(57)【要約】【課題】ガスと被処理物とを反応部内で反応させるにあたり、ガス反応部へのガスの入れ替え時間を短縮し、効率よく処理行うことができるガス反応装置を提供する。【解決手段】供給部１からオゾンガスを貯留部３に供給し、貯留部３内に所定圧のオゾンガスを貯留させる。反応部５内に被処理物を挿入した後、排気ポンプ１２を作動させ、反応部５内を所定圧以下まで排気する。その後、貯留部３からオゾンガスを反応部５内に供給する。反応部５内のガス圧が規定値まで上昇した後、供給部１からオゾンガスを反応部５に直接に供給し、反応した排ガスをガス処理装置１０で処理して排出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物とガスとを接触させるガス反応部と、該ガス反応部内にガスを供給するガス供給手段とを有するガス反応装置において、
該ガス供給手段は、加圧されたガスを該ガス反応部に供給可能であることを特徴とするガス反応装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ガス供給手段とガス反応部との間に、加圧されたガスを貯留するガス貯留部を備えていることを特徴とするガス反応装置。
【請求項３】
請求項２において、前記ガス貯留部は、容積が可変であり、容積を減少させる手段を備えていることを特徴とするガス反応装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記ガス反応部内からガスを排気してガス反応部内を負圧にする排気手段を備えたことを特徴とするガス反応装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項のガス反応装置を用いたガス反応処理方法。
【請求項６】
請求項５において、前記ガス反応部内からガスを排気してガス反応部内を負圧にした後、前記ガス供給手段から加圧されたガスを該ガス反応部に供給することを特徴とするガス反応処理方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、該ガスはオゾン又はオゾン含有ガスであることを特徴とするガス反応処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス反応槽を用いたガス反応装置及びガス反応処理方法に係り、特にガスとしてオゾン又はオゾン含有ガスを用いる場合に好適なガス反応装置及びガス反応処理方法に関する。なお、以下、本明細書において、純オゾンガスとオゾン含有ガスとを併せてオゾンガスと称する。
【背景技術】
【０００２】
オゾンガスは、無電解メッキの前処理として、樹脂表面を親水化したり、ステンレス鋼表面の強化のために不動態を形成したりする目的で広く使用されている（例えば特開昭６３−２５０４６８、特開２０００−３１６３７）。
【０００３】
従来のオゾンガスによる被処理物の反応処理方法では、反応槽を開け、被処理物をオゾン反応槽内に設置し、オゾン反応槽を密閉した後、オゾン反応槽内の通気入口からオゾンガスを通気して反応を開始する。
【０００４】
また、オゾンガス反応処理後の操作としては、オゾン反応槽への供給ガスをオゾンガスから不活性ガス（窒素など）へ変更し、オゾンガスをパージしてから、オゾン反応槽を開けて中の被処理物を取り出す。オゾンガスを不活性ガスでパージするのは、オゾン反応槽を開けた際にオゾンガスが外部へ漏れ、周囲に甚大な影響を及ぼすことを防止するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２５０４６８
【特許文献２】特開２０００−３１６３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、オゾン反応槽を開けて被処理物を取り出し、次の被処理物と交換するに際し、オゾン反応槽内のオゾンガスを一度全て不活性ガスで置換する時間や、新たにオゾンガスを再充填するための充填時間が余計にかかる。ガス反応槽内のオゾン濃度が低い場合には、反応が遅いので、その分だけ処理時間を長くしないと、被処理物を所定程度まで処理することができない。そのため、多量の被処理物を次々と処理する場合には時間がかかり効率が良くない。
【０００７】
本発明は、ガスと被処理物とを反応槽内で反応させるにあたり、ガス反応槽へのガスの入れ替え時間を短縮し、効率よく処理行うことができるガス反応装置及びガス反応処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１のガス反応装置は、被処理物とガスとを接触させるガス反応部と、該ガス反応部内にガスを供給するガス供給手段とを有するガス反応装置において、該ガス供給手段は、加圧されたガスを該ガス反応部に供給可能であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２のガス反応装置は、請求項１において、前記ガス供給手段とガス反応部との間に、加圧されたガスを貯留するガス貯留部を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３のガス反応装置は、請求項２において、前記ガス貯留部は、容積が可変であり、容積を減少させる手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４のガス反応装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記ガス反応部内からガスを排気してガス反応部内を負圧にする排気手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５のガス反応処理方法は、請求項１ないし４のいずれか１項のガス反応装置を用いたものである。
【００１３】
請求項６のガス反応処理方法は、請求項５において、前記ガス反応部内からガスを排気してガス反応部内を負圧にした後、前記ガス供給手段から加圧されたガスを該ガス反応部に供給することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７のガス反応処理方法は、請求項５又は６において、該ガスはオゾン又はオゾン含有ガスであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガス反応装置及びガス反応処理方法によれば、ガス反応部内にガスを加圧供給することによりガス反応部内の雰囲気を短時間で所定のものとすることができることから、効率よく被処理物をガス反応処理することができる。
【００１６】
なお、請求項２のガス反応装置によれば、加圧されたガスをガス貯留部からガス反応部に供給することができ、ガス反応部内の雰囲気を極めて短時間で所定のものとすることができる。
【００１７】
請求項３のガス反応装置によれば、ガス貯留部の容積を減少させることにより、該ガス貯留部から加圧されたガスをガス反応部内に供給することができる。
【００１８】
請求項４及び６のガス反応装置及びガス反応処理方法によれば、ガス反応部のガスを排気してガス反応部内を負圧にすることにより、ガス反応部の雰囲気を急速に所定のものとすることができる。
【００１９】
本発明は、特にガスとしてオゾンガスを用いる場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態に係るガス反応装置の系統図である。
【図２】実施の形態に係るガス反応装置の系統図である。
【図３】実施の形態に係るガス反応装置の系統図である。
【図４】比較例に係るガス反応装置の系統図である。
【図５】反応部内のオゾン濃度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２２】
本発明のガス反応装置は、ガス反応部内にて被処理物とガスとを接触させて被処理物の処理を行うようにしたものにおいて、ガス反応部内に加圧ガスを供給するようにしたものである。
【００２３】
加圧供給手段としては、加圧ガスを貯留すると共に、容積を減少させてガスをガス反応槽に供給するものが好適である。
【００２４】
本発明では、オゾン反応部から流出するガスを無害化処理する排ガス処理装置が設けられていることが好ましい。オゾンガス無害化処理手段としては、オゾンガスを外部へ放出しても問題ない濃度まで低減できる装置であれば特に限定はなく、触媒担持活性炭や熱分解装置、紫外線分解装置などを用いることができる。
【００２５】
本発明のガス反応処理方法は、このガス反応装置を用いて被処理物を処理する。被処理物としては、金属、合成樹脂、セラミック、植物系材料、動物系材料、それらの複合材など各種のものが挙げられる。ガスとしてはオゾンガスが好適である。
【００２６】
オゾンガス等の反応ガスの供給量、オゾン濃度等は被処理物をどこまで処理したいかに応じて設定すればよい。
【００２７】
被処理物を反応部内に滞留させる時間も、被処理物と反応部の大きさ、被処理物の特性等に応じて選定すればよい。
【００２８】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００２９】
第１図〜第３図はそれぞれ実施の形態に係るガス反応装置の系統図である。
【００３０】
まず、第１図のガス反応装置について説明する。
【００３１】
このガス反応装置は、オゾンガス供給部１と、該オゾンガス供給部１から供給されるオゾンガスを圧縮して貯留するオゾンガス貯留部３と、該オゾンガス貯留部３から供給されるオゾンガスにより被処理物を処理するオゾン反応部（以下、単に反応部ということがある。）５と、オゾンを無害化処理するガス処理装置８，１０と、吸引排気用のポンプ１２等を有する。
【００３２】
オゾンガス供給部１は、弁Ｖ１を備えた配管２を介してオゾンガス貯留部３に接続され、このオゾンガス貯留部３は弁Ｖ２を備えた配管４を介して反応部５と接続されている。なお、オゾンガス供給部１は、弁Ｖ３を備えた配管６を介して反応部５と直接に接続されている。また、オゾンガス貯留部３には、リリーフ弁ＶＲを有した配管７を介してガス処理装置８が接続されている。貯留部３内のオゾンガス圧がリリーフ弁ＶＲの設定圧力以上になると、オゾンガスが貯留部３からガス処理装置８へリークし、貯留部３内のオゾンガス圧が常にこの設定圧を超えないものとなる。
【００３３】
反応部５は、被処理物の出入口（図示略）を有している。当然ながら、この出入口の蓋は密閉可能な構成となっている。反応部５には大気開放弁（図示略）が設けられている。この大気開放弁は、反応部５内に空気を流入させるときだけ開とされ、その他の時には閉とされている。
【００３４】
反応部５は、弁Ｖ４を有する配管９を介してガス処理装置１０に接続されている。このガス処理装置１０は、配管１１を介して排気ポンプ１２に接続されており、該排気ポンプ１２によってガス処理装置１０を介して反応部５内のガスを排気しうるよう構成されている。
【００３５】
オゾンガス供給部１は、酸素供給源とオゾン発生器から構成されるオゾン製造部を持つことが好ましい。また、オゾンガスをオゾンガス貯留部３へ加圧供給するためにコンプレッサーなどの動力源を有するかあるいはオゾンの原料の酸素ガスが高い圧力を保持していることが好ましい。
【００３６】
オゾンガス貯留部３の材質はステンレス鋼など反応ガスと極力反応性が低い材質であることが好ましい。また、オゾンガスに対する反応性を低くするため、オゾンガス貯留部３の内面を予めコーティングや不動態膜処理のような表面処理をしておくのもよい。
【００３７】
オゾンガス貯留部３の容積は、オゾン反応部５より大きい方が好ましく、反応部５の容積１．５〜１０倍程度であることが好ましい。またオゾンガス貯留部３の内圧がオゾン反応部５より大きくなるよう設定される。これは、オゾン反応部５に流入させるオゾンガスのオゾン濃度やオゾン反応部内の圧力を高くするためである。
【００３８】
オゾンガス貯留部３の形状に特に制限はないが、圧縮ガスを貯留するため、安全面から円筒形が好ましい。
【００３９】
また、オゾンガス貯留部３は、容積可変に構成されていて、オゾンガス貯留部の容積を変化させることによりオゾンガスの貯蓄と排出を交互に繰り返すものが好適であり、具体的には、貯留部が蛇腹構造（ちょうちん形）やシリンジ構造のものが例示される。この貯留部にあっては、オゾンガスを流入させて徐々に膨らませ、規定量の反応ガスが入った後に、反応部へ通じる弁Ｖ２を開けると同時に貯留部を動力で縮ませることにより、オゾンガス貯留部内のオゾンガスを反応部へ流出させることができる。容積可変型でない場合は、加圧されたオゾンガスをオゾン反応部に供給する時、オゾンガス貯留部とオゾン反応部の内圧が等しくなるとオゾンガスの供給は止まる。なお、加圧型と容積可変型はどちらを用いても、また両者を併用しても構わない。例えば容積可変型のオゾンガス貯留部を用いたとき、初めはオゾンガス流入に伴って容積が増加するが、容積上限値を超えてなおオゾンガスを流入させた場合はオゾンガス貯留部内でガスが圧縮される。
【００４０】
オゾン反応部５の材質は、オゾンガスと極力反応性が低い材質であることが好ましい。
【００４１】
オゾン反応部５の形状は、内部に被処理物を設置できる構造になっていればよく、特に限定されないが、無駄なスペースのないものが好ましい。
【００４２】
また、オゾン反応部５はオゾンガス貯留部３からオゾンガスを供給する前の時点で減圧されて負圧になっていることが好ましい。このためには、例えばオゾン反応部３内を排気ポンプ１２で排気しておくのが良い。このため、オゾン反応部は排気による負圧に耐える強度を持つことが望ましい。
【００４３】
次に、この第１図のガス反応装置を用いて被処理物をオゾン処理する方法の好適例について説明する。
【００４４】
弁Ｖ１を開、弁Ｖ２、Ｖ３を閉とし、オゾンガス供給部１からオゾンガスをオゾンガス貯留部３に供給し、オゾンガス貯留部３内に所定圧のオゾンガスを貯留させる。
【００４５】
また、反応部５内に被処理物を挿入した後、弁Ｖ４を開とし、排気ポンプ１２を作動させ、反応部５内を所定圧以下まで排気する。
【００４６】
その後、弁Ｖ４を閉、弁Ｖ２を開とし、オゾンガス貯留部３からオゾンガスを反応部５内に供給する。反応部５内のガス圧は急速に上昇する。反応部５内のガス圧が規定値まで上昇した後、弁Ｖ２を閉、弁Ｖ３、Ｖ４を開とし、オゾンガス供給部１からオゾンガスを反応部５に直接に供給し、反応した後の排ガスをガス処理装置１０に供給して処理し、配管１１から排出させる。なお、この際、排気ポンプ１２は停止していてもよく、低速で作動させてもよい。反応部５の内圧は反応部へのガス供給条件と弁Ｖ４の調節により所望の値に整える。
【００４７】
反応部５内で被処理物とオゾンガスとを所定時間接触させた後、排気ポンプ１２を作動させると共に、反応部５に設けられた大気開放弁を開とし、反応部５内のオゾンガスを排気する。その後、反応部５から被処理物を取り出し、次ロットの被処理物を反応部５内に挿入し、次いで大気開放弁を閉とし、次回のオゾン処理工程を開始する。
【００４８】
なお、この被処理物の取り出し、挿入を行っている間に、オゾンガス貯留部３にオゾンガス供給部１からオゾンガスを供給しておくのが好ましい。
【００４９】
第２図は別の実施の形態に係るガス反応装置の系統図である。この実施の形態では、オゾンガス貯留部３と配管１１とを直に接続するように、弁Ｖ５を有したバイパス配管１３が設けられている。第２図のその他の構成は第１図と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【００５０】
この第２図のガス反応装置を用いて被処理物を処理する場合、第１回目のオゾン処理工程の開始に先立って、弁Ｖ５を開、弁Ｖ１，Ｖ２を閉とし、排気ポンプ１２を作動させ、オゾンガス貯留部３内を−０．１ＭＰａ程度まで排気し、該貯留部３内のガスを排出しておく。その後、弁Ｖ５を閉、弁Ｖ１を開とし、オゾンガス供給部１からオゾンガスをオゾンガス貯留部３に供給し、オゾンガス貯留部３内に所定圧のオゾンガスを貯留させる。その後は、第１図のガス反応装置と同じ手順で第１回目のオゾン処理を行う。第２回目以降のオゾン処理手順は、第１図の場合と同一である。
【００５１】
この第２図のガス反応装置によると、第１回目のオゾン処理工程に先立ってオゾンガス貯留部３内のガスを排出しておくので、オゾンガス貯留部３内にガスがほとんどない状態からオゾンガスを貯留することができ、純度の高いオゾンガスを短時間でオゾンガス貯留部３内に貯留させることができる。
【００５２】
第３図は本発明のさらに別の実施の形態に係るガス反応装置の系統図である。
【００５３】
この実施の形態では、オゾンガス供給部１は、オゾン発生器１ａに対し、窒素ボンベ等の窒素源１ｂから窒素ガスを供給し、酸素ボンベ等の酸素源１ｃから酸素ガスを供給するよう構成されている。この窒素源１ｂは、弁Ｖ６を有した配管１４を介して反応部５へ窒素ガスを供給可能としている。反応部５にオゾン濃度計５ａが設けられている。
【００５４】
第３図のその他の構成は第１図と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【００５５】
第３図のガス反応装置によって被処理物を処理する工程が第１図の場合と異なるのは、反応部５での処理が終了した後、ポンプ１２で反応部５内のガスを吸引排出するに際し、弁Ｖ６を開とし、反応部５内に窒素源１ｂから窒素ガスを供給してオゾンガスをパージするようにした点であり、その他の手順は第１図の場合と同様である。
【００５６】
なお、図示はしないが、第２図のガス反応装置においても、反応部５に窒素源から窒素を供給可能とし、反応部５内のオゾンガスを窒素ガスでパージ可能としてもよい。
【００５７】
反応部５内から被処理物を取り出すときの反応部５内を空気ではなく窒素雰囲気とした場合には、反応部５内を低湿度かつ高い清浄度に保持することができる。水分や汚れはオゾンと反応し、被処理物の処理性にムラを生じさせる原因となる。これらをクリーンな窒素によるパージで排除することで処理の安定性を増すことができるという長所がある。
【実施例】
【００５８】
以下、実施例及び比較例について説明する。
＜実施例１＞
第３図のガス反応装置において、オゾン発生器１ａとして住友精密工業（株）製のものを用いた。ガス源１ｃ，１ｂとしては工業用酸素ボンベと工業用窒素ボンベを用い、酸素と窒素を、窒素が全体の０．５％ｖｏｌとなるように混合してオゾン発生器１ａを供給した。オゾンガス貯留部３の槽は容積５０Ｌ（直径３６ｃｍ、高さ５０ｃｍの円筒形）のＳＵＳ３０４製であり、内表面を電解研磨の表面処理を施したものである。オゾン反応部５の槽は１５Ｌ（直径２０ｃｍ、高さ４８ｃｍの円筒形）のＳＵＳ３０４製であり、内表面を電解研磨の表面処理を施したものである。排オゾンガスを処理するためのガス処理装置８，１０は、オゾン分解用触媒として品川化成（株）製「セカード  ＭＲ−４」を１０Ｌ充填したＳＵＳ３０４製の円筒形カラムとした。
【００５９】
処理手順は次の通りである。
【００６０】
被処理物としてＡＢＳ樹脂片（５０ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍ）を３枚オゾン反応槽５内に設置した。
【００６１】
次に、弁Ｖ２、Ｖ３を閉とし、弁Ｖ４を開とし、オゾン反応槽５内を排気ポンプ１２により排気し、−０．１０ＭＰａ程度の負圧とした。
【００６２】
また、弁Ｖ１を開とし、オゾン発生器１ａからオゾン濃度３００ｇ／Ｎｍ３のオゾンガスを１２ＮＬ／ｍｉｎの割合にてオゾンガス貯留部３に供給し、オゾンガス貯留槽内の圧力が０．２０ＭＰａになるまでオゾンガス貯留槽に通気し続けた（３０分間）。
【００６３】
次いで、排気ポンプ１２を停止し、弁Ｖ１を閉、Ｖ２を開とし、オゾンガス貯留槽に加圧貯留されていたオゾンガスを瞬時にオゾン反応槽へ供給し、オゾン反応部５の槽内の圧力を約０．１５ＭＰａとした。次いで、弁Ｖ２を閉、Ｖ３を開とし、オゾン発生器１ａからのオゾンガスを配管６によってオゾン反応部５へ直接に１２ＮＬ／ｍｉｎにて供給した。
【００６４】
所定の処理時間（ここでは３分間とした）が経過した後、弁Ｖ３を閉とし、弁Ｖ６を開とし、窒素ガスを約１２ＮＬ／ｍｉｎの割合にて反応部５に通気することにより、オゾン反応槽内に残留しているオゾンガスをパージした。
【００６５】
オゾン反応槽内のオゾン濃度が０．１ｇ／Ｎｍ３以下になったことを確認した後、被処理物をオゾン反応槽から取り出し、被処理物の接触角を測定した。結果を表１に示す。
＜比較例１＞
第４図のガス反応装置を用いて実施例１と同一の被処理物をオゾン処理した。
【００６６】
第４図のガス反応装置は、第３図のガス反応装置において、オゾンガス貯留部３、ガス処理装置８、排気ポンプ１２及び配管２，４を省略し、オゾン発生器１ａからのオゾンガスを配管６のみを介して直接に反応部５へ供給するようにしたものである。用いた各機器は実施例１と同一である。なお、オゾン発生機１ａとガス処理装置１０とを直結するように、弁Ｖ７を有した配管１５が設けられている。通常時は弁Ｖ７は閉とされている。
【００６７】
オゾン発生器１ａから実施例１と同一オゾン濃度のオゾンガスを同一供給速度で配管６に送り出し、反応部５に供給した。このオゾンガスの供給開始後、３分経過後、弁Ｖ３を閉、弁Ｖ６を開とし、窒素源１ｂから反応部５へ窒素ガスを供給してオゾンガスをパージした後、被処理物を取り出し、この被処理物の接触角を測定した。結果を表１に示す。
＜比較例２＞
処理時間を４分間としたこと以外は比較例１と同一条件にて被処理物を処理し、その接触角を測定した。結果を表１に示す。なお、実施例１、比較例１，２における反応部５内のオゾン濃度の経時変化を第５図に示す。
【００６８】
【表１】
2010221071.tif 000003
＜考察＞
同じ処理時間の実施例１と比較例１では、実施例１の方が十分にオゾン処理されていることが認められる。比較例１のフローで実施例と同等の処理性能を得るには、比較例２の結果から、処理時間を１分半程増やす必要があることが認められた。
【００６９】
第５図からも明らかなように、実施例１では比較例１，２に比べオゾン反応槽内のオゾン濃度を短時間で所望の濃度にすることができるため、オゾンガスの貯留を前のオゾンガス処理工程中に行っておけば、１回あたりの合計の処理時間を短縮できる。
【符号の説明】
【００７０】
１  オゾンガス供給部
３  オゾンガス貯留部
５  オゾン反応部
【図１】
2010221071.tif 000004
【図２】
2010221071.tif 000005
【図３】
2010221071.tif 000006
【図４】
2010221071.tif 000007
【図５】
2010221071.tif 000008