JPH09310188A

JPH09310188A - Ｃｕ含有ステンレス鋼又はその加工品の抗菌性改善方法

Info

Publication number: JPH09310188A
Application number: JP15013596A
Authority: JP
Inventors: Morihiro Hasegawa; 守弘長谷川; Katsuhisa Miyakusu; 克久宮楠; Mitsuaki Nishikawa; 光昭西川; Naoto Okubo; 直人大久保
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】加工や研磨によって表面変質層が形成したス
テンレス鋼又はその加工品の抗菌性を改善する。【構成】０．３重量％以上のＣｕを含むステンレス鋼
をｐＨ４以上の溶液に浸漬し、変質した表層部を除去
し、Ｃｕリッチの表層部を露出させる。使用するｐＨ４
以上の溶液には、ハロゲンイオン，硫化物イオン等を添
加することができる。Ｃｕ含有ステンレス鋼は、ｐＨ４
以上の溶液中で電解処理してもよい。この処理によっ
て、ステンレス鋼の表面に、Ｃｕ濃度が０．１０原子％
以上の表層部が形成される。【効果】表面変質層が除去され、長期間にわたって優
れた抗菌作用を呈するＣｕ濃度０．１０原子％以上の表
層部が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種衛生用機器，医療
機器，食品関連機器・機材等として使用されるＣｕ含有
ステンレス鋼の抗菌性を改善する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種衛生用機器，医療機器，食品関連機
器・機材等には、耐食性に優れたステンレス鋼が汎用さ
れている。しかし、雑菌の繁殖による汚染，悪臭等が人
体，動物，製品等に及ぼす悪影響を懸念する傾向が強く
なってきている。また、ヌメリは、清潔感が要求される
機器に対する印象を悪化させる原因ともなる。このよう
なことから、清潔さが要求される厨房用器具，医療機
関，多数の人が集まる建造物等では、雑菌に対して抵抗
力のある材料が強く望まれている。この種の要求に応え
るため、抗菌剤を配合した樹脂をステンレス鋼の表面に
塗布・積層する方法，マトリックス中に抗菌剤成分を含
むめっきを施す方法等が特開平５−２２８２０２号公
報，特開平６−１０１９１号公報等で紹介されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】抗菌剤を配合した樹脂
をステンレス鋼の表面に塗布・積層すると、ステンレス
鋼特有の金属光沢が失われ、商品価値が低下する。しか
も、抗菌性皮膜は、加工時や使用中に割れ，欠損，摩耗
等の損傷を受け、湿潤雰囲気に曝されると抗菌性成分が
溶出し、外観を低下させるばかりでなく、本来の抗菌作
用が損なわれる。また、抗菌剤が枯渇したとき、残った
皮膜が却って雑菌の栄養分となり、繁殖を促進させる原
因にもなる。抗菌剤成分を混入した複合めっきを施した
ものでは、めっき層の密着性が十分でなく、加工性を低
下させる欠点がある。また、皮膜の溶解，摩耗，欠損等
に起因して外観が低下すると共に、抗菌作用が低下する
場合がある。しかも、何れの方法でも抗菌剤を使用して
いることから、溶出した抗菌剤が人体や環境に悪影響を
及ぼす虞れがある。そこで、抗菌剤成分を被覆する方法
に替え、ステンレス鋼自体に抗菌性を付与することが望
まれる。

【０００４】本発明者等は、このような要求特性を満足
するステンレス鋼を調査・研究した結果、ステンレス鋼
にＣｕを含有させることにより、長期にわたって優れた
抗菌性が維持されるステンレス鋼が得られることを解明
し、特願平７−２１２９１号，特願平７−２１２９２号
等として出願した。Ｃｕ含有ステンレス鋼は、Ｃｕリッ
チの表層部を形成し、この表層部から溶出するＣｕイオ
ンによって抗菌性を発現している。しかし、ステンレス
鋼を製品に加工する工程では、各種研磨や機械加工を施
す場合が多く、研磨，機械加工等の条件によっては表層
部が変質し、本来の優れた抗菌性が発現されない場合が
ある。本発明は、このような問題を解消すべく案出され
たものであり、研磨や機械加工によって変質したステン
レス鋼の表層部を除去してＣｕ濃度が高い表層部を露出
させることにより、ステンレス鋼特有の美麗な外観や加
工性等の諸特性を損なうことなく、比較的安価な製造コ
ストでＣｕ含有ステンレス鋼又はその加工品の抗菌性を
改善することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のＣｕ含有ステン
レス鋼又はその加工品の抗菌性改善方法は、その目的を
達成するため、０．３重量％以上のＣｕを含むステンレ
ス鋼をｐＨ４以上の溶液に浸漬し、変質した表層部を除
去し、Ｃｕリッチの表層部を露出させることを特徴とす
る。使用するｐＨ４以上の溶液には、ハロゲンイオン，
硫化物イオン等を添加できる。Ｃｕ含有ステンレス鋼
は、ｐＨ４以上の溶液中で電解処理してもよい。この処
理によって、ステンレス鋼の表面に、Ｃｕ濃度が０．１
０原子％以上の表層部が形成される。

【０００６】

【作用】ステンレス鋼の素材表面にＣｕ濃度が高い表層
部が形成されるとき、優れた抗菌性が発現される。その
ために素材鋼中に０．３重量％以上のＣｕを含ませる必
要があることは、前掲の特願平７−２１２９１号，特願
平７−２１２９２号等で明らかにした通りである。ステ
ンレス鋼にＣｕを含ませると、ステンレス鋼表面にある
不動態皮膜でＣｕが濃化し、或いはＣｕ系酸化物が生成
する。濃化したＣｕやＣｕ系酸化物は、細菌が繁殖し易
いような湿潤環境下ではステンレス鋼表面に付着してい
る僅かな水分によって極く微量のＣｕイオンとしてイオ
ン化する。イオン化したＣｕは、細胞の呼吸，代謝酵素
と効率よく強く反応し、細胞や代謝酵素を不活性化させ
る。その結果、細菌や雑菌が死滅する。このような抗菌
効果は、鋼中のＣｕ含有量が０．３重量％以上になる
と、表面に濃化するＣｕ濃度が急激に高くなることから
顕著になる。

【０００７】しかし、ステンレス鋼を製品等に加工する
工程では、機械研磨，電解研磨等の研磨加工がステンレ
ス鋼に施されることがある。Ｃｕリッチの表層部は、こ
れら研磨加工によって変質し、製品段階で十分な抗菌性
を示さないことがある。抗菌性は、曲げ加工や絞り加工
でも加工条件によっては消失する場合もある。本発明者
等は、このように抗菌性が消失したステンレス鋼を更に
調査・研究したところ、０．３重量％以上のＣｕを含む
ステンレス鋼又はその加工品をｐＨ４以上の溶液に浸漬
することにより抗菌性が回復することを見い出した。抗
菌性は、ハロゲンイオン，硫化物イオン等を添加したｐ
Ｈ４以上の溶液の使用や、ｐＨ４以上の溶液中での電解
処理によって、回復の度合いが一層顕著になる。なかで
も、表層部のＣｕ濃度を０．１０原子％以上に調整した
ものでは、優れた抗菌性が発現される。

【０００８】本発明が対象とするステンレス鋼は、０．
３重量％以上のＣｕを含有している。Ｃｕは、優れた抗
菌性を付与する上で不可欠な合金元素である。Ｃｕ含有
量が０．３重量％に満たないと、ｐＨ４以上の溶液を使
用した浸漬処理によっても不動態皮膜中にＣｕが十分濃
化せず、優れた抗菌性が得られない。この点、有効な抗
菌性を得るためには、０．３重量％以上のＣｕ含有量が
必要である。しかし、過剰にＣｕを含有させても、抗菌
性を改善する効果が飽和し、却って熱間加工性，靭性等
の材料特性が劣化する。そのため、本発明が対象とする
ステンレス鋼のＣｕ含有量は、好ましくは０．３〜５．
０重量％，更に好ましくは０．３〜４．０重量％の範囲
に調整される。

【０００９】研磨，加工等によって表面のＣｕ濃度が低
下した場合、特願平７−６２１０３号で紹介したよう
に、ステンレス鋼をｐＨ４未満の酸性溶液に浸漬すると
ステンレス鋼材の不動態皮膜が全体的に破壊され、下地
鋼の極表層が溶出する。この状態で比較的多量のＣｕを
含む不動態皮膜が形成され、表層部のＣｕ濃度が高くな
る。他方、ｐＨ４以上の溶液に浸漬すると、ｐＨ４未満
の酸性溶液への浸漬と異なり、ステンレス鋼材の不動態
皮膜が多数の箇所で局部的に破壊され、下地鋼の極表層
が溶出する。この状態で比較的多量のＣｕを含む不動態
皮膜が形成され、表層部のＣｕ濃度が高くなる。また、
ｐＨ４以上の溶液にハロゲン又は硫化物イオンを含有さ
せると、ステンレス鋼材の不動態皮膜が局部的に破壊さ
れる頻度が高くなり、表層部のＣｕ濃度上昇が促進され
る。更に、電解処理を施すと、反応速度が高くなり、比
較的多量のＣｕを含む不動態皮膜が一層形成され易くな
る。

【００１０】ｐＨ４以上の溶液中への浸漬時間は、工業
的に安定操業する上で１０秒以上が望ましく、経済的に
は５時間以内であることが好ましい。また、溶液の温度
は、作業性を考慮すると常温以上で８０℃以下が好まし
い。このようなｐＨ４以上の溶液に、Ｃｕ濃度０．１０
原子％以上の表層部が形成される条件下でステンレス鋼
を浸漬する。表層部のＣｕ濃度が０．１０原子％以上，
好ましくは０．２０原子％以上になるとき、優れた抗菌
性が得られる。その結果、通常の環境下でも１２時間程
度の時間経過で十分な抗菌性をもつステンレス鋼材又は
製品が得られる。以上のように、ステンレス鋼製品を生
産・加工する際、或いは製品使用中の状況に応じて、濃
度，浸漬時間，温度が適正に調整されたｐＨ４以上の溶
液にステンレス鋼を浸漬することにより、Ｃｕ濃度が
０．１０原子％以上に高められた表層部が形成される。
そのため、抗菌性が消失した材料であっても、ステンレ
ス鋼本来の外観を損なうことなく、比較的簡便に且つ安
価に抗菌性を改善することができる。

【００１１】

【実施例】表１に示す成分・組成をもつ各種ステンレス
鋼を高周波真空溶解炉で１２ｋｇ溶製した。表１におけ
るＡグループの鋼は本発明で対象とするステンレス鋼で
あり、Ａ１〜Ａ３がオーステナイト系，Ａ４，Ａ５がフ
ェライト系，Ａ６，Ａ７がマルテンサイト系ステンレス
鋼である。Ｂグループは比較鋼を示し、Ｂ１，Ｂ２がオ
ーステナイト系，Ｂ３，Ｂ４がフェライト系，Ｂ５，Ｂ
６がマルテンサイト系ステンレス鋼である。

【００１２】

【００１３】実施例１：オーステナイト系ステンレス鋼
Ａ１〜Ａ３，Ｂ１，Ｂ２の鋼塊を熱間圧延により板厚
３．８ｍｍの熱延板とし、１１５０℃×均熱１分の熱延
板焼鈍を施した後、冷間圧延により板厚１ｍｍの冷延板
を製造した。次いで、１０５０℃×均熱１分で仕上げ焼
鈍した。得られた各試料の表面を＃４００のエメリー紙
で約２０μｍ研磨する湿式研磨を施し、供試材とした。
フェライト系ステンレス鋼Ａ４，Ａ５，Ｂ３，Ｂ４の鋼
塊を熱間圧延により板厚３．６ｍｍの熱延板とした後、
Ａ４，Ｂ３についてはバッチ焼鈍による８６０℃×均熱
６時間の熱延板焼鈍を施し、Ａ５，Ｂ４については１０
００℃×均熱１分の連続焼鈍を施した。各焼鈍板を冷間
圧延し、板厚１ｍｍの冷延板を製造した。仕上げ焼鈍
は、Ａ４，Ｂ３については８７０℃×均熱１分，Ａ５，
Ｂ４については１０００℃×均熱１分で行った。次い
で、各試料の表面を＃４００のエメリー紙で約２０μｍ
研磨する湿式研磨を施し、供試材とした。マルテンサイ
ト系ステンレス鋼Ａ６，Ａ７，Ｂ５，Ｂ６の鋼塊を熱間
圧延により板厚３．６ｍｍの熱延板とした後、バッチ焼
鈍による８００℃×均熱６時間の熱延板焼鈍を施し、冷
間圧延により板厚１ｍｍの冷延板を製造した。仕上げ焼
鈍は、７８０℃×均熱１分で行った。次いで、各試料の
表面を＃４００のエメリー紙で約２０μｍ研磨する湿式
研磨を施し、供試材とした。

【００１４】浸漬処理による抗菌性改善効果を調査する
ため、研磨されたままの各ステンレス鋼の表面Ｃｕ濃度
を測定すると共に、抗菌性試験を実施した。表面Ｃｕ濃
度は、Ｘ線電子分光分析装置を使用し、脱脂後の試料表
面にＭｇｋαＸ線を照射し、各ピークの積分強度から相
対感度指数を用いて算出した。抗菌性試験には、Ｓｔａ
ｐｈｙｌｏｃｏｃｕｓａｕｒｅｕｓ（黄色ブドウ球
菌）及びＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓａｅｒｕｇｉｎｏｓ
ａ（緑膿菌）をそれぞれ普通ブイヨン培地で３５℃，１
６〜２４時間振盪培養し、培養液を用意した。培養液を
滅菌リン酸緩衝液で２０，０００倍に希釈し、菌液を調
製した。各ステンレス鋼の研磨材及び処理溶液浸漬材の
表面に菌液１ｍｌを滴下し、２５℃で２４時間保存し
た。保存後、試験片をＳＣＤＬＰ培地（日本製薬株式会
社製）９ｍｌで洗い流し、得られた液について標準寒天
培地を用いた混釈平板培養法（３５℃，２日間培養）で
生菌数をカウントした。また、試験に異常がないことを
確認するため、対照として滅菌したシャーレに菌液を直
接滴下し、同様に生菌数をカウントした。対照の生菌数
に大きな増減がないとき、試験結果が信頼性の高いもの
として評価される。

【００１５】この試験方法によるとき、試験開始前の生
菌数より２４時間後の生菌数が減少しているほど、抗菌
性に優れた材料であるといえる。抗菌性の指標として
は、次式で算出される減菌率が９５％以上のものを抗菌
性ありとして評価した。なお、試験開始時の生菌数は、
黄色ブドウ球菌では５．０×１０⁵ ，緑膿菌では４．８
×１０⁵ であった。減菌率（％）＝｛（試験開始時の生菌数）×（１−対照
の変化率／１０）−（２４時間後の生菌数）｝／｛（試
験開始時の生菌数）×（１−対照の変化率／１０）｝×
１００対照の変化率（％）＝｛（試験開始時の生菌数）−（２
４時間後の生菌数）｝／（試験開始時の生菌数）×１０
０なお、対照の変化率が０未満の場合には、０として算出
した。表２の調査結果から明らかなように、研磨まま材
では、Ａグループ及びＢグループのステンレス鋼何れに
おいてもＣｕ含有量に拘らず、減菌率が９５％未満にな
っており、抗菌性をもつ材料とはいえない。

【００１６】

【００１７】そこで、研磨された各ステンレス鋼を、ｐ
Ｈ３〜１２，温度８０℃の溶液に１０〜１８０分浸漬処
理した。浸漬処理後の各ステンレス鋼について、同様に
表面Ｃｕ濃度及び抗菌性を調査した。調査結果を、表３
に示す。表３にみられるように、素材のＣｕ含有量が
０．３重量％未満の比較鋼Ｂ１〜Ｂ６では、浸漬処理後
も表面Ｃｕ濃度が０．１０原子％未満であり、黄色ブド
ウ球菌及び緑膿菌を使用した抗菌性試験でも減菌率が低
く、抗菌性を有しているとはいえない。他方、素材のＣ
ｕ含有量が０．３重量％以上であるＡ１〜Ａ７は、研磨
材では表２にみられるように表面Ｃｕ濃度が低く抗菌性
を呈さないが、浸漬処理によって表面Ｃｕ濃度が０．１
０原子％以上と高くなり、抗菌性も改善されている。表
２及び表３から、素材のＣｕ含有量が０．３重量％以上
であれば、ｐＨ４以上の溶液にステンレス鋼を浸漬する
ことにより、抗菌性が改善されることが判る。

【００１８】

【００１９】実施例２：表１に示した各ステンレス鋼の
研磨材を、代表的なハロゲンイオンであるＣｌ^- イオン
と硫化物イオンの１種又は２種を含み、ｐＨ３〜１２，
温度８０℃に調整した溶液に１〜６０分浸漬した。浸漬
後の表面Ｃｕ濃度及び抗菌性試験結果を表４に示す。表
２及び表４の対比から明らかなように、素材のＣｕ含有
量が０．３重量％未満の比較鋼Ｂ１〜Ｂ６では、浸漬処
理後も表面Ｃｕ濃度が０．１０原子％未満であり、黄色
ブドウ球菌及び緑膿菌を使用した抗菌性試験でも減菌率
が低く、抗菌性を有しているとはいえない。他方、素材
のＣｕ含有量が０．３重量％以上であるＡ１〜Ａ７は、
研磨材では表２にみられるように表面Ｃｕ濃度が低く抗
菌性を呈さないが、浸漬処理によって表面Ｃｕ濃度が
０．１０原子％以上と高くなり、抗菌性も改善されてい
る。また、表３と比較すると、ｐＨ４以上の溶液に添加
したハロゲンイオン又は硫化物イオンは、表面層のＣｕ
濃化及び抗菌性の向上に促進作用を呈していることが判
る。

【００２０】

【００２１】実施例３：表１に示した各ステンレス鋼の
研磨材を、ｐＨ３〜１２，温度８０℃に調整した溶液に
浸漬し、５〜２０Ａの電解電流で１〜６０分電解処理し
た。電解処理後の表面Ｃｕ濃度及び抗菌性試験結果を表
５に示す。表２及び表５の対比から明らかなように、素
材のＣｕ含有量が０．３重量％未満の比較鋼Ｂ１〜Ｂ６
では、電解処理後も表面Ｃｕ濃度が０．１０原子％未満
であり、黄色ブドウ球菌及び緑膿菌を使用した抗菌性試
験でも減菌率が低く、抗菌性を有しているとはいえな
い。他方、素材のＣｕ含有量が０．３重量％以上である
Ａ１〜Ａ７は、研磨材では表２にみられるように表面Ｃ
ｕ濃度が低く抗菌性を呈さないが、電解処理によって表
面Ｃｕ濃度が０．１０原子％以上と高くなり、抗菌性も
改善されている。また、表３と比較すると、電解処理に
より表面層のＣｕ濃化及び抗菌性改善が促進されている
ことが判る。

【００２２】

【００２３】実施例４：表１に示した各ステンレス鋼の
研磨材を、ハロゲンイオン又は硫化物イオンを含む溶液
中で電解処理した。溶液はｐＨ３〜１２，温度８０℃に
調整し、電解処理には５〜２０Ａの電解電流，電解時間
１〜６０分の条件を採用した。電解処理後の表面Ｃｕ濃
度及び抗菌性試験結果を表６に示す。表２及び表６の対
比から明らかなように、素材のＣｕ含有量が０．３重量
％未満の比較鋼Ｂ１〜Ｂ６では、電解処理後も表面Ｃｕ
濃度が０．１０原子％未満であり、黄色ブドウ球菌及び
緑膿菌を使用した抗菌性試験でも減菌率が低く、抗菌性
を有しているとはいえない。他方、素材のＣｕ含有量が
０．３重量％以上であるＡ１〜Ａ７は、研磨材では表２
にみられるように表面Ｃｕ濃度が低く抗菌性を呈さない
が、電解処理によって表面Ｃｕ濃度が０．１０原子％以
上と高くなり、抗菌性も改善されている。また、表３と
比較すると、ハロゲンイオン又は硫化物イオンの添加及
び電解処理の相乗作用により表面層のＣｕ濃化及び抗菌
性改善が促進されていることが判る。

【００２４】

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、ｐＨ４以上の溶液を使用した浸漬処理，ハロゲンイ
オン又は硫化物イオンを添加したｐＨ４以上の溶液を使
用した浸漬処理，ｐＨ４以上の溶液を使用した電解処
理，ハロゲンイオン又は硫化物イオンを添加したｐＨ４
以上の溶液を使用した電解処理により、加工，研磨等に
よって変質した表面層を除去し、抗菌性に有効なＣｕ濃
度０．１原子％以上の表層部を露出させ、抗菌性を改善
している。このようにして処理されたステンレス鋼は、
長期にわたり優れた抗菌性を示す人体及び環境に安全な
材料として刃物，洋食器，医療用機械器具，サニタリー
用器具，各種食品の製造工程・運搬器具，浴槽，洗濯
槽，ドアノブ，パイプ等の広範な分野で使用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大久保直人山口県新南陽市野村南町4976番地日新製鋼株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．３重量％以上のＣｕを含むステンレ
ス鋼又はその加工品をｐＨ４以上の溶液に浸漬し、変質
した表層部を除去し、Ｃｕリッチの表層部を露出させる
Ｃｕ含有ステンレス鋼又はその加工品の抗菌性改善方
法。
【請求項２】請求項１記載のｐＨ４以上の溶液とし
て、ハロゲンイオン及び硫化物イオンの１種又は２種以
上を含む溶液を使用するＣｕ含有ステンレス鋼又はその
加工品の抗菌性改善方法。
【請求項３】請求項１又は２記載のｐＨ４以上の溶液
に浸漬したステンレス鋼を電解処理するＣｕ含有ステン
レス鋼又はその加工品の抗菌性改善方法。
【請求項４】請求項１〜３の何れかに記載の処理でＣ
ｕ濃度が０．１０原子％以上の表層部を形成するＣｕ含
有ステンレス鋼又はその加工品の抗菌性改善方法。