JP2021065916A

JP2021065916A - 材および方法

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Publication number: JP2021065916A
Application number: JP2019194058A
Authority: JP
Inventors: 大吾清水; Daigo Shimizu; 昌弘小原; Masahiro Obara; 千悟小林; Sengo Kobayashi
Original assignee: Ehime University NUC; Daitec Co Ltd
Current assignee: Ehime University NUC; Daitec Co Ltd
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: JP7407342B2

Abstract

【課題】菌の繁殖が防止され、かつ、機械的特性の劣下が問題にならないチタン材を提供する。【解決手段】金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材１と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ等の構造材料金属（合金）であってよい）材２とが、Ａｇ線材やＣｕ線材等の抗菌性金属の線材がＴｉ線材に螺旋状に巻かれた溶加棒４を用い、ＴＩＧ溶接トーチ３により溶接された材であって、前記材における溶接部の表面に抗菌性金属が存在してなる。【選択図】図１

Description

本発明はチタン材に関する。

チタン（純チタン又はチタン合金（単に、Ｔｉとも表記。））材は、密度が小さく、融点は高く、機械的特性（強度や延性）に優れている。熱伝導率や導電率が低い。化学的には非常に活性である。安定な膜（例えば、ＴｉＯ_２膜）が表面に出来やすい。この為、耐食性が改善される。斯かる観点から、各種の分野（装置）において、Ｔｉ材が用いられている。例えば、食品分野、医薬品分野などにおいて、Ｔｉ材が用いられている。例えば、Ｔｉ製管が用いられている。例えば、Ｔｉ製板が用いられている。前記以外の分野、例えば航空機の分野でも用いられている。

特開２０１６−７３９９９号公報特開２００４−６６３０４号公報特開２０００−２８００７６号公報

前記Ｔｉ材が溶接されて出来た製品（例えば、Ｔｉ製溶接管）が食品分野や医薬品分野で用いられた場合、これまで、誰にも、気付かれて無かった新たな問題に気付くに至った。

その新たな問題とは菌（細菌とか雑菌。その他にも、ここでは、黴も含まれる。）であった。

従って、本発明が解決しようとする第１の課題は、前記菌の繁殖を防止することである。

本発明が解決しようとする第２の課題は、前記第１の課題を解決する為の手段が実施されても、チタン材の機械的特性の劣下が問題にならない技術を提供することである。

Ｔｉ材は、前述の通り、表面にＴｉＯ_２膜が出来ている。このＴｉＯ_２は光触媒機能（殺菌機能）を奏することが知られている。従って、ＴｉＯ_２膜が表面に出来ているチタン製品にも菌が繁殖している事は驚きであった。

しかし、菌の繁殖が確認された。特に、Ｔｉ製管の場合に、管の内部に菌が発生していることが確認された。

そこで、菌の繁殖個所の追及が行われた。その結果、菌が溶接部に繁殖している事が判って来た。溶接部以外の個所では菌の繁殖は殆ど認められなかった。

更なる研究が鋭意推し進められて行った結果、溶接部以外の個所の表面は平坦（平滑）であるのに対して、溶接部の表面には凹凸が出来ている事に気付いた。前記凹凸は溶接に起因していた。

従って、前記凹凸を無くしてしまえば、見栄えも良く、かつ、菌の繁殖も抑えられるであろうと考えられた。溶接部表面を鏡面研磨すれば良いであろうとの発想が生まれた。コストを考えなければ、平板の溶接部の鏡面研磨は可能であろう。しかし、管内部の溶接部を鏡面研磨するのは、殆ど、不可能であろう。
よって、溶接部表面の研磨の考えは全面的に採用できるものではなかった。

更なる研究が推し進められて行った結果、溶接に際して抗菌性金属を用い、溶接部表面に抗菌性金属を存在させておけば良いのではとの啓示を得るに至った。

斯かる知見に基づいて、本発明が達成された。

本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とが溶接された材であって、
前記材における溶接部の表面に抗菌性金属が存在してなる
材を提案する。

本発明は、前記材であって、前記溶接部の主成分がＴｉである材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記溶接部の表面から２ｍｍ以内の層における前記抗菌性金属の含有割合が２〜２０原子％である材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記抗菌性金属が前記溶接部のみに存在してなる材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記抗菌性金属がＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｚｎの群の中から選ばれる一種または二種以上である材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記抗菌性金属がＣｕである材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記抗菌性金属がＡｇである材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記溶接部は表面に凹凸が存在してなる材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記溶接部は、前記材の少なくとも一面側の表層に、侵入型元素との化合物が、下記要件を満たす範囲内で、存在してなり、前記表層よりも深い位置の内層には、侵入型元素との化合物が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、前記化合物の量は、前記溶接部でのアノード分極曲線における電流密度が４．０×１０^−６Ａ／ｃｍ^２以下となる量であり、前記溶接部でのビッカース硬度が１１７ＨＶ〜１８０ＨＶとなる量であり、前記溶接部での引張強度試験における最大応力σが０．３ＧＰａ〜０．５ＧＰａとなる量である材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記溶接部は、その厚さが２ｍｍ以上であり、前記材の少なくとも一面側の表面からの深さが１μｍ迄の位置の表層に侵入型元素が下記要件を満たす範囲内で存在し、前記表面からの深さが１００μｍより深い位置の内層には、侵入型元素が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、前記表層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の９０〜１００％であり、前記内層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の５％以下である材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上である材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、表層における侵入型元素はＴｉＭｘ（ＭはＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上の元素。ＭがＯの場合には、ｘは１．８〜２の数。ＭがＮ，Ｃの場合には、ｘは０．９〜１のかず）の形態で存在してなる材を提案する。

本発明は、前記材であって、好ましくは、前記材が管材である材を提案する。

本発明は、
前記材の製造方法であって、
前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材とが溶接装置を用いて溶接される際に抗菌性金属が用いられる
方法を提案する。

本発明は、
前記材の製造方法であって、
Ｔｉと抗菌性金属とが用いられて前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突合部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部が形成され、前記抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部形成後にＴｉが用いられて（抗菌性金属は用いられないで）前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突合部における溶接が行われる
方法を提案する。

本発明は、
前記材の製造方法であって、
Ｔｉと抗菌性金属とが用いられて前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突合部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部が形成される工程Ａと、前記工程Ａ後にＴｉが用いられて（抗菌性金属は用いられないで）前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突合部における溶接が行われる工程Ｂとを具備してなり、
前記工程Ｂによって前記抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部の抗菌性金属が分散する
方法を提案する。

本発明は、前記材の製造方法であって、抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部の形成に際しては、例えば抗菌性金属の線材がＴｉ材の表面に配された溶加材が用いられる方法を提案する。

チタン材溶接部における菌の繁殖が抑制された。

チタン材の機械的特性の劣下が問題にならなかった。

溶接の概略図

第１の発明は材である。
前記材は、金属Ａ材と金属Ｂ材とが溶接された材である。前記金属Ａはチタン及びチタン合金の群の中から選ばれた金属である。前記金属Ｂは、前記金属Ａと異種であっても良い。例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ等の構造材料金属（合金）であっても良い。前記金属Ａと前記金属Ｂとが異種金属の場合、溶接部では脆い金属間化合物が形成され易い。従って、前記金属Ｂは、好ましくは、チタン及びチタン合金の群の中から選ばれた金属である。前記金属Ａと前記金属Ｂとは、好ましくは、同じ金属である。

前記材としては、例えば管材が挙げられる。勿論、これに限られない。例えば、板材、棒材などであっても良い。但し、前記材は溶接された材である。前記材は溶接部を持つ。

前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との溶接部の表面は、基本的には、平滑ではない。例えば、鏡面研磨などは行われていない。表面には凹凸が存在している。前記凹凸は粗面と言う意味でも用いられる。前記表面は一面側のみの場合も有る。管材の場合には、前記表面は、基本的には、内面側における表面である。勿論、外面側の表面にも凹凸が有っても良い。

前記溶接部の主成分は、例えばＴｉである。前記溶接部の表面には抗菌性金属が存在している。前記抗菌性金属は、基本的には、前記溶接部のみに存在している。前記抗菌性金属は殺菌性金属あるいは除菌性金属と表現されても良い。抗菌性と殺菌性と除菌性とは、厳密には異なる概念であるが、本明細書では同じような意味で用いられる。従って、抗菌性金属でも殺菌性金属でも除菌性金属であっても良い。前記抗菌性金属は、例えばＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｚｎの群の中から選ばれる一種または二種以上である。コストの面から、好ましくは、Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｚｎの群の中から選ばれる一種または二種以上である。抗菌性の面からは、好ましくは、Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎの群の中から選ばれる一種または二種以上である。特に好ましくはＣｕ又はＡｇである。

前記抗菌性金属は溶接部の内部にも存在していても良い。しかし、前記抗菌性金属を存在せしめる目的は抗菌性（菌の繁殖の抑制）である。菌が溶接部の内部に繁殖する恐れは殆ど考えられない。そうすると、前記抗菌性金属は溶接部の表面に存在しておれば十分である。抗菌性（菌の繁殖の抑制）の観点からは、前記抗菌性金属が溶接部の奥深い内部に存在する必要は乏しい。Ｃｕ，Ａｇ等の抗菌性金属が溶接部中に大量に含まれると、溶接部の機械的特性が低下する傾向が有る。従って、Ｃｕ，Ａｇ等の抗菌性金属は溶接部の奥深い内部に存在しない方が好ましい。但し、表面のみに抗菌性金属を存在させる事は困難であった。現実的には溶接部の表面層に抗菌性金属を存在させる事になる。抗菌性金属の含有割合（例えば、溶接部の表面から２ｍｍ以内の層における抗菌性金属の含有割合）は、好ましくは、２原子％以上であった。更に好ましくは、２．４原子％以上であった。もっと好ましくは、３原子％以上であった。よりもっと好ましくは、３．５原子％以上であった。更にもっと好ましくは、４原子％以上であった。抗菌性金属の含有割合（例えば、溶接部の表面から２ｍｍ以内の層における抗菌性金属の含有割合）の上限値は、好ましくは、２０原子％であった。更に好ましくは、１８原子％以下であった。もっと好ましくは、１５原子％以下であった。よりもっと好ましくは、１３原子％以下であった。更にもっと好ましくは、１０原子％以下であった。すなわち、前記層中に抗菌性金属を或る程度は存在させないと、溶接部の表面に存在する抗菌性金属が少なくなり、抗菌性（菌の繁殖の抑制）が効果的に奏されないからであった。逆に、抗菌性金属が多くなると、金属間化合物が形成される恐れが多くなり、溶接部における機械的特性低下の恐れが有った。

溶接部に抗菌性金属が含有されている場合の抗菌（除菌）性試験がＪＩＳＺ２８０１に準じて評価された。
試料１は、ＴＩＧ溶接装置を用いて純Ｔｉ板の溶融・固化が行われた例である。試料１における溶融・固化部の金属成分はＴｉのみである。
試料２は、試料１で用いた純Ｔｉ板に凹部（窪み）が形成され、前記凹部内にＡｇ粉末が置かれ、この後でＴＩＧ溶接装置が用いられて溶融・固化が行われた例である。試料２における溶融・固化部の表面層はＡｇ含有Ｔｉ（表面から２ｍｍ以内の層におけるＡｇ含有割合は約４ａｔ％）であった。
前記試料１の溶融・固化部の表面および試料２の溶融・固化部の表面に黄色ぶどう球菌が接種された。２４時間後の生菌数が調べられた。初期生菌数は、共に、１．０×１０^４個／ｃｍ^２であった。試料１における２４時間後の生菌数に変動は殆ど認められなかった。試料２における２４時間後の生菌数は６．０×１０^０個／ｃｍ^２であった。溶融・固化部（溶接部）に抗菌性金属が含有されていると、溶接部表面は抗菌（除菌）性に優れていることが理解できる。

上記試料１，２の溶融・固化部におけるビッカース硬度がＪＩＳＺ２２４４に準じて測定された。硬度試験を行う目的は強度の推定である。降伏強さや引張強さは引張試験により、疲労強度は疲労試験により測定されるが、ビッカース硬度と降伏強さ及び疲労強度との間にはほぼ比例関係が成立すると謂われている。従って、ビッカース硬度の測定によって、機械的強度の特性が推定できる。上記試料１の溶融・固化部におけるビッカース硬度は約１４０ＨＶであった。上記試料２の溶融・固化部におけるビッカース硬度は約１７０ＨＶであった。Ａｇ含有量の増加に伴ってビッカース硬度は高くなっていた。

前記溶接部（前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との溶接部）の少なくとも一面側の表層に、好ましくは、侵入型元素が、存在する。前記表層における侵入型元素は、例えばＴｉＭｘ（ＭはＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上の元素。ＭがＯの場合には、ｘは１．８〜２の数。ＭがＮ，Ｃの場合には、ｘは０．９〜１の数）の形態で存在する。例えば、ＴｉＯｘ（ｘ＝１．８〜２）である。例えば、ＴｉＮｘ（ｘ＝０．９〜１）である。例えば、ＴｉＣｘ（ｘ＝０．９〜１）である。ＴｉＯｘの場合には、最表面にあっては、酸素が十分であろうから、ＴｉＯ_２が形成されるであろう。下方に行くにつれて、酸素が不十分であろうから、ＴｉＯ_２が形成されると言うよりも、ＴｉＯｘ（ｘ＜２）が形成されるであろう。深い個所では、ＴｉＯｘすら形成されないであろう。すなわち、前記侵入型元素は殆ど存在しないであろう。ＴｉＮｘ，ＴｉＣｘにあっても、同様であろう。

前記溶接部の表層や内層に存在する侵入型元素の量は、例えば下記要件を満たす量である。
ここで、表層と内層とに分けて記載しているが、結局は、全体における量であろう。但し、最表面に形成されているのは、例えばＴｉＯ_２，ＴｉＮ，ＴｉＣ等であろう。これ等の化合物による膜は耐食性に優れている。深い位置に進むにつれて、Ｏ，Ｎ，Ｃ量は減少するであろう。Ｏ，Ｎ，Ｃ量を少なくする事によって、脆化の問題が解決されるであろう。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部のアノード分極曲線における電流密度が４．０×１０^−６Ａ／ｃｍ^２以下となる量であった。好ましくは、３．０×１０^−６Ａ／ｃｍ^２以下となる量であった。更に好ましくは、２．０×１０^−６Ａ／ｃｍ^２以下となる量であった。前記溶接部のアノード分極曲線における電流密度は低ければ低い方が良い。例えば、１．０×１０^−９Ａ／ｃｍ^２であっても良い。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部のビッカース硬度が１１７ＨＶ以上で１８０ＨＶ以下となる量であった。好ましくは、１７５ＨＶ以下となる量であった。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部の引張強度試験での最大応力σが０．３ＧＰａ以上で０．５ＧＰａ以下となる量であった。好ましくは、０．４５ＧＰａ以下となる量であった。更に好ましくは、０．４ＧＰａ以下となる量であった。
前記アノード分極曲線における電流密度はＪＩＳＴ０３０２に準じて求められた。
前記ビッカース硬度はＪＩＳＺ２２４４に準じて求められた。
前記引張強度試験における応力σはＪＩＳＺ２２４１に準じて求められた。

前記溶接部の表面からの深さが１μｍ迄の位置（ここでは、これを表層と言う。）や前記溶接部の表面からの深さが１００μｍより深い位置（ここでは、これを内層と言う。）における侵入型元素の量は、例えば下記要件を満たす量であった。
前記材の少なくとも一面側の前記表層には侵入型元素が下記要件を満たす範囲内で存在する。
前記内層には、侵入型元素が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であった。
前記表層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の９０〜１００％であった。
例えば、ＴｉＯ_２の場合（侵入型元素がＯの場合）には、ＴｉＯｘ（ｘ＝１．８〜２）である。前記９０％はＴｉＯ_１．８を意味する。前記１００％はＴｉＯ_２を意味する。例えば、ＴｉＮの場合（侵入型元素がＮの場合）には、ＴｉＮｘ（ｘ＝０．９〜１）である。前記９０％はＴｉＮ_０．９を意味する。前記１００％はＴｉＮを意味する。例えば、ＴｉＣの場合（侵入型元素がＣの場合）には、ＴｉＣｘ（ｘ＝０．９〜１）である。前記９０％はＴｉＣ_０．９を意味する。前記１００％はＴｉＣを意味する。
最表面に形成されているのは、例えばＴｉＯ_２，ＴｉＮ，ＴｉＣ等であろう。これ等の化合物による膜は耐食性に優れている。深い（下方）位置に進むにつれて、Ｏ，Ｎ，Ｃ量は減少するであろう。すなわち、ＴｉＯ_１．８，ＴｉＮ_０．９，ＴｉＣ_０．９と言った如く、Ｏ等の量が減少する。
前記内層における前記侵入型元素の量は、好ましくは、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の５％以下であった。更に好ましくは１％以下であった。もっと好ましくは０．１％以下であった。勿論、０％であっても良い。
例えば、ＴｉＯ_２の場合（侵入型元素がＯの場合）には、ＴｉＯｘ（ｘ＝０〜０．０５）である。前記０％はＯが０を意味する。前記５％はＴｉＯ_０．１を意味する。例えば、ＴｉＮの場合（侵入型元素がＮの場合）には、ＴｉＮｘ（ｘ＝０〜０．０５）である。前記０％はＮが０を意味する。前記５％はＴｉＮ_０．０５を意味する。例えば、ＴｉＣの場合（侵入型元素がＣの場合）には、ＴｉＣｘ（ｘ＝０〜０．０５）である。前記０％はＣが０を意味する。前記５％はＴｉＣ_０．０５を意味する。
前記溶接部の厚みは、０．７ｍｍ以上である。勿論、これより厚くても良い。例えば、１ｍｍ以上でも良い。２ｍｍ以上であっても良い。３ｍｍ以上であっても良い。１ｃｍであっても良い。上限値に格別な制限はない。前記溶接部の厚さが薄過ぎると、溶接強度が弱い。

本発明者は、前記侵入型元素の量が、どの程度の深さにおいて、どの程度であれば、耐食性が確保され、かつ、機械的特性（脆化）に問題が起きないかを検討した。その結果が次の通りであった。表面から深さが１μｍまでの位置において、前記侵入型元素が化学量論的組成比の９０％以上存在しておれば、溶接部における耐食性が良かった。表面から深さが１００μｍ以上深い位置において、前記侵入型元素が化学量論的組成比の０．１％以下であれば、溶接部における酷い脆化の問題が解決されていた。前記深さにおける前記侵入型元素の量はＪＩＳＺ２６１３に準じて求められた。

第２の発明は方法である。前記方法は前記材の製造方法である。

前記方法は、前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材とが溶接装置を用いて溶接される際に抗菌性金属が用いられる方法である。溶接に際して用いられる溶加材として、Ｔｉと抗菌性金属とが用いられる。

前記方法は、Ｔｉと抗菌性金属とが用いられて前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突き合せ部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部が形成され、前記抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部形成後にＴｉが用いられて（抗菌性金属は用いられないで）前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突き合せ部における溶接が行われる方法であっても良い。複数段階（例えば、２段階）に亘る溶接が行われる。菌の発生・増殖を防止したい個所の溶接表面部は抗菌性金属含有Ｔｉで構成される。この後で、Ｔｉ材のみが用いられての溶接が行われる。板材溶接部の表裏両面において菌の発生・増殖を防止したい場合には次のように行われる。先ず、Ｔｉ板Ａ材とＴｉ板Ｂ材との突き合せ部の下面（下方）側の溶接が、Ｔｉと抗菌性金属とが用いられて、行われる（工程Ｘ）。次に、Ｔｉ板Ａ材とＴｉ板Ｂ材との突き合せ部の中層（内層）部の溶接が、Ｔｉのみが用いられて、行われる（工程Ｙ）。最後に、Ｔｉ板Ａ材とＴｉ板Ｂ材との突き合せ部の上（上方）側の溶接が、Ｔｉと抗菌性金属とが用いられて、行われる（工程Ｚ）る。このように行われると、溶接部の上下両面部は抗菌性金属含有Ｔｉで構成されており、溶接部の中層（内層）部はＴｉのみで構成されている。板材溶接部の片面における菌の発生・増殖を防止したい場合には、前記工程Ｘと工程Ｚとのどちらかが、Ｔｉのみが用いられて行われる。例えば、管材と管材との溶接にあっては、前記工程Ｘが行われ、次いで前記工程Ｙが行われる。前記工程Ｚは省略される。なぜならば、管材の場合は、管内部を輸送される剤に菌が入っては困るからである。管外部の菌繁殖防止はそれ程注意されなくても済む場合が多いであろう。

前記方法は、Ｔｉと抗菌性金属とが用いられて前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突き合せ部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部が形成される工程Ａと、前記工程Ａ後にＴｉが用いられて（抗菌性金属は用いられないで）前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突き合せ部における溶接が行われる工程Ｂとを具備してなり、前記工程Ｂによって前記抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部の抗菌性金属が分散する方法であっても良い。この場合、前記工程Ａによる溶接部に含有している抗菌性金属が、工程Ｂの溶接時の熱によって分散する。つまり、工程Ｂの溶接時の熱によって、抗菌性金属が分散すると、即ち、抗菌性金属が表面部に分散（均一に分散）していると、抗菌（除菌：殺菌）作用が向上した。

前記抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部の形成に際しては、例えば抗菌性金属の線材がＴｉ材の表面に配された溶加材が用いられる。例えば、Ａｇ線材やＣｕ線材等の抗菌性金属の線材がＴｉ棒材に螺旋状に巻かれた溶加棒が用いられる。

前記溶接部（前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との溶接部）の少なくとも一面側の表層に、好ましくは、侵入型元素が、存在する。
その方法として次の方法がある。
不活性ガスが溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される。
或いは、不活性ガスが溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。
又は、不活性ガスが溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。
次の表現も可能である。
不活性ガスが溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される。
或いは、不活性ガスが溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。
又は、不活性ガスが溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。
次の表現も可能である。
チタン材を溶接トーチにより溶接するチタン溶接方法であって、前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールドガス供給工程と、前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、前記溶接トーチの後方の溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程とを具備してなり、前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する。
チタン材を溶融溶接するチタン溶接方法であって、前記チタン材の溶接部の表側の溶融池表面にシールドガスを供給する溶融池シールドガス供給工程と、前記チタン材の前記溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、前記溶融池の後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程とを具備してなり、前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する。
前記方法において、前記不活性ガスと前記侵入型元素のガス（例えば、Ｏ_２，Ｏ_３，Ｎ_２，ＮＯ_２，ＣＯ_２等）とは混合ガスの形態で供給されても良い。
各々のガスが独立して（別々に）供給され、供給（吐出：噴射）された後で混ざる形態であっても良い。
前記侵入型元素のガスの雰囲気下に前記不活性ガスが供給され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置に進む前に、前記不活性ガスによって前記侵入型元素のガスが溶接部から排除される形態であっても良い。
初期段階では前記侵入型元素のガスの供給量を抑えた状態で行い、或る時間経過以降では前記侵入型元素のガスの供給を停止すると共に、不活性ガスを供給する形態であっても良い。
不活性ガスの雰囲気下に前記侵入型元素のガスが供給され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置にまで進まない形態であっても良い。
不活性ガスの供給と侵入型元素のガスの供給とが時間差で以って制御され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置にまで進まない形態であっても良い。
しかし、不活性ガスと侵入型元素のガスとの混合ガスの形態で供給するのが最も簡単である。

前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される侵入型元素のガスの量は、好ましくは、０．０１体積％以上であった。更に好ましくは、０．０５体積％以上であった。もっと好ましくは、０．１体積％以上であった。好ましくは、７体積％以下であった。更に好ましくは、５体積％以下であった。もっと好ましくは、１体積％以下であった。

前記方法において、侵入型元素のガスは、好ましくは、温度が３５０℃以上の個所に向けて供給される。更に好ましくは、４００℃以上の個所であった。もっと好ましくは、４５０℃以上の個所であった。例えば、１０００℃以下の個所であった。

前記侵入型元素のガスは、例えばＯ_２，Ｏ_３，Ｎ_２，ＮＯ_２，ＣＯ_２等の群の中から選ばれる一種または二種以上である。空気であっても良い。
前記不活性ガスは、例えばＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ等である。特にＡｒである。

第３の発明は製造方法である。
前記製造方法は前記溶接方法が実施される方法である。すなわち、前記溶接方法が実施される事による製造方法である。

前記溶接の技術は、好ましくは、ティグ溶接（ＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術である。しかし、ミグ溶接（ＭＩＧｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、イナートガスアーク溶接を用いた技術、プラズマ溶接（Ｐｌａｓｍａ
ａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、電子ビーム溶接（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、レーザビーム溶接（Ｌａｓｅｒｂｅａｍｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、抵抗溶接（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術であっても良い。

以下、具体的な実施例が挙げられる。
本発明は以下の実施例にのみ限定されない。本発明の特長が大きく損なわれない限り、各種の変形例や応用例も本発明に含まれる。
以下の実施例ではＴＩＧ溶接装置が用いられた。
Ｔｉ製管材とＴｉ製管材との溶接の場合で説明される。食品製造工場で用いられるＴｉ製管の場合で説明される。
不活性ガスとしてＡｒガスが用いられた。侵入型元素ガスとして大気が用いられた。
Ｔｉ棒材の表面にＡｇ線材が螺旋状に巻かれた溶加棒が用意された。Ｔｉ棒材の表面にＣｕ線材が螺旋状に巻かれた溶加棒が用意された。Ｔｉ棒材の溶加棒も用意された。

図１は管材の溶接概略図である。
図中、１は肉厚が５ｍｍのＴｉ製丸管である。２は肉厚が５ｍｍのＴｉ製丸管である。前記管１，２の口径は同じである。前記管１，２は保持装置（図示せず）で保持されている。管１の端面と管２の端面とが突き合わされている。この突合面がチタン溶接装置（ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接装置）で溶接される。３はチタン溶接装置の溶接トーチである。溶接トーチ３が管１と管２との突合面に対向して配置されている。溶接の進行に伴って、保持装置で保持されている管１，２は回転させられる。この回転は連続的に回転していない。回転動作は不連続的（或る回転角度だけ瞬間的に回転し、一時停止して溶接が行われ、次いで或る回転角度だけ瞬間的に回転し、一時停止して溶接が行われる。）である。

４は溶加棒である。溶加棒４は、Ｔｉ棒材の表面にＡｇ線材が螺旋状に巻かれた溶加棒（単に、Ａｇ−Ｔｉ棒４（Ａｇ）と記載）の場合と、Ｔｉ棒材の表面にＣｕ線材が螺旋状に巻かれた溶加棒（単に、Ｃｕ−Ｔｉ棒４（Ｃｕ）と記載）の場合と、Ｔｉ棒材の溶加棒（単に、Ｔｉ棒４（Ｔｉ）と記載）の場合とがある。

溶接時において、不活性ガス（Ａｒガス）が、前記管１，２の一方の開口部から供給されている。管内を流れた不活性ガス（Ａｒガス）は前記管１，２の他方の開口部から出て行く。不活性ガス（Ａｒガス）は、溶接トーチ３のタングステン電極周囲の流路からも噴出されている。すなわち、溶接トーチ３によって溶融した溶融池向けて不活性ガス（Ａｒガス）が吹き付けられている。これによって、前記溶融池表面が不活性ガスで覆われている。従って、前記溶融池における金属成分の酸化が防止されている。

溶接の開始時（初期段階：第１段階）では、溶加棒（Ａｇ−Ｔｉ棒４（Ａｇ））が用いられた。すなわち、前記管１と前記管２との突合面における内面側（内部孔に近い側）において、Ａｇ−Ｔｉ棒４（Ａｇ）が用いられてＴＩＧ溶接が行われた。溶接の進行に伴って、管１，２は回転した。一周に亘っての溶接が完了した。この時の溶接部の厚さは約２ｍｍであった。本溶接時にあっては、溶接部の両面側は不活性ガス（Ａｒガス）で覆われている。従って、本溶接時にあっては、溶融金属成分（Ａｇ，Ｔｉ）の酸化は防止されている。金属成分の酸化が防止されているから、本段階（初期段階：第１段階）での溶接による溶接部（溶融・固化部）と次段階（第２段階）で行われる溶接による溶接部（溶融・固化部）との間に異質な酸化膜が存在しない。よって、第１段階での溶融・固化部と第２段階での溶融・固化部との間の一体性が高かった。

前記第１段階の溶接終了後に、溶加棒（Ｔｉ棒４（Ｔｉ））が用いられてＴＩＧ溶接が行われた。本段階の溶接（第２段階）では、前記第１段階による溶接部（溶融・固化部：Ａｇ含有Ｔｉ層）の上側（外面側）に、Ｔｉが埋められる如く設けられる。本第２段階の溶接時には、前記第１段階の場合と同様、不活性ガス（Ａｒガス）が、前記管１，２の一方の開口部から供給され、他方の開口部から出て行っている。不活性ガス（Ａｒガス）は、溶接トーチ３のタングステン電極周囲の流路からも噴出されている。すなわち、溶接トーチ３によって溶融した溶融池向けて不活性ガス（Ａｒガス）が吹き付けられている。これによって、前記溶融池表面が不活性ガスで覆われている。従って、前記溶融池における金属成分（Ｔｉ）の酸化が防止されている。但し、溶接の進行に伴って、管１，２は回転している。前記回転に伴い、溶接トーチ３が対向していない（溶接トーチ３後方側）個所に向けて、不活性ガス（Ａｒガス）と酸素ガスとの混合ガスが吹き付けられた。これによって、溶接部内部の金属成分（Ｔｉ）は酸化されない（勿論、管１，２の内面側（内部孔側）における溶接部表面の金属成分（Ｔｉ，Ａｇ）は酸化されない。）ものの、管１，２の外面側における溶接済部表面の金属成分（Ｔｉ）が酸化される。すなわち、前記管１，２の溶接部の外面側のＴｉが表面酸化する。表面に酸化皮膜が形成されることで、耐食性が向上した。

前記溶加棒（Ａｇ−Ｔｉ棒４（Ａｇ））の代わりに、溶加棒（Ｃｕ−Ｔｉ棒４（Ｃｕ））が用いられ、同様に行われた。

前記溶加棒（Ａｇ−Ｔｉ棒４（Ａｇ））の代わり、溶加棒（Ｔｉ棒４（Ｔｉ））が用いられ、同様に行われた（参考例）。

上記のようにして出来た上記実施例の管と参考例になる管とが食品工場での使用環境条件下に置かれた。一か月経過後に、前記管が取り出された。溶接部表面（内面側表面）に抗菌性金属が存在していた実施例になる管と、溶接部表面（内面側表面）に抗菌性金属が存在していない参考例になる管とを比べると、本実施例になる管の溶接部における菌の繁殖は参考例になる管の溶接部における菌の繁殖に比べたならば遥かに少ないものであった。

１，２Ｔｉ製丸管
３溶接トーチ
４（Ａｇ），４（Ｃｕ），４（Ｔｉ）溶加棒

Claims

金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とが溶接された材であって、
前記材における溶接部の表面に抗菌性金属が存在してなる
材。
前記溶接部の主成分がＴｉである
請求項１の材。
溶接部の表面から２ｍｍ以内の層における前記抗菌性金属の含有割合が２〜２０原子％である
請求項１又は請求項２の材。
前記抗菌性金属が前記溶接部のみに存在してなる
請求項１〜請求項３いずれかの材。
前記抗菌性金属がＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｚｎの群の中から選ばれる一種または二種以上である
請求項１〜請求項４いずれかの材。
前記溶接部は表面に凹凸が存在してなる
請求項１〜請求項５いずれかの材。
前記溶接部は、
前記材の少なくとも一面側の表層に、侵入型元素との化合物が、下記要件を満たす範囲内で、存在してなり、
前記表層よりも深い位置の内層には、侵入型元素との化合物が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、
前記化合物の量は、
前記溶接部でのアノード分極曲線における電流密度が４．０×１０^−６Ａ／ｃｍ^２以下となる量であり、
前記溶接部でのビッカース硬度が１４０ＨＶ〜１８０ＨＶとなる量であり、
前記溶接部での引張強度試験における最大応力σが０．３ＧＰａ〜０．５ＧＰａとなる量である
請求項１〜請求項６いずれかの材。
前記溶接部は、
その厚さが２ｍｍ以上であり、
前記材の少なくとも一面側の表面からの深さが１μｍ迄の位置の表層に侵入型元素が下記要件を満たす範囲内で存在し、
前記表面からの深さが１００μｍより深い位置の内層には、侵入型元素が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、
前記表層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の９０〜１００％であり、
前記内層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の０〜０．１％である
請求項１〜請求項７いずれかの材。
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上である
請求項７又は請求項８の材。
表層における侵入型元素はＴｉＭｘ（ＭはＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上の元素。ＭがＯの場合には、ｘは１．８〜２の数。ＭがＮ，Ｃの場合には、ｘは０．９〜１のかず）の形態で存在してなる
請求項７〜請求項９いずれかの材。
前記材が管材である
請求項１〜請求項１０いずれかの材。
請求項１〜請求項１１いずれかの材の製造方法であって、
前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材とが溶接装置を用いて溶接される際に抗菌性金属が用いられる
方法。
請求項１〜請求項１１いずれかの材の製造方法であって、
Ｔｉと抗菌性金属とが用いられて前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突合部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部が形成され、前記抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部形成後にＴｉが用いられて（抗菌性金属は用いられないで）前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突合部における溶接が行われる
方法。
請求項１〜請求項１１いずれかの材の製造方法であって、
Ｔｉと抗菌性金属とが用いられて前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突き合せ部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部が形成される工程Ａと、前記工程Ａ後にＴｉが用いられて（抗菌性金属は用いられないで）前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との突合部における溶接が行われる工程Ｂとを具備してなり、
前記工程Ｂによって前記抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部の抗菌性金属が分散する
方法。
抗菌性金属含有Ｔｉ溶接部の形成に際しては抗菌性金属の線材がＴｉ材の表面に配された溶加材が用いられる
請求項１２〜請求項１４いずれかの方法。