JPH0250184B2

JPH0250184B2 -

Info

Publication number: JPH0250184B2
Application number: JP20983987A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Nakajima; Kazuya Saito
Original assignee: Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1987-08-24
Publication date: 1990-11-01
Also published as: JPS6452035A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば自動車の電気配線等に使用す
る信号用微小電流コネクター材として好適なバネ
性と成形加工性に優れたコネクター用銅基合金に
関する。〔従来の技術と問題点〕自動車の電気配線等に使用する信号用微小電流
コネクター材、特にコネクターのメス端子は、バ
ネ性が高く且つ複雑な成形加工が可能なこと、接
点部の接触抵抗を低くするための部分Auメツキ
性に優れること、材料表面の変色防止やハンダ付
性を良好に保つためのSnメツキ処理性等に優れ
ていることが必要である。しかし、従来において上記の特性を同時に満足
する材料が存在しないため、かような用途に供す
る場合には、バネ特性の良いバネ材料と成形加工
性の良いフレーム材料とを組み合わせて加工を行
なつているのが通常である。そのさい、バネ材と
してはベリリウム銅（Ｃ−1720）やCu−9Ni−
6Sn合金等が使用され、フレーム材としては、成
形加工性の良い黄銅（Ｃ−2600）或いはCu−
0.1Fe−0.03P合金等が主に使用されていた。しかし、このような従来技術においては、次の
ような問題があつた。 (1) バネ材の接点部に対しては接触抵抗を下げる
ためにAuメツキを、その他の部分については
耐食性やハンダ付性を考慮してSnメツキを行
なつているが、バネ材として使用される材料
は、プレス成形後に315〜450℃の温度範囲で時
効硬化処理を行つてバネ性を発現させるもので
あり、このため、メツキ処理は、プレス後に行
う後メツキ処理を採用している。このため、プ
レス前にメツキを行う先メツキ処理に比べて製
造コストが大巾に高くなる。 (2) ベリリウム銅は、硬化処理前は成形加工性が
優れているが、価格が高く、これをメス端子部
の一体成形加工品に使用するには不経済であ
る。 (3) バネ部材とフレーム部材を別々の合金で製造
し、最終工程で組み立てる場合には工数が多く
なり加工コストが高くなる。 (4) 自動車の電気配線等に使用するコネクター材
の使用環境が厳しくなり、約150〜200℃の雰囲
気に長時間さらされても接触圧が変化しないこ
とが要求されるようになつたが、従来の２種類
の材料を組み合せて製造したコネクターでは、
この条件を満足できなくなつた。 (5) この組み合わせ品ではスクラツプとして再利
用する場合に分別に費用が嵩み、経済的でな
い。〔発明の目的〕本発明の目的とするところは、上記の問題点を
解決し、以下のような特性を備えながらバネ部と
フレーム部を一体成形加工できる経済的なコネク
ター用材料を提供することである。かような材料
に要求される具体的な特性値としては、導電率：％IACS10〜20の範囲、バネ限界値：45Kgｆ／mm²以上、プレス成形性：90°W曲げ試験（CES−Ｍ−0002
−６）で代用し曲げ半径Ｒと板厚ｔの比Ｒ／ｔ
＝1.0で良好な曲げ表面が得られること、バネが安定した接触圧を維持するか否かの指標と
なる応力緩和特性：200℃×500Hrの雰囲気にさ
らされた後でも応力緩和率が10％以下、メツキ信頼性：AuメツキやSnメツキ処理後150
℃×500Hrの雰囲気にさらされた後90°W曲げ
試験を行つてもメツキが剥れないこと、等である。本発明の目的は、かような諸特性を具備する材
料の開発することにあり、且つこのような特性を
具備したうえで、更に結晶粒度の適正な調整（微
細化）によつて、曲げ加工や絞り加工時の肌荒れ
現象を防止し且つメツキ品の加工時のメツキ剥離
を防止することにある。〔発明の要旨〕前記の目的を達成せんとする本発明に係るコネ
クター用材料は、Ni：７〜15wt.％、Al：1.0〜
2.0wt.％、O₂：0.0050wt.％以下の基本化学成分
に加え、さらにＢ：0.01〜0.1wt.％を含有し、残
部がCuおよび不可避的不純物からなるコネクタ
ー用銅基合金である。〔発明の詳述〕本発明合金において、Niは強度の向上および
耐食性の向上のために有益に機能する必須の元素
である。特に共添元素のAlと共にNi_XAl_Yの微細
な金属間化合物を形成し、これを銅マトリツクス
中に析出することにより、強度とバネ限界値を向
上させることができる。しかし、Niが15wt％を
越えると導電率の低下およびNi含有量が多くな
るために材料価格が上昇する。また、Niが７％
未満では、Al量を増加させれば強度、バネ限界
値を向上させることはできるが、曲げ加工性が悪
化する。したがつて、本発明の銅基合金において
Niは７〜15wt.％含有させる。 Alは、本発明の銅基合金において強度および
バネ限界値の向上に寄与する必須の元素である。
しかし、2.0wt.％を越えると曲げ加工性が悪くな
り、コネクターの一体形成が不可能となる。また
1.0wt.％未満では、強度およびバネ限界値の向上
が十分には望めないので、1.0／〜2.0wt.％の範囲
でAlを含有させる。 O₂は50ppmを超えると合金中でAlと反応して
Al₂O₃を形成し強度向上のためのAl量が減少す
る。また、組織中にAl₂O₃が分散することにより
プレス金型の短寿命化の問題がおこる。したがつ
てO₂は50ppm未満に規制することが必要である。このように本発明の銅合金は、Ni：７〜15wt.
％、Al：1.0〜2.0wt.％、O₂：0.0050wt.％以下を
基本化学成分として含有させるが、この基本成分
系に対してさらにＢ：0.01〜0.1wt.％を含有させ
る点に特徴がある。すなわちＢは、本発明合金の
溶体化処理時において、結晶粒の粗大化を防止す
る作用を果たす。本発明合金では溶体化処理し、
必要な加工を施した後、時効処理を施すことによ
つて、前述のNi−Al系の金属間化合物を微細に
析出させることによつて所要の特性を発揮するの
であるが、結晶粒を均一微細化することもこれら
の特性を発揮するうえで有利となり、且つ結晶粒
の微細化によつて曲げ加工性や絞り加工時の表面
の肌荒れ現象を防止できると共にメツキ処理後の
曲げ加工時におけるメツキの剥離を防止すること
ができる。また、Ｂの添加によつて溶体化処理時
の結晶粒の粗大化が抑制されることは、溶体化処
理の処理条件の最適範囲が拡がるので溶体化処理
自身が容易な処理となる。Ｂ添加量が0.1wt.％を
超えて含有させてもこのような効果は飽和し経済
的に無駄となるし、また0.01wt.％未満のＢの添
加ではこのような効果は少ないので、Ｂの添加量
は0.01〜0.1wt.％とするのがよい。以上のような成分組成の本発明に係る銅基合金
からなるコネクター用素材を製造するには、前記
成分組成の鋳片を熱間圧延して熱延板を作り、こ
の熱延板を最終厚みまで冷間圧延して板材とする
のが実際的である。そして、この過程で溶体化処
理を行なうのがよい。溶体化処理は熱延板に対し
て行なうこともできるが、熱延板から数回の冷間
圧延を行なつて板厚減少を行なうさいに冷間圧延
と冷間圧延との間で中間焼鈍を兼ねる溶体化処理
を行なうこともできる。この溶体化処理条件とし
ては、800〜1000℃に１〜120分間の加熱処理、好
ましくは900〜950℃に１〜30分間の条件で加熱処
理を施せばよい。また、時効処理は最終冷間圧延
の後に行なうのがよく、最終製品に加工後に時効
処理を行つてもよい。この時効処理は350〜600℃
に10〜200分間、好ましくは400〜500℃に約30分
間の条件で行なうのがよい。以下に実施例によつて本発明合金の特徴を具体
的に示す。例１表１にその成分分析値を示す基本成分系の合金
を高周波真空溶解炉にて溶解し、40mm（巾）×40
mm（厚）×150mm（長さ）のインゴツトに鋳造し
た。この鋳塊を面削したあと、900℃に加熱して
均一化処理して熱間圧延を行い、熱延後直ちに急
冷した。ついでこの熱延板を冷間圧延と900℃で
の溶体化処理を繰り返して厚さ0.8mmの板材とし
た。この0.8mm冷延板を900℃で20分間の溶体化処
理後ただちに水冷したうえ、0.4mmまで50％の加
工率で最終冷間圧延し、500℃で30分間の時効処
理を実施した。得られた各板材から試験片を採取して機械的強
度、伸び、硬度、バネ限界値、導電率および曲げ
加工性を調べた。その結果を表１に併記して示し
た。なお、機械的強度と伸びの測定はJIS−Ｚ−
2241に、導電率の測定はJIS−Ｈ−0505に、硬度
の測定はJIS−Ｚ−2244に、そしてバネ限界値の
測定はJIS−Ｈ−3130に従つた。曲げ加工性は
CES−Ｍ−0002−６に従つた90°W曲げ試験によ
つて評価した。曲げ半径Ｒ＝0.4mm、板厚＝0.4
mm、Ｒ／ｔ＝1.0である。表中のG.W.は曲げ軸が
圧延方向に垂直、B.W.は曲げ軸が圧延方向に平
行な場合の試験結果であり、表面状態を観察し、
曲げ表面が良好なものを○、曲げ表面にしわが発
生したものを△、曲げ表面に割れが発生したもの
を×として評価した。表１の結果に見られるように、本発明の基本成
分系合金のNo.１〜５はいずれも本文に記載したバ
ネ限界値、導電率、曲げ加工性等の目標特性を同
時に満足することが明らかである。これに対して
Alを本発明で規定する量より多量に添加した比
較例No.６やNo.７では、Niが多くても（比較例No.
６）、また少なくても（比較例No.７）曲げ加工性
が悪い。またAl量が本発明で規定する量よりも
少ない比較例８では強度やバネ限界値さらには硬
さも低く、導電率や曲げ加工性も十分ではない。
さらにO₂が本発明で規定する量より多い比較例
No.９ではAlが本発明で規定する範囲（Niも本発
明で規定する範囲）でも曲げ加工性が悪くなつて
いる。

【表】

【表】例２ Ni：11wt.％、Al：1.7wt.％、0₂：0.0050wt.％
以下で残部がCuおよび不可避的不純物からなる
本発明の基本成分系の銅基合金を高周波溶解炉で
溶解し横型連続鋳造法により10mm（厚）×50mm
（巾）×Ｌ（長さ）のインゴツトを鋳造した。得ら
れたインゴツトから例１と同様の方法で0.4mm厚
の板材を製造し、例１と同様にこれを500℃×30
分の時効処理した。そして例１と同様にその特性
値を調べ、その結果を表２に示した。比較のために、市販のバネ用リン青銅（Ｃ−
5210）EH材、およびベリリウム銅（Ｃ−1720）
１／4H材で315℃×2.5時間の熱処理を施した材
料についての特性値も併わせて表２に示した。表２の結果より、本発明の基本成分系の合金は
リン青銅やベリリウム銅より曲げ加工性にすぐれ
ていることがわかる。次に前記３種の合金の応力緩和特性を調べた。
応力緩和特性試験は、試験片に60Kgｆ／mm²の最大
曲げ応力が作用するように荷重をかけてわん曲さ
せ、200℃で所定時間（最大500時間まで）保持後
に荷重を解除し、試験片の変形量（％）を測定す
ることにより評価した。その結果を第１図に示し
た。第１図の結果から明らかなように、リン青銅
（Ｃ−5210）EH材が最も応力緩和特性が悪く、
ベリリウム青銅（Ｃ−1720）１／4Hの熱処理材
も200℃×100Hr以降では応力緩和率は10％以上
になることがわかる。しかし、本発明の基本成分
系合金は、200℃×500Hr経過後も応力緩和特性
は５％程度であり、このような条件においてバネ
として使用された場合安定した接触圧を示すこと
が明らかである。また、前記３種の合金のメツキ信頼性試験を行
つた。まず各３種の合金にAuメツキまたはSnメ
ツキ処理を施した。Auメツキは電解脱脂、酸洗
後、銅ストライクメツキを付けた上にワツト浴で
Niメツキをつけ、再度アルカリ脱脂、酸洗を行
つた後、酸性浴でAuメツキを0.2μ厚つけた。Sn
メツキは、電解脱脂、酸洗後、一部のものはCu
下地メツキを施し、もう一方のものはCu下地メ
ツキ無しとして、その上に硫酸浴で無光沢Snメ
ツキを2μ厚つけた。いずれのメツキにおいても
メツキ付性は３種の合金とも良好であつた。次いで、得られた各メツキ品を150℃×500Hr
の熱処理に供したうえ90°W曲げ試験を行い、曲
げ面のメツキの密着性を調査し、その密着性の良
否を調べた。その結果を表３に示した。表３の結果に見られるように、本発明の基本成
分系合金は、Cu下地メツキ処理を行つた上にSn
メツキを施したもを除いては密着性は良好であつ
た。Cu下地メツキ付きのSnメツキにおいてはメ
ツキ界面にCuとSnの金属間化合物が生成し、そ
こから剥離したものと推定され、メツキ自身の性
質に由来するものであると考えられる。これに対
して、リン青銅（Ｃ−5210）EH材とベリリウム
銅（Ｃ−1720）１／4Hの熱処理材はCu下地メツ
キの有無にかかわらずSnメツキはすべて剥離し
た。このように本発明の基本成分系合金のメツキ
性は非常に良好であることが判明した。

【表】

【表】例３表４にその成分分析値を示すように、基本成分
系合金に対して適量のＢを添加した合金を高周波
真空溶解炉にて溶解し、40mm（巾）×40mm（厚）×
150mm（長さ）のインゴツトに鋳造した。この鋳
塊を面削したあと、900℃に加熱して均一化処理
して熱間圧延を行い、熱延後直ちに急冷した。つ
いでこの熱延板を冷間圧延と900℃での溶体化処
理を繰り返して厚さ0.6mmの板材とした。得られた0.6mmの冷延材から試験片を採取して
900℃×60分間の溶体化処理後ただちに水冷し、
各合金の硬度と結晶粒径を測定した。その結果を
表５に示した。また、溶体化処理後の前記試験片を0.3mmまで
50％の加工率で冷間圧延し、500℃で30分間の時
効処理を実施し、得られた試料の曲げ加工性を調
べた。その結果も表５に併記した。曲げ加工性は
CES−Ｍ−0002−６に従つた90°W曲げ試験によ
つて評価した。曲げ半径Ｒ＝0.3mm、板厚＝0.3
mm、Ｒ／ｔ＝1.0である。表中のG.W.は曲げ軸が
圧延方向に垂直、B.W.は曲げ軸が圧延方向に平
行な場合の試験結果であり、表面状態を観察し、
曲げ表面が良好なものを○、曲げ表面にしわが発
生したものを△、曲げ表面に割れが発生したもの
を×として評価した。表５の結果に見られるように、Ｂを添加した本
発明合金は、Ｂ添加量が増加するに従つて溶体化
処理後の硬度が高くなり且つ結晶粒径が小さくな
つていることがわかる。また、時効処理後の曲げ
加工性も、Ｂを添加して結晶粒度が微細なものは
これにともなつて良好となることがわかる。なお
No.13の比較合金は、溶体化処理工程の時間が過剰
の為、結晶粒径が大きく成長し曲げ加工性が劣化
したものである。

【表】

【表】硬度および結晶粒径：溶体化処理後曲げ加工性：時効処理後以上の実施例から明らかなように、本発明合金
はコネクター用材料特に従来の自動車の微小電流
用コネクター材に要求される導電率やバネ限界値
を満たしながら優れた曲げ加工性を有しており、
従つて本発明によるとバネ部とフレーム部を一体
成形加工できる点で従来材（２ピース材）にはな
い有利な面を有するコネクター用材料を提供でき
る。またベリリウム銅合金のように高価元素を含
有しないでそれ以上の応力緩和特性を発現し得た
点で経済的にも特性的にも格段のものがあると共
にメツキ信頼性も十分なものであり、そのコネク
ターの使用環境を200℃まで引き上げることにも
成功したものであるから、このコネクター用材料
分野に安価な新規材料を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本成分系合金と公知合金
の200℃×500時間までの応力緩和率の変化を示す
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ Ni：７〜15wt.％、Al：1.0〜2.0wt.％、O₂：
0.0050wt.％以下の基本化学成分に加え、さらに
Ｂ：0.01〜0.1wt.％を含有し、残部がCuおよび不
可避的不純物からなるコネクター用銅基合金。