JP2004060043A

JP2004060043A - Wire for interdental brush and interdental brush product

Info

Publication number: JP2004060043A
Application number: JP2002252022A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Suzuki; 鈴木　陽一
Original assignee: Nippon Seisen Co Ltd
Current assignee: Nippon Seisen Co Ltd
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP4277132B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wire for a brush which has high strength and high elasticity, and has reduced buckling and breaking, and has increased durability and operability as an interdental brush, and to provide interdental brush product by the wire. <P>SOLUTION: The wire for an interdental brush is formed of an austenitic stainless steel wire having a composition comprising, by mass, 0.08 to 0.15% C, ≤1.0% Si, ≤2.0% Mn, 4.5 to 7.0% Ni, 15.5 to 17.5% Cr and 0.05 to 0.30% N, and in which 2C+N is controlled to 0.3 to 0.6%, and having a tensile strength of ≥1,200 MPa at an elongation at break of 40 to 60% by a tensile test. The wires are twisted with each other, and brush bristles are held therebetween to produce the interdental brush product. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作性と耐久性にすぐれ、洗浄用あるいは清掃用などとして用い得る改良された歯間ブラシ軸線用のワイヤーと、該ワイヤーを用いてなる歯間ブラシ製品に関する。
【０００２】
【従来技術】
歯間ブラシは、軸線となる金属細線を例えば２つに折り曲げてより合わせ、その間にブラシ毛束を挟持固定するとともに、その基端部には太径の樹脂材料などでなる把持部を設けたものであって、前記金属細線は、狭い歯間への挿通性と曲げ変形・座屈に耐え得る強度、並びに衛生的配慮から、例えば０．２〜０．４ｍｍ程度の太さのステンレス鋼ワイヤーが一般に使用されている。
【０００３】
ところで、このような細い軸線によって構成した歯間ブラシで、強固に付着した歯垢や歯間に残る残留物などを確実に除去する為には、繰り返してブラッシングされるものの、例えば前記軸線が軟らかく容易に変形したり、破断しやすいものではこのようなブラッシングには適さず、歯間ブラシ製品としての適性を欠くものであり、ワイヤー自体の適否が極めて重要である。また、このブラシ製品は、前記したようにワイヤー同士を強くより加工しブラシ毛を挟持するものであることから、ばね線のように強度を大きくしたものでは、より加工でのスプリングバックによってブラシ毛の保持が困難となることから、逆に軟質特性のものが望まれる。このように歯間ブラシは、これを使用する場合と製造する場合とで相反する関係にあり、調和された特性の金属ワイヤーが求められている。
【０００４】
従来、このような用途に用いるワイヤーとしては、例えばＳＵＳ３０４や３１６材などの一般的な軟質ステンレス鋼線が容易に着想され、実際に使用されてはいるものの、これらワイヤーを歯間に挿通しやすい前記太さにしたものでは、ブラッシングに耐える強度（断線）が確保されず、寿命的に短いという問題がある。この為、例えば特開平７−２２７３１５号公報、特開平１０−１５２７５８号公報、特開平１１−３４６８３１号公報などが提案されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記各公報はいづれも用いる金属ワイヤーの種類、分量を規定した歯間ブラシに関するものであって、例えば、前者特許ではＣｏを３０〜６０％含有したＣｏ合金によるものとし、一方、次公報及び最後者公報では、ＭｎやＮを高くすることで強度を大きくしたステンレス鋼線で構成することとしているが、これら従来技術によるワイヤーはいづれも引張強さ９００〜１１００ＭＰａ程度に留まる比較的軟らかいものであり、特に強固なブラッシングの為の歯間ブラシとしては十分とは言い難いものである。
【０００６】
また、前者公報による歯間ブラシでは、高価なＣｏを多量に含有することから材料コストが大きく、しかもその実施例として示されている合金は、いづれも１０〜３０％程度と多量のＮｉを含んでいることからＮｉアレルギーの問題も懸念されるものである。したがって、この線材については、例えば線表面に樹脂被覆などを施してＮｉ溶出が生じないようにしておくことが必要となり、工程や手間の付加、コストアップなどの問題が生じるなど好ましいものとは言い難い。
【０００７】
一方、ステンレス鋼である次特許では、その実施例として１７〜１９％の高Ｍｎ，かつ０．６５％以上の高Ｎを添加したものについてのみ例示されているが、このように多量のＮやＭｎを含有するものでは、溶解や熱間圧延に高度の技術が必要となるばかりでなく、伸線加工やより加工において材料割れが生じやすく、加工歩留りが著しく低いという加工上の問題がある。この為、材料コストアップにより製品の普及を妨げるとともに、割れを内存したようなものでは到底ブラシ製品としての安全性を欠くものとなる。
【０００８】
また最後者公報のものについても、得られた引張強さや伸びなどの機械的特性は前記各特許のものに比して同等程度のものであり、また成分的にも、約１０％程度のＮｉを含んでいることからＮｉアレルギーの問題や材料費が高いなどの点において未だ改善の余地が残されている。
【０００９】
このように、従来から提案されてきた各金属材料は、歯間ブラシとして十分な強度特性のものではなく、操作性、耐久性などにおいて満足できるものとは言い難い。そこで、本発明者はこれら要件を満足する新たな材料開発に取り組み、ここにその完成を見た。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
すなわち本発明は、質量で、Ｃ：０．０８〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：４．５〜７．０％，Ｃｒ：１５．５〜１７．５％，Ｎ：０．０５〜０．３０％を含有するとともに２Ｃ＋Ｎを０．３〜０．６％に調整したオーステナイト系ステンレス鋼線でなり、かつ該線の引張り試験における破断伸び４０〜６０％、引張強さ１２００ＭＰａ以上の特性を備えることを特徴とする歯間ブラシ用ワイヤーである。
【００１１】
また、請求項２発明では、前記ステンレス鋼線は、前記引張試験における０．２％耐力に位置するポイントＡと最大応力を示すポイントＢとを結ぶ直線Ｘの傾きが５０〜３００Ｎ／ｍｍ２の範囲内にしたものであり、請求項３の発明では、前記ステンレス鋼線は、ヤング率１６００００〜１９００００ＭＰａとするものである。
【００１２】
さらに請求項４の発明は、前記いづれかに記載のブラシ用ワイヤー同士をより合わせて、該ワイヤー間にブラシ毛を挟持固定し構成したことを特徴とする歯間ブラシ製品である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
このように、本願請求項１の発明によれば、オーステナイト系ステンレス鋼としての基本組成であるＮｉを低く抑えながらも、高強度特性とする為にＣを高めるとともに、侵入型元素で結晶粒を微細化できるＮを添加し、さらに２Ｃ＋Ｎを０．３〜０．６％に調整することによって、４０〜６０％の大きな伸びを有しながらも、引張強さ１２００ＭＰａ以上の高強度特性を有するものとしている。
【００１４】
そして、このような強度特性とすることにより、ワイヤー同士のより合わせ加工ではスプリングバックを抑えてブラシ毛の保持を確実にし、一方、こうしてなるブラシ製品を使用する場合には、前記より加工での加工硬化によって高強度で弾性を高め曲がり変形を防ぐとともに、操作性や耐久性を高めた歯間ブラシの提供を可能にする。なお本発明では、前記引張試験はＪＩＳＧ２２４１「金属材料引張試験方法」によるものとする。
【００１５】
また本発明では、高強度を得る為に侵入型元素であるＣ及びＮを高めることとしているが、この場合、ＣはＣｒと結合してＣｒ炭化物を発生させ、またＮも窒化物を発生させることから、これら元素を固溶させて安定化させ、かつ前記Ｎｉアレルギーの発生を抑える観点から、特にＮｉを４．５〜７％と低くすることで解決することを特徴の一つとしている。
【００１６】
すなわち、図２はオーステナイト系ステンレス鋼におけるＣ及びＮの固溶度と熱処理温度との関係を示すものであって、この結果によれば、Ｎｉが少ないもの程より多くのＣやＮを固溶できることを示しており、したがって高強度なワイヤーの提供が可能となる。また同じＮｉ量のステンレス鋼であっても、より低い温度での熱処理が可能であることから、過度の加熱によって強度を下げるというようなことがないことからも有効である。
【００１７】
なお、本発明で２Ｃ＋Ｎの値を前記０．３〜０．６％に設定する理由は、前記したように高強度特性を得るためには結晶粒を微細化してより多く含有させ、軟質状態で引張強さ１２００ＭＰａ以上の強度を持たせる為には０．３％以上にしておくことが好ましく、一方、その量が０．６％を越える程多く含有させると完全な固溶状態が得られにくくなって、前記炭化物や窒化物の発生を齎せることとなり、より好ましくは０．３３〜０．５％とする。
【００１８】
また、前記ブラシ用ワイヤーは、前記所定組成としたステンレス鋼線を最終仕上げ線径にまで冷間加工によって細径化し、例えば１０００〜１１５０℃程度の固溶化熱処理を施すことで得られるが、さらに該熱処理後、例えば１〜５％程度の軽度スキンパス加工を行なって剛性を高めることもできる。この場合、前記冷間伸線加工をダイヤモンドダイスでの湿式伸線加工で行ったものでは、得られる線材の表面粗さ（Ｒａ）を例えば１μｍ以下の光輝平滑表面とすることができ、曲げや捻り加工での切欠き破断などの発生を抑え得る利点がある。
【００１９】
こうして得られた歯間ブラシ用のワイヤーは、前記した高い伸びとともに引張強さ１２００以上（好ましくは１３００〜１５００ＭＰａ）のすぐれた特性を備えるものとなり、したがって、ブラシ製品に加工する場合には高い伸び特性によってより加工時でのスプリングバックを抑え、また、これを使用する場合には、前記より加工によってさらに加工硬化され大きな弾性を持たせることができ、相反する前記両状態において有効なものとなる。
【００２０】
また本発明では、前記引張試験におけるワイヤーの０．２％耐力に位置するポイントＡと、最大応力を示すポイントＢとを結ぶ直線Ｘの傾きについて前記所定範囲にすることとしているが、その理由は、前記より加工での加工硬化によってさらにその弾性を高めたものとすることによって、座屈に耐え得る特性にすることを意図しており、その算出は、図３に示すような応力歪線図より、その傾きとして求めることができる。
【００２１】
すなわち、図３の線図によれば、試験開始当初は応力と歪が直線的に変化する弾性域を示し、次にその変化状態が異った塑性域を経て、やがて破断に至ることとなる。その場合、前記弾性域内ではこれを除荷してもほぼ完全に元の状態に戻ることができるが、それを過ぎた塑性域では永久歪が生じて、荷重除荷しても残留歪が生じたものとなる。一般的に、このような境界点（Ｏ）の歪量は１〜２％程度の所に生じるものと言われており、降伏点や耐力等の算定ポイントとして示される。
【００２２】
また歯間ブラシ製品は、前記ワイヤー同士を強くより合わせて構成するものであって、より加工では実質的に塑性域内での加工となり、したがって、ワイヤーはより加工によって加工硬化を起こして弾性を高めるが、伸びが大きいことからスプリングバックは少ないものである。したがって、これをブラシ製品として使用する場合には弾性に優れた高強度のものとなり、こうした面より、より好ましくは該ワイヤーの０．２％耐力（σ０．２）を比較的低く抑えながらも塑性域内での応力上昇率を高めたものとするのがよく、このことから、前記両関係を満足させることができる。
【００２３】
すなわち、図３の応力歪線図によれば、前記引張強さ（σ）に対する耐力（σ０．２）の比率（耐力比（σ／σ０．２×１００））を３５〜５５％と低く抑えながらも、塑性域内での応力上昇率が大きくなっていることが伺えるる。なお本形態のワイヤーでは、この応力上昇率が、前記５０〜３００Ｎ／ｍｍ２範囲内のものとしている。
【００２４】
また前記したように、本発明では破断伸びを４０〜６０％、引張強さ１２０，０００ＭＰａ以上としているが、伸びが４０％未満のものでは、歯間ブラシとしてより強く捻り加工する場合にスプリングバックが大きくなって、ブラシ毛の挟持が困難であり、一方、６０％を越える程大きくしても、より加工での加工歩留りへの効果が期待できず、また熱処理条件や成分などを調整してもこれを越える程高い特性にすることができず、限界がある。より好ましくは４５〜５０％とし、また引張強さについても、捻り合わせ線の状態で大きな弾性を持たせ、歯間ブラシとして操作性を向上させるものとする必要から、より好ましくは１２０，０００〜１５０，０００ＭＰａとするのがよい。また、前記弾性域内でのヤング率についても、例えば１６０，０００〜１９０，０００ＭＰａとするのがよく、このヤング率は、前記引張試験の弾性域内での線の傾きより求めることができる。
【００２５】
また、本発明では前記伸び特性とともに、前記引張試験において予歪５％を負荷した後に除荷した時の形状回復率が８〜２５％（好ましくは８〜１５％範囲）となるように調整したものとすることも好ましい。
【００２６】
この形状回復率は、前記図３の応力歪線図において、予歪量５％（τ０）の負荷を加え、この歪量に達した時にこれを除荷して、その時の回復量（τ１）との比率（Ａ）＝｛τ１／τ０×１００｝％で以って示されるものであり、回復率が大きいもの程、曲がりにくいものであること、すなわち高弾性であることを意味している。
【００２７】
次に、本発明において用いるステンレス鋼線の各組成を前記範囲にする理由について説明する。
【００２８】
Ｃ≦０．０８〜０．１５％
Ｃは、侵入型元素であって、ステンレス鋼線として強度を高めるのに有効な元素であるが、一方、Ｃｒと結合しやすく炭化物を生成させて、耐食性を低下させることとなる。この為、高強度のワイヤーとする為に少なくとも０．０８％以上の添加とするが、前記炭化物の発生を抑える必要から、０．１５％以下とした。より好ましくは、０．０９〜０．１２％とする。
【００２９】
Ｓｉ≦１．０％
Ｓｉは鋼溶製時に脱酸剤として用いられているが、多量に含有すると伸線加工などでの加工性が阻害されることから、その上限を１．０％とした。
【００３０】
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、Ｎｉとともにオーステナイトを生成させ、また線材の靭性を高める為のＮをより多く固溶させることで有効であるが、一方、熱間加工性への影響もあることから２．０％以下、より好ましくは１．０％以下とする。
【００３１】
Ｎｉ：４．５〜７．０％
Ｎｉはオーステナイトの生成元素としてその安定化の為に有効であり、またその添加によって耐食性や伸線加工性の向上を図ることができるが、一方ではＮｉアレルギーの問題や、前記したＣ，Ｎを固溶させることの必要性からより低くすることが望まれ、こうしたことから４．５％以上７．０％以下、より好ましくは５〜６％とする。
【００３２】
Ｃｒ：１５．５〜１７．５％
Ｃｒもまたステンレス鋼におけるＮ固溶量の増加、並びに耐食性や強度向上などにおいて欠くことのできない元素であるが、一方ではフェライト生成元素ともなり得るものである。この為、口腔内での使用に耐える耐食性をもたせる為には少なくとも１５．５％以上の含有が有効であるが、１７．５％を越える程多くしたものでは、シグマ相を発生させて脆化が生じ易いものとなり、より好ましくは１６．０〜１７．０％とする。
【００３３】
Ｎ：０．０５〜０．３０％
Ｎは前記したように侵入型の元素であって、結晶粒を微細にして高強度特性をもたらし、またオーステナイト相を安定にして耐食性を高めることから有効であり、少なくとも０．０５％の添加が必要である。しかし、０．３％を越える程多くを含有させたものでは、前記Ｎｉ量に抑制しただけでは通常の製造プロセスにおける窒化物を完全に固溶させることができず、こうした点より、０．０５〜０．３０％、好ましくは０．１５〜０．２％とする。
【００３４】
また本発明では、その他元素として例えばＭｏ：０．０５〜０．５％及びＣｕ：０．３〜１．０％を添加し、耐食性やステンレス鋼基地を強化して剛性を大きくすることも有効である。しかし、これら元素を多量に添加すると高温での粒界脆化を促進し、熱間加工性が阻害され、高温割れを起こし易くなり、また、Ｈ量についても、水素脆性を抑えるよう４ＰＰＭ以下にしておくことも好ましい。その為の方法として、例えばロッドあるいは素線状態での熱処理として、水素を含まないＡｒ雰囲気中などで加熱処理し、脱水素するのが容易である。この場合の処理温度としては、固溶化熱処理程度の温度で行なわれる。
【００３５】
本発明の前記ステンレス鋼線は、このような組成を含むとともに、前記Ｃ，Ｎ，Ｎｉを各々所定範囲に調整し、残部不可避不純物とＦｅによって構成される。
【００３６】
一方、こうして構成してなる線材は、前記従来技術の中で説明し、また図１の歯間ブラシ製品１として示すように、２つに折り曲げた直線状の前記線材２間に、多数のブラシ毛３を挟み込んでより合わせた棒状ブラシとし、さらにその他端側には、手で扱い易い形態・太さに成形された樹脂製の把持部４に一体化されている。
【００３７】
該ブラシ製品は、歯間への挿通を容易にする必要からブラシ毛３は、それに適する長さに切断されたものが用いられ、ブラシ全体に亙って同一長さのもの、あるいは、ブラシの先端側に向かってその長さを短くしたテーパー型や太鼓型などとして用い得る。
【００３８】
また、ブラシ毛と前記線材間でのより合わせて挟持する場合、両者の接触部を接着剤などで接合し、ブラシ毛の抜け落ちを防止するよう強固に固着させたものでもよい。
【００３９】
以下、実施例により本発明をさらに詳述する。
【００４０】
【実施例】
表１に示す組成のステンレス鋼線をダイヤモンドダイスによる湿式冷間伸線加工によって０．２５ｍｍに細径化するとともに、１０５０℃×１〜１０ｓｅｃの光輝熱処理を施してブラシ用ワイヤーを得た。得られた線の表面粗さ（Ｒａ）はいづれも０．７μｍ以下の光輝な平滑表面のものであり、表面欠陥等は何ら見られなかった。
【００４１】
【表１】

【００４２】
この中で、試料１〜５は本発明に係る実施例品であり、他方、試料６〜１０は比較の為に用いた従来の比較例品である。試料６はＣｏを多量に含む前記公報に基づくＮＡＳ６０４ＰＨ材であり、試料７はＭｎとＮｉを高め、さらＮを添加したＮＡＳ１０６Ｎ材、また試料８は、Ｎｉを大きく削減してＭｎで置換し、かつ０．７％と多量のＮを添加した１８Ｍｎ，Ｎ材、試料９は従来から一般的に用いられていたＳＵＳ３０４材、試料１０はＭｏを含有することで耐食性を高めたＳＵＳ３１６Ｌで構成したものである。
【００４３】
こうして細径化したワイヤーの伸線加工性と、その機械的特性を表２にまとめて示す。なお、引張り試験は前記説明した引張り試験方法により、標点距離１００ｍｍ、試験速度３０ｍｍ／分で行なったものであり、また耐食性は塩水噴霧試験と、厚生省昭和６０年薬審２９４号によるＮｉ溶出試験、変色試験で評価し、各々◎は優、○は良、△は適、×は不適であることを示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
この中で、実施例とした試料１〜５は伸線加工性において問題なく、また伸び４３〜５０％と引張強さ１３５０ＭＰａという高い特性を備えるものであった。これに対し、試料６では伸線加工性に劣り４０％加工毎に熱処理が必要となり、試料７の線材では伸線加工では問題ないものの、引張強さと伸びがやや低く、また試料８では、伸線加工性に劣り歩留りが低いという欠点があった。一方、一般的ステンレス鋼である試料９，１０の線材では、伸線加工性には問題なく歩留りも高いものであったが、機械的特性に劣り歯間ブラシとして不十分であることが確認された。
【００４６】
また、本発明の線材によるワイヤーでは、形状回復率が１０〜１５％とＳＵＳ３０４などに比して大きいものとなっており、また、耐食性においてもＮｉ溶出量及び変色試験とも満足でき、また、塩水噴霧試験での発銹もほとんど認められなかった。
【００４７】
次に、ブラシ製品についての試験結果について説明する。試験は、より加工する場合のスプリングバックの発生程度と、耐座屈性について行なったものであり、スプリングバックは２本の線材同士をより加工した後にこれを開放した時のも戻り角度の大小で求め、一方、耐座屈性についてはより合わせしたより線をスパン２００ｍｍにセットした線の一端を１．８ｒｐｍで捻り、破断するまでの捻り回数を求めたものであり、またスプリングバッグについては、２本の線材を撚り合わせた後、開放してその時の戻り角度で求め、さらに座屈強度については、撚られた長さ２ｃｍの線をＵ字状に曲げていき、その荷重の大小で評価した。
【００４８】
その結果、本発明の線材によるブラシ製品は、いづれの試験においても満足できるものであり、長寿命で操作性に優れることが確認された。また本発明では、線材の成分としてＣ＋Ｎを所定範囲にして、Ｃ，Ｎを各々調整添加するとともに、Ｎｉを低減することで強化と結晶粒の微細化、並びにＮｉアレルギーへの対応を図るものとしている。なお、結晶粒の大きさについては、本試験ではＪＩＳＧ０５５１に規定されている「オーステナイト結晶粒度試験方法」により示しており、いづれも１０番以上（断面積１ｍｍ２あたり８０００ケ以上の粒度）の微細オーステナイト組織を有するものであった。
これによって、靭性を高めることとなり好ましいものである。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による歯間ブラシ用ワイヤー並びにこのワイヤーでなるブラシ製品は、ステンレス鋼の中でもＮｉ，及びＣ，Ｎを調整することによって、伸線加工性に優れるとともに、大きな伸び特性と強度を具える特性とし、歯間ブラシ製品として、挿通性と操作性を高めて、座屈や耐久性の問題を解決するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】歯間ブラシ製品の一形態を示す平面図。
【図２】オーステナイト系ステンレス鋼におけるＮｉ量とＣ，Ｎの固溶状態を示す関係図。
【図３】ブラシ用ワイヤーの引張試験結果を示す線図。
【符号の説明】
１：歯間ブラシ製品
２：ステンレス鋼線材
３：ブラシ毛
４：把持部

[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improved wire for an interdental brush axis which is excellent in operability and durability and can be used for washing or cleaning, and an interdental brush product using the wire.
[0002]
[Prior art]
The interdental brush is formed by, for example, bending a thin metal wire serving as an axis line into two pieces and twisting them together, sandwiching and fixing the brush bristle bundle therebetween, and providing a grip portion made of a large-diameter resin material or the like at the base end thereof. Wherein the fine metal wire is a stainless steel wire having a thickness of, for example, about 0.2 to 0.4 mm from the viewpoint of penetrability between narrow teeth, strength capable of withstanding bending deformation and buckling, and sanitary considerations. Is commonly used.
[0003]
By the way, in order to reliably remove plaque and residue remaining between teeth with an interdental brush constituted by such a thin axis, although it is repeatedly brushed, for example, the axis is soft. If the wire easily deforms or breaks, it is not suitable for such brushing and lacks suitability as an interdental brush product, and the suitability of the wire itself is extremely important. Further, as described above, since the brush product sandwiches the brush bristles by processing the wires more strongly as described above, the brush bristles obtained by increasing the strength of the brush bristles such as spring wires by the spring back in the processing are further used. On the contrary, it is desirable to use a material having a soft property, since it is difficult to maintain such a material. As described above, the use and manufacture of the interdental brush are in conflict with each other, and a metal wire having harmonized characteristics is required.
[0004]
Conventionally, as a wire used for such an application, for example, a general soft stainless steel wire such as SUS304 or 316 is easily conceived and used, but it is easy to insert these wires between teeth. In the case of the above-mentioned thickness, there is a problem that the strength (disconnection) that can endure brushing is not secured and the life is short. For this reason, for example, JP-A-7-227315, JP-A-10-152758, and JP-A-11-346831 have been proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, each of the above publications relates to an interdental brush in which the type and amount of a metal wire to be used are specified. For example, in the former patent, a Co alloy containing 30 to 60% of Co is used. And, in the last gazette, the strength is increased by increasing Mn and N, and the stainless steel wire is increased in strength. However, any of these conventional wires is relatively soft having a tensile strength of about 900 to 1100 MPa. However, it is hardly sufficient as an interdental brush for strong brushing.
[0006]
Further, the interdental brush according to the former publication has a large material cost because it contains a large amount of expensive Co. In addition, the alloys shown as the examples each contain a large amount of Ni of about 10 to 30%. Therefore, the problem of Ni allergy is also a concern. Therefore, for this wire, it is necessary to apply a resin coating or the like to the wire surface to prevent Ni from being eluted, which is preferable because it causes problems such as additional steps, labor and cost. hard.
[0007]
On the other hand, in the following patent which is a stainless steel, as an example, only the case where high Mn of 17 to 19% and high N of 0.65% or more are added is exemplified. Those containing Mn not only require advanced techniques for melting and hot rolling, but also have a problem in working that wire cracking and working are more likely to cause material cracking, resulting in extremely low working yield. For this reason, the increase in material costs hinders the spread of the product, and any product that contains cracks will lack safety as a brush product at all.
[0008]
Also, the mechanical properties such as tensile strength and elongation obtained in the last publication are comparable to those of the above-mentioned patents, and the composition is about 10% of Ni. However, there is still room for improvement in terms of Ni allergy and high material costs.
[0009]
As described above, conventionally proposed metallic materials do not have sufficient strength characteristics as an interdental brush, and are not satisfactory in operability, durability, and the like. The present inventor has worked on the development of a new material that satisfies these requirements, and has seen its completion here.
[0010]
[Means for solving the problem]
That is, in the present invention, C: 0.08 to 0.15%, Si ≦ 1.0%, Mn ≦ 2.0%, Ni: 4.5 to 7.0%, and Cr: 15.5 to 0.5% by mass. An austenitic stainless steel wire containing 17.5%, N: 0.05 to 0.30% and 2C + N adjusted to 0.3 to 0.6%, and a breaking elongation of the wire in a tensile test of 40. It is a wire for an interdental brush, characterized in that it has characteristics of about 60% and a tensile strength of 1200 MPa or more.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, in the stainless steel wire, a slope of a straight line X connecting a point A located at 0.2% proof stress and a point B indicating a maximum stress in the tensile test is in a range of 50 to 300 N / mm2. In the invention of claim 3, the stainless steel wire has a Young's modulus of 160000 to 190000 MPa.
[0012]
A fourth aspect of the present invention is an interdental brush product, wherein the brush wires according to any one of the above are twisted together, and brush hairs are sandwiched and fixed between the wires.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Thus, according to the invention of claim 1 of the present application, while suppressing the Ni, which is the basic composition of the austenitic stainless steel, to be low, the C is increased for high strength properties, and the crystal grains are reduced by the interstitial element. By adding N that can be refined and adjusting 2C + N to 0.3-0.6%, it has high elongation of 40-60% but high tensile strength of 1200 MPa or more. And
[0014]
And, by adopting such a strength characteristic, in the twisting processing of the wires, the springback is suppressed and the retention of the bristle is ensured. On the other hand, when the brush product thus formed is used, the twisting processing is performed in the above-described manner. It is possible to provide an interdental brush that has high strength and elasticity by work hardening, prevents bending deformation, and has improved operability and durability. In the present invention, the tensile test is based on JIS G2241 “Metallic material tensile test method”.
[0015]
In the present invention, C and N, which are interstitial elements, are increased in order to obtain high strength. In this case, C combines with Cr to generate Cr carbide, and N also generates nitride. Therefore, from the viewpoint of dissolving and stabilizing these elements and suppressing the occurrence of the Ni allergy, it is one of the features to solve the problem by reducing Ni to 4.5 to 7%.
[0016]
In other words, FIG. 2 shows the relationship between the solid solubility of C and N in austenitic stainless steel and the heat treatment temperature. According to this result, the smaller the amount of Ni, the more solid C and N are dissolved. This indicates that it is possible to provide a high-strength wire. Further, even with stainless steel having the same Ni content, heat treatment can be performed at a lower temperature, which is effective in that the strength is not reduced by excessive heating.
[0017]
In the present invention, the reason for setting the value of 2C + N to the above-mentioned 0.3 to 0.6% is that, as described above, in order to obtain high strength characteristics, the crystal grains are made finer and contained more, and in the soft state. In order to have a tensile strength of 1200 MPa or more, the content is preferably set to 0.3% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.6%, it is difficult to obtain a complete solid solution state. As a result, carbides and nitrides are generated, and the content is more preferably 0.33 to 0.5%.
[0018]
Further, the brush wire is obtained by reducing the diameter of the stainless steel wire having the predetermined composition to a final finished wire diameter by cold working and performing a solution heat treatment at about 1000 to 1150 ° C., for example. After the heat treatment, for example, a slight skin pass process of about 1 to 5% may be performed to increase rigidity. In this case, in the case where the cold drawing is performed by wet drawing with a diamond die, the surface roughness (Ra) of the obtained wire can be, for example, a bright and smooth surface of 1 μm or less. There is an advantage that occurrence of notch breakage or the like in twisting can be suppressed.
[0019]
The wire for an interdental brush obtained in this way has excellent tensile strength of 1200 or more (preferably 1300 to 1500 MPa) together with the above-described high elongation, and therefore has a high elongation when processed into a brush product. Due to the characteristics, the springback at the time of processing is further suppressed, and when this is used, it can be further hardened by the above-mentioned processing and can have a large elasticity, which is effective in the opposite states. .
[0020]
Further, in the present invention, the inclination of the straight line X connecting the point A located at the 0.2% proof stress of the wire and the point B indicating the maximum stress in the tensile test is set to be within the predetermined range. It is intended that the elasticity is further enhanced by work hardening in the working, so that the characteristics can withstand buckling, and the calculation is performed by a stress-strain diagram as shown in FIG. Thus, the inclination can be obtained.
[0021]
That is, according to the diagram of FIG. 3, at the beginning of the test, the stress and strain show an elastic region in which the stress and strain change linearly, and then the state of change changes through a different plastic region, and eventually breaks. . In that case, even if the material is unloaded in the elastic region, it can be almost completely returned to the original state, but in the plastic region beyond that, permanent strain occurs, and even when the load is unloaded, residual strain occurs. It will be. Generally, it is said that such a distortion amount at the boundary point (O) occurs at a place of about 1 to 2%, and is indicated as a calculation point such as a yield point or a proof stress.
[0022]
In addition, the interdental brush product is a structure in which the wires are strongly twisted together, and the more the processing, the more substantially the processing is in the plastic region, and therefore, the more the processing causes the hardening of the wire to increase the elasticity. However, springback is small due to large elongation. Therefore, when this is used as a brush product, it has high strength with excellent elasticity. From such a surface, it is more preferable that the 0.2% proof stress (σ0.2) of the wire is relatively low and the plasticity is low. It is preferable that the rate of increase in stress in the region be increased, and from this, both of the above relationships can be satisfied.
[0023]
That is, according to the stress-strain diagram of FIG. 3, the ratio of the proof stress (σ0.2) to the tensile strength (σ) (proof stress ratio (σ / σ0.2 × 100)) is suppressed as low as 35 to 55%. However, it can be seen that the rate of stress rise in the plastic region is large. In the wire of the present embodiment, the stress increase rate is in the range of 50 to 300 N / mm2.
[0024]
Further, as described above, in the present invention, the breaking elongation is set to 40 to 60% and the tensile strength is 120,000 MPa or more. Becomes large and it is difficult to pinch the brush bristles. On the other hand, even if it exceeds 60%, the effect on the processing yield in the processing cannot be expected, and the heat treatment conditions and components are adjusted. However, it is not possible to make the characteristics higher than this, and there is a limit. More preferably, it is set to 45 to 50%, and the tensile strength is more preferably 120,000 to 100, because it is necessary to provide a large elasticity in the state of the twisted line and to improve the operability as an interdental brush. The pressure is preferably 150,000 MPa. The Young's modulus in the elastic range is preferably, for example, 160,000 to 190,000 MPa. The Young's modulus can be obtained from the slope of the line in the elastic range in the tensile test.
[0025]
In the present invention, together with the elongation characteristics, the shape recovery rate when unloading after applying a prestrain of 5% in the tensile test is adjusted to be 8 to 25% (preferably 8 to 15% range). It is also preferable to use
[0026]
The shape recovery rate is obtained by applying a load of 5% (τ0) of pre-strain in the stress-strain diagram of FIG. 3 and unloading when the amount of pre-strain reaches this amount, and recovering the amount (τ1) at that time. (A) = {τ1 / τ0 × 100}%, and the higher the recovery rate, the more difficult it is to bend, that is, the higher the elasticity. .
[0027]
Next, the reason why each composition of the stainless steel wire used in the present invention is in the above range will be described.
[0028]
C ≦ 0.08-0.15%
C is an interstitial element and is an effective element for increasing the strength as a stainless steel wire, but on the other hand, it is likely to bond with Cr to form carbides, thereby reducing corrosion resistance. For this reason, at least 0.08% or more is added in order to obtain a high-strength wire. However, since it is necessary to suppress generation of the carbide, the content is set to 0.15% or less. More preferably, it is set to 0.09 to 0.12%.
[0029]
Si ≦ 1.0%
Although Si is used as a deoxidizing agent when smelting steel, if it is contained in a large amount, the workability in wire drawing or the like is impaired, so the upper limit was made 1.0%.
[0030]
Mn: 2.0% or less Mn is effective in forming austenite together with Ni and dissolving more N to increase the toughness of the wire, but also has an effect on hot workability. Therefore, it is set to 2.0% or less, more preferably 1.0% or less.
[0031]
Ni: 4.5 to 7.0%
Ni is effective for stabilizing austenite as an element to form austenite. Addition of Ni can improve corrosion resistance and wire drawing workability. From the necessity of forming a solid solution, it is desired to lower the content. For this reason, the content is set to 4.5% or more and 7.0% or less, and more preferably 5% to 6%.
[0032]
Cr: 15.5 to 17.5%
Cr is also an element that is indispensable in increasing the amount of N solid solution in stainless steel and improving corrosion resistance and strength, but can also be a ferrite forming element. For this reason, at least 15.5% or more is effective for imparting corrosion resistance that can withstand use in the oral cavity, but if the content exceeds 17.5%, a sigma phase is generated and embrittlement occurs. Is more likely to occur, more preferably 16.0 to 17.0%.
[0033]
N: 0.05 to 0.30%
N is an interstitial element, as described above, and is effective because it makes the crystal grains fine and provides high strength properties, and is effective in stabilizing the austenite phase and increasing the corrosion resistance. At least 0.05% of N is effective. is necessary. However, when the content is so large as to exceed 0.3%, the nitride in the ordinary production process cannot be completely dissolved in the ordinary production process only by suppressing the Ni content. To 0.30%, preferably 0.15 to 0.2%.
[0034]
In the present invention, it is also effective to add, for example, Mo: 0.05 to 0.5% and Cu: 0.3 to 1.0% as other elements to strengthen corrosion resistance and stainless steel matrix to increase rigidity. It is. However, the addition of a large amount of these elements promotes grain boundary embrittlement at high temperatures, hinders hot workability and easily causes high-temperature cracking. Also, the H content is set to 4 PPM or less to suppress hydrogen embrittlement. It is also preferable to keep it. As a method therefor, for example, as a heat treatment in the state of a rod or a wire, it is easy to carry out a heat treatment in an Ar atmosphere or the like containing no hydrogen to dehydrogenate. In this case, the processing temperature is about the same as the solution heat treatment.
[0035]
The stainless steel wire of the present invention includes such a composition, and adjusts each of C, N, and Ni to a predetermined range, and is composed of the remaining unavoidable impurities and Fe.
[0036]
On the other hand, the wire constituted in this way is explained in the above-mentioned prior art, and as shown as an interdental brush product 1 in FIG. A bar-shaped brush is formed by sandwiching the hairs 3 and twisted together, and the other end is integrated with a resin-made gripping portion 4 formed into a shape and thickness that is easy to handle by hand.
[0037]
In the brush product, the brush bristles 3 are cut to an appropriate length because it is necessary to facilitate the insertion between the teeth, and the brush bristles 3 have the same length over the entire brush or the brush bristles. It can be used as a tapered type or a drum type whose length is reduced toward the distal end.
[0038]
Further, when the brush bristles and the wire are pinched together, the contact portions of both may be joined with an adhesive or the like and firmly fixed so as to prevent the brush bristles from falling off.
[0039]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
[0040]
【Example】
A stainless steel wire having the composition shown in Table 1 was reduced in diameter to 0.25 mm by wet cold drawing with a diamond die, and subjected to a bright heat treatment at 1050 ° C. × 1 to 10 sec to obtain a brush wire. The surface roughness (Ra) of each of the obtained lines was a bright and smooth surface of 0.7 μm or less, and no surface defects or the like were observed.
[0041]
[Table 1]

[0042]
Among them, Samples 1 to 5 are examples according to the present invention, while Samples 6 to 10 are conventional comparative examples used for comparison. Sample 6 is a NAS604PH material based on the above publication containing a large amount of Co, Sample 7 is a NAS106N material in which Mn and Ni are increased and N is further added, and Sample 8 is a material in which Ni is greatly reduced and replaced with Mn. 18Mn, N material to which 0.7% of a large amount of N is added, Sample 9 is a SUS304 material generally used conventionally, and Sample 10 is a SUS316L material containing Mo to enhance corrosion resistance. It is.
[0043]
Table 2 summarizes the drawability of the wire thus reduced in diameter and its mechanical properties. The tensile test was conducted by the above-described tensile test method at a gauge length of 100 mm and a test speed of 30 mm / min. The corrosion resistance was evaluated by a salt spray test and a Ni elution test by the Ministry of Health, Labor and Welfare of Japan, No. 294, 1985. ◎ indicates excellent, は indicates good, △ indicates appropriate, and × indicates inadequate.
[0044]
[Table 2]

[0045]
Among them, Samples 1 to 5 as examples had no problem in wire drawing workability, and had high characteristics of elongation of 43 to 50% and tensile strength of 1350 MPa. On the other hand, Sample 6 is inferior in wire drawing workability and requires heat treatment at every 40% processing. Although the wire rod of Sample 7 has no problem in wire drawing, the tensile strength and elongation are slightly lower. There was a drawback that the wire workability was poor and the yield was low. On the other hand, the wire rods of samples 9 and 10, which are general stainless steels, had a high yield without any problem in wire drawing workability, but were inferior in mechanical properties and insufficient as an interdental brush. Was.
[0046]
Further, the wire made of the wire rod of the present invention has a shape recovery rate of 10 to 15%, which is larger than that of SUS304 or the like. In addition, the corrosion resistance can satisfy both the Ni elution amount and the discoloration test. Almost no rust was observed in the spray test.
[0047]
Next, test results for brush products will be described. The test was conducted on the degree of springback occurrence and the buckling resistance in the case of further processing. The springback was also measured when the two wires were opened after the two wires were further processed. On the other hand, the buckling resistance was obtained by twisting one end of a twisted stranded wire set at a span of 200 mm at 1.8 rpm, and the number of twists until breaking was obtained. After twisting the two wires, open the wire and obtain the return angle at that time. For the buckling strength, bend the twisted 2 cm long wire into a U-shape and determine the magnitude of the load. evaluated.
[0048]
As a result, it was confirmed that the brush product using the wire of the present invention was satisfactory in any of the tests, and had a long life and excellent operability. Further, in the present invention, C + N is set as a component of the wire in a predetermined range, C and N are adjusted and added, and Ni is reduced to strengthen and refine crystal grains and to cope with Ni allergy. I have. In this test, the size of the crystal grains is shown by the “austenite crystal grain size test method” specified in JIS G0551, and in each case, fine austenite of 10 or more (particle size of 8000 or more per 1 mm 2 of cross-sectional area) is used. With tissue.
Thereby, the toughness is enhanced, which is preferable.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, the interdental brush wire according to the present invention and the brush product made of this wire are excellent in wire drawing workability and large elongation characteristics by adjusting Ni, C, and N among stainless steels. It is a product with high strength and strength, and as an interdental brush product, improves penetration and operability to solve problems of buckling and durability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing one embodiment of an interdental brush product.
FIG. 2 is a relationship diagram showing the amount of Ni and the solid solution state of C and N in austenitic stainless steel.
FIG. 3 is a diagram showing a tensile test result of a brush wire.
[Explanation of symbols]
1: interdental brush product 2: stainless steel wire 3: brush bristle 4: gripping part

Claims

By mass, C: 0.08 to 0.15%, Si ≦ 1.0%, Mn ≦ 2.0%, Ni: 4.5 to 7.0%, Cr: 15.5 to 17.5%, N: an austenitic stainless steel wire containing 0.05 to 0.30% and 2C + N adjusted to 0.3 to 0.6%, and the wire has a breaking elongation of 40 to 60% in a tensile test and a tensile strength of A wire for an interdental brush, characterized in that the wire has a strength of 1200 MPa or more.

2. The stainless steel wire according to claim 1, wherein a slope of a straight line X connecting a point A located at 0.2% proof stress and a point B indicating a maximum stress in the tensile test is within a range of 50 to 300 N / mm 2. Wire for interdental brush.

The wire for an interdental brush according to claim 1 or 2, wherein the stainless steel wire has a Young's modulus of 160,000 to 19,000 MPa.

An interdental brush product, characterized in that the brush wires according to any one of claims 1 to 3 are twisted together, and bristles are sandwiched and fixed between the wires.