銅合金材料
【課題】せん断加工した端面に対するせん断面の割合を小さくして、せん断加工性を向上させた銅合金材料を提供する。
【解決手段】本発明に係る銅合金材料は、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、Ｐの質量に対するＺｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成される。
【解決手段】本発明に係る銅合金材料は、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、Ｐの質量に対するＺｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅合金材料に関する。特に、本発明は、せん断加工性に優れた電気・電子部品用の銅合金材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
リードフレーム及びコネクタ端子等の電気・電子部品の材料として、純銅が示す導電率に近い導電率を維持しつつ、純銅の強度及び耐熱性を向上した材料であるＣｕ−Ｚｒ合金材料が知られている。ここで、リードフレーム及びコネクタ等の電気・電子部品は、高速精密プレスを用いて打ち抜き加工により製造される。打ち抜き加工においては、電気・電子部品を形成する材料によって、製造する部品の寸法精度の得られやすさ、せん断時に生じるダレ及びバリの大きさ、並びに部品の金型の摩耗の程度に差異が生じる。
【０００３】
特許文献１には、Ｚｒを０．０１から０．２重量％含有するＣｕ−Ｚｒ合金材料において、Ｃｕ−Ｚｒ合金材料の破断強度、伸び、及び破断時の板厚絞りを所定値に規定することにより、Ｃｕ−Ｚｒ合金材料の打ち抜き加工における寸法精度の向上を図ることが記載されている。また、特許文献２には、Ｚｒを０．０１から０．１重量％含有するＣｕ−Ｚｒ合金材料において、Ｃｕ−Ｚｒ合金材料の表面組織の結晶粒の形状及び大きさを制御することにより、打ち抜き加工等のせん断加工性を向上することが記載されている。
【特許文献１】特許第２６０６３９７号公報
【特許文献２】特許第３３３４１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の銅合金材料では、せん断加工条件、又は結晶粒等の制御に工夫を施したとしても、せん断加工した端面に対するせん断面の割合をある一定値以下にすることができなかったため、せん断加工性の向上に限界があった。この課題は、後述する本発明者の知見に基づいて明らかにされたものである。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、Ｃｕ−Ｚｒ合金材料の強度及び耐熱性を維持したまま、せん断加工性を向上させた銅合金材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、Ｐの質量に対するＺｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成される銅合金材料が提供される。
【０００７】
また、本発明は、上記目的を達成するため、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、Ｐの質量に対するＺｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成され、ビッカース硬さが１００以上である銅合金材料が提供される。
【０００８】
また、上記銅合金材料は、５００℃で５分間加熱した後のビッカース硬さが１００以上であってもよい。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するため、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、Ｐの質量に対するＺｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成され、平均結晶粒径が１０μｍ以下である銅合金材料が提供される。
【００１０】
また、上記銅合金材料は、５００℃で５分間加熱した後の平均結晶粒径が１０μｍ以下であってもよい。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するため、機械的強度及び耐熱性を向上させるＺｒと、ＺｒとＺｒＰを形成して、せん断加工性を向上させるＰとを含む銅合金材料が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の銅合金材料によれば、せん断加工した端面に対するせん断面の割合を小さくすることができるため、せん断加工性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施の形態］
本実施形態に係る銅合金材料は、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下の銅（Ｃｕ）と、Ｃｕに添加されてＣｕとの間でＣｕ−Ｚｒ合金を形成するＺｒと、Ｚｒと結合することにより主としてＺｒＰとして表される化合物粒子を形成する微量のＰとを有する。なお、本実施形態に係る銅合金材料は、Ｃｕ−Ｚｒ合金及びＺｒＰを除く残部に、少なくともＣｕと不可避的な不純物を有する。
【００１４】
具体的に、本実施形態に係る銅合金材料は、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒが添加されたＣｕに、０．００１以上０．０５質量％以下のＰが更に添加されて形成される。ここで、本実施形態に係る銅合金材料は、ＺｒとＰとの質量比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内になるように所定量のＺｒ及びＰがＣｕに添加されて形成される。また、ＺｒとＰとが反応して結合することにより生成したＺｒＰから形成される化合物粒子は、銅合金材料中に分散して析出する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る銅合金材料の製造工程を示す。
【００１６】
［銅合金材料の製造方法］
本実施形態に係る銅合金材料は以下のように製造される。まず、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下の銅（Ｃｕ）を、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で溶解する（Ｓ１００：溶解工程）。続いて、ＺｒのＰに対する質量比が４以上２０以下の範囲内になるように、溶解したＣｕに所定量のＺｒ及びＰを添加する（Ｓ１１０：添加工程）。そして、Ｚｒ及びＰが添加された溶解状態のＣｕを、直径３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの円筒状のインゴットに鋳造する（Ｓ１２０：鋳造工程）。
【００１７】
次に、鋳造されたインゴットを、９００℃の温度において熱間で押出加工することにより、幅２０ｍｍ、厚さ８ｍｍの板状に加工して板材とする（Ｓ１３０：熱間圧延工程）。そして、熱間圧延工程において得られた板材を、冷間圧延により厚さ１ｍｍの板材に加工する（Ｓ１４０：第１冷間圧延工程）。続いて、冷間圧延工程により得られた板材を、８００℃で、１分間、中間焼鈍する（Ｓ１５０：第１中間焼鈍工程）。
【００１８】
そして、第１中間焼鈍工程を経た板材を、冷間圧延により厚さ０．３６ｍｍの板材に加工する（Ｓ１６０：第２冷間圧延工程）。次に、第２冷間圧延工程で得られた板材を、６５０℃で、１分間、中間焼鈍する（Ｓ１７０：第２中間焼鈍工程）。そして、第２中間焼鈍工程を経た板材を、冷間圧延により厚さ０．２５ｍｍの板材に加工する（Ｓ１８０：第３冷間圧延工程）。これにより、本実施形態に係るＺｒ及びＰが添加された銅合金材料の板材が得られる。
【００１９】
表１は、本実施形態に係る銅合金材料の組成と比較例に係る銅合金材料の組成とを示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
本実施形態に係る銅合金材料は、一例として表１に示すように、０．０１０以上０．２００質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５０質量％以下のＰと、Ｃｕ及び不可避的な不純物とから構成される。そして、本実施形態に係る銅合金材料に含まれるＺｒとＰとの質量比（Ｚｒ／Ｐ）は、表１に示すように、４．０以上２０．０以下の範囲内である。
【００２２】
一方、比較例に係る銅合金材料は、表１に示すように、０．０２５以上０．１００質量％以下のＺｒと、０質量％又は０．００２以上０．０３０質量％以下のＰと、Ｃｕ及び不可避的な不純物とから構成される。そして、比較例に係る銅合金材料に含まれるＺｒとＰとの質量比（Ｚｒ／Ｐ）は、表１に示すように、２．０以上３．３以下の範囲、及び４０．０である。なお、Ｐの質量％が０質量％である比較例に係る銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．１）は、ＣｕとＺｒと不可避不純物とから構成され、Ｐを含まない銅合金材料である。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれについてせん断試験を実施する試験装置の概要を示す。
【００２４】
（せん断試験装置の構成）
せん断試験装置は、銅合金材料の板材６０を所定形状の試験片６２に打ち抜くパンチ１０と、パンチ１０を搭載するパンチ台座２００及びパンチ１０をパンチ台座２００に固定するパンチ抑え２１０を有するパンチホルダ２０と、板材６０を搭載すると共にパンチ１０の外形寸法に所定のクリアランス７０を加えて形成される開口４００を有するダイ４０と、ダイ４０を固定するダイホルダ５０と、板材６０をダイ４０に抑え付けるストリッパプレート３０とを備える。なお、板材６０の打ち抜きには、万能試験機又はプレス機械等の装置にパンチホルダ２０を接続して実施する。
【００２５】
ここで、クリアランス７０は、板材６０の板厚の２％から２０％に設定する。また、パンチ１０の断面形状は直径が１０ｍｍの円形に形成される。そして、せん断速度は、２０ｍｍ／ｍｉｎから１００ｍｍ／ｍｉｎに設定する。当該せん断試験装置を用いて板材６０を打ち抜くことにより、板材６０には直径が約１０ｍｍの孔が形成されると共に、直径１０ｍｍの試験片６２がダイホルダ５０の開口５００から外部に放出される。そして、打ち抜いた試験片６２には、打ち抜き加工により端面が生じる。
【００２６】
図３（ａ）は、せん断試験装置により板材から形成された試験片の部分断面図を示しており、図３（ｂ）は、せん断試験装置により板材から形成された試験片の端面の一部を示す。
【００２７】
板材６０がパンチ１０により打ち抜かれる場合、まず、下降したパンチ１０が板材６０に接触して、パンチ１０の外周に沿って板材６０にダレ６００が形成される。そして、板材６０にダレ６００が形成された後、パンチ１０が更に下降すると、板材６０は主としてせん断すべりによって変形する。この場合において、板材６０の端面には、パンチ１０の下降方向に沿った縦筋模様を呈するせん断面６１０が形成される。
【００２８】
更にパンチ１０が下降してパンチ１０による板材６０の打ち抜きが進行すると、板材６０は破断を開始する。そして、板材６０の端面には、せん断面６１０に連続してせん断面６１０の表面の凹凸よりも細かい凹凸を呈する破断面６２０が形成される。なお、せん断面６１０と破断面６２０とは外観形状が顕著に異なるので、明確に区別できる。そして、板材６０の破断面６２０に連続してバリ６３０が発生して、試験片６２が打ち抜かれて打ち抜きが完了する。ここで、試験片６２の端面には、板材６０と同様に、ダレ長６０２のダレ６００と、せん断長６１２のせん断面６１０と、破断長６２２の破断面６２０と、バリ長６３２のバリ６３０とが形成されている。
【００２９】
ここで、板材６０及び試験片６２を形成する材料のせん断加工性の良否と、打ち抜きにより試験片６２の端面に形成されたせん断面６１０及び破断面６２０の割合との間には密接な関係がある。具体的には、せん断加工性がよい材料は、せん断加工した端面を観察すると、せん断面６１０に対する破断面６２０の割合が大きい。一方、せん断加工性の悪い材料は、せん断加工した端面を観察すると、せん断面６１０に対する破断面６２０の割合が小さい。発明者の検討によると、打ち抜きの端面全体に占めるせん断面６１０の割合が５０％未満であれば、一般的に満足できるせん断加工性を有する材料、すなわち、せん断加工性がよい材料であるということができる。
【００３０】
そして、せん断面６１０の割合が大きい材料は、破断が生じ始めるまでのせん断すべりの変形量がせん断面６１０の割合が小さい材料よりも大きいため、ダレ６００及びバリ６３０が、せん断面６１０の割合が小さい材料よりも大きくなりやすい。また、せん断面６１０の割合が大きい材料は、破断が生じ始めるまでに要する時間がせん断面６１０の割合が小さい材料よりも長いので、せん断面６１０の割合が大きい材料を加工する金型の摩耗も大きくなる。
【００３１】
ここで、打ち抜き加工した試験片６２の端面全体に占めるせん断面の割合は、一例として以下のように算出できる。まず、試験片６２のパンチ１０による打ち抜き方向（試験片６２の厚さ方向）に沿ったダレ６００の長さであるダレ長６０２と、せん断面６１０の長さであるせん断長６１２と、試験片６２の板厚である試験片厚６４０とを測定する。そして、測定したダレ長６０２と、せん断長６１２と、及び試験片厚６４０とを用いて、（（せん断長６１２＋ダレ長６０２）／試験片厚６４０）×１００として規定される数式から、試験片６２の端面全体に占めるせん断面の割合（％）を算出できる。
【００３２】
なお、試験片６２のパンチ１０による打ち抜き方向に沿って、破断面６２０の長さである破断長６３２を測定して、ダレ長６０２及び破断長６２２の合計と試験片厚６４０との差から、せん断長６１２を算出して、算出したせん断長６１２をせん断面の割合の算出に用いてもよい。
【００３３】
表２は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの試験片の端面全体に占めるせん断面の割合を示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
更に、図４は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの試験片の端面全体に占めるせん断面の割合のグラフを示す。
【００３６】
Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の範囲内の銅合金材料においては、せん断試験によって打ち抜いた後の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は２５％から３０％であった。また、Ｚｒ／Ｐの値が４０．０である銅合金材料においては、せん断試験によって打ち抜いた後の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は７０％であった。なお、Ｐを含まない銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．１）においても、せん断試験によって打ち抜いた後の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は７０％であった。
【００３７】
一方、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の範囲内の銅合金材料においては、せん断試験によって打ち抜いた後の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は２５％から４０％であった。これにより、銅合金材料において一般的に満足できるせん断加工性を得るためには、銅合金材料中におけるＺｒ／Ｐ（質量比）の値を少なくとも２．０以上２０．０以下の範囲内に設定することが望ましいことが分かる。
【００３８】
なお、本実施形態に係る銅合金材料（本実施例：試料Ｎｏ．１から１１）及び比較例に係る銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．２から７）のそれぞれの中には、主としてＺｒＰで表される化合物粒子が分散して存在する。この場合において、これらの銅合金材料をせん断加工すると、銅合金材料中の化合物粒子の周辺部にせん断加工の時の応力が集中する。そして、化合物粒子を起点としたミクロクラックが銅合金材料中に発生する。
【００３９】
続いて、発生した複数のミクロクラックの成長、及び発生した複数のミクロクラックがそれぞれ結合することにより、銅合金材料の破断が進行する。これにより、ＺｒＰから主として形成される化合物粒子が析出した銅合金材料の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は、化合物粒子を含まない銅合金材料の端面全体に占めるせん断面６１０に比べて小さくなる。
【００４０】
また、銅合金材料中におけるＺｒ／Ｐの値が２０．０よりも大きい場合は、Ｚｒ／Ｐの値が２０．０の場合に比べて、銅合金材料に添加するＰの量が少なくなっている。この場合、銅合金材料中のＺｒと反応することにより生じるＺｒＰの量も少なくなる。そして、Ｚｒ／Ｐの値が２０．０より大きい場合、例えば、Ｚｒ／Ｐの値が４０．０の場合には、せん断試験後の端面全体におけるせん断面６１０の割合が５０％よりも大きいことが示された。
【００４１】
したがって、Ｚｒ／Ｐの値が２０．０よりも大きい場合、ＺｒとＰとの反応により生じる化合物粒子の銅合金材料中に析出する量は、せん断試験後の端面全体におけるせん断面６１０の割合を５０％以下にすることに対しては不十分であり、良好なせん断加工性は得られないことが示された。なお、Ｐを含む銅合金材料をせん断加工したときの端面に生じるダレ６００及びバリ６３０も、化合物粒子が銅合金材料中に存在しない場合に比べて化合物粒子が銅合金材料中に存在する場合の方が、小さく抑えることができる。
【００４２】
表３は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの加熱前及び加熱後のビッカース硬さ試験の結果、及び加熱後の平均結晶粒径を示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
更に、図５は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの加熱後のビッカース硬さのグラフを示す。
【００４５】
具体的には、５００℃の塩浴中で５分間、銅合金材料を加熱する前の銅合金材料のビッカース硬さ（Ｈｖ）を加熱前のビッカース硬さとすると共に、５００℃の塩浴中で５分間、銅合金材料を加熱した後の銅合金材料のビッカース硬さを加熱後のビッカース硬さとする。そして、本実施形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料のそれぞれについて、加熱前と加熱後とのビッカース硬さを測定した。ここで、加熱後の銅合金材料のビッカース硬さ（Ｈｖ）が１００以上を維持する場合、Ｐを含まない銅合金材料と同等以上の耐熱性を有していると判断できる。
【００４６】
Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の範囲内の銅合金材料、及びＺｒ／Ｐの値が４０．０の銅合金材料においては、加熱後のビッカース硬さは１０６以上を示した。一方、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の範囲内の銅合金材料においては、加熱後のビッカース硬さは、加熱前のビッカース硬さよりも小さい１００未満の値を示した。なお、Ｐを含まない銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．１）の場合、加熱後のビッカース硬さは１１２であった。
【００４７】
また、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の範囲内の銅合金材料、及びＺｒ／Ｐの値が４０．０の銅合金材料においては、加熱後の平均結晶粒径が５μｍであった。一方、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の範囲内の銅合金材料においては、加熱後の平均粒径は、２０μｍから３０μｍであった。そして、Ｐを含まない銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．１）の場合、加熱後の平均結晶粒径は１０μｍであった。なお、加熱後の銅合金材料の平均結晶粒径はそれぞれ、加熱後の銅合金材料の圧延方向に垂直な断面における金属組織を観察することにより測定した。
【００４８】
銅合金材料にＰを添加して、ＰとＺｒとの化合物粒子を銅合金材料中に分散析出させると、析出した化合物粒子は銅合金材料の結晶粒の成長を抑制する。これにより、Ｐを添加した銅合金材料中では、銅合金材料中に析出する化合物粒子の存在により、銅合金材料の微細な結晶組織を維持しやすくなる。なお、銅合金材料を５００℃で５分間加熱した後、平均結晶粒径が１０μｍ以下の範囲内にあれば、微細組織を維持する効果を期待できる。銅合金材料が係る微細組織を維持することにより、良好な機械的特性を期待できる。
【００４９】
ここで、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．２及び試料Ｎｏ．４から７）は、いずれもＺｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の銅合金材料よりもＰが過剰に添加されている。この場合、銅合金材料中のＺｒとＰとの間で化合物が形成されるので、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の銅合金材料中のＺｒよりも、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の銅合金材料中のＺｒの方が過剰に消費される。
【００５０】
したがって、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の銅合金材料中に固溶状態で存在するＺｒの量は、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の銅合金材料中に固溶状態で存在するＺｒに比べて減少する。その結果、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の銅合金材料の耐熱性が低下して加熱後のビッカース硬さが１００未満になると共に、再結晶の進行により平均結晶粒径も大きくなる。
【００５１】
銅合金材料に添加したＰと銅合金材料中のＺｒとで形成される化合物粒子を銅合金材料中に分散析出させた場合、化合物粒子の形成によって消費されるＺｒの割合が多くなるにつれて、Ｃｕ−Ｚｒ合金から形成される銅合金材料が本来有する耐熱性及び強度が徐々に低下する。そこで、Ｐを含む銅合金材料の耐熱性がＰを含まない銅合金材料と同等であり、かつ、Ｐを含まない銅合金材料よりもせん断加工性のよいＰを含む銅合金材料を形成することを目的とすると、Ｃｕに添加するＺｒ及びＰの好ましい組成範囲は、表２及び表３、並びに図３及び図４から、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の範囲内であることが分かる。
【００５２】
すなわち、Ｚｒ／Ｐの値を４．０以上２０．０以下の範囲に規定する理由は、当該範囲よりＰが過剰になると銅合金材料中のＺｒの大半がＰとの化合物粒子となって消費され、固溶状態で銅合金材料中に存在するＺｒが減少することで銅合金材料が本来的に有する強度及び耐熱性が低下するからである。また、当該範囲よりＰが少なくなると、ＺｒＰから主として形成される化合物粒子の形成が不十分となり、銅合金材料のせん断加工性の向上に十分な効果が得られないからである。
【００５３】
（実施の形態の効果）
本実施形態に係る銅合金材料によれば、Ｚｒ及びＰが添加された銅合金材料中にＺｒＰで表される化合物粒子を分散して析出させることができ、析出した化合物粒子を起点として銅合金材料の破断を進行させやすくすることができる。すなわち、本実施形態に係る銅合金材料は、せん断後の端面全体に占めるせん断面の割合が５０％未満であり、せん断加工性がよい。これにより、本実施形態に係る銅合金材料には、Ｐを含まないＣｕ−Ｚｒ合金材料及びＺｒ／Ｐの値が２０．０を超えるＰを含有するＣｕ−Ｚｒ合金材料に比べて寸法精度の良い加工を施すことができる。また、銅合金材料の破断が進行しやすくなることにより、銅合金材料と金型とが擦れ合う時間を短縮することができ、金型の摩耗を軽減することもできる。
【００５４】
また、本実施形態に係る銅合金材料によれば、５００℃、５分間の加熱後においても１００以上のビッカース硬さを維持している。したがって、本実施形態に係る銅合金材料によれば、加熱後であっても加熱前と同等の耐熱性を更に有しているので、Ｃｕ−Ｚｒ合金の本来の強度及び耐熱性を損なうことなく、せん断加工性を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る銅合金材料は、これまでのＣｕ−Ｚｒ合金と同様の製造工程により製造することができると共に、これまでのＣｕ−Ｚｒ合金と同等の高導電性及び高耐熱性を有する。したがって、製造コストの上昇を伴わずにせん断加工性を向上させた銅合金材料を提供できる。
【００５６】
なお、本実施形態に係る銅合金材料はせん断加工性が向上しているので、本実施形態に係る銅合金材料を用いて打ち抜き加工を実施すると、打ち抜き加工に用いる金型の寿命が延び、金型の調整及び打ち抜き条件の調整等の作業を低減することができる。したがって、本実施形態に係る銅合金材料から形成される電気・電子部品の製造コストの低減に大きな効果をもたらす。
【００５７】
なお、銅合金材料のせん断加工性の向上を目的とする一方で、銅合金材料の耐熱性及び強度を必要としない用途に合っては、本実施形態に係る銅合金材料が含むＰの量よりも多くのＰを添加した銅合金材料を製造してもよい。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態に係る銅合金材料の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれについてせん断試験を実施する試験装置の概要を示す図である。
【図３】（ａ）は、せん断試験装置により板材から形成された試験片の部分断面図であり、（ｂ）は、せん断試験装置により板材から形成された試験片の端面の一部を示す図である。
【図４】実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの試験片の端面全体に占めるせん断面の割合のグラフである。
【図５】実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの加熱後のビッカース硬さのグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０ パンチ
２０ パンチホルダ
３０ ストリッパプレート
４０ ダイ
５０ ダイホルダ
６０ 板材
６２ 試験片
７０ クリアランス
２００ パンチ台座
２１０ パンチ抑え
４００、５００ 開口
６００ ダレ
６０２ ダレ長
６１０ せん断面
６１２ せん断長
６２０ 破断面
６２２ 破断長
６３０ バリ
６３２ バリ長
６４０ 試験片厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅合金材料に関する。特に、本発明は、せん断加工性に優れた電気・電子部品用の銅合金材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
リードフレーム及びコネクタ端子等の電気・電子部品の材料として、純銅が示す導電率に近い導電率を維持しつつ、純銅の強度及び耐熱性を向上した材料であるＣｕ−Ｚｒ合金材料が知られている。ここで、リードフレーム及びコネクタ等の電気・電子部品は、高速精密プレスを用いて打ち抜き加工により製造される。打ち抜き加工においては、電気・電子部品を形成する材料によって、製造する部品の寸法精度の得られやすさ、せん断時に生じるダレ及びバリの大きさ、並びに部品の金型の摩耗の程度に差異が生じる。
【０００３】
特許文献１には、Ｚｒを０．０１から０．２重量％含有するＣｕ−Ｚｒ合金材料において、Ｃｕ−Ｚｒ合金材料の破断強度、伸び、及び破断時の板厚絞りを所定値に規定することにより、Ｃｕ−Ｚｒ合金材料の打ち抜き加工における寸法精度の向上を図ることが記載されている。また、特許文献２には、Ｚｒを０．０１から０．１重量％含有するＣｕ−Ｚｒ合金材料において、Ｃｕ−Ｚｒ合金材料の表面組織の結晶粒の形状及び大きさを制御することにより、打ち抜き加工等のせん断加工性を向上することが記載されている。
【特許文献１】特許第２６０６３９７号公報
【特許文献２】特許第３３３４１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の銅合金材料では、せん断加工条件、又は結晶粒等の制御に工夫を施したとしても、せん断加工した端面に対するせん断面の割合をある一定値以下にすることができなかったため、せん断加工性の向上に限界があった。この課題は、後述する本発明者の知見に基づいて明らかにされたものである。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、Ｃｕ−Ｚｒ合金材料の強度及び耐熱性を維持したまま、せん断加工性を向上させた銅合金材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、Ｐの質量に対するＺｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成される銅合金材料が提供される。
【０００７】
また、本発明は、上記目的を達成するため、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、Ｐの質量に対するＺｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成され、ビッカース硬さが１００以上である銅合金材料が提供される。
【０００８】
また、上記銅合金材料は、５００℃で５分間加熱した後のビッカース硬さが１００以上であってもよい。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するため、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、Ｐの質量に対するＺｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成され、平均結晶粒径が１０μｍ以下である銅合金材料が提供される。
【００１０】
また、上記銅合金材料は、５００℃で５分間加熱した後の平均結晶粒径が１０μｍ以下であってもよい。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するため、機械的強度及び耐熱性を向上させるＺｒと、ＺｒとＺｒＰを形成して、せん断加工性を向上させるＰとを含む銅合金材料が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の銅合金材料によれば、せん断加工した端面に対するせん断面の割合を小さくすることができるため、せん断加工性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施の形態］
本実施形態に係る銅合金材料は、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下の銅（Ｃｕ）と、Ｃｕに添加されてＣｕとの間でＣｕ−Ｚｒ合金を形成するＺｒと、Ｚｒと結合することにより主としてＺｒＰとして表される化合物粒子を形成する微量のＰとを有する。なお、本実施形態に係る銅合金材料は、Ｃｕ−Ｚｒ合金及びＺｒＰを除く残部に、少なくともＣｕと不可避的な不純物を有する。
【００１４】
具体的に、本実施形態に係る銅合金材料は、０．０１以上０．２質量％以下のＺｒが添加されたＣｕに、０．００１以上０．０５質量％以下のＰが更に添加されて形成される。ここで、本実施形態に係る銅合金材料は、ＺｒとＰとの質量比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内になるように所定量のＺｒ及びＰがＣｕに添加されて形成される。また、ＺｒとＰとが反応して結合することにより生成したＺｒＰから形成される化合物粒子は、銅合金材料中に分散して析出する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る銅合金材料の製造工程を示す。
【００１６】
［銅合金材料の製造方法］
本実施形態に係る銅合金材料は以下のように製造される。まず、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下の銅（Ｃｕ）を、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で溶解する（Ｓ１００：溶解工程）。続いて、ＺｒのＰに対する質量比が４以上２０以下の範囲内になるように、溶解したＣｕに所定量のＺｒ及びＰを添加する（Ｓ１１０：添加工程）。そして、Ｚｒ及びＰが添加された溶解状態のＣｕを、直径３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの円筒状のインゴットに鋳造する（Ｓ１２０：鋳造工程）。
【００１７】
次に、鋳造されたインゴットを、９００℃の温度において熱間で押出加工することにより、幅２０ｍｍ、厚さ８ｍｍの板状に加工して板材とする（Ｓ１３０：熱間圧延工程）。そして、熱間圧延工程において得られた板材を、冷間圧延により厚さ１ｍｍの板材に加工する（Ｓ１４０：第１冷間圧延工程）。続いて、冷間圧延工程により得られた板材を、８００℃で、１分間、中間焼鈍する（Ｓ１５０：第１中間焼鈍工程）。
【００１８】
そして、第１中間焼鈍工程を経た板材を、冷間圧延により厚さ０．３６ｍｍの板材に加工する（Ｓ１６０：第２冷間圧延工程）。次に、第２冷間圧延工程で得られた板材を、６５０℃で、１分間、中間焼鈍する（Ｓ１７０：第２中間焼鈍工程）。そして、第２中間焼鈍工程を経た板材を、冷間圧延により厚さ０．２５ｍｍの板材に加工する（Ｓ１８０：第３冷間圧延工程）。これにより、本実施形態に係るＺｒ及びＰが添加された銅合金材料の板材が得られる。
【００１９】
表１は、本実施形態に係る銅合金材料の組成と比較例に係る銅合金材料の組成とを示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
本実施形態に係る銅合金材料は、一例として表１に示すように、０．０１０以上０．２００質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５０質量％以下のＰと、Ｃｕ及び不可避的な不純物とから構成される。そして、本実施形態に係る銅合金材料に含まれるＺｒとＰとの質量比（Ｚｒ／Ｐ）は、表１に示すように、４．０以上２０．０以下の範囲内である。
【００２２】
一方、比較例に係る銅合金材料は、表１に示すように、０．０２５以上０．１００質量％以下のＺｒと、０質量％又は０．００２以上０．０３０質量％以下のＰと、Ｃｕ及び不可避的な不純物とから構成される。そして、比較例に係る銅合金材料に含まれるＺｒとＰとの質量比（Ｚｒ／Ｐ）は、表１に示すように、２．０以上３．３以下の範囲、及び４０．０である。なお、Ｐの質量％が０質量％である比較例に係る銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．１）は、ＣｕとＺｒと不可避不純物とから構成され、Ｐを含まない銅合金材料である。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれについてせん断試験を実施する試験装置の概要を示す。
【００２４】
（せん断試験装置の構成）
せん断試験装置は、銅合金材料の板材６０を所定形状の試験片６２に打ち抜くパンチ１０と、パンチ１０を搭載するパンチ台座２００及びパンチ１０をパンチ台座２００に固定するパンチ抑え２１０を有するパンチホルダ２０と、板材６０を搭載すると共にパンチ１０の外形寸法に所定のクリアランス７０を加えて形成される開口４００を有するダイ４０と、ダイ４０を固定するダイホルダ５０と、板材６０をダイ４０に抑え付けるストリッパプレート３０とを備える。なお、板材６０の打ち抜きには、万能試験機又はプレス機械等の装置にパンチホルダ２０を接続して実施する。
【００２５】
ここで、クリアランス７０は、板材６０の板厚の２％から２０％に設定する。また、パンチ１０の断面形状は直径が１０ｍｍの円形に形成される。そして、せん断速度は、２０ｍｍ／ｍｉｎから１００ｍｍ／ｍｉｎに設定する。当該せん断試験装置を用いて板材６０を打ち抜くことにより、板材６０には直径が約１０ｍｍの孔が形成されると共に、直径１０ｍｍの試験片６２がダイホルダ５０の開口５００から外部に放出される。そして、打ち抜いた試験片６２には、打ち抜き加工により端面が生じる。
【００２６】
図３（ａ）は、せん断試験装置により板材から形成された試験片の部分断面図を示しており、図３（ｂ）は、せん断試験装置により板材から形成された試験片の端面の一部を示す。
【００２７】
板材６０がパンチ１０により打ち抜かれる場合、まず、下降したパンチ１０が板材６０に接触して、パンチ１０の外周に沿って板材６０にダレ６００が形成される。そして、板材６０にダレ６００が形成された後、パンチ１０が更に下降すると、板材６０は主としてせん断すべりによって変形する。この場合において、板材６０の端面には、パンチ１０の下降方向に沿った縦筋模様を呈するせん断面６１０が形成される。
【００２８】
更にパンチ１０が下降してパンチ１０による板材６０の打ち抜きが進行すると、板材６０は破断を開始する。そして、板材６０の端面には、せん断面６１０に連続してせん断面６１０の表面の凹凸よりも細かい凹凸を呈する破断面６２０が形成される。なお、せん断面６１０と破断面６２０とは外観形状が顕著に異なるので、明確に区別できる。そして、板材６０の破断面６２０に連続してバリ６３０が発生して、試験片６２が打ち抜かれて打ち抜きが完了する。ここで、試験片６２の端面には、板材６０と同様に、ダレ長６０２のダレ６００と、せん断長６１２のせん断面６１０と、破断長６２２の破断面６２０と、バリ長６３２のバリ６３０とが形成されている。
【００２９】
ここで、板材６０及び試験片６２を形成する材料のせん断加工性の良否と、打ち抜きにより試験片６２の端面に形成されたせん断面６１０及び破断面６２０の割合との間には密接な関係がある。具体的には、せん断加工性がよい材料は、せん断加工した端面を観察すると、せん断面６１０に対する破断面６２０の割合が大きい。一方、せん断加工性の悪い材料は、せん断加工した端面を観察すると、せん断面６１０に対する破断面６２０の割合が小さい。発明者の検討によると、打ち抜きの端面全体に占めるせん断面６１０の割合が５０％未満であれば、一般的に満足できるせん断加工性を有する材料、すなわち、せん断加工性がよい材料であるということができる。
【００３０】
そして、せん断面６１０の割合が大きい材料は、破断が生じ始めるまでのせん断すべりの変形量がせん断面６１０の割合が小さい材料よりも大きいため、ダレ６００及びバリ６３０が、せん断面６１０の割合が小さい材料よりも大きくなりやすい。また、せん断面６１０の割合が大きい材料は、破断が生じ始めるまでに要する時間がせん断面６１０の割合が小さい材料よりも長いので、せん断面６１０の割合が大きい材料を加工する金型の摩耗も大きくなる。
【００３１】
ここで、打ち抜き加工した試験片６２の端面全体に占めるせん断面の割合は、一例として以下のように算出できる。まず、試験片６２のパンチ１０による打ち抜き方向（試験片６２の厚さ方向）に沿ったダレ６００の長さであるダレ長６０２と、せん断面６１０の長さであるせん断長６１２と、試験片６２の板厚である試験片厚６４０とを測定する。そして、測定したダレ長６０２と、せん断長６１２と、及び試験片厚６４０とを用いて、（（せん断長６１２＋ダレ長６０２）／試験片厚６４０）×１００として規定される数式から、試験片６２の端面全体に占めるせん断面の割合（％）を算出できる。
【００３２】
なお、試験片６２のパンチ１０による打ち抜き方向に沿って、破断面６２０の長さである破断長６３２を測定して、ダレ長６０２及び破断長６２２の合計と試験片厚６４０との差から、せん断長６１２を算出して、算出したせん断長６１２をせん断面の割合の算出に用いてもよい。
【００３３】
表２は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの試験片の端面全体に占めるせん断面の割合を示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
更に、図４は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの試験片の端面全体に占めるせん断面の割合のグラフを示す。
【００３６】
Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の範囲内の銅合金材料においては、せん断試験によって打ち抜いた後の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は２５％から３０％であった。また、Ｚｒ／Ｐの値が４０．０である銅合金材料においては、せん断試験によって打ち抜いた後の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は７０％であった。なお、Ｐを含まない銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．１）においても、せん断試験によって打ち抜いた後の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は７０％であった。
【００３７】
一方、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の範囲内の銅合金材料においては、せん断試験によって打ち抜いた後の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は２５％から４０％であった。これにより、銅合金材料において一般的に満足できるせん断加工性を得るためには、銅合金材料中におけるＺｒ／Ｐ（質量比）の値を少なくとも２．０以上２０．０以下の範囲内に設定することが望ましいことが分かる。
【００３８】
なお、本実施形態に係る銅合金材料（本実施例：試料Ｎｏ．１から１１）及び比較例に係る銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．２から７）のそれぞれの中には、主としてＺｒＰで表される化合物粒子が分散して存在する。この場合において、これらの銅合金材料をせん断加工すると、銅合金材料中の化合物粒子の周辺部にせん断加工の時の応力が集中する。そして、化合物粒子を起点としたミクロクラックが銅合金材料中に発生する。
【００３９】
続いて、発生した複数のミクロクラックの成長、及び発生した複数のミクロクラックがそれぞれ結合することにより、銅合金材料の破断が進行する。これにより、ＺｒＰから主として形成される化合物粒子が析出した銅合金材料の端面全体に占めるせん断面６１０の割合は、化合物粒子を含まない銅合金材料の端面全体に占めるせん断面６１０に比べて小さくなる。
【００４０】
また、銅合金材料中におけるＺｒ／Ｐの値が２０．０よりも大きい場合は、Ｚｒ／Ｐの値が２０．０の場合に比べて、銅合金材料に添加するＰの量が少なくなっている。この場合、銅合金材料中のＺｒと反応することにより生じるＺｒＰの量も少なくなる。そして、Ｚｒ／Ｐの値が２０．０より大きい場合、例えば、Ｚｒ／Ｐの値が４０．０の場合には、せん断試験後の端面全体におけるせん断面６１０の割合が５０％よりも大きいことが示された。
【００４１】
したがって、Ｚｒ／Ｐの値が２０．０よりも大きい場合、ＺｒとＰとの反応により生じる化合物粒子の銅合金材料中に析出する量は、せん断試験後の端面全体におけるせん断面６１０の割合を５０％以下にすることに対しては不十分であり、良好なせん断加工性は得られないことが示された。なお、Ｐを含む銅合金材料をせん断加工したときの端面に生じるダレ６００及びバリ６３０も、化合物粒子が銅合金材料中に存在しない場合に比べて化合物粒子が銅合金材料中に存在する場合の方が、小さく抑えることができる。
【００４２】
表３は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの加熱前及び加熱後のビッカース硬さ試験の結果、及び加熱後の平均結晶粒径を示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
更に、図５は、本発明の実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの加熱後のビッカース硬さのグラフを示す。
【００４５】
具体的には、５００℃の塩浴中で５分間、銅合金材料を加熱する前の銅合金材料のビッカース硬さ（Ｈｖ）を加熱前のビッカース硬さとすると共に、５００℃の塩浴中で５分間、銅合金材料を加熱した後の銅合金材料のビッカース硬さを加熱後のビッカース硬さとする。そして、本実施形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料のそれぞれについて、加熱前と加熱後とのビッカース硬さを測定した。ここで、加熱後の銅合金材料のビッカース硬さ（Ｈｖ）が１００以上を維持する場合、Ｐを含まない銅合金材料と同等以上の耐熱性を有していると判断できる。
【００４６】
Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の範囲内の銅合金材料、及びＺｒ／Ｐの値が４０．０の銅合金材料においては、加熱後のビッカース硬さは１０６以上を示した。一方、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の範囲内の銅合金材料においては、加熱後のビッカース硬さは、加熱前のビッカース硬さよりも小さい１００未満の値を示した。なお、Ｐを含まない銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．１）の場合、加熱後のビッカース硬さは１１２であった。
【００４７】
また、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の範囲内の銅合金材料、及びＺｒ／Ｐの値が４０．０の銅合金材料においては、加熱後の平均結晶粒径が５μｍであった。一方、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の範囲内の銅合金材料においては、加熱後の平均粒径は、２０μｍから３０μｍであった。そして、Ｐを含まない銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．１）の場合、加熱後の平均結晶粒径は１０μｍであった。なお、加熱後の銅合金材料の平均結晶粒径はそれぞれ、加熱後の銅合金材料の圧延方向に垂直な断面における金属組織を観察することにより測定した。
【００４８】
銅合金材料にＰを添加して、ＰとＺｒとの化合物粒子を銅合金材料中に分散析出させると、析出した化合物粒子は銅合金材料の結晶粒の成長を抑制する。これにより、Ｐを添加した銅合金材料中では、銅合金材料中に析出する化合物粒子の存在により、銅合金材料の微細な結晶組織を維持しやすくなる。なお、銅合金材料を５００℃で５分間加熱した後、平均結晶粒径が１０μｍ以下の範囲内にあれば、微細組織を維持する効果を期待できる。銅合金材料が係る微細組織を維持することにより、良好な機械的特性を期待できる。
【００４９】
ここで、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の銅合金材料（比較例：試料Ｎｏ．２及び試料Ｎｏ．４から７）は、いずれもＺｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の銅合金材料よりもＰが過剰に添加されている。この場合、銅合金材料中のＺｒとＰとの間で化合物が形成されるので、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の銅合金材料中のＺｒよりも、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の銅合金材料中のＺｒの方が過剰に消費される。
【００５０】
したがって、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の銅合金材料中に固溶状態で存在するＺｒの量は、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の銅合金材料中に固溶状態で存在するＺｒに比べて減少する。その結果、Ｚｒ／Ｐの値が２．０以上３．３以下の銅合金材料の耐熱性が低下して加熱後のビッカース硬さが１００未満になると共に、再結晶の進行により平均結晶粒径も大きくなる。
【００５１】
銅合金材料に添加したＰと銅合金材料中のＺｒとで形成される化合物粒子を銅合金材料中に分散析出させた場合、化合物粒子の形成によって消費されるＺｒの割合が多くなるにつれて、Ｃｕ−Ｚｒ合金から形成される銅合金材料が本来有する耐熱性及び強度が徐々に低下する。そこで、Ｐを含む銅合金材料の耐熱性がＰを含まない銅合金材料と同等であり、かつ、Ｐを含まない銅合金材料よりもせん断加工性のよいＰを含む銅合金材料を形成することを目的とすると、Ｃｕに添加するＺｒ及びＰの好ましい組成範囲は、表２及び表３、並びに図３及び図４から、Ｚｒ／Ｐの値が４．０以上２０．０以下の範囲内であることが分かる。
【００５２】
すなわち、Ｚｒ／Ｐの値を４．０以上２０．０以下の範囲に規定する理由は、当該範囲よりＰが過剰になると銅合金材料中のＺｒの大半がＰとの化合物粒子となって消費され、固溶状態で銅合金材料中に存在するＺｒが減少することで銅合金材料が本来的に有する強度及び耐熱性が低下するからである。また、当該範囲よりＰが少なくなると、ＺｒＰから主として形成される化合物粒子の形成が不十分となり、銅合金材料のせん断加工性の向上に十分な効果が得られないからである。
【００５３】
（実施の形態の効果）
本実施形態に係る銅合金材料によれば、Ｚｒ及びＰが添加された銅合金材料中にＺｒＰで表される化合物粒子を分散して析出させることができ、析出した化合物粒子を起点として銅合金材料の破断を進行させやすくすることができる。すなわち、本実施形態に係る銅合金材料は、せん断後の端面全体に占めるせん断面の割合が５０％未満であり、せん断加工性がよい。これにより、本実施形態に係る銅合金材料には、Ｐを含まないＣｕ−Ｚｒ合金材料及びＺｒ／Ｐの値が２０．０を超えるＰを含有するＣｕ−Ｚｒ合金材料に比べて寸法精度の良い加工を施すことができる。また、銅合金材料の破断が進行しやすくなることにより、銅合金材料と金型とが擦れ合う時間を短縮することができ、金型の摩耗を軽減することもできる。
【００５４】
また、本実施形態に係る銅合金材料によれば、５００℃、５分間の加熱後においても１００以上のビッカース硬さを維持している。したがって、本実施形態に係る銅合金材料によれば、加熱後であっても加熱前と同等の耐熱性を更に有しているので、Ｃｕ−Ｚｒ合金の本来の強度及び耐熱性を損なうことなく、せん断加工性を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る銅合金材料は、これまでのＣｕ−Ｚｒ合金と同様の製造工程により製造することができると共に、これまでのＣｕ−Ｚｒ合金と同等の高導電性及び高耐熱性を有する。したがって、製造コストの上昇を伴わずにせん断加工性を向上させた銅合金材料を提供できる。
【００５６】
なお、本実施形態に係る銅合金材料はせん断加工性が向上しているので、本実施形態に係る銅合金材料を用いて打ち抜き加工を実施すると、打ち抜き加工に用いる金型の寿命が延び、金型の調整及び打ち抜き条件の調整等の作業を低減することができる。したがって、本実施形態に係る銅合金材料から形成される電気・電子部品の製造コストの低減に大きな効果をもたらす。
【００５７】
なお、銅合金材料のせん断加工性の向上を目的とする一方で、銅合金材料の耐熱性及び強度を必要としない用途に合っては、本実施形態に係る銅合金材料が含むＰの量よりも多くのＰを添加した銅合金材料を製造してもよい。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態に係る銅合金材料の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれについてせん断試験を実施する試験装置の概要を示す図である。
【図３】（ａ）は、せん断試験装置により板材から形成された試験片の部分断面図であり、（ｂ）は、せん断試験装置により板材から形成された試験片の端面の一部を示す図である。
【図４】実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの試験片の端面全体に占めるせん断面の割合のグラフである。
【図５】実施の形態に係る銅合金材料及び比較例に係る銅合金材料それぞれの加熱後のビッカース硬さのグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０ パンチ
２０ パンチホルダ
３０ ストリッパプレート
４０ ダイ
５０ ダイホルダ
６０ 板材
６２ 試験片
７０ クリアランス
２００ パンチ台座
２１０ パンチ抑え
４００、５００ 開口
６００ ダレ
６０２ ダレ長
６１０ せん断面
６１２ せん断長
６２０ 破断面
６２２ 破断長
６３０ バリ
６３２ バリ長
６４０ 試験片厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、前記Ｐの質量に対する前記Ｚｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成される銅合金材料。
【請求項２】
０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、前記Ｐの質量に対する前記Ｚｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成され、ビッカース硬さが１００以上である銅合金材料。
【請求項３】
５００℃で５分間加熱した後のビッカース硬さが１００以上である請求項２に記載の銅合金材料。
【請求項４】
０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、前記Ｐの質量に対する前記Ｚｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成され、平均結晶粒径が１０μｍ以下である銅合金材料。
【請求項５】
５００℃で５分間加熱した後の平均結晶粒径が１０μｍ以下である請求項４に記載の銅合金材料。
【請求項６】
機械的強度及び耐熱性を向上させるＺｒと、
前記ＺｒとＺｒＰを形成して、せん断加工性を向上させるＰとを含む銅合金材料。
【請求項１】
０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、前記Ｐの質量に対する前記Ｚｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成される銅合金材料。
【請求項２】
０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、前記Ｐの質量に対する前記Ｚｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成され、ビッカース硬さが１００以上である銅合金材料。
【請求項３】
５００℃で５分間加熱した後のビッカース硬さが１００以上である請求項２に記載の銅合金材料。
【請求項４】
０．０１以上０．２質量％以下のＺｒと、０．００１以上０．０５質量％以下のＰとを、前記Ｐの質量に対する前記Ｚｒの質量の比（Ｚｒ／Ｐ）が４以上２０以下の範囲内で含み、残部がＣｕ及び不可避的な不純物から形成され、平均結晶粒径が１０μｍ以下である銅合金材料。
【請求項５】
５００℃で５分間加熱した後の平均結晶粒径が１０μｍ以下である請求項４に記載の銅合金材料。
【請求項６】
機械的強度及び耐熱性を向上させるＺｒと、
前記ＺｒとＺｒＰを形成して、せん断加工性を向上させるＰとを含む銅合金材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１８５０（Ｐ２００９−１８５０Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６３０３６（Ｐ２００７−１６３０３６）
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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