[規則91に基づく訂正 22.12.2008]
 本出願は、2007年10月10日に出願された日本� �許出願2007-264490号出願、2008年1月9日に出願さ れたPCT/JP2008/050145出願、および2008年6月16日に 出願された日本特許出願2008-157024号出願の優� ��権を主張するものであり、これらの出願の� ��細書は引用することにより本願の開示の一� ��とされる。

  技術分野
 本発明は、鉛を含まない、いわゆる鉛フリ� ��の黄銅に関し、さらに詳しくは鉛を含まな� ��ため水栓金具等に好ましく用いられる、切� ��性、鋳造性、機械特性等に優れた鋳造用黄� ��に関する。

  背景技術
 水栓金具は一般に黄銅や青銅を材料として� ��造されており、その切削性を向上させるた� ��に鉛(Pb)が黄銅では2~3wt%、青銅では4~6wt%程度 添加されている。しかしながら、近年、Pbの� ��体や環境に与える影響が懸念されるように� ��り、各国でPbに関する規制の動きが活発化� �ている。例えば、米国カリフォルニア州で� �、2010年1月より、給水栓のPb含有量を0.25wt%以 下とする規制が発効した。また、Pbの浸出量� ��ついても将来的には5ppm程度までの規制がな されるであろうと言われている。米国以外の 国であっても、その規制の動きは顕著であり 、これらPb含有量またはPb浸出量の規制に対� �した材料の開発が求められている。

 特開平7-310133号公報には、ビスマス(Bi)は� ��黄銅においてPbと類似の挙動を示すことか� �、Pbに代えてをBi添加した黄銅が提案されて� ��る。また、特開2005-290475号公報には、Biを添 加した系において、その切削性を改善するた めホウ素(B)、ニッケル(Ni)等を添加すること� �開示されている。さらに、特開2001-59123号公� ��には、Biを添加した系において、鉄(Fe)を添� ��することで結晶を微細化できるとの知見が� ��示されている。しかしながら、これら従来� ��術が開示する系は、その鋳造性、とりわけ� ��造時の割れにおいて改善の余地を残すもの� ��あった。よって、Pbを含まず、かつ鋳造性� �切削性、機械特性等に優れた黄銅への希求� �依然として存在しているといえる。

  定義
 本発明において、「不可避不純物」とは、� ��に断らない限り、0.1wt%未満の量の元素を意� ��する。但し、Sb、P、As、Mg、Se、Te、Fe、Co、Z r、Cr、およびTiについては不可避不純物に包� ��されるが、その量は本明細書において別途� ��れぞれ定められる量の添加が許容される。� ��の不可避不純物の量は、好ましくは0.05wt%未 満である。
  α相・β相
 本発明による黄銅は、α相とβ相との合計比 率が85%以上、好ましくは90%以上とされる。α� ��とβ相を主体とした結晶組織とすることで� �良好な鋳造性を有する黄銅が実現できる。� �た、本発明にあっては、初晶α相のデンドラ イト晶出は避けることが好ましい。なお、本 発明において、α相とβ相との合計比率は、� �晶断面における面積比を基準とするもので� �り、例えば光学顕微鏡で撮影した結晶組織� �真を画像処理して、α相とβ相との合計面積� ��率として求めることが出来る。

  Bi
 本発明による黄銅は、Biを0.3wt%以上4.0wt%以� �の範囲で含む。Biは、黄銅においてPbと類似� ��挙動を示すことから、Pbに代わりそれと同� �の切削性を付与する。本発明において、良� �な切削性を得るためにはBiは0.3wt%以上とされ る。他方、Biが過剰であると、Biの凝集が生� �る傾向にあり、その凝集した部分が鋳造割� �の起点となるおそれがあるから、その上限� �4.0wt%とされる。本発明の好ましい態様によ� �ば、Biの好ましい下限値は0.5wt%以上であり、 切削性を考慮すると、より好ましくは1.0wt%で あり、また好ましい上限値は3.0wt%以下であり 、より好ましくは2.0wt%以下である。

 なお、本発明によれば、Pbを全く含まな� �とも良好な切削性が実現される。Pbは全く含 まれないことが好ましく、仮に含まれていた としても、それは不可避不純物としての存在 が許容されるに止まる。具体的には、人体や 環境への配慮から0.5wt%以下、好ましくは0.1wt% 以下とされる。

  BおよびSi
 本発明において、Bは結晶(とりわけ初晶β相 )の微細化を促進し、その結果、Biが微細分散 され、鋳造時の割れを有効に防止できる。ま た、Siはβ相中に固溶し、鋳造割れの起点と� �るBiとβ相との界面の破断を緩和する作用を� ��していると推測される。また、本発明によ� ��黄銅は、この微細化の結果、機械的特性に� ��いても良好な性能を示す。

 本発明による黄銅は、BおよびSiを含んで� ��る。その量は、BおよびSiを、それぞれをywt% およびxwt%としたとき、0≦y≦0.3および0≦x≦2 .0であり、かつy>-0.15x+0.015abの関係を満足す る量とされる。ここで、係数aおよびbは、上� ��したBiの添加量および後述する見かけ上のZn 含有量によって、適正とされるBおよびSiの量 が変るので、その補正係数を示すものである 。具体的には、係数aは、Biの量に従い変動し 、Biが0.3≦Bi<0.75wt%、0.75≦Bi<1.5wt%、1.5≦Bi ≦4.0wt%の場合、それぞれ0.2、0.85、および1と� ��る。また、係数bは、見かけ上のZnの量に従� ��変動し、見かけ上のZn含有量が、37%以上41%� �満であるとき1とされ、41%以上45%以下である� ��き0.75とされる。本発明の好ましい態様によ れば、yおよびxは、好ましくは0≦y≦0.03およ� ��0≦x≦1.8の範囲とされ、より好ましくは0≦y ≦0.01および0≦x≦1.5の範囲とされ、かつy>- 0.15x+0.015abの関係を満足する量とされる。結� �を微細化するとの効果のためには上記の下� �値のBの添加が必要であるが、過剰なBの添加 は合金の延伸性の悪化を招くおそれがあるこ とから、その上限は0.3wt%以下とされ、好まし くは0.03wt%、より好ましくは0.01wt%以下である� ��

 また、Bは、Fe、Cr等と金属間化合物を形� �し、ハードスポットを形成して、鋳造後の� �形品の表面加工時に不具合を生じる恐れが� �る。従って表面に平滑性を求めるような場� �には、Bの添加量を小さくするかおよび/また はFe、Cr等の含有量を小さくすることが好ま� �く、具体的にはBは、0.005wt%以下、より好ま� �くは0.003wt%以下とされ、Fe、Cr等は、0.1wt%よ� �少なくすることが好ましい。

 また、Siは、後記するように、Guilletが提� ��したZn当量が10であり、見かけ上のZn含有量� ��増え、結晶組織中にγ相やκ相といった異相 が析出してしまうおそれがある。そこで、本 発明の一つの態様によれば、Siの添加量は2.0w t%以下とされ、好ましくは上限が1.5wt%以下で� ��る。

 本明細書において、見かけ上のZn含有量と� �、Guilletが提唱した以下の式により算出され� ��量を意味する。この式は、Zn以外の添加元� �は、Znの添加と同じ傾向を示すという考え方 に基づく。
  見かけ上のZn含有量(%)=[(B+tq)/(A+B+tq)]×100
 式中、A=Cuwt%、B=Znwt%、tは、添加元素のZn当� �、qは、添加元素の添加量wt%を意味する。そ� ��て、各元素のZn当量は、Si=10、Al=6、Sn=2、Pb=1 、Fe=0.9、Mn=0.5、Ni=-1.3である。BiのZn当量は未� ��明確に規定されていないが、本明細書にあ� ��ては、文献等を考慮して0.6として計算する� ��また、それ以外の元素は、添加量が微量で� ��り、Zn当量の値へ及ぼす影響も小さいため� �1」とした。

  Cu、Zn、およびその他成分
 本発明による黄銅は、銅(Cu)を55wt%以上75wt%� �下含んでなる。Cuが上記範囲を上回ると、初 晶α相のデンドライト晶出によるクラックの� ��生が懸念される。また、Cuが上記範囲を下� �ると、α相の影響は受けがたくなるが、黄銅 として性能の低下が懸念される。本発明の好 ましい態様によれば、Cuの好ましい下限は58wt %であり、好ましい上限は70wt%である。

 なお、見かけ上のZn含有量が37~45%にして� �結晶相をα+β相比率85%以上に調整できれば、 Cu分を上記範囲の上限部分でも利用できるた� ��、Cu分の上限が多くなっている。

 本発明による黄銅は、上述の成分からなる� ��分の残部は実質的に亜鉛(Zn)からなる。
 本発明による黄銅は、黄銅の特性を改質す� ��ために種々の添加成分を含むことが可能で� ��る。また、本発明にあっては不可避不純物� ��存在を排除するものではないが、それらは� ��来るだけ少ないものとされることが好まし� ��。

 本発明の一つの態様によれば、Niを強度� �耐食性の向上のために添加することができ� �。Niの添加による強度や耐食性の向上をより 効果的に得るためには、好ましくはNi0.3wt%以� ��を添加し、他方、過剰なNiは鋳造割れの観� �から避けることが好ましく、その上限は好� �しくは2.0wt%以下である。

 また、本発明の好ましい形態によれば、Ni� �添加量とそれに対応するBおよびSiの量は以� �のように場合分けされる。
 BおよびSiを、それぞれをywt%およびxwt%とし� �とき、
0.1≦Ni<0.3wt%の場合、
(1)0.05ab≦x≦0.75abのとき、0<y≦0.3
(2)0.75ab<x≦2.0のとき、0≦y≦0.3
0.3≦Ni<1.0wt%の場合、
(1)0.05ab≦x≦0.2abのとき、-0.15x+0.03ab<y≦0.3
(2)0.2ab<x≦0.75abのとき、0<y≦0.3
(3)0.75ab<x≦1.75abのとき、0≦y≦0.3
(4)1.75ab<x≦2.0のとき、0.004x-0.007(2-ab)<y≦0. 3
1.0≦Ni≦2.0wt%の場合、
(1)0.05ab≦x≦0.2abのとき、0.02ab<y≦0.3
(2)0.2ab<x≦0.3abのとき、-0.05x+0.03ab<y≦0.3
(3)0.3ab<x≦0.5abのとき、0.015ab<y≦0.3
(4)0.5ab<x≦1.0abのとき、-0.026x+0.028ab<y≦0.3
(5)1.0ab<x≦1.5abのとき、0.011x-0.009(2-ab)<y≦0 .3
(6)1.5ab<x≦2.0のとき、0.0075ab<y≦0.3
(ここで、aは、Biが0.3≦Bi<0.75wt%、0.75≦Bi< 1.5wt%、1.5≦Bi≦4.0wt%の場合、それぞれ0.2、0.85 、および1であり、
 bは、見かけ上のZn含有量が、37%以上41%未満� ��とき1であり、41%以上45%以下のとき0.75であ� �)の関係を満足する量とする。

 また、本発明のさらに好ましい形態によれ� ��、Niの添加量とそれに対応するBおよびSiの� �は以下のように場合分けされる。
 BおよびSiを、それぞれをywt%およびxwt%とし� �とき、
0.1≦Ni<0.3wt%の場合、
(1)0.05ab≦x≦0.3abのとき、0.001ab≦y≦0.3
(2)0.3ab<x≦0.5abのとき、-0.00375x+0.002125ab≦y≦ 0.3
(3)0.5ab<x≦0.75abのとき、-0.001x+0.00075ab≦y≦0. 3
(4)0.75ab<x≦2.0のとき、0≦y≦0.3
0.3≦Ni<1.0wt%の場合、
(1)0.05ab≦x≦0.22abのとき、-0.1375x+0.03125ab≦y≦0 .3
(2)0.22ab<x≦0.3abのとき、0.001ab≦y≦0.3
(3)0.3ab<x≦0.5abのとき、-0.00375x+0.002125ab≦y≦ 0.3
(4)0.5ab<x≦0.75abのとき、-0.001x+0.00075ab≦y≦0. 3
(5)0.75ab<x≦1.75abのとき、0≦y≦0.3
(6)1.75ab<x≦2.0のとき、0.006x-0.0105(2-ab)≦y≦0. 3
1.0≦Ni≦2.0wt%の場合、
(1)0.05ab≦x≦0.2abのとき、0.0225ab≦y≦0.3
(2)0.2ab<x≦0.3abのとき、-0.05x+0.0325ab≦y≦0.3
(3)0.3ab<x≦0.5abのとき、0.0175ab≦y≦0.3
(4)0.5ab<x≦1.0abのとき、-0.029x+0.032ab≦y≦0.3
(5)1.0ab<x≦1.5abのとき、0.0165x-0.0135(2-ab)≦y≦ 0.3
(6)1.5ab<x≦2.0のとき、0.01125ab≦y≦0.3
の関係を満たす量となる(上記において、x、y 、a、およびbは、上記と同義である)。

 また、本発明の別の態様によれば、Alを� �流れ性や鋳肌性状の向上のために添加する� �とができる。Al添加による湯流れ性や鋳肌性 状の向上をより効果的に得るためには、好ま しくはAlを0.3wt%以上を添加し、他方、過剰なA lは鋳造割れの観点から避けることが好まし� �、その上限は好ましくは2.0wt%以下である。

 また、本発明の好ましい形態によれば、Al� �添加量とそれに対応するB、Siの量は以下の� �うに場合わけされる。
 BおよびSiを、それぞれをywt%およびxwt%とし� �とき、
0.1≦Al<0.3wt%の場合、
(1)0≦y≦0.3、0≦x≦2.0、y>-0.15x+0.015ab
0.3≦Al<1.0wt%の場合、
(1)0≦x≦0.1abのとき、-0.15x+0.015ab<y≦0.3
(2)0.1ab<x≦1.5abのとき、0<y≦0.3
(3)1.5ab<x≦2.0のとき、0.002x-0.003(2-ab)<y≦0.3
1.0≦Al≦2.0wt%の場合、
(1)0.05ab≦x≦0.3abのとき、0.004ab<y≦0.3
(2)0.3ab<x≦0.5abのとき、-0.01x+0.007ab<y≦0.3
(3)0.5ab<x≦1.0abのとき、-0.004x+0.004ab<y≦0.3
(4)1.0ab<x≦1.5abのとき、0.001x-0.001(2-ab)<y≦0 .3
(5)1.5ab<x≦2.0のとき、0.0005ab<y≦0.3
(ここで、aは、Biが0.3≦Bi<0.75wt%、0.75≦Bi< 1.5wt%、1.5≦Bi≦4.0wt%の場合、それぞれ0.2、0.85 、および1であり、
 bは、見かけ上のZn含有量が、37%以上41%未満� ��とき1であり、41%以上45%以下のとき0.75であ� �)の関係を満足する量となる。

 本発明のさらに好ましい態様によれば、Al� �添加量とそれに対応するB、Siの量は以下の� �うに場合わけされる。
 BおよびSiを、それぞれをywt%およびxwt%とし� �とき、
0.1≦Al<0.3wt%の場合、
(1)0≦y≦0.3、0≦x≦2.0、y≧-0.14x+0.0175ab
0.3≦Al<1.0wt%の場合、
(1)0≦x≦0.1178abのとき、-0.14x+0.0175ab≦y≦0.3
(2)0.1178ab<x≦0.3abのとき、0.001ab≦y≦0.3
(3)0.3ab<x≦0.5abのとき、-0.00375x+0.002125ab≦y≦ 0.3
(4)0.5ab<x≦1.5abのとき、0.00025ab≦y≦0.3
(5)1.5ab<x≦2.0のとき、0.0025x-0.0035(2-ab)≦y≦0. 3
1.0≦Al≦2.0wt%の場合、
(1)0.05ab≦x≦0.3abのとき、0.00575ab≦y≦0.3
(2)0.3ab<x≦0.5abのとき、-0.01375x+0.009875ab≦y≦ 0.3
(3)0.5ab<x≦1.0abのとき、-0.0055x+0.00575ab≦y≦0. 3
(4)1.0ab<x≦1.5abのとき、0.001x-0.00075(2-ab)≦y≦ 0.3
(5)1.5ab<x≦2.0のとき、0.00075ab≦y≦0.3
の関係を満たす量となる(上記において、x、y 、a、およびbは、上記と同義である)。

 さらに、本発明の別の態様によれば、Sn� �耐食性の向上のために添加することができ� �が、Snも本発明による黄銅においては、鋳造 割れを発生させやすくするおそれがある。Sn� ��加による耐食性の向上をより効果的に得る� ��めには好ましくはSnを0.3wt%以上を添加し、� �方、過剰なSnは鋳造割れを生じさせるおそれ があることから、その上限は好ましくは3.0wt% 以下である。

 また、本発明の好ましい形態によれば、Sn� �添加量とそれに対応するB、Siの量は以下の� �うに場合わけされる。
 BおよびSiを、それぞれをywt%およびxwt%とし� �とき、
0.1≦Sn<0.3wt%の場合、
(1)0≦x≦0.125abのとき、-0.16x+0.02ab<y≦0.3
(2)0.125ab<x≦0.4abのとき、0<y≦0.3
(3)0.4ab<x≦2.0のとき、0≦y≦0.3
0.3≦Sn<1.5wt%の場合、
(1)0≦x≦0.25abのとき、-0.08x+0.02ab<y≦0.3
(2)0.25ab<x≦1.25abのとき、0<y≦0.3
(3)1.25ab<x≦1.75abのとき、0≦y≦0.3
(4)1.75ab<x≦2.0のとき、0.002x-0.0035(2-ab)<y≦0 .3
1.5≦Sn≦3.0wt%の場合、
(1)0≦x≦0.1abのとき、0.025ab<y≦0.3
(2)0.1ab<x≦0.3abのとき、-0.105x+0.0355ab<y≦0.3
(3)0.3ab<x≦0.5abのとき、0.004ab<y≦0.3
(4)0.5ab<x≦1.0abのとき、0.007x+0.0005ab<y≦0.3
(5)1.0ab<x≦2.0のとき、0.045x-0.0375(2-ab)<y≦0. 3
(ここで、aは、Biが0.3≦Bi<0.75wt%、0.75≦Bi< 1.5wt%、1.5≦Bi≦4.0wt%の場合、それぞれ0.2、0.85 、および1であり、
 bは、見かけ上のZn含有量が、37%以上41%未満� ��とき1であり、41%以上45%以下のとき0.75であ� �)の関係を満足する量となる。

 また、本発明のさらに好ましい形態によれ� ��、Snの添加量とそれに対応するB、Siの量は� �下のように場合わけされる。
 BおよびSiを、それぞれをywt%およびxwt%とし� �とき、
0.1≦Sn<0.3wt%の場合、
(1)0≦x≦0.1246abのとき、-0.1925x+0.025ab≦y≦0.3
(2)0.1246ab<x≦0.3abのとき、0.001ab≦y≦0.3
(3)0.3ab<x≦0.4abのとき、-0.01x+0.004ab≦y≦0.3
(4)0.4ab<x≦2.0のとき、0≦y≦0.3
0.3≦Sn<1.5wt%の場合、
(1)0≦x≦0.1abのとき、-0.1375x+0.025ab≦y≦0.3
(2)0.1ab<x≦0.286abのとき、-0.055x+0.01675ab≦y≦0 .3
(3)0.286ab<x≦0.3abのとき、0.001ab≦y≦0.3
(4)0.3ab<x≦0.5abのとき、-0.00375x+0.002125ab≦y≦ 0.3
(5)0.5ab<x≦1.0abのとき、0.00025ab≦y≦0.3
(6)1.0ab<x≦1.25abのとき、-0.001x+0.00125ab≦y≦0. 3
(7)1.25ab<x≦1.75abのとき、0≦y≦0.3
(8)1.75ab<x≦2.0のとき、0.003x-0.00525(2-ab)≦y≦0 .3
1.5≦Sn≦3.0wt%の場合、
(1)0≦x≦0.1abのとき、0.0275ab≦y≦0.3
(2)0.1ab<x≦0.2abのとき、-0.075x+0.035ab≦y≦0.3
(3)0.2ab<x≦0.3abのとき、-0.1425x+0.0485ab≦y≦0.3
(4)0.3ab<x≦0.5abのとき、0.00575ab≦y≦0.3
(5)0.5ab<x≦1.0abのとき、0.011x+0.00025ab≦y≦0.3
(6)1.0ab<x≦1.25のとき、0.075x-0.06375(2-ab)≦y≦0 .3
の関係を満たす量となる(上記において、x、y 、a、およびbは、上記と同義である)。

 なお、Ni、Al、Snが共存する場合には、共存� ��る元素のそれぞれの添加量によって、上記� ��ように規定される範囲を全て満たす範囲に� ��定すれば良い。すなわち、本発明の別の態� ��によれば、
 結晶組織がα相とβ相との合計比率85%以上で あり、
 Cuを55wt%以上75wt%以下、
 Biを0.3wt%以上4.0wt%以下、そして
 BおよびSi、さらに
 0.1wt%以上2.0wt%以下のNi、0.1wt%以上2.0wt%以下� �Al、および0.1wt%以上3.0wt%以下のSnからなる群� ��ら選択される少なくとも二つの成分と、
 残部が実質的にZnと不可避不純物からなる� �銅であって、
 BおよびSiの量が、それぞれをywt%およびxwt%� �したとき、前記Ni、Al、およびSnからなる群� �少なくとも二つの元素のそれぞれの量に対� �した、請求項2~10に規定される少なくとも二� ��の関係式を同時に満たすものとされてなる� ��とを特徴とする黄銅が提供される。

 本発明による黄銅では、強度向上のため� ��Mnを添加すると、MnとSiの金属間化合物が生� ��してSiが消費されるため、鋳造割れを生じ� �おそれがある。Mnを利用しない場合には、鋳 造割れ性への影響を抑えるために、その上限 を0.3wt%未満とする。一方、Mnの添加による強� ��向上を効果的に利用する場合には、Siの添� �量を十分に高くすればよい。すなわち、Mnを 0.3wt%以上添加する場合には、上述の規定範囲 かつ0.7<Si≦2.0wt%を満足することで、Mn添加� ��よる鋳造割れ性への影響を抑えることがで� ��る。なお、Mnの過剰な添加は金属間化合物� �量を増やし、切削性を低下させるため、そ� �上限は4.0wt%とする。

 本発明による黄銅には、その他の成分、� ��えば微量の添加で耐食性向上に寄与するSb� �P、微細化剤として、鋳造割れ性を改善し、� ��度の向上が期待できるFeなども目的に応じ� �添加元素を選択して添加しても良い。これ� �成分はその添加量によっては、鋳造性に影� �を与えるおそれがあるが、BとSiを調整する� �とによって、その影響を抑えることが可能� �なる。すなわち、鋳造割れを起こした系に� �いて、上述の範囲において更にB量を増やし� ��り、逆にSi量を更に増やしたり、または、� �者を増やしたりすることで、その影響を抑� �ることが出来る。本発明の好ましい態様に� �れば、本発明による黄銅は、Sb、P、As、Mg、S e、Te、Fe、Co、Zr、Cr、およびTiからなる群か� �選択される一種以上の元素を、好ましくは0. 01~2wt%含有することが出来る。本発明の別の� �ましい態様によれば、耐食性の向上のため� �Sb、P、As、およびMgからなる群から選択され� ��一以上の元素を含有することが出来、その� ��ましい含有量はSb、P、およびAsが0.2wt%以下� �あり、Mgが1wt%以下である。また、本発明の� �の好ましい態様によれば、切削性の向上の� �め、SeまたはTeを、好ましくは1wt%以下含有す る。また、本発明の別の好ましい態様によれ ば、強度向上のため、Fe、Co、Zr、Cr、およびT iからなる群から選択される一以上の元素を� �有することが出来、その好ましい含有量はFe およびCoについては1wt%以下であり、その他の 元素については0.5wt%以下であることが好まし い。

  用途
 本発明による黄銅は、Pbを含まず、一方で� �の切削性、鋳造性、機械特性はPbを含む黄銅 と同等またはそれ以上の性能を有することか ら、水栓金具材料に好ましく用いられる。具 体的には、給水金具、排水金具、バルブなど の材料として好ましく用いられる。

  製造方法
 本発明による黄銅を材料とする成型品は、� ��の良好な鋳造性から、金型鋳造、砂型鋳造� ��いずれによっても製造可能であるが、金型� ��造においてその良好な鋳造性の効果をより� ��受できる。また、本発明による黄銅は、そ� ��切削性においても良好であるから、鋳造後� ��切削加工されてもよい。また、本発明によ� ��黄銅は、連続鋳造後に押し出しで成形され� ��切削用棒材や鍛造用棒材、さらに抽伸によ� ��成形される線材とされてもよい。