(57)【要約】【課題】洗剤、殺菌剤、消毒剤、消臭剤、カビとり剤、防腐剤など各種の薬剤を入れる容器であって、ノズルを有するピストンを押すことにより一定量の液体を吐出する容器において、ノズルを元の位置に復元させるためのばねであって、必要な耐食性と強度とを確保した上で、低コストのばねを提供すること。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０６〜０．１２％、Ｓｉ：０．７０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｕ：０．７５％以下、Ｎｉ：１０．０〜１０．５％またはＮｉ：８．０〜８．５％、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、Ｍｏ：０．５〜１．５％、およびＮ：０．１８〜０．２８％を含有し、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．００５％以下であって、残部が実質上Ｆｅからなる合金組成を有し、式Ｐ．Ｉ．＝［Ｃｒ含有量（重量％）］＋３．３［Ｍｏ含有量（重量％）］＋１６［Ｎ含有量（重量％）］で定義されるピッティング・インデックスＰ．Ｉ．の値が２３．０〜２７．５の範囲にあるばね鋼を材料として用いる。【選択図】    図１
2005029823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．０６〜０．１２％、Ｓｉ：０．７％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｕ：０．７５％以下、Ｎｉ：１０．０〜１０．５％、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、Ｍｏ：０．５〜１．５％、およびＮ：０．１８〜０．２８％を含有し、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．００５％以下であって、残部が実質上Ｆｅからなる合金組成を有し、かつ、下式（１）で表されるピッティング・インデックス（Ｐ．Ｉ．）
2005029823.tif 000010
の値が２３．０〜２７．５の範囲であることを特徴とする薬剤容器用の耐食性ばね鋼。
【請求項２】
Ｃ：０．０８〜０．０９％、Ｓｉ：０．５〜０．７％、Ｍｎ：１．３〜１．５％、Ｃｕ：０．５０％以下およびＣｒ：１７．５〜１８．０％である請求項１の耐食性ばね鋼。
【請求項３】
重量％で、Ｃ：０．０６〜０．１２％、Ｓｉ：０．７％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｕ：０．７５％以下、Ｎｉ：８．０〜８．５％、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、Ｍｏ：０．５〜１．５％、およびＮ：０．１８〜０．２８％を含有し、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．００５％以下であって、残部が実質上Ｆｅからなる合金組成を有し、かつ、下式（１）で表されるピッティング・インデックス（Ｐ．Ｉ．）
2005029823.tif 000011
の値が２３．０〜２７．５の範囲であることを特徴とする薬剤容器用の耐食性ばね鋼。
【請求項４】
Ｃ：０．０８〜０．０９％、Ｓｉ：０．５〜０．７％、Ｍｎ：１．３〜１．５％、Ｃｕ：０．５％以下およびＣｒ：１７．５〜１８．０％である請求項３の耐食性ばね鋼。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに規定した合金組成を有する薬剤容器用ばね鋼のワイヤを、冷間でコイル巻きし、焼きならし処理を施してなる薬剤容器用の耐食性ばね。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用の、または業務用の薬剤容器であって、ピストンを押すことにより一定量の液体を吐出するように構成した容器の、ピストンの位置を復元するために設けるばねの材料とする耐食性ばね鋼に関し、それから製作した耐食性ばねをも対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
各種の洗剤、殺菌剤、消毒剤、消臭剤、カビとり剤や防腐剤などの液体を容器に入れ、使用に当たって一定量を取り出すのに便利なように、ピストンを設けたものが、家庭用にも業務用にも使用されている。その作用機構は、端にノズルを有するチューブを容器の頂部から内部に入れ、ピストンを押すことにより、ノズルの変位に相当する長さのチューブ内にあった液体を吐出するというものであり、１回の吐出後は、ノズルを元の位置に復元させてチューブ内を再び液体で満たし、つぎの吐出に備える。
【０００３】
ノズルがその位置を復元するようピストンを付勢するために、通常、コイルばねが使用されている。このばねは、容器内の液体に浸っているか、そうでなくても接触しているから、液体による腐食を受ける。液体の腐食性の程度はさまざまであって、洗剤のようなものは比較的おだやかであるが、カビ取り用洗浄剤などは強力な酸化剤を含有しているから、強い腐食性を有する。いずれにせよ、これら薬剤の容器に使用するコイルばねは、耐食性を備えていなければならない。その上で、通常は使い捨ての容器に取り付けるものであるから、材料費が低廉で済まなければ実用できない。
【０００４】
従来、この種のばねの材料としてはステンレス鋼がえらばれ、ＳＵＳ３０４がその代表であったが、腐食性の強い薬剤に対しては、耐食性が不足である。ＳＵＳ３１６は、耐食性が高められているが、ばねとしての強度が不足する。３１６を強化した３１６Ｎは、３０４に次ぐ強度と、３０４より高い耐食性とを有し、たいていの薬剤に耐えるが、製造工程の都合でコストが高く、実際には使いきれない材料である。
【０００５】
発明者らは、ＳＵＳ３０４より高い耐食性を有し、かつ、３１６Ｎよりコストの安いばね材料を実現すべく研究し、３１６Ｎをベースにした、つぎの対策を着想した。
１）ＭｏおよびＮｉの量をなるべく低減して、コストを下げること。
２）Ｃｒ，ＭｏおよびＮの量を最適化することにより、耐食性を確保すること。具体的な目標としては、耐孔食性の尺度であるＰ．Ｉ．（ピッティング・インデクス）が、ＳＵＳ３１６のもつ２３を下回らないことである。（ここでＰ．Ｉ．とは、Ｐ．Ｉ．＝［Ｃｒ含有量（重量％）］＋３．３［Ｍｏ含有量（重量％）］＋１６［Ｎ含有量（重量％）］なる式で定義される値である。）
３）ＣおよびＮの量を適切に選んで、強度を確保すること。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の対策の試行とその効果の確認とから成立したものであって、発明の目的は、薬剤容器用のばね材料として必要な耐食性と強度とを確保した上で、コストを低減することに成功したばね用鋼と、それを材料とする薬剤容器用の耐食性ばねを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の薬剤容器用の耐食性ばね鋼には、二種の態様がある。第一の態様は、強度および耐食性という二本柱の性能を重視したものであって、重量％で、Ｃ：０．０６〜０．１２％、好ましくは０．０８〜０．０９％、Ｓｉ：０．７％以下、好ましくは０．５〜０．７％、Ｍｎ：２．０％以下、好ましくは１．３〜１．５％、Ｃｕ：０．７５％以下、好ましくは０．５０％以下、Ｎｉ：１０．０〜１０．５％、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、好ましくは１７．５〜１８．０％、Ｍｏ：０．５〜１．５％、およびＮ：０．１８〜０．２８％を含有し、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．００５％以下であって、残部が実質上Ｆｅからなる合金組成を有し、かつ、下式（１）で表されるピッティング・インデックス（Ｐ．Ｉ．）
2005029823.tif 000003
の値が２３．０〜２７．５の範囲であることを特徴とする。
【０００８】
第二の態様は、耐食性は第一の態様のばね鋼に一歩譲るが、コストを低減するという要求によりよく応えたものであって、重量％で、Ｃ：０．０６〜０．１２％、好ましくは０．０８〜０．０９％、Ｓｉ：０．７％以下、好ましくは０．５〜０．７％、Ｍｎ：２．０％以下、好ましくは１．３〜１．５％、Ｃｕ：０．７５％以下、好ましくは０．５０％以下、Ｎｉ：８．０〜８．５％、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、好ましくは１７．５〜１８．０％、Ｍｏ：０．５〜１．５％、およびＮ：０．１８〜０．２８％を含有し、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．００５％以下であって、残部が実質上Ｆｅからなる合金組成を有し、かつ、下式（１）で表されるピッティング・インデックス（Ｐ．Ｉ．）
2005029823.tif 000004
の値が２３．０〜２７．５の範囲であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施形態】
いずれの態様の材料を使用するにせよ、本発明の薬剤容器用の耐食性ばねは、上記の合金組成を有する薬剤容器用ばね鋼のワイヤを、冷間でコイル巻きし、焼きならし処理を施してなるばねである。
【００１０】
本発明で選択した合金組成は、既存の鋼であるＳＵＳ３１６および３１６Ｎ、とくに３１６Ｎの合金成分とその組成範囲を基礎に、前述した諸対策の意図したところをすべて実現させるものとして決定された。第一の態様と第二の態様に共通な成分と組成範囲についていえば、Ｃ：０．０６〜０．１２％（好ましくは０．０８〜０．０９％）およびＮ：０．１８〜０．２８％の組み合わせは、目標とした引張り強度７７０Ｎ／ｍｍ２を与えるものであり、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％（好ましくは１７．５〜１８．０％）、Ｍｏ：０．５〜１．５％およびＮ：０．１８〜０．２８％の組み合わせは、やはり目標とするＰ．Ｉ．２３以上の耐食性を実現する領域である。ＭｏおよびＮｉの量は、Ｍｏについてみれば、３１６系合金が含有する２．０〜３．０％の半分程度の添加量であり、Ｎｉに関しても、３１６系合金の１０．０〜１４．０％より低いか、またはその下限付近の領域である。Ｐ、ＳおよびＣｕは不純物であって、規定した上限の数値は許容できる限度である。
【００１１】
第一の態様と第二の態様との差異は、Ｎｉの添加量が、前者は１０．０〜１０．５％の相対的に高い領域にあり、後者は８．０〜８．５％の相対的に低い領域に位置することである。ばね材料を伸線してコイルに巻くワイヤとしたとき、両者の性能に関して、興味ある結果が得られた。まず強度は、加工硬化の効果に差があるため、前者より後者の方が高強度である。つぎに耐食性についてみれば、前者はＮｉ含有量が高いため、より高い耐食性を示してもよいはずであるが、実際は、後者の方がむしろ好成績であった。後者においては、いっそうのコスト低減が可能であるから、より低廉な材料を用いて、かえって高性能なばねが実現することになる。
【００１２】
いずれの態様の合金組成を選択するにせよ、本発明のばね用鋼からばねを製造するには、熱間圧延により線材ロッドとし、それに冷間加工（伸線）を加えて、ばね材料として必要な機械的強度と表面平滑性とをそなえたワイヤとする。この目的を達成するため、冷間加工は、最終加工率７０％以上、好ましくは８０％以上の強加工とすることが望ましい。安定に加工作業を行なう上で必要があれば、表面潤滑被膜を形成したり、補助潤滑剤を使用したりするとよい。
【００１３】
本発明の耐食性ばねは、洗剤のような腐食性溶液に接触する環境で使用されるものであるから、表面をできるだけ平滑にして、孔食がなるべく少なくなるようにはかるべきである。これには、素材のワイヤ表面を平滑に、表面アラサにしてたとえば０．０１〜３μｍ（Ｒｚ）程度にしておくことが望ましい。
【００１４】
機械的特性としては、ワイヤ状態で引張り強さ１７５０Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは１８００〜２０００Ｎ／ｍｍ２とするのがよく、この素材を、ばね成形後の低温熱処理（焼きならし処理）によって、２０００Ｎ／ｍｍ２以上の高強度ばねとすることができる。本発明の実施例においては、ワイヤ状態での耐力比（０．２％耐力／引張り強さ×１００）が８５％程度のものを、４８０℃で低温熱処理することにより９０〜９５％に高めることができ、高い弾性特性をもつばね製品を供給することが可能である。
【００１５】
ばね製品の形状は任意であって、コイリング成形法によるコイルばね、各種の成形法によるトーションばね、直線ばねなど、さまざまな形状のものが製造できる。成形により得たばねは、そのまま使用してもよいが、前記したように、低温熱処理を施して機械的特性を向上させることが好ましく、熱処理により耐食性が低下する場合は、必要に応じて、硝酸などを用いた不動態化処理を施すとよい。
【００１６】
【実施例】
表１に記載した下記２種の合金組成の鋼を溶製し（重量％、残部Ｆｅ）、２．５トンのインゴットに鋳造した。Ａが第一の態様、Ｂが第二の態様の例である。参考に、３１６Ｎ鋼の合金組成を表１に併記した。ＡおよびＢの合金組成から算出されるＰ．Ｉ．の値は、それぞれ２３．８および２４．２である。インゴットを分塊圧延し、キズ取り研削を経て線材圧延を行ない、直径５．５ｍｍの線材とした。
【００１７】
2005029823.tif 000005
【００１８】
ＡおよびＢの合金の線材を引張り試験にかけて、表２に示すデータを得た。
【００１９】
表２
2005029823.tif 000006
【００２０】
上記２種の線材を加工率８５％で冷間伸線し、線径０．９ｍｍのワイヤとした。これらのワイヤを引張り試験にかけるとともに、その孔食電位を測定した。孔食電位測定の条件は、３．５％ＮａＣｌ溶液中、３０℃、掃引速度２０ｍＶ／ｍｉｎ、Ａｒ雰囲気である。それらの結果を、３１６Ｎ鋼の測定値と対比して、表３に掲げる。
【００２１】
表３
2005029823.tif 000007
【００２２】
上記のワイヤを、３００〜６５０℃の範囲内で種々の温度において３０分間、焼きならし処理した（大気雰囲気、加熱後空冷）。この処理により、引張り特性が下記の表４に示すように向上した。鋼Ａは、３１６Ｎと同様に、５００〜５５０℃の焼きならし温度領域において最良値が得られ、鋼Ｂは、それより若干低い４５０〜５００℃の温度領域において最良値が得られ、強度としては、３１６Ｎと同レベルであった。
【００２３】
表４
2005029823.tif 000008
【００２４】
続いてワイヤを、径１０ｍｍのコイルに巻いた。コイリング特性（ばね自由長のバラツキ）についていえば、鋼Ａは、ばね７０００個中に不合格品はなく、最良であった。鋼Ｂにおいては、３１６Ｎと同様に、約５０個程度の不良（不良率０．７％）が見られた。この違いは、表４に示すように、鋼Ａの耐力比が他の２種の鋼のそれにくらべてすぐれていることに起因するものと推測される。コイリング後、ばねに焼きならし処理および化学研磨処理を施して、製品とした。
【００２５】
【実用試験１】
ＡおよびＢを材料として製造したコイルを、実際に容器のピストン用のばねとして使用したときの耐食性を調べるため、つぎの試験を行なった。
薬液：市販シャンプー液
温度：５０℃（恒温槽による間接加熱）
容器：密閉式ガラス容器（ばねの半分が液に浸る量の液を使用）
期間：１ヶ月
腐食は、ＡおよびＢのどちらにも、全く見られなかった。
【００２６】
【実用試験２】
薬液を、市販のカビ取り用洗浄液（次亜塩素酸ナトリウムを含有）に替えて、上記の実用試験を繰り返した。５個のサンプルについて錆の発生状況をしらべ、つぎのように評価するとともに、
○：変色なし  △：薄茶色に変色  ×：明確な錆の変色
各サンプルにおいてシミ状に変色した個所の数を数えて、５個のサンプルのシミ個数を合計した。結果を、表５に示す。
【００２７】
表５
2005029823.tif 000009
【００２８】
【実用試験３】
本発明の鋼ＡおよびＢを冷間伸線加工して得たワイヤに対して、ＪＩＳ−Ｇ０５７３に定める塩化第二鉄溶液への浸漬試験を行なって、強腐食条件下の耐食性を調べた。この試験は、３５℃に加熱した６％ＦｅＣｌ３水溶液に２４時間浸漬した後に、腐食減量を測定するものである。比較のため、既知のＳＵＳ３０４、３１６および３１６Ｎのワイヤについても、同じ試験を行なった。結果を、図２のグラフに示す。グラフから、本発明の鋼から得たワイヤは、ＳＵＳ３０４より高い耐食性を示すことがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のばね鋼は、既知のばね用鋼と比較すると、つぎのように評価することができる。１）ＳＵＳ３０４鋼は耐食性が低いのに対し、本発明のばね鋼の耐食性はそれより高い。２）ＳＵＳ３０４よりは耐食性がすぐれているＳＵＳ３１６鋼が強度不足であるのに対し、本発明のばね鋼の強度はそれより高い。３）現在のところ性能的に最良といえるＳＵＳ３１６Ｎ鋼にくらべ、同等以上の強度を有する。これらの関係は、図１および図２にみるとおりである。
【００３０】
その上で本発明のばね鋼は、価格を高くする合金成分すなわちＭｏおよびＮｉの量を低減したからコストが低く、とくにＳＵＳ３１６Ｎ鋼にくらべれば著しく低い。したがって、薬剤容器のコイルばねのような、費用をかけられない用途に向ける材料として好適である。
【００３１】
本発明に関して特筆すべきことは、第二の態様すなわちＮｉの含有量が８．０〜８．５％の低い領域にあるばね鋼の方が、加工硬化により強度が増大する度合いが大きいことである。耐食性は、孔食電位の測定にもとづく評価と、実用試験とでは逆になっていて、一概にいえないが、第一の態様に実質上劣らないということである。本発明の第二の態様は、より低減されたコストにおいて、高性能のばねを提供することに成功した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一および第二の態様のばね鋼が示す、強度（引張り強さ）および耐食性（孔食電位）の存在する領域を、既知のばね用材料であるＳＵＳ３０４，３１６および３１６Ｎのそれらと対比して示したグラフ。
【図２】本発明の第一および第二の態様のばね鋼について、塩化第二鉄溶液浸漬試験の結果を、既知のばね用材料であるＳＵＳ３０４，３１６および３１６Ｎのそれらと対比して示したグラフ。
【図１】
2005029823.tif 000012
【図２】
2005029823.tif 000013