耐応力緩和特性に優れる車載コネクタ用
70Cu/30Zn ベース合金「C44710」の開発
大石恵一郎
1)
積 川 靖 弘
3)

外薗孝
2)
須 崎 孝 一3)性，導電性を備えている．ところが黄銅は耐応力緩和特性に.

開 発 の 背 景乏しいため，その使用は室内に限られ，エンジンルームを始めとする過酷な高温環境下では一般に使用されていない．

近年，自動車に対する安全性能，環境性能，快適性向上の近年のメタル価格の高騰リスクにより，高性能で価格面に強い要望から，自動車に搭載される電子・電気機器の多機能優れた銅合金が強く求められ，我々はそのニーズに応えるた化，高性能化が進み，それに伴い端子・コネクタについてもめに， 70Cu / 30Zn をベースとして原料コストを低減させな小型化，高性能化の要請が高まっている．車載用コネクタにがらも，一般的な製造工程で製造でき，コネクタとして十分は，民生家電や情報機器などに用いられるコネクタと異なな強度，曲げ加工性，導電性と，耐応力緩和特性に極めて優り，過酷な高温環境下でも確実に電気信号を送るために，端れている合金を開発した．

子間の接圧を長期間に渡って維持する高い信頼性が必要であり，耐応力緩和特性に優れた銅合金が求められている．

開発合金の代表組成を表に示す．開発合金は， CDA にC44710として登録され，「MNEX28」の商品名で販売されまた， RoHS 指令(1) ， ELV 指令(2) に代表される鉛規制にている．メタル価格について， 2012 年から 2014 年の 3 年間より，はんだの鉛フリー化が進む一方で，“プレスフィットの国内建値(4)，および市中の平均価格から算出し，Cu の価接続”と呼ばれる無はんだ接続技術が注目されており(3)，プ

格 を 100 と す る と ， Zn は 32 ， Ni は 232 ， Sn は 303 で あ っレスフィット接続においても応力緩和特性は重要である．

た．この値を元に計算すると， Sn を多量に含むりん青銅，一方，リーマンショックを挟み 2006 年から 2012 年にかけ

純銅ベースで Ni を含有するコルソン合金は 100 を超え，黄て金属価格が急騰し，今後もメタル価格の高騰リスクがあ銅は80である．開発合金は Ni と Sn を含むものの，Zn の影り，コストパフォーマンスの高い銅合金が望まれている．

響で85であり，Cu との比重差を加味すると81である．またSn や Ni は，メッキとして使用されることから，スクラップ.

開 発 の 概 念の再利用が可能となり，環境負荷を低減させる．
応力緩和特性は一種のクリープ現象であり，再結晶温度の車載用コネクタには，例えば純銅をベースとし，特別な熱低 い 黄 銅 は ， 耐 応 力 緩 和 特 性 に 劣 る ． 黄 銅 に Ni を 10処理を必要とするコルソン合金(CuNiSi 系合金)を始め様

mass 以上添加した洋白は，再結晶温度が高く，耐応力緩々 な 銅 合 金 が 使 用 さ れ ， 欧 州 で は り ん 青 銅 ( JIS H3110

和特性に優れることがよく知られているが，多量の Ni 添加

C5191 94Cu6Sn P)が主に使用されている．日本で最も使によりメタル価格が上り，導電率が低くなる欠点があった．

用されているのが黄銅(JIS H3100 C2600 70Cu30Zn)であ

開発合金は，メタルコストの上昇と導電率の低下を防ぐためる．黄銅は，市販の銅合金の中でメタルコストが最も低い銅に， Ni 量を低減させつつ，主として Ni と P の作用に着目合金のひとつで，固溶型銅合金でシンプルなプロセスで製造し，組成の最適化を図り， 70Cu / 30Zn がベースでありながされ，純銅に比べ密度が約 5低く，適度な強度と曲げ加工ら耐応力緩和特性を大きく向上させることに成功している．

三菱伸銅株式会社開発部1)シニアフェロー・部長，2)副部長，3)副主任
Development of High Stress Relaxation Resistance 70Cu/30Zn
Based Alloy ``C44710'' for Automotive Connector; KeiichiroOishi, Takashi Hokazon, Yasuhiro Tsugawa and Koichi Suzaki(Mitsubishi Shindoh Co., Ltd.)2015年10月30日受理[doi:10.2320/materia.55.108]



表1MNEX28

化学成分(mass)．

CuZnNi

SnP

残28

2.0

0.50.02

新技術・新製品

あり，コルソン合金よりも低い値である．開発合金の180°C

.

開発合金の諸特性



耐応力緩和特性

図に，Zn 量を約 28 mass，Sn 量を約 0.5 massとし，での応力緩和率は，黄銅の 90 °C の値より小さいことから，黄銅に比べ，少なくとも90°C高い高温環境で使用できる．


金属組織P 無添加と 0.02 massP 添加の場合の，Ni 量と応力緩和率

図に開発合金「 MNEX28 」の EBSD による IPF mapの関係を示す．ここで応力緩和率とは， 0.2耐力に対してを，図に析出物の TEM 像示す．一般的に耐応力緩和特性

80の負荷をかけ，150°Cで1000時間保持した後にどれだけは結晶粒が大きいほどよく，曲げ特性，強度面からは，結晶ばね保持力が低下しているかを示す値であり(5)，値が小さいほど耐応力緩和特性が良好である．過酷な環境で使用される車載コネクタ用銅合金では，150°C，1000時間保持後の値として 20 以下を求められることが多い．図 1 より， Ni 量が多くなるにしたがって応力緩和率が低下し， 0.02 mass  Pの添加の効果により，さらに応力緩和率が低下する．2massNi と 0.02 massP の共添加で，10 massNi を含有する洋白と同程度の耐応力緩和特性が得られている．
図に 28Zn, 0.5Sn 一定で Ni を変量したときの導電率を示す．Ni 量が増すに従い導電率が低下し，Ni 量が 2 massで導電率が約20IACS になる．導電率 20 IACS は，黄銅に比べ 8IACS 低いが，りん青銅より 6IACS 高い．
図に開発合金と黄銅，コルソン合金( Cu 2Ni 0.5Si )，りん青銅の応力緩和率を測定した結果を示す．150°
C，1000時間保持後の応力緩和率を基準に取れば，開発合金の応力緩和率は約 15 で，黄銅の 1 / 5 以下，りん青銅の 1 / 3 以下で
図3

図1

図2

開発合金と黄銅，りん青銅，コルソン合金の90°
C, 120°C, 150°C, 180°Cでの応力緩和率．

Cu 28Zn 0.5Sn Ni 合金の Ni 量と応力緩和率の関係．

Cu28Zn
0.5Sn
Ni 合金の Ni 量と導電率の関係．

ま て り あ 第55巻 第 3 号(2016)
Materia Japan

図4

図5

MNEX28の IPF map.

MNEX28の析出物の TEM 像．



表2方向

MNEX28の代表特性．

EC
IACS

HV

20190

LDTDTS
MPaPS
MPaEL

応力緩和率


585

535

19165955451313

粒が細かいほうがよいが， MNEX28 の平均結晶粒径は約 5

図6

MNEX28の TD 方向180度密着曲げ試験結果．
(a)表面 (b)断面図7

MNEX28と Cu/Zn 合金の耐応力腐食割れ性試
験結果．

mm であり，適切な特性バランスを得ている．

図 5 から粒径が 50 nm 以下の微細な析出物が析出していることが観察され，微細析出物は， Ni と P からなる六方晶の Ni2P 粒子である．これらの微細析出物は，粒界に対するピン止めとして作用する効果があるため，マトリックスの結晶粒は，約 5 mm と微細かつ均一に，そして容易にコントロールされる．また，固溶する Ni, P の作用により，耐応力緩和特性が向上していると思われる．


機械的性質

表に， MNEX28 の代表的な機械的特性，導電率および150°
C ， 1000時間の応力緩和率を示す． LD, TD は，それぞれ試験片を圧延と平行方向，直角方向から取ったことを示す．
MNEX28 は，導電率が 20  IACS であり，黄銅と比べてやや低いが，使用環境による温度上昇に加えて通電発熱によりコネクタの温度上昇があっても，耐応力緩和特性が良いので，コルソン合金等の車載端子用銅合金と比べて遜色ないばね性を保持する．

力緩和特性，強度，加工性を有していることから，車載用端MNEX28 の 耐 力 は LD, TD で そ れ ぞ れ 535 MPa, 545

子・コネクタの小型化や，プレスフィット端子に対応できMPa で，コルソン合金を含め車載端子用銅合金と比較してる．また，リサイクル性にも優れ，一般的なプロセスで製造も遜色のない数値である．また結晶粒の微細化は強度の向上できる上，Zn を28使用することで原料コストを低減しての ほ か に ， 曲 げ 加 工 性 も 向 上 さ せ る ． 図  の TD 方 向 のいるため，メタル価格高騰リスクも大幅に低減させている次密着曲げ試験結果が示しているように， MNEX28 の曲180 °世代型銅合金である．

げ加工性は良好である．
このように MNEX28 は，組成，析出物のサイズと分布，マトリックスの結晶粒径を制御することにより，優れた耐応開発合金「MNEX28」は，新興国の低価格帯自動車向けから次世代の環境対応車向け車載用端子・コネクタまで幅広い展開を見込んでいる．

力緩和特性と強度曲げバランスを発現させている．


耐応力腐食割れ性

図に MNEX28 と Cu / 15 ～ 30Zn 合金の耐応力腐食割れ性試験結果を示す．応力緩和試験と同様に耐力の 80 の応.

特許

本開発合金に関わる特許は，PCT/JP2014/075735として出願済みである．

力を付加した状態で，特に厳しいとされるアンモニア雰囲気中に暴露し( ``ASTMB858 01'', pH 10.1, 25 °C の雰囲気， 24

文献h )，緩和率によって耐応力腐食割れ性を評価した．黄銅の問題点のひとつに耐応力腐食割れ性があり，一般的に耐応力腐食割れ性は Zn 量に依存するが， MNEX28 は Ni, Sn の含有により耐応力腐食割れ性が向上し，28Zn にもかかわらず，80Cu/20Zn と同等の耐応力腐食割れ性を示す．

.

開発の将来性，発展性開発合金「MNEX28」は，従来から多用されている黄銅をベースとした合金でありながら，コルソン合金と同等の応( 1 ) Directive 2011/65/EU of the European Parliament and of theCouncil of 8 June 2011 on the restriction of the use of certain
hazardous substances in electrical and electronic equipment.
( 2 ) Directive 2000/53/EC of the European Parliament and of theCouncil of 18 September 2000 on endof life vehicles.
( 3 ) 野村良行，齋藤 寧，古川欣吾自動車 車載用プレスフィッ
トコネクタの開発， SEI テクニカルレビュー， 169 ( 2006 ) ,7378.
( 4 ) 例えば， http://www.nmm.jx group.co.jp/cuprice /(2015年 10月19日)．
( 5 ) JCBA T3092004銅及び銅合金薄板条の曲げによる応力緩和試験方法．

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