(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅材の表面に人工的に緑青を発生させる方法において、前記銅材の表面に炭酸水素ナトリウム粉末を吹き付け、前記銅材の表面を清浄化するとともに軽く目粗しし、銅表面を水で湿潤するとともに炭酸水素ナトリウム粉末を付着させることにより緑青を発生させることを特徴とする人工緑青発生法。
【請求項２】
請求項１に記載の人工緑青発生法において、前記炭酸水素ナトリウム粉末が10〜300 μｍの平均粒径を有する顆粒状であることを特徴とする人工緑青発生法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の人工緑青発生法において、前記銅材の表面の目粗し後、その表面に水を噴霧した後で炭酸水素ナトリウム粉末を散布して付着させる工程を複数回行うことを特徴とする人工緑青発生法。
【請求項４】
請求項３に記載の人工緑青発生法において、水の噴霧及び前記炭酸水素ナトリウム粉末の散布の後に、その表面を多孔質材で覆うことを特徴とする人工緑青発生法。
【請求項５】
請求項４に記載の人工緑青発生法において、前記多孔質材が紙、不織布又は織布であることを特徴とする人工緑青発生法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の人工緑青発生法において、水の噴霧及び前記炭酸水素ナトリウム粉末の散布の際に、緑青の粉末も散布することを特徴とする人工緑青発生法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は銅材の人工緑青発生法に関し、特に環境に配慮し短時間でむらなく銅材表面に緑青を発生させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
銅材の表面に発生する緑青は、その母材の酸化や腐食を防ぎ、また表面で繁茂するカビ等の発生を抑制する作用を有する。その他にも装飾的な色付けとして、銅材の美観を向上させるという働きもある。そのため、多くの銅製の美術品、工芸品、彫刻、モニュメント、建築物（屋根や飾り具）等の表面に緑青が均一に発生するようにされている。また最近では、無菌状態を作る緑青の研究、緑青の効能を利用した医療用薬品の研究、緑青によるバクテリアを殺す効果の研究、動植物の生態に与える緑青の研究等の研究用材料としても利用されている。
【０００３】
このような緑青を銅材表面に人工的に発生させる手段としては、電解法や、酸の塗布による方法等が知られている。電解法としては、特開昭64-4493 号に記載されているように、電解液中で銅材を陽極として浸漬し、電解反応により銅材の表面に人工緑青を発生させる方法がある。しかし電解液中で処理するため、モニュメントや建築物のような戸外の建造物に施工できないし、また大型の施工物にも不向きであるという問題がある。
【０００４】
また酸の塗布による方法としては、特開昭62-99547号に記載されているように、塩酸及び酢酸を主成分とする人工緑青溶液を施工対象物に塗布し、緑青を発生させる方法がある。しかし酸を使用するために作業に危険が伴うだけでなく、酸性ガスの発生など環境に対しても問題がある。その上、銅像や神社仏閣等の建造物は文化財であり、僅かな損傷も許されないので、酸を塗布することは考えられない。
【０００５】
以上の理由で、電解法及び酸の塗布による方法のいずれも、戸外の建造物や大型品に対して適用することができない。
【０００６】
従って本発明の目的は、環境に配慮しつつ安全かつ短時間で、戸外の建造物や大型品の銅表面に緑青を均一に発生させる方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、銅材の表面に炭酸水素ナトリウム粉末を吹き付け、表面の付着物やさび等を除去するとともに、銅イオンが溶出しやすいように表面に微細な目粗しを起こし、次いで銅表面を水で湿潤した状態で炭酸水素ナトリウム粉末を散布して付着させると、表面の銅イオンが反応し、緑青が発生すること、また水の噴霧及び炭酸水素ナトリウム粉末の散布からなる工程を複数回行うことにより、いっそう均一な緑青が短時間で発生することを発見し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、銅材の表面に人工的に緑青を発生させる本発明の方法において、前記銅材の表面に炭酸水素ナトリウム粉末を吹き付け、前記銅材の表面を清浄化するとともに軽く目粗しし、銅表面を水で湿潤するとともに炭酸水素ナトリウム粉末を付着させることにより緑青を発生させることを特徴とする。
【０００９】
炭酸水素ナトリウム粉末としては、10〜300 μｍの平均粒径を有する顆粒状であるのが好ましい。なお、炭酸水素ナトリウム粉末のモース硬度は約2.5 であるのが好ましい。また炭酸水素ナトリウム粉末により銅材の表面を目粗しした後、その表面に水を噴霧するとともに炭酸水素ナトリウム粉末を散布して付着させる工程を複数回行うことにより、均一な緑青の発生を迅速化することができる。また炭酸水素ナトリウム水溶液で覆った銅表面を紙、不織布、織布等の多孔質材で覆うことにより、均一な緑青の発生を確実にすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の人工緑青発生法は、炭酸水素ナトリウム粉末を銅材の表面に吹き付けて銅イオンが溶出しやすい状態にし、その表面に炭酸水素ナトリウム粉末を散布し付着させるものである。以下詳細に説明する。
【００１１】
[1] 炭酸水素ナトリウム粉末
銅材の表面に吹き付ける炭酸水素ナトリウム粉末は、▲１▼銅材表面に適度の速度で衝突し得る粒径を有するとともに、▲２▼銅材表面を微細に目粗しし得る硬さを有する必要がある。そのためには、炭酸水素ナトリウム粉末は顆粒状であるのが好ましい。顆粒は炭酸水素ナトリウムの微粉末を凝集させてなる比較的大きな多孔質の粒子で、銅材表面への衝突時に部分的に破砕し得るものである。
【００１２】
炭酸水素ナトリウム顆粒の平均粒径は10〜300 μｍであるのが好ましい。10μｍ未満では軽すぎて、圧縮空気で噴霧させても十分な速度で銅材表面に衝突しないのみならず、銅材表面に衝突する前に飛散してしまう割合も多くなる。また衝突速度及びエネルギーが不十分であるので、銅材表面の酸化膜や、汚れやかび等の付着物を完全に除去することができないだけでなく、銅材表面に微細な目粗しをすることもできない。また平均粒径が300 μｍより大きいと、銅材表面への均一な吹き付けが困難となり、目粗しが荒くなりすぎたり、傷が付いたりする。炭酸水素ナトリウム顆粒のより好ましい平均粒径は50〜150 μｍ、特に75〜100 μｍである。
【００１３】
炭酸水素ナトリウム顆粒の硬さについては、モース硬度で約2.5 であるのが好ましい。モース硬度が2.5 未満では、衝突と同時に破砕してしまうため、銅材表面の酸化膜や付着物を完全に除去することができないだけでなく、銅材表面に微細な目粗しをすることもできない。またモース硬度が2.5 より大きいと、銅材表面に傷が発生する原因となる。
【００１４】
[2] 炭酸水素ナトリウム粉末の吹き付け
顆粒状炭酸水素ナトリウム粉末を吹き付けるには、圧縮空気流中に炭酸水素ナトリウム粉末を導入し、吹き付け装置のノズルから噴射するのが好ましい。炭酸水素ナトリウム顆粒の吹き付け法には、乾式法と湿式法とがある。
【００１５】
乾式法とは、炭酸水素ナトリウム顆粒の噴射の際に圧縮空気のみ使用し、水を全く使用しない方法である。炭酸水素ナトリウム顆粒の銅材表面への衝突エネルギーは最大であるので、効率よく銅材表面の微細な目粗しを行なうことができる。しかし、吹き付けた炭酸水素ナトリウム顆粒は銅材表面に衝突した後飛散するので、炭酸水素ナトリウム顆粒の飛散を防止する必要がないような環境で行なうのに適する。
【００１６】
これに対して、湿式法とは、炭酸水素ナトリウム顆粒の飛散を防止するために、水を噴霧しながら炭酸水素ナトリウム顆粒の吹き付けを行う方法である。飛散した炭酸水素ナトリウム顆粒は噴霧状水に捕集されるので、周囲に炭酸水素ナトリウム顆粒が飛散するのを防止することができる。従って、湿式法は住宅地にある寺院や神社の銅製屋根等に対して好適である。
【００１７】
いずれの場合も、ノズルから噴射する圧縮空気の圧力は、噴射対象により異なるが、一般に約0.3 〜３kgf/cm 2の範囲内で設定すれば良い。この範囲外の噴射圧だと、表面の十分な清浄化及び適度な目粗しをすることができない。ノズル径は適宜選択できるが、一般に約５〜15mmである。このノズル径において、圧縮空気の吐出量は約５ｍ3 ／分以下、特に3.5 ｍ3 ／分以下が好ましい。５ｍ3 ／分より多いと周りに飛散する炭酸水素ナトリウム粉末が多すぎるため好ましくない。また炭酸水素ナトリウム粉末の吹き付け量は、0.5 〜1.0 kg／分であるのが好ましい。0.5 kg／分より少ないと吹きつけ時間が長くなりすぎ、また1.0 kg／分より多くてもそれに見合った効果の向上はなく、周りに飛散する炭酸水素ナトリウム粉末の量が増えるだけとなる。
【００１８】
炭酸水素ナトリウム顆粒を吹き付ける手段として通常のブラスト装置を使用することができるが、ｓｘラインブラスト装置「アキュストリップシステム」（スーパーブラストシステムズ社から入手可能）を使用するのが好ましい。本装置は、炭酸水素ナトリウム粉末タンク、タンクの底部の出口に取り付けられたダクトの途中に設けられた圧縮空気導入口、ダクトに取り付けたホース、及びホースの末端に取り付けたノズルからなる。吹き付けるべき銅材の大きさ、表面状態等に応じて、ノズル径、圧縮空気圧力、炭酸水素ナトリウム顆粒のサイズ及び吐出量等を適宜設定する。
【００１９】
いずれの吹き付け法でも、噴射された炭酸水素ナトリウム顆粒の衝突エネルギーによって、銅材表面の酸化膜や付着物は完全に除去されるのみならず、ミクロンオーダーの目粗しをすることができる。これにより銅材の表面積が著しく増大し、銅イオンが溶出しやすい状態となる。従って、炭酸水素ナトリウム顆粒の吹き付け時間は、銅材表面の微細な目粗しが十分に達成出来るまでの時間であれば良い。
【００２０】
[3] 後工程
銅材表面の目粗しの後、必要に応じて銅材表面を軽く洗い流し、水を噴霧して表面を濡らし、その上に炭酸水素ナトリウム粉末を散布して付着させる。散布する炭酸水素ナトリウム粉末は顆粒状に限らず、水に速やかに溶解して炭酸ガスを発生するものであれば、サイズ及び形状は限定されない。
【００２１】
銅材表面に付着した水に炭酸水素ナトリウム粉末が散布されると、炭酸水素ナトリウムは直ちに溶解し、炭酸水素ナトリウムと水との反応により炭酸イオン又は炭酸ガスが発生する。炭酸水素ナトリウム水溶液に溶出した銅イオンは炭酸イオンや炭酸ガスと反応し、炭酸銅の組成を有する緑青が生成する。緑青が一旦生成すると、水分が蒸発した後でも緑青の成長は進行する。緑青の発生・成長に要する日数は通常の気候条件では４〜５日程度である。
【００２２】
銅材表面に緑青が発生するのを促進するために、水の噴霧／炭酸水素ナトリウム粉末の散布からなる後工程で緑青の粉末も散布するのが好ましい。緑青粉末の添加量は、炭酸水素ナトリウム粉末100 重量部に対して、0.1 〜1.0 重量部程度で良い。
【００２３】
銅材表面に付着し得る水の量は限られているので、１回の後工程では十分に緑青を生成できない恐れがある。その場合には、水の噴霧／炭酸水素ナトリウム粉末の散布からなる後工程を複数回繰り返す。これにより、銅材表面に均一に緑青を生成させることができる。後工程は緑青の生成が十分になるまで繰り返す。繰り返しの回数は対象物の表面状態や、温度、日照、湿度等の気候条件等により異なるが、真夏や日照りでの作業でなければ通常４〜５回程度の繰り返しで十分である。
【００２４】
真夏、日照り、強風等の悪条件下では、銅材表面の水が短時間のうちに乾燥してしまうので、後工程の繰り返し回数が多くなりすぎ、作業効率が低下する。そのため水分の蒸発を抑制することにより、作業効率を向上させる必要がある。また１回の後工程での緑青の発生効率を向上させるのが好ましい。このような目的のために、銅材表面をできるだけ長期にわたって湿潤状態に保持する必要があるが、それには表面の水に炭酸水素ナトリウム粉末の散布後多孔質材で覆うのが好ましい。
【００２５】
銅材表面の水溶液から発生する炭酸ガスを逃がす必要があるので、多孔質材を使用するが、その多孔質材としては紙、不織布又は織布等が好ましい。織布としては、綿布、ガーゼ等が挙げられる。多孔質材中に含まれた水溶液は直ちに乾燥することがないので、より効率的に緑青発生の反応が持続する。多孔質材で覆った場合には、毎回多孔質材を交換しても良いが、覆ったままで水の噴霧／炭酸水素ナトリウム粉末の散布を繰り返しても良い。
【００２６】
【実施例】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
カビや錆が発生している30cm×37cmの銅板に、ｓｘラインブラスト装置「アキュストリップシステム」を用いて、下記条件により炭酸水素ナトリウム顆粒の吹き付けを乾式法により10秒間行なった。
炭酸水素ナトリウム顆粒：粒径75〜100 μｍ、モース硬度2.5 、純度99％以上
圧縮空気の吐出量：3.5 ｍ3 ／分
吹き付け空気圧力：2.0kgf/cm 2 
炭酸水素ナトリウム顆粒の吹き付け量：0.9kg ／分
【００２８】
吹き付け後の銅板の表面を肉眼で観察したところ、綺麗な銅色を有するとともに、マット状であることが分かった。これにより、銅板の表面からカビや錆が完全に除去されているとともに、微細な目粗しが行なわれたことが確認された。次いで銅板の表面に水を噴霧した後、平均粒径100 μｍの炭酸水素ナトリウム粉末15ｇを散布した。この状態で４日間天日に放置した。
【００２９】
このようにして得られた銅板の処理面を肉眼で観察したところ、緑青がほぼ均一に発生していることが確認された。緑青による銅板表面の隠蔽度は20％程度であった。
【００３０】
実施例２
実施例１で得られた緑青付き銅板に対して、実施例１と同じ条件で水の噴霧／炭酸水素ナトリウム粉末の散布からなる後工程を１日１回としてこれを４回（全部で４日間）行った。得られた緑青面を肉眼で観察したところ、緑青がほぼ均一に発生していることが確認された。緑青による銅板表面の隠蔽度はほぼ100 ％であった。
【００３１】
比較例１
実施例１と同様にして炭酸水素ナトリウム顆粒の吹き付けを乾式法により行い、銅板の表面からカビや錆を完全に除去するとともに、微細な目粗しを行い、４日間放置した。このようにして得られた銅板の処理面を肉眼で観察したところ、部分的に緑青が発生していたが、薄くて不十分であることが分かった。
【００３２】
比較例２
炭酸水素ナトリウム顆粒の吹き付けを行なわずに、実施例１と同じ条件で銅板の表面に水を噴霧した後、炭酸水素ナトリウム粉末を散布し、天日に放置した。このようにして得られた銅板の処理面を肉眼で観察したところ、部分的に緑青が発生していたが極めて薄く、不十分であることが分かった。また銅板表面の付着物の色と緑青の色とが混じっているために、綺麗な表面状態とならなかった。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の人工緑青発生法によれば、銅材表面に短時間で均一な緑青を発生させることができる。また炭酸水素ナトリウムは水溶性であるとともに、環境に対して無害であるので、屋外の建造物に対して本発明の人工緑青発生法を適用しても、環境に何の害も及ぼさない。このような特徴を有する本発明の人工緑青発生法は、各種の銅製の美術品、工芸品、彫刻、モニュメント、建築物等、特に神社仏閣や仏像のように戸外の建造物に対して好適である。