JP4026056B2 - 歯間ブラシ用線材と該線材による歯間ブラシ製品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作性と耐久性にすぐれ、洗浄用あるいは清掃用などとして用い得る歯間ブラシ製品の為の改良された軸用線材と、該線材を用いてなる歯間ブラシ製品に関する。
【０００２】
【従来技術】
歯間ブラシは、軸線となる金属細線を例えば２つに折り曲げてより合わせ、その間にブラシ毛束を挟持固定するとともに、その基端部には太径の樹脂材料などでなる把持部を設けたものであって、前記金属細線は、狭い歯間への挿通性と曲げ変形・座屈に耐え得る強度、並びに衛生的配慮から、例えば０．２〜０．４ｍｍ程度の太さのステンレス鋼線が一般に使用されている。
【０００３】
ところで、このような細い軸線によって構成した歯間ブラシで、強固に付着した歯垢や歯間に残る残留物などを確実に除去する為には、繰り返しブラッシングされるものの、例えば前記軸線が軟らかく容易に変形したり、破断しやすいものではこのようなブラッシングには適さず、歯間ブラシ用線材としての適性を欠くものであり、線材の適否が極めて重要である。また、このブラシ製品は、前記したように軸線同士を強くより加工しブラシ毛を挟持するものであることから、ばね線のように強度を大きくしたものではより加工でのスプリングバックによってブラシ毛の保持が困難となることから、逆に軟質特性のものが望まれる。このように歯間ブラシは、これを使用する場合と製造する場合とで相反する関係にあり、調和された特性の金属線材が求められている。
【０００４】
従来、このような用途に用いる線材としては、例えばＳＵＳ３０４や３１６材などの一般的な軟質ステンレス鋼線が容易に着想され、実際に使用されてはいるものの、これら線材を歯間に挿通しやすい太さとしたものでは、ブラッシングに耐える強度が確保されず、寿命的に短いという問題がある。この為、例えば特開平７−２２７３１５号公報、特開平１０−１５２７５８号公報、特開平１１−３４６８３１号公報などが提案されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記各公報はいづれも用いる金属線材の種類、分量を規定した歯間ブラシに関するものであって、例えば、前者特許ではＣｏを３０〜６０％含有したＣｏ合金によるものとし、一方、次公報及び最後者公報では、ＭｎやＮを高くすることで強度を大きくしたステンレス鋼線で構成することとしているが、次のような問題に対し更なる改良が求められている。
【０００６】
すなわち、前者公報による歯間ブラシは、高価なＣｏを多量に含有することから材料コストが大きく、またその実施例として示されているものは、いづれも１０〜３０％程度と多量のＮｉを含んでいることからＮｉアレルギーの問題も懸念されるものである。この為、例えば線表面に樹脂被覆などを施しＮｉ溶出が生じないようにしておくことが必要となり、その場合には工程の付加、コストアップなどの問題が生じるなど好ましいものとは言い難い。
【０００７】
一方、ステンレス鋼である次特許では、その実施例として１７〜１９％の高Ｍｎ，かつ０．６５％以上の高Ｎを添加したものについてのみ例示しているが、このように多量のＮやＭｎを含有するものでは、溶解や熱間圧延に高度の技術が必要となるばかりでなく、伸線加工やより加工において材料割れが生じやすく、加工歩留りが著しく低いという加工上の問題がある。この為、材料コストが大きく製品の普及を妨げるとともに、割れを内存したようなものでは到底ブラシ製品としての安全性を欠くものであり、更なる改善が必要となる。
【０００８】
また最後者公報のものについても、得られた引張強さや伸びなどの機械的特性は前記各特許のものに比して同等乃至やや劣るものであり、また成分的にも、前記コバルト合金による場合と同様に１０％程度のＮｉを含んでいることからＮｉアレルギーの問題において完全ではなく、材料費も高いなど、十分とは言い難い。
【０００９】
このように、従来から提案されてきた各金属材料は、歯間ブラシとしての強度特性、コスト及び安全性において満足できるものではなく、本発明者はこれら要件を満足する新たな材料開発に取り組み、ここにその完成を見た。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
すなわち本発明は、質量％で、Ｃ≦０．０６％、Ｓｉ≦０．６％、Ｍｎ：１３〜１７％、Ｎｉ：２．０〜５．０％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．４〜２．０％、Ｎ：０．３〜０．６０％と、Ｃｕ：０．３〜１．０％と、任意添加成分としてＷを０．１５％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物を含有して、下記式によるＮｉ当量を３０〜４０％に調整したオーステナイト系ステンレス鋼線でなり、かつ該線の引張試験における引張り強さが１０５０〜１３００ＭＰａで破断伸びが３５〜６０％を有するとともに、（０．２％耐力／引張強さ×１００）による耐力比が４０〜６５％であることを特徴とする歯間ブラシ用線材である。
Ｎｉ当量（％）＝Ｎｉ％＋０．６５Ｃｒ％＋０．９８Ｍｏ％＋１．０５Ｍｎ％＋０．３５Ｓｉ％＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）％
【００１１】
また、請求項２の発明は、前記Ｎｉ当量が３４〜３９％に調整されたものである前記歯間ブラシ用線材であり、請求項３の発明は、前記ステンレス鋼線が、予歪５％を負荷した後に除荷した時の形状回復率が１０〜１５％の特性を有するものである前記記載の歯間ブラシ用線材である。
【００１２】
さらに請求項４の発明は、前記いづれかに記載の前記ブラシ用線材をより合わせて、該線材間にブラシ毛を挟持固定し構成したことを特徴とする歯間ブラシ製品である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
このように、本願請求項１の発明によれば、オーステナイト系ステンレス鋼としての基本組成であるＮｉをＭｎで置換し、さらにＭｏ，Ｎを加えてＮｉ当量を３０〜４０％に調整することでオーステナイト組織の安定化を図り、Ｎｉアレルギーの影響を抑制する一方、さらにＣｕを添加することで線材自体の基地強化を図ることで座屈や曲げ変形などに対する剛性を高め、さらに耐食性にも寄与するものとしている。また本発明では、前記組成に加えて、任意に０．１５質量％のＷを添加することもできる。
【００１４】
そして、このように成分調整するとともに、引張試験での破断伸び量を３５〜６０％となるように調整することで、歯間ブラシ用としてより合わせ加工でのスプリングバックを抑制し、ブラシ毛の保持を確実にするものとしている。なお本発明では、前記引張試験はＪＩＳＧ２２４１「金属材料引張試験方法」によるものとする。
【００１５】
前記Ｎｉ当量は、ステンレス鋼線を構成する各元素の含有量から前記計算式によって求めることができるが、この値が４０％を越える程大きいものでは高強度が期待できず、一方３０％未満では、前記伸び特性を確保することが困難であり、より好ましくは３４〜３９％とする。
【００１６】
また、本発明の前記ブラシ用線材は、前記所定組成としたステンレス鋼線を最終仕上げ線径にまで冷間加工した後、例えば１０００℃程度の固溶化熱処理を施すことで得ることができるが、さらに該熱処理後、例えば１〜５％程度の軽度スキンパス加工を行なって剛性を高めることもできる。この場合、前記冷間伸線加工をダイヤモンドダイスでの湿式伸線加工で行ったものでは、得られる線材の表面粗さ（Ｒａ）を例えば１μｍ以下の光輝平滑表面とすることができ、曲げや捻り加工での切欠き破断などの発生を抑えることができる。
【００１７】
こうして得られた歯間ブラシ用線材は、前記した高い伸びとともに引張強さ１０５０〜１３００ＭＰａの両特性を備えることとなり、したがってブラシ製品を製造する場合とこれを使用する場合における相反する両面において有効である。
この場合、前記引張強さに対する０．２％耐力で示される耐力比（０．２％耐力／引張強さｘ１００）を４０〜６５％とする。
【００１８】
引張強さは、線の強度を示す場合に用いられるものであって、ステンレス鋼では前記伸びを大きくするものでは強度が小さく、逆に強度を大きくするものでは伸びが得られないという関係にあるが、歯間ブラシ用途ではその両者を満足させることが好ましく、前記組成とＮｉ当量との関係でその達成を図っている。
【００１９】
なお本発明では前記破断伸びを３５〜６０％としているが、伸びが３５％未満のものでは歯間ブラシとする場合のより加工において、スプリングバックを大きくしてブラシ毛の挟持が困難となり、一方、６０％を越える程大きくしても、より加工での加工歩留りへの影響は期待できず、また熱処理条件や成分調整などの点から見てもそれを越える程高い特性とするには限界がある。より好ましくは、４５〜５０％とする。
【００２０】
また、本発明では前記伸び特性とともに、前記引張試験において予歪５％を負荷した後に除荷した時の形状回復率が８〜２５％（好ましくは１０〜１５％範囲）となるように調整することも特徴の一つとしている。
【００２１】
この形状回復率については、例えば図２に示す応力歪線図から求めることができる。これは引張り試験機にセットした線に一定速度の引張りを加えていくと、線にかかる応力は、直線的な弾性域に続いてその傾きが緩やかになる塑性域が現れ、さらに引張りるとやがて破断に至る。一般的なステンレス鋼では、前記弾性域と塑性域との臨界点は歪数％程度であると言われているが、線を構成する各成分の含有量や処理工程，条件などによって影響され、異なるものである。
【００２２】
本発明では、歯間ブラシとして使用する場合の曲がり変形量を考慮して、その予歪量を５％（τ０）に設定するとともに、この歪量に達した時点でこれを除荷した時の回復量（τ１）との比率（Ａ）＝｛τ１／τ０×１００｝％で以って示すこととし、荷重の負荷と除荷の切り替えができる引張り試験機により容易に求めることができる。
【００２３】
次に、本発明において用いるステンレス鋼線の各組成を前記範囲にする理由について説明する。
【００２４】
Ｃ≦０．０６％
Ｃは、ステンレス鋼において強度を高めるのに有効な元素であるが、Ｃｒと結合して炭化物を生成させ、耐食性を低下させることとなる。この為、その上限を０．０６％とした。
【００２５】
Ｓｉ≦０．６％
Ｓｉは鋼溶製時に脱酸剤として用いられているが、０．６％を越えるものでは伸線加工などでの加工性が阻害されることとなる。
【００２６】
Ｍｎ：１３〜１７％
Ｍｎは、Ｎｉとともにオーステナイトを生成させ、また線材の靭性を高める為のＮをより多く固溶させることで有効であるが、多量に含有するものでは熱間加工性が阻害することから、その範囲を１３〜１７％とした。
【００２７】
Ｎｉ：２．０〜５．０％
Ｎｉはオーステナイトの生成元素としてその安定化の為に有効であり、その添加によって耐食性や伸線加工性の向上を図ることができるが、一方ではＮｉアレルギーの問題が指摘されていることから、少なくとも２．０％以上、５．０％以下の含有とした。
【００２８】
Ｃｒ：１６．０〜２０．０％
Ｃｒもまたステンレス鋼におけるＮ固溶量の増加、及び耐食性や強度向上などにおいて欠くことのできない元素であるが、一方ではフェライト生成元素ともなり得るものである。この為、口腔内での使用に耐える耐食性をもたらすことから、１６．０％の含有が有効であるが、２０．０％を越える程多くしたものではシグマ相を発生させて脆性が生じ易いものとなり、こうした点より好ましくは１７．０〜１９．０％とする。
【００２９】
Ｍｏ：０．４〜２．０％
Ｍｏは前記Ｃｒと同様に、Ｎの固溶量を高めて耐食性向上に寄与し、口腔内での耐食性をもたらす為には０．４％以上とするのがよいが、熱間加工性を阻害しないものとすることからその上限を２．０％とした。より好ましくは、０．４〜１．０％とする。
【００３０】
Ｎ：０．３〜０．６０％
Ｎは侵入型の元素であって、結晶粒を微細にして高強度特性をもたらし、またオーステナイト相を安定にして耐食性を高めることで有効であり、少なくとも０．３％の添加が必要である。しかし、０．６％を越える程多くを含有するものでは、通常の製造プロセスでは窒化物を完全に固溶させることが困難となり、この為、０．３〜０．６０％、好ましくは０．３５〜０．５０％とする。
【００３１】
Ｃｕ：０．３〜１．０％
Ｃｕは、その添加によって基地を強化し剛性を大きくすることで有効であるが、多量に添加したものでは高温での粒界脆化を促進し、熱間加工性が阻害され、高温割れを起こし易くなることから、その適性範囲として０．３〜１．０％、好ましくは０．４〜０．７％とした。
【００３２】
本発明の前記ステンレス鋼線は、このような組成を含むとともに、前記Ｎｉ当量を調整し、残部不可避不純物とＦｅによって構成される。
【００３３】
一方、こうして構成してなる線材は、前記従来技術の中で説明し、また図１の歯間ブラシ製品１として示すように、２つに折り曲げた直線状の前記線材２間に、多数のブラシ毛３を挟み込んでより合わせた棒状ブラシとし、さらにその他端側には、手で扱い易い形態・太さに成形された樹脂製の把持部４に一体化されている。
【００３４】
該ブラシ製品は、歯間への挿通を容易にする必要からブラシ毛３は、それに適する長さに切断されたものが用いられ、ブラシ全体に亙って同一長さのもの、あるいは、ブラシの先端側に向かってその長さを短くしたテーパー型や太鼓型などとして用い得る。
【００３５】
また、ブラシ毛と前記線材間でのより合わせて挟持する場合、両者の接触部を接着剤などで接合し、ブラシ毛の抜け落ちを防止するよう強固に固着させたものでもよい。
【００３６】
以下、実施例により本発明をさらに詳述する。
【００３７】
【実施例】
冷間伸線加工により、表１に示す組成のステンレス鋼線をダイヤモンドダイスによる湿式冷間伸線加工によって０．２５ｍｍに細径化するとともに、１０５０℃×１〜１０ｓｅｃの光輝熱処理を施してブラシ用線材を得た。
得られた線の表面粗さ（Ｒａ）は０．３〜０．６μｍであった。
【００３８】
【表１】

【００３９】
この中で、試料１〜５は本発明に係る実施例品であり、他方、試料６〜９は比較の為に用いた比較例品である。試料６はＣｏを多量に含む前記公報に基づくＮＡＳ６０４ＰＨ材であり、試料７はＮｉの一部をＭｎで置換しＮｉ高ＣにしたＡＩＳ１２０５材、また試料８は従来一般的に用いられていたＳＵＳ３０４材、試料９はＭｏを含有することで耐食性を高めたＳＵＳ３１６Ｌである。
【００４０】
こうして細径化した線材の伸線加工性及び線の機械的特性を表２にまとめて示す。なお、引張り試験は前記説明した引張り試験方法により、標点距離１００ｍｍ、試験速度３０ｍｍ／分で行ない、また耐食性は３０％ＨＮＯ３，６０℃×１ｈｒでの孔食電位と、生理食塩水（０．９％ＮａＣｌ，ａｔ３７℃）中での溶出量によって評価したものであり、各々◎は優、○は良、△は適、×は不適であることを示す。
【００４１】
【表２】

【００４２】
この中で、実施例とした試料１〜５は伸線加工性において問題なく、また伸び４０〜４５％と引張強さ１０５０ＭＰａ以上を備えるものであった。これに対し、試料６，７では伸線加工性に劣り４０％加工毎に熱処理が必要となり、特に試料７の線材では高Ｃであることから０．８ｍｍ以下に細線にすることができなかった。
【００４３】
また、形状回復率についても１０〜１５％とＳＵＳ３０４などに比して大きいものとなっており、その理由としては例えば、引張強さや耐力比などに優れていることによるものと思われる。
【００４４】
次に、ブラシ製品についての試験結果について説明する。試験は、より加工する場合のスプリングバックの発生程度と、耐座屈性について行なったものであり、スプリングバックは２本の線材同士をより加工した後にこれを開放した時のも戻り角度の大小で求め、一方、耐座屈性についてはより合わせしたより線をスパン２００ｍｍにセットした線の一端を１．８ｒｐｍで捻り、破断するまでの捻り回数を求めたものであり、またスプリングバッグについては、２本の線材を撚り合わせた後、開放してその時の戻り角度で求め、さらに座屈強度については、撚られた長さ２ｃｍの線をＵ字状に曲げていき、その荷重の大小で評価した。
【００４５】
その結果、本発明の線材によるブラシ製品は、いづれの試験においても満足できるものであり、長寿命で操作性に優れることが確認された。また本発明では、線材の成分としてＮｉ当量に加え、Ｃｕ，Ｎを調整添加することで基地強化と結晶粒の微細化を図るものであり、例えばＪＩＳＧ０５５１に規定されている「オーステナイト結晶粒度試験方法」での１０番以上（断面積１ｍｍ２あたり８０００ケ以上の粒度）の微細オーステナイト組織にすることを可能にするものであり、靭性を高めることにもなり好ましいものである。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による歯間ブラシ用線材並びにこの線材でなるブラシ製品は、ステンレス鋼の中でも特定組成としかつＮｉ当量を調整することによって、伸線加工性に優れるとともに、大きな伸び特性と強度を具える特性とし、歯間ブラシ製品として、挿通性と操作性を高めるとともに、座屈や寿命の問題を解決ことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】歯間ブラシ製品の一形態を示す平面図。
【図２】線材の形状回復率を示す引張強さの測定図の一例。
【符号の説明】
１：歯間ブラシ製品
２：ステンレス鋼線材
３：ブラシ毛
４：把持部

Claims (4)

1. 質量％で、Ｃ≦０．０６％、Ｓｉ≦０．６％、Ｍｎ：１３〜１７％、Ｎｉ：２．０〜５．０％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．４〜２．０％、Ｎ：０．３〜０．６０％、Ｃｕ：０．３〜１．０％と、任意添加成分としてＷを０．１５％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物を含有して、下記式によるＮｉ当量を３０〜４０％に調整したオーステナイト系ステンレス鋼線でなり、かつ該線の引張試験における引張り強さが１０５０〜１３００ＭＰａで破断伸びが３５〜６０％を有するとともに、（０．２％耐力／引張強さ×１００）による耐力比が４０〜６５％であることを特徴とする歯間ブラシ用線材。
   Ｎｉ当量（％）＝Ｎｉ％＋０．６５Ｃｒ％＋０．９８Ｍｏ％＋１．０５Ｍｎ％＋０．３５Ｓｉ％＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）％
2. 前記Ｎｉ当量が３４〜３９％に調整されたものである請求項１に記載の歯間ブラシ用線材。
3. 前記ステンレス鋼線は、予歪５％を負荷した後に除荷した時の形状回復率が、１０〜１５％の特性を有するものである請求項１または２に記載の歯間ブラシ用線材。
4. 前記請求項１〜３のいづれかに記載の前記ブラシ用線材同士をより合わせて、該線材間にブラシ毛を挟持固定し構成したことを特徴とする歯間ブラシ製品。

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