JP2014218708A - 金属材料の水洗装置及び水洗方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易且つ低コストでスケールの付着を十分に防止することができる金属板の水洗装置及び水洗方法を提供する。【解決手段】本発明の金属板の水洗装置は、金属材料を水洗するための水が収容された水槽と、前記水中に浸漬され且つ前記金属材料よりも標準酸化還元電位が高い導電材料と、前記導電材料と前記金属材料とを電気的に接続する手段と、前記金属材料と前記水とを接触させる手段とを有する。また、本発明の金属板の水洗方法は、前記金属材料の水洗装置を用いて金属材料を水洗することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、金属材料の水洗装置及び水洗方法に関し、特に、脱脂処理、エッチング処理及びメッキ処理等の表面処理後の金属材料の水洗に用いられる水洗装置及び水洗方法に関する。

金属材料（特に、金属板）の製造工程では、脱脂処理、エッチング処理及びメッキ処理等の表面処理が一般に行われている。近年、金属材料は、半導体用微小電子デバイス中のリードフレーム等に用いられるようになってきており、金属材料の表面に付着する微量な異物を低減することが要求されている。微小な異物としては、金属材料同士の接触によって生じる金属屑、製造環境に起因する異物、表面処理中又は当該表面処理後の水洗処理中に付着する異物等が挙げられる。この中でも表面処理後の水洗処理中に付着する異物は、主に、水に含まれるカルシウムイオン及びマグネシウムイオン等の不純物イオンに起因するスケールである。このスケールは、一般に、炭酸塩（例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム）、硫酸塩（硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム）等の水に難溶性の塩であり、一旦形成されてしまうと除去することが難しい。

そこで、スケールを防止する方法として、様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、永久磁石、ソレノイドコイル型磁石、異種電極の組み合わせ又はセラミックボール等のスケール防止手段と種晶の添加とを組み合わせることにより、水中のスケール成分を種晶の表面に析出させてスケールの発生を防止することが提案されている。また、その他の方法として、イオン交換樹脂等を用いてスケールの原因となる不純物イオンを除去する方法が提案されている。

特開２００２−３６１２８８号公報

しかしながら、上記の方法を用いた場合であっても、金属材料に対するスケールの付着を十分に防止することは難しい。
一般に、金属材料の水洗処理は、大気雰囲気下で、水と金属材料とを接触させることによって行われるところ、この水洗処理に用いられる水は空気と常に接しているため、空気中の二酸化炭素が水に溶解して炭酸イオンが生成する。特に、水洗処理では、洗浄効果を高めるために水の撹拌及び加熱等が行われるところ、水の撹拌によって空気と水との接触面積が増大する結果、二酸化炭素の溶解量が増大して炭酸イオンの濃度が高くなる。そして、この炭酸イオンは、水に含まれるカルシウムイオン等の陽イオン成分と反応して炭酸塩を生成させる。また、炭酸塩、特に炭酸カルシウムは、温度が高くなるほど水への溶解度が低下するため、その除去も難しくなる。

ここで、炭酸塩の生成を防止するためには、水中の陽イオン成分を除去しておけばよいと考えられるものの、表面処理に用いられる処理液中には陽イオン成分が含まれており、表面処理後の水洗処理を行う際に水中に陽イオン成分が持ち込まれるため、水中の陽イオン成分を完全に除去することは現実的に難しい。また、炭酸塩の生成を防止する他の方法として、水洗処理を窒素又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行う方法があるものの、設備が複雑化すると共に費用も増大する。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、簡易且つ低コストでスケールの付着を十分に防止することができる金属材料の水洗装置及び水洗方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記の問題を解決すべく鋭意研究した結果、金属材料よりも標準酸化還元電位が高い導電材料を金属材料に電気的に接続して局部電池を構成した状態で金属材料の水洗処理を行うことにより、水中に各種イオン成分が含まれていても、金属材料の表面におけるスケールの生成及び付着を効果的に防止し得ることを見出した。

すなわち、本発明は、金属材料を水洗するための水が収容された水槽と、前記水中に浸漬され且つ前記金属材料よりも標準酸化還元電位が高い導電材料と、前記導電材料と前記金属材料とを電気的に接続する手段と、前記金属材料と前記水とを接触させる手段とを有することを特徴とする金属材料の水洗装置である。
また、本発明は、金属材料を水洗するための水が収容され且つ地面と電気的に接続された導電性の水槽と、前記地面に埋設され且つ前記金属材料よりも標準酸化還元電位が高い導電材料と、前記導電材料と前記金属材料とを電気的に接続する手段と、前記金属材料と前記水とを接触させる手段とを有することを特徴とする金属材料の水洗装置である。
さらに、本発明は、前記金属材料の水洗装置を用いて金属材料を水洗することを特徴とする金属材料の水洗方法である。

本発明によれば、簡易且つ低コストでスケールの付着を十分に防止することができる金属材料の水洗装置及び水洗方法を提供することができる。

実施の形態１の金属材料の水洗装置の模式図である。 実施の形態２の金属材料の水洗装置の模式図である。 実施の形態３の金属材料の水洗装置の模式図である。 実施の形態４の金属材料の水洗装置の模式図である。

以下、本発明の金属材料の水洗装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態の金属材料の水洗装置（以下、「水洗装置」と略す）の模式図である。図１において、本実施の形態の水洗装置１は、水３が収容された水槽２と、水３中に浸漬された金属材料４及び導電材料５と、金属材料４と導電材料５とを電気的に接続する手段６とを有する。ここで、導電材料５は、金属材料４よりも標準酸化還元電位が高い。そして、各種イオン（電解質）を含む水３中に浸漬された金属材料４と導電材料５との間に局部的な電位差があるため、金属材料４を陽極、導電材料５を陰極とした局部電池が形成される。

この水洗装置１では、金属材料４を水３中に浸漬することで洗浄処理が行われる。また、この水洗装置１では、金属材料４の水洗を行う際に局部電池が形成されるため、陽極である金属材料４では酸化反応、陰極である導電材料５では還元反応がそれぞれ起こる。この水洗装置１における酸化還元反応は、水３の電気分解と同じ原理であり、金属材料４には陰イオン（例えば、水酸化物イオン、炭酸イオン等）、導電材料５には陽イオン（例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等）がそれぞれ引き付けられる。そして、金属材料４の表面に陰イオンが到達すると、電子を失い（酸化反応）、酸素の他、二酸化炭素、炭酸水素イオン等が生成する。他方、導電材料５の表面に陽イオンが到達すると、電子を受け取り（還元反応）、水素が発生する他、金属（例えば、カルシウム、マグネシウム等）が析出する。また、水３中の陰イオン濃度が高い場合には、金属塩（炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等）が析出する。したがって、この水洗装置１では、上記のような酸化還元反応が生じるため、金属材料４の表面において陰イオン（例えば、炭酸イオン）と陽イオン（例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン）とが反応して炭酸塩（スケール）が形成されることを防止することができる。

水洗装置１に使用可能な金属材料４としては、導電材料５よりも標準酸化還元電位が低いものであれば特に限定されない。その中でも金属材料４としては、工業的に利用されることが多い、鉄、アルミニウム、銅又はこれらの合金が挙げられる。また、金属材料４の形状は、特に限定されず、各種形状のものを用いることができる。その中でも、工業的な利用性の観点から、板状であることが好ましい。

水洗装置１に使用可能な導電材料５としては、金属材料４よりも標準酸化還元電位が高いものであれば特に限定されない。また、導電材料５の形状は、特に限定されず、各種形状のものを用いることができる。その中でも、工業的な利用性の観点から、板状であることが好ましい。

ここで、いくつかの金属の標準酸化還元電位を下記に示す。この標準酸化還元電位は、標準水素電極を基準電極として用いた場合の測定値であり、その測定温度は２５℃である。
アルミニウム：−１．６７６Ｖ
鉄：−０．４４０Ｖ
銅：＋０．３４０Ｖ
金：＋１．５２０Ｖ
銀：＋０．７９９Ｖ
白金：＋１．１８８Ｖ
パラジウム：＋０．９８７Ｖ
イリジウム：＋１．１５６Ｖ
ロジウム：＋０．７５８Ｖ

したがって、例えば、金属材料４として鉄を用いる場合、原理上、銅、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム又はロジウムから形成される導電材料５を用いることができる。また、金属材料４としてアルミニウムを用いる場合、原理上、鉄、銅、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム又はロジウムから形成される導電材料５を用いることができる。さらに、金属材料４として銅を用いる場合、原理上、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム又はロジウムから形成される導電材料５を用いることができる。ただし、鉄は、水３中での反応活性が高く、腐食し易いと共に、表面に水酸化物が形成されて還元反応を阻害してしまう可能性がある。そのため、鉄をそれ自体単独で導電材料５として用いることは好ましくない。

導電材料５は、金属材料４と導電材料５との間の電子の受け渡しを安定して行うために、金属材料４と導電材料５との間の電位差を大きくすることが望ましい。また、導電材料５は、その表面での還元反応が阻害されないようにするために、腐食等が生じ難いものであることが望ましい。これらの点を考慮すると、導電材料５は、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム等の貴金属から形成されていることが好ましい。

導電材料５を貴金属のみから形成する場合、コストが高くなる恐れがある。そのため、コストを低減する観点から、銅板等の表面に貴金属の被膜を形成したものを導電材料５として用いてもよい。このような導電材料５は、例えば、メッキ、スパッタ、蒸着等によって貴金属の被膜を銅板等の表面に形成することによって得ることができる。或いは、貴金属の粉末を含む樹脂組成物を銅板等の表面に塗布して焼き付けることによっても得ることができる。

金属材料４と導電材料５とを電気的に接続する手段６としては、特に限定されないが、一般的に導線である。
導線は、金属材料４と導電材料５との間の電子の受け渡しを安定して行うために、できるだけ抵抗が低く、且つ断面積が大きいほうが好ましい。本発明に適切な導線としては、特に限定されないが、純銅線が挙げられる。
また、導線は、腐食等を防止する観点から、樹脂又はセラミックス等の絶縁体で被覆することが好ましい。

金属材料４及び導電材料５と導線との接続方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、導線の先端に貴金属又は炭素棒等の接続部を設け、この接続部を金属材料４及び導電材料５と接触させればよい。また、この接続部についても、腐食等を防止する観点から、樹脂又はセラミックス等の絶縁体で被覆することが好ましい。

水槽２としては、金属材料４を水洗するための水３を収容し且つこの水３中に導電材料５を浸漬させ得るものであれば特に限定されない。
水槽２は、水３が収容されるため、様々な材質のものを用いることができる。ただし、表面処理後の金属材料４の水洗に用いる場合には、表面処理で使用された処理液が水３中に持ち込まれるため、当該処理液に対して耐性を有する材料から水槽２が形成されていることが好ましい。

なお、図１では、金属材料４を水３中に浸漬することによって洗浄を行う水洗装置１を示したが、金属材料４と導電材料５との間で局部電池を形成し得るような洗浄方法であれば浸漬法に限定されない。例えば、水３をスプレーにて金属材料４に噴霧することによって洗浄を行ってもよい。この噴霧法によれば、噴霧された水３を介して金属材料４と導電材料５との間の電気的な接続が行われ、局部電池を形成することができる。

上記のような構成を有する本実施の形態の水洗装置１は、金属材料４の洗浄効果を高める観点から、水３の撹拌手段をさらに設けてもよい。撹拌手段としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の撹拌装置を用いることができる。

本実施の形態の水洗装置１は、金属材料４の水洗、例えば、表面処理の前後の水洗等に用いることができる。その中でも表面処理後の金属板４の水洗に用いるのに特に有効である。表面処理としては、特に限定されず、例えば、脱脂処理、エッチング処理及びメッキ処理等が挙げられる。
これらの表面処理に用いられる処理液中には、一般に、陽イオン成分が含まれており、金属材料４の表面処理後に水洗装置１において水洗を行う際に陽イオン成分が水３中に持ち込まれる。また、水洗に用いられる水３は空気と接しているため、空気中の二酸化炭素が水３に溶解して炭酸イオンが生成する。しかしながら、この水洗装置１では、水洗時に局部電池を形成することにより、水３中に各種イオン成分が含まれていても、金属板３の表面におけるスケールの生成及び付着を効果的に防止することができる。

実施の形態２．
図２は、本実施の形態の水洗装置の模式図である。本実施の形態の水洗装置１０の構成及び作用効果は、実施の形態１の水洗装置１と基本的に同一であるため、相違点のみを説明する。
図２において、本実施の形態の水洗装置１０は、微細孔を有する隔壁１１を水槽２に有し、金属材料４と導電材料５とが隔壁１１によって隔てられている。

本実施の形態の水洗装置１０は、実施の形態１の水洗装置１と同様に、金属材料４の水洗を行う際に局部電池が形成されるため、陽極である金属材料４では酸化反応、陰極である導電材料５では還元反応がそれぞれ起こる。特に、導電材料５の表面では、還元反応により、水素が発生すると共に金属が析出し、また、水３中の陰イオン濃度が高い場合には金属塩が析出し、導電材料５の周囲に堆積する。このような状態で金属材料４の水洗を行うと、導電材料５の周囲に堆積した金属又は金属塩が水３中に拡散し、金属材料４の表面に付着する恐れがある。

そこで、本実施の形態の水洗装置１０では、金属材料４と導電材料５とを隔てる隔壁１１を水槽２に配置することにより、導電材料５の周囲に堆積した金属又は金属塩が水３中に拡散した場合に、金属又は金属塩が金属材料４側に移動することを防止することができる。これにより、導電材料５の周囲に堆積した金属又は金属塩が金属材料４の表面に付着することを防止することができる。

微細孔を有する隔壁１１は、金属又は金属塩の固着を防止する観点から、絶縁材料から形成されることが好ましい。絶縁材料としては、各種樹脂材料を用いることができる。その中でも、化学的安定性の高いプラスチック、例えば、ポリプロピレン、ナイロン、フッ素樹脂を用いることが好ましい。

微細孔の直径は、要求される製品の品質に応じて適宜調整すればよいが、１５μｍ以下であることが好ましい。また、隔壁１１の厚さは、本実施の形態における使用に耐え得る範囲であればよく、特に限定されない。
なお、微細孔を有する隔壁１１として、微細孔を有する市販の樹脂フィルムを用いてもよい。

実施の形態３．
図３は、本実施の形態の水洗装置の模式図である。本実施の形態の水洗装置２０の構成及び作用効果は、実施の形態１の水洗装置１と基本的に同一であるため、相違点のみを説明する。
図３において、本実施の形態の水洗装置２０は、微細孔を有するかご状部材２１が水槽２内に配置されており、当該かご状部材２１によって導電材料５が包囲されている。

実施の形態２で述べたように、金属材料４の水洗を行うと、導電材料５の周囲に堆積した金属又は金属塩が水３中に拡散し、金属材料４の表面に付着する恐れがある。
そこで、本実施の形態の水洗装置２０では、微細孔を有するかご状部材２１によって導電材料５を包囲することにより、導電材料５の周囲に堆積する金属又は金属塩を、かご状部材２１内に閉じ込めることができる。これにより、導電材料５の周囲に堆積する金属又は金属塩が金属材料４の表面に付着することを防止することができる。

微細孔を有するかご状部材２１は、金属又は金属塩の固着を防止する観点から、絶縁材料から形成されることが好ましい。絶縁材料としては、各種樹脂材料を用いることができる。その中でも、化学的安定性の高いプラスチック、例えば、ポリプロピレン、ナイロン、フッ素樹脂を用いることが好ましい。或いは、綿、絹、ナイロン繊維、フッ素樹脂繊維、ケブラー繊維等を用いて作製した袋をかご状部材２１として用いてもよい。

かご状部材２１の微細孔の直径は、要求される製品の品質に応じて適宜調整すればよいが、１５μｍ以下であることが好ましい。また、かご状部材２１の厚さは、本実施の形態における使用に耐え得る範囲であればよく、特に限定されない。

実施の形態４．
図４は、本実施の形態の水洗装置の模式図である。本実施の形態の水洗装置３０の構成及び作用効果は、実施の形態１の水洗装置１と基本的に同一であるため、相違点のみを説明する。
図４において、本実施の形態の水洗装置３０は、導電材料５が地面３１中に埋設されている。また、水槽２は、地面３１と電気的に接続させるために導電性であり且つ地面３１の表面に配置されている。ここで、水槽２は、地面３１と電気的に接続されていればよく、地面３１の表面に金属の架台等を介して間接的に配置していてもよい。或いは、水槽２に設けた配管を地面３１と接触させてもよい。

本実施の形態の水洗装置３０は、実施の形態１の水洗装置１と同様に、金属材料４の水洗を行う際に局部電池が形成されるため、陽極である金属材料４では酸化反応、陰極である導電材料５では還元反応がそれぞれ起こる。導電材料５には陽イオン（例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等）が引き付けられ、導電材料５の表面に陽イオンが到達すると、電子を受け取り（還元反応）、水素が発生する他、金属（例えば、カルシウム、マグネシウム等）が析出する。したがって、この水洗装置３０では、金属材料４の表面において陰イオン（例えば、炭酸イオン）と陽イオン（例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン）とが反応して炭酸塩（スケール）が形成されることを防止することができる。

１、１０、２０、３０ 水洗装置、２ 水槽、３ 水、４ 金属材料、５ 導電材料、６ 金属材料と導電材料とを電気的に接続する手段、１１ 隔壁、２１ かご状部材、３１ 地面。

Claims (8)

1. 金属材料を水洗するための水が収容された水槽と、
   前記水中に浸漬され且つ前記金属材料よりも標準酸化還元電位が高い導電材料と、
   前記導電材料と前記金属材料とを電気的に接続する手段と、
   前記金属材料と前記水とを接触させる手段と
   を有することを特徴とする金属材料の水洗装置。
2. 前記水槽は、微細孔を有する隔壁を有し、前記金属材料と前記導電材料とが前記隔壁によって隔てられていることを特徴とする請求項１に記載の金属材料の水洗装置。
3. 前記導電材料は、微細孔を有するかご状部材によって包囲されていることを特徴とする請求項１に記載の金属材料の水洗装置。
4. 金属材料を水洗するための水が収容され且つ地面と電気的に接続された導電性の水槽と、
   前記地面に埋設され且つ前記金属材料よりも標準酸化還元電位が高い導電材料と、
   前記導電材料と前記金属材料とを電気的に接続する手段と、
   前記金属材料と前記水とを接触させる手段と
   を有することを特徴とする金属材料の水洗装置。
5. 前記導電材料は、金、白金、銀、ロジウム、パラジウム、ルテニウム及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも１つの貴金属から形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属材料の水洗装置。
6. 前記金属材料は、鉄、アルミニウム、銅及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１つの金属から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属材料の水洗装置。
7. 脱脂処理、エッチング処理及びメッキ処理からなる群から選択される表面処理後の前記金属材料の水洗に用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属材料の水洗装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属材料の水洗装置を用いて金属材料を水洗することを特徴とする金属材料の水洗方法。

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