(57)【要約】 【課題】金属表面の付着物に対する洗浄能力が十分高く、大気等の環境に排出しても環境を汚染せず、大型の設備を必要としない金属部材の表面処理方法および表面処理装置を提供する。【解決手段】加熱および加圧された水を自己生成２流体ノズル１０１から金属条１ａの表面に噴射して、加熱および加圧された水を常圧下にて沸騰させることにより気液２流体（自己生成２流体）を生成し、金属条１ａの表面の油状物質を除去するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱および加圧された水を常圧下にて沸騰させることにより得られた気液２流体（自己生成２流体）を用いて、金属部材の表面の油状物質を除去することを特徴とする金属部材の表面処理方法。
【請求項２】
前記加熱および加圧された水の圧力は、０．４５ＭＰａ以下である請求項１記載の金属部材の表面処理方法。
【請求項３】
前記気液２流体の温度が４０℃以上である請求項１記載の金属部材の表面処理方法。
【請求項４】
前記気液２流体は、水蒸気と水とからなり、水の液滴径が１μｍ〜１００μｍである請求項１〜３いずれかに記載の金属部材の表面処理方法。
【請求項５】
金属部材の表面の油状物質を除去する金属部材の表面処理装置であって、加熱および加圧された水を常圧下にて沸騰させることにより気液２流体（自己生成２流体）を発生させる自己生成２流体発生手段と、前記気液２流体（自己生成２流体）を前記金属部材に接触させて表面処理を行う表面処理室とを備えることを特徴とする金属部材の表面処理装置。
【請求項６】
前記自己生成２流体発生手段は、水を加圧加熱する水加圧加熱供給手段と、水加圧加熱供給手段に接続され、気液２流体（自己生成２流体）を発生させる自己生成２流体ノズルとからなり、水加圧加熱供給手段で加熱および加圧された水が、前記自己生成２流体ノズルにより噴出する際に、噴射された加熱加圧水とその圧力低下に伴う沸騰により生成される蒸気とで自己生成２流体を生成して金属部材の表面に噴射する請求項５に記載の金属部材の表面処理装置。
【請求項７】
前記水加圧加熱供給手段は、水を主成分とする液体を電気分解する電解槽を含み、該電解槽内の電気分解で生じた陽極側または陰極側のうち選択された一方の電解イオン水を、自己生成２流体ノズルに供給し、他方の電解イオン水と前記金属部材に接触させて表面処理を行った後の一方の電解イオン水とを混合して排出する混合器を備える請求項５または６に記載の表面処理装置。
【請求項８】
前記自己生成２流体ノズルは、加圧加熱された水を噴射する噴射部とその噴射部で噴射された前記気液２流体（自己生成２流体）の噴射パターンの拡がりを規制する整流壁ノズルとからなる請求項５〜７のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記水加圧加熱供給手段で、前記加熱および加圧する水の圧力は、０．４５ＭＰａ以下である請求項５〜８のいずれかに記載の金属部材の表面処理装置。
【請求項１０】
金属部材の表面に噴射される前記気液２流体の温度が４０℃以上であることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の金属部材の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅をはじめとする金属材料、特に条材、線材等の金属部材の製造時の金属部材の表面処理方法および表面処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銅条ならびに銅線をはじめとする金属条、金属線の製造方法は、原料銅線を冷間圧延により所定の断面形状に加工した後、表面の付着物を洗浄処理により除去する。表面の付着物としては、圧延加工に用いる潤滑油や、圧延加工の際に発生する金属粉（銅粉）などがある。
【０００３】
図１３は、従来の金属部材の表面処理装置を示し、洗浄前の金属条リール１からの金属条１ａがアンコイラ１１から送出され、洗浄用の表面処理室２１を通して表面が洗浄されて金属条１ａの表面の付着物が除去され、乾燥処理室２２で乾燥されたのちリコイラ１２のリール２に巻き取られる。
【０００４】
従来、表面処理室２１での付着物の除去方法として、たとえば非特許文献１に開示されているように、有機溶剤に浸漬することにより潤滑油を溶解して除去する技術（従来技術１）がある。非特許文献１には、液中において被洗浄物に超音波を照射することにより微粒子を除去する技術（従来技術２）も示されている。
【０００５】
また、特許文献１乃至６に記載されているような、２流体スプレーを照射する技術（従来技術３）がある。また、特許文献７乃至９に記載されているような、水蒸気と水からなる２流体スプレーを用いる技術（従来技術４）がある。また、特許文献１０に記載されているような、水蒸気と噴霧水を処理表面に向けて吐出する技術（従来技術５）がある。また、特許文献１１に記載されているような、高圧ジェットを用いる技術（従来技術６）がある。これらは必要に応じて組み合わせて用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２９５９７６３号公報
【特許文献２】特許３４９８８３７号公報
【特許文献３】特開平１０−１５６２２９号公報
【特許文献４】特開２００５−２９４８１９号公報
【特許文献５】特開２００５−１０９１１２号公報
【特許文献６】特開２００６−２５５６０３号公報
【特許文献７】特許３８６０１３９号公報
【特許文献８】特開２００１−２５０７７３号公報
【特許文献９】特開２００３−２４９４７４号公報
【特許文献１０】特開２００７−２１６１５８号公報
【特許文献１１】特開平１０−９２７０７号公報
【特許文献１２】特開２００３−１５４２０５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】すぐ使える洗浄技術（工業調査会、２００１年）、ｐ．２６２、ｐ．１３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術１にかかる問題点は、有機溶剤が揮発することに伴い作業環境や大気の汚染を引き起こす可能性があることである。
【０００９】
平成１７年改正の大気汚染防止法によれば、２０１０年までに揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ；以下ＶＯＣ）の発生量を２０００年度比で３０％削減することが求められている。
【００１０】
銅条ならびに銅線は全長が長く、リール等に巻いてもリールの直径ならびに幅が大きいため、材料全体を密閉した装置内に収納することが困難である。
【００１１】
そのため一般には、装置外部に設置された送り出し装置に銅条や銅線のリールを設置し、導入口から装置内部に導入されて処理された後、排出口から装置外部に送り出され、装置外部に設置された巻取り装置等により新たなリールに巻き取られる。
【００１２】
すなわち、図１３で説明したように、表面処理室２１の装置内部は導入口ならびに排出口という少なくとも２つの開口部を介して装置外部の大気と通じており、密閉できない。従って、有機溶剤を回収するためには表面処理室２１の開口部から有機溶剤が漏洩しないような大風量で吸引する設備を導入する必要があり、またさらに、回収した有機溶剤の処理作業が発生するという、新たな課題が生じる。
【００１３】
この対策として、有機溶剤を用いずに水を用いる場合には、金属表面が酸化されるという新たな問題が生じる。銅をはじめとする金属材料の表面が酸化されると、その後の、たとえば樹脂のコーティング工程において樹脂と金属との密着性が低下したり、また例えばめっき工程においてピットと呼ばれる孔が生成するなどの問題が発生する。
【００１４】
従来技術２にかかる問題点は、洗浄能力が必ずしも十分高くはないことである。洗浄能力の向上を目的として超音波出力を増加させると、超音波振動子が破損する可能性が高くなり、装置管理にコストがかかるという新たな問題が生じる。
【００１５】
従来技術３にかかる問題点は、気体と液体が接触することに伴い液体が蒸発し、蒸発潜熱を奪われ、温度が低下することである。一般に温度が高いほど液体の粘性が低下するので、汚染物質の洗浄液中への拡散も温度が高いほど速い。従って、洗浄能力を高めるためには洗浄液の温度を高くすることが有効であるが、従来技術３を用いると高温化が困難である。また、大量の気体を消費するため排気設備を大型化しなければならないという問題も有する。
【００１６】
従来技術４及び５にかかる問題点は、洗浄能力が不十分であることである。特許文献７乃至１０のいずれにも、金属部材に付着した圧延加工油など油性液体の除去については開示されていない。特許文献８及び９には、レジストの除去方法が開示されており、これを例にとると、除去に必要な最低時間は、例えば特許文献９の図５からは、３０秒以上と読み取ることができるが、洗浄対象の銅条をはじめとする金属条は、一般に低速のものでも１０ｍ／分、高速のものでは１００ｍ／分を超える速度で走行しながら、洗浄処理される。３０秒の洗浄時間が必要であれば、洗浄ゾーンの長さが最低でも５ｍ必要となり、設備は大型化し投資の増大を招く。
【００１７】
従来技術６にかかる問題点は、大規模な装置が必要となることである。特許文献１１には５ＭＰａ以上に加圧した洗浄液を被洗浄表面に向けて吐出する方法が開示されているが、この圧力にまで加圧するための大型設備が必要となり、設備投資が増大する。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、かかる問題点に鑑み、金属表面の付着物に対する洗浄能力が十分高く、大気等の環境に排出しても環境を汚染せず、大型の設備を必要としない金属部材の表面処理方法および表面処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、加熱および加圧された水を常圧下にて沸騰させることにより得られた気液２流体（自己生成２流体）を用いて、金属部材の表面の油状物質を除去することを特徴とする金属部材の表面処理方法である。
【００２０】
請求項２の発明は、前記加熱および加圧された水の圧力は、０．４５ＭＰａ以下である請求項１記載の金属部材の表面処理方法である。
【００２１】
請求項３の発明は、前記気液２流体の温度が４０℃以上である請求項１記載の金属部材の表面処理方法である。
【００２２】
請求項４の発明は、前記気液２流体は、水蒸気と水とからなり、水の液滴径が１μｍ〜１００μｍである請求項１〜３いずれかに記載の金属部材の表面処理方法である。
【００２３】
請求項５の発明は、金属部材の表面の油状物質を除去する金属部材の表面処理装置であって、加熱および加圧された水を常圧下にて沸騰させることにより気液２流体（自己生成２流体）を発生させる自己生成２流体発生手段と、前記気液２流体（自己生成２流体）を前記金属部材に接触させて表面処理を行う表面処理室とを備えることを特徴とする金属部材の表面処理装置である。
【００２４】
請求項６の発明は、前記自己生成２流体発生手段は、水を加圧加熱する水加圧加熱供給手段と、水加圧加熱供給手段に接続され、気液２流体（自己生成２流体）を発生させる自己生成２流体ノズルとからなり、水加圧加熱供給手段で加熱および加圧された水が、前記自己生成２流体ノズルにより噴出する際に、噴射された加熱加圧水とその圧力低下に伴う沸騰により生成される蒸気とで自己生成２流体を生成して金属部材の表面に噴射する請求項５に記載の金属部材の表面処理装置である。
【００２５】
請求項７の発明は、前記水加圧加熱供給手段は、水を主成分とする液体を電気分解する電解槽を含み、該電解槽内の電気分解で生じた陽極側または陰極側のうち選択された一方の電解イオン水を、自己生成２流体ノズルに供給し、他方の電解イオン水と前記金属部材に接触させて表面処理を行った後の一方の電解イオン水とを混合して排出する混合器を備える請求項５または６に記載の表面処理装置である。
【００２６】
請求項８の発明は、前記自己生成２流体ノズルは、加圧加熱された水を噴射する噴射部とその噴射部で噴射された前記気液２流体（自己生成２流体）の噴射パターンの拡がりを規制する整流壁ノズルとからなる請求項５〜７のいずれかに記載の表面処理装置である。
【００２７】
請求項９の発明は、前記水加圧加熱供給手段で、前記加熱および加圧する水の圧力は、０．４５ＭＰａ以下である請求項５〜８のいずれかに記載の金属部材の表面処理装置である。
【００２８】
請求項１０の発明は、金属部材の表面に噴射される前記気液２流体の温度が４０℃以上であることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の金属部材の表面処理装置である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、自己生成２流体は、必要な洗浄能力が得られる温度にまで加熱可能であり、短時間で洗浄処理を完了することができ、しかも、ＶＯＣの発生を抑制でき、その結果、労働作業環境並びに大気汚染への影響をより抑えることができるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による銅条の表面処理方法を実施する表面処理装置を示す図である。
【図２】図１の装置を用いた実施例１の銅条洗浄の効果を示す図である。
【図３】図１の装置を用いた実施例２の銅条洗浄の効果を示す図である。
【図４】図１の装置を用いた実施例２における自己生成２流体ノズル先端からの距離に対する、２流体の温度を示す図である。
【図５】本発明の銅条の表面処理方法を実施する表面処理装置の他の実施形態を示す図である。
【図６】本発明において、自己生成２流体の圧力および温度が洗浄性能に及ぼす効果を示す図である。
【図７】本発明に用いる自己生成２流体ノズルとして、通常の１流体ノズルを用いたときの自己生成２流体を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施例４にかかる、整流壁ノズル部を有する自己生成２流体ノズルを用いた自己生成２流体を模式的に示す図である。
【図９】本発明の銅条の表面処理方法を実施する表面処理装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図１０】図９の装置を用いた実施例５にかかる、銅条洗浄の効果を示す図である。
【図１１】本発明において、一般のノズルを流体自己生成２流体ノズルとしてを用いた２流体の生成を模式的に示す図である。
【図１２】従来技術による銅条の洗浄方法を詳細に示す図である。
【図１３】従来技術による銅条の洗浄方法を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３２】
本発明は、水を主たる成分とする液体を、洗浄ゾーンの圧力（Ｐ１）以上の圧力（Ｐ０）に加圧するとともに、該液体を圧力Ｐ１における沸点以上かつ圧力Ｐ０における沸点以下に加熱し、該液体を被洗浄物である金属部材の表面に向けてノズルより吐出し、その際の圧力低下に伴う沸騰により液滴と水蒸気の混合体を形成するとともに、該沸騰過程での体積膨張によって、液滴を被洗浄物表面に向けて加速させ衝突させることにより、金属部材の表面に付着した圧延加工油など油性液体の除去が達成できる。
【００３３】
先ず、本発明による金属部材としての金属条（銅条）の洗浄方法を実施する表面処理装置を、図１に基づいて説明する。
【００３４】
リール１に巻かれている金属条１ａは、アンコイラ１１より送り出され、洗浄装置の導入口２１１より表面処理室２１の内部に入り、搬出口２１２より表面処理室２１の外部に出る。
【００３５】
この表面処理室２１の内部に入った金属条１ａが、自己生成２流体ノズル１０１と、その自己生成２流体ノズル１０１に水を加圧・加熱して供給する水加圧加熱供給手段１２０からなる自己生成２流体発生手段１００で表面処理されて、表面に付着した圧延加工油など油性液体が除去される。
【００３６】
この自己生成２流体発生手段１００を説明する。
【００３７】
表面処理室２１内には自己生成２流体ノズル１０１が配置される。水加圧加熱供給手段１２０は、自己生成２流体ノズル１０１に接続されている配管３１に、ヒーター１１５、流量調節バルブ１１１、流量計１１２、ポンプ１１３を介して水タンク１１４が接続されて構成される。ここで、ポンプ１１４および流量調節バルブ１１１を適切な値に設定することにより、水は洗浄ゾーンの圧力（Ｐ１）以上に加圧され送液される。このときの水の圧力をＰ０とする。また、ヒーター１１５を適切に機能させることにより、水はＰ１における沸点以上に加熱される。このようにして加熱および加圧された水は、自己生成２流体ノズル１０１より吐出するとともに圧力低下により沸騰し、水と水蒸気からなる気液２流体を自発的に生成する。即ち、通常の２流体のように液体と別に気体を導入させずとも、温度と圧力を適切に設定することにより自己生成的に気液２流体を生成することが可能である。
【００３８】
以下、このようにして生成した気液２流体を、自己生成２流体と称する。
【００３９】
自己生成２流体ノズル１０１から噴射された自己生成２流体が金属条１ａに噴射されることで、金属条１ａ表面の付着物が除去されて、その下方の受け皿２２０に溜まり、受け皿２２０より適宜排水される。
【００４０】
自己生成２流体は、ほぼ水のみから構成されるので、大気に排出しても環境への負荷が小さいことは言うまでもない。
【００４１】
ここで、特許文献１１には５ＭＰａ以上に加圧した洗浄液を用いる方法が開示されているが、発明者らの検討の結果、自己生成２流体を用いる場合には、圧力がたかだか０．４５ＭＰａであっても特許文献１１に開示されている能力以上の洗浄能力を得られることが明らかとなった。
【００４２】
自己生成２流体は、液体の沸騰を利用して生成するので、生成直後の温度は沸点に等しい。一方、例えば大気圧下において１００℃近傍の液体と気体を２流体スプレーノズルに供給して気液２流体を生成させても、生成した２流体の温度は７０℃程度に低下する。また例えば、約１００℃の水蒸気と水を２流体スプレーノズルに供給して気液２流体を生成させるとほぼ１００℃の気液２流体が生成するが、供給系統が２つとなり装置が複雑化するという別の問題が発生する。
【００４３】
特許文献７、８、１０には水と水蒸気を用いた洗浄技術が開示されているが、いずれも別個の配管を通じてノズルに導入した水と水蒸気を用いており、それぞれの温度や圧力、流量などのパラメータを独立に制御しなければならない。
【００４４】
これに対し本発明は、自己生成２流体を用いることで、制御すべきパラメータを減らすことができ、結果として装置コストの低減や、工程管理の負荷の軽減が可能となる。
【００４５】
自己生成２流体は、また、沸騰に伴い体積が膨張することを利用して、液滴の速度を加速することが可能である。
【００４６】
通常の２流体では、例えば特許文献４には望ましい気体流量は１０〜１００Ｌ／分（ｎｏｒｍａ１）であり、同じく特許文献４には、望ましい液体流量は１００〜２００ｍＬ／分であると開示されている。この気体を水から生成させるとすると、８．０〜８０ｍＬ／分となる。従って、１８〜２８０ｍＬ／分の水を加熱および加圧してノズルから吐出させることにより、特許文献４の方法を用いることなく、１つの供給系統からなるより簡便な設備を用いて、同特許に記載された望ましい流量の気液２流体を生成することが可能である。このようにして生成した自己生成２流体を金属条表面と接触することにより、金属条表面は洗浄処理される。
【００４７】
特許文献１乃至４には、別個の配管を通じてノズルに導入した水と気体を用いて２流体を生成する方法が開示されているが、２つの流体を導入するためにノズル構造は複雑となり、またそれぞれの温度や圧力、流量などのパラメータを独立に制御しなければならない。自己生成２流体を生成させるには、構造の簡単な１流体ノズルを使うことができる。
【００４８】
ここで、汚染が除去されるメカニズムは、発明者らの検討の結果、以下の様である。
【００４９】
即ち、付着物である金属粉や加工潤滑油は、衝突する液滴から運動エネルギーを受け取り、その大きさが金属表面との付着エネルギー以上である場合、金属表面から脱離する。また加工潤滑油など水に不溶性の油性汚染を、水を主体とする気液２流体と接触させる場合、油性汚染は気液２流体を構成する液滴に溶解することができないため、液滴と気体と界面に集合する。しかし、金属表面は一定膜厚の液体膜に覆われているため、液滴の気体との界面に集合できなかった油性汚染は、ある確率で金属表面に再付着する。従って気液２流体を構成する液滴が持つ気液界面の面積が大きいほど洗浄能力が高く、従って気液２流体を形成する液体量が同一であれば液滴径が小さいほど洗浄能力が高い。発明者らの検討によれば、適切な液滴径の範囲は１μｍ以上、１００μｍ以下である。
【００５０】
さらに、温度が高いほど油状物質は粘性が低下し、金属表面から液滴の気液界面への移動がスムーズになる。発明者らの検討の結果、気液２流体の温度が４０℃以上になると気液２流体による洗浄除去の効率が向上し、６５℃以上になるとさらに向上し、さらに８０℃以上になるとより向上することを確認した。除去効率が向上すると、短時間での除去処理が可能となる。前記したように、金属条や金属線は走行しながら処理が行われるため、処理時間が短ければ処理ゾーンの長さを短くすることが可能となる。
【００５１】
特許文献５には、線速度３ｍ／分で走行するテープ状部材の洗浄方法が開示されているが油状物質の除去が可能であることは何ら開示されていない。
【００５２】
また特許文献９には、加圧温水を直接吹き出し、吹き出したときの圧力低下による沸騰によって、水蒸気体と水ミスト体とを作ることが開示されているが、その効果としてはフォトリソグラフイに用いるレジストの除去が可能であることが開示されているのみで油状物質の除去が可能であることは何ら開示されていない。即ち、自己生成２流体を用いて油状物質を洗浄除去することが可能であることは、発明者らの検討によって初めて明らかとなったことである。
【００５３】
自己生成２流体を生成するには、一般の、１つの流体を吐出させるノズル（以下１流体ノズルと呼ぶ）を用いることができるが、整流壁ノズル部を有するノズルを用いることで、洗浄除去性能が向上する。即ち、１流体ノズルから吐出されたスプレーは、ある角度を持って拡散する。このとき、周囲の大気と接触して熱交換するため、温度が低下する。より高い温度のスプレーを使用するためには、整流壁を有するノズルを用いて周囲の大気との接触を遮断することが望ましい。整流壁はノズルと一体構造であっても、また分離した構造であっても良い。
【００５４】
油状汚染の除去には、水のみを加熱、加圧して生成した自己生成２流体でも十分な効果があるが、より除去速度を高めるには、電解イオン水を用いることが望ましい。即ち、水の電気分解により陽極および陰極それぞれの近傍で電解イオン水を生成させ（以下、それぞれ陽極水、陰極水と呼ぶ）、陽極水または陰極水の一方を加熱、加圧して自己生成２流体ノズルに導入し、洗浄処理の後、他方と混合して排出すればよい。
【００５５】
特許文献６には電解イオン水を用いた気液２流体によって指紋を除去する方法が開示されているが、金属材料の加工で付着した潤滑油などの油状物質の除去については何ら開示されていない。一般に、指紋と潤滑油では、同じ有機物であっても性状が大きく異なり、付着量も機械加工後の潤滑油の方が多い。電解イオン水を用いた自己生成２流体によって油状物質の洗浄除去が可能であることは、発明者らの検討によって初めて明らかとなったことである。
【００５６】
次に図５により、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００５７】
図５の表面処理装置は、図２の表面処理装置と基本的に同様であるが、水加圧加熱供給手段１２０として、ポンプを用いず、ガス加圧により液体を圧送するものである。
【００５８】
先ず表面処理室２１内には自己生成２流体ノズル１０１が配置される。
【００５９】
水加圧加熱供給手段１２０は、自己生成２流体ノズル１０１に接続されている配管３１に、ヒーター１１５、流量調節バルブ１１１、流量計１１２を介して水タンク１１４に接続されると共に、この水タンク１１４に、配管３２を介してガスボンベ１２４が接続され、その配管３２にガスボンベ１２４側から水タンク１１４にかけて、気体圧力調節器１２３、気体流量計１２２、気体流量調整バルブ１２１が接続されて構成される。
【００６０】
また、ヒーター１１５は、配管３１の途中と水タンク１１４と両方に設けてある。
【００６１】
この図５の形態では、ガスボンベ１２４からのガスを、気体圧力調節器１２３、気体流量計１２２、気体流量調整バルブ１２１で調整して水タンク１１４に供給することで、自己生成２流体ノズル１０１から自己生成２流体を発生させて、金属条（銅条）１ａに噴射することができる。
【００６２】
図９は、本発明のさらに他の実施の形態を示し、自己生成２流体ノズル１０１に接続する水加圧加熱供給手段１２０から、陽極側或いは陰極側の電解イオン水を供給し、電解イオン水を用いて発生させた自己生成２流体を噴射するようにしたものである。
【００６３】
図９において、リール１に巻かれている金属条１ａは、アンコイラ１１より送り出され、表面処理室２１の導入口２１１より表面処理室２１の内部に入り、搬出口２１２より表面処理室２１の外部に出る。
【００６４】
表面処理室２１内には自己生成２流体ノズル１０１が配置される。
【００６５】
水加圧加熱供給手段１２０は、ノズル１０１に接続されている配管３１に、流量調節バルブ１１１、流量計１１２およびポンプ１１３を介して水電解槽５１が接続されて構成される。
【００６６】
水電解槽５１は、電極Ａ５２１が配置されているＡ極室５２と、電極Ｂ５３１が配置されているＢ極室５３の２室に、イオンの移動を妨げない隔壁５４によって分離されている。電極Ａ５２１と電極Ｂ５３１には、直流電源５５が接続され、Ａ極室５２、Ｂ極室５３の一方を陽極、他方を陰極として電解を行うことで、電解イオン水を自己生成２流体ノズル１０１に供給することができる。
【００６７】
ポンプ１１３、および流量調節バルブを適切な値に設定することにより、自己生成２流体ノズル１０１に電解イオン水が供給され、ノズル１０１より吐出された自己生成２流体を金属条１ａ表面と接触することにより、金属条１ａ表面は洗浄処理される。金属条１ａ表面に吐出された自己生成２流体は、受け皿２２０から洗浄廃液として表面処理室外に排出される。
【００６８】
水電解槽５１のＢ極室５３で生成した電解イオン水は、ポンプ１７１を介して配管３３によって輸送され、表面処理室２１の洗浄廃液と混合器７１で混合されて中和され、最終廃液として排出される。
【実施例】
【００６９】
（実施例１）
図１において、金属条として圧延加工完了後の銅条を、水タンクとして純水が充填されたタンクを用いて、銅条表面の圧延加工潤滑油の除去を行った。
【００７０】
アンコイラ１１より送り出された銅条は、導入口２１１より表面処理室２１に導入され、所定時間の洗浄処理を施された後、搬出口２１２から表面処理室外に取り出される。水は、水タンク１１４からポンプ１１３によって加圧されて送液され、流量計１１２および流量調節バルブ１１１を経由してノズル１０１に到達する。配管３１の途中に設けたヒーター１１５により加熱される。
【００７１】
自己生成２流体を吐出する自己生成２流体ノズル１０１には、スプレイングシステムズ製ＨＢ−１／４−ＶＶ−ＳＳ−８０−００５０ノズルを用いた。スプレー角度は約８０゜、オリフィス径は５０μｍである。
【００７２】
比較例として、図１２の設備を用いて、有機溶剤、純水、マイクロバブル水のそれぞれに銅条を浸漬し、銅条表面の圧延加工潤滑油の除去性を評価した。なお、比較例に掲げた有機溶剤としては３５℃に加温したデカンを、マイクロバブル水は特許文献１２に記載された方法で生成させたマイクロバブル水を、それぞれ用いた。
【００７３】
実施例１ならびに比較例において、洗浄ゾーンの長さは２ｍとした。実施例１では、洗浄ゾーン全体に亘ってスプレーが途切れることのないようにノズルを配列し、比較例では洗浄槽の長さを洗浄ゾーンの長さとした。洗浄時間は、銅条の線速度を変えることにより調節した。
【００７４】
洗浄後の残留油分濃度の評価結果を図２に示す。
【００７５】
純水浸漬、マイクロバブル水浸漬に比較して、自己生成２流体洗浄を用いると、より短時間で残留汚染量を低減させることができることが確認できた。
【００７６】
（実施例２）
実施例１と同じスプレーノズルを用い、より短時間での洗浄を行った。ノズルから２０ｍｍの位置でのスプレーパターンは１０×３０ｍｍの長方形であり、銅条の幅方向をスプレーパターンの長辺と一致させ、洗浄を行った。銅条の線速度は６０ｍ／分とした。このとき、１つのスプレーの下を通過する時間は０．０１秒である。表面処理室２１内に、１乃至３０個のノズルを配列し、線速度を一定としてノズル個数をかえることにより所望の洗浄時間を得た。
【００７７】
油分濃度約１００ｍｇ／ｍ2の銅条を用いて洗浄を行い、洗浄後の残留油分濃度を測定した結果を図３に示す。この実施例２では、図２に示した実施例１より短時間でも清浄になっていることが確認できた。
【００７８】
ここで、ノズル先端からの温度分布を図４に示す。
【００７９】
比較例として、加熱した水（１００℃）と窒素ガスを用いて、２流体ノズル（スプレイングシステムズ製Ｂ−１／４ＪＢＣ−ＳＳ）により生成した２流体スプレーの結果を示す。
【００８０】
図４より、自己生成２流体の温度は、ノズル直下はほぼ１００℃であり、ノズルから４０ｍｍ離れても７８℃あった。一方、従来の２流体スプレーでは、実際に洗浄を行うノズルから２０ｍｍの位置では７０℃であった。自己生成２流体ではノズルから４０ｍｍ離れても従来の２流体スプレー以上の温度を確保できる。即ち、自己生成２流体は、従来の２流体スプレーでは実現し得なかった８０℃以上の２流体を生成するのに最適な方法である。
【００８１】
（実施例３）
図５で説明した表面処理装置を用いて、自己生成２流体の生成ならびに洗浄処理を行った。
【００８２】
すなわち図５の表面処理装置は、図１の表面処理装置と同様であるが、ポンプを用いず、ガス加圧により液体を圧送する。また、ヒーターを、配管途中とタンクと両方に設けてある。
【００８３】
ここで、２つの方式で自己生成２流体を発生させた。
【００８４】
方式Ａは、温度を１０５℃で一定とし、圧力は圧送に用いるガスの圧力で調節した。この温度での水の蒸気圧は０．１５ＭＰａであるので、この圧力以上を必要とする場合にはガスを導入して加圧した。
【００８５】
もう一つの方式Ｂは、ガスを導入せず、水の蒸気圧が所定の圧力になるよう、加熱した。
【００８６】
このようにして生成した加圧加熱水を用いて自己生成２流体を発生させ、洗浄を行った。洗浄後の残留油分濃度の分析結果を図６に示す。
【００８７】
方式Ａではガスを導入して送液圧力を高くしても残留油分濃度に変化が見られないのに対して、方式Ｂでは圧力ならびに温度の増加に伴い残留油分濃度が減少している。即ち、供給する水の温度は高いほど望ましいことが示された。
【００８８】
なお、この実施例３では、実施例２の図３に示した実験とは異なるスプレーノズルを用いて評価しているため、同じ温度、圧力での処理でも結果は異なっている。例えば図３における０．０１秒の処理と、図６における０．１５ＭＰａの処理とは、温度や圧力、処理時間の条件は同じであるが、残留油分濃度は異なっている。
【００８９】
（実施例４）
図５に示す装置に種々のノズルを取り付け、実施例３と同様に銅条の洗浄を行った。温度は１４５℃とし、外部からガスは供給せずに水蒸気の圧力を用いて圧送した。
【００９０】
用いた自己生成２流体ノズル１０１を、図７及び図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。
【００９１】
また比較のため、従来の２流体ノズル３０１を図１１に示した。
【００９２】
図７の自己生成２流体ノズル１０１は、一般の１流体ノズルを示し、ノズル本体１０２は、加圧・加熱水の貯留室１０３の下方にノズル孔１０４が形成され、そのノズル孔１０４が、オリフィス部１０４ａとオリフィス部１０４ａからスプレー範囲を広げるために扇型や円錐状の噴射パターンを有する拡径部１０４ｂが形成されたものからなり、実施例３で用いた自己生成２流体ノズル（図７）の拡径部１０４ｂの噴射パターンも約８０゜の扇型である。このため、自己生成２流体ノズル１０１の先端から遠ざかるほど照射面積が増大する。供給される２流体の体積流量はほぼ一定なので、自己生成２流体ノズル１０１先端から遠ざかるほど線速度は低下することになる。またこの結果、２流体は周囲の大気と熱交換し、温度が低下する。
【００９３】
一方、本発明に特に好適な自己生成２流体ノズル１０１は、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すようにノズル本体１０２が、貯留室１０３とノズル孔１０４を有する噴射部１０５と、その噴射部１０５のノズル孔１０４から噴射された２流体の噴射パターンの拡がりを防止する整流壁ノズル部１０６とで構成され、図８（ａ）では、噴射部１０５と整流壁ノズル部１０６とを一体にして自己生成２流体ノズル１０１としたもの、図８（ｂ）では、噴射部１０５と整流壁ノズル部１０６とを別個に離して形成したものを示している。この図８（ｂ）の自己生成２流体ノズル１０１のように噴射部１０５と整流壁ノズル部１０６の間に空隙が設けられることで、例えばワークのサイズに対応して噴射パターンのサイズをフレキシブルに変更することができる。
【００９４】
この図８（ａ）、図８（ｂ）の自己生成２流体ノズル１０１は、噴射部１０５のノズル孔１０４の先端から遠ざかるほど噴射面積が増大するのを防ぐように整流壁ノズル部１０６が設けられているため、整流壁の効果により、線速度の低下や温度低下を防止できると期待される。
【００９５】
洗浄後の結果を表１に示す。
【００９６】
【表１】
2011052245.tif 000003
【００９７】
一般の１流体ノズルを用いた場合と比較して、整流壁ノズル部を有する１流体ノズルを用いた場合の方が、残留油分濃度は少なくなっている。即ち、整流壁ノズル部の効果が確認された。なお、整流壁ノズル部の形状は、図８（ａ）では円筒状としたが、略四角柱状でもよい。
【００９８】
また、本実施例で用いた自己生成２流体ノズル１０１の個数は１個で、いずれのノズルも銅条の走行方向の洗浄領域長さは１０ｍｍであり、また銅条の走行速度は６０ｍ／分である。従って、洗浄時間は０．０１秒となる。また本実施例で用いた自己生成２流体ノズルは、供給圧力に対する吐出流量の比が実施例３で用いた自己生成２流体ノズルと等しいものである。
【００９９】
（実施例５）
図９に示す装置を用いて、水電解により陽極水ならびに陰極水を発生させ、それらを用いて気液２流体（自己生成２流体）を生成し、実施例１と同様の銅条表面の洗浄処理を行った。
【０１００】
図９において、リール１に巻かれている金属条１ａは、アンコイラ１１より送り出され、洗浄装置の導入口２１１より表面処理室２１の内部に入り、搬出口２１２より表面処理室２１の外部に出る。表面処理室２１内には自己生成２流体を生成する自己生成２流体ノズル１０１が配置され、該ノズル１０１に接続されている配管３１は、流量計１１２およびポンプ１１３を介して水電解槽５１に接続されている。水電解槽５１は、電極Ａ５２１が配置されているＡ極室５２と、電極Ｂ５３１が配置されているＢ極室５３の２室に、イオンの移動を妨げない隔壁５４によって分離されている。Ａ極室５２、Ｂ極室５３の一方を陽極、他方を陰極として電解を行うことで、電解イオン水を自己生成２流体を自己生成２流体ノズル１０１に供給することができる。
【０１０１】
ポンプ１１３および流量調節バルブ１１１を適切な値に設定することにより、気液２流体生成の自己生成２流体ノズル１０１に電解イオン水が供給され、自己生成２流体ノズル１０１より吐出された気液混相流体を金属条１ａの表面と接触することにより、金属条１ａの表面は洗浄処理される。金属条１ａの表面に吐出された気液混相流体は、洗浄廃液として表面処理室外に排出される。
【０１０２】
水電解槽５１のＢ極室５３で生成した電解イオン水は、ポンプ１７１を介して配管３３によって輸送され、表面処理室２１の内部または外部で混合器７１で洗浄廃液と混合され、最終廃液として排出される。
【０１０３】
以上の設備を用いて、水電解槽５１に０．１ｍｏｌ／Ｌの硫酸カリウム水溶液を充填し、電極Ａ５２１を陰極として水の電解を行い、実施例２と同様に銅条表面の洗浄処理を行った。
【０１０４】
比較のため、図１の設備により純水を用いて実施例２と同様に銅条表面の洗浄処理を行った。
【０１０５】
結果を図１０に示す。純水を用いる場合より電解イオン水を用いた方が、より短時間で残留油分濃度が減少していることが明らかである。
【０１０６】
また、最終廃液の水素イオン指数は７．２であり、油水分離処理ののち下水への廃棄あるいは河川放流が可能なレベルであった。
【０１０７】
なお、本実施例では水電解槽に０．１ｍｏｌ／Ｌの硫酸カリウム水溶液を充填したが、これに限定されることなく適切な濃度と電解質の水溶液を用いることができる。また本実施例では電極Ａを陰極としたが、これに限定されることなく、洗浄により除去すべき汚染物質の種類に応じて、電極Ａを陽極として用いても良い。例えば除去すべき汚染がエステルを含むような圧延潤滑油を主成分とする場合は、電極Ａを陰極とすることでＡ極室に生成するアルカリ性の水溶液を用いると、エステルが加水分解することにより効率よく除去することができる。このときＢ極室には酸性の溶液が生成している。また例えば、除去すべき汚染が金属石鹸といわれる金属イオンとカルボン酸からなる塩を主成分とする場合は、電極Ａを陽極とすることでＡ極室に生成する酸性の水溶液を用いると、金属石鹸が溶解することにより効率よく除去することができる。このときＢ極室にはアルカリ性の水溶液が生成している。いずれの場合のも、Ｂ極室で生成した電解イオン水を洗浄廃液と混合することにより洗浄廃液は中和され、さらなる中和処理は不要となる。
【符号の説明】
【０１０８】
１  リール
１ａ  金属条（銅条）
２１  表面処理室
１００  自己生成２流体発生手段
１０１  自己生成２流体ノズル
１２０  水加圧加熱供給手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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