特許 6014625 高強度・高導電性の銅合金細線、銅合金ばね及び銅合金ばねの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6014625

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】高強度・高導電性の銅合金細線、銅合金ばね及び銅合金ばねの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 9/06 20060101AFI20161011BHJP

   C22F 1/08 20060101ALI20161011BHJP

   H01B 5/02 20060101ALI20161011BHJP

   H01B 1/02 20060101ALI20161011BHJP

   H01B 13/00 20060101ALI20161011BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20161011BHJP

【ＦＩ】

   C22C9/06

   C22F1/08 C

   H01B5/02 Z

   H01B1/02 A

   H01B13/00 501D

   H01B13/00 511B

   !C22F1/00 602

   !C22F1/00 604

   !C22F1/00 606

   !C22F1/00 625

   !C22F1/00 630A

   !C22F1/00 630F

   !C22F1/00 630K

   !C22F1/00 650A

   !C22F1/00 661A

   !C22F1/00 683

   !C22F1/00 685Z

   !C22F1/00 686A

   !C22F1/00 691B

   !C22F1/00 691C

   !C22F1/00 692A

   !C22F1/00 694A

【請求項の数】12

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-101966(P2014-101966)

(22)【出願日】2014年5月16日

(62)【分割の表示】特願2012-548788(P2012-548788)の分割

【原出願日】2011年12月13日

(65)【公開番号】特開2014-196564(P2014-196564A)

(43)【公開日】2014年10月16日

【審査請求日】2014年5月16日

(31)【優先権主張番号】特願2010-276609(P2010-276609)

(32)【優先日】2010年12月13日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000231556

【氏名又は名称】日本精線株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591149229

【氏名又は名称】石田 清仁

(74)【代理人】

【識別番号】100108121

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 雄毅

(72)【発明者】

【氏名】秋月 孝之

(72)【発明者】

【氏名】石田 清仁

【審査官】 相澤 啓祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２８３１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９１２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１４３５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１０７４６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ９／００−９／１０

Ｃ２２Ｆ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、Ｎｉ：５．０〜１５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｓｉ：０．３〜３．０％を含有し、かつ、
前記Ｎｉ、Ａｌ、及びＳｉが、｛（Ｎｉ＋２０Ａｌ）／８Ｓｉ｝による関係比率Ａ値が、５〜１３で、残部Ｃｕおよび不可避的不純物で構成された銅合金の細線条材料で、０．０５〜３ｍｍの線径に形成される銅合金細線であって、
前記銅合金細線は、その横断面の結晶粒径が５μｍ以下の軸方向に伸びた繊維状の集合組織と、導電率１０〜２２％ＩＡＣＳと、引張強さ（σＢ）９００〜１３００ＭＰａとを備え、
Ｘ線回折法による前記銅合金細線の所定断面における、Ｃｕ（１１１）の回折強度をＡ、Ｃｕ（２００）の回折強度をＢ、Ｃｕ（２２０）の回折強度をＣとするとき、Ａ：Ｂ：Ｃの回折強度比が、１．０：１．２〜５．０：２．２〜８．０を満たす
ことを特徴とする高強度・高導電性の銅合金細線。

【請求項2】

請求項１に記載の銅合金細線において、
前記銅合金細線は、更に、質量％で、
Ｂ：０．００１〜０．０５０％、
Ｐ：０．０１〜０．３０％、
Ｔｉ：０．１〜０．８％、
Ｃｏ：０．１〜０．８％、
Ｃｒ：０．１〜０．８％、
Ｚｎ：０．３〜１．２％、
Ｓｎ：０．１〜１．０％
及びＦｅ：０．０１〜１．０％のいずれか１種又は２種以上を含有する
ことを特徴とする高強度・高導電性の銅合金細線。

【請求項3】

銅合金細線で構成されている所定のばね形状を有する銅合金ばねにおいて、
前記銅合金ばねは、請求項１に記載の銅合金細線であって、
導電率１２〜２１．７％ＩＡＣＳで、かつ、応力４００Ｎ／ｍｍ^２を負荷した状態で、温度１２５℃に加熱して１週間保持したときの残留剪断歪が０．１５％以下である
ことを特徴とする銅合金ばね。

【請求項4】

請求項３に記載の銅合金ばねにおいて、
前記銅合金ばねは、更に、質量％で、
Ｂ：０．００１〜０．０５０％、
Ｐ：０．０１〜０．３０％、
Ｔｉ：０．１〜０．８％、
Ｃｏ：０．１〜０．８％、
Ｃｒ：０．１〜０．８％、
Ｚｎ：０．３〜１．２％、
Ｓｎ：０．１〜１．０％
及びＦｅ：０．０１〜１．０％のいずれか１種又は２種以上を含有する
ことを特徴とする銅合金ばね。

【請求項5】

請求項３又は４に記載の銅合金ばねにおいて、
前記銅合金ばねは、前記銅合金の母相中に単独のＮｉ_３（Ａｌ、Ｓｉ）のγ’相、又は該γ’相と更にＮｉ_２（Ａｌ、Ｓｉ）及び／又はＮｉ_５Ｓｉ_２の金属間化合物を形成してなる
ことを特徴とする銅合金ばね。

【請求項6】

請求項５に記載の銅合金ばねにおいて、
前記金属間化合物が、平均粒径が４μｍ以下で、占有する面積率が０．０５〜３０％の範囲にある
ことを特徴とする銅合金ばね。

【請求項7】

請求項３ないし６のいずれかに記載の銅合金ばねにおいて、
前記銅合金ばねは、光ピックアップ用の直線状ばねである
ことを特徴とする銅合金ばね。

【請求項8】

請求項３ないし７のいずれかに記載の銅合金ばねにおいて、
前記銅合金ばねの表面の酸化被膜は、５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする銅合金ばね。

【請求項9】

銅合金細線で構成されている所定のばね形状を有する銅合金ばねの製造方法において、
前記製造方法は、
請求項１に記載の銅合金細線を用い、
該銅合金細線を所定のばね形状に成形加工する段階と、
得られたばねを、加熱温度２５０〜５５０℃で、３０時間以下の範囲で加熱後、冷却速度３０℃／ｓｅｃ．以上で急冷処理する時効処理の段階を含むことで、
請求項３に記載の銅合金ばねを製造する
ことを特徴とする銅合金ばねの製造方法。

【請求項10】

請求項９に記載の銅合金ばねの製造方法において、
前記銅合金ばねは、更に、質量％で、
Ｂ：０．００１〜０．０５０％、
Ｐ：０．０１〜０．３０％、
Ｔｉ：０．１〜０．８％、
Ｃｏ：０．１〜０．８％、
Ｃｒ：０．１〜０．８％、
Ｚｎ：０．３〜１．２％、
Ｓｎ：０．１〜１．０％
及びＦｅ：０．０１〜１．０％のいずれか１種又は２種以上を含有する
ことを特徴とする銅合金ばねの製造方法。

【請求項11】

請求項９又は１０に記載の銅合金ばねの製造方法において、
前記製造方法は、さらに、時効処理に先だって、矯正処理を行う
ことを特徴とする銅合金ばねの製造方法。

【請求項12】

請求項９ないし１１のいずれかに記載の銅合金ばねの製造方法において、
前記製造方法は、時効処理によって、その母相内に単独のＮｉ_３（Ａｌ、Ｓｉ）のγ’相、又は該γ’相と更にＮｉ_２（Ａｌ、Ｓｉ）及び／又はＮｉ_５Ｓｉ_２の金属間化合物を形成して析出硬化させる
ことを特徴とする銅合金ばねの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、携帯電話や種々小型電子機器等に組み込まれ動作用又は接点用ばねなどとして用いられ、導電性とばね特性、特に通電時の発熱に伴う熱へたり性に対処した高強度・高導電性の銅合金細線、銅合金ばね及び銅合金ばねの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

銅や銅合金材料は電気抵抗が小さく、導電性に優れることから、急激な技術革新を続ける携帯電話や各種の電子機器等のコネクター、接点ばねなどの電気・電子用材料、部品への展開が期待され、従来からベリリウム銅合金線材（例えば、ＪＩＳ−Ｈ３２７０）が多用されてきた。

【0003】

しかしながら、該ベリリウム銅合金はその組成に有害なベリリウムを含み、これをリサイクルする場合に環境上の問題があることから、近年ではその使用が制限されつつあり、こうした状況を踏まえて本出願人は、Ａｇ：５．０〜１６．０％、Ｎｉ：１．０〜５．０％、Ｓｉ：０．２〜１．２％を含有することで、ＣｕとＡｇとの共晶相及びＮｉ_２Ｓｉ粒子の複合効果によって、高強度特性と導電特性を兼備する銅銀合金線を提供している。（特許文献１を参照。）

【0004】

他方、特許文献２は、Ｎｉ：１．５〜４質量％、Ｓｉ：０．３０〜１．２質量％及びＭｎ、Ｍｇの１種もしくは２種を合計０．０３〜０．５質量％含有し、残部Ｃｕ及び不可避不純物で構成され、該合金組成中のＮｉとＳｉの質量濃度比（Ｎｉ／Ｓｉ比）が、４≦｛Ｎｉ／Ｓｉ｝≦５の範囲にある銅合金を開示し、その中で介在物の大きさが５μｍ以下であって、該介在物中のＮｉ、Ｓｉ及び酸素濃度の合計が１０質量％以上、かつ大きさが１μｍ以上の介在物の個数と大きさ０．１μｍ以上の介在物総個数との比が０．１以下である電子材料用のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−２９１２７１

【特許文献2】特開２００６−２８３１０７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の銅銀合金線によるものは、その成分組成に高価なＡｇを含み材料価格の上昇によって普及拡販の妨げになっており、また前記へたり性についても、いわゆる無通電状態すなわち常温状態での使用を前提とする場合の特性であって、実際の使用では線に流れる電流によって線材自体が発熱し、この熱が線材の機械的特性、特にばね発生力やへたり寿命特性を低下させることが懸念される。したがって、該特許文献１はこのような加熱状態での特性変化に配慮したものでなく、ばね発生力やへたり寿命特性に問題がある。

【0007】

また、特許文献２によるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金は、このような熱に対する影響を軽減するリードフレームやコネクタ、ピン、端子、リレー、スイッチ等の電子部品に使用されるものを対象とするもので、導電性に優れるものの、強度的には低くばね用としての適性、すなわち導電性と加熱状態での弾性ばね特性を合わせ持つばね製品用とすることまでは考慮したものでなく、ばね発生力等に問題がある。

【0008】

本発明は、このような従来の銅合金材料の課題を解決し、特に使用時の加熱状態での熱へたり性を改善するとともに、高強度で導電性に優れ、かつ環境上の有害元素を抑制した熱へたり対応型導電ばね用の高強度・高導電性の銅合金細線、銅合金ばね及び銅合金ばねの製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題を解決するため、本発明の高強度・高導電性の銅合金細線は、質量％で、Ｎｉ：５．０〜１５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｓｉ：０．３〜３．０％を含有し、かつ、前記Ｎｉ、Ａｌ、及びＳｉが、｛（Ｎｉ＋２０Ａｌ）／８Ｓｉ｝による関係比率Ａ値が、５〜１３で、残部Ｃｕおよび不可避的不純物で構成された銅合金の細線条材料で、０．０５〜３ｍｍの線径に形成される銅合金細線であって、前記銅合金細線は、その横断面の結晶粒径が５μｍ以下の軸方向に伸びた繊維状の集合組織と、導電率１０〜２２％ＩＡＣＳと、引張強さ（σＢ）９００〜１３００ＭＰａとを備え、Ｘ線回折法による前記銅合金細線の所定断面における、Ｃｕ（１１１）の回折強度をＡ、Ｃｕ（２００）の回折強度をＢ、Ｃｕ（２２０）の回折強度をＣとするとき、Ａ：Ｂ：Ｃの回折強度比が、１．０：１．２〜５．０：２．２〜８．０を満たすことを特徴とする。
また本発明の高強度・高導電性の銅合金細線は、更に、質量％で、Ｂ：０．００１〜０．０５０％、Ｐ：０．０１〜０．３０％、Ｔｉ：０．１〜０．８％、 Ｃｏ：０．１〜０．８％、Ｃｒ：０．１〜０．８％、Ｚｎ：０．３〜１．２％、Ｓｎ：０．１〜１．０％及びＦｅ：０．０１〜１．０％のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする。

【0010】

本発明の銅合金ばねは、銅合金細線で構成されている所定のばね形状を有する銅合金ばねにおいて、前記銅合金ばねは、前記銅合金細線であって、導電率１２〜２１．７％ＩＡＣＳで、かつ、応力４００Ｎ／ｍｍ^２を負荷した状態で、温度１２５℃に加熱して１週間保持したときの残留剪断歪が０．１５％以下であることを特徴とする。
また本発明の銅合金ばねは、更に、質量％で、Ｂ：０．００１〜０．０５０％、Ｐ：０．０１〜０．３０％、Ｔｉ：０．１〜０．８％、Ｃｏ：０．１〜０．８％、Ｃｒ：０．１〜０．８％、Ｚｎ：０．３〜１．２％、Ｓｎ：０．１〜１．０％及びＦｅ：０．０１〜１．０％のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする。
また本発明の銅合金ばねは、前記銅合金の母相中に単独のＮｉ_３（Ａｌ、Ｓｉ）のγ’相、又は該γ’相と更にＮｉ_２（Ａｌ、Ｓｉ）及び／又はＮｉ_５Ｓｉ_２の金属間化合物を形成してなることを特徴とする。
また本発明の銅合金ばねは、前記金属間化合物が、平均粒径が４μｍ以下で、占有する面積率が０．０５〜３０％の範囲にあることを特徴とする。
また本発明の銅合金ばねは、光ピックアップ用の直線状ばねであることを特徴とする。
また本発明の銅合金ばねの表面の酸化被膜は、５０ｎｍ以下であることを特徴とする。

【0011】

そして、本発明の銅合金ばねの製造方法は、銅合金細線で構成されている所定のばね形状を有する銅合金ばねの製造方法において、前記製造方法は、前記銅合金細線を用い、該銅合金細線を所定のばね形状に成形加工する段階と、得られたばねを、加熱温度２５０〜５５０℃で、３０時間以下の範囲で加熱後、冷却速度３０℃／ｓｅｃ．以上で急冷処理する時効処理の段階を含むことで、前記銅合金ばねを製造することを特徴とする。
また本発明の銅合金ばねの製造方法は、前記銅合金ばねが、更に、質量％で、Ｂ：０．００１〜０．０５０％、Ｐ：０．０１〜０．３０％、Ｔｉ：０．１〜０．８％、Ｃｏ：０．１〜０．８％、Ｃｒ：０．１〜０．８％、Ｚｎ：０．３〜１．２％、Ｓｎ：０．１〜１．０％及びＦｅ：０．０１〜１．０％のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする。
また本発明の銅合金ばねの製造方法は、さらに、時効処理に先だって、矯正処理を行うことを特徴とする。
また本発明の銅合金ばねの製造方法は、時効処理によって、その母相内に単独のＮｉ_３（Ａｌ、Ｓｉ）のγ’相、又は該γ’相と更にＮｉ_２（Ａｌ、Ｓｉ）及び／又はＮｉ_５Ｓｉ_２の金属間化合物を形成して析出硬化させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明の銅合金細線によれば、高価なＡｇの使用を抑え、Ｎｉ及び／又はＡｌ化合物の析出硬化によるばね用としての高強度特性とともに、その結晶粒の微細化によって使用時の加熱に伴う熱へたり性を改善するもので、更に機械的強度と導電特性に優れた導電ばね用の銅合金細線として、優れた工業的効果を有する。

【0013】

また、その材料組成も、従来のような有害なＢｅ及び非常に高価なＡｇを含まず、コスト抑制を図ったエコ材料として拡大普及につなげることができ、前記特性をより向上して長寿命かつ用途展開の拡大を図ることができる。

【0014】

他方、本発明の銅合金ばねによれば、機械的特性及び導電特性に優れた前記銅合金細線でばね成形したもので、その残留剪断歪を抑えて熱へたりに対する特性向上をはかり、また、更に、その母相中に金属間化合物を形成することで長期に亙って安定した使用が図れ、長寿命の効率的なばね製品として普及拡大が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】金属間化合物を説明する顕微鏡写真の一例である。

【図2A】本発明に係る銅合金細線の集合組織を示す顕微鏡写真で、図２Ａはその横断面を示している。

【図2B】本発明に係る銅合金細線の集合組織を示す顕微鏡写真で、図２Ｂは縦断面を示している。

【図3】圧縮コイルばねの測定状態を説明する説明図である。

【図4A】実施例に基づく本発明の銅合金細線の特性を示すもので、図４Ａは成分組成による負荷応力と荷重損失の関係を示している。

【図4B】実施例に基づく本発明の銅合金細線の特性を示すもので、図４Ｂは時効処理条件による同特性の変化を示している。

【図5】電子線回折による金属結晶構造Ｌ１_２を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明では特に指定する場合を除き、各構成元素の含有量の単位「％」は「質量％」を意味する。
本発明の銅合金細線は、その構成元素としてＮｉ：５．０〜１５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｓｉ：０．３〜３．０％を含有して残部Ｃｕおよび不可避的不純物でなり、引張強さ（σＢ）９００〜１３００ＭＰａで、導電率１０〜２２％ＩＡＣＳを備え、その所定断面におけるＸ線回折法で、Ｃｕ（１１１）の回折強度をＡ、Ｃｕ（２００）の回折強度をＢ、Ｃｕ（２２０）の回折強度をＣとするとき、Ａ：Ｂ：Ｃの回折強度比が、１．０：１．２〜５．０：２．２〜８．０を満たすものとしている。
このように、回折強度比が、１．０：１．２〜５．０：２．２〜８．０を有する組織は、例えば強度の冷間伸線加工によってその長手方向に伸びた微細繊維状の結晶構造をもたらし、これによって銅合金細線は、引張強さ（σＢ）９００〜１３００ＭＰａで、導電率１０〜２２％ＩＡＣＳの特性向上が促進される。

【0017】

その合金細線の断面形状や寸法は、何ら限定するものではなく、使用目的や用途、設置スペース等に応じて種々設定可能である。例えば電子機器などの導電ばね用として用いるものでは、線径０．０５〜５．０ｍｍ、好ましくは線径０．１〜３．０ｍｍとする程度の比較的細径の線状のものが多用されるが、用途によってはこれを超えるような太径棒材のものも含み、またその断面形状も、丸線形状以外に、例えば楕円形状や帯状、角線形状、その他種々の不規則形状のものなど非円形な形状の線条材料を包含する。前記帯線や角線においても、本発明では同様にその幅寸法が例えば３０ｍｍを超えるような比較的広幅の条材をもその範囲に含むものとする。
このように本発明は、非円形形状の種々線条材料も対象にすることから、その場合の線径表示については、例えば該合金細線の任意横断面の断面積から算出される等価換算線径（ｄ）を用いることができる。

【0018】

またその成分組成は、前記所定量のＮｉ、Ａｌ、Ｓｉと残部Ｃｕを構成元素とし、その他若干の不可避不純物の含有を許容する。これら構成元素は、その後の任意に行う例えば析出硬化処理（時効処理ともいう）によって、そのマトリックス中に該Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｉの共添による例えばＮｉ_３（Ａｌ，Ｓｉ）のγ’相、Ｎｉ_２（Ａｌ，Ｓｉ）及び／又はＮｉ_５Ｓｉ_２のいずれかの金属間化合物が単独又は混在した状態で析出することで希望する特性をもたらすものとし、これら化合物は微細かつ硬質で導電特性にも影響することから、本発明に好適する。すなわちこれら化合物は、前記γ’相などが各々単独に析出したものの他、更に前記Ｎｉ_２（Ａｌ，Ｓｉ）、Ｎｉ_５Ｓｉ_２のいずれか化合物を複合形成したものを含み、その混在比率などは特に規定するものではない。

【0019】

通常、これら化合物は微細であるものの母材マトリックスより硬質な異質なものであり、その全体の容量比が必要以上に高めたものでは組織的要因による機械的特性に影響を及ぼすこととなる。また、粒径についても、最終の製品状態の等価線径が例えば１ｍｍ以下のような細径寸法のものにあっては、その中に例えば粒径１０μmを越えるように大型状態で析出したものでは、合金細線としての全体強度を低下させることから、こうした点を含めて析出化合物の粒径や分布量を適正化することが好ましく、例えば合金細線の成分組成や析出処理条件を適宜調整することが望まれる。

【0020】

例えば該化合物が前記γ’の場合、その大きさ（平均粒径）は例えば４．０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下、更に好ましくは０．１μｍ以下で、例えば５〜８０ｎｍの範囲の極めて微細化することが好ましく、その処理は例えば固溶化処理と冷間加工後に、更に４００〜６５０℃程度の温度範囲でかつ比較的長時間で、０．１〜４８時間の範囲程度の時効処理を行うことで得ることができ、例えば加熱温度や時間などによって形成化合物の析出量や粒径の増大がもたらされる。他の化合物についても、同様に粒径１０μm以下、好ましくは４．０μm以下となるように、材料の構成元素の組成比や加工処理条件、特に熱処理条件の適宜調整が行われる。

【0021】

こうして析出した化合物は非常に硬質であり、また導電性向上にも寄与することからこのような微細硬質なγ’相などを均一に分布させることで銅合金細線の全体強度を高め、熱へたり等に対するピン止め効果をもたらし導電性に優れたものとなる。これら化合物の分布量は、該合金細線の任意観察面内に占有する面積率で示され、例えば０．０５〜３０％とし、また該合金細線が前記細径なものでは、例えば０．１〜５％、好ましくは０．３〜２％である。また前記複合形成によるものでは、点数比較で前記Ｎｉ_２（Ａｌ，Ｓｉ）とＮｉ_５Ｓｉ_２化合物より多くの前記γ’化合物を備えることが好ましい。

【0022】

これら化合物の析出効果をより促進する合金組成として、前記Ｎｉ：５．０〜１５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｓｉ：０．３〜３．０％とを含む銅合金が採用される。その中で、｛（Ｎｉ＋２０Ａｌ）／８Ｓｉ｝による関係比率Ａ値を５〜１３にすることで、より最適な前記化合物の形成がもたらされ、高強度と高導電性、並びに熱へたり性をより向上した銅合金細線が得られる。

【0023】

ここで、前記γ’相を更に説明すれば、ＮｉとＡｌ及びＳｉとは、母相のＣｕ中で、Ｎｉ_３ＡｌやＮｉ_３Ｓｉなど金属間化合物の析出をもたらし、ＡｌとＳｉの成分バランス等によってＮｉ_３Ａｌ、Ｎｉ_３Ｓｉの単独ではなく、Ｌ１_２型の中でＦＣＣ構造の隅に混在しながらＮｉ₃（Ａｌ、Ｓｉ）金属間化合物を形成する。

【0024】

図５は、電子線回折による金属結晶構造Ｌ１_２を説明する模式図である。
前記Ｌ１_２構造は、例えばＸ線による電子線回折像の配列構造で確認でき、例えば図５のように、回折面１１０を持つ規則相を対象とするものとされている。すなわち、γ’相は金属間化合物であって、隅に位置する原子がＡｌおよびＳｉ、面心に位置する原子がＮｉである規則化されたＦＣＣ構造である。
これらのＦＣＣ構造を有する母相の銅およびＬ１_２構造を有するγ’相は、共にＦＣＣ構造であるために整合性が良く強度の向上に寄与するとともに、γ’相を析出させることで母相の溶質元素濃度が減少し、導電率の向上にも寄与する。
さらに、Ｌ１_２構造のγ’相はＧＣＰ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｌｏｓｅ ｐａｃｋｉｎｇ）相に属し、その稠密充填構造に起因して延性があり、さらに整合性が高いために微細組織であるγ＋γ’組織においては靱性のある加工性の高い銅合金を得ることができる。
このγ相は、銅合金の母相でＦＣＣ構造を有している金属組織を示している。

【0025】

また、その平均粒径を小さく制御することでより強度の向上をもたらすことが可能である。γ’相の平均粒径を小さくすることで、移動する転位のピンニングサイトとなり、高い引張強さを得ることができる。
さらに、γ’相は金属間化合物で、これ自身の硬度が高く、引張強さも高い。したがって、γ’相内を転位が移動するのを妨げることで、銅合金への硬度、引張強さへ貢献する。
また、導電率は、一般に、銅中に固溶する溶質元素濃度が高いほど低下するが、γ単相の溶体化状態に比べ、低温で熱処理をしてγ’相を析出させることで母相の溶質元素濃度が減少するため、γ’相の析出は導電率の向上にも寄与する。なお、γ’相の導電率は、純Ｃｕより、導電率は低いことから、このγ’相の占有する体積の割合に応じた分だけ電子の移動を低下させるが、適量のγ’相の体積分率とすることで高い導電率を維持することができる。

【0026】

したがって、銅合金にしたときに、冷間加工性等の延性を大きく損なわずに硬度、引張強さ等の機械的特性に対する貢献が大きく、かつ、導電率を向上させる効果のある第二相として、γ’相が適している。
またこのときに、添加されているＮｉ、Ａｌ、Ｓｉの分量や処理条件によって、Ｎｉ_３Ａｌなどγ’相以外の金属間化合物、Ｎｉ_２（Ｓｉ、Ａｌ）やＮｉ_５Ｓｉ_２が析出することがある。しかし、その特性は前記γ’相より粗大であることから、必要以上の形成は好ましいものではなく、銅合金細線の機械的性質、熱へたり特性が向上する範囲内で混在させることが望まれる。これら化合物の検証は、例えばＥＰＭＡ分析、ＥＤＸ分析などで行うことができる。

【0027】

また、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｉを固溶するβ相が析出することがある。このβ相は、ＢＣＣ構造であるが、析出する組成範囲が狭く、析出しても量は限定的であり、銅合金の機械的性質、電気的性質に与える影響も小さい。
これら化合物によって、ばね製品では所定の導電性及び高強度特性を備えるとともに、ばね特性に関する残留剪断歪を向上して熱へたりに対する性能向上をもたらすものである。

【0028】

本発明が対象とするばね製品が、高強度かつ導電用のばねとしてこのような特性を満足し、特にばね特性や前記熱へたり性能の評価は、使用状態を考慮した例えば温度１２５℃の環境雰囲気中で４００ＭＰａの応力負荷における残留剪断歪量が０．１５％以下を達成するか否かで行われる。
この特性をもたらす銅合金細線は、少なくとも９００〜１３００ＭＰａの引張強さ（σＢ）と、そのＸ線回折法で測定される前記強度比を備えた集合組織を備えることが好ましく、また前記導電率についても１０〜２２％ＩＡＣＳであることが望まれる。

【0029】

その為、該銅合金細線は前記各組成に調整され、Ｎｉは前記のようにＳｉとの共添で析出するγ’相等の金属間化合物を析出し、ばね製品としての必要強度を付与することができる。その含有量が３．０％未満のものでは十分な前記化合物の形成が得られず、ばね特性など必要な機械的特性が達成され難い。また、１５．０％を超える程多量に含有してもその効果は飽和し、逆に該化合物の形成増大による耐食性や製造歩留まりの低下をもたらすばかりでなく、Ｎｉは高価でもあることからコストアップの要因ともなる。従って、３．０〜１５．０％、好ましくは５．０〜１３．０％、更に好ましくは５．５〜１０．０％とする。

【0030】

また、Ａｌは、該合金細線における０．２％耐力の増加をもたらし、ばね用線材としてばね発生力を高め得ることから、その分量は０．５〜５．０％で設定される。すなわち、その含有量が０．５％未満のものでは前記化合物の十分な析出が図れず、強度及び熱へたり特性が満足し難い。逆に５．０％を超えるものでは細径線材としての加工性を低下させ、歩留まり低下によるコストアップをもたらすことから、より好ましくは０．６〜３．０％、更に好ましくは０．８〜２．０％とする。

【0031】

更に前記Ｓｉは、前記ＮｉやＡｌとの化合物の形成に機能して、その強度特性を向上させる元素で、一方で熱間加工性を高める効果もあり、その添加量は前記所定範囲に設定される。その効果は０．１％未満では十分でなく、３．０％を超えるほど多量の添加は細線材料としての熱間加工や冷間加工での加工性を低下させ、また導電率にも影響を及ぼす。こうした観点で、本発明では、その添加量は０．１〜３．０％、好ましくは０．３％以上とし、０．３〜１．２％、更に好ましくは０．４〜１．０％とする。

【0032】

また、前記特性をより高める上で、Ｎｉ、Ａｌ、及びＳｉの｛（Ｎｉ＋２０Ａｌ）／８Ｓｉ｝による関係比率Ａ値が、５〜１３であることも好ましい。これにより、前記化合物の析出生成を良好にして導電率や結晶微細化など必要特性の更なる向上を図り、より好ましい該Ａ値は７〜１１．８％とする。

【0033】

本発明の前記銅合金細線は、こうした基本組成と残部実質的にＣｕで構成され、その他若干の不可避不純物の含有を許容するが、必要に応じて例えば次の第三元素を更に添加することもできる。

【0034】

好適する第三元素には、例えばＢ：０．００１〜０．０５０％（より好ましくは０．００３〜０．０３０％）、Ｐ：０．０１〜０．３０％、Ｔｉ：０．１〜０．８％、Ｃｏ：０．１〜０．８％、Ｃｒ：０．１〜０．８％、Ｚｎ：０．３〜１．２％、Ｓｎ：０．１〜１．０％及びＦｅ：０．０１〜１．０％があり、そのいずれか１種又は２種以上の含有を示すことができる。この中で、特にＴｉ、Ｃｏ、Ｃｒは析出化合物の生成を促進し、またＢ、Ｆｅは、該合金細線の全体強度を高めるなど、またＳｎ、Ｚｎは導電性を高め、Ｐは不純物の酸素（Ｏ）を脱酸の他に該合金細線の全体強度を高めるなどして強度、耐熱性を向上するなど効果をもたらす。特に前記Ｂ及びＴｉやＳｎ、Ｚｎを添加したものではその効果はより有効である。これら第三元素の合計分量は、好ましくは５％以下にするのがよい。

【0035】

また前記不可避的不純物には、例えば酸素（Ｏ）、イオウ（Ｓ）、水素（Ｈ）などを挙げることができる。特に酸素は、酸化物を作って細径加工などの加工性を悪化させる他、耐食性や前記導電性を低下させることとなり、またＳなども有害な粗大介在物を形成させることから、各々０．１％以下に抑制し、またその合計は０．２０％以下となるように調整することが好ましい。特に酸素の含有は、表面に酸化被膜を形成して変色や接触抵抗の増大、更にハンダ濡れ性を低下させることから極力抑制することが望まれ、より好ましくは０．１０％以下が望まれる。また、イオウ及び水素もその含有によって粗大な介在物を形成するなど、合金細線の特性や加工性を低下させるなど懸念される。これら不純物の規制によって、例えば耐食性や導電性、機械的特性などの低下が抑制される。

【0036】

前記γ’化合物は、前記説明のように、例えば４．０μｍ程度以下の粒径を持つ非常に微細かつ硬質な微粒子で、これをそのマトリックス内に広く分布させることで、使用に伴わない負荷される変形等の外部応力をブロックするピン止め効果を発揮させることができ、ばね特性や熱へたり性の特性向上が可能となる。

【0037】

図１は、これら金属間化合物の形成状態を説明する為の参考図であって、固溶化熱処理された前記組成の銅合金細線を３５０℃×２４Ｈｒの時効処理をすることで、その母相マトリックス中に前記γ’相及びＮｉ₅Ｓｉ化合物を析出させた顕微鏡組織の一例である。ここではγ’相は非常に微細な粒子である為、実質的にＮｉ₅Ｓｉが見られている。すなわち、γ’相は更に高倍率で測定されるが、形態は類似するものである。

【0038】

したがって、このような断面非円形の微細粒子を含む場合の平均粒子径は、例えばその一群の各化合物粒子の大きさを平均化した平均値で示すこととする。測定は、例えば電子顕微鏡による組織観察の測定視野内に確認される該化合物の中で、上位例えば１０点以上の大きさのものを選定し、個々の平均径（その化合物の断面上で測定される最大寸法とこれに直交する方向の最小寸法との平均値）を更に平均化したロッド平均値で示される。また統計的な面から、観察はより好ましくは任意に選択される数ケ所の視野で行なわれる。
ここで、その抽出粒子を前記１０点以上にする理由は、この測定はあくまでも特定断面で行うもので、測定の簡素化とより適切な平均粒子径を示すことによる。
またその占有する面積率についても、同様の組織観察による画像解析によって、その測定視野中に存在する該化合物の合計面積を、その視野面積で除した分布率で示されるもので、より好ましくは数点の測定視野で行い、前記面積率であることが好ましい。

【0039】

このように、特にγ’相の化合物粒子は微細形状で硬質でもあることから、そのマトリックス内への分布によって、その使用時には応力付加に伴う交差すべりのピン止め効果を発揮し、導電性の減少を抑えながら強度及び熱へたり性が改善される。γ’相以外の前記化合物もほぼ同様の特性をもたらすものの、効果的にγ’相を超えるものではない。

【0040】

このような特性をもたらす為の前記銅合金細線として、前記組成を備え、かつ引張強さ（σＢ）が９００〜１３００ＭＰａで、かつそのＸ線回折法における回折強度の比率が次の範囲を有するものとし、該比率は、Ｃｕ（１１１）の回折強度をＡ、Ｃｕ（２００）の回折強度をＢ、Ｃｕ（２２０）の回折強度をＣとするとき、Ａ：Ｂ：Ｃの回折強度比が、１．０：１．２〜５．０：２．２〜８．０を満たすものとしている。

【0041】

すなわち前記合金細線を導電ばね用として使用する場合、必要な弾性強度を備えるよう、該合金細線は例えば所定加工率でのダイス引抜による冷間加工が行われ、それに伴ってその結晶組織はその引抜方向に結晶方位が揃った集合組織を持つものとなる。その集合組織を最適にすることで、ＦＣＣ構造の組織状態を強化し安定化することができ、その組織の一形態を、図２Ａの横断面と図２Ｂの縦断面の各顕微鏡写真で示している。

【0042】

本発明の一形態は、このような集合組織と前記化合物との協働によって、ばね製品としての適性を向上し、前記Ｘ線回折に基づく強度比は、各結晶スペクトルの強度ピークで示される。すなわち、前記Ｃｕ（１１１）とは同回折における回折面（１１１）面でのピーク強度、同様にＣｕ（２００）とは、同回折における回折面（２００）面のピーク強度、更にＣｕ（２２０）とは、同回折における回折面（２２０）面のピーク強度を意味する。
その計測は、該合金細線の任意な所定断面（例えば縦断面）で行われ、使用Ｘ線の線源は、例えばＣｏ−Ｋαが選択される。

【0043】

そして、本発明者らの更なる検討によれば、前記強度比Ａ：Ｂ：Ｃが、特に１．０：１．４〜４．０：２．８〜５．０のものでは、その効果が最大限発揮でき、疲労寿命の面からも好ましいことが確認されている。また、このような強度比の銅合金細線は、例えばコイル平均径Ｄに対する合金細線の線径ｄとの比率（Ｄ／ｄ）が５以下のような過酷形状のコイルばねにも好適する他、特に長寿命化が求められる。例えば光ピックアップのサスペンション用に用いられる直線細線状のばねや、その他種々ピンなど電子機器用として、高強度かつ高導電性が求められる種々用途に多用し得る。

【0044】

また、前記強度比の集合組織を持つ銅合金細線を得るには、前記成分組成とともに、その加工条件である引抜加工率や潤滑剤の選定、熱処理温度及び時間の調整で対応可能であり、実施に先立つ予備試験などで確認しておくことが望まれる。

【0045】

銅合金細線の前記引張強さは、例えばＪＩＳ−Ｚ２２４１により測定される。その特性が９００ＭＰａ未満のものでは、その後のばね成形や時効処理によって強度アップするとしても、十分な効果は得られ難く、ばね用としての必要特性が期待し難い。逆に、１３００ＭＰａを超えるほど高めたものでは、その為に強度の加工付与がなされ、内部の残留歪によってコイルばね形状の安定化や、疲労特性において満足し難い。したがって、より好ましい強度特性は９５０〜１２５０ＭＰａ、更に好ましくはその０．２％耐力が該引張強さの６８〜８５％であることが望ましく、この関係は通常、耐力比として示される。

【0046】

該耐力比は、その値が大きいものほど弾性特性に優れ、ばね特性、特に前記のような使用時の発生熱における熱へたりに対する効果としても裏付けされる。更に好ましくは、該合金細線は次に説明する冷間加工によって、その横断面における結晶粒の大きさが５μｍ以下、特に３μｍ以下のより微細組織であることが望まれる。

【0047】

前記機械的強度やＸ線の回折強度比を備える銅合金細線は、例えば温度８００〜１０００℃での固溶化熱処理後に加工率８０％以上の強加工が行なわれ、９０〜９９．８％の範囲で強加工が好ましく行なわれる。この加工は、例えば連続冷間伸線加工や冷間圧延加工が採用される。その場合、伸線加工では伸線加工用ダイスの形状やパススケジュールなどによって特性に影響をもたらす変動要因の一つになることがある。
特に、ダイスのアプローチ角度が１２°以下の低角度ダイスの採用や、圧力ダイスによるもの、又は各加工ダイス間の加工程度を１７％以下の減面率になるように設定することが望まれる。

【0048】

本発明の前記銅合金細線はその用途を、前記サスペンションばねやその他種々の導電性ばね用途を対象にすることから、その電気特性として、導電率１０％ＩＡＣＳ以上、好ましくは１０．５〜２２％ＩＡＣＳを有するものとしており、測定は、例えばＪＩＳ−Ｃ３００２「電気用銅線及びアルミニウム線試験方法」に準拠した２０℃の恒温槽中での４端子法（試料長さ１００ｍｍ）により可能である。

【0049】

また、本発明の銅合金ばねの種類や形状、大きさについては、その目的に応じて任意に選択できるもので、コイルばねやトーションばね、ねじりばね等の他、皿ばねなどとして種々設定され得るが、最終的に前記析出硬化機能を活用することから、その製造は前記細径化した銅合金細線を所定のばね形状に成形加工した後に、更に温度２５０〜５５０℃で、かつ処理時間３０Ｈｒ以下の範囲（例えば小型形状のばね品では０．１〜１０Ｈｒ）の析出硬化処理が行われる。一方、被処理品が例えば直線ばね用の長尺合金細線のものでは、インライン加熱方式の連続加熱とし、かつその線の０．２％耐力値以下の応力、すなわち逆張力を付加しながら加熱処理することが好ましい。それによって線の真直性が同時に得られ、工程短縮が図れる。なお、このような連続加熱の場合の加熱時間は、その線の線径や求める特性によって異なるものの、例えばその線径が０．０５〜３ｍｍのような細線材では、１秒〜１０分程度の短時間の加熱処理が推奨される。

【0050】

その場合、その被処理品自体の質量効果の面から、（ａ）前記長尺細線のような連続線材や、（ｂ）コイルばねなど形状成形品の場合の析出時効処理としては、各々前記温度範囲の条件内で、かつその被処理品の形態に応じて次式で求められる条件値（Ｙ及びＹ１）を１００〜９００、好ましくは１５０〜４００に設定することも好ましい。
（ａ）連続線材： Ｙ＝｛加熱温度（℃）×加熱時間（分）｝／√｛等価換算線径ｄ（ｍｍ）｝
（ｂ）形状成形品：Ｙ１＝｛加熱温度（℃）×加熱時間（分）｝／２√｛等価換算線径ｄ×展開長さＬ（ｍｍ）｝
（※「展開長さＬ」は、その形状品を構成する合金細線の長さ、すなわちこれを直線状に展開し伸ばしたときの長さを意味する。）
こうした硬化処理によって、該銅合金細線のマトリックス内に前記化合物の析出が図られ、材料特性が向上したものとなる。

【0051】

また望ましくは、前記固溶化処理や時効処理での加熱は、例えば露点−８０℃以下のアルゴンガスやＡＸガスなど高純度の無酸化雰囲気中で行うとともに、特に時効処理では冷却速度が、例えば温度範囲２５０〜５５０℃では３０℃／ｓｅｃ．以上、好ましくは
８０℃／ｓｅｃ．以上の急冷処理をすることで、析出化合物の微細化、分布量の形成促進とともに、合金細線表面の酸化被膜の発生を抑えて耐食性向上を図ることが好ましい。

【0052】

必要ならば、前記時効処理後に更により低温度で加熱する再度の時効処理を付加する、所謂２段時効処理を行うこともできる。この２段時効処理によれば、１段目の時効処理で形成した一定粒径の化合物に加えて、より微細化した細粒化合物を複合形成するものとなり、全体として強度特性とともに導電特性をより向上させることができる。この２段目の時効処理は、例えば温度２００〜４００℃の範囲内で自由に設定される。

【0053】

こうして得られた本発明のばね製品は、前記時効処理によって、母材マトリックス中に所定のγ’など析出物を析出させて導電性をより高め、導電性ばね製品として好ましい高強度特性とともに導電率１２％ＩＡＣＳ以上（例えば１２〜２５％ＩＡＣＳ）をもたらす。また、その使用時の加熱に伴う前記熱へたりに関して、良好な改善が図られ、その評価事項として、所定条件下での残留剪断歪量で示すものとしている。その条件は、供試用のばね品を温度１２５℃の加熱雰囲気中で、４００ＭＰａの応力負荷して１週間経過後の残留剪断歪が０．１５％以下のものとしている。

【0054】

該残留剪断歪は、例えば前記熱へたり試験での荷重損失を、その時の線材にかかるねじり応力の損失に換算し、この値を線の横弾性係数で除して百分率で表すもので、この数値が小さいものほど熱へたりが生じにくいことを意味し、次式に示す算式で求めることができる。
残留剪断歪率＝｛８△ＰＤ／πｄ^３Ｇ｝×１００
但し、△Ｐ：次式による荷重損失（Ｎ）
※｛（試験時の負荷荷重−試験終了時の反発力）／試験時の負荷荷重｝×１００による。
Ｄ ：ばねの中心径（ｍｍ）
ｄ ：線材の径（ｍｍ）
Ｇ ：線材の横弾性係数（ＭＰａ）

【0055】

また、そのばね形状が例えば圧縮コイルばねの場合の他の評価方法としては、図３のようにばね自由長の変化量で示すこともできる。これは自由長さのへたり率として、｛（試験前の自由長Ｓ−試験後の自由長Ｓ０）／試験前の自由長Ｓ｝×１００の計算式によるもので、前記剪断歪の場合と同様に加熱雰囲気中での応力負荷に伴う除荷後の前記算式により求めることができる。この場合、そのへたり率は１２％以下、より好ましくは１０％以下が好ましく、これら荷重や長さに限らず種々形態の変位量の特性比較で行うことも可能である。

【実施例】

【0056】

次に本発明の銅合金細線を、その製造方法とともに実施例として更に説明する。
（実施例１）

【0057】

＜試験１：原材料の明細＞
周囲に水冷ジャケットを設けた黒鉛鋳型を有する連続鋳造機を用いて、表１に示す組成となる合計８種類の銅合金材（試験材Ａ〜Ｈ）を溶解し、熱間圧延を経て線径９．５ｍｍのロッド線材を得た。一方、比較材には、前記特許文献１に相当する銅銀合金材料（比較材ａ）、従来のベリリウム添加銅合金材料（比較材ｂ）、その他２種類の銅合金材料（比較材ｃ、ｄ）による線径６〜８ｍｍのロッド線材を用いて比較材とした。

【0058】

【表1】

【0059】

このように、試験材Ａ〜ＤはＮｉを比較的高めに設定し、試験材Ｅ〜Ｈは５〜８％程度のＮｉ量で各々第三元素を添加したものを含み、また前記成分比のＡ値は６〜１１．６％程度に調整されている。これに対して、比較材ａは低Ｎｉで、高価なＡｇを含むものであり、比較材ｂは有害なＢｅを含むもの、また比較材ｃでは過剰のＮｉを含むとともに、Ａ値も試験材より高めたものである。また比較材ｄは本願発明の効果を評価する為に、成分組成は試験材Ｆとほぼ同成分の銅合金細線について、その後の加工処理条件が異なるようにすることで、銅合金細線におけるＸ線回折強度の比率を前記範囲外になるようにしたものである。

【0060】

＜試験２：伸線加工性＞
そして、これら原材料のロッド線材を冷間伸線加工と溶体化熱処理を繰り返し行いながら、最終加工率８３％の冷間伸線加工によって、各々仕上げ線径０．７ｍｍの硬質銅合金細線を得た。これら伸線加工や熱処理では特に問題なく細径化でき、このことから十分な加工性を有するものであることが確認された。但し、比較材ｄは最終加工率５５％になるように設定した。

【0061】

＜試験３：時効処理特性＞
次に、これら合金細線がばね製品として用いられることを前提に、ばね成形後に行う低温熱処理（ＨＴ処理）による機械的特性の効果を確認することとした。
試験は、各合金細線を所定長さに切断して各々温度３５０℃、０．５〜３．０Ｈｒの条件内で処理したときの引張強さ、伸び、絞り、導電率の特性の変化を求めたもので、加熱雰囲気は露点−８５℃の高純度アルゴンガスにより、また冷却は強制ガス冷却によって約４秒程度で室温状態にまで低下しており、その結果の一例を表２に示す。
なお、この時効処理における前記条件値Ｙ１は３６０に設定したものである。

【0062】

【表2】

【0063】

この結果に見られるように、本発明に係わる各実施例材は、比較材ｂのベリリウム銅合金には若干及ばないものの、冷間伸線の状態、すなわち本発明の銅合金細線の状態では、いずれも引張強さ約９００〜１２００ＭＰａで、かつ１１〜１８％ＩＡＣＳ程度の高い導電性を備え、その後の時効処理でそれら特性は更に向上しており、導電用ばねとして十分に使用に適するものであることが認められた。またその加工性も良好なものであった。このような特性向上は、母材マトリックス内に確認された平均粒径０．２〜２μｍ程度のＮｉ_５Ｓｉ_２化合物の効果によるものと推測され、また合金細線は表面の酸化被膜も５０ｎｍ以下の非常に薄いものであった。

【0064】

＜試験４：Ｘ線回折特性＞
次に、その特性として冷間伸線状態での各合金細線のＸ線回折スペクトルから、その強度ピークのＡ：（１１１）面、Ｂ：（２００）面及びＣ：（２２０）面におけるＡ：Ｂ：Ｃの前記関係を求めた。測定はリガク製ＲＩＮＴ−２５００により、線源Ｃｏ−Ｋαで行い、その結果は表３に示され、所定の集合組織を備えるものであることが確認された。また、参考として、比較材ａ、ｄの２例を合わせて例示する。
その測定条件は次のとおりである。

【0065】

【表3】

【0066】

＜試験５：コイリングばね加工性＞
本発明の合金細線の具体的用途として、次の仕様のコイルばねをコイリング加工し、その加工性及び得られたばね製品の特性評価を合わせて行った。その結果を表３に示す。
ばね形状 圧縮コイルばね
コイル中心径 ７．６６ｍｍ（Ｄ／ｄ＝ １０ ）
自由長 １３．５ ｍｍ
総巻数 ６．５ （ピッチ１．６ｍｍ）

【0067】

コイリング加工は、前記仕様のコイルばねを各試験材毎に新興機械工業社製のばね成形機（ＶＦ７１２ＥＬ型）によって、速度６０個／ｍｉｎ．の条件で連続的に成形加工し、加工作業性とばね自由長のバラツキ程度をＡ（良好）〜Ｄ（不可）の４段階で官能的評価したものであり、本発明に係る合金細線はいずれも良好なコイリング加工ができた。

【0068】

＜試験６：熱へたり特性試験＞
そこで、こうして得られた前記コイルばねを、各々コンベア炉によって連続的に低温テンパー処理（時効処理）し、目的のばね製品を得た。
テンパー処理は、温度３５０℃×３０分の条件で加熱した後に空冷する条件で行い、これによって加工歪を解消して特性向上を図るものとしている。

【0069】

またばね製品に対する熱へたり特性試験については、予め設定した負荷応力（１５０〜４００ＭＰａ）を加えた状態で試験冶具に装着するとともに、これを温度１２５℃に加熱した炉内にセットして約１週間に亙って加熱放置する方法を採用した。そして、試験前後のコイルばねの自由長の変化を前記算式で比較したもので、各応力に対する熱へたり率及び残留剪断歪の変化を表４に示している。同様に図４Ａには、本発明に係る試験材Ａ、Ｅと比較材ｂの各銅合金細線について、負荷応力と荷重損失との比較を示し、図４Ｂは、同様に時効処理条件の違いによる負荷応力と荷重損失の変化を示している。

【0070】

これら結果に見られるように、本発明による試験材の応力２５０ＭＰａでは、いずれも６〜８％の熱へたり率に留まり、負荷応力４００ＭＰａでも、ほぼ１０％以下の結果で、特に試験材Ｅの特性は、比較材ｂのベリリウムに近似するものであった。

【0071】

また、前記熱処理条件の違いによるばね特性の変化についても、加熱温度３００〜４５０℃×０．５〜３Ｈｒ(冷却速度１００℃／ｓｅｃ.)における負荷応力１５０〜４００ＭＰａの場合のばね自由長さのへたり率（％）、荷重ロス（％）、横弾性係数（ＭＰａ）、残留剪断歪（％）の結果を表４に示しており、比較材ｂのベリリウム銅の特性と比較した。

【0072】

【表4】

【0073】

この結果、時効処理温度３５０〜４００℃で熱処理したものは、いずれも残留剪断歪が０.１５％以下で優れ、
特に、図４Ｂから時効時間を長くすること、例えば２Ｈｒ以上が好ましいことが分かる。また、その合金細線の断面組織を顕微鏡で観察したところ、平均粒径が０．０１〜０．１μｍで、分布率０．１〜０．８％程度析出したγ’相（Ｎｉ₃（Ａｌ，Ｓｉ））とともに、平均粒径約１．８μｍの大きさのＮｉ_５Ｓｉ_２化合物が混在したものであった。

【0074】

（実施例２）
表１の銅合金細線の他の形態として、光ピックアップ用のサスペンションばねを対象に、その原材料ロット線材から、試験材Ｂ、Ｆ及び比較材ｃについて、各々前記実施例１と同様に冷間伸線加工と熱処理を繰り返し行いながら、最終９９％の伸線加工によって仕上げ線径０．０８０ｍｍの硬質銅合金の細線を得た。

【0075】

このような細径加工処理においても断線やワレ等のトラブルはなく、良好な製造性を有し、表５のように強度特性と導電率、及びＸ線強度比は前記実施例１より優れるものであった。なおこのＸ線試験では、その細線が細径の為、その複数を平行配置して所定の測定面積が確保される方法により行うこととした。

【0076】

【表5】

【0077】

こうして得られた加工細線を直線矯正機にセットして長さ２０ｍｍにカットするとともに、更にこれを温度３００℃×１８０ｓｅｃ.に加熱する熱処理炉によって、特性改善した直線ばね製品を得た。その直線度は、各ロット毎に抽出した２０点について、特に問題視されるような異常はなく良好なものであった。前記図1は、本実施例で得られた試験材Ｆの横断面における化合物であるが、ここでは化合物だけが確認できるように、顕微鏡面を鏡面研磨しただけで拡大したものである。別試験で、腐食処理したものでは、この時効処理によって、強度比は若干変化するものの、前記集合組織はなお冷間加工状態のまま同様に有することが確認されている。

【0078】

そして、この各直線ばねの熱へたりを評価する為、各ばねを固定冶具にセットして、その他端側に６００ＭＰａの負荷応力を付与した状態で試験温度１２５℃に加温した炉内に配置し、１週間放置した後に取り出して、除荷後の荷重損失を比較する耐熱へたり試験を行った。
試験結果は、比較材ｃが１８％であったのに対し、試験材Ｂ：６％、試験材Ｆ：８％で、比較材より大幅な特性改善するものであることが認められた。

【0079】

（実施例３）
前記実施例１で得られた試験材Ａ、Ｇの２種類の銅合金細線（線径０．７ｍｍ）の硬質線を用い、これをそのまま冷間圧延機にセットして多段階のロール圧延を行い、断面扁平化した微細帯線（０．３×０．９ｍｍ）を得た。この圧延加工によってその引張強さは更に８〜１０％程度向上し、またいずれの試験材も断線や材料ワレなどの欠陥もなく良好な加工性が確認された。

【0080】

そして、得られた加工帯線は表面の潤滑剤や不純物を除去洗浄した後、温度４４０℃に設定した管状加熱炉を用いた時効熱処理を行った。この熱処理は、帯線が常に一定速度で送給しながら加熱処理するストランド方式によるもので、加熱雰囲気はアルゴンガス（露点−９９℃）による無酸化状態で１０〜１２０秒の範囲で加熱し、また冷却はアルゴンガスの強制送風によって急冷した。冷却速度は約５秒以下の短時間でほぼ室温状態にまで低下でき、それによって該合金細線内部にはＬ１_２構造のＮｉ_３（Ａｌ，Ｓｉ）の微細なγ’が形成された。

【0081】

また、その際送給される該合金帯線には、予めその送給側に耐力値以下の逆張力を負荷しながら繰り出し、更に多段の機械ロール矯正段階を経て加熱するようにセットしており、こうした矯正手段によって冷間加工段階で生じた加工歪を解消しながら時効しており、得られた合金帯線はいずれも真直性が３〜８／１００ｍｍにまで高めることができ、またその他特性も満足できるものであった。

【0082】

（実施例４）
次に、実施例３で得られた前記２種類の合金帯線を、更にロール矯正しながら長さ３０ｍｍに切断処理して直線ピン状のばね製品とした。これを連続走行する専用コンベア上に載置して、更に温度３８０℃に加熱された環状加熱炉内に導入する第二次の時効処理を行った。
この加熱処理は、時間１０分にセットして前記と同様に高純度のアルゴンガスによる無酸化雰囲気中で加熱し、また加熱後の冷却も瞬時に急冷されるようにガス冷却しており、その冷却速度は５０℃／ｓｅｃ．を超えるものであった。この多段階の時効処理によって、合金細線内部には種々粒径の化合物が複合形成したばね製品が得られた。

【0083】

特性結果は表６に一覧しており、特に導電率及び引張強さが各々向上し、また表面状態も強加工に伴う光輝表面状態を有し、ＥＰＭＡ装置による表面分析で、表面の酸化被膜はいずれも約３０ｎｍと非常に薄く、これを湿度６０％の多湿環境下で１週間放置した後の線表面の変色状況を調査したが、特に腐食や変色等は見られず良好な耐食性が確認された。

【0084】

またハンダの濡れ性についても、２４５℃の６０Ｓｎ／４０Ｐｂハンダ槽に該試験材を５秒間浸漬した後の濡れた部分の面積比で評価したものであるが、いずれも良好な濡れ性を有することが確認され、このことから、例えばこれを電子機器用としてハンダ付け作業する際に、特別な薬剤や表面処理を伴うことなく作業効率を高めることが期待される。

【0085】

【表6】

この結果によれば、強度比は、時効処理によってベースのＣｕ（１１１）面、すなわち回折強度Ａが低下し、それに伴って他の強度比を高めることとなっている。

【産業上の利用可能性】

【0086】

以上の結果から明らかなように、本発明による銅合金材料は、ばね成形用として十分な特性を有し、また熱の影響を受けにくいこと、十分な導電性を有することから、例えば半導体や精密電子機器用の熱へたり対応型の導電ばね用材料として使用し得るものであり、さらにベリリウムなどの有害物質を含む従来の銅合金の代替材料として優れた有益性を有するものである。

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図1】

【図2A】

【図2B】