JP2014185376A

JP2014185376A - 化成処理装置及び化成スラッジ分離方法

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Publication number: JP2014185376A
Application number: JP2013061874A
Authority: JP
Inventors: Hideki Saito; 秀樹斎藤; Masahiro Tamoto; 理博田本; Kotaro Kikuchi; 耕太郎菊地
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: JP6003753B2

Abstract

【課題】化成スラッジの濃度を低減し、当該濃度を維持することができる化成処理装置及び化成スラッジ分離方法を提供する。
【解決手段】化成処理装置１００に、ジルコニウム化成処理液を貯留する化成処理槽１と、ジルコニウム化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させるセットリング槽３と、化成処理槽１からセットリング槽３へとジルコニウム化成処理液を流入させる循環ポンプ２と、を備え、セットリング槽３は、ジルコニウム化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させることにより、ジルコニウム化成処理液から化成スラッジを除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、化成処理装置及び化成スラッジ分離方法に関する。

従来、自動車塗装処理の前処理として、自動車のボディ表面に対して化成処理が行われている。従来、自動車ボディ表面の化成処理には、リン酸亜鉛化成処理液（リン酸亜鉛皮膜を形成する化成処理液）が用いられていた。しかし、近年、耐食性及び塗膜密着性等を向上でき、環境負荷も低減できるジルコニウム化成処理液（ジルコニウムを主成分とする化成処理液）を用いることが望まれている。例えば、特許文献１には、ジルコニウム化成処理液を用いて金属表面に化成被膜を形成する技術の一例が記載されている。

しかし、化成処理液からは化成スラッジが発生し、化成スラッジが自動車ボディに付着したまま塗装工程が行われると、自動車ボディの品質不具合の原因となる。そのため、化成処理液から化成スラッジを除去する技術が必要である。
そして、リン酸亜鉛化成処理液から生じる化成スラッジの粒子径は比較的大きいため、濾布を通すことにより化成スラッジのみを除去できるとともに、濾過速度も速いという利点を有している。これに対し、ジルコニウム化成処理液から生じる化成スラッジの粒子径は非常に小さく、リン酸亜鉛化成処理液から生じる化成スラッジの除去に用いる濾布では除去することが難しい。

そこで、特許文献２には、面状の不織布を化成処理液に浸し、当該不織布の表裏面に化成処理液をぶつける方向に当該不織布を移動させることにより、化成スラッジを除去する方法が記載されている。
また、特許文献３には、ジルコニウム化成処理水洗排水を逆浸透膜処理により濃縮し、濃縮したジルコニウム化成処理水洗排水から陽イオン交換樹脂を用いて化成スラッジを除去し、ジルコニウム化成処理水洗排水を回収する方法が記載されている。

特開２００７−００９２８９号公報特開２００８−１５５１１２号公報特開２０１２−０３５２３８号公報

しかしながら、特許文献２、３に記載の技術は、１つの処理槽で（１バッチ方式で）、ジルコニウム化成処理液から化成スラッジを除去するものである。実際の自動車の塗装ラインでは、連続的に化成処理が行われており、常に化成スラッジが発生しているが、特許文献２、３に記載の技術では、連続的に化成スラッジを除去することはできない。また、特許文献３に記載の技術は、化成スラッジを固液に分離するものであって、化成スラッジ自体を除去するものではない。
従って、化成処理液から発生する化成スラッジの当該化成処理液における濃度を品質の不具合が起こらない濃度にまで低減し、当該濃度を維持する技術が望まれている。

本発明の第１の態様にかかる化成処理装置は、化成処理液を貯留する化成処理槽と、前記化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させるセットリング槽と、前記化成処理槽から前記セットリング槽へと前記化成処理液を流入させるポンプと、を備える。また、前記セットリング槽は、前記化成処理液に含まれる前記化成スラッジを沈降させることにより、前記化成処理液から前記化成スラッジを除去する。

本発明の第２の態様にかかる化成スラッジ分離方法は、化成処理装置における化成スラッジ分離方法であって、前記化成処理装置は、化成処理液を貯留する化成処理槽と、前記化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させるセットリング槽と、前記化成処理槽から前記セットリング槽へと前記化成処理液を流入させるポンプと、を備え、前記セットリング槽は、前記化成処理液に含まれる前記化成スラッジを沈降させることにより、前記化成処理液から前記化成スラッジを除去する。

化成スラッジの濃度を低減し、当該濃度を維持することができる化成処理装置及び化成スラッジ分離方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる化成処理装置を説明するブロック図である。リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理において形成される化成被膜を説明する図である。ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理において形成される化成被膜を説明する図である。化成スラッジの発生量と化成被膜の膜厚との関係を示すグラフである。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる化成処理装置１００を説明するブロック図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる化成処理装置１００は、化成処理槽１、循環ポンプ（ポンプ）２、セットリング槽３、三角せき槽４、濾過架台５等を備える。本発明の実施の形態においては、化成処理液としてジルコニウム化成処理液を用いる例を挙げて説明するが、本発明が適用される化成処理液は、ジルコニウム化成処理液に限定されるものではない。

化成処理槽１は、ジルコニウム化成処理液を貯留する。また、自動車のボディが図１に示す矢印の方向に進行することにより、化成処理槽１においてジルコニウム化成処理液により当該ボディが化成処理されるものとする。
また、化成処理槽１の下部の少なくとも一部は、ホッパー状の形状を有するホッパー部１１となっている。化成処理槽１において自動車のボディが化成処理されると、化成スラッジが発生する。そして、化成スラッジは水よりも比重が大きいため、沈降し、当該ホッパー部１１に集積する。

循環ポンプ２は、化成処理槽１とセットリング槽３との間に設置されている。また、化成処理槽１のホッパー部１１の下部と循環ポンプ２とが配管により接続されている。また、循環ポンプ２は、セットリング槽３のホッパー部３１（後述）と配管により接続されている。そして、循環ポンプ２は、化成処理槽１からセットリング槽３へとジルコニウム化成処理液を流入させる。具体的には、循環ポンプ２は、化成処理槽１のホッパー部１１に沈降した化成スラッジ及びジルコニウム化成処理液をセットリング槽３のホッパー部３１に流入させる。
なお、循環ポンプ２の流量は、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液が１６時間で一循環する流量である。例えば、セットリング槽３の実容量が３０トンである場合、循環ポンプ２の流量は、毎分約３１リットルである。換言すれば、循環ポンプ２の流量は、セットリング槽３の実容量に応じて設定される。これにより、セットリング槽３においてジルコニウム化成処理液から生じる化成スラッジを連続的に沈降させ、セットリング槽３から、化成スラッジの濃度を品質の不具合が起こらない濃度にまで低減したジルコニウム化成処理液を化成処理槽１に戻すことが可能となる。また、セットリング槽３から化成処理槽１に戻るジルコニウム化成処理液に含まれる化成スラッジの濃度を、品質の不具合が起こらない濃度に維持することができる。
ここで、セットリング槽３の実容量とは、セットリング槽３内に実際に収容可能なジルコニウム化成処理液の容量である。

セットリング槽３は、化成処理槽１から流入したジルコニウム化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させる槽である。そして、セットリング槽３は、当該ジルコニウム化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させることにより、当該ジルコニウム化成処理液から化成スラッジを除去する役割を果たす。
具体的には、セットリング槽３の下部は、ホッパー状の形状を有するホッパー部３１となっている。また、当該ホッパー部３１の下部にはバルブ（図示省略）が設けられている。そして、当該バルブを開くことにより、セットリング槽３のホッパー部３１に沈降した化成スラッジを濾過架台５へと排出する。なお、当該バルブの開閉の制御は、手動であってもよいし、自動であってもよい。
また、セットリング槽３内に、予め、ジルコニウム化成処理液を満たしておく必要がある。これにより、化成処理槽１からセットリング槽３にジルコニウム化成処理液が流入することによって、予めセットリング槽３内に満たされていたジルコニウム化成処理液の上澄みが、化成処理槽１へと流入することができる。

三角せき槽４は、セットリング槽３と化成処理槽１との間に設置されている。そして、三角せき槽４には、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液の上澄みが流入する。また、三角せき槽４から、当該ジルコニウム化成処理液の上澄みが化成処理槽１に流入する。これにより、セットリング槽３から化成処理槽１へ、化成スラッジの濃度を低減したジルコニウム化成処理液を戻すことができる。

ここで、図２Ａ、図２Ｂを用いて、従来の化成処理液であるリン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理において形成される化成被膜の膜厚と、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理において形成される化成被膜の膜厚とを比較する。図２Ａは、リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理において形成される化成被膜を説明する図である。図２Ｂは、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理において形成される化成被膜を説明する図である。
図２Ａに示すように、リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理において形成される化成被膜の膜厚は約２μｍであり、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理において形成される化成被膜の膜厚は約５０ｎｍである。換言すれば、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理による皮膜形成量は、リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理による皮膜形成量の１／４０倍である。

また、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理による皮膜形成時に必要なエッチングすべき皮膜量も、理論計算上、リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理による皮膜形成時に必要なエッチングすべき皮膜量の１／４０倍となる。そして、化成処理において発生する化成スラッジの量はエッチングすべき皮膜量に比例するため、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理において発生する化成スラッジの量は、リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理において発生する化成スラッジの量の１／４０倍となる。

図３のグラフに、化成スラッジの発生量と化成被膜の膜厚との関係を示す。図３において、縦軸が化成スラッジの発生量（ｍｇ−Ｆｅ／ｍ^２）、横軸が化成被膜の膜厚（ｎｍ）を示す。なお、化成スラッジの発生量の単位に含まれる「ｍｇ−Ｆｅ」とは、化成スラッジに含まれるＦｅの質量（ｍｇ）を意味する。また、図３において、丸印がジルコニウム化成処理液を用いた化成処理において発生する化成スラッジの量を示し、三角印がリン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理において発生する化成スラッジの量を示す。
図３に示すように、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理においても、リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理においても、化成被膜の膜厚に比例して、化成スラッジの発生量も増加する。しかし、同じ膜厚の化成被膜を形成する場合、リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理に比べて、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理の方が、化成スラッジの発生量が少ない。換言すれば、リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理に比べて、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理の方が、化成スラッジの発生を抑えることができる。

次に、化成処理槽１からセットリング槽３へ流入するジルコニウム化成処理液の流速、すなわち、循環ポンプ２の流量について、説明する。
従来の化成処理液であるリン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理において発生する化成スラッジの粒径及び比重は、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理において発生する化成スラッジの粒径及び比重より大きい。そのため、リン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理では、化成処理槽１からセットリング槽３へ流入するリン酸亜鉛化成処理液の流速がある程度早くても、セットリング槽３のホッパー部３１に化成スラッジが速やかに沈降する。

一方で、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理において発生する化成スラッジの粒径及び比重は、従来の従来の化成処理液であるリン酸亜鉛化成処理液を用いた化成処理において発生する化成スラッジの粒径及び比重より小さい。そのため、ジルコニウム化成処理液を用いた化成処理では、セットリング槽３における化成スラッジの沈降速度が非常に遅い。そのため、化成処理槽１からセットリング槽３へ流入するジルコニウム化成処理液の流速を、リン酸亜鉛化成処理液を用いる化成処理と同等程度に設定すると、化成スラッジがセットリング槽３内のジルコニウム化成処理液の上澄み部分まで舞い上がってしまう。そして、化成スラッジの濃度が高いジルコニウム化成処理液の上澄みが化成処理槽１へと流入してしまう。

そこで、本実施の形態においては、化成処理槽１からセットリング槽３へ流入するジルコニウム化成処理液の流速、すなわち、循環ポンプ２の流量を、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液が１６時間で一循環する流量とした。換言すれば、循環ポンプ２が、１６時間で、セットリング槽３の実容量分のジルコニウム化成処理液を、化成処理槽１からセットリング槽３へ流入させるように、循環ポンプ２の流量を設定した。例えば、セットリング槽３の実容量が３０トンである場合、循環ポンプ２の流量は、毎分約３１リットルである。当該流量で、ジルコニウム化成処理液がセットリング槽３に流入すれば、セットリング槽３において、ジルコニウム化成処理液の上澄みに化成スラッジが混入することを防ぐことができる。すなわち、セットリング槽３において化成スラッジを連続的に沈降させながら、ジルコニウム化成処理液の上澄みに含まれる化成スラッジの濃度を低減し、当該濃度を維持することができる。これにより、セットリング槽３から、化成スラッジの濃度を品質の不具合が起こらない濃度にまで低減したジルコニウム化成処理液を化成処理槽１に戻すことが可能となる。

なお、循環ポンプ２の流量を、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液が１６時間以上かけて一循環する流量としてもよい。しかし、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液の循環サイクルを可能な限り加速するという観点からは、循環ポンプ２の流量は、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液が１６時間で一循環する流量とすることが好ましい。

以上に説明した実施の形態１にかかる化成処理装置１００及び化成スラッジ分離方法においては、ジルコニウム化成処理液を貯留する化成処理槽１と、ジルコニウム化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させるセットリング槽３と、化成処理槽１からセットリング槽３へとジルコニウム化成処理液を流入させる循環ポンプ２と、を備える。また、セットリング槽３は、ジルコニウム化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させることにより、ジルコニウム化成処理液から化成スラッジを除去する。
これにより、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液の上澄みの化成スラッジの濃度を品質の不具合が起こらない濃度にまで低減するとともに、当該濃度を維持することができる。そのため、化成スラッジの濃度を品質の不具合が起こらない濃度にまで低減したジルコニウム化成処理液をセットリング槽３から化成処理槽１へと戻すことができる。これにより、化成スラッジの濃度を低減し、当該濃度を維持することができる化成処理装置１００及び化成スラッジ分離方法を提供することができる。

また、セットリング槽３の下部（ホッパー部３１）は、バルブを有するホッパー状の形状となっており、当該バルブを開くことにより、セットリング槽３の下部に沈降した化成スラッジをセットリング槽３から排出する。
これにより、セットリング槽３内に化成スラッジが堆積し続けてしまうことを防ぐことができる。また、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液の上澄みに混入する化成スラッジの濃度を品質の不具合が起こらない濃度に確実に維持することができる。

また、循環ポンプ２の流量は、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液が１６時間で一循環する流量である。
これにより、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液の上澄みの化成スラッジの濃度を品質の不具合が起こらない濃度にまで低減するとともに、当該濃度を維持することができる。

また、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液の上澄みが流入する三角せき槽４を備え、三角せき槽４からジルコニウム化成処理液の上澄みが化成処理槽１に流入する。
これにより、三角せき槽４からジルコニウム化成処理液の上澄みが化成処理槽１に流入することによって、セットリング槽３内のジルコニウム化成処理液の対流に影響を与えずに済み、セットリング槽３内の化成スラッジの連続的な沈降をより確実にすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、自動車の塗装ラインの化成処理装置に既存のセットリング槽がある場合、当該既存のセットリング槽にジルコニウム化成処理液を流入させるポンプの流量を、当該既存のセットリング槽内のジルコニウム化成処理液が１６時間で一循環する流量とすることにより、当該既存のセットリング槽を、本実施の形態１にかかるセットリング槽３として使用することが可能である。

また、セットリング槽３のホッパー部３１の上部に整流板があってもよい。また、自動車の塗装ラインの化成処理装置に既存のセットリング槽の下部に整流板があってもよい。
なお、自動車の塗装ラインの化成処理装置に既存のセットリング槽の下部に整流板があり、リン酸亜鉛化成処理液から生じる化成スラッジが当該整流板に付着している場合、当該整流板から当該化成スラッジを予め除去しておく必要がある。リン酸亜鉛化成処理液から生じる化成スラッジがジルコニウム化成処理液に混入すると品質の不具合が発生する可能性があるためである。
また、自動車の塗装ラインの化成処理装置に既存の化成スラッジを除去する設備（例えば、全量濾過装置及びエクセラフィルター）がある場合、実施の形態１のセットリング槽３、三角せき槽４、濾過架台５等を備えることにより、当該既存の化成スラッジを除去する設備を省略することができる。

１化成処理槽
１１ホッパー部
２循環ポンプ
３セットリング槽
３１ホッパー部
４三角せき槽
５濾過架台
１００化成処理装置

Claims

化成処理液を貯留する化成処理槽と、
前記化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させるセットリング槽と、
前記化成処理槽から前記セットリング槽へと前記化成処理液を流入させるポンプと、
を備え、
前記セットリング槽は、前記化成処理液に含まれる前記化成スラッジを沈降させることにより、前記化成処理液から前記化成スラッジを除去する、化成処理装置。
前記セットリング槽の下部は、バルブを有するホッパー状の形状となっており、
前記バルブを開くことにより、前記セットリング槽の下部に沈降した前記化成スラッジを前記セットリング槽から排出する、請求項１に記載の化成処理装置。
前記ポンプの流量は、前記セットリング槽内の前記化成処理液が１６時間で一循環する流量である、請求項１又は２に記載の化成処理装置。
前記セットリング槽内の前記化成処理液の上澄みが流入する三角せき槽を備え、
前記三角せき槽から前記化成処理液の上澄みが前記化成処理槽に流入する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の化成処理装置。
化成処理装置における化成スラッジ分離方法であって、
前記化成処理装置は、
化成処理液を貯留する化成処理槽と、
前記化成処理液に含まれる化成スラッジを沈降させるセットリング槽と、
前記化成処理槽から前記セットリング槽へと前記化成処理液を流入させるポンプと、
を備え、
前記セットリング槽は、前記化成処理液に含まれる前記化成スラッジを沈降させることにより、前記化成処理液から前記化成スラッジを除去する、化成スラッジ分離方法。
前記セットリング槽の下部は、バルブを有するホッパー状の形状となっており、
前記バルブを開くことにより、前記セットリング槽の下部に沈降した前記化成スラッジを前記セットリング槽から排出する、請求項５に記載の化成スラッジ分離方法。
前記ポンプの流量は、前記セットリング槽内の前記化成処理液が１６時間で一循環する流量である、請求項５又は６に記載の化成スラッジ分離方法。
前記セットリング槽内の前記化成処理液の上澄みが流入する三角せき槽を備え、
前記三角せき槽から前記化成処理液の上澄みが前記化成処理槽に流入する、請求項５乃至７の何れか一項に記載の化成スラッジ分離方法。