本発明は、不活性ガスの微細気泡を含む処理液を生成する処理液生成装置、及び、その装置を用いる塗装前処理方法に関する。

従来、塗装前処理として塗装前の物品を脱脂液に浸漬させて脱脂処理するのに、マイクロバブル(直径が50μm以下の気泡)に代表される微細気泡を脱脂液中に分散させることで塗装前物品に対する脱脂効果を高めることが一般に知られている。

しかし、単に空気を微細気泡にして脱脂液中に分散させるのでは、その空気に含まれる二酸化炭素ガスの影響により脱脂液のpH値が低下し、それが原因で脱脂液の脱脂効果が低下したり塗装前物品に悪影響を与えたりしてしまう。

このことから、下記の特許文献1では、CO₂除去装置により二酸化炭素ガスを除去した空気を微細気泡にして脱脂液中に分散させることで、二酸化炭素ガスの影響による脱脂液のpH値低下を回避するようにした脱脂システムが提案されている。

特開2011−173086号公報(特許第4915455号)

しかし、特許文献1の脱脂システムでは、空気から二酸化炭素ガスを除去するCO₂除去装置の付加装備を必要とすることから、また、CO₂除去装置は通気抵抗が大きくてCO₂除去装置に空気を供給するのに圧縮空気を要することなどからも、システムのイニシャルコスト及びランニングコストが嵩むとともに、保守管理の負担が大きくなる問題があった。

そこで、空気に代え窒素などの不活性ガスの気泡を脱脂液中に噴出させるようにして、CO₂除去装置を不要にすることも考えられるが、このように気泡を液中に対して直接に噴出させる方式(いわゆるバブリング方式)では、微細気泡を液中に分散させ得るものの、マイクロバブルなどの微細気泡が有する特有の性質を備えず、また、浮上速度が大きくて液中に短時間しか存在し得ない大径の気泡が微細気泡とともに形成され易く、その分、不活性ガスの浪費が大きくなってランニングコストの上昇を招く問題が生じる。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的な気泡発生形態を採ることで上記の如き問題を効果的に解消する点にある。

本発明の第1特徴構成は処理液生成装置に係り、その特徴は、 不活性ガスの微細気泡を含む処理液を生成する処理液生成装置であって、 ガス供給源から供給される不活性ガスと液供給源から供給される原液とを加圧状態で気液接触させて不活性ガスを原液に溶解させる気液接触手段と、 この気液接触手段において不活性ガスが溶解した原液を加圧状態から開放することで原液中に不活性ガスの微細気泡を発生させる圧力開放手段とを備える点にある。

この第1特徴構成の処理液生成装置では、気液接触手段での加圧状態下での気液接触により不活性ガスが溶解した原液を圧力開放手段においてその加圧状態から開放することで、原液中における溶解不活性ガスを溶解状態から気泡化させて原液中に不活性ガスの微細気泡を分散状態で多数発生させ、これにより、不活性ガスの微細気泡を含む処理液を生成する。

したがって、この処理液生成装置であれば、二酸化炭素ガスを含まない微細気泡が液中に分散する処理液を、先述の如きCO₂除去装置を用いずに生成することができて、CO₂除去装置の不要化により装置のイニシャルコスト及びランニングコストを効果的に低減するとともに、保守管理の負担も効果的に軽減することができる。

また、加圧状態からの開放により溶解不活性ガスを液中で気泡化させる気泡発生形態を採るから、気泡を液中に対して直接に噴出させる方式(バブリング方式)のように微細気泡とともに大径の気泡が発生することも抑止することができて、大径気泡の発生による不活性ガスの浪費も回避することができ、この点からもランニングコストを効果的に低減することができる。

本発明の第2特徴構成は、第1特徴構成の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、 前記ガス供給源として、不活性ガスを高圧状態で貯留する高圧ガス容器を備え、 前記気液接触手段として、前記高圧ガス容器から原ガス路を通じて供給される高圧不活性ガスと前記液供給源から昇圧ポンプにより原液路を通じて供給される昇圧原液とを気液接触状態で貯留する圧力タンクを備える点にある。

この第2特徴構成の処理液生成装置では、高圧ガス容器から供給される高圧不活性ガスの保有圧力、及び、液供給源から昇圧ポンプにより供給される昇圧原液の保有圧力により、それら不活性ガスと原液とを圧力タンク内において加圧状態下で気液接触させて不活性ガスを原液に溶解させる。

したがって、動力的には、原液の搬送ポンプを兼ねる昇圧ポンプを運転するだけで、不活性ガスが溶解した原液を連続的に能率良く生成することができ、これにより、消費動力を少なくしてランニングコストを一層低減しながら、不活性ガスの微細気泡を含む処理液を連続的に能率良く生成することができる。

本発明の第3特徴構成は、第2特徴構成の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、 前記昇圧原液を前記圧力タンク内の前記高圧不活性ガスに対して散布する散布手段を備える点にある。

この第3特徴構成の処理液生成装置では、圧力タンク内での高圧不活性ガスに対する昇圧原液の散布により、不活性ガスと原液との気液接触面積を増大させて、原液中への不活性ガスの溶解を促進することができ、これにより、処理液の生成効率をさらに高めることができ、またその分、圧力タンクを小型化して装置を小型化することができる。

本発明の第4特徴構成は、第2又は第3特徴構成の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、 前記高圧不活性ガスを、前記昇圧原液の液中へ噴出する液中噴出手段を備える点にある。

この第4特徴構成の処理液生成装置では、昇圧原液中への高圧不活性ガスの噴出により不活性ガスと原液との気液接触面積を増大させて、原液中への不活性ガスの溶解を促進することができ、これにより、処理液の生成効率をさらに高めることができ、またその分、圧力タンクを小型化して装置を小型化することができる。

本発明の第5特徴構成は、第1特徴構成の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、 前記気液接触手段として、前記ガス供給源から供給される不活性ガスと前記液供給源から供給される原液とを混合状態で吸入して加圧する混合加圧ポンプを備える点にある。

この第5特徴構成の処理液生成装置では、混合加圧ポンプにより不活性ガスと原液とを混合状態で吸入して加圧することで、その加圧状態下において不活性ガスを原液に効率良く溶解させることができる。

したがって、動力的には混合加圧ポンプを運転するだけで、不活性ガスが溶解した原液を能率良く連続的に生成することができ、これにより、不活性ガスの微細気泡を含む処理液を連続的に能率良く生成することができる。

本発明の第6特徴構成は、第1〜第5特徴構成のいずれかの実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、 前記液供給源から前記気液接触手段に供給する原液を吸熱源とし、かつ、前記気液接触手段から前記圧力開放手段に送出される不活性ガス溶解状態の原液又は前記圧力開放手段から送出される生成処理液を放熱源として吸放熱機能するヒートポンプを備える点にある。

この第6特徴構成の処理液生成装置では、気液接触手段に供給する原液から吸熱することで、その吸熱による液温低下により気液接触手段での原液中への不活性ガスの溶解を促進することができる。

また、気液接触手段から送出される不活性ガス溶解状態の原液又は圧力開放手段から送出される生成処理液へ放熱することで、その放熱による液温上昇により、液中の溶解不活性ガスを微細気泡として液中に発生させることも促進することができる。

即ち、これら吸放熱によるガス溶解の促進及び気泡発生の促進により、処理液の生成効率を一層高めることができる。

本発明の第7特徴構成は、第1〜第6特徴構成のいずれかの処理液生成装置を用いた塗装前処理方法に係り、その特徴は、 前記圧力開放手段から送出される生成処理液を用いて塗装前の物品を洗浄処理又は脱脂処理する点にある。

この第7特徴構成の塗装前処理方法によれば、不活性ガスの微細気泡を含む処理液(即ち、微細気泡中に二酸化炭素ガスを含まない処理液)を用いるから、処理液のpH値変化による洗浄効果や脱脂効果の低下を生じることなく、また、処理液のpH値変化による塗装前物品への悪影響も回避しながら、塗装前物品を効果的にかつ能率良く洗浄処理又は脱脂処理することができる。

第1実施形態を示す脱脂槽の構成図

第2実施形態を示す脱脂槽の構成図

第3実施形態を示す脱脂槽の構成図

第4実施形態を示す脱脂槽の構成図

別実施形態を示す処理液生成装置の概略構成図

〔第1実施形態〕 図1は塗装前処理設備における脱脂槽1を示し、塗装前の物品W(本例では自動車ボディ)は、この脱脂槽1において槽内の脱脂液Lに浸漬させることで脱脂処理して物品表面から塗装品質の低下原因となる油脂分を除去する。

脱脂槽1における脱脂液Lは、循環ポンプ2により槽外の循環路3を通じて循環させるようにしてあり、この循環路3には調温用熱交換器4を介装してある。即ち、この調温用熱交換器4において循環脱脂液Lを加熱媒体Hと熱交換させて加熱することで、脱脂槽1における槽内の脱脂液Lを脱脂処理に適した温度に保つ。

循環路3には、マイクロバブルB(直径が50μ以下の気泡)を含む脱脂液Lb(処理液)を生成する処理液生成装置5を接続してあり、この処理液生成装置5により生成したマイクロバブル含有の脱脂液Lbを生成液路6を通じて循環路3の循環脱脂液Lに合流させることで、脱脂槽1の槽内脱脂液L中にマイクロバブルBを分散状態で滞留させ、このマイクロバブルBが有する吸着効果や油剥離効果などの特性により塗装前物品Wに対する脱脂効果を高める。

処理液生成装置5の具体構造については、循環路3を液供給源として、その循環路3における前記生成液路6の接続箇所よりも上流側箇所において循環脱脂液Lの一部Laを分流する原液路7、及び、その原液路7へ分流した脱脂液Laを処理原液として導入する気液接触手段としての圧力タンク8を設け、原液路7には、循環路3からの分流脱脂液Laを昇圧して圧力タンク8に送る昇圧ポンプ9を介装してある。

一方、ガス供給源としての高圧ガス容器10(本例では窒素ガスボンベ)から減圧弁11を通じて圧力タンク8に不活性ガスGである高圧窒素ガスN₂を供給する原ガス路12を設け、圧力タンク8内には、散布ポンプ13により散布用液路14を通じて供給される圧力タンク8内の昇圧脱脂液Laを圧力タンク8内における貯留脱脂液La上方の高圧窒素ガス空間8aに対し散布して圧力タンク8内に戻す散布手段としての散布器15を設けてある。

また、生成液路6には、圧力タンク8から送出される昇圧脱脂液Laを減圧する圧力開放手段としての気泡発生用の減圧調整弁16を介装してある。

つまり、この処理液生成装置5では、原ガス路12を通じて高圧ガス容器10から供給される高圧窒素ガスN₂の保有圧力、及び、液供給源としての循環路3から昇圧ポンプ9により原液路7を通じて供給される昇圧脱脂液La(昇圧原液)の保有圧力により、それら窒素ガスN₂と脱脂液Laとを圧力タンク8内において加圧状態下で気液接触させ、これにより、その窒素ガスN₂をタンク内の脱脂液Laに溶解させる。

そして、このように加圧状態下で窒素ガスN₂が溶解した脱脂液Laを圧力タンク8から生成液路6に送出するのに伴い気泡発生用の減圧調整弁16により加圧状態から開放することで、その送出脱脂液La中における溶解窒素ガスN₂を溶解状態から気泡化させて液中に窒素ガスN₂のマイクロバブルBを分散状態で多数発生させ、これにより、窒素ガスN₂のマイクロバブルBを含む脱脂液Lbを生成して、そのマイクロバブル含有の生成脱脂液Lbを生成液路6を通じて循環路3の循環脱脂液Lに合流させる。

即ち、このようにして窒素ガスN₂のマイクロバブルBを脱脂槽1における槽内脱脂液L中に分散させることで、単に空気をマイクロバブルにして槽内脱脂液L中に分散させるのに比べ、空気中の二酸化炭素ガスによる脱脂液LのpH値低下を防止して、そのpH値低下に原因する脱脂効果の低下や塗装前処理物品Wへの悪影響を防止する。

また、加圧状態の開放により溶解状態の窒素ガスN₂を液中で気泡化させる発生形態で脱脂液La中に窒素ガスN₂のマイクロバブルBを発生させることにより、マイクロバブルBが有する吸着効果や油剥離効果などの特性を備えず、また、浮上速度も大きくて液中に短時間しか存在し得ない大径の気泡がマイクロバブルBとともに液中に形成されることを抑止して、そのような大径気泡の発生による窒素ガスN₂の浪費も回避する。

〔第2実施形態〕 図2に示す脱脂槽1では、前述の処理液生成装置5を装備するのに、圧力タンク8に対して処理原液としての脱脂液Laを送る原液路7を脱脂槽1の本体から延出させ、また、窒素ガスN₂のマイクロバブルBを液中に発生させた生成脱脂液Lbを送出する生成液路6も脱脂槽1の本体に接続してある。

また、脱脂槽1では、生成液路6を通じて送給される生成脱脂液Lbを複数の給液口17から分散させて槽内に流入させるようにしてある。

つまり、この第2実施形態の脱脂槽1では、原ガス路12を通じて高圧ガス容器10から供給される高圧窒素ガスN₂の保有圧力、及び、液供給源としての脱脂槽1本体から昇圧ポンプ9により原液路7を通じて供給される昇圧脱脂液La(昇圧原液)の保有圧力により、それら窒素ガスN₂と脱脂液Laとを圧力タンク8内において加圧状態下で気液接触させて窒素ガスN₂をタンク内の脱脂液Laに溶解させる。

そして、加圧状態下で窒素ガスN₂が溶解した脱脂液Laを圧力タンク8から生成液路6に送出するのに伴い気泡発生用の減圧調整弁16により加圧状態から開放することで、窒素ガスN₂のマイクロバブルBが液中に分散する脱脂液Lbを生成して、その生成脱脂液Lbを生成液路6及び複数の給液口17を通じ脱脂槽1に供給することで、窒素ガスN₂のマイクロバブルBを脱脂槽1における槽内脱脂液L中に分散させる。

なお、図1,図2に示す第1,第2実施形態に代えて、圧力タンク8に対して処理原液としての脱脂液Laを送る原液路7を循環路3から分岐し、これに対し、窒素ガスN₂のマイクロバブルBを液中に発生させた生成脱脂液Lbを送出する生成液路6を、脱脂槽1の本体や脱脂槽1に装備の散液装置などに接続するようにしてもよい。

また、圧力タンク8に対して処理原液としての脱脂液Laを送る原液路7を脱脂槽1の本体から延出し、これに対し、窒素ガスN₂のマイクロバブルBを液中に発生させた生成脱脂液Lbを送出する生成液路6を、循環路3や脱脂槽1に装備の散液装置などに接続するようにしてもよい。

〔第3実施形態〕 図3に示す脱脂槽1では、原液路7を通じて圧力タンク8に送る処理原液としての脱脂液Laを吸熱源とし、かつ、減圧調整弁16から生成液路6に送出される生成脱脂液Lbを放熱源として吸放熱機能するヒートポンプ18を装備してある。

具体的は、このヒートポンプ18の吸熱機能により処理原液としての脱脂液Laを冷却する冷却器18aを原液路7に介装し、また、ヒートポンプ18の放熱機能により生成脱脂液Lbを加熱する加熱器18bを生成液路6に介装してある。

つまり、この第3実施形態の脱脂槽1では、原液路7を通じて圧力タンク8に供給する処理原液としての脱脂液Laをヒートポンプ18の吸熱機能により冷却することで、その冷却による脱脂液Laの液温低下により、圧力タンク8での脱脂液La中への窒素ガスN₂の溶解を促進する。

また、生成液路6を通じて循環路3に供給する生成脱脂液Lbをヒートポンプ18の放熱機能により加熱することで、その加熱による生成脱脂液Lbの液温上昇により、溶解窒素ガスN₂の液中での気泡化を促進する。

なお、ヒートポンプ18による上記の如き吸放熱では、一般にヒートポンプ18の駆動動力分だけ処理原液としての脱脂液Laからの吸熱量に比べ生成脱脂液Lbへの放熱量の方が大きくなることから、その吸放熱量の差分だけ調温用熱交換器4に要求される脱脂液加熱量を低減することもできる。

図3では、循環路3から分岐した原液路7に冷却器18aを介装する例を示すが、これに限らず、冷却器18aを介装する原液路7は脱脂槽1本体などから延出するものであってもよい。

また、図3では同じく循環路3に接続する生成液路6に加熱器18bを介装する例を示すが、これに限らず、加熱器18bを介装する生成液路6は脱脂槽1本体や脱脂槽1に装備の散液装置などに接続するものであってもよい。

〔第4実施形態〕 図4に示す脱脂槽1では、ヒートポンプ18の吸熱機能により処理原液としての脱脂液Laから吸熱する前記冷却器18a、及び、ヒートポンプ18の放熱機能により生成脱脂液Lbへ放熱する前記加熱器18bの夫々を圧力タンク8のタンク内に収容してある。

具体的には、圧力タンク8の内部において、原液路7が開口する液流入域19aに対する上部開放の包囲壁20a、及び、生成液路6が開口する液流出域19bに対する下部開放の包囲壁20bを設けてある。

そして、このタンク構造において、冷却器18aを上部開放の包囲壁20aにより囲われる液流入域19aに収容配置するとともに、加熱器18bを下部開放の包囲壁20bにより囲われる液流出域19bに収容配置してある。

つまり、このように冷却器18a及び加熱器18bの夫々を圧力タンク8内に収容配置することで、処理液生成装置5をコンパクト化する。

また、この図4に示す脱脂槽1では、原ガス路12を通じて高圧ガス容器10から供給される高圧窒素ガスN₂を、散布用液路14における給送脱脂液La(即ち、圧力タンク8内の散布器15に供給する脱脂液)に対して噴出させる液中噴出手段としての気泡発生器21を装備してある。

即ち、散布器15により圧力タンク8内の高圧窒素ガスN₂に対して脱脂液Laを散布するのに加え、上記の如く気泡発生器21により高圧窒素ガスN₂を脱脂液La中に噴出して気泡化させることで、圧力タンク8での脱脂液La中への窒素ガスN₂の溶解を一層効果的に促進する。

なお、液中噴出手段としての上記気泡発生器21は、圧力タンク8内の貯留脱脂液La中へ高圧窒素ガスN₂を噴出させるように配置してもよい。

〔別実施形態〕 次の本発明の別実施形態を列記する。

不活性ガスGの微細気泡Bを含む処理液Lbを生成する処理液生成装置5を構成するのに、図5に示すように、原ガス路12Aを通じて供給される窒素ガスN₂などの不活性ガスGと原液路7Aを通じて供給される原液Laとを混合状態で吸入して加圧する気液接触手段としての混合加圧ポンプPを設け、この混合加圧ポンプPでの混合加圧により不活性ガスGを原液La中に溶解させる。

そして、この混合加圧ポンプPから送出される不活性ガス溶解状態の原液Laを圧力開放手段としての減圧調整弁16Aにより加圧状態から開放することで、液中の溶解不活性ガスGを気泡化させて不活性ガスGの微細気泡Bの液中に発生させ、これにより、不活性ガスGの微細気泡Bを含む処理液Lbを生成するようにしてもよい。

同図5に示すように、混合加圧ポンプPに供給する原液Laを吸熱源とし、かつ、混合加圧ポンプPから減圧調整弁16Aに送出される不活性ガス溶解状態の原液La又は減圧調整弁16Aから生成液路6Aに送出される生成処理液Lbを放熱源として吸放熱機能するヒートポンプ18Aを設けてもよい。

本発明による処理液生成装置の実施において、生成処理液Lbの液中に含ませる微細気泡Bは、窒素ガスN₂の微細気泡に限られるものではなく、不活性ガスGの微細気泡であればよい。

また、その微細気泡Bはマイクロバブルに限られるものではなく、所要の機能を奏し得る微細気泡であればよい。

窒素ガスN₂など不活性ガスGと原液Laとを加圧状態で気液接触させることで、不活性ガスGを原液La中に溶解させる気液接触手段は、前述の圧力容器8や混合加圧ポンプPに限られるものではなく、加圧状態での気液接触により不活性ガスGを原液Laに溶解させ得るものであれば、どのような形式・構造のものであってもよい。

また、加圧状態下で液中に不活性ガスGが溶解した原液Laを加圧状態から開放することでその液中に不活性ガスGの微細気泡Bを発生させる圧力開放手段も、前述の如き減圧調整弁16,16Aに限られるものではなく、どのような形式・構造のものであってもよい。

本発明による処理液生成装置は、窒素ガスN₂のマイクロバブルBを含む脱脂液Lbの生成に限らず、不活性ガスGの微細気泡Bを含む洗浄液の生成など、不活性ガスGの微細気泡Bを含む種々の用途の処理液を要する各種分野において、その処理液の生成に使用することができる。

本発明による処理液生成装置は上記の如く各種の処理液使用分野において利用することができる。

G 不活性ガス B 微細気泡 Lb 処理液 5 処理液生成装置 10 ガス供給源(高圧ガス容器) 3 液供給源 La 原液 8 気液接触手段(圧力タンク) 16,16A 圧力開放手段 12 原ガス路 9 昇圧ポンプ 7 原液路 15 散布手段 21 液中噴出手段 P 気液接触手段(混合加圧ポンプ) Lb 生成処理液 18,18A ヒートポンプ W 塗装前物品