JP2001348681A - 銅又は銅合金製の水道用器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅又は銅合金製水道用器具の通水路の腐食を
抑える方法としてニッケルめっき、クロムめっきがある
が十分な効果は期待できず、耐食性が比較的良好なスズ
系めっきでも腐食する水質は存在する。よって、現状の
スズ系めっきを上回る耐食性と、スズ系めっきの欠点を
改良した銅又は銅合金製水道用器具を提供することを課
題とする。 【解決手段】 銅又は銅合金製の通水路にスズめっき
後、熱処理をする。また、通水路に銅めっきしてスズめ
っき後、熱処理する。または、通水路にニッケルめっき
してスズめっき後、熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通水路部分の耐食
性の向上した銅製、銅合金製の水道用器具に関する。

【０００２】水道用器具とは、水栓金具、水道メータ
ー、給湯機部材、温水洗浄便座部材、湯沸器、温水器、
冷水器、浄水器、温水ボイラー、自動販売機、ボールタ
ップ、ロータンク、バルブ、フラッシュバルブ、熱交換
器、接手、管、流し台、洗面台、便器、浴槽、住宅設備
ユニットなどで、給水管につながる器具を全て含む。

【０００３】

【従来の技術】水栓金具、水道メーター、給湯機部材、
温水洗浄便座部材をはじめとする水道用器具は、銅や銅
合金材料が従来から広く使われている。これら器具の通
水路には上水、井戸水、中水、海水、温泉水など多種多
様な水が使用され、水質、水温変化、水流などの物理化
学的要因で、緑青発生、孔食、潰食、脱亜鉛現象などの
腐食が発生する場合がある。腐食が発生すると金属の肉
厚が減少したりひどい場合には穴が開いて漏水する場合
がある。また、緑青などの腐食生成物が温度調節部分や
止水機能部分などに詰まって機能障害が発生する場合も
ある。さらに銅合金の場合、切削性向上のため鉛を添加
している場合が多く、飲料水中への鉛の溶出が近年問題
になっている。

【０００４】銅や銅合金以外の材料として、ステンレス
材や樹脂などがあるが、ステンレス材は加工性に劣るほ
か価格的に高く、樹脂は強度の点で問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】銅や銅合金の腐食を抑
える方法としてめっきを施す方法がある。代表的なめっ
きとしてニッケルめっきがあるが、ニッケル金属は水中
の炭酸イオンと反応して炭酸ニッケルとなって徐々に溶
解するため、充分な効果は期待できない。

【０００６】クロムめっきは非常に貴な金属であるため
水には不溶であるが、クロムめっきの特性上、特に高電
流密度部分にはクラックやピンホールが発生し易いた
め、その部分に水が進入して腐食が発生するため、充分
な効果は期待できない。さらにクロムめっきは品物の低
電流部と高電流部のめっき厚み差が大きいため、複雑形
状の品物の場合めっき厚みのばらつきが大きくなる欠点
もある。

【０００７】スズめっき、スズ合金めっきを施して腐食
を抑える方法がある。産業上の利用分野ではブリキ板、
缶詰の内面、耐食性銅管、電子部品等に幅広く用いら
れ、多くの文献や商品も発表されている。（例えば特開
昭６０−５９０７２、特開昭６０−１４５３８１、住友
軽金属（株）ＳＴＣ銅管、特開平１１―２１６７３。）

【０００８】しかし、スズ系めっきは、一般のめっきに
比べてクラックやピンホールが少ないこと、不働態被膜
が強固なことなどのため、水中での耐食性が非常に良好
なことが分かっている。さらにスズは仮に水に微量溶解
しても毒性がなく、上水の水質基準にも挙げられていな
い。これらのスズ系めっきもそれなりの腐食を抑える効
果はあるが、遊離炭酸濃度やランゲリア指数などの水質
の因子によって腐食しやすい水質下では腐食を起こす場
合もある。よってさらなる耐食性向上をめざして、より
過酷な条件下でも腐食を抑える技術について筆者らは長
年研究を続けてきた。

【０００９】また、スズめっき、スズ合金めっきは不働
態被膜形成のため後処理として公害物質であるクロムを
含むクロメート処理を行う場合が多く、その廃液排水処
理の必要性が生じる。さらに、スズめっきは被膜が非常
に柔らかいこと、ウイスカー対策に手間がかかることが
欠点として挙げられる。

【００１０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、本発明の目的は、これまでのスズ系めっき
より耐食性が向上し、さらにスズ系めっきの欠点を改良
した銅又は銅合金製水道用器具を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、通水路にすずめっきを施し、後処理とし
て熱処理をしたことを特徴とする銅又は銅合金製の各種
水道用器具であるので、スズめっき表面に酸化被膜が形
成されること、スズめっきのピンホールやクラックが熱
処理することで減少すること、さらに下地の銅原子とス
ズ原子の熱拡散により銅―スズ合金化がおこなわれるの
でこれまでのスズめっきよりめっき被膜が緻密になり耐
食性が向上する。

【００１２】請求項２は通水路に銅めっき後、スズめっ
きを施し、後処理として熱処理をしたことを特徴とする
銅又は銅合金製の各種水道用器具であるので、下地金属
が銅、黄銅、青銅と多様な種類であっても、銅めっきを
することで下地条件が安定する。よって、銅めっきしな
い場合と比べて、より均質な銅−スズ合金被膜が形成さ
れるので、さらに耐食性が向上する。

【００１３】請求項３は通水路にニッケルめっき後、ス
ズめっきを施し、後処理として熱処理をしたことを特徴
とする銅又は銅合金製の各種水道用器具であるので、ニ
ッケル原子とスズ原子の熱拡散によりニッケルとスズの
合金化がおこなわれるので被膜が緻密になるため一般の
スズニッケル合金めっきと同程度かそれ以上に耐食性が
向上する。

【００１４】これら熱処理の利点として、クロムを使用
するクロメート処理が不要なこと、スズめっき被膜の硬
度が上がること、ウイスカーが発生しにくいことも挙げ
られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のスズめっきを施した銅又
は銅合金製水道用器具の製造方法は、水道用器具を一般
のめっき前処理後、公知技術である電気スズめっきまた
は化学スズめっきまたは置換スズめっきを行い、熱処理
を行うのみであるため、特に規定されるものではない。
但し、化学スズめっきと置換スズめっきの場合は品物の
表面と内面にほぼ均一にめっきされるが、電気めっきの
場合は品物の内面にも十分めっきするためには、アノー
ド電極を品物内面に挿入するような工夫が必要である。

【００１６】電気スズめっき浴の例としては、スズ酸塩
浴、硫酸塩浴、有機カルボン酸浴、ピロリン酸塩浴があ
り、化学スズ及び置換スズめっき浴の例としては、アル
カリシアン浴、有機スズ酸塩浴があるが、特に使用に限
定されるものではない。

【００１７】スズめっき厚みは０．５μｍから３μｍが
適当である。これより薄いと耐食性が十分ではなく、こ
れより厚いとコストの面で不利であり、また勘合部の寸
法公差を越える場合も発生する。

【００１８】熱処理は、温度はスズの融点（２３２℃）
以上で行い、処理時間は３０分から３時間が適当であ
り、スズめっき厚み、スズめっき浴種類及び耐食性の要
求品質に応じて適宜判断する。スズめっきのみでも耐食
性はかなりあるが、熱処理することによりスズめっき上
に強固で緻密な酸化被膜が形成されること、スズめっき
のピンホールやクラックが減少もしくは埋没すること、
さらに下地の銅原子とスズ原子の熱拡散により銅−スズ
合金を形成し、めっき被膜がより緻密で強固になり耐食
性が向上する。

【００１９】スズめっき前の銅めっきは銅−スズ合金被
膜を均質にし、耐食性向上により有効である。銅系材料
は多種多様であり、青銅、黄銅、リン青銅、白銅、棒
材、管材、板材、鋳物材などがあり、それぞれ合金組成
が異なる。よって合金組成が異なる素材上にスズめっき
を施して熱処理をした場合銅−スズ合金被膜も異なる組
成となり、また、合金被膜も均質ではない。よって耐食
性にばらつきが生じるのを防ぐため、銅めっきを施すと
より良い。

【００２０】電気銅めっき浴の例としては、硫酸銅浴、
ホウフッ化銅浴、シアン化銅浴、ピロリン酸銅浴があ
り、化学銅及び置換銅めっき浴の例としては、ロッシェ
ル塩浴、ＥＤＴＡ浴があるが、特に使用に限定されるも
のではない。

【００２１】銅めっき厚みは、スズめっき厚みと同じく
らいかそれ以上の０．５μｍから１０μｍが適当であ
る。これより薄いと均質な銅−スズ合金被膜が形成され
にくく、これより厚いとコストの面で不利であり、また
勘合部の寸法公差を越える場合も発生する。

【００２２】ニッケルめっき後スズめっきを行い、前述
した条件で熱処理するとニッケル原子とスズ原子の熱拡
散によりスズ−ニッケル合金層が形成される事で耐食性
が向上する。この合金層は被膜が緻密であり、表面にも
強固な酸化被膜が形成され、被膜硬度も増加する。

【００２３】電気ニッケルめっき浴の例としては、ワッ
ト浴、スルファミン酸浴をベースとした無光沢、半光
沢、光沢浴があり、化学ニッケル及び置換ニッケルめっ
き浴の例としては、ニッケル−リン浴、ニッケル−ホウ
素浴があるが、特に使用に限定されるものではない。

【００２４】ニッケルめっき厚みはスズめっき厚みと同
じくらいの０．５μｍから３μｍが適当である。これよ
り薄いと充分なスズ−ニッケル合金層が形成されず、こ
れより厚いとスズ−ニッケル合金化されないニッケル層
が下地金属近くに残ったままになるため、ピンホールや
クラックから水分がニッケル層まで進入した場合、そこ
からニッケル層が溶解して腐食が横に広がり透かし彫り
状態になって、上部のめっき層が剥がれ落ちる可能性が
出てくる。

【００２５】これらの表面処理により、銅又は銅合金製
水道用器具の通水路の耐食性が向上すると共に、銅合金
中に含まれる鉛の溶出が低減できることは言うまでもな
い。

【００２６】水道用器具のうち、内部通水路の耐食性向
上と外観の装飾性の両方を要求される水栓金具などの場
合、内部通水路は上記に記載した表面処理を施し、外観
部はニッケルクロムめっきや金めっきなどを施すことも
できる。

【００２７】

【実施例】本発明を実施例により具体的に以下に説明す
るが、本発明はこれにより限定されるものではなく、本
発明の技術的思想の範囲内で多くの改変をなしえること
はもちろんである。

【００２８】耐食性評価用の試験サンプルとして青銅鋳
物（ＢＣ６）の水栓金具本体を使用し、以下に記載した
条件で水栓金具内面の通水路に各種処理を行った。めっ
きの前処理は、オルソケイ酸ナトリウム５０ｇ／Ｌの液
に６０℃、３分浸漬後、３０秒間水洗して、２％塩酸の
液に常温、１分浸漬後、３０秒間水洗の条件で統一し
た。

【００２９】耐食性評価方法は、６０℃に加熱した上水
（北九州市）に炭酸ガスを吹き込みｐＨ６に一定させた
温水を、水栓金具内面に２４時間毎に通水及び乾燥を繰
り返し、６ヶ月後の通水路の状況を目視で相対比較し
た。

【００３０】実施例１ 試験サンプルを上記めっき前処理後、市販の酸性置換ス
ズめっき液を使用し、めっき温度７０℃、めっき時間１
５分でめっき厚み約１μｍのスズめっきを施した。その
後、３００℃、２時間の熱処理を行った。

【００３１】実施例２ 試験サンプルを上記めっき前処理後、市販の化学銅めっ
き液を使用し、めっき温度５０℃、めっき時間２５分で
めっき厚み約１μｍの銅めっきを施した。さらに市販の
酸性置換スズめっき液を使用し、めっき温度７０℃、め
っき時間１５分でめっき厚み約１μｍのスズめっきを施
した。その後、３００℃、２時間の熱処理を行った。

【００３２】実施例３ 試験サンプルを上記めっき前処理後、市販の化学ニッケ
ル−リン合金めっき液を使用し、めっき温度９０℃、め
っき時間５分でめっき厚み約１μｍのニッケル−リン合
金めっきを施した。さらに市販の酸性置換スズめっき液
を使用し、めっき温度７０℃、めっき時間１５分でめっ
き厚み約１μｍのスズめっきを施した。その後、３００
℃、２時間の熱処理を行った。

【００３３】比較例１として、試験サンプルを上記めっ
き前処理後、市販の酸性置換スズめっき液を使用し、め
っき温度７０℃、めっき時間１５分でめっき厚み約１μ
ｍのスズめっきを施した。その後、無水クロム酸２０ｇ
／Ｌ、常温、２０秒のクロメート処理を行った。

【００３４】さらに、未処理の青銅鋳物水栓金具を比較
例２とした。耐食性評価結果を下表にまとめた。これか
ら明らかなとおり、実施例１、２、３で比較例１、２よ
り耐食性が向上することがわかった。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【発明の効果】本発明によって、銅や銅合金材料の水栓
金具、水道メーター、給湯機部材、温水洗浄便座部材を
はじめとする水道用器具の緑青発生、孔食、潰食、脱亜
鉛現象などの腐食を防止し、耐食性が向上して、温度調
節不良や止水機能不良などの機能障害を防止する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K044 AA06 AB03 AB10 BA06 BA10 BB01 BB03 BC02 CA15 CA18 CA53 CA62

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通水路にスズめっきを施し、後処理として
   熱処理をしたことを特徴とする銅又は銅合金製水道用器
   具。
2. 【請求項２】上記スズめっき前に、通水路に銅めっきを
   施したことを特徴とする請求項１記載の銅又は銅合金製
   水道用器具。
3. 【請求項３】上記スズめっき前に、通水路にニッケルめ
   っきを施したことを特徴とする請求項１記載の銅又は銅
   合金製水道用器具。