相原子との半径比および溶質濃度が高いほど，コットレル雰囲気による転位の易動度が低下し，耐応力緩和特性が向上する(7) ．これから， MSP5 は，車載端子においてどれだけ高い接触圧力が得られるかを示

有効原子半径が銅の約1.15倍(2)と大きい Mg を過飽和に固溶す性能指標としては，圧延方向と直角をなす方向( Trans-しているため，優れた耐応力緩和特性を有していると言える．

verse Direction, TD )の 0.2 耐力(以下，耐力)が用いられ車載端子は高温環境下で用いられる場合が多く，初期の接る．図に，各銅合金の耐力と導電率の関係を示す．図 1

触圧力よりも，高温保持後の接触圧力の方が重視される．初から分かるように， Cu Zn 合金やりん青銅に代表される従期耐力に，150°Cで1000時間後の残留応力率を掛けた値を残来の固溶強化型銅合金には，耐力 600 MPa 以上，導電率留耐力と定義し，高温保持後にどれだけ高い接触圧力が得ら

30IACS 以上のものはなかった．従来，この高強度・高導れるかを示す性能指標とした．その残留耐力と導電率の関係電性の特性域が必要な場合，コルソン合金や低ベリリウム銅を図に示す．に代表される析出強化型銅合金が用いられてきた．ここで特図 1 の初期耐力と導電率の関係と図 3 を比較すると，従筆すべきは，固溶強化型の MSP5 が，析出強化型銅合金の来の固溶強化型銅合金と析出強化型銅合金の特性バランスのみが有していた高強度・高導電性の特性を発現している事で差異はさらに大きくなっている． MSP5 は，優れた耐力導ある．MSP5 は，耐力が同等のりん青銅の C52100と比較し電率バランスと耐応力緩和特性の両方を有しており，固溶強て， 3.4 倍の導電率を有している． Cu Zn 合金の C26800 と化型銅合金でありながら析出強化型銅合金に比べても全く遜比較して，耐力は200
280 MPa 高く，導電率は1.6倍である．

色がない残留耐力導電率バランスを示している事は注目に

耐応力緩和特性値する．また， MSP5 と従来の固溶強化型銅合金の残留耐力導電率バランスを比較すると， MSP5 は，りん青銅の図に，各銅合金の150°Cにおける残留応力率の測定結果

C52100 に対し残留耐力が 210 240 MPa 高く， 3.4 倍の導電を示した．残留応力率とは，試験片に弾性範囲内の負荷率を有し，CuZn 合金の C26800に対しては残留耐力が440(TD の耐力に対し80の負荷)をかけて所定時間保持した時470 MPa 高 く， 導電 率は 1.6 倍 で ある ．こ れか ら， MSP5の，残存ばね保持力の初期ばね保持力に対する割合である．
この値が100に近いほど耐応力緩和特性が優れており，車載端子用銅合金では，150°C，1000時間後に80以上を求められる事が多い．図 2 に示される通り，固溶強化型銅合金であるりん青銅や Cu Zn 合金は残留応力率が短時間で低下するため，車載端子での利用は限定的であった．一方，
MSP5 は，従来の固溶強化型銅合金には見られなかった，非常に優れた耐応力緩和特性を発現している． 50 時間後に ， り ん 青 銅 の C52100 は 82  ， Cu Zn 合 金 の C26800 は45 まで劣化するのに対し， MSP5 は 94 とほとんど低下していない． 1000 時間後では， C52100 は 51 ， C26800 は26 まで劣化しているが， MSP5 は 85 と十分な耐力を維持できている．耐応力緩和特性の高さを特長とするコルソン合金や低ベリリウム銅といった析出強化型銅合金と比較して

図1

各銅合金の耐力(TD)と導電率の関係(厚さ0.15mm).

図2

各 銅 合 金 の 残 留 応 力 率 の 時 間 依 存 性 ( 150 °C，TD，厚さ0.15 mm)．

図3

各 銅 合 金 の 残 留 耐 力 ( TD ) と 導 電 率 の 関 係 ( 厚さ0.15 mm)．

新技術・新製品図5図4MSP5 の密着曲げ写真(幅 10 mm ，厚さ 0.15mm)．(a)密着曲げ部，(b)断面観察写真

密着曲げスコアと密着曲げ表面の関係，各銅合金の耐力( TD )と密着曲げスコアの関係(厚さ0.15 mm)．

は，従来の固溶強化型銅合金と比較し，卓越した残留耐力
導電率バランスを発現していると言える．


曲げ加工性

図に各銅合金の密着曲げスコアと耐力の関係を示す．密
着曲げスコアとは曲げ軸が圧延方向に垂直となる様に密着曲

図6

各銅合金の耐力(TD)と密度の関係(厚さ0.15 mm).

げを行った際の曲げ部表面の状態を 1～ 10(1劣，10優)で類別した値であり，5 以下の場合に明瞭なクラックが観察される．図 4 から分かるように，固溶強化型銅合金である

いう性能面だけではなく，環境負荷の高いまたは高価な合金

りん青銅や CuZn 合金は，曲げ加工性が非常に優れている．

元素(Be, Ni, Co, Sn 等)を用いず，天然資源である銅の消費MSP5 も同様に優れた曲げ加工性を示しており，図に示も抑制できるという環境面，さらには複雑な加工熱処理を必した MSP5 の密着曲げ観察結果からもこれは確認できる．

要とせず既存の単純な製造工程で作製できるという生産性に一方，析出強化型銅合金は，耐力が同等の固溶強化型銅合金も優れていることから，小型化，軽量化，環境負荷低減，低である MSP5 やりん青銅と比較し，曲げ加工性は劣る．こ

コスト化が望まれている多種多様な電子および電気機器用のれは，固溶強化型銅合金にはクラックの起点となる硬質な第導体材料として幅広い展開が期待される．特に，車載用小型二相粒子が母相中に存在せず，均質性の高い単相組織である端子においては，従来材であるコルソン合金に比べ，端子へ事が要因の一つとして挙げられる(4)(8)．の成形性に優れていることから，次世代の車載端子用高性能

密度銅合金として大いに注目を集めている．本合金の関連特許は，国内で20件以上出願され，例えば日本国特許第5045783

MSP5 の特徴の一つに低比重(軽量)が挙げられる．図号として権利化されている．特許出願は世界各国でもなさに各銅合金の密度と耐力の関係を示す．原子量が小さく(銅れ ， 権 利 化 が 進 ん で い る ． ま た ， MSP5 は 銅 開 発 協 会の約 0.38 倍)，有効原子半径が大きい(銅の約 1.15 倍) Mg を(CDA)にて合金番号 C18670として登録されている．

過飽和に固溶していることから， MSP5 は，耐力が同等のコルソン合金やりん青銅と比べ，端子を約 5も軽量化でき

文献る．加えて，これらの銅合金に対し， MSP5 は同重量で体積が約 5増加しているため，それだけ多くの端子を製造でき，銅の使用量削減，端子コストの低減にも大きく貢献する．

.

本合金の将来性と発展性

従来，高強度・高導電性銅合金の設計手法は析出強化が主流であったが，過飽和固溶現象を利用した固溶強化に着目し，その合金元素に Mg を活用した事が，開発合金「MSP5 」の他にはない特徴を生み出している． MSP5 は，高強度，高導電性，優れた耐応力緩和特性と曲げ加工性，軽量とま て り あ 第55巻 第 2 号(2016)
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