(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金からなる成形品の表面に付着している炭化した付着物に、レーザ光を照射して該付着物を加熱し、高温になった該付着物と接する成形品表面のマグネシウム合金が加熱されて蒸発することによって前記付着物を除去する、マグネシウム合金からなる成形品のクリーニング方法。
【請求項２】
前記成形品が使用後の自動車部品である、請求項１記載のマグネシウム合金からなる成形品のクリーニング方法。
【請求項３】
前記自動車部品がシリンダーヘッドカバー、インテークマニホールド、トランスミッションケース、オイルパン又はエンジンブロックである、請求項２記載のマグネシウム合金からなる成形品のクリーニング方法。
【請求項４】
前記成形品の表面に付着している炭化していない付着物を予め除去した後に、前記成形品の表面に残存して付着している炭化した付着物にレーザ光を照射する、請求項１〜３のいずれか記載のマグネシウム合金からなる成形品のクリーニング方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の方法によりクリーニングしたマグネシウム合金からなる成形品を、加熱溶融してから冷却する、マグネシウム合金からなるインゴットの製造方法。
【請求項６】
マグネシウム合金からなる成形品の表面に付着している炭化した付着物に、レーザ光を照射して前記付着物を除去することによりクリーニングしたマグネシウム合金からなる成形品を、加熱溶融してから冷却する、マグネシウム合金からなるインゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム合金からなる成形品の表面に付着している炭化した付着物に、レーザ光を照射して前記付着物を除去する、マグネシウム合金からなる成形品のクリーニング方法に関する。また、そのような方法によってクリーニングしたマグネシウム合金からなる成形品を用いた、インゴットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金は実用金属中で単位重量あたりの強度が最も高く、リサイクルも可能であることから、近年、自動車部品や電気機器用途に広く用いられるようになってきている。なかでも、強度と軽量性の両立が求められる自動車部品として好適に使用されている。一方、自動車部品のリサイクルは義務化されており、これらの部品は、効率的にリサイクルできることが重要である。しかしながら、マグネシウム合金は鉄などと比べてリサイクル性が十分ではない。また、廃液の排出などによる環境負荷が少ないリサイクル方法も求められている。
【０００３】
自動車部品に使用された金属をリサイクルする際に、使用後の部品には、このような用途に特有のオイルやグリースなどが表面に付着している場合が多い。さらに、エンジン及びその周辺に使用される部品や動力伝達装置に使用される部品などにおいては、使用中高温になる部品も多く、このような部品に付着したオイルなどは、長期間、高温に曝されることで、炭化していることも多い。部品が鉄からなる場合には、溶融時に、このような炭化した付着物を比重差によって分離することも容易である上に、鉄の融点は１０００℃以上であるため、炭化していない有機物は、溶融に先行して分解されやすい。ところが、マグネシウム合金の場合には、溶融したマグネシウム合金は比重が小さいため、比重差によって炭化した付着物を分離することが容易ではなく、マグネシウム合金の融点は通常約６００℃と鉄などに比べて低いうえに、酸化され易いので、高温にすることには限界があり、熱分解によって付着物を除去することも難しい。
【０００４】
マグネシウム合金を溶融してインゴットに再生する際に、上記のように付着物がマグネシウム合金中に混入すると、品質や歩留まりの低下を招く可能性がある。特に、炭化した付着物が混入すると、形成されるインゴット中で偏析しやすいと考えられ、鋳造欠陥などを生じるおそれがある。
【０００５】
このようなことから、通常、マグネシウム合金をリサイクルする際には、表面の付着物や表面処理層などを除去するクリーニング工程を経た後、溶融してインゴットに再生する。特許文献１には、エポキシ樹脂塗料、ウレタン樹脂塗料、あるいはアクリル樹脂塗料などが塗装されたマグネシウム合金材から、カッターナイフ又はウェットブラストによって塗膜の一部を除去し、その後、アルカリ剥離液でさらに塗膜を除去した後、溶融する、マグネシウム合金の再生方法が記載されている。特許文献２には、塗装が施されたマグネシウム合金部品から、強アルカリ性の水溶液又は有機溶剤による化学的処理、あるいはショットブラスト処理によって塗装を剥離した後、塩化物を添加して再溶融するマグネシウム合金部品の再生方法が記載されている。しかしながら、ブラスト処理の場合には、細かい凹凸部分に付着した付着物を除去することが困難であるし、粉塵も大量に発生する。マグネシウムを含む粉塵は燃焼しやすく、安全上の問題を有していた。また、アルカリ液や有機溶剤を用いる場合には、廃液処理をしなければならないという問題を有しているし、炭化した付着物はこれらの液体に対して、通常、不溶である。
【０００６】
自動車部品の表面に付着した付着物のクリーニングは、従来、灯油などの溶剤に浸漬する方法、スチーム洗浄或いは加熱によって有機成分を蒸発させる方法などにより行われていた。さらに、炭化した付着物が残存している場合には、サンドペーパーなどを用いて炭化物を機械的に除去していた。自動車部品は、形状が複雑なものが多く、凹部などに入り込んだ炭化した付着物を除去することは非常に困難であった。特許文献３には、グリース及び／又はオイルを含有する物質の付着した物品を脱脂しかつ浄化するための方法であって、物品を真空条件下でプロセス室内で、グリース及び／又はオイルがグリース及び／又はオイルの凝集状態に関連して物品から分離されるように、加熱し、この場合、プロセス室内の空気分圧が最高で１０ｐｈａであり、第１の浄化ステップにおいて、グリース及び／又はオイルを流動的な相に変換するように、熱供給を行ない、第２の浄化ステップにおいて、グリース及び／又はオイルを蒸気相に移行させるように、熱供給を行ない、熱供給によって物品から分離されるグリース及び／又はオイルの蒸気を弁によってプロセス室から分離された、プロセス室に接続された凝縮器内で凝縮しかつ凝縮物として集めることを特徴とする、グリース及び／又はオイルを含有する物質の付着した物品を脱脂しかつ浄化するための方法が記載されている。浄化される物品を真空条件下で加熱するか、或いは、物品に付着したグリースもしくはオイルのコンシステンシーと類似した溶剤に浸漬することで、不動に付着したグリース及び／又はオイルを軟化させることができる旨が記載されている。しかし、付着したグリースやオイルが炭化している場合でも除去できる旨の記載はない。通常、炭化した付着物は溶剤に対して不溶であり、加熱して溶解、気化させることも不可能である。
【０００７】
一方、金属表面の酸化膜や有機物、カーボンなどを除去するために、レーザを用いることが知られている。特許文献４には、処理対象の金属表面に対し、金属表面の組織を変化させるエネルギーより小さいエネルギーのレーザ光を照射し、金属表面の酸化膜や有機物、カーボンなどを洗浄することを特徴とする金属表面処理方法について記載されている。当該方法によれば、例えば、回路配線基板と半導体集積回路（ＬＳＩ）等とをハンダ付けしたり、処理対象金属にメッキを施したりする際に、ハンダ表面もしくは処理対象金属表面の酸化膜や有機物、カーボン等を除去する金属表面処理方法に適用して有効であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−９９９９３公報
【特許文献２】特開２００２−３５６７２１公報
【特許文献３】特開平６−３３０３６１公報
【特許文献４】特開平７−１７１６８９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、炭化した付着物を容易に除去することができ、リサイクル性に優れ、しかも、環境負荷の少ない、マグネシウム合金からなる成形品のクリーニング方法を提供することを目的とするものである。また、そのような方法でクリーニングした成形品を用いた、インゴットの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、マグネシウム合金からなる成形品の表面に付着している炭化した付着物に、レーザ光を照射して該付着物を加熱し、高温になった該付着物と接する成形品表面のマグネシウム合金が加熱されて蒸発することによって前記付着物を除去する、マグネシウム合金からなる成形品のクリーニング方法を提供することによって解決される。
【００１２】
前記成形品が使用後の自動車部品であることが好適であり、前記自動車部品がシリンダーヘッドカバー、インテークマニホールド、トランスミッションケース、オイルパン又はエンジンブロックであることがより好適である。
【００１３】
本発明のクリーニング方法において、前記成形品の表面に付着している炭化していない付着物を予め除去した後に、前記成形品の表面に残存して付着している炭化した付着物にレーザ照射することが好適である。
【００１４】
以上のような方法によりクリーニングしたマグネシウム合金からなる成形品を、加熱溶融してから冷却する、マグネシウム合金からなるインゴットの製造方法が本発明の好適な実施態様である。また、マグネシウム合金からなる成形品の表面に付着している炭化した付着物に、レーザ光を照射して前記付着物を除去することによりクリーニングしたマグネシウム合金からなる成形品を、加熱溶融してから冷却する、マグネシウム合金からなるインゴットの製造方法も本発明の好適な実施態様である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マグネシウム合金からなる成形品から炭化した付着物を容易に除去することができ、リサイクル性に優れ、しかも環境負荷が小さいマグネシウム合金からなる成形品のクリーニング方法が提供される。したがって、このような方法によりクリーニングしたマグネシウム合金からなる成形品は、マグネシウム合金からなるインゴットの製造に好適に供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１における、シリンダーヘッドカバー表面の黒色の付着物の赤外吸収スペクトルである。
【図２】実施例１における、レーザ照射後のシリンダーヘッドカバーの外観写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のマグネシウム合金からなる成形品のクリーニング方法は、マグネシウム合金からなる成形品の表面に付着している炭化した付着物に、レーザ光を照射して前記付着物を除去するものである。
【００１８】
クリーニングに供される成形品は、表面に炭化した付着物が付着したマグネシウム合金からなる成形品である。マグネシウム合金からなる成形品であれば特に限定はなく、マグネシウム合金は表面処理されていても構わない。マグネシウム合金からなる成形品としては、自動車、航空機、船舶又は鉄道車両などの輸送機械に使用される成形品、ノートパソコンや携帯電話などの電子機器に使用される成形品などが例示される。マグネシウム合金は成形品の一部にのみ使用されていてもよい。炭化した付着物は、成形品の全面に付着していてもよいし、部分的に付着していてもよい。マグネシウム合金としては、マグネシウムを主成分とするものであればよく、マグネシウム元素の含有量は、通常５０重量％以上であり、好適には８０重量％以上である。また、通常９９重量％以下である。マグネシウム合金としては、Ｍｇ−Ａｌ系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｃａ系合金、Ｍｇ−希土類元素系合金、Ｍｇ−Ｚｎ−希土類元素系合金などが挙げられる。
【００１９】
マグネシウム合金からなる成形品に付着した炭化した付着物は、その少なくとも一部が炭化していればよい。ここでいう、炭化した付着物とは、例えば、成形品表面に付着した有機物が加熱分解されて炭化したものや大気中の煤などが付着したものである。前記有機物としては、潤滑油、切削油又は防錆油などの機械油などが例示される。潤滑油としては、オイルやグリースなどが例示される。付着した有機物が加熱分解されて炭化した場合、当該付着物はマグネシウム合金に対して強固に付着する。このようにして付着した炭化した付着物は溶剤に対して不溶であり、加熱して分解させることも困難である。
【００２０】
本発明のクリーニング方法に供される前記成形品が使用後の自動車部品であることが好適である。使用後の自動車部品には、オイルやグリースなどの潤滑油や排気ガス中の煤が付着するものが多い。さらに、前記自動車部品がシリンダーヘッドカバー、インテークマニホールド、トランスミッションケース、オイルパン又はエンジンブロックであることがより好適である。このような部品は使用中高温であることから、長期間使用された後は、当該部品に付着した潤滑油の一部は炭化して、マグネシウム合金表面に強固に付着している。本発明のクリーニング方法によれば、このような付着物を容易に除去することができる。
【００２１】
マグネシウムからなる成形品に付着した炭化した付着物はレーザ光を照射することによって簡便に除去される。付着物は炭化していることによって、レーザ光を効率よく吸収する。よって、レーザ照射された炭化した付着物はレーザ光を吸収して瞬時に高温になり、当該付着物と接する成形品表面のマグネシウム合金が加熱され蒸発する。このとき、当該付着物はマグネシウム合金が蒸発することによって、同時に成形品表面から脱離してマグネシウム合金から除去される。マグネシウム合金表面が表面処理されていた場合においても、炭化した付着物がレーザ光を効率よく吸収することで、表面処理層及びその下のマグネシウム合金が加熱され、マグネシウム合金が蒸発することで、表面処理層及び当該付着物が除去される。マグネシウム合金は他の金属に比べ沸点が低い（約１１００℃）ので、少ないエネルギー量で効率よく付着物を除去することができる。
【００２２】
本発明で使用するレーザの種類としては、ガスレーザ、固体レーザ、半導体レーザなどの公知のいずれも用いることができ、特に限定されない。また、レーザ光は１つの波長からなるものに限らず、２以上の波長が混合されたものであってもよい。レーザ光の波長は特に制限されないが、３５０〜１１０００ｎｍであることが好適である。炭化した付着物は当該波長領域のレーザ光を効率良く吸収する。レーザ光の波長が５００〜１１００ｎｍであることがより好適である。
【００２３】
本発明ではレーザをパルス照射することによって、さらに効率良く炭化した付着物を除去することができる。パルス照射することにより、低出力のレーザであっても、瞬時に炭化した付着物を加熱して、付着物を除去することができる。したがって、レーザマーカのような、低出力で、走査精度が高く、比較的安価なものを用いることもできる。
【００２４】
レーザの走査方法は特に限定されないが、クリーニングされる成形品を固定してレーザ光を走査する方法、レーザ光を固定してクリーニングされる成形品を動かす方法、あるいはレーザ光を走査すると同時にクリーニングされる成形品も動かす方法などが採用できる。レーザ光の照射角度は除去する付着物にエネルギーが十分に伝達される範囲においては特に制限されない。照射エネルギーの制御は電流、電圧のいずれによる制御も採用できるし、パルス照射する場合にはその周波数やデューティー比によっても制御することができる。パルス照射の場合には、パルス周波数を変えることにより、パルス１回あたりのエネルギー量が変化することになる。すなわち、単位時間当たりのエネルギー量が一定であれば、パルス周波数が低いほど、パルス１回あたりのエネルギーは高くなる。レーザ光の強度は、付着物と接するマグネシウム合金が蒸発するのに必要な強度であればよい。
【００２５】
本発明のクリーニング方法において、前記成形品の表面に付着している炭化していない付着物を予め除去した後に、前記成形品の表面に残存して付着している炭化した付着物にレーザ照射することが好適である。例えば、クリーニングする成形品が自動車部品である場合においては、炭化していない潤滑油などが大量に付着している場合も多い。このような場合、予め炭化していない付着物を除去してから、残存する炭化した付着物にレーザ照射することで、マグネシウム合金からなる成形品を効率良くクリーニングすることが可能である。また、レーザ照射時に発生する飛散物を減少させる効果もある。炭化していない付着物を除去する方法としては特に制限されないが、成形品を溶剤、酸、アルカリ又は界面活性剤入りの水に浸漬させて付着物を溶解除去する方法、スチーム洗浄、布などを用いて拭き取る方法又は焼成する方法などが例示される。前記溶剤としては、灯油、軽油、トルエン、キシレン、アセトン、アルコールなどが例示される。
【００２６】
本発明のクリーニング方法によりクリーニングしたマグネシウム合金からなる成形品をインゴットの製造に供することが、本発明の好適な実施態様である。レーザ照射によりマグネシウム合金から予め炭化した付着物を除去することにより、溶融したマグネシウム合金中への不純物の混入が大幅に低減される。したがって、品質のよいインゴットの製造が可能である。なお、本発明の発明者らの検討結果によれば、シリンダーヘッドカバーを灯油に浸漬してバブリングした後、スチーム洗浄を行い、加熱乾燥したものをインゴットへ再生しようと試みた結果、溶炉の鍋上部から取り出したマグネシウム合金から製造したインゴットが低品質であった。通常、回収したマグネシウム合金からなる成形品からインゴットを製造する場合には、高比重金属が混入しやすい鍋下部から取り出したマグネシウム合金から得られるインゴットの品質は低いが、鍋上部から得られたものは高品質であることが知られている。しかしながら、炭化物を含有する場合には溶炉の鍋上部から取り出したマグネシウム合金から製造したインゴットが低品質であった。このようなことからも、マグネシウム合金からなる成形品を再生するためには炭化した付着物を十分に除去することが重要であるということが分かる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。本実施例中での試験方法は以下の方法に従って行った。
【００２８】
（１）付着物の化学組成分析
日本電子株式会社製Ｘ線マイクロアナライザー「ＪＸＡ−８５００ＦＳ」を用いて、付着物の化学組成の分析を行った。測定は、加速電圧１５ｋＶ、試料照射電流１×１０−８Ａ、プローブ径５０μｍの条件で行った。
【００２９】
（２）付着物の赤外吸収スペクトル測定
株式会社パーキンエルマージャパン社製赤外分光光度計「ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ３００」を用いて、付着物の赤外吸収スペクトルを測定した。測定はＡＴＲ（減衰全反射）法で行い、直径約１ｍｍの領域を測定した。
【００３０】
実施例１
ＡＳＴＭ  ＡＺ９１Ｄのマグネシウム合金からなるシリンダーヘッドカバーを試験に供した。まず、シリンダーヘッドカバーを灯油に１０分間浸漬しながら振動を加え表面に付着している埃や潤滑油を除去した。このとき、シリンダーヘッドカバー表面には、黒色の付着物がほぼ全面にわたって残存していた。当該付着物の化学構造を同定するため、付着物の化学組成分析及び赤外吸収スペクトル測定を行った。付着物の化学組成分析は、シリンダーヘッドカバー表面の黒色の付着物が付着しているφ２００μｍの領域を測定して行った。測定結果の一例として、ある１つの領域では、炭素原子７１重量％、酸素原子１８重量％、マグネシウム原子４重量％及びアルミニウム原子３重量％と微量のリン原子と硫黄原子が検出された。その他の測定領域においても、マグネシウム合金成分であるマグネシウム原子及びアルミニウム原子を除いて計算した化学組成は、炭素原子が６０重量％以上を占めていた。シリンダーヘッドカバー表面の黒色の付着物の赤外吸収スペクトルの一例を図１に示す。測定したスペクトルでは、通常有機化合物の官能基に由来する吸収が見られる４０００ｃｍ−１〜１３００ｃｍ−１の領域に、官能基に由来すると見られる特徴的なピークは確認されなかった。通常シリンダーヘッドカバーに付着する付着物は、オイルなどの潤滑油であり、その基本成分は、飽和炭化水素又はその誘導体であるが、その場合に見られる炭素−水素結合に由来する２９００ｃｍ−１付近の強い吸収も当該スペクトルでは確認されなかった。これらの結果から、当該付着物は炭素原子が主成分であり、なおかつ官能基や炭素−水素結合に由来する赤外吸収はほとんど見られないことから、付着物の大部分が炭化していることがわかる。
【００３１】
上記の炭化した付着物が付着したシリンダーヘッドカバーにレーザ光を照射した。レーザ装置は、ミヤチテクノス株式会社製のＹＶＯ４レーザマーカ（波長１０６４ｎｍ）を使用した。レーザ光線のスポット径が５０〜６０μｍ、照射距離が１３０ｍｍになるようにセッティングした。出力は２４Ａ、走査速度１００ｍｍ／ｓｅｃで照射した。レーザ照射に際しては、直線で走査し、走査方向に対して直角方向に５０μｍずつ移動させながら、縦３ｃｍ×横３ｃｍの領域に照射した。当該領域に対して、レーザ照射は２回行い、１度目の照射をパルス周波数５０ｋＨｚで行い、２度目の照射をパルス周波数１ｋＨｚで行った。レーザ照射後のシリンダーヘッドカバーの外観写真を図２に示す。当該写真から分かるように、レーザ照射により、炭化した付着物は除去されていた。
【００３２】
比較例１
溶剤などを用いてシリンダーヘッドカバーのクリーニングを行った例である。試験には、アセトン、キシレン、灯油、軽油、水酸化ナトリウム及び塩酸を用いた。実施例１と同様の炭化した付着物が付着したシリンダーヘッドを上記の各液体に４８時間浸漬した後、必要に応じて水洗して、乾燥させた。アセトン、キシレン、灯油及び軽油に浸漬した場合、炭化した付着物は全く除去されなかった。水酸化ナトリウムに浸漬した場合でも、当該付着物は全く溶解されなかった。塩酸に浸漬した場合には、シリンダーヘッド表面から発泡して発熱したため、試験を中断した。
【図１】
0005429741.tif 000002
【図２】
0005429741.tif 000003