JP5246572B2 - 殺菌性銅素材、及び銅素材を用いた殺菌方法 - Google Patents

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本発明は、殺菌性を有する銅素材、及び銅素材を用いた殺菌方法に関するものである。
昔から銅は殺菌性があると言われており、特許文献1には、銅イオンを利用した殺菌装置が開示されている。
特開2002−1339号公報
しかしながら、銅の殺菌効果のメカニズム等は解明されておらず、銅を殺菌に利用する際、効果的に利用されていないのが現状である。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、殺菌特性が高く、効果的に殺菌が可能な殺菌性銅素材を提供することを目的とする。
本発明は、殺菌用として用いられる殺菌性銅素材であって、293Kにおける電気抵抗と絶対零度における電気抵抗との比である残留抵抗比が50以下となるように冷間線引き加工が施され、冷間線引き加工後の熱処理が施されないことを特徴とする。
本発明によれば、冷間加工が施され、冷間加工後の熱処理が施されない銅素材は、高い殺菌特性を示すため、銅の使用量を少なくすることができ、効果的に殺菌することが可能となる。
銅イオンが殺菌作用に重要な役割を果たしていることが知られている。銅イオンの溶出には、局部電池が関与する。したがって、銅イオンの溶出には、格子欠陥が大きく関与していると推定される。
(第1試験)
そこで、線径900μmの電気用軟銅線(JIS C3102)を線径30μmまで冷間線引き加工した線材(30C)と、この線引き加工した線材を窒素雰囲気中にて300℃で30分間熱処理し、その後室温まで自然冷却した線材(30A)と、一般市販の電気用軟銅線(30N)との3種類の線材を用いて、殺菌試験を行った。なお、線材30Cは、冷間加工後の熱処理は施しておらず、冷間加工を施したままの線材である。
殺菌試験は、黄色ブドウ球菌の試験菌液に3種類の線材30C,30A,30Nを2g浸漬し、試験菌液中の黄色ブドウ球菌の生菌数の時間変化を測定することによって行った。各線材でサンプルを2個使用して試験を行った。なお、比較試料として、試験菌液に何も浸漬しない場合の生菌数の時間変化も測定した。殺菌試験の測定結果を図1に示す。
図1に示すように、冷間加工を施したままの線材30Cでは、生菌数はほぼゼロとなった。これに対して、冷間加工後、熱処理を施した線材30Aでは、生菌数は10000分の1程度、一般市販の電気用軟銅線30Nでは、生菌数は1000分の1程度であった。このように、冷間加工を施したままの線材30Cは、他の線材と比較して大きな殺菌効果を示した。
次に、上記3種類の線材30C,30A,30Nの残留抵抗比RRR、及び銅イオンの溶出量の測定を行った。
残留抵抗比RRRは、室温(293K)での電気抵抗R293と絶対零度(0K)における残留電気抵抗R0との比R293/R0である。残留電気抵抗R0は、発熱の影響を少なくするため、冷凍機の能力(1.8W at 20K)より試料の発熱が十分小さい2×10-5W以下の微弱電流で、室温(293K)から除冷して10Kまで直流4端子法にて測定し、25K以下のデータを下記近似式(1)でフィットし外挿値として求めた。
R(T)=αT-5+R0 ・・・ (1)
また、電気抵抗R293は、273K以上のデータを下記近似式(2)でフィットし求めた。
R(T)=βT ・・・ (2)
ここで、上記(1),(2)式におけるα、βは温度に依存しない比例係数である。
残留抵抗比RRRの測定結果を表1に示す。
Figure 0005246572
表1に示すように、一般市販の電気用軟銅線30Nでは80、冷間加工後、熱処理を施した線材30Aでは107であった。線材30Aの電気抵抗比RRRの値が大きいのは、熱処理によって加工歪が解放されたためであると推定される。これに対して、冷間加工したままの線材30Cでは29と小さい値となった。これにより、線材30Cでは、格子欠陥が多数存在していると推定される。
銅イオンの溶出量は、上記3種類の線材30C,30A,30Nを15℃の超純水中に浸漬して24時間放置し、溶液10mlを採取し、15mol/l HNO30.1mlを加えて溶出した銅をCu2+として固定した後、原子吸光法によって測定した。銅イオンの溶出量の測定結果を表2に示す。
Figure 0005246572
表2に示すように、電気抵抗比RRRが小さく格子欠陥が多数存在していると推定される線材30Cでは、電気抵抗比RRRが80以上と大きい線材30A,30Nと比較して約1.5倍程度の銅イオンを溶出している。この銅イオン溶出量の測定結果は、図1にて示した殺菌試験の測定結果と整合する。
以上の第1試験の結果から、銅線材(銅素材)の残留抵抗比RRRを調整することによって、殺菌特性の高い材料を提供できると推定される。そこで、以下に示すように、さらなる試験を行った。
(第2試験)
一般市販の線径160μmの電気用軟銅線(JIS C3102)を、伸線機にて線径140,120,100,80,65μmに冷間線引き加工し、試験に用いる線材を得た。得られた線材には、冷間加工後の熱処理は施していない。つまり、各線材は、冷間加工を施したままの状態である。各線材の特性を表3に示す。表3における加工率とは、線径160μmの電気用軟銅線との断面積比である。なお、以下では、線径160μmの電気用軟銅線を160N、及び線引き加工が施された線径140,120,100,80,65μmの各線材を、それぞれ140C,120C,100C,80C,65Cと称する。
Figure 0005246572
表3に示すように、各線材の加工率は、1.3以上になり、伸び率は1.0%以下となった。したがって、加工によって格子欠陥が多数存在し、かつ加工率が大きい程、格子欠陥が多いと推定される。
まず、表3に示す各線材の残留抵抗比RRRの測定を行った。残留抵抗比RRRは、前記第1試験と同様に、室温(293K)での電気抵抗R293と絶対零度(0K)における残留電気抵抗R0との比R293/R0であり、第1試験と同様の方法によって測定した。試験結果のデータを表4に示し、そのグラフを図2に示す。
Figure 0005246572
また、線材120C,80C,及び65Cを窒素雰囲気中にて300℃で30分間熱処理し、その後室温まで自然冷却した線材(以下、それぞれ120A,80A,65Aと称する)の残留抵抗比RRRの測定結果を表5に示す。
Figure 0005246572
表4及び図2に示すように、一般市販の電気用軟銅線160Nでは85.0であるのに対して、冷間加工を施したままの各線材では、160Nと比較して極めて小さい値となり、全ての加工率において50以下となった。また、加工率が大きくなる程、残留抵抗比RRRは小さい値となった。このことから、冷間加工を施したままの各線材には、格子欠陥が多数存在し、かつ加工率が大きい程、より多くの格子欠陥が存在していると推定される。このことは、冷間加工後に熱処理を施すことによって、表5に示すように残留抵抗比RRRが大幅に増加することからもわかる。なお、熱処理を施した線材の残留抵抗比RRRは、全て50を超えている。
次に、表3に示す各線材の銅イオン溶出量の測定を行った。銅イオン溶出量は、前記第1試験と同様に、超純水中への24時間後の銅イオンの溶出量であり、第1試験と同様の方法によって測定した。なお、試験は、各線材の表面積を0.00284m2の一定として行った。試験結果のデータを表6に示し、そのグラフを図3に示す。
Figure 0005246572
表6及び図3に示すように、加工率が大きくなる程、銅イオンの溶出量は増加する傾向となった。特に、加工率6.1の線材65Cにおける銅イオンの溶出量は、線材160Nの約1.5倍となった。このように、加工率が大きくなる程、つまり、電気抵抗比が小さい程、銅イオンの溶出量は多い。
次に、表3に示す各線材の殺菌試験を行った。殺菌試験は、表3に示す各線材の表面積を0.00284m2の一定とし、黄色ブドウ球菌の試験菌液に浸漬し、24時間後の試験菌液単位体積当たりの黄色ブドウ球菌の生菌数を測定することによって行った。試験開始時における試験菌液の生菌数は、3.0×105個/mlであった。試験結果のデータを表7に示し、そのグラフを図4に示す。なお、各線材でサンプルを2個使用して試験を行い、図4のグラフには2個の試験の平均値を示す。
Figure 0005246572
また、冷間加工後に熱処理を施した線材120A,80A,及び65Aの殺菌試験結果のデータを表8に示し、そのグラフを図4に示す。
Figure 0005246572
図4に示すように、冷間加工を施したままの各線材の生菌数は、全ての加工率において100個以下となり、一般市販の電気用軟銅線160Nと比較して極めて少ない結果となった。また、熱処理を施した各線材と比較しても極めて少ない結果となった。このように、冷間加工を施したままの各線材は、冷間加工を施していない線材160N及び熱処理を施した線材120A,80A,65Aと比較して、極めて高い殺菌作用を示した。これは、冷間加工を施した各線材は、銅イオンの溶出量が多いためであると推定される。
以上のように、冷間加工を施した線材である残留抵抗比RRRが50以下である全ての銅線材は、残留抵抗比RRRが50を超える銅線材と比較して極めて高い殺菌作用を示す。このことから、残留抵抗比RRRを50以下に調整することによって、高い殺菌特性を有する銅線材を得ることができる。残留抵抗比RRRが50を超える銅線材では、高い殺菌作用は発揮されず、残留抵抗比RRRが50以下である銅線材と同等の殺菌作用を発揮させるには、相当表面積の大きな、つまり大量の銅線材が必要となる。
また、図2及び図4からわかるように、加工率が2.0以上、つまり残留抵抗比RRRが40以下である銅線材の生菌数は、残留抵抗比RRRが40を超える銅線材と比較してより高い殺菌作用を示している。このことから、残留抵抗比RRRを40以下に調整することが好ましく、より高い殺菌特性を有する銅線材を得ることができる。
以上の本実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
冷間加工が施され、冷間加工後の熱処理が施されない銅線材は、高い殺菌特性を示すため、この銅線材を微生物や細菌が存在する液体に浸漬、又はそのような液体が通る流路にフィルターとして配置等することによって、つまり液体に接触させて使用することによって、液体中の菌を効率良く殺菌することができる。したがって、従来と比較して銅の使用量を少なくすることができ、経済的であり効果的に殺菌することが可能となる。
また、銅線材は、殺菌対象に接触する表面積が大きく、殺菌対象が液体である場合には銅イオンが効率良く液体中に溶出するため、殺菌性銅素材として好ましい。しかし、本発明に係る殺菌性銅素材は、銅線材に限るものではなく、銅板等でも冷間加工を施すことによって高い殺菌特性を発揮する。
また、本発明に係る殺菌性銅素材の殺菌対象は、銅イオンが溶出可能な液体であることが好ましい。しかし、水分を含んだ気体中の菌を殺菌する場合にも用いることができる。
また、以上の実施の形態では、冷間加工として線引き加工によって銅素材に対して格子欠陥を多数発生させると説明したが、本発明における冷間加工は線引き加工に限定されず、その他の加工方法を用いることも当然可能である。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
本発明に係る殺菌性銅素材は、浄水器、加湿器、空気清浄機、及び医療機器等に設けられる殺菌用のフィルターに適用することができる。
生菌数の時間変化を示すグラフ図である。 加工率に対する残留抵抗比の変化を示すグラフ図である。 加工率に対する銅イオン溶出量の変化を示すグラフ図である。 加工率に対する生菌数の変化を示すグラフ図である。

Claims (4)

  1. 殺菌用として用いられる殺菌性銅素材であって、
    293Kにおける電気抵抗と絶対零度における電気抵抗との比である残留抵抗比が50以下となるように冷間線引き加工が施され、冷間線引き加工後の熱処理が施されないことを特徴とする殺菌性銅素材。
  2. 殺菌対象は、液体であることを特徴とする請求項1に記載の殺菌性銅素材。
  3. 前記残留抵抗比が40以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の殺菌性銅素材。
  4. 293Kにおける電気抵抗と絶対零度における電気抵抗との比である残留抵抗比が50以下となるように冷間線引き加工が施され、冷間線引き加工後の熱処理が施されない銅素材を、液体に接触させて液体中の菌を殺菌することを特徴とする銅素材を用いた殺菌方法。
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