JP4570581B2 - 金属めっき材料のリフロー処理方法,金属めっき材料及び金属めっき材料のリフロー処理装置 - Google Patents
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Description
リフロー処理は、金属めっき材料を加熱してめっき層を溶融させた後、溶融めっき層を再凝固させるのであるが、従来リフロー処理時の加熱方法としては、要求されるめっき材料の表面品質や製造コストなどを考慮して以下の方法が選択実施されていた。
第1は、ガスバーナなどの燃焼バーナで金属めっき材料を直接加熱する方法である。
第2は、表面がステンレス等の酸化し難い金属で構成された輻射管(マッフル管)を燃焼ガス、電気ヒータ又はバーナなどによって加熱し、その輻射熱により金属めっき材料を加熱する方法である。
第3は、前記第2の方法を熱効率を改善したもので、金属めっき材料の加熱周辺雰囲気を強制対流させる方法である。
第4は、金属めっき材料に通電し、そのときの電気抵抗によって当該材料を加熱する方法である(後記特許文献1)。
第5は、第4の通電加熱と第2の輻射加熱(ラジアントチューブ内に燃焼ガスを通過させる)とを併用する方法である(後記特許文献2)。
第1の直接加熱方式も同様な現象を生ずるが、第2の輻射加熱方式や第3の熱風対流による加熱方式では、加熱時間が長くなることによりめっき金属に表面張力による挙動の時間を与えるので、特に矩形小断面の金属材料の場合にめっき層分布がはなはだ不均一となり偏肉の度合が大きくなる。
なお、この明細書では偏肉の度合を以下のように評価することとする。
偏肉度=断面におけるめっき層の最大厚み/めっき層の平均厚み
第4の通電加熱方式では、給電部でのスパークによりめっき層に傷が発生し易いとともに、設備上の限界により水冷直前まで加熱されて結果的に急冷状態となるため、めっき層表面に皺が発生し易い。また、陰極通電部でめっきが剥がれる問題があるほか、電流は流れ易い方に流れる特性をもっているが、母材金属に必要以上に電流が流れると母材金属を実質上焼鈍する問題があった。
第5の通電加熱と輻射加熱を併用する場合にも、前記通電加熱による問題を克服することができなかった。
第1実施形態
図1は本発明に係る第1実施形態の金属めっき材料のリフロー処理装置の一部を拡大した部分正面図である。
2は表面にめっき層を形成した長尺の金属めっき材料1を一定の方向(図の左側から右方向)へ20〜200m/min程度の速度で連続走行させる搬送手段である。この搬送手段2は、図の一端からコイル状に巻かれた金属めっき材料1を繰り出す操出し機20と、この操出し機20から必要な距離(材料1の加熱や冷却に必要な距離)離れた位置で金属めっき材料1を巻き取る巻取り機21とから構成されている。
処理対象とする金属めっき材料1は線材,棒材又は条材などの形態であり、金属めっき材料1が線材又は棒材である場合の断面形状は特に問わないが、その断面積は100mm2以下であるのが好ましい。
5は搬送手段2の搬送過程の前記誘導加熱手段3よりも下流領域に設置された冷却手段であり、この実施形態では加熱手段3により加熱溶融した金属めっき材料1のめっき層をある程度空冷した後に水冷する水冷装置である。
らせん状に巻かれた長尺の金属めっき材料1を搬送手段2により連続走行させながら、誘導加熱手段3の誘導コイルに誘導電流を流して金属めっき材料1を加熱し、その表面に形成されているめっき層を溶融させる。
室4を不活性ないし還元性雰囲気にして当該雰囲気内で金属めっき材料1を加熱すると、めっき層の酸化が抑制されめっき品質が上質に保たれる。
誘導加熱手段3を通過した金属めっき材料1は、溶融しためっき層がある程度凝固するまで空冷され、水冷式の冷却手段5によりさらに冷却され、その溶融めっき層が再凝固することによりリフロー処理を終了し、巻取り機21により巻き取られる。
誘導加熱手段3は、前述のようならせん状でなく図2のようにU字状に形成した誘導コイルを用い、そのU字状部部分の誘導コイルの内側を金属めっき材料1が通過するように構成することができる。
図3の(a)図は本発明に係る第3実施形態のリフロー処理装置の一部を拡大した部分正面図、(b)図は再加熱手段における金属めっき材料と炎との関係を拡大して示す部分拡大平面図である。
以下第1実施形態のリフロー処理装置と同様な構成部分には、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。ただし、図1の冷却手段5は図3では省略されている。
この実施形態において、再加熱手段6は搬送手段2の搬送方向に沿って互いに近接して設置されたインパクトバーナ(通常のバーナよりもやや小型である。)によって構成されている。
したがって、金属めっき材料1が再加熱手段6を通過する際、当該金属めっき材料1の全周面へ炎60がくまなく接触する。
しかし、金属めっき材料1の表面に対する再加熱処理を搬送手段2のラインスピードへ追随させ、かつ、設備費用を低減するためにはこの実施形態の構成が有利である。
第1実施形態の装置と同様に、金属めっき材料1は誘導加熱手段3を通過する際その表面が急速に加熱され、その表面に形成されているめっき層が溶融する。このとき、めっき層の加熱溶融が短時間で行われるので金属めっき材料1の母材の焼鈍などへの影響はない。
前記のように誘導加熱による材料1表面の溶融めっき層は、後の工程で再凝固させると、表面光沢があるかあるいは表面が均一な色調の再結晶組織が形成される(第1実施形態)。
例えば母材に錫めっきを施した金属めっき材料にあっては、前記誘導加熱による溶融めっき層のめっき金属が酸化すると、再凝固後図6の拡大写真で例示するように表面が白い斑点様の凹凸面となる。
すなわち、前記のように表層に浮き出した酸化物を含む溶融めっき層を、前記再加熱手段6により再加熱して前記酸化物を溶融させ、当該酸化物から酸素を分離するのである。そのための具体的手段として、第3実施形態の装置ではめっき金属材料1の表面へ再加熱手段6の炎60を接触させるように構成している。
前記再加熱手段6の炎60により再加熱される金属めっき材料1のめっき層は、誘導加熱により表面に浮き出た前記酸化物を除く部分が既に溶融しているので、この溶融めっき層に炎60を接触させても当該めっき層の偏肉は抑制される。
母材に錫めっきを施した金属めっき材料1を前記方法によりリフロー処理した場合、当該材料1の表面は図5の拡大写真で示すように均一な色調の滑らかな面となる。
図4は本発明に係る第4実施形態のリフロー処理装置を部分的(材料を誘導加熱手段に導入するまでの部分)示す概略正面図である。
この実施形態のリフロー処理装置は、図のように金属めっきを施した金属めっき材料1が、断続的に樹脂被膜又は樹脂テープなどで被覆されていて、裸部10と絶縁被覆部11とが混在する複合材である場合に適する形態である。
他方、前記搬送手段2における誘導加熱手段3の上流側には、当該誘導加熱手段3まで所定の搬送距離分離れた位置に、複合材である金属めっき材料1の裸部10又は絶縁被覆部11を検出するセンサ3bが設置されている。
センサ3bが金属めっき材料1の例えば裸部10を検出すると、その検出出力が制御装置3aへ入力される。制御装置3aはセンサ3bの検出毎に、センサ3bの設置位置から誘導加熱手段3の設置位置までの距離と搬送手段2のラインスピードとから、検出された裸部10の誘導加熱手段3への到達時刻を演算し、誘導加熱手段3の電源30を所定時間ONにするように制御する。
その後は第1実施形態と同様に処理(再凝固)することにより、複合材である金属めっき材料1の裸部10へのみリフロー処理を施す。
本発明においては、バーナ,給電,伝熱ヒータ,熱風その他の加熱手段により、金属めっき材料を差し支えない範囲で余熱することができる。
金属めっき材料:黄銅,0.6mm×0.6mmで断面矩形の母材金属の表面にCuめっきを施した上に、厚み2μmのSnめっきを施した線材(実施例、比較例とも同じ)
・実施例:材料を走行させながら誘導コイルにより加熱し、溶融めっき層を再凝固
加熱雰囲気:不活性ないし還元性雰囲気でない通常雰囲気
使用コイル:パイプ径3mm、コイル内径6mm、全長100mmの5巻×
2巻
誘導電流電源容量:5kW
誘導電流周波数:1MHz
材料走行速度:70m/min
比較例1:材料をガスバーナにより直接加熱し、溶融めっき層を再凝固
比較例2:材料を輻射管により加熱し、溶融めっき層を再凝固
比較例3:材料を電流加熱し、溶融めっき層を再凝固
上記実施例と各比較例のリフロー処理による材料について、表面凹凸,皺やスパーク発生の有無を観察するとともにめっき層偏肉度を調べ、その結果を表1に示した。
なお、表面凹凸,皺及びスパーク傷の発生の観察評価は、「無し」を◎、「わずか」を○、「少し」を△、「有り」を×の印でそれぞれ示し、めっき偏肉度の評価は、「1.5以下」を◎、[1.5を超え1.7以下」を△、「1.7を超え」を×の印で評価した。
表1の結果から明らかなように、本発明方法の実施例によりリフロー処理を行った金属めっき材料は、各比較例によりリフローを処理を行ったものよりも、表面凹凸や皺及びスパーク傷などの不良が発生し難く、めっき偏肉度もより小さい。
10 裸部
11 絶縁被覆部
2 搬送手段
20 操出し機
21 巻取り機
3 誘導加熱手段
4 室
5 冷却手段
6 再加熱手段
60 炎
Claims (5)
- 表面に金属めっき層を形成した材料を誘導加熱して前記めっき層を溶融させ、当該溶融めっき層を再凝固させるリフロー処理方法であって、前記溶融めっき層を再凝固させる前に、当該溶融めっき層を再加熱により還元処理する工程を含むことを特徴とする、金属めっき材料のリフロー処理方法。
- 前記金属めっき材料を不活性ないし還元性ガス雰囲気中で加熱することを特徴とする、請求項1に記載の金属めっき材料のリフロー処理方法。
- 前記溶融めっき層を還元処理する工程では、当該溶融メッキ層へバーナの炎を接触させることを特徴とする、請求項1に記載の金属めっき材料のリフロー処理方法。
- 表面に金属めっき層を形成した材料を誘導加熱して前記めっき層を溶融させ、当該溶融めっき層を再凝固させるリフロー処理方法であって、前記溶融めっき層を再凝固させる前に、当該溶融めっき層を再加熱により還元処理する工程を含む金属めっき材料のリフロー処理方法によりリフロー処理され、表面のめっき層の偏肉度が1.5以下であることを特徴とする金属めっき材料。
- 表面にめっき層を形成した長尺の金属めっき材料を連続走行させる搬送手段と、前記搬送手段の途中で前記金属材料を加熱してめっき層を溶融させる誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段の後方に前記金属めっき材料の表面へ炎を接触させる再加熱手段を備えたことを特徴とする、金属めっき材料のリフロー処理装置。
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