JP3105392B2

JP3105392B2 - コネクタ用銅基合金の製造法

Info

Publication number: JP3105392B2
Application number: JP06073993A
Authority: JP
Inventors: 章菅原; 佳武花; 郁田辺; 哲男加藤; 幸男太田; 直樹角田
Original assignee: Dowa Holdings Co Ltd; Yazaki Corp; Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd; Yazaki Corp
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 2000-10-30
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JPH07258777A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コネクタ等の電気
・電子部品用材料として好適な中強度・中導電性銅基合
金の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のエレクトロニクスの発達により、
種々の機械の電気配線の複雑化・高集積化が進み、これ
に伴ってコネクタ等の電気・電子部品用伸銅品材料の需
要が増加している。

【０００３】また、コネクタ等の電気・電子部品には、
より一層の軽量化、高信頼化、低コスト化が要求される
ようになり、これらの要求を満たすものとなるようにす
るために、コネクタ用銅基合金材料は薄肉化され、ま
た、複雑な形状にプレスされるため、強度、弾性、導電
性およびプレス成形性が良好でなければならないとされ
ている。

【０００４】具体的には、端子について、挿抜時や曲げ
に対して座屈しない強度、電線の加締め、保持に対する
強度等の改善が望まれ、したがって引張強さは、４５０
N/mm²以上であることが好ましく、さらに通電によるジ
ュール熱発生を抑えるため導電率は、３９%IACS 以上で
あることが好ましいとされている。

【０００５】また、端子の小型化によりプレス成形性の
要求も厳しくなり、曲げ部半径（Ｒ）と板厚（ｔ）との
比Ｒ／ｔが１以下を満足する加工性が必要である。更
に、耐食性、耐応力腐食割れ性に優れていることが必要
であり、またメス端子に至っては、熱的負荷が加わるこ
とから、耐応力緩和特性にも優れていなければならな
い。

【０００６】従来、コネクタ材としては黄銅等が低コス
トの材料として使用されていたが、これらは強度と導電
率のバランス、耐食性、耐応力腐食割れ性、耐応力緩和
特性等の点では劣っていた。このように、上記の諸特性
を同時に兼備し、しかも安価なコネクタ用合金材料は得
られていなかった。

【０００７】一般にコネクタ等の電気・電子部品はＳｎ
めっきされることが多いため、プレス工程で生じたプレ
スくずを溶解原料として再使用するためには、脱脂、め
っき剥離等の予備処理が必要であった。またプレスくず
を直接原料として使用した場合には、プレス油の燃焼
（酸化）や蒸発の過程で炉壁を痛めたり、水素の吸蔵に
よるインゴットのブローホール発生があったりして、歩
留まり低下等、コストアップの要因となっていた。

【０００８】さらに、従来のめっき材の製造工程におい
ては母材となる材料の製造工程とＳｎめっき等の表面処
理工程とが各々独立して実施されており、熱処理等をは
じめとした工程短縮等によるコストダウンの余地が残さ
れていた。

【０００９】また、母材の材質によって、Ｃｕ下地めっ
きの有無や厚さ等が検討されているが、これはめっき加
熱剥離の見地から検討されたものであり、耐応力緩和特
性、はんだ付け性、接触抵抗、ばね性などコネクタ端子
として要求される特性について、総合的には検討されて
おらず、このためＣｕやＳｎの最適膜厚の検討は不十分
であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、エレクトロ
ニクスの発達にともない、コネクタ等の電気、電子部品
用材料に要求される上記のような諸特性を兼備した銅基
合金、すなわち強度、弾性、導電率、プレス成形性等に
優れたコネクタ用銅基合金の製造法を提供するものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は斯かる課題
を解決するために鋭意研究した結果、銅に添加する成分
の種類を極めて少なくするとともに、銅材より安価な成
分を添加することにより低コスト化を図ることによって
コネクタ等の電気・電子部品の製造用材料に要求される
強度・弾性・導電率・プレス成形性等に優れた諸特性を
兼備したコネクタ用銅合金を開発することができた。

【００１２】さらにまた、Ｓｎで表面処理した合金のプ
レスくずを直接溶解原料として再使用することが可能と
なるようにするとともに、本合金のＳｎ表面処理材をよ
り有利に得るための製造法の提供を目的とする。

【００１３】すなわち本発明は、添加成分元素の含有量
がＺｎ：３．０〜７．０wt% 、Ｓｎ：０．２〜１．０wt
% であり、且つそれらの添加量が次式(1)で表わされる
関係を満たし、１．０≦０．２Ｘ＋Ｙ≦１．８ (1)[但
し、ＸはＺｎの添加量（wt%）であり、ＹはＳｎの添加
量（wt%）である。]不純物の合計が０．２wt%以下であ
る銅基合金を原材料として用い、３５０〜７５０℃の温
度で１〜３６０分の熱処理後、加工率４０％以上で冷間
加工して得た材料の表面に、Ｃｕ下地を０．３〜１．０
μｍ、ＳｎをＣｕ下地上に０．５〜２．０μｍの厚さで
表面処理層として形成し、次いで１００〜２８０℃の温
度で１〜１８０分の熱処理を施すことを特徴とするコネ
クタ用銅基合金の製造法を提供するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の銅基合金におけるＺｎお
よびＳｎの成分量限定理由は以下に基づく。

【００１５】Ｚｎ：Ｚｎを添加することにより、強
度、弾性が向上する。Ｃｕより安価であるため多量に添
加することが望ましいが、７wt% を越えると耐食性、耐
応力腐食割れ性、導電率および耐応力緩和特性が低下す
る。さらにめっき性、はんだ付け性が低下する。一方、
３wt% より少ないと強度、弾性が不足する。さらにＳｎ
で表面処理したスクラップを原料とした場合に、溶解時
の水素ガス吸蔵量が多くなり、インゴットのブローホー
ルが発生しやすくなる。また、安価なＺｎが少ないので
あるから、経済的にも不利になる。したがって、Ｚｎは
３．０〜７．０wt% の範囲とする。

【００１６】Ｓｎ：Ｓｎは微量で強度、弾性をはじめ
とした機械的特性を向上させる効果がある。また、Ｓｎ
めっき材等のＳｎで表面処理した材料の再利用の点から
も添加元素として含有されるのが好ましい。しかしなが
ら、Ｓｎ含有量が増すと導電率が急激に低下し、また熱
間加工性も低下する。このため導電率３９%IACS を確保
するためには、１．０wt% を越えない範囲でなければな
らず、また逆に０．２wt% より少ないと以上のような効
果を得られないことから、Ｓｎの添加量は０．２〜１．
０wt% の範囲であればよい。

【００１７】また上述のように限定された成分の範囲で
あれば、Ｃｕの固溶限を越えない範囲であるため均一な
組成の合金が得られ、尚且つ以下の式(1) により限定さ
れる範囲（図１に示す斜線部が、本発明銅基合金の組成
範囲である）で、Ｚｎ、Ｓｎを母合金のＣｕに添加する
ことで引張強さ４５０N/mm²以上、導電率が３９%IACS
以上、さらにコネクタ材として必要な諸特性、具体的に
は耐食性、耐応力腐食割れ性（アンモニア蒸気中での割
れ寿命が黄銅１種の１０倍以上）、耐応力緩和特性（１
２０〜１５０℃における緩和率が黄銅１種の半分以
下）、成形加工性（Ｒ／ｔ≦１．０の９０°Ｗ曲げにも
クラック発生無し）等を満足する銅基合金を作製でき
る。１．０≦０．２Ｘ＋Ｙ≦１．８ (1) [但し、ＸはＺｎの添加量（wt% ）であり、ＹはＳｎの
添加量（wt% ）である。]さらに、その他の不純物はで
きるだけ少ないほうが望ましい。特に一般的に含有され
やすいＦｅ、Ｓｉは少量の含有で導電率の低下や、熱処
理時の硬度のばらつきを大きくし、また再結晶時におけ
る結晶粒の制御が難しくなるため、Ｆｅは０．１wt% 以
下、さらに好ましくは０．０５wt% 以下、Ｓｉは０．０
５wt% 以下、さらに好ましくは０．０３wt% 以下とす
る。

【００１８】また、不純物の合計が０．２wt% を越える
と導電率の低下以外に、不純物含有の影響による成形加
工性の低下や酸化皮膜の影響による接触抵抗の増大、は
んだ付け性の低下を生じ、また製造上も歩留まりや特性
にばらつきが発生しやすくなることから、不純物の合計
は０．２wt% 以下とする。

【００１９】また、本発明の銅合金材料を３５０〜７５
０℃の温度で１〜３６０分熱処理後、加工率４０％以上
で冷間加工した材料の表面に、Ｃｕ下地を０．３〜１．
０μｍ、Ｓｎを０．５〜２．０μｍの厚さで表面被覆し
た後に、１００〜２８０℃の温度で１〜１８０分熱処理
を施すとさらにコネクタ用材料としての特性が向上する
ことを見い出した。

【００２０】この場合、最終冷間加工前の焼鈍におい
て、結晶粒径を５〜２０μｍに制御すればプレス成形性
が向上するが、この時の処理温度は３５０〜７５０℃と
する。これは３５０℃未満の温度では再結晶に必要な温
度としては低すぎ、処理時間が長くなるため経済的でな
く、逆に７５０℃を越える温度では短時間で結晶粒が粗
大化し、粒径の制御が難しい。

【００２１】処理時間は、１〜３６０分とする。これは
処理時間が短かすぎると再結晶による結晶粒の制御が十
分でなく、長すぎると結晶粒の成長、粗大化が起こりや
すく、また経済的にも不利となるからである。最終冷間
加工率は４０％以上とする。４０％未満では加工硬化に
よる強度、硬度等の向上が十分でない。但し、加工率が
大きすぎると加工性が低下するので、より好ましい範囲
としては４０〜８０％の範囲である。

【００２２】このようにして得られた材料に、表面処理
としてＣｕ下地を０．３〜１．０μｍ、Ｓｎの表面処理
被覆を０．５〜２．０μｍ施す。Ｃｕ下地が０．３μｍ
未満では、合金中のＺｎが表面処理層および表面に拡散
し酸化することによる接触抵抗の増加や、はんだ付け性
の低下を防止する効果が少なく、１．０μｍを越えても
効果が飽和し、また経済的でもなくなる。Ｓｎ表面処理
層は、０．５μｍ未満では耐食性、特に耐硫化水素性が
不十分であり、逆に２．０μｍを越えても効果が飽和
し、経済的に不利となる。

【００２３】さらに、これらの表面処理は電気めっきに
よって実施すれば、膜厚の均一性、経済性の面から好ま
しく、尚、より好ましくは表面処理後に光沢を出すため
にリフロー処理を施すとよい。

【００２４】これらの表面処理後に熱処理を行うとさら
にウィスカ対策をはじめとした特性の向上が図れること
が判明した。すなわち、上記表面処理材を１００〜２８
０℃の温度で１〜１８０分熱処理することによって、材
料のばね限界値、耐応力緩和特性が向上し、ウィスカ対
策が実現できる。１００℃未満の温度ではこのような効
果が十分でなく、２８０℃を越えると拡散や酸化によ
り、接触抵抗、はんだ付け性、加工性が低下する。ま
た、熱処理時間が１分未満では効果が十分でなく１８０
分を超えると拡散や酸化による前述の特性低下が起こり
経済的でない。以下、実施例をもって詳細に説明する
が、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。

【００２５】

【実施例１】表１に化学成分（wt% ）を示す銅基合金Ｎ
ｏ．１〜１１を高周波誘導溶解炉を用いて溶製し、４０
×４０×１５０(mm)の鋳塊に鋳造した。ただし溶解鋳造
時の雰囲気はＡｒガス雰囲気とした。鋳造後直ちに水冷
し、各鋳塊について冷間圧延と焼鈍を繰り返し、厚さ
０．６mmまで冷間圧延した。

【００２６】次いで、４５０℃の温度で３０分間熱処理
後、水急冷を行い、さらに酸洗を施して得た熱処理材を
厚さ０．２５mmまで冷間圧延し、試験材とした。尚、表
１に示した本発明合金Ｎｏ．１〜８中の不純物は、それ
ぞれ合計０．２wt% 以下であり、特にＦｅ、Ｓｉは共に
０．０５wt% 以下であった。

【００２７】以上のようにして得られた試験材を用いて
硬さ、引張強さおよび導電率の測定を行なった。測定方
法はそれぞれＪＩＳＺ２２４４、ＪＩＳＺ２２
４１、ＪＩＳＨ０５０５に従った。また、曲げ加工
性は、９０°Ｗ曲げ試験（ＣＥＳ−Ｍ−０００２−６、
Ｒ＝０．２mm、圧延方向および垂直方向）を行ない、中
央部の山表面が良好なものを○印、しわの発生したもの
を△印、割れの発生したものを×印として評価し、これ
らの結果を表１に併せて示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１に示した結果から、本発明に係わるＮ
ｏ．１〜８の銅合金は引張強さ、導電率のバランスに優
れ、また曲げ加工性も良好であることがわる。従ってこ
れらはコネクタ等の電気・電子部品用材料として非常に
優れた特性を有する銅合金である。これに対して、Ｚｎ
含有量の多いＮｏ．９、Ｆｅ不純物の多いＮｏ．１０、
Ｆｅ，Ｓｉ不純物の多いＮｏ．１１は、導電率、曲げ加
工性に劣っていることがわかる。

【００３０】

【実施例２】実施例１の表１に示す本発明合金Ｎｏ．１
と市販の黄銅１種（Ｃ２６００−ＥＨ，Ｃ２６００−Ｈ
材）について、硬さ、引張強さ、ばね限界値、導電率、
耐応力腐食割れ性、耐熱温度を試験測定した。この場
合、硬さ、引張強さおよび導電率の測定試験は、実施例
１と同様の測定法であり、ばね限界値の測定は、ＪＩＳ
Ｈ３１３０にしたがって行なった。応力腐食割れ時間
は試料に約４００N/mm²の曲げ応力を負荷し、１２．５
％アンモニア水の入ったデシケータ内に暴露して割れが
発生した時間である。耐熱温度は、３０分加熱保持後の
硬さが、初期硬さの９０％となる温度とした。このよう
にして得た結果を表２に併せて示した。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２に示す結果から、本発明の銅基合金
は、従来の代表的なコネクタ等の電気・電子部品用材料
である黄銅に比較して、導電率、耐応力腐食割れ性、耐
熱性が向上していることがわかる。従って、本発明の銅
基合金は、耐環境性、信頼性に優れていることが明らか
である。

【００３３】

【実施例３】

【表３】

【００３４】表３に示す組成の本発明合金条材を作製
後、Ｃｕ下地めっきを０．５μｍ、Ｓｎめっきを１．１
μｍ施した後、プレス打ち抜きした材料を溶解鋳造用の
原料として準備した。鋳造における目標組成は第３表と
し、また、溶解用の原料としてプレスくずを約１ｔ、残
りは電気Ｃｕ、Ｚｎにより成分調整し約２ｔのインゴッ
トを６本得た。得られたインゴットの成分はほぼ表３に
示すものと同一であった。

【００３５】これらの得られたインゴットのうち３本
は、原料のプレスくずを４５０℃で、３時間大気中で加
熱処理して用いたものであり、残りの３本は何ら処理を
せずに用いたものである。各インゴットを急速に溶解
し、２ｔのインゴットを鋳造して、熱間圧延、冷間圧
延、焼鈍を繰り返し、０．２５mmに仕上げた。このよう
にして得られた材料の全長を検査し、インゴットのブロ
ーホールに起因した欠点の個数を数え、その結果を表４
に示した。

【００３６】

【表４】

【００３７】表４に示す結果から、本発明法に従ってプ
レスくずを熱処理して用いたものは欠陥がなく優れてい
たのに対し、熱処理をしないで用いた製品には欠陥が発
生しており、歩留まりに問題があることがわかる。

【００３８】

【実施例４】実施例１によって得られた本発明合金Ｎ
ｏ．１にＣｕ下地めっき０．５μｍ、Ｓｎめっき１．１
μｍを施した後、１５０℃の温度で６０分の熱処理を実
施したものと、めっき処理後熱処理しなかったものの特
性を比較し、その結果を表５に示した。ただし、応力緩
和率は、試験片の中央部の応力が、４００N/mm²になる
ようにアーチ状に曲げ１５０℃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。

【００３９】応力緩和率（％）＝［（Ｌ₁−Ｌ₂）／
（Ｌ₁−Ｌ₀）］×１００Ｌ₀：治具の長さ（mm）Ｌ₁：開始前の試料長さ（mm）Ｌ₂：処理後の試料端間の水平距離（mm）

【００４０】

【表５】

【００４１】表５に示す結果より、めっき処理後本発明
法によって熱処理した材料は、熱処理をしなかった材料
に比べて諸特性に優れ、コネクタ用として適しているこ
とがわかった。

【００４２】

【発明の効果】上述のように本発明法によって得られた
材料は、従来合金である黄銅等に比較して、引張強さ、
導電率のバランスや成形加工性をはじめ、耐環境性、耐
熱性、耐応力緩和率保持性等に優れるため、黄銅に代わ
る安価なコネクタ等の電気・電子部品材料として最適な
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明銅基合金の組成範囲を示す分布図であ
る。

フロントページの続き (72)発明者田辺郁東京都千代田区丸の内１丁目８番２号同和鉱業株式会社内 (72)発明者加藤哲男静岡県榛原郡榛原町布引原206−１矢崎部品株式会社内 (72)発明者太田幸男静岡県榛原郡榛原町布引原206−１矢崎部品株式会社内 (72)発明者角田直樹静岡県榛原郡榛原町布引原206−１矢崎部品株式会社内 (56)参考文献特開平１−162737（ＪＰ，Ａ) 特開平１−268834（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−284593（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 9/00 - 9/10 C22F 1/00 - 3/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】添加成分元素の含有量がＺｎ：３．０〜
７．０wt% 、Ｓｎ：０．２〜１．０wt% であり、且つそ
れらの添加量が次式(1)で表わされる関係を満たし、１．０≦０．２Ｘ＋Ｙ≦１．８ (1) [但し、ＸはＺｎの添加量（wt%）であり、ＹはＳｎの添
加量（wt%）である。]不純物の合計が０．２wt%以下で
ある銅基合金を原材料として用い、３５０〜７５０℃の温度で１〜３６０分の熱処理後、加
工率４０％以上で冷間加工して得た材料の表面に、Ｃｕ下地を０．３〜１．０μｍ、ＳｎをＣｕ下地上に
０．５〜２．０μｍの厚さで表面処理層として形成し、次いで１００〜２８０℃の温度で１〜１８０分の熱処理
を施すことを特徴とするコネクタ用銅基合金の製造法。