JP6519919B2 - ステンレス鋼表面の抗菌化処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、陰極に接続したステンレス鋼に対し、陽極をステンレス鋼表面で摺動せしめることにより、異物をクリーニングし、銅を析出させることを特徴とするステンレス鋼表面の抗菌化処理方法を提供するものである。
わが国では近年、住居等における清潔志向の高まりや病院や飲食店等での食中毒の発生、院内感染等のリスクに対する予防の観点から、さまざまな抗菌対策が行われている。しかしながら、これまでドアノブや種々の家庭製品、更には病院のベッドの手摺などにはステンレス鋼が広く使用されているが、ステンレス鋼には抗菌性が全くなく、大腸菌に原因する衛生面では多くの問題が残されている。
一方、銅の抗菌効果は非特許文献１に示すように周知の事実であるが、非特許文献２にあるように、ＷＨＯは銅の費用対効果に注目し、病院の集中治療室において、椅子や点滴スタンド等に抗菌銅製の製品に交換すれば、その費用は短期間で回収可能と述べている。このように抗菌銅は病院等の多くの場面で普及すると考えられる。また、同様の理由から、家庭用洗濯機については、銅を配合した種類のステンレス鋼が洗濯槽に使用されるようになり、その効果が認められてきた。
佐藤嘉洋、「金属材料の抗菌性」、高温学会誌第３５巻第３号、２００９年５月、ｐ．１２１
一般社団法人日本銅センター、「ＷＨＯ、銅の費用対効果に注目」、Ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｃｏｐｐｅｒ ７月号（２０１３年Ｎｏ．３）
日本プレーティング協会編、「現場技術者のための実用めっき（Ｉ）」、槇書店、昭和６１年６月５日
ステンレス鋼の材質面での抗菌対策としては、ステンレス鋼表面の銅濃度を高める材質を使用する例はステンレス鋼メーカー等から数多く報告されているが、既存の製品を交換するには銅製品と同様、コストがかかるため、好ましくない。特許文献１や２のように、既存のステンレス鋼製品に銅めっき処理を施す手法は製品の表面のみの改質処理につき、コスト面では有効と考えられるが、銅を析出させるめっき処理がバッチ式の浸漬法であることから、寸法の大きい製品への適用は大きく限定され、利用現場での改質処理は不可能である。これは、非特許文献３にあるように、めっき処理が浸漬法による電解であるため、めっき処理の対象となる陰極と対極の陽極が位置的に固定され、現場での改質処理が自由にできない原因となっている。
また、バッチ式の浸漬法による電解めっき法では、銅イオン源を電解液以外から補給するため、陽極に銅を含む金属材料を使用する必要があり、めっき処理も長時間を有していた。
通常のめっき処理では、異物を除去するため、処理対象物の表面を脱脂処理することが必須であり、現場では煩雑な工程が増えることになり、好ましくない。
特許文献３、４には半導体分野で、固定された対象物に対し、回転しながら摺動する対極により電解研磨を行う手法が示されているが、目的が電解研磨であり、本願発明と目的が異なる。
また、特許文献５では、半導体を陰極とし、電解液を供給しながら、陽極を摺動させる方法が記載されているが、基本的に平板の半導体陰極に対するものであり、現場で手摺のようなパイプ形状の処理対象物への適用は不可能である。
そこで、本発明は、上述のように、既存ステンレス鋼製品に対し、現場で簡易に短時間で異物が共存した状態でも銅を析出させ、抗菌効果を発現することを目的とするものである。
本発明は、ステンレス鋼を交直重乗電源の陰極に接続し、陽極側にはステンレス鋼か銅若しくは炭素繊維などの導電性物質よりなる適宜形状の陽極に滞水性布状若しくは糸状の物質を巻きつけて、銅イオンを含有する電解液を含浸した状態で、該ステンレス鋼表面を摺動せしめることにより、銅を析出させることを特徴とするステンレス鋼表面の抗菌化処理方法を提供するものである。
効率的に銅を析出させ抗菌化処理を行うため、電源装置は交直重乗電源で、対象物の処理面積が大きいほど、電源装置は大出力が必要である。陰極の形状は板状に限らず、パイプや湾曲状の不定形表面を有するものでも良い。陽極はステンレス鋼か銅若しくは炭素繊維などの導電性のあるものであれば特に制約はない。絶縁材は陽極を被覆し、陰極との電気的接触を防止するが、同時に後述する電解液を滞水保持し、銅の析出を可能とする役割を有するため、布状若しくは糸状のセパレータを使用する。電解液は銅イオンが陰極に析出するために必要な量の銅イオンを含有する塩の水溶液であり、同時に液のイオン伝導性を有する必要がある。通常は硫酸銅と硫酸との混合水溶液を使用するが、これらの組み合わせに限定するものではない。
銅の抗菌性発現のためには、通常の銅めっき処理で行われるような完全な銅被膜は必要ではなく、製品の美観を損なわず、適量の銅が析出されておれば良い。
本発明では、電解液を電気分解し、処理対象の陰極表面で水素が発生するため、陰極表面では銅析出とともに、油等の有機系の異物の汚れは還元反応でクリーニングして除去できる。従って、銅析出の前の脱脂処理は不要となる。
本発明では、バッチ式の浸漬法と異なり、銅イオンを電解液のみから補給することが可能であり、滞水性のセパレータに十分なめっき処理ができる量の電解液が含まれておればよく、必ずしも陽極に銅を含む必要はない。
本発明では、まず電源器の陰極側出力端子と処理対象物を電極コード等で接続し、一方、電源器の陽極側出力端子と陽極を電極コードで接続する。陽極には滞水性のセパレータを被せ、電解液を銅析出処理前に十分含浸させる。その後、電源器のスイッチを入れて、電力を取り出し、セパレータを被せた陽極を手動で処理対象物の表面に自由に摺動させることで、所定電圧、所定時間、電解めっきを行う。その後、処理対象物を軽く水拭きすることで、簡単に短時間で銅析出処理が可能となる。
上述したように、本発明は、ステンレス鋼の電解脱脂と銅の析出が可能であり、抗菌効果が期待できる。また、自在に動く陽極を使用することで、従来の固定型のバッチ式装置では不可能であったステンレス鋼パイプや湾曲状不定形表面に銅を非常に短時間で容易に析出させることが可能となる。新規の局部めっき並びに広いめっき処理面の一部分のタッチアップ補修にも広大なめっき槽を必要とすることなく、簡易かつ安全に補修めっき・施工ができる。
本発明の実施の形態の一例として、電解銅析出の条件が電解処理したステンレス鋼表面の色彩度合に及ぼす影響を図面にて説明する。
表１はステンレス鋼表面に及ぼす電解銅析出の条件と電解処理したステンレス鋼表面のＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における座標ａ＊の差であるΔａ＊を示したものである。銅析出処理するとステンレス鋼の表面は銅が析出したことによる赤銅色の色彩を帯びるため、色度計で出力されるＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における座標ａ＊とブランクの未処理ステンレス鋼のａ＊との差分Δａ＊を求めることで、電解銅析出の着色度合いを把握することが可能である。測定にあたっては、日本電色工業（株）製分光式色差計測システムＳＱ−２０００を使用し、測定径は３０ｍｍで計測を行った。
電解銅析出を行うにあたり、陽極の種類は市販の可撓性のある炭素繊維クロス及びステンレスクロスを使用した。なお、形状がネットでもメッシュでも効果は同様である。陽極は導電性があれば、上記陽極の種類に限定されるものではない。陰極であるステンレス鋼の材種はＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ４３０を使用し、これらは典型的なステンレス鋼であり、これら材種に限定するものではない。陰極の形状は板状及びパイプ状であり、パイプ状ステンレス鋼は内径が２５ｍｍで、長さが３００ｍｍと１５０ｍｍのものを使用した。電解液は硫酸銅と硫酸の混合溶液を使用し、濃度は基本となる組成に対し、５倍濃度と１／５に希釈した濃度のものを調製した。電解電圧は０．７５Ｖから３．０Ｖの範囲で、また、電解時間は１０秒から３００秒の範囲で変化させた。
交直重畳電解を行うため、電源器の陰極側出力端子と処理対象物となるステンレス鋼を電極コードで接続し、一方、該電源器の陽極側出力端子と陽極を電極コードで接続した。次に、セパレータを陽極に被覆し、銅析出処理前に電解液を十分含浸させた。その後、電源器のスイッチを入れて、電力を取り出し、セパレータを被せた陽極を手動で処理対象物の表面に自由に摺動させることで、所定電圧、所定時間、電解銅析出を行い、その後、処理対象物を軽く水拭きした。水拭きしたステンレス鋼は、分光式色差計測システムの計測に供した。
図１に電解液の相対濃度が陰極のステンレス鋼のΔａ＊に及ぼす影響を示す。陽極の種類が炭素繊維クロス、陰極の材種がＳＵＳ３１６、陰極の形状が板状、電解電圧が２．３Ｖ、電解時間が３０秒の場合、電解液濃度が基本となる組成に対し、１／５に希釈した濃度では、Δａ＊は約１／１０の着色度合であり、一方、５倍の濃度では、Δａ＊は基本となる組成の値と大差はない。このことから、少なくとも１／５に希釈した電解液濃度と基本組成の電解液濃度の間で、銅析出の着色度合を変化させることが可能である。基本組成の電解液濃度より高い濃度に設定すると、析出した銅の被膜が緻密に形成されていくものと考えられる。
図２に電解液の電解電圧が陰極のステンレス鋼のΔａ＊に及ぼす影響を示す。陽極の種類が炭素繊維クロス、陰極の材種がＳＵＳ３１６、陰極の形状が板状、電解液が基本組成の濃度、電解時間が３０秒の場合、電解電圧が１．５Ｖ以上では、ほぼ直線的にΔａ＊は上がっており、電解電圧により銅の着色度合を制御することが可能である。電解電圧が１．５Ｖ以下では着色度合は小さい。
図３に電解液の電解時間が陰極のステンレス鋼のΔａ＊に及ぼす影響を示す。陽極の種類が炭素繊維クロス、陰極の材種がＳＵＳ３１６、陰極の形状が板状、電解液が基本組成の濃度、電解電圧が２．３Ｖの場合、電解時間は１０秒から６０秒の間でほぼ直線的にΔａ＊は上がっており、電解時間により銅の着色度合を制御することが可能である。
図４に陽極の種類の違いによる陰極のステンレス鋼のΔａ＊の比較を示す。陰極の材種がＳＵＳ３１６、陰極の形状が板状、電解液が基本組成の濃度、電解電圧が２．３Ｖ、電解時間が６０秒の場合、導電性の高いステンレス鋼の陽極の方が、炭素繊維クロスの陽極の場合より、Δａ＊は高い値を示す。従って、導電性の大きい素材を使用すれば、電解銅析出のスピードを高めることが可能である。
図５に陰極の材種の違いによる陰極のステンレス鋼のΔａ＊の比較を示す。陽極の種類が炭素繊維クロス、陰極の形状が板状、電解液が基本組成の濃度、電解電圧が２．３Ｖ、電解時間が３０秒の場合、陰極がＳＵＳ３１６とＳＵＳ３０４ではΔａ＊の値に大差はないが、陰極がＳＵＳ４３０では、ＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０４の場合よりΔａ＊の値が約２倍となる。これはステンレス鋼素材の導電性に依存している。
図６に電解銅析出の有無の違いによる長さが３００ｍｍのパイプ状ステンレス鋼の未処理と電解処理の比較を示す。銅析出の度合いを計測する分光式色差計測システムでは、板状試料のみしか計測できず、パイプのような曲面を有する試料では乱反射が起こり、正確な計測ができない。そのため、パイプ状試料の銅めっき度合を板状試料の銅析出度合と比較することで評価を行った。陽極の種類が炭素繊維クロス、陰極の材種がＳＵＳ３１６、電解液が基本組成の濃度、電解電圧が２．３Ｖ、電解時間が３００秒の場合、陰極のパイプ表面のΔａ＊は表１のＮｏ．１３の試料とほぼ同等であった。電解銅析出では、電流密度が銅の析出度合に影響すると言われており、表面積の大きい該パイプ試料は電解時間を長くすることで、板状試料並みに近づけることができる。
図７に電解銅析出を施した長さが１５０ｍｍのパイプ状ステンレス鋼を示す。陽極の種類が炭素繊維クロス、陰極の材種がＳＵＳ３１６、電解液が基本組成の濃度、電解電圧が２．３Ｖ、電解時間が３００秒の場合、陰極のパイプ表面のΔａ＊は表１のＮｏ．９の試料とほぼ同等であった。
上述の如く、本発明は、ステンレス鋼の装置や器具類の製造時はもちろん、既存の物についても銅析出により抗菌効果を発現することが可能であり、新規の局部めっき並びに広いめっき処理面の一部分のタッチアップ補修にも広大なめっき槽を必要とすることなく、簡易かつ安全に補修めっき・施工ができるため、産業上大きく貢献するところ大である。
Claims (1)
- ステンレス鋼を交直重乗電源の陰極に接続し、陽極側にはステンレス鋼か銅若しくは炭素繊維などの導電性物質よりなる適宜形状の陽極に滞水性布状若しくは糸状の物質を巻きつけて、銅イオンを含有する電解液を含浸した状態で、該ステンレス鋼表面を摺動せしめることにより、銅を析出させることを特徴とするステンレス鋼表面の抗菌化処理方法
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