JP2013083007A - 保護膜形成処理液の管理方法と混合水栓金具と水栓金具の製造方法 - Google Patents
保護膜形成処理液の管理方法と混合水栓金具と水栓金具の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】鉛又は/及びニッケルの除去工程で用いる処理液を洗浄する水洗工程の水が混入するアルカリ性処理液の保護膜形成工程にあって、濃度計により保護膜形成工程における保護膜形成成分の濃度管理を行う。
【選択図】図11
Description
また、有機酸は、酢酸、蟻酸、アクリル酸、酪酸、クエン酸、プロピオン酸のうちの少なくとも何れか1種を含んだものとし、この処理液が入った処理槽に接液器材1を浸漬して、内部に残渣として付着したニッケル塩を除去する。ここで、酸の解離度がほぼ1である無機酸については、濃度を高める必要はなく、薄い濃度で使用することができる。一方、有機酸については、解離度が小さいため、高い濃度で使用する必要がある。
このため、硝酸を処理液として使用する場合には、ハロゲン酸(フッ化水素酸、塩酸、及び臭化水素酸)との混酸を用いるようにすればよい。この場合、硝酸の濃度範囲としては、JIS K8541における67%硝酸0.5〜7wt%、ハロゲン酸の濃度範囲としては、JIS K8819における46%フッ化水素酸0.05〜0.7wt%、又は、JIS K8180における36%塩酸0.05〜0.7wt%、或は、JIS K8509における48%臭化水素酸0.05〜0.7wt%とするのがよい。
ここで、一般的に、金属表面は、何らかのガス体、又は有機分子が表面に吸着しており、金属元素がむき出しの状態で大気中に存在することはない。このような金属に吸着する成分の種類や膜厚は様々であるが、例えば、クロムやアルミニウムなどの金属は、表面にガス体や有機分子が吸着したとしても、吸着した酸素との間に安定して均一の透明の酸化皮膜が形成され、金属光沢を目視することができる。また、これらの金属は、傷等によって表面が現れた場合でも、酸素との結合が強固なために比較的修復するのが早いことから、不動体皮膜とも呼ばれている。
このため、ニッケル除去工程においては、表面活性化処理を行ってニッケル表面を活性化させ、更に、その後水洗工程を経ることにより、結合性に富んだ表面にし、後述の保護膜形成工程においてニッケル表面と保護膜形成剤との結合を強化できるようにしている。なお、有機分子は、アルカリ脱脂工程でも除去可能である。
更に、保護膜形成成分は、アミン物質と有機酸のうち少なくとも何れか1方を含んでいる。また、溶剤成分は、水溶性有機溶剤とアミン溶剤のうち少なくとも何れか1方を含んでいる。
五員環化合物は、炭化水素が五角の環式形状を呈する化合物である。この五員環化合物の類型と、主な化合物名としては、例えば、ピロール類(ピロール誘導体)、ピロリン類(ピロリン誘導体)、ピロリジン類(ピロリジン誘導体)、ピラゾール類(ピラゾール、ピラゾール誘導体)、イミダゾール類(イミダゾール、イミダゾール誘導体)、トリアゾール類(1H 1、2、4トリアゾール、トリアゾール誘導体)、テトラゾール類(テトラゾール、テトラゾール誘導体)、オキサチアゾール類(オキサチアゾール誘導体)、ジチアゾール類(ジチアゾール誘導体)などがある。ピロールやピロリン等、融点の低い化合物は、置換基を有する誘導体として融点を高くした構造により保護膜形成成分に適用する。
このうち、特に、構造がより安定している五員環化合物は、ピロール類、ピロリジン類、ピラゾール類、イミダゾール類、トリアゾール類、テトラゾール類であり、これらの中から適宜選択して使用するのがより好ましい。
このうち、特に、構造がより安定している六員環化合物は、ピペラジン類、オキサジン類、モルホリン類であり、これらの中から適宜選択して使用するのがより好ましい。
このうち、特に、構造がより安定している多環化合物は、インドール類、ベンズイミダゾール類、ベンゾトリアゾール類、カルバゾール類であり、これらの中から適宜選択して使用するのがより好ましい。
水溶性有機溶剤は、水と混ざりやすく、かつ、アミン物質を溶解させやすいという特徴があり、このため、水に溶けにくいアミン物質を保護膜形成成分として用いた場合に組み合わせる成分として適用される。これにより、アミン物質を保護膜形成成分とし、水溶性有機溶剤を溶剤成分として含んだ保護膜形成剤が構成される。この場合の水溶性有機溶剤は、水と混ざりやすくアミン物質の溶解性に特に優れた低級アルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ベンジルアルコール)、低級ケトン(例えば、ブタノール)、アセトン、ジエチルケトン等の極性有機溶剤を適用するのが好ましい。
このため、本実施形態では、これらの不具合を防いで保護膜形成処理工程を高い精度で実施するために、前工程の液成分を混入させないようにすることと、前工程の液成分が保護膜形成処理工程に混入した場合の対処を行うようにすることの観点から管理を行うようにした。
一方ワークが、いわゆる、おわん形状や急須形状などの形状の場合には、特に残液が溜まりやすくなっているため、ワークを傾斜させることだけでは不十分である。図23、図24において、例えば、特に急須形状をしているシングルレバー混合栓の胴部分には残液が溜まるのを確実に防ぐために、部品(ワーク)を設計する段階で逃がし穴41、44を部品に空けておき、処理中に処理液が逃げやすい構造にする必要がある。これにより、例えば、ワークが、シングルレバー混合水栓やツーハンドル混合水栓の胴部分のような急須形状である場合でも、残液溜まりを回避でき、前工程の液成分の持込みを防ぐことが可能になる。
なお、この逃がし穴41、44は、水栓金具の機能には関わらないため、図23、図24に示すように本処理後の水栓金具の組立時に塞いでしまえばよい。例えば、同図23のように台座40に逃がし穴41を上に向け、消費者から見えやすい場所に設置したほうが良い場合には、逃がし穴41にタップを切っておき、この穴41を塞ぐ際、装飾性の良いねじ43にOリング42を装着し締付ければデザイン性に優れつつ逃がし穴41を封止することができる。また、同図24に示すように消費者から見えない場所に設置した方が良い場合には、逃がし穴44を台座40の下面に設け、同様に逃がし穴44をOリング45を介してねじ46で封止すればワークをキッチン等に設置したときに外観上見えず、消費者に違和感を与えることがなくなる。
このように、シングルレバー混合水栓やツーハンドル混合水栓等の複雑な形状をした水栓金具の残液溜まりを防止するために、これらの水栓金具の台座40の部分に逃がし穴41、44を設けることで、残液溜まりを防止できるほか、効率的にムラのない処理をすることが可能となる。
また、ワークを処理槽から取出した後に、ワークの内外面に付着した水滴をエアーブローによって除去し、次の槽に移動させるようにしてもよい。この場合にも、ワークに付着した残液を処理槽に戻すのがよい。
以上の管理によって、混酸処理によってワークに付着した液成分が水洗工程の処理水に混入した場合でも、この混酸成分を除去し、処理水を一定以上のクオリティに保つことができ、混酸処理で付着した処理液を確実にワークから除去して、次工程である保護膜形成処理工程に送ることができるようにしている。
保護膜形成剤の濃度は、濃度計で測定する。ここで、水溶液は、いかなるものであっても光の屈折率と濃度が比例関係にあり、濃度計は、一般的に用いられるものを使用し、光の屈折率からBrix濃度と呼ばれる濃度を測定できるようにしたものである。
濃度計は、通常は、果汁などの糖分濃度を測る用途が多く、Brix濃度の単位(%)は、砂糖水100g中に含まれる砂糖のグラム数の濃度となっている。よって、保護膜形成剤の濃度を測定する場合には、保護膜形成剤をBrix濃度計で測定したときに、この測定結果を保護膜形成剤の濃度に変換する必要がある。
Brix濃度を保護膜形成剤の濃度に変換するために、所定濃度の保護膜形成剤を準備し、これをBrix濃度計で測定した。このときの保護膜形成剤の濃度と濃度計で測定したBrix%の関係を表3に示す。
表3の結果より、保護膜形成剤の濃度とこれに対応するBrix濃度をプロットし、比例関係によりこれを直線で結んだグラフを図11に示す。保護膜形成剤の濃度を求める際には、保護膜形成剤の濃度をBrix濃度計で測定し、これを図11により保護膜形成剤の濃度に変換すればよい。
濃度を測定する場合には、保護膜形成工程では所定の濃度の保護膜形成剤を用い、先ず、保護膜形成処理前にこの濃度を測定し、処理開始後に一定時間おきに濃度計にて測定する。保護膜形成剤に水が混入した場合、この薄まり具合は濃度計により数値で確認できるため、この数値が所定範囲から外れた場合に処理開始前の濃度値まで復帰させるように保護膜形成剤の原液などの濃い液を追加することで、常に望ましい保護膜形成剤の濃度にできる。
保護膜形成工程で使用する保護膜形成剤は、処理工程開始前において弱アルカリ性(pH7.5±0.3)である。pHを管理する際にはpH8〜pH6の範囲で行うため、この狭い範囲のpHの値を測定するためにpH計を用いる。pH計は一般に使用されるものも用いればよいが、このpH計は、機器ごとに若干の測定値のばらつきがあるため、pH管理を行う場合、同一のpH計を用いて測定するのが好ましい。
保護膜形成剤に混酸成分を加えた際のpHの変化を図12に示す。このときの条件としては、保護膜形成剤は10倍希釈(10%濃度)とし、混入する混酸成分は、67%濃硝酸4wt%、36%濃塩酸0.4wt%からなる混酸とした。
一方、混入する混酸成分は薄酸ではあるが、pH=1である。この酸成分の混入は、全体のpHを低下させるが、イオンの形に電離しているアミン化合物との中和反応により、まずpH7に近づこうとする。このとき、pH7になったとしても、すべてのアミン化合物は失われることはない。続けて、酸成分を混入すると、イオンの形に電離したアミン化合物分子が失われ、酸側に傾いてpH7を下回るが、新たにイオンの形に電離する分子が、アミン化合物の溶解分子の中から現れるためこの酸側への傾きは緩やかになる。しかし、最終的には、アミン化合物分子が大きく減少するので、急激にpHが酸側に傾くことになる。
図12の測定結果は、以上の状態を示しており、pH6以下になると、この変化点を越えると特性がそれまでの略平行状態から急激に酸側に傾く傾向を示したものである。
保護膜形成剤にはアミン化合物であるトリエタノールアミンとベンゾトリアゾールが含まれている。これらの物質は、アンモニアを基とする構造を有しているため弱アルカリ性である。
水溶液のアルカリ性の強弱は、水溶液に溶かした分子の電離が大きく関わっているが、アミン化合物の場合、イオンの形に電離する分子は全体分子の中でごくわずかなため、濃度に関わらず弱アルカリ性となる。さらに、本例のアミン化合物は、高濃度のときに分子の電離が極めて少なく、低濃度になるにつれて分子の電離が増えていくため、結果として電離した分子量が一定となり、pHも一定になる。
以上により、本例の保護膜形成剤は、濃度を変えても、pH7.5±0.3の一定の値となった。
pHを管理する場合、このpHは、上記のように混酸が混じることによって低下するため、これに適した管理を行う必要がある。pHを管理する場合、管理範囲であるpH8〜pH6は狭い領域であるため、管理手順としては、処理開始前のpHを測定した後に、一定時間の間隔でpHを測定し、pHに低下傾向が見られた場合に、迅速に対策を処してpHを所定の領域範囲に戻すようにする。
このとき、保護膜形成剤は弱アルカリ性であるため、混酸処理工程の酸成分が微量に含まれていると化学反応を生じる。酸成分と反応した保護膜形成剤は、保護膜形成剤としての機能を果たしにくくなるばかりか、この反応によって浮遊物や沈殿物も同時に発生させる。このため、処理ワークを保護膜処理工程から取り出す際には、これらがワークに付着してムラやシミ等が生じて変色しやすくなる。
具体的には、本例では、図12において混酸混入量が0.6〜0.7wt%の間でpH6以下に急激に下がっており、このpH6以下になった場合には上記の現象が生じて保護膜形成剤の交換が必要になる。
なお、本例においては、図12に基づいて、pH6付近に下がるときの混酸混入量を0.6〜0.7wt%としているが、これはあくまでも一例であり、実際のpH管理においては、上述したように、保護膜形成剤のpH管理をpH計によって行い、保護膜形成剤の能力を維持できるpH7(換言すれば、pH値が急激に低下する前の状態)を基準として、混入される酸によって保護膜形成剤が交換を要するpHの状態になる前に原液を加えるようにすれば、混酸混入量やこれに対応するpH値が異なる場合にも対応できるのは勿論である。これにより、異なる管理上のpH値と混酸混入慮量の組み合わせによる各種の態様に応じてpH管理でき、以って保護膜形成剤のクオリティを維持することができる。
従って、保護膜形成剤の希釈割合が高い場合や、混酸濃度が高い場合には、保護膜形成剤の交換基準となるpHに早く到達することとなる。
そこで、本発明の保護膜形成剤を、pHに加えて濃度も考慮して管理する例を、保護膜形成剤において弱アルカリ性を示すアミン類のmol量と、保護膜形成剤に混入する混酸のmol量との関係を用いて説明する。
希釈倍率をv、処理に用いる保護膜形成剤の液量をw(l)とすると、w(l)中の総アミンmol量は次式にて表される。
(式1)1/v×「保護膜形成剤100%原液1l中に含まれるアミンmol量」×w
ここで、保護膜形成剤100%原液とは、表(希釈液、Brix)の原液をいい、以下の表5の成分にて構成されている。
(式2)ベンゾトリアゾールのmol量=原液1リットル中に含まれるベンゾトリアゾー
ル重量/ベンゾトリアゾール分子量
=50g/119.12
(式3)トリエタノールアミンのmol量=原液1リットル中に含まれるトリエタノール 重量/トリエタノール分子量
=5g/149.19
従って、希釈倍率v=10倍、処理に用いる保護膜形成剤の液量w=1リットルとすると、総アミンmol量は、(式1)−(式3)から次のように算出される。
総アミンmol量=1/10×(50/119.12+5/149.19)×1
=0.0453(mol)
ここで、混酸は、濃硝酸(15.55mol/l)×4wt%=0.622mol/lと、濃塩酸(12.1mol/l)×0.4wt%=0.0484mol/lの和により構成されていることから、上記pH=6(混酸混入量(7ml))における総混酸mol量は、次のように算出される。
総混酸mol量=(0.622×0.007)+(0.0484×0.007)
=0.00469(mol)
総アミンmol量:総混酸mol量=0.0453:0.00469
≒10:1
となり、すなわち、混酸の混入量が保護膜形成剤の総アミンmol量の約1/10に達した時期を保護膜形成剤の交換時期とするのがよい。
このように、弱アルカリ性であるアミンのmol量と、混入する混酸のmol量との関係から、保護膜形成剤の交換時期を定めることにより、pHと濃度の双方を考慮した保護膜形成剤の管理を行うことができる。
また、濃度の標準的な低下傾向に対し、濃度が早く低下する現象が生じた場合には、保護膜形成機能の低下原因が、水の混入割合の増加にあることを把握でき、水洗工程17と保護膜形成工程18との間にエアブロー手段などの水分除去工程を設けるなどの対策を講ずることができる。
また、異なる大きさや形状の水栓器具等の銅合金製接液器材を、同一設備を用いて処理する場合においても、上述の管理に基づき、混酸や水等の液成分の除去能力を、水栓器具等の大きさや形状に合わせて適宜調整することが容易になり、所定のニッケル溶出基準を満たす水栓器具等の銅合金製接液器材を、保護膜形成剤の交換頻度を抑制しつつ、継続的に量産することができる。
1a 接液部位(接液部、接液面)
2 めっき
2a クロムめっき
2b ニッケルめっき
2c ピンホール
5 鉛
6 ニッケル塩
13 鉛除去工程
15 めっき工程
16 ニッケル除去工程
18 保護膜形成工程
20 保護膜
20a 保護膜(ベンゾトリアゾール)
20b 保護膜(有機酸)
40 台座
41、44 逃がし穴
Claims (9)
- 鉛又は/及びニッケルの除去工程で用いる処理液を洗浄する水洗工程の水が混入するアルカリ性処理液の保護膜形成工程にあって、濃度計により保護膜形成工程における保護膜形成成分の濃度管理を行うことを特徴とする保護膜形成処理液の管理方法。
- 請求項1において、有効濃度2%〜100%範囲の濃度管理を行う保護膜形成処理液の管理方法。
- 鉛又は/及びニッケルの除去工程の酸性処理液が混入するアルカリ性処理液の保護膜形成工程にあって、pH計により保護膜形成工程における保護膜形成成分のpH管理を行うことを特徴とする保護膜形成処理液の管理方法。
- 前記保護膜形成成分は、アミン物質と有機酸のうち少なくとも何れか一方を含んだ請求項1又は3に記載の保護膜形成処理液の管理方法。
- 請求項3において、酸性処理液の混入に応じてpH値が略平衡状態から変化点を経て急峻に酸性に変化する特性を有する、有機酸を含有するアルカリ性保護膜形成処理液にあって、所定の希釈倍率より低い希釈倍率で調整した処理液で保護膜形成を開始し、略平衡状態から変化点に至るまでの特性が所定の希釈倍率に相当するpH値になったことを条件に保護膜形成処理液を交換することを特徴とするpH管理に基づく水栓金具の製造方法。
- 前記有機酸はオレイン酸である請求項5に記載の水栓金具の製造方法。
- 所定の希釈倍率は、変化点より上で、且つ、量産ワークに保護膜を形成するのに十分な実質的に最低限のpH値に対応させた希釈倍率である請求項5又は6に記載の水栓金具の製造方法。
- 変化点は、pH6で、所定の希釈倍率はpH6.5である請求項5乃至7の何れか1項に記載の水栓金具の製造方法。
- 鉛又は/及びニッケルの除去工程で用いる処理液を洗浄する水洗工程の水が混入する、又は鉛又は/及びニッケルの除去工程の酸性処理液が混入するアルカリ性処理液の保護膜形成工程にあって、混合水栓の台座部分に、水栓流路と外部とを連通する逃がし穴を設けて保護膜形成処理し、処理後に残液を逃がし穴から排出した後に封止したことを特徴とする混合水栓金具。
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