(57)【要約】【課題】大がかりな構成を必要とせずに、金属製の部材の酸化を抑制することができる金属酸化抑制具及び金属酸化抑制方法を提供する。【解決手段】金属酸化抑制具１０は、水酸化物イオンを含む水溶液ＡＳに浸漬される金属製の部材ＭＴに対し、水溶液ＡＳを通して静磁場を印加する第１磁石１１及び第２磁石１２を有する。金属製の部材ＭＴの表面に向かおうとする水酸化物イオンがローレンツ力を受ける。このローレンツ力により、金属製の部材ＭＴの表面への水酸化物イオンの付着が阻害される結果、金属製の部材ＭＴの酸化を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化物イオンを含む水溶液に浸漬される金属製の部材に対し、前記水溶液を通して静磁場を印加する酸化抑制用磁石を有する、金属酸化抑制具。
【請求項２】
水酸化物イオンを含む水溶液に浸漬される金属製の部材に対し、前記水溶液を通して静磁場を印加する酸化抑制工程を有する、金属酸化抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化抑制具及び金属酸化抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているように、金属製の管体に、予め磁場を印加した水を流通させる装置が知られている。特許文献１は、磁場の印加で水が磁化する旨、及び磁化した水を流通させることで、管体の酸化を抑制することができる旨を述べている。なお、仮に水が磁化するとした場合、管体には時間変化する動磁場が印加されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０００６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
仮に上記装置によって管体の酸化を抑制する効果が得られるとしても、上記装置は、水に磁場を印加する磁石の他に、磁場を印加した水を貯留するタンク、そのタンク内の水を流通させるポンプ、ホース、及びバルブといった大がかりな構成を必要とする。
【０００５】
本発明の目的は、大がかりな構成を必要とせずに、金属製の部材の酸化を抑制することができる金属酸化抑制具及び金属酸化抑制方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る金属酸化抑制具は、水酸化物イオンを含む水溶液に浸漬される金属製の部材に対し、前記水溶液を通して静磁場を印加する酸化抑制用磁石を有する。
【０００７】
本発明に係る金属酸化抑制方法は、水酸化物イオンを含む水溶液に浸漬される金属製の部材に対し、前記水溶液を通して静磁場を印加する酸化抑制工程を有する。
【発明の効果】
【０００８】
金属製の部材の酸化は、その部材における水溶液と接する表面に、水溶液中の水酸化物イオンが結合することにより、その表面が水酸化されるプロセスを経て生じる。
【０００９】
本発明によれば、水溶液を通して部材に静磁場が印加されるため、部材の表面に向かおうとする水酸化物イオンがローレンツ力を受ける。このローレンツ力により、水酸化物イオンの移動の方向が変更されることにより、部材の表面への水酸化物イオンの付着が阻害される。このため、部材の表面における静磁場が印加される領域の水酸化が抑制され、その結果、部材の酸化が抑制される。水溶液を通して部材に静磁場を印加すれば酸化を抑制することができるので、大がかりな構成を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係る金属酸化抑制具を示す概念図。
【図２】実施例に係る鉄部材を撮影した写真。
【図３】比較例に係る鉄部材を撮影した写真。
【図４】実施形態２に係る金属酸化抑制具を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［酸化のメカニズム］
以下、本発明の実施形態の説明に先立ち、まず金属製の部材（以下、金属部材という。）における酸化の典型的なメカニズムについて説明する。
【００１２】
金属部材としての鉄製の部材（以下、鉄部材という。）が、水に浸漬している場合について例示的に述べる。まず、空気中の酸素が水に溶け込むと共に、鉄部材を構成する自由電子が水に取り込まれる。この結果、水中に水酸化物イオンＯＨ−が生じる。この過程を次式（１）に示す。
２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ−→４ＯＨ−        ・・・（１）
【００１３】
次に、水酸化物イオンＯＨ−が、鉄部材の水に接する表面と結合することにより、鉄部材の表面が水酸化される。つまり、水酸化物イオンＯＨ−が、自由電子を失って陽イオン化した鉄イオンと結合することで、水酸化鉄Ｆｅ（ＯＨ）３が形成される。この過程を次式（２）に示す。
Ｆｅ３＋＋３ＯＨ−→Ｆｅ（ＯＨ）３        ・・・（２）
【００１４】
その後、水酸化鉄Ｆｅ（ＯＨ）３から水分が分離し、錆、即ち酸化物Ｆｅ２Ｏ３が残る。この過程を次式（３）及び（４）に示す。
Ｆｅ（ＯＨ）３→ＦｅＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ        ・・・（３）
２ＦｅＯＯＨ→Ｆｅ２Ｏ３＋Ｈ２Ｏ        ・・・（４）
【００１５】
以上のように、鉄部材の酸化は、水酸化物イオンＯＨ−が鉄部材の表面と結合することにより金属部材の表面が水酸化される、上式（２）に示すプロセスを経て生じる。なお、ここでは鉄部材について述べたが、鉄に限らず、鉄以外の金属よりなる部材であっても同様に、水酸化物イオンＯＨ−との結合で還元されるプロセスを経て酸化される。
【００１６】
［実施形態１］
本願発明者らは、水溶液を通して金属部材に静磁場を印加することにより、金属部材の酸化を抑制できることを見い出した。金属部材の酸化が抑制される理由は、主として、静磁場によって酸化物イオンＯＨ−がローレンツ力を受けることにより、水酸化物イオンＯＨ−の、金属部材の表面に向かう移動が阻害され、その結果、上式（２）に示す反応が抑制されるためであると考えられる。
【００１７】
以下、静磁場の印加によって金属部材の酸化を抑制する金属酸化抑制具について具体的に説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る金属酸化抑制具１０は、金属部材ＭＴを挟んで対向して配置された一対の第１磁石１１及び第２磁石１２を有する。第１磁石１１と第２磁石１２の各々は、金属部材ＭＴに静磁場を印加する酸化抑制用磁石の一例である。
【００１９】
金属部材ＭＴは、板状に形成されており、容器ＤＳに収容されている。容器ＤＳには、水酸化物イオンＯＨ−を含む水溶液ＡＳが溜められている。金属部材ＭＴは、水溶液ＡＳに浸漬している。なお、容器ＤＳは、透磁性を有する材質、具体的には、ガラスよりなる。
【００２０】
第１磁石１１及び第２磁石１２は、水溶液ＡＳを通して金属部材ＭＴに静磁場を印加する。第１磁石１１と第２磁石１２のうち一方の磁石の、金属部材ＭＴに面する部分はＮ極であり、他方の磁石の、金属部材ＭＴに面する部分はＳ極である。具体的には、第１磁石１１の、金属部材ＭＴに面する部分はＳ極であり、第２磁石１２の、金属部材ＭＴに面する部分はＮ極である。
【００２１】
［実施例及び比較例］
以下、静磁場の印加による防錆の効果を示すため、図１に示す金属酸化抑制具１０を用いた金属酸化抑制方法の実施例と、静磁場の印加を行わない比較例とについて説明する。
【００２２】
まず、実施例について説明する。金属部材ＭＴとして、厚さ１ｍｍの板状に形成されたα鉄よりなる鉄部材を準備した。また、水溶液ＡＳとして、内割３．５質量％以上のＨ２Ｏ２と、内割１質量％以上のＮａＣｌとを含有する過酸化水素水を準備した。Ｈ２Ｏ２は、電離によって水酸化物イオンＯＨ−を形成する役割を果たす。ＮａＣｌは、鉄部材の酸化の速度を増大させる役割を果たす。
【００２３】
そして、酸化抑制工程として、過酸化水素水に浸漬している鉄部材に対し、第１磁石１１と第２磁石１２とによって、０．４［Ｔ］以上の静磁場を印加し続けた。印加する静磁場の磁力線は、板状をなす鉄部材の法線方向に延在する。
【００２４】
また、比較例として、静磁場の印加を行わないこと以外は、実施例と同じ条件で、鉄部材を過酸化水素水に浸漬させた。
【００２５】
図３に、２日間にわたって過酸化水素水に浸漬させた、比較例に係る金属部材ＭＴとしての鉄部材の写真を示す。既述のメカニズムで金属部材ＭＴとしての鉄部材が酸化したため、金属部材ＭＴとしての鉄部材の表面と、容器ＤＳの底とに、それぞれ赤褐色の錆が視認された。なお、図３において、くすんでみえる部分が錆である。
【００２６】
図２には、２日間にわたって過酸化水素水に浸漬させ、かつ静磁場を印加し続けた、実施例に係る鉄部材の写真を示す。比較例の場合と異なり、赤褐色の錆は殆ど視認されなかった。図３に示す比較例の結果と比べて、錆の形成が抑制されていることが、視認により明らかに確認された。
【００２７】
実施例の条件と、比較例の条件との相違は、鉄部材に対して静磁場を印加したことのみである。従って、鉄部材の酸化の抑制は、静磁場の印加によるものである。
【００２８】
以下、静磁場によって鉄部材の酸化が抑制される理由を述べる。水溶液ＡＳとしての過酸化水素水中に生じる水酸化物イオンＯＨ−は、過酸化水素水の、容器ＤＳ内における対流、及び過酸化水素水中における電気化学的なポテンシャルの勾配等に起因して、過酸化水素水中を、鉄部材の表面に向かって移動する。
【００２９】
仮に、鉄部材の表面に水酸化物イオンが結合すると、上式（２）に示す反応が生じる結果、鉄部材の表面が酸化する。しかし、本実施例によれば、過酸化水素水を通して鉄部材に静磁場が印加されているため、鉄部材の表面に向かおうとする水酸化物イオンＯＨ−がローレンツ力を受ける。
【００３０】
そして、このローレンツ力により、水酸化物イオンＯＨ−の移動が制御され、水酸化物イオンＯＨ−の移動先が鉄部材の表面からそれる結果、鉄部材の表面への水酸化物イオンの結合が阻害される。このため、鉄部材の表面における静磁場が印加される領域の、上式（２）に示す水酸化が抑制され、その結果、鉄部材の酸化が抑制される。
【００３１】
なお、金属部材ＭＴが鉄部材である場合に限らず、鉄以外の金属よりなる場合にも、以上説明したメカニズムによって、金属部材ＭＴの酸化が抑制される。
【００３２】
また、静磁場の印加によって、強磁性体である鉄部材が磁化すると、鉄部材が化学的に安定化する。このことも、鉄部材の酸化が抑制された要因の１つであると考えられる。このため、金属部材ＭＴとしては、特に、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体が好ましいと言える。
【００３３】
また、図１に示す金属酸化抑制具１０によれば、第１磁石１１と第２磁石１２とによって、水溶液ＡＳを通して金属部材ＭＴに静磁場を印加すれば、金属部材ＭＴの酸化を抑制することができるので、大がかりな構成を必要としない。なお、図１に示す構成においては、第１磁石１１と第２磁石１２のうちの一方、例えば、第２磁石１２を省略してもよい。これにより、金属酸化抑制具１０のさらなる簡素化が図られる。
【００３４】
［実施形態２］
上記実施形態１では、酸化抑制用磁石としての第１磁石１１及び第２磁石１２が、金属部材ＭＴを挟んで対向して配置されていたが、酸化抑制用磁石は、必ずしも金属部材ＭＴを挟んで対向して配置されていなくてもよい。以下、その具体的について述べる。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態では、金属部材ＭＴが、中空筒状の管体によって構成されている。金属部材ＭＴとしての管体は、内部に空洞を確保した状態で、水溶液ＡＳに浸漬している。なお、図４は、金属部材ＭＴとしての管体の、長さ方向に直交する横断面を示す。金属部材ＭＴとしての管体の外周面が、水溶液ＡＳに接触している。
【００３６】
金属部材ＭＴとしての管体は、河川、湖沼、海、池、又はダムの上に設置される建造物の柱又は梁を構成している。水溶液ＡＳは、河川、湖沼、海、池、又はダムの水によって構成されている。これらの水においても、空気中の酸素が溶け込むことにより、水酸化物イオンＯＨ−が生じる。従って、既述のメカニズムで金属部材ＭＴの酸化が生じ得る。
【００３７】
本実施形態に係る金属酸化抑制具２０は、金属部材ＭＴとしての管体の内周面に取り付けられた複数の磁石、具体的には、第１磁石２１、第２磁石２２、第３磁石２３、及び第４磁石２４を有する。第１磁石２１から第４磁石２４は、金属部材ＭＴとしての鋼管の内周面の周方向（以下、単に周方向という。）に並んでいる。
【００３８】
また、図示しないが、金属酸化抑制具２０は、周方向に並ぶ第１磁石２１から第４磁石２４の組を、金属部材ＭＴとしての鋼管の長さ方向に、間隔をおいて複数組有する。
【００３９】
第１磁石２１から第４磁石２４の組において、周方向に隣り合う磁石の一方から出た磁力線は、金属部材ＭＴとしての鋼管及び水溶液ＡＳを通過して、他方に至る。
【００４０】
具体的には、第２磁石２２から出た磁力線は、金属部材ＭＴとしての管体及び水溶液ＡＳを通過して、第１磁石２１及び第３磁石２３に至る。また、第４磁石２４から出た磁力線は、金属部材ＭＴとしての管体及び水溶液ＡＳを通過して、第１磁石２１及び第３磁石２３に至る。
【００４１】
つまり、第１磁石２１から第４磁石２４のうちの周方向に隣り合う磁石の対、即ち、第２磁石２２と第１磁石２１との対、第２磁石２２と第３磁石２３との対、第４磁石２４と第１磁石２１との対、及び第４磁石２４と第３磁石２３との対は、それぞれ水溶液ＡＳを通して金属部材ＭＴに静磁場を印加する酸化抑制用磁石の一例である。
【００４２】
なお、金属部材ＭＴとしての管体が、鋼管等の強磁性体よりなる場合は、管体の内部から外部に磁力線を漏洩させる加工を管体に施してもよい。そのような加工としては、例えば、管体の、第１磁石２１から第４磁石２４が取り付けられている部分の厚みを局所的に薄くする加工が挙げられる。また、金属部材ＭＴとしての管体が磁化されることにより、管体の内部から外部に磁力線が漏洩するようにしてもよい。また、金属部材ＭＴとしての管体が非磁性体よりなる場合は、そのような加工を施さずとも管体の内部から外部に磁力線が漏洩する。
【００４３】
本実施形態においても、水溶液ＡＳ中の水酸化物イオンＯＨ−の、金属部材ＭＴとしての管体の外周面に向かう移動が、第１磁石２１から第４磁石２４が形成する静磁場によるローレンツ力によって阻害される。このため、金属部材ＭＴとしての管体の外周面への水酸化物イオンＯＨ−の結合が抑制され、その結果、金属部材ＭＴとしての管体の外周面の酸化が抑制される。
【００４４】
また、金属部材ＭＴとしての管体の内部に、第１磁石２１から第４磁石２４の組を複数配列することにより、金属部材ＭＴとしての管体の酸化を抑制できる。このため、特許文献１に係る技術では必要であった、ポンプ、ホース、バルブといった大がかりな構成を必要としない。
【００４５】
なお、上記実施形態２において、金属部材ＭＴとしての管体は、横断面が円形のものに限らず、矩形のものであってもよい。
【００４６】
また、上記実施形態１及び２では、酸化抑制用磁石を永久磁石によって実現した構成を例示したが、酸化抑制用磁石は電磁石によって実現してもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。上記実施形態及び実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲内及びそれと同等の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…金属酸化抑制具、
１１…第１磁石（酸化抑制用磁石）、
１２…第２磁石（酸化抑制用磁石）、
２０…金属酸化抑制具、
２１…第１磁石（酸化抑制用磁石）、
２２…第２磁石（酸化抑制用磁石）、
２３…第３磁石（酸化抑制用磁石）、
２４…第４磁石（酸化抑制用磁石）、
ＡＳ…水溶液、
ＤＳ…容器、
ＭＴ…金属部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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