JP5098096B2

JP5098096B2 - 銅合金、端子又はバスバー及び銅合金の製造方法

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Publication number: JP5098096B2
Application number: JP2006079032A
Authority: JP
Inventors: 裕一金光; 宏人成枝; 亮司笠原; 隆夫冨谷
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP2006299409A

Description

本発明は、自動車用コネクタ端子、バスバー、電気・電子部品の端子等の通電部材に適した銅合金であって、特に導電性、強度、曲げ加工性、プレス打抜き性を高いレベルでバランスさせた銅合金に関する。

従来、自動車用ジャンクションボックス（以下「Ｊ／Ｂ」）等、極間の狭いバスバーには、強度、プレス打抜き性、コストに優れる黄銅が使用されていた。ただし、Ｊ／Ｂの小型化・高密度化が進むに伴いバスバー通電部も細線化されるようになり、黄銅では導電率が低い（約２８％ＩＡＣＳ）ことによるジュール熱の発生等、諸問題が生じた。

このような問題に対応するため、導電率が４５〜７０％ＩＡＣＳ程度で、中強度を有する合金、例えば、Ｃｕ−１Ｎｉ−０.５Ｓｎ−０.０５Ｐ（Ｃ１９０２０合金）、Ｃｕ−０.７Ｍｇ−０.００５Ｐ（Ｃ１８６０５合金）、Ｃｕ−２.２Ｆｅ−０.１３Ｚｎ−０.０３Ｐ（Ｃ１９４００合金）等の銅合金が開発され、使用されている。この他にも、特許文献１〜４に示されるような高導電型の高強度銅合金が提案されている。

特開平１０−１３０７５５号公報特開平１１−３４３５２７号公報特開２０００−５４０４３号公報特開２０００−２３９８１２号公報

しかしながら近年、自動車の軽量化・高性能化により電装品の回路数が増大する傾向が見られ、上記の既存銅合金（Ｃ１９０２０合金、Ｃ１８６０５合金、Ｃ１９４００合金）では導電率の面で対応できなくなってきている。

また、バスバーの低コスト化・軽量化・小型化等の目的から、中継端子レス化の技術が主流となっている。中継端子レス化とは、従来バスバーとヒューズを接続させるために使用していた中継端子を無くし、新たにバスバー側に圧接方式のメス端子機能（音叉端子）を持たせたものである。つまりこの音叉端子は、バスバー側のプレスで打抜かれた端面を直接ヒューズに接触させて電気的な接続を維持するものであるため、バスバーに使用される材料には、プレスで打抜かれた後の端面の形状が安定して良好であることが望まれる。この点、上記既存銅合金や特許文献１〜４の銅合金では、プレス打抜き性（端面の形状）について十分な配慮がなされていない。また、これらは導電性、強度、曲げ加工性のバランスにおいても、必ずしも満足できるものではない。
さらに、音叉タイプのＪ／Ｂや端子に使用される場合には、耐応力緩和特性に優れ、かつ耐応力緩和特性の異方性が従来より小さいものが必要であることがわかってきた。

本発明はこのような現状に鑑み、７０％ＩＡＣＳ以上の高い導電性レベルを有しながら、強度、曲げ加工性、プレス打抜き性、耐応力緩和特性およびその異方性を同時に改善した新たな銅合金材料を提供しようというものである。

上記目的は、質量％で、Ｆｅ：０.１〜０.３％、Ｎｉ：０.０５〜０.３％、Ｐ：０.０４〜０.２％、Ｓｎ：０.０３〜０.１５％、Ｃｕと上記元素とを除く元素の合計含有量：０.１％以下、残部Ｃｕからなる組成を有し、導電率７０％ＩＡＣＳ以上の導電性、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ²以上の強度、板厚の１／２の曲げ半径で９０°曲げを行った際に割れが生じない曲げ加工性、プレス打抜きした際の欠損率が５％以下となるプレス打抜き性を具備する銅合金によって達成される。

ここで、代表的な組成として「質量％で、Ｆｅ：０.１〜０.３％、Ｎｉ：０.０５〜０.３％、Ｐ：０.０４〜０.２％、Ｓｎ：０.０３〜０.１５％、残部Ｃｕおよび不可避的不純物（ただし、不可避的不純物の合計が０.１％以下に抑えられているもの）」が挙げられる。
引張強さは、長手方向が圧延方向に平行なＪＩＳ５号引張試験片を用いてＪＩＳＺ２２４１に準拠した引張試験を行って求めた値が採用できる。
「板厚の１／２の曲げ半径で９０°曲げを行った際に割れが生じない曲げ加工性」とは、長手方向が圧延方向に対し直角方向の曲げ試験片を用いてＪＩＳＨ３１１０に準じた９０°曲げ試験を行い、曲げ加工部の曲げ軸に垂直な断面を光学顕微鏡観察したとき、割れが観察されないことをいう。

プレス打抜きした際の欠損率は、図１に示すとおりである。すなわち、図１にはプレス打抜き部分の断面写真を例示してある。欠損率とは、図１にＡと示したような破断面に対応する部分の欠損の大きさ（幅）を板厚ｔで除した値をパーセントに直したものである。この値を求めるための打抜き試験は、クリアランス３〜１０％（例えば８％）の条件で打ち抜いた場合の値が採用できる。ただし、
クリアランス＝（パンチとダイの隙間）／（材料の板厚）×１００
である。

また本発明の銅合金は、前記組成を有する熱間圧延材または冷間圧延後に熱処理された材料に対し、圧延率５０％以上の仕上前冷間圧延、４００〜５２５℃×５〜２０ｈの仕上前熱処理、圧延率３０％以上の仕上冷間圧延、２５０〜７５０℃×５ｓｅｃ〜１０ｈの仕上熱処理を施して得られる金属組織をもつ、導電率７０％ＩＡＣＳ以上、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ²以上の銅合金として捉えることができる。
その金属組織は特に、熱間圧延材または冷間圧延後に熱処理された材料に対し「仕上前冷間圧延→仕上前熱処理→仕上冷間圧延→仕上熱処理」のプロセスにおいて、仕上前熱処理前後における硬さＨＶ値の低下率が２０％以下となり、仕上前熱処理後の金属組織において、再結晶組織の面積率が１５％以下、かつその再結晶組織の平均結晶粒径が２０μｍ以下となるように処理された組織として特徴付けられる。なお、再結晶組織以外の残部は圧延組織である。

ここで、「仕上冷間圧延」は材料に板厚を決定づける最終の冷間圧延であり、「仕上熱処理」は仕上冷間圧延後に行われる最終の熱処理である。「仕上前冷間圧延」は仕上冷間圧延の前に行われる最後の冷間圧延であり、「仕上前熱処理」は仕上前冷間圧延と仕上冷間圧延の間で行われる熱処理である。「仕上前熱処理前後における硬さＨＶ値の低下率が２０％以下」とは、仕上前熱処理前の硬さをａ（ＨＶ）、仕上前熱処理後の硬さをｂ（ＨＶ）とすると、
（ａ−ｂ）／ａ×１００≦２０
となることを意味する。

また金属組織的に見ると、本発明の銅合金は、圧延工程を経て製造された板状銅合金であって、圧延方向と板厚方向に平行な断面における結晶粒について平均アスペクト比Ａが１０以上、アスペクト比の最大値Ａ_maxと最小値Ａ_minの比Ａ_max／Ａ_minが１.０〜３.０である組織を有するものである。

結晶粒のアスペクト比は、前記断面に現れている結晶粒について、長径と短径の比をとったものである。長径は結晶粒の圧延方向の長さ、短径は結晶粒の板厚方向に最も長い部分の長さとして、顕微鏡観察画像上で測定される。測定手法としては、板厚方向に表面から１／８深さまでの表層部を除いた領域（以下「板厚中央領域」という）において、圧延方向１００μｍ×板厚方向３０μｍの観察領域をランダムに５箇所選択し、各観察領域中に存在する結晶粒のうち、一部が観察領域の境界からはみ出している結晶粒を除いた各結晶粒について、その結晶粒のアスペクト比を測定する。平均アスペクト比Ａは、５箇所の観察領域においてアスペクト比を測定した全粒子のアスペクト比を平均値を算出することによって定まる。アスペクト比の最大値Ａ_maxと最小値Ａ_minの比Ａ_max／Ａ_minは、５箇所の観察領域においてアスペクト比を測定した全粒子のうち、最もアスペクト比が大きい結晶粒のアスペクト比Ａ_maxと、最もアスペクト比が小さい結晶粒のアスペクト比Ａ_minの比を採ることによって定まる。

さらに本発明では、上記銅合金を用いた端子またはバスバーが提供される。

本発明によれば、７０％ＩＡＣＳ以上の高い導電性と４００Ｎ／ｍｍ²以上の高い強度を有し、曲げ加工性とプレス打抜き性が良好で、かつ耐応力緩和特性に優れ、その異方性の少ない銅合金が提供可能になった。したがって本発明は、Ｊ／Ｂに代表される自動車用バスバーや、端子など、各種電気・電子部品用通電材料として極めて優れたものである。

発明者らの検討によれば、本発明の目的に叶う銅合金は、Ｃｕマトリクス中においてＰ化合物を形成する金属元素（Ｆｅ、Ｎｉ）を適量含有したＣｕ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金において達成できることがわかった。このような時効析出型の銅合金は通常「冷間圧延→熱処理」を１回または２回以上行う工程で製造される。ただし、単に「冷間圧延→熱処理」の工程を経るだけでは導電性、強度、曲げ加工性、プレス打抜き性を同時に改善する組織状態は得られない。それには工夫が必要である。

発明者らは詳細な研究により、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金材料を「熱間圧延→（冷間圧延→熱処理；必要に応じて１回以上）→仕上前冷間圧延→時効処理を兼ねた仕上前熱処理→仕上冷間圧延→仕上熱処理」のプロセスで製造するに際し、その仕上前熱処理後の組織状態を適切にコントロールすることにより、上記特性の同時付与が可能になることを見出した。すなわち、
i) 仕上前熱処理前後における硬さＨＶ値の低下率を２０％以下に抑えること、
ii) 仕上前熱処理後の金属組織において、再結晶組織の面積率が１５％以下、かつその再結晶組織の平均結晶粒径が２０μｍ以下となるようにすること、
が極めて有効であることが明らかになった。

このような処理を経て製造された銅合金において上記特性が高レベルにバランスされるメカニズムについては現時点で未解明であるが、上記i)ii)を外れる条件で製造されたものとは明らかに特性が異なることから、工程途中の上記i)ii)の処理により何らかの特徴ある組織状態が実現されているものと考えられる。

本発明合金の化学組成について説明する。
〔Ｆｅ〕
Ｆｅは、ＰとＦｅ−Ｐ系化合物形成し、またはＮｉ、ＰとＦｅ−Ｎｉ−Ｐ系化合物を形成して、導電率、強度、耐熱性の向上に寄与する。ただし、Ｆｅ含有量が０.１質量％未満ではその効果は十分でなく、０.３質量％を超えると導電率の低下が大きくなり目標とする値が得られない。したがってＦｅ含有量は０.１〜０.３質量％とする必要がある。０.１５〜０.２５質量％が一層好ましい。

〔Ｎｉ〕
Ｎｉは、Ｆｅ、ＰとＦｅ−Ｎｉ−Ｐ系化合物を形成して導電率、強度、耐熱性の向上に寄与する他、固溶強化により強度向上に寄与する。ただし、Ｎｉ含有量が０.０５質量％未満ではその効果が十分でなく、０.３質量％を超えると導電率の低下が大きくなり目標とする値が得られない。したがってＮｉ含有量は０.０５〜０.３質量％とする必要がある。０.１０〜０.２０質量％が一層好ましい。

〔Ｐ〕
Ｐは、ＦｅとＦｅ−Ｐ系化合物を形成し、またはＦｅ、ＮｉとＦｅ−Ｎｉ−Ｐ系化合物を形成して、導電率、強度、耐熱性の向上に寄与する。ただし、Ｐ含有量が０.０４質量％未満では化合物の形成が不十分となり、十分な効果が得られない。０.２質量％を超えると導電率の低下が大きくなるばかりでなく、鋳造欠陥や熱間割れの発生等、製造面での問題が顕在化する。したがってＰ含有量は０.０５〜０.２質量％とする必要がある。０.０６〜０.１２質量％が一層好ましい。

〔Ｓｎ〕
Ｓｎは、Ｃｕマトリックス中に固溶して強度向上に寄与する。ただし、Ｓｎ含有量が０.０３質量％未満ではその効果が不十分であり、０.１５質量％を超えると導電率の低下が大きく目標とする特性を得られない。このため、Ｓｎ含有量は０.０３〜０.１５質量％とする必要がある。０.０５〜０.１０質量％が一層好ましい。

〔その他の元素〕
本発明では、合金の導電性や、曲げ加工性を低下させる要因をできるだけ排除することが好ましい。そのために、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐ以外の元素の合計含有量（不可避的不純物を含む）は０.１質量％以下に抑えることが望ましい。具体的には、Ｚｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｉｎの含有量を調べ、これらの合計が０.１質量％以下に低減されていれば、これら以外の元素を特段添加しない限りＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐ以外の元素の合計含有量（不可避的不純物を含む）が０.１質量％以下であるとみなして構わない。Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐ以外の元素の合計含有量（不可避的不純物を含む）は０.０５質量％以下であることが一層好ましい。

次に、本発明の銅合金の特性について説明する。
〔導電率〕
電気・電子部品（特にバスバー）の小型化・高密度化に伴う発熱量増加に対応するため、導電率は７０％ＩＡＣＳ以上あることが望ましく、７３％ＩＡＣＳ以上、さらには７５％ＩＡＣＳ以上であることが一層好ましい。

〔引張強さ〕
中継端子レス化に伴う音叉端子の導入により、音叉端子とヒューズ間で安定した接圧を維持するために、バスバーに使用される銅合金には一定以上の強度が必要である。具体的には４００Ｎ／ｍｍ²以上、より好ましくは４５０Ｎ／ｍｍ²以上であることが望まれる。

〔曲げ加工性〕
端子やバスバー等に代表される電気・電子部品は、通常銅または銅合金の板条をプレスで打抜いた後、曲げ加工等を施して最終製品に成形する。したがって、曲げ加工によって割れが生じると製品として重大な欠陥を生むことになるため、当該素材には良好な曲げ加工性が要求される。具体的には板厚の１／２の曲げ半径で９０°曲げした際に割れが生じなければ実用に供することができるが、昨今の通電部品に対する厳しい要求に余裕を持って対処するためには、曲げ半径０で割れない優れた曲げ加工性を具備することが一層好ましい。

〔プレス打抜き性〕
良好なプレス打抜き性を有するためには銅合金をプレスで打抜いた際、打抜いた面の断面形状において破断部分の前述した欠損率が５％以下であればよく、３％以下であることが一層好ましい。この欠損率が５％を超えるような材料だと、例えばバスバーの音叉端子用として使用される場合に、ヒューズとの接触部分となる端面の形状が安定しないため、電気的な接続に信頼性が得られず、Ｊ／Ｂ等の性能に悪影響を及ぼす。すなわち、プレス打抜き面の平坦性が重要である。また欠損率が５％を超えるような材料だと、打抜きカスの量も多くなり、金型のメンテナンス回数が増える、金型の寿命が短くなるなどのコスト面での問題も顕在化してくる。なお、この欠損率は一般的なクリアランス３〜１０％の打抜きにおいて調べることができ、特にクリアランス８％の条件で試験することができる。

〔結晶粒のアスペクト比〕
打抜き性の改善のためには、圧延方向と板厚方向に平行な断面における結晶粒の平均アスペクト比を１０以上、好ましくは１５以上にコントロールすることが極めて有効である。応力緩和特性の異方性を低減するためには、前記アスペクト比の最大と最小の比を１.０〜３.０、好ましくは１.０〜２.０、より好ましくは１.０〜１.５にすることが極めて有効である。

以上のような特性を有する本発明の銅合金は、一般的な銅合金の溶製法にしたがって鋳片を製造し、以下のような工程を経て製造することができる。
〔熱間圧延〕
鋳片を８００〜９５０℃×１〜１０ｈ保持したのち抽出して、例えば５０〜９５％の圧延率で熱間圧延し、その後、急冷（例えば水中浸漬等）を行う方法で実施できる。仕上温度（最終パス終了直後の温度）は５００℃以上を維持することが望ましい。

〔中間での冷間圧延および熱処理〕
その後、以下の仕上前冷間圧延に供してもよいが、所定の板厚を達成する上で必要があれば中間工程として「冷間圧延→熱処理」の工程を１回または２回以上行ったのち仕上前冷間圧延に供することができる。この場合も、各中間での冷間圧延および熱処理では、それぞれ後述の仕上前冷間圧延および仕上前熱処理と同様の配慮をもって行うことが好ましい。

〔仕上前冷間圧延〕
仕上前冷間圧延では、銅合金中に析出物生成の起点となる格子欠陥を導入する。そのためには５０％以上の圧延率を確保することが望ましい。それより圧延率が小さいと続く仕上前熱処理において析出物の生成が十分に促進されず、その結果最終的に所望の導電率を得ることが困難となる。６０％以上の圧延率とすることが一層好ましい。圧延率の上限については特に規定する必要はなく、設備面での制約において許容される範囲で行えばよいが、通常、９０％以下の範囲で良好な結果が得られる。

〔仕上前熱処理〕
この工程では、時効析出を促進させ、本発明の目的とする各特性を付与するための基本的な組織状態を形成する。
発明者らは鋭意研究を重ねた結果、仕上前熱処理後の硬さおよび組織形態とプレス打抜き性に強い相関があることを見出した。すなわち仕上前熱処理前後での硬さの低下率が初期硬さの２０％未満であり、かつ仕上前熱処理後の材料における金属組織のうち、再結晶組織の面積率が全体の１５％未満であり、さらにその再結晶組織の部分における平均結晶粒径が２０μｍ以下であるとき、その材料に仕上冷間圧延および仕上熱処理を施して得た最終製品において、優れたプレス打抜き性（破断部分の欠損率５％以下）が実現できるのである。仕上前熱処理前後の硬さの低下率は１０％以下であることが一層好ましい。また、仕上前熱処理後の再結晶組織における平均結晶粒径は１０μｍであることが一層好ましい。その再結晶組織の面積率は１０％以下であることがより好ましく、７％以下さらには５％以下であることが一層好ましい。

このような硬さの低下率や再結晶組織の状態は、仕上前冷間圧延の圧延率と、仕上前熱処理の温度、時間によってコントロールすることができる。具体的には、５０％以上の圧延率で仕上前冷間圧延を行った材料に対し、例えば４００〜５２５℃×５〜２０ｈの範囲で仕上前熱処理を施せばよい。温度が４００℃未満または時間が５ｈ未満では、上記所望の導電率、および曲げ加工性の両立が難しくなる。一方、温度が５２５℃を超えると硬さの低下が生じるとともに、再結晶組織の結晶粒粗大化および再結晶組織の面積率増大を招きやすく、好ましくない。この場合、結果としてプレス打抜き性が低下する。さらに、熱処理時間が２０ｈを超えると、再結晶組織の結晶粒が粗大化してプレス打抜き性の低下を招きやすい。仕上前熱処理の温度は４２５〜４７５℃の範囲とすることが一層好ましく、時間は６〜１０ｈとすることが一層好ましい。

〔仕上冷間圧延〕
仕上冷間圧延では加工硬化によって強度を向上させるため、３０％以上の圧延率を確保することが好ましく、５０％以上とすることが一層好ましい。ただし、過剰に高い圧延率とすることは不経済である。通常、８０％以下の圧延率で良好な結果が得られる。

〔仕上熱処理〕
仕上熱処理では歪取りを主目的とし、延性の回復つまり曲げ加工性の向上を狙う。２５０〜７５０℃×５ｓｅｃ〜１０ｈの範囲で実施できるが、あまり高温、長時間の条件を採用することは不経済となり好ましくない。一般的には３５０〜６００℃×３０ｓｅｃ〜２ｈの範囲で良好な結果が得られる。

表１に示す組成の銅合金を、高周波溶解炉を用いて溶解し、カーボン鋳型中へ鋳込んで４０×４０×１５０ｍｍのインゴットを作製した。鋳造はＡｒ雰囲気下で行った。次いで、インゴットから切り出した鋳片を、８００〜９５０℃で３０ｍｉｎ保持した後に、圧延率６３％で熱間圧延し、水中浸漬して冷却した。冷却後、表面の酸化物を除去した後に圧延率６６％で仕上前冷間圧延を行い、次いで、４８０℃×８ｈの仕上前熱処理を行った。さらに圧延率６０％で仕上冷間圧延を行い、その後、４００℃×１ｈの歪取り焼鈍として仕上熱処理を実施して板厚０.６４ｍｍの供試材とした。製造条件はいずれも適正条件である。なお、比較例１２を除き、Ｚｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｉｎの合計含有量は０.１質量％以下に抑えられている。

得られた銅合金について、引張強さ、導電率、曲げ加工性、プレス打抜き性、結晶粒の平均アスペクト比、アスペクト比の最大値と最小値の比、応力緩和特性を調べた。
引張強さは、ＪＩＳＺ２２０１の５号試験片を用いて、ＪＩＳＺ２２４１に基づいて圧延方向に平行方向の引張試験を行って求めた。
導電率は、ＪＩＳＨ０５０５に基づいて測定した。
曲げ加工性は、ＪＩＳＨ３１１０に準拠して、長手方向が圧延方向に対し直角方向となる幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍの試験片を用いて、曲げ半径Ｒを板厚の１／２とする９０°曲げ試験を行い、加工後の曲げ部について曲げ軸に垂直な断面を金属顕微鏡で観察して割れの有無を調べ、割れが認められなかったものを○（良好）、割れが認められたものを×（不良）として評価した。

プレス打抜き性の試験は、ＪＣＢＡ（日本伸銅協会）の銅及び銅合金薄板条のせん断試験方法に準拠して行った。供試材に対してクリアランスを８％とし、抜き穴の断面形状を図１に示すように観察して、破断面部分の欠損率を前述の手法で測定した。なお、欠損率の測定にはＮ＝２０の平均値を用いた。

仕上熱処理後の銅合金板材について、圧延方向と板厚方向に平行な断面が露出するように銅合金板材を切断した後、その断面を研磨、エッチングしてＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で結晶粒を観察し、結晶粒のアスペクト比を測定した。測定は前述のように板厚中央領域に５箇所の観察領域を設け、前述した手法により平均アスペクト比Ａ、およびアスペクト比の最大値Ａ_maxと最小値Ａ_minの比Ａ_max／Ａ_minを求めた。

応力緩和特性は以下のようにして調べた。仕上熱処理後の銅合金板材から図２に示すような形状の音叉端子をプレス打抜きにより作製した。その際、各銅合金板材につき、図２（ａ）に示す長手方向が圧延方向に平行方向となる音叉端子と、同長手方向が圧延方向に直角方向となる音叉端子を要しした。各音叉端子のギャップに銅合金製のタブを挿入した状態で大気中１５０℃×５００ｈの加熱試験に供し、加熱試験後にタブを取り去った後のギャップの間隔が、元のギャップの間隔（初期間隔）と比べ、どの程度変化しているかによって応力緩和率を求めることによって調べた。図２（ｂ）は加熱試験前の状態であり、音叉端子の初期寸法の概略を示してある。初期間隔は０.７ｍｍである。図２（ｃ）は加熱試験に供するためにタブを挿入した状態である。挿入したタブの厚さは０.８ｍｍである。図２（ｄ）は加熱試験終了後にタブを取り除いたときの状態である。応力緩和率Ｒ（％）は下記の式で定義される。
応力緩和率Ｒ（％）＝（Ｚ−Ｘ）／（Ｙ−Ｘ）×１００
ここで、Ｘ：加熱試験前のギャップの間隔＝０.７ｍｍ
Ｙ：挿入タブ厚＝０.８ｍｍ
Ｚ：加熱試験後のギャップの間隔（ｍｍ）
なお、図２（ｃ）、（ｄ）において、挿入タブ厚および加熱試験後のギャップの間隔Ｚは誇張して描いてある。

長手方向が圧延方向に平行方向となる音叉端子における応力緩和率をＲ_L（％）、長手方向が圧延方向に直角方向となる音叉端子における応力緩和率をＲ_T（％）とするとき、Ｒ_L／Ｒ_Tの比を算出することによって応力緩和特性の異方性を評価した。Ｊ／Ｂ、端子が小型化するに伴い、特に製品の発熱量というものが課題となるが、応力緩和特性が優れていれば、音叉部（端子間）の開きが少なく接圧を維持できるため、接点部の温度上昇も少なく小型化に対応可能である。また異方性が少なければ、特にＪ／ＢのようなＬＤ方向とＴＤ方向の両方向で音叉を使用する場合に、１枚の製品の中での特性バラツキ、温度上昇の差が少なく製品の安定性につながる。これらの用途を考慮したとき、ここで実施した応力緩和特性の評価方法において、Ｒ_LおよびＲ_Tが共に２５％以下であり、かつ異方性を表すＲ_L／Ｒ_Tが０.７５〜１.２５の範囲になる銅合金板材が、良好な応力緩和特性を有しているとして合格と判定される。
これらの結果を表２に示す。

表２から判るように、適正な化学組成を有する発明例の銅合金では、平均アスペクト比Ａが１０以上、アスペクト比の最大値Ａ_maxと最小値Ａ_minの比Ａ_max／Ａ_minが１.０〜３.０を満たす板材が製造でき、導電率７０％ＩＡＣＳ以上、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ²以上を有し、かつ優れた曲げ加工性、プレス打抜き性を有し、耐応力緩和性にも優れていた。これらは、バスバーや端子に代表される電気・電子部品用の材料として好適なものである。

これに対し、比較例Ｎｏ.７はＳｎ含有量が多すぎ、Ｎｏ.８はＦｅ含有量が多すぎ、Ｎｏ.９はＰ含有量が多すぎたため、これらはいずれも導電性に劣った。Ｎｏ.９ではさらに熱間圧延時に割れが生じた。Ｎｏ.１０はＮｉ含有量が少なすぎ、Ｎｏ.１１はＳｎ含有量が少なすぎたため、これらはいずれも強度（引張強さ）に劣った。特にＮｏ.１０ではＮｉ量不足に起因して十分な耐熱性が得られておらず、仕上前熱処理によって硬さの低下率が大きくなって、結果としてプレス打抜き性に劣った。Ｎｏ.１２は不純物元素としてＺｎ含有量が０.１質量％を超えたため、導電性に劣った。

表１の発明例１に相当する組成の熱間圧延材を実施例１と同様の方法で製造し、その熱間圧延材に対して、表３に示す種々の条件で仕上前冷間圧延、仕上前熱処理、仕上冷間圧延、仕上熱処理を施し、板厚０.６４ｍｍの供試材を得た。ただし発明例２１と２２についてはついては、仕上冷間圧延前に表３に示す条件で中間での冷間圧延および中間での熱処理を施した。その中間での熱処理前後の硬さ低下率はいずれの試料においてもほとんどなく、また中間での熱処理後の再結晶組織の面積率はいずれの試料でも０％であった。なお、Ｎｏ.１３は実施例１と同様の製造条件を採用したものである。

各例について、仕上前熱処理前後の硬さ低下率、仕上前熱処理後の再結晶組織における平均結晶粒径、その再結晶組織の面積率、得られた板材の引張強さ、導電率、曲げ加工性、プレス打抜き性、平均アスペクト比、アスペクト比の最大値と最小値の比、応力緩和特性を調べた。
仕上前熱処理前後の硬さはビッカース硬さをＪＩＳＺ２２４４に準拠して測定し、仕上前熱処理前の硬さに対する低下率を求めた。

仕上前熱処理後の再結晶組織における平均結晶粒径は、仕上前熱処理後の試料の表面（圧延面）、および圧延方向と板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）をそれぞれ研磨後エッチングして光学顕微鏡写真を撮影し、その組織写真からＪＩＳＨ０５０１に規定される求積法により測定した。その際、同一試料について表面およびＬ断面を各１０視野観察し、その平均値を平均結晶粒径とした。
また、その再結晶組織の面積率は、上記の組織写真を画像解析装置で解析して測定した。
曲げ加工性、プレス打抜き性、引張強さ、導電率、平均アスペクト比、アスペクト比の最大値と最小値の比、応力緩和特性は実施例１と同様の方法で調べた。
結果を表４に示す。

表４から判るように、適正な条件で製造した発明例のものでは、平均アスペクト比Ａが１０以上、アスペクト比の最大値Ａ_maxと最小値Ａ_minの比Ａ_max／Ａ_minが１.０〜３.０を満たす板材が製造でき、７０％ＩＡＣＳ以上の高い導電性を有しながら、強度、曲げ加工性、プレス打抜き性、応力緩和特性のすべてがバランスよく高レベルに改善され、音叉タイプのＪ／Ｂや端子をはじめとする電気・電子用部品用材料として好適なものであった。

これに対し、比較例Ｎｏ.２３は仕上前冷間圧延の圧延率が低すぎたため、結果的に導電性に劣った。Ｎｏ.２４は仕上前熱処理の温度が低すぎ、Ｎｏ.２８は仕上前熱処理の時間が短すぎたため、いずれも曲げ加工性および導電性に劣った。Ｎｏ.２５、２６および２７は仕上前熱処理の温度が高すぎたため、仕上前熱処理前後の硬さ低下率が大きく、再結晶組織の面積率が多くなった。それにより、平均アスペクト比が十分に大きい結晶粒組織が得られず、結果としてプレス打抜き性および応力緩和特性に劣った。Ｎｏ.２９は仕上前熱処理の時間が長すぎたため、仕上前熱処理後の再結晶組織における結晶粒が粗大化した。それにより、平均アスペクト比が十分に大きい結晶粒組織が得られず、結果としてプレス打抜き性および応力緩和特性に劣った。Ｎｏ.３０は仕上冷間圧延の圧延率が低すぎたため、十分に強度向上が図れなかった。また、アスペクト比の最大値と最小値の比が３.０を超える結晶粒組織となり、応力緩和率の異方性に劣った。Ｎｏ.３１は仕上熱処理の温度が低すぎ、Ｎｏ.３３は仕上熱処理の時間が短すぎたため、いずれも曲げ加工性に劣った。Ｎｏ.３２は仕上熱処理の温度が高すぎ、Ｎｏ.３４は仕上熱処理の時間が長すぎたため、いずれも強度に劣った。

プレス打抜き部の断面写真の一例を示した図。応力緩和特性の評価に使用した音叉端子の形状を模式的に示した図。

Claims

質量％で、Ｆｅ：０．１〜０．３％、Ｎｉ：０．０５〜０．３％、Ｐ：０．０４〜０．２％、Ｓｎ：０．０３〜０．１５％、Ｃｕと上記元素とを除く元素の合計含有量：０．１％以下、残部Ｃｕからなる組成を有し、導電率７０％ＩＡＣＳ以上の導電性、引張強さ４２５〜５４０Ｎ／ｍｍ²の強度、板厚の１／２の曲げ半径で９０°曲げを行った際に割れが生じない曲げ加工性、プレス打抜きした際の欠損率が５％以下となるプレス打抜き性を具備し、圧延方向と板厚方向に平行な断面における結晶粒について平均アスペクト比（長径／短径）Ａが１０以上、アスペクト比の最大値Ａ _max と最小値Ａ _min の比Ａ _max ／Ａ _min が１．０〜３．０である組織を有する銅合金。
質量％で、Ｆｅ：０．１〜０．３％、Ｎｉ：０．０５〜０．３％、Ｐ：０．０４〜０．２％、Ｓｎ：０．０３〜０．１５％、Ｃｕと上記元素とを除く元素の合計含有量：０．１％以下、残部Ｃｕからなる組成を有する銅合金材料に対し「熱間圧延→仕上前冷間圧延→仕上前熱処理→仕上冷間圧延→仕上熱処理」の順に加工・熱処理の各工程を施す方法であって、該仕上前冷間圧延の圧延率が５０〜７４％、該仕上前熱処理が４２０〜５２０℃×５〜１６ｈ、該仕上冷間圧延の圧延率が３５〜７４％、該仕上熱処理が２７０〜６２０℃×１０ｓｅｃ〜６ｈであり、該仕上前熱処理前後における硬さＨＶ値の低下率が０〜１５％、該仕上前熱処理後の金属組織において、再結晶組織の面積率が０〜１３％、かつその再結晶組織の平均結晶粒径が５〜１５μｍである銅合金の製造方法。
前記熱間圧延工程と前記仕上前冷間圧延工程との間において「冷間圧延→熱処理」の工程を１回以上行う、請求項２に記載の製造方法。
請求項１に記載の銅合金を用いた端子またはバスバー。