WO2018020583A1 - 銅合金製ファスナーエレメント及びスライドファスナー - Google Patents

銅合金製ファスナーエレメント及びスライドファスナー Download PDF

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copper
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copper alloy
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隆成 久米井
敦 荻原
千賀子 廣見
良夫 平
宗由 横田
貴博 福山
康太 木戸
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Ykk株式会社
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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Definitions

  • the present invention relates to a copper alloy fastener element. Moreover, this invention relates to the slide fastener provided with the said fastener element.
  • Time cracking is a phenomenon in which cracking occurs on the outer surface of a product when a copper-zinc alloy containing residual stress is exposed to a corrosive environment such as ammonia gas. It is known that such a problem of time cracking is likely to occur in a copper-zinc alloy having a zinc content of 10% by mass or more. For this reason, it is conceivable to reduce the proportion of zinc to less than 10% by mass in order to improve the time cracking resistance of the copper-zinc alloy. However, such an alloy not only increases the material price but also does not have sufficient strength. It is not desirable as a copper alloy for elements.
  • any third element that has been confirmed to be effective in preventing cracking is an element that is more expensive than zinc, there is a problem in that the material cost increases.
  • a third element such as tin to the copper-zinc alloy decreases the cold workability of the copper-zinc alloy, which causes a problem that cold working at a high reduction rate is impossible.
  • Patent Document 1 a zinc-zinc alloy product made of a copper-zinc alloy containing zinc in an amount greater than 35 wt% and not more than 43 wt% and having a two-phase structure of an ⁇ phase and a ⁇ phase.
  • the ⁇ -phase ratio of the copper-zinc alloy is controlled to be greater than 10% and less than 40%, and the crystal grains of the ⁇ -phase and ⁇ -phase are crushed flat by cold working and arranged in layers.
  • a fastener element made of a copper-zinc alloy characterized by being made. It is also described that heat treatment is performed at 400 to 700 ° C. in order to adjust the ratio of ⁇ phase.
  • the ⁇ phase (body-centered cubic structure) in the copper-zinc alloy is a harder structure than the ⁇ phase (face-centered cubic structure), and the strength of the copper-zinc alloy can be improved by increasing the proportion of the ⁇ phase.
  • the problem remains that the cold workability of the copper-zinc alloy is lowered and the mold life is shortened. For this reason, it would be advantageous if the time cracking resistance could be improved by means different from the means for increasing the proportion of ⁇ phase.
  • the present invention was created based on the above circumstances, and has a copper alloy fastener element that has improved resistance to time cracking by means different from the means for increasing the proportion of ⁇ phase, and further improved the life of the mold. Is one of the issues.
  • the present inventor conducted extensive research to solve the above-mentioned problems, and found that a copper-zinc alloy having a predetermined composition having a dendrite structure in which the ⁇ -phase ratio was kept small was effective in solving the problems.
  • the present inventor has completed the present invention based on such knowledge.
  • an apparent zinc content is 34 to 38% by mass, a dendrite structure, and a copper alloy containing a ⁇ -phase at a ratio of 10% or less as a base material. It is a fastener element.
  • the base material contains 34 to 38% by mass of Zn.
  • the copper alloy fastener element according to the present invention both leg portions for being clamped and fixed to a core string portion provided on one side edge of the fastener tape, and a crotch portion connecting the both leg portions,
  • the base material on the inner side surface of the crotch portion that is provided in the direction opposite to the leg portions from the crotch portion and includes a meshing concave portion and a meshing convex portion and that contacts the core string portion has at least a dendrite structure.
  • the ratio of the ⁇ phase of the base material is 2 to 10%.
  • the base material is manufactured after casting and is subjected to an annealing process under heating conditions in which the copper diffusion distance is 0.5 to 3.0 nm. .
  • the present invention is a fastener chain provided with the copper alloy fastener element according to the present invention.
  • the present invention is a slide fastener including the fastener chain according to the present invention.
  • the present invention is an article provided with the slide fastener according to the present invention.
  • a copper-zinc alloy having an apparent zinc content of 34 to 38% by mass is heated and melted, and then a wire is continuously cast in one direction to obtain a ⁇ phase and a dentrite structure.
  • the present invention it is possible to obtain a copper alloy fastener element excellent in time cracking resistance by means different from the means for increasing the proportion of ⁇ phase. For this reason, according to the present invention, it becomes possible to improve the resistance to time cracking while reducing the proportion of ⁇ phase which adversely affects cold workability and mold life, and industrial productivity is improved compared to the conventional one.
  • the obtained copper alloy fastener element is obtained, and it can be said that the industrial utility value is extremely high.
  • the fastener element according to the present invention is made of a copper alloy having an apparent zinc content of 34 to 38% by mass as a base material.
  • the apparent zinc content can be expressed as: It is known that when a third element is added to a copper-zinc alloy, a structure in which Zn is increased or decreased according to the “Zn equivalent” corresponding to the third element is formed, and the corresponding properties are exhibited (“copper” And the basics and industrial technology of copper alloys ", Japan Copper and Brass Association, 1994).
  • B ′ (B + ⁇ tq) / (A + B + ⁇ tq) ⁇ 100 (where B ′ is the apparent zinc content (mass%), A is the Cu concentration (mass%), B is the Zn concentration (mass%), and t is Zn equivalent, q is the concentration of added third element (mass%))
  • the zinc equivalent of each additive element is as shown in Table 1.
  • the third element may or may not be added.
  • the base material is added to Zn so that the apparent zinc content is 34 to 38% by mass, and Si, Al, Sn, Mg It is permissible to add one or more elements selected from the group consisting of Pb, Cd, Fe, Mn, and Ni.
  • the total content of such third elements is typically 1% by mass or less, more typically 0.5% by mass or less, illustratively 0.001 to 0.2% by mass. It is.
  • the reason why the allowable apparent zinc content is narrow is as follows. If the proportion of ⁇ phase is too large, there is an adverse effect on cold workability and mold life, but it is highly significant that it is present in a small amount in order to improve time cracking resistance.
  • the apparent zinc content 34% by mass or more, the ⁇ phase can be introduced into the cast material.
  • the Zn concentration exceeds 38% by mass, the cold workability is poor in the range of the diffusion distance considered in the present invention, and the mold life is affected.
  • the apparent zinc content in the copper alloy is set to 34 to 38% by mass.
  • the apparent zinc content is preferably 35 to 37% by mass.
  • the fastener element according to the present invention contains 34 to 38% by mass of Zn so that the apparent zinc content is 34 to 38% by mass, optionally Si, Al, Sn, Mg, It can be composed of a base material having a copper alloy composition containing one or more third elements selected from the group consisting of Pb, Cd, Fe, Mn, and Ni, with the balance being copper and inevitable impurities.
  • the fastener element according to the present invention contains 35 to 37% by mass of Zn so that the apparent zinc content is 35 to 37% by mass, optionally Si, Al, Sn, Mg , Pb, Cd, Fe, Mn, and Ni containing at least one third element selected from the group consisting of Ni and the balance can be composed of a base material having a copper alloy composition consisting of copper and inevitable impurities.
  • Inevitable impurities are present in the raw material or are inevitably mixed in the manufacturing process and are essentially unnecessary, but they are acceptable because they are very small and do not affect the characteristics. It is an impurity.
  • the content of each impurity element allowed as an inevitable impurity is generally 0.1% by mass or less, preferably 0.05% by mass or less.
  • the base material constituting the fastener element according to the present invention has a dendrite structure.
  • the time cracking resistance can be significantly improved regardless of the presence or absence of the ⁇ phase.
  • the leg part of the fastener element that contacts the fastener tape and the inner side surface of the crotch part have a dendrite structure in order to improve the resistance to time cracking.
  • the fastener element can be manufactured by performing wire drawing, annealing, cold rolling and cutting in order after melt casting the wire, and the dendritic structure can be developed during continuous casting of the wire. It is.
  • the dendrite structure has been recrystallized and disappeared in an annealing process performed for the purpose of removing processing strain or softening the processed material. Therefore, in order to maintain the dendrite structure, it is important to suppress recrystallization in the manufacturing process of the fastener element.
  • the diffusion coefficient D of copper in the copper alloy is expressed by equation (1).
  • D D 0 ⁇ exp ( ⁇ Q / (RT)) (1)
  • D 0 0.2 cm 2 / sec
  • Q 47.1 kcal / mol
  • R gas constant (8.331446 J / (mol ⁇ K))
  • T heating temperature (K).
  • the diffusion distance L is expressed by the following equation (2).
  • L ⁇ (Dt) (2)
  • D represents a diffusion coefficient and t: heating time.
  • a dendrite structure can be maintained by carrying out the annealing step under a temperature and time condition that the diffusion distance is 3.0 nm or less, preferably 2.5 nm or less.
  • the annealing process is preferably performed under a temperature and time condition where the diffusion distance is 0.5 nm or more, and further under a temperature and time condition where the diffusion distance is 1.0 nm or more. Is more preferable.
  • the presence of dendritic tissue can be confirmed by observation with a microscope.
  • the base material constituting the fastener element according to the present invention does not have a recrystallized structure.
  • tissue although the state of a dendrite structure
  • the copper alloy fastener element according to the present invention has a ⁇ phase in one embodiment.
  • the proportion of ⁇ phase the better.
  • the base material constituting the fastener element has a dendrite structure, and excellent time cracking resistance can be obtained without greatly increasing the proportion of ⁇ phase.
  • the ratio of ⁇ phase is preferably 10% or less, and more preferably 8% or less.
  • the ratio of ⁇ phase can be calculated by the following method.
  • the surface of the base material is polished with SiC water-resistant abrasive paper and mirror-finished with diamond to expose a cross section perpendicular to the rolling surface. This cross section is subjected to X-ray diffraction ( ⁇ -2 ⁇ method), and the peaks of ⁇ phase and ⁇ phase
  • ⁇ phase ratio (%) ( ⁇ phase peak intensity integrated value) / ( ⁇ phase peak intensity integrated value + ⁇ phase peak intensity integrated value) ⁇ 100.
  • the deformed wire 10 having a substantially Y-shaped cross section is cut at a desired interval in a direction perpendicular to the length direction of the deformed wire by using a cutting die provided with a punch and a die.
  • the step of obtaining the shaped member 20 is performed.
  • the head shape of the element can be formed by pressing the Y-shaped member 20, whereby the production of the fastener element can be completed.
  • the head-shaped press work can be performed by press-molding the meshing recess 22 and the meshing projection 23 on the upper and lower surfaces of the head 21 of the Y-shaped member 20 using a forming punch.
  • the fastener element produced in this way is opposite to the direction in which both legs 24a, 24b, the crotch 26 connecting the legs 24a, 24b, and the legs 24a, 24b extend from the crotch 26.
  • a head 21 having a meshing recess 22 and a meshing projection 23.
  • a plurality of fastener elements obtained by the above manufacturing method are prepared, and the plurality of fastener elements are fixed to one side edge of the fastener tape at a predetermined interval, whereby an element row can be formed.
  • a fastener stringer having an element row planted on one side edge of the fastener tape can be manufactured.
  • a method for fixing the element row to one side edge of the fastener tape includes, but is not limited to, a method of performing a bending process in a direction in which both legs approach each other and a cold process with a caulking operation. As illustrated in FIG. 2, a core string portion 25 having an increased thickness is formed on one side edge of the fastener tape 1 in order to increase the fixing strength of the fastener element 30 to both the leg portions 24 a and 24 b. preferable.
  • the inner side surface of the crotch portion 26 where the fastener element 30 contacts the core string portion 25 and the inner side surfaces of the leg portions 24a and 24b are portions that directly affect the fixing strength of the fastener element 30 and the fastener tape 1, and Residual stress is likely to occur during bending and caulking operations, and tensile stress is likely to be applied during use. Therefore, in the fastener element 30, it is preferable that the inner surface of the base material in the crotch portion 26 contacting the core string portion 25 has a dendrite structure, and it is more preferable that the inner surfaces of the legs 24a and 24b also have a dendrite structure. Moreover, it can also have a dendrite structure in locations other than the inner surface of the crotch part 26 and the inner surfaces of the legs 24a, 24b, and the entire fastener element can also have a dendrite structure.
  • Various types of surface treatment may be performed on the base material constituting the fastener element as necessary.
  • smoothing treatment, rust prevention treatment, clear coating treatment, and plating treatment can be performed.
  • the surface treatment can be performed before and / or after planting on the fastener tape.
  • a rust prevention treatment rust prevention step + water washing step + drying step.
  • a clear coating treatment painting step + drying step
  • a plating treatment can be further performed to improve the corrosion resistance, weather resistance, and the like.
  • waxing may be applied to reduce sliding resistance.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a slide fastener.
  • the slide fastener has a pair of fastener tapes 1 each having a core string portion 2 formed on one side edge and a predetermined core string portion 2 of the fastener tape 1.
  • a slider 6 that is slidable in the vertical direction to engage and disengage the element 3.
  • a state in which the element 3 is attached to the core string portion 2 of one fastener tape 1 is called a slide fastener stringer, and the element 3 attached to the core string portion 2 of the pair of fastener tapes 1 is in an engaged state. This is called a slide fastener chain 7.
  • ⁇ Slide fasteners can be attached to various items, and function especially as an opening / closing tool.
  • the article to which the slide fastener is attached is not particularly limited, and examples thereof include daily necessaries such as clothing, bags, shoes, and miscellaneous goods, and industrial articles such as water storage tanks, fishing nets, and space suits.
  • the ⁇ -phase ratio tends to decrease when the heating temperature in the annealing is increased, and conversely, it increases when the heating temperature in the annealing is decreased. Further, the ⁇ phase ratio tends to decrease when the cooling rate in the annealing is slow, and conversely tends to increase when the cooling rate in the annealing is fast.
  • the Y-bar is sequentially cut using a cutting die equipped with a punch and a die to obtain a large number of Y-shaped members.
  • the convex part was press-molded to produce fastener elements corresponding to M-class and L-class chain widths specified in JIS S3015: 2007.
  • ⁇ phase ratio (%) ( ⁇ phase peak intensity integrated value) / ( ⁇ phase peak intensity integrated value + ⁇ phase peak intensity integrated value) ⁇ 100.
  • Table 2 shows a microscope photograph showing an example of a dendrite structure observed in the fastener elements of test numbers 3-5.
  • FIG. 5 shows a microscope photograph showing an example of the recrystallized structure observed in the fastener element of test number 1-4.
  • the dendritic structure was observed not only on the inner surface of the crotch but also on the legs and the head of the fastener element evaluated as “Dendrite”.
  • time cracking resistance For the evaluation of time cracking resistance, the strength of each fastener element is measured before and after the ammonia exposure test based on JBMA-T301 (Japan Copper and Brass Association Technical Standard), and the strength is maintained after ammonia exposure before ammonia exposure. The rate was investigated.
  • the strength measurement was performed by an element pull-out test after the elements of each test example were attached to a core string portion formed on one side edge of a polyester fastener tape by bending and caulking operations.
  • the pull-out test uses an Instron type tensile tester to hold the meshing head of one element with a jig and pull it at a pulling speed of 300 mm / min until the element is pulled out from the fastener tape fixed to the clamp.

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Abstract

β相の割合を高くするという手段とは異なる手段により耐時期割れ性が向上した銅合金製ファスナーエレメントを提供する。見掛け上の亜鉛含有量が３４～３８質量％であり、デンドライト組織を有し、β相が１０％以下の比率で存在する銅亜鉛合金を母材とする銅合金製ファスナーエレメント。

Description

銅合金製ファスナーエレメント及びスライドファスナー
　本発明は銅合金製ファスナーエレメントに関する。また、本発明は当該ファスナーエレメントを備えたスライドファスナーに関する。
　従来、スライドファスナーの噛合部品であるファスナーエレメントに金属材料を用いたものが知られており、金属材料の中でも特に丹銅、真鍮、洋白に代表される銅亜鉛合金は多用されてきた。亜鉛は固溶により銅合金の強度、硬度、均一変形量を増大させる効果がある。又、亜鉛は銅に比べ低価格であるために良好な特性を有する安価な合金を得ることが可能であった。しかし亜鉛元素は銅中に存在することにより、耐食性を著しく劣化させる問題があり、亜鉛の多い銅合金を用い、特に冷間加工によって基布に植え付けファスナーとして製造される場合においては、残留応力による時期割れの問題が発生していた。
　時期割れとは、残留応力が内部に存在する銅亜鉛合金をアンモニアガス等の腐食環境下に曝すと、製品の外面に割れが発生する現象である。このような時期割れの問題は、亜鉛含有量が１０質量％以上の銅亜鉛合金に発生し易くなることが知られている。このため銅亜鉛合金の耐時期割れ性を向上させるには亜鉛の割合を１０質量％未満にすることが考えられるが、そのような合金は材料価格が高くなるばかりか、強度も十分ではなくなるためエレメント用銅合金としては望ましくない。
　また従来から、時期割れの防止対策として、第３元素を添加することや、加工歪みを除去する焼鈍処理を行うことが知られている。例えば、第３元素の添加については、銅亜鉛合金に錫などの第３元素を数％の量で添加することにより、耐時期割れ性が向上することが知られている。
　しかし、時期割れの防止効果が確認されている何れの第３元素も亜鉛よりも高価な元素であるため、材料コストの増大を招くといった問題があった。また、銅亜鉛合金に錫などの第３元素を添加することにより、銅亜鉛合金の冷間加工性を低下させてしまい、高い圧下率での冷間加工が不可能となる弊害を伴う。
　このような背景の下、ＷＯ２０１２／００４８４１（特許文献１）では、亜鉛を３５ｗｔ％より大きく４３ｗｔ％以下で含有し、α相とβ相の２相組織を有する銅亜鉛合金からなる銅亜鉛合金製品であって、前記銅亜鉛合金のβ相の比率が１０％より大きく４０％未満に制御され、前記α相及びβ相の結晶粒が、冷間加工により扁平状に押し潰されて層状に配されてなることを特徴とする銅亜鉛合金を材料としたファスナーエレメントが提案されている。β相の比率を調整するために、４００～７００℃で熱処理することも記載されている。
ＷＯ２０１２／００４８４１
　銅亜鉛合金におけるβ相（体心立方構造）は、α相（面心立方構造）に比べて硬い組織であり、β相の割合を多くすることにより、銅亜鉛合金の強度を向上させることができるが、その一方で銅亜鉛合金の冷間加工性を低下させたり、金型寿命が短くなったりするという問題が残されている。このため、β相の割合を高くするという手段とは異なる手段により耐時期割れ性を向上させることができれば有利であろう。
　本発明は上記事情を背景に創作されたものであり、β相の割合を高くするという手段とは異なる手段により耐時期割れ性を向上させ、更には金型寿命も向上した銅合金製ファスナーエレメントを提供することを課題の一つとする。
　本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねたところ、β相の比率を小さく維持したデンドライト組織をもつ所定組成の銅亜鉛合金が課題解決に有効であることを見出した。本発明者は斯かる知見に基づいて本発明を完成させた。
　本発明は一側面において、見掛け上の亜鉛含有量が３４～３８質量％であり、デンドライト組織を有し、β相が１０％以下の比率で存在する銅亜鉛合金を母材とする銅合金製ファスナーエレメントである。
　本発明に係る銅合金製ファスナーエレメントは一実施形態において、母材がＺｎを３４～３８質量％含有する。
　本発明に係る銅合金製ファスナーエレメントは別の一実施形態において、ファスナーテープの一側縁に設けられた芯紐部に挟持固定されるための両脚部と、両脚部を連結する股部と、股部から両脚部とは反対方向に設けられ、噛合凹部及び噛合凸部を有する頭部とを備え、芯紐部に接触する股部の内側面における母材が少なくともデンドライト組織を有する。
　本発明に係る銅合金製ファスナーエレメントは更に別の一実施形態において、母材のβ相の比率が２～１０％である。
　本発明に係る銅合金製ファスナーエレメントは更に別の一実施形態において、母材は鋳造後、銅の拡散距離が０．５～３．０ｎｍとなる加熱条件での焼鈍工程を経て作製されている。
　本発明は別の一側面において、本発明に係る銅合金製ファスナーエレメントを備えたファスナーチェーンである。
　本発明は更に別の一側面において、本発明に係るファスナーチェーンを備えたスライドファスナーである。
　本発明は更に別の一側面において、本発明に係るスライドファスナーを備えた物品である。
　本発明は更に別の一側面において、見掛け上の亜鉛含有量が３４～３８質量％である銅亜鉛合金を加熱溶解した後、線材を一方向に連続鋳造して、β相及びデントライト組織を有する線材を得る工程と、
　得られた線材を伸線する工程と、
　伸線された線材に対して銅の拡散距離が０．５～３．０ｎｍとなる加熱条件での焼鈍を行う工程と、
　焼鈍後の線材に対して冷間圧延を行う工程と、
を順に実施することで断面略Ｙ字状の異形線を製造し、
　その後、得られた異形線を成形加工することを含む銅合金製ファスナーエレメントの製造方法である。
　本発明によれば、β相の割合を高くするという手段とは異なる手段によって耐時期割れ性に優れた銅合金製ファスナーエレメントを得ることが可能となる。このため、本発明によれば、冷間加工性や金型寿命に悪影響を与えるβ相の割合を小さくしながら耐時期割れ性を改善することが可能となり、従来に比べて工業生産性が改善された銅合金製ファスナーエレメントが得られ、産業上の利用価値が極めて高いといえる。
Ｙ字状異形線を切断してＹ字状部材を得る様子を説明する図である。 ファスナーテープにファスナーエレメントを取り付ける仕方を説明する図である。 スライドファスナーを正面からみたときの模式図である。 試験番号３－５のファスナーエレメントにおいて観察されたデンドライト組織の一例を示すマイクロスコープ写真である。 試験番号１－４のファスナーエレメントにおいて観察された再結晶組織の一例を示すマイクロスコープ写真である。
（１．母材組成）
　本発明に係るファスナーエレメントは一実施形態において、見掛け上の亜鉛含有量が３４～３８質量％である銅合金を母材で構成される。見掛け上の亜鉛含有量は次式で表すことができる。銅亜鉛合金に第三元素を加えた場合、第三元素に応じた「Ｚｎ当量」に応じてＺｎを増減したような組織が生じ、それに対応した性質を示すことが知られている（「銅および銅合金の基礎と工業技術」、日本伸銅協会、１９９４年）。
　Ｂ’＝（Ｂ＋Σｔｑ）／（Ａ＋Ｂ＋Σｔｑ）×１００（式中、Ｂ’は見掛け上の亜鉛含有量（質量％）、ＡはＣｕ濃度（質量％）、ＢはＺｎ濃度（質量％）、ｔはＺｎ当量、ｑは添加した第三元素の濃度（質量％））
　各添加元素の亜鉛当量は表１に示すとおりである。第三元素は添加しても添加しなくてもよいが、例えば、見掛け上の亜鉛含有量が３４～３８質量％となるように、母材がＺｎに加えて、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、及びＮｉよりなる群から選択される一種以上の元素を添加することは許容される。このような第三元素の含有量の合計は典型的には１質量％以下であり、より典型的には０．５質量％以下であり、例示的には０．００１～０．２質量％である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　許容される見掛け上の亜鉛含有量が狭いのは、以下の理由による。β相の割合は、多すぎると冷間加工性や型寿命に悪影響があるが、耐時期割れ性を向上させるために少量存在することの意義は高い。見掛け上の亜鉛含有量を３４質量％以上とすることで、鋳造した材料にβ相を導入することができる。但し、Ｚｎ濃度は３８質量％を超えると、本発明で考えている拡散距離の範囲においては冷間加工性が悪く、金型寿命に影響を与える。一方で完全焼鈍した場合は、β相をなくすことができるが、耐時期割れ性を得ることができない。このため、本発明においては銅合金中の見掛け上の亜鉛含有量を３４～３８質量％と設定している。当該見掛け上の亜鉛含有量は好ましくは３５～３７質量％である。
　本発明に係るファスナーエレメントは一実施形態において、見掛け上の亜鉛含有量が３４～３８質量％となるように、Ｚｎを３４～３８質量％含有し、随意的にＳｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、及びＮｉよりなる群から選択される一種以上の第三元素を含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金組成を有する母材で構成することができる。本発明に係るファスナーエレメントは好ましい一実施形態において、見掛け上の亜鉛含有量が３５～３７質量％となるように、Ｚｎを３５～３７質量％含有し、随意的にＳｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、及びＮｉよりなる群から選択される一種以上の第三元素を含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金組成を有する母材で構成することができる。不可避的不純物というのは原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入したりするもので、本来は不要なものであるが、微量であり、特性に影響を及ぼさないため許容されている不純物のことである。本発明において、不可避的不純物として許容される各不純物元素の含有量は一般に０．１質量％以下であり、好ましくは０．０５質量％以下である。
（２．組織）
　本発明に係るファスナーエレメントを構成する母材は一実施形態において、デンドライト組織を有する。デンドライト組織を有することで、β相の有無に関わらず耐時期割れ性を有意に向上させることができる。特に、ファスナーテープと接触するファスナーエレメントの脚部及び股部の内側面がデンドライト組織を有することが耐時期割れ性を向上させる上で好ましい。ファスナーエレメントは、線材を溶解鋳造した後、伸線、焼鈍、冷間圧延及び切断を順に実施することで製造可能であるところ、デンドライト組織は線材の連続鋳造時に発達させることが可能な樹枝状組織である。従来、デンドライト組織は、加工歪の除去を目的として又は加工した材料を軟化させる目的で実施する焼鈍工程で再結晶化されて消失していた。そのため、デンドライト組織を維持するためにはファスナーエレメントの製造工程において再結晶化を抑制することが重要となる。
　焼鈍工程において、銅合金中の銅の拡散係数Ｄは式（１）で表される。
　Ｄ＝Ｄ0・ｅｘｐ（－Ｑ／（ＲＴ））　　・・・（１）
　式中、Ｄ0：０．２ｃｍ2／ｓｅｃ、Ｑ：４７．１ｋｃａｌ／ｍｏｌ、Ｒ：気体定数（８．３１４４６Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ））、Ｔ：加熱温度（Ｋ）を表す。
　そして、拡散距離Ｌは次式（２）で表される。
　Ｌ＝√（Ｄｔ）　　・・・（２）
　式中、Ｄは拡散係数、ｔ：加熱時間を表す。
　焼鈍工程を拡散距離が３．０ｎｍ以下、好ましくは２．５ｎｍ以下となる温度及び時間条件で実施することにより、デンドライト組織を維持することが可能となる。但し、金型寿命を高める上では焼鈍工程は拡散距離が０．５ｎｍ以上となる温度及び時間条件で実施することが好ましく、さらに拡散距離が１．０ｎｍ以上となる温度及び時間条件で実施することがより好ましい。デンドライト組織の存在はマイクロスコープによる観察によって確認可能である。本発明に係るファスナーエレメントを構成する母材は好ましい実施形態において、再結晶組織を有しない。なお、拡散距離に応じてデンドライト組織の状態も変化するが、それを組織観察の結果から表現することは極めて困難である。
（３．β相の比率）
　β相は存在していたほうが優れた耐時期割れ性を示すことができる。見掛け上の亜鉛含有量が３４質量％以上とすることにより、鋳造凝固時にβ相を存在させることが可能である。従って、本発明に係る銅合金製ファスナーエレメントは一実施形態においてβ相が存在する。このため、耐時期割れ性を高める観点からは、β相の比率は多ければ多いほど好ましく、例えば１％以上とすることができ、２％以上とすることが好ましい。但し、β相の割合が増加すると金型寿命に悪影響を与える。また、本発明においてはファスナーエレメントを構成する母材がデンドライト組織を有しており、β相の割合を大きく増加させなくても優れた耐時期割れ性が得られる。このため、β相の比率は１０％以下であることが好ましく、８％以下であることが更により好ましい。
　β相の比率は以下の方法で算出することができる。ＳｉＣ耐水研磨紙で母材表面を研磨し、ダイヤモンドで鏡面仕上げすることにより、圧延面に垂直な断面を露出させ、この断面をＸ線回折（θ－２θ法）によりα相とβ相のピーク強度の積分値を算出し、β相の比率（％）＝（β相ピーク強度積分値）／（α相ピーク強度積分値＋β相ピーク強度積分値）×１００として算出される。
（４．ファスナーエレメントの製造方法）
　以下、本発明に係るファスナーエレメントの製造方法の一例について説明する。上述組成を有する銅亜鉛合金を加熱溶解した後、線材を一方向に連続鋳造する。一方向に連続鋳造することでデンドライト組織を発達させることができる。また、鋳造時に急冷するとβ相が生じやすい。次いで、必要に応じて表面を平滑化した後、伸線、焼鈍及び冷間圧延の各工程を順に実施し、図１に示すような、エレメントの形状に対応する断面略Ｙ字状からなる異形線１０を製造する。焼鈍工程は先述した拡散距離条件で実施することによりデンドライト組織を維持することが肝要である。次いで、断面略Ｙ字状の異形線１０に対して、パンチ及びダイを備えた切断型を利用して、異形線の長さ方向に直角な方向に所望の間隔で切断し、複数のＹ字状部材２０を得る工程を実施する。
　次いで、Ｙ字状部材２０をプレス加工することによりエレメントの頭部形状を成形することができ、これによりファスナーエレメントの作製を完了することができる。頭部形状のプレス加工は、図２に例示するように、Ｙ字状部材２０の頭部２１の上下面にフォーミングパンチにより噛合凹部２２及び噛合凸部２３をプレス成形することで実施可能である。こうして作製されたファスナーエレメントは一実施形態において、両脚部２４ａ、２４ｂと、両脚部２４ａ、２４ｂを連結する股部２６と、股部２６から両脚部２４ａ、２４ｂが延出する方向とは反対方向に設けられ、噛合凹部２２及び噛合凸部２３を有する頭部２１とを備える。
　上記の製造方法により得られたファスナーエレメントを複数用意し、当該複数のファスナーエレメントをファスナーテープの一側縁に所定間隔で固定することでエレメント列を形成することができる。これによって、ファスナーテープの一側縁に植え付けられたエレメント列を有するファスナーストリンガーを製造することができる。ファスナーテープの一側縁へのエレメント列の固定方法としては、限定的ではないが、両脚部が互いに近づく方向への曲げ加工及びかしめ操作を伴う冷間加工により行う方法が挙げられる。図２に例示するように、ファスナーテープ１の一側縁にはファスナーエレメント３０の両脚部２４ａ、２４ｂへの固定強度を高めるために、厚みが増大した芯紐部２５が形成されていることが好ましい。
　ファスナーエレメント３０が芯紐部２５に接触する股部２６の内側面、更には脚部２４ａ、２４ｂの内側面はファスナーエレメント３０とファスナーテープ１の固定強度に直接影響を与える箇所であり、脚部に曲げ加工及びかしめ操作を行う際に残留応力が発生しやすく、また、使用時に引張り応力がかかりやすい箇所であるため、特に耐時期割れ性が要求される箇所である。そのため、ファスナーエレメント３０は芯紐部２５に接触する股部２６における母材の内側面がデンドライト組織を有することが好ましく、更に脚部２４ａ、２４ｂの内側面もデンドライト組織を有することがより好ましい。また、股部２６の内側面及び脚部２４ａ、２４ｂの内側面以外の箇所にデンドライト組織を有することもでき、ファスナーエレメント全体がデンドライト組織を有することもできる。
（５．表面処理）
　ファスナーエレメントを構成する母材には必要に応じて、各種の表面処理を行ってもよい。例えば、平滑化処理、防錆処理、クリア塗装処理、及び鍍金処理などを行うことができる。表面処理はファスナーテープへの植え付け前及び／又は後に行うことができる。とりわけ平滑化処理を実施した後、更に防錆処理（防錆工程＋水洗工程＋乾燥工程）を行うことが好ましい。また、防錆処理後に又は防錆処理無しで、更にクリア塗装処理（塗装工程＋乾燥工程）や鍍金処理を行い、耐食性、耐候性等を向上させることができる。最終工程として、摺動抵抗を軽くするためにワックス掛けをしても良い。
（６．スライドファスナー）
　本発明に係るファスナーエレメントを備えたスライドファスナーの例を図面に基づき具体的に説明する。図３は、スライドファスナーの模式図であり、図３に示すようにスライドファスナーは、一側縁に芯紐部２が形成された一対のファスナーテープ１とファスナーテープ１の芯紐部２に所定の間隔をおいてかしめ固定（装着）されたエレメント３と、エレメント３の上端及び下端でファスナーテープ１の芯紐部２にかしめ固定された上止具４及び下止具５と、対向する一対のエレメント３間に配され、エレメント３の噛合及び開離を行うための上下方向に摺動自在なスライダー６を備える。なお、一本のファスナーテープ１の芯紐部２にエレメント３が装着された状態のものをスライドファスナーストリンガーといい、一対のファスナーテープ１の芯紐部２に装着されたエレメント３が噛合状態となっているものをスライドファスナーチェーン７という。
　スライドファスナーは各種の物品に取着することができ、特に開閉具として機能する。スライドファスナーが取着される物品としては、特に制限はないが、例えば衣料品、鞄類、靴類及び雑貨品といった日用品の他、貯水タンク、漁網及び宇宙服といった産業用品が挙げられる。
　以下、本発明の実施例を示すが、これらは本発明及びその利点をより良く理解するために提供するものであり、本発明が限定されることを意図しない。
　原材料であるＣｕ（純度９９．９９質量％以上）及びＺｎ（純度９９．９質量％以上）を加熱炉にて表２に記載の試験番号に応じた各成分組成をもつように配合して溶解し、連続鋳造装置により断面形状が真円のワイヤ（丸線）を急冷しながら一方向に連続鋳造した。当該ワイヤに対して伸線加工をした後、銅の拡散距離が表２に記載の値となる加熱条件で焼鈍した。次いで、冷間圧延により断面略Ｙ字状の異形線（以下、「Ｙ－ｂａｒ」という。）を製造した。また、β相の比率は冷間圧延前の前記焼鈍時の加熱温度及び冷却条件を変化させることで制御した。β相の比率は当該焼鈍における加熱温度を高くすると小さくなる傾向にあり、逆に当該焼鈍における加熱温度を低くすると大きくなる傾向にある。また、β相の比率は当該焼鈍における冷却速度が遅いと小さくなる傾向にあり、逆に当該焼鈍における冷却速度が早いと大きくなる傾向にある。
　その後、Ｙ－ｂａｒをパンチ及びダイを備えた切断型を利用して順次切断して多数のＹ字状部材を得て、Ｙ字状部材の頭部の上下面にフォーミングパンチにより噛合凹部及び噛合凸部をプレス成形してＪＩＳ　Ｓ３０１５：２００７に規定するＭ級及びＬ級のチェーン幅に対応するファスナーエレメントを作製した。
＜組織観察＞
　上記によって得られた各ファスナーエレメントの股部内側面を研磨及びエッチングした後、マイクロスコープ観察で組織観察した。デンドライト組織が発達していたファスナーエレメントには「デンドライト」と、再結晶組織が発達していたファスナーエレメントには「再結晶」と表２に記載した。また、先述した方法によってβ相の比率を算出した。具体的には、得られた各ファスナーエレメントの任意の一つについて、圧延面に垂直な断面組織を、断面写真により観察した。ＳｉＣ耐水研磨紙（＃１８０～＃２０００まで）を用いて研磨することにより圧延面に垂直な断面を露出させ、この断面に対して更に平均粒度が３μｍ及び１μｍのダイヤモンドペーストで順に鏡面仕上げを施し、これを試験片としてＸ線回折による測定を行った。測定機種としては、ブルッカーＡＸＳ社製、ＧＡＤＤＳ－Ｄｉｓｃｏｖｅｒ８を使用し、測定時間は低角度側９０ｓ、高角度側１２０ｓとして、α相及びβ相のピーク強度積分値をそれぞれ算出した。β相の比率（％）＝（β相ピーク強度積分値）／（α相ピーク強度積分値＋β相ピーク強度積分値）×１００として算出した。結果を表２に示す。図４には、試験番号３－５のファスナーエレメントにおいて観察されたデンドライト組織の一例を示すマイクロスコープ写真を掲載した。また、図５には、試験番号１－４のファスナーエレメントにおいて観察される再結晶組織の一例を示すマイクロスコープ写真を掲載した。なお、「デンドライト」と評価されたファスナーエレメントは股部内側面のみならず、脚部、頭部についてもデンドライト組織が観察された。
＜切断型の寿命＞
　各ファスナーエレメントの製造工程で、Ｙ－ｂａｒからパンチ及びダイを備えた切断型を利用して順次切断して多数のＹ字状部材を作製したとき、各条件においてＹ字状部材の形状に異常が発生するまでの切断回数を調査し、例１－１の切断回数を１００％として以下の基準で評価した。結果を表２に示す。
　○：８０％以上１００％未満の場合　
　△：６０％以上８０％未満の場合
　×：０％以上６０％未満の場合
＜耐時期割れ性＞
　耐時期割れ性の評価については、ＪＢＭＡ－Ｔ３０１（日本伸銅協会技術標準）に基づいてアンモニア暴露試験の前後で各ファスナーエレメントに対して強度測定を行い、アンモニア暴露前に対するアンモニア暴露後の強度保持率を調査した。強度測定は各試験例のエレメントをポリエステル製ファスナーテープの一側縁に形成した芯紐部に曲げ加工及びかしめ操作を行うことで装着した上で、エレメント引き抜き試験により行った。引き抜き試験はインストロン型引張試験機を用いて、エレメント１個の噛合頭部をジグでつかみ、クランプに固定されたファスナーテープからエレメントが引き抜かれるまで引張速度３００ｍｍ／ｍｉｎで引っ張り、そのときの最大強度を測定することで行った。エレメントの引張方向はファスナーテープの長手方向に直角で且つファスナーテープの面に平行な方向とした。測定結果は６回測定後の平均値とし、以下の基準で評価した。結果を表２に示す。
　○：７０％以上１００％未満の場合
　×：７０％未満の場合
＜考察＞
　上記の試験結果を表２に示す。結果から、デンドライト組織を有する本発明の実施例に対応するファスナーエレメントはβ相の比率が高いときはもちろんβ相の比率が低くても耐時期割れ性に優れていることが理解できる。そして、デンドライト組織を有しつつ、β相の比率が低いファスナーエレメントは金型寿命に優れ、同一の金型で多数生産可能であることが分かる。一方、再結晶組織を有するファスナーエレメントはβ相の比率が小さい場合には優れた耐時期割れ性を有することができなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
１　　ファスナーテープ
２　　芯紐部
３　　エレメント
４　　上止具
５　　下止具
６　　スライダー
７　　スライドファスナーチェーン
１０　異形線
２０　Ｙ字状部材
２１　頭部
２２　噛合凹部
２３　噛合凸部
２４ａ、２４ｂ　脚部
２５　芯紐部
３０　エレメント
４０　ファスナーテープ

Claims (9)

  1. 　見掛け上の亜鉛含有量が３４～３８質量％であり、デンドライト組織を有し、β相が１０％以下の比率で存在する銅亜鉛合金を母材とする銅合金製ファスナーエレメント。
  2. 　母材がＺｎを３４～３８質量％含有する請求項１に記載の銅合金製ファスナーエレメント。
  3. 　ファスナーテープの一側縁に設けられた芯紐部２５に挟持固定されるための両脚部２４ａ、２４ｂと、両脚部２４ａ、２４ｂを連結する股部２６と、股部２６から両脚部２４ａ、２４ｂとは反対方向に設けられ、噛合凹部２２及び噛合凸部２３を有する頭部２１とを備え、芯紐部２５に接触する股部２６の内側面における母材が少なくともデンドライト組織を有する請求項１又は２に記載の銅合金製ファスナーエレメント。
  4. 　母材のβ相の比率が２～１０％である請求項１～３の何れか一項に記載の銅合金製ファスナーエレメント。
  5. 　母材は鋳造後、銅の拡散距離が０．５～３．０ｎｍとなる加熱条件での焼鈍工程を経て作製されている請求項１～４の何れか一項に記載の銅合金製ファスナーエレメント。
  6. 　請求項１～５の何れか一項に記載の銅合金製ファスナーエレメントを備えたファスナーチェーン。
  7. 　請求項６に記載のファスナーチェーンを備えたスライドファスナー。
  8. 　請求項７に記載のスライドファスナーを備えた物品。
  9. 　見掛け上の亜鉛含有量が３４～３８質量％である銅亜鉛合金を加熱溶解した後、線材を一方向に連続鋳造して、β相及びデントライト組織を有する線材を得る工程と、
    　得られた線材を伸線する工程と、
    　伸線された線材に対して銅の拡散距離が０．５～３．０ｎｍとなる加熱条件での焼鈍を行う工程と、
    　焼鈍後の線材に対して冷間圧延を行う工程と、
    を順に実施することで断面略Ｙ字状の異形線を製造し、
    　その後、得られた異形線を成形加工することを含む請求項１～５の何れか一項に記載の銅合金製ファスナーエレメントの製造方法。
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