(57)【要約】【課題】  溶接前の洗浄に使用しても、溶接不良や溶接装置の不具合を引き起こし難い水溶性洗浄剤を提供する。加えて、被洗浄物の表面に付着した金属石鹸をも除去することのできる水溶性洗浄剤を提供する。【解決手段】  水溶性洗浄剤を、脂環式アミンと、液状脂肪酸と、非イオン界面活性剤とを主剤とし、粉末脂肪酸を含まないよう構成する。水溶性洗浄剤を溶接性を阻害し難い成分で構成することで、洗浄後の溶接における溶接不良や溶接装置の不具合の発生を抑制する。また、該水溶性洗浄剤にキレート剤を加える。キレート剤により、被洗浄物表面に付着した金属石鹸は除去される。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂環式アミンと、液状脂肪酸と、非イオン界面活性剤とを主剤とし、粉末脂肪酸を含まない水溶性洗浄剤。
【請求項２】
前記非イオン界面活性剤は、高級アルコールエトキシレート、脂肪酸ポリエーテル、セカンダリアルコールエトキシレートから選ばれる一種以上を含む請求項１に記載の水溶性洗浄剤。
【請求項３】
さらに、キレート剤を含む請求項１に記載の水溶性洗浄剤。
【請求項４】
前記キレート剤は、ＥＤＴＡ有機中和塩およびＤＴＰＡ有機中和塩の少なくとも一種を含む請求項３に記載の水溶性洗浄剤。
【請求項５】
さらに、アルコール系消泡剤を含む請求項１に記載の水溶性洗浄剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶性洗浄剤に関し、特に、電子ビーム溶接等の前処理において被溶接物表面に付着した有機物を洗浄、除去するのに好適な水溶性洗浄剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部品の溶接には、電子ビーム溶接、レーザー溶接等の種々の溶接法が用いられる。例えば、電子ビーム溶接では、真空室の中で高速の電子ビームを金属部品に照射して溶接を行う。この際、被溶接物である金属部品の表面に加工油、乳化油等の有機物が付着していると、溶接時の熱により該有機物がガス化する。溶融状態の金属内部からガスが噴出することで、ブローホールやスパッタを生じる。このように、被溶接物の表面に付着した有機物は、溶接不良を引き起こす原因となる。そのため、溶接前には、被溶接物の表面を洗浄することが必要となる。
【０００３】
被溶接物の表面洗浄に用いる洗浄剤として、種々の成分のものが提案されている。例えば、特許文献１には、所定の構造を有する界面活性剤と、カチオン系油水分離剤であるポリアルキレンポリアミンジシアンアンモニウムクロライドとを含む水溶性洗浄剤が示されている。また、特許文献２には、少なくともモルホリン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー、炭素数６〜１２の脂肪族酸、炭素数６〜１８のジカルボン酸、水からなる洗浄剤が示されている。
【特許文献１】特許第３３６１９３０号公報
【特許文献２】特開平８−３４９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に示された水溶性洗浄剤は、カチオン系油水分離剤を配合し、洗浄液の油水分離性を向上させている。つまり、被洗浄物表面から加工油を除去するとともに、除去された加工油と界面活性剤とが結合したエマルジョンを洗浄液から分離、除去し易くし、エマルジョンの被洗浄物への再付着を抑制している。
【０００５】
しかし、カチオン系油水分離剤は、被洗浄物である金属材料に吸着し易いため、洗浄後に被洗浄物の表面に残留し易い。残留したカチオン系油水分離剤は、溶接時の熱によりガス化して、ブローホールやスパッタの原因となる。また、燃焼後に煤やヤニ等の燃えかすが残り、それにより溶接不良が引き起こされるおそれもある。
【０００６】
電子ビーム溶接の際にスパッタが発生すると、それにより真空室のシール材が劣化して空気漏れが生じる。真空度が低下すると、アーキング（異常放電）を招くおそれがある。加えて、溶接時に煤等が生じると、真空ポンプが汚染され不具合を生じる。
【０００７】
また、上記特許文献２に示された洗浄剤は、アミンとしてモルホリンを含む。遊離アミンがモルホリンのみとなるため、臭気がひどく、実用性に乏しい。また、同洗浄剤に含まれるジカルボン酸は、粉末脂肪酸である。粉末脂肪酸は、モルホリンとの結合力が弱いため、洗浄後の乾燥によりもとの粉末に戻ってしまう。そのため、被洗浄物表面には白いシミが残り、溶接不良を引き起こす。
【０００８】
このように、洗浄剤の成分により、溶接不良や溶接装置の不具合が引き起こされる場合がある。したがって、溶接前の洗浄に使用する洗浄剤は、溶接不良等の原因となり得る成分をできるだけ含まないことが望ましい。換言すれば、該洗浄剤を、溶接性を阻害し難い成分で構成することが望ましい。
【０００９】
さらに、被洗浄物の表面には、金属石鹸が付着していることが多い。金属石鹸は、金属イオンと脂肪酸との化合物である。金属石鹸は、被洗浄物の切削加工時に用いられる加工油剤に含まれることが多く、それが被洗浄物の表面に付着する。また、水中の金属イオンと洗浄剤中の脂肪酸とから生成される場合もある。本発明者が、溶接時に生成したブローホール内部の気体成分を分析した結果、その約９０％は水素であることがわかった。これより、ブローホールの多くは、被洗浄物の表面に付着した金属石鹸が、溶接時にガス化することで生成されると考えられる。したがって、被洗浄物の表面に金属石鹸が付着している場合には、その金属石鹸を除去することが重要となる。しかし、上記特許文献１、２に示された洗浄剤を含めて、従来の水溶性洗浄剤では、被洗浄物の表面に付着した金属石鹸を充分に除去することはできない。
【００１０】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、溶接前の洗浄に使用しても、溶接不良や溶接装置の不具合を引き起こし難い水溶性洗浄剤を提供することを課題とする。加えて、被洗浄物の表面に付着した金属石鹸をも除去することのできる水溶性洗浄剤を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の水溶性洗浄剤は、脂環式アミンと、液状脂肪酸と、非イオン界面活性剤とを主剤とし、粉末脂肪酸を含まないことを特徴とする。本発明の水溶性洗浄剤は、洗浄成分として非イオン界面活性剤を含み、被洗浄物表面の有機物を効果的に除去する。また、脂環式アミンと液状脂肪酸とを含むため、被洗浄物表面の錆止め作用をも有する。すなわち、本発明の水溶性洗浄剤で洗浄すると、脂環式アミンと液状脂肪酸との中和塩からなる皮膜が被洗浄物の表面に形成される。その結果、被洗浄物表面における錆の発生が効果的に抑制される。
【００１２】
本発明者は、脂環式アミンおよび液状脂肪酸について、溶接時の燃えかす（煤、ヤニ）生成の有無、および燃焼性を調査した。燃焼性は、被洗浄物となる金属材料の一例として鉄を想定し、鉄が溶融する前にガス化し易いかどうかを調べた。鉄の溶融前にガス化して無くなれば、ブローホールやスパッタの原因となり難いといえる。調査結果を、通常、洗浄剤に用いられる他の化合物と比較して、下記表１、表２に示す。各表中の燃焼性を示す記号は、試料に着火した後に火種を遠ざけた場合、◎：燃焼し続け最後まで燃え切る、○：燃焼し続けるが燃え残りが有る、△：しばらくして火が消え燃え残りが多い、×：すぐに火が消え燃え残りが多い、を示す。また、総合判断を示す記号は、◎：好適、○：適、×：不適、を示す。
【００１３】
【表１】
2005170992.tif 000002
【００１４】
【表２】
2005170992.tif 000003
【００１５】
表１に示すように、脂環式アミンでは、エタノールアミン等と比較して、ヤニの生成が無く、燃焼性も良好であった。また、液状脂肪酸でも、粉末脂肪酸と比較して、煤およびヤニの生成が少なく、燃焼性も良好であった。つまり、脂環式アミンおよび液状脂肪酸は、洗浄後に被洗浄物の表面に残存しても、溶接不良等を引き起こし難いといえる。これに対して粉末脂肪酸は、燃えかすが多く、燃焼性も悪いので、被洗浄物の表面に残存すると溶接不良等を引き起こす原因となる。
【００１６】
したがって、脂環式アミンと液状脂肪酸とを含み、粉末脂肪酸を含まない本発明の水溶性洗浄剤を用いて洗浄すれば、その後の溶接において、溶接不良や溶接装置の不具合の発生を低減することができる。
【００１７】
本発明の水溶性洗浄剤は、上記主剤に加え、さらにキレート剤を含んで構成すると好適である。上述したように、被洗浄物の表面には、金属石鹸が付着していることが多い。キレート剤を配合することで、金属石鹸を錯化合物として効果的に除去することができる。したがって、キレート剤を含む態様の本発明の水溶性洗浄剤を用いて洗浄すれば、溶接不良や溶接装置の不具合の発生をより低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の水溶性洗浄剤は、脂環式アミンと、液状脂肪酸と、非イオン界面活性剤とを主剤とし、粉末脂肪酸を含まない。本発明の水溶性洗浄剤は、溶接性を阻害し難い成分で構成されるため、溶接前の洗浄に使用しても、溶接不良や溶接装置の不具合を引き起こし難い。また、さらにキレート剤を配合することにより、被洗浄物表面に付着した金属石鹸を効果的に除去することができる。その結果、洗浄後の溶接における溶接不良や溶接装置の不具合の発生を、より抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の水溶性洗浄剤について詳細に説明する。なお、本発明の水溶性洗浄剤は、下記の実施形態に限定されるものではない。本発明の水溶性洗浄剤は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２０】
本発明の水溶性洗浄剤は、脂環式アミンと、液状脂肪酸と、非イオン界面活性剤とを主剤とし、粉末脂肪酸を含まずに構成される。脂環式アミンは、水溶性のものであればその種類が特に限定されるものではない。例えば、モルホリン、Ｎ−シクロヘキシルジエタノールアミン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。これら脂環式アミンの一種を単独で、また二種以上を混合して用いればよい。なかでも、分子内に酸素原子を含む化合物は、鉄が溶融する前にガス化し易く、燃焼性が良好であるため好適である。特に、モルホリンのように、環の中に酸素原子を含む化合物を用いるとよい。この場合、モルホリンは液状脂肪酸との中和塩として存在するため、上述した臭気の問題はない。
【００２１】
本発明の水溶性洗浄剤における脂環式アミンの含有割合は、特に限定されるものではない。防錆効果を効果的に発揮させるという観点から、脂環式アミンの含有割合を１ｗｔ％以上とすることが望ましい。防錆効果を高くしたい場合には、脂環式アミンの含有割合を高くすればよい。しかし、コスト等の実用性を考慮すれば、脂環式アミンの含有割合を４０ｗｔ％以下とすることが望ましい。特に、溶接不良等をより少なくするという観点からは、２５ｗｔ％以下とすることが望ましい。１０ｗｔ％以下とするとより好適である。
【００２２】
なお、本明細書では、本発明の水溶性洗浄剤を水で１％以上３％以下の濃度に希釈して使用することを前提として、各成分の好適な含有割合を示す。したがって、使用する際の希釈率が上記範囲と異なる場合には、希釈率に応じて、各成分の含有割合を適宜調整すればよい。
【００２３】
液状脂肪酸の種類は、特に限定されるものではない。例えば、炭素数が９以下のカプリル酸、イソノナン酸等が挙げられる。これら液状脂肪酸の一種を単独で、また二種以上を混合して用いればよい。
【００２４】
本発明の水溶性洗浄剤における液状脂肪酸の含有割合は、特に限定されるものではない。防錆効果を効果的に発揮させるという観点から、液状脂肪酸の含有割合を１ｗｔ％以上とすることが望ましい。一方、コスト等の実用性を考慮すれば、液状脂肪酸の含有割合を２０ｗｔ％以下とすることが望ましい。特に、溶接不良等をより少なくするという観点からは、１０ｗｔ％以下とすることが望ましい。５ｗｔ％以下とするとより好適である。
【００２５】
非イオン系界面活性剤は、既に公知の活性剤を用いればよい。例えば、高級アルコールエトキシレート、プルロニックタイプ、テトロニックタイプ、脂肪族アミンエトキシレート、ソルビタン脂肪酸エステルエトキシレート、脂肪酸ポリエーテル、セカンダリアルコールエトキシレート等が挙げられる。これら非イオン系界面活性剤の一種を単独で、また二種以上を混合して用いればよい。
【００２６】
本発明者は、各種非イオン系界面活性剤について、上記環式アミン等と同様に、溶接時の燃えかす（煤、ヤニ）生成の有無、および燃焼性を調査した。調査結果を表３に示す。なお、各表中の総合判断における記号は、◎：好適、○：適、△：やや問題有りを示す。
【００２７】
【表３】
2005170992.tif 000004
【００２８】
表３に示すように、高級アルコールエトキシレートおよび脂肪酸ポリエーテルでは、燃えかすがほとんどなく、燃焼性も良好であった。これより、両者は溶接性の観点では好適であることがわかる。また、プルロニックタイプ、テトロニックタイプ、およびセカンダリアルコールエトキシレートでは、ヤニの生成が少々有り、高級アルコールエトキシレートおよび脂肪酸ポリエーテルより燃焼性が劣る結果となった。なお、セカンダリアルコールエトキシレートを用いると、乳化特性が向上し、化学的な脱脂性能を向上させることができる。このため、スプレー洗浄以外の、物理的な洗浄力の乏しい超音波洗浄や浸漬洗浄を行う場合には、セカンダリアルコールエトキシレートを用いるとよい。
【００２９】
一方、脂肪族アミンエトキシレートおよびソルビタン脂肪酸エステルエトキシレートでは、燃えかすが少々残り、燃焼性は良好ではなかった。そのため、溶接性の観点では、やや問題有りという結果となった。以上より、非イオン界面活性剤は、高級アルコールエトキシレート、脂肪酸ポリエーテル、セカンダリアルコールエトキシレートから選ばれる一種以上を含む態様が望ましいといえる。
【００３０】
本発明の水溶性洗浄剤における非イオン界面活性剤の含有割合は、特に限定されるものではない。実用上の洗浄効果を発揮させるという観点から、非イオン界面活性剤の含有割合を１ｗｔ％以上とすることが望ましい。一方、コスト等の実用性を考慮すれば、物理的な洗浄力に長けたスプレー洗浄等の場合、非イオン界面活性剤の含有割合を５ｗｔ％以下とすることが望ましい。特に、３ｗｔ％程度が好適である。
【００３１】
本発明の水溶性洗浄剤は、上記主剤に加え、さらにキレート剤を含んで構成すると好適である。この場合、被洗浄物の表面に付着した金属石鹸を、効果的に除去することができる。使用するキレート剤の種類は、特に限定されるものではない。例えば、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）無機中和塩、ＥＤＴＡ有機中和塩、ＤＴＰＡ（ジエチレントリアミン五酢酸）無機中和塩、ＤＴＰＡ有機中和塩、ポリカルボン酸無機中和塩、ポリカルボン酸有機中和塩等が挙げられる。これらキレート剤の一種を単独で、また二種以上を混合して用いればよい。なかでも、ＥＤＴＡ有機中和塩およびＤＴＰＡ有機中和塩は、他のものと比べて燃えかすが少なく、燃焼性が良好であるため好適である。
【００３２】
本発明の水溶性洗浄剤におけるキレート剤の含有割合は、特に限定されるものではない。金属石鹸の除去効果を効果的に発揮させるという観点から、キレート剤の含有割合を１ｗｔ％以上とすることが望ましい。一方、コスト等の実用性を考慮すれば、キレート剤の含有割合を２０ｗｔ％以下とすることが望ましい。特に、溶接不良等をより少なくするという観点からは、１０ｗｔ％以下とすることが望ましい。５ｗｔ％以下とするとより好適である。
【００３３】
また、本発明の水溶性洗浄剤は、必要に応じて上記以外の種々の添加剤を含めることができる。例えば、消泡剤等を含めることができる。ここで、消泡剤には、シリコン系消泡剤、アルコール系消泡剤等が挙げられる。しかし、シリコン系消泡剤の燃焼性は悪く、溶接時には燃えかすが多く残存する。そのため、溶接性を考慮した場合には、燃えかすが残らず、かつ燃焼性が良好なアルコール系消泡剤を用いることが望ましい。消泡剤を添加する場合、その含有割合は特に限定されるものではない。消泡効果を発揮させるには、１ｗｔ％以下で充分である。０．５ｗｔ％程度とすると好適である。
【００３４】
本発明の水溶性洗浄剤は、上記所定の成分と、溶媒である水とを混合して調製される。そして、必要に応じて水で希釈して使用する。希釈率は、所望の効果が得られる範囲で適宜設定することができる。例えば、本発明の水溶性洗浄剤を水で１％以上３％以下の濃度に希釈して使用すればよい。本発明の水溶性洗浄剤は、スプレー洗浄、超音波洗浄、浸漬洗浄等、種々の洗浄方法に用いることができる。また、本発明の水溶性洗浄剤は、電子ビーム溶接、レーザー溶接等の種々の溶接の前洗浄に好適である。
【００３５】
以下、本発明の水溶性洗浄剤の好適な態様を示す。
（１）脂環式アミン      ：１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
液状脂肪酸        ：１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
非イオン界面活性剤：１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
キレート剤        ：１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
消泡剤            ：１ｗｔ％以下
水                ：残部
本態様では、被洗浄物表面に付着した金属石鹸を効果的に除去することができ、洗浄後の溶接においても、溶接不良や溶接装置の不具合の発生を抑制することができる。
（２）脂環式アミン      ：１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下
液状脂肪酸        ：３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
非イオン界面活性剤：３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
キレート剤        ：１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
消泡剤            ：１ｗｔ％以下
水                ：残部
本態様は、脂環式アミンの含有割合が高いため、洗浄後の部品における錆の発生をより抑制したい場合に好適である。
（３）脂環式アミン      ：１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
液状脂肪酸        ：１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
非イオン界面活性剤（セカンダリアルコールエトキシレート）
：１０ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下
キレート剤        ：１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下
消泡剤            ：１ｗｔ％以下
水                ：残部
本態様では、非イオン界面活性剤として乳化特性に優れるセカンダリアルコールエトキシレートを使用している。よって、物理的な洗浄力に乏しい超音波洗浄や浸漬洗浄を行う場合に好適である。
【実施例】
【００３６】
上記実施形態に基づいて、本発明の水溶性洗浄剤を調製した。調製した水溶性洗浄剤を用いて、電子ビーム溶接の前洗浄を行い、その後の溶接における溶接不良および溶接装置の不具合の発生を調査した。以下、順に説明する。
【００３７】
（１）水溶性洗浄剤の調製
以下の組成および含有割合の水溶性洗浄剤を調製した。
Ｎ−シクロヘキシルジエタノールアミン：２．５ｗｔ％
モルホリン                          ：２．５ｗｔ％
カプリル酸                          ：３ｗｔ％
高級アルコールエトキシレート        ：３ｗｔ％
ＥＤＴＡ有機中和塩                  ：３ｗｔ％
アルコール系消泡剤                  ：０．５ｗｔ％
水                                  ：残部
（２）洗浄
上記水溶性洗浄剤を、水で約１％の濃度に希釈し、希釈洗浄剤とした。この希釈洗浄剤を使用して、スプレー洗浄装置にて、鉄製のデフケースを洗浄した。洗浄条件は、希釈洗浄剤温度６０〜８０℃、スプレー圧力０．３ＭＰａ、洗浄時間２５秒とした。
【００３８】
（３）溶接性の評価
上記洗浄後のデフケースを電子ビーム溶接し、ブローホールの発生等による溶接不良品の発生率、および溶接装置の故障頻度を調査した。その結果、従来の洗浄剤（商品名「ケミーライトＣＰ−６０ＭＫ（Ｔ）」、島田化成株式会社製）で洗浄した場合と比較して、溶接不良品の発生率は半減した。また、溶接装置の故障頻度は６０％以上低減した。
【００３９】
以上より、本発明の水溶性洗浄剤を用いて洗浄することにより、その後の溶接における溶接不良や溶接装置の不具合の発生を低減できることが確認された。