JP2022148064A - 表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率が向上する表面処理の技術を提供する。【解決手段】表面処理方法は、電解水を準備する準備工程と、準備された電解水に直径が０．０１μｍ以上かつ１００μｍ未満のバブルを導入する導入工程と、バブルが導入された電解水を対象物に噴射する噴射工程とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、表面処理方法に関する。

特許文献１は、表面に汚れが付着した対象物に対してアルカリイオン水をスプレーで噴霧した後に、洗浄水を噴射することによって、対象物を洗浄する表面処理方法を開示する。この表面処理方法では、アルカリイオン水を噴霧することによって表面に付着した汚れを対象物から化学的に分離し、洗浄水を噴射することによって表面に付着した汚れを機械的に除去する。

特開２０２０－４４８６４号公報

特許文献１に開示される表面処理方法では、表面に付着した汚れなどの付着物を化学的に分離する洗浄及び付着物を機械的に除去する洗浄がそれぞれ別々の工程で実施されるため、表面処理の作業効率が低下するおそれがある。本開示は、作業効率を向上させることができる表面処理の技術を提供する。

本開示の一側面に係る表面処理方法は、電解水を準備する準備工程と、準備された電解水に直径が０．０１μｍ以上かつ１００μｍ未満のバブルを導入する導入工程と、バブルが導入された電解水を対象物に噴射する噴射工程とを備える。

この表面処理方法においては、電解水に直径が１００μｍ未満のバブルが導入される。バブルが導入された電解水は、対象物に向かって噴射される。対象物の付着物は、電解水の水酸化イオンによって化学的に洗浄されると共に、バブルが圧壊する衝撃作用（以下、衝撃作用ともいう）及び噴射の圧力によって機械的に洗浄される。よって、化学的な洗浄及び機械的な洗浄が同時に行われるため、この表面処理方法によれば、作業効率を向上させることができる。

準備工程における電解水のｐｈが１０以上であってもよい。このようなｐｈを有する電解水を採用することで、電解水が強アルカリ性となり、酸性の付着物に対する剥離力を高めることができるため、化学的な洗浄効果が向上する。また、強アルカリ性の電解水は、タンパク質に作用するため、除菌効果を奏することもできる。

導入工程におけるバブルの直径は１μｍ以上かつ１００μｍ未満であってもよい。このような直径を有するバブルを採用することで、バブルの衝撃作用が大きくなるため、機械的な洗浄効果が向上する。

導入工程におけるバブルの体積割合は、５０体積％以上かつ８０体積％以下であってもよい。このような体積割合を有するバブルを採用することで、化学的な洗浄及び機械的な洗浄の何れか一方への偏りが抑制される。

噴射工程では、電解水を加圧して噴射する直圧方式、又は加圧された気体と共に電解水を噴射するサクション方式によって電解水を噴射してもよい。

噴射工程における噴射の圧力は、１．０ＭＰａ以上かつ５．０ＭＰａ以下であってもよい。このような噴射条件を採用することで、バブルは噴射時の圧力によって圧壊され難くなる。よって、上記噴射条件を採用した表面処理方法は、対象物の表面に到達するバブルが減少することを回避できる。

噴射工程における電解水の温度は、４０℃以上かつ９０℃以下であってもよい。電解水の温度を４０℃以上かつ９０℃以下にすることで、他の温度範囲と比べて電解水の化学的な活性が向上する。よって、上記温度範囲の電解水を採用した表面処理方法によれば化学的な洗浄効果が向上する。

噴射工程は、電解水の水酸化イオンによって対象物を化学的に洗浄する工程と、バブルの衝撃作用、及び噴射の圧力によって対象物を機械的に洗浄する工程と、を同時に実施してもよい。

表面処理方法は、対象物の表面に付着した付着物を剥離すると共に、対象物の表面を除菌してもよい。

本開示に係る表面処理方法によれば、表面処理の作業効率を向上させることができる。

一実施形態に係る表面処理方法を示すフローチャートである。 本実施形態に係る直圧方式の表面処理装置の概要図である。 本実施形態に係るバブル生成器の拡大図である。 本実施形態に係る対象物の表面を示す模式図である。 本実施形態の変形例に係るサクション方式の表面処理装置の概要図である。 本実施形態の変形例に係るサクション方式の表面処理装置の概要図である。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態に係る表面処理方法を示すフローチャートである。図２は、本実施形態に係る直圧式の表面処理装置の概要図である。本実施形態に係る表面処理方法は、一例として、表面処理装置１によって実施される。以下では、図１及び図２を参照して、本実施形態を説明する。

［表面処理装置の詳細］
表面処理装置１は、対象物Ｐに対して表面処理を実施する装置である。表面処理装置１は、直圧式の表面処理装置である。図２に示されるように、表面処理装置１は、処理室１０、ステージ１１及びノズル１２を備える。処理室１０の内部には、対象物Ｐが固定されるステージ１１と、ステージ１１に固定された対象物Ｐに電解水ＢＷを噴射するノズル１２が設けられる。ノズル１２は、タンク２０から電解水ＢＷが供給される。電解水ＢＷ及びバブルＢの詳細は後述される。

表面処理装置１は、タンク２０及びバブル生成器２１を備える。タンク２０は、電解水Ｗを貯留すると共に、バブル生成器２１を収容する。電解水Ｗとは、電気分解によって生成されるｐｈ７．５以上の水である。電解水Ｗは、水酸基を含んでおり、対象物Ｐの表面に付着した付着物を分解又は剥離する機能を有する。すなわち、電解水Ｗは、対象物Ｐを化学的に洗浄する機能を有する。本実施形態においては、タンク２０は、ｐｈが１０以上の電解水Ｗを貯留する。

バブル生成器２１は、バブルＢを発生させる装置である。バブルＢは、直径が０．０１μｍ以上かつ１００μｍ未満の気泡である。本実施形態では、一例として、微細孔式のバブル生成器２１が適用される。図３は、本実施形態に係るバブル生成器２１の拡大図である。バブル生成器２１は、電解水Ｗの水中に配置されている。バブル生成器２１は、表面に複数の微細孔２１ａが形成されている多孔質のセラミックスである。バブル生成器２１の内部に気体が供給されることで、バブルＢは、微細孔２１ａから電解水Ｗに導入される。

本実施形態では、直径が１μｍ以上かつ１００μｍ未満のバブルＢが電解水Ｗに導入される。以下では、バブルＢが導入された電解水Ｗを電解水ＢＷともいう。電解水ＢＷに含まれるバブルＢの割合は、５０体積％以上かつ８０体積％以下である。

タンク２０とノズル１２とは、配管５１によって互いに接続される。ノズル１２には、配管５１を介して電解水ＢＷが供給される。表面処理装置１は、配管５１の周囲にヒータ３０を備える。ヒータ３０は、例えば、電熱線である。ヒータ３０は、配管５１を覆うように設けられる。ヒータ３０は、配管５１を流れる電解水ＢＷの温度を調整する。ヒータ３０は、一例として、配管５１を流れる電解水ＢＷの温度を４０℃以上かつ９０℃以下に調整する。

表面処理装置１は、圧縮気体供給機５０を備える。圧縮気体供給機５０は、圧縮された気体を供給する装置である。圧縮気体供給機５０は、例えば、送風機、圧縮機、ブロアなどである。圧縮気体供給機５０は、導管５２及び導管５３を有する。圧縮気体供給機５０とタンク２０とは、導管５２によって互いに接続される。圧縮気体供給機５０は、導管５２を介してタンク２０に圧縮気体を供給することで、ノズル１２に供給される電解水ＢＷの量を調整する。圧縮気体供給機５０は、導管５３を介して配管５１に圧縮気体を供給することで、ノズル１２から噴射される電解水ＢＷの圧力を調整する。ノズル１２から噴射される電解水ＢＷの圧力は、例えば、１ＭＰａ以上かつ５ＭＰａ以下に調整される。配管５１には、電解水ＢＷの逆流を防止する逆止弁５４が設けられる。

表面処理装置１は、処理室１０において、対象物Ｐに表面処理を実施する。詳細には、ステージ１１に固定された対象物Ｐに対して、ノズル１２から電解水ＢＷを噴射する。対象物Ｐは、ノズル１２から噴射された電解水ＢＷによって表面を洗浄される。「洗浄」とは、対象物Ｐの表面に付着した付着物を除去することである。

処理室１０とタンク２０とは配管５５によって互いに接続される。対象物Ｐに噴射された電解水ＢＷは、配管５５を介してタンク２０に回収される。タンク２０に回収された電解水ＢＷは、再利用される。配管５５には、電解水ＢＷの逆流を防止する逆止弁５６が設けられる。

［表面処理方法の詳細］
図１に戻り、本実施形態に係る表面処理方法では、最初に、電解水Ｗを準備する準備工程（ステップＳ１０）を実施する。準備工程では、一例として、電解水Ｗがタンク２０に収容される。

次に、準備された電解水Ｗに直径が０．０１μｍ以上かつ１００μｍ未満のバブルＢを導入する導入工程（ステップＳ２０）を実施する。導入工程では、一例として、バブル生成器２１によって、バブルＢが電解水Ｗに導入される。

最後に、バブルＢが導入された電解水Ｗを対象物Ｐに噴射する噴射工程（ステップＳ３０）を実施する。噴射工程では、一例として、ノズル１２によって、対象物Ｐに電解水ＢＷを噴射する。

［実施形態のまとめ］
本実施形態に係る表面処理方法においては、電解水Ｗに直径が１００μｍ未満のバブルＢが導入される。バブルＢが導入された電解水Ｗは、対象物Ｐに向かって噴射される。対象物Ｐは、電解水Ｗの水酸化イオンによって化学的に洗浄されると共に、バブルＢの衝撃作用及び噴射の圧力によって機械的に洗浄される。よって、化学的な洗浄及び機械的な洗浄が同時に行われるため、この表面処理方法によれば、作業効率が向上する。

準備工程における電解水Ｗのｐｈが１０以上であってもよい。電解水Ｗが強アルカリ性となるため、酸性の付着物に対する剥離力を高めることができるので、化学的な洗浄効果が向上する。例えば、対象物Ｐの付着物が、脂肪酸などの酸由来の成分であるとき、電解水Ｗは、付着物を対象物Ｐから剥離する。例えば、対象物Ｐに付着した付着物が、菌類などのたんぱく質であるとき、電解水Ｗは、付着物を分解する。すなわち、電解水Ｗは、対象物Ｐの表面を除菌できる。

電解水ＢＷにおいて、バブルＢの表面は帯電しているため、バブルＢは、バブルＢと反対極性に帯電している付着物を吸着する。よって、バブルＢは、対象物Ｐに付着した付着物を電気的に剥離する作用（以下、界面活性作用ともいう）を奏する。また、電解水ＢＷにおいて、バブルＢは、圧壊すると共に衝撃波を発生する。よって、バブルＢは、衝撃波を発生させて対象物Ｐに付着した付着物を剥離する作用（衝撃作用）を奏する。

図４は、本実施形態に係る対象物Ｐの表面を示す模式図である。対象物Ｐの表面には付着物Ａが付着している。付着物Ａは、例えば、菌類などのたんぱく質である。付着物Ａは、圧壊したバブルＣの衝撃作用及び噴射の圧力によって機械的に対象物Ｐの表面から剥離される。付着物Ａは、水酸化イオンによって加水分解され、化学的に対象物Ｐの表面から剥離される。付着物Ａは、バブルＢの界面活性作用によって電気的に対象物Ｐの表面から剥離される。

導入工程におけるバブルＢの直径は１μｍ以上かつ１００μｍ未満であってもよい。バブルＢが圧壊する衝撃作用が大きくなることで、機械的な洗浄効果が向上する。バブルＢの表面の界面活性作用が大きくなることで、化学的な洗浄効果が向上する。

導入工程におけるバブルＢの体積割合は、５０体積％以上かつ８０体積％以下であってもよい。化学的な洗浄及び機械的な洗浄の何れか一方への偏りが抑制される。

噴射工程における噴射の圧力は、１．０ＭＰａ以上かつ５．０ＭＰａ以下であってもよい。バブルＢは、噴射時の圧力によって圧壊され難くなる。よって、上記噴射条件を採用した表面処理方法は、対象物の表面に到達するバブルが減少することを回避できる。

噴射工程における電解水ＢＷの温度は、４０℃以上かつ９０℃以下であってもよい。電解水ＢＷの温度の温度を４０℃以上かつ９０℃以下とすることで、他の温度範囲と比べて電解水ＢＷの化学的な活性が向上する。よって、このように構成された表面処理方法によれば、化学的な洗浄効果が向上する。例えば、対象物Ｐに付着した付着物が、菌類などのたんぱく質であるとき、電解水ＢＷは、熱によって対象物Ｐの表面を除菌できる。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上記実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。例えば、表面処理方法は、作業者によって実施されてもよい。

噴射工程の後に、表面処理の効果を測定する測定工程（Ｓ４０）を実施してもよい。例えば、対象物Ｐに付着した付着物が、菌類などのたんぱく質であるとき、噴射工程の後に、対象物Ｐに対して、ＡＴＰ測定（アデノシン三リン酸測定）が実施されてもよい。ＡＴＰ測定によって、表面処理による除菌の効果が測定される。

［変形例］
噴射工程では、電解水ＢＷを加圧して噴射する直圧方式、又は加圧された気体と共に電解水を噴射するサクション方式によって電解水ＢＷを噴射してもよい。すなわちサクション方式の表面処理装置によって、表面処理方法が実施されてもよい。図５は、本実施形態の変形例に係るサクション方式の表面処理装置２の概要図である。

表面処理装置２では、圧縮気体供給機５０とノズル１３とは、導管５７によって互いに接続される。圧縮気体供給機５０は、導管５７を介してノズル１３に加圧された気体を供給する。ノズル１３には、更に、配管５８が接続される。配管５８は、タンク２０とノズル１３とを互いに接続する。表面処理装置２は、配管５８にポンプ６０を備える。ポンプ６０は、配管５８に電解水ＢＷを供給する。

ノズル１３に圧縮された気体が供給されることで、ノズル１３にはエジェクタ現象によって負圧が発生する。これにより、配管５８に供給された電解水ＢＷがノズル１３に吸引される。ノズル１３に吸引された電解水ＢＷは、加圧された気体と共に対象物Ｐに対して噴射される。

図６は、本実施形態の変形例に係るサクション方式の表面処理装置３の概要図である。表面処理装置３は、タンク２０にバブル生成器２１を備えていない。表面処理装置３は、ノズル１４にバブル生成器１５を備えている。バブル生成器１５は、エジェクタ式又はベンチュリー式のバブル生成器である。バブル生成器１５は、電解水Ｗの流路に、狭窄部と気体を導入する導管とを有する。当該導管を介して電解水Ｗに導入された気体は、当該狭窄部において急激な収縮と拡大をすることで、バブルＢに変化する。

表面処理装置３は、ノズル１４を備えることで、バブルＢの導入と電解水ＢＷの噴射とを同時に実施できる。表面処理装置３では、電解水Ｗは、ヒータ３０によって昇温された後にバブルＢが導入される。電解水ＢＷを昇温する場合と比べて、電解水Ｗに溶解する気体の量が変化しないため、表面処理装置３は、電解水ＢＷに含まれるバブルＢの割合を安定させることができる。

１，２，３…表面処理装置、１０…処理室、１１…ステージ、１２，１３，１４…ノズル、１５…バブル生成器、２０…タンク、２１…バブル生成器、２１ａ…微細孔、３０…ヒータ、５０…圧縮気体供給機、５１…配管、５２…導管、５３…導管、５４…逆止弁、５５…配管、５６…逆止弁、５７…導管、５８…配管、６０…ポンプ、Ｂ…バブル、Ｐ…対象物、Ｗ，ＢＷ…電解水。

Claims (9)

1. 電解水を準備する準備工程と、
   準備された前記電解水に直径が０．０１μｍ以上かつ１００μｍ未満のバブルを導入する導入工程と、
   前記バブルが導入された前記電解水を対象物に噴射する噴射工程と、
   を含む、表面処理方法。
2. 前記準備工程における前記電解水のｐｈが１０以上である、請求項１に記載の表面処理方法。
3. 前記導入工程における前記バブルの直径は１μｍ以上かつ１００μｍ未満である、請求項１又は２に記載の表面処理方法。
4. 前記導入工程における前記バブルの体積割合は、５０体積％以上かつ８０体積％以下である、請求項１～３の何れか一項に記載の表面処理方法。
5. 前記噴射工程では、前記電解水を加圧して噴射する直圧方式、又は加圧された気体と共に前記電解水を噴射するサクション方式によって前記電解水を噴射する、請求項１～４の何れか一項に記載の表面処理方法。
6. 前記噴射工程における噴射の圧力は、１ＭＰａ以上かつ５ＭＰａ以下である、請求項１～５の何れか一項に記載の表面処理方法。
7. 前記噴射工程における前記電解水の温度は、４０℃以上かつ９０℃以下である、請求項１～６の何れか一項に記載の表面処理方法。
8. 前記噴射工程は、
   前記電解水の水酸化イオンによって前記対象物を化学的に洗浄する工程と、
   前記バブルの衝撃作用、及び噴射の圧力によって前記対象物を機械的に洗浄する工程と、を同時に実施する、請求項１～７の何れか一項に記載の表面処理方法。
9. 前記対象物の表面に付着した付着物を剥離すると共に、前記対象物の表面を除菌する、請求項１～８の何れか一項に記載の表面処理方法。

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