JPH0987806A

JPH0987806A - 金属系抗菌材料

Info

Publication number: JPH0987806A
Application number: JP24785295A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Taniguchi; 裕一谷口; Michio Endo; 道雄遠藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、台所まわり、トイレまわり等の家
庭内水周り部材、壁や柱、屋根などの建材、熱交換器や
復水器等の配管系統などの材料において抗菌性を有する
金属系材料を提供する。【解決手段】重量比で、アルミニウム２〜１０％、ク
ロム３〜１０％、銅１〜１０％、カーボン０．１％以
下、残部鉄および不可避的不純物を含むことを特徴とす
る金属系抗菌材料。必要に応じて、さらにニッケル、モ
リブデンまたはボロンを１種以上含み得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、台所まわり、トイ
レまわり等の家庭内水まわり部材、壁や柱、屋根などの
建材、熱交換器や復水器等の配管系統などの材料におい
て抗菌性を有する金属系材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属系抗菌材としては、銀、銅、もしく
はこれらを錯体としてセラミックス材料に担持させたも
のが従来より知られている。しかし、何れの材料も、当
初は抗菌性を示すものの、表面に酸化皮膜が形成されて
その効果が低減するといった欠点があったり、抗菌性が
微弱であるといった欠点や、あるいは加工性が悪く、工
業的に使用しづらい等の欠点を抱えている。また、これ
らの材料は、時間とともに色あせたイメージになるた
め、広く適用されていない。また、有機系の抗菌材も種
々市販されているが、安全性の点でまだ確立されていな
いものも多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の技術
背景を考慮し、安定した抗菌性を持つとともに、さらに
プレスや切断等の工業的な加工性が良好で、かつ耐食性
の点でも問題なく使用できる金属系材料を提供すること
を目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明においては、材料
のベース金属として、最も多く使用されている鉄を用い
た。鉄自体にも抗菌性はあるが、非常に弱く、また鉄の
みでは耐食性もなく、工業材料としては使用できない。
このため、抗菌性を付与する金属として、安価で、人体
に対して安全であり、かつ抗菌性のある金属として広く
知られている銅を用いた。

【０００５】抗菌のメカニズムは、抗菌作用のある金属
がイオンとなって環境中に溶け出すことで、菌や藻に作
用を与えることによる。すなわち、抗菌性を示すには最
低限の金属イオンが溶解する合金設計が必要である。ス
テンレス鋼のように非常に緻密で安定な皮膜が形成され
る合金では抗菌性を示さない。しかし、安定な皮膜がな
く、溶解速度があまりに速い合金では、劣化が激しく、
工業製品にはなり得ない。この点から、鉄に単純に銅を
添加しただけでは実用材料にはならない。すなわち、鉄
と銅はお互い固溶度がなく、２相組織となり、鉄と銅と
で局部電池を形成して、高湿度雰囲気では鉄が非常な速
度で酸化し、赤錆が発生してしまうのである。また、加
工中にその相境界から破断し、工業材料としては難があ
った。金属系の抗菌材料を設計するには、抗菌性のみな
らず、加工性、耐食性等の要素も検討する必要がある。

【０００６】本発明者らは、これらの問題点について鋭
意検討し、種々の実験と検討を加えた結果、本発明を完
成するに至った。すなわち、本発明の要旨とするところ
は下記のとおりである。（１）重量比で、アルミニウム２〜１０％、クロム３〜
１０％、銅１〜１０％、カーボン０．１％以下、残部鉄
および不可避的不純物を含むことを特徴とする金属系抗
菌材料。

【０００７】（２）前項（１）記載の材料において、さ
らにニッケルおよび／またはモリブデンを重量比で０．
２〜４％含むことを特徴とする金属系抗菌材料。（３）前項（１）または（２）記載の材料において、さ
らにボロンを重量比で０．０００１〜０．００５％含む
ことを特徴とする金属系抗菌材料。以下、本発明における各合金元素の含有量を前記の範囲
に限定した理由を述べる。

【０００８】アルミニウムは、本発明においては最も重
要な金属である。すなわち、アルミニウムは適度に安定
な皮膜を形成するという効果と、加工性を改善するとい
う効果の２つの効果を付与するからである。前述したよ
うに、銅−鉄だけでは耐食性がなく、高湿度雰囲気では
赤錆が発生してしまうのに対し、アルミニウムを２％以
上添加することにより、耐食性が大幅に改善され、錆の
発生が皆無となる。抗菌材の使用雰囲気は、大気中や水
分の多いところであるから、耐食性は必須の要素であ
る。また、アルミニウムの添加により高温での耐酸化性
も向上し、１０００℃近くの高温まで耐酸化性を示す。
また、銅−鉄だけでは加工性が悪く、特に熱間加工性が
非常に乏しく、熱間加工試験でＲＡ（破断減面率）が２
０％程度しかない。このため、板や箔、線、何れの形状
にも加工できなかった。ＲＡ＝２０％というのは、ほと
んど変形しない材料の値であり、通常の工業材料では７
０〜８０％を示す。しかし、アルミニウムを２％以上添
加することによりＲＡは８０％にまでなり、非常に加工
性が良好になる。圧延では、１００ｍｍ厚みのインゴッ
トからスタートし、最終的には数１０μｍの箔まで加工
が可能になった。また、線引き加工も可能で、１２ｍｍ
径の棒から１０μｍ程度の細線まで加工が可能になっ
た。さらに引張強度も上昇し、銅−鉄だけでは引張強度
は３０〜５０ｋｇ／ｍｍ²であるのに対し、アルミニウ
ムの添加により５０〜１００ｋｇ／ｍｍ²程度に上昇し
た。しかし、アルミニウムの添加量が１０％を超えると
金属間化合物を形成し、逆に加工性が劣化する。アルミ
ニウムは耐食性を改善するが、耐食性の向上と抗菌性と
は表裏の関係にある。すなわち、抗菌性がよいというこ
とは、銅イオンが溶け出すことで、耐食性はその反対に
金属イオンが溶け出さないことを意味するからであり、
この兼ね合いが重要である。この観点から、アルミニウ
ムが１０％を超えると耐食性はよくなるが、抗菌性は低
下してくる。これは、アルミニウムが表面で酸化アルミ
ニウムとなって緻密な皮膜を形成するためであり、高ア
ルミニウム濃度ほど皮膜が形成されやすく、銅や鉄のイ
オンが溶出し難くなるためと考えられる。また、アルミ
ニウムを１０％を超えて添加すると、銅相中に脆いβ相
が形成され、熱疲労強度が劣化する。

【０００９】クロムはアルミニウムと同様に耐食性を改
善する元素である。クロムは３％以上の添加で効果があ
り、また１０％を超えると加工性が悪化する。クロムは
アルミニウムとの共存状態において、耐食性と高温耐酸
化性を著しく改善する。高温耐酸化性では１０００℃の
大気中でも黒変することがなかった。銅の範囲は１〜１
０％とする。銅は１％未満の添加では抗菌性に効果がな
い。また、銅の添加量が多いほど熱間加工時に割れが発
生しやすくなるため、加工性の点からは低い方が望まし
い。抗菌性の効果は１０％で飽和するので、熱間加工時
の割れを考慮して、銅の上限値を１０％とした。

【００１０】カーボンは０．１％を超えると耐食性が劣
化するため、０．１％を上限とした。

【００１１】次に本発明における選択元素について述べ
る。ニッケルはクロムとの共存状態で本発明材料の耐食
性を向上させる。また、ニッケルを添加すると銅相が強
化されるとともに、鉄相がオーステナイト組織になって
高温強度が確保できる他、組織が微細化して滑らかな表
面となる。しかし、ニッケルの添加はコストアップの原
因となるので、その効果との兼ね合いとなる。０．２％
未満の添加ではその効果が認められず、また４％で効果
が飽和し、加工性も低下するので、ニッケルの範囲を
０．２〜４％とした。

【００１２】モリブデンもクロムとの共存状態で本発明
材料の耐食性を向上させる。０．２％未満の添加ではそ
の効果が認められず、また４％で効果が飽和し、加工性
も低下するので、モリブデンの範囲を０．２〜４％とし
た。本発明材料は、熱間加工時に割れが発生しやすい。
このため、種々検討した結果、ボロン添加が効果的であ
ることが判明した。ボロンは０．０００１％以上の添加
で効果があり、また０．００５％で効果が飽和するの
で、その範囲を０．０００１〜０．００５％とした。

【００１３】本発明材料は、台所まわり、トイレまわり
等の家庭内水まわり部材、壁や柱、屋根などの建材、熱
交換器や復水器等の配管系統などの抗菌性が要求される
部材として使用されるものであるが、その他の抗菌性を
要求される金属材料分野にも適用できる。また、本発明
材料は、細菌のみならず、青かびや黒かび等の真菌類に
対しても有効であり、さらに、ふじつぼやむらさき貝の
ような海生生物が付着しないという効果がある。

【００１４】

【発明の実施の形態】

〔実施例１〕重量比で、アルミニウムが２％、５％、８
％、１０％の４水準で、クロム５％、銅７％、カーボン
０．００１％、残部鉄および不可避的不純物を含む板を
作成し、この板から１０ｍｍ角の試料を作成して、ハロ
ー法により測定した。ハロー法は、大腸菌を混合して作
成した寒天培地に試料を乗せ、３７℃の恒温槽で２４時
間保持した後、無菌域の半径を測定する方法である。

【００１５】比較例としては、抗菌性のある材料として
純銅を使用し、また抗菌性のない例としてＳＵＳ３０４
の板を使用した。

【００１６】

【表１】

【００１７】実施例では何れも抗菌性があることが確認
でき、さらにアルミニウム濃度が低い方が抗菌性が強い
ことが判明した。無酸素銅では無菌領域は広いものの表
面が変色した。

【００１８】〔実施例２〕重量比で、銅７％、アルミニ
ウム６％、クロムが３％、５％、７％、１０％の４水準
で、カーボン０．００５％、残部鉄および不可避的不純
物を含む板を作成し、この板から１０ｍｍ角の試料を作
成して、ハロー法により測定した。菌は黄色ブドウ球菌
を用いた。

【００１９】比較例としては、抗菌性のある材料として
純銅を使用し、また抗菌性のない例としてＳＵＳ３０４
の板を使用した。

【００２０】

【表２】

【００２１】実施例では何れも抗菌性があることが確認
でき、さらにクロム濃度が低い方が抗菌性が強いことが
判明した。無酸素銅では無菌領域は広いものの表面が変
色した。

【００２２】〔実施例３〕重量比で、アルミニウム６
％、クロム７％、銅２％、カーボン０．００５％、ニッ
ケル、モリブデンを表３に示すような量で含み、残部鉄
および不可避的不純物を含むサンプルを調整して、ハロ
ー法を行った。菌は大腸菌を使用し、ハロー半径１２ｍ
ｍ以上を○とした。

【００２３】また、耐食性は、塩水噴霧法ＪＩＳＺ２３
７１により、２４時間後全く発錆のないものを◎、１〜
３個発錆のものを○、４個以上のものを×とした。

【００２４】

【表３】

【００２５】実施例では何れも抗菌性があることが確認
でき、耐食性が非常に優れていることが判明した。

【００２６】〔実施例４〕重量比で、アルミニウム５
％、クロム４％、銅７％、カーボン０．０１５％、ニッ
ケル、モリブデン、ボロンを表４に示すような量で含
み、残部鉄および不可避的不純物を含むサンプルを調整
して、９５０℃で圧延したときの割れの状況を調査し
た。割れ状況の評価は、１００ｍｍ当たりの割れの発生
個数が０のものを○、１〜５個の場合を△、６個以上を
×とした。

【００２７】

【表４】

【００２８】実施例では何れも割れの発生が皆無であ
り、良好な結果を示した。また、比較例も本発明の範囲
であり、やや割れが発生したが、グラインダーなどの手
入れにより問題なく板まで圧延できた。また、何れのサ
ンプルも抗菌性があった。

【００２９】

【発明の効果】重量比で、アルミニウム２〜１０％、ク
ロム３〜１０％、銅１〜１０％、カーボン０．１％以下
を含み、あるいはさらにニッケルおよび／またはモリブ
デンを重量比で０．２〜４％含み、あるいはさらにボロ
ンを０．０００１〜０．００５％含み、残部鉄および不
可避的不純物を含む本発明の抗菌材料により、耐食性、
加工性の優れた抗菌材を得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、アルミニウム２〜１０％、ク
ロム３〜１０％、銅１〜１０％、カーボン０．１％以
下、残部鉄および不可避的不純物を含むことを特徴とす
る金属系抗菌材料。
【請求項２】請求項１記載の材料において、さらにニ
ッケルおよび／またはモリブデンを重量比で０．２〜４
％含むことを特徴とする金属系抗菌材料。
【請求項３】請求項１または２記載の材料において、
さらにボロンを重量比で０．０００１〜０．００５％含
むことを特徴とする金属系抗菌材料。