JP2594249B2 - コネクタ用銅基合金およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コネクタ用銅基合金お
よびその製造方法に関する。さらに詳しく言えば、例え
ば輸送機器の電気配線等に使用する信号用微小電流コネ
クタや、電子機器等に使用される圧接型コネクタ、ＩＣ
ソケット等に好適な強度、弾性、電気伝導性に優れ且つ
成形加工性、耐応力緩和特性、めっき信頼性等に優れる
コネクタ用銅基合金およびその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば電子機器装置の内部実装は、Ｉ
Ｃ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩへの急速な高集積化にともなって
高密度化され、それに必要なコネクタやＩＣソケットも
ますます多機能化および高信頼化が要求されている。ま
た輸送機器の電気配線もますます高密度化されており且
つ軽量化の要求もあり、これに用いられるコネクタも多
機能化、高信頼化、小型化が進んでいる。

【０００３】ターミナルと電線の接続方法は、高密度化
による電線本数の増加に対し結線の合理化のため圧接が
採用される場合が多く、したがってターミナルに用いら
れる材料は、強度、弾性が大きいことが要求される。ま
た電気的信頼性を確保するためには、バネの接触力を大
きくとり且つ経時変化しないことが必要であり、そのた
めにもターミナル材料は、強度、弾性、電気伝導性、耐
応力緩和特性、耐食性に優れていることが必要である。
またさらに、複雑な加工にも耐える成形加工性も必要で
ある。また、接触抵抗の安定性の上からコンタクト部に
めっきを施す場合が多いが、よって材料はめっき付け性
に優れていることはもちろん、使用環境や発熱による熱
影響により材料とめっき層との間に拡散が生じこの脆弱
部からめっき剥離が生じる場合があるが、このようなめ
っき剥離を生じないことも求められてきている。

【０００４】また、ＩＣソケットにおいては集積度の向
上によりピン数が増加し、実装方式もＤＩＰタイプから
ピングリットアレイやチップキャリア等に移行してお
り、また脱着回数の多いＥＰ−ＲＯＭやＰ−ＲＯＭライ
ター用およびＩＣテスターのバーンイン、エージング用
等に広く展開され、これを構成する材料もターミナル材
料に要求される特性と同様に強度、弾性、電気伝導性、
耐熱性、耐応力緩和特性に優れることが必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような用途のコ
ネクタ用材料としては、従来主にリン青銅やベリリウム
銅が用いられた。しかしながら、リン青銅は圧接型コネ
クタとして使用するには強度、弾性が十分ではなく、ま
たＩＣソケット用、特にＩＣテスターのバーンイン、エ
ージング用として使用するには耐応力緩和特性や耐熱性
が不十分であり、信頼性や耐久性に問題がある。また一
般的なコネクタとして使用する上でも耐応力緩和特性、
めっき剥離の問題があり信頼性に欠けることがあった。

【０００６】このためこの種の用途として最近ベリリウ
ム銅が使用される傾向にある。しかし、ベリリウム銅
は、強度と弾性をもたせるためには成形加工後３００〜
３５０℃で時効処理を行う必要があり、工程が複雑且つ
コスト高であり経済性の面で問題がある。まためっき処
理も、この成形加工後の時効処理後に行う後めっきの場
合には複雑に加工した部分にはめっきが均一に電着し難
く、めっきむらを生じやすく、また成形加工前に行う先
めっきの場合にはＳｎやＳｎ−Ｐｂ等の低融点のめっき
は行えず、めっき種類が限定されるという問題もあっ
た。

【０００７】上記のような問題を解決すべく出願人は、
特願昭62-84653、特願昭62-209839、特願昭62-306993
にあるようにＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ系あるいはＣｕ−Ｎｉ−
Ａｌ−Ｂ系のコネクタ用銅合金およびその製造方法を提
案した。がしかしＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａ
ｌ−Ｂ系合金は連続鋳造におけるカーボン鋳型と添加元
素のＮｉの反応の問題が、Ａｌの存在下で顕著であるこ
とにより、鋳造時の歩留低下が著しい点と、溶体化処
理、時効処理と加工の組み合わせで得られる板材の材料
特性のうち、特にばね限界値が大きくバラつくという問
題があった。

【０００８】そこで本発明は、輸送機器の電気配線等に
使用する信号用微小電流コネクタや、電子機器等に使用
される、圧接型コネクタ、ＩＣソケット等に好適な強
度、弾性、電気伝導性に優れ且つ成形加工性、耐応力緩
和特性、めっき信頼性等に優れるコネクタ用銅基合金お
よびその製造法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は重量％におい
て、Ｎｉ：５〜１５％、Ａｌ：０．５〜２．０％ただし
Ｎｉ／Ａｌの重量百分率の比率が３〜１０の範囲、Ｓ
ｎ：０．１〜３．０％、酸素：５０ppm 以下、残部Ｃｕ
および不可避的不純物からなるコネクタ用銅基合金；ま
たは重量％において、Ｎｉ：５〜１５％、Ａｌ：０．５
〜２．０％ただしＮｉ／Ａｌの重量百分率の比率が３〜
１０の範囲、Ｓｎ：０．１〜３．０％、Ｂ：０．００５
〜０．１％、酸素：５０ppm 以下、残部Ｃｕおよび不可
避的不純物からなるコネクタ用銅基合金およびその製造
方法を提供するものである。

【００１０】また本発明の銅基合金の一つの特徴はＮｉ
およびＡｌの適量の添加によってＮｉ−Ａｌ系金属間化
合物を微細にＣｕマトリックス中に析出させた組織を得
た点にある。したがって本発明はまた該高強度銅合金を
有利に製造する方法として、(1) 重量％において、Ｎ
ｉ：５〜１５％、Ａｌ：０．５〜２．０％ただしＮｉ／
Ａｌの重量百分率の比率が３〜１０の範囲、Ｓｎ：０．
１〜３．０％、更に場合によってはＢ：０．００５〜
０．１％を含み、酸素５０ppm 以下、残部がＣｕおよび
不可避的不純物からなる銅基合金の素材板を連続鋳造に
よって製造しこの素材板を冷間加工率５０％以上で圧延
する工程、この板材を更に７５０〜９５０℃の温度で１
０〜６００秒の溶体化処理を行う工程、得られた溶体化
処理材を３０〜９０％の範囲で冷間圧延する工程、得ら
れた冷延材に３００〜６００℃の温度で５〜３６０分の
時効処理を行う工程からなるコネクタ用銅基合金の製造
方法；および(2) 溶体化処理後、冷間圧延する前に３０
０〜５５０℃の温度で５〜３６０分間の時効処理を行う
上記(1) の製造法；および溶体化処理工程を少なくとも
２回行う上記(1) または(2) に記載の製造方法を提供す
るものである。

【００１１】

【作用】以下に本発明の内容を具体的に説明する。

【００１２】まず、本発明合金の添加元素の含有量の範
囲選定の理由の概要を述べると、次の通りである。

【００１３】本発明の銅基合金はＮｉ−Ａｌ系金属間化
合物による析出強化を図った点に基本的な特徴があり、
このためＮｉとＡｌは本発明合金において不可欠の元素
である。

【００１４】ＮｉはＡｌと化合物を形成し強度、弾性、
耐熱性、耐応力緩和特性の向上に寄与する元素である。
また鋳造組織を微細にし且つ、溶体化処理時の結晶粒粗
大化を阻止する効果がある。このような効果を発揮する
には５％（重量％、以下同じ）以上の含有が必要である
が、１５％を越えて含有すると電気伝導性の低下が顕著
になり且つ、連続鋳造でカーボン鋳型を用いる場合は鋳
型との反応が顕著になり、インゴットの健全性が損なわ
れるのと、溶体化処理温度が高温になり製造上不利にな
るという欠点がある。さらに、材料費も上昇しコストア
ップする。したがってＮｉ含有量は５〜１５％の範囲と
する。

【００１５】Ａｌ含有量は０．５％未満ではＮｉとの共
存下でも強度、弾性、耐熱性の向上効果が少ない。一方
Ａｌ含有量が２．０％を越えると析出物が過度に多くな
り合金の延性、成形加工性、めっき性を低下させ、また
鋳造性が低下し、経済的にも不利になるのでＡｌ含有量
は０．５〜２．０％の範囲とする。

【００１６】またＮｉとＡｌはＮｉ−Ａｌ系金属間化合
物として析出するときに本発明の目的が有利に達成され
る。このＮｉ−Ａｌ系金属間化合物による強化を十分に
発揮するには、Ｎｉ／Ａｌ比が３より小さい場合にはＡ
ｌが、１０より大きい場合にはＮｉが、Ｃｕマトリック
ス中に固溶する量が過度に多くなり電気伝導性を低下さ
せ、また効率良く強度、弾性を向上させることができな
くなる。したがってＮｉ対Ａｌの重量百分率の比（Ｎｉ
／Ａｌ）は３〜１０の範囲とする。

【００１７】Ｓｎは本発明合金のカーボン鋳型を用いた
連続鋳造性を向上させる。具体的にはＡｌ存在下でのＮ
ｉとカーボンの反応を効率よく防止し、インゴットの健
全性の向上とカーボン鋳型の寿命向上に寄与する。ま
た、Ｓｎはマトリックス中に固溶し強度、弾性も向上さ
せ、特に本発明におけるばね限界値のバラツキを小さく
する効果がある。このような効果はＳｎ含有が０．１％
未満では十分ではなくまた、Ｓｎ含有が３．０％を越え
ると、Ｎｉとの共存下でスピノーダル分解を起こし異相
を生じる。これによって更なる強度、弾性の向上は可能
であるが成形加工性が著しく低下し、且つ熱処理が複雑
になりコストアップとなる。したがってＳｎ含有量は
０．１〜３．０％の範囲とする。

【００１８】Ｂは本発明合金の溶解、鋳造時の脱酸剤と
して寄与しまた、溶体化処理時の結晶粒の粗大化を防止
する作用を果たす。Ｂ含有量が０．００５％未満ではこ
のような効果が十分でなくまた０．１％を越えると成形
加工性が低下し、また経済的にも不利となる。

【００１９】Ｏ₂ 含有量については５０ppm より多量に
合金中に含有すると、酸素との親和力の大きいＡｌが酸
化してＡｌ₂ Ｏ₃ となり、めっき付け性、めっき信頼
性、プレス金型寿命の低下等、特性の劣化を招くことに
なる。また酸素含有量が多いと合金の製造過程でＨ₂ ガ
スを用いる場合には、表面および内部に水素脆化が起き
ることもある。したがってＯ₂ 含有量は５０ppm 以下の
範囲とする。

【００２０】このような成分組成に調整した本発明の銅
基合金はＮｉ−Ａｌ系金属間化合物を微細に析出させる
ことによって近時のコネクタ用材料に要求される諸特性
を具備した材料とすることができる。

【００２１】まずＮｉ：５〜１５％、Ａｌ：０．５〜
２．０％ただしＮｉ／Ａｌの重量百分率の比率が３〜１
０の範囲、Ｓｎ：０．１〜３．０％、更に場合によって
はＢ：０．００５〜０．１％、酸素５０ppm 以下、残部
がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅基合金の素材板
を連続鋳造によって製造する。溶解鋳造は不活性ガスあ
るいは還元ガス雰囲気中で行うのが望ましい。連続鋳造
の鋳型材質は、冷却、消耗、溶湯との反応、ランニング
コストの面からカーボンが望ましい。また鋳造後、二次
冷却によってインゴットは急冷されるのが望ましい。た
だし、急冷開始温度は８００℃以上が望ましい。

【００２２】次にこのインゴットを冷間加工率５０％以
上で圧延する。冷間圧延でなく熱間圧延を用いてもよい
が、酸化雰囲気での加熱、圧延は添加元素のＡｌが内部
酸化しＡｌ₂ Ｏ₃ を形成し、強固な皮膜が生成しまた熱
間割れを生じやすく望ましくない。冷間加工率が５０％
未満であると引き続き行う溶体化処理工程において、鋳
造時の偏析を消失させるに必要な時間が著しく長くなる
ため、冷間加工率は５０％以上とする。

【００２３】次いでこの板材に対して、７５０〜９５０
℃の温度で１０〜６００秒の溶体化処理を行う。７５０
℃未満の温度では十分に溶体化せず、また９５０℃を越
える温度では短時間で結晶粒が粗大化するので処理温度
は７５０〜９５０℃の範囲とし、処理時間については、
１０秒未満では鋳造時の偏析が残り溶体化が十分ではな
く６００秒を越える時間では結晶粒が粗大化し且つ経済
的でもなくなるので１０〜６００秒の範囲とする。得ら
れた溶体化処理材を必要によっては酸洗した後３０〜９
０％の範囲で冷間圧延する。加工率が３０％未満では加
工によって付与される加工歪が小さく後続の時効処理工
程での時効析出における強度および弾性の向上が十分で
なく、他方、９０％を越えると圧延の集合組織の発達が
著しく機械的性質に方向性（異方性）をもつようになり
また、成形加工性を低下させる。したがって時効処理材
前の冷間圧延は３０〜９０％の範囲とする。

【００２４】次いで、時効処理として３００〜６００℃
の温度で５〜３６０分の熱処理を行う。３００℃未満の
温度では析出するに要する時間が長くなりすぎて経済的
でなく、また６００℃を越える温度では過時効となって
特性の一層の向上が期待できなくなる。したがって時効
温度は３００〜６００℃の範囲とする。時効時間につい
ては５分未満では析出物の形成が不十分であり３６０分
を越えるような長時間では析出物の成長の上からもまた
経済性の上からも好ましくないことから５〜３６０分間
の範囲とする。

【００２５】また、必要に応じ、容体化処理後冷間圧延
する前に、３００〜５５０℃の温度で５〜３６０分間の
時効処理を施してもよい。この時効処理によって一層の
強度、弾性、電気伝導性の向上が期待できる。３００℃
未満の温度では析出するに要する時間が長すぎて経済的
でなくまた５５０℃を越える温度では過時効になり特性
の一層の向上が期待できなくなる。したがって時効温度
については３００〜５５０℃の範囲とする。時間につい
ては、５分未満では析出物の形成が不十分であり、３６
０分を越えるような長時間では析出物の成長のうえから
もまた経済性のうえからも好ましくないことから、５〜
３６０分間の範囲とする。但しこの前時効処理を施した
後の冷間加工率は３０〜７０％が望ましい。３０％未満
の加工率では引続き行う時効処理後の強度、弾性が不十
分であり、７０％を越えると成形加工性の低下が著しく
なる。

【００２６】また必要に応じ溶体化処理工程を２回以上
行ってもよい。溶体化処理を２回以上行うことにより、
鋳造時の不均一な組織および偏析の影響をほとんどなく
することができる。鋳造組織の影響を残すと本合金の弾
性および成形加工性のより一層の向上が望めない。

【００２７】以上の加工と熱処理を経ることによってＮ
ｉ−Ａｌ系金属間化合物がマトリックス中に微細に析出
した組織の銅基合金の薄板が製造でき、これは後記の実
施例に示すように高強度、高弾性、高伝導性を兼備し、
かつ成形加工性、めっき性、耐応力緩和特性等に優れる
ので、近年の電気・電子部品、輸送機器等で用いられる
コネクタ材料として好適なものである。

【００２８】

【実施例１】表１にその化学成分値（重量％）を示す銅
基合金No. １〜No. １０を高周波溶解炉を用いて溶製
し、１０×１００×１００００（mm）の鋳塊に連続鋳造
した。ただしNo. １〜No. ９の合金の溶解鋳造雰囲気は
Ａｒガスで完全にシールドし、No. １０の合金は大気中
で溶解鋳造した。また鋳型の材質はカーボンを用い、引
出しはパルス方式にて平均引出し速度１００mm／分で行
った。得られたインゴットの表面を観察し、欠陥のない
ものを○、欠陥があるものを×として表１に併記した。

【００２９】

【表１】 得られたインゴットを冷間圧延によって厚さ２mmまで圧
延（加工率８０％）し、これを８５０℃温度で１８０秒
間の溶体化処理を行った。次いで厚さ０．６mmまで冷間
圧延（加工率７０％）し、８５０℃の温度で１５０秒間
の溶体化処理を行った。得られた溶体化処理材を酸洗、
バフ掛けした後、厚さ０．２mmまで冷間圧延（加工率６
７％）し、５００℃の温度で６０分間の時効処理を施し
た。なお、前述の熱処理についてはその雰囲気を不活性
ガスまたは還元ガス雰囲気として材料表面および内部の
酸化をできるだけ抑制した。

【００３０】得られた試験材を用いて、硬度、引張強
さ、ばね限界値、導電率、曲げ加工性、はんだ付け性、
特性バラツキを調べた結果を表１に併記した。

【００３１】硬度、引張強さ、ばね限界値および導電率
の測定はそれぞれＪＩＳＺ２２２４、ＪＩＳＺ２２４
１、ＪＩＳＨ３１３０およびＪＩＳＨ０５０５に従って
行った。曲げ加工性は９０°ｗ曲げ試験（ＣＥＳ−Ｍ０
００２−６、Ｒ＝０．２mm、曲げ軸が圧延方向に平行）
を行い、中央部山表面が良好なものを○、割れが発生し
たものを×として評価した。半田密着性は、半田めっき
（ディップ：Ｓｎ−４０ｗｔ％Ｐｂ，２６０℃×５sec.
弱活性ロジンフラックス使用）をした後、１５０℃の温
度で５００時間加熱後、試験片を９０°ｗ曲げし（Ｒ＝
０．２mm）、セロハンテープでピーリングテストを行
い、めっきが剥離しないものを○、剥離したものを×と
して評価した。特性のバラツキは、同一工程にて３回繰
り返し試作を行い、得られた試験材の引張強さ、ばね限
界値を測定し、この測定値のバラツキが平均値の５％以
内に全て納まったものを○、５％を越えたものを×とし
て評価した。

【００３２】また、No. ２の本発明合金と市販のリン青
銅（Ｃ５２１０ＥＨ、０．２mm）について応力緩和特性
の測定を行いその結果を表２に示した。その試験は、試
験片の中央部の応力が４０Kgｆ／mm² になるようにアー
チ状に曲げ１５０℃および２００℃の温度で５００時間
保持後の曲げぐせを応力緩和率として次式により算出し
た。

【００３３】応力緩和率（％）＝［（Ｌ1 −Ｌ2 ）／
（Ｌ1 −Ｌ0 ）］×１００ ただし Ｌ0 ：治具の長さ（mm） Ｌ1 ：開始時の試料長さ（mm） Ｌ2 ：処理後の試料端間の水平距離（mm）

【００３４】

【表２】

【００３５】表１の結果から次のことが明らかである。

【００３６】本発明によるNo. １〜５の合金は、硬度、
引張強さ、ばね限界値、導電率のバランスが優れ且つ曲
げ加工性、半田密着性、鋳造性に優れ、特性のバラツキ
も小さいことから、コネクタ用銅合金として非常に優れ
た特性を有する合金である。

【００３７】これに対しＳｎを含まない比較合金No. ６
は、ばね限界値、鋳造性、特性バラツキの点で劣り、本
発明で規定するよりＮｉ量が多い比較合金No. ７は導電
率が低く、本発明で規定するＮｉ量、Ａｌ量であっても
Ｎｉ／Ａｌ比の大きい比較材No. ８は硬度、引張強さ、
ばね限界値、導電率が低くバランスが悪い。また本発明
で規定するＳｎ量より多い比較合金No. ９は、導電率、
曲げ加工性、鋳造性、特性バランスの点で劣り本発明で
規定するＮｉ量、Ａｌ量、Ｎｉ／Ａｌ比、Ｓｎ量であっ
ても酸素含有量の多い比較合金No. １０は曲げ加工性、
半田密着性、鋳造性、特性バランスが劣る。

【００３８】また表２から、本発明合金は従来の代表的
なコネクタ材料であるリン青銅に比べて耐応力緩和特性
に優れていることが明らかである。

【００３９】

【実施例２】実施例１の表１に示した本発明合金No. ２
を実施例１と同様の工程で、厚さ０．６mmの溶体化処理
材を得た。これを４００℃の温度で３０分間時効処理
後、酸洗い、バフ掛けした後、厚さ０．２mmまで冷間圧
延し５００℃の温度で６０分間の時効処理を施した。得
られた試験材の硬度、引張強さ、ばね限界値、導電率を
測定し、表３に示した。ただし測定は実施例１に準拠し
た。

【００４０】

【表３】

【００４１】表３から、溶体化処理後、冷間圧延する前
に時効処理を施すことによって本発明合金の硬度、引張
強さ、ばね限界値、導電率がいっそう向上したのが分か
る。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明は、高強度、高弾性
でかつ電気伝導性、曲げ加工性、めっき信頼性、耐応力
緩和特性に優れたコネクタ用銅基合金を得たものであり
近年の輸送機器用電装品の小型軽量化と配線の高密度化
や電子機器装置の内部実装の高密度化高信頼化に十分対
応できるコネクタ材料を提供するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 1/02 Ｈ０１Ｂ 1/02 Ａ Ｈ０１Ｈ 1/02 Ｈ０１Ｈ 1/02 Ｃ Ｈ０１Ｒ 13/03 Ｈ０１Ｒ 13/03 Ａ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｉ：５〜１５重量％、Ａｌ：０．５〜
   ２．０重量％、Ｓｎ：０．１〜３．０重量％、酸素：５
   ０ppm 以下、残部がＣｕおよび不可避的不純物からな
   り、（Ｎｉの重量％）／（Ａｌの重量％）の比の値が３
   〜１０であるコネクタ用銅基合金。
2. 【請求項２】 Ｎｉ：５〜１５重量％、Ａｌ：０．５〜
   ２．０重量％、Ｓｎ：０．１〜３．０重量％、Ｂ：０．
   ００５〜０．１重量％、酸素：５０ppm 以下、残部がＣ
   ｕおよび不可避的不純物からなり、（Ｎｉの重量％）／
   （Ａｌの重量％）の比の値が３〜１０であるコネクタ用
   銅基合金。
3. 【請求項３】 必須成分として、Ｎｉ：５〜１５重量
   ％、Ａｌ：０．５〜２．０重量％、Ｓｎ：０．１〜３．
   ０重量％および酸素：５０ppm 以下、さらに必要に応じ
   てＢ：０．００５〜０．１重量％を含み、残部がＣｕお
   よび不可避的不純物からなり、（Ｎｉの重量％）／（Ａ
   ｌの重量％）の比の値が３〜１０である銅基合金の素材
   板を連続鋳造によって製造する工程、この素材板を熱間
   圧延することなく冷間加工率５０％以上で圧延する工
   程、得られた板材をさらに７５０〜９５０℃の温度で１
   ０〜６００秒間溶体化処理する工程、得られた溶体化処
   理材を圧下率３０〜９０％の範囲で冷間圧延する工程、
   得られた冷延材を３００〜６００℃の温度で５〜３６０
   分の時効処理を行う工程を含むことを特徴とするコネク
   タ用銅基合金の製造方法。