JP2004250726A - バルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材 - Google Patents
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Abstract
【課題】鉛を含有する銅合金製配管器材の使用に際して、従来の基準と比較して鉛溶出量を大幅に削減することを低コストで可能とすると共に、複雑な形状の流路を有する鉛を含有した銅合金製配管器材においても、接液部表面層の鉛を効果的に除去し、鉛溶出の水質基準を確実に満足するバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材を提供すること。
【解決手段】鉛を含有する銅合金製配管器材１の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層６に偏析して存在する鉛７を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材である。
【選択図】 図２
【解決手段】鉛を含有する銅合金製配管器材１の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層６に偏析して存在する鉛７を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材である。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛を含有するバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材に関し、詳しくは、例えば、鉛を含有する青銅、黄銅等の銅合金製の水道用バルブ、給水給湯用バルブ、管継手、ストレーナ、或いはその他の配管器材の中で、接液部表面層に鉛の偏析が多いものについて化学研磨処理を施し、鉛の偏析を十分に取り除いてから、鉛を選択的に除去する酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等を施し、水道水などの流体が接液しても鉛が溶出しないようにして鉛溶出の水質基準を満たすようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、水道用、給水給湯用の配管には、バルブ、管継手、ストレーナ、或いはその他の配管器材が設けられており、これらの配管器材は、鋳造性、機械加工性並びに経済性に優れた青銅や黄銅などの銅合金製のものが多く用いられている。
【０００３】
特に、青銅や黄銅製のバルブや継手は、青銅にあっては鋳造性や機械加工性を、黄銅にあっては切削性や熱間鍛造性等の特性を良好にするため、鉛（Ｐｂ）を所定量添加した合金が使用されている。しかし、このような鉛を含有した青銅・黄銅製のバルブに水道水などの流体を供給すると、バルブの接液部表面層に析出している鉛含有金属の鉛部分が水道水に溶出することが考えられる。
そこで、従来より飲用に供せられる水道水は、特定の方法によって行う評価検定方法によって、鉛溶出の水質基準が規定され、これに適合するものでなければならない。
【０００４】
鉛は人体に有害な物質であることから、その溶出量は、極力少なくする必要があり、最近は、バルブ等の配管器材における鉛溶出の水質基準の規制が更に厳しくなりつつある。
【０００５】
このような状況下において、これらの条件を満足するバルブ等の配管器材の開発が切望され、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等の各種の脱鉛化処理方法が提案されている。
例えば、現在実施されている酸洗浄処理による脱鉛化処理方法として、硝酸と、インヒビターとして塩酸を添加した洗浄液によって、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を洗浄して、前記塩酸で接液部表面に皮膜を形成した状態により、接液部表面層を脱鉛化する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、現在実施されているアルカリ洗浄処理による脱鉛化処理方法として、鉛含有銅合金を、酸化剤を添加したアルカリ性のエッチング液に浸漬し、鉛含有銅合金材の表面の鉛を選択的に溶解除去する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３３４５５６９号公報（第１−２頁、第１図）
【特許文献２】
特許第３１８２７６５号公報（第１−２頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような脱鉛化処理方法により、処理されるバルブや継手等の中でも、特に、複雑な形状の流路を有する青銅製の配管器材、例えば、図１に示すようなグローブ弁１、エルボ２、混合栓３、減圧弁４、或いは水道メーター５等は、同図において一点斜線で囲まれた部位Ａの接液部表面層に鉛の偏析が多く存在（現行ＣＡＣ４０６品で、鉛含有量３０ｗｔ％以上）しているものがある。
表面層に鉛が偏析して存在する理由は、鋳型が砂で形成されている場合、砂粒と砂粒の隙間が局部的に冷却が遅くなるために、この隙間に溶湯から放出されたガスが集中することによって最終凝固部となり、その結果、融点の低い鉛が晶出してしまうからであり、さらに、鋳肌の表面は砂によって無数の凹凸ができるため、結果的に鋳肌表面に鉛が偏析して存在してしまう。
その中でも、複雑な形状をした流路内には、上記ガスが他の場所に比べて長く滞留するため、融点の低い鉛が極めて多く晶出している。
【０００８】
現在実施されている脱鉛化処理方法である、特許第３３４５５６９号公報（特許文献１）、特許第３１８２７６５号公報（特許文献２）等の脱鉛化処理方法では、例えば、図１に示すように、複雑な形状の流路の接液部表面層に偏析して存在する鉛を効果的に除去することができず、この接液部表面層に鉛を残存させてしまう。その結果、接液部表面層に残存する鉛が溶出するため、特に、複雑な形状の流路を有する青銅製の配管器材においては、従来の基準と比較して鉛溶出量を大幅に削減するものとはいえない。
【０００９】
本発明は、上記の実情に鑑みて鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、鉛を含有する銅合金製配管器材の使用に際して、従来の基準と比較して鉛溶出量を大幅に削減することを低コストで可能とすると共に、複雑な形状の流路を有する鉛を含有した銅合金製配管器材においても、接液部表面層の鉛を効果的に除去し、鉛溶出の水質基準を確実に満足するバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化し、更に、鉛溶出低減めっき処理したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、化学研磨処理を１０秒以上実施したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、硝酸、硫酸、及び塩酸からなる化学研磨処理液を用いて化学研磨処理したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
請求項６に係る発明は、上記銅合金製配管器材は、青銅又は黄銅である。
【００１５】
請求項７に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
【００１６】
請求項８に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
【００１７】
請求項９に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化し、更に、鉛溶出低減めっき処理したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
【００１８】
請求項１０に係る発明は、化学研磨処理を１０秒以上実施したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
【００１９】
請求項１１に係る発明は、硝酸、硫酸、及び塩酸からなる化学研磨処理液を用いて化学研磨処理したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
請求項１２に係る発明は、上記銅合金製配管器材は、青銅又は黄銅である。
【００２０】
ここで、複雑な形状の流路を有する青銅製配管器材に、現在実施されている脱鉛化処理方法を施して、鉛浸出量等の分析結果を詳述する。
現在実施されている脱鉛化処理方法の一例として、硝酸、塩酸からなる酸性溶液を用いて接液部表面層の鉛を除去する酸洗浄処理、及び水酸化ナトリウムを主成分とするアルカリ性溶液を用いて接液部表面層の鉛を除去するアルカリ洗浄処理を、ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁（未処理品）にそれぞれ施して、鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）を測定し、その結果を表１に示す。
なお、上記酸洗浄処理、及びアルカリ洗浄処理の前処理として、加工時の切削油や防錆油等を除去し、それぞれの洗浄効果を好適に発揮する条件で行った。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１に示すように、現在実施されている脱鉛化処理方法である酸洗浄処理、及びアルカリ洗浄処理では、鉛溶出の水質基準値０．０１ｍｇ／ｌ以下を満足できなかった。
【００２３】
そこで、原因追求するため、配管器材の接液部表面層の鉛分布調査を行った。
未処理品である青銅製のゲート弁、グローブ弁、チェック弁、エルボ、及び黄銅製のゲート弁における接液部表面層の鉛含有量（ｗｔ％）、及び前記未処理品に現在実施されている脱鉛化処理方法（酸洗浄処理）を施した後の接液部表面層の鉛含有量（ｗｔ％）の測定結果と、鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）の測定結果を表２に示す。表２において、調査場所はいずれも鉛の偏析部分を示すと共に、この部分の鉛含有量（ｗｔ％）を示している。ただし、鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）は測定対象バルブ全体の浸出量を示している。
【００２４】
【表２】
【００２５】
表２に示すように、特に、接液部表面層の鉛含有量が３０ｗｔ％を超えるものは、現在実施されている脱鉛化処理方法である酸洗浄処理を施しても、接液部表面層に偏析して存在する鉛を効果的に除去することは困難であり、酸洗浄処理した後であっても接液部表面層には、１５ｗｔ％以上の鉛を含有し、鉛浸出量は、鉛溶出の水質基準値０．０１ｍｇ／ｌを超える０．０３ｍｇ／ｌ以上であることが判明した。また、現在実施されている脱鉛化処理方法として、アルカリ洗浄処理を施しても、鉛浸出量は、上記酸洗浄処理と同様に鉛溶出の水質基準を満足できなかった。
【００２６】
なお、図４及び図５は、青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁（未処理品）、及び現在実施されている脱鉛化処理方法を施した青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１１０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）により観察し、それを模式図として示したものである。
図４に示すように、未処理品の接液部表面層６には大きな鉛７のかたまり部分が点在し、表面層より深く重なる部分もあることがわかる。また、図５に示すように、現在実施されている脱鉛化処理方法を施しても、接液部表面層６に偏析して存在する鉛７を効果的に除去できていないことがわかる。
【００２７】
表面層に鉛が偏析して存在する理由は、鋳型が砂で形成されている場合、砂粒と砂粒の隙間が局部的に冷却が遅くなるために、この隙間に溶湯から放出されたガスが集中することによって最終凝固部となり、その結果、融点の低い鉛が晶出してしまうからであり、さらに、鋳肌の表面は砂によって無数の凹凸ができるため、結果的に鋳肌表面に鉛が偏析して存在してしまう。
その中でも、複雑な形状をした流路内には、上記ガスが他の場所に比べて長く滞留するため、融点の低い鉛が極めて多く晶出し、表２に示すように、青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁（未処理品）、青銅 給装用エルボ（未処理品）にあっては、接液部表面層の鉛含有量が３０ｗｔ％を超える。
【００２８】
従って、特に、現行ＣＡＣ４０６品で、接液部表面層の鉛含有量が３０ｗｔ％を超えるものは、現在実施されている脱鉛化処理方法（酸洗浄処理、及びアルカリ洗浄処理等）では、接液部表面層に偏析して存在する鉛を効果的に除去することができず、接液部表面層に多くの鉛を残存させてしまい、その結果、残存する鉛が溶出して鉛溶出の水質基準値０．０１ｍｇ／ｌ以下を満足できないことが判明した。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材、特に、複雑な形状の流路を有する銅合金製配管器材であっても適用することができ、鉛含有量の多いボデー部品内面の接液部表面層を切削加工面と同等レベルまで研磨除去することが可能な化学研磨処理を施し、接液部表面層に偏析して存在する鉛を研磨除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等を施して、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去することで、鉛溶出の水質基準を満足することができる鉛溶出低減処理方法である。
【００３０】
図２は、本発明の鉛溶出低減処理方法の一実施形態を示した工程説明図であり、本例では、洗浄工程に酸洗浄処理を採用して説明する。
先ず、化学研磨工程について説明する。
図２に示すように、弁座部分がメタルタッチで封止する構造となっている弁は、加工後に化学研磨処理を実施すると、シート面の面粗度が失われてしまい、封止性が低下するため、鋳造後に化学研磨処理を実施する。
また、エルボ、及び弁座部分がソフトシートで封止する構造となっている弁等は、加工後、化学研磨処理を実施することで、加工に代表される機械処理と、化学研磨処理以降の化学処理とに分けられ、作業効率が高まる。
従って、水栓、減圧弁、及び水道メーターにおいては、弁座部分がメタルタッチで封止する構造の場合は、鋳造後に化学研磨処理を実施し、弁座部分がソフトシートで封止する構造の場合は、加工後に化学研磨処理を実施する。
【００３１】
本例では、硝酸、硫酸、及び塩酸からなる化学研磨処理液を用いて、上記銅合金製配管器材（以下、配管器材）の接液部表面層を化学研磨処理（処理時間、１０秒以上）し、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等により、鉛溶出の水質基準を満足することができるレベルまで研磨除去する。具体的には、表２の試験結果から多くとも２６ｗｔ％を超えないレベルまで研磨除去する。
【００３２】
本例で実施する化学研磨処理として、表３に示すものがある。
このように、処理例が種々存在する理由は、銅合金の化学成分である銅、錫、亜鉛、鉛等の元素を同時に等しく研磨するためであり、処理する銅合金の化学成分の違いにより使い分ける。特に、本発明が適用される銅合金製配管器材に対しては、例▲１▼、例▲５▼の化学研磨処理が適している。なお、化学研摩処理は、表３に示すものに限定されるものではない。
【００３３】
【表３】
【００３４】
また、その他の研磨方法として、金属粒子等を高速で金属表面に吹き付けるサンドブラスト処理や、水や空気を用いた高圧洗浄による機械的研磨があるが、鉛含有量の多い接液部表面層を完全に除去し、ＪＩＳ Ｈ５１２０のＣＡＣ４０６で示されている鉛４〜６ｗｔ％範囲内の鉛含有量となるが、機械的研磨は除去力が強く、ボデー部品内面のみならず、鋳物表面の突起部や鋳出文字も全て取り除いてしまうため、研磨方法としては適さない。よって、洗浄処理で鉛を効果的に除去可能な範囲まで研磨除去できる化学研磨処理を採用している。
なお、本例の化学研磨処理を施した場合の接液部表面層の鉛含有量（ｗｔ％）、及び機械的研磨処理を施した場合の接液部表面層の鉛含有量（ｗｔ％）を表４に示す。
【００３５】
【表４】
【００３６】
ここで、公知の化学研磨処理と、本発明における化学研磨処理との違いを説明する。
化学研磨は、本来、任意めっき処理を施す前に、スケールの除去と、表面層の酸化皮膜を取り除き、金属表面を活性化させることが目的である。比較例として、公知の一般的な化学研磨を施した後、洗浄処理（本例では、酸洗浄処理）を施した場合の鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）の測定方法、及び測定結果を表５に示す。
【００３７】
【表５】
【００３８】
ここで、常温とは２０℃をいい、補正値とはＪＩＳ Ｓ３２００−７で定める「配管途中の器具」に適合させた補正結果をいう。
このように、一般的な化学研磨処理条件では、本発明と処理目的が異なっており、鉛含有量の多い接液部表面層をほとんど除去できない。
よって、洗浄処理で鉛を効果的に除去できる範囲まで、研磨除去できる化学研磨条件を探求した結果、化学研磨処理の処理時間と鉛浸出量との関係に着目し、鉛浸出量０．０１ｍｇ／ｌ以下を満足するためには、図３に示すように、化学研磨処理の処理時間として１０秒以上実施する。被処理面の鉛の偏析の多少も考慮して、より安定的に鉛を除去するには、２０秒程度の処理時間が好ましい。また、処理時間を必要以上に長くしても鉛除去の効果は上がらず、かえって被処理面の荒れが生じるので、３０秒以下の処理時間が望ましい。
【００３９】
また、化学研磨処理は、処理中に高い反応熱を発生させるため、表面に付着した切削油等の油膜は瞬時に蒸発してしまうので、図２に示すように、加工後、化学研磨処理を実施する弁座部分がソフトシートで封止する構造の場合は、脱脂工程は必要ない。
化学研磨処理後、化学研磨処理液を水洗工程（常温）にてよく洗い落とす。
【００４０】
次に、酸洗浄工程について説明する。
酸を含有した洗浄液が入った処理槽に上記配管器材を浸漬して、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去する。この場合、上記洗浄液を入れた処理槽内で超音波洗浄、或いは揺動を行って、鉛の侵食を促進させてもよい。そして、予め設定された時間の酸洗浄が終了すると、配管器材を洗浄液から取り出す。
【００４１】
ここで、超音波洗浄、或いは配管器材の揺動による鉛の溶出の促進作用について説明すると、超音波洗浄は、洗浄液中の配管器材に超音波を当てることにより、洗浄液中の反応で生じた種々の鉛化合物を配管器材表面から速やかに除去させる効果があり、揺動は、洗浄液中の配管器材自体を揺らすことにより、鉛化合物を配管器材から除去したり、浸漬した製品中に生じた空気溜りをなくす効果がある。特に、洗浄液中の液の攪拌を高めることで、鉛との化合物を形成して鉛が溶出し易くなる。上記超音波洗浄と揺動とは並用すると良い。
【００４２】
上記洗浄液は、硝酸や酢酸等の鉛を侵食する酸を水道水、或いは純水に混入したものを使用したり、又は、硝酸にインヒビター効果をもつ塩酸を混合した混酸を水道水、或いは純水に混入したものを使用する。
この場合、塩酸のＣｌ−イオンが銅表面に均一に膜を作りながら侵食するので、光沢面を保持しながら侵食する。このとき鉛部分では、塩酸鉛、硝酸鉛が形成され、そしてこれらの鉛はともに混酸に溶解性であるから、侵食が持続する。
【００４３】
次に、上記洗浄液に含まれる酸について説明する。
一般に酸は、鉛を腐食（酸化）させることが知られているが、鉛は酸との反応で酸化皮膜を形成し易いため、連続的な腐食をおこしにくい。しかし、硝酸、塩酸、及び有機酸等の酢酸は鉛を連続的に腐食し、中でも硝酸（ＨＮＯ３）の腐食速度が最も高い値を示す。
一方、塩酸（ＨＣｌ）は、硝酸に比して鉛の腐食速度は遅いものの、銅との化合力が高いため、硝酸との混酸で酸洗した場合、硝酸と銅が化学反応して酸化銅（Ｃｕ２Ｏ又はＣｕＯ）を形成する以前に、配管器材の表面に塩化銅（ＣｕＣｌ）皮膜を形成し、硝酸による銅の腐食を抑制するいわゆるインヒビター効果を奏する。
【００４４】
また、上記のように硝酸等の鉛を侵食する酸を単独に使用する場合、インヒビターとして塩酸の代わりにベンゾトリアゾール（ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ，ＢＴＡ）などを混入しても良い。ベンゾトリアゾールは、特に一価の状態にある銅及び銀に対するキレート試薬であり、これら金属の変色及び腐食の抑制に用いられている。
鉛の侵食に酢酸を用いる場合には、酢酸は銅と化学反応しないので、インヒビターは混入しなくてよい。なお、酸洗浄処理は、本例に限定されるものではない。
【００４５】
酸洗浄工程後、水洗工程にて、上記洗浄液をよく洗い落とす。
本例のように、水洗を１０分程度行うことにより、インヒビターとして金属表面に付着している塩酸を十分に除去することができ、酸洗浄を行った配管器材表面の変色を防ぐことができる。
また、水洗工程後、防錆処理の際にも、エアブローを十分に行うことにより、配管器材表面の変色を十分に防ぐことができる。
なお、万が一、変色が生じた場合には、硫黄系脱脂剤（中央化学株式会社製品ギルデオン ＮＰ−１００等）により、配管器材表面の酸化皮膜を除去した後、水洗、防錆工程を再度経ることにより、変色を修復することができる。
めっき処理を施さない配管器材において、化学研磨は、外観上、著しく光沢を与えたり、くすんだりするため、表面処理（図２参照）後、ニッケル・クロムめっき処理を施してもよい。酸洗浄工程後、すぐにめっき処理を施す場合は、防錆工程を省いてもよい。
【００４６】
水栓器具等、外観上、めっき処理が必項の銅合金製配管器材で、将来基準値が設けられるであろうニッケルに対しても考慮する必要がある場合は、めっき工程後に、本願出願人が開発した脱鉛化処理方法（特許３３４５５６９号）に基づく洗浄工程を実施し、鉛とニッケルを同時に溶出除去してもよい。この場合、ＮｉはＮｉ（ＮＯ３）２として除去される。
表６に、上記酸洗浄工程の有無によるニッケル浸出量（ｍｇ／ｌ）の差を示す。
【００４７】
【表６】
【００４８】
ニッケルはアルカリに対する耐食材料であることから、アルカリ洗浄ではニッケルを除去することがほとんどできないが、酸洗浄は表６に示すように、ニッケルの除去に対しても極めて有効な処理方法である。
【００４９】
【実施例】
次に、本発明における鉛溶出低減処理方法の具体的な一例を、青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁に適用して説明する。
鋳造後、加工を終えたＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁を、表３において、例▲１▼に示す硝酸２００ｍｌ／ｌ、硫酸４００ｍｌ／ｌ、塩酸２ｍｌ／ｌ、及び水３００ｍｌ／ｌからなる化学研磨処理液（常温）が入った処理槽に１０秒間浸漬し、接液部表面層に偏析して存在する鉛を研磨除去する化学研磨処理を行う。
なお、図６は、化学研磨処理後のＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層６における鉛７の分布を、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）により観察し、それを模式図として示したものである。図中８は、接液部表面層６の研磨除去された部分である。
【００５０】
化学研磨処理後、化学研磨処理液を水洗工程（常温）にてよく洗い落とし、水洗工程後、洗浄工程にて洗浄処理（本例では、酸洗浄処理）を行う。
本実施例の洗浄工程では、４ｗｔ％硝酸＋０．４ｗｔ％塩酸からなる洗浄液の入った洗浄槽に１０分間浸漬して洗浄処理（酸洗浄処理）し、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去する。
【００５１】
洗浄工程後、水洗工程（常温）を経た後、めっき工程にてニッケル・クロムめっき処理を施す。なお、好ましくは、上記各処理槽における浸漬時には揺動等を行って、わずかに残る気泡も完全に除去するとよい。
なお、図７は、本発明の鉛溶出低減処理方法を施したＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層６における鉛７の分布を、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）により観察し、それを模式図として示したものである。
【００５２】
上記した鉛溶出低減処理方法を施したＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁の鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）を測定し、その結果を表７に示す。
表７に示すように、本実施例では、鉛浸出量０．００８ｍｇ／ｌという極めて微量にすることが実現できた。
ここで、常温とは２０℃をいい、補正値とはＪＩＳ Ｓ３２００−７で定める「配管途中の器具」に適合させた補正結果をいう。
【００５３】
【表７】
【００５４】
次に、本発明における鉛溶出低減処理方法の他例として、洗浄工程にアルカリ洗浄処理を採用して説明する。
上述したように、弁座部分がメタルタッチで封止する構造となっている弁は、加工後に化学研磨処理を実施すると、シート面の面粗度が失われてしまい、封止性が低下するため、鋳造後に化学研磨処理を実施する。
また、エルボ、及び弁座部分がソフトシートで封止する構造となっている弁等は、加工後、化学研磨処理を実施することで、加工に代表される機械処理と、化学研磨処理以降の化学処理とに分けられ、作業効率が高まる。
従って、水栓、減圧弁、及び水道メーターにおいては、弁座部分がメタルタッチで封止する構造の場合は、鋳造後に化学研磨処理を実施し、弁座部分がソフトシートで封止する構造の場合は、加工後に化学研磨処理を実施する。
【００５５】
化学研磨処理は、表３に示すものなど、処理する銅合金の化学成分の違いにより好適なものを選択するとよい。銅合金製配管器材（以下、配管器材）の接液部表面層を化学研磨処理（処理時間、１０秒以上）して研磨除去する。化学研磨処理後、化学研磨処理液を水洗工程（常温）にてよく洗い落とし、アルカリ洗浄工程にて洗浄処理を行う。
【００５６】
次に、アルカリ洗浄工程について説明する。
酸化剤を添加したアルカリ性のエッチング液が入った処理槽に上記配管器材を浸漬して、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去する。
アルカリ性エッチング液の主成分は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、オルソケイ酸ナトリウム等のうち単独又は数種を溶かしたアルカリ性溶液である。
また、酸化剤として、例えば、メタニトロベンゼンスルホン酸ナトリウム、バラニトロ安息香酸ナトリウム等の有機酸化性化合物、次亜塩素酸塩、さらし粉、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、過硫酸塩、過塩素酸塩等の無機化合物を用いる。
【００５７】
アルカリ洗浄工程は、溶出する鉛が亜鉛酸イオン（ＰｂＯ２ ２−）なので、溶解性が悪く、沈殿物を生じやすくなる。また、アルカリ液に溶けつづけた油分は、アルカリ液中のＮａＯＨによって、脂肪酸と脂肪アルコールに分解されていき、このうち、脂肪アルコールはアルカリ液に全く溶解せず、脂肪酸も一定量を超えるとアルカリ液に溶解できないので、浮遊性の物質となりアルカリ液を汚す。
これら浮遊性物質は、銅合金製配管器材の表面に付着しやすいために、好ましくは、上記エッチング液にキレート剤を添加することで、水浴性の錯体が形成され、沈殿物の付着を防ぎながら鉛を除去することが出来る。
アルカリ洗浄工程後の各工程は、洗浄工程に酸洗浄処理を採用して説明した本発明の鉛溶出低減処理方法の一実施形態で詳述しているので省略する。なお、アルカリ洗浄処理は、本例に限定されるものではない。
【００５８】
表８に、現在実施されている脱鉛化処理方法を施した青銅 ＪＩＳ１０Ｋグローブ弁（同表において、表面処理品）と、本発明の化学研磨処理を用いた鉛溶出低減処理方法（洗浄工程に、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理を採用）を施した青銅 ＪＩＳ１０Ｋグローブ弁（同表において、本発明）の鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）を比較したものを示す。
【００５９】
【表８】
【００６０】
表８に示すように、鉛浸出量を０．００８ｍｇ／ｌ以下という極めて微量にすることが実現でき、これにより、現在実施されている脱鉛化処理方法では鉛を除去することが困難である複雑な形状の流路を有する銅合金製配管器材で、特に、接液部表面層に３０ｗｔ％を超える鉛を含有するものにおいても、鉛を効果的に除去して溶出の水質基準を満足することが可能となる。
【００６１】
上記したように、化学研磨処理後、実施される洗浄処理は、酸洗浄処理、或いはアルカリ洗浄処理でも適合する。
しかし、アルカリ洗浄処理は、鉛が亜鉛酸イオン（ＰｂＯ２ ２−）として溶出するため、洗浄液に対する溶解性が悪く、脱鉛能力が低い。また、鉛沈殿物が製品表面に付着したり、洗浄液の頻繁な濾過や交換が必要である。
一方、酸洗浄処理は、鉛が鉛イオン（Ｐｂ２＋）として溶出するので、洗浄液に対する溶解性に優れ、脱鉛能力を長時間維持できると共に、合金への鉛沈殿物の付着がない。さらに、製品表面の変色を抑制できる等の理由から酸洗浄処理との組合せが好適である。
なお、酸洗浄処理、及びアルカリ洗浄処理は、上記したものに限定されるものではなく、その他、あらゆる洗浄処理を採用することが可能である。
また、本発明の鉛溶出低減処理方法は、黄銅製の配管器材等にも適用することが可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明の鉛溶出低減処理方法は、鉛を含有する銅合金製配管器材、特に、複雑な形状の流路を有する銅合金製配管器材であっても適用することができ、化学研磨処理を施して接液部表面層に偏析して存在する鉛を研磨除去した後、洗浄処理（酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等）を施して、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去することで、鉛溶出量を大幅に削減することができ、鉛溶出の水質基準を確実に満足することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉛の偏析が多く存在する部分を示した各配管器材の断面図である。
【図２】本発明の鉛溶出低減処理方法の一例を示した工程説明図である。
【図３】化学研磨処理の処理時間と鉛浸出量との関係を示したグラフである。
【図４】青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁（未処理品）のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を示した模式図である。
【図５】現在実施されている脱鉛化処理方法を施した青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を示した模式図である。
【図６】本発明における化学研磨処理後の青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を示した模式図である。
【図７】本発明の鉛溶出低減処理方法を施した青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を示した模式図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５ 銅合金製配管器材
６ 接液部表面層
７ 鉛
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛を含有するバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材に関し、詳しくは、例えば、鉛を含有する青銅、黄銅等の銅合金製の水道用バルブ、給水給湯用バルブ、管継手、ストレーナ、或いはその他の配管器材の中で、接液部表面層に鉛の偏析が多いものについて化学研磨処理を施し、鉛の偏析を十分に取り除いてから、鉛を選択的に除去する酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等を施し、水道水などの流体が接液しても鉛が溶出しないようにして鉛溶出の水質基準を満たすようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、水道用、給水給湯用の配管には、バルブ、管継手、ストレーナ、或いはその他の配管器材が設けられており、これらの配管器材は、鋳造性、機械加工性並びに経済性に優れた青銅や黄銅などの銅合金製のものが多く用いられている。
【０００３】
特に、青銅や黄銅製のバルブや継手は、青銅にあっては鋳造性や機械加工性を、黄銅にあっては切削性や熱間鍛造性等の特性を良好にするため、鉛（Ｐｂ）を所定量添加した合金が使用されている。しかし、このような鉛を含有した青銅・黄銅製のバルブに水道水などの流体を供給すると、バルブの接液部表面層に析出している鉛含有金属の鉛部分が水道水に溶出することが考えられる。
そこで、従来より飲用に供せられる水道水は、特定の方法によって行う評価検定方法によって、鉛溶出の水質基準が規定され、これに適合するものでなければならない。
【０００４】
鉛は人体に有害な物質であることから、その溶出量は、極力少なくする必要があり、最近は、バルブ等の配管器材における鉛溶出の水質基準の規制が更に厳しくなりつつある。
【０００５】
このような状況下において、これらの条件を満足するバルブ等の配管器材の開発が切望され、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等の各種の脱鉛化処理方法が提案されている。
例えば、現在実施されている酸洗浄処理による脱鉛化処理方法として、硝酸と、インヒビターとして塩酸を添加した洗浄液によって、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を洗浄して、前記塩酸で接液部表面に皮膜を形成した状態により、接液部表面層を脱鉛化する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、現在実施されているアルカリ洗浄処理による脱鉛化処理方法として、鉛含有銅合金を、酸化剤を添加したアルカリ性のエッチング液に浸漬し、鉛含有銅合金材の表面の鉛を選択的に溶解除去する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３３４５５６９号公報（第１−２頁、第１図）
【特許文献２】
特許第３１８２７６５号公報（第１−２頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような脱鉛化処理方法により、処理されるバルブや継手等の中でも、特に、複雑な形状の流路を有する青銅製の配管器材、例えば、図１に示すようなグローブ弁１、エルボ２、混合栓３、減圧弁４、或いは水道メーター５等は、同図において一点斜線で囲まれた部位Ａの接液部表面層に鉛の偏析が多く存在（現行ＣＡＣ４０６品で、鉛含有量３０ｗｔ％以上）しているものがある。
表面層に鉛が偏析して存在する理由は、鋳型が砂で形成されている場合、砂粒と砂粒の隙間が局部的に冷却が遅くなるために、この隙間に溶湯から放出されたガスが集中することによって最終凝固部となり、その結果、融点の低い鉛が晶出してしまうからであり、さらに、鋳肌の表面は砂によって無数の凹凸ができるため、結果的に鋳肌表面に鉛が偏析して存在してしまう。
その中でも、複雑な形状をした流路内には、上記ガスが他の場所に比べて長く滞留するため、融点の低い鉛が極めて多く晶出している。
【０００８】
現在実施されている脱鉛化処理方法である、特許第３３４５５６９号公報（特許文献１）、特許第３１８２７６５号公報（特許文献２）等の脱鉛化処理方法では、例えば、図１に示すように、複雑な形状の流路の接液部表面層に偏析して存在する鉛を効果的に除去することができず、この接液部表面層に鉛を残存させてしまう。その結果、接液部表面層に残存する鉛が溶出するため、特に、複雑な形状の流路を有する青銅製の配管器材においては、従来の基準と比較して鉛溶出量を大幅に削減するものとはいえない。
【０００９】
本発明は、上記の実情に鑑みて鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、鉛を含有する銅合金製配管器材の使用に際して、従来の基準と比較して鉛溶出量を大幅に削減することを低コストで可能とすると共に、複雑な形状の流路を有する鉛を含有した銅合金製配管器材においても、接液部表面層の鉛を効果的に除去し、鉛溶出の水質基準を確実に満足するバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法及びその銅合金製配管器材を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化し、更に、鉛溶出低減めっき処理したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、化学研磨処理を１０秒以上実施したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、硝酸、硫酸、及び塩酸からなる化学研磨処理液を用いて化学研磨処理したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法である。
請求項６に係る発明は、上記銅合金製配管器材は、青銅又は黄銅である。
【００１５】
請求項７に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
【００１６】
請求項８に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化するようにしたバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
【００１７】
請求項９に係る発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化し、更に、鉛溶出低減めっき処理したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
【００１８】
請求項１０に係る発明は、化学研磨処理を１０秒以上実施したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
【００１９】
請求項１１に係る発明は、硝酸、硫酸、及び塩酸からなる化学研磨処理液を用いて化学研磨処理したバルブ・管継手等の銅合金製配管器材である。
請求項１２に係る発明は、上記銅合金製配管器材は、青銅又は黄銅である。
【００２０】
ここで、複雑な形状の流路を有する青銅製配管器材に、現在実施されている脱鉛化処理方法を施して、鉛浸出量等の分析結果を詳述する。
現在実施されている脱鉛化処理方法の一例として、硝酸、塩酸からなる酸性溶液を用いて接液部表面層の鉛を除去する酸洗浄処理、及び水酸化ナトリウムを主成分とするアルカリ性溶液を用いて接液部表面層の鉛を除去するアルカリ洗浄処理を、ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁（未処理品）にそれぞれ施して、鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）を測定し、その結果を表１に示す。
なお、上記酸洗浄処理、及びアルカリ洗浄処理の前処理として、加工時の切削油や防錆油等を除去し、それぞれの洗浄効果を好適に発揮する条件で行った。
【００２１】
【表１】
表１に示すように、現在実施されている脱鉛化処理方法である酸洗浄処理、及びアルカリ洗浄処理では、鉛溶出の水質基準値０．０１ｍｇ／ｌ以下を満足できなかった。
【００２３】
そこで、原因追求するため、配管器材の接液部表面層の鉛分布調査を行った。
未処理品である青銅製のゲート弁、グローブ弁、チェック弁、エルボ、及び黄銅製のゲート弁における接液部表面層の鉛含有量（ｗｔ％）、及び前記未処理品に現在実施されている脱鉛化処理方法（酸洗浄処理）を施した後の接液部表面層の鉛含有量（ｗｔ％）の測定結果と、鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）の測定結果を表２に示す。表２において、調査場所はいずれも鉛の偏析部分を示すと共に、この部分の鉛含有量（ｗｔ％）を示している。ただし、鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）は測定対象バルブ全体の浸出量を示している。
【００２４】
【表２】
表２に示すように、特に、接液部表面層の鉛含有量が３０ｗｔ％を超えるものは、現在実施されている脱鉛化処理方法である酸洗浄処理を施しても、接液部表面層に偏析して存在する鉛を効果的に除去することは困難であり、酸洗浄処理した後であっても接液部表面層には、１５ｗｔ％以上の鉛を含有し、鉛浸出量は、鉛溶出の水質基準値０．０１ｍｇ／ｌを超える０．０３ｍｇ／ｌ以上であることが判明した。また、現在実施されている脱鉛化処理方法として、アルカリ洗浄処理を施しても、鉛浸出量は、上記酸洗浄処理と同様に鉛溶出の水質基準を満足できなかった。
【００２６】
なお、図４及び図５は、青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁（未処理品）、及び現在実施されている脱鉛化処理方法を施した青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１１０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）により観察し、それを模式図として示したものである。
図４に示すように、未処理品の接液部表面層６には大きな鉛７のかたまり部分が点在し、表面層より深く重なる部分もあることがわかる。また、図５に示すように、現在実施されている脱鉛化処理方法を施しても、接液部表面層６に偏析して存在する鉛７を効果的に除去できていないことがわかる。
【００２７】
表面層に鉛が偏析して存在する理由は、鋳型が砂で形成されている場合、砂粒と砂粒の隙間が局部的に冷却が遅くなるために、この隙間に溶湯から放出されたガスが集中することによって最終凝固部となり、その結果、融点の低い鉛が晶出してしまうからであり、さらに、鋳肌の表面は砂によって無数の凹凸ができるため、結果的に鋳肌表面に鉛が偏析して存在してしまう。
その中でも、複雑な形状をした流路内には、上記ガスが他の場所に比べて長く滞留するため、融点の低い鉛が極めて多く晶出し、表２に示すように、青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁（未処理品）、青銅 給装用エルボ（未処理品）にあっては、接液部表面層の鉛含有量が３０ｗｔ％を超える。
【００２８】
従って、特に、現行ＣＡＣ４０６品で、接液部表面層の鉛含有量が３０ｗｔ％を超えるものは、現在実施されている脱鉛化処理方法（酸洗浄処理、及びアルカリ洗浄処理等）では、接液部表面層に偏析して存在する鉛を効果的に除去することができず、接液部表面層に多くの鉛を残存させてしまい、その結果、残存する鉛が溶出して鉛溶出の水質基準値０．０１ｍｇ／ｌ以下を満足できないことが判明した。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は、鉛を含有する銅合金製配管器材、特に、複雑な形状の流路を有する銅合金製配管器材であっても適用することができ、鉛含有量の多いボデー部品内面の接液部表面層を切削加工面と同等レベルまで研磨除去することが可能な化学研磨処理を施し、接液部表面層に偏析して存在する鉛を研磨除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等を施して、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去することで、鉛溶出の水質基準を満足することができる鉛溶出低減処理方法である。
【００３０】
図２は、本発明の鉛溶出低減処理方法の一実施形態を示した工程説明図であり、本例では、洗浄工程に酸洗浄処理を採用して説明する。
先ず、化学研磨工程について説明する。
図２に示すように、弁座部分がメタルタッチで封止する構造となっている弁は、加工後に化学研磨処理を実施すると、シート面の面粗度が失われてしまい、封止性が低下するため、鋳造後に化学研磨処理を実施する。
また、エルボ、及び弁座部分がソフトシートで封止する構造となっている弁等は、加工後、化学研磨処理を実施することで、加工に代表される機械処理と、化学研磨処理以降の化学処理とに分けられ、作業効率が高まる。
従って、水栓、減圧弁、及び水道メーターにおいては、弁座部分がメタルタッチで封止する構造の場合は、鋳造後に化学研磨処理を実施し、弁座部分がソフトシートで封止する構造の場合は、加工後に化学研磨処理を実施する。
【００３１】
本例では、硝酸、硫酸、及び塩酸からなる化学研磨処理液を用いて、上記銅合金製配管器材（以下、配管器材）の接液部表面層を化学研磨処理（処理時間、１０秒以上）し、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等により、鉛溶出の水質基準を満足することができるレベルまで研磨除去する。具体的には、表２の試験結果から多くとも２６ｗｔ％を超えないレベルまで研磨除去する。
【００３２】
本例で実施する化学研磨処理として、表３に示すものがある。
このように、処理例が種々存在する理由は、銅合金の化学成分である銅、錫、亜鉛、鉛等の元素を同時に等しく研磨するためであり、処理する銅合金の化学成分の違いにより使い分ける。特に、本発明が適用される銅合金製配管器材に対しては、例▲１▼、例▲５▼の化学研磨処理が適している。なお、化学研摩処理は、表３に示すものに限定されるものではない。
【００３３】
【表３】
また、その他の研磨方法として、金属粒子等を高速で金属表面に吹き付けるサンドブラスト処理や、水や空気を用いた高圧洗浄による機械的研磨があるが、鉛含有量の多い接液部表面層を完全に除去し、ＪＩＳ Ｈ５１２０のＣＡＣ４０６で示されている鉛４〜６ｗｔ％範囲内の鉛含有量となるが、機械的研磨は除去力が強く、ボデー部品内面のみならず、鋳物表面の突起部や鋳出文字も全て取り除いてしまうため、研磨方法としては適さない。よって、洗浄処理で鉛を効果的に除去可能な範囲まで研磨除去できる化学研磨処理を採用している。
なお、本例の化学研磨処理を施した場合の接液部表面層の鉛含有量（ｗｔ％）、及び機械的研磨処理を施した場合の接液部表面層の鉛含有量（ｗｔ％）を表４に示す。
【００３５】
【表４】
ここで、公知の化学研磨処理と、本発明における化学研磨処理との違いを説明する。
化学研磨は、本来、任意めっき処理を施す前に、スケールの除去と、表面層の酸化皮膜を取り除き、金属表面を活性化させることが目的である。比較例として、公知の一般的な化学研磨を施した後、洗浄処理（本例では、酸洗浄処理）を施した場合の鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）の測定方法、及び測定結果を表５に示す。
【００３７】
【表５】
ここで、常温とは２０℃をいい、補正値とはＪＩＳ Ｓ３２００−７で定める「配管途中の器具」に適合させた補正結果をいう。
このように、一般的な化学研磨処理条件では、本発明と処理目的が異なっており、鉛含有量の多い接液部表面層をほとんど除去できない。
よって、洗浄処理で鉛を効果的に除去できる範囲まで、研磨除去できる化学研磨条件を探求した結果、化学研磨処理の処理時間と鉛浸出量との関係に着目し、鉛浸出量０．０１ｍｇ／ｌ以下を満足するためには、図３に示すように、化学研磨処理の処理時間として１０秒以上実施する。被処理面の鉛の偏析の多少も考慮して、より安定的に鉛を除去するには、２０秒程度の処理時間が好ましい。また、処理時間を必要以上に長くしても鉛除去の効果は上がらず、かえって被処理面の荒れが生じるので、３０秒以下の処理時間が望ましい。
【００３９】
また、化学研磨処理は、処理中に高い反応熱を発生させるため、表面に付着した切削油等の油膜は瞬時に蒸発してしまうので、図２に示すように、加工後、化学研磨処理を実施する弁座部分がソフトシートで封止する構造の場合は、脱脂工程は必要ない。
化学研磨処理後、化学研磨処理液を水洗工程（常温）にてよく洗い落とす。
【００４０】
次に、酸洗浄工程について説明する。
酸を含有した洗浄液が入った処理槽に上記配管器材を浸漬して、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去する。この場合、上記洗浄液を入れた処理槽内で超音波洗浄、或いは揺動を行って、鉛の侵食を促進させてもよい。そして、予め設定された時間の酸洗浄が終了すると、配管器材を洗浄液から取り出す。
【００４１】
ここで、超音波洗浄、或いは配管器材の揺動による鉛の溶出の促進作用について説明すると、超音波洗浄は、洗浄液中の配管器材に超音波を当てることにより、洗浄液中の反応で生じた種々の鉛化合物を配管器材表面から速やかに除去させる効果があり、揺動は、洗浄液中の配管器材自体を揺らすことにより、鉛化合物を配管器材から除去したり、浸漬した製品中に生じた空気溜りをなくす効果がある。特に、洗浄液中の液の攪拌を高めることで、鉛との化合物を形成して鉛が溶出し易くなる。上記超音波洗浄と揺動とは並用すると良い。
【００４２】
上記洗浄液は、硝酸や酢酸等の鉛を侵食する酸を水道水、或いは純水に混入したものを使用したり、又は、硝酸にインヒビター効果をもつ塩酸を混合した混酸を水道水、或いは純水に混入したものを使用する。
この場合、塩酸のＣｌ−イオンが銅表面に均一に膜を作りながら侵食するので、光沢面を保持しながら侵食する。このとき鉛部分では、塩酸鉛、硝酸鉛が形成され、そしてこれらの鉛はともに混酸に溶解性であるから、侵食が持続する。
【００４３】
次に、上記洗浄液に含まれる酸について説明する。
一般に酸は、鉛を腐食（酸化）させることが知られているが、鉛は酸との反応で酸化皮膜を形成し易いため、連続的な腐食をおこしにくい。しかし、硝酸、塩酸、及び有機酸等の酢酸は鉛を連続的に腐食し、中でも硝酸（ＨＮＯ３）の腐食速度が最も高い値を示す。
一方、塩酸（ＨＣｌ）は、硝酸に比して鉛の腐食速度は遅いものの、銅との化合力が高いため、硝酸との混酸で酸洗した場合、硝酸と銅が化学反応して酸化銅（Ｃｕ２Ｏ又はＣｕＯ）を形成する以前に、配管器材の表面に塩化銅（ＣｕＣｌ）皮膜を形成し、硝酸による銅の腐食を抑制するいわゆるインヒビター効果を奏する。
【００４４】
また、上記のように硝酸等の鉛を侵食する酸を単独に使用する場合、インヒビターとして塩酸の代わりにベンゾトリアゾール（ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ，ＢＴＡ）などを混入しても良い。ベンゾトリアゾールは、特に一価の状態にある銅及び銀に対するキレート試薬であり、これら金属の変色及び腐食の抑制に用いられている。
鉛の侵食に酢酸を用いる場合には、酢酸は銅と化学反応しないので、インヒビターは混入しなくてよい。なお、酸洗浄処理は、本例に限定されるものではない。
【００４５】
酸洗浄工程後、水洗工程にて、上記洗浄液をよく洗い落とす。
本例のように、水洗を１０分程度行うことにより、インヒビターとして金属表面に付着している塩酸を十分に除去することができ、酸洗浄を行った配管器材表面の変色を防ぐことができる。
また、水洗工程後、防錆処理の際にも、エアブローを十分に行うことにより、配管器材表面の変色を十分に防ぐことができる。
なお、万が一、変色が生じた場合には、硫黄系脱脂剤（中央化学株式会社製品ギルデオン ＮＰ−１００等）により、配管器材表面の酸化皮膜を除去した後、水洗、防錆工程を再度経ることにより、変色を修復することができる。
めっき処理を施さない配管器材において、化学研磨は、外観上、著しく光沢を与えたり、くすんだりするため、表面処理（図２参照）後、ニッケル・クロムめっき処理を施してもよい。酸洗浄工程後、すぐにめっき処理を施す場合は、防錆工程を省いてもよい。
【００４６】
水栓器具等、外観上、めっき処理が必項の銅合金製配管器材で、将来基準値が設けられるであろうニッケルに対しても考慮する必要がある場合は、めっき工程後に、本願出願人が開発した脱鉛化処理方法（特許３３４５５６９号）に基づく洗浄工程を実施し、鉛とニッケルを同時に溶出除去してもよい。この場合、ＮｉはＮｉ（ＮＯ３）２として除去される。
表６に、上記酸洗浄工程の有無によるニッケル浸出量（ｍｇ／ｌ）の差を示す。
【００４７】
【表６】
ニッケルはアルカリに対する耐食材料であることから、アルカリ洗浄ではニッケルを除去することがほとんどできないが、酸洗浄は表６に示すように、ニッケルの除去に対しても極めて有効な処理方法である。
【００４９】
【実施例】
次に、本発明における鉛溶出低減処理方法の具体的な一例を、青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁に適用して説明する。
鋳造後、加工を終えたＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁を、表３において、例▲１▼に示す硝酸２００ｍｌ／ｌ、硫酸４００ｍｌ／ｌ、塩酸２ｍｌ／ｌ、及び水３００ｍｌ／ｌからなる化学研磨処理液（常温）が入った処理槽に１０秒間浸漬し、接液部表面層に偏析して存在する鉛を研磨除去する化学研磨処理を行う。
なお、図６は、化学研磨処理後のＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層６における鉛７の分布を、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）により観察し、それを模式図として示したものである。図中８は、接液部表面層６の研磨除去された部分である。
【００５０】
化学研磨処理後、化学研磨処理液を水洗工程（常温）にてよく洗い落とし、水洗工程後、洗浄工程にて洗浄処理（本例では、酸洗浄処理）を行う。
本実施例の洗浄工程では、４ｗｔ％硝酸＋０．４ｗｔ％塩酸からなる洗浄液の入った洗浄槽に１０分間浸漬して洗浄処理（酸洗浄処理）し、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去する。
【００５１】
洗浄工程後、水洗工程（常温）を経た後、めっき工程にてニッケル・クロムめっき処理を施す。なお、好ましくは、上記各処理槽における浸漬時には揺動等を行って、わずかに残る気泡も完全に除去するとよい。
なお、図７は、本発明の鉛溶出低減処理方法を施したＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層６における鉛７の分布を、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）により観察し、それを模式図として示したものである。
【００５２】
上記した鉛溶出低減処理方法を施したＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁の鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）を測定し、その結果を表７に示す。
表７に示すように、本実施例では、鉛浸出量０．００８ｍｇ／ｌという極めて微量にすることが実現できた。
ここで、常温とは２０℃をいい、補正値とはＪＩＳ Ｓ３２００−７で定める「配管途中の器具」に適合させた補正結果をいう。
【００５３】
【表７】
次に、本発明における鉛溶出低減処理方法の他例として、洗浄工程にアルカリ洗浄処理を採用して説明する。
上述したように、弁座部分がメタルタッチで封止する構造となっている弁は、加工後に化学研磨処理を実施すると、シート面の面粗度が失われてしまい、封止性が低下するため、鋳造後に化学研磨処理を実施する。
また、エルボ、及び弁座部分がソフトシートで封止する構造となっている弁等は、加工後、化学研磨処理を実施することで、加工に代表される機械処理と、化学研磨処理以降の化学処理とに分けられ、作業効率が高まる。
従って、水栓、減圧弁、及び水道メーターにおいては、弁座部分がメタルタッチで封止する構造の場合は、鋳造後に化学研磨処理を実施し、弁座部分がソフトシートで封止する構造の場合は、加工後に化学研磨処理を実施する。
【００５５】
化学研磨処理は、表３に示すものなど、処理する銅合金の化学成分の違いにより好適なものを選択するとよい。銅合金製配管器材（以下、配管器材）の接液部表面層を化学研磨処理（処理時間、１０秒以上）して研磨除去する。化学研磨処理後、化学研磨処理液を水洗工程（常温）にてよく洗い落とし、アルカリ洗浄工程にて洗浄処理を行う。
【００５６】
次に、アルカリ洗浄工程について説明する。
酸化剤を添加したアルカリ性のエッチング液が入った処理槽に上記配管器材を浸漬して、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去する。
アルカリ性エッチング液の主成分は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、オルソケイ酸ナトリウム等のうち単独又は数種を溶かしたアルカリ性溶液である。
また、酸化剤として、例えば、メタニトロベンゼンスルホン酸ナトリウム、バラニトロ安息香酸ナトリウム等の有機酸化性化合物、次亜塩素酸塩、さらし粉、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、過硫酸塩、過塩素酸塩等の無機化合物を用いる。
【００５７】
アルカリ洗浄工程は、溶出する鉛が亜鉛酸イオン（ＰｂＯ２ ２−）なので、溶解性が悪く、沈殿物を生じやすくなる。また、アルカリ液に溶けつづけた油分は、アルカリ液中のＮａＯＨによって、脂肪酸と脂肪アルコールに分解されていき、このうち、脂肪アルコールはアルカリ液に全く溶解せず、脂肪酸も一定量を超えるとアルカリ液に溶解できないので、浮遊性の物質となりアルカリ液を汚す。
これら浮遊性物質は、銅合金製配管器材の表面に付着しやすいために、好ましくは、上記エッチング液にキレート剤を添加することで、水浴性の錯体が形成され、沈殿物の付着を防ぎながら鉛を除去することが出来る。
アルカリ洗浄工程後の各工程は、洗浄工程に酸洗浄処理を採用して説明した本発明の鉛溶出低減処理方法の一実施形態で詳述しているので省略する。なお、アルカリ洗浄処理は、本例に限定されるものではない。
【００５８】
表８に、現在実施されている脱鉛化処理方法を施した青銅 ＪＩＳ１０Ｋグローブ弁（同表において、表面処理品）と、本発明の化学研磨処理を用いた鉛溶出低減処理方法（洗浄工程に、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理を採用）を施した青銅 ＪＩＳ１０Ｋグローブ弁（同表において、本発明）の鉛浸出量（ｍｇ／ｌ）を比較したものを示す。
【００５９】
【表８】
表８に示すように、鉛浸出量を０．００８ｍｇ／ｌ以下という極めて微量にすることが実現でき、これにより、現在実施されている脱鉛化処理方法では鉛を除去することが困難である複雑な形状の流路を有する銅合金製配管器材で、特に、接液部表面層に３０ｗｔ％を超える鉛を含有するものにおいても、鉛を効果的に除去して溶出の水質基準を満足することが可能となる。
【００６１】
上記したように、化学研磨処理後、実施される洗浄処理は、酸洗浄処理、或いはアルカリ洗浄処理でも適合する。
しかし、アルカリ洗浄処理は、鉛が亜鉛酸イオン（ＰｂＯ２ ２−）として溶出するため、洗浄液に対する溶解性が悪く、脱鉛能力が低い。また、鉛沈殿物が製品表面に付着したり、洗浄液の頻繁な濾過や交換が必要である。
一方、酸洗浄処理は、鉛が鉛イオン（Ｐｂ２＋）として溶出するので、洗浄液に対する溶解性に優れ、脱鉛能力を長時間維持できると共に、合金への鉛沈殿物の付着がない。さらに、製品表面の変色を抑制できる等の理由から酸洗浄処理との組合せが好適である。
なお、酸洗浄処理、及びアルカリ洗浄処理は、上記したものに限定されるものではなく、その他、あらゆる洗浄処理を採用することが可能である。
また、本発明の鉛溶出低減処理方法は、黄銅製の配管器材等にも適用することが可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明の鉛溶出低減処理方法は、鉛を含有する銅合金製配管器材、特に、複雑な形状の流路を有する銅合金製配管器材であっても適用することができ、化学研磨処理を施して接液部表面層に偏析して存在する鉛を研磨除去した後、洗浄処理（酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理等）を施して、接液部表面層に残存する鉛を効果的に除去することで、鉛溶出量を大幅に削減することができ、鉛溶出の水質基準を確実に満足することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉛の偏析が多く存在する部分を示した各配管器材の断面図である。
【図２】本発明の鉛溶出低減処理方法の一例を示した工程説明図である。
【図３】化学研磨処理の処理時間と鉛浸出量との関係を示したグラフである。
【図４】青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁（未処理品）のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を示した模式図である。
【図５】現在実施されている脱鉛化処理方法を施した青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を示した模式図である。
【図６】本発明における化学研磨処理後の青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を示した模式図である。
【図７】本発明の鉛溶出低減処理方法を施した青銅 ＪＩＳ Ｂ２０１１ １０Ｋ グローブ弁のボデー内面の接液部表面層における鉛の分布を示した模式図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５ 銅合金製配管器材
６ 接液部表面層
７ 鉛
Claims (12)
- 鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去するようにしたことを特徴とするバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法。
- 鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化するようにした請求項１に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法。
- 鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化し、更に、鉛溶出低減めっき処理した請求項１又は２に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法。
- 化学研磨処理を１０秒以上実施した請求項１乃至３の何れか１項に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法。
- 硝酸、硫酸、及び塩酸からなる化学研磨処理液を用いて化学研磨処理した請求項１乃至４の何れか１項に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法。
- 上記銅合金製配管器材は、青銅又は黄銅である請求項１乃至５の何れか１項に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材の鉛溶出低減処理方法。
- 鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去するようにしたことを特徴とするバルブ・管継手等の銅合金製配管器材。
- 鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化するようにした請求項７に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材。
- 鉛を含有する銅合金製配管器材の少なくとも接液部を、化学研磨処理して接液部表面層に偏析して存在する鉛を除去した後、酸洗浄処理、又はアルカリ洗浄処理して効果的に脱鉛化し、更に、鉛溶出低減めっき処理した請求項７又は８に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材。
- 化学研磨処理を１０秒以上実施した請求項７乃至９の何れか１項に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材。
- 硝酸、硫酸、及び塩酸からなる化学研磨処理液を用いて化学研磨処理した請求項７乃至１０の何れか１項に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材。
- 上記銅合金製配管器材は、青銅又は黄銅である請求項７乃至１１の何れか１項に記載のバルブ・管継手等の銅合金製配管器材。
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