JP2012192405A - 超音波を用いた電着プロセスで利用される液体を処理するための装置と方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波を用いた電着プロセスで利用される液体を処理するための装置と方
法を提供する。
【解決手段】電着流体に微小泡を発しつつ、高周波超音波に電着流体をさらすことを含む電着流体を処理するための方法。さらなる実施の態様では、この方法は流体中に電磁放射を放出することを含む。他の実施の態様では、この方法は電着流体を個室に送ることを含む。電着流体を処理する装置は、電着流体を保つように構成された個室（２）、個室（２）の中に高周波超音波（４）を発するように構成された少なくとも１つの超音波発生体（１）、および個室（２）の中に微小泡（５）を発するように構成された微小泡発生体（３）を有する。さらなる実施の態様で
は、装置は外部の電着浴との流体連通状態にできる。他の実施の態様では、装置は個室の中に可視光線を放出できる電磁放射発光体（１２）を含むことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は工業的流体の浄化を対象とし、特に、低電力で高周波の、超音波放射を介した電着プロセスで利用される流体の浄化を対象とする。

［関連出願に対する相互参照］
この出願は、米国特許法１１９条（ｅ）の規定の下に、２００４年６月２３日に出願された米国仮出願番号第６０／５８２，３９０号明細書の優先権を主張する。

電着（ｅ−コーティング、電気被覆または電気コーティング）は、一般に、対象物に被覆（コーティング）を堆積するために電流を利用するような被覆方法に関連している。ここに使われているように、望ましい実施の態様では、塗装方法として「ｅ−コーティング」のことをしばしば説明しているが、「ｅ−コーティング」という用語は、いかなる適切なコーティング方法をもカバーするのに十分広い用語である。

電着は、反対極性に帯電された粒子が互いに引き付けるという原理で作用する。さらに詳細には、電着システムは、通常、反対極性に帯電させた塗布粒子の浴に浸漬された金属部分（または塗布されるべき部分）に、直流（ＤＣ）電荷を適用する。塗料粒子は金属部分に引かれ、コーティングが望ましい厚さに達するまで、塗料が一般にすき間および隅部を含めた表面上に均一で連続的な薄膜を形成しつつ、その部分上に堆積される。望ましい厚さが達成されると、引力を停止することによって、その部分を絶縁し、塗料粒子の堆積を止めることができる。

典型的な電着システムは、ライン・パラメータ(line parameter)を維持することを助けることのできる多くの構成部品から成る。例えば整流器は通常、浴に直流（ＤＣ）電荷を供給し、それによって浸漬された対象物をコーティングすることを可能にする。さらに、循環ポンプは、しばしば、電着浴を通した塗料混合物の適切な均一性を持続する。さらに、通常、塗料浴の温度制御は、熱交換器および／または冷却体により提供される。電着システムは、しばしば、塗布システムに導入される汚染粒子を除去するためにタンクフィルタを使用する。塗料導電率を制御するために、通常は、限外ろ過装置が使われ、すすぎのための浸透機能を提供し、塗料固形物の回収率を可能にする。

ｅ−コーティングは、一般に、それぞれが工業的流体を伴っているものである電着前処理、電着、塗装、浴浸漬、すすぎ、およびすすぎ後処理、を含んだ多数のステップから成る。ｅ−コーティングの前には、一般的に、金属片がリン酸塩処理プロセスにより処理され、次にすすぎが行なわれる。

残念ながら、電着プロセスで利用される流体、特に水ベースの流体は、細菌、藻類、真菌類、酵母、かび、およびその他の微生物の増殖の影響を受けやすい。ｅ−コーティング設備において接触する帯電媒体は、形成に加わる固体粒子の高い表面積／体積比、さらにはその高い有機含有量に起因して、バクテリアが増殖し易い。これらの流体の生物学的な汚染には、コストがかかり、また危険であり、そのためにそれらの流体に対し何らかの生物的制御が望まれる。

電着プロセスで利用される工業的流体は、複雑な組成、スラリーおよびエマルジョン、さらには純粋の、またはろ過された液体、を含みうる。これらの組成のための液状ビヒクル(liquid vehicle：溶媒)は、しばしば脱ミネラル水または脱イオン水（ＤＩ）が用いられる（Freeseらの特許文献１を参照）。コーティング組成は、しばしば種々のタイプの成分を含む。例えば、電着ラッカーは、しばしば多成分の水性エマルジョンまたは分散物である。それにより、形成のみならず溶媒自体の維持にとって有利である。

ｅ−コーティングにおいて最も豊富な細菌の１つは、グラム陰性(gram-negative)のバクテリアであるところのセパシア菌(Burkholderia Cepacia)である。セパシア菌(B Cepacia)により、特に嚢胞性線維症および慢性肉芽腫症の患者で人体感染が引き起こされ、しばしば致命的となり得る。

生物学的汚染は、大抵、回路、ろ過装置、さらにコーティングを含めた全てのｅ−コーティングシステムに影響を与える、ということを指摘することは重要である。これらの流体の生物学的な汚染は部分的に塗布終了時の品質をも低下させ、ダウンタイム（停止時間または故障時間または動作不能時間）と維持コストの両方を増やす可能性がある。生物学的汚染は最終製品の品質としても有害である。

生物学的汚染は、通常、生物膜(biofilm)の形成に関係している。従来の処理を利用して生物膜を著しく減らすことは不可能であることが多く、そのために、回路設備およびパイプからの効果的な生物膜除去の必要が依然として存在する。特許文献２、３、４、および５などの多くの特許が生物膜腐肉(biofilm sloughing)のような、細菌を捕獲するための種々の交換可能なインライン水フィルタの使用を教示している。

電着プロセスで利用される汚染流体に関するこれらの恐れ、危険、およびその他の否定的な効果を最小にするために、微生物を殺生しその成長を阻止する多くの設備が、電着プロセスで利用される流体に種々の殺生物剤(バイオサイド)の相当なレベルのものを加えている。しかしながら、実際には、これらの薬剤は制限された実用性のものである。一層多くの金額がかかることに加えて、流体の有効性を妥協することなくｅ−コーティング流体に取り入れることのできる殺生物剤の量には限界がある。しかも、それらの従来技術は大規模な工業的システムにおいて微生物数の長期的な低減を提供するものではない。

電着流体の持続的で長期間の使用を獲得するためには、電着流体の処理が電着流体またはエマルジョンの望ましい組成あるいは特性を変更しないことが好ましい。殺生物剤による主要な問題は、それらがｅ−コーティング流体の有効性と完全性に対して有害であり得るということである。究極的には、微生物は殺生物剤に打ち勝ち、また電着流体と汚染物の微生物劣化は作業環境において悪臭をもたらす。

他の設備は、殺生物剤を使うことに加えて、ｅ−コーティング流体を処理するのに以下の方法を使ってきた。すなわち、放射性金属の使用（例えば、Kellyらの特許文献６）、生物膜除去方策（例えば、Fontanaによる特許文献７、およびHollisらによる特許文献８）、電解などの物理的な方法（Welchらの特許文献９、およびRobinsonによる特許文献１０を参照）、ガルバニ電池処理（Hradilの特許文献１１、およびAndrewsらによる特許文献１２を参照)、およびパルス光殺菌（Clarkらの特許文献１３を参照）である。

前記の各処理方法も、ｅ−コーティングで使われる工業設備を扱うのに殺生物剤を使ってきた。これらの設備は、詰まった塗料や粗い固体粒子で満たされた流体の移送と再循環のためのフィルタリングシステムをしばしば使っている。これらのフィルタの生物学的汚染は殺生物剤の使用によって処理されていた。半透性の中空ファイバ膜を使った汚染の微細ろ過（ＭＦ）または限外ろ過（ＵＦ）のインシチュ(in situ)洗浄システム（Smithらによる特許文献１４を参照）も、容認できないほど低いレベルに流動が減少した際に利用されてきた。

このように、ｅ−コーティング流体の浄化のための従来の方法は、微生物を除去するための膜ろ過および／または化学物質の付加、あるいは流体中の微生物を殺生するか、および／または、その増殖を阻止するための他の添加物を含んでいる。

ｅ−コーティングプロセスに包含される液体として主に水が用いられることがしばしばである、ということを指摘することは重要である。従って、工業的プラントでは、脱ミネラル水および／または脱イオン水を扱う必要がしばしばある。通常では、蒸発、流出、および変動に起因して消費された水を連続的に取り替える。汚染された脱イオン水は非常に腐食性があり、防食性化学物質の追加が最も良好な溶液としていつも評価されるわけではないので、流体の有効性を著しく衰えさせることなく、この脱イオン水を安く、そして安全に扱う必要性が依然としてある。

表面を局所的に汚濁、汚染、汚損のない状況にそれらを保つよう処理するために、高いパワー（電力）で低周波数の超音波を使用することが提案されてきた（Urrozによる特許文献１５を参照）が、その一方で、ｅ−コーティングプロセスで使われる流体を浄化することの必要性は、この技術において依然として存在する。

流体中の固体の高い含有量が化学的、ＵＶ、または低周波の超音波機械的処理にとって、大抵は有害である、ということを指摘することもまた重要である。さらに詳細には、固体は放射の伝播に対し、しばしば吸収体または保護体として機能する。そのため、媒体の不透明性と不均一性は従来的な方法の下での浄化に対して、しばしば妨害となる要因である。例えば、媒体の不透明性はＵＶ処理に対し特に有害である。

米国特許第５，３９３，３９０号明細書 米国特許第５，９７１，７５７号明細書 米国特許第５，９６１，３２６号明細書 米国特許第５，７４９，７２６号明細書 米国特許第５，２０４，００４号明細書 米国特許第５，０１１，７０８号明細書 米国特許第６，１８３，６４９号明細書 米国特許第５，４１１，６６６号明細書 米国特許第６，１１７，２８５号明細書 米国特許第５，５０７，９３２号明細書 米国特許第６，２８７，４５０号明細書 米国特許第６，７４６，５８０号明細書 米国特許第６，５６６，６５９号明細書 米国特許第５，４０３，４７９号明細書 米国特許第５，３８６，３９７号明細書 米国特許第６，５４０，９２２号明細書 米国特許第６，７３６，９７９号明細書 米国特許第５，６８４，０５３号明細書 米国特許第６，５５２，２１５号明細書 米国特許第５，１５７，０６９号明細書 米国特許第６，７４６，５８０号明細書 米国特許第５，４１６，２１０号明細書 米国特許第５，７５９，７８６号明細書 米国特許第５，４３０，０７８号明細書 米国特許第６，６８９，４５９号明細書 米国特許第５，５５９，１７４号明細書 米国特許第５，４３０，０７８号明細書 米国特許第４，７２８，４０１号明細書 米国特許第６，５８９，４１１号明細書 米国特許第６，３０９，７１０号明細書 米国特許第６，２７４，６４９号明細書 米国特許第６，５５９，２２０号明細書 米国特許第６，４４８，３２８号明細書 米国特許第６，５０９，３９９号明細書 米国特許第６，５００，２２９号明細書

従って、大量の殺生物剤を使用することなく、電着プロセスで利用される流体を処理する効果的で新たな方法の必要性、また、均一な保護または径時的に相当に均一的な保護を提供できるような方法の必要性が、この技術には存在する。

他の実施の態様では、電着流体に生存している微生物の存在を減らすための装置であって、電着流体を保つ個室と、前記個室の中に１００ｋＨｚより高い周波数の超音波を発するように構成された超音波発生体と、前記個室内の超音波場に１ｍｍより小さな平均直径を持ったガス微小泡を発するように構成されたガス微小泡発生体（エミッタ）とを含むことを特徴とする装置が提供される。

他の実施の態様では、電着流体を処理する方法であって、流体ルーティング（送り）回路から電着流体を集める段階と、前記電着流体を個室に送る段階と、個室内の前記電着流体を、ガス微小泡、および１００ｋＨｚまたはそれより高い周波数の超音波に同時にさらす段階とを含むことを特徴とする方法が提供される。

さらに他の実施の態様では、電着システムと、前記電着システムに接続された電着流体回路と、前記電着流体を保つように構成され前記電着流体が送られる個室と、前記個室の中に１００ｋＨｚより高い周波数の超音波を発するように構成された超音波発生体と、電着流体を保つように構成された個室内の超音波場中に、１ｍｍより小さな平均直径を持ったガス微小泡を発するように構成されたガス微小泡発生体と、を含むことを特徴とする装置が提供される。

ここで説明する方法と装置を設置する１つの可能な例を示す図である。 ここで説明する超音波／微小泡装置の一実施形態を示す図である。

以下の詳細な説明は、本発明のある特定の実施形態を対象としている。しかしながら、本発明は多くの異なった方法で実施することができる。この説明では、全体を通して同様の部材を同様の符号で指し示す状況の下に図面を参照する。

ここで説明された方法と装置は、多くのｅ−コーティングシステムにおける微生物の驚くほど効果的で、また広範囲な制御を提供する。好ましい実施形態において、ここに提供された方法と装置は高周波で低電力の超音波を用いた電着プロセスで使われる流体の汚染除去に関係する。ここでは、「汚染除去」または「処理」という用語が共にしばしば使われるが、開示された方法と装置がｅ−コーティング流体での汚染を防ぐためにも使える、ということに注目すべきである。

さらなる特定の実施形態では、ここで提供された方法と装置は、工業的電着回路中に存在している生物膜を除去することにおいて大いに効果的であり得るし、電着プロセスで利用される流体の有効寿命を延長し、そして、電着プロセスで利用されるひどく汚染された流体や殺生物剤処理された流体によって作業者にもたらされるような危険を減らしたり、排除したりする。

ここで提供された方法と装置の特別な利点は、それらが媒体中の汚染物の存在下で機能することができる、ということである。ｅ−コーティング流体を処理する従来の方法とは異なって、媒体の不透明性と不均一性は、ここで提供された汚染除去方法では深刻な妨害因子とならない。そのため、ある特定の実施形態では、ここで提供された方法と装置は、異種の水、低い固体含有量から高い固体含有量までの組成、または液体媒体の処理に適用することができる。

さらなる実施形態では、ここでの教示を用いて、固体が間接的に処理できる。さらに詳細には、ここでの実施形態は、生物膜が固体表面上に実質的に形成されることを防止し、あるいは、現在の技術における高周波／低電力の超音波放射の開始前にすでに生物膜が存在する場合には、ここでの実施形態は生物膜の量をかなり減らす。

ここでの装置と方法を利用するさらに特定の実施形態では、微生物の個体数レベルは作業者への危険性をもたらさないレベルに低下することができ、作業環境に対する改善された品質をもたらす。

他の有利な実施形態においては、ここでの方法と装置の使用は、ｅ−コーティング流体の有効寿命および／または保持期限を大いに拡張することができる。さらに特定の局面では、与えられた高周波で低電力の超音波放射は、流体の完全性または有効性を著しく衰えさせない。

さらなる実施形態において、ここでの教示は、超音波の個室を通過しないような粒子を汚染除去することもできる。例えば、工業的回路で、回路構成における離れた部分が、開示された方法の生化学的なメカニズムの遅い効果を通じて、生物膜を無くすことができる。

さらなる有利な局面においては、電着プロセスで利用される汚染された流体の処分のためのコスト、また電着流体の交換のためのコストは十分に減少される。さらに、使用された流体をプロセスがリサイクルできる状況において、環境への化学的汚染が最小化されるか、あるいは回避される。

さらなる実施形態において、ここでの方法と装置は、殺生物剤を使用することなく、固体、帯電水、および主要な流体媒体を扱うのに適用できる。

追加の実施形態において、ここで説明された方法と装置は、ｅ−コーティングプロセスで使われるときにそれらの望ましい特性を変更したり、それらの組成の有効性を妨げないで、帯電液体媒体と、その種々の組成において有効であり得る。

またさらなる実施形態において、ここで提供された方法と装置は、脱イオン水または純水、もしくは脱イオン水または純水を含んだ配合物、を処理するのに使うことができる。

望ましい実施形態において、ここで説明された方法と装置は、最も厳しい環境および健康の調整にうまく対処するための環境上扱いやすい溶液を提供する。他の望ましい実施形態において、ここで説明された方法と装置は、ｅ−コーティング流体を処理する従来技術の方法ほどに環境に害を与えないというコスト的に有効な汚染除去効果をもたらすことができる。

さらに特定の実施形態において、ここでの教示は、電着流体中に存在する微生物を無力化し、成長を妨げ、そして除去する装置と方法に向けられる。さらなる実施形態において、ここで提供された方法と装置は、流体が例えば微生物を含むことを疑われるときに、電着プロセスで利用される流体を処理することができる。

高含有量の固体を有する電着流体は、一部分において、細菌（例えばバクテリア）の成長と汚染に基づいて時間とともに分解する。従って、ここでの実施形態は、微生物によって引き起こされる劣化を防止することによって、電着流体の有効寿命を延長することを含む。

［装置と方法］
ここで説明した装置の実施形態は、de Meulenaerらの特許文献１６および１７に見出すことができる。電着プロセスで利用される流体を処理する方法は、ここで開示された装置により実施することができる。電着流体を処理するのに使うことのできる装置の一つの特定の実施形態を、図１に表す。ある特定の実施形態において、処理される電着流体は、例えば細菌、ウイルス、真菌類、原生生物などを含む微生物を含みうる。

電着は、通常、電荷の極性に応じて、陽極性（正極性）または陰極性（負極性）のいずれかに分類することができる。ここでの方法と装置は、陽極性または陰極性電着のいずれに使われる流体を処理するのにも使うことができる。陽極性電着では、被覆される部分は、塗料浴内の負に帯電した塗料粒子を引き付ける正の電荷を持つアノードである。陽極性プロセスの際には、少量の金属イオンが、これらのシステムの性能特性を制限しうるような塗膜中に移動する。通常、これらの主な使用は、室内環境、または程々に攻撃的な室外の環境での製品ためのものである。

陰極性電着では、被覆される部分は、正に帯電した塗料粒子を引き付ける負の電荷を与えられる。一般に、陰極性電着は、負の電荷を、正に帯電した塗料粒子を引き付ける金属部分に塗布する。陽極性プロセスで使われた極性を反転することは、通常、硬化した塗膜に入る鉄の量を減らし、それによって負極生成物の特性を高めることができる。陰極性コーティングは優れた耐食性を備えた高性能なコーティングであり、また室外耐久性のために配合できる。

電着技術は他の２つのカテゴリーにさらに分類することができる：すなわちエポキシとアクリルである。両方の技術は、陽極性および陰極性システムで広範囲に利用される。以下の表１はこれらのシステムの典型的な特性と最終的な用途を提供する：

陽極性エポキシの低い硬化特性は、通常、これらの配合を、鋳造、エンジン、および温度に敏感な基板または組立体にとって良好な仕上げにする。加熱、換気、および空調部は、通常、陽極性のアクリルコーティングで被覆される。陽極性のアクリルコーティングは電気的開閉装置をコーティングするのにも使われ、そしてそれらは色および光沢の制御だけでなく、膜硬度、耐化学物質性、および腐食防護をも要求される。

自動車本体および自動車部品、さらにその附属品は、通常、陰極性エポキシ電着によってコーティングされるいくつかの製品である。耐化学物質性および耐アルカリ性が知られている陰極性アクリルコーティングは、一般に、実験室備品、および芝生や庭装備に対して一回塗装仕上げを提供するために使われる。ここで教示された方法および装置は上記で挙げた電着システムを用いて利用できる。

通常、電着プロセスは４つの別々の部分、すなわち前処理、電着浴、後すすぎ、および炉焼成に分けることができる。ここ説明した方法と装置は、これらのステップのいずれかにおいて使われる電着流体を処理するのに利用することができる。

一般に、前処理ステップは、被覆される部分の電着の準備のために、その部分を洗浄およびリン酸処理することを含む。洗浄およびリン酸処理することは、エンドユーザに望まれる性能要求を達成するのに、しばしば重要である。鉄とリン酸亜鉛が前処理システムで使われる通常の材料である。スプレーおよび浸漬の両方の段階がこの部分で利用できる。

通常、電着浴は、８０〜９０％の脱イオン水と、１０〜２０％の塗料のようなコーティング固体から成る。脱イオン水は固体のキャリヤとしての機能を果たし、そして通常、その固体は連続的に攪拌される状況下にある。塗料固体は、一般に樹指と顔料から成る。樹指は、通常、最終的な塗膜の重要要素であって、耐腐食性、耐水性、および靭性をしばしば提供する。顔料は、通常、色と光沢を提供するのに使われる。ここでの装置と方法は、水自体、および水／塗料固体組成、の両方を処理するために使うことができる。

一般に、電着塗装工程の際、塗料は、通常では、印加される電圧の量によって調整できるような制御された速度で、或る部分に塗布される。コーティングが望ましい膜厚に達すると、その部分は絶縁され、コーティングプロセスは減速することができる。その部分が浴から取り出されると、一般的に「ドラッグアウト(drag out)」とか「クリームコート(cream coat)」と呼ばれる過剰の塗料固体が、大抵、表面にぴったりと付く。これらの過剰固体は、次に洗い流されて効率性と審美性を維持される。これらのすすぎで使用されるすすぎ液体は、通常、効率の理由からタンクに戻される。ここでの装置と方法はすすぎ液体を処理するのに使うことができる。

後すすぎ段階を出た後、通常、コーティングされた部分は焼成炉に入る。一般に、焼成炉は塗膜を架橋結合および硬化させ、最大の性能特性を確実にする。通常、焼成スケジュールは、利用される技術に応じて、１８０°Ｆから３７５°Ｆの範囲の温度を利用する。

図１は、電着に使われる流体を処理するために本発明の実施形態を組み込むことのできる模範的なシステム２０を表す。電着システムは電着流体２４を含んだ電着浴２２を含み、本実施形態では概略２０％の塗料固体を含む。電着流体２４は限外ろ過フィルタ２６に送られ、そこで塗料固体をろ過して通路２８に沿ってそれら（塗料固体）を電着浴に送り返す。電着流体に関する残りの構成要素、この場合、脱イオン水３０は、図１に関して以下でさらに詳細に議論するように、通路３２に沿って超音波／微小泡装置３４へと送られる。

次に超音波／微小泡装置３４は、以下で議論されるように脱イオン水を処理するのに使われ、処理された脱イオン水は、次に通路４０に沿ってすすぎ浴４２に送られる。図２に関して議論されるシステムにおいて、すすぎ液体の機能を果たす脱イオン水３０がすすぎ浴４２から第２のすすぎ浴４４に溢れ出ることを可能とされ、そこから電着浴２２へと溢れ出ることを可能とされていることを見て取れる。

図２に関して、処理される一連の対象物５０が、電着プロセスを実行するために一連の浴を通過しつつ移動できることが見て取れる。好ましくは前もって処理されている対象物５０は、まず電着浴２２中に降下され、次に取り出される。次に、すすぎ浴４４と４２中に連続的に対象物を降下させることによって、後すすぎが行なわれる。脱イオン水３０は超音波／微小泡装置３４によって処理され、処理された水は上方のすすぎタンク４２から電着浴２２に次第に流れ落ちることになり、その場所で取り出して再処理することができる。必要ならば、すすぎ浴５２のような次のすすぎ浴を利用でき、また、すすぎ浴５２に関して表したように、すすぎ浴は流動する流体、またさもなければ攪拌された流体を含むことができる、ということも見て取ることができる。

電着は様々な工業的市場区分で利用される。これらの市場のそれぞれは特定の性能要求を持ち、それらの必要性を満たすよう策定された多くの電着技術につながる。電着は、新しい適用に対する容認された仕上げ方法ともなってきた。例えば、アルミニウム上への特殊透明仕上げ、真鍮と亜鉛のめっき、軍事および写真用途のための極めて低光沢のコーティング、耐化学物質コーティング、およびニッケルまたは亜鉛めっき上への透明で金属光沢タイプの仕上げ、などである。

ここでの装置と方法は、何らかの容認された用途または将来的な用途で使われる電着流体を処理するのに利用できる。次の表２は、装置と方法を利用できる電着の特定の用途の例を提供する。

ある特定の実施形態において、ここで提供された装置と方法は、１または２コーティングの電着プロセスで使うことができる。２コーティングの電着プロセスについて、第１のコーティングは、通常、導電性エポキシ電着であり、それは、焼成されると、エポキシまたはアクリル電着の第２のコーティングを受けることのできる表面を提供する。２コーティングの電着は、ＵＶ耐性を犠牲にすることなく耐食性を可能とするよう開発されてきたが、その一方で、電着の優れた効率からも利益を得てきた。２コーティングシステムは、通常、２千時間を超える塩スプレーでの長期室外耐久性および耐食性を提供することができる。２コーティングプロセスに対する最終的な使用の典型的な例は、変圧器、船舶用エンジン、発電機、および保守管理用途である。

さらなる実施形態において、ここで提供された装置と方法は、透明コーティング電着およびバルク(bulk)電着プロセスの両方で使われる流体を処理するために使うことができる。透明コーティング電着は、通常、金、銀、真鍮、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、または鋼のような透明感と薄い色の両方を配合したコーティング金属を包含する。バルク電着は、通常、小さな部分での大きな体積をコーティングするために使われる。

図２を参照すると、ここで説明した装置は個室２を含むことができる。ある特定の実施形態において個室２は円筒形であるが、他の実施形態では個室２は矩形断面を持つことができる。さらなる実施形態において個室２は、処理される電着流体を保持する貯留槽と連通可能である。「貯留槽」という用語は広義に解釈されるべきであり、一般に電着流体を収容する機器のことを言う。特定の実施形態において、ここに提供された装置は（例えば副管路によって）再循環する電着流体に排水手段を通して接続される。さらなる実施形態において、ここに提供した装置は貯留槽と連通せずに処理される電着流体に直接接続する。

さらなる実施形態において、個室２は、超音波４を個室２の中に（好ましくはその個室２の中央に）発する１つ以上の高周波数超音波エミッタ１を（例えばその壁に沿って）含む。他の実施形態において、コンテナが、ガス微小泡５を発するための１つ以上の微小泡エミッタ３（微小泡発生体）を持つこともでき、そしてそれは、個室２内で発せられた超音波４の場中にガス微小泡５を発するように配置される。

ここに使われる「微小泡」という用語は、１ｍｍより小さい平均直径の気泡のことを言うことを意味している。いくつかの実施形態においてその直径は５０μｍに等しいかそれより小さい。さらに他の実施形態において微小泡は約３０μｍより小さな直径を持つ。ある特定の実施形態において微小泡は空気、酸素、およびオゾンの微小泡から選択される。運転コストを下げるため、オゾン微小泡でなく空気微小泡のような微小泡を使うことが有利であり得る。

「微生物」という用語は細菌の類義語であり、電着装備（例えばエンジンや器具など）、人間、哺乳類、または他の動物に有害な影響を与えうる病原性あるいは非病原性の微生物に一般に関係している。このような微生物は、例えば好気性および非好気性の両方のバクテリア、ウイルス、原生生物（例えばカビ、藻類など）などを含むことができる。

特定の実施形態においてここでの方法と装置は、電着流体を処理するための低エネルギーで高周波の超音波を含む。「高周波」という用語は１００ｋＨｚより高い周波数から数ＭＨｚの周波数のことを言うことを意味している。ある特定の実施形態において、使用される高周波は２００ｋＨｚから１０ＭＨｚの間である。種々の実施形態において、超音波周波数は２００ｋＨｚから３ＭＨｚの間から選択できる。他の実施形態において、使用される周波数は２００ｋＨｚから１.８ＭＨｚの間にある。

ここで説明した方法と装置の種々の実施形態において、ガス微小泡５を発する微小泡エミッタ３（微小泡発光体）は、個室２のベース１１（すなわち個室２の底）に配置され、微小泡は、自ら上昇することによって、あるいは電着流体の流れの中へのガスの混入によって移動する。

さらなる実施形態において、ここで提供された装置と方法は、電着流体中の微生物の増殖を無力化し、処理し、または成長を妨げる。現在のこの教示はその機能の正確なメカニズムによって決して限定されないが、さらに特定の実施形態において、ここで提供された装置はＲＯＯ−、Ｈ−、ＯＨ、およびＨＯＯ−のようなラジカルを作り出すことができる。これらのラジカルはＨ２Ｏ２をも生成し、そしてこれはラジカルと共に微生物にとって有毒であり、その不活性化、および／または、破壊を引き起こしうる。

都合よく、この有毒な種を作り出すのに必要とされるエネルギーは、プロセスがここで説明した微小泡の存在中で行なわれるならば、小さくてすむ。

超音波によって誘発されたキャビテーション気泡(cavitation bubble)上に微小泡を重ねることによって、超音波場中への微小泡の注入が音ルミニッセンス(sonoluminescence)現象の増加をもたらすこと、そして活性で有毒な種の数を増やす、ということが、最近理解されてきた。この現象は、超音波処理が適切なサイズの微小泡の存在と相乗的に混合された時に、巨視的レベルで観察される。

ある特定の分子（例えば古典的な光増感物質(photosensitizer)および音増感物質(sonosensitizers)）への直接の放射（例えば超音波、レーザー、光）の効果は、単一酸素原子、スーパーオキサイド・ラジカル(superoxide radical)のような非常に活性な酸素種、または脂肪酸ラジカルの生成であり、そして酸化性ストレスからもたらされる特に生化学的なプロセスにおいて、処理された電着媒体の細菌性特性に重要な役割を果たすことができる。とりわけ、単一酸素原子は、例えば蛋白質、脂質、アミノ酸、およびヌクレオチドのような種々の細胞要素を酸化させることができる。スーパーオキサイド・ラジカルや単一酸素原子のような極めて活性な酸化性種の生成は、バクテリア、菌類、藻類、およびカビの細胞にとって極めて有毒であるような、一連の生化学的反応を生起することができる。

追加的な実施形態において、ここで提供された装置と方法は、インシチュで（in situ）生成された物（例えば：分子伝達物質(messenger：メッセンジャー)、ＲＯＳ：(reactive oxygen species:反応性酸素種）、ラジカル、およびＨ２０２）を、処理される電着流体の貯留槽６に向かって拡散させることにより処理システムが機能することが観測されるので、特定の区域に超音波を投入する必要がないという利点を持っている。

さらなる実施形態において、ここで説明した装置における１つ以上の超音波４エミッタ１は、定常波現象を制限するために方向付けられる。例えば、ある特定の実施形態において、１つ以上の超音波エミッタは、個室２の軸線９に対して（例えばその軸線９にある角度を付けて）、また電着流体の流れおよび微小泡５の流れに対して斜めに向けられる（図２参照）。この特性により、個室２中のすべての微小泡５を、個室２内に停滞区域を作ることなく統計学的に均一な方法で処理することが可能になる。従って、ここでのある特定の実施形態は、均一な処理または十分に均一な処理と、長期間の保護を提供する装置と方法に向けられる。

他の実施形態において、ここで説明した装置と方法は、超音波４の場の中の個室２中に、主に可視光域の周波数を持った放射を発する光エミッタ１２（すなわち電磁放射発光体）を含むことができる。しかしながら、ある特定の用途に対し、ある特定の微生物を除去するために、例えば紫外線（例えばＵＶＡ、ＵＶＢ、またはＵＶＣタイプ）、赤外線、レーザー、マイクロ波などのような、主に不可視の周波数を持った電磁放射を発することは有利であり得る。

種々の実施形態において、ここでの教示は、電着流体中の微生物の増殖を無力化し、または成長を妨げるために化学的に生成される追加的な物（例えば殺生物剤、光増感物質）を必要としないような装置に向けられる。他の実施形態は、電着媒体の細胞を無力化し、成長を妨げ、および／または除去するための光増感物質および／または音増感物質のような、追加的な化学物質を必要としないような装置と方法に向けられる。

いつくかの実施形態において、ここで提供した装置と方法は、過酸化物（Spanglerの特許文献１８、Van De Bovenkamp-Bouwrnanらの特許文献１９を参照）、オゾン（Hitchemsらの特許文献２０、Andrewsらの特許文献２１を参照）、第四級アンモニウム塩（Sherbaらの特許文献２２を参照）、工業的システムでの微生物の一層効果的で広範囲な制御を提供するように意図され、単独または相乗的に作用する殺生物性組成物類（Hsuの特許文献２３を参照）などのような、抗菌性の薬剤と関連して使うことができる。水溶性セルロース誘導体を微生物攻撃から守るのを助けるために、特定の殺生物剤が時々使われる（Hoppe-Hoefflerらの特許文献２４を参照）。

いくつかの代案の実施形態において、ここでの方法と装置が、上述の殺生物剤、光増感物質、音増感物質、および他の薬剤のような追加の化学薬剤と共に使うことができる一方で、微生物を処理し、成長を妨げ、または無力化するように提供された方法と装置の有効性は、他の化学物質、試薬、または薬物（例えば殺生物剤）の使用に依存しない。従って、ここで説明した方法と装置は、反微生物薬剤またはいかなる他の化学物質や試薬もなしに、使用することができる。

他の実施形態において、ここで説明した装置と方法は、ポンプあるいは電着流体を再循環させるための他の装置、のみならず電着流体に存在する微生物を回収するための装置を含むことができる。微生物を回収するための装置の例としては、非排他的に、ろ過、遠心分離、および沈殿のための装置（サイクロンなどのようなもの）を含む。ある特定の実施形態において、回収のためのポンプおよび／または装置は、処理される電着流体を含む貯留槽と個室２との間に配置される。

さらなる実施形態において、電着流体は重力流、速度流、または溝（例えば運搬機を設置した溝）を介して集めることができる。特定の実施形態においては、電着流体は、集められた後、ここで提供された方法に従って処理することができ、そして電着システム全体を通じて再循環することができる。

ここでの方法と装置は、例えば金属を電着できる何らかの適切な設備（例、機械）などと共に使用されるような、事実上どんなタイプの電着流体を処理するのにも使うことができる。電着プロセスで利用されるこのような電着流体は、水性媒体、エマルジョン、分散物、または溶液を含むことができるが、しかしそれらに限定されない。ここでの方法と装置は、現在利用可能な、あるいは将来利用可能となるような、適切ないかなるタイプの電着流体を処理するのにも使うことができる。「電着流体」という用語は、広義に解釈されるべきであり、一般に電着プロセスにおけるいかなるステップでも使われうる流体のことを言う。

ここでの方法と装置が処理できる電着プロセスで利用される流体の例としては、Chungらの特許文献２５、Clarkの特許文献２６、Hoppe-Hoefflerらの特許文献２７、Miyawakiらの特許文献２８に開示された電着プロセスで利用されている流体を含むことができるが、それに限定されない。

ある特定の実施形態において、ここでの方法と装置は、電着プロセスで利用される固体を投入した流体を処理するために使うことができる。そのわけは、電着カラー塗料（Kimpelらの特許文献２９を参照）がしばしば多成分で水溶性のエマルジョンまたは分散物であるからである(Sapperの特許文献３０、Ottらの特許文献３１、Hilleの特許文献３２、Kapplerらの特許文献３３を参照）。また、上記多成分で水溶性のエマルジョンまたは分散物は、樹指、ポリマー、共溶剤、顔料および／またはビヒクルの湿潤剤、合体（融合）助剤、脱泡剤（消泡剤）、可塑剤、防錆剤、触媒、開始剤；さらには、酸化防止剤、安定剤、光開始剤、ラジカル開始剤、ＵＶ線吸収剤（Guptaらの特許文献３４を参照）、顔料および／または充填剤、可使時間(ポットライフ)延長剤(pot-life extender)、殺生物剤、殺
真菌剤、および殺藻剤を含む補助物質および他の添加剤、を有する。コーティング浴の組成（例えば顔料ペースト、分散物）は、固体容量が重量比で２０％程度に達することができるようなものである（Rouxらの特許文献３５を参照）。

ここでの方法と装置を用いて処理される電着において利用される特定のタイプの流体に依存して、電着で利用される流体は、例えば、水、１種以上の乳化剤、キレート剤、結合剤、粘度指数向上剤、洗剤、可塑剤、耐溶接剤、油性向上剤、界面活性湿潤剤、分散剤、不動態化（不活性化）剤(passivator)、脱泡剤（消泡剤）、腐食抑制剤、または他の何らかの適切な添加剤を含むことができる。ある特定の実施形態において、電着プロセスで使われる水は脱イオンされるか、または鉱物質除去される。他の実施形態において、使われる水は、例えば電着プラントで使われるすすぎ流体中にあるような、固体粒子および化学物質を含むことができる。

ある特定の実施形態において、ここで提供された方法と装置は、電着装備が、電着プロセスで使用された１つ以上のタイプの流体を使っているのか、あるいは、電着プロセス貯留槽内の使用された１つ以上の流体に接続されているのかどうかにかかわらず、特定の電着装備によって使われるそれぞれの電着流体を処理することができる。上述の機能に基づけば、電着プロセスで利用される流体は、例えば延長された装備寿命、処理される物の熱変形の低減、一層良好な表面仕上げなどをもたらすことができる。

さらなる実施形態において、ここでの装置と方法は、例えば、遠心分離、ろ過、通気、汚水浄化、電着流体の適切な濃度の維持、固体除去、および殺生物剤の付加を含んだ微生物の増殖を防止する１つ以上の他の方法と関連させつつ使うことができる。従って、ある特定の実施形態において、ここでの装置と方法は、１つ以上の前述の処理方法または他の反微生物処理の前、後、あるいはそれと同時に高周波超音波を適用することに関わっている。

前述の説明では、ここでの教示のある特定の実施形態について詳述しているが、前述の事項が文言上でいかに詳細に現われていようとも、ここでの装置と方法は様々な方法で実施できる、ということが理解されるであろう。上記でも述べたように、ここでの教示のある特定の様相や局面を記述する時の専門用語の使用が、その専門用語が関連しているここでの教示の様相や局面の特定の何らかの特徴を含むことに限定するようにここでその専門用語を再定義することを意味するものと取るべきではない、ということに注意すべきである。従って、ここでの教示の範囲は、添付された請求項とそのいくつかの均等物に従って
解釈されるべきである。

１ 高周波数超音波エミッタ
２ 個室
３ 微小泡エミッタ
４ 超音波
５ ガス微小泡
６ 貯留槽
１１ ベース
１２ 光エミッタ
２２ 電着浴
２４ 電着流体
２６ 限外ろ過フィルタ
２８ 通路
３０ 脱イオン水
３２ 通路
３４ 超音波／微小泡装置
４０ 通路
４２ タンク
４２、４４ 浴
５０ 対象物
５２ 浴

Claims (28)

1. 電着流体に生存している微生物の存在を減らすための装置であって、
   固体を含む電着流体を保つ個室と、
   前記個室と連通している電着浴と、
   前記個室の中に１００ｋＨｚより高い周波数の超音波を発するように構成された超音波
   発生体と、
   前記個室内の超音波場に１ｍｍより小さな平均直径を持ったガス微小泡を発するように
   構成されたガス微小泡発生体と
   を有することを特徴とする装置。
2. 前記ガス微小泡はオゾン微小泡ではないことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ガス微小泡は、空気、および酸素の微小泡から成るグループから選択されることを
   特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記ガス微小泡の平均直径は約５０μｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の
   装置。
5. 前記ガス微小泡の平均直径は約３０μｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の
   装置。
6. 前記個室中に発せられた超音波は停滞場現象を生成しないことを特徴とする請求項１に
   記載の装置。
7. 超音波場に可視光域の電磁放射を放出するように構成された電磁放射発光体をさらに有
   することを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記微生物は細菌であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 電着流体を処理する方法であって、
   電着浴と連通している流体ルーティング回路から固体を含む電着流体を集める段階と、
   前記電着流体を個室に送る段階と、
   個室内の前記電着流体を、ガス微小泡、および１００ｋＨｚまたはそれより高い周波数
   の超音波に同時にさらす段階と
   を有し、
   前記電着流体を前記ガス微小泡及び前記超音波にさらすことによって、電着プロセスに
   使われるとき、前記電着流体の望ましい特性を変更しない、又は前記電着流体の有効性を
   妨げないことを特徴とする方法。
10. 前記ガス微小泡は空気微小泡及び酸素微小泡からなる一群から選択されることを特徴と
    する請求項９に記載の方法。
11. 前記微小泡の直径は約５０μｍより小さいことを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記電着流体を電磁放射にさらす段階をさらに有することを特徴とする請求項９に記載
    の方法。
13. 電着浴を備える電着システムと、
    前記電着浴に接続された電着流体回路と、
    固体を含む多成分の水溶性のエマルジョン又は分散物を備える不透明な電着流体を保つ
    ように構成され、前記電着流体が送られる個室と、
    前記個室の中に１００ｋＨｚより高い周波数の超音波を発するように構成された超音波
    発生体と、
    電着流体を保つように構成された個室内の超音波場中に、１ｍｍより小さな平均直径を
    持ったガス微小泡を発するように構成されたガス微小泡発生体と、
    を有し、
    前記電着流体を前記ガス微小泡及び前記超音波にさらすことによって、電着プロセスに
    使われるとき、前記電着流体の望ましい特性を変更しない、又は前記電着流体の有効性を
    妨げないことを特徴とする装置。
14. 前記ガス微小泡はオゾン微小泡ではないことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記ガス微小泡は、空気、および酸素の微小泡から成るグループから選択されることを
    特徴とする請求項１３に記載の装置。
16. 前記ガス微小泡の平均直径は約５０μｍより小さいことを特徴とする請求項１３に記載
    の装置。
17. 前記ガス微小泡の平均直径は約３０μｍより小さいことを特徴とする請求項１３に記載
    の装置。
18. 前記個室中に発せられた超音波は停滞場現象を生成しないことを特徴とする請求項１３
    に記載の装置。
19. 超音波場に可視光域の電磁放射を放出するように構成された電磁放射発光体をさらに有
    することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
20. 前記電着流体が、電着ラッカーを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
21. 前記固体が、重量比で前記電着流体の２０％であることを特徴とする請求項１３に記載
    の装置。
22. 前記電着流体が不透明であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
23. 前記固体が、帯電された固体であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
24. 前記固体が、重量比で前記電着流体の２０％であることを特徴とする請求項１に記載の
    装置。
25. 前記電着流体が不透明であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
26. 前記固体が、帯電された固体であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
27. 前記固体が、重量比で前記電着流体の２０％であることを特徴とする請求項９に記載の
    装置。
28. 前記電着流体が、１０％〜２０％のコーティング固体を含む請求項１に記載の装置。

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