JP2004204264A - リン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置、リン酸化成処理装置及びリン酸化成処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩皮膜を形成する際に、皮膜形成量が連続的に一定量となるようにリン酸塩処理液の濃度を高精度に制御することを目的とする。
【解決手段】亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩皮膜を形成するためのリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度を、上記リン酸塩処理液を組成する複数の成分物質の物質収支バランスが安定になるようにして制御するようにして、各成分物質の濃度を高精度に制御することができるようにすることにより、亜鉛メッキ鋼板１１０上に形成するボンデ皮膜２３０の量を安定させ、高品質のリン酸亜鉛メッキ鋼板２００を製造することができるようにする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置、リン酸化成処理装置及びリン酸化成処理方法に関し、特に、家電製品、建材、及び土木等の多岐の分野にわたって用いられる亜鉛メッキ鋼板の金属表面にリン酸塩皮膜を形成して、優れた溶接性及び塗装性を有するリン酸亜鉛メッキ鋼板を製造するために用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼板は家電製品、建材等の構造部材として使用されており、日常生活で種々の鋼板が身近に存在している。このような身近に使用されている鋼板は、充分な強度を具備しているものの、鋼板が使用される環境によっては錆が生じやすいという欠点を有している。
【０００３】
そのため、例えば、従来は鋼板表面に電気亜鉛メッキ（以下、亜鉛メッキと称する）を行って亜鉛メッキ鋼板を生成することにより防錆を行い、鋼板の耐食性を向上させているが、経時変化等により上記亜鉛メッキは腐蝕する。そこで、上記亜鉛メッキの腐食をできるだけ抑制することができれば、亜鉛メッキ鋼板の耐食性をより向上させることができる。
【０００４】
ところで、亜鉛メッキの腐食を抑制する方法には、亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩化成処理やクロメート処理等を施こす方法が知られている。中でも鋼板リサイクルを容易に実現できるリン酸塩化成処理を施こす方法が主として用いられている。
【０００５】
特に、マグネシウムを含有したリン酸塩処理液を用いて、鋼板に形成された亜鉛メッキ層の表面に、さらにリン酸塩皮膜を形成することにより、優れた耐食性効果が生じることがわかっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
そこで近年、上記リン酸塩処理液の組成及び成分濃度の適正化を図ることにより、処理液中に適正量のマグネシウムイオンを存在させ、上記亜鉛メッキ鋼板の表面に所定量のマグネシウムが含有されたリン酸塩皮膜を形成するリン酸塩化成処理が行われている。
【０００７】
図４は、リン酸塩皮膜の生成を実現するために用いられている従来のリン酸化成処理装置４００の概略構成を示す構成図である。図４に示したように、従来のリン酸化成処理装置４００は、ボンデ循環タンク４２０、ボンデ処理スプレー槽４３０、及び補給液タンク４４０を備え、上記ボンデ処理スプレー槽４３０内において亜鉛メッキ鋼板４１０にリン酸塩化成処理を施して鋼板表面にリン酸塩皮膜を形成した鋼板（以下、ボンデ鋼板という）を生成するようにしている。
【０００８】
上記ボンデ循環タンク４２０は、亜鉛メッキ鋼板４１０にリン酸塩皮膜（以下、ボンデ皮膜という）を形成するために必要な複数の成分を含有した処理液を収容している。
【０００９】
そして、上記ボンデ循環タンク４２０内に収容している処理液を上記ポンプ４５０によって上記ボンデ処理スプレー槽４３０内に送り込み、上記ボンデ処理スプレー槽４３０内部において、連続的に搬入される亜鉛メッキ鋼板４１０に対して処理液を吹き付けて、亜鉛メッキ鋼板４１０上にボンデ皮膜を形成させている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１５２３５６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のリン酸化成処理装置４００には、以下に示すような問題があった。
すなわち、亜鉛メッキ鋼板４１０上にボンデ皮膜を形成するために用いられるボンデ循環タンク４２０内の処理液は、ボンデ処理スプレー槽４３０内で亜鉛メッキ鋼板４１０に対して吹き付けられた後、ボンデ皮膜を形成するために用いられなかった処理液はボンデ循環タンク４２０に戻されて元の処理液と合流する。
【００１２】
その後、上記ポンプ４５０によってボンデ処理スプレー４３０槽に再びポンプアップされて亜鉛メッキ鋼板４１０に吹き付けられる。このように、処理液はボンデ循環タンク４２０とボンデ処理スプレー槽４３０との間を循環しながら、繰返し使用されている。
【００１３】
そのため、ボンデ処理スプレー槽内４３０に亜鉛メッキ鋼板４１０が連続的に搬入されて、処理液の吹き付けが一定時間以上連続的に行われる場合、処理液を構成する各々の成分は、リン酸塩化成処理が行われる毎に亜鉛メッキ鋼板４１０の成分とそれぞれ反応する。その結果、処理液を構成する各々の成分濃度のバランスが崩れるといった経時的な変化が生じてくるようになる。
【００１４】
上記処理液の成分濃度の変化は、亜鉛メッキ鋼板４１０上のボンデ皮膜の形成量に影響を与えることになるため、皮膜形成量が連続的に一定値となるような安定したボンデ皮膜を形成することが困難になってしまうことになる。
【００１５】
そこで、従来のリン酸化成処理装置４００では、ボンデ循環タンク４２０内の処理液の減少量に対応した量の処理液を補給液タンク４４０から補給しながら、ボンデ循環タンク４２０内の処理液の成分濃度を一定に保つようにしていた。
【００１６】
しかしながら、図４に示したように、リン酸化成処理装置４００で用いられる補給液タンク４４０は１つであり、ボンデ循環タンク４２０内の処理液を組成するすべての成分を上記補給液タンク４４０に収容しているため、処理液を構成する各成分について、個々に濃度を所定の値に制御することが困難であるという問題があった。
【００１７】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたもので、亜鉛メッキ鋼板にボンデ皮膜（リン酸塩皮膜）を形成する際に、皮膜形成量が連続的に一定量となるように処理液の濃度を高精度に制御することを第１の目的とする。
また、処理液に含有される複数の成分の濃度変化が生じる時間に大きな差異がある場合でも、処理液の濃度を高精度に制御して皮膜形成量が一定量になることを第２の目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置は、亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩皮膜を形成するためのリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置であって、リン酸塩処理液を収容しているボンデ循環タンク内に入ってくる流入液の量と、上記ボンデ循環タンクから持ち出される持ち出し液の量とをバランスさせるのに必要な補給量をそれぞれの成分物質毎に求めて、各成分液の補給調整制御を行うことを特徴としている。
【００１９】
本発明のリン酸化成処理装置は、リン酸塩化成処理に使用するリン酸塩処理液を収容するためのボンデ循環タンクと、上記ボンデ循環タンクに収容されているリン酸塩処理液を亜鉛メッキ鋼板に吹き付けるためのボンデ処理スプレー槽と、上記ボンデ循環タンク内に収容されているリン酸塩処理液を上記ボンデ処理スプレー槽内において上記亜鉛メッキ鋼板に吹き付けるためのリン酸塩処理液吹き付け手段と、上記ボンデ処理スプレー槽から上記ボンデ循環タンクに上記リン酸塩処理液を戻す戻り配管と、上記ボンデ循環タンク内に収容されているリン酸塩処理液の濃度調整を行うための補給液を収容するための複数の補給液収容容器とを有することを特徴としている。
【００２０】
本発明のリン酸化成処理方法は、リン酸塩皮膜を形成するためのリン酸塩化成処理に使用するためにボンデ循環タンク内に収容されているリン酸塩処理液を補給するための補給液格納容器を複数個備え、上記リン酸塩処理液を組成する複数の成分物質を補給する際には、上記複数個の補給液格納容器から上記複数の成分物質のそれぞれを個別に補給するようにしたことを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置、リン酸化成処理装置及びリン酸化成処理方法の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明のリン酸化成処理装置１００の実施の形態を示す構成図である。
本実施の形態では、亜鉛メッキ鋼板にボンデ皮膜を形成させたボンデ鋼板を生成するために、複数個の補給液収容容器（例えば、補給液タンク）を備えており、ボンデ循環タンク内の処理液の液量や成分濃度が変化した場合に、上記複数個の補給液タンクのうち、液量や成分濃度の調整に必要な補給液タンクのみのバルブを開放して、必要な成分が必要な量だけボンデ循環タンクに補給されるように構成されている。
【００２３】
＜リン酸化成処理装置１００の全体構成＞
図１に示すように、本実施の形態のリン酸化成処理装置１００は、ボンデ循環タンク１２０、ボンデ処理スプレー槽１３０、第１の補給液タンク１４１〜第４の補給液タンク１４４、ポンプ１５０、自動中和滴定装置１６０、及びボンデ濃度コントローラ１７０等によって構成している。
【００２４】
ボンデ循環タンク１２０は、上述したように、亜鉛メッキ鋼板の表面にボンデ皮膜を生成するためのリン酸塩化成処理を行うために必要な複数の成分からなる処理液を収容したタンクである。ボンデ循環タンク１２０内の処理液は、例えば、特定量、特定比率で配合された亜鉛イオン、リン酸イオン、マグネシウムイオン、硝酸イオン、及びニッケルイオン等を含有したリン酸塩処理液であり、亜鉛メッキ鋼板１１０の使用用途や使用環境などに対応して、リン酸塩処理液の構成及びその成分濃度を適切に制御するようにしている。
【００２５】
図２は、亜鉛メッキ鋼板１１０の表面にボンデ皮膜が形成された状態の鋼板の断面を模式的に示した図である。例えば、上述した亜鉛イオン、リン酸イオン、マグネシウムイオン、硝酸イオン、及びニッケルイオン等を含有したリン酸塩処理液を用いたリン酸化成処理装置１００では、地鉄（Ｆｅ）層２１０の表面に所定量の亜鉛層２２０を電気メッキにより形成し、さらにリン酸、亜鉛、マグネシウムから構成されるボンデ皮膜２３０を形成してリン酸亜鉛メッキ鋼板２００を製造するようにしている。
このボンデ皮膜２３０は、具体的には例えば、Ｚ_n3（ＰＯ₄）₂・７Ｈ₂Ｏ、Ｚ_n2・Ｍｇ（ＰＯ₄）₂・７Ｈ₂Ｏである。
【００２６】
ボンデ処理スプレー槽１３０内には、内部に搬入される亜鉛メッキ鋼板１１０に所定の厚さのボンデ皮膜２３０が形成されるようにするために、複数のスプレーノズル１３１が配設されており、上記複数のスプレーノズル１３１と上記ボンデ循環タンク１２０との間がリン酸塩処理液供給配管１３２によって接続されている。
【００２７】
そして、上記リン酸塩処理液供給配管１３２の中間にはポンプ１５０が介設されており、上記ポンプ１５０によって上記ボンデ循環タンク１２０内に収容されているリン酸塩処理液を汲み上げて上記複数のスプレーノズル１３１から亜鉛メッキ鋼板１１０に吹き付けるようにしている。上記複数のスプレーノズル１３１、リン酸塩処理液供給配管１３２及びポンプ１５０によりリン酸塩処理液吹き付け手段が構成されている。
【００２８】
また、上記亜鉛メッキ鋼板１１０に吹き付けられたリン酸塩処理液は、上記ボンデ処理スプレー槽の下部に接続された戻り配管１３３を通して上記ボンデ循環タンク１２０に戻されるように構成されている。なお、図示しないスプレー制御装置が、上記リン酸塩処理液の吹き付け時間や吹き付け量を制御している。
【００２９】
第１の補給液タンク１４１〜第４の補給液タンク１４４は、図４で示した従来のリン酸化成処理装置４００では１つの補給液タンク４４０で構成されていた。
それに対して、本実施の形態のリン酸化成処理装置１００では補給液タンクを４個配設した構成にしている。４つの各補給液タンク１４１〜１４４は、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液を組成するいずれかの成分を単独又は混合して含有しており、所定の濃度でそれぞれ配合されている。
【００３０】
例えば、図１に示す第１の補給液タンク１４１には７５％リン酸液（以下、ＦＡ補給液ともいう）が収容されており、遊離酸度（ＦＡ：Ｆｒｅｅ Ａｃｉｄ、単位：ポイント）の調整のために用いられる。ここで、遊離酸度とは、ホールピペットを用いて化成処理液を１０ｍＬ採取し、ブロムフェノールブルーを指示薬として、０.１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液でｐＨが３.８になるまで滴定し、これに要した上記水酸化ナトリウム水溶液の容量（ｍＬ）のことである。
【００３１】
上記遊離酸度（ＦＡ）は、リン酸化成処理を施す上で、亜鉛メッキ鋼板表面の初期反応であるリン酸亜鉛結晶核の生成密度および反応過程での皮膜析出速度に大きく影響し、リン酸亜鉛皮膜量を決定する成分である。遊離酸度（ＦＡ）は、これら反応により減少するが、鋼板表面性状およびリン酸塩処理液に含まれるスラッジの濃度によりその変化量は異なる。第１の補給液タンク１４１に収納されているＦＡ補給液は、上記遊離酸度（ＦＡ）の濃度を上昇させることを主目的とした液である。
【００３２】
第２の補給液タンク１４２には、リン酸を主として、硝酸ニッケル、フッ酸、及び微少量のマグネシウム等を含んだ混合溶液（以下、ＴＡ補給液ともいう）が収容されており、全酸度（ＴＡ：Ｔｏｔａｌ Ａｃｉｄ、単位：ポイント）の調整のために用いられる。ここで、全酸度とは、ホールピペットを用いて化成処理液を１０ｍＬ採取し、フェノールフタレインを指示薬として、０.１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液でｐＨが８.３になるまで滴定し、これに要した上記水酸化ナトリウム水溶液の容量（ｍＬ）のことである。
【００３３】
上記全酸度（ＴＡ）は、第一リン酸亜鉛濃度（Ｈ２ＰＯ４^-）と遊離酸度（ＦＡ）を足し合わせた因子であり、リン酸亜鉛皮膜（Ｚｎ３ＰＯ４）のリン酸イオンの源となる成分である第一リン酸亜鉛の濃度を管理するための指標として用いる。第２の補給液タンク１４２に収納されるＴＡ補給液は、皮膜生成により消費される第一リン酸亜鉛およびフッ酸、ニッケルイオン及びその他微量元素を定常的に補給することを目的として混合された液である。
【００３４】
なお、本実施の形態における遊離酸度、全酸度、及び酸比の調整は、特に限定するものではなく、リン酸塩処理液の組成やその濃度はリン酸亜鉛めっき鋼板の用途によって適宜決定されるものである。
また、全酸度及び遊離酸度のポイントを高くするためには、リン酸や硝酸などの酸の割合を多くして酸の濃度を上げることが挙げられる。逆に、全酸度及び遊離酸度のポイントを低くするためには、特に限定するものではないが、例えば、水酸化ナトリウム水溶液もしくは水で希釈することが挙げられる。なお、水酸化ナトリウム水溶液を用いる際には、局所的な中和反応によるリン酸亜鉛スラッジの生成が起こりやすいため、０.０１Ｎ程度に希釈した溶液を使用するのが望ましい。
【００３５】
第３の補給液タンク１４３には水が充填されている。ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液は水溶性であるため、ボンデ循環タンク１２０とボンデ処理スプレー槽１３０とを循環する間に水分が蒸発することから、その補給用として第３の補給液タンク１４３を用意している。
第４の補給液タンク１４４には、防錆効果等に有効なマグネシウム溶液が充填されている。
【００３６】
なお、上述した第１の補給液タンク１４１〜第４の補給液タンク１４４のように、これらの補給液タンクは必ずしも４個に限定する必要はない。例えば、補給液タンクの個数を２個とし、リン酸塩処理液を構成する成分中で特に濃度変化の起こしやすい成分のみ（例えば、上記第１の補給液タンク１４１内の７５％リン酸など）と、その他の成分とに分けて収容する構成にしてもよい。
【００３７】
また、上記第３の補給液タンク１４３に収容されている水を第２の補給液タンク１４２の混合溶液と一緒に収容して、合計３個の補給液タンクで構成してもよい。
【００３８】
或いは、複数の成分が一緒に収容されている第２の補給液タンク１４２について、それぞれの成分ごとに独立した補給液タンクを設けて、各成分毎に収容する構成などのように、補給液タンクは任意個数で構成するようにしてもよい。
【００３９】
自動中和滴定装置１６０は、ボンデ循環タンク１２０内の処理液の成分濃度を分析するための分析装置である。具体的には、一定量の処理液に重量ビュレットを使って所定の溶液（ＮａＯＨ）を順次滴下していったときの液中のｐＨ変動を検出して、処理液のｐＨが特定値に到達した時点までに要した上記所定の溶液（ＮａＯＨ）量から、処理液の濃度を決定している。濃度分析の処理を開始する時間間隔をあらかじめ設定しておくことにより、自動中和滴定装置１６０は設定した時間毎に処理液の成分濃度の分析を自動的に行う。
【００４０】
ボンデ濃度コントローラ１７０は、自動中和滴定装置１６０が分析した処理液の成分濃度の分析結果に基づき、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液の補給調整を行うことが必要となる成分を特定したり、その補給量を算出したりする。
【００４１】
さらに、所定の補給液タンク（特定した成分が収容された補給液タンク）１４１〜１４４からボンデ循環タンク１２０内に、上記算出した量の補給液が補給されるように、ボンデ濃度コントローラ１７０は所定の補給液タンク１４１〜１４４のバルブを開放するための制御指令を出力する。本実施の形態においては、上記ボンデ濃度コントローラ１７０及び上記自動中和滴定装置１６０により、リン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置１８０を構成している。
【００４２】
＜リン酸化成処理装置１００の全体動作＞
亜鉛メッキ鋼板１１０上にボンデ皮膜２３０を形成するためのリン酸化成処理装置１００の全体動作を図３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４３】
リン酸化成処理装置１００の動作は大きく２つに分かれており、第１の補給液タンク１４１〜第４の補給液タンク１４４に収容された各補給液を、（１）定常的に補給する処理、（２）所定時間ごとの濃度計測に基づいて補給する処理、を行っている。以下、それぞれの動作について説明する。
【００４４】
（１）定常的に補給する処理
ボンデ皮膜の形成によってリン酸塩処理液が消費されるので、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液はボンデ処理開始前と比較して徐々に減少してくる。このため、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液の総量を一定量に維持すべく、一定時間が経過するごとに補給液タンク１４１〜１４４より補給液を定常的に補給している。
【００４５】
図１に示すように、上記定常補給によって、ボンデ循環タンク１２０内に収容しきれないオーバーフロー量がボンデ循環タンク１２０外へ流出するようになっている。すなわち、定常補給によって処理液の一部がボンデ循環タンク１２０外へ流出して、ボンデ循環タンク１２０内の処理液量は常に一定に保たれている。
【００４６】
いま、ボンデ循環タンク１２０からのオーバーフロー量をｑ０、ボンデ循環タンク１２０に入ってくる液量（流入液量と称する）をｑ１、蒸発量をｑ２、ボンデ循環タンク１２０から持ち出される液量（持ち出し液量と称する）をｑ３、ＴＡ補給液量をｑ_ta、Ｍｇ補給液量をｑ_mg、及び水補給量をｑ_wとする。
【００４７】
上述したような、ボンデ循環タンク１２０内の処理液量の一定を図るためには、以下に示す流量バランス式が成立することが必要である。
ｑ０＝ｑ１−ｑ２−ｑ３＋ｑ_ta＋ｑ_mg＋ｑ_w …………（１）
なお、上式（１）については、後述するボンデ濃度コントローラ１７０による濃度調整において詳述する。
【００４８】
上式（１）のパラメータのうち、算出する液量は、ＴＡ補給液量ｑ_ta、Ｍｇ補給液量ｑ_mg、水補給液量ｑ_w、及びオーバーフロー液量ｑ０である。上記流入液量ｑ１及び持ち出し液量ｑ３は、鋼板の板幅（Ｗ）と鋼板走行速度（ＬＳ）とに基づいて設定され、又蒸発量ｑ２は定数として適宜設定される。
【００４９】
また、定常補給では、上式（１）による流量バランス式の他に、定常補給前と定常補給後とでリン酸の濃度がバランスされていることが必要である。すなわち、リン酸イオン濃度をバランスさせるために、(ボンデ循環タンク内のリン酸イオン総量)−(反応で消費されるリン酸イオン量)―（オーバーフローでボンデ循環タンク外へ流出するリン酸イオン量）＋（ＴＡ補給溶液より補給するリン酸イオン量）−(スラッジ生成により消費されるリン酸イオン量)＝(微小時間当たりのリン酸イオン変化量)＝０となるようにする。なお、上記考え方はＭｇ量やＺｎ量についても同様である。
【００５０】
そこで、下式（２）によるリン酸濃度バランス式を成立させるようにする。
Δｔ時間後のボンデ循環タンク１２０内のリン酸イオン量をＰ_tとすると、
Ｐ_t＝Ｆ₁（ｑ０×Ｐ×Δｔ、 ｑ_ta×ｐ×Δｔ、 Const） …………（２）
とあらわされる。
【００５１】
上式（２）のＦ₁は所定の関数式を意味しており、リン酸イオン濃度Ｐ_tは括弧内のパラメータより構成される関数Ｆ₁の値であらわされることを示している。ここで、上記関数式における括弧内のｑ０×Ｐ×Δｔは、微小時間（Δｔ）におけるオーバーフローで流出するリン酸イオン量である。また、上記ｑ_ta×ｐ×Δｔは、ＴＡ補給溶液により微小時間（Δｔ）あたりに補給されるリン酸イオン量である。
【００５２】
上記パラメータConstは関数式Ｆ₁における定数項成分であり、ボンデ循環タンク１２０内における初期のリン酸イオン量、ボンデ反応により消費されるΔｔ時間あたりのリン酸イオン量、通板で持ち出されるΔｔ時間あたりのリン酸イオン量、及びスラッジとして析出されるΔｔ時間あたりのリン酸イオン量から決定される。
【００５３】
また、同様に、定常補給では、定常補給前後でＺｎ濃度がバランスされていることが必要である。そこで、下式（３）によるＺｎ濃度バランス式を成立させるようにする。
Δｔ時間後のボンデ循環タンク１２０内のＺｎ量をＺ_tとすると、
Ｚ_t＝Ｆ₂（ｑ０×Ｚ×Δｔ、Const） …………（３）
であらわされる。
【００５４】
上式（３）のＦ₂は所定の関数式を意味しており、Ｚｎ濃度Ｚ_tは括弧内のパラメータより構成される関数Ｆ₂の値であらわされることを示している。
ここで、上記関数式における括弧内の上記ｑ０×Ｚ×Δｔは、微小時間（Δｔ）におけるオーバーフローで流出するＺｎ量である。
【００５５】
上記パラメータConstは、関数式Ｆ₂における定数項成分であり、ボンデ循環タンク１２０内における初期のＺｎ量、亜鉛溶出によるΔｔ時間あたりのＺｎ量、通板で持ち出されるΔｔ時間あたりのＺｎ量、及びスラッジとして析出されるΔｔ時間あたりのＺｎ量から決定される。
【００５６】
また、同様に、定常補給では、定常補給前後でＭｇ濃度がバランスされていることが必要である。そこで、下式（４）によるＭｇ濃度バランス式を成立させるようにする。
Δｔ時間後のボンデ循環タンク１２０内のＭｇ量をＭ_tとすると、
Ｍ_t＝Ｆ₃（ｑ０×Ｍ×Δｔ、ｑ_mg×ｍ×Δｔ、Const） …………（４）
であらわされる。
【００５７】
上式（４）のＦ₃は所定の関数式を意味しており、Ｍｇ濃度Ｍ_tは括弧内のパラメータより構成される関数Ｆ₃の値であらわされることを示している。
ここで、上記関数式における括弧内のｑ０×Ｍ×Δｔは、微小時間（Δｔ）におけるオーバーフローで流出するＭｇ量である。また、上記ｑ_mg×ｍ×Δｔは、Ｍｇ補給溶液により微小時間（Δｔ）あたりに補給されるＭｇ量である。
【００５８】
上記パラメータConstは関数式Ｆ₃における定数項成分であり、ボンデ循環タンク１２０内における初期のＭｇ量、ボンデ反応により消費されるΔｔ時間あたりのＭｇ量、通板で持ち出されるΔｔ時間あたりのＭｇ量、及びスラッジとして析出されるΔｔ時間あたりのＭｇ量から決定される。
【００５９】
次に、上記ＴＡ補給液量ｑ_ta、Ｍｇ補給液量ｑ_mg、水補給液量ｑ_w、オーバーフロー液量ｑ０を変数として、上述した４つのバランス式（１）〜（４）の４元１次の連立方程式を解くと、次のようになる。
【００６０】
ＴＡ補給液量 ｑ_ta＝Ａ´_ta×Ｗ×ＬＳ＋Ｂ´_ta
Ｍｇ補給液量 ｑ_mg＝Ａ´_mg×Ｗ×ＬＳ＋Ｂ´_mg
水補給量 ｑ_w＝Ａ´_w×Ｗ×ＬＳ＋Ｂ´_w
オーバーフロー量 ｑ０＝ｑ１−ｑ２−ｑ３＋ｑ_ta＋ｑ_mg＋ｑ_w
【００６１】
ここで、Ａ´_ta、Ｂ´_ta、Ａ´_mg、Ｂ´_mg、Ａ´_w、及びＢ´_wは、それぞれ定数をあらわしている。
【００６２】
このようにして、リン酸化成処理装置１００における定常補給では、上述した量のＴＡ補給液量ｑ_ta、Ｍｇ補給液量ｑ_mg、水補給液量ｑ_wをそれぞれの補給液タンクより供給するようにしている。
【００６３】
（２）所定時間ごとの濃度計測に基づいて補給する処理
上記（１）では、定常的に補給するための補給液量の算出方法について説明した。次に、上記定常補給液量に対してさらに補正を加えるための補正方法について説明する。
【００６４】
まず始めに、上述した第１の補給液タンク１４１〜第４の補給液タンク１４４に収容された各補給液の特徴について説明をする。所定時間ごとの濃度計測に基づく補給液の補正については、各補給液の特徴に応じて行うようにしているためである。
【００６５】
本実施の形態において、ボンデ循環タンク１２０内に収容されているリン酸塩処理液が含有する成分には、濃度変化が大きいものと、濃度変化が比較的小さなものとがある。
【００６６】
例えば、第１の補給液タンク１４１内に収容されている７５％リン酸液（ＦＡ補給液）によって補給調整されるリン酸液（以下、ＦＡ液と称する）は、短時間で成分濃度の変化が生じやすい特徴を有している。
【００６７】
また、第２の補給液タンク１４２内に収容されている混合溶液（ＴＡ補給液）、すなわち、リン酸を主とする、硝酸ニッケル、フッ酸、及び微少量のマグネシウム等を含んだ混合溶液（以下、ＴＡ液と称する）も、比較的短時間で成分濃度の変化が生じやすい特徴を有している。
【００６８】
それに対して、第４の補給液タンク１４４内に収容されているマグネシウム溶液（Ｍｇ補給液）、及び亜鉛メッキ鋼板１１０表面からリン酸塩処理液中に溶出される亜鉛は、上述したＦＡ液及びＴＡ液に比べて短時間では濃度変化が生じ難い。このため、ある程度の長時間が経過してもボンデ皮膜２３０を形成する量に対する影響度は小さいという特徴を有している。
【００６９】
したがって、ボンデ皮膜を形成する際に行われる亜鉛メッキ鋼板の化成処理装置１００の動作制御を、濃度変化が生じやすい成分を含有する補給液の補給量調整と、濃度変化が生じ難い成分を含有する補給液の補給量調整とに分けて行うようにしている。
【００７０】
（Ａ）濃度変化が生じやすい成分を含有する補給液の補給量調整
上述したように、処理液中のＦＡ成分及びＴＡ成分は、濃度変化が生じやすいため、自動中和滴定装置１６０によって短時間毎に（例えば、１５分に１回毎に）、濃度測定する。そして、この測定結果に基づいて、ボンデ濃度コントローラ１７０は、第１の補給液タンク（ＦＡ補給液タンク）１４１または第２の補給液タンク（ＴＡ補給液タンク）１４２のバルブを所定時間開放して、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液の液量制御、及び上記リン酸塩処理液を構成する各成分の濃度制御をオンラインで自動的に行うように構成にしている。
【００７１】
図３に示した破線領域Ａ内の処理ステップは、ＦＡ補給液及びＴＡ補給液を対象としたオンライン濃度制御を行うための処理ステップである。
図３に示すように、まず、ボンデ処理スプレー槽１３０内へ亜鉛メッキ鋼板１１０が搬入されると（ステップＳ３００）、亜鉛メッキ鋼板１１０に対する処理液の吹き付けが開始される（ステップＳ３０１）。なお、上記ステップＳ３００とステップＳ３０１の順序を逆にし、処理液の吹き付けがあらかじめ開始された後に（ステップＳ３０１）、亜鉛メッキ鋼板がボンデスプレー槽内へ搬入されるように（ステップＳ３００）、動作制御されるようにしてもよい。
【００７２】
図３のフローチャートの破線領域Ａ内に示したように、オンラインによる濃度制御では、上述した処理液の吹き付けが所定時間（例えば、１５分）経過か否かを監視しており（ステップＳ３０２）、上記所定の時間が経過すると自動中和滴定装置１６０によって全酸度（ＴＡ）及び遊離酸度（ＦＡ）各々の測定が行われる（ステップＳ３０３及びステップＳ３０４）。
【００７３】
これらの測定により、ボンデ循環タンク１２０とボンデ処理スプレー槽１３０との間を循環する処理液のＦＡ成分濃度及びＴＡ成分濃度の実際値が、自動中和滴定装置１６０による分析結果として出力される。なお、自動中和滴定装置１６０による濃度測定方法の詳細については後述する。
【００７４】
次に、ボンデ濃度コントローラ１７０には、自動中和滴定装置１６０から１５分毎に出力されるＦＡ及びＴＡ成分の濃度値（現在のＦＡ及びＴＡ成分の濃度値）が入力され、上記入力された現在のＦＡ成分及びＴＡ成分の濃度値と、所定の厚さのボンデ皮膜２３０を形成するために適切なＦＡ成分及びＴＡ成分の濃度値（目標のＦＡ成分及びＴＡ成分の濃度値）とを比較する。そして、この比較により、ボンデ濃度コントローラ１７０は、現在のＦＡ成分及びＴＡ成分の濃度値が目標のＦＡ成分及びＴＡ成分の濃度値に対して、どの程度の増減を示しているのかを算出する。
【００７５】
上記算出した各成分における濃度値の増減が、濃度一定値とみなせる所定の変動範囲を越えている場合には、現在のボンデ循環タンク１２０内に存在するリン酸塩処理液量、ボンデ処理スプレー槽１３０内で吹き付けに使用しているリン酸塩処理液量、及びポンプ１５０で循環途中にあるリン酸塩処理液量を考慮して、現在のＦＡ成分及びＴＡ成分の濃度が目標の濃度値になるためには、どのくらいの補給量が必要となるのかを、ＴＡ成分及びＦＡ成分、水、マグネシウム溶液のそれぞれについて、ボンデ濃度コントローラ１７０により算出する（ステップＳ３０５及びステップＳ３０６）。
【００７６】
次に、上記算出した補給量の補給液を、ＦＡ補給液タンク１４１及びＴＡ補給液タンク１４２からボンデ循環タンク１２０内へ投入するために、ボンデ濃度コントローラ１７０は、上記第１の補給液タンク１４１と上記ボンデ循環タンク１２０との間を接続している第１の液補給用管１４１ｂに介設されている第１の開閉バルブ１４１ａ、及び上記第２の補給液タンク１４２と上記ボンデ循環タンク１２０との間を接続している第２の液補給用管１４２ｂに介設されている第２の開閉バルブ１４２ａの開放量と開放時間とを設定する（ステップＳ３０７）。
【００７７】
そして、ボンデ濃度コントローラ１７０から上記第１の補給液タンク１４１、及び第２の補給液タンク１４２へ上記設定に基づくバルブ開放の制御指令が出力されると、上記第１の開閉バルブ１４１ａ及び第２の開閉バルブ１４２ａを開動作して、実際の補給液の供給が行われる（ステップＳ３０８）。
【００７８】
なお、図１に示した亜鉛メッキ鋼板の化成処理装置１００は、ボンデ濃度コントローラ１７０が上記第１の開閉バルブ１４１ａ及び第２の開閉バルブ１４２ａの開閉動作を制御するように構成しているが、上記ボンデ濃度コントローラ１７０とは独立したバルブの開閉制御装置を設けるようにしてもよい。
【００７９】
また、本実施の形態では、説明を簡略化するために、ＦＡ成分及びＴＡ成分の濃度測定を１５分間隔でそれぞれ同様に行い、このＦＡ成分及びＴＡ成分の濃度制御をまとめてオンライン濃度制御として扱ったが、短時間で濃度変化を起こす複数の成分をまとめて同一の時間間隔で濃度測定することに必ずしも限らない。例えば、ＦＡ成分の濃度変化が極めて短時間（数分など）で生じるような場合には、ＦＡ成分とＴＡ成分の濃度測定は独立した適切な時間間隔で行うように設定することが望ましい。
【００８０】
（Ｂ）濃度変化が生じ難い成分を含有する補給液の補給量調整
ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液中のマグネシウム成分については濃度変化が生じ難いので、長時間（例えば、約８時間）に１回程度濃度測定を行うようにしている。そして、その測定結果に基づいて試薬を投入し、リン酸塩処理液中のマグネシウム量を一定量に保持するように制御するようにしている。
【００８１】
また、リン酸塩処理液中に溶出している亜鉛についても、約８時間に１回の頻度でボンデ循環タンク１２０よりオペレータが循環溶液を汲み取りオフラインでの濃度測定を行い、亜鉛濃度が一定値となるためのリン酸塩処理液水分量を補正して、第３の補給液（以下、水分補給液と称する）タンク１４３から計算量の水をボンデ循環タンク１２０内に補給調整してリン酸塩処理液を希釈するようにしている。
【００８２】
このように、マグネシウム、亜鉛、及び蒸発水分量に関しては、上記ＦＡ補給液またはＴＡ補給液についてのオンライン濃度制御とは独立した時間間隔での濃度制御を行い、水分補給液タンク１４３またはＭｇ補給液タンク１４４のバルブ開閉制御が実行されるように構成している。
【００８３】
図３のフローチャートに示す破線領域Ｂ内の処理ステップは、水分補給液（水）及びＭｇ補給液を対象とした濃度制御のための処理ステップを示している。
ボンデ処理スプレー槽１３０内へ亜鉛メッキ鋼板１１０が搬入されて、亜鉛メッキ鋼板１１０に対するリン酸塩処理液の吹き付け動作が開始される点については、上述したＦＡ成分及びＴＡ成分の濃度制御の場合と同様である（ステップＳ３００及びステップＳ３０１）。
【００８４】
図３のフローチャートの破線領域Ｂに示す濃度制御では、先ず、リン酸塩処理液の吹き付けが所定時間（例えば、８時間）経過したか否かを判断して（ステップＳ３０９）、所定時間の経過後にリン酸塩処理液中のマグネシウム及び亜鉛の各々の濃度測定を行う（ステップＳ３１０及びステップＳ３１１）。なお、上記所定時間が経過していない場合、本ボンデ皮膜形成処理が終了するか否かを判断する（ステップＳ３１６）。その結果、終了しないときはステップＳ３０２へ戻り、上述した処理を繰り返す。
【００８５】
上記マグネシウム及び亜鉛の濃度測定の実施にあたり、本実施の形態では蛍光Ｘ線分析等を用いて所定時間（８時間）毎に自動測定を行うこととしているが、人手によって測定を行うように構成してもよい。
【００８６】
次に、上記測定によって得られた濃度値を自動または人手によってボンデ濃度コントローラ１７０に入力する。これにより、ＦＡ成分及びＴＡ成分のオンライン濃度制御で説明した場合と同様に、ボンデ循環タンク１２０等のリン酸塩処理液量に基づき、ボンデ濃度コントローラ１７０はマグネシウム濃度を一定値にするための試薬量、及び亜鉛濃度を一定値にするための希釈用水量を決定する（ステップＳ３１２及びステップＳ３１３）。
【００８７】
濃度コントローラ１７０は、上記のように決定した量の補給液をボンデ循環タンク１２０に投入するように、上記第３の補給液タンク１４３と上記ボンデ循環タンク１２０との間を接続している第３の液補給用管１４３ｂに介設されている第３の開閉バルブ１４３ａ、及び上記第４の補給液タンク１４４と上記ボンデ循環タンク１２０との間を接続している第４の液補給用管１４４ｂに介設されている第４の開閉バルブ１４４ａを、設定した開度で所定の時間だけ開放する（ステップＳ３１４）。この結果、水及びＭｇの供給が実際に行われることになる（ステップＳ３１５）。その後、ステップＳ３１６でボンデ皮膜形成処理の終了を判断して、終了しない場合はステップＳ３０２へ戻り、上述した処理を繰り返す。
【００８８】
なお、本実施の形態では、説明を簡略化するために、マグネシウム及び亜鉛の濃度測定を８時間間隔でそれぞれ同様に行うようにして、このマグネシウム及び亜鉛の濃度制御をまとめて行うようにした。上記濃度測定間隔は８時間ごとに限らず任意な時間に設定することができ、また、長時間経過後に濃度変化を起こす複数の成分をまとめて同一の時間間隔で濃度測定することに必ずしも限らない。例えば、各成分の濃度変化が生じる時間に対応した適当な測定時間間隔を、成分ごとに独立して設定するようにしてもよい。
【００８９】
＜ボンデ濃度コントローラ１７０による濃度調整方法＞
ここでは、亜鉛メッキ鋼板１１０に対して皮膜量一定のボンデ皮膜２３０を連続的に形成することができるようにするため、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液を、所定時間（例えば、１５分）毎に採取して特定成分の濃度分析を行い、その分析結果に基づいて所定の補給液タンク１４１〜１４４から所定量の補給液の供給を制御するように構成されたボンデ濃度コントローラ１７０の濃度調整方法について説明する。
【００９０】
ボンデ濃度コントローラ１７０によるリン酸塩処理液濃度の調整方法は、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液を組成する複数の成分物質の物質収支バランスを安定に維持するという考え方に基づいている。以下、この物質収支バランスの制御について、具体的に説明する。
【００９１】
上述したように、亜鉛メッキ鋼板１１０の表面に形成されるボンデ皮膜２３０の形成量は、ボンデ循環タンク１２０内に収容されているリン酸塩処理液の液成分濃度に依存し、この液成分濃度の変化に伴ってボンデ皮膜２３０の形成量が変化する。
【００９２】
上記ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液は複数の成分液から組成されているが、各成分液の濃度は、ボンデ循環タンク１２０内の総液量に対する各成分液の成分量で表される。このため、各成分液の濃度を一定にするには、ボンデ循環タンク１２０の総液量に対する各成分液の成分量を制御する必要がある。
【００９３】
上述したように、ボンデ循環タンク１２０内の総液量は、ボンデ循環タンク１２０内に入ってくる液（流入液）の量と、ボンデ循環タンク１２０から持ち出される液（持ち出し液）の量で決定される。したがって、リン酸塩処理液の各成分の濃度が一定となるように制御することを高精度に、かつ迅速に行うようにするためには、上記流入液と持ち出し液とのバランスが維持される状態で、各成分液の補給調整を行うようにすることが重要である。
そこで以下に、ボンデ循環タンク１２０への流入液量と持ち出し液量とを考慮したリン酸塩処理液濃度の調整方法の考え方を示す。
【００９４】
まず、ボンデ循環タンク１２０内へ流入される液量には、次の４種類がある。
▲１▼ボンデ処理スプレー槽１３０に搬入される亜鉛メッキ鋼板１１０の表面に形成している前処理工程における前処理液量（ｑ１）。
▲２▼リン酸塩処理液中のＴＡ濃度を制御するために、ボンデ循環タンク１２０内へ補給されるＴＡ補給液量（ｑ_ta）。
【００９５】
▲３▼リン酸塩処理液中のＭｇ濃度を制御するために、ボンデ循環タンク１２０内へ補給されるＭｇ補給液量（ｑ_mg）。
▲４▼リン酸塩処理液と亜鉛メッキ鋼板１１０とが反応することでリン酸塩処理液中に上昇する２価の亜鉛イオン（Ｚｎ²⁺）量を一定値に制御するために、ボンデ循環タンク１２０内へ補給される希釈補給水量（ｑ_w）。
【００９６】
なお、ＴＡ補給液には遊離酸（ＦＡ）も含まれており、ＴＡ補給液により遊離酸（ＦＡ）も一定の割合で供給される。ただし、遊離酸(ＦＡ)は循環液中のスラッジや亜鉛濃度により、一定割合で変化しない。このため、１５分に1回の周期的測定により濃度を確認し、不足した量をＦＡ補給液で供給し補正する。よって、ＦＡ補給液は非定常に補給され、上記定常補給のバランス計算では無視される。
【００９７】
一方、ボンデ循環タンク１２０から持ち出される液量には、次の３種類がある。
▲５▼ボンデ循環タンク１２０への流入液量と持ち出し液量とのバランスを維持するために、ボンデ循環タンク１２０からオーバーフローしてしまうオーバーフロー量（ｑ０）。
▲６▼ボンデ循環タンク１２０とボンデ処理スプレー槽１３０内でリン酸塩処理液が繰返し循環される間に、リン酸塩処理液中の水分が蒸発するが、その水分蒸発量（ｑ２）。
▲７▼亜鉛メッキ鋼板１１０の表面にボンデ皮膜２３０が形成されることによってリン酸塩処理液は消費されていくので、ボンデ処理スプレー槽１３０からの持ち出し液量（ｑ３）。
【００９８】
ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液の濃度を一定にするためのタンク総液量は、上述したボンデ循環タンク１２０内への流入液量と、上記ボンデ循環タンク１２０外への持ち出し液量とのバランスが維持された状態である。この関係を式に表すと上述した式（１）のようになる。
【００９９】
この場合、リン酸塩処理液中における各ｑ０〜ｑ３、ｑ_ta、ｑ_mg、及びｑ_wの成分量は、それぞれの液量にそれぞれの濃度を積算することで算出される。このことは、ボンデ循環タンク１２０に補給される成分量と、ボンデ循環タンク１２０から消費されていく成分量とは同じであって、ボンデ循環タンク１２０内の物質収支は一定に制御されていることを示している。
【０１００】
なお、上式（１）では便宜上リン酸イオン濃度が一定となるよう物質収支バランスを計算しているが、ＴＡ補給液には遊離酸（ＦＡ）も含まれており、ＴＡ補給液により遊離酸（ＦＡ）も一定の割合で供給される。ただし、遊離酸(ＦＡ)は循環液中のスラッジ、亜鉛濃度により、一定割合で変化しないため、不足した分をＦＡ補給液で供給し補正するようにしている。
【０１０１】
次に、上述した物質収支バランスによるリン酸塩処理液の濃度調整方法を、実際の操業ラインに適用する場合に、亜鉛メッキ鋼板１１０の板幅及び鋼板走行速度との関係で補給液量をどのように設定するかについて説明する。これは、上述した４元１次の連立方程式の解であるＴＡ補給液量ｑ_ta、Ｍｇ補給液量ｑ_mg、水補給液量ｑ_w、オーバーフロー液量ｑ０を求めることである。
【０１０２】
補給液量を具体的な式で表せば、以下のようになる。
全酸（ＴＡ）の補給液量をｑ_ta、マグネシウム（Ｍｇ）の補給液量をｑ_mgとすると、
ｑ_ta＝ｋ₁×Ｗ×ＬＳ＋ｋ₂ ………式（５）
ｑ_mg＝ｋ₃×Ｗ×ＬＳ＋ｋ₄ ………式（６）
となる。
【０１０３】
ここで、Ｗは亜鉛メッキ鋼板１１０の板幅であり、ＬＳはボンデ処理スプレー槽１３０内を亜鉛メッキ鋼板１１０が搬入されているときの鋼板走行速度であり、さらに、ｋ₁〜ｋ₄は演繹的に求められる所定の定数である。
【０１０４】
また、上述したように、亜鉛はボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液中にある所定量含有する成分であるが、亜鉛メッキ鋼板１１０がボンデ処理スプレー槽１３０内でリン酸塩処理液が吹き付けられていく過程で鋼板表面の亜鉛は化学反応を起こし、リン酸塩処理液中に亜鉛イオン成分が溶出してくる。そのため、リン酸塩処理液中に溶出してくる２価の亜鉛イオン（Ｚｎ²⁺）を一定値に制御するために水分を補給して希釈させる必要がある。
【０１０５】
この希釈補給水量をはｑ_wとすると、
ｑ_w＝ｋ₅×Ｗ×ＬＳ＋ｋ₆―Ｑ_TA ………式（７）
と表すことができる。
ここで、Ｗは亜鉛メッキ鋼板１１０の板幅、ＬＳはボンデ処理スプレー槽１３０内を亜鉛メッキ鋼板１１０が搬入されているときの鋼板走行速度、ｋ₅及びｋ₆は演繹的に求められる所定の定数である。
【０１０６】
上式（７）における末尾のマイナス項―Ｑ_TAは、ボンデ濃度コントローラ１７０によって求まるＴＡ補給液量を示している。これは、自動中和滴定装置１６０によってＴＡイオンの濃度が測定され、ＴＡ補給液タンク１４２から混合溶液であるＴＡ補給液がＱ_TA量分補給されることから、全体の水量バランスをとる必要が生じる。このため、亜鉛イオンＺｎ²⁺を希釈するための補給水量からＱ_TA量分差し引くためのマイナス量（―Ｑ_TA）を追加している。
【０１０７】
ここで、上式（５）〜（７）における亜鉛メッキ鋼板１１０の板幅Ｗと鋼板走行速度ＬＳとの代数積（Ｗ×ＬＳ）は、単位時間当りのボンデ皮膜形成をおこす反応面積である。この反応面積（Ｗ×ＬＳ）に対する、全酸（ＴＡ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及び希釈水量の消費量の関係を実験的に求めていけば、消費量から逆算して各補給量ｑ_TA、ｑ_mg、ｑ_wを把握できるので、上式（５）〜（７）における定数ｋ₁〜ｋ₆を演繹的に決定することができる。
【０１０８】
このため定数ｋ₁〜ｋ₆を求めておけば、亜鉛メッキ鋼板１１０の板幅（Ｗ）と鋼板走行速度（ＬＳ）の値が設定された場合、式（５）〜（７）により、補給するための補給液量ｑ_TA、ｑ_mg、ｑ_wを求めることが可能となる。
【０１０９】
上述したリン酸塩処理液の濃度調整方法によって、ボンデ濃度コントローラ１７０がリン酸塩処理液の濃度調整を行った実施例の内容を以下に示す。
板幅（Ｗ）＝1600ｍｍ、板厚＝0.8ｍｍ、鋼板走行速度（ＬＳ）＝30ｍｐｍの場合で、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液について濃度調整の目標値を以下のように設定した。
ＴＡ＝9〜13（ポイント）
ＦＡ＝0.45〜0.7（ポイント）
Ｍｇ²⁺＝11〜13（ｇ/Ｌ）
Ｚｎ²⁺＝0.6〜0.9（ｇ/Ｌ）
【０１１０】
実際のボンデ循環タンク１２０への流入液量は、
▲１▼前処理液量ｑ１＝0.58Ｌ/min （前処理液量＝6ｇ/ｍ²片面（測定値））
▲２▼ＴＡ補給量ｑ５＝ｑ_TA＝0.384Ｌ/min（ここで、ｋ₁＝0.008、ｋ₂＝0、W=1.6、LS＝30ｍｐｍ）
▲３▼Ｍｇ補給量ｑ６＝ｑ_mg＝3.36Ｌ/min（ここで、ｋ₃＝0.07、ｋ₄＝0、W=1.6、LS＝30ｍｐｍ）
▲４▼希釈補給水量ｑ７＝ｑ_w＝19.08Ｌ/min（ここで、ｋ₅＝0.31、ｋ₆＝5、W=1.6、LS＝30ｍｐｍ、Ｑ_TA＝0.8Ｌ/min）
であった。
【０１１１】
また、実際のボンデ循環タンク１２０外への持ち出し液量は、
▲５▼水分蒸発量ｑ２＝2.3Ｌ/min
▲６▼持ち出し液量ｑ３＝0.096Ｌ/min （持ち出し液量＝1ｇ/ｍ²片面（測定値））
▲７▼オーバーフロー量ｑ４＝21.008Ｌ/min
であった。
【０１１２】
上述したボンデ循環タンク１２０への流入液量、及びボンデ循環タンク１２０外への持ち出し液量の場合で、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液の各成分濃度は以下のとおりであった。
ＴＡ＝12（ポイント）
ＦＡ＝0.5（ポイント）
Ｍｇ²⁺＝12（ｇ/Ｌ）
Ｚｎ²⁺＝0.7（ｇ/Ｌ）
【０１１３】
各補給液の濃度は設定した目標濃度範囲内にあり、このことから、本実施の形態の亜鉛メッキ鋼板の化成処理装置１００における物質収支の一定制御に基づくリン酸塩処理液濃度調整の有効性を確認できた。
【０１１４】
このように本実施の形態によれば、リン酸塩処理液の濃度調整を行うにあたり、第１に、定常補給として、流量バランス式、リン酸イオンバランス式、Ｚｎイオンバランス式、及びＭｇイオンバランス式より４元連立１次方程式を作成して、各濃度を一定とするために必要な補給液量を求めて補給する。
【０１１５】
第２に、各成分濃度の変化に緩急の差があることを利用して、濃度測定結果に基づいて補給液量の補正を行うようにしている。具体的には、濃度変化が急に生じる成分（ＦＡ成分、ＴＡ成分）については短時間毎の濃度測定を行い、その都度、上記測定結果に対応するオンラインの濃度制御を行うようにしている。
一方、濃度変化が緩やかに生じる成分（マグネシウム成分、亜鉛成分など）については長時間毎の濃度測定を行いながら上記測定結果に基づく定常的な補給で対応するというような濃度制御を行うようにした。
【０１１６】
このため、リン酸塩処理液に含有される成分の組成にあわせて、例えば、４つの補助液（▲１▼ＦＡ補給液（７５％リン酸液）、▲２▼ＴＡ補給液（リン酸を主とする、硝酸ニッケル、フッ酸、及び微少量のマグネシウム等を含んだ混合溶液）、▲３▼水、▲４▼マグネシウム溶液）を収容した溶液用タンク１４１〜１４４を備えるようにして、各補給液タンク１４１〜１４４から濃度制御に必要となる成分のみを、濃度一定に要する液量だけ補給することができるようになり、ボンデ循環タンク１２０内のリン酸塩処理液の濃度を高精度に安定して制御することができるようになった。
【０１１７】
また、ボンデ循環タンク１２０に収容されたリン酸塩処理液を、ボンデ循環タンク１２０に入ってくる液とタンクから出ていく持ち出し液に分けて考え、リン酸塩処理液の濃度調整方法は、この流入液量と流出液量の収支バランスが維持された状態で各成分液の補給調整を行うように構成したので、リン酸塩処理液の各成分の濃度を高精度かつ迅速に一定制御することができるようになった。
【０１１８】
さらに、亜鉛メッキ鋼板１１０の板幅、及び亜鉛メッキ鋼板１１０がボンデ処理スプレー槽１３０に搬入される時の鋼板走行速度に対して、各補給液量を決定するための算出式の係数を実験的に求めておくことにより、実際の操業ラインで、上記物質収支バランスによるリン酸塩処理液の濃度調整方法を有効に適用することができる。
【０１１９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩皮膜を形成するためのリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度を、上記リン酸塩処理液を組成する複数の成分物質の物質収支バランスを安定に維持するようにしたので、各成分物質の濃度を高精度に制御することができるようになり、亜鉛メッキ鋼板上に形成するボンデ皮膜量を安定させて高品質のリン酸亜鉛メッキ鋼板を製造することができる。
【０１２０】
また、本発明の他の特徴によれば、亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩皮膜を形成するためのリン酸塩化成処理に使用するリン酸塩処理液を補給するための補給液収容容器を複数個備えるようにしたので、リン酸塩処理液に含有される成分物質の中で、濃度調整に必要な成分物質のみを必要な量だけ補給することが可能となり、リン酸塩処理液の濃度制御を高精度かつ迅速に行うようにすることができる。これにより、亜鉛メッキ鋼板に形成されるリン酸塩の皮膜量を連続的に一定量にすることが可能となる。
【０１２１】
また、本発明のその他の特徴によれば、リン酸塩処理液を組成する成分中に、短時間で濃度変化を起こす成分が含有されている場合に、上記濃度変化しやすい成分物質のみ、或いは上記濃度変化しやすい成分物質の割合が高い補給液を収容するための補給液収容容器を独立して備えるようにしたので、リン酸塩処理液の濃度変化に大きな影響を与える上記濃度変化しやすい成分のみを迅速に補給しながら、その他の成分は補給しないようにすることが可能となるので、リン酸塩処理液の濃度調整を効果的に行うことができる。
【０１２２】
また、本発明のその他の特徴によれば、亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩皮膜を形成するためのリン酸塩化成処理に必要なリン酸塩処理液の濃度調整を、上記リン酸塩処理液に含有される成分の濃度変化が生じやすい成分の濃度調整と濃度変化が生じにくい成分の濃度調整とに分けて行うようにするとともに、上記それぞれの濃度調整では所定の時間の経過ごとに成分濃度の測定を行って、その測定結果からリン酸塩処理液の濃度を調整するようにしたので、リン酸塩処理液に含有される複数の成分の濃度変化が生じる時間に大きな差異がある場合でも、リン酸塩処理液の濃度を高精度に制御して皮膜形成量を一定量にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリン酸亜鉛メッキ鋼板の製造装置の実施の形態を示し、主要部の構成を示す構成図である。
【図２】亜鉛メッキ鋼板の表面にボンデ皮膜が形成された状態の鋼板の断面を模式的に示した図である。
【図３】亜鉛メッキ鋼板上にボンデ皮膜を形成するための手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】従来のリン酸亜鉛メッキ鋼板の製造装置の概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１００ リン酸亜鉛メッキ鋼板の製造装置
１１０ 電気亜鉛メッキ鋼板
１２０ ボンデ循環タンク
１３０ ボンデ処理スプレー槽
１３１ スプレーノズル
１３２ リン酸塩処理液供給配管
１３３ 戻り配管
１４１ 第１の補給液タンク（ＦＡ補給液タンク）
１４２ 第２の補給液タンク（ＴＡ補給液タンク）
１４３ 第３の補給液タンク（水分補給液タンク）
１４４ 第４の補給液タンク（マグネシウム補給液タンク）
１５０ ポンプ
１６０ 自動中和滴定装置
１７０ ボンデ濃度コントローラ
１８０ 濃度制御装置

Claims (13)

1. 亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩皮膜を形成するためのリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置であって、
   リン酸塩処理液を収容しているボンデ循環タンク内に入ってくる流入液の量と、上記ボンデ循環タンクから持ち出される持ち出し液の量とをバランスさせるのに必要な補給量をそれぞれの成分物質毎に求めて、各成分液の補給調整制御を行うことを特徴とするリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置。
2. 上記ボンデ循環タンク内に収容されているリン酸塩処理液の成分濃度を分析するための分析装置として、一定量のリン酸塩処理液に所定の溶液を順次滴下していきながら液中のｐＨ変動を検出して、上記ｐＨが中和した時点までに要した上記所定の溶液量から上記リン酸塩処理液の成分濃度を決定する自動中和滴定装置を有することを特徴とする請求項１に記載のリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置。
3. 上記自動中和滴定装置により所定時間毎に検出されるリン酸塩処理液のｐＨ値を基にして、上記リン酸塩処理液の全酸度（ＴＡ）と遊離酸度（ＦＡ）を測定し、全酸度および遊離酸度を一定に維持すべく、補給に必要なＴＡ補給液量とＦＡ補給液量を算出することを特徴とする請求項２に記載のリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置。
4. 上記リン酸塩処理液のＭｇ濃度を測定してＭｇ濃度を一定に維持すべくＭｇ補給液量を算出することを特徴とする請求項３に記載のリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置。
5. 上記リン酸塩処理液のＺｎ濃度を測定してＺｎ濃度を一定に維持すべく希釈用水量を算出することを特徴とする請求項３または４に記載のリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置。
6. 上記リン酸塩処理液を収容しているボンデ循環タンク内に入ってくる流入液の量と、上記ボンデ循環タンクから持ち出される持ち出し液との量をバランスさせるのに必要な補給量とを、上記亜鉛メッキ鋼板の板幅及び上記リン酸塩皮膜を形成する際の亜鉛メッキ鋼板の走行速度を基にして、上記リン酸塩処理液を組成する複数の成分物質の物質収支から計算すること特徴とする請求項１に記載のリン酸塩皮膜形成用処理液の濃度制御装置。
7. 亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩皮膜を形成するためのリン酸化成処理装置であって、
   リン酸塩化成処理に使用するリン酸塩処理液を収容するためのボンデ循環タンクと、
   上記ボンデ循環タンクに収容されているリン酸塩処理液を亜鉛メッキ鋼板に吹き付けるためのボンデ処理スプレー槽と、
   上記ボンデ循環タンク内に収容されているリン酸塩処理液を上記ボンデ処理スプレー槽内において上記亜鉛メッキ鋼板に吹き付けるためのリン酸塩処理液吹き付け手段と、
   上記ボンデ処理スプレー槽から上記ボンデ循環タンクに上記リン酸塩処理液を戻す戻り配管と、
   上記ボンデ循環タンク内に収容されているリン酸塩処理液の濃度調整を行うための補給液を収容するための複数の補給液収容容器とを有することを特徴とするリン酸化成処理装置。
8. 上記補給液収容容器が全酸度（ＴＡ）補給液容器と遊離酸度（ＦＡ）補給液容器とからなり、上記ＴＡ補給液容器と上記ＦＡ補給液容器とは各独立した流量制御手段を経由して上記ボンデ循環タンクに接続されていることを特徴とする請求項７に記載のリン酸化成処理装置。
9. 上記補給液収容容器の一種がＭｇ補給液容器であり、上記Ｍｇ補給液容器は独立した流量制御手段を経由して上記ボンデ循環タンクに接続されていることを特徴とする請求項７または８に記載のリン酸化成処理装置。
10. 上記補給液収容容器の一種が希釈水補給液容器であり、上記希釈水補給液容器は独立した流量制御手段を経由して上記ボンデ循環タンクに接続されていることを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載のリン酸化成処理装置。
11. 亜鉛メッキ鋼板にリン酸塩皮膜を形成するためのリン酸化成処理方法であって、
    上記リン酸塩皮膜を形成するためのリン酸塩化成処理に使用するためにボンデ循環タンク内に収容されているリン酸塩処理液を補給するための補給液格納容器を複数個備え、上記リン酸塩処理液を組成する複数の成分物質を補給する際には、上記複数個の補給液格納容器から上記複数の成分物質のそれぞれを個別に補給するようにしたことを特徴とするリン酸化成処理方法。
12. 上記補給液格納容器の少なくともいずれか１つは、上記リン酸塩処理液に含有される成分物質の中で濃度変化が生じやすい成分物質を補給するために用いて、上記濃度変化が生じやすい成分物質を濃度変化が生じにくい成分物質とは分離して上記ボンデ循環タンク内に補給するようにしたことを特徴とする請求項１１に記載のリン酸化成処理方法。
13. 上記リン酸塩処理液の濃度調整は、上記リン酸塩処理液に含有される成分物質の濃度変化が生じやすい成分物質の濃度調整と濃度変化が生じにくい成分物質の濃度調整とに分けて行い、上記それぞれの濃度調整で所定の時間の経過ごとに上記成分物質の濃度測定を行い、上記濃度測定の結果に基づいて上記各成分物質の濃度を一定にするように制御することを特徴とする請求項１１または１２に記載のリン酸化成処理方法。

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