JP2015137423A - Ａｌめっき鋼線製造装置および製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】線径ムラがなく良好な表面性状を有するＡｌめっき鋼線を得る。【解決手段】芯線径Ｄ0が０.０５〜１.０ｍｍの鋼線を溶融Ａｌめっき浴１に浸漬したのち気相空間８に連続的に引き上げる方法により鋼線表面に溶融Ａｌめっきを施すめっき装置において、めっき浴立ち上がり部５を含む浴面部分およびその浴面が接する気相空間８を大気環境２から仕切る遮蔽体４を有し、前記遮蔽体４内部のめっき浴立ち上がり部５に不活性ガスを吹き付けるノズル６１を有し、前記遮蔽体４内部の気相空間８に水蒸気含有ガスを導入する吐出口７２を有する、Ａｌめっき鋼線製造装置。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼線の表面をＡｌで被覆する技術であって、特に細径の鋼芯線に薄いＡｌめっき層を効率的に形成するのに適したＡｌめっき鋼線の製造方法に関する。

自動車のワイヤーハーネス用素線をはじめとする各種導線には、従来、銅素線が使用されている。しかし、鉄スクラップとともにリサイクルする上で、銅材の混入は好ましくない。このためリサイクル性の観点からは、鉄スクラップとともに溶解可能で且つ導電性が比較的良好なアルミニウム線の適用が有利となる。

また、ワイヤーハーネスを構成する各導線は「かしめ加工」によって端子に締結されることが多く、かしめ部で容易に破断することがないように、個々の素線にはある程度の強度が要求され、また、かしめ締結部での引抜強度が要求される。現状の信号用ワイヤーハーネス素線には、銅素線の場合は直径約０.２ｍｍ以上、アルミニウム素線の場合には直径１ｍｍ以上の線径を確保することが必要とされる。

一方、高強度・高耐食性が要求される用途において、鋼線を芯線とするＡｌめっき鋼線が知られている（特許文献１、２）。特許文献１には漁網ロープ用、送電線の補強用、海底光ファイバーケーブル補強用等のワイヤーに使用するＡｌめっき鋼線が記載されている。特許文献１の実施例に開示されている鋼線は線径２〜１３ｍｍと太いものであり、Ａｌめっきの目的は耐食性改善である。特許文献２のＡｌめっき線材は高強度ボルト用であり、その図２には７ｍｍ径のものが示されている。

Ａｌめっき鋼線は、芯材である「鋼」に高強度を負担させることができる。その反面、鋼は、銅やアルミニウムに比べ導電性に劣ることから、電力を供給するためのケーブルや直流電流を主体とした信号用ケーブルに使用するためのＡｌめっき鋼線においては、Ａｌめっき層の厚さを鋼芯線に対して十分に厚くする必要がある。そのような要求に対応すべく、本出願人はこれまでにワイヤーハーネス素線に適した細径の鋼芯線の表面に厚いＡｌめっき層を形成させる技術を案出し、特許文献３、４に開示した。

しかし近年、デジタル技術の進展により、信号の伝達を高周波によって行う場合が増えてきた。それに伴い高周波信号を伝送する用途で使われる導線のニーズも増大することが予想される。自動車用ワイヤーハーネスの素線用途においても、高周波信号の伝送に合致したものが求められるようになっている。

高周波電流は導体の表層部を流れる性質があることから（表皮効果）、高周波用の導線においては表層部の導電性が良好であることが要求される。この点、Ａｌめっき鋼線は導線の表層部が導電性の良いアルミニウムで構成されているため、機械的強度と高周波電流の導電性を両立させやすい材料であると言える。ただし、特許文献３、４に開示したような厚いＡｌめっき層を有するＡｌめっき鋼線は、高周波電流の表皮効果を考慮した場合にＡｌ部分の断面積が過剰である。そこで、薄いＡｌめっき層を形成した細径のＡｌめっき鋼線を溶融Ａｌめっき法によって製造すれば、高周波信号用途ワイヤーハーネス素線に適した線材が比較的低コストで提供できるものと考えられた。

しかしながら、特許文献３、４などに開示された従来の溶融Ａｌめっき鋼線製造技術を利用した場合、例えば直径０.０５〜０.３ｍｍ程度の細径の鋼芯線の表面に例えば厚さ１５μｍ程度の薄いＡｌめっき層を溶融めっき法で効率良く均一に形成することは容易ではないことがわかった。工業的な生産ではライン速度が重視されるが、ライン速度を上げると長手方向のめっき層厚さ分布が不均一になりやすく、これが工業的生産の実用化を阻む要因となる。

そこで本出願人は、細径の鋼芯線の表面に薄いＡｌめっき層を形成させるために有効な手法を開発し、特許文献５に開示した。

特開平３−２１９０２５号公報 特開２００４−３６００２２号公報 特開２００９−１７９８６５号公報 特開２００９−１８７９１２号公報 特開２０１１−２０８２６３号公報

特許文献５に開示の手法によれば、めっき浴から引き上げられる鋼線に随伴してめっき浴が持ち上がることにより形成されるメニスカスが巨大化することを防止でき、巨大なメニスカスが生じたときに問題となる鋼線表面への粗大な異物（主としてアルミニウム塊）の付着を安定して防止することができる。しかし発明者らのその後の調査によると、特許文献５の手法では、特に高いライン速度による操業時に、図７（ａ）に示すような鋼線長手方向の線径ムラが生じやすいという問題が浮上した。

本発明は、巨大なメニスカスの生成防止と、上記のような鋼線長手方向の線径ムラを同時に解消する技術を提供するものである。

発明者らは詳細な検討の結果、特にライン速度が高いときに生じやすい図７（ａ）に示すような鋼線長手方向の線径ムラは、浴面から引き上げられた鋼線の表面上を未凝固のめっき金属が垂れ落ちることに起因することが明らかとなった。そして、このような垂れ落ち現象は、未凝固のめっき金属が付着している鋼線の表面を酸化性雰囲気に曝すことによって極めて効果的に防止できることがわかった。本発明では、その酸化性雰囲気を作るために、露点の高い水蒸気含有ガスを用いる。ただし、単にめっき浴から引き上げられる鋼線が通る気相空間を酸化性雰囲気にするだけでは、巨大なメニスカスが生成して図６に示すようなアルミニウム塊などの異物が鋼線表面に付着しやすくなる。種々検討の結果、鋼線が引き上げられる浴面位置に不活性ガスを吹き付ける手法を採用することによって上記目的が達成できる。

すなわち、本発明では、芯線径Ｄ₀が０.０５〜１.０ｍｍの鋼線を溶融Ａｌめっき浴に浸漬したのち気相空間にライン速度１００ｍ／ｍｉｎ以上で連続的に引き上げる方法により鋼線表面に溶融Ａｌめっきを施すめっき装置において、鋼線が引き上げられる浴面位置を「めっき浴立ち上がり部」と呼ぶとき、
めっき浴立ち上がり部を含む浴面部分およびその浴面が接する気相空間を大気環境から仕切る遮蔽体（ただし引き上げられる鋼線が通過する開口部を備える）を有し、
前記遮蔽体内部のめっき浴立ち上がり部に不活性ガスを吹き付けるノズルと、前記遮蔽体内部の気相空間に水蒸気含有ガスを導入する吐出口と、その水蒸気含有ガスの水蒸気含有量を調整するための水蒸気量調整機構を有する、
Ａｌめっき鋼線製造装置が提供される。

また、上記のような遮蔽体を設けずに、前記気相空間を大気開放とすることもできる。その場合は、めっき浴立ち上がり部に不活性ガスを吹き付けるノズルと、引き上げられた鋼線のめっき金属が未凝固である浴面基準高さ２０ｍｍ位置以上の高さ領域のうち少なくとも一部の高さ領域の鋼線表面に水蒸気含有ガスを当てるための吐出口を持つガス管路とを有するＡｌめっき鋼線製造装置が提供される。
前記芯線径Ｄ₀は０.１〜１.０ｍｍの比較的汎用性の高い線径範囲とすることができる一方、Ｄ₀が０.０５ｍｍ以上０.３０ｍｍ未満の極めて細い鋼芯線を適用することもできる。

めっき浴立ち上がり部に不活性ガスを吹き付けるノズルは、引き上げられた鋼線の浴面基準高さ２０ｍｍ以上の部分に前記ノズルからの不活性ガス吐出流が当たらないように不活性ガス吐出方向が調整されていることが好ましい。

上記の遮蔽体を設ける場合のＡｌめっき鋼線の製造法として、
引き上げられる鋼線に随伴してめっき浴が持ち上がることにより形成されるメニスカスの浴面基準高さｈが５ｍｍ以下となるように、前記不活性ガスを吹き付け流量をコントロールするとともに、
引き上げられた鋼線の浴面基準高さ２０ｍｍ以上の範囲におけるめっき金属が未凝固である部分の表面に接触する雰囲気中の酸素濃度が５００ｐｐｍ未満である領域の露点が−１０℃以上となるように、前記水蒸気含有ガスにより前記遮蔽体内部に供給される水蒸気量をコントロールする、
表面性状の良好なＡｌめっき鋼線の製造法が提供される。引き上げる鋼線のライン速度を１００〜４００ｍ／ｍｉｎの範囲でコントロールすることが好適である。

本発明によれば、細径の鋼芯線の周囲に比較的薄目付のＡｌめっき層を形成したＡｌめっき鋼線において、巨大メニスカスの形成に起因した粗大な異物の付着と、ライン速度が大きい場合に問題となりやすい未凝固のめっき金属の垂れ落ちに起因した長手方向の線径ムラを一挙に解消することが可能となった。

本発明に使用できる溶融Ａｌめっき鋼線製造装置の構成の一例を模式的に示した図。 めっき浴中から引き上げられる鋼線に平行な断面を模式的に示した図。 めっき浴立ち上がり部に不活性ガスを吹き付けない場合のメニスカス発生状況を例示した図面代用写真。 めっき浴立ち上がり部に不活性ガスを吹き付けた場合のメニスカス発生状況を例示した図面代用写真。 めっき浴立ち上がり部に図４の例よりも多量の不活性ガスを吹き付けた場合のメニスカス発生状況を例示した図面代用写真。 アルミニウム塊が付着した溶融Ａｌめっき後の鋼線の外観写真。 線径ムラが発生した溶融Ａｌめっき鋼線の外観（ａ）、および線径ムラのない溶融Ａｌめっき鋼線の外観（ｂ）を例示した図面代用写真。

図１に、本発明に使用できる溶融Ａｌめっき鋼線製造装置の構成の一例を模式的に示す。めっき浴槽５０の中に溶融Ａｌめっき浴１が収容されている。送出装置５１から送り出された鋼線３は矢印方向に連続的に搬送されて、溶融Ａｌめっき浴１の中を通過した後、浴面１０から鉛直上方へと引き上げられ、遮蔽体４によって大気環境２から仕切られた気相空間８の中を通過する。遮蔽体４の上部には鋼線３が通過する開口部７がある。引き上げ過程で鋼線表面のめっき金属が凝固して溶融Ａｌめっき鋼線となり、巻取装置５２によって巻き取られる。

遮蔽体４の内部の気相空間８には、鋼線３が引き上げられる浴面位置（めっき浴立ち上がり部５）に不活性ガスを吹き付けるためのノズル６１が配置されている。その不活性ガスは不活性ガス供給装置５７から管路５６を通ってノズル６１に供給される。管路５６の途中または不活性ガス供給装置５７の内部にガス流量調整機構（図示せず）が設けられ、ノズル６１から吐出される不活性ガスの流量を調整することができるようになっている。ノズル６１から吐出された不活性ガスは、めっき浴立ち上がり部５を含むめっき浴面６の一部分およびめっき浴立ち上がり部５から引き上げられた鋼線３の浴面基準高さが２０ｍｍ未満の領域の一部分に直接当たり、それらの部分の酸素濃度が低く保たれる。不活性ガスとしては窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が挙げられる。

さらに遮蔽体４の内部の気相空間８には、水蒸気含有ガスを導入するための吐出口７２を有する管路７３が設置されている。その水蒸気含有ガスは水蒸気含有ガス供給装置７４から管路７３を通って吐出口７２から遮蔽体４の内部の気相空間に導入される。管路７３の途中または水蒸気含有ガス供給装置７４の内部に水蒸気量調整機構（図示せず）が設けられ、吐出口７２から吐出されるガスの水蒸気含有量を調整することができるようになっている。

遮蔽体４内の気相空間８を通って引き上げられた鋼線３は、引き上げられる過程で冷却され、めっき層が凝固する。引き上げ過程には必要に応じて冷却装置５３が設置され、ガスや液体ミストの吹き付けなどにより強制冷却することができる。また、送出装置５１とめっき浴１の間に熱処理装置を挿入することができる。熱処理雰囲気としては例えば還元性ガス雰囲気（Ｈ₂−Ｎ₂混合ガスなど）が採用できる。熱処理装置からめっき浴１に浸漬されるまでの区間に大気から遮蔽するためのスナウトを設ける場合もある。さらに、前工程でプレめっきや伸線などを行う場合には、それら前工程の装置と当該めっき装置を直列に配置して連続ラインを構築することができる。

遮蔽体４を設けず、めっき浴立ち上がり部５から鉛直方向に引き上げられた鋼線３がすぐに大気環境２に曝されるようなライン構成とすることもできる。その場合は、平均浴面高さを基準とした高さを「浴面基準高さ」と呼ぶとき、引き上げられた鋼線のめっき金属が未凝固である部分の浴面基準高さ２０ｍｍ位置以上の高さ領域のうち少なくとも一部の高さ領域の鋼線表面に水蒸気含有ガスを当てるための吐出口７２を持つガス管路を設ける。ただしこの場合、ノズル６１からの不活性ガス吐出流が直接当たる浴面１０の一部分を除き、浴面１０は高濃度（約２１％）の酸素を有する空気に触れることになるので、めっき浴面１０上には酸化物の膜が形成されやすく、それが鋼線３とともに引き上げられてめっき表面の性状を劣化させる要因となることがある。したがって、表面性状の良いＡｌめっき鋼線をより安定して製造するためには、遮蔽体４を適用することが有利となる。

溶融Ａｌめっき浴１は、Ｓｉ含有量を０〜１２質量％とすることができる。すなわち、Ｓｉ含有量が０〜１質量％のいわゆる純Ａｌめっき浴を適用することができる他、Ｓｉ含有量が１２質量％以下のＡｌめっき浴を適用することもできる。Ｓｉを添加することにより鋼芯線とＡｌめっき層の間に生成する脆いＦｅ−Ａｌ系合金層の成長を抑制することができ、伸線加工性の向上に有効となる。またＳｉ添加により融点が低下するので、製造が容易となる。ただし、Ｓｉ含有量が増加するとＡｌめっき層自体の加工性が低下する。また導電性低下にも繋がる。したがって、Ａｌめっき浴１にＳｉを含有させる場合は１２質量％以下の範囲で行うこと望ましい。なお、浴中には例えばＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ等の不純物元素が不可避的に混入する場合がある。

めっきに供する鋼線３としては、直径０.０５〜１.０ｍｍの鋼線が対象となる。０.０５ｍｍより細径のものはライン中で破断しやすく、製造性に劣る。また、めっき付着量の制御も難しい。一方、直径が１.０ｍｍを超える鋼芯線は、高周波を伝送する信号ケーブルの素線としては無駄が多く、また、伸線加工により細径に加工するとしても伸線加工の負荷が過大となり好ましくない。直径０.０５ｍｍ以上０.３０ｍｍ未満の細径の鋼芯線を適用することがより好ましい。

具体的には例えば、溶融Ａｌめっきを行う直前に、還元性ガス雰囲気中（例えばＨ₂−Ｎ₂混合ガス中）で加熱処理を施して、鋼の表面を活性化した状態の鋼線を適用することができる他、表面にＺｎめっき、Ｎｉめっき、Ｃｕめっきなどを施した鋼線を適用することができる。これらのうちＺｎめっきやＣｕめっきを施した鋼線は、還元性ガス雰囲気中での加熱を省略して、直接溶融Ａｌめっき浴に送給することができる。Ｎｉめっき鋼線の場合は、還元性ガス雰囲気中での加熱を行った後に溶融Ａｌめっきに供することがより好ましい。

上記のＺｎめっき鋼線は主として溶融Ｚｎめっき法または電気Ｚｎめっき法により得ることができ、Ｎｉめっき鋼線は電気Ｎｉめっき法により得ることができる。これらのプレめっき鋼線は、プレめっき後に伸線加工を行って線径を適正化しておくことができる。溶融Ａｌめっき浴に供する段階において、Ｚｎめっき鋼線のＺｎめっき平均厚さは０.３〜２５μｍとすることが好ましく、Ｎｉめっき鋼線のＮｉめっき平均厚さは０.５〜５.０μｍとすることが好ましい。Ｎｉめっき鋼線を使用すると、鋼芯線と溶融Ａｌめっき層の界面に生じる脆いＦｅ−Ａｌ合金層の厚さが薄くなり、加工性向上に有利となる。なお、Ｚｎめっき層やＮｉめっき層は、溶融Ａｌめっき浴中で、その全部または大部分が溶融Ａｌと反応する。このため、溶融Ａｌめっき鋼線の断面においてこれらのプレめっき層は観測されないことが多い。

鋼芯線の鋼材としては、用途に応じて炭素鋼やステンレス鋼など、種々のものが適用できる。
炭素鋼は炭素（Ｃ）を０.０２質量％以上含有する鋼材である。例えばＪＩＳ Ｇ３５６０の硬鋼線材、ＪＩＳ Ｇ３５０５の軟鋼線材の規格に示されるものなどが例示できるが、それに限定されるものではない。
ステンレス鋼はクロム（Ｃｒ）を１０質量％以上含有する合金鋼である。例えばＪＩＳ Ｇ４３０９に規定されているオーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系の鋼材などを挙げることができる。具体的には、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４などの一般的にオーステナイト相が準安定であるとされるステンレス鋼、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６などの安定オーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４３６、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４７などのフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４１６、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ４３１、ＳＵＳ４４０などのマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ２００番台に分類されるＣｒ−Ｎｉ−Ｍｎ系のステンレス鋼などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

高周波電流の表皮効果を考慮すると、良好な導電性を担うＡｌめっき層はかなり薄くても良いと考えられる。ただし、めっき付着量が過小になると「不めっき」等のめっき欠陥が形成されやすくなり、高周波の伝送性に悪影響を及ぼす恐れがあるので好ましくない。また、溶融Ａｌめっき鋼線の線径を整えるために伸線加工を施すことを想定すると、溶融めっき後にはある程度余裕のあるめっき層厚さを有していることが望まれる。種々検討の結果、下記（１）式で表される平均径差δが０.０１０ｍｍ以上となるようにＡｌめっき層厚さが確保されていることが好ましい。
平均径差δ＝Ｄ_A−Ｄ₀ …（１）
δの上限については、通常、δは０.０６０ｍｍ以下であることが好ましく、０.０５０ｍｍ以下がより好ましい。

ここで、Ｄ₀は鋼芯線の径（芯線径）、Ｄ_Aは引き上げられた溶融Ａｌめっき鋼線の長手方向平均線径である。このＤ₀は溶融めっきに供する鋼線における鋼芯線の部分の直径を線材長手方向に平均したものを意味する。前処理としてＺｎめっきやＮｉめっきなどのプレめっきを施した鋼線を溶融Ａｌめっきに供する場合は、前処理のめっき層を除いた鋼芯線の部分の径によって定められる。なお、本明細書でいう線材の「直径」（単に「径」ということもある）は、線材の長手方向に垂直な断面において最も長い部分の径（長径）を意味する。

図２に、めっき浴中から引き上げられる鋼線に平行な断面を模式的に示す。鋼線３がめっき浴１から気相空間８へと引き上げられる際には、鋼線３に随伴してめっき浴１が持ち上がることによりメニスカス７０が形成される。操業中、浴面１０は波立ち等により完全な水平状態とはならないが、本明細書では浴面１０の高さ方向の平均位置からメニスカス７０の上端までの高さｈを「メニスカスの浴面基準高さ」と呼ぶ。形成されるメニスカスの大きさはライン速度およびめっき浴立ち上がり部近傍の酸素濃度に依存する。ライン速度が大きいほどｈは大きくなる。また、めっき浴立ち上がり部近傍の酸素濃度が高くなるほどｈは大きくなる。酸素濃度が高くなるとＡｌめっき浴の表面が酸化されやすくなり、それによってその部分の溶融Ａｌの粘性が高くなるためにメニスカス７０が発達しやすいものと考えられる。メニスカス７０が巨大化するとアルミニウム塊などの異物が鋼線表面に付着しやすくなり、表面性状を劣化させる要因となる。図６に、アルミニウム塊が付着した溶融Ａｌめっき後の鋼線の外観写真を例示する。

発明者らの研究によると、メニスカス７０の成長を抑制するためには、めっき浴立ち上がり部付近の浴面が接触する気相空間の酸素濃度を低減することが極めて効果的であることがわかった。そのための手法として本発明ではめっき浴立ち上がり部に不活性ガスを吹き付ける。不活性ガスは窒素、または希ガス（アルゴン、ヘリウム等）の非酸化性ガスであるが、できるだけ酸素濃度が低いものを適用することが望ましい。発明者らの調査によれば、めっき浴立ち上がり部に吹き付けているノズルからの不活性ガス吐出流の内部における酸素濃度が３００ｐｐｍ以下であることが必要であり、１００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。ライン速度が大きくなるとメニスカスも成長しやすいが、不活性ガスの流量を増大することによってメニスカスの成長を抑制することができる。メニスカスの浴面基準高さｈが５ｍｍ以下に抑制されていれば、異物付着の問題は解消することがわかった。

図３〜図５に、めっき浴立ち上がり部に吹き付ける不活性ガス（窒素）の流量を変えた場合のメニスカス発生状況を表す写真を例示する。鋼線の向こう側に見える開口部が不活性ガス吹きつけのズル６１の吐出口である。鋼芯線の径は０.２ｍｍ、ライン速度は１６０ｍ／ｍｉｎで共通である。
図３は不活性ガスの吹き付けを止めた場合である。めっき浴立ち上がり部の浴面は酸化雰囲気となっていることから、巨大なメニスカスが形成されている。
図４は不活性ガスの吹き付けを行った場合である。メニスカスの成長が抑制されていることがわかる。
図５は不活性ガスの吹き付け量をさらに増大させた場合である。メニスカスのサイズは非常に小さくなっている。

溶融めっき後の未凝固のめっき金属が付着している段階の鋼線表面に接触する気相空間８の雰囲気は、図７（ａ）に示すような鋼線長手方向の線径ムラの発生に大きく影響する。この種の線径ムラは、浴面から引き上げられた鋼線の表面上を未凝固のめっき金属が垂れ落ちることに起因するものである。この垂れ落ち現象は、引き上げられる鋼線表面上の未凝固のめっき金属が接触する雰囲気を酸化性雰囲気とすることにより、顕著に抑制される。本出願人は、特願２０１３−０６０３８３号（以下「先願」という）において、上記の酸化性雰囲気を酸素含有ガスとする手法を開示した。雰囲気中の酸素は未凝固のめっき金属表面に迅速に酸化皮膜を形成し、その酸化膜が未凝固のめっき金属の垂れ落ちを抑制すると考えられる。

先願の手法を実現するためには、めっき浴から鋼線を引き上げる気相空間を大気開放とするか、あるいは遮蔽体を設けてその内部空間に酸素含有ガスを導入することが必要となる。一方で、めっき浴立ち上がり部で形成されるメニスカスのサイズを小さく安定化させ、かつアルミニウム塊などの異物巻き上げを防止するためには、めっき浴立ち上がり部に吹き付ける不活性ガス中の酸素濃度をできるだけ低くすることが望まれる。気相空間を大気開放とすることや、遮蔽体内部に酸素含有ガスを導入することは、めっき浴立ち上がり部に吹き付ける不活性ガス中の酸素濃度を安定して低く維持する観点からはマイナス要因であり、厳しい条件管理が要求される。

そこで発明者らはさらに研究を進めたところ、引き上げられる鋼線表面上の未凝固のめっき金属が接触する雰囲気を酸化性雰囲気とするための別の手法として、露点を高くする手法が有効であることを見出した。浴面基準高さ２０ｍｍ以上の範囲におけるめっき金属が未凝固である部分の表面に接触する雰囲気中の酸素濃度が５００ｐｐｍ未満であっても、露点を−１０℃以上とすることにより、めっき金属の垂れ落ち現象を効果的に抑止できるのである。

本発明の手法によれば、めっき浴立ち上がり部は、不活性ガスの吹き付けによって、酸素濃度が低く（３００ｐｐｍ以下）、かつ露点も低い（−１０℃より低露点）状態となるが、少なくとも浴面基準高さ２０ｍｍ位置から、それより上方の任意高さ位置までの区間において、露点が−１０℃以上、より好ましくは−１℃以上の雰囲気に接触させる。それよりさらに上方に未凝固領域がある場合は、その領域の酸素濃度を５００ｐｐｍ以上とすればよい。すなわち、浴面基準高さ２０ｍｍ以上の範囲におけるめっき金属が未凝固である部分の表面に接触する雰囲気中の酸素濃度が５００ｐｐｍ未満である領域の露点が、−１０℃以上、より好ましくは−１℃以上となるように、前記水蒸気含有ガスにより気相空間に供給される水蒸気量をコントロールする。少なくとも浴面基準高さ２０ｍｍ位置から１００ｍｍ位置までの区間の鋼線表面を、露点が−１０℃以上、より好ましくは−１℃以上の雰囲気に接触させることがより効果的である。例えば、少なくとも浴面基準高さ２０ｍｍ位置から５００ｍｍ位置までの区間の鋼線表面が接触する雰囲気を、露点が−１０℃以上、より好ましくは−１℃以上の雰囲気に維持する、といった管理を行えばよい。

また、鋼線のライン速度が大きくなるとめっき金属の持ち上げ量が増加するため、垂れ落ちが生じやすくなる。種々検討の結果、ライン速度を１００〜４００ｍ／ｍｉｎとすることが好ましい。

図１に示した構成の溶融Ａｌめっき鋼線製造装置により種々の条件で溶融Ａｌめっき鋼線を製造した。不活性ガスとして窒素を使用し、めっき浴立ち上がり部５からの距離が約５ｍｍの位置に不活性ガス吐出ノズル６１の吐出口を設置した。また、遮蔽体４の内部に水蒸気含有ガスを導入するための管路を設けた。水蒸気含有ガス中の水蒸気量、および水蒸気含有ガスの吐出流量によって遮蔽体４内部の露点を調整した。水蒸気含有ガス中の水蒸気量を調整するための水蒸気量調整機構では、以下のようにして水蒸気量を調整した。乾燥窒素ガスをキャリアガスとして用い、その窒素ガスを２経路に分流し、双方の流量を制御しながら、１つの経路では温度を制御した水槽に窒素ガスをバブリングさせて水蒸気を含有させ、もう１つの経路には乾燥窒素ガスをそのまま流し、双方の経路からのガスを合流させることにより所定の水蒸気含有量に調整した。一部の例（表１のＮｏ.２５）では遮蔽体４を設置せずに気相空間８を大気開放とした。その場合、上記の水蒸気量調整機構にて生成させた水蒸気含有ガスの吐出流を直接、浴から引き上げられる鋼線の浴面基準高さ２０ｍｍ以上の高さ位置の一部に当てた。

溶融Ａｌめっきに供する鋼線として、表１に示す各種線径の鋼線を使用した。このうちＺｎめっき鋼線は、直径１.０ｍｍの溶融Ｚｎめっき硬鋼線（ＪＩＳ素材規格；２７Ａ）をドローイングにより伸線加工して所定の直径としたものであり、その表面には平均厚さ２〜４μｍのＺｎめっき層を有している。芯材である鋼の組成は、質量％でＣ：０.２４〜０.３１％、Ｓｉ：０.１５〜０.３５％、Ｍｎ：０.３〜０.６％、Ｐ：０.０３０％以下、Ｓ：０.０３０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の範囲内にある。

浴面基準高さ２０ｍｍの鋼線通過位置近傍の雰囲気ガスをパイプにより連続的に採取し、その位置での露点および酸素濃度を測定した。また参考のためにめっき浴立ち上がり部５の近傍の不活性ガス吐出流内部の露点を上記と同様の方法で測定した。ここで使用した製造設備においては、浴面基準高さ２０ｍｍでの露点が−１０℃以上となるようにコントロールした場合、それより高い位置の遮蔽体４内部の露点も−１０℃以上に維持されることが別途実験により確かめられている。この遮蔽体４を使用した場合、少なくとも浴面基準高さ２０ｍｍから５００ｍｍまでの範囲において、鋼線の表面を露点が−１０℃以上の雰囲気に接触させることができる。そして、浴面基準高さ２０ｍｍ未満の部分を除き、露点が−１０℃を下回る高さ位置で鋼線が接触する雰囲気の酸素濃度は常に５００ｐｐｍ以上となる。

溶融めっき中にメニスカスの形成を観察し、メニスカスの浴面基準高さｈが５ｍｍ以下であるものを○（巨大メニスカス形成防止；良好）、それ以外を×（巨大メニスカス形成防止；不良）と評価した。また、得られた溶融Ａｌめっき鋼線の外観を観察し、浴面から引き上げられた鋼線の表面上を未凝固のめっき金属が垂れ落ちることに起因する図７（ａ）のような線径ムラの発生が認められなかったものを○（線径ムラ防止；良好）、認められたものを×（線径ムラ防止；不良）と評価した。
鋼線の種類、溶融Ａｌめっき条件、上記評価結果を表１に示す。

表１からわかるように、不活性ガスの吹き付けを行い、かつ浴面基準高さ２０ｍｍ以上の気相空間の露点を高くした本発明例のものは、種々のライン速度において巨大メニスカスの発生防止とめっき金属の垂れ落ちに起因する線径ムラの防止を両立することができた。

これに対し、Ｎｏ.１〜４は浴面高さ２０ｍｍ以上の領域において酸素濃度と露点がいずれも低過ぎたことにより線径ムラが発生した。Ｎｏ.２６は不活性ガスの吹き付け量が少なすぎ、またＮｏ.２７は不活性ガスの吹き付けを行わなかったため、これらはいずれもメニスカスの巨大化を防止できなかった。

参考のため、本出願人が特願２０１３−０６０３８３（先願）の表１に開示した例について、浴面から約２０ｍｍ高さの露点測定値を併記したものを表２に示す。雰囲気の露点は低いが、酸素濃度を５００ｐｐｍ以上と高くすることにより金属の垂れ落ちに起因する線径ムラは防止できている。なお、先願表１のＮｏ.１〜３０は、それぞれ下記表２のＮｏ.１０１〜１３０に対応している。

１ 溶融Ａｌめっき浴
２ 大気環境
３ 鋼線
４ 遮蔽体
５ めっき浴立ち上がり部
６ 遮蔽体内部の浴面部分
７ 開口部
８ 気相空間
１０ 浴面
５０ めっき浴槽
５１ 送出装置
５２ 巻取装置
５３ 冷却装置
５６ 不活性ガス供給管
５７ 不活性ガス供給装置
５８ リール
６１ 不活性ガス吐出ノズル
７０ メニスカス
７２ 水蒸気含有ガス吐出口
７３ 水蒸気含有ガス供給管
７４ 水蒸気含有ガス供給装置

Claims (6)

1. 芯線径Ｄ₀が０.０５〜１.０ｍｍの鋼線を溶融Ａｌめっき浴に浸漬したのち気相空間にライン速度１００ｍ／ｍｉｎ以上で連続的に引き上げる方法により鋼線表面に溶融Ａｌめっきを施すめっき装置において、鋼線が引き上げられる浴面位置を「めっき浴立ち上がり部」と呼ぶとき、
   めっき浴立ち上がり部を含む浴面部分およびその浴面が接する気相空間を大気環境から仕切る遮蔽体（ただし引き上げられる鋼線が通過する開口部を備える）を有し、
   前記遮蔽体内部のめっき浴立ち上がり部に不活性ガスを吹き付けるノズルと、前記遮蔽体内部の気相空間に水蒸気含有ガスを導入する吐出口と、その水蒸気含有ガスの水蒸気含有量を調整するための水蒸気量調整機構を有する、
   Ａｌめっき鋼線製造装置。
2. 芯線径Ｄ₀が０.０５〜１.０ｍｍの鋼線を溶融Ａｌめっき浴に浸漬したのち気相空間にライン速度１００ｍ／ｍｉｎ以上で連続的に引き上げる方法により鋼線表面に溶融Ａｌめっきを施すめっき装置において、鋼線が引き上げられる浴面位置を「めっき浴立ち上がり部」と呼び、平均浴面高さを基準とした高さを「浴面基準高さ」と呼ぶとき、
   前記気相空間が大気に開放されており、
   めっき浴立ち上がり部に不活性ガスを吹き付けるノズルと、引き上げられた鋼線のめっき金属が未凝固である浴面基準高さ２０ｍｍ位置以上の高さ領域のうち少なくとも一部の高さ領域の鋼線表面に水蒸気含有ガスを当てるための吐出口を持つガス管路と、その水蒸気含有ガスの水蒸気含有量を調整するための水蒸気量調整機構を有する、
   Ａｌめっき鋼線製造装置。
3. 前記ノズルは、引き上げられた鋼線の浴面基準高さ２０ｍｍ以上の部分に前記ノズルからの不活性ガス吐出流が当たらないように不活性ガス吐出方向が調整されている請求項１または２に記載のＡｌめっき鋼線製造装置。
4. 前記水蒸気含有ガスは、不活性ガスと水蒸気の混合ガスである請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡｌめっき鋼線製造装置。
5. 請求項１に記載のＡｌめっき鋼線製造装置を用いて鋼線表面に溶融Ａｌめっきを施すに際し、平均浴面高さを基準とした高さを「浴面基準高さ」と呼ぶとき、
   引き上げられる鋼線に随伴してめっき浴が持ち上がることにより形成されるメニスカスの浴面基準高さｈが５ｍｍ以下となるように、前記不活性ガスを吹き付け流量をコントロールするとともに、
   浴面基準高さ２０ｍｍ以上の高さ領域において、引き上げられた鋼線のめっき金属が未凝固である部分の表面に接触する、酸素濃度５００ｐｐｍ未満である雰囲気ガスの露点が−１０℃以上となるように、前記水蒸気含有ガスにより遮蔽体内部に供給される水蒸気量をコントロールする、
   表面性状の良好なＡｌめっき鋼線の製造法。
6. 引き上げる鋼線のライン速度を１００〜４００ｍ／ｍｉｎの範囲でコントロールする請求項５に記載の表面性状の良好なＡｌめっき鋼線の製造法。