(57)【要約】      （修正有）【課題】浴液を満たした槽内に鋼帯を通板させながら洗浄あるいはめっきする装置において、超音波による洗浄促進あるいはめっき促進を安定化させる装置を提供する。【解決手段】浴液中に発生する気泡を押しのけて超音波が形成する気泡のない領域９（超音波フレーム領域）を鋼帯が搬送されるような位置に設置した超音波振動板８と、浴液の随伴流れと反転流れとを分離する流路隔壁１０と、を有することを特徴とする鋼帯を洗浄または電気めっきする装置。【選択図】図５ａ
2006193769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴液を満たした槽内に鋼帯を通板させながら洗浄する装置において、浴液中の超音波フレーム領域内を鋼帯が搬送されるように設置した超音波振動板と、浴液の随伴流れと反転流れとを分離する流路隔壁と、を有することを特徴とする鋼帯の洗浄装置。
【請求項２】
浴液が酸洗液であることを特徴とする請求項１記載の酸洗装置。
【請求項３】
浴液が電清液であり、鋼帯と平行に電極を配置することを特徴とする請求項１記載の電清装置。
【請求項４】
浴液が洗浄液であることを特徴とする請求項１記載の超音波酸洗装置。
【請求項５】
洗浄液が洗剤を水で希釈した液であることを特徴とする請求項４記載の超音波酸洗装置。
【請求項６】
洗浄液が水またはリンス液であることを特徴とする請求項１記載の超音波酸洗装置。
【請求項７】
浴液を満たした槽内に鋼帯を通板させながらめっきする装置において、浴液中の超音波フレーム領域内を鋼帯が搬送されるように設置した超音波振動板と、浴液の随伴流れと反転流れとを分離する流路隔壁と、を有することを特徴とする鋼帯の電気めっき装置。
【請求項８】
浴液がめっき液であり、鋼帯と平行に電極を配置することを特徴とする請求項７記載の電気めっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて鋼帯を浴液中に通板させて、酸洗、電清、めっきまたは洗浄する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、洗浄液を満たした槽内に鋼帯を通板させながら洗浄する洗浄装置および電気めっき装置において、超音波振動板を鋼帯に対向させて設置して超音波を鋼帯に到達させ、洗浄の必要時間を短縮するという意味で、洗浄促進させる研究をして、特許文献１として、通板材の随伴流が形成する境界層内に超音波振動板を設置する方法や、特許文献２として、槽内の気泡を除去する方法を種々提案してきたが、超音波による洗浄あるいはめっき促進の度合いは一定でなく、効果がまだ不安定であった。他にも超音波を用いた洗浄あるいはめっき連続ラインの促進方法が提案されているが、実機化されている例はほとんどない。発明者らは、これらが、気泡の通板材への再付着によりうまくいかなかったことを初めて知見した。その他の例も同じような原因で良好には行かなかった。
【０００３】
たとえば、特許文献３では、処理液を板の接線方向に噴出し、気泡を鋼帯から脱離させる装置が開示されているが、気泡が再付着する問題があった。また、特許文献４では、薄板の随伴流を遮る堰部材を設置し、乱流を発生させる装置が開示されているが、反転流中の気泡が再付着し、安定的に酸洗促進されないという問題があった。また、上下の囲いがコスト高となった。更に、特許文献５では、移動体を金属帯に沿って逆向きに移動させキャビテーションを発生させ酸洗を促進させる装置が開示されているが、境界層の気泡が脱離しない問題があった。特許文献６では、鋼帯の搬送路の上下に円筒形の障害物を設置し、鋼帯表面に発生した水素気泡を引き離す装置が開示されているが、脱離した気泡が再付着する問題があった。
【特許文献１】特開２０００−２５６８８６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４２６９号公報
【特許文献３】特開平９−５９８００号公報
【特許文献４】特開平３−２６７３８８号公報
【特許文献５】特開２０００−３０９８９１号公報
【特許文献６】特開平８−１７６８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の背景技術に鑑み、浴液を満たした槽内に鋼帯を通板させながら洗浄する洗浄装置および電気めっき装置において、超音波を用いて、不安定な状況を招かずに、洗浄効果またはめっき効果の効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明者は槽内の気泡に関して広く研究を行い、これにより以下の発明を完成させた。
（１）浴液を満たした槽内に鋼帯を通板させながら洗浄する装置において、浴液中の超音波フレーム領域内を鋼帯が搬送されるように設置した超音波振動板と、浴液の随伴流れと反転流れとを分離する流路隔壁と、を有することを特徴とする鋼帯の洗浄装置。
（２）浴液が酸洗液であることを特徴とする（１）記載の酸洗装置。
（３）浴液が電清液であり、鋼帯と平行に電極を配置することを特徴とする（１）記載の電清装置。
（４）浴液が洗浄液であることを特徴とする（１）記載の超音波酸洗装置。
（５）洗浄液が洗剤を水で希釈した液であることを特徴とする（４）記載の超音波酸洗装置。
（６）洗浄液が水またはリンス液であることを特徴とする（１）記載の超音波酸洗装置。
（７）  浴液を満たした槽内に鋼帯を通板させながらめっきする装置において、浴液中の超音波フレーム領域内を鋼帯が搬送されるように設置した超音波振動板と、浴液の随伴流れと反転流れとを分離する流路隔壁と、を有することを特徴とする鋼帯の電気めっき装置。
（８）浴液がめっき液であり、鋼帯と平行に電極を配置することを特徴とする（７）記載の電気めっき装置。
なお、超音波フレーム領域とは超音波振動板からの超音波が気泡を押しのけて形成する気泡のない領域と定義する。肉眼ではめらめらとした炎のように見えるのでフレームという言葉を充てた。また、リンス液とはすすぎ液を指す。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の（１）および（７）では、浴液中に発生する気泡を押しのけて超音波が形成する気泡のない領域を鋼帯に接近させる位置に設置した超音波振動板と、浴液の随伴流れと反転流れとを分離する流路隔壁とが有るので、反転流れの中にある気泡が随伴流れの中に入り込まず、これにより、超音波振動が気泡にほとんど邪魔されることなく鋼帯に伝わり、安定的に超音波振動による効果を引き出すことができる。本発明の（２）〜（６）および（８）については、浴液を限定したものであり、浴液がそれぞれ、酸洗液ならば酸洗で効果があり、電清液ならば電清に効果があり、めっき液ならばめっき、洗浄液ならば洗浄、のそれぞれの工程において、本発明の（１）および（７）にある効果がある。したがって、浴液を満たした槽内に鋼帯を通板させながら洗浄する洗浄装置および電気めっき装置において、超音波を用いて、不安定な状況を招かずに、洗浄効果またはめっき効果の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明者らは、超音波による洗浄促進あるいはめっき促進を安定化させる条件を明らかにする目的で、洗浄槽内あるいはめっき槽内を観察したところ、超音波は槽内に存在する気泡によって不安定となっていることを解明した。つまり、気泡は通板による境界層により吸引されており、邪魔板などで境界層を破壊しても、すぐ再付着をすることがわかった。気泡の供給は、洗浄あるいはめっき時に発生した気泡だけでなく、液面に浮上しなかった反転流中の気泡も多かった。この気泡の濃度の揺らぎが超音波の洗浄面への到達の不安定性の原因である。
【０００８】
一方、超音波が発生している超音波振動板の近傍では気泡がなくなる領域（超音波フレーム領域）が形成されており、その領域では気泡がないため、超音波が安定して鋼帯に到達し、洗浄あるいはめっきが促進されることがわかった。つまり、洗浄あるいはめっきに伴い超音波フレーム領域を鋼帯が搬送させるような位置に設置することにより、超音波による洗浄あるいはめっき促進効果を安定化させることができた。さらに、洗浄に伴い発生する気泡を押しのけて超音波が形成する気泡のない領域に電解電極を設置すると、電解洗浄の電気抵抗が低減し、電流が流れ、電解洗浄も安定に行えた。
【０００９】
また、超音波が形成する超音波フレーム領域は、気泡量と超音波振動板の面積に依存し、気泡濃度が１％程度以上で超音波領域が消滅することがわかった。気泡濃度が１％程度以上の場合、超音波の鋼帯への到達はほとんど見込めないので、槽内の気泡濃度を低減させる必要がある。さらに悪いことには、気泡は通板による境界層により吸引されており、邪魔板などで境界層を破壊しても、すぐ再付着をするだけでなく、液面に浮上しなかった反転流中の気泡が通板による境界層により再吸引されることを知見した。この場合、通板鋼帯による洗浄液の随伴流れと反転流れを分離する流路を設置することにより、反転流中の気泡が液面に浮上し、槽内の気泡濃度が低減でき、超音波による洗浄促進効果を安定化させることができた。
【実施例】
【００１０】
図１（ａ）は、従来の洗浄槽内の気泡の状況を示した図である。３ｍ幅、１０ｍ長さ、液深０．６ｍの洗浄槽１内の液７に０．１％濃度の気泡２がある場合、６０ｍｐｍで通板されている鋼帯３の上下面には随伴流れが形成する数ｃｍの厚さの境界層４が発達しており、そのあたりで圧力が低圧となっている。その境界層の低圧部により液中の気泡が吸引されており、邪魔板などで境界層を破壊しても、すぐ再付着していた。気泡径は３０μｍ程度であるため浮上時間が長く、通板鋼帯表面への気泡の供給は、洗浄時に発生した気泡だけでなく、液面に浮上しなかった反転流５中の気泡も多い。
図１（ｂ）は、従来の電気めっき槽内の気泡の状況を示した図である。２ｍ幅、１ｍ長さ、液深２ｍで、電極６が設置されている。この場合も槽１内に０．１％濃度の気泡２がある場合、６０ｍｐｍで通板されている鋼帯３の前後面には随伴流れが形成する数ｃｍの厚さの境界層４が発達しており、そのあたりで圧力が低圧となっている。その境界層の低圧部により液中の気泡が吸引されており、邪魔板などで境界層を破壊しても、すぐ再付着していた。気泡径は３０μｍ程度であるため浮上時間が長く、通板鋼帯表面への気泡の供給は、電気めっき時に発生した気泡だけでなく、液面に浮上しなかった反転流５中の気泡も多い。
【００１１】
図２（ａ）は、超音波フレーム領域が発生している超音波振動板の近傍の状況を示した図である。縦３００ｍｍ、横３００ｍｍ、投入電力１２００Ｗの超音波振動板８を通板材３の下方に上に向けて設置し、気泡濃度０．１％の洗浄液７中に超音波を発生させると超音波振動板の近傍３００ｍｍまでフレーム状の気泡がなくなる領域（超音波フレーム領域）９が出来た。その領域では気泡がないため、超音波が安定して鋼帯に到達し、安定して洗浄が促進された。
図２（ｂ）は、上下に通板されている通板材近くに超音波フレーム領域が発生している超音波振動板の近傍の状況を示した図である。縦３００ｍｍ、横３００ｍｍ、投入電力１２００Ｗの超音波振動板８を上下に通板されている通板材３に対面するように設置し、気泡濃度０．１％の洗浄液７中に超音波を発生させると超音波振動板の近傍３００ｍｍまで超音波フレーム領域９が出来た。その領域は電極６を通り抜けて形成されており、気泡がないため、超音波が安定して鋼帯に到達し、安定して洗浄が促進された。
図２（ｃ）は、電解電極あるいは電気めっき電極に対面して上下に通板されている通板材近くに超音波フレーム領域が発生している超音波振動板の近傍の状況を示した図である。縦３００ｍｍ、横３００ｍｍ、投入電力１２００Ｗの超音波振動板８を上下に通板されている通板材３に対面するように設置し、気泡濃度０．１％の洗浄液７中に超音波を発生させると超音波振動板の近傍３００ｍｍまで超音波フレーム領域９が出来た。その領域は電極６を通り抜けて形成されており、気泡がないため、超音波が安定して鋼帯に到達し、電解洗浄の電気抵抗が低減し、電流が流れ、電解洗浄も安定に行えた。
【００１２】
図４は、気泡濃度と気泡を押しのけて超音波が形成する気泡のない領域の長さの関係を示した図である。超音波が形成する気泡のない領域は、気泡量と超音波振動板の面積に依存し、気泡濃度が１％程度以上でその領域が消滅することがわかった。気泡濃度が１％程度以上の場合、超音波の鋼帯への到達はほとんど見込めないので、槽内の気泡濃度を低減させる必要がある。
【００１３】
図３（ａ）は、従来の横方向の通板材への気泡の供給メカニズムを説明する図である。気泡２は通板による境界層により吸引されており、邪魔板などで境界層を破壊しても、すぐ再付着をするだけでなく、液面に浮上しなかった反転流中の気泡が通板による境界層により再吸引される。図３（ｂ）は、従来の上下方向の通板材への気泡の供給メカニズムを説明する図である。電極６には通板材の随伴流に伴い発生する低圧部で電極に引き寄せられて接触しないように、液を取り入れる穴が開いている。この穴を通って、気泡が入り込むことがあり、このため、超音波の通板材表面への到達が不安定となった。
【００１４】
図５（ａ）は、本発明の横方向の通板材への気泡の供給を遮断する説明図である。通板方向に鋼帯による洗浄液の随伴流れが鋼帯を取り囲むように発生し、槽１の端で方向を１８０度反転し、随伴流れの外側の鋼帯から見て下、左、右に反転流が生じている。この随伴流れと反転流れの境目の鋼帯から見て下、左、右に隔壁１０を設置する。超音波振動板８は鋼帯３の下方かつ隔壁１０の上方に設置する。図５（ｂ）は、本発明の上下方向の通板材への気泡の供給を遮断する説明図である。上向きに通板されている場合、鋼帯による洗浄液の随伴流れが鋼帯を取り囲むように上向きに発生し、水面で方向を１８０度反転し、随伴流れの外側の鋼帯から見て随伴流れの外側、左、右に下向きの反転流が生じている。この随伴流れと反転流れの境目の鋼帯から見て随伴流れの外側、左、右に隔壁１０を設置する。超音波振動板８は電極６と隔壁１０の間に電極の方向に超音波を出力する方向を向けて設置する。下向きに通板されている場合、鋼帯３による洗浄液７の随伴流れが鋼帯を取り囲むように下向きに発生し、水底で方向を１８０度反転し、随伴流れの外側の鋼帯から見て随伴流れの外側、左、右に上向きの反転流が生じている。この随伴流れと反転流れの境目の鋼帯から見て随伴流れの外側、左、右に隔壁１０を設置する。超音波振動板８は電極６と隔壁１０の間に電極の方向に超音波を出力する方向を向けて設置する。通板鋼帯による洗浄液の随伴流れと反転流れを分離する隔壁１０を設置することにより、反転流中の気泡２が通板材へ吸引されることなく液面に浮上し、槽内の気泡濃度が低減でき、超音波による洗浄促進効果を安定化させることができた。
【００１５】
図６は、本発明の横方向の通板材への気泡の供給を遮断する位置関係の異なる装置の説明図である。通板方向に鋼帯による洗浄液の随伴流れが鋼帯を取り囲むように発生し、槽１の端で方向を１８０度反転し、鋼帯の浸漬深さが深い場合、随伴流れの外側の鋼帯から見て上、下、左、右に反転流５が生じている。この随伴流れと反転流れの境目の鋼帯から見て上、下、左、右に隔壁１０を設置する。超音波振動板８は鋼帯３の下方かつ隔壁１０の上方に設置する。通板鋼帯による洗浄液の随伴流れと反転流れを分離する隔壁１０を設置することにより、反転流中の気泡２が通板材３へ吸引されることなく液面に浮上し、槽内の気泡濃度が低減でき、超音波による洗浄促進効果を安定化させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は、従来の洗浄槽内の気泡の状況の全体図と通板材の近傍の拡大図を示した図である。（ｂ）は、従来の電気めっき槽内の気泡の状況の全体図と通板材の近傍の拡大図を示した図である。
【図２】（ａ）は、超音波フレーム領域が発生している超音波振動板の近傍の状況を示した図である。（ｂ）は、上下に通板されている通板材近くに超音波フレーム領域が発生している超音波振動板の近傍の状況を示した図である。（ｃ）は、電解電極あるいは電気めっき電極に対面して上下に通板されている通板材近くに超音波フレーム領域が発生している超音波振動板の近傍の状況を示した図である。
【図３】（ａ）は、従来の横方向の通板材への気泡の供給メカニズムを説明する図である。（ｂ）は、従来の上下方向の通板材への気泡の供給メカニズムを説明する図である。
【図４】気泡濃度と気泡を押しのけて超音波が形成する気泡のない領域（超音波フレーム領域）の長さ（超音波の到達距離）の関係を示した図である。
【図５ａ】（ａ）は、本発明の横方向の通板材への気泡の供給を遮断する説明図であり、（ａ−１）側面図、（ａ−２）平面図、（ａ−３）正面図。
【図５ｂ】（ｂ）は、本発明の上下方向の通板材への気泡の供給を遮断する説明図（側面図、平面図、正面図）であり、（ｂ−１）側面図、（ｂ−２）平面図、（ｂ−３）正面図。
【図６】本発明の横方向の通板材への気泡の供給を遮断する位置関係の異なる装置の説明図であり、（ａ）側面図、（ｂ）平面図、（ｃ）正面図。
【符号の説明】
【００１７】
１    洗浄槽                              ２    気泡
３    鋼帯                                ４    随伴流れが形成する境界層
５    反転流                              ６    電極
７    洗浄液                              ８    超音波振動板
９    超音波振動板からの超音波が気泡を押しのけて形成する気泡のない領域（超音波フレーム領域と定義）
１０    通板鋼帯による洗浄液の随伴流れと反転流れを分離する隔壁
１１    流速分布                          １２    シンクロール
【図１】
2006193769.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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