耐へたり性に優れた高強度銅合金材料とその製造方法
【課題】Ｂｅのような有害な元素を含まず、しかも、導電性ばね材料の用途に要求される十分な強度、耐へたり性および導電性を有する銅合金材料およびその製造方法を提供する。
【解決手段】質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるとともに、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相（ＣｕＡｇ相）およびＮｉ２Ｓｉ粒子を複合して含有する耐へたり性に優れた高強度銅合金材料、並びに、質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉと、必要に応じて０．２〜１．０％のＳｎおよび／または０．３〜１．２％のＺｎを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金材料に、温度３００〜６００℃で１〜１００時間の１次熱処理を施した後、加工率５０％以上で冷間加工を行う前記高強度銅合金材料の製造方法である。
【解決手段】質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるとともに、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相（ＣｕＡｇ相）およびＮｉ２Ｓｉ粒子を複合して含有する耐へたり性に優れた高強度銅合金材料、並びに、質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉと、必要に応じて０．２〜１．０％のＳｎおよび／または０．３〜１．２％のＺｎを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金材料に、温度３００〜６００℃で１〜１００時間の１次熱処理を施した後、加工率５０％以上で冷間加工を行う前記高強度銅合金材料の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ピックアップ用サスペンションワイヤなどの導電性ばね製品の用途において、特に耐へたり性に優れた高強度かつ高導電性の銅合金材料とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅は、電気抵抗が小さく導電性に優れることから、電気・電子用材料として多用され、その用途は種々電線からコネクタ、端子、スイッチなどの各種部品に至るまで多岐にわたって用いられている。しかしながら、一方で、銅は、軟質であるため、ばね製品のように高強度が要求される用途には本来不向きである。
【０００３】
そこで、高い導電性と高い強度が共に要求される導電性のばね製品、例えば、光ピックアップ用サスペンションワイヤなどの用途では、従来から高強度ステンレス鋼を芯材とし、その表面に銅をメッキもしくはクラッドした銅被覆材、あるいは、銅に他の元素を添加したリン青銅やベリリウム銅などの銅合金が使用されている。
【０００４】
しかしながら、前者の銅被覆材は、芯材自体の強度によって高強度は維持できるものの、銅被覆した芯材からの剥離や銅の被覆状態の不均一により、品質特性にバラツキを生じやすいうえ、製造工程が複雑で品質の低下や製造コストの上昇が避けられないという問題があった。
【０００５】
一方、後者の銅合金は、強度が大きいうえに導電性も比較的良好で、銅被覆材のような品質のバラツキといった問題も少ないことから広く用いられている。その特性として、例えばベリリウム銅では、引張強さが１４００ＭＰａ程度と高く（純銅は約２００ＭＰａ）、導電率も２０％ＩＡＣＳ程度と比較的良好であるが、Ｂｅは人体に有害であり、これを含む部品や装置を廃棄する場合には、別途処理工程を設けるなどの環境対策が必要となることから、最近ではその使用が制限されている。一方、前記リン青銅ではこのような問題はないものの、強度的にベリリウム銅には達しないことから、耐へたり性が求められる安定的なばね材としては満足し難いものである。
【０００６】
このような事情から、ベリリウム銅に代わる高強度、高導電性で、かつ、有害な元素を含まない銅合金材料が要望されており、このような特性を有する銅合金材料としては、例えば、Ｎｉを２．０〜４．８重量％、Ｓｉを０．２〜１．４重量％、Ｍｇを０．０５〜１．５重量％含有する銅合金において、その中に存在する析出物乃至介在物を特定したもの（特許文献１）、あるいは、Ｃｕに４〜３２原子％のＡｇを配合して鋳込んだ後に、急冷し、次いで冷間加工を行ったもの（特許文献２）などが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２２２６４１号公報
【特許文献２】特開２０００−１９９０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前者はその強度（引張強さ）が７００〜１０００ＭＰａ程度に留まるものあり、導電性ばね用の材料としては到底満足できるものではなかった。また、後者の特許文献２についても、前者の特許文献１より高い強度（引張強さ）のものが示され、用途として、種々ケーブルや巻線、その他シャフト用補強材などの用途を示しているが、特にばね用製品では、単に強度が大きいだけでは不十分であって、例えば弾性特性や疲労特性、耐へたり性など種々特性を備えることが必要であり、特に耐へたり性については、ばね製品における寿命の面から重要であるものの、同文献はこの点について何ら示唆していない。
【０００８】
このように、近年、ベリリウム銅に代わる安全性の高い導電性ばね用の銅合金材料として、強度および導電性とともに、特に耐へたり性に優れたものが要望されているが、未だそのような要求に応え得るものは得られていない。そこで、本発明はこのような従来技術の課題に対処すべく鋭意研究の結果、特許文献２による銅銀合金にさらに所定量のＮｉ、Ｓｉを複合添加することで、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相粒子およびＮｉとＳｉとのＮｉ２Ｓｉ相粒子を複合して含有することが有効との結論に至り本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、Ｂｅのような有害な元素を含まず、しかも、導電性ばね材料の用途に要求される十分な強度、耐へたり性および導電性を有する銅合金材料およびその製造方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本願の請求項１に記載の発明は、質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるとともに、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相（ＣｕＡｇ相）およびＮｉ２Ｓｉ粒子を複合して含有することを特徴とする耐へたり性に優れた高強度銅合金材料である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の銅合金材料において、前記合金組成は、さらに０．２〜１．０質量％のＳｎおよび／または０．３〜１．２質量％のＺｎを含有することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の銅合金材料において、前記Ａｇ、ＮｉおよびＳｉの含有量をそれぞれａ（質量％）、ｂ（質量％）およびｃ（質量％）とするとき、２．５≦（１／４ａ＋ｂ）／ｃ≦４０の関係にあることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の銅合金材料において、０．２％耐力が９００ＭＰａ以上で、かつ、導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の銅合金材料において、ばね用途に用いられるものであることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉと、必要に応じて０．２〜１．０％のＳｎおよび／または０．３〜１．２％のＺｎを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金材料に、温度３００〜６００℃で１〜１００時間の１次熱処理を施した後、加工率５０％以上で冷間加工を行うことを特徴とする耐へたり性に優れた高強度銅合金材料の製造方法である。
【００１６】
上記組成の銅合金材料に１次熱処理を施すことで、材料組織内にＣｕとＡｇとの共晶相（ＣｕＡｇ相）およびＮｉ２Ｓｉ相粒子とが複合化した形で形成される。そして加工率５０％以上で冷間加工を行うことで、組織が繊維化され、高い強度と耐へたり性が得られる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の銅合金材料の製造方法において、前記冷間加工後に、前記1次熱処理温度以下の温度で所定時間熱処理する２次熱処理を施すことを特徴とするものである。
【００１８】
このような２次熱処理は、銅合金材料がばねとしての製品形状に成形された後に施されることが望ましい。２次熱処理を行うことで、さらにＮｉ２Ｓｉ相粒子が析出し、耐へたり性が向上することとなる。
【００１９】
ここで、1次熱処理は、もっぱらＣｕＡｇ相の析出を主眼とし、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子の析出は副次的であるのに対し、２次熱処理は、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子の析出を主眼としている。ＣｕＡｇ相は冷間加工性に優れ、析出後に冷間加工を施すことで繊維化し高い強度が得られる。一方、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子は金属間化合物であり、塑性加工性に乏しく、過度に析出させると加工性に悪影響を与える反面、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子が多く析出することで塑性変形が生じにくくなり、耐へたり性が向上する。そこで、1次熱処理では冷間加工の初期の段階で比較的高い温度で熱処理を行い、ＣｕＡｇ相を多く析出させる。その後、冷間加工を行い、ばねとしての製品形状に成形された後に、比較的低い温度で２次熱処理を行い、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子の析出を図り、加工性と耐へたり性の両立を図っている。２次熱処理の温度が高すぎると再結晶が起こり、ＣｕＡｇ相による繊維強化の効果が失われてしまうこととなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、環境上の問題がなく、しかも、ＣｕＡｇ相粒子とＮｉ２Ｓｉ相粒子とを複合生成させた微細粒子によって、高強度で高導電性を有し、また、耐へたり性を改善した銅合金材料を得ることができ、また、これを用いて、耐へたり性に優れ、長寿命の導電性ばね材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について説明するが、各構成元素の含有量の単位「％」は「質量％」を示す。
【００２２】
本発明の銅合金材料は、Ｃｕに、５．０〜１６．０％のＡｇを含有させることにより、ＣｕとＡｇの共晶相を晶出させて、良好な導電性を維持しつつ強度を増大させ、さらに、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉを含有させることによって、Ｃｕ母材中にさらにＮｉとＳｉの化合物粒子（Ｎｉ２Ｓｉ相）を析出させ、これらの共晶相とＮｉ２Ｓｉ粒子との複合生成によって、導電性の低下を抑制しながら、強度のいっそうの増大を図るとともに、前記ばね用として用いる場合における耐へたり性の向上を図るものである。
【００２３】
ここで「へたり性」とは、例えば「ばね技術研究会会報」ｐ．２８２８（２００１年１０月発行）にも説明されているように、「弾性限度内の低い応力下において、塑性歪みが発生する現象」で、一般的には「弾性領域で、歪みを繰り返して与えたり、長時間歪みを与えたままにすると、実際に加えられた歪みより大きい歪みが加えられたときと同じ挙動を示し、除荷しても戻らない歪みが生じる現象」をいう。
【００２４】
そして、その測定は、例えば所定形状を有する試験線材に、その線材の弾性領域内での応力を負荷して所定時間放置した後に開放したときの歪みについて、応力負荷前と応力除去後の形状乃至寸法変化の比率で示されるものであって、本願発明では、負荷応力として対象線材またはその成形品の０．２％耐力値の４０％に相当する応力を３分間負荷した後、除荷した時の残留歪み量として［（Ｌ０−Ｌ１）／Ｌ０］×１００の計算式から求めることができる。なお、この場合、線材がトーションばねのような曲げ応力が加わる状態で使用されるものでは、前記４０％相当応力を加え、除荷した後の線材の弦長比について前記式から求められる。
【００２５】
また、圧縮コイルばねなどの成形品の場合についても、例えば以下の要領でへたり率を求めることができる。すなわち、そのばねについて、予め応力負荷した応力−歪み線図を求め、その線図のなかで０．２％耐力に相当する応力の４０％を加えた状態で所定時間放置し、除荷した時の自由長（Ｌ１）と当初自由長（Ｌ０）との変化を前記式に入れて求めるものである。これらの関係から明らかなように、値の小さいほど耐へたり性に優れていることを意味する。前記用途光ピックアップ用ばねやその他精密機器用ばねに用いるものでは、より好ましい耐へたり性は１．２％以下である。
【００２６】
したがって、本発明では、こうした現象を改善するためには、線の高強度化とともに弾性限度内での変形挙動に耐え得る形態にするのが有効との判断から、前記ＣｕＡｇ共晶相およびＮｉ２Ｓｉ化合物を複合して生成させることとした、また、そのなかで、これら共晶相および化合物がその長手方向に沿って連続的に点在配置した分布状態乃至繊維状に引き伸ばされた状態で複合させることで、たわみ応力などに対して大きな抵抗を有するものとなる。
【００２７】
こうした析出物の発生を図る観点から、本発明では各元素の含有量を前述の範囲にするものとした。すなわち、Ａｇ含有量が５．０％に満たないと、強度が不十分となり、１６．０％を超えると、強度が高くなりすぎ冷間加工（伸線加工）が困難になる。好ましいＡｇ含有量は８．０〜１４．０％の範囲であり、より好ましくは９．５〜１２．０％の範囲である。また、Ｎｉ含有量が１．０％に満たないと、上記共晶相の形成が少なくなり、強度を十分に向上させることができない。また、５．０％を超えると、強度は高くなるものの冷間加工が困難になる。好ましいＮｉ含有量は１．５〜３．２％の範囲である。
【００２８】
さらに、Ｓｉは、Ｎｉとの金属間化合物、Ｎｉ２Ｓｉを生成させるものであるため、Ｎｉ含有量が決まると最適なＳｉ含有量も決まってくる。すなわち、Ｓｉ含有量が０．２％に満たないと、Ｎｉ２Ｓｉの析出量が少なくなり、強度を十分に向上させることができない。また、１．２％を超えると、強度は変わらず、導電性が低下する。好ましいＳｉ含有量は０．３〜０．８％の範囲である。
【００２９】
また、本発明においては、Ａｇ、ＮｉおよびＳｉの含有量をそれぞれａ（％）、ｂ（％）およびｃ（％）としたとき、２．５≦（１／４ａ＋ｂ）／ｃ≦４０となるようにすることが好ましい。これは、Ａｇ、ＮｉおよびＳｉの各含有量のバランスをとることにより、冷間加工や析出処理などを行う場合に、加工硬化、析出硬化を促進して、強度を増大させることができ、かつ、良好な導電性も維持することができるという知見に基づくものである。
【００３０】
すなわち、図１は、Ａｇ、ＮｉおよびＳｉのそれぞれの含有量を前述した範囲で種々変化させ、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値（Ａ値）と、強度（耐力、引張強さ）および導電率の関係を調べた結果を示したもので、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値と強度は正の比例関係にあり、また、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値と導電率は負の比例関係にあり、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値を特定することにより、安定した特性が得られることを示している。［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値が２．５未満では、強度を十分に増大させることができず、一方、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値が４０を超えると、十分な耐へたり性が得られないこととなる。より好ましくは、８．０≦（１／４ａ＋ｂ）／ｃ≦１４．０とする。
【００３１】
本発明の銅合金には、耐へたり性をさらに向上させるため、必要に応じてＳｎおよび／またはＺｎを含有させることができる。その含有量は、Ｓｎが０．２〜１．０％、Ｚｎが０．３〜１．２％の範囲が好ましい。Ｓｎが０．２％未満では、添加による効果が得られず、１．０％を超えると加工性が低下する。また、Ｚｎが０．３％未満では、添加による効果が得られず、１．２％を超えるとＳｎの場合と同様に加工性が低下する。
【００３２】
また、本発明の銅合金には、例えば合計３％以下の不可避的不純物が含まれていてもよい。不可避的不純物としては、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどが挙げられる。
【００３３】
本発明の銅合金は、０．２％耐力が９００ＭＰａ以上であり、導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、０．２％耐力が９００ＭＰａ未満では、ばね用材料としての強度が十分でなく、また、導電率が２５％ＩＡＣＳ未満では、導電材料としたときの損失が大きくなる。より好ましくは、０．２％耐力が１０００〜１５００ＭＰａ程度で、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である。
【００３４】
ここで、０．２％耐力は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１「金属材料引張試験法」に準拠して引張試験を行った場合の、０．２％の永久歪みを生ずるときの応力をいい、また、導電率は、ＪＩＳ Ｃ ３００２に準拠して、２０℃の恒温槽中での４端子法（試料長さ１００ｍｍ）により測定することができる。特に耐力は硬質線材において、弾性特性が向上してより大きな応力に耐えることができ、用途の拡大を図ることができる。
【００３５】
本発明の銅合金材料は、このような特性とともに、組織内に前記析出物を複合し、また、該析出物は硬質かつ微細であることから、分散強化または繊維強化特性を備えるものとなり、それによって耐へたり性を高めることができる。特に、これら析出物をその長手方向に沿って方向性を持って配置した場合により顕著となる。なお、このような析出物によって導電性は若干低下する場合があるものの、本発明ではなお２５％ＩＡＣＳ以上の導電性を有することから実質的な影響はない。
【００３６】
上記のような銅合金材料は、次のような方法で製造することが好ましい。
【００３７】
すなわち、質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉと、必要に応じて０．２〜１．０％のＳｎおよび／または０．３〜１．２％のＺｎを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金材料に、温度３００〜６００℃で１〜１００時間の１次熱処理を施すことで、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相（ＣｕＡｇ相）およびＮｉ２Ｓｉ相粒子とを複合形成させ、その後、加工率５０％以上で冷間加工を行うものである。冷間加工は、最終形状に応じて、伸線、圧延またはその他の加工方法が採用される。
【００３８】
前記１次熱処理によって、Ｃｕマトリックス中に積極的にＡｇとＣｕからなる共晶相（ＣｕＡｇ相）を析出することを第一の特徴とする。このＣｕＡｇ相は、母相Ｃｕよりは硬質であるものの比較的延性を有し、その後の冷間加工によって、例えばその長手方向に沿って微細に伸びる繊維構造を有するものとする。なお、この場合、前記共晶相とともにＮｉ２Ｓｉ粒子を析出させることができる。熱処理温度が３００℃未満であるかもしくは熱処理時間が１時間に満たない場合は、前記析出が十分に行われず、逆に、熱処理温度が６００℃を超えるかもしくは熱処理時間が１００時間を越えると、ＣｕＡｇ相の固溶およびＮｉ２Ｓｉ粒子の粗大化が生じる。この析出熱処理は、より好ましくは３５０〜４５０℃の温度で５〜２０時間行う。
【００３９】
ＣｕＡｇ相は、このような１次熱処理工程の後の冷間加工において、繊維状に引き伸ばされ、Ｎｉ２Ｓｉ粒子の析出とともに銅合金材料の強度を向上させる。
【００４０】
本発明においては、このような冷間加工の途中で少なくとも１回の中間熱処理工程を行ってもよい。その際の熱処理条件としては、例えば真空中またはアルゴンもしくは窒素雰囲気中で、３００〜６００℃の温度で１分〜１時間未満程度が好ましく、４００〜５８０℃の温度で３〜３０分がより好ましい。このような中間熱処理を施すことにより、高い加工度で加工することが可能となる。温度が３００℃未満であるかもしくは時間が１分に満たないと加工性を十分に改善することができず、逆に、温度が６００℃を超えるかもしくは時間が１０時間を越えると、再結晶のために所定の強度が得られなくなる。
【００４１】
このようにして得られた銅合金材料を、その後、所定の製品形状に切断乃至加工することにより導電性ばね成形品が得られる。導電性ばね成形品の製品形状は、特に限定されるものではなく、コイル状（コイルばね）であっても、直線状（直線ばね）であっても、また、板状（板ばね）であってもよい。本発明においては、所定の製品形状に切断乃至加工した後、前記１次熱処理より低い温度、好ましくは１５０〜４００℃、より好ましくは２００〜３５０℃の２次熱処理を施すことが好ましい。このような２次熱処理を行うことにより、導電性ばね材料として用いる際の耐へたり性をさらに改善することができる。これは、主としてＮｉ２Ｓｉ粒子が析出したことによるものと推測される。２次熱処理温度が１次熱処理温度を超える温度条件では、再結晶が起こり、強度が低下することとなる。なお、この２次熱処理の時間は、熱処理温度に応じて耐へたり性の改善に必要な時間とされ、例えば大気中で、１分〜５時間、好ましくは３分〜１時間、より好ましくは５〜３０分間行われる。
【００４２】
本発明による銅合金材料は、高強度、高導電性で、かつ、耐へたり性に優れており、光ピックアップ用サスペンションワイヤ、ＬＳＩ検査用導電性ばね材など、かかる特性が要求される各種電気・電子部品の精密導電性ばね材として有用である。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４４】
実施例
外周に水冷ジャケットを設けた黒鉛鋳型を有する水平連続鋳造機を用いて、表１に示すような種々の組成を有する線径９．５ｍｍの鋳造ロッドを鋳造した。次いで、これらの鋳造ロッドに、表１に示した各種条件で熱処理および冷間加工を行い、線径０．７ｍｍの銅合金線材を得た。
【００４５】
すなわち、実施例１−１、１−２では、鋳造ロッドに４５０℃で１０時間の１次熱処理を窒素雰囲気中で施した後、冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、４５０℃で６分の中間熱処理をアルゴン雰囲気中で行った。
【００４６】
実施例１−３、１−４、２−１、２−２、３−１および３−２では、鋳造ロッドに４５０℃で１０時間の１次熱処理を施した後、冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、５５０℃で６分の中間熱処理を行った。
【００４７】
実施例４−１、４−２では、鋳造ロッドに熱処理を施すことなく冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、５００℃で６分の中間熱処理を行った。
【００４８】
実施例４−３、４−４では、鋳造ロッドに３５０℃で１０時間の１次熱処理を施した後、冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、５５０℃で６分の中間熱処理を行った。
【００４９】
実施例４−５、４−６では、鋳造ロッドに４００℃で１０時間の１次熱処理を施した後、冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、５５０℃で６分の中間熱処理を行った。
【００５０】
なお、これらの各実施例の１次熱処理を施したものについては、ＣｕＡｇ共晶相とともに少量のＮｉ２Ｓｉ粒子が確認された。
【００５１】
この後、得られた線径０．７ｍｍの銅合金線材をコイル状に加工して圧縮コイルばね（コイル外径：７．７０ｍｍ、コイル平均径：７．００ｍｍ、析出自由長（Ｌ０）：１３．５ｍｍ、総巻数：６．５巻、有効巻数：４．５巻）を作製した。実施例１−２、１−４、２−２、３−２、４−２、４−４、４−６ではコイル状に加工後に、２５０℃で１時間の２次熱処理を行った。
【００５２】
比較例１−１、１−２
１０．０質量％のＡｇと残部がＣｕからなる銅合金を、実施例と同様の水平連続鋳造機を用いて、線径９．５ｍｍの鋳造ロッドを鋳造し、次いで、この鋳造ロッドを冷間加工して、線径０．７ｍｍの銅合金線材を得た。この後、得られた線径０．７ｍｍの銅合金線材をコイル状に加工して実施例と同形状、同寸法の圧縮コイルばねを作製した。比較例１−２ではコイル状に加工後に、２６０℃で３０分間の熱処理を行った。
【００５３】
比較例２−１、２−２
２質量％のＢｅと残部がＣｕからなる線径０．７ｍｍの銅合金線材を、コイル状に加工して実施例と同形状、同寸法の圧縮コイルばねを作製した。なお、比較例２−１ではコイル状に加工後に、２６０℃で３０分間の熱処理を行った。また、比較例２−２ではコイル状に加工後に、３００℃で１時間の熱処理を行った。
【００５４】
比較例３−１、３−２
３．０質量％のＡｇと残部がＣｕからなる銅合金を、実施例と同様の水平連続鋳造機を用いて、線径９．５ｍｍの鋳造ロッドを鋳造し、次いで、この鋳造ロッドを冷間加工して、線径０．７ｍｍの銅合金線材を得た。この後、得られた線径０．７ｍｍの銅合金線材をコイル状に加工して実施例と同形状、同寸法の圧縮コイルばねを作製した。比較例３−２ではコイル状に加工後に、２６０℃で３０分間の熱処理を行った。
【００５５】
上記各実施例および各比較例で得られた圧縮コイルばねについて、へたり率（γ）を測定するとともに、同条件の処理を施した線材について０２％耐力、引張強さおよび導電率を測定した。これらの結果を、冷間加工前に採取したサンプルについて測定した引張強さおよび導電率とともに表２に示す。なお、へたり率（γ）は、圧縮コイルばねに、ばね長さ１２ｍｍ、８ｍｍとする荷重を１０回繰り返して負荷した後の自由長（Ｌ１０）を測定し、次式より算出した。
γ（％）＝［（Ｌ０−Ｌ１０）／Ｌ０］×１００
また、０．２％耐力および引張強さはＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、導電率はＪＩＳ Ｃ ３００２に準拠して測定した。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
表１および表２に示すように、実施例で得られた導電性ばねは、高強度、高導電性で、かつ、優れた耐へたり性を有するものである。比較例１−１、１−２のＣｕ−Ａｇ合金は導電率は７０％ＩＡＣＳ以上と良好であるものの、へたりが約３．９％、約１．８％と大きく、ばね材料としては必ずしも十分ではない。一方、本発明の実施例はいずれもへたりが小さい。特に、２次熱処理を施した実施例では、へたりは１％以下となっており、比較例２−１、２−２のベリリウム銅合金と同等の耐へたり性を有し、かつ、導電率においてはそれらに勝るものとなっている。
【００５９】
これらの測定結果から、本発明の銅合金材料は、ばね成形用として十分な特性を有することが確認された。したがって、導電性ばね材料の用途、特に精密分野において使用されるものとして、有害物質を含むベリリウム銅合金の代替材料として十分な性能を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値と、強度および導電率との関係を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ピックアップ用サスペンションワイヤなどの導電性ばね製品の用途において、特に耐へたり性に優れた高強度かつ高導電性の銅合金材料とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅は、電気抵抗が小さく導電性に優れることから、電気・電子用材料として多用され、その用途は種々電線からコネクタ、端子、スイッチなどの各種部品に至るまで多岐にわたって用いられている。しかしながら、一方で、銅は、軟質であるため、ばね製品のように高強度が要求される用途には本来不向きである。
【０００３】
そこで、高い導電性と高い強度が共に要求される導電性のばね製品、例えば、光ピックアップ用サスペンションワイヤなどの用途では、従来から高強度ステンレス鋼を芯材とし、その表面に銅をメッキもしくはクラッドした銅被覆材、あるいは、銅に他の元素を添加したリン青銅やベリリウム銅などの銅合金が使用されている。
【０００４】
しかしながら、前者の銅被覆材は、芯材自体の強度によって高強度は維持できるものの、銅被覆した芯材からの剥離や銅の被覆状態の不均一により、品質特性にバラツキを生じやすいうえ、製造工程が複雑で品質の低下や製造コストの上昇が避けられないという問題があった。
【０００５】
一方、後者の銅合金は、強度が大きいうえに導電性も比較的良好で、銅被覆材のような品質のバラツキといった問題も少ないことから広く用いられている。その特性として、例えばベリリウム銅では、引張強さが１４００ＭＰａ程度と高く（純銅は約２００ＭＰａ）、導電率も２０％ＩＡＣＳ程度と比較的良好であるが、Ｂｅは人体に有害であり、これを含む部品や装置を廃棄する場合には、別途処理工程を設けるなどの環境対策が必要となることから、最近ではその使用が制限されている。一方、前記リン青銅ではこのような問題はないものの、強度的にベリリウム銅には達しないことから、耐へたり性が求められる安定的なばね材としては満足し難いものである。
【０００６】
このような事情から、ベリリウム銅に代わる高強度、高導電性で、かつ、有害な元素を含まない銅合金材料が要望されており、このような特性を有する銅合金材料としては、例えば、Ｎｉを２．０〜４．８重量％、Ｓｉを０．２〜１．４重量％、Ｍｇを０．０５〜１．５重量％含有する銅合金において、その中に存在する析出物乃至介在物を特定したもの（特許文献１）、あるいは、Ｃｕに４〜３２原子％のＡｇを配合して鋳込んだ後に、急冷し、次いで冷間加工を行ったもの（特許文献２）などが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２２２６４１号公報
【特許文献２】特開２０００−１９９０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前者はその強度（引張強さ）が７００〜１０００ＭＰａ程度に留まるものあり、導電性ばね用の材料としては到底満足できるものではなかった。また、後者の特許文献２についても、前者の特許文献１より高い強度（引張強さ）のものが示され、用途として、種々ケーブルや巻線、その他シャフト用補強材などの用途を示しているが、特にばね用製品では、単に強度が大きいだけでは不十分であって、例えば弾性特性や疲労特性、耐へたり性など種々特性を備えることが必要であり、特に耐へたり性については、ばね製品における寿命の面から重要であるものの、同文献はこの点について何ら示唆していない。
【０００８】
このように、近年、ベリリウム銅に代わる安全性の高い導電性ばね用の銅合金材料として、強度および導電性とともに、特に耐へたり性に優れたものが要望されているが、未だそのような要求に応え得るものは得られていない。そこで、本発明はこのような従来技術の課題に対処すべく鋭意研究の結果、特許文献２による銅銀合金にさらに所定量のＮｉ、Ｓｉを複合添加することで、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相粒子およびＮｉとＳｉとのＮｉ２Ｓｉ相粒子を複合して含有することが有効との結論に至り本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、Ｂｅのような有害な元素を含まず、しかも、導電性ばね材料の用途に要求される十分な強度、耐へたり性および導電性を有する銅合金材料およびその製造方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本願の請求項１に記載の発明は、質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるとともに、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相（ＣｕＡｇ相）およびＮｉ２Ｓｉ粒子を複合して含有することを特徴とする耐へたり性に優れた高強度銅合金材料である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の銅合金材料において、前記合金組成は、さらに０．２〜１．０質量％のＳｎおよび／または０．３〜１．２質量％のＺｎを含有することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の銅合金材料において、前記Ａｇ、ＮｉおよびＳｉの含有量をそれぞれａ（質量％）、ｂ（質量％）およびｃ（質量％）とするとき、２．５≦（１／４ａ＋ｂ）／ｃ≦４０の関係にあることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の銅合金材料において、０．２％耐力が９００ＭＰａ以上で、かつ、導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の銅合金材料において、ばね用途に用いられるものであることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉと、必要に応じて０．２〜１．０％のＳｎおよび／または０．３〜１．２％のＺｎを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金材料に、温度３００〜６００℃で１〜１００時間の１次熱処理を施した後、加工率５０％以上で冷間加工を行うことを特徴とする耐へたり性に優れた高強度銅合金材料の製造方法である。
【００１６】
上記組成の銅合金材料に１次熱処理を施すことで、材料組織内にＣｕとＡｇとの共晶相（ＣｕＡｇ相）およびＮｉ２Ｓｉ相粒子とが複合化した形で形成される。そして加工率５０％以上で冷間加工を行うことで、組織が繊維化され、高い強度と耐へたり性が得られる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の銅合金材料の製造方法において、前記冷間加工後に、前記1次熱処理温度以下の温度で所定時間熱処理する２次熱処理を施すことを特徴とするものである。
【００１８】
このような２次熱処理は、銅合金材料がばねとしての製品形状に成形された後に施されることが望ましい。２次熱処理を行うことで、さらにＮｉ２Ｓｉ相粒子が析出し、耐へたり性が向上することとなる。
【００１９】
ここで、1次熱処理は、もっぱらＣｕＡｇ相の析出を主眼とし、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子の析出は副次的であるのに対し、２次熱処理は、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子の析出を主眼としている。ＣｕＡｇ相は冷間加工性に優れ、析出後に冷間加工を施すことで繊維化し高い強度が得られる。一方、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子は金属間化合物であり、塑性加工性に乏しく、過度に析出させると加工性に悪影響を与える反面、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子が多く析出することで塑性変形が生じにくくなり、耐へたり性が向上する。そこで、1次熱処理では冷間加工の初期の段階で比較的高い温度で熱処理を行い、ＣｕＡｇ相を多く析出させる。その後、冷間加工を行い、ばねとしての製品形状に成形された後に、比較的低い温度で２次熱処理を行い、Ｎｉ２Ｓｉ相粒子の析出を図り、加工性と耐へたり性の両立を図っている。２次熱処理の温度が高すぎると再結晶が起こり、ＣｕＡｇ相による繊維強化の効果が失われてしまうこととなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、環境上の問題がなく、しかも、ＣｕＡｇ相粒子とＮｉ２Ｓｉ相粒子とを複合生成させた微細粒子によって、高強度で高導電性を有し、また、耐へたり性を改善した銅合金材料を得ることができ、また、これを用いて、耐へたり性に優れ、長寿命の導電性ばね材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について説明するが、各構成元素の含有量の単位「％」は「質量％」を示す。
【００２２】
本発明の銅合金材料は、Ｃｕに、５．０〜１６．０％のＡｇを含有させることにより、ＣｕとＡｇの共晶相を晶出させて、良好な導電性を維持しつつ強度を増大させ、さらに、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉを含有させることによって、Ｃｕ母材中にさらにＮｉとＳｉの化合物粒子（Ｎｉ２Ｓｉ相）を析出させ、これらの共晶相とＮｉ２Ｓｉ粒子との複合生成によって、導電性の低下を抑制しながら、強度のいっそうの増大を図るとともに、前記ばね用として用いる場合における耐へたり性の向上を図るものである。
【００２３】
ここで「へたり性」とは、例えば「ばね技術研究会会報」ｐ．２８２８（２００１年１０月発行）にも説明されているように、「弾性限度内の低い応力下において、塑性歪みが発生する現象」で、一般的には「弾性領域で、歪みを繰り返して与えたり、長時間歪みを与えたままにすると、実際に加えられた歪みより大きい歪みが加えられたときと同じ挙動を示し、除荷しても戻らない歪みが生じる現象」をいう。
【００２４】
そして、その測定は、例えば所定形状を有する試験線材に、その線材の弾性領域内での応力を負荷して所定時間放置した後に開放したときの歪みについて、応力負荷前と応力除去後の形状乃至寸法変化の比率で示されるものであって、本願発明では、負荷応力として対象線材またはその成形品の０．２％耐力値の４０％に相当する応力を３分間負荷した後、除荷した時の残留歪み量として［（Ｌ０−Ｌ１）／Ｌ０］×１００の計算式から求めることができる。なお、この場合、線材がトーションばねのような曲げ応力が加わる状態で使用されるものでは、前記４０％相当応力を加え、除荷した後の線材の弦長比について前記式から求められる。
【００２５】
また、圧縮コイルばねなどの成形品の場合についても、例えば以下の要領でへたり率を求めることができる。すなわち、そのばねについて、予め応力負荷した応力−歪み線図を求め、その線図のなかで０．２％耐力に相当する応力の４０％を加えた状態で所定時間放置し、除荷した時の自由長（Ｌ１）と当初自由長（Ｌ０）との変化を前記式に入れて求めるものである。これらの関係から明らかなように、値の小さいほど耐へたり性に優れていることを意味する。前記用途光ピックアップ用ばねやその他精密機器用ばねに用いるものでは、より好ましい耐へたり性は１．２％以下である。
【００２６】
したがって、本発明では、こうした現象を改善するためには、線の高強度化とともに弾性限度内での変形挙動に耐え得る形態にするのが有効との判断から、前記ＣｕＡｇ共晶相およびＮｉ２Ｓｉ化合物を複合して生成させることとした、また、そのなかで、これら共晶相および化合物がその長手方向に沿って連続的に点在配置した分布状態乃至繊維状に引き伸ばされた状態で複合させることで、たわみ応力などに対して大きな抵抗を有するものとなる。
【００２７】
こうした析出物の発生を図る観点から、本発明では各元素の含有量を前述の範囲にするものとした。すなわち、Ａｇ含有量が５．０％に満たないと、強度が不十分となり、１６．０％を超えると、強度が高くなりすぎ冷間加工（伸線加工）が困難になる。好ましいＡｇ含有量は８．０〜１４．０％の範囲であり、より好ましくは９．５〜１２．０％の範囲である。また、Ｎｉ含有量が１．０％に満たないと、上記共晶相の形成が少なくなり、強度を十分に向上させることができない。また、５．０％を超えると、強度は高くなるものの冷間加工が困難になる。好ましいＮｉ含有量は１．５〜３．２％の範囲である。
【００２８】
さらに、Ｓｉは、Ｎｉとの金属間化合物、Ｎｉ２Ｓｉを生成させるものであるため、Ｎｉ含有量が決まると最適なＳｉ含有量も決まってくる。すなわち、Ｓｉ含有量が０．２％に満たないと、Ｎｉ２Ｓｉの析出量が少なくなり、強度を十分に向上させることができない。また、１．２％を超えると、強度は変わらず、導電性が低下する。好ましいＳｉ含有量は０．３〜０．８％の範囲である。
【００２９】
また、本発明においては、Ａｇ、ＮｉおよびＳｉの含有量をそれぞれａ（％）、ｂ（％）およびｃ（％）としたとき、２．５≦（１／４ａ＋ｂ）／ｃ≦４０となるようにすることが好ましい。これは、Ａｇ、ＮｉおよびＳｉの各含有量のバランスをとることにより、冷間加工や析出処理などを行う場合に、加工硬化、析出硬化を促進して、強度を増大させることができ、かつ、良好な導電性も維持することができるという知見に基づくものである。
【００３０】
すなわち、図１は、Ａｇ、ＮｉおよびＳｉのそれぞれの含有量を前述した範囲で種々変化させ、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値（Ａ値）と、強度（耐力、引張強さ）および導電率の関係を調べた結果を示したもので、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値と強度は正の比例関係にあり、また、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値と導電率は負の比例関係にあり、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値を特定することにより、安定した特性が得られることを示している。［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値が２．５未満では、強度を十分に増大させることができず、一方、［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値が４０を超えると、十分な耐へたり性が得られないこととなる。より好ましくは、８．０≦（１／４ａ＋ｂ）／ｃ≦１４．０とする。
【００３１】
本発明の銅合金には、耐へたり性をさらに向上させるため、必要に応じてＳｎおよび／またはＺｎを含有させることができる。その含有量は、Ｓｎが０．２〜１．０％、Ｚｎが０．３〜１．２％の範囲が好ましい。Ｓｎが０．２％未満では、添加による効果が得られず、１．０％を超えると加工性が低下する。また、Ｚｎが０．３％未満では、添加による効果が得られず、１．２％を超えるとＳｎの場合と同様に加工性が低下する。
【００３２】
また、本発明の銅合金には、例えば合計３％以下の不可避的不純物が含まれていてもよい。不可避的不純物としては、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどが挙げられる。
【００３３】
本発明の銅合金は、０．２％耐力が９００ＭＰａ以上であり、導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、０．２％耐力が９００ＭＰａ未満では、ばね用材料としての強度が十分でなく、また、導電率が２５％ＩＡＣＳ未満では、導電材料としたときの損失が大きくなる。より好ましくは、０．２％耐力が１０００〜１５００ＭＰａ程度で、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である。
【００３４】
ここで、０．２％耐力は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１「金属材料引張試験法」に準拠して引張試験を行った場合の、０．２％の永久歪みを生ずるときの応力をいい、また、導電率は、ＪＩＳ Ｃ ３００２に準拠して、２０℃の恒温槽中での４端子法（試料長さ１００ｍｍ）により測定することができる。特に耐力は硬質線材において、弾性特性が向上してより大きな応力に耐えることができ、用途の拡大を図ることができる。
【００３５】
本発明の銅合金材料は、このような特性とともに、組織内に前記析出物を複合し、また、該析出物は硬質かつ微細であることから、分散強化または繊維強化特性を備えるものとなり、それによって耐へたり性を高めることができる。特に、これら析出物をその長手方向に沿って方向性を持って配置した場合により顕著となる。なお、このような析出物によって導電性は若干低下する場合があるものの、本発明ではなお２５％ＩＡＣＳ以上の導電性を有することから実質的な影響はない。
【００３６】
上記のような銅合金材料は、次のような方法で製造することが好ましい。
【００３７】
すなわち、質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉと、必要に応じて０．２〜１．０％のＳｎおよび／または０．３〜１．２％のＺｎを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金材料に、温度３００〜６００℃で１〜１００時間の１次熱処理を施すことで、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相（ＣｕＡｇ相）およびＮｉ２Ｓｉ相粒子とを複合形成させ、その後、加工率５０％以上で冷間加工を行うものである。冷間加工は、最終形状に応じて、伸線、圧延またはその他の加工方法が採用される。
【００３８】
前記１次熱処理によって、Ｃｕマトリックス中に積極的にＡｇとＣｕからなる共晶相（ＣｕＡｇ相）を析出することを第一の特徴とする。このＣｕＡｇ相は、母相Ｃｕよりは硬質であるものの比較的延性を有し、その後の冷間加工によって、例えばその長手方向に沿って微細に伸びる繊維構造を有するものとする。なお、この場合、前記共晶相とともにＮｉ２Ｓｉ粒子を析出させることができる。熱処理温度が３００℃未満であるかもしくは熱処理時間が１時間に満たない場合は、前記析出が十分に行われず、逆に、熱処理温度が６００℃を超えるかもしくは熱処理時間が１００時間を越えると、ＣｕＡｇ相の固溶およびＮｉ２Ｓｉ粒子の粗大化が生じる。この析出熱処理は、より好ましくは３５０〜４５０℃の温度で５〜２０時間行う。
【００３９】
ＣｕＡｇ相は、このような１次熱処理工程の後の冷間加工において、繊維状に引き伸ばされ、Ｎｉ２Ｓｉ粒子の析出とともに銅合金材料の強度を向上させる。
【００４０】
本発明においては、このような冷間加工の途中で少なくとも１回の中間熱処理工程を行ってもよい。その際の熱処理条件としては、例えば真空中またはアルゴンもしくは窒素雰囲気中で、３００〜６００℃の温度で１分〜１時間未満程度が好ましく、４００〜５８０℃の温度で３〜３０分がより好ましい。このような中間熱処理を施すことにより、高い加工度で加工することが可能となる。温度が３００℃未満であるかもしくは時間が１分に満たないと加工性を十分に改善することができず、逆に、温度が６００℃を超えるかもしくは時間が１０時間を越えると、再結晶のために所定の強度が得られなくなる。
【００４１】
このようにして得られた銅合金材料を、その後、所定の製品形状に切断乃至加工することにより導電性ばね成形品が得られる。導電性ばね成形品の製品形状は、特に限定されるものではなく、コイル状（コイルばね）であっても、直線状（直線ばね）であっても、また、板状（板ばね）であってもよい。本発明においては、所定の製品形状に切断乃至加工した後、前記１次熱処理より低い温度、好ましくは１５０〜４００℃、より好ましくは２００〜３５０℃の２次熱処理を施すことが好ましい。このような２次熱処理を行うことにより、導電性ばね材料として用いる際の耐へたり性をさらに改善することができる。これは、主としてＮｉ２Ｓｉ粒子が析出したことによるものと推測される。２次熱処理温度が１次熱処理温度を超える温度条件では、再結晶が起こり、強度が低下することとなる。なお、この２次熱処理の時間は、熱処理温度に応じて耐へたり性の改善に必要な時間とされ、例えば大気中で、１分〜５時間、好ましくは３分〜１時間、より好ましくは５〜３０分間行われる。
【００４２】
本発明による銅合金材料は、高強度、高導電性で、かつ、耐へたり性に優れており、光ピックアップ用サスペンションワイヤ、ＬＳＩ検査用導電性ばね材など、かかる特性が要求される各種電気・電子部品の精密導電性ばね材として有用である。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４４】
実施例
外周に水冷ジャケットを設けた黒鉛鋳型を有する水平連続鋳造機を用いて、表１に示すような種々の組成を有する線径９．５ｍｍの鋳造ロッドを鋳造した。次いで、これらの鋳造ロッドに、表１に示した各種条件で熱処理および冷間加工を行い、線径０．７ｍｍの銅合金線材を得た。
【００４５】
すなわち、実施例１−１、１−２では、鋳造ロッドに４５０℃で１０時間の１次熱処理を窒素雰囲気中で施した後、冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、４５０℃で６分の中間熱処理をアルゴン雰囲気中で行った。
【００４６】
実施例１−３、１−４、２−１、２−２、３−１および３−２では、鋳造ロッドに４５０℃で１０時間の１次熱処理を施した後、冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、５５０℃で６分の中間熱処理を行った。
【００４７】
実施例４−１、４−２では、鋳造ロッドに熱処理を施すことなく冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、５００℃で６分の中間熱処理を行った。
【００４８】
実施例４−３、４−４では、鋳造ロッドに３５０℃で１０時間の１次熱処理を施した後、冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、５５０℃で６分の中間熱処理を行った。
【００４９】
実施例４−５、４−６では、鋳造ロッドに４００℃で１０時間の１次熱処理を施した後、冷間加工した。冷間加工の途中、線径が３．０ｍｍまで伸線されたところで、５５０℃で６分の中間熱処理を行った。
【００５０】
なお、これらの各実施例の１次熱処理を施したものについては、ＣｕＡｇ共晶相とともに少量のＮｉ２Ｓｉ粒子が確認された。
【００５１】
この後、得られた線径０．７ｍｍの銅合金線材をコイル状に加工して圧縮コイルばね（コイル外径：７．７０ｍｍ、コイル平均径：７．００ｍｍ、析出自由長（Ｌ０）：１３．５ｍｍ、総巻数：６．５巻、有効巻数：４．５巻）を作製した。実施例１−２、１−４、２−２、３−２、４−２、４−４、４−６ではコイル状に加工後に、２５０℃で１時間の２次熱処理を行った。
【００５２】
比較例１−１、１−２
１０．０質量％のＡｇと残部がＣｕからなる銅合金を、実施例と同様の水平連続鋳造機を用いて、線径９．５ｍｍの鋳造ロッドを鋳造し、次いで、この鋳造ロッドを冷間加工して、線径０．７ｍｍの銅合金線材を得た。この後、得られた線径０．７ｍｍの銅合金線材をコイル状に加工して実施例と同形状、同寸法の圧縮コイルばねを作製した。比較例１−２ではコイル状に加工後に、２６０℃で３０分間の熱処理を行った。
【００５３】
比較例２−１、２−２
２質量％のＢｅと残部がＣｕからなる線径０．７ｍｍの銅合金線材を、コイル状に加工して実施例と同形状、同寸法の圧縮コイルばねを作製した。なお、比較例２−１ではコイル状に加工後に、２６０℃で３０分間の熱処理を行った。また、比較例２−２ではコイル状に加工後に、３００℃で１時間の熱処理を行った。
【００５４】
比較例３−１、３−２
３．０質量％のＡｇと残部がＣｕからなる銅合金を、実施例と同様の水平連続鋳造機を用いて、線径９．５ｍｍの鋳造ロッドを鋳造し、次いで、この鋳造ロッドを冷間加工して、線径０．７ｍｍの銅合金線材を得た。この後、得られた線径０．７ｍｍの銅合金線材をコイル状に加工して実施例と同形状、同寸法の圧縮コイルばねを作製した。比較例３−２ではコイル状に加工後に、２６０℃で３０分間の熱処理を行った。
【００５５】
上記各実施例および各比較例で得られた圧縮コイルばねについて、へたり率（γ）を測定するとともに、同条件の処理を施した線材について０２％耐力、引張強さおよび導電率を測定した。これらの結果を、冷間加工前に採取したサンプルについて測定した引張強さおよび導電率とともに表２に示す。なお、へたり率（γ）は、圧縮コイルばねに、ばね長さ１２ｍｍ、８ｍｍとする荷重を１０回繰り返して負荷した後の自由長（Ｌ１０）を測定し、次式より算出した。
γ（％）＝［（Ｌ０−Ｌ１０）／Ｌ０］×１００
また、０．２％耐力および引張強さはＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、導電率はＪＩＳ Ｃ ３００２に準拠して測定した。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
表１および表２に示すように、実施例で得られた導電性ばねは、高強度、高導電性で、かつ、優れた耐へたり性を有するものである。比較例１−１、１−２のＣｕ−Ａｇ合金は導電率は７０％ＩＡＣＳ以上と良好であるものの、へたりが約３．９％、約１．８％と大きく、ばね材料としては必ずしも十分ではない。一方、本発明の実施例はいずれもへたりが小さい。特に、２次熱処理を施した実施例では、へたりは１％以下となっており、比較例２−１、２−２のベリリウム銅合金と同等の耐へたり性を有し、かつ、導電率においてはそれらに勝るものとなっている。
【００５９】
これらの測定結果から、本発明の銅合金材料は、ばね成形用として十分な特性を有することが確認された。したがって、導電性ばね材料の用途、特に精密分野において使用されるものとして、有害物質を含むベリリウム銅合金の代替材料として十分な性能を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】［（１／４ａ＋ｂ）／ｃ］値と、強度および導電率との関係を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるとともに、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相およびＮｉ２Ｓｉ粒子を複合して含有することを特徴とする耐へたり性に優れた高強度銅合金材料。
【請求項２】
前記合金組成は、さらに０．２〜１．０質量％のＳｎおよび／または０．３〜１．２質量％のＺｎを含有することを特徴とする請求項１記載の高強度銅合金材料。
【請求項３】
前記Ａｇ、ＮｉおよびＳｉの含有量をそれぞれａ（質量％）、ｂ（質量％）およびｃ（質量％）とするとき、２．５≦（１／４ａ＋ｂ）／ｃ≦４０の関係にあることを特徴とする請求項１または２記載の高強度銅合金材料。
【請求項４】
０．２％耐力が９００ＭＰａ以上で、かつ、導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項３記載の高強度銅合金材料。
【請求項５】
ばね用途に用いられるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の高強度銅合金材料。
【請求項６】
質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉと、必要に応じて０．２〜１．０％のＳｎおよび／または０．３〜１．２％のＺｎを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金材料に、温度３００〜６００℃で１〜１００時間の１次熱処理を施した後、加工率５０％以上で冷間加工を行うことを特徴とする耐へたり性に優れた高強度銅合金材料の製造方法。
【請求項７】
前記冷間加工後に、前記1次熱処理温度以下の温度で所定時間熱処理する２次熱処理を施すことを特徴とする請求項６記載の高強度銅合金材料の製造方法。
【請求項１】
質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるとともに、組織内にＣｕとＡｇとの共晶相およびＮｉ２Ｓｉ粒子を複合して含有することを特徴とする耐へたり性に優れた高強度銅合金材料。
【請求項２】
前記合金組成は、さらに０．２〜１．０質量％のＳｎおよび／または０．３〜１．２質量％のＺｎを含有することを特徴とする請求項１記載の高強度銅合金材料。
【請求項３】
前記Ａｇ、ＮｉおよびＳｉの含有量をそれぞれａ（質量％）、ｂ（質量％）およびｃ（質量％）とするとき、２．５≦（１／４ａ＋ｂ）／ｃ≦４０の関係にあることを特徴とする請求項１または２記載の高強度銅合金材料。
【請求項４】
０．２％耐力が９００ＭＰａ以上で、かつ、導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項３記載の高強度銅合金材料。
【請求項５】
ばね用途に用いられるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の高強度銅合金材料。
【請求項６】
質量で、５．０〜１６．０％のＡｇ、１．０〜５．０％のＮｉおよび０．２〜１．２％のＳｉと、必要に応じて０．２〜１．０％のＳｎおよび／または０．３〜１．２％のＺｎを含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金材料に、温度３００〜６００℃で１〜１００時間の１次熱処理を施した後、加工率５０％以上で冷間加工を行うことを特徴とする耐へたり性に優れた高強度銅合金材料の製造方法。
【請求項７】
前記冷間加工後に、前記1次熱処理温度以下の温度で所定時間熱処理する２次熱処理を施すことを特徴とする請求項６記載の高強度銅合金材料の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００６−２９１２７１（Ｐ２００６−２９１２７１Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１２１９０（Ｐ２００５−１１２１９０）
【出願日】平成１７年４月８日（２００５．４．８）
【出願人】（３０６０１３１２０）昭和電線ケーブルシステム株式会社 (218)
【出願人】（０００２３１５５６）日本精線株式会社 (47)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月８日（２００５．４．８）
【出願人】（３０６０１３１２０）昭和電線ケーブルシステム株式会社 (218)
【出願人】（０００２３１５５６）日本精線株式会社 (47)
【Ｆターム（参考）】
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