第5回

銅合金系ばね材料の種類とその特性
日本ベルパーツ㈱國峯辰雄

通信用リレー，スイッチには，はじめ黄銅のばね材料がを加え燐（P）で脱酸した三元合金である。強さは，Sn含有使用されていたが戦後になると洋白，りん青銅，ベリリウ量が多くなるにつれて，また，加工率が大きくなるにつれム銅，銅―ニッケル合金などのばね材料が使用されるようて高くなる加工硬化型銅合金ばね材料である。りん青銅とになり，その種類も多い。用途は，ばね，コネクタ，端子，して実用されているSn含有量は，2〜9％で，このSnの量リードフレーム等で全ての産業分野で使用されている。に応じて低錫りん青銅（Sn3〜5.5％），りん青銅（Sn5.5〜7％），ばね用りん青銅（Sn7〜9％）に区分されている。Snが低いものは軟らかく加工性に優れ，電気伝導度も比較的1．特徴と動向
銅合金ばね材料の特徴は，電気伝導性，非磁性，加工性高い。Snが増加するにつれて引張強さおよび伸びも増加しと強さとの調和が取れていることである。ばね性を得るに強靭性が増大してくる。また，良好なばね性を得るためには，りん青銅や洋白では，200〜300℃の低温焼きなまし，は，冷間加工後に必ず低温焼きなまし（Low-temperature

ベリリウム銅や銅チタンでは，300℃前後の析出硬化処理annealing）をしなければならない。

を板，線材とも冷間加工後に行う必要がある。これらの熱

Fig.2，3 は，Sn8.55％，板厚0.12mm，加工率20，40，処理から銅合金ばね材料は，低温焼きなまし型，析出硬化60，80，90％の90°方向試料の焼きなまし温度と引張強型に分類されることもある。一方，リレー・スイッチは，さおよびばね限界値の関係を示す。

使用面で大量生産を行うことから部品加工後の無調整化がりん青銅の電気伝導度（IACS）は，主元素であるSn，Pのできる高品質の材料が要求されている。これを解決する手含有量によって異なるが11〜23％の範囲，ヤング率は，段として，西畑が提唱したTension Annealing（TA）法が広Sn含有量，加工率，焼きなまし温度により異なるが概ね90く適用されている。現在，この加工法は，接点やはんだを〜120GPaの範囲にある。

積層した複合材料にも使用されている。今後，通信・電子

りん青銅が多く用いられものにコネクタ材で，自動車，分野で要求する銅合金系ばね材料は，Fig.1 に示すDの範囲

家電品，通信機器，工作機械などの電気的接続を行う機構

で電気伝導度と強さが大きいこと。また，150℃前後まで部品である。その材質は，C5111，5102，5191，5212，の環境中におけるばねのヘタリ（応力緩和率）が小さく，信5210までの広範囲が使われている。

頼性の高い材料が要求される。
3．洋白ばね材料

JIS H 3130では，寸法0.16mm以上のばね用ベリリウム
銅，りん青銅，洋白の板および条の特性が規格化されてお洋白は，古くから洋銀と呼ばれ，JISでもNickel silver（洋り，ばね性評価法としてばね限界値試験法も規格化されて白）なる名称を採用している。成分は，Ni5〜35％，Cu45いる。しかし，近年，機器に用いられる寸法は，益々薄く〜63％，Zn15〜35％で，特にばね用は，Ni16.5〜19.5％，なり0.1mm以下の極薄板が多量に使用されているにもかか

Cu54〜58％，残Znで，色は銀白色をしている。40年前は，わらず，特性やばね性評価試験法の統一規格が無いのは問電話交換機のワイヤスプリングリレーのばねに線材が多量題であると考えられる。また，21世紀の銅合金ばね材料にに用いられていた。しかし，大気汚染の影響で応力腐食割ついては，極薄板の疲労，ばね性に関する試験法の確立やれによるばね折損が発生し，現在ではばねよりも眼鏡のフ材料表面の清浄度，複合化が課題であると考えられる。

レームやスプーン，フォークなどに用いられている。強さ

2．りん青銅ばね材料

は，りん青銅よりも大きい。Fig.4 は，強圧延した各種銅合金ばねの熱処理温度とばね限界値の関係を示す。

りん青銅は，銅を主成分とし，これに錫（Sn）

Fig.1

Fig.2 引張強さに及ぼす焼きなまし Fig.3 ばね限界値に及ぼす焼きなま Fig.4 強圧延した各種銅合金のばねし温度の影響
限界値
温度の影響
各種銅合金の位置付け （りん青銅，板厚：0.12mm，90°方向）（りん青銅，板厚：0.12mm，90°方向） （板厚：0.12mm，圧延率：90％）(6)

4．ばね用ベリリウム銅，銅―チタン合金

加するため，米国でばねに使用されたこともある。我が国

4.1

では，Ni20％の合金にSiを0.5％添加したCu-Ni-Si合金を析ばね用ベリリウム銅出硬化処理してワイヤスプリングのばねに使用した。

ベリリウム銅は，CuにBeを1.6〜2.0％添加した析出硬化型銅合金で，300℃の析出硬化後の引張強さは1000MPa以Table3上を超える。耐食性，耐磨耗性，ばね性などの強さと電気

Cu-Ni合金の物理的特性

特 性

熱膨張係数
電気伝導度
電気抵抗率 ヤング率 剛性率
比重（〜300℃（％IACS)（μΩ・cm）（GPa）（GPa）-6合 金×10 /℃）
CA706（10%Ni-Cu） 8.94
917.1
19.1
124476.5
16.426.613852CA710（20%Ni-Cu） 8.94
4.616.237.5
15257
CA715（30%Ni-Cu） 8.94

伝導に優れた銅合金である。JISでは，Be1.80〜2.00％とBe1.60〜1.79％を規定した高強度型ベリリウム銅合金がある。また，Beは比較的高価なことからBe0.3〜0.6％の低ベリリウム銅合金（高伝導度型）もある。Table 1 にBe-Cu合金の種類を示す。
ベリリウム銅合金は，析出硬化前は軟質であるので複雑な形状，例えばダイヤフラム，ベローなどをはじめ，強さ6．銅ーニッケルー錫合金と導電性が要求される継電器，マイクロスイッチ，コネク

6.1725合金

タ，ソケットなど通信・情報機器，自動車，航空機，宇宙

この合金は，米国で開発されたもので，成分は，Ni9％，機器などに広く用いられている。また，微小ビッカースのSn2％，Fe0.6％，Zn0.5％，Mn0.3％を標準組成としたも硬さ基準片にも適用されている。のである。この合金は，はんだ付け性，ばね性が要求される電子部品への応用を目的として開発され，リレー，スイベリリウム銅合金をばねとして用いるには，必ず析出硬化熱処理を施すことである。Fig.4 に示すように析出硬化熱ッチ，リードフレームに適用されている。

処理後のばね限界値は，鉄鋼に匹敵する。

6.2

NB109

この合金は，当社が自動車用コネクタ材料として開発しTable 1
高 強 度 合 金

高伝導度合金た，Cu-Ni-Sn合金でNi1％，Sn0.9％，残Cuを標準組成とBe-Cu合金の種類し，Ni，Snの添加量からNB109合金と命名したものである。

170合金（Be1.7％，Co0.3％）

Table 4 には特性，Fig.5 には，NB109，りん青銅，黄銅の172合金（Be2.0％，Co0.3％）

試験温度423Kでの応力緩和率線図を示す。図からNB109

175合金（Be0.5％，Co2.5％）の応力緩和率は，りん青銅の 1／2，黄銅の 1／3 と小さい。

176合金（Be0.4％，Co1.6％，Ag1.0％）

特徴は，りん青銅よりも低価格で，強さと電気伝導度の調和が取れたばね材料である。

4.2

Table4

銅―チタン合金

NB109合金の特性

線膨張係数
電気伝導度
溶融温度
ヤング率 引張強さ ばね限界値
比重（10-7/℃,20（℃）（％IACS,20℃）（Gpa） （MPa） （MPa）〜300℃）
1080
8.938
17.0123510〜600 300〜500

銅−チタン合金は，ベリリウム銅合金よりも低価格を狙ったもので，CuにTiを 4〜5％添加した析出硬化型銅合金である。Table 2 にCu-Ti（4.5％）合金の標準特性を示す。
用途は，自動車，通信機器などのコネクタ，マイクロスイッチなどである。
5．銅ーニッケル合金
銅ーニッケル合金（Cupro nickel alloy）は，完全固溶体で，普通Ni含有量が10，20，30％の 3 種類がある。Ni量10％以下では銅赤色で，Ni20％で白色になることから白銅と呼ばれている。
特徴は，極めて耐食性がよいので，管，高性能復水器，熱交換器などに用いられている。また，100円玉にも使われている。Table 3 に物理的性質を示す。
Cu-Ni合金は，加工性が良いので強加工を施すと強さが増Table 2Fig.5

応力緩和率線図

Cu-Ti（4.5％）合金の標準特性

硬 化 処 理 前

硬 化 処 理 後

質別

引張強さ
（MPa）

伸び（％）

硬さ（HV）

O
1/4H
HEH

441〜539490〜588686〜784833〜98030＜10＜−−130〜160
170〜210220〜250250〜290

処理条件
引張強さ
温度 時間
（MPa）
（℃） （h）
485
1.5
784〜833465
833〜980400
980〜1127375
1078〜1274

(7)

伸び（％）

硬さ
（HV）

ばね限界値
（MPa）

導電率
IACS（％）

25〜30
15〜25
2〜52＞

260〜295
285〜320320〜360
360〜400

637〜686735〜8331029＜1274＜

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