JP6029537B2 - ワークの表面処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、めっき等におけるワークの表面処理装置及び処理方法に関するものである。

種々の製品にめっき処理を行うことは一般的に行われている。このめっき処理において、めっきの処理効率を上げたり、仕上がりを良くするため処理槽内のめっき液の撹拌を行っている。撹拌の手段はめっき槽の底面に設けた管から空気を噴き出してめっき液を撹拌するエアーバブリング法、めっき槽に外部からめっき液を送り、循環させる液体循環法、振動機による振動法が主流である。例えば、特開２０１０−１３８４８３号公報にめっき液を流動させることが開示されている。

特開２０１０−１３８４８３号公報

上記特許文献１に記載のめっき液を流動させたり、上述のエアーバブリング法や振動法ではめっき液を均一に撹拌することができず、めっきの不定着、ワーク（被めっき製品）の処理槽内への落下、ワークのめっき状態のばらつきが生じている。

エアーバブリングによる撹拌について説明する。処理槽の底部にある配管のエアーの噴出口付近から上昇流が生まれ、その部分が局所的に強い上昇流となることが多々ある。するとワークをハンガーに吊り下げて処理している場合に、ワークが上昇流に押されてハンガーから落下することもある。エアーの噴出口からの上昇流を弱くすると、めっき液の撹拌力が低下する。
そこで本発明は処理槽内の処理液をより均一に撹拌することができることによりワークの表面に皮膜を効率的に作ることができ、しかもワークを吊り下げている場合でもワークがハンガーから落下することのないワークの表面処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。

本発明のワークの処理装置は、処理槽と、この処理槽に入れられるワークの表面に皮膜を作るために前記処理槽に入れられる処理液とを備え、前記処理槽に入れられた処理液を取出す取出手段と、気体を送り出す手段と、前記取出手段から取出された処理液と前記気体を送り出す手段から送出された気体とを供給してマイクロバブルを発生するマイクロバブル発生体とを設け、
前記マイクロバブル発生体は、気液二相流旋回方式のマイクロバブル発生体であり、前記気体は、前記マイクロバブル発生体に供給される処理液の３０〜８０％の範囲で前記マイクロバブル発生体に供給され、前記マイクロバブル発生体に供給された前記処理液と前記気体との旋回流の出口であるマイクロバブル噴射口から、マイクロバブルを噴射し、
前記マイクロバブル発生体は、前記噴射口が、前記噴射されるマイクロバブルが前記処理槽内を回転するような方向で前記処理槽内に配置されており、
前記マイクロバブルによって前記処理液を撹拌しながら、前記ワーク表面に皮膜を作ることを特徴とする。

また、前記気体は、前記マイクロバブル発生体に供給される処理液の３０〜５０％の範囲で前記マイクロバブル発生体に供給されることを特徴とする。
また、前記供給される気体を不活性ガスとしたことを特徴とする。
また、前記処理槽に電極を設置し、前記電極と前記ワークの間に直流電源より直流を印加して、電気めっきを行うことを特徴とする。
また、無電解めっきにより前記ワークに皮膜を作ることを特徴とする。
また、化成処理により前記ワークに皮膜を作ることを特徴とする。

本発明のワークの表面処理方法は、処理槽に入れられた処理液にワークを浸漬し、
前記処理槽に入れられた処理液を取出し、気体を送り出す手段から送出された気体とともに前記処理液をマイクロバブルを発生するマイクロバブル発生体に供給し、
前記マイクロバブル発生体は、気液二相流旋回方式のマイクロバブル発生体であり、
前記気体を、前記マイクロバブル発生体に供給する処理液の３０〜８０％の範囲で前記マイクロバブル発生体に供給し、
前記マイクロバブル発生体は、前記処理槽内を回転するような方向にマイクロバブルを噴射し、
前記マイクロバブルによって前記処理液を撹拌しながら前記ワークの表面に皮膜を作ることを特徴とする。
さらに、前記気体を、前記マイクロバブル発生体に供給する処理液の３０〜５０％の範囲で前記マイクロバブル発生体に供給することを特徴とする。

以上のように、本発明のワークの表面処理装置及び処理方法によれば、処理中のワークの表面に次々と新しい処理液が来るので、ワークの表面に皮膜を効率的に作ることができる。また、複雑な形状のワークであっても、ワークの窪みまで次々と新しい処理液が入り込み、全体として均一な皮膜を効率的に作ることができる。このことはマイクロバブル噴射口から出たマイクロバブルによって処理液が十分に撹拌されるためである。この結果ワークの表面処理の生産性が向上するとともに、表面処理のコストも低減できる。

また、本発明のワークの表面処理装置及び処理方法は電気めっき、無電解めっきばかりでなくクロメ−ト処理、りん酸塩処理・パーカライジングなどの化成処理にも用いることができ、表面処理によってワークの表面に皮膜を作るのに適している。
また、マイクロバブルを作る気体として窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを用いると、空気を使用する場合に比べ、不純物が処理液に混ざらないので、より良好な皮膜を作ることができる。
また、ワークをハンガーで吊るして処理を行う場合でも、ワークに過大な力が加わらないのでワークがハンガーから落下することはない。
また、ワークを網目のかごに入れて処理する場合、従来のエアーバブリングでは、かごの網が邪魔をして処理液がワークまで十分に循環しない。ところが本発明ではマイクロバブルを用いているので、かごの網を容易に処理液が通過しワークにまで循環する。
さらに、マイクロバブル発生体から出るマイクロバブルを処理槽の底面に鋭角で当たるように（前記マイクロバブルが前記処理槽内を回転するような方向に前記旋回流の出口であるマイクロバブル噴射口を配置）したので、マイクロバブルによる処理液の撹拌が良好に行える。

本発明の実施の形態に係るワークの表面処理装置の原理図である。 同ワークの表面処理装置のマイクロバブル発生体の原理図である。 同マイクロバブル発生体のより具体的な原理図である。 同マイクロバブル発生体のより具体的な原理図である。 同ワークの表面処理装置の他の実施例の原理図である。

以下、本発明の実施の形態について図面とともに説明する。
図１に於いて、１はめっき用の処理槽、２はこの処理槽１に入れられためっき液である。このめっき液２は亜鉛めっきを例にとると、苛性ソーダと水の溶液に薬剤と亜鉛を溶かしこんだものである。３、４は処理槽１内の対向する壁面近くに設置された電極である。５は導電性のハンガー、６はこのハンガーに吊り下げられたワーク（被めっき製品）である。このワーク６は例えば電気製品などの部品として使用される鉄板であるとすると、電極３，４の間に位置するように配置される。そして、電極３，４は直流電源７のプラス電源端子に接続され、ハンガー５は直流電源７の−電源端子に接続される。

８は処理槽１に存在するめっき液２を取り出す取出口である。９はポンプであり、このポンプ９により、めっき液２は取出口から取り出される。１１はエアーポンプであり、外気の空気を取り込んで圧力を加えて送り出すものである。
１２はこれらの系全体の制御装置である。ポンプ９、エアーポンプ１１及び制御装置１２は処理槽１の外部に設けられた一つのボックスに収納される。１３は処理槽１内に設置されたマイクロバブル発生体である。このマイクロバブル発生体１３にポンプ９からの処理液と、エアーポンプからの空気が供給される。

空気のほかに窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスなどの気体を用いても良い。エアーポンプ１１を用いずに、図５に示すようにコンプレッサー２２で圧縮した空気をアエ−フィルター２１を介して窒素分離膜（窒素富化膜）２０に加えるようにすれば、窒素を連続的に供給することができ効率的である。
ポンプ９、エアーポンプ１１、制御装置１２、取出口８及びマイクロバブル発生体１３を含めてマイクロバブル発生装置が構成されている。

次に、マイクロバブル発生体１３について説明する。
この実施例では気液二相流旋回方式を用いている。図２に簡単な原理図を示す。箱体１４が設けられ、その内壁面に沿うようにポンプ９からの処理液が図２のＡより注入される。処理液は箱体１４の内壁面に沿って旋回し、高速の旋回流となり、遠心力により、円筒中心部に負圧が発生する。同時に、円筒の左側壁面の中心部に設けられた穴Ｂより、窒素ガスが送り込まれ、比重の軽い気体が、円筒内中心部に集まり、竜巻状の渦流１４ａが形成される。気体の渦流を伴った旋回流は、出口Ｃ方向に移動し、出口Ｃで液体とともに回転しながら噴出されるが、このとき出口Ｃの周囲の液体１４ｂにより、回転速度が急速に減衰するため、回転速度差が発生する。この回転速度差により、気体の渦流にせん断が発生し、渦流が連続的に切断され、微小な気泡つまりマイクロバブルが発生する。

図３，４はより具体的な原理図である。この装置は部屋１５ａとベンチュリー管１５ｂを組み合わせた構造を利用しており、入口１６から処理液と窒素ガスを注入して窒素ガスを巻き込んだ処理液の渦流１７を作る。中心部に設けられたロッド１８を左右に移動することにより、先端部が部屋１５ａの右端隙間を調節し、液体通過面積を任意に変えることができる構造になっている。さらに、くびれ部１５ｃで生じる負圧を利用し、１５ｅより窒素ガスを供給しても良い。これにより、くびれ部分１５ｃの流速と部屋１５ａの内圧を変化させることで、ベンチュリー管構造によるくびれ部と円錐部に生じる圧力差に伴う衝撃波による微細な気泡の生成、加圧溶解法による微細な気泡の生成を１台で同時、もしくは、別に行うことができる。

例えば、図３では、ロッド１８を左に移動することで、液体の通過面積がひろくなり、１６から流入する液体の量が増えることで、高速の旋回流が１５ａに生成される。旋回流は、遠心力により、中心部に圧力が低い部分が形成され、比重の軽い気体が中心に集まり、竜巻状の渦流が発生する。渦流は、旋回流をともないながらくびれ部１５ｃに移動する過程で、円錐構造により回転数が高くなりながら移動し、くびれ部１５ｃで液体が加速されることにより、急激に圧力が低下する。加速された旋回流は、ベンチュリー管１５ｂを移動する過程で圧力が回復し、くびれ部との圧力差による衝撃波が発生し、微細な気泡が生成される。

また、図４では、ロッド１８の先端部を右に移動することで、部屋１５ａの右端隙間が狭まり、液体通過面積が減少する。つまり部屋１５ａの内圧が高くなり、窒素ガスが処理液に溶解する。そして、くびれ部１５ｃで圧力開放され、液中に溶解した窒素ガスが発泡し、微細な気泡が発生する。この場合は加圧溶解法に近い動作をすることになる。

本発明の実施例ではマイクロバブル発生体１３に空気や窒素ガスをかなりの量に送るようにしている。洗浄に使用する場合等、通常のマイクロバブル発生体では液体の４％程度しか気体を供給しない。この実施例では窒素ガスを処理液の３０〜８０％、好ましくは３０〜５０％程度と過剰に供給している。このように過剰に窒素ガスを供給すると、マイクロバブルが大量に発生し、処理槽１内の処理液を十分に撹拌することができる。
次に、このめっき液２に漬けるこの状態で直流電源７から電極３、４及びワーク６に電圧がかけられ、ワーク６へのめっきが開始される。

取出口８とマイクロバブル発生体１３はめっき液２に漬けられている。ポンプ９を動作状態にして、めっき液２をマイクロバブル発生体１３に供給する。同時に空気或いは窒素ガスもマイクロバブル発生装置１３に供給される。
マイクロバブル発生体１３からマイクロバブル１９が連続して大量に発生し、処理槽１全域に行き渡る。特にワーク６のめっきが施される面のめっき液２がマイクロバブル１９によって新しいもの置き換えられるのでめっき効率が向上する。

また、マイクロバブル１４は従来用いられていたエアーバブリング法のバブルのようにワーク６を押し上げてワーク６をハンガー５から落下させることはない。マイクロバブル１９の強さを大きくしても、マイクロバブルはバブルの径が小さいためワーク６に過大な力が加わることはなくワーク６をハンガー５から落下させることはない。

マイクロバブルとは、一般的に直径が５０μｍ以下の気泡であると云われており、通常の気泡が水の表面で破裂して消えるのに対し、水中で縮小して、最終的には消滅すると云う特徴がある。そして、このマイクロバブルを用いて被洗浄物の洗浄を行うことは一般的に知られている。しかし、マイクロバブルを用いてめっきの効率を向上させることは知られていない。

上記は電気めっきの実施例を示したが、めっき液に含まれる還元剤の酸化によって放出される電子によりめっき液に漬けられたワークに皮膜を形成する無電解メッキにも適用することができる。
また、主に金属素材をある種の溶液中に浸漬し、表面に処理剤を作用させて化学反応を起こさせることで金属塩皮膜を生成するクロメ−ト処理やりん酸塩処理・パーカライジングなどの化成処理にも適用することができる。

マイクロバブル発生体１３のマイクロバブル噴射口の噴出角度が処理槽の底面に対し鋭角（例えば４５度）を持つようにすれば、マイクロバブルが処理槽内を回転するようになりめっき液等の処理液を十分に撹拌させることができる。
ワークをハンガーに吊り下げて処理することは一般的であるが、ワークを網目を有するかご、もしくはバレルと呼ばれる筐体に入れて処理することもある。この場合、従来のエアーバブリングでは、かご、もしくはバレルと呼ばれる筐体の網が邪魔になって処理液がワークに循環しにくい。ところがマイクロバブルはかご、もしくはバレルと呼ばれる筐体の網を何の抵抗もなく通過するので、処理液をワークに容易に循環させることができる。

マイクロバブル発生装置に用いる気体として窒素を用いれば、空気を用いるよりも、処理液に空気に含まれる不純物が混ざらないのでより良好な皮膜をワーク表面に作ることができる。例えば、めっき液の主成分である苛性ソーダが空気に含まれる炭酸ガスと反応し、炭酸ソーダができると、これがめっきの妨げになると云ったことである。

以上のように、本発明のワークの表面処理装置及び処理方法によれば、処理中のワークの表面に次々と新しい処理液が来るので、ワークの表面に皮膜を効率的に作ることができる。また、複雑な形状のワークであっても、ワークの窪みまで次々と新しい処理液が入り込み、全体として均一な皮膜を効率的に作ることができる。このことはマイクロバブル噴射口から出たマイクロバブルによって処理液が十分に撹拌されるためである。この結果ワークの表面処理の生産性が向上するとともに、表面処理のコストも低減できる。

本発明は、ワークにめっきを施す場合等、溶液中でワークの表面に皮膜を作る表面処理に用いて有用である。

１： 処理槽
２： めっき液
３： 電極
４： 電極
５： ハンガー
６： ワーク
７： 直流電源
８： 取出口
９： ポンプ
１１：エアーポンプ
１２：制御装置
１３：マイクロバブル発生体
１９：マイクロバブル

Claims (8)

1. 処理槽と、この処理槽に入れられるワークの表面に皮膜を作るために前記処理槽に入れられる処理液とを備え、前記処理槽に入れられた処理液を取出す取出手段と、気体を送り出す手段と、前記取出手段から取出された処理液と前記気体を送り出す手段から送出された気体とを供給してマイクロバブルを発生するマイクロバブル発生体とを設け、
   前記マイクロバブル発生体は、気液二相流旋回方式のマイクロバブル発生体であり、前記気体は、前記マイクロバブル発生体に供給される処理液の３０〜８０％の範囲で前記マイクロバブル発生体に供給され、前記マイクロバブル発生体に供給された前記処理液と前記気体との旋回流の出口であるマイクロバブル噴射口から、マイクロバブルを噴射し、
   前記マイクロバブル発生体は、前記噴射口が、前記噴射されるマイクロバブルが前記処理槽内を回転するような方向で前記処理槽内に配置されており、
   前記マイクロバブルによって前記処理液を撹拌しながら、前記ワーク表面に皮膜を作ることを特徴とするワークの表面処理装置。
   
2. 前記気体は、前記マイクロバブル発生体に供給される処理液の３０〜５０％の範囲で前記マイクロバブル発生体に供給されることを特徴とする、請求項１記載のワークの表面処理装置。
3. 前記供給される気体を不活性ガスとしたことを特徴とする請求項１または２記載のワークの表面処理装置。
4. 前記処理槽に電極を設置し、前記電極と前記ワークの間に直流電源より直流を印加して、電気めっきを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のワークの表面処理装置。
5. 無電解めっきにより前記ワークに皮膜を作ることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のワークの表面処理装置。
6. 化成処理により前記ワークに皮膜を作ることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のワークの表面処理装置。
7. 処理槽に入れられた処理液にワークを浸漬し、
   前記処理槽に入れられた処理液を取出し、気体を送り出す手段から送出された気体とともに前記処理液をマイクロバブルを発生するマイクロバブル発生体に供給し、
   前記マイクロバブル発生体は、気液二相流旋回方式のマイクロバブル発生体であり、
   前記気体を、前記マイクロバブル発生体に供給する処理液の３０〜８０％の範囲で前記マイクロバブル発生体に供給し、
   前記マイクロバブル発生体は、前記処理槽内を回転するような方向にマイクロバブルを噴射し、
   前記マイクロバブルによって前記処理液を撹拌しながら前記ワークの表面に皮膜を作ることを特徴とするワークの表面処理方法。
8. 前記気体を、前記マイクロバブル発生体に供給する処理液の３０〜５０％の範囲で前記マイクロバブル発生体に供給することを特徴とする請求項７記載のワークの表面処理方法。

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