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特開2024-90765銅合金材ならびにそれを用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器
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  • 特開-銅合金材ならびにそれを用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024090765
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】銅合金材ならびにそれを用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器
(51)【国際特許分類】
   C22C 9/05 20060101AFI20240627BHJP
   C22F 1/08 20060101ALN20240627BHJP
   C22F 1/00 20060101ALN20240627BHJP
【FI】
C22C9/05
C22F1/08 N
C22F1/00 661B
C22F1/00 611
C22F1/00 681
C22F1/00 682
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
C22F1/00 683
C22F1/00 694B
C22F1/00 694A
C22F1/00 692A
C22F1/00 685Z
C22F1/00 686A
C22F1/00 623
C22F1/00 660A
C22F1/00 630K
C22F1/00 624
C22F1/00 625
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022206859
(22)【出願日】2022-12-23
(71)【出願人】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100114292
【弁理士】
【氏名又は名称】来間 清志
(74)【代理人】
【識別番号】100145713
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 竜太
(72)【発明者】
【氏名】川田 紳悟
(72)【発明者】
【氏名】秋谷 俊太
(72)【発明者】
【氏名】高澤 司
(57)【要約】
【課題】プレス打ち抜き加工時に生じる打ち抜き加工面に占める剪断面の割合が大きく、十分に高い体積抵抗率を有し、抵抗温度係数(TCR)が負であって絶対値が小さく、かつ対銅熱起電力(EMF)の絶対値が小さい銅合金材ならびにそれを用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器を提供する。
【解決手段】銅合金材は、Mn:20.0質量%以上35.0質量%以下、およびNi:6.5質量%以上17.0質量%以下を含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる合金組成を有する銅合金材であって、前記銅合金材の延伸方向と厚さ方向を含む縦断面にて、SEM-EBSD法による結晶方位解析から得られる結晶方位分布関数(ODF)を、オイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が、6.0を超える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Mn:20.0質量%以上35.0質量%以下、および
Ni:6.5質量%以上17.0質量%以下
を含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる合金組成を有する銅合金材であって、
前記銅合金材の延伸方向と厚さ方向を含む縦断面にて、SEM-EBSD法による結晶方位解析から得られる結晶方位分布関数(ODF)を、オイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が、6.0を超える、銅合金材。
【請求項2】
前記銅合金材の延伸方向と厚さ方向を含む縦断面にて、SEM-EBSD法による結晶方位解析から得られる結晶方位分布関数(ODF)を、オイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が、7.0以上となる、請求項1に記載の銅合金材。
【請求項3】
前記合金組成は、
Fe:0.01質量%以上0.50質量%以下、および
Co:0.01質量%以上2.00質量%以下のうち、一方または両方をさらに含有する、請求項1に記載の銅合金材。
【請求項4】
前記合金組成は、
Sn:0.01質量%以上5.00質量%以下、
Zn:0.01質量%以上5.00質量%以下、
Cr:0.01質量%以上0.50質量%以下、
Ag:0.01質量%以上0.50質量%以下、
Al:0.01質量%以上1.00質量%以下、
Mg:0.01質量%以上0.50質量%以下、
Si:0.01質量%以上0.50質量%以下および
P:0.01質量%以上0.50質量%以下からなる群から選択される少なくとも1種をさらに含有する、請求項1に記載の銅合金材。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか1項に記載の銅合金材からなる、抵抗器用抵抗材料。
【請求項6】
請求項5に記載の抵抗器用抵抗材料を有する、シャント抵抗器またはチップ抵抗器である抵抗器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、銅合金材ならびにそれを用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器に関する。
【背景技術】
【0002】
抵抗器に使用される抵抗材の金属材料は、環境温度が変化しても抵抗器の抵抗が安定していることが望ましい。このため、抵抗材料には、温度変化に対して抵抗値が安定した特性を表す指標である抵抗温度係数(TCR)の絶対値が小さいことが要求される。抵抗温度係数とは、温度による抵抗値の変化の大きさを1℃当たりの百万分率(ppm)で表したものであり、TCR(×10-6/℃)={(R-R)/R}×{1/(T-T)}×10という式で表される。ここで、式中のTは試験温度(℃)、Tは基準温度(℃)、Rは試験温度Tにおける抵抗値(Ω)、Rは基準温度Tにおける抵抗値(Ω)を示す。特に、Cu-Mn-Ni合金やCu-Mn-Sn合金は、TCRが非常に小さいため、抵抗材を構成する合金材料として広く用いられている。
【0003】
しかしながら、たとえば抵抗材料を用いて回路(パターン)を形成することによって所定の抵抗値になるように設計される抵抗器に、これらのCu-Mn-Ni合金やCu-Mn-Sn合金を抵抗材料として用いた場合には、体積抵抗率が50×10-8(Ω・m)未満と小さいことで、抵抗材料の断面積を小さくして抵抗器の抵抗値を大きくする必要がある。このような抵抗器では、回路に一時的に大電流が流された場合や、常にある程度大きな電流が流され続けるような場合に、断面積の小さな抵抗材料に生じるジュール熱が高くなって発熱し、その結果、抵抗材料が熱により破断(溶断)しやすくなってしまうという不都合があった。
【0004】
このため、抵抗材料の断面積が小さくなるのを抑制するために、体積抵抗率のより大きな抵抗材料が求められている。
【0005】
例えば、特許文献1には、Mnを23質量%以上28質量%以下の範囲で含有し、かつNiを9質量%以上13質量%以下の範囲で含有する銅合金において、Mnの質量分率とNiの質量分率を、銅に対する熱起電力が20℃で±1μV/℃より小さくなるように構成することで、50×10-8[Ω・m]以上の高い電気抵抗(体積抵抗率ρ)を得ることができるとともに、銅に対する熱起電力(対銅熱起電力、EMF)が小さく、電気抵抗の温度係数が低く、かつ、固有の電気抵抗の時間に対する高い安定性(時間不変性)を有する銅合金を得ることができるとしている。
【0006】
また、特許文献2には、銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金において、Mnを33質量%以上38質量%以下の範囲で含有し、かつNiを8質量%以上15質量%以下の範囲で含有することで、ニッケル-クロム系の合金に近い特性(特に比抵抗)を有するとともに、ニッケル-クロム系の合金に比べて加工性に優れた、銅-マンガン-ニッケル系の合金を得ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特表2016-528376号公報
【特許文献2】特開2021-161512号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
近年の電気電子部品の小型高集積化に伴い、抵抗器やそれに用いられる抵抗材料も小型化が進んでいる。抵抗器に用いられる抵抗材料は、一般に、プレス打ち抜き加工などの切断加工を施すことにより形成されるため、抵抗値のばらつきを小さくするには、銅合金材が優れたプレス打ち抜き加工性を有することが求められる。特に、銅合金材にプレス打ち抜き加工を行なった際に、打ち抜き加工面である切断面を一定の位置に形成されるようにして、抵抗値のばらつきを小さくすることが求められる。
【0009】
体積抵抗率を高めるためにMnやNiを高濃度で含有している銅合金では、固溶強化が進んでいるために、機械的強度が高く、銅合金を構成している原子間の結合力が強い特徴がある。しかし、このような銅合金では、板材を作製した後にプレスによって打ち抜き加工を施したときに、原子間の結合力が強く延性が劣るために、切断面のうち特に剪断面の面積が小さくなり易い特徴があった。ここで、銅合金材からなる抵抗器の性能は、プレス打ち抜き加工後に得られる抵抗器の寸法によって左右され易い。特に、延性が劣る銅合金材では、打ち抜き加工面である切断面に占める剪断面の割合が小さいと、破断面の割合が増加すること等によって、得られる抵抗器の寸法に誤差が生じ易くなるため、抵抗材料における電気抵抗の精度を損ねる恐れがあった。
【0010】
さらに、近年、電気自動車の電装系などにおいて、シャント抵抗器やチップ抵抗器などの抵抗器として、体積抵抗率ρが大きいもののほか、より高温の使用環境に耐える高精度なものが求められており、このような抵抗器に用いられる銅合金としても、より高温の使用環境に耐える高精度なものが求められている。より具体的には、体積抵抗率ρが大きく、かつ、常温から高温までの広い温度範囲での使用環境も考慮したときに、抵抗温度係数(TCR)が負であって絶対値が小さく、かつ対銅熱起電力(EMF)の絶対値が小さい銅合金材が求められている。
【0011】
したがって、本発明の目的は、プレス打ち抜き加工時に生じる打ち抜き加工面に占める剪断面の割合が大きく、十分に高い体積抵抗率を有し、抵抗温度係数(TCR)が負であって絶対値が小さく、かつ対銅熱起電力(EMF)の絶対値が小さい銅合金材ならびにそれを用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者らは、Mn:20.0質量%以上35.0質量%以下、およびNi:6.5質量%以上17.0質量%以下を含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる合金組成を有するとともに、結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したときに、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が6.0を超える銅合金材によることで、プレス打ち抜き加工時に生じる打ち抜き加工面に占める剪断面の割合が大きくなるとともに、例えば抵抗材料として十分に高い体積抵抗率ρを有し、常温(例えば20℃)から高温(例えば150℃)までの広い温度範囲での使用環境も考慮した、抵抗温度係数(TCR)が負でありかつ絶対値が小さく、かつ対銅熱起電力(EMF)の絶対値も小さい銅合金材が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0013】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
(1)Mn:20.0質量%以上35.0質量%以下、およびNi:6.5質量%以上17.0質量%以下を含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる合金組成を有する銅合金材であって、前記銅合金材の延伸方向と厚さ方向を含む縦断面にて、SEM-EBSD法による結晶方位解析から得られる結晶方位分布関数(ODF)を、オイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が、6.0を超える、銅合金材。
(2)前記銅合金材の延伸方向と厚さ方向を含む縦断面にて、SEM-EBSD法による結晶方位解析から得られる結晶方位分布関数(ODF)を、オイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が、7.0以上となる、上記(1)に記載の銅合金材。
(3)前記合金組成は、Fe:0.01質量%以上0.50質量%以下、およびCo:0.01質量%以上2.00質量%以下のうち、一方または両方をさらに含有する、上記(1)または(2)に記載の銅合金材。
(4)前記合金組成は、Sn:0.01質量%以上5.00質量%以下、Zn:0.01質量%以上5.00質量%以下、Cr:0.01質量%以上0.50質量%以下、Ag:0.01質量%以上0.50質量%以下、Al:0.01質量%以上1.00質量%以下、Mg:0.01質量%以上0.50質量%以下、Si:0.01質量%以上0.50質量%以下およびP:0.01質量%以上0.50質量%以下からなる群から選択される少なくとも1種をさらに含有する、上記(1)から(3)のいずれか1項に記載の銅合金材。
(5) 上記(1)から(4)のいずれか1項に記載の銅合金材からなる、抵抗器用抵抗材料。
(6) 上記(5)に記載の抵抗器用抵抗材料を有する、シャント抵抗器またはチップ抵抗器である抵抗器。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、プレス打ち抜き加工時に生じる打ち抜き加工面に占める剪断面の割合が大きく、十分に高い体積抵抗率を有し、抵抗温度係数(TCR)が負であって絶対値が小さく、かつ対銅熱起電力(EMF)の絶対値が小さい銅合金材ならびにそれを用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1図1は、本発明の銅合金材にプレス打ち抜き加工を施し、そのときの切断面の輪郭形状(右側縁部分)がわかるようにするため、打ち抜かれた銅合金材について、切断面に対して垂直な厚さ方向を含む面を樹脂埋め研磨したときの研磨面を、切断面に対して平行な方向から眺めたときの模式図である。
図2図2は、本発明例および比較例の各供試材について、対銅熱起電力(EMF)を求める方法を説明するための模式図である。
図3図3は、本発明例9の銅合金材について、結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表し、φ1を横軸に、Φを縦軸にしたときの、φ1=0~90°およびΦ=0~90°の範囲における方位密度を示すグラフであり、図3(a)は、φ2=15°であるときのグラフであり、図3(b)は、φ2=20°であるときのグラフであり、図3(c)は、φ2=25°であるときのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の銅合金材の好ましい実施形態について、詳細に説明する。なお、本発明の合金の成分組成において、「質量%」を単に「%」と示すこともある。
【0017】
本発明に従う銅合金材は、Mn:20.0質量%以上35.0質量%以下、およびNi:6.5質量%以上17.0質量%以下を含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる合金組成を有する銅合金材であって、前記銅合金材の延伸方向と厚さ方向を含む縦断面にて、SEM-EBSD法による結晶方位解析から得られる結晶方位分布関数(ODF)を、オイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が、6.0を超える。
【0018】
このように、本発明に従う銅合金材では、Mn:20.0質量%以上35.0質量%以下、およびNi:6.5質量%以上17.0質量%以下を含有する銅合金材について、結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したときの、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が6.0を超えることで、S方位やCopper方位に配向する結晶粒の割合が増加することで、プレス打ち抜き加工時に破壊の起点となる、これらの方位に配向していない結晶粒の存在が抑制されるため、プレス打ち抜き加工時における銅合金材の破断を抑制し、それにより打ち抜き加工面に占める剪断面の割合を大きくすることができる。
【0019】
加えて、本発明に従う銅合金材では、Mn:20.0質量%以上35.0質量%以下の範囲で含有し、かつNi:6.5質量%以上17.0質量%以下の範囲で含有することで、体積抵抗率ρを高めるとともに、20℃以上150℃以下の温度範囲における抵抗温度係数(TCR)(以下、単に「抵抗温度係数」という場合がある)の絶対値を小さくし、かつ対銅熱起電力の絶対値を小さくすることができる。また、本発明に従う銅合金材では、20℃と80℃の温度環境の間で発生する対銅熱起電力(EMF)(以下、単に「対銅熱起電力」という場合がある)の絶対値が小さくなるため、高温環境下においても、抵抗器の高精度化を進めることができる。
【0020】
これに関し、上述の特許文献1に記載の銅合金では、対銅熱起電力(EMF)の絶対値を小さくするためには、Niの含有量を増加させる必要があり、その場合、抵抗温度係数(TCR)の絶対値が大きくなる傾向があった。また、上述の特許文献1記載の銅合金は、電気抵抗の温度依存性について、例えば特許文献1の図3に記載されるように、より高温域を含む20℃から150℃までの温度範囲において、抵抗温度係数(TCR)が大きな負の数になるため、高温域において抵抗値に誤差を生じやすい傾向があった。しかしながら、本発明に従う銅合金材では、20℃から150℃までの温度範囲における抵抗温度係数(TCR)の絶対値が大きくなることを抑制することができるため、抵抗材料として十分に高い体積抵抗率を有するとともに、常温(例えば20℃)から高温(例えば150℃)までの広い温度範囲での使用環境も考慮した、抵抗温度係数の絶対値が小さく、かつ対銅熱起電力の絶対値が小さい点においても優れている。
【0021】
その結果、本発明に従う銅合金材によることで、プレス打ち抜き加工時に生じる打ち抜き加工面に占める剪断面の割合が大きく、十分に高い体積抵抗率ρを有し、抵抗温度係数(TCR)が負であって絶対値が小さく、かつ対銅熱起電力(EMF)の絶対値が小さい銅合金材ならびにそれを用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器を提供することができる。
【0022】
[1]銅合金材の組成
<必須の添加成分>
本発明の銅合金材の合金組成は、必須の添加成分として、Mn:20.0質量%以上35.0質量%以下、およびNi:6.5質量%以上17.0質量%以下を含有するものである。
【0023】
(Mn:20.0質量%以上35.0質量%以下)
Mn(マンガン)は、体積抵抗率ρを高める元素である。この作用を発揮するとともに、均質な銅合金材を得るためには、Mnは、20.0質量%以上含有することが好ましく、22.0質量%以上含有することがより好ましく、24.0質量%以上含有することがさらに好ましい。ここで、Mn含有量を22.0質量%以上または24.0質量%以上に増加させることで、銅合金材の体積抵抗率ρをより一層高めることができる。他方で、Mn含有量が35.0質量%を超えると、銅合金材の融点が低下することで、銅合金材の製造、特に熱間加工の制御が困難になるため、均一な特性を得ることが困難になる。また、Mn含有量が35.0質量%を超えると、対銅熱起電力(EMF)の絶対値が大きくなりやすい。このため、Mn含有量は、20.0質量%以上35.0質量%以下の範囲にする。
【0024】
(Ni:6.5質量%以上17.0質量%以下)
Ni(ニッケル)は、対銅熱起電力(EMF)の正の方向に調整する元素である。この作用を発揮するには、Niは、6.5質量%以上含有することが好ましい。他方で、Ni含有量が17.0質量%を超えると、均一な組織が得られ難くなり、体積抵抗率ρや対銅熱起電力(EMF)などが変化する恐れがある。特に、Ni含有量は、所望の特性を有する銅合金材を得る観点や、製造しやすい銅合金材を得る観点から、6.5質量%以上17.0質量%以下の範囲にし、6.5質量%以上12.0質量%以下の範囲にすることが好ましく、6.5質量%以上9.0質量%以下の範囲にすることがより好ましい。
【0025】
<第1の任意添加成分>
本発明の銅合金材の合金組成は、第1の任意添加成分として、Fe:0.01質量%以上0.50質量%以下、およびCo:0.01質量%以上2.00質量%以下のうち、一方または両方をさらに含有することができる。特に、FeおよびCoのうち一方または両方を含有することで、対銅熱起電力(EMF)および抵抗温度係数(TCR)の絶対値のうち、少なくとも抵抗温度係数(TCR)の絶対値を、より小さくすることができる。
【0026】
(Fe:0.01質量%以上0.50質量%以下)
Fe(鉄)は、対銅熱起電力(EMF)を正の方向に調整する元素である。この作用を発揮するには、Feは、0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、Feの含有量が0.50質量%を超えると、均一な組織が得られ難くなることによって、電気的な性能にばらつきが生じ易くなる。また、Feは、安価な元素である一方で、時間の経過による電気的特性の変動を大きくする元素である。そのため、Fe含有量は、0.50質量%以下とすることが好ましい。特に、熱などに対する電気特性の安定性をより高め、それにより抵抗材料などとして長期間用いたときの信頼性をより高める観点では、Fe含有量は、0.30質量%以下とすることがより好ましく、0.20質量%以下とすることがさらに好ましい。したがって、Fe含有量は、0.01質量%以上0.50質量%以下の範囲にすることが好ましく、0.01質量%以上0.30質量%以下の範囲にすることがより好ましく、0.01質量%以上0.20質量%以下の範囲にすることがさらに好ましい。
【0027】
(Co:0.01質量%以上2.00質量%以下)
Co(コバルト)は、対銅熱起電力(EMF)を正の方向に調整する元素である。この作用を発揮するには、Coは、0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、Coの含有量が2.00質量%を超えると、均一な組織が得られ難くなることによって、電気的な性能にばらつきが生じ易くなる。他方で、Coは高価な元素であるが、Feと異なり、Coの含有量が2.00質量%以下の範囲であれば、時間の経過による電気的特性の変動を起こし難い。したがって、Coの含有量は、0.01質量%以上2.00質量%以下の範囲にすることが好ましい。
【0028】
<第2の任意添加成分>
本発明の銅合金材の合金組成は、第2の任意添加成分として、Sn:0.01質量%以上5.00質量%以下、Zn:0.01質量%以上5.00質量%以下、Cr:0.01質量%以上0.50質量%以下、Ag:0.01質量%以上0.50質量%以下、Al:0.01質量%以上1.00質量%以下、Mg:0.01質量%以上0.50質量%以下、Si:0.01質量%以上0.50質量%以下およびP:0.01質量%以上0.50質量%以下からなる群から選択される少なくとも1種をさらに含有することができる。
【0029】
(Sn:0.01質量%以上5.00質量%以下)
Sn(錫)は、体積抵抗率ρの調整に用いることができる成分である。この作用を発揮するには、Snを0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、Sn含有量は、5.00質量%以下にすることで、銅合金材が脆化することによる製造性の低下を起こり難くすることができる。
【0030】
(Zn:0.01質量%以上5.00質量%以下)
Zn(亜鉛)は、体積抵抗率ρの調整に用いることができる成分である。この作用を発揮するには、Znを0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、Zn含有量は、体積抵抗率ρや対銅熱起電力(EMF)などの、抵抗器の電気的な性能の安定性に悪影響を及ぼす恐れがあるため、5.00質量%以下にすることが好ましい。
【0031】
(Cr:0.01質量%以上0.50質量%以下)
Cr(クロム)は、体積抵抗率ρの調整に用いることができる成分である。この作用を発揮するには、Crを0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、Cr含有量は、体積抵抗率ρや対銅熱起電力(EMF)などの、抵抗器の電気的な性能の安定性に悪影響を及ぼす恐れがあるため、0.50質量%以下にすることが好ましい。
【0032】
(Ag:0.01質量%以上0.50質量%以下)
銀(Ag)は、体積抵抗率ρの調整に用いることができる成分である。この作用を発揮するには、Agを0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、Ag含有量は、体積抵抗率ρや対銅熱起電力(EMF)などの、抵抗器の電気的な性能の安定性に悪影響を及ぼす恐れがあるため、0.50質量%以下にすることが好ましい。
【0033】
(Al:0.01質量%以上1.00質量%以下)
Al(アルミニウム)は、体積抵抗率ρの調整に用いることができる成分である。この作用を発揮するには、Alを0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、Al含有量は、銅合金材を脆化させる恐れがあるため、1.00質量%以下にすることが好ましい。
【0034】
(Mg:0.01質量%以上0.50質量%以下)
Mg(マグネシウム)は、体積抵抗率ρの調整に用いることができる成分である。この作用を発揮するには、Mgを0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、Mg含有量は、銅合金材を脆化させる恐れがあるため、0.50質量%以下にすることが好ましい。
【0035】
(Si:0.01質量%以上0.50質量%以下)
Si(ケイ素)は、体積抵抗率ρの調整に用いることができる成分である。この作用を発揮するには、Siを0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、Si含有量は、銅合金材を脆化させる恐れがあるため、0.50質量%以下にすることが好ましい。
【0036】
(P:0.01質量%以上0.50質量%以下)
P(リン)は、体積抵抗率ρの調整に用いることができる成分である。この作用を発揮するには、Pを0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、P含有量は、銅合金材を脆化させる恐れがあるため、0.50質量%以下にすることが好ましい。
【0037】
(第2の任意添加成分の合計量:0.01質量%以上5.00質量%以下)
Sn、Zn、Cr、Ag、Al、Mg、SiおよびPからなる群から選択される少なくとも1種の成分によって構成される第2の任意添加成分は、これら第2の任意添加成分による効果を得るため、合計で0.01質量%以上含有することが好ましい。他方で、これら第2の任意添加成分は、多量に含むと電気的特性が不安定になり、また、銅合金材の製造が困難になるため、合計で5.00質量%以下にすることが好ましい。
【0038】
<残部:Cuおよび不可避不純物>
上述した必須となる含有成分および任意の添加成分以外は、残部がCu(銅)および不可避不純物からなる。なお、ここでいう「不可避不純物」とは、おおむね銅系製品において、原料中に存在するものや、製造工程において不可避的に混入するもので、本来は不要なものであるが、微量であり、銅系製品の特性に影響を及ぼさないため許容されている不純物である。不可避不純物として挙げられる成分としては、例えば、硫黄(S)などの非金属元素や、アンチモン(Sb)などの金属元素が挙げられる。なお、これらの成分含有量の上限は、上記成分ごとに0.05質量%、上記成分の総量で0.10質量%とすることができる。
【0039】
[2]結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角で表したときの、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値
本発明の銅合金材は、銅合金材の延伸方向と厚さ方向を含む縦断面にて、SEM-EBSD法による結晶方位解析から得られる結晶方位分布関数(ODF)を、オイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が、6.0を超える。ここで、結晶粒がS方位{123}<634>やCopper方位{112}<111>に配向するように銅合金材を製造することで、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が6.0を超えることができる。本発明の銅合金材では、S方位やCopper方位に配向した結晶粒が多く集積されることで、プレス打ち抜き加工時に破壊の起点となる、配向が異なっていて力学特性が異なる結晶粒の存在が抑制されるため、プレス打ち抜き加工時における銅合金材の破断を抑制することができる。その結果、抵抗器の寸法に誤差を生じる破断面の割合が小さく、平滑な剪断面の割合が大きい切断面を得ることができるため、より高精度な抵抗器を得るのに好適な銅合金材を得ることができる。
【0040】
したがって、プレス打ち抜き加工時に生じる打ち抜き加工面に占める剪断面の割合を大きくして、より高精度な抵抗器を得るのに好適な銅合金材を得る観点では、結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したときの、φ1=0~90°、Φ=0~90°、φ2=15°、20°および25°における方位密度(配向)の最大値は、6.0を超え、特に7.0以上であることが好ましい。
【0041】
結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したときの、φ1=0~90°、Φ=0~90°、φ2=15°、20°および25°における方位密度の最大値は、SEM-EBSD法の結晶方位解析データから作図される、結晶方位の強度分布が示された逆極点図から得られる値である。
【0042】
ここで、SEM-EBSD法の結晶方位解析データは、銅合金材の延伸方向に平行な断面を鏡面研磨して断面試料を作製した後、電界放射型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて観察し、EBSD測定(電子線後方散乱回折法による測定)を行うことで、得ることができる。EBSD測定において測定対象となる面積は、0.02mm以上とすることができ、測定時のステップは、0.5μmとすることができる。
【0043】
このEBSDによる測定結果から、データ解析ソフトである「OIM ANALYSIS」を用いて得られるODFマップを用いて、方位密度の最大値を求めることができる。より具体的には、調和関数(Harmonic Series Expansion)を用いて、展開次数(Series Rank)を16とし、ガウス分布に当てはめるときの半値幅(Gaussian Half-Width)を5゜として強度計算を行ない、得られた計算結果について、Enforce Orthotropic Sample Symmetryを選択して集合組織解析を行ない、オイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したときの結晶方位の強度分布が示されたODFマップを作図し、それを用いて、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値を求めることができる。
【0044】
なお、結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したときの、φ1=0~90°、Φ=0~90°、φ2=15°、20°および25°における方位密度の最大値は、結晶粒が完全にランダムに配向しているときの、該当するオイラー角(φ1、Φ、φ2)に配向している結晶粒の密度を1としたときの相対値で表わされる。
【0045】
[3]銅合金材の形状
本発明の銅合金材の形状は、特に限定されるものではないが、後述する熱間または冷間での加工工程や、プレス打ち抜き加工などの切断加工を行ないやすくする観点では、板材であることが好ましい。ここで、板材のように、圧延によって形成される銅合金材では、圧延方向を延伸方向とすることができる。他方で、本発明の銅合金材は、線材、平角線材、リボン材、条材または棒材などであってもよく、本発明の銅合金材でこれらの形状を形成することで、端末についての切断加工を行ない易くすることができる。ここで、伸線や引抜、押出によって形成されるこれらの形状の銅合金材では、伸線方向、引抜方向および押出方向のいずれかを延伸方向とすることができる。
【0046】
[4]銅合金材の製造方法の一例
上述した銅合金材は、合金組成や製造プロセスを組み合わせて制御することによって実現することができ、その製造プロセスは特に限定されない。その中でも、上述した銅合金材を得ることが可能な、製造プロセスの一例として、以下の方法を挙げることができる。
【0047】
本発明の銅合金材の製造方法の一例として、上述した銅合金材の合金組成と実質的に同じ合金組成を有する銅合金素材に、少なくとも、鋳造工程[工程1]、均質化熱処理工程[工程2]、熱間加工工程[工程3]、第1冷間延伸工程[工程4]、第1焼鈍工程[工程5]、第2冷間延伸工程[工程6]、第2焼鈍工程[工程7]を順次行なうものである。このうち、均質化熱処理工程[工程2]では、加熱温度を700℃以上900℃以下の範囲とし、加熱温度での温度保持時間を10分間以上10時間以下の範囲とする。また、第1冷間延伸工程[工程4]では、総加工率を30%以上50%以下の範囲とし、第1焼鈍工程[工程5]では、加熱温度を300℃以上500℃以下の範囲として、加熱温度での温度保持時間を1時間以上2時間以下の範囲とする。また、第2冷間延伸工程[工程6]では、第1冷間延伸工程[工程4]を含めた総加工率を90%以上とし、第2焼鈍工程[工程7]では、加熱温度を600℃以上800℃以下の範囲として、加熱温度での温度保持時間を1分以上2時間以下の範囲とする。
【0048】
(i)鋳造工程[工程1]
鋳造工程[工程1]は、高周波溶解炉を用いて、不活性ガス雰囲気中もしくは真空中で、上述の合金組成を有する銅合金素材を溶融させ、これを鋳造することによって、所定形状(例えば厚さ300mm、幅500mm、長さ3000mm)の鋳塊(インゴット)を作製する。なお、銅合金素材の合金組成は、製造の各工程において、添加成分によっては溶解炉に付着したり揮発したりして製造される銅合金材の合金組成とは必ずしも完全には一致しない場合があるが、銅合金材の合金組成と実質的に同じ合金組成を有している。
【0049】
(ii)均質化熱処理工程[工程2]
均質化熱処理工程[工程2]は、鋳造工程[工程1]を行なった後の鋳塊に対して、均質化のための熱処理を行なう工程である。ここで、均質化熱処理工程[工程2]における熱処理の条件は、結晶粒の粗大化を抑制する観点から、加熱温度を700℃以上900℃以下の範囲にし、かつ保持時間を10分間以上10時間以下の範囲にすることが好ましい。
【0050】
(iii)熱間加工工程[工程3]
熱間加工工程[工程3]は、均質化熱処理を行なった鋳塊に対して、所定の厚さになるまで、熱間で圧延や伸線などの延伸加工を施して、熱延材を作製する工程である。熱間加工工程[工程3]の条件は、加工温度は700℃以上900℃以下の範囲であることが好ましく、均質化熱処理工程[工程2]における加熱温度と同じであってもよい。また、熱間加工工程[工程3]における加工率は、50%以上であることが好ましい。
【0051】
ここで、「加工率」は、圧延や伸線などの延伸加工を施す前の断面積から、加工後の断面積を引いた値を、加工前の断面積で除して100を乗じ、パーセントで表した値であり、下記式で表される。
[加工率]={([加工前の断面積]-[加工後の断面積])/[加工前の断面積]}×100(%)
【0052】
熱間加工工程[工程3]後の熱延材は、冷却することが好ましい。ここで、熱延材に対する冷却の手段は、特に限定されないが、例えば結晶粒の粗大化を起こり難くすることができる観点では、できるだけ冷却速度を大きくする手段であることが好ましく、例えば水冷などの手段により、冷却速度を50℃/秒以上にすることが好ましい。
【0053】
ここで、冷却後の熱延材に対して、表面を削り取る面削を行なってもよい。面削を行なうことで、熱間加工工程[工程3]で生じた表面の酸化膜や欠陥を除去することができる。面削の条件は、通常行なわれている条件であればよく、特に限定されない。面削により熱延材の表面から削り取る量は、熱間加工工程[工程3]の条件に基づいて適宜調整することができ、例えば熱延材の表面から0.5mm~4mm程度とすることができる。
【0054】
(iv)第1冷間延伸工程[工程4]
第1冷間延伸工程[工程4]は、熱間延伸工程[工程3]を行なった後の熱延材に、冷間で圧延や伸線などの延伸加工を施す工程である。第1冷間延伸工程[工程4]における圧延や伸線などの延伸加工の条件は、延伸前の熱延材や延伸後の冷延材の厚さや大きさに合わせて設定することができる。特に、結晶粒のS方位{123}<634>やCopper方位{112}<111>への配向を促す観点では、第1冷間延伸工程[工程4]における総加工率は、30%以上50%以下の範囲にすることが好ましい。
【0055】
(v)第1焼鈍工程[工程5]
第1焼鈍工程[工程5]は、第1冷間延伸工程[工程4]を行なった後の冷延材に対して熱処理を施す焼鈍の工程である。ここで、第1焼鈍工程[工程5]における熱処理の条件は、加熱温度が300℃以上500℃以下の範囲であり、かつ加熱温度での保持時間が1時間以上2時間以下の範囲である。特に、総加工率が30%以上50%以下の範囲である第1冷間延伸工程[工程4]を行なった後で、300℃以上500℃以下の加熱温度で1時間以上2時間以下の加熱時間で焼鈍を施すことで、後工程の冷間延伸工程を行なう際の設備負荷を軽減することができる。また、銅合金材にS方位やCopper方位に配向した結晶粒が多く集積されることで、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値を大きくすることができる。他方で、第1焼鈍工程[工程5]における加熱温度を300℃未満にすると、後工程の冷間延伸工程を行なう際の設備負荷を軽減することができず、また、第1焼鈍工程[工程5]における加熱温度が500℃を超えると、この方位密度の最大値が小さくなってしまう。
【0056】
(vi)第2冷間延伸工程[工程6]
第2冷間延伸工程[工程6]は、第1焼鈍工程[工程5]を行なった後の冷延材に、冷間で圧延や伸線などの延伸加工を施す工程である。第2冷間延伸工程[工程6]における圧延や伸線などの延伸加工の条件は、延伸前の冷延材や延伸後の製品の厚さや大きさに合わせて設定することができる。特に、結晶粒のS方位{123}<634>やCopper方位{112}<111>への配向をより強める観点では、第2冷間延伸工程[工程6]における、第1冷間延伸工程[工程4]の加工率を含めた総加工率は、90%以上であることが好ましく、92%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。
【0057】
(vii)第2焼鈍工程[工程7]
第2焼鈍工程[工程7]は、第2冷間延伸工程[工程6]を行なった後の冷延材に対して熱処理を施して再結晶させる焼鈍の工程である。ここで、第2焼鈍工程[工程7]における熱処理の条件は、加熱温度が600℃以上800℃以下の範囲であり、かつ保持時間が1分以上2時間以下の範囲である。他方で、加熱温度が600℃未満の場合や、保持時間が1分未満の場合、銅合金材の再結晶が困難になるため、所望の配向を有する結晶粒の集積が困難になる。また、加熱温度が800℃を超える場合や、保持時間が2時間を超える場合、結晶粒が粗大化して数が減少するため、体積抵抗率、抵抗温度係数および対銅熱起電力のうち少なくともいずれかが適正でなくなる。
【0058】
[5]銅合金材の用途
本発明の銅合金材は、抵抗器、例えばシャント抵抗器またはチップ抵抗器に用いられる抵抗器用抵抗材料として極めて有用である。すなわち、抵抗器用抵抗材料は、上述の銅合金材からなることが好ましい。また、シャント抵抗器またはチップ抵抗器などの抵抗器は、上述の銅合金材からなる抵抗器用抵抗材料を有することが好ましい。
【0059】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【実施例0060】
次に、本発明の効果をさらに明確にするために、本発明例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0061】
(本発明例1~17および比較例1~6)
表1に示す合金組成を有する銅合金素材を溶解し、これを溶湯から冷却して鋳造する鋳造工程[工程1]を行なって厚さ30mmの鋳塊を得た。ここで、比較例1の合金組成は、上述の特許文献1と、上述の特許文献2の実施例2に記載される銅合金と同じ合金組成を有するものである。
【0062】
この鋳塊に対して、800℃の加熱温度および5時間の保持時間で熱処理を行なう均質化熱処理工程[工程2]を行ない、次いで、800℃の加工温度で、総加工率が67%(加工前の厚みが30mm、加工後の厚みが10mm)となるように、長手方向に沿って圧延する熱間加工工程[工程3]を行なって熱延材を得た。その後、水冷により室温まで冷却して、表面に形成された酸化被膜を除去するため、両面から1~3.5mmずつ削り取る面削を行なった。面削後の熱延材の厚みは3~8mmであった。
【0063】
熱間加工工程[工程3]後の熱延材に対して、表2に記載の総加工率で長手方向に沿って圧延する、第1冷間加工工程[工程4]を行なった。
【0064】
ここで、本発明例1~17および比較例1~3、5、6については、第1冷間加工工程[工程4]を行なった後の冷延材に対して、表2に記載の熱処理条件で熱処理を行なう第1熱処理工程[工程5]を行ない、次いで、表2に記載の、第1冷間延伸工程[工程4]を含めた総加工率で長手方向に沿って圧延する、第2冷間加工工程[工程6]を行なった。その後、第2冷間加工工程[工程6]を行なった後の冷延材に対して、表2に記載の熱処理条件で熱処理を行なう、第2熱処理工程[工程7]を行なった。
【0065】
他方で、比較例4については、第1冷間延伸工程[工程4]を行なった後の冷延材に対して、第1熱処理工程[工程5]および第2冷間加工工程[工程6]を行なわずに第2熱処理工程[工程7]を行なった。
【0066】
このようにして、本発明例1~17および比較例1~6の銅合金材(銅合金板材)を作製した。
【0067】
なお、表1では、銅合金素材の合金組成に含まれない成分の欄には横線「-」を記載し、該当する成分を含まない、または含有していたとしても検出限界値未満であることを明らかにした。
【0068】
[各種測定および評価方法]
上記本発明例および比較例に係る銅合金材(銅合金板材)を用いて、下記に示す特性評価を行なった。各特性の評価条件は下記のとおりである。
【0069】
[1]結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角で表したときの、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値の測定
本発明例および比較例で得られた銅合金板材に対して、圧延方向(延伸方向)に平行な断面を鏡面研磨して断面試料を作製した後、電界放射型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて観察し、EBSD測定(電子線後方散乱回折法による測定)を行なうことで、SEM-EBSD法の結晶方位解析データを得た。ここで、EBSD測定において測定対象となる面積は0.02mmとし、測定時のステップは0.5μmとした。このEBSDによる測定結果から、データ解析ソフトである「OIM ANALYSIS」を用いて、調和関数(Harmonic Series Expansion)を用いて、展開次数(Series Rank)を16とし、ガウス分布に当てはめるときの半値幅(Gaussian Half-Width)を5゜として強度計算を行ない、得られた計算結果について、Enforce Orthotropic Sample Symmetryを選択して集合組織解析を行なうことで、オイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したときの結晶方位の強度分布が示されたODFマップを作図し、φ2を15°、20°および25°としたときのそれぞれについて、φ1を横軸に、Φを縦軸にしたときの、φ1=0~90°およびΦ=0~90°の範囲における方位密度を示すグラフに表示される結晶方位の強度分布から、方位密度の最大値を求めた。
【0070】
[2]銅合金材の厚さに対する、プレス打ち抜き加工時に銅合金材に生じる剪断面の厚さの割合の評価方法
作製した銅合金材にプレス打ち抜き加工を行なった際に生じる剪断面の厚さを評価するため、日本伸銅協会技術標準JCBA T310:2019に規定される、銅及び銅合金薄板条の剪断試験方法に記載の剪断試験を行なった。すなわち、金型を、上型(パンチ)と下型(ダイ)のクリアランスが10μmとなるように調整するとともに、銅合金材に対して、延伸方向に沿った大きさが10mm、延伸方向に対して直角に交わる板幅方向に沿った大きさが10mmの正方形の形状に打ち抜き加工を施し、外周に切断面を有する銅合金材の供試材を作製した。
【0071】
図1は、本発明の銅合金材にプレス打ち抜き加工を施し、そのときの切断面の輪郭形状(右側縁部分)がわかるようにするため、打ち抜かれた銅合金材について、切断面に対して垂直な厚さ方向を含む面を樹脂埋め研磨したときの研磨面を、切断面と平行な方向から眺めたときの模式図である。図1では、切断面2に対して垂直な方向Xと厚さ方向Yを含む平面に表れる切断面2の輪郭形状を、模式的に示している。図1に示す銅合金材1は、図示しない下型(ダイ)上に固定された状態で上型(パンチ)を下降させて行なう、プレス打ち抜き加工を施した後の切断面2を示すものである。ここで、切断面2は、プレス打ち抜き加工された銅合金材1の上面1a側から順に、ダレ3、剪断面4および破断面5が形成される。ここで、切断面2の下端縁には、破断面5から外側に延出するように、バリ6が形成されることが多い。
【0072】
本実施例では、本発明例および比較例の銅合金材1にプレス打ち抜き加工を施したときの切断面2の輪郭形状(右側縁部分)がわかるようにするため、打ち抜かれた銅合金材1からなる供試材について、切断面に対して垂直な厚さ方向を含む面を樹脂埋め研磨したときの研磨面を、光学顕微鏡(オリンパス株式会社製、型番:GX71)を用いて、300倍の倍率で、切断面2と平行な方向から観察を行なった。そして、得られた光学顕微鏡写真から、銅合金材の厚さtに対する、剪断面4の厚さtの割合を、百分率(%)で算出した。
【0073】
算出された銅合金材1の厚さtに対する、剪断面4の厚さtの割合について、50%以上であった場合を、打ち抜き加工面である切断面2に占める剪断面4の割合が十分に大きく、それにともない切断面2に占める破断面5の割合が十分に小さくなっている点で優れているとして、「◎」と評価した。また、銅合金材1の厚さtに対する、剪断面4の厚さtの割合が40%以上50%未満にあった場合を、切断面2に占める破断面5の割合が小さい点で良好であるとして「○」と評価した。他方で、銅合金材1の厚さtに対する、剪断面4の厚さtの割合が40%未満であった場合を、切断面2に占める破断面5の割合が適正範囲にない点で不良であるとして「×」と評価した。結果を表3に示す。
【0074】
[3]体積抵抗率の測定
作製した銅合金材について、得られた厚さ0.3mmの板材を幅10mm、長さ300mmに切断し、供試材を作製した。
【0075】
体積抵抗率ρの測定は、電圧端子間距離を200mm、測定電流を100mAとして、室温20℃で、JIS C2525に規定された方法に準じた四端子法によって電圧を測定し、得られた値から体積抵抗率ρ[μΩ・cm]を求めた。
【0076】
測定された体積抵抗率ρについて、80μΩ・cm以上であった場合を体積抵抗率ρが十分に大きく、抵抗材料として優れているとして「◎」と評価した。また、体積抵抗率ρが70μΩ・cm以上80μΩ・cm未満であった場合を、体積抵抗率ρが大きく、抵抗材料として良好であるとして「○」と評価した。他方で、体積抵抗率ρが70μΩ・cm未満であった場合を、体積抵抗率ρが小さく抵抗材料としては不良であるとして「×」と評価した。本実施例では、「◎」と「○」を合格レベルとして評価した。結果を表3に示す。
【0077】
[4]対銅熱起電力(EMF)の測定方法
作製した銅合金材について、得られた厚さ0.3mmの板材を幅10mm、長さ1000mmに切断し、供試材を作製した。
【0078】
供試材の対銅熱起電力(EMF)の測定は、JIS C2527に沿って行なった。より具体的には、図2に示すように、供試材11の対銅熱起電力(EMF)の測定は、十分に焼鈍された直径1mmの純銅線を標準銅線21として用い、供試材11および標準銅線21の一方の端部を接続させた測温接点Pを、80℃の恒温槽41で保温している温水に浸漬させるとともに、供試材11および標準銅線21の他方の端部をそれぞれ銅線31、32に接続させた基準接点P21、P22を、氷点装置42で保冷している0℃の氷水に浸漬させたときの起電力を、電圧測定器43で測定した。得られた起電力について、温度差である80[℃]で割ることで、対銅熱起電力EMF(μV/℃)を求めた。
【0079】
測定された対銅熱起電力(EMF)について、絶対値が0.5μV/℃以下であった場合を、対銅熱起電力(EMF)の絶対値が十分に小さく、抵抗材料として良好であるとして「◎」と評価した。また、対銅熱起電力(EMF)の絶対値が0.5μV/℃より大きく1.0μV/℃以下であった場合を、対銅熱起電力(EMF)の絶対値が小さく、抵抗材料として良好であるとして「○」と評価した。他方で、対銅熱起電力(EMF)の絶対値が1.0μV/℃より大きい場合を、対銅熱起電力(EMF)の絶対値が大きく、抵抗材料として不良であるとして「×」と評価した。結果を表3に示す。
【0080】
[5]抵抗温度係数(TCR)の測定方法
作製した銅合金材について、得られた厚さ0.3mmの板材を幅10mm、長さ300mmに切断し、供試材を作製した。
【0081】
抵抗温度係数(TCR)の測定は、電圧端子間距離を200mm、測定電流を100mAとして、JIS C2525およびJIS C2526に規定された方法に準じた四端子法によって、供試材の温度を150℃に加熱したときの電圧を測定し、得られた値から150℃での抵抗値R150℃[μΩ]を求めた。次いで、供試材の温度を20℃に冷却したときの電圧を測定し、得られた値から20℃での抵抗値R20℃[μΩ]を求めた。そして、得られる抵抗値であるR150℃およびR20℃の値から、TCR={(R150℃[μΩ]-R20℃[μΩ])/R20℃[μΩ]}×{1/(150[℃]-20[℃])}×10の式から、抵抗温度係数(ppm/℃)を算出した。
【0082】
測定された抵抗温度係数(TCR)について、絶対値が50ppm/℃以下であった場合を、抵抗温度係数(TCR)の絶対値が十分に小さく、抵抗材料として優れているとして「◎」と評価した。また、抵抗温度係数(TCR)の絶対値が50ppm/℃より大きく75ppm/℃以下であった場合を、抵抗温度係数(TCR)の絶対値が小さく、抵抗材料として良好であるとして「〇」と評価した。他方で、抵抗温度係数(TCR)の絶対値が75ppm/℃より大きい場合を、抵抗温度係数(TCR)の絶対値が大きく抵抗材料としては不良であるとして「×」と評価した。結果を表3に示す。
【0083】
[6]総合評価
これらの評価結果のうち、銅合金材の厚さに対する剪断面の厚さの割合、体積抵抗率ρ、対銅熱起電力(EMF)および抵抗温度係数(TCR)の評価結果について、4つとも「◎」と評価した場合を、プレス打ち抜き加工時における剪断面の生じ難さ、体積抵抗率ρ、対銅熱起電力(EMF)および抵抗温度係数(TCR)の4つの特性が優れているとして「◎」と評価した。また、これらの4つの評価結果のうち、少なくともいずれかで「○」または「△」と評価し、残りを「◎」と評価した場合を、これらの4つの特性が少なくとも良好であるとして「○」と評価した。他方で、銅合金材の厚さに対する剪断面の厚さの割合、体積抵抗率ρ、対銅熱起電力(EMF)および抵抗温度係数(TCR)のうち少なくともいずれかで評価結果が「×」になった場合を、これらの4つの特性のうち少なくともいずれかが不合格であるとして「×」と評価した。結果を表3に示す。
【0084】
[7]銅合金材を長期間用いたときの信頼性
上述の[6]総合評価で評価した項目のほかに、本発明例1~17および比較例1~6について、銅合金材を抵抗材料などとして長期間用いたときの信頼性、特に熱に対する電気的特性の安定性について検討するため、上述の[3]体積抵抗率の測定において体積抵抗率を測定した後の供試材について、400℃で2時間にわたり加熱することで、熱に対する電気的特性の安定性について加速試験を行なった。加熱による加速試験の後、上述の[3]体積抵抗率の測定と同じ方法で、供試材の体積抵抗率を測定し、加熱前の体積抵抗率から加熱後の体積抵抗率を引いた体積抵抗率の差をそれぞれ求めた。結果を表2に示す。
【0085】
【表1】
【0086】
【表2】
【0087】
【表3】
【0088】
表1~表3の結果から、本発明例1~17の銅合金材は、合金組成および方位密度の最大値が本発明の適正範囲内であるとともに、銅合金材1の厚さtに対する剪断面4の厚さtの割合が、いずれも「◎」または「○」と評価されているため、プレス打ち抜き加工時に生じる打ち抜き加工面に占める剪断面の割合が大きいと評価されるものであった。また、本発明例1~17の銅合金材は、体積抵抗率ρ、対銅熱起電力(EMF)および抵抗温度係数(TCR)についても、いずれも「◎」または「〇」と評価されるものであった。
【0089】
他方で、比較例1、2、3の銅合金材は、結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角で表したときの、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が小さく、本発明の適正範囲外であった。そのため、比較例1、2、3の銅合金材は、銅合金材1の厚さtに対する剪断面4の厚さtの割合について「×」と評価されていた。
【0090】
また、比較例3の銅合金材は、Niの含有量が少なく、合金組成が本発明の適正範囲外であった。そのため、比較例3の銅合金材は、対銅熱起電力(EMF)において「×」と評価されていた。
【0091】
また、比較例4の銅合金材は、MnおよびNiの含有量がいずれも少なく、合金組成が本発明の適正範囲外であった。そのため、比較例4の銅合金材は、体積抵抗率ρにおいて「×」と評価されていた。特に、比較例4の銅合金材は、Mnの含有量が少ないことで、体積抵抗率ρの評価結果が「×」となった。
【0092】
また、比較例5の銅合金材は、Mnの含有量が多く、合金組成が本発明の適正範囲外であった。そのため、比較例5の銅合金材は、対銅熱起電力(EMF)において「×」と評価されていた。
【0093】
また、比較例6の銅合金材は、Niの含有量が多く、合金組成が本発明の適正範囲外であった。そのため、比較例6の銅合金材は、対銅熱起電力(EMF)および抵抗温度係数(TCR)において「×」と評価されていた。
【0094】
この結果から、本発明例の銅合金材は、合金組成および結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したときの方位密度の最大値が本発明の適正範囲内であるときに、プレス打ち抜き加工時に生じる打ち抜き加工面に占める剪断面の割合が大きいことが確認された。それとともに、本発明例の銅合金材は、体積抵抗率ρ、対銅熱起電力(EMF)および抵抗温度係数(TCR)も、少なくとも良好であることが確認された。
【0095】
また、図3に、本発明例9の銅合金材について、結晶方位分布関数(ODF)をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表し、φ1を横軸に、Φを縦軸にしたときの、φ1=0~90°およびΦ=0~90°の範囲における方位密度を示すグラフであり、図3(a)は、φ2=15°であるときのグラフであり、図3(b)は、φ2=20°であるときのグラフであり、図3(c)は、φ2=25°であるときのグラフを示す。これらのグラフから、本発明例9の銅合金材は、φ1=0~90°、Φ=0~90°ならびにφ2が15°、20°および25°における方位密度の最大値が8.9であることがわかる(小数第2位を四捨五入したものを、方位密度の最大値の測定値とした)。
【0096】
さらに、本発明例1~4、6、7、9~11、13~17では、Feの含有量を0.20質量%以下にしたときに、銅合金材を抵抗材料などとして長期間用いたときの信頼性を表す、加熱前の体積抵抗率から加熱後の体積抵抗率を引いた体積抵抗率の差が、1.0μΩ・cm以下であった。この結果から、本発明例1~4、6、7、9~11、13~17の銅合金材は、Feの含有量が0.30質量%以上であるときに、加熱前の体積抵抗率から加熱後の体積抵抗率を引いた体積抵抗率の差が1.0μΩ・cmより大きかった本発明例5、8、12と比べて、熱に対する電気的特性の安定性が高められていることが分かった。
【0097】
他方で、本発明例5、8、12では、Feの含有量が0.30質量%以上であることで、加熱前の体積抵抗率から加熱後の体積抵抗率を引いた体積抵抗率の差が2.0μΩ・cmより大きく、熱に対する電気的特性の安定性が低いことが分かった。
【0098】
また、本発明例4~17では、FeおよびCoのうち一方または両方を添加することで、対銅熱起電力(EMF)または抵抗温度係数(TCR)の評価結果が「〇」と評価された本発明例1~3と比べて、対銅熱起電力(EMF)および抵抗温度係数(TCR)の絶対値のうち、少なくとも抵抗温度係数(TCR)の絶対値が小さくなっていたため、これらの両方の評価結果において「◎」と評価されていることが分かった。
【符号の説明】
【0099】
1 銅合金材
1a 銅合金材の上面
1b 銅合金材の下面
2 切断面
3 ダレ
4 剪断面
5 破断面
6 バリ
11 供試材
21 標準銅線
31、32 銅線
41 恒温槽
42 氷点装置
43 電圧測定器
測温接点
21、P22 基準接点
X 切断面に対して垂直な方向
Y 厚さ方向
図1
図2
図3