JP6477127B2 - 銅合金棒および銅合金部材 - Google Patents

Description

本発明は、耐変色性を有する銅合金棒およびこの銅合金棒からなる熱間鍛造材で構成される銅合金部材に関する。特に、熱間押出性、熱間鍛造性、被削性および機械的性質に優れ、且つ、耐変色性、抗菌性および殺菌性に優れた銅合金棒およびこの銅合金棒からなる熱間鍛造材を用いた銅合金部材に関する。

従来、Ｃｕ−Ｚｎ等の銅合金の表面酸化による影響を防止するために、銅合金製品にニッケル・クロムめっき等のめっき処理を施したり、あるいはクリア塗装などの樹脂で表面被覆をしたりしている。しかし、めっき製品は、長期間の使用により表面のめっき層が剥離してしまうという問題がある。

Ｃｕ−Ｚｎ等の銅合金はＺｎの含有量が１５ｍａｓｓ％、または、２０ｍａｓｓ％を超えると黄銅色を有するようになるが、めっきあるいは塗装などの保護被膜を形成させず、素材表面のままで装飾品などに使用すると、置かれている環境にも影響されるが、短期間で茶褐色あるいは赤褐色に変色してしまう。

また、取手、レバーハンドル、ドアハンドル、手すり等に通常の銅合金（めっき処理や表面被覆をしていない銅合金）を実際に使用すると、時間と共に人体と触れる部分とそうでない部分とで材料に色調の差が生じる。そのため、これらの用途に用いられている銅合金製取手類のほとんどは、めっき、クリアコート等により銅合金表面を被覆して変色が発生し難い状態で使用されている。

さらに、銅合金においては、抗菌作用（殺菌作用）を有することが知られている。不特定多数の人が接触するような部材に抗菌性（殺菌性）のある銅合金を使用することで様々な菌、ウィルスによる感染を予防することが可能となる。

従来から、銅合金として、めっきと同じような光沢のある白色を呈するＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金や、黄金色を呈するアルミニウム青銅が提案されている。
そのようなＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金として、例えば、ＪＩＳ Ｃ ７５４１には、Ｃｕ（６０．０〜６４．０ｍａｓｓ％）、Ｎｉ（１６．５〜１９．５ｍａｓｓ％）、Ｐｂ（０．８〜１．８ｍａｓｓ％）、Ｚｎ（残部）等を含有する快削洋白が規定されている。
また、特許文献１には、Ａｌ（５〜９ｍａｓｓ％）、Ｎｉ（１〜４ｍａｓｓ％）、Ｉｎ（０．００５〜０．３ｍａｓｓ％）の他に、Ｍｎ（０．１〜０．５ｍａｓｓ％）、Ｃｏ（０．００１〜０．０１ｍａｓｓ％）、Ｂｅ（０．００２５〜０．２ｍａｓｓ％）、Ｔｉ（０．００１〜０．０１ｍａｓｓ％）、Ｃｒ（０．０５〜０．２ｍａｓｓ％）、Ｓｉ（０．００１〜０．５ｍａｓｓ％）、Ｚｎ（０．００５〜０．５ｍａｓｓ％）、Ｓｎ（０．００３〜０．４ｍａｓｓ％）のうち１種又は２種を含有し、残部Ｃｕと不可避不純物からなるアルミ銅合金が開示されている。

しかしながら、ＪＩＳ Ｃ ７５４１に開示された銅合金は、ＮｉおよびＰｂを大量に含有するものであって健康衛生面で問題があるので、その用途が制限される。Ｎｉは金属アレルギーの中でも特に強いＮｉアレルギーを引き起こす原因となるものであり、Ｐｂは周知のように有害物質なので、人の肌に直接触れる手すり等の建築金具や、家電製品等の身の回り品等としての用途には問題がある。また、Ｎｉを大量に含有させると熱間圧延性、プレス性等の加工性が劣り、Ｎｉが高価であることとも相俟って製造コストが高くなるので、用途が制限される。

さらに、特許文献１に開示された銅合金は、Ａｌが５ｍａｓｓ％以上含まれたアルミニウム含有銅合金であり、耐変色性には優れるが、圧延性などの加工性が劣るので、主に鋳物材として製造される。したがって、薄板などに加工することが困難である。更に、この銅合金は、曲げなどを伴う加工、例えば９０度曲げなどにおいては延性が乏しいので曲げ部分に割れが生じるなど、冷間加工性が乏しい。また、表面にアルミニウムの酸化皮膜が形成されることにより、抗菌性が弱く、長期の使用により抗菌性が損なわれることになり、問題がある。

銅合金は他の金属には無い有色金属であり、代表的な色調として銅の赤橙色、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）の黄色、あるいは洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金）の銀白色などがある。このように、銅合金は添加元素により様々な色調の材料となるが、上述のように人体と接触する条件下で使用された場合、合金によっても異なるが、変色することは避け難い。一方、変色を防止するためにクリアコートなどの樹脂皮膜を表面に被覆（塗装）すると、上述した抗菌性（殺菌性）の機能が発揮されない。

また、固体である銅合金の抗菌性（殺菌性）は、その表面において過酸化水素や活性ラジカルなどの活性酸素群が生成し、この活性酸素群が菌の細胞膜やＤＮＡに作用することで発揮される。この活性酸素群が生成する銅合金の表面では、銅が酸化・還元反応に寄与しており、大気中に存在する水分などと反応する。この反応は、いわゆる腐食と同じであり、抗菌性（殺菌性）が発揮される際には、表面では腐食反応が起こる。銅合金の表面の腐食は、銅合金の変色の原因となる。このように、抗菌性（殺菌性）は、耐変色性と基本的に相反する特性であり、耐変色性を高めることは抗菌性（殺菌性）の効果を弱めることに繋がる。つまり、耐変色性と抗菌性（殺菌性）は必ずしも両立するものではない。

上記の抗菌性と耐変色性を両立する銅合金として、特許文献２には、５１．０〜５８．０ｍａｓｓ％のＣｕと、９．０〜１２．５ｍａｓｓ％のＮｉと、０．０００３〜０．０１０ｍａｓｓ％のＣと、０．０００５〜０．０３０ｍａｓｓ％のＰｂとを含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなり、Ｃｕの含有量［Ｃｕ］ｍａｓｓ％と、Ｎｉの含有量［Ｎｉ］ｍａｓｓ％との間に、６５．５≦［Ｃｕ］＋１．２×［Ｎｉ］≦７０．０の関係を有し、α相のマトリックスに面積率で０〜０．９％のβ相が分散する金属組織であることを特徴とする銀白色銅合金が開示されている。

特開２００４−１４３５７４号公報 特許第５２４５０１５号公報

しかしながら、特許文献２に開示された耐変色銅合金は熱間での変形抵抗が高く、量産の押出設備で熱間押出をするためには融点直下の温度で押出しなければならないので、少しでもオーバーヒートされると材料が融解してしまい温度管理が非常に難しい。仮に温度管理ができて押出できたとしても、押出のプレス能力が３０００トン程度の一般的な量産設備では十分に押しきることができず、歩留まりが非常に悪い。同様に熱間鍛造性も乏しく、熱間押出時と同様に鍛造時の温度管理が非常に難しい。例え適正に加熱したとしても、元々の熱間変形抵抗が非常に高いので、５００トン程度のプレス能力を持つ一般的な鍛造設備では所望の形状に成形するためには複数回鍛造しなくてはならず、コストが高くなるという問題がある。また、特許文献２に開示された耐変色銅合金は板・条製品からの用途が主であるためので、被削性はほとんど必要ない。そして、この銅合金のマトリックスはほぼα相から成り、β相の面積率が０〜０．９％であるため、被削性は低く、被削性が必要とされるような部材としては改善の余地がある。

本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、黄色（黄銅色）〜銀白色の色調を有するとともに、熱間押出性、熱間鍛造性、被削性、機械的性質に優れ、さらに耐変色性と抗菌性（殺菌性）が共に優れた銅合金棒およびこの銅合金棒からなる熱間鍛造材を用いた銅合金部材を提供することを目的としている。

本発明は、上記の本発明者の知見に基づき完成されたものである。すなわち、前記課題を解決するため、以下の発明を提供する。
本発明の第１の態様である銅合金棒は、３０．０〜４２．０ｍａｓｓ％のＺｎと、０．０００５〜０．３０ｍａｓｓ％のＰｂと、０．０１〜１１．０ｍａｓｓ％のＮｉと、０．０１〜１．５ｍａｓｓ％のＳｎとを含有し、さらに、０．０１〜１．２ｍａｓｓ％のＡｌ、０．０１〜１．２ｍａｓｓ％のＭｎ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＡｓ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＰ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＳｂのうちいずれか１種以上を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金棒であって、Ｚｎの含有量［Ｚｎ］ｍａｓｓ％と、Ｐｂの含有量［Ｐｂ］ｍａｓｓ％と、Ｓｎの含有量［Ｓｎ］ｍａｓｓ％と、Ｎｉの含有量［Ｎｉ］ｍａｓｓ％と、Ａｌの含有量［Ａｌ］ｍａｓｓ％と、Ｍｎの含有量［Ｍｎ］ｍａｓｓ％と、Ａｓの含有量［Ａｓ］ｍａｓｓ％と、Ｐの含有量［Ｐ］ｍａｓｓ％と、Ｓｂの含有量［Ｓｂ］ｍａｓｓ％との間に、３３．０≦［Ｚｎ］−０．５×［Ｐｂ］＋３．６×［Ｓｎ］−０．４×［Ｎｉ］＋２．４×［Ａｌ］−０．５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ａｓ］＋２．０×［Ｐ］＋２．５×［Ｓｂ］≦３８．０の関係を有し、かつ３．３≦０．０５×［Ｚｎ］＋３．０×ｅｘｐ（−１／［Ｎｉ］）＋０．７×［Ｓｎ］＋１．８×［Ａｌ］≦４．８の関係を有しており、α相マトリックスにおけるβ相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％との間に１.５≦（β）＋（γ）≦１４．０の関係を有するとともに、任意の断面においてβ相の長手方向に垂直な方向の直線上を横切るβ相の数密度が９〜２９個／ｍｍである金属組織を有する。

本発明の第２の態様である銅合金棒は、３３．０〜３８．０ｍａｓｓ％のＺｎと、０．０００５〜０．３０ｍａｓｓ％のＰｂと、１．５〜４．０ｍａｓｓ％のＮｉと、０．１〜１．２ｍａｓｓ％のＳｎとを含有し、さらに、０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のＡｌ、０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のＭｎ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＡｓ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＰ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＳｂのうちいずれか１種以上を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金棒であって、Ｚｎの含有量［Ｚｎ］ｍａｓｓ％と、Ｐｂの含有量［Ｐｂ］ｍａｓｓ％と、Ｓｎの含有量［Ｓｎ］ｍａｓｓ％と、Ｎｉの含有量［Ｎｉ］ｍａｓｓ％と、Ａｌの含有量［Ａｌ］ｍａｓｓ％と、Ｍｎの含有量［Ｍｎ］ｍａｓｓ％と、Ａｓの含有量［Ａｓ］ｍａｓｓ％と、Ｐの含有量［Ｐ］ｍａｓｓ％と、Ｓｂの含有量［Ｓｂ］ｍａｓｓ％との間に、３４．０≦［Ｚｎ］−０．５×［Ｐｂ］＋３．６×［Ｓｎ］−０．４×［Ｎｉ］＋２．４×［Ａｌ］−０．５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ａｓ］＋２．０×［Ｐ］＋２．５×［Ｓｂ］≦３８．０の関係を有し、かつ３．６≦０．０５×［Ｚｎ］＋３．０×ｅｘｐ（−１／［Ｎｉ］）＋０．７×［Ｓｎ］＋１．８×［Ａｌ］≦４．５の関係を有しており、α相マトリックスにおけるβ相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％との間に１．５≦（β）＋（γ）≦１４．０の関係を有するとともに、任意の断面においてβ相の長手方向に垂直な方向の直線上を横切るβ相の数密度が９〜２９個／ｍｍである金属組織を有する。

本発明の第３の態様である銅合金部材は、上述した第１、２の態様の銅合金棒を熱間鍛造して形成された熱間鍛造材または前記熱間鍛造材の組み合わせによって構成される。

本発明の第４の態様である銅合金部材は、上述した第３の態様の銅合金部材において、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、机や椅子の構成材、キー材、医療用器具の部材、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、および楽器として使用される。

本発明によれば、黄色（黄銅色）〜銀白色の色調を有するとともに、熱間押出性、熱間鍛造性、被削性、機械的性質に優れ、さらに耐変色性と抗菌性（殺菌性）にともに優れた銅合金棒およびこの銅合金棒からなる銅合金部材を提供することが可能となる。

本発明の実施例において、製造工程Ｐ４により製造されるグリップの形状を模式的に示した側面図である。

以下に、本発明の実施形態に係る銅合金について説明する。なお、本明細書では、［Ｚｎ］のように括弧付の元素記号は当該元素の含有量（ｍａｓｓ％）を示すものとする。また、本実施形態では、この含有量の表示方法を用いて、以下のように、複数の組成指数ｆ１、ｆ２を規定する。

組成指数ｆ１＝［Ｚｎ］−０．５×［Ｐｂ］＋３．６×［Ｓｎ］−０．４×［Ｎｉ］＋２．４×［Ａｌ］−０．５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ａｓ］＋２．０×［Ｐ］＋２．５×［Ｓｂ］
組成指数ｆ２＝０．０５×［Ｚｎ］＋３．０×ｅｘｐ（−１／［Ｎｉ］）＋０．７×［Ｓｎ］＋１．８×［Ａｌ］

本発明の第１の実施形態に係る銅合金棒は、３０．０〜４２．０ｍａｓｓ％のＺｎと、０．０００５〜０．３０ｍａｓｓ％のＰｂと、０．０１〜１１．０ｍａｓｓ％のＮｉと、０．０１〜１．５ｍａｓｓ％のＳｎとを含有し、さらに、０．０１〜１．２ｍａｓｓ％のＡｌ、０．０１〜１．２ｍａｓｓ％のＭｎ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＡｓ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＰ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＳｂのうちいずれか１種以上を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金棒であって、Ｚｎの含有量［Ｚｎ］ｍａｓｓ％と、Ｐｂの含有量［Ｐｂ］ｍａｓｓ％と、Ｓｎの含有量［Ｓｎ］ｍａｓｓ％と、Ｎｉの含有量［Ｎｉ］ｍａｓｓ％と、Ａｌの含有量［Ａｌ］ｍａｓｓ％と、Ｍｎの含有量［Ｍｎ］ｍａｓｓ％と、Ａｓの含有量［Ａｓ］ｍａｓｓ％と、Ｐの含有量［Ｐ］ｍａｓｓ％と、Ｓｂの含有量［Ｓｂ］ｍａｓｓ％との間に、３３．０≦［Ｚｎ］−０．５×［Ｐｂ］＋３．６×［Ｓｎ］−０．４×［Ｎｉ］＋２．４×［Ａｌ］−０．５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ａｓ］＋２．０×［Ｐ］＋２．５×［Ｓｂ］≦３８．０の関係を有し、かつ３．３≦０．０５×［Ｚｎ］＋３．０×ｅｘｐ（−１／［Ｎｉ］）＋０．７×［Ｓｎ］＋１．８×［Ａｌ］≦４．８の関係を有する。すなわち、この第１の実施形態に係る銅合金棒においては、組成指数ｆ１が３３．０≦ｆ１≦３８．０の範囲内、組成指数ｆ２が３．３≦ｆ２≦４．８の範囲内とされる。
なお、上述の組成とされた第１の実施形態である銅合金棒を第１発明合金棒と称する。

本発明の第２の実施形態に係る銅合金棒は、３３．０〜３８．０ｍａｓｓ％のＺｎと、０．０００５〜０．３０ｍａｓｓ％のＰｂと、１．５〜４．０ｍａｓｓ％のＮｉと、０．１〜１．２ｍａｓｓ％のＳｎとを含有し、さらに、０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のＡｌ、０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のＭｎ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＡｓ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＰ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＳｂのうちいずれか１種以上を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金棒であって、Ｚｎの含有量［Ｚｎ］ｍａｓｓ％と、Ｐｂの含有量［Ｐｂ］ｍａｓｓ％と、Ｓｎの含有量［Ｓｎ］ｍａｓｓ％と、Ｎｉの含有量［Ｎｉ］ｍａｓｓ％と、Ａｌの含有量［Ａｌ］ｍａｓｓ％と、Ｍｎの含有量［Ｍｎ］ｍａｓｓ％と、Ａｓの含有量［Ａｓ］ｍａｓｓ％と、Ｐの含有量［Ｐ］ｍａｓｓ％と、Ｓｂの含有量［Ｓｂ］ｍａｓｓ％との間に、３４．０≦［Ｚｎ］−０．５×［Ｐｂ］＋３．６×［Ｓｎ］−０．４×［Ｎｉ］＋２．４×［Ａｌ］−０．５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ａｓ］＋２．０×［Ｐ］＋２．５×［Ｓｂ］≦３８．０の関係を有し、かつ３．６≦０．０５×［Ｚｎ］＋３．０×ｅｘｐ（−１／［Ｎｉ］）＋０．７×［Ｓｎ］＋１．８×［Ａｌ］≦４．５の関係を有する。すなわち、この第２の実施形態に係る銅合金棒においては、組成指数ｆ１が３４．０≦ｆ１≦３８．０の範囲内、組成指数ｆ２が３．６≦ｆ２≦４．５の範囲内とされる。
なお、上述の組成とされた第２の実施形態である銅合金棒を第２発明合金棒と称する。

そして、上述した本発明の第１、２の実施形態に係る銅合金（第１、２発明合金棒）は、α相マトリックスにおけるβ相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％との間に１．５≦（β）＋（γ）≦１４．０の関係を有するとともに、任意の断面においてβ相の長手方向に垂直な方向の直線上を横切るβ相の数密度が９〜２９個／ｍｍである金属組織を有する。

以下に、成分組成、組成指数ｆ１、ｆ２、および金属組織を上述のように規定した理由について説明する。
まず、本発明の銅合金棒（第１、２発明合金棒）の必須元素であるＺｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｓｎの含有量について説明する。

（Ｚｎ：３０．０ｍａｓｓ％以上４２．０ｍａｓｓ％以下）
Ｚｎは、本発明の銅合金棒において、Ｓｎ、Ｎｉとの共添加により、色調を黄銅色から少し黄味を帯びた銀白色とさせると共に、耐変色性、抗菌性（殺菌性）を高め、引張強度、耐力等の機械的強度を向上させる重要な元素である。Ｚｎを３０．０ｍａｓｓ％以上、より好ましくは、３３．０ｍａｓｓ％以上含有させることにより、上述の作用効果を得られる。一方、Ｚｎを４２．０ｍａｓｓ％を超えて含有させても含有量に見合った効果を得られず、β相がより多く残存し易くなり、強度は向上するものの冷間加工性、耐衝撃性、耐食性、抗菌性（殺菌性）が低下してしまう。したがって、Ｚｎの含有量は４２．０ｍａｓｓ％以下とし、好ましくは３８．０ｍａｓｓ％以下とする。このように、Ｚｎの含有量は、３０．０ｍａｓｓ％以上４２．０ｍａｓｓ％以下の範囲内とし、特にＮｉの含有量が１．５ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下のとき、Ｚｎの含有量を３３．０ｍａｓｓ％以上３８．０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｐｂ：０．０００５ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下）
Ｐｂは、本発明の銅合金棒において、せん断加工や研磨等における加工性、被削性を向上させる効果がある元素である。ここで、Ｐｂを０．０００５ｍａｓｓ％以上含有させることにより上述の作用効果を得られるが、０．３０ｍａｓｓ％を超えて含有させると、熱間加工性が低下してしまう。また、Ｐｂは有害物質であるので、含有量を最小限に留めるのが望ましい。そこで、Ｐｂの含有量は、０．０００５ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下の範囲内とし、好ましくは０．００５ｍａｓｓ％以上０．１ｍａｓｓ％以下とする。

（Ｎｉ：０．０１ｍａｓｓ％以上１１．０ｍａｓｓ％以下)
Ｎｉは、本発明の銅合金棒において、耐変色性、機械的強度を確保する上で重要な元素であって、少なくとも０．０１ｍａｓｓ％以上の含有量で上記効果が発揮される。一方、Ｎｉを１１．０ｍａｓｓ％を超えて含有させても、他の元素との関係を鑑みても耐変色性はわずかに向上するものの上記効果は飽和し、却って熱間押出性、熱間鍛造性が低下し、さらに抗菌性や色調も損なわれる。また、Ｎｉは過多であるとアレルギー（Ｎｉアレルギー）の原因にも成り得る。そこで、Ｎｉを添加する場合には、Ｎｉの含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上１１．０ｍａｓｓ％以下の範囲内とし、特に耐変色性をほとんど損なうことなく、さらに高い抗菌性（殺菌性）を確保するためには、好ましくは１．０ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下であり、最適には１．５ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下とする。

（Ｓｎ：０．０１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下)
Ｓｎは、本発明の銅合金棒において、耐変色性、機械的強度を向上させる効果を有する元素である。ここで、Ｓｎを０．０１ｍａｓｓ％以上含有させることにより、上述の作用効果を得られる。一方、Ｓｎを１．５ｍａｓｓ％を超えて含有させると含有量に見合った効果を得られず、鋳造時に固相線温度と液相線温度が広がってしまい濃度偏析を招き易くなり、熱間加工性、冷間加工性が低下してしまう。それに加え、γ相の量が多くなり、抗菌性、耐食性も低下してしまう。そこで、Ｓｎを添加する場合には、Ｓｎの含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下の範囲内とする。特に、Ｎｉの含有量が１．５ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下のとき、Ｓｎの含有量は、好ましくは、０．１ｍａｓｓ％以上であって、最適には、０．２ｍａｓｓ％以上とし、Ｓｎの含有量の上限を、好ましくは１．２ｍａｓｓ％、最適には１．０ｍａｓｓ％とする。特に、０．７×［Ｎｉ］＋［Ｓｎ］の値が１．２以上３．５以下である時、優れた耐変色性と抗菌性を備えることができる。

次に、選択必須元素であるＡｌ、Ｍｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂについて説明する。

（Ａｌ：０．０１ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下)
Ａｌは、上述の銅合金において、鋳造時の湯流れ性（鋳造性）、耐変色性、強度を向上させる効果を有する元素である。ここで、Ａｌを０．０１ｍａｓｓ％以上含有させることにより上述の作用効果を得られる。一方、Ａｌを１．２ｍａｓｓ％を超えて含有させても含有量に見合った効果を得られず、強固な酸化皮膜が形成されるので、抗菌性（殺菌性）が阻害される。そこで、Ａｌを添加する場合には、Ａｌの含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下の範囲内とする。なお、ＡｌをＳｎと共添加することにより、抗菌性（殺菌性）を低下させることなく、良好な耐変色性を得ることができる。Ａｌの含有量は、好ましくは０．１ｍａｓｓ％以上１．１ｍａｓｓ％以下であり、最適には０．９ｍａｓｓ％以下である。また、Ｎｉの含有量が１．５ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下のとき、ＮｉとＡｌの相互作用の観点から、Ａｌの含有量の上限は、好ましくは０．５ｍａｓｓ％以下であり、最適には０．３ｍａｓｓ％以下である。

（Ｍｎ：０．０１ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下)
Ｍｎは、上述の銅合金棒の色調面でＮｉとの共添加で効果を発揮し、白色性を強め、耐変色性を向上させる元素であり、Ｎｉ代替元素としての役割を果たす。また、Ｍｎの添加は、強度、耐摩耗性、曲げ加工性を向上させる効果もある。ここで、Ｍｎを０．０１ｍａｓｓ％以上含有させることにより上述の作用効果を得られる。一方、Ｍｎの含有量が１．２ｍａｓｓ％を超えると含有量に見合った効果を得られず、熱間加工性が低下し、抗菌性（殺菌性）が低下してしまう。そこで、Ｍｎを添加する場合には、Ｍｎの含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下の範囲内とし、好ましくは０．１ｍａｓｓ％以上０．９ｍａｓｓ％以下とする。特に、Ｎｉの含有量が１．５ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下のときの上限は、好ましくは０．５ｍａｓｓ％以下、最適には０．３ｍａｓｓ％以下である。

（Ａｓ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下）
Ａｓは、上述の銅合金棒において、α相マトリックスの耐食性を向上させる効果を有する元素である。ここで、Ａｓを０．００５ｍａｓｓ％以上含有させることにより、上述の作用効果を得られる。一方、Ａｓの含有量が０．０７ｍａｓｓ％を超えると含有量に見合った効果を得られないだけでなく、Ａｓは有害物質であるので、含有量を最小限に留めることが望ましい。そこで、Ａｓを添加する場合には、Ａｓの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下の範囲内とする。なお、Ａｓは毒性が強いことから、０．０５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｐ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下）
ＰもＡｓと同様に、上述の銅合金棒において、α相マトリックスの耐食性を向上させる働きがあり、鋳造時の湯流れ性（鋳造性）を向上させる効果を有する元素である。ここで、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上含有させることにより、上述の作用効果を得られる。一方、Ｐの含有量が０．０７ｍａｓｓ％を超えると含有量に見合った効果を得られず、素材製造時の熱間加工性および冷間加工性に悪影響を及ぼしてしまう。そこで、Ｐを添加する場合には、Ｐの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下の範囲内とし、より好ましくは０．０１ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下とする。

（Ｓｂ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下）
ＳｂもＰと同様に、上述の銅合金棒において、α相マトリックスの耐食性を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｓｂを０．００５ｍａｓｓ％以上含有させることにより上述の作用効果を得られる。一方、Ｓｂの含有量が０．０７ｍａｓｓ％を超えると含有量に見合った効果を得られないだけでなく、Ｓｂは有害物質であるので、含有量を最小限に留めるのが望ましい。そこで、Ｓｂを添加する場合には、Ｓｂの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０７ｍａｓｓ％以下の範囲内とする。なおＳｂは毒性が強いことから、０．０５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｃｕ：残部）
Ｃｕは、上述の元素の残余成分であり（ただし、不可避不純物を除く）、これら主要元素のバランスとして含まれる。Ｃｕは、銅合金としての引張強度、耐力等の機械的強度を向上させると共に、抗菌性（殺菌性）等の特性を確保する上で重要な元素である。残余成分であるが、各種特性を発揮するためのＣｕの含有量は、４８．０ｍａｓｓ％以上６９．０ｍａｓｓ％以下であり、好ましくは４９．０ｍａｓｓ％以上６８．０ｍａｓｓ％以下である。特に、Ｎｉの含有量が１．５ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下のとき、最適には、５８．０ｍａｓｓ％以上６４．０ｍａｓｓ％以下である。

（不可避不純物）
また、不可避的不純物としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｇｅ、Ｔｌ、Ｂｉ、Ｓ、Ｏ、Ｃ、Ｂｅ、Ｎ、Ｈ、Ｈｇ、Ｂ、および希土類等が挙げられる。これらの不可避不純物は、総量で０．５ｍａｓｓ％以下であることが望ましい。

次に、本発明の銅合金棒の組成指数および金属組織について説明する。

（組成指数ｆ１）
ここで、本発明の銅合金棒において、熱間加工性、被削性、耐変色性、抗菌性（殺菌性）といった様々な特性を同時に満足するためには、組成指数ｆ１＝［Ｚｎ］−０．５×［Ｐｂ］＋３．６×［Ｓｎ］−０．４×［Ｎｉ］＋２．４×［Ａｌ］−０．５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ａｓ］＋２．０×［Ｐ］＋２．５×［Ｓｂ］が、３３．０≦ｆ１≦３８．０の関係式を満たすことが重要である。なお、上述の式において、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎについては、それぞれの含有量が０．０１ｍａｓｓ％より少ない場合は、特性への影響が少ないことから、それぞれ［Ｎｉ］、［Ｓｎ］、［Ａｌ］、［Ｍｎ］の値をそれぞれ０として計算する。また、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂについては、その含有量が０．００５ｍａｓｓ％より少ない場合は、特性への影響が少ないことから、［Ａｓ］、［Ｐ］、［Ｓｂ］の値をそれぞれ０として計算する。また、Ｐｂについては、その含有量が０．０００５ｍａｓｓ％より少ない場合は、特性への影響が少ないことから、［Ｐｂ］の値を０として計算する。さらに、添加されていない元素については、含有量を０として計算する。また、不可避的に含まれる不純物については、合計の不純物量が０．５ｍａｓｓ％より少ない場合は、組成指数ｆ１およびその関係式にほとんど影響を与えない。合計の不可避不純物量が０．５ｍａｓｓ％を超える場合は、下記の好ましい範囲を満たしていればよい。

上記のｆ１の関係式（３３．０≦ｆ１≦３８．０）において、ｆ１が下限値の３３．０未満では熱間加工性、被削性、強度、耐変色性が悪くなる、または低くなり、上限値３８．０を超えると耐食性、抗菌性が悪くなる、または低くなる。組成指数ｆ１において、Ｚｎは組成指数ｆ１のベースとなる値で、特に熱間加工性、強度、耐変色性、抗菌性に影響を与える。Ｓｎは、特にβ相やγ相の形成に影響を与え、強度の向上、抗菌性（殺菌性）にも寄与するので、プラスの係数が与えられている。Ａｌは、Ｓｎと類似の効果があるが、その影響度はＳｎよりも少し小さく、耐変色性の影響を含めて総合的に考慮した係数を与えている。ＮｉとＭｎはＳｎとは逆に、β相の形成を阻害することが主として評価され、耐食性、耐変色性を加味して、マイナスの係数が与えられている。上記のｆ１の関係式を満足することにより、熱間加工性、被削性、強度、耐変色性、抗菌性（殺菌性）を同時に満足することが可能となる。なお、組成指数ｆ１の値は、好ましくは３３．５以上であり、より好ましくは３４．０以上である。特に、特にＮｉ含有量が１．５ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下の時、最適には３５．０以上であり、上限値は３７．５である。このように、各元素の成分範囲だけでなく、組成指数ｆ１の値を狭い範囲内に設定することにより、本願発明の課題を解決できる。

（組成指数ｆ２）
さらに、上述の銅合金棒において、特に耐変色性と抗菌性（殺菌性）という相反する特性を同時に持たせるには、組成指数ｆ１の値が上記の関係式を満たすことに加え、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｌの含有量のバランスを調整することが非常に重要である。すなわち、組成指数ｆ２＝０．０５×［Ｚｎ］＋３．０×ｅｘｐ（−１／［Ｎｉ］）＋０．７×［Ｓｎ］＋１．８×［Ａｌ］が、３．３≦ｆ２≦４．８を満たす必要がある。なお、この組成指数ｆ２において、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｌについては、それぞれの含有量が０．０１ｍａｓｓ％より少ない場合は、特性への影響が少ないことから、ｅｘｐ（−１／［Ｎｉ］）、［Ｓｎ］、［Ａｌ］の値をそれぞれ０として計算する。組成指数ｆ２が３．３未満では、耐変色性に問題が生じ、ｆ２が４．８を超えると、耐変色性が向上する一方で、抗菌性（殺菌性）が損なわれる。

上述のｆ２の関係式（３．３≦ｆ２≦４．８）において、Ｚｎは、Ｓｎ、Ｎｉとの共添加により、耐変色性、抗菌性（殺菌性）を高め、引張強度、耐力等の機械的強度を向上させるが、含有量に見合う効果は他の元素より大幅に少ない。そのため、Ｚｎにはかなり小さな係数が与えられている。Ａｌは耐変色性に大きな効果を発揮し、特にＡｌをＳｎと共添加すると耐変色性が特に顕著に向上するので、強度他の特性を加味して、大きな係数を与えられている。その一方で、Ａｌの含有量が多くなりすぎると、抗菌性（殺菌性）が損なわれることを上記の組成指数ｆ２は示している。ＳｎもＡｌと類似の傾向を示すが、耐変色性等については、Ａｌよりその効果が小さいので係数は小さくなっている。Ｎｉは、主として耐変色性に効果を発揮するが、効果を発揮するためには、ある程度の量が必要であり、特に添加量が１．０〜５．０ｍａｓｓ％の範囲で急激に効果が上昇し、５．０ｍａｓｓ％以降ではやや効果の上昇が緩やかになるものの１１．０ｍａｓｓ％まで効果が上昇し、１１．０ｍａｓｓ％を超過すると耐変色性の効果がほとんど飽和するどころか却って抗菌性が低下することが実験により確かめられている。すなわち、Ｎｉの効果は上記のような指数関数的な挙動を示すので、組成指数ｆ２では、［Ｎｉ］の項を適切な係数を与えた指数関数で表すことにより、Ｎｉの効果を近似している。このような組成指数ｆ２の関係式を満足することにより、耐変色性と抗菌性（殺菌性）という相反する特性を両立することが可能となる。なお、上述の組成指数ｆ２の値は、最適には３．６以上４．５以下である。特に、Ｎｉの含有量が１．５ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下の時、ｆ２の値は、最適には３．６以上４．５以下である。

（組成指数ｆ１、ｆ２の関係式の重要性）
本発明の銅合金棒は、ベースが３０．０〜４２．０ｍａｓｓ％のＺｎとＣｕとからなる黄銅合金であるが、ベースの黄銅より遥かに耐変色性に優れながら、かつ黄銅と少なくとも同等以上の、抗菌性（殺菌性）を有する銅合金棒である。また、長期間の使用を想定した場合においても、抗菌性が低下せずに持続する合金棒である。

純銅に代表されるように、銅は優れた抗菌性を有するが、耐変色性に劣り、一般的な概念からすれば、耐変色性と抗菌性は相反する特性のように思われる。耐変色性と抗菌性とを両立させるためには、単純に黄銅にＮｉやＳｎ、あるいはＡｌやその他の元素を含有させるだけでは不十分であり、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、およびＡｌの相互作用を鑑みた組成指数ｆ２の関係式が非常に重要である。さらに、ｆ２の関係式を満たして耐変色性と抗菌性とを両立させることに加え、熱間加工性、被削性、耐食性および機械的性質（機械的強度）を兼ね備えた銅合金棒を得るためには、組成指数ｆ２の関係式だけでなく組成指数ｆ１の関係式も同時に満たす必要がある。すなわち、銅合金において、各成分の含有量の範囲を特定するだけでは、これらすべての特性（耐変色性、抗菌性、熱間加工性、被削性、耐食性および機械的性質）を同時に兼ね備えることができず、各成分の含有量が本発明の範囲内であり、且つ、組成指数ｆ１、ｆ２の関係式すべてを同時に満たした成分でなくてはならない。したがって、各成分の含有量がｆ１、ｆ２が上記関係式の範囲外となるような量の場合は、例えＺｎ、Ｎｉ、ＳｎあるいはＡｌやその他の元素の含有量が本発明の範囲内であっても、耐変色性、抗菌性、熱間加工性、被削性、耐食性および機械的性質を同時に兼ね備えることはできない。

（金属組織）
α相マトリックス中に硬質で脆いβ相やγ相が所定量を超えて存在すれば、耐食性、耐変色性に悪影響を与える。β相は、Ｃｕ−Ｚｎ合金においてＣｕ−Ｚｎの２元平衡状態図から見るとＺｎ量が３２．５ｍａｓｓ％以上のとき材料温度が高温になると出現する。高温状態でβ相が出現するが、材料が冷却される段階でβ相からα相に変態し、β相は減少する。またＺｎ量が３９ｍａｓｓ％以上になると常温でもβ相が消滅せずに存在する。ただし、一般的な製造方法で製造すると非平衡状態となり、平衡状態図の通りとならずβ相の残存するＺｎ量が低濃度側へシフトする。γ相は、高温で出現したβ相が共析反応によりα相とγ相に変態することにより発生する。

銅合金棒において、β相は通常、β相の長手方向が押出方向と平行となるように存在している。したがって、通常熱間押出棒を切削加工する場合は外周切削であるので、α相マトリックス中に占めるβ相の割合だけでなく、β相の長手方向に対し垂直な方向の数密度が、被削性において重要である。さらに、β相の数密度は耐変色性および耐食性にも影響を及ぼすため、重要である。

β相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％の和が１．５％未満であると、β相とγ相の総量が少なすぎるため、被削性と熱間加工性が低い。また、β相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％の和が１４．０％より多くなると、β相とγ相の総量が多すぎるため、熱間加工性と被削性は良くなるものの、冷間加工性、耐食性、および耐変色性が低下する。したがって、α相マトリックス中のβ相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％の和を、１．５％以上１４．０％以下の範囲内とし、好ましくは２．５％以上１４．０％以下とする。また、β相の面積率は１．５％以上であることが好ましい。これにより、優れた熱間加工性および被削性が得られる。ここで、被削性、耐食性および耐変色性を同時に兼ね備えるためには、β相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％の和を上記範囲に限定するだけではなく、さらに、β相の長手方向に垂直な方向のβ相の数密度を所定の範囲内とすることが必要である。このβ相の数密度が９個／ｍｍより少ない場合、例えβ相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％の和が適正範囲内であっても、被削性が乏しい。β相が２９個／ｍｍを超えて存在すると、被削性は向上する一方、β相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％の和が適正範囲内であっても、耐食性、耐変色性が低下する。したがって、β相の長手方向に垂直な方向のβ相の数密度は９個／ｍｍ以上２９個／ｍｍ以下の範囲内とし、好ましくは１０個／ｍｍ以上２８個／ｍｍ以下とする。

熱間鍛造材の場合、切削時の切削方向は製品の形状に依存するため切削方向を指定することはできないが、熱間鍛造材のβ相の存在形態は通常は熱間鍛造加工を受ける方向と鉛直方向に伸びたような形態になる。そのため、β相の長手方向に対して垂直方向に切削加工を施す場合には、鍛造材であっても、β相の長手方向に対する垂直方向の数密度が被削性において重要である。

以上のように、本発明の第１、２の実施形態に係る銅合金棒は、優れた耐変色性、抗菌性、熱間加工性（熱間押出性、熱間鍛造性）、被削性、耐食性および機械的性質を備える。したがって、これらの銅合金棒は熱間鍛造による成形に好適であり、この銅合金棒を熱間鍛造して形成された熱間鍛造材またはその組み合わせで構成される銅合金部材に好適である。より具体的には、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、机や椅子の構成材、キー材、医療用器具の部材、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、および楽器として使用される銅合金部材に好適である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

以下、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果を示す。なお、以下の実施例は、本発明の効果を説明するためのものであって、実施例に記載された構成、プロセス、条件が本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上述した第１発明合金棒および第２発明合金棒の組成、組成指数、および金属組織を有する銅合金（合金Ｎｏ．１〜２２）、ならびに比較用の組成、組成指数、および金属組織を有する銅合金（合金Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１６、Ｂ１〜Ｂ３）を用い、製造工程を変えて試料となる銅合金棒を作製した。各銅合金の組成を表１、２に示す。なお、比較用の銅合金として、ＪＩＳ Ｈ ３２５０で定められたＣ２６００、Ｃ２８００、および特許文献２に記載の合金も用いた（合金Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ３）。

（製造工程Ｐ１）
表１、２に示す所定の成分に調整した原料を溝型低周波誘導加熱炉にて溶解し、直径２４０ｍｍ、長さ７００ｍｍの棒状鋳塊を作成し、その鋳塊を所定の温度Ｔ１（℃）に加熱し、３０００トン押出機により直径２２．５ｍｍの丸棒の押出材を作製した。なお、押出後の冷却は空冷にて行った。

（製造工程Ｐ２）
表１、２に示す所定の成分に調整した原料を溝型低周波誘導加熱炉にて溶解し、直径２４０ｍｍ、長さ７００ｍｍの棒状鋳塊を作成し、その鋳塊を所定の温度Ｔ１（℃）に加熱し、３０００トン押出機により６．５ｍｍ×３０ｍｍ（Ｒ＝１）のブスバー形状の押出材を作製した。なお、押出後の冷却は空冷にて行った。

（製造工程Ｐ３）
製造工程Ｐ１により作製した直径２２．５ｍｍの丸棒を長さ５０ｍｍに切断し、炉中で所定の温度Ｔ２（℃）に加熱し、５０ｍｍ×５０ｍｍ×８ｍｍ厚の形状に平鍛造した。なお、鍛造後の冷却は空冷にて行った。

（製造工程Ｐ４）
製造工程Ｐ１により作製した直径２２．５ｍｍの丸棒を長さ２４０ｍｍに切断し、炉中で所定の温度Ｔ２（℃）に加熱し、図１に示すグリップの形状に熱間鍛造した。なお、鍛造後の冷却は空冷にて行った。なお、図１は、図１の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向とした場合に、互いに直交するＸＹ平面上（グリップの取付面に直交する面上）で見たときのグリップの側面図である。

（所定の温度Ｔ１、Ｔ２）
上記製造工程Ｐ１〜Ｐ４における所定の温度Ｔ１、Ｔ２について、熱間押出直前の温度Ｔ１、熱間鍛造直前の温度Ｔ２をそれぞれ表１に示す。組成指数ｆ１の値に基づき、各サンプルごとに熱間押出温度および熱間鍛造温度を変更している。

上述の製造工程Ｐ１により作製した丸棒押出材については、α相マトリックス中にβ相とγ相の占める面積率、β相の数密度、引張強さ、０．２％耐力、被削性を評価した。その結果を表３、４に示す。また、製造工程Ｐ２で作製したブスバー押出材については、耐変色性、抗菌性、耐変色性試験後の抗菌性、耐食性を評価した。その結果を表５、６に示す。製造工程Ｐ３で作製した平鍛造材についても、製造工程Ｐ２で作製したブスバー押出材と同じ項目について評価した。その結果を表７、８に示す。さらに、製造工程Ｐ４で作製したグリップについては、熱間鍛造時の成型性、引張強さ、０．２％耐力を評価した。その結果を表９、１０に示す。

（β相とγ相の占める面積率）
製造工程Ｐ１で作製した丸棒押出材の押出方向と平行な断面について、α相マトリクスにおけるβ相とγ相の占める面積率を測定した。具体的には、株式会社ニコンインストルメンツカンパニー製倒立金属顕微鏡（ＥＣＬＩＰＳＥ ＭＡ２００）を使って倍率５００倍で組織写真を撮影し、画像解析ソフト（Ｗｉｎｒｏｏｆ２０１３）を使って、α相マトリックスにおけるβ相およびγ相をそれぞれ二値化し、β相とγ相の占める面積率を測定した。β相とγ相の面積率は、それぞれの部位について任意の３箇所（１箇所の大きさは２２１μｍ×２７７μｍ）を測定して平均値をデータとしている。

（β相の数密度）
製造工程Ｐ１で作製した丸棒押出材の押出方向に沿った断面について、β相の数密度は、株式会社ニコンインストルメンツカンパニー製倒立金属顕微鏡（ＥＣＬＩＰＳＥ ＭＡ２００）を使って倍率２００倍で組織写真（５５３μｍ×６９２μｍ）をβ相の長手方向を写真の長手方向に合わせて３枚撮影し、その組織写真中の任意のβ相の長手方向に対し垂直な方向に、等間隔（１３８μｍ間隔）に３本の線を引き、それぞれの引いた線を横切るβ相の数の３枚の写真における平均値を求め、得られたβ相の数の平均値を、引いた線がβ相上を横切る長さ（写真の短手方向の長さである５５３μｍ）で除することにより数密度を測定した。

（引張強度、０．２％耐力）
Ｐ１工程で作製した熱間押出後のφ２２．５ｍｍの丸棒押出材をＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定された金属材料引張試験片の４号試験片（棒材：径１４ｍｍ、標点間距離５０ｍｍ）に加工した。また、Ｐ４工程で得られたグリップの形状のサンプルをＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定される金属材料引張試験片の１３Ｂ号試験片（板材：並行部の幅１２．５ｍｍ、厚さ３ｍｍ、標点間距離５０ｍｍ）に加工し、１００ｋＮ万能試験機（島津製作所製ＡＧ−Ｘ）により引張試験を実施した。引張試験により引張強度、０．２％耐力を測定した。なお、本発明の実施形態および実施例において「耐力」とは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定される０．２％耐力を意味し、すなわち、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の金属材料引張試験方法に記載されるオフセット法により得られた永久伸びが０．２％のときの耐力を意味する。

（耐変色性）
耐変色性試験は、Ｐ２工程で作製したブスバー押出材とＰ３工程で作製した平鍛造材とを用いて試験を行った。平鍛造材およびブスバー押出材の最大面積の取れる表面を♯１２００のエミリー紙により研磨した後、耐変色性試験を行った。耐変色性試験の方法は、恒温恒湿槽（楠本化成株式会社ＨＩＦＬＥＸ ＦＸ２０５０）を用いて温度６０℃、相対湿度９５％の雰囲気中に各サンプルを暴露した。試験時間は１２時間とし、試験後に試料を取り出し、暴露前後の材料の表面色を分光測色計によりＬ＊ａ＊ｂ＊を測定し、色差を算出し評価した。表５〜８において、耐食性評価として色差の値が「Ａ」：０〜４．９、「Ｂ」：５〜９．９、「Ｃ」：１０以上とした。色差は試験前後でのそれぞれの測定値の違いを表し、その値が大きいほど試験前後の色調が異なる。すなわち、色差が小さいほど色調の変化が少なく、したがって耐変色性が優れることになる。色差が１０以上では目視で十分に変色していることが確認でき、耐変色性が劣ると判断出来る。

比較材としてＣ２６００（７０−３０黄銅、合金Ｎｏ．Ｂ１）、Ｃ２８００（６０−４０黄銅、合金Ｎｏ．Ｂ２）についても同様に耐変色性を評価した。Ｃ２６００、Ｃ２８００には、一般的な銅合金製造会社で実施されている防錆処理（市販の銅合金用防錆液を用いた処理）を施した。防錆処理は、各材料の表面をアセトン脱脂した後、主成分がベンゾトリアゾールである市販の銅合金用防錆液を０．１ｖｏｌ％含む水溶液を７５℃に加温し、この水溶液に脱脂後の各材料を１０秒間浸漬し、その後、水洗および湯洗を行い、最終ブロワー乾燥した材料を作成した。これは一般的な銅合金の防錆処理条件（量産時の防錆処理条件）と類似した条件である。

（抗菌性）
抗菌性（殺菌性）は、Ｐ２工程で得られたブスバー押出材、Ｐ３工程で得られた平鍛造材で最も面積の取れる部分の中心部をそれぞれ２５ｍｍ四角に切り出した試料を用いて行った。試験方法はＪＩＳ Ｚ ２８０１に規定される試験方法を参考にした方法により評価した。試験に用いた細菌は黄色ぶどう球菌（菌株の保存番号：ＡＴＣＣ６５３８）とし、ＪＩＳ Ｚ ２８０１の第５．６．ａ項で規定される方法に基づき３５±１℃で前培養をした黄色ぶどう球菌を１／５００ＮＢを用いて希釈し、黄色ぶどう球菌を１．０×１０^６個／ｍｌに調整した液を試験菌液とした。試験方法は、所定のサイズに加工した試料を滅菌したシャーレに置き、前述の試験菌液（黄色ぶどう球菌：１．０×１０^６個／ｍｌ）０．０４５ｍｌを滴下し、φ１５ｍｍのフィルムをかぶせてシャーレの蓋を閉じた。そのシャーレを３５±１℃、相対湿度９５％の雰囲気で１０分間培養（接種時間：１０分）する。培養した試験菌液をＳＣＤＬＰ培地１０ｍｌにより洗い出し、洗い出し菌液を得る。洗い出し菌液を、リン酸緩衝生理食塩水を用いて１０倍ずつに希釈し、その菌液に標準寒天培地を加え、３５±１℃、４８時間培養し、集落数（コロニー数）が３０以上となる場合にその集落数を計測し、生菌数（ｃｆｕ／ｍｌ）を求めた。接種時の菌数（抗菌性試験開始時の菌数（ｃｆｕ／ｍｌ））を基準とし、それぞれのサンプルの生菌数と比較した。その結果を表５〜８に、「Ａ」：１０％未満、「Ｂ」：１０〜３３％未満、「Ｃ」：３３％以上として評価した。「Ａ」以上（すなわち、接種時の生菌数に対し評価サンプルの生菌数が１／３未満となる）の評価を得たサンプルは抗菌性（殺菌性）が優れると判断した。

（耐変色性試験後の抗菌性試験）
Ｐ２工程で得られたブスバー押出材およびＰ３工程で得られた平鍛造材の耐変色性試験を実施した後の、表面がある程度変色した試料を用いて、抗菌性試験を行った。抗菌性試験の方法は上述の抗菌性試験方法と同じである。抗菌性（殺菌性）の評価は、耐変色性試験後の試料で実施した生菌率Ｃ_Ｈが、耐変色試験をしていない試料の生菌率Ｃ_０に対して、Ｃ_Ｈ≦１．１０×Ｃ_０の場合を「Ａ」、１．１０×Ｃ_０＜Ｃ_Ｈ≦１．２５×Ｃ_０の場合を「Ｂ」、Ｃ_Ｈ＞１．２５×Ｃ_０の場合を「Ｃ」とした。すなわち、銅合金が変色すると抗菌性能が低下することが懸念され、前記の高温高湿下の過酷な耐変色性試験により、本発明合金（合金Ｎｏ．１〜２４）においても少しの変色は認められ、表面の極表層部は酸化物等が生成されていることが予測された。そのような多少変色した試料においても、試験前の清浄な表面を有する試料と比べ、評価Ａ、少なくとも評価Ｂであれば、抗菌性能は損なわれないと判断した。

（耐食性）
耐食性試験は、Ｐ３工程で得られた平鍛造材とＰ２工程で得られたブスバー押出材を用いて試験を行った。
試験方法はＩＳＯ ６５０９：１９８１（Corrosion of metals and alloys determination of dezincification resistance of brass）で規定される脱亜鉛腐食試験により評価した。耐変色性試験と同様に、加工した平鍛造材の最大面積の取れる表面の中心部が暴露するように切り出し、その表面を♯１２００のエミリー紙により研磨し、暴露表面が１ｃｍ^２になるように耐熱樹脂性のテープでマスクキングを施し、試験液に２４時間暴露した。試験液として７５℃に加温した１％第２塩化銅水溶液を用いた。その２４時間保持したサンプルを暴露表面から垂直方向の金属組織を観察し、脱亜鉛腐食の最も進行している部分の深さ（最大脱亜鉛腐食深さ）を測定した。その最大脱亜鉛腐食深さが２００μｍ以下のものを「Ａ」、２００μｍを超えるものを「Ｃ」として表５〜８に記載した。

（被削性）
Ｐ１工程で得られた熱間押出後のφ２２．５ｍｍの丸棒押出材からφ２０ｍｍの棒状の切削用試験片を採取し、無潤滑で外周切削を行い、切屑を採取し、切屑厚みを測定した。外周をφ２０ｍｍからφ１８ｍｍ（片側１ｍｍ切削）まで切削し、切削速度を１５０ｍ／ｍｉｎ、送りを０．２ｍｍ／ｒｅｖ、チップを三菱マテリアル製 ＴＮＧＧ １６０４０４Ｒ（材質ＵＴｉ２０Ｔ）、切削距離を９．４ｍとして外周切削を行った。切屑厚みが３５０μｍ未満を「Ａ」、３５０〜４２０μｍを「Ｂ」、４２０μｍ超過を「Ｃ」として評価した。

（熱間鍛造時成型性：Ｐ４工程）
Ｐ４工程における熱間鍛造、すなわちＰ１工程で得られた熱間押出後のφ２２．５ｍｍの丸棒押出材を長さ２４０ｍｍに切断し、炉中で所定の温度Ｔ２（℃）まで加熱し、グリップの形状に熱間鍛造した際の、グリップの面割れの有無、成型後の寸法で評価した。図１にグリップの横断面図を示す。面割れ、耳割れの外見上の欠陥または、成型不良（欠肉）、寸法精度の出ていない等のいずれかの不具合のあるものをＣ、外観上の欠陥、成型不良が認められず、寸法精度の出ている良好なものをＡとして評価した。寸法精度は、図１に示す矢印Ａ、Ｂの部分の厚みの目標値をそれぞれ１１．５ｍｍ、１２．５ｍｍとして、当該厚みが目標値に対し−０．２ｍｍ〜＋０．５ｍｍの範囲に入っているか否かで判断した。すなわち、矢印Ａ、Ｂの部分の厚みがそれぞれ１１．３〜１２．０ｍｍ、１２．３〜１３．０ｍｍの範囲に入っていれば寸法精度が出ていると判断した。ここで、矢印Ａ、Ｂの部分の厚みとは、矢印Ａ、Ｂ部分の前記Ｙ方向の寸法を意味している。また、図１の矢印Ａ、Ｂの部分は、それぞれ、グリップの長手方向（Ｘ方向）の全長２４０ｍｍに対して、Ｘ方向における左端からＸ方向に沿って５３〜５６ｍｍの部分、右端から８１〜８４ｍｍの部分である。これらの部分における厚み（Ｙ方向寸法）が上記範囲に入っていれば寸法精度が出ていると判断した。

以上の試験の結果、下記のことが分かった。
第１発明合金棒に相当する合金Ｎｏ．１〜２２、すなわち、３０．０〜４２．０ｍａｓｓ％のＺｎと、０．０００５〜０．３０ｍａｓｓ％のＰｂと、０．０１〜１１．０ｍａｓｓ％のＮｉと、０．０１〜１．５ｍａｓｓ％のＳｎとを含有し、さらに、０．０１〜１．２ｍａｓｓ％のＡｌ、０．０１〜１．２ｍａｓｓ％のＭｎ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＡｓ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＰ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＳｂのうちいずれか１種以上を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金棒であって、３３．０≦ｆ１≦３８．０、かつｆ２≦４．８の関係を有しており、α相マトリックスにおけるβ相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％との間に１.５≦（β）＋（γ）≦１４．０の関係を有するとともに、任意の断面においてβ相の長手方向に垂直な方向の直線上を横切るβ相の数密度が９〜２９個／ｍｍである金属組織を有する銅合金棒は、熱間押出性、熱間鍛造性、被削性および機械的性質（引張強度、０．２％耐力）に優れ、耐食性、耐変色性、抗菌性および殺菌性に優れた銅合金となった。

さらに、第２発明合金棒に相当する合金Ｎｏ．１３〜２２、すなわち、３３．０〜３８．０ｍａｓｓ％のＺｎと、０．０００５〜０．３０ｍａｓｓ％のＰｂと、１．５〜４．０ｍａｓｓ％のＮｉと、０．１〜１．２ｍａｓｓ％のＳｎとを含有し、さらに、０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のＡｌ、０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のＭｎ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＡｓ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＰ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＳｂのうちいずれか１種以上を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金棒であって、３４．０≦ｆ１≦３８．０、かつ３．６≦ｆ２≦４．５の関係を有しており、α相マトリックスにおけるβ相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％との間に１.５≦（β）＋（γ）≦１４．０の関係を有するとともに、任意の断面においてβ相の長手方向に垂直な方向の直線上を横切るβ相の数密度が９〜２９個／ｍｍである金属組織を有する銅合金棒は熱間押出性、熱間鍛造性、被削性および機械的性質に優れ、耐変色性に優れ、より抗菌性および殺菌性に優れた銅合金となった。特に、第１発明合金棒よりさらにＮｉ、Ｍｎ、Ａｌの添加量の範囲を制限しても耐変色性能をほとんど損なうことがなかった。

Ｚｎの含有量が本発明合金棒における下限値以下の合金Ｎｏ．Ａ７では、耐変色性、被削性が悪くなり、上限値を超えた合金Ｎｏ．Ａ１では、抗菌性、耐変色性試験後の抗菌性、耐食性が悪くなった。

Ｐｂの含有量が本発明合金棒における下限値以下の合金Ｎｏ．Ａ１３では、被削性が低下した。

Ｎｉの含有量が本発明合金棒における上限値を超えた合金Ｎｏ．Ａ４では、被削性、耐変色試験後の抗菌性、熱間鍛造時の成形性が悪くなった。Ｎｉの含有量が本発明合金棒における最適な範囲に入る合金Ｎｏ．１３〜２２では、耐変色性をほとんど損なうことなく、抗菌性がさらに向上することが認められ、耐変色性と抗菌性とが両立することが認められた。

Ｓｎ含有量が本発明合金棒における上限値を超えた合金Ｎｏ．Ａ９では、耐変色性試験後の抗菌性、耐食性、熱間鍛造時成形性が悪くなった。Ｓｎの含有量が本発明合金棒における最適な範囲に入る合金Ｎｏ．８、１０〜１８では、より抗菌性が向上することが認められた。

Ａｌの含有量が本発明合金棒における上限値を超えた合金Ｎｏ．Ａ１０では、抗菌性、および耐変色性試験後の抗菌性が悪くなった。Ａｌの含有量が本発明合金棒におけるより好ましい範囲に入る合金Ｎｏ．７、８では、耐変色性試験後の抗菌性の向上が認められた。

Ｍｎの含有量が本発明合金棒における上限値を超えた合金Ｎｏ．Ａ５では、耐変色性試験後の抗菌性、および熱間鍛造時の成形性が悪くなった。Ｍｎの含有量が本発明合金棒における最適な範囲に入る合金Ｎｏ．１〜６では、良好な耐変色性を保持しながら抗菌性の低下が最小限に抑えられた。

Ａｓ、Ｐ、Ｓｂの含有量が本発明合金棒における適正な量とした合金Ｎｏ．１０〜２２、Ａ１４では耐食性の向上が認められた。

Ｐの含有量が本発明合金棒における上限値を超えた合金Ｎｏ．Ａ１５では、熱間加工時の成形性が悪くなった。

組成指数ｆ１の値が本発明合金棒における下限値未満の合金Ｎｏ．Ａ２、Ａ７では、被削性、熱間加工時の成形性、強度、耐変色性が悪くなった。一方、組成指数ｆ１の値が上限値を超えた合金Ｎｏ．Ａ１、Ａ８、Ａ９、Ａ１２では、耐食性、抗菌性が悪くなった。

組成指数ｆ２の値が本発明合金棒における下限値未満の合金Ｎｏ．Ａ７では、抗菌性は高いが、耐変色性が悪くなった。一方、組成指数ｆ２の値が上限値を超えた合金Ｎｏ．Ａ１、Ａ３では、耐変色性能は向上するが、抗菌性が悪くなった。

組成指数ｆ２の値が本発明合金棒における好ましい範囲内に入っていても、組成指数ｆ１の値が最適な範囲から外れていた合金Ｎｏ．１８、２０、２１、Ａ５、Ａ１２、Ａ１４〜Ａ１６では、抗菌性がわずかに低下した。

組成指数ｆ１およびｆ２の値が本発明合金棒におけるより最適な範囲に入る合金Ｎｏ．１３〜１７では、耐変色性を確保しながら、さらに抗菌性が高くなった。

β相とγ相の占める面積率が本発明合金棒における下限値未満となった合金Ｎｏ．Ａ２、Ａ４、Ａ７、Ａ１１では、被削性および熱間加工時の成形性が悪くなった。一方、β相とγ相の占める面積率が本発明合金棒における上限値を超えた合金Ｎｏ．Ａ１、Ａ８、Ａ１２では、耐食性、耐変色性が悪くなった。

β相の数密度が９個／ｍｍ未満になると、例えβ相とγ相の占める面積率が適正範囲内であっても、被削性が悪くなった（合金Ｎｏ．Ａ６）。また、β相の数密度が２９個／ｍｍを超えると、例えβ相とγ相の占める面積率が適正範囲内であっても被削性向上するものの、耐食性、耐変色性が悪くなった（合金Ｎｏ．Ａ１６）。

比較材のＣ２６００（７０−３０黄銅、合金Ｎｏ．Ｂ１）は耐変色性、被削性が悪く、熱間鍛造時の成型性が悪かった。Ｃ２８００（６０−４０黄銅、合金Ｎｏ．Ｂ２）は耐変色性、耐食性が悪かった。

比較材の特許文献２に記載されている合金（合金Ｎｏ．Ｂ３）は歩留まりが悪く、ほとんど押出しできなかった。少しだけ取れたサンプルで被削性、熱間鍛造時の成形性をテストしたが、どちらも悪かった。

Ｐ３工程の熱間鍛造材の特性は熱間押出材と比べてやや強度は高くなるが、耐変色性、抗菌性、耐変色性試験後の抗菌性は熱間押出材と同等であった。

本発明の銅合金棒および銅合金部材は、優れた耐変色性、抗菌性、熱間加工性、被削性、耐食性および機械的性質を備えるので、病院内もしくは公共施設の手すり、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、点滴架台などのグリップ、筆記具、包交車、台車、食事等搬送台車、カート、机や椅子の構成材、キー材、医療用器具の部材、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、ニッケルメッキなどのメッキフリーの銀白色材料としての用途に最適である。

Claims (4)

1. ３０．０〜４２．０ｍａｓｓ％のＺｎと、０．０００５〜０．３０ｍａｓｓ％のＰｂと、０．０１〜１１．０ｍａｓｓ％のＮｉと、０．０１〜１．５ｍａｓｓ％のＳｎとを含有し、
   さらに、０．０１〜１．２ｍａｓｓ％のＡｌ、０．０１〜１．２ｍａｓｓ％のＭｎ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＡｓ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＰ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＳｂのうちいずれか１種以上を含有し、
   残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金棒であって、
   Ｚｎの含有量［Ｚｎ］ｍａｓｓ％と、Ｐｂの含有量［Ｐｂ］ｍａｓｓ％と、Ｓｎの含有量［Ｓｎ］ｍａｓｓ％と、Ｎｉの含有量［Ｎｉ］ｍａｓｓ％と、Ａｌの含有量［Ａｌ］ｍａｓｓ％と、Ｍｎの含有量［Ｍｎ］ｍａｓｓ％と、Ａｓの含有量［Ａｓ］ｍａｓｓ％と、Ｐの含有量［Ｐ］ｍａｓｓ％と、Ｓｂの含有量［Ｓｂ］ｍａｓｓ％との間に、３３．０≦［Ｚｎ］−０．５×［Ｐｂ］＋３．６×［Ｓｎ］−０．４×［Ｎｉ］＋２．４×［Ａｌ］−０．５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ａｓ］＋２．０×［Ｐ］＋２．５×［Ｓｂ］≦３８．０の関係を有し、かつ３．３≦０．０５×［Ｚｎ］＋３．０×ｅｘｐ（−１／［Ｎｉ］）＋０．７×［Ｓｎ］＋１．８×［Ａｌ］≦４．８の関係を有しており、
   α相マトリックスにおけるβ相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％との間に１.５≦（β）＋（γ）≦１４．０の関係を有するとともに、
   任意の断面においてβ相の長手方向に垂直な方向の直線上を横切るβ相の数密度が９〜２９個／ｍｍである金属組織を有することを特徴とする銅合金棒。
2. ３３．０〜３８．０ｍａｓｓ％のＺｎと、０．０００５〜０．３０ｍａｓｓ％のＰｂと、１．５〜４．０ｍａｓｓ％のＮｉと、０．１〜１．２ｍａｓｓ％のＳｎとを含有し、
   さらに、０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のＡｌ、０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のＭｎ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＡｓ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＰ、０．００５〜０．０７ｍａｓｓ％のＳｂのうちいずれか１種以上を含有し、
   残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金棒であって、
   Ｚｎの含有量［Ｚｎ］ｍａｓｓ％と、Ｐｂの含有量［Ｐｂ］ｍａｓｓ％と、Ｓｎの含有量［Ｓｎ］ｍａｓｓ％と、Ｎｉの含有量［Ｎｉ］ｍａｓｓ％と、Ａｌの含有量［Ａｌ］ｍａｓｓ％と、Ｍｎの含有量［Ｍｎ］ｍａｓｓ％と、Ａｓの含有量［Ａｓ］ｍａｓｓ％と、Ｐの含有量［Ｐ］ｍａｓｓ％と、Ｓｂの含有量［Ｓｂ］ｍａｓｓ％との間に、３４．０≦［Ｚｎ］−０．５×［Ｐｂ］＋３．６×［Ｓｎ］−０．４×［Ｎｉ］＋２．４×［Ａｌ］−０．５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ａｓ］＋２．０×［Ｐ］＋２．５×［Ｓｂ］≦３８．０の関係を有し、かつ３．６≦０．０５×［Ｚｎ］＋３．０×ｅｘｐ（−１／［Ｎｉ］）＋０．７×［Ｓｎ］＋１．８×［Ａｌ］≦４．５の関係を有しており、
   α相マトリックスにおけるβ相の面積率（β）％とγ相の面積率（γ）％との間に１．５≦（β）＋（γ）≦１４．０の関係を有するとともに、
   任意の断面においてβ相の長手方向に垂直な方向の直線上を横切るβ相の数密度が９〜２９個／ｍｍである金属組織を有することを特徴とする銅合金棒。
3. 請求項１または２に記載の銅合金棒を熱間鍛造して形成された熱間鍛造材によって構成されたことを特徴とする銅合金部材。
4. 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、机や椅子の構成材、キー材、医療用器具の部材、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、および楽器として使用されることを特徴とする請求項３に記載の銅合金部材。

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