JP6536884B2 - Modification method of metal surface using micro and nano bubble and adhesion method of metal and resin - Google Patents
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Description
本発明は、強力な酸化力を有するオゾンのマイクロ・ナノバブルを含有する処理液による金属表面の改質方法、及び該改質方法によって表面改質された金属と樹脂との接着性を向上させることができる接着方法に関する。 The present invention relates to a method for modifying a metal surface with a processing solution containing micro-nano bubbles of ozone having strong oxidizing power, and to improve adhesion between a metal and a resin surface-modified by the modifying method. Related to the bonding method.
オゾンは強力な酸化力を有するため、従来から殺菌消毒等に利用されている。また、金属材料や樹脂材料をオゾンに曝すと、腐食や劣化を促進させることも知られている。近年は、オゾンの高い酸化力に注目して、樹脂や金属の表面改質を行う目的でオゾンガスやオゾン水を利用することが検討されている。 Since ozone has strong oxidizing power, it has been conventionally used for sterilization and the like. It is also known that exposure of metal materials and resin materials to ozone promotes corrosion and deterioration. In recent years, it has been studied to use ozone gas and ozone water for the purpose of surface modification of resins and metals, focusing on the high oxidizing power of ozone.
例えば、感光体ドラムユニットの製造方法において、感光体ドラムの端部に装着され、結晶性樹脂を含む材料により形成される端部部材の嵌合部と感光体ドラムのアルミニウム基体との接着性を高めるため、前記嵌合部の樹脂外表面部をオゾン暴露又はオゾン水への浸漬によって酸化処理する方法が提案されている(特許文献1を参照)。 For example, in the method of manufacturing a photosensitive drum unit, the adhesion between the fitting portion of the end member attached to the end of the photosensitive drum and formed of a material containing a crystalline resin and the aluminum base of the photosensitive drum is enhanced. Therefore, a method has been proposed in which the resin outer surface portion of the fitting portion is oxidized by exposure to ozone or immersion in ozone water (see Patent Document 1).
また、特許文献2には、水晶デバイスの製造工程において、レジスト塗布前の基板上に形成されたAu/Cr耐蝕膜のAu層を短時間のオゾン水により表面の改質処理を施すことで、レジストの付着性を向上させる方法が提案されている。この改質方法では、オゾン濃度が100ppm以上の炭酸を含む50℃以上のオゾン水との接触を行うことにより接触角の改善効果が得られる。
Further, in
さらに、前記のオゾンガス又はオゾン水を使用する代わりに、マイクロ・ナノレベルの微小気泡オゾンを含む処理液を用いて樹脂の表面を改質し、樹脂を金属メッキするときに求められる接着力の向上又は樹脂へ染色性を付与することが試みられている。例えば、非特許文献1には、オゾンマイクロ・ナノバブル水を用いたABS樹脂のメタライゼーションにおいて、低濃度のオゾンガスを水中に溶解させ、オゾンガスのナノバブルを水中で使用し、該ナノバブルを長く安定的なオゾン供給源として利用することによって、ABS樹脂表面を効果的に改質する方法が提案されている。 Furthermore, instead of using the above-mentioned ozone gas or ozone water, the surface of the resin is reformed using a treatment liquid containing micro-nano level microbubble ozone, and the adhesion strength required when metal plating the resin is improved. Alternatively, attempts have been made to impart dyeability to resins. For example, in Non-Patent Document 1, in the metallization of ABS resin using ozone micro / nano bubble water, low concentration ozone gas is dissolved in water, nano bubble of ozone gas is used in water, and the nano bubble is long and stable. A method of effectively reforming the surface of an ABS resin by utilizing it as an ozone supply source has been proposed.
前記樹脂の場合と同様に、金属の表面改質方法においてもオゾンのマイクロ・ナノバブルを含有する処理液による酸化が検討されている。本発明者等は、すでに特許文献3において、金属表面をオゾンマイクロ・ナノバブルで洗浄、酸化させたものに、樹脂を直接射出形成し金属と樹脂を強固に一体化するか、又は酸化処理した金属と樹脂を接着剤を使い強固に接着させることができることを記載している。
As in the case of the above-mentioned resin, oxidation by a treatment solution containing micro-nano bubbles of ozone is also considered in the surface modification method of metal. The inventors of the present invention have already reported in
マイクロ・ナノバブルは、非特許文献2に記載されているように、(a)気泡径が小さいこと、(b)上昇速度が遅いこと、(c)摩擦抵抗を低減すること、(d))気泡内圧力が高いこと、(e)気液界面が大きいこと、(f)ガスの溶解量が大きいこと、(g)溶解、収縮を伴うことと、及び(h)気泡表面が負に帯電していること、等の様々な特徴を有するため、これらの特徴を利用した食品、化粧品、薬品、半導体洗浄、植物育成等の幅広い分野への応用が期待されている。マイクロ・ナノバブルは、粒子径が小さくなるほど浮力が粘性力に比べて非常に小さくなるため、上面に浮上しないで液体中に超微細バブルのままで長期間存在できること、また、バブルの球径が非常に小さくなり、ナノバブルを含む液体は目視では確認できず無色透明になることが知られている。
As described in
マイクロ・ナノバブルを発生するには、液を流動化させることにより気体を同伴させる方法と、液は静止した状態で気体を吹き込む方法とに大別される。具体的には、前記非特許文献2に記載されているように、旋回液流式、スタティックミキサー式、ベンチェリー式、加圧溶解式、細孔式などによる各種のマイクロ・ナノバブル発生方法が提案されている。
In order to generate micro-nano bubbles, there are roughly divided into a method of entraining a gas by fluidizing the liquid and a method of blowing the gas in a stationary state. Specifically, as described in Non-Patent
前記のようにマイクロ・ナノバブルは従来にない特徴を有するため、すでにガラス基板や半導体ウエハ等の基板に付着残留するレジスト膜の剥離、若しくは金属又は金属化合物等の汚染物の除去を行うための洗浄方法として適用が検討されている(例えば、特許文献4を参照)。前記特許文献4に記載の発明は、気液混合方法によって無添加生成したオゾン水を用いて電子・機械部品を洗浄する洗浄方法において、当該オゾン水が含有するオゾン気泡の粒径Rが0<R≦1000nmであるため、オゾン気泡の上昇が抑制され、容易に脱気せず、充分な洗浄効果を得ることができる。 As described above, since the micro / nano bubble has an unconventional feature, the cleaning for removing the resist film which has already adhered to the substrate such as the glass substrate or the semiconductor wafer or removing the contaminant such as metal or metal compound Application is considered as a method (for example, refer to patent documents 4). The invention described in Patent Document 4 is a cleaning method for cleaning electronic / mechanical parts using ozone water generated without addition by gas-liquid mixing method, wherein the particle size R of ozone bubbles contained in the ozone water is 0 < Since R ≦ 1000 nm, the rise of the ozone bubble is suppressed, and it is possible to obtain a sufficient cleaning effect without degassing easily.
金属表面の改質のためにオゾンガス又はオゾン水による酸化処理を適用することは、樹脂の場合と比べて表面の活性化が難しいことから、酸化力を高めるため、密閉に近い系で処理を行うこと、オゾン濃度を高くすること、又はオゾンガスやオゾン水の温度を上げること、等の方法が従来から行われている。また、二酸化炭素や過酸化水素等の別の添加成分を加えることもある。前記特許文献2には金属としてAuの表面改質例が記載されているが、Auに限らず、一般的な銅、アルミニウム及び鉄等の金属表面の場合においても樹脂との接着性を向上させる効果を十分に得るために、前記のように非常に激しい条件下でオゾン処理を行う必要がある。
Applying an oxidation treatment with ozone gas or ozone water to reform the metal surface is more difficult to activate the surface than in the case of a resin, so treatment is performed in a system close to sealing to increase the oxidizing power. Conventionally, methods such as increasing the concentration of ozone or raising the temperature of ozone gas or ozone water have been used. In addition, other additive components such as carbon dioxide and hydrogen peroxide may be added. Although the surface modification example of Au as a metal is described in the said
一方、オゾンのマイクロ・ナノバブルを含有する処理液は、オゾンが大気中に拡散するという問題を抑制するために検討されているが、処理液中のオゾン濃度がオゾンガス又はオゾン水と比べて低く、マイルドな条件で酸化を行う目的で樹脂の表面改質用として適用されるのがほとんどである。しかしながら、サブミクロン以上のマイクロバブルでは、バブルの粒径が短時間で大きくなり、マイクロレベルの状態で長期間存在することが困難であり、充分な酸化力を維持し続けることが困難である。さらに、室温以上の高温状態ではマイクロバブルの消滅が加速され、短時間でオゾンが大気中に拡散するため、金属の表面処理中に持続的で安定した酸化力を発揮することが極めて難しくなる。したがって、前記特許文献3及び4に開示されるように、マイクロバブルより微細のナノバブルを含む処理液による金属の表面処理法が検討された。
On the other hand, treatment solutions containing micro-nano bubbles of ozone have been studied to suppress the problem that ozone diffuses into the atmosphere, but the ozone concentration in the treatment solution is lower than ozone gas or ozone water, Mostly applied for surface modification of resin for the purpose of oxidation under mild conditions. However, in the case of microbubbles of submicron or more, the particle size of the bubbles increases in a short time, it is difficult to exist for a long time in a micro level state, and it is difficult to maintain sufficient oxidizing power. Furthermore, at high temperatures above room temperature, the disappearance of microbubbles is accelerated and ozone diffuses into the atmosphere in a short time, so it is extremely difficult to exert a sustained and stable oxidizing power during metal surface treatment. Therefore, as disclosed in
しかしながら、前記特許文献3はナノバブルを発生させるための方法及び装置を提案しているだけであって、樹脂との接着力を向上させるために行う、オゾンのマイクロ・ナノバブル処理による金属の表面処理法や処理条件等については具体的に何ら開示されてない。単に、金属の表面処理方法の一つとしてオゾンのマイクロ・ナノバブルを含有する処理液が使用できるかもしれないという技術の可能性を提示したものに過ぎない。
However,
また、前記特許文献4に記載の発明は、オゾンのナノ気泡(ナノバブル)の上昇が抑制されるという周知の技術を電子・機械部品の洗浄方法に利用したものであり、金属と樹脂との接着力を向上させるために、オゾンのマイクロ・ナノバブルを含有する処理液によって積極的に金属の表面を改質するという思想については記載も示唆もされていない。また、前記特許文献4に記載されているオゾンナノバブルを含有するオゾン水はオゾン濃度が20ppm以下であり、このオゾン水によって樹脂との接着力が向上するような金属表面の改質効果が十分に得られるものなのか否かは全く不明であった。 Further, the invention described in Patent Document 4 utilizes the well-known technology that the rise of nanobubbles (nanobubbles) of ozone is suppressed for the cleaning method of electronic and mechanical parts, and adhesion of metal and resin There is neither description nor suggestion about the idea of actively modifying the surface of a metal with a processing solution containing ozone micro-nano bubbles in order to improve the power. Further, the ozone water containing ozone nanobubbles described in Patent Document 4 has an ozone concentration of 20 ppm or less, and the effect of reforming the metal surface is sufficient such that the adhesion to the resin is improved by the ozone water. It was totally unclear whether it could be obtained or not.
また、前記特許文献2を含め、マイクロ・ナノバブルに関する周知の文献には、樹脂との接着力向上のために金属の表面改質を行う目的でマイクロ・ナノバブルを積極的に利用することは開示されておらず、オゾンマイクロ・ナノバブル処理による金属の表面改質法や処理条件等に関する具体的な記載や示唆もされていない。このように、金属の表面改質のためにオゾンのマイクロ・ナノバブルを利用するという技術思想は、当該分野においてこれまで十分に認識されていなかった。
In addition, well-known documents on micro / nano bubbles including the
したがって、樹脂の表面改質法と同じように、金属においても微細なオゾンマイクロ・ナノバブルを含有する処理液を用いて短時間で効率的な表面改質を行い、金属と樹脂との接着力を向上するための効果的な金属表面の改質方法及び両者の接着方法を確立することが強く望まれている。それらが確立できれば、電気・電子部品等の民生機器、自動車や工作機械等の産業機器、及び鉄道や発電等の公共機器等の様々な分野で使用される金属と樹脂とから構成される部品や装置への適用の拡大と新たな展開が期待できる。 Therefore, as in the case of the resin surface modification method, efficient surface modification is performed in a short time using a processing solution containing fine ozone micro / nano bubbles even in metal, and adhesion between metal and resin is It is highly desirable to establish an effective method of metal surface modification to improve and a method of bonding both. If they can be established, parts and components made of metals and resins used in various fields such as household appliances such as electric and electronic parts, industrial instruments such as automobiles and machine tools, and public appliances such as railways and power generation We can expect expansion of application to equipment and new development.
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、オゾン濃度を従来よりも高濃度で有し、さらに、平均粒径をナノレベルで最適化したオゾンのマイクロ・ナノバブルを含有する処理液を用いることによってオゾン酸化力の相乗効果が得られ、その効果を利用することによって金属表面の改質を行う金属表面の改質方法、及びこのようにして表面改質を行った金属を樹脂と接着させることにより、従来方法よりも金属と樹脂との接着力が高く、且つ、接着力のバラツキを非常に小さくできる樹脂と金属との接着方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has ozone concentration higher than that of the prior art, and further, ozone / nano bubble of ozone whose average particle diameter is optimized at nano level The synergetic effect of the ozone oxidizing power is obtained by using the treatment solution contained, and the method of modifying the metal surface which reforms the metal surface by utilizing the effect is carried out, and the surface modification is carried out in this way It is an object of the present invention to provide a method of bonding metal and resin with a metal and a resin whose adhesion is higher than that of the conventional method and the variation of the adhesion can be extremely reduced by bonding the metal to the resin.
本発明は、オゾンの酸化による金属の表面改質を効率的に、且つ効果的に行うことによって樹脂との接着力を大幅に向上させるため、金属の表面改質を行う処理液のオゾン濃度を従来よりも高めるとともに、高濃度のオゾンを内部に保持し、大気中へのオゾン拡散を抑制する方法として、前記処理液に含まれるオゾンのマイクロ・ナノバブルの平均粒径をナノレベルにおいて、より微細範囲に小さくすることによって上記の課題を解決できることを見出して本発明に到った。 In the present invention, the ozone concentration of the processing liquid for performing the surface modification of the metal is improved in order to greatly improve the adhesion to the resin by efficiently and effectively performing the surface modification of the metal by the oxidation of ozone. The average particle size of micro-nano bubbles of ozone contained in the treatment liquid is made finer at the nano level as a method of maintaining high concentration ozone inside and suppressing ozone diffusion into the atmosphere while increasing it more than before and suppressing ozone diffusion into the atmosphere. The present invention has been made by finding that the above problems can be solved by reducing the size to the range.
すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
[1]本発明は、気体のマイクロ・ナノバブルを有する処理液によって金属表面の改質を行う方法であって、前記気体がオゾンを含み、前記処理液中の溶存オゾン濃度が室温(10〜25℃)で測定したときに30ppm以上であり、且つ、前記処理液に含まれる気体のマイクロ・ナノバブルの平均粒径及び密度が、氷包埋法によってクライオ透過型電子顕微鏡で測定したときに、それぞれ30nm以下及び1mlあたり10 8 個以上であることを特徴とするマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[2]本発明は、前記気体のマイクロ・ナノバブルを含有する処理液が、溶存気体としてオゾンを200〜15000ppm含む溶液を、2以上の貫通小穴を周方向に有する筒の外部から該貫通小穴を通して大気圧以上の圧力で噴射させるときに、前記筒の径方向断面と平行な同一平面上で対向するように配置された前記2以上の貫通小穴のそれぞれの開口部から噴射した溶存液を前記筒の中心に水撃が集中するように衝突させることによって発生させた気体のマイクロ・ナノバブルを有する処理液であることを特徴とする前記[1]に記載のマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[3]本発明は、前記気体が、オゾンに加えて、二酸化炭素、過酸化水素及び酸素の少なくとも何れかを含む気体であり、前記処理液が前記マイクロ・ナノバブルを含有する純水であることを特徴とする前記[1]又は[2]に記載のマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[4]本発明は、前記気体のマイクロ・ナノバブルを有する処理液の温度が30℃以上であることを特徴とする前記[1]〜[3]の何れに記載のマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[5]本発明は、前記気体のマイクロ・ナノバブルを有する処理液の温度が50〜90℃であることを特徴とする前記[4]に記載のマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[6]本発明は、前記[1]〜[5]の何れかに記載の処理液中に金属を浸漬することを特徴とするマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[7]本発明は、前記処理液中に金属を浸漬する時間が100分以内であることを特徴とする前記[6]に記載のマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[8]本発明は、前記[1]〜[5]の何れかに記載の処理液を金属に吹き付けることを特徴とするマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[9]本発明は、前記[1]〜[3]の何れかに記載の処理液を30〜250℃に加熱した金属に吹き付けることを特徴とするマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[10]本発明は、前記処理液を金属に吹き付ける工程において、吹き付けの時間が30分以内であることを特徴とする前記[8]又は[9]に記載のマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[11]本発明は、前記[1]〜[10]の何れかに記載の改質方法によって表面が改質された金属を乾燥する工程を含むことを特徴とするマイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法を提供する。
[12]本発明は、前記[11]に記載の改質方法によって表面が改質された金属を、室温で又は加熱下でポッティング、射出成形、トランスファー成形及び圧着の何れかの方法によって樹脂と接着する工程、及び前記金属と前記樹脂との接着性の向上を図るため、前記接着後の金属を所定時間加熱するか、又は室温で所定の時間放置する工程を含む金属と樹脂との接着方法を提供する。
[13]本発明は、前記[11]に記載の改質方法によって表面が改質された金属を、樹脂接着剤により樹脂と接着する工程を有する金属と樹脂との接着方法を提供する。
[14]本発明は、前記[11]に記載の改質方法によって表面が改質された金属を、樹脂接着剤により前記表面が改質された金属又は前記表面が改質された金属とは別の金属と接着する工程を有する金属と樹脂との接着方法を提供する。
[発明の効果]
That is, the constitution of the present invention is as follows.
[1] The present invention is a method of reforming a metal surface by a treatment liquid having gas micro / nano bubbles, wherein the gas contains ozone, and the concentration of dissolved ozone in the treatment liquid is at room temperature (10 to 25). ° C.) and at 30ppm or more when measured by, and the average particle size and density of the micro-nano bubbles of gas contained in the treatment liquid is, when measured by cryo transmission electron microscopy by Koritsutsumiuma method, respectively Provided is a method of modifying a metal surface using micro / nano bubbles characterized in having a size of 30 nm or less and 10 8 or more per ml .
[2] The present invention, the processing liquid containing micro-nano bubbles of the gas, a solution containing 200~15000ppm ozone as dissolved gas, through the through eyelet from the outside of the tube having two or more through eyelet circumferentially When the jet is performed at a pressure higher than the atmospheric pressure, the cylinder is provided with the dissolved liquid jetted from the respective openings of the two or more small through holes disposed opposite to each other on the same plane parallel to the radial cross section of the cylinder. [4] is a treatment liquid having gas micro / nano bubbles generated by collision so that a water hammer is concentrated at the center of the center, and the modification of the metal surface using the micro / nano bubbles according to the above [1] Provide quality methods.
[ 3 ] The present invention is that the gas is a gas containing at least one of carbon dioxide, hydrogen peroxide and oxygen in addition to ozone, and the treatment liquid is pure water containing the micro / nano bubbles. A method of modifying a metal surface using the micro / nano bubbles according to the above [1] or [2] , characterized in that
[ 4 ] The present invention is the metal utilizing the micro / nano bubbles according to any one of the above [1] to [ 3 ], wherein the temperature of the treatment liquid having the micro / nano bubbles of the gas is 30 ° C. or higher. Provided is a method of surface modification.
[ 5 ] The method of the present invention is a method of modifying a metal surface using micro / nano bubbles according to the above-mentioned [ 4 ], wherein the temperature of the treatment liquid having the gas micro / nano bubbles is 50 to 90 ° C. I will provide a.
[ 6 ] The present invention provides a method of modifying a metal surface utilizing micro / nano bubbles, which comprises immersing the metal in the treatment liquid according to any one of the above [1] to [ 5 ].
[ 7 ] The present invention provides the method of modifying a metal surface using micro / nano bubbles according to the above-mentioned [ 6 ], wherein the time for which the metal is immersed in the treatment liquid is within 100 minutes. .
[ 8 ] The present invention provides a method of modifying a metal surface utilizing micro / nano bubbles, characterized in that the treatment liquid according to any one of the above [1] to [ 5 ] is sprayed onto the metal.
[ 9 ] The present invention is the modification of the metal surface utilizing micro / nano bubbles characterized in that the treatment liquid according to any one of the above [1] to [ 3 ] is sprayed on the metal heated to 30 to 250 ° C. Provide a way.
[ 10 ] The present invention, in the step of spraying the treatment liquid onto a metal, the spraying time is within 30 minutes, and the metal surface using the micro / nano bubbles according to the above [8] or [9] Provide a method of reforming the
[ 11 ] The present invention includes the step of drying the metal whose surface is modified by the modification method according to any one of the above [1] to [ 10 ]. Provided is a method of surface modification.
[ 12 ] The present invention relates to a metal whose surface is modified by the modification method described in the above-mentioned [ 11 ] and a resin by any of potting, injection molding, transfer molding and pressure bonding at room temperature or under heating. A method of bonding metal and resin comprising the step of bonding, and the step of heating the metal after bonding for a predetermined time or leaving it at room temperature for a predetermined time in order to improve the adhesion between the metal and the resin. I will provide a.
[ 13 ] The present invention provides a method for bonding metal and resin, comprising the step of bonding the metal whose surface has been modified by the modification method described in the above [ 11 ] to a resin with a resin adhesive.
[ 14 ] The present invention relates to a metal whose surface is modified by the modification method according to the above [ 11 ], a metal whose surface is modified by a resin adhesive, or a metal whose surface is modified Provided is a method of bonding metal and resin, comprising the step of bonding with another metal.
[Effect of the invention]
本発明による金属表面の改質方法は、高濃度のオゾンを含有し、同時にオゾンのマイクロ・ナノバブルを含有する処理液を用いるため、表面改質を効率的に、且つ、効果的に行うことができる。さらに、処理液中に含まれるオゾンのマイクロ・ナノバブルの密度を高めることによって、前記マイクロ・ナノバブルが金属表面に接触する頻度が増えるため、酸化反応を促進させ改質効果を向上させることができる。また、本発明の改質方法は、前記処理液の吹き付け又は前記処理液への浸漬によって簡便に行うことができるだけでなく、処理時間の短縮化を図ることが可能である。 The method for modifying a metal surface according to the present invention can efficiently and effectively perform surface modification because it uses a treatment solution containing high concentration of ozone and simultaneously containing micro-nano bubbles of ozone. it can. Furthermore, by increasing the density of the micro / nano bubbles of ozone contained in the treatment liquid, the frequency of the micro / nano bubbles coming into contact with the metal surface is increased, so that the oxidation reaction can be promoted and the modification effect can be improved. Moreover, the modification method of the present invention can not only be conveniently performed by spraying the treatment liquid or immersing in the treatment liquid, but also can shorten the treatment time.
本発明において利用するオゾンのマイクロ・ナノバブルは、従来のオゾンガスやオゾン水と比べて、高濃度のオゾンを含有しながら、オゾンの大気中の拡散を抑制できる効果が高い。そのため、環境への負荷を低減しつつ、金属の表面処理を従来方法よりも効率的に、且つ、確実に行うことができる。特に、オゾン処理を室温以上の高温で行うときに短時間で起こるオゾンの拡散を大幅に制御できるため、環境への負荷の低減、作業環境の安全性向上、又は作業環境整備のために行う付帯設備の設置等の簡素化を図ることができる。 The micro-nano bubbles of ozone used in the present invention are highly effective in suppressing the diffusion of ozone in the atmosphere while containing ozone of high concentration, as compared with conventional ozone gas and ozone water. Therefore, metal surface treatment can be performed more efficiently and reliably than the conventional method while reducing the load on the environment. In particular, the spread of ozone that occurs in a short time when ozone treatment is performed at a high temperature above room temperature can be largely controlled, so the load on the environment can be reduced, the safety of the work environment can be improved, or the incidental done for maintenance of the work environment. The installation of equipment can be simplified.
本発明によって表面改質された金属は、樹脂との接着力が高く、且つ、ロット間の接着力のバラツキを小さくできる。さらに、金属と樹脂との接着は、特段に難しい方法又は工程を採用することなく、従来から確立された接着方法を利用した簡便なものでできる。そのため、金属と樹脂との接着力を高くできるだけでなく、製造コストの低減を同時に図ることができる。 The surface-modified metal according to the present invention has high adhesion to the resin and can reduce variation in adhesion between lots. Furthermore, the adhesion between metal and resin can be made simply by utilizing a conventionally established adhesion method without employing a particularly difficult method or process. Therefore, not only the adhesion between the metal and the resin can be increased but also the manufacturing cost can be simultaneously reduced.
本発明による金属表面の改質方法で使用する処理液は、金属表面を活性化させて表面改質を行うための必要な酸化力を保持するため、従来よりも高いオゾン濃度を有する必要がある。前記処理液中の高濃度オゾン状態は密閉容器等に収納することによりある程度維持できるが、金属の表面改質処理を行うときには、前記処理液が開放され、オゾンの大気中への大きな拡散によってオゾン濃度が急激に低下する。そのため、処理の初期ではオゾンによる酸化が期待できるが、短時間で処理液の酸化力が急激に低下し、金属表面の改質が十分に行われない間に酸化力が失われる。この現象は、金属の表面改質を30℃以上の高温で行う場合に顕著に現れる。本来であれば、前記処理液を用いて高温で表面改質を行った方が改質効果が高くなるはずであるが、金属の場合は表面が活性化する前にオゾンの大気中への拡散が促進される。改質処理の初期は金属表面に接触する処理液に含まれるオゾンによる酸化力が得られるが、短時間でオゾン濃度の急激な低下により表面改質の効果が得られなくなり、その状態で改質処理を続けても金属の表面改質を継続して行うことはできないという結果になる。 The treatment liquid used in the method of modifying a metal surface according to the present invention needs to have an ozone concentration higher than that of the prior art in order to maintain the necessary oxidizing power to activate the metal surface to perform surface modification. . The state of high concentration ozone in the treatment solution can be maintained to some extent by storing it in a closed container etc. However, when metal surface modification treatment is carried out, the treatment solution is released and ozone is diffused by large diffusion into the atmosphere. The concentration drops sharply. Therefore, although the oxidation by ozone can be expected at the initial stage of the treatment, the oxidizing power of the treating solution is rapidly reduced in a short time, and the oxidizing power is lost while the metal surface is not sufficiently reformed. This phenomenon is remarkable when the surface modification of metal is performed at a high temperature of 30 ° C. or higher. In principle, the surface modification at high temperature using the treatment solution should have a higher reforming effect, but in the case of metal, the diffusion of ozone into the atmosphere before the surface is activated. Is promoted. In the initial stage of the reforming treatment, the oxidizing power of ozone contained in the treatment solution in contact with the metal surface is obtained, but the effect of surface modification can not be obtained due to the rapid decrease of the ozone concentration in a short time, Even if the treatment is continued, the surface modification of the metal can not be continued.
そこで、本発明においては、前記の技術課題に基づいて、単に処理液中のオゾン濃度を高くするだけでなく、処理液中に含まれるオゾン濃度を一定以上に長期間維持する方法として、気体としてオゾンを含むマイクロ・ナノバブルを含有する処理液に着目した。すなわち、本発明においては、処理液に溶解する高濃度のオゾンと、マイクロ・ナノバブル中に含まれ、オゾン水と比べて安定的に継続して存在するオゾンとの両者を相乗的に利用する。さらに、本発明は、マイクロ・ナノバブル中に含まれるオゾンの寿命を長くする目的から、マイクロ・ナノバブルの平均粒径をナノレベルより微細範囲に近づける方向で規定することに大きな特徴がある。 Therefore, in the present invention, based on the above-mentioned technical problems, not only the ozone concentration in the treatment liquid is simply increased, but as a method of maintaining the ozone concentration contained in the treatment liquid for a long period of time or longer, Attention was focused on a processing solution containing micro-nano bubbles containing ozone. That is, in the present invention, both high concentration ozone dissolved in the treatment liquid and ozone which is contained in the micro / nano bubbles and continuously and stably exist as compared with the ozone water are used synergistically. Furthermore, in order to extend the life of ozone contained in the micro / nano bubbles, the present invention is characterized in defining the average particle diameter of the micro / nano bubbles in a direction closer to the fine range than the nano level.
本発明で使用する処理液は、溶存オゾン濃度計によって室温(10〜25℃)で測定したときの溶存オゾン濃度が30ppm以上である。処理液中に溶存しているオゾン濃度は、10〜25℃の室温で大きな違いがないが、水に対するオゾンの溶解度の違いから低温では高い値で、また、高温になると低い値で測定される傾向にある。本発明においては前記処理液を使用して実際に処理を行うときの温度において含まれるオゾン濃度が本発明の効果を奏する上で大きな意味を有するが、処理液中の溶存オゾン濃度を公平に、且つ簡便に対比するため、溶存オゾン濃度を知る目安として室温(10〜25℃)で安定的に測定できる値を規定することが実用的である。室温で測定したオゾン濃度が30ppm未満であると、金属の表面改質の初期において処理に使用なオゾンが不足するだけでなく、処理中に残存するオゾン濃度も大きく低下するため、金属の表面改質効果がほとんど効果が得られない。 The processing solution used in the present invention has a dissolved ozone concentration of 30 ppm or more when measured at room temperature (10 to 25 ° C.) by a dissolved ozone densitometer. The concentration of ozone dissolved in the treatment solution does not differ significantly at room temperature of 10 to 25 ° C, but it is measured at a high value at low temperatures and a low value at high temperatures due to the difference in the solubility of ozone in water. There is a tendency. In the present invention, the ozone concentration contained at the temperature at which the treatment is actually carried out using the treatment liquid has a significant meaning in achieving the effects of the present invention, but the dissolved ozone concentration in the treatment liquid is And in order to compare simply, it is practical to define the value which can be stably measured at room temperature (10-25 ° C) as a standard which knows dissolved ozone concentration. If the ozone concentration measured at room temperature is less than 30 ppm, not only the ozone used for the treatment is insufficient at the initial stage of the surface modification of the metal, but also the ozone concentration remaining during the treatment greatly decreases. The quality effect has almost no effect.
一方、金属の表面改質効果を向上させるためには、処理液に溶存しているオゾン濃度が高いほど好ましい。しかしながら、オゾンは大気中への拡散が激しいため、安定的に一定のオゾン濃度を有する処理液を作製するのは、オゾン濃度が200ppm以上を超えると難しくなってくる。したがって、本発明で使用する処理液は、該処理液中に溶存しているオゾン及びマイクロ・ナノバブルとして含まれるオゾンの両者を含めることにより、処理液中に含まれるオゾンを高濃度で保持できる構成を有するため、金属に対して効果的な表面改質が可能となる。 On the other hand, in order to improve the surface modification effect of the metal, the higher the concentration of ozone dissolved in the processing solution, the better. However, since ozone is extremely diffused into the atmosphere, it is difficult to produce a processing solution having a stable ozone concentration when the ozone concentration exceeds 200 ppm or more. Therefore, the treatment liquid used in the present invention can hold ozone contained in the treatment liquid at a high concentration by including both ozone dissolved in the treatment liquid and ozone contained as micro / nano bubbles. Therefore, effective surface modification is possible for metals.
本発明においては、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルの具体的な平均粒径を100nm以下、好ましくは30nm以下に規定することによって、処理液中に含まれるオゾン濃度を一定以上に長期間維持できることが分かった。オゾンを含むマイクロ・ナノバブルの平均粒径を前記の範囲に規定することによって、金属表面の改質処理操作を高温で行う場合でも、オゾンの酸化力を維持でき、十分な表面改質効果が得られる。オゾンを含むマイクロ・ナノバブルの平均粒径が100μmを超える場合は、オゾンの大気中への拡散を抑制する効果がほとんどなく、処理液中のオゾン濃度が高くしても金属の表面改質効果が得られない。さらに、前記マイクロ・ナノバブルの平均粒径を30μm以下に規定することによって、30℃以上の高温でもオゾンの拡散が抑えられるため、金属の表面改質をより短時間に、且つ、確実に行うことができる。そして、本発明の処理液によって表面が改質された金属は樹脂との接着において、接着力が高くなり、接着力のバラツキの少ない安定した接着性を得ることができる。 In the present invention, it has been found that the ozone concentration contained in the treatment liquid can be maintained for a long period of time or more by defining the specific average particle diameter of the micro-nano bubbles containing ozone to 100 nm or less, preferably 30 nm or less. The By defining the average particle diameter of the micro / nano bubbles containing ozone within the above range, the oxidizing power of ozone can be maintained even when the modification processing operation of the metal surface is performed at high temperature, and a sufficient surface modification effect can be obtained. Be When the average particle size of the micro-nano bubbles containing ozone exceeds 100 μm, there is almost no effect of suppressing the diffusion of ozone into the atmosphere, and even if the concentration of ozone in the treatment liquid is high, the metal surface modification effect is I can not get it. Furthermore, by defining the average particle diameter of the micro / nano bubbles to 30 μm or less, the diffusion of ozone can be suppressed even at a high temperature of 30 ° C. or more, so metal surface modification can be performed in a shorter time and more reliably. Can. And in the adhesion with the resin, the metal whose surface is modified by the treatment liquid of the present invention has high adhesion, and stable adhesion with little variation in adhesion can be obtained.
気体のマイクロ・ナノバブルの発生量は、洗浄用の処理液に含まれる気体の溶存量に依存しており、前記処理液の温度が高くなると液体に対する気体の溶解度定数が小さくなるため、溶存オゾン量が少なくなる傾向にあることが当該分野において技術常識であった。そのため、気体のマイクロ・ナノバブルを高温で使用する場合は、金属の表面改質効果の低下を招くものと考えられやすく、今まで実施されていなかった。それに対して、本発明は、従来の一般常識にとらわれないで、金属の表面改質として最適のマイクロ・ナノバブルの性状及び特性、並びに処理方法を詳細に検討した結果、気体(オゾン)のマイクロ・ナノバブルの粒径が100nm以下、好ましくは30nm以下とより小さいものを有する処理液を使用することによって、従来方法では困難であった金属の表面改質をより短時間で効率的に、且つ、確実にできることを見出してなされたものである。 The amount of gas micro / nano bubbles generated depends on the amount of dissolved gas contained in the treatment liquid for cleaning, and the solubility constant of the gas in the liquid decreases as the temperature of the treatment liquid increases, so the amount of dissolved ozone It is technical common sense in the field that there is a tendency to decrease Therefore, when gas micro / nano bubbles are used at high temperature, it is considered to be likely to cause a decrease in the surface modification effect of the metal, and it has not been practiced until now. On the other hand, as a result of examining in detail the properties and characteristics of micro / nano bubbles and treatment methods suitable for surface modification of metals, the present invention is not confined to the conventional general common sense. By using a treatment liquid having nanobubbles having a particle size as small as 100 nm or less, preferably 30 nm or less, surface modification of metals, which was difficult by the conventional method, can be performed efficiently and in a shorter time. It was made by finding out what can be done.
本発明では、さらに、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルの密度が、処理液1ml(ミリリットル)あたり108個以上であることが好ましい。本発明において、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルは平均粒径が100nm、好ましくは30nm以下と非常に小さいことから、前記マイクロ・ナノバブルに含まれるオゾン濃度を高くするために、その密度を従来の方法によって製造されるマイクロ・ナノバブルよりも高める必要がある。また、金属の表面改質において、前記マイクロ・ナノバブルは金属表面との接触による酸化反応によって進行するものと考えられるため、金属表面との接触頻度及び酸化反応接点数を増やす意味から処理液中の前記マイクロ・ナノバブルの密度は高い方ことが望まれる。したがって、前記マイクロ・ナノバブルの密度が108個以上であるときに、バブル中のオゾンを高濃度で保持でき、さらに、金属表面との反応接点が十分に確保できるため、金属の表面改質を短時間に、且つ、確実に行うことができる。本発明においては、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルの密度が、処理液1ml(リットル)あたり108個以上であることが好ましく、より好ましくは1012個/ml以上、特に好ましくは1016個/ml以上である。前記マイクロ・ナノバブルの密度が1012個/ml以上、さらに1016個/ml以上に規定することによって、金属の表面改質のための処理時間を大幅に短縮することができる。 In the present invention, it is further preferable that the density of the micro / nano bubbles containing ozone is 10 8 or more per 1 ml (milliliter) of the treatment liquid. In the present invention, since the micro-nano bubbles containing ozone have a very small average particle diameter of 100 nm, preferably 30 nm or less, their density is increased by the conventional method in order to increase the concentration of ozone contained in the micro-nano bubbles. It needs to be higher than micro-nano bubbles manufactured. In addition, in the surface modification of metal, since the micro / nano bubbles are considered to be progressed by the oxidation reaction caused by contact with the metal surface, the frequency in the contact with the metal surface and the number of oxidation reaction contacts are increased. It is desirable that the density of the micro / nano bubbles be high. Therefore, when the density of the micro / nano bubbles is 10 8 or more, the ozone in the bubbles can be maintained at a high concentration, and furthermore, the reactive contact with the metal surface can be sufficiently secured, so the surface modification of the metal It can be done in a short time and reliably. In the present invention, the density of micro / nano bubbles containing ozone is preferably 10 8 or more, more preferably 10 12 / ml or more, particularly preferably 10 16 / ml, per 1 ml (liter) of the treatment solution. It is above. By setting the density of the micro / nano bubbles to 10 12 cells / ml or more, and further 10 16 cells / ml or more, the processing time for surface modification of metal can be significantly shortened.
本発明において使用する処理液に含まれるオゾンのマイクロ・ナノバブルは、平均粒径が小さいものほど、ナノレベルで含まれるバブルの量が多く、マイクロオーダーのバブルの量が少なくなる傾向にある。マイクロ・ナノバブルの大きさは、粒度分布(粒径の標準偏差)によっても影響を受けるが、その影響は小さく、処理液に含まれるマイクロ・ナノバブルは、平均粒径がナノレベルのオーダーであり、できるだけ小さい平均粒径を有することが必要である。本発明において、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルは、氷包埋法によってクライオ透過型電子顕微鏡で測定することができる。 The micro-nano bubbles of ozone contained in the treatment liquid used in the present invention tend to have a larger amount of bubbles contained at the nano level and a smaller amount of micro-order bubbles as the average particle diameter is smaller. The size of the micro / nano bubble is also affected by the particle size distribution (standard deviation of particle size), but the effect is small, and the micro / nano bubble contained in the treatment liquid has an average particle size on the order of nano level, It is necessary to have an average particle size as small as possible. In the present invention, micro-nano bubbles containing ozone can be measured by a cryotransmission electron microscope by an ice embedding method.
マイクロ・ナノバブルの粒径の測定方法としては、従来から様々な方法が知られている。それらの中で、ナノバブルの計測法は、光学的な観察が困難であるため、例えば、ミー散乱光を利用する光散乱法、レーザ回折・散乱法、液中のバブル粒子のブラウン運動を観測するナノ粒子トラッキング解析法、細孔電気抵抗法(コール・カウンター法)、動的光散乱法、MEMS(Micro Electro−Mechanical Systems)の梁を利用する共振式質量測定法等が提案されている。これらの方法以外にも、ゼータ電位測定によるナノバブルの粒子径を求める方法やスピントラップ剤を用いて電子スポン共鳴法(ESR)によるナノバブルの存在を確認する方法が提案されている。 Various methods are conventionally known as methods of measuring the particle size of micro / nano bubbles. Among them, since the measurement method of nanobubbles is difficult to optically observe, for example, a light scattering method using Mie scattered light, a laser diffraction / scattering method, and Brownian motion of bubble particles in liquid are observed. A nanoparticle tracking analysis method, a pore electrical resistance method (Cole-counter method), a dynamic light scattering method, a resonance type mass measurement method using a beam of MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), and the like have been proposed. Besides these methods, a method of determining the particle diameter of nanobubbles by zeta potential measurement and a method of confirming the presence of nanobubbles by electron spon resonance (ESR) using a spin trapping agent have been proposed.
本発明等は、上記以外のマイクロ・ナノバブル計測法として、氷包埋法によってクライオ透過型電子顕微鏡で測定する方法を提案している(特願2014−230407号を参照)。この方法は、液体を非晶質の固相状態にし、前記非晶質の固相状態にある液体に含まれる超微細バブルを透過型電子顕微鏡を用いて観察することによって、液中に含まれる超微細バブル及びその分布状態を直接的に画像として観測し解析できる。そのため、10μm未満の粒径を有する超微細バブルを高精度に測定することができる。本発明において規定する気体のマイクロ・ナノバブルの平均粒径は、この方法で測定して求めたものである。 The present invention etc. propose a method of measuring with a cryo transmission electron microscope by ice embedding method as micro / nano bubble measurement methods other than the above (see Japanese Patent Application No. 2014-230407). This method is contained in a liquid by making the liquid into an amorphous solid state and observing the ultrafine bubbles contained in the liquid in the amorphous solid state using a transmission electron microscope. The hyperfine bubbles and their distribution can be directly observed and analyzed as an image. Therefore, ultrafine bubbles having a particle size of less than 10 μm can be measured with high accuracy. The average particle diameter of the gas micro-nano bubbles specified in the present invention is determined by measurement using this method.
氷包埋法によってクライオ透過型電子顕微鏡で測定する方法は、マイクログリッド又はマイクロメッシュに保持した液体を試料として用い、エネルギーが10〜300キロエレクトロンボルト(keV)の透過型電子顕微鏡によって、観察のときに用いる電子線の数を1〜105電子/Å2に設定して測定が行われる。 The method of measuring with a cryo-transmission electron microscope by ice embedding method uses a liquid held on a micro grid or a micro mesh as a sample and observes it by a transmission electron microscope with an energy of 10 to 300 kiloelectron volts (keV). The measurement is performed by setting the number of electron beams used sometimes to 1 to 10 5 electrons / Å 2 .
オゾンを含むマイクロ・ナノバブルの密度は、平均粒径と同じように、氷包埋法によってクライオ透過型電子顕微鏡で測定することができる。クライオ透過型電子顕微鏡で測定された観察画像には、マイクロ・ナノバブルが濃淡部分の濃い粒子として現れるため、その部分を代表的な二値化処理等の公知の方法で画像解析処理することによって、処理液1mlあたりの密度として求めることができる。 The density of the micro-nano bubbles containing ozone can be measured by cryo-transmission electron microscopy by an ice embedding method, as with the average particle size. In the observation image measured by the cryo-transmission electron microscope, the micro / nano bubbles appear as dark particles in a light and dark portion, and the portion is subjected to an image analysis process by a known method such as a typical binarization process. It can be determined as the density per 1 ml of treatment solution.
本発明で使用する気体のマイクロ・ナノバブルと処理液との組合せとしては、前記気体が少なくともオゾンであり、さらに、二酸化炭素、過酸化水素及び酸素の少なくとも何れかを含むことが好ましく、また、前記処理液が、前記の気体を含むマイクロ・ナノバブルを含有する純水であることが好ましい。少なくともオゾンを含む気体と純水の組合せによって、金属の表面改質に対して高い効果を得ることができるだけでなく、前記の各種気体が水中に長期間安定して存在するため、保管及び保存が容易で安全性に優れ、且つ、環境への負荷の低減を図ることができる。 As a combination of gas micro / nano bubbles and a treatment liquid used in the present invention, it is preferable that the gas is at least ozone, and further contains at least one of carbon dioxide, hydrogen peroxide and oxygen. The treatment liquid is preferably pure water containing micro / nano bubbles containing the gas. The combination of the gas containing at least ozone and pure water can not only obtain a high effect on the surface modification of metals, but also the above-mentioned various gases are stably present in water for a long time, so storage and preservation It is easy and excellent in safety, and can reduce the load on the environment.
例えば、前記気体としてオゾンと二酸化炭素とを含む場合は、二酸化炭素の金属表面への吸着力によるオゾンの誘導及び二酸化炭素の酸性化作用によって、より効率的な表面改質を行うことができる。また、オゾンと過酸化水素とを含む場合は、オゾンと過酸化水素との反応によりヒドロキシルラジカル(OH・)が生成する場合があり、このヒドロキシルラジカルの強い酸化力を利用することができる。一方、オゾンと酸素とを含む場合は、環境への負荷の低減を図りながら、金属の表面改質を行うことが可能になる。本発明においては、前記気体としてオゾンを含むことが必須であるが、それ以外の気体は1種又は2種以上を併用してもよい。 For example, when ozone and carbon dioxide are contained as the gas, more efficient surface modification can be performed by the induction of ozone by the adsorption power of carbon dioxide on the metal surface and the acidification action of carbon dioxide. Moreover, when ozone and hydrogen peroxide are contained, hydroxyl radical (OH.) May be generated by the reaction of ozone and hydrogen peroxide, and the strong oxidizing power of this hydroxyl radical can be utilized. On the other hand, when ozone and oxygen are contained, metal surface modification can be performed while reducing the load on the environment. In the present invention, it is essential to contain ozone as the gas, but other gases may be used alone or in combination of two or more.
本発明で使用する処理液は、オゾンによる金属表面の酸化を促進するため、30℃以上、好ましくは50〜90℃に加温又は加熱して使用することが好ましい。前記で説明したように、本発明においては、マイクロ・ナノバブルの平均粒径を100μm以下、好ましくは30μm以下に規定することによって、30℃以上の高温でもオゾンの大気中への拡散が抑えられる。他方、環境への負荷を低減するため、処理液として純水を使用するのが好ましいが、その場合は、加温又は加熱できる温度が100℃未満に限られる。そこで、金属表面の改質効果、洗浄工程時の試料の取扱い、温度の管理、洗浄装置の能力と耐久性、省エネルギー、環境への負荷、及び安全性の観点から、処理液は、温度を30℃以上、好ましくは50〜90℃の範囲で最適化ことにより、金属表面の改質処理の時間短縮化と効率化を図ることができる。。処理液の温度が90℃を超えると、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルの平均粒径が30nm以下であっても、オゾンの大気中への拡散を抑えることができず、金属表面の改質効果の低下が顕著になり、本発明の効果が十分に得られない。また、処理液の温度が90℃を超えると、温度の管理が難しくなる。このように、処理液の温度を50〜90℃の範囲に設定するときに、高い表面改質効果を安定的に得ることができる。 The treatment liquid used in the present invention is preferably heated or heated to 30 ° C. or higher, preferably 50 to 90 ° C., in order to accelerate the oxidation of the metal surface by ozone. As described above, in the present invention, the diffusion of ozone into the atmosphere can be suppressed even at a high temperature of 30 ° C. or more by defining the average particle diameter of the micro / nano bubbles to 100 μm or less, preferably 30 μm or less. On the other hand, in order to reduce the load on the environment, it is preferable to use pure water as the treatment liquid, but in that case, the temperature that can be heated or heated is limited to less than 100 ° C. Therefore, the treatment solution has a temperature of 30 from the viewpoint of metal surface modification effects, sample handling during the cleaning process, temperature control, cleaning device capacity and durability, energy saving, environmental impact, and safety. By optimizing the temperature within the range of 50 ° C. or more, preferably 50 ° C. to 90 ° C., it is possible to shorten the time and improve the time of the modification treatment of the metal surface. . When the temperature of the treatment liquid exceeds 90 ° C., the diffusion of ozone into the atmosphere can not be suppressed even if the average particle size of the micro-nano bubbles containing ozone is 30 nm or less, and the metal surface reforming effect The decrease is remarkable, and the effects of the present invention can not be sufficiently obtained. In addition, if the temperature of the processing solution exceeds 90 ° C., it becomes difficult to control the temperature. Thus, when the temperature of the treatment liquid is set in the range of 50 to 90 ° C., a high surface modification effect can be stably obtained.
本発明においては、前記処理液の温度を30℃以上、好ましくは50〜90℃に加温又は加熱して使用するだけでなく、洗浄対象物である基板に超音波振動、又は紫外線照射若しくは真空紫外光照射を同時に与える方法を採用することができる。詳細なメカニズムは不明であるが、超音波振動は、前記処理液に含まれる平均粒径が100nm以下のマイクロ・ナノバブルの均一な崩壊を助け、マイクロ・ナノバブル中に存在するオゾンの開放を助長する機能を有するのではないかと考えられる。超音波振動を与えることによってマイクロ・ナノバブル中のオゾンの開放が、均一に、且つ微小空間又は微小空隙にまで実現できるため、金属表面の改質に大きく寄与する場合がある。前記超音波振動を印加するときの振動周波数は10kHz〜3MHzであれば、本発明の効果を十分に奏することができる。一方、紫外線照射又は真空紫外光照射は、オゾンによる酸化を助ける働きをするため、金属表面の改質時間を短縮化できる利点を有する。 In the present invention, the temperature of the treatment liquid is not only increased by heating or heating to 30 ° C. or higher, preferably 50 to 90 ° C., and ultrasonic vibration, ultraviolet irradiation or vacuum is applied to the substrate to be cleaned. A method of simultaneously applying ultraviolet light can be employed. Although the detailed mechanism is unknown, ultrasonic vibration helps uniform collapse of micro / nano bubbles having an average particle size of 100 nm or less contained in the treatment solution and promotes release of ozone present in the micro / nano bubbles. It is thought that it may have a function. The release of ozone in the micro / nano bubble can be realized uniformly and in a minute space or minute gap by applying ultrasonic vibration, which may greatly contribute to the modification of the metal surface. If the vibration frequency when applying the ultrasonic vibration is 10 kHz to 3 MHz, the effects of the present invention can be sufficiently achieved. On the other hand, ultraviolet irradiation or vacuum ultraviolet light irradiation has the advantage that the modification time of the metal surface can be shortened since it works to support oxidation by ozone.
次に、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液を用いて行う金属表面の改質方法を図面を用いて説明する。 Next, a method of modifying a metal surface performed using a processing solution having micro / nano bubbles containing ozone will be described using the drawings.
図1は、本発明による金属表面の改質方法の代表例を模式的に示す断面図である。図1において、(a)及び(b)は表面を改質するための金属を、オゾンのマイクロ・ナノバブルを有する処理液中に浸漬して行う表面改質方法であり、(c)及び(d)は表面を改質するための金属に、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液を吹き付けて行う表面改質方法である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a representative example of the method for modifying a metal surface according to the present invention. In FIG. 1, (a) and (b) are surface modification methods performed by immersing a metal for modifying the surface in a treatment solution having micro-nano bubbles of ozone, (c) and (d) 2.) is a surface modification method performed by spraying a processing solution having micro / nano bubbles containing ozone onto metal for modifying the surface.
図1の(a)において、金属板1の6枚は、平均粒径が100nm以下、好ましくは30nm以下であるオゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液2を入れた容器3の内部に、支持架台4に細線5を用いて固定した状態で入れ、容器の蓋6で容器3を密閉した後、所定の時間浸漬して金属の表面改質が行われる。ここで、処理液2の温度は、ヒーター7及び温度計や熱電対等の温度計測手段8及び攪拌機9によってモニタリングされるともに制御される。ヒーター7及び温度計測手段8は、不図示の温度コントローラーに接続され、該温度コントローラーによって温度の制御が自動的に行われる。必要であれば、処理液2の温度を30℃以上の温度に加温又は加熱することができる。また、処理液3に溶存しているオゾン濃度は改質処理中の処理温度で測定するため、溶存オゾン濃度センサー10の測定部を処理液3の内部に挿入する。溶存オゾン濃度センサー10は、各処理液の溶存オゾン濃度を対比するため室温で測定する必要があり、そのときにも使用できるように移動が簡単なように着脱可能の状態にする。さらに、容器蓋6には、容器3の内部に何らかのガスが発生する場合にガス抜きの目的で微小な貫通孔を設けてもよい。なお、図1の(a)には、金属板1の6枚について表面改質を行う例を示しているが、本発明においては金属の処理枚数は任意に選ぶことができる。また、金属の形状及び大きさ、又は容器の大きさについても、改質のための処理枚数と処理効率に応じて任意に変更することができる。
In (a) of FIG. 1, six of the metal plates 1 are supported within the
図1に(b)に示す方法は、マイクロ・ナノバブルを有しない処理液11に、不図示のマイクロ・ナノバブル発生装置によって発生させたオゾンのマイクロ・ナノバブルを有する処理液を注入ノズル12から連続的又は間欠的に注入することによって金属の表面改質を行う。処理液11に含まれる溶存オゾン濃度が30ppm以上に到達するまでは金属の表面改質がそれほど進まず、オゾンのマイクロ・ナノバブルを有する処理液の注入に伴って処理液11中の溶存オゾン濃度が高くなり、その濃度が30ppm以上となったときから実質的な表面改質が進行する。処理液11の温度は、ヒーター7、温度計測手段8、攪拌機9及び不図示の温度コントローラーによってモニタリング及び制御が行われる。また、処理液11の溶存オゾン濃度は、溶存オゾン濃度センサー10によって処理前、処理中又は処理後にそれぞれ計測する。図1の(b)に示す方法では、オゾンのマイクロ・ナノバブルを有する処理液の連続的又は間欠的な注入によって容器3の内部にガスが発生しやすいため、ガス抜きの目的で容器蓋6の何れかの場所に微小な貫通孔を有するガス抜き管13を設けることが好ましい。図1の(b)においてはマイクロ・ナノバブルを有しない処理液11を使用する例を示したが、処理液11に代えてオゾンのマイクロ・ナノバブルを有する処理液を使用してもよい。その場合、溶存オゾン濃度は処理の初期から高濃度に保持され、処理中も高濃度の状態を維持することが可能になる。
In the method shown in FIG. 1 (b), the processing solution having micro-nano bubbles of ozone generated by the micro-nano bubble generator (not shown) is continuously applied from the
図1の(a)及び(b)に示すように、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液2又は11中に金属板1を浸漬する方法は、浸漬時間によって金属表面の改質効果が影響を受ける。本発明においては、浸漬時間として100分以内であれば十分な表面改質効果を得ることができる。それ以上の浸漬時間では表面改質効果が飽和する傾向にある。また、浸漬時間は、処理液のオゾン濃度及び処理条件によって短くすることができるが、確実な表面改質を行うためには5分以上の浸漬を行うことが好ましい。
As shown in (a) and (b) of FIG. 1, in the method of immersing the metal plate 1 in the
図1の(c)は、表面改質用の金属1にオゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液2を噴射ノズル14を用いて室温で吹き付けながら金属の表面改質を行う方法である。噴射ノズル14は、金属板1の改質処理面に沿って水平方向に移動する。また、噴射ノズル14を固定して、金属板1を改質処理面に応じて移動させる方法を採用してもよい。オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液2は、室温で、好ましくは30℃以上、より好ましくは50〜90℃に加温又は加熱したものを金属板1の改質処理面に吹き付ける。噴射ノズル14から噴射される処理液2の噴射速度及び噴射量は、改質のための処理枚数と処理効率(処理時間)及び金属表面の改質効果の観点から、当業者が通常実施する設計的事項の範囲内で最適化して選択することができる。
(C) of FIG. 1 is a method of performing surface modification of metal while spraying a
図1の(d)は、表面改質用の金属板1を加熱しながら、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液2を噴射ノズル14を用いて吹き付けることによって金属の表面改質を行う方法である。表面改質処理用の金属板1がヒーター入り支持板15の上に設置された状態で、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液2が金属板1に向けて噴射される。このとき、処理液2が金属板1の外部周囲に揮散し、ヒーター入り支持板15への接触等によるヒーター断線等を防止するため、ヒーター入り支持板15の周囲にはスカート部16を設ける。ここで、ヒーター入り支持板15は金属1と直に接触しないように、表面改質用の金属板1を支持するために別の支持板を別途設け、その支持版を介して金属1を加熱する方法を採用してもよい。
(D) of FIG. 1 is a method of surface modification of metal by spraying a
図1の(d)に示す方法において、表面改質用の金属板1はヒーター入り支持板15によって30〜250℃の何れかの温度に加熱することが好ましい。より好ましくは30〜200℃の範囲である。オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液2は、噴射ノズル14からの噴射によって金属板1の表面とは短時間の接触が起こり、金属板1が100℃以上に加熱した場合であっても、瞬間的に拡散するオゾンが金属板1の表面近傍で直に作用するための時間をある程度まで確保することができる。一方で、金属板1の加熱温度が250℃を超える場合は、オゾンの拡散する速度が非常に速くなり、金属板1の表面を酸化するために十分なオゾン量を確保することが困難になる。金属板1の表面改質効果は、金属板1の加熱温度が200℃〜250℃の間では大きな違いがないため、金属板1を200℃以上に加熱することによって起こる変形等の悪影響等を考慮し、加熱温度は200℃以下がより好ましい。このように、金属板1を高温に加熱することによって、金属の表面改質を短時間で効率的に、且つ、確実に行うことができる。図1の(d)に示す方法では、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液2として、室温だけでなく、30℃以上に加温又は加熱したものを使用してもよい。
In the method shown in (d) of FIG. 1, the metal plate 1 for surface modification is preferably heated to any temperature of 30 to 250 ° C. by the heater-containing
図1の(c)及び(d)に示すように、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液2を金属板1の表面に吹き付ける方法は、吹き付ける時間によって金属表面の改質効果が影響を受ける。本発明においては、吹き付ける時間として30分以内であれば十分な表面改質効果を得ることができる。それ以上の吹き付け時間では表面改質効果が飽和する傾向にあるだけでなく、処理液の量が多くなり、製造コスト及び処理液の管理コストの大幅な上昇を招く。また、吹き付ける時間の下限値は、処理液のオゾン濃度及び処理条件によって少なくすることができるが、確実な表面改質を行うためには5分以上の吹き付けを行うことが好ましい。
As shown in (c) and (d) of FIG. 1, in the method of spraying the
以上が本発明による金属表面の改質方法の代表例であるが、本発明は図1に示す例に限定されるものではない。 The above is a representative example of the method for modifying a metal surface according to the present invention, but the present invention is not limited to the example shown in FIG.
次に、本発明による金属表面の改質方法において使用するオゾンのマイクロ・ナノバブルの発生方法及びその発生装置について図面を用いて説明する。 Next, a method of generating micro-nano bubbles of ozone used in the method of modifying a metal surface according to the present invention and a device for generating the same will be described with reference to the drawings.
本発明に使用する処理液作製の際には、平均粒径を100nm以下、好ましくは30nm以下にし、さらに密度を処理液1ml(リットル)あたり108個以上に制御したオゾンを含むマイクロ・ナノバブルの発生方法及びその発生装置が求められる。その方法を実現できるマイクロ・ナノバブル発生装置の構成例を図2に示す。図2に示す発生装置は図1の模式図で示す各部品と組み合わせることによって、本発明による金属表面の改質方法を実現できる全体装置として構成することができる。 In the preparation of the treatment solution used in the present invention, the average particle diameter is 100 nm or less, preferably 30 nm or less, and the density is controlled to 10 8 or more per 1 ml (liter) of treatment solution. A generation method and its generation device are required. An exemplary configuration of a micro / nano bubble generator capable of realizing the method is shown in FIG. The generator shown in FIG. 2 can be configured as an entire apparatus capable of realizing the method of modifying a metal surface according to the present invention by combining with the parts shown in the schematic view of FIG.
図2において、(a)及び(b)はそれぞれマイクロ・ナノバブル発生装置の正面図と斜視図である。図2において、17がベローズシリンダポンプ、18がポンプコントローラ、19が気液混合槽、20が圧力センサ、21がマイクロ・ナノバブル発生用ノズル取付部、22が液吸引管、23が気体吸引口、24が気体吸引調整バルブである。 In FIG. 2, (a) and (b) are respectively a front view and a perspective view of a micro / nano bubble generating device. In FIG. 2, 17 is a bellows cylinder pump, 18 is a pump controller, 19 is a gas-liquid mixing tank, 20 is a pressure sensor, 21 is a micro / nano bubble generating nozzle attachment portion, 22 is a liquid suction pipe, 23 is a gas suction port, 24 is a gas suction adjustment valve.
これらは、図2の(b)に示す斜視図のように配置する。接液部をフッ素樹脂で作成したベローズシリンダポンプ17で22の液吸引管、24の気体吸引調整バルブを使用して気体量を調整してポンプ内部に液と気体を混ぜた状態で吸い込んでベローズ内部で撹拌、溶存させて、圧縮し液の中に気体を溶存させる。本発明においては、ベローズシリンダポンプ17はメタルフリーであれば良く、フッ素樹脂以外のプラスチック、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレート等の汎用プラスチック、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート及び変性ポリフェニレンエーテル等のエンジニアリングプラスチック、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン及び液晶ポリマー等のスーパーエンジニアリング等の少なくとも1種を使用しても良い。その場合、ポンプだけでなく、液設部にもフッ素樹脂を始め、前記の各種プラスチックを用いることによって、信頼性の高い清浄なマイクロ・ナノバブル発生装置とすることができる。また、本発明において、厳密なメタルフリー化による洗浄や殺菌が要求されない場合には、上記のプラスチックだけでなく、金属やセラミックスを使用しても良い。
These are arranged as shown in the perspective view shown in FIG. The amount of gas is adjusted using the
次に、気液混合槽19に少なくともオゾンを含む気体と純水などの液をポンプ17で撹拌して圧送する。ポンプ17は、主に圧縮空気起動式ベローズシリンダポンプを使用するが、電動式のものであっても良い。気液混合槽19の気体と液とは、ポンプ17からの圧力を受けており、気体が溶存しやすくなる。つまり気体と液体とをポンプ17から圧送する圧力を20の圧力センサでチェックしている。この方法によって溶存気体の量を多くしてマイクロ・ナノバブルの発生量を増やす準備を行う。本発明のマイクロ・ナノバルブ発生システムはポンプ17としてベローズシリンダポンプを用いるのが実用的であるが、用途に応じて、従来から送液ポンプとして公知のピストンポンプ、プランジャーポンプ又はダイヤフラム等の往復動ポンプや、ギヤーポンプ、偏心ポンプ又はネジポンプ、カスケードポンプ、ベーンポンプ等の回転ポンプ等を適用することができる。
Next, a gas containing at least ozone and a liquid such as pure water are stirred and sent to the gas-
圧送されて気液混合槽19に入った液は気体と混合して、気体を液の内部に溶存させてからマイクロ・ナノバルブ発生用ノズル取り付け部21に送る。マイクロ・ナノバルブ発生用ノズル取り付け部21は、溶存した気体を直径が60μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm未満の大きさのマイクロ・ナノバルブを大量に作成するノズルと接続する部分である。
The liquid that is pumped and enters the gas-
このとき、20の圧力センサでノズル21と気液混合槽19との間の液圧力の変動をみて気液の溶存状態を監視する。こうすることで安定したマイクロ・ナノバルブ用発生ノズルに必要な一定した圧力状態を実現する。
At this time, the dissolved state of the gas / liquid is monitored by observing the fluctuation of the liquid pressure between the
図2の(a)及び(b)に示す本発明で使用するマイクロ・ナノバルブ発生装置を用いて実施する工程は次の通りである。液吸引管22、気体吸引口23及び気体吸引調整バブル24を用いて行うのが気体・液体吸引工程である。圧力は、圧力センサ20で調整する。次に、ベローズシリンダポンプ17を用いて気体を含む液体を加圧する工程が気体・液体加圧工程である。引き続き、加圧された前記の気体を含む液体を新たな気体と混合させるために、ポンプコントローラ18及び気液混合槽19を用いて行う工程が溶存気体富化工程である。その後、後述する本発明の発生ノズルをマイクロ・ナノバルブ発生用ノズル取付部21に接続してからマイクロ・ナノバブルを発生させる。この工程を溶存気体微細化工程と呼ぶが、マイクロ・ナノバブルは、2以上の貫通小穴を有する筒の外部から該貫通小穴を通して大気圧以上の圧力で噴射し、前記筒の内部の一点で衝突させることによって発生させることができる。
The steps performed using the micro-nano valve generator used in the present invention shown in (a) and (b) of FIG. 2 are as follows. The gas and liquid suction process is performed using the
図3に 図2のマイクロ・ナノバブル発生装置において、気体のマイクロ・ナノバブルを発生させるノズル形状及び処理液を噴射するノズルヘッダーの例をそれぞれ示す。図3において、(a)及び(b)は、それぞれノズルヘッダーの断面図及び上面図である。図3の(a)は、(b)のD−D断面を示している。 FIG. 3 shows an example of a nozzle shape for generating gas micro-nano bubbles and an example of a nozzle header for ejecting a processing liquid in the micro-nano bubble generator of FIG. In FIG. 3, (a) and (b) are a sectional view and a top view of a nozzle header, respectively. (A) of FIG. 3 has shown the DD cross section of (b).
図3の(a)及び(b)に示すように、ノズルヘッダー25は、処理液を噴射するための噴射ノズル26及びマイクロ・ナノバブル吐出ノズル26と台27とから構成されており、液衝突ノズル26の1個又は2個以上を27の台上に取り付け配置する。ここで、液衝突ノズル26が、気体のマイクロ・ナノバブルを発生させるノズル形状の例である。液衝突ノズル26から噴射した処理液(Q)は、噴射ノズル25の噴射口25aから噴射され、本発明で使用する処理液として使用される。本発明においては、処理液の温度を30℃以上、好ましくは50〜90℃に調整するが、この温度の調整はノズルヘッダー25の部分を通過する処理液で行ってもよい。洗浄能力とノズルヘッダー25の部分を通過する処理液の温度との相関性が良いからである。その場合は、ノズルヘッダー25には、処理液の温度を測定するための温度センサーを設けることが好ましい。
As shown in (a) and (b) of FIG. 3, the
また、図4は、図3の(a)に示すノズルヘッダー25の液衝突ノズル26を配置した部分の拡大図である。図4に示すように、26の液衝突ノズルの1個の形状において、26aの小さな穴は26の中心に向かって空いている。この小さな穴から矢印Qから高圧で入った液がこの小さな穴を通って26の中心の部分で衝突させてマイクロ・ナノバブル発生させる。実験の結果、液の速度Vをコントロールすれば、発生したマイクロ・ナノバブルの量が多く、かつバブルの寿命が長くなることがわかった。速度Vの目安として、25m/秒を超える速度になると安定したマイクロ・ナノバブル発生ノズルになる。
FIG. 4 is an enlarged view of a portion where the
図5は、本発明の金属表面の改質方法において図1の(a)又は(d)に示す処理液の吹き付け方式で使用されるマイクロ・ナノバブル発生装置の一例を示す正面図である。図5に示すマイクロ・ナノバブル発生装置は、気液混合装置19の底部に加熱手段であるヒータ28が設置されており、オゾンのマイクロ・ナノバブルを30℃以上の所望の温度に加温又は加熱し、その温度を自動的に制御することができる。ヒーター28を設ける位置は気液混合槽19の底部に限定されず、気液混合槽19の側部に設けてもよいし、気液混合槽19の底部及び側部の両方に設けてもよい。また、金属板1は支持架台29上に支持されており、ノズルヘッダー25又は支持架台29の何れかを動かすことによって、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液が金属板1の表面に吹き付けられる。支持架台29には、加熱するためのヒーターを内容してもよい。
FIG. 5 is a front view showing an example of a micro / nano bubble generating device used in the method of spraying a treatment liquid shown in (a) or (d) of FIG. 1 in the method of modifying a metal surface of the present invention. The micro / nano bubble generating device shown in FIG. 5 has a
図6は、本発明の金属表面の改質方法において処理液の吹き付け方式で使用されるマイクロ・ナノバブル発生装置の変形例を示す正面図である。図6に示すマイクロ・ナノバブル発生装置は、加熱手段として加熱装置30を有し、加熱装置30によってオゾンのマイクロ・ナノバブルを30℃以上の所望の温度に加温又は加熱し、その温度を自動的に制御することができる。オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液の吹き付け手段は、基本的に図5に示すものと同じである。
FIG. 6 is a front view showing a modified example of the micro / nano bubble generating device used in the method of spraying a treatment liquid in the method of modifying a metal surface according to the present invention. The micro / nano bubble generating device shown in FIG. 6 has a
本発明においては、前記溶存気体富化工程において、気体のマイクロ・ナノバブルを含有する溶液に溶存気体としてオゾンが200〜15000ppm含まれるように調製する。この溶液を、2以上の貫通小穴26aを周方向に有する筒の外部から該貫通小穴26aを通して大気圧以上の圧力で噴射させるときに、前記筒の径方向断面と平行な同一平面上で対向するように配置された前記2以上の貫通小穴26aのそれぞれの開口部から噴射した溶存液を前記筒の中心に水撃が集中するように衝突させることによって発生させたオゾンが含まれるマイクロ・ナノバブルを有する処理液である。
In the present invention, in the dissolved gas enrichment step, the solution containing gas micro / nano bubbles is prepared to contain 200 to 15,000 ppm of ozone as a dissolved gas. When the solution is sprayed from outside the cylinder having two or more small through
前記溶存気体富化工程においてオゾンを200ppm以上溶存させた溶液は、マイクロ・ナノバブルを発生させた後で溶存オゾン濃度が30〜40ppmに低下し、残りのオゾンはマイクロ・ナノバブルの内部に含まれて存在する。本発明は、この状態にある液を金属表面の改質方法用の処理液として使用する。ここで、オゾンの200ppm以上を溶存させた液は、マイクロ・ナノバブル発生時にオゾンの一部がマイクロ・ナノバブルを形成しており、溶存オゾン濃度計によって計測されるオゾン濃度が処理液に実際に含まれるオゾン濃度よりも小さくなる。このように、図2〜図4に示すマイクロ・ナノバブル発生装置によって、オゾンが溶存した形態及びマイクロ・ナノバブルの形態の異なる2つの形態で併存し、実質的に高濃度のオゾンを含有する処理液を作製することできる。さらに、処理液に含まれるオゾンのマイクロ・ナノバブルは、平均粒径及び密度を前記の範囲に容易に制御することができる。したがって、本発明で使用する処理液は、短期間で拡散するオゾンと長期間保持できるオゾンが処理液中に併存するため、金属表面の改質を短時間で効率的に、且つ、効果的に行うために最適な形態を有するものと考えている。 The solution in which 200 ppm or more of ozone is dissolved in the dissolved gas enrichment step generates micro / nano bubbles and then the concentration of dissolved ozone decreases to 30 to 40 ppm, and the remaining ozone is contained inside the micro / nano bubbles Exists. The present invention uses the liquid in this state as a processing liquid for the method of reforming the metal surface. Here, in the liquid in which 200 ppm or more of ozone is dissolved, a part of the ozone forms a micro / nano bubble when the micro / nano bubble is generated, and the ozone concentration measured by the dissolved ozone densitometer is actually included in the treatment liquid Less than the concentration of ozone. Thus, the micro-nano bubble generating apparatus shown in FIGS. 2 to 4 coexists in two forms different in the form in which ozone is dissolved and in the form of micro-nano bubbles, and a treatment liquid containing substantially high concentration of ozone. Can be produced. Furthermore, the micro / nano bubbles of ozone contained in the treatment liquid can easily control the average particle size and density within the above range. Therefore, since the processing liquid used in the present invention coexists in the processing liquid with ozone that diffuses in a short period and ozone that can be held for a long time, reforming of the metal surface can be efficiently and effectively performed in a short time. It is believed to have the best form to do.
前記溶存気体富化工程において溶存するオゾン濃度は高ければ高いほど大きな効果が得られるが、溶液中に溶存できるオゾン濃度は、最も高い純水中でも理論的に15000ppmが限度である。したがって、前記溶存気体富化工程において、気体のマイクロ・ナノバブルを含有する溶液に溶存できるオゾンは200〜15000ppmとなる。溶液中に溶存できるオゾンの濃度が15000ppmに近づくほど、オゾンのマイクロ・ナノバブルを発生させた後に得られる処理液も溶存オゾン濃度がほぼ比例的に高くなる。例えば、溶液中の溶存オゾン濃度が約400ppmのときは、オゾンのマイクロ・ナノバブルを有する処理液の溶存オゾン濃度は60〜80ppmの値を示し、残りのオゾンはマイクロ・ナノバブル中に含まれていると考えることができる。 The higher the ozone concentration dissolved in the dissolved gas enrichment step, the greater the effect obtained, but the ozone concentration that can be dissolved in the solution is theoretically up to 15000 ppm even in the highest pure water. Therefore, the amount of ozone that can be dissolved in the solution containing gas micro / nano bubbles in the dissolved gas enrichment step is 200 to 15,000 ppm. As the concentration of ozone that can be dissolved in the solution approaches 15000 ppm, the concentration of dissolved ozone in the processing solution obtained after generating micro-nano bubbles of ozone also increases substantially proportionally. For example, when the concentration of dissolved ozone in the solution is about 400 ppm, the dissolved ozone concentration of the treatment solution having micro-nano bubbles of ozone exhibits a value of 60 to 80 ppm, and the remaining ozone is contained in the micro-nano bubbles It can be considered.
以上のようにして表面が改質された金属は、大気中又は乾燥空気中で加熱、熱風及び冷風の何れかの方法によって乾燥を行った後、次の樹脂との接着工程に移行するまで保管又は保存される。 After the metal whose surface has been modified as described above is dried by heating, hot air or cold air in the air or in dry air, it is stored until it is transferred to the step of bonding to the next resin. Or stored.
本発明の改質方法によって表面が改質された金属は、一般的に次の工程を含む方法によって樹脂との接着を行う。金属に、室温で又は加熱下でポッティング、射出成形、トランスファー成形及び圧着の何れかの方法によって樹脂を接着する工程、及び前記金属と前記樹脂との接着性の向上を図るため、前記接着後の金属を所定時間加熱するか、又は室温で所定の時間放置する工程である。 The metal whose surface is modified by the modification method of the present invention adheres to the resin by a method generally comprising the following steps. A step of adhering a resin to a metal at room temperature or under heating by any method of potting, injection molding, transfer molding and pressure bonding, and after adhesion to improve adhesion between the metal and the resin. It is a step of heating the metal for a predetermined time or leaving it at room temperature for a predetermined time.
また、本発明の改質方法によって表面が改質された金属を、樹脂接着剤により樹脂と接着してもよい。改質方法によって表面が改質された金属は樹脂接着剤との接着性が向上する。他方、樹脂接着剤と樹脂は膨張係数がそれぞれ近いため接着時の加熱による応力発生が小さくなるだけでなく、両者の親和性によって接着力が高くなる。したがって、表面が改質された金属/樹脂接着剤/樹脂の構成は、総合的に接着力を向上させるために好適である。 Further, the metal whose surface is modified by the modification method of the present invention may be adhered to the resin by a resin adhesive. The metal whose surface has been modified by the modification method has improved adhesion to the resin adhesive. On the other hand, since the resin adhesive and the resin have expansion coefficients close to each other, not only the stress generation due to heating at the time of bonding becomes small, but also the adhesion becomes high due to the affinity between both. Therefore, the surface-modified metal / resin adhesive / resin configuration is suitable to improve the adhesion as a whole.
さらに、本発明の改質方法によって表面が改質された金属を、樹脂接着剤により別の金属と接着することもできる。使用する別の金属としては、本発明の改質方法によって表面が改質された金属であっても、表面が改質されていない金属であってもよい。少なくとも、表面が改質された金属と樹脂接着剤との間で接着性の向上を図ることができる。 Furthermore, the metal whose surface has been modified by the modification method of the present invention can be bonded to another metal by means of a resin adhesive. Another metal to be used may be a metal whose surface is modified by the modification method of the present invention or a metal whose surface is not modified. At least, it is possible to improve the adhesion between the surface-modified metal and the resin adhesive.
以下において、本発明に基づく実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, examples based on the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited by these examples.
<参考例1>
図2〜図6に示すナノバブル水発生装置によって作製した気体のマイクロ・ナノバブルを有する水について、実際に形成されるマイクロ・ナノバブルの平均粒径及び密度について確認実験を行った。確認は、気体として空気を含む空気ナノバブル水を作製してナノ粒子の粒子径、個数及び粒度分布の測定を行った。
Reference Example 1
With respect to water having gas micro / nano bubbles produced by the nano bubble water generator shown in FIGS. 2 to 6, a confirmation experiment was conducted on the average particle size and density of the micro / nano bubbles actually formed. For confirmation, air nanobubble water containing air as a gas was prepared, and the particle size, number, and size distribution of nanoparticles were measured.
ベローズポンプ式のマイクロ・ナノバブル発生装置 (ΣPM−5:シグマテクノロジー有限会社製)により空気ナノバブル水を作製し、純水によって100倍に希釈して測定用試料として用いた。また、参考用試料としてナノバブル作製前の純水を用いた。ナノバブル作製前の純水は、ナノバブルを含まない水に相当する。 Air nanobubble water was prepared by a bellows pump type micro / nano bubble generator (装置 PM-5: manufactured by Sigma Technology Co., Ltd.), diluted 100 times with pure water, and used as a measurement sample. Moreover, the pure water before nano bubble preparation was used as a sample for reference. The pure water before nano bubble preparation corresponds to the water which does not contain nano bubbles.
試料急速凍結装置Vitrobot Mark IV (FEI社製)により作製直後の前記空気ナノバブル水を急速凍結してナノバブルをアモルファス氷中に包埋した試料を作製し、観察用試料とした。試料厚さは200nmである。一方、ナノバブルを含まない水(純水)についても同じ試料急速凍結装置により急速凍結して参考用試料とした。試料厚さは200nmである。300keVの電子エネルギーを有するクライオ透過型電子顕微鏡Titan Krios (FEI社製)を用いて、試料温度約80K(ケルビン)においてアモルファス氷中に包埋されたナノバブルを直接観察した。観察に用いる電子線は、Low dose技術によって20 電子/Å2程度であり、撮影中の試料温度の上昇はほとんどなかった。 A sample rapid freezing apparatus Vitrobot Mark IV (manufactured by FEI) immediately freezes the air nanobubble water immediately after preparation to prepare a sample in which the nanobubbles are embedded in amorphous ice to prepare a sample for observation. The sample thickness is 200 nm. On the other hand, water (pure water) not containing nanobubbles was also rapidly frozen by the same sample rapid freezing apparatus and used as a reference sample. The sample thickness is 200 nm. Nanobubbles embedded in amorphous ice were directly observed at a sample temperature of about 80 K (Kelvin) using a cryotransmission electron microscope Titan Krios (manufactured by FEI) having an electron energy of 300 keV. The electron beam used for observation was about 20 electrons / Å 2 by the low dose technique, and there was almost no rise in the sample temperature during imaging.
図7に、空気ナノバブルを含む純水を凍結したアモルファス氷及び純水(ナノバブルを含まない水)を凍結したアモルファス氷について電子顕微鏡像の写真を示す。また、空気ナノバブル水については、電子顕微鏡写真の下にバブルの粒度分布(サイズ分散を示すヒストグラム)を示す。 FIG. 7 shows photographs of electron microscopic images of amorphous ice frozen with pure water containing air nanobubbles and amorphous ice frozen with pure water (water not containing nanobubbles). In addition, for air nanobubble water, the particle size distribution of the bubble (a histogram indicating the size dispersion) is shown below the electron micrograph.
図7の左側に示す電子顕微鏡像の写真は、ΣPM−5によって作製後、ただちに観察された空気ナノバブルであり、写真中に観察される円形のコントラストがナノバブルである。画像処理の結果、平均粒径は7nmである。ヒストグラムの測定に用いたアモルファス氷の体積は3.2×10-14 cc(400 nm×400 nm×200 nm厚さ)であり、その中にバブルは約260個含まれている。100倍に希釈したナノバブル水を観察していることから、このナノバブル水の空気ナノバブルの密度は、8.1×1017個/cc (ml)(81京個/cc (ml))であると評価される。それに対して、図7の右側に示す電子顕微鏡像の写真はアモルファス氷でありコントラストの変化はなく、バブルが含まれない水であることが確認できる。このように、本発明による測定方法及び測定装置によって、水に含まれるナノバブルの存在を直接的に画像として確認することができるだけでなく、ナノバブルの粒子径、個数、粒度分布及び形態に関する情報を取得することができる。 The photograph of the electron microscope image shown on the left side of FIG. 7 is an air nanobubble observed immediately after preparation by PMPM-5, and a circular contrast observed in the photograph is a nanobubble. As a result of image processing, the average particle size is 7 nm. The volume of amorphous ice used for the measurement of the histogram is 3.2 × 10 -14 cc (400 nm × 400 nm × 200 nm thickness), in which about 260 bubbles are contained. Since the nano bubble water diluted 100 times is observed, the density of the air nano bubble of this nano bubble water is evaluated to be 8.1 × 10 17 cells / cc (ml) (81 kyocups / cc (ml)) Ru. On the other hand, in the photograph of the electron microscope image shown on the right side of FIG. 7, it can be confirmed that the ice is amorphous ice, there is no change in contrast, and water is free of bubbles. Thus, not only the presence of nanobubbles contained in water can be directly confirmed as an image by the measurement method and apparatus according to the present invention, but also information on the particle size, number, particle size distribution and morphology of nanobubbles is obtained can do.
<実施例1>
前記ナノバブル水作製装置ΣPM-5 (べローズポンプ式) (シグマテクノロジー有限会社製)によりオゾンナノバブル水を作製した後、半月程度時間を経たオゾンナノバブルを純水によって100倍に希釈したものを測定試料として用いた。試料厚さは200nmである。この試料を実施例1と同じ試料急速凍結装置で急速凍結させた後、実施例1と同じクライオ透過型電子顕微によって試料温度約80Kにおいてアモルファス氷中に包埋されたナノバブルを直接観察した。観察に用いる電子線は、Low dose技術によって20電子/Å2程度であり、撮影中の試料温度の上昇はほとんどなかった。
Example 1
After preparing ozone nanobubble water with the above-mentioned nanobubble water preparation device PMPM-5 (Bevelose pump type) (manufactured by Sigma Technology Co., Ltd.), measure the sample which is about 100 times diluted with pure water. Used as The sample thickness is 200 nm. After rapidly freezing this sample in the same sample quick freezing apparatus as in Example 1, nanobubbles embedded in amorphous ice were observed directly at a sample temperature of about 80 K by the same cryotransmission electron microscopy as in Example 1. The electron beam used for observation was about 20 electrons / Å 2 by the low dose technique, and there was almost no rise in the sample temperature during imaging.
この試料を用いて観察した電子顕微鏡像の写真及びその写真の下にバブルの粒度分布(サイズ分散を示すヒストグラム)を図8に示す。図8に示す画像は、ΣPM−5によって作製後、半月程度経たオゾンナノバブルを観察したものである。平均粒径は18nmであり、図8に示す空気ナノバブルと比べてやや大きく、合体したことによりサイズの粗大化も起こっていると考えられる。ヒストグラムの測定に用いたアモルファス氷の体積は3.2×10-14 cc(400 nm×400 nm×200 nm厚さ)であり、その中にバブルは約21個含まれている。100倍に希釈したナノバブル水を観察していることから、このナノバブル水のオゾンナノバブルの密度は、8.6×1016個/cc (ml)(約9京個/cc (ml))であると評価される。 The photograph of the electron microscope image observed using this sample and the particle size distribution of the bubble (a histogram showing the size dispersion) are shown in FIG. 8 below the photograph. The image shown in FIG. 8 is an observation of an ozone nanobubble about half a month after preparation by PMPM-5. The average particle size is 18 nm, which is slightly larger than the air nanobubbles shown in FIG. 8, and it is considered that the coarsening of the size is also caused by the coalescence. The volume of amorphous ice used for the measurement of the histogram is 3.2 × 10 -14 cc (400 nm × 400 nm × 200 nm thickness), in which about 21 bubbles are contained. Since the nanobubble water diluted 100 times is observed, the density of ozone nanobubbles of this nanobubble water is estimated to be 8.6 × 10 16 cells / cc (ml) (about 9 K pcs / cc (ml)) Be done.
<実施例2>
図8に示すオゾンナノバブルを含む純水を金属表面の改質用処理液として使用し、金属板として銅板(Cu板:長さ×幅×厚さ=71mm×25mm×1.5mm)を用いて、図1の(a)に示す方法に従って浸漬方式でCu板の表面改質処理を行った。本実施例で使用するオゾンナノバブルを含む純水は、溶存気体富化工程においてオゾン発生器によって発生させたオゾンを含む溶液として溶存オゾン濃度を200ppm以上に調製したものを用いて、前記ナノバブル水作製装置ΣPM-5によって作製した。このようにして作製した液を、目視可能なマイクロレベルのバブルが消滅したのを確認した後、直ちに改質用処理液として使用した。そのため、この処理液に含まれるオゾンナノバブルは、図8に示すものより平均粒径が小さく、また、密度も高いと考えられる。処理液中の溶存オゾン濃度は、溶存オゾン濃度計EL−600(荏原実業株式会社製)を用いて測定した。
Example 2
Using pure water containing ozone nanobubbles shown in FIG. 8 as a treatment liquid for reforming the metal surface, using a copper plate (Cu plate: length × width × thickness = 71 mm × 25 mm × 1.5 mm) as a metal plate According to the method shown in (a) of FIG. 1, the surface modification treatment of the Cu plate was performed by the immersion method. The pure water containing ozone nanobubbles used in the present embodiment is prepared as the solution containing ozone generated by the ozone generator in the dissolved gas enrichment step using the solution prepared to have a dissolved ozone concentration of 200 ppm or more. It was produced by an apparatus PMPM-5. The solution thus prepared was used immediately as a processing solution for modification after confirming that the visible micro level bubbles had disappeared. Therefore, it is considered that the ozone nanobubbles contained in this treatment liquid have a smaller average particle size and a higher density than those shown in FIG. The dissolved ozone concentration in the treatment liquid was measured using a dissolved ozone densitometer EL-600 (manufactured by Ebara Corporation).
このようにして表面改質が行われた後、乾燥されたCu板の片側端にポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS)を所定の形状(長さ×幅×板厚=25mm×25mm×3mm)で射出成形を行い、図9に示すような接着力試験用サンプルを作製した。その後、引張せん断試験によってCu板とPPS樹脂との接着力を評価した。接着部分の面積は150mm2(長さ×幅=6mm×25mm)とした。PPS樹脂の射出成形は、金属インサート樹脂成型品を作製するときに通常採用される条件で行い、シリンダ温度は330℃に設定した。引張せん断試験は、引張速度を5mm/分に設定し、島津製作所製オートグラフによって行った。接着力の測定は、浸漬時の処理液温度及び浸漬時間の条件を変えたものについて処理液中に浸漬したCu板の中の2〜5枚を選んで行った。 After the surface modification is carried out in this way, a polyphenylene sulfide resin (PPS) is injection molded in a predetermined shape (length × width × plate thickness = 25 mm × 25 mm × 3 mm) at one end of the dried Cu plate To produce a sample for adhesion test as shown in FIG. Thereafter, the adhesion between the Cu plate and the PPS resin was evaluated by a tensile shear test. The area of the bonding portion was 150 mm 2 (length × width = 6 mm × 25 mm). Injection molding of the PPS resin was performed under the conditions generally employed when producing a metal insert resin molded article, and the cylinder temperature was set to 330 ° C. The tensile shear test was performed by Shimadzu autograph at a tensile speed set to 5 mm / min. The adhesive strength was measured by selecting 2 to 5 of the Cu plates immersed in the treatment liquid, with the conditions of the treatment liquid temperature and the immersion time being changed.
<比較例1>
マイクロ・ナノバブルを有しない飽和オゾン純水を処理液として用い、実施例2と同じ方法でCu板の表面改質処理を行った。この処理液は、15℃で測定した溶存オゾン濃度が16.8ppmであった。処理後のCu板とPPSとの接着力は、実施例2と同じ方法でPPS樹脂を射出成形を行った後、同じ測定条件下で引張せん断試験によって測定した。
Comparative Example 1
The surface modification treatment of the Cu plate was performed in the same manner as in Example 2 using saturated ozone pure water having no micro / nano bubbles as the treatment solution. This treatment liquid had a dissolved ozone concentration of 16.8 ppm measured at 15 ° C. The adhesion between the Cu plate after treatment and PPS was measured by a tensile shear test under the same measurement conditions after injection molding of a PPS resin in the same manner as in Example 2.
<比較例2>
オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液の代わりに、Cuの表面改質処理として公知のトリアジンチオールを含む薬液を用いて処理を行った。処理後のCu板とPPSとの接着力は、実施例2と同じ方法でPPS樹脂を射出成形した後、同じ測定条件下で引張せん断試験によって測定した。その結果、引張せん断接着力は最大値で19.0MPaであった。
Comparative Example 2
The treatment was carried out using a chemical solution containing triazine thiol known as surface modification treatment of Cu, instead of the treatment liquid having micro-nano bubbles containing ozone. The adhesion between the Cu plate after treatment and PPS was measured by a tensile shear test under the same measurement conditions after injection molding of a PPS resin in the same manner as in Example 2. As a result, the tensile shear adhesive strength was 19.0 MPa at the maximum value.
本実施例によるCu板とPPS樹脂との接着力の測定結果を、比較例1及び2と合わせて、下記の表1に示す。表1において、Cu板の処理枚数は、所定量(ml)の処理液に入れたCu板の枚数であり、処理系中の溶存オゾン濃度は、処理前の室温(15℃)で測定した濃度及び浸漬処理中の処理液温度(50℃で処理の場合は50℃で測定)で測定した濃度をそれぞれ示し、また、処理液の温度(℃)は、Cu板の表面改質処理を行っているときの処理液の温度を意味する。表1に示す接着力は、各試料の測定値及びそれらの平均値を示している。 The measurement results of the adhesion between the Cu plate and the PPS resin according to this example are shown in Table 1 below together with Comparative Examples 1 and 2. In Table 1, the number of processed Cu plates is the number of Cu plates contained in a predetermined amount (ml) of treatment solution, and the dissolved ozone concentration in the treatment system is the concentration measured at room temperature (15 ° C.) before treatment. Shows the concentration measured at the treatment solution temperature during the immersion treatment (measured at 50 ° C in the case of treatment at 50 ° C), and the temperature (° C) of the treatment solution is the surface modification treatment of the Cu plate Means the temperature of the processing solution when The adhesion shown in Table 1 indicates the measured values of each sample and their average value.
表1に示すように、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液によって表面改質されたCu板を使用する実施例2は、飽和オゾン水によって処理する比較例1に比べて、PPS樹脂との間で高い接着力を示すことが分かる。比較例1は飽和のオゾン水であるが、マイクロ・ナノバブルが形成されていないためオゾンを水中に抱えることができなくなり、溶存オゾン濃度が低くなる傾向にあったものと考えられる。また、浸漬温度が15℃で10分及び40分の浸漬処理をそれぞれ行ったCu板について、実施例2を比較例1と対比すると、実施例2において接着の大幅な向上が見られることが分かる。このように、両者の接着力の差は、溶存オゾン濃度の違いだけではなく、処理液中に含まれるオゾンのマイクロ・ナノバブルの存在が大きく影響している。実施例2においてCu板の表面改質効果が大きく向上した理由は、処理液にオゾンのマイクロ・ナノバブルが含まれるためであることが明らかである。 As shown in Table 1, Example 2 using a Cu plate surface-modified with a processing solution having micro-nano bubbles containing ozone, as compared with Comparative Example 1 in which it is treated with saturated ozone water, is different from PPS resin It can be seen that it shows high adhesion between them. Comparative Example 1 is saturated ozone water, but it is considered that ozone can not be held in water because micro / nano bubbles are not formed, and the dissolved ozone concentration tends to be low. In addition, it can be seen that significant improvement in adhesion is seen in Example 2 when Example 2 is compared with Comparative Example 1 for the Cu plate subjected to the immersion treatment for 10 minutes and 40 minutes at an immersion temperature of 15 ° C. . Thus, the difference in adhesion between the two is largely affected not only by the difference in the dissolved ozone concentration, but also by the presence of micro / nano bubbles of ozone contained in the treatment liquid. It is apparent that the reason why the surface modification effect of the Cu plate is greatly improved in Example 2 is because the processing solution contains micro-nano bubbles of ozone.
表1から分かるように、実施例2においてPPS樹脂との接着力は、マイクロ・ナノバブルを有する処理液中にCu板を浸漬する時間が長くなるほど高くなるだけでなく、接着力のバラツキも小さくなる傾向にある。例えば、浸漬温度が15℃で、10分の浸漬処理を行ったCu板は接着力が10MPa未満となる試料が存在するが、浸漬時間が20分以上においていずれの試料も10MPaを超える接着力が得られた。さらに、処理液の温度による違いについては、50℃で処理を行ったCu板は15℃で処理したものに比べて、PPS樹脂との接着力が高くなる。特に、浸漬温度が50℃で、60分の浸漬処理を行ったCu板は接着力が最も高く、接着力の平均値がトリアジンチオール系薬液で処理した比較例2の最大値と同等の値を示す。 As can be seen from Table 1, the adhesion to the PPS resin in Example 2 not only increases as the time for immersing the Cu plate in the treatment liquid having micro / nano bubbles increases, but also the variation in adhesion decreases. There is a tendency. For example, a Cu plate which has been subjected to an immersion treatment at an immersion temperature of 15 ° C. for 10 minutes has a sample with an adhesion of less than 10 MPa, but any sample has an adhesion of more than 10 MPa when the immersion time is 20 minutes or more It was obtained. Furthermore, regarding the difference due to the temperature of the treatment liquid, the Cu plate treated at 50 ° C. has higher adhesion to the PPS resin than the one treated at 15 ° C. In particular, the Cu plate subjected to the immersion treatment at an immersion temperature of 50 ° C. for 60 minutes has the highest adhesion, and the average value of the adhesion is equal to the maximum value of Comparative Example 2 treated with the triazine thiol chemical solution. Show.
比較例2に示すように、Cu板はトリアジンチオール系薬液で処理することによってPPC樹脂との接着力を非常に高くできることが知られている。薬液処理の場合、理想的な処理を行うことができれば高接着性で、且つ、接着バラツキが少ないCu板を得ることができる。しかしながら、量産ベースではそのバラツキが非常に大きく、量産ベースでの実用化にはなかなか到っていないのが実情である。さらに、薬液処理の場合は、一般的に処理液の管理及び保管や廃棄が難しい。それに対して、実施例2において表面が改質されたCu板は、PPS樹脂との接着力の大幅な向上を図るだけでなく、接着力バラツキを小さくすることができる。さらに、実施例2に使用する処理液は、水及びオゾン等の気体を含むだけであるので、オゾン等の気体の排気に注意しさえすれば、処理液の管理及び保管や廃棄は薬液の場合と比べて楽である。したがって、本発明の改質方法は量産ベースへの適用が期待できる。 As shown in Comparative Example 2, it is known that the adhesion of a Cu plate to a PPC resin can be extremely increased by treating it with a triazine thiol-based chemical solution. In the case of chemical treatment, if an ideal treatment can be performed, it is possible to obtain a Cu plate having high adhesion and little variation in adhesion. However, on a mass production basis, the variation is very large, and the reality is that it has not reached the practical application on a mass production basis. Furthermore, in the case of chemical treatment, it is generally difficult to manage, store and dispose of the treatment solution. On the other hand, the Cu plate whose surface is modified in Example 2 can not only achieve a significant improvement in the adhesion to the PPS resin but also reduce the variation in adhesion. Furthermore, since the treatment liquid used in Example 2 only contains water and gas such as ozone, if care is taken to exhaust gas such as ozone, management, storage and disposal of the treatment liquid are in the case of chemical solution It is easier than. Therefore, the reforming method of the present invention can be expected to be applied to mass production.
次に、実施例2で表面改質されたCu板の表面状態を把握するため、Cu板表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観測した。同時に、Cu板表面で観測される元素分析をエネルギー分散型X線分光法(SEM−EDX)によって行った。測定試料は、実施例2の代表的なものとして表1において最も高い接着力(20.1MPa)を示したもの(50℃で60分浸漬処理したCu板)を使用した。樹脂接着前のCu板表面のSEM写真図(倍率1000倍)及び各元素の存在量を、図10の(a)及び(b)にそれぞれ示す。 Next, in order to grasp the surface state of the surface-modified Cu plate in Example 2, the surface of the Cu plate was observed with a scanning electron microscope (SEM). At the same time, elemental analysis observed on the surface of the Cu plate was performed by energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). As a measurement sample, one (Cu plate subjected to immersion treatment at 50 ° C. for 60 minutes) showing the highest adhesive strength (20.1 MPa) in Table 1 as a representative sample of Example 2 was used. The SEM photograph (1000 magnifications) of Cu plate surface before resin adhesion | attachment and the abundance of each element are respectively shown to (a) and (b) of FIG.
図10の(a)に示すように、表面が改質されたCu板は表面には穴や孔が存在せず、平滑な表面を有している。また、図10の(b)に示す元素分析から分かるように、Cu板表面には、Cuの他に、酸素(O)と炭素(C)の元素が観測された。それらの中で、炭素(C)は空気中に炭素の吸着によるものと考えられる。一方、酸素(O)は、銅が酸化しされやすいことから、表面改質前から存在する元素であるが、表面改質されたCu板は処理前に比べて顕著に変色した表面を呈することが目視で確認された。したがって、実施例2において表面改質されたCu板は、オゾンのマイクロ・ナノバブルを有する処理液によって表面酸化が進行しており、それによってPPS樹脂との接着力が向上したものと解される。しかしながら、接着力の向上に対して、Cu板の表面改質による表面粗化の影響の有無については現時点では詳細が不明であり、今後、Cu板の表面形状を詳細に分析する必要がある。 As shown in (a) of FIG. 10, the surface-modified Cu plate has no holes or holes on the surface, and has a smooth surface. Further, as understood from the elemental analysis shown in (b) of FIG. 10, in addition to Cu, elements of oxygen (O) and carbon (C) were observed on the surface of the Cu plate. Among them, carbon (C) is considered to be due to adsorption of carbon in air. On the other hand, oxygen (O) is an element that exists before surface modification because copper is easily oxidized, but the surface-modified Cu plate exhibits a surface that is significantly discolored compared to that before treatment. Was visually confirmed. Accordingly, the surface-modified Cu plate in Example 2 is considered to be that the surface oxidation is progressed by the treatment solution having micro-nano bubbles of ozone, whereby the adhesion to the PPS resin is improved. However, with respect to the improvement of adhesive strength, it is unclear at present whether or not the effect of the surface roughening due to the surface modification of the Cu plate is detailed, and it is necessary to analyze the surface shape of the Cu plate in detail.
<実施例3>
図8に示すオゾンナノバブルを含む純水を金属表面の改質用処理液として使用し、金属板として実施例2と同じサイズの銅板を用いて、図1の(b)に示す方法に従って浸漬方式でCu板の表面改質処理を行った。本実施例で使用する処理液は、まず、容器3にイオン交換水を3000ml入れ、次いで改質処理前のCu板1を9枚浸漬した状態で前記イオン交換水を循環させる。容器3から移送したイオン交換水は前記ナノバブル水作製装置ΣPM-5に導入され、ΣPM-5に備わる気液混合槽内でオゾン発生器によって発生させたオゾンを混合し、溶存オゾン濃度が200ppm以上に調製する。そのように調製されたイオン交換水は、前記ナノバブル水作製装置ΣPM-5によってオゾンのマイクロ・ナノバブルを作製した後、オゾンのマイクロ・ナノバブルを有する処理液として、注入ノズル12から容器3の内部に注入される。循環及び浸漬の時間経過とともに、容器3に収納されているイオン交換水は溶存イオン濃度が次第に高くなるだけでなく、オゾンのマイクロ・ナノバブルの密度も高くなる。
Example 3
Using pure water containing ozone nanobubbles shown in FIG. 8 as the treatment liquid for modifying the metal surface, using a copper plate of the same size as that of Example 2 as the metal plate, the immersion method according to the method shown in FIG. Surface modification treatment of the Cu plate was performed. First, 3000 ml of ion-exchanged water is placed in a
このようにして表面改質が行われた後、乾燥されたCu板の片側端にポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS)を射出成形を行い、実施例2と同じ方法でCu板とPPS樹脂との接着力を評価した。接着力の測定は、浸漬時間の条件を変えたものについて処理液中に浸漬したCu板の中の3枚を選んで行った。接着力の測定結果を下記の表2に示す。 After the surface modification is performed in this manner, polyphenylene sulfide resin (PPS) is injection molded on one end of the dried Cu plate, and the adhesion between the Cu plate and the PPS resin in the same manner as in Example 2. Was evaluated. The adhesive strength was measured by selecting three of the Cu plates immersed in the treatment liquid for different immersion time conditions. The measurement results of adhesion are shown in Table 2 below.
表2から分かるように、浸漬時間の経過とともにオゾンのマイクロ・ナノバブルを有する処理液の量が増えるため、処理中に測定した処理液(イオン交換水)中の溶存オゾン濃度が高くなる。それに伴い、表面改質処理されたCu板とPPS樹脂との接着力が高くなっている。表2には処理時間として20分までの結果しか示していないが、浸漬時間をさらに長くすると、接着力のより一層の向上がみられ、接着力のバラツキが小さくなることが期待できる。このように、オゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液を導入し、その割合を処理液中に増やすことによってCu板の表面改質が進むことが確認された。 As can be seen from Table 2, the amount of the processing solution having micro-nano bubbles of ozone increases with the passage of immersion time, so the concentration of dissolved ozone in the processing solution (ion-exchanged water) measured during the processing becomes high. Along with this, the adhesion between the surface-modified Cu plate and the PPS resin is high. Although Table 2 only shows the results up to 20 minutes as the treatment time, when the immersion time is further extended, the adhesion strength is further improved, and it can be expected that the dispersion of the adhesion strength is reduced. Thus, it has been confirmed that surface modification of the Cu plate proceeds by introducing a processing solution having micro-nano bubbles containing ozone and increasing the ratio in the processing solution.
<実施例4>
図8に示すオゾンを含むナノバブルに加え、さらに二酸化炭素の気体(炭酸ガス)を含ませた純水を金属表面の改質用処理液として使用し、金属板として実施例2と同じサイズの銅板を用いて、図1の(c)に示す方法に従って吹き付け方式でCu板の表面改質処理を行った。本実施例で使用するナノバブルを有する純水は、溶存気体富化工程においてオゾン発生器によって発生させたオゾンと炭酸ガス(オゾン量の約1/5の量)を導入し、溶存オゾン濃度を200ppm以上に調製したものを用いて、前記ナノバブル水作製装置ΣPM-5によって作製した。このようにして作製した液は、例えば、図5に示す装置のようにヒーター27によって約60℃に加熱した後、直ちに改質用処理液として使用した。この処理液に含まれ、オゾンと炭酸ガスとを含むナノバブルは、実施例1と同じ方法で測定した結果、平均粒径が30nm未満で、処理液1mlあたりの密度も1016個/cc (ml)以上であることが確認された。また、Cu板にオゾンと炭酸ガスを含むナノバブルを有し、約60℃に加熱された処理液を突き付ける際には、前記処理液がPPS樹脂との接着部分に集中的に降りかかるようにノズル14の移動を行った。吹き付ける時間は20分とした。
Example 4
In addition to the nanobubbles containing ozone shown in FIG. 8, pure water further containing a gas of carbon dioxide (carbon dioxide gas) is used as a treatment liquid for reforming the metal surface, and a copper plate of the same size as that of Example 2 as a metal plate. The surface modification treatment of the Cu plate was performed by a spraying method according to the method shown in FIG. The pure water having nano bubbles used in the present embodiment introduces ozone and carbon dioxide gas (amount of about 1/5 of the amount of ozone) generated by the ozone generator in the dissolved gas enrichment step, and the dissolved ozone concentration is 200 ppm Using the above prepared, it was manufactured by the nano bubble water manufacturing apparatus ΣPM-5. The liquid thus produced was heated to about 60 ° C. by the
以上のようにして表面が改質されたCu板の片側端にポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS)を実施例2と同じ方法で射出成形を行い、図9に示すような接着力試験用サンプルを作製した後、引張せん断試験によってCu板とPPS樹脂との接着力を評価した。その結果、接着力は何れも試料においても12MPa以上であり、接着力バラツキも小さかった。 The polyphenylene sulfide resin (PPS) was injection molded on one side of the Cu plate whose surface was modified as described above in the same manner as in Example 2 to prepare a sample for adhesion test as shown in FIG. After that, the adhesion between the Cu plate and the PPS resin was evaluated by a tensile shear test. As a result, the adhesive force was 12 MPa or more in all samples, and the adhesive force variation was also small.
このように、本発明は、Cu板の表面改質処理を行う際に、少なくとも気体としてオゾンを含むマイクロ・ナノバブルを有する処理液にCu板を浸漬する方法だけでなく、前記処理液をCu板の表面に吹き付ける方法によっても、十分な表面改質効果が得られることが確認できた。また、前記の実施例では、金属としてCuを使用したときの結果を示したが、本発明はCuに限定されず、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、リン青銅等に適用することができる。また、それら以外の銅、アルミニウム又は鉄等を有する合金、さらには表面改質が困難なPt、Au等への適用も可能である。 As described above, according to the present invention, not only the method of immersing the Cu plate in the treatment solution having the micro / nano bubbles containing ozone at least as gas, but also performing the surface modification treatment of the Cu plate It has been confirmed that a sufficient surface modification effect can be obtained also by the method of spraying on the surface of. In addition, although the results in the case of using Cu as the metal are shown in the above examples, the present invention is not limited to Cu, and can be applied to, for example, aluminum, iron, nickel, phosphor bronze and the like. In addition, application to alloys other than copper, aluminum, iron and the like, and Pt, Au and the like in which surface modification is difficult is also possible.
以上のように、本発明による金属表面の改質方法は、高濃度のオゾンを含有し、同時にオゾンのマイクロ・ナノバブルを含有する処理液を用いるため、前記処理液の吹き付け又は前記処理液への浸漬等の簡便な方法によって表面改質を効率的に、且つ、効果的に行うことができる。さらに、処理液中に含まれるオゾンのマイクロ・ナノバブルの密度を高めることによって、酸化反応を促進させ改質効果を向上させることができる。また、本発明において利用するオゾンのマイクロ・ナノバブルは、従来のオゾンガスやオゾン水と比べて、高濃度のオゾンを含有しながら、オゾンの大気中の拡散を抑制できる効果が高い。そのため、環境への負荷を低減しつつ、金属の表面処理を従来方法よりも効率的に、且つ、確実に行うことができる。 As described above, since the method for modifying a metal surface according to the present invention contains a high concentration of ozone and simultaneously uses a treatment liquid containing micro-nano bubbles of ozone, it is possible to spray the treatment liquid or use the treatment liquid. Surface modification can be performed efficiently and effectively by a simple method such as immersion. Furthermore, the oxidation reaction can be promoted and the modification effect can be improved by increasing the density of the micro / nano bubbles of ozone contained in the treatment liquid. In addition, micro-nano bubbles of ozone used in the present invention are highly effective in suppressing the diffusion of ozone in the atmosphere while containing ozone with high concentration, as compared with conventional ozone gas and ozone water. Therefore, metal surface treatment can be performed more efficiently and reliably than the conventional method while reducing the load on the environment.
本発明によって表面改質された金属は、樹脂との接着力が高く、且つ、ロット間の接着力バラツキを非常に小さくできる。さらに、金属と樹脂との接着は、特段に難しい方法又は工程を採用することなく、従来から確立された接着方法を利用した簡便なものでできる。そのため、金属と樹脂との接着力を高くできるだけでなく、製造コストの低減を同時に図ることができる。本発明の改質方法及び接着方法は、民生機器、産業機器及び公共機器等の様々な分野で使用される金属と樹脂とから構成される部品や装置への適用が期待できるため、その有用性は極めて高い。 The surface-modified metal according to the present invention has high adhesion to the resin, and the variation in adhesion between lots can be extremely reduced. Furthermore, the adhesion between metal and resin can be made simply by utilizing a conventionally established adhesion method without employing a particularly difficult method or process. Therefore, not only the adhesion between the metal and the resin can be increased but also the manufacturing cost can be simultaneously reduced. Since the modification method and the bonding method of the present invention can be expected to be applied to parts and devices composed of metal and resin used in various fields such as household appliances, industrial instruments, and public appliances, the utility thereof Is very expensive.
1・・・金属板、2・・・処理液、3・・・容器、4・・・支持架台、5・・・細線、6・・容器の蓋、7・・・ヒーター、8・・・温度計測手段、9・・・攪拌機、10・・・溶存オゾン濃度センサー、11・・・マイクロ・ナノバブルを有しない処理液、12・・・マイクロ・ナノバブル発生ノズル、13・・・ガス抜き管、14・・・噴射ノズル、15・・・ヒーター入りり支持版、16・・・スカート部、17・・・ベローズシリンダポンプ、18・・・バイプコントロール、19・・・気液混合器、20・・・圧力センサ、21・・・マイクロ・ナノバブル発生用ノズル取付部、22・・・液吸引管、23・・・気体吸引口、24・・・気体吸引調整バルブ、25・・・ノズルヘッダー、26・・・マイクロ・ナノバブル吐出ノズル、27・・・台、28・・・ヒーター、29・・・支持架台、30・・・加熱装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal plate, 2 ... Treatment liquid, 3 ... Container 4 ... Support stand, 5 ... Fine wire, 6 ... Lid of a container, 7 ... Heater, 8 ... Temperature measurement means, 9: stirrer, 10: dissolved ozone concentration sensor, 11: treatment solution without micro and nano bubbles, 12: micro and nano bubble generation nozzle, 13: gas vent pipe, 14 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · bellows cylinder pump · · Pressure sensor, 21 · · · micro · nano bubble generating nozzle mounting portion, 22 · · · liquid suction pipe, 23 · · · gas suction port, 24 · · · gas suction adjustment valve, 25 · · · · · · · · 26 ・ ・ ・ Micro and nano bubble discharge nozzle , 27 ... base, 28 ... heater, 29 ... support cradle, 30 ... heater.
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