JP7365304B2 - 抗菌性部材及び抗菌性物品 - Google Patents
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[項1]Cu-Ni-Sn合金で構成される、抗菌性部材。
[項2]前記Cu-Ni-Sn合金が、Ni:8.5~22.0重量%、Sn:4.5~8.0重量%、Mn:0~0.5重量%、及びFe:0~0.5重量%を含み、残部がCu及び不可避不純物である、項1に記載の抗菌性部材。
[項3]前記Cu-Ni-Sn合金が、JIS Z2241に準拠して測定される引張強さが800MPa以上である、項1又は2に記載の抗菌性部材。
[項4]人体との接触が想定される物品に用いられる、項1~3のいずれか一項に記載の抗菌性部材。
[項5]前記人体との接触が想定される物品が、手すり、ドアノブ、ドアハンドル、レバーハンドル、ポール、机、椅子、棚、ナースカート取手の部材、ベッドサイドレール、グリップ、筆記具、包交車、台車、食事等搬送台車、カート、机、椅子、キー材、医療用器具、バルブハンドル、屋内電気スイッチ、機械装置のボタン、洋食器、楽器、腕時計のケース、携帯の筐体、眼鏡フレーム、取手、公園遊具、スポーツジムトレーニング機器、ドアオープナー、腕時計バンド、ダンベル、ファスナー、チャーム、及び名刺入れからなる群から選択される少なくとも1種である、項1~4のいずれか一項に記載の抗菌性部材。
[項6]前記Cu-Ni-Sn合金が、繊維状又は布帛状である、項1~5のいずれか一項に記載の抗菌性部材。
[項7]マスク、手袋、つり手カバー、白衣、空気清浄機のフィルター、インソール、及びスポーツウェアからなる群から選択される少なくとも1種の物品に用いられる、項6に記載の抗菌性部材。
[項8]項1~7のいずれか一項に記載の抗菌性部材を含み、手すり、ドアノブ、ドアハンドル、レバーハンドル、ポール、机、椅子、棚、ナースカート取手の部材、ベッドサイドレール、グリップ、筆記具、包交車、台車、食事等搬送台車、カート、机、椅子、キー材、医療用器具、バルブハンドル、屋内電気スイッチ、機械装置のボタン、洋食器、楽器、腕時計のケース、携帯の筐体、眼鏡フレーム、取手、公園遊具、スポーツジムトレーニング機器、ドアオープナー、腕時計バンド、ダンベル、ファスナー、チャーム、名刺入れ、マスク、手袋、つり手カバー、白衣、空気清浄機のフィルター、インソール、及びスポーツウェアからなる群から選択される少なくとも1種である、抗菌性物品。
本発明の抗菌性部材は、Cu-Ni-Sn合金で構成される。このように抗菌性部材をCu-Ni-Sn合金で構成することにより、ステンレス鋼並みの強度及び加工性のバランスと、良好な耐変色性(あるいは耐食性)を有しながらも、抗菌性(あるいは抗ウィルス性)に優れた抗菌性部材及びそれを用いた物品を提供することができる。前述したとおり、純銅や銅合金には抗菌性があることが知られているが、外観の変化(耐変色性)や強度がステンレス鋼に比べ劣ることがあり、今まで銅合金が採用される用途は限定的であった。すなわち、硬質かつ高強度の材料でありながら抗菌性を有する材料が求められていた。このような実情が本発明によれば好都合に解消される。
f2=0.05×[Zn]+3.0×exp(-1/[Ni])+0.7×[Sn]+1.8×[Al]
(ただし、[Zn]等の括弧付の元素記号は当該元素の含有量(質量%)を示す)で規定される組成指数f2が3.3≦f2≦4.8の関係を満たす必要があり、f2が3.3未満では耐変色性に問題があり、f2が4.8を超えると耐変色性は向上するが、抗菌性が損なわれることが記載されている。
本発明の抗菌性部材又は物品の製造方法は、所望の特性が得られるかぎり特に限定されず、公知の手法が採用可能である。商業的に入手可能なCu-Ni-Sn合金に適宜加工ないし処理を施して抗菌性物品を製造してもよいし、原料の溶解及び鋳造から所定の工程を経て抗菌性物品を製造してもよい。後者の好ましい例として、(1)溶解及び鋳造、(2)均質化及び溶体化、(3)塑性加工、(4)物品形状への加工、及び(5)時効処理を経て、抗菌性部材又は物品を製造する方法を以下に説明する。
Cu-Ni-Sn合金の原料を溶解して鋳型に鋳込み、所望の形状に成型する。Cu-Ni-Sn合金の溶解温度は、使用するCu-Ni-Sn合金の融点に応じて適宜決定すればよいが、典型的には1000~1400℃、より典型的には1200~1400℃である。
得られた鋳造品には均質化及び溶体化処理が施されるのが好ましい。これにより鋳造時の成分ばらつきの均一化と、添加元素の十分な固溶を行うことができる。均質化及び溶体化処理は、鋳造品を、融点直下の温度で所定時間保持し、その後急冷することにより行えばよい。このときの保持温度は、使用するCu-Ni-Sn合金の融点に応じて適宜決定すればよいが、典型的には750~1000℃、より典型的には800~900℃である。上記温度での保持時間は5分~6時間が好ましく、より好ましくは30分~6時間である。
必要に応じて、均質化及び溶体化された鋳造品に塑性加工を施してもよい。塑性加工により素材形状に予め加工を施しておくことで、次の工程(物品形状への加工)での生産効率を高めることができる。塑性加工の例としては、鍛造、圧延、引抜き、押出し等が挙げられる。なお、この塑性加工は、省略してもよい。
得られた鋳造品又は塑性加工品に対して、プレス加工、フォーミング加工、絞り加工、マシニング加工、切削加工等の加工を施して、目的とする物品形状にするのが好ましい。
得られた物品には時効処理が施されるのが好ましい。時効処理により硬度及び強度を十分に高めることができる。時効処理は、物品を、所定の時効処理温度で所定時間保持して析出物を形成させることにより行えばよい。時効処理温度は、典型的には250~600℃、より典型的には300~550℃である。上記温度での保持時間は30分~8時間が好ましく、より好ましくは3~6時間である。
鋳物を金属物品として用いる場合は、上記製法において、塑性加工(工程(3))及び物品形状への加工(工程(4))を省略し、時効処理(工程(5))の後に仕上げ加工を施せば、同等のものが得られる。
上記(1)~(6)で説明した方法によれば、ステンレス鋼並みの強度及び加工性のバランスと、良好な耐変色性(あるいは耐食性)を有しながらも、抗菌性(あるいは抗ウィルス性)に優れた、所望の形状の抗菌性部材又は物品を製造することができる。したがって、抗菌性部材をドアノブ、手摺、携帯の筐体、眼鏡フレーム等の様々な用途に適用して抗菌性物品を製造することができる。また、この抗菌性部材又は物品は耐変色性に優れるとともに耐腐食性も高いため、屋外への設置も可能となる。さらに、強度と物品形状への加工性とのバランスに優れており、薄肉化により軽い取手を作ることができる。
(1)抗菌性部材の作製
Ni:20.0~22.0重量%、Sn:4.5~5.7重量%、Mn:0.5重量%以下、Fe:0.5重量%以下、残部:CuからなるCu-Ni-Sn合金をもたらす原料を用意した。この合金組成は、GMX215(日本碍子株式会社製)に相当する組成である。この原料を1200~1400℃で溶解して成型した(溶解及び鋳造)。得られた鋳造品を、Cu-Ni-Sn合金の融点直下の温度で1時間保持し、その後急冷した(均質化及び溶体化処理)。こうして均質化及び溶体化された鋳造品に対して、圧延等の加工を施した(塑性加工)。得られた塑性加工品に対して、プレス加工により眼鏡フレームや板の形状に加工した(物品形状への加工)。また、このプレス加工により耐変色試験用の板状サンプルも別途作製した。得られた物品を300~500℃で2時間保持して析出物を形成させた(時効処理)。こうして、Cu-Ni-Sn合金で構成される抗菌性部材(眼鏡フレーム及び板状の合金サンプル)を得た。
得られた抗菌性部材に対して以下の評価を行った。
JIS Z 2801:2010「抗菌加工製品-抗菌性試験方法・抗菌効果」に準拠して黄色ぶどう球菌及び大腸菌の各々に対する抗菌性の評価を行い、3時間の培養後及び24時間の培養後における生菌数を測定した。また、合金材料とガラス板の生菌数の対数差から抗菌活性値を算出した。したがって、抗菌活性値は生菌の変化量を、生菌数は絶対値をそれぞれ表している。JIS Z 2801:2010によれば、抗菌活性値が2.0以上で「抗菌効果があり」と判断される。結果は表3に示されるとおりであった。
変色の評価規格がJISには存在しないため、代わりに「欧州規格EN1811 ニッケル溶出試験」の評価方法を参考に耐変色性の評価を合金サンプルに対して行った。具体的には、EN1811では本来、以下に示すI及びII:
I:恒温装置内でサンプルを人工汗中に1週間浸漬、及び
II:人工汗中にどれくらいニッケルが溶出しているかを定量
の順に評価を行うが、耐変色性の評価は手順Iを参考に、恒温装置内でサンプルを人工汗中に4時間浸漬し、浸漬の前後でサンプル表面の色合いを比較することにより行った。そして、以下の基準により耐変色性を評価した。結果は表3及び図1に示されるとおりであった。
‐良好:浸漬前後でサンプル表面に目立った色合いの変化は観察されなかった。
‐劣る:浸漬前後のサンプル表面に目立った色合いの変化が観察された。
強度と加工性(材料の延性ないし伸び)を評価すべく、JIS Z2241:2011「金属材料引張試験方法」に準拠して、合金サンプルに対して引張強さ及び破断伸びを測定した。結果は表3に示されるとおりであった。
Cu-Ni-Sn合金の代わりに、ステンレス鋼(JIS SUS304)のサンプルを用いたこと以外、例1と同様にして評価を行った。結果は表3及び図2に示されるとおりであった。
Cu-Ni-Sn合金の代わりに、純銅(JIS C1100)のサンプルを用いたこと以外、例1と同様にして評価を行った。結果は表3及び図3に示されるとおりであった。
Claims (4)
- 繊維状又は布帛状のCu-Ni-Sn合金で構成される、抗菌性部材であって、
前記Cu-Ni-Sn合金が、Ni:8.5~22.0重量%、Sn:4.5~8.0重量%、Mn:0~0.5重量%、及びFe:0~0.5重量%を含み、残部がCu及び不可避不純物であり、
マスク、手袋、つり手カバー、白衣、インソール、及びスポーツウェアからなる群から選択される少なくとも1種の物品に用いられる、抗菌性部材。 - 前記Cu-Ni-Sn合金は、JIS Z2241に準拠して測定される引張強さが800MPa以上である、請求項1に記載の抗菌性部材。
- 人体との接触が想定される物品に用いられる、請求項1又は2に記載の抗菌性部材。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の抗菌性部材を含み、マスク、手袋、つり手カバー、白衣、インソール、及びスポーツウェアからなる群から選択される少なくとも1種である、抗菌性物品。
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