JP6479729B2 - 電解脱脂方法及び電解脱脂装置 - Google Patents
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Description
本件出願にかかる発明は、被洗浄対象物の表面に付着した汚染物除去を行うための電解脱脂方法、及び、その電解脱脂方法を実施するための電解脱脂装置に関する。
一般に、工業部品の表面にめっき処理や塗装処理を施す場合には、被処理面に存在する汚染物質の除去を行う必要があり、めっき処理や塗装処理を施す前処理として工業部品の表面に存在する汚染物質の除去処理を行う。汚染物質の多くは、製造過程において使用される水溶性油や非水系油等の油分である。これら汚染物質が工業部品の表面に残存していると、めっきや塗装の皮膜自体の形成が不可能となったり、仮にめっきや塗装の皮膜が形成出来た場合であっても、その膜厚に大きなバラツキが生じてしまう。
そこで、従来より、工業部品の表面にめっき処理や塗装処理を施す前処理として、脱脂処理が採用されている。脱脂の方法としては、アルカリ脱脂や、電解脱脂等がある。アルカリ脱脂は、水酸化物や、リン酸塩、ケイ酸塩、炭酸塩等の各種アルカリ化合物と、界面活性剤を主に含むアルカリ脱脂液中に、被処理対象物を浸漬して行う。電解脱脂は、アルカリ脱脂と同様に、アルカリ脱脂液を用い、被処理対象物を電解にし、表面に発生するガスにより物理的に汚れを除去する。被処理対象物を陰極とした場合には、表面に発生する水素ガスによって、表面の汚れを物理的に除去し、被処理対象物を陽極とした場合には、表面に発生する酸素ガスによって、表面の汚れを酸化・分解して汚れを除去する。
例えば、電解脱脂方法を採用した従来技術として特許文献１がある。特許文献１には、「油、錆、汚れ等の異物を表面に有する導電性部材を陰極とし、金属電極を陽極とし、前記陽極及び前記陰極を電解液に浸漬する工程と、前記電解液中の陽極と前記陰極との間に電圧を印加して両電極間に電流を流すことにより、前記導電性部材表面に連続的に気泡を生じさせる工程と、当該気泡による機械的撹拌により、前記導電性部材表面から前記異物を除去させる工程とを含んでいることを特徴とする導電性部材の電解脱脂方法」が開示されている。
しかしながら、上述のような特許文献１では、アルカリ脱脂液である電解液を電解することにより陰極とした導電性部材の表面から発生した水素ガスによる機械的撹拌と陰極還元により、導電性部材表面の異物を除去するものであるため、複雑な微細凹凸を表面に備えた導電性部材の異物を除去することができなかった。なぜならば、アルカリ化合物と界面活性剤を含む電解液を電解した場合に導電性部材の表面から発生する水素ガスの気泡は、比較的大きく、導電性部材の表面に当該気泡よりも小さな凹部が存在すると、当該凹部内に当該気泡が侵入することが出来ないからである。
また、特許文献１では、電解脱脂によって、導電性部材表面から除去された油分等の異物は、電解液中に浮遊しているため、当該電解液から導電性部材を引き上げる際に、再度その表面に分離した異物が付着し、次工程を行う槽内に異物が持ち込まれる不都合があった。さらに、当該油分等の濃度が高まった電解液は、廃水処理が煩雑となる問題があった。
以上のことから、市場からは、被洗浄対象物がその表面に複雑な微細凹凸を備えている場合でも、より確実に油分等の汚染物質の除去が可能で、除去した汚染物質が被洗浄対象物に再付着する不都合を解消することができる電解脱脂方法及び電解脱脂装置の開発が望まれていた。
そこで、鋭意研究の結果、以下に述べる如き電解脱脂方法及び電解脱脂装置を採用することに想到した。
電解脱脂方法： 本件出願にかかる電解脱脂方法は、アルカリ性電解水を用いて被洗浄対象物の表面に付着した油分等の汚染物を除去する脱脂方法であって、アルカリ性電解水中に被洗浄対象物とアノード電極とを配置し通電することで、被洗浄対象物をカソード分極して、被洗浄対象物の表面に直径２０ｎｍ〜１０μｍの水素バブルを形成し、被洗浄対象物の表面近傍で水素バブルを破壊させ、当該破壊に伴う衝撃波（キャビテーション現象）により被洗浄対象物の表面に付着した汚染物除去を行うものであり、当該アノード電極は、当該アルカリ性電解水に浸漬される表面に１０ｇ／ｍ２〜２０ｇ／ｍ２量の酸化イリジウムを含有する電極触媒層を有することを特徴とするものである。
本件出願にかかる電解脱脂方法において、前記アルカリ性電解水は、炭酸カリウム及び水酸化カリウムを含むｐＨ１１〜ｐＨ１３の水溶液を用いることが好ましい。
本件出願にかかる電解脱脂方法において、被洗浄対象物の表面近傍での水素バブルの破壊は、当該水素バブルに対して、アルカリ性電解水中で超音波を照射することにより行うことが好ましい。
本件出願にかかる電解脱脂方法は、通電中の前記アノード電極で発生したスーパーオキシドアニオンと、前記被洗浄対象物の表面から除去した油分とを、前記アルカリ性電解水中で反応させ、当該油分を炭素と二酸化炭素とに分解することが好ましい。
電解脱脂装置： 本件出願にかかる電解脱脂装置は、上述の電解脱脂方法を用いて被洗浄対象物の表面を清浄化するための電解脱脂装置であって、アルカリ性電解水を貯液する脱脂槽と、当該脱脂槽内に配置する、当該アルカリ性電解水に浸漬される表面に１０ｇ／ｍ ２ 〜２０ｇ／ｍ ２ の量の酸化イリジウムを含有する電極触媒層を有するアノード電極と、当該アルカリ性電解水中に前記被洗浄対象物を浸漬した状態で配置し、当該被洗浄対象物をカソード分極して当該被洗浄対象物の表面に直径２０ｎｍ〜１０μｍの水素バブルを形成するための通電手段と、当該被洗浄対象物の表面近傍の水素バブルを破壊する水素バブル破壊手段と、当該アルカリ性電解水の循環濾過手段とを備え、当該循環濾過手段は、当該脱脂槽からオーバーフローした当該アルカリ性電解水を濾過手段により濾過した後に当該脱脂槽の下部へ返送するものであることを特徴とする。
本件出願にかかる電解脱脂装置において、前記脱脂槽は、少なくとも内面を超音波を反射可能な材質で形成し、前記アノード電極は、超音波を透過可能とする連通部を備えたことが好ましい。
また、本件出願にかかる電解脱脂装置において、前記水素バブル破壊手段は、被洗浄対象物の表面で発生する水素バブルに対して、アルカリ性電解水中で超音波を照射する超音波照射手段であることが好ましい。
本件出願にかかる電解脱脂方法及び電解脱脂装置を用いることで、複雑で微細な凹凸の表面形状を備える被洗浄対象物であっても、その表面に付着した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。しかも、当該被洗浄対象物の表面から除去した油分を、アルカリ性電解水中で炭素と二酸化炭素とに分解することができるため、除去した油分の被洗浄対象物表面への再付着が起こらなくなる。従って、本件出願にかかる電解脱脂方法及び電解脱脂装置によれば、従来の脱脂処理方法及び脱脂処理装置に比べて、格段に優れた清浄化効果を得ることができる。
以下、本件発明の実施の形態に関して、「電解脱脂方法の形態」、「電解脱脂装置の形態」の順に説明する。
＜本件出願にかかる電解脱脂方法について＞
本件出願にかかる電解脱脂方法は、アルカリ性電解水を用いて被洗浄対象物の表面に付着した油分等の汚染物を除去するものである。また、本件発明においては、アルカリ性電解水中に被洗浄対象物とアノード電極とを配置し通電することで、被洗浄対象物をカソード分極して、被洗浄対象物の表面に直径２０ｎｍ〜１０μｍの水素バブルを形成し、被洗浄対象物の表面近傍で水素バブルを破壊させ、当該破壊に伴う衝撃波により被洗浄対象物の表面に付着した汚染物除去を行うものである。そして、本件出願にかかる電解脱脂方法は、当該アノード電極の当該アルカリ性電解水に浸漬される表面に１０ｇ／ｍ２〜２０ｇ／ｍ２の量の酸化イリジウムを含有する電極触媒層を有することを特徴とする。以下、本件出願にかかる電解脱脂方法について具体的に説明する。
本件出願にかかる電解脱脂方法は、アルカリ性電解水を用いて被洗浄対象物の表面に付着した油分等の汚染物を除去するものである。また、本件発明においては、アルカリ性電解水中に被洗浄対象物とアノード電極とを配置し通電することで、被洗浄対象物をカソード分極して、被洗浄対象物の表面に直径２０ｎｍ〜１０μｍの水素バブルを形成し、被洗浄対象物の表面近傍で水素バブルを破壊させ、当該破壊に伴う衝撃波により被洗浄対象物の表面に付着した汚染物除去を行うものである。そして、本件出願にかかる電解脱脂方法は、当該アノード電極の当該アルカリ性電解水に浸漬される表面に１０ｇ／ｍ２〜２０ｇ／ｍ２の量の酸化イリジウムを含有する電極触媒層を有することを特徴とする。以下、本件出願にかかる電解脱脂方法について具体的に説明する。
アルカリ性電解水： 本件発明において用いる「アルカリ性電解水」は、一般に、電解質を添加した水を、有膜式電解槽内において所定の直流電流で電解処理して得られるアルカリ性を呈する水溶液である。被洗浄対象物とアノード電極とをアルカリ性電解水中に配置し通電した際に、被洗浄対象物の表面に水素のマイクロナノバブルを形成することを考慮すると、当該アルカリ性電解水は、炭酸カリウム及び水酸化カリウムを添加したものであることが好ましい。
更に、当該被洗浄対象物の表面から除去した油分を、アルカリ性電解水中で炭素と二酸化炭素とに分解することを考慮すると、当該アルカリ性電解水は、ｐＨ１１〜ｐＨ１３であることが好ましい。ｐＨ１１以上のアルカリ性電解水でなければ、アルカリ脱脂としての効果が十分に発揮されず、工業的に要求される生産効率を得られない。一方、ｐＨ１３を超えるアルカリ性電解水を用いても、アルカリ脱脂効果は飽和し、薬剤の無駄となるため好ましくない。
なお、このアルカリ性電解水を調製する際には、「純度９９．９質量％以上のアルカリ性電解水」を用いることが好ましい。「純度９９．９質量％未満のアルカリ性電解水」を用いた場合、水に含有する微量元素によっては、脱脂性能にバラツキを生じる場合があるからである。
被洗浄対象物： 本件発明でいう被洗浄対象物は、アルカリ性電解水中に浸漬して、アノード電極との間に電圧を印加することで、カソード電極となる物である限り、特段の限定は無い。従って、被洗浄対象物は、「導電性を有する金属製品」、「少なくとも表面層が導電性を有するプラスチックめっき製品」、「導電性プラスチック製品」等である。そして、これらの被洗浄対象物の形状、サイズ等に関して、特段の限定がないことも、念のために述べておく。
水素バブル： 本件発明においては、アルカリ性電解水中に被洗浄対象物とアノード電極とを配置し、これら被洗浄対象物とアノード電極間に通電することで、被洗浄対象物をカソード分極する被洗浄対象物の表面に水素バブルを形成する。このときの水素バブルは、気泡の直径が２０ｎｍ〜１０μｍのマイクロナノバブルであることが好ましい。気泡の直径が２０ｎｍ未満の場合、その気泡直径を確認することが困難であり、一応の下限値として定めている。一方、気泡の直径が１０μｍを超えると、被洗浄対象物の表面が、微細な凹凸形状を備える等の場合に、気泡直径が大きすぎて、気泡が凹部に侵入しにくくなるため、十分な電解脱脂効果が得られなくなるため好ましくない。
ここで、「マイクロナノバブル」について述べる。「マイクロナノバブル」は、溶液中に「マイクロバブル」と「ナノバブル」とが混合した状態で、存在することを示すための用語である。「マイクロバブル」とは、一般的に、気泡の直径が、１μｍ〜１０μｍの範囲の微細な気泡を指している。そして、「ナノバブル」とは、マイクロバブルに比べて、更に微細な気泡のことであり、一般的には１μｍ以下のｎｍ単位のものがナノバブルと呼ばれている。このときの気泡は、極めて微細であるため、発生しても肉眼では確認できず、透明な水に見える。
ナノバブルを製造する技術は、未だ完全に確立されておらず、「マイクロバブルを圧壊させて生成する方法」、「ＳＰＧ（シラスポーラスガラス）膜を用いて生成する方法」、「加圧ガスを、ナノレベルの開口径の穴を備える膜から放出する方法」等が採用されている。これに対し、本件出願にかかる発明の場合、アルカリ性電解水中に、被洗浄対象物とアノード電極とを配置し、当該被洗浄対象物と当該アノード電極間に通電することで、アルカリ性電解水が電解処理され、カソード電極となる被洗浄対象物の表面に、「水素ナノバブル」を含む「マイクロナノバブル」を発生させることが出来る。特に、アルカリ性電解水に、炭酸カリウムが２．８ｇ／Ｌ以上、添加されていることで、より効率的に、被洗浄対象物の表面に「水素ナノバブル」を含む「マイクロナノバブル」を発生させることが出来る。
更に、この炭酸カリウムに加えて水酸化カリウムをアルカリ性電解水に添加して用いることが好ましい。炭酸カリウムと水酸化カリウムを組み合わせて、これらの濃度が合計して、２．８ｇ／ｌ〜５．６ｇ／ｌ〜となるようにアルカリ性電解水に添加することが好ましい。炭酸カリウム及び水酸化カリウムの合計濃度が２．８ｇ／ｌ未満の場合には、当該炭酸カリウム及び水酸化カリウムを添加することによる水素のマイクロナノバブル発生効率の一定以上の効果を奏することができない。一方、炭酸カリウム及び水酸化カリウムの合計濃度が５．６ｇ／ｌを超えた場合には、水素のマイクロナノバブルの発生効果は飽和し、薬剤の無駄となるため好ましくない。
また、当該電解処理における通電条件は、５０００ｍＡ／ｄｍ２〜１５０００ｍＡ／ｄｍ２の範囲の電流を用いることが好ましい。５０００ｍＡ／ｄｍ２未満の電流値の場合、脱脂速度が遅く、工業生産で要求される生産性を満足しないため好ましくない。一方、１５０００ｍＡ／ｄｍ２を超える電流値を採用すると、被洗浄対象物の表面に、凹凸が存在すると、凸部に対する電流集中が顕著となり、被洗浄対象物の表面を均一に電解脱脂することが困難となるため好ましくない。
更に、当該電解処理の処理時間は、３秒〜５秒の範囲であることが好ましい。ここで、当該電解処理の処理時間が３秒未満の場合、十分に被洗浄対象物の表面の電解脱脂処理をすることが、困難となるため、好ましくない。一方、当該電解処理の処理時間が５秒を超える場合では、電解脱脂能力が飽和するため、処理効率を考慮すると好ましくない。
キャビテーション現象の発生： 本件発明の場合、上述の水素バブルを破壊することで、被洗浄対象物の表面近傍で水素バブルの破壊に伴うキャビテーション現象を発生させ、被洗浄対象物の表面に付着した汚染物除去を行う。最初に、「水素バブルの破壊」を行う方法に関して述べる。上述のようにマイクロナノバブルの状態の水素バブルの場合、「ナノバブル」に相当する気泡は、衝撃を加える等の外部要因が無い限り、そのままでは消失しない。そこで、被洗浄対象物の表面近傍にある当該水素バブルに対して、アルカリ性電解水中で超音波を照射することにより、「水素バブルの破壊」を行うことが好ましい。
水素バブルの破壊が起こると、その破壊時の衝撃波により、被洗浄対象物の表面にある油分等の汚染物質の除去効率が飛躍的に高まる。このキャビテーション現象における水素バブルの破壊の衝撃波を用いることにより、被洗浄対象物の形状、被洗浄対象物の表面性状が、どのようなものであっても、効率良く汚染物質の除去が可能となる。
アノード電極： 本件出願にかかる電解脱脂方法において、上述のアノード電極は、アルカリ性電解水に浸漬される表面に１０ｇ／ｍ２〜２０ｇ／ｍ２の量の酸化イリジウムを含有する電極触媒層を有する。ここで、本件出願のアノード電極は、その表面に１０ｇ／ｍ２〜２０ｇ／ｍ２の量の酸化イリジウムを含有する電極触媒層を有することで、耐久性の向上が図られ、当該電解脱脂効果を長期間安定的に実現させることができる。本件出願のアノード電極は、酸化イリジウムを主成分とする酸化イリジウム電極を用いることで、以下に述べる水素バブルの発生及び油分の分解を容易とし、優れた電解脱脂効果を実現させる。
この酸化イリジウム電極をアノード電極として用いると、酸化イリジウム電極の表面で酸化作用を備えた「スーパーオキシドアニオン（活性酸素）」を効率よく発生させることが出来る。この「スーパーオキシドアニオン（活性酸素）」は、被洗浄対象物から除去した油分を酸化して、「炭素」と「二酸化炭素」とに分解する。この結果、アルカリ性電解水中に浮遊した油分が消失し、除去した油分の被洗浄対象物表面への再付着が起こらなくなる。なお、このとき「炭素」は、アルカリ性電解水中で沈殿するため、アルカリ性電解水を循環濾過して、清浄な状態を維持することが好ましい。
＜本件出願にかかる電解脱脂装置について＞
本件出願にかかる電解脱脂装置は、上述の電解脱脂方法を用いて被洗浄対象物を清浄化するための電解脱脂装置であって、アルカリ性電解水を貯液する脱脂槽と、当該脱脂槽内に配置するアノード電極と、当該被洗浄対象物をアルカリ性電解水中に浸漬した状態で配置してカソード分極するための通電手段と、当該被洗浄対象物の表面近傍での水素バブルの破壊手段とを備えるものである。そして、本件出願にかかる電解脱脂装置において、当該循環濾過手段は、当該脱脂槽からオーバーフローした当該アルカリ性電解水を濾過手段により濾過した後に当該脱脂槽の下部へ返送するものであることを特徴とする。以下、本件出願にかかる電解脱脂装置について、図を用いて具体的に説明する。
本件出願にかかる電解脱脂装置は、上述の電解脱脂方法を用いて被洗浄対象物を清浄化するための電解脱脂装置であって、アルカリ性電解水を貯液する脱脂槽と、当該脱脂槽内に配置するアノード電極と、当該被洗浄対象物をアルカリ性電解水中に浸漬した状態で配置してカソード分極するための通電手段と、当該被洗浄対象物の表面近傍での水素バブルの破壊手段とを備えるものである。そして、本件出願にかかる電解脱脂装置において、当該循環濾過手段は、当該脱脂槽からオーバーフローした当該アルカリ性電解水を濾過手段により濾過した後に当該脱脂槽の下部へ返送するものであることを特徴とする。以下、本件出願にかかる電解脱脂装置について、図を用いて具体的に説明する。
図１には、電解脱脂装置の一実施形態における概略説明図を示す。本実施の形態における被洗浄対象物は、油分等の汚染物質が表面に残存した圧延鋼帯２０である。本件発明を採用した電解脱脂装置１は、アルカリ性電解水を貯液する脱脂槽１０と、当該アルカリ性電解水中に浸漬されるアノード電極１１、１１と、通電手段としての整流器１２と、アルカリ性電解水中に浸漬される圧延鋼帯２０の表面近傍の水素バブルの破壊手段としての超音波照射装置（超音波照射手段）１３とを備える。
脱脂槽１０内には、アルカリ性電解水を貯留する。本実施の形態におけるアルカリ性電解水は、一般的にアルカリ性電解水を生成するために用いる電解水生成装置を採用する。また、当該アルカリ性電解水には、電解水生成時から少なくとも４８時間以内のものを用い、当該アルカリ性電解水には、炭酸カリウム及び水酸化カリウムを所定濃度となるように添加する。
アノード電極１１は、少なくとも２つの電極を所定の寸法をおいて対向してアルカリ性電解水中に浸漬した状態で配置して用いる。このとき、本実施の形態では、各アノード電極１１、１１をほぼ平行に対向させて配置している。各アノード電極１１、１１は、上述した電解脱脂方法の場合と同様に、当該アルカリ性電解水に浸漬される表面に１０ｇ／ｍ２〜２０ｇ／ｍ２の量の酸化イリジウムを含有する電極触媒層を有する。
また、本件出願にかかる電解脱脂装置において、脱脂槽１０は、少なくとも内面を超音波を反射可能な材質で形成し、アノード電極１１は、超音波を透過可能とする連通部を備えたことが好ましい。ここで、アノード電極１１は、連通部を備えることで、このアノード電極１１によって超音波の進路が妨害されずに脱脂槽１０内を反射し、圧延鋼帯２０の表面近傍にある水素バブルの破壊が促進されることとなる。例えば、アノード電極１１は、図２に例示するように、メッシュ状に形成して連通部１１ａを備えたり、板にパンチング孔を形成して連通部１１ａを備えたものとすることで、超音波の透過率が高められ好ましい。特に、本件発明において、アノード電極１１は、ラス網で形成して連通部１１ａを備えることで、超音波の透過率が更に高められることとなるため、より好ましい。また、脱脂槽１０の内面をステンレス鋼製とすることで、アルカリ性電解水中で照射された超音波の増幅が効果的に図られ、被洗浄対象物の表面近傍にある水素バブルの破壊がより促進されることとなる。
本実施の形態では、圧延鋼帯２０は、走行手段を構成する図示しない操出部と巻取部によって、一方向（操出部側）から他方向（巻取部側）に走行されるものである。操出部から繰り出された圧延鋼帯２０は、脱脂槽１０のアルカリ性電解水中に配置されるアノード電極１１、１１との間を走行した後、巻取部にて巻き取られる。そのため、圧延鋼帯２０は、アルカリ性電解水中において、対向配置されるアノード電極１１、１１との間に位置し、それぞれのアノード電極１１、１１と所定の寸法をおいて配置されることとなる。
また、圧延鋼帯２０表面の電解脱脂処理時間を十分に確保するため、脱脂槽１０は、当該圧延鋼帯２０の走行方向に長く構成されることが好ましく、同様に、脱脂槽１０内のアルカリ性電解水中に浸漬される各アノード電極１１、１１も当該圧延鋼帯２０の走行方向に長く構成されることが好ましい。図１では、操出部側もしくは、巻取部側からみた概略断面図を示している。
そして、通電手段としての整流器１２によって、各アノード電極１１、１１には正の電荷が印加され、圧延鋼帯２０には負の電荷が印加される。
また、この脱脂槽１０には、圧延鋼帯２０が走行する位置の下方に対応して超音波照射装置１３が配設される。この超音波照射装置１３は、圧延鋼帯２０への通電によって、当該圧延鋼帯２０の表面近傍に発生する水素バブルに向けて３５Ｈｚ〜４５Ｈｚの超音波を照射する手段であり、本実施の形態では、出力１００Ｗの装置を採用する。また、本実施の形態では、超音波照射装置１３を脱脂槽１０の底面に配設しているが、この配設位置は、これに限定されない。負の電荷が印加される圧延鋼帯２０の表面近傍に向けて超音波を照射することが可能な位置であれば、いずれの位置であってもよいものとする。
また、図１には、この脱脂槽１０に、アルカリ性電解水の循環濾過機構（循環濾過手段）３０が備えられているのが示されている。この循環濾過機構３０は、少なくとも濾過手段としてのフィルタ３１と、当該フィルタ３１に脱脂槽１０内のアルカリ性電解水を搬送するポンプ３２とを有している。本実施の形態では、脱脂槽１０内のアルカリ性電解水の水面付近の高さ位置に、脱脂槽１０内のアルカリ性電解水を循環濾過するためのアルカリ性電解水回収部１６が形成されており、当該アルカリ性電解水回収部１６には、循環用配管３４が接続されている。この循環用配管３４の他端は、フィルタ３１に接続されており、当該フィルタ３１には循環用配管３５を介してポンプ３２が接続されている。このポンプ３２は、調整槽３３に接続されており、当該調整槽３３には循環用配管３６を介して濾過処理後のアルカリ性電解水を脱脂槽１０に返送する循環返送口１５が接続されている。なお、本実施の形態においてフィルタ３１は、ポリプロピレン製を採用する。
以上の構成により、本実施の形態にかかる電解脱脂装置１の動作について説明する。まず初めに、走行手段を作動させて、被洗浄対象物である圧延鋼帯２０を操出部側から巻取部側に向けて走行させる。そして、整流器１２により、アルカリ性電解水中に浸漬された各アノード電極１１、１１に正の電荷を印加し、圧延鋼帯２０に負の電荷を印加する。
これにより、脱脂槽１０内のアルカリ性電解水が、電気分解され、カソード電極となる圧延鋼帯２０の表面に「水素ナノバブル」を含む「マイクロナノバブル」が発生する。ここで、当該圧延鋼帯２０の表面近傍に向けて超音波照射装置１３から超音波が照射されている。これにより、圧延鋼帯２０の表面近傍に形成された「マイクロナノバブル」を含む「水素バブル」は、超音波により破壊され、当該水素バブルの破壊に伴って、キャビテーション現象が発生し、圧延鋼帯２０の表面に付着した汚染物が当該圧延鋼帯２０表面から除去される。
一方、脱脂槽１０内のアルカリ性電解水が電気分解されることで、アノード電極１１、１１表面から酸素バブルが発生する。このとき、アノード電極は、上述したように酸化イリジウム電極を用いているため、アノード電極１１の表面から発生した酸素が分解されて、スーパーオキシドアニオン（活性酸素）が効率的に発生する。アノード電極１１の表面近傍において、発生したスーパーオキシドアニオン（活性酸素）は、脱脂槽１０内のアルカリ性電解水中に拡散し、圧延鋼帯２０表面から分離除去された油分等の汚染物と反応して、当該油分を酸化し、炭素と二酸化炭素に分解する。
分解された二酸化炭素は、ガスとして大気中に放出されて処理される。他方、循環濾過機構３０のポンプ３２を作動することにより、炭素が含まれたアルカリ性電解水は、脱脂槽１０内のアルカリ性電解水の水面付近の高さ位置に形成されたアルカリ性電解水回収部１６から循環用配管３４を介してフィルタ３１に至る。このフィルタ３１によって、アルカリ性電解水中の炭素は、吸着除去処理され、炭素が除去されたアルカリ性電解水は、循環用配管３５、ポンプ３２、調整槽３３を介して循環返送口１５より脱脂槽１０内に返送される。
本件発明の電解脱脂装置１によれば、カソード分極する圧延鋼帯２０の表面に直径が２０ｎｍ〜１０μｍの水素ナノバブルを発生させるため、当該圧延鋼帯２０の表面形状が複雑な場合であっても、当該表面形状の凹部にまで直径が２０ｎｍ〜１０μｍの水素ナノバブルが侵入させることができる。凹部にまで侵入した水素ナノバブルは、超音波が照射されて、破壊され、当該破壊に伴う衝撃波によって、当該凹部に付着した油分等の汚染物質を効果的に除去することが可能となる。これにより、従来のアルカリ脱脂方法と比べて、格段に優れた清浄化効果を得ることができる。
更に、本件発明の電解脱脂装置１によれば、圧延鋼帯２０の表面から分離除去された油分等の汚染物質は、アルカリ性電解水の電気分解の際にアノード電極の表面から生成する「スーパーオキシドアニオン（活性酸素）」により酸化され、「炭素」と「二酸化炭素」とに分解される。炭素はアルカリ性電解水中に沈殿するため、本件発明の電解脱脂装置１は、沈殿濾過機構（不図示）を備えていても良い。この場合には、当該沈殿濾過機構による濾過処理によって、沈殿した炭素が除去され、二酸化炭素はアルカリ性電解水中から大気中に放出される。これにより、圧延鋼帯２０の表面から分離除去した油分等の汚染物質は、効率的に分解除去されるため、圧延鋼帯２０表面への再付着を回避することが出来る。
なお、上述した一実施の形態では、ロール状に巻き取られた長尺形状の圧延鋼帯２０を一方向から繰り出し、他方向から巻き取る形態を採用しているが、本件発明における被洗浄対象物はこれに限定されるものではない。例えば、図２に示すように、走行手段を構成する搬送ライン２１に所定間隔をおいて複数の吊下部材２２を設け、各吊下部材２２の下端に被洗浄対象物２３を着脱自在に取り付けてもよい。また、本件発明における被洗浄対象物は、これ以外にも、走行手段によって一方向から他方向に走行可能なものであれば、巻き取りが不可能な板状のものであってもよい。
本件出願にかかる電解脱脂方法によれば、被洗浄対象物の表面を効果的に清浄化処理することができ、その後において行われるめっき皮膜の形成を良好に行うことが可能であり、脱脂処理が要求されるあらゆる製品に適用可能なものである。特に、めっき層を形成しようとする製品の表面の清浄化には好適である。本件出願にかかる電解脱脂方法を用いることで、複雑な微細凹凸を備えるめっき対象物の表面から、効率よく汚染物質を除去し、除去した油分の被洗浄対象物表面への再付着を防止し、良好な品質を備えるめっき層の形成が可能となる。
そして、本件出願にかかる電解脱脂装置は、特殊な構造を要するものではなく、装置設計も容易である。また、本件出願にかかる電解脱脂装置は、例えば、めっきライン、真空蒸着ライン等の連続生産ラインに組み込むことも容易であり、被洗浄対象物を連続し、最終製品の製造が可能である。
１ 電解脱脂装置
１０ 脱脂槽
１１ アノード電極
１１ａ 連通部
１２ 整流器（通電手段）
１３ 超音波照射装置（超音波照射手段。水素バブル破壊手段）
１５ 循環返送口
１６ アルカリ性電解水回収部
２０ 圧延鋼帯（被洗浄対象物）
２１ 搬送ライン
２２ 吊下部材
２３ 被洗浄対象物
３０ 循環濾過機構（循環濾過手段）
３１ フィルタ（濾過手段）
３２ ポンプ
３３ 調整槽
３４ 循環用配管
３５ 循環用配管
３６ 返送用配管
１０ 脱脂槽
１１ アノード電極
１１ａ 連通部
１２ 整流器（通電手段）
１３ 超音波照射装置（超音波照射手段。水素バブル破壊手段）
１５ 循環返送口
１６ アルカリ性電解水回収部
２０ 圧延鋼帯（被洗浄対象物）
２１ 搬送ライン
２２ 吊下部材
２３ 被洗浄対象物
３０ 循環濾過機構（循環濾過手段）
３１ フィルタ（濾過手段）
３２ ポンプ
３３ 調整槽
３４ 循環用配管
３５ 循環用配管
３６ 返送用配管
Claims (7)
- アルカリ性電解水を用いて被洗浄対象物の表面に付着した油分等の汚染物を除去する脱脂方法であって、
アルカリ性電解水中に被洗浄対象物とアノード電極とを配置し通電することで、被洗浄対象物をカソード分極して、被洗浄対象物の表面に直径２０ｎｍ〜１０μｍの水素バブルを形成し、被洗浄対象物の表面近傍で水素バブルを破壊させ、当該破壊に伴う衝撃波により被洗浄対象物の表面に付着した汚染物除去を行うものであり、
当該アノード電極は、当該アルカリ性電解水に浸漬される表面に１０ｇ／ｍ２〜２０ｇ／ｍ２の量の酸化イリジウムを含有する電極触媒層を有することを特徴とする電解脱脂方法。 - 前記アルカリ性電解水は、炭酸カリウム及び水酸化カリウムを含むｐＨ１１〜ｐＨ１３の水溶液を用いる請求項１に記載の電解脱脂方法。
- 被洗浄対象物の表面近傍での水素バブルの破壊は、当該水素バブルに対して、アルカリ性電解水中で超音波を照射することにより行う請求項１又は請求項２に記載の電解脱脂方法。
- 通電中の前記アノード電極で発生したスーパーオキシドアニオンと、前記被洗浄対象物の表面から除去した油分とを、前記アルカリ性電解水中で反応させ、当該油分を炭素と二酸化炭素とに分解する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電解脱脂方法。
- 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の脱脂方法を用いて被洗浄対象物の表面を清浄化するための電解脱脂装置であって、
アルカリ性電解水を貯液する脱脂槽と、
当該脱脂槽内に配置する、当該アルカリ性電解水に浸漬される表面に１０ｇ／ｍ ２ 〜２０ｇ／ｍ ２ の量の酸化イリジウムを含有する電極触媒層を有するアノード電極と、
当該アルカリ性電解水中に前記被洗浄対象物を浸漬した状態で配置し、当該被洗浄対象物をカソード分極して当該被洗浄対象物の表面に直径２０ｎｍ〜１０μｍの水素バブルを形成するための通電手段と、
当該被洗浄対象物の表面近傍の水素バブルを破壊する水素バブル破壊手段と、
当該アルカリ性電解水の循環濾過手段とを備え、
当該循環濾過手段は、当該脱脂槽からオーバーフローした当該アルカリ性電解水を濾過手段により濾過した後に当該脱脂槽の下部へ返送するものであることを特徴とする電解脱脂装置。 - 前記脱脂槽は、少なくとも内面を超音波を反射可能な材質で形成し、前記アノード電極は、超音波を透過可能とする連通部を備えた請求項５に記載の電解脱脂装置。
- 前記水素バブル破壊手段は、被洗浄対象物の表面で発生する水素バブルに対して、アルカリ性電解水中で超音波を照射する超音波照射手段である請求項５又は請求項６に記載の電解脱脂装置。
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