JP4585474B2 - 溶融メッキ処理装置及び溶融メッキ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、素線をメッキする技術に関し、メッキ付着量不足が無く、ザラ状とかコブ状といわれるメッキ外観不良の無い高品位のメッキ層を形成させることができる溶融メッキ処理装置及びメッキ方法に関する。

近年、従来の溶融Ｚｎメッキと比較してメッキ鋼線の耐食性が優れることから、Ｚｎ−Ａｌ系合金をメッキ素材に適用することが一般的に行われている。このＺｎ−Ａｌ系合金メッキの溶融メッキ作業において、浴槽の表面にメッキ浴組成よりＡｌ成分と鋼線から溶融したＦｅ成分とが濃化偏析した浮きドロスが浮遊堆積することが知られている。

この浮きドロスがメッキ浴の鋼線引き上げ位置に設置してあるガス絞り装置内の浴面に生成すると、鋼線に付着した溶融メッキ素材を削ぎ落としメッキ層の付着量不足を発生させたり、鋼線の表面に付着してザラ状又はコブ上の外観不良を発生させてメッキ鋼線の品位を下げたりする原因となっていた。
さらにメッキ鋼線の外観を良好に維持するためには浴面が静止面であることが必要条件であるとの業界通説によりこのドロスを撹拌するようなことはタブー視されてきた（例えば、非特許文献１）

このため、この浮きドロスは定期的に浴槽の外に除去するしかなく、前記したガス絞り装置を浴面より引き上げて浮きドロスの清掃除去を行う必要があった。この清掃中は、ガス絞り装置の内部に空気が侵入しメッキ鋼線が外観不良となり廃品となる無駄と清掃作業による作業性の低下の問題があった（例えば、非特許文献２）。

またガス絞り装置内の浮きドロスをこのように定期的に清掃しても、予想以上早期に浮きドロスが溜まった場合は、付着量不良や外観不良の突発が防止できず品質上大きな問題となっていた。
またメッキ浴から引き上げた鋼線を冷却する冷却装置として空冷方式を採用する場合は、水冷方式である場合に比較して冷却能力が低いので、７．０ｍｍを超える太径の鋼線で７００ｇ／ｍ²以上の厚物のメッキ層を付着させることは困難であった。
「金属表面技術便覧 第２版」P507,P508、社団法人 金属表面技術協会編、日刊工業新聞社発行 「第３版 鉄鋼便覧 第５巻 二次加工・表面処理・熱処理・溶接」P425、社団法人 日本鉄鋼協会編、丸善株式会社発行

ところで、メッキの付着量不良が発生すると、メッキ鋼線の耐食性が低下する問題がある。またメッキ鋼線にザラ状やコブ状が付着すると、外観不良でだけでなく、その部分の鋼線を折り曲げるとメッキ層が剥離したり、ダイスを用いて伸線する際にこのダイスにこれらコブ状が引っかかりメッキ鋼線が断線したりするといった問題が存在する。さらにメッキ鋼線のメッキ層を厚くしようとしてメッキ浴を低温に設定するとメッキ浴の一部が凝固してしまい鋼線のメッキ作業自体が困難になるといった問題が存在する。
本発明の課題は、このような問題を解決するため、浮きドロスを解消して、高品位のメッキ層が形成される溶融メッキ処理装置及びメッキ方法を提供することである。

本発明は前記した課題を解決するために、メッキ浴に素線を通過させてこの素線をメッキする溶融メッキ処理装置において、前記メッキ浴を保持する浴槽と、前記メッキ浴の液面を波動させる波動手段と、前記素線が前記メッキ浴から引き上げられる前記液面の波動が及ぶ箇所に設置されるガス絞り装置と、を備えることを特徴とする。

発明がこのような手段から構成されることで、波動手段が動作することによりメッキ浴の表層領域が波動して、形成された浮きドロスをメッキ浴中に溶解させることができる。このため、ガス絞り装置が配置され素線がメッキ浴中を通過して引き上げられる液面部分において浮きドロスを解消させることができる。
さらに、メッキ浴が波動手段で波動することにより、溶融しているメッキ素材が浴槽の内壁に凝着することが抑制される。このためメッキ浴の温度をメッキ素材の凝固点温度近傍の低温に設定して溶融メッキ処理装置を操業させることが可能になる。

本発明により、浮きドロスの浴面堆積やガス絞り装置への凝着を抑えられるので、メッキ浴から引き上げられる素線に浮きドロスやガス絞り装置の凝着物が接触することがなくなる。このため、素線の表面に形成されるメッキ層が高品位に保たれる溶融メッキ処理装置及びメッキ方法が提供される。また、メッキ浴の温度を低温にして操業することができる溶融メッキ処理装置及びメッキ方法が提供される。このように低温操業が可能になることで、メッキ素材の溶融体の粘度を高くすることができ、素線に形成されるメッキ層を厚くすることができる。さらに、燃料の消費が抑えられて省エネルギーに寄与することになる。また、メッキ浴を通過した素線に付着した溶融メッキ素材が冷却して凝固するまでの時間を短縮させることが可能になるので、空冷設備を拡張させることなく太径の素線をメッキすることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１（ａ）は第１実施形態に係る溶融メッキ処理装置１０（１０ａ）の縦断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。
溶融メッキ処理装置１０ａは、走行装置２０と、浴槽３０と、ガス絞り装置４０と、波動手段５０（５０ａ，５０ｂ）と、地金溶解促進装置６０（６０ａ）と、熱付与装置７０と、を備える。このように構成されて溶融メッキ処理装置１０は、メッキ素材が溶融するメッキ浴Ｌに素線Ｍを通過させてこの鋼線Ｍをメッキするものである。

ここで素線Ｍは、特に限定されるものではないが本実施形態では、線径がφ２．０〜φ８．０ｍｍの鋼線Ｍである場合を想定する。また、素線ＭはすでにＺｎメッキ層が付着されている場合も含む。
ここでメッキ素材は、特に限定されるものではないが本実施形態では、Ｚｎ−４〜２５質量％Ａｌの二元合金、又はＺｎ−４〜２５質量％Ａｌ−０．０４〜０．６０質量Ｍｎの三元合金（以下、単に「Ｚｎ合金」と言う場合がある）である場合を想定する（いずれのＺｎ合金も不可避成分を含む）。

ところで、このような組成のＺｎ−Ａｌ二元合金、及びＺｎ−Ａｌ−Ｍｎ三元合金は、加熱溶解した溶融体の表層領域に、半固体状の偏析成分（以下「浮きドロス」という）が堆積することが知られている。この浮きドロスは、添加されるＡｌ、Ｍｎ成分及び鋼線より溶解したＦｅがリッチな偏析層であるため、浮きドロスの大量発生は、メッキ浴の組成を変化させて鋼線Ｍのメッキ層の組成を変化させてしまう。さらに、浮きドロスは、その性状が半固体状であるために、浮きドロスがガス絞り装置に入ると鋼線Ｍの表面に付着したＺｎ合金の溶融体を液面Ｅから引き上げる際に削ぎ落として、厚肉なメッキ層の形成を阻害したり、鋼線に付着するとザラやコブ状の外観不良を発生させメッキ鋼線の品位を低下させたりする。

走行装置２０は、第１ドラム２１と、第１ガイド２２と、シンカローラ２３と、第２ガイド２４と、第２ドラム２５とから構成される。このように構成されて走行装置２０は、鋼線Ｍをその長手方向に走行させながら、鋼線Ｍをメッキ浴Ｌに通過させるものである。
第１ドラム２１は、メッキ層を付着させる前の鋼線Ｍが巻回されているものであって、回転することによりこの鋼線Ｍが長手方向に供給されるものである。そして、第１ドラム２１から供給された鋼線Ｍは、第１ガイド２２を経由してメッキ浴Ｌに案内される。
シンカローラ２３は、メッキ浴Ｌを通過している鋼線Ｍの進行方向を切り替えるものである。これにより、メッキ浴Ｌの液面Ｅから進入して底面方向に進行している鋼線Ｍは、進行方向が切り替えられて再び液面Ｅの方向に進行するようになる。
そして、メッキ浴Ｌの液面Ｅから進入した鋼線Ｍは、シンカローラ２３を経由して再びメッキ浴Ｌの液面Ｅから引き上げられるまでの工程において、Ｚｎ合金の溶融体は鋼線に付着することになる。

第２ドラム２５は、メッキ浴Ｌから引き上げられてＺｎ合金の溶融体が鋼線Ｍの表面に凝固してメッキされたメッキ鋼線Ｎが巻き取られるものである。第２ガイド２４は、メッキ浴Ｌから引き上げられて垂直方向に進行するメッキ鋼線Ｎの進行方向を切り替えて第２ドラム２５の方向に案内するものである。
なお、メッキ浴Ｌから引き上げたメッキ鋼線Ｎは、冷却装置８０により冷却される。この冷却装置８０は、公知の風冷式又は水冷式のいずれであってもよいが、一般に空冷式のほうがメッキ層の偏肉が少なく外観に優れ高耐食メッキ組成を有するメッキ鋼線が得られるので望ましい。本発明者による連設多段高性能メッキ空冷装置（特願２００５−３４２９２８）の使用が望ましい。

浴槽３０は、底面とこの底面の周縁から垂直方向に延出してなる側面とからなる内部空間においてメッキ浴Ｌを保持するものである。この浴槽３０の上側の開口面には、後記するガス絞り装置４０及び波動手段５０を支持するための支持部材３１が設置されている。

ガス絞り装置４０は、図２の拡大斜視図で示されるように、ガス通流管４１と、外筒部４２と、内筒部４３と、天板部４４と、加振装置４９と、から構成される。
ガス通流管４１は導入ガスＧが一端から他端の方向に通流するものである。この導入ガスＧは、Ｎ₂ガスやＡｒガスのような不活性ガスである場合や、メッキ鋼線Ｎの種別に応じて、その他反応性ガスを用いる場合もある。
そして、このガス通流管４１の他端は、外筒部４２の外側に接続して内側へ開口している。この外筒部４２の下端は、メッキ浴Ｌの液面に接するか又は若干浸漬するように構成されている。
内筒部４３は、外筒部４２と同心状に配置されて、その内側空間をメッキ浴Ｌから引き上げられたメッキ鋼線Ｎが通過するように、かつその下端がメッキ浴Ｌの液面に接することがないように構成されている。
天板部４４は、外筒部４２の上端と内筒部４３の上端とを隙間が無いように連接するように構成されている。これにより、この天板部４４の内側面と、内筒部４３の内側面と、メッキ浴Ｌの液面とによりメッキ鋼線Ｎが引き上げられる局所空間領域Ｋを局所的に閉じた領域にしている。

このようにガス絞り装置４０が構成されることにより、ガス通流管４１の一端から導入された導入ガスＧは、外筒部４２の内側に導かれて、天板部４４と、内筒部４３と、メッキ浴Ｌの液面とによって閉じられた局所空間領域Ｋに充満し、内筒部４３の内側を鋼線Ｍの長手方向に吹き抜けていくことになる。このようにしてガス絞り装置４０は、鋼線Ｍがメッキ浴Ｌの液面から引き上げられた直後に通過する局所空間領域Ｋを導入ガスＧにより局所的にメッキ鋼線Ｎの浴面立ち上がり部の空気をパージし立ち上がり浴面の酸化を防止し雰囲気調節するものである。
このように、導入ガスＧにより雰囲気調節された局所空間領域Ｋをメッキ素材（Ｚｎ合金）の溶融体が付着した鋼線Ｍが通過すると、その表面の酸化が防止され調質されて外観をはじめとするメッキ層の品質が改善される。

ところで、ガス絞り装置４０は、外筒部４２がメッキ浴Ｌの液面の局所領域を包囲する構成上、その内部に浮きドロスが堆積しやすい構成となっている。このように、堆積した浮きドロスは、引き上げられるメッキ鋼線Ｎの表面に付着したＺｎ合金の溶融体を削ぎ落としたりザラ状やコブ状の外観不良が発生したりしてメッキ鋼線Ｎの品位を低下させてしまう課題がある。しかし、後記する加振装置４９や、波動手段５０の作用によりガス絞り装置４０の内部に浮きドロスが堆積しないので、そのようなメッキ鋼線Ｎの品位を低下させてしまう課題が解決される。
またガス絞り装置４０は、メッキ浴Ｌの表面を浮遊する浮きドロスをシャットアウトして外筒部４２の内側に侵入させないので、表面を浮遊する浮きドロスが鋼線Ｍに接近することを防止する効果も発揮する。

加振装置４９は、ガス絞り装置４０を振動させるものである。これにより加振装置４９は、ガス絞り装置４０の内側に付着した溶湯成分や浮きドロスＳを剥離させてガス絞り装置４０への凝着を防止し、後記する波動手段５０により波動するメッキ浴Ｌの液面と相互作用して、ガス絞り装置４０内の浴面を波動させて堆積した浮きドロスを溶解させることができる。さらにガス絞り装置４０に凝着した溶湯成分及び浮きドロスＳがメッキ浴Ｌに溶解する作用を促進させる。

図１に戻って説明を続ける。
波動手段５０（５０ａ，５０ｂ）は、モータ５１と、回転軸５２と、回転体５３（５３ａ，５３ｂ）とから構成される。そして、波動手段５０は、図１（ｂ）に示される平面視において、回転体５３の回転中心から波動する領域Ｒが、少なくともメッキ浴Ｌの液面の作業領域の半分以上を占めるように複数配置されている。ここで作業領域とは、浴槽３０内の、後記する熱付与装置７０が配置されて熱が供給される加熱領域を除く領域である。
回転軸５２は、回転体５３（５３ａ，５３ｂ）の回転中心軸であるとともに、モータ５１の動力を回転体５３に伝達するものである。
回転体５３は、図１（ａ）に示されるように、メッキ浴Ｌの表層領域を回転している第１回転体５３ａと、さらに深層領域を回転している第２回転体５３ｂとの複数翼である場合や（例えば、図中、波動手段５０ａ）、第１回転体５３ａのみの単翼である場合がある（例えば、図中、波動手段５０ｂ）。

このように構成されて波動手段５０は、メッキ浴Ｌを回転体５３により撹拌し、特に第１回転体５３ａによりメッキ浴Ｌの作業領域のほぼ全面に波動を生じさせることができる。なお、このようにメッキ浴Ｌの表面Ｅに波動を生じさせるためには、第１回転体５３ａをメッキ浴Ｌの深さ方向三分の一以内の表層領域で動作していることが望ましい。
また、第２回転体５３ｂはメッキ浴Ｌの深さ中間部で作動しメッキ浴Ｌの全体にＺｎ合金の溶融体が上下方向に流動する対流を引き起こすように作用する。
これにより、メッキ浴Ｌの液面の全面が波動することとなり、浮きドロスの溶解を促進させる。さらに、メッキ浴Ｌの温度をメッキ素材の溶融体の凝固点近傍の低温に設定しても、Ｚｎ合金の溶融体が激しく波動されるので、凝固が抑制される。
これにより、メッキ素材（Ｚｎ合金）の溶融体の温度を、本来なら凝固する低温に設定することができる。このため、この溶融体の粘度が高い状態で鋼線Ｍのメッキが行え、鋼線Ｍに付着させるメッキ層を肉厚にすることができる。また、より太径の鋼線の溶融メッキに対応することができる。

なお、本実施形態で波動手段５０は、回転体５３を有するものを例示して説明したが、このような形態に限定されるものではなく、メッキ浴Ｌの表面に波動を生じさせるものであれば全て該当する。例えば、浴槽３０に保持されている溶湯を吸い上げて浴面より上部で吐き出すようにしてメッキ浴Ｌの表面に波動を生じさせるように動作する溶湯ポンプのような手段を適用することも可能である。この溶湯ポンプの配置される位置は、少なくともガス絞り装置４０の位置に波動が生じるように配置する。さらに望ましくは、浴槽３０の作業領域の全面に波動が生じるように適宜複数の溶湯ポンプが配置されるとよい。

地金溶解促進装置６０（６０ａ）は、メッキ素材（Ｚｎ合金）の地金Ｄをメッキ浴Ｌの中で溶解してこのメッキ浴Ｌを補充するものである。この地金溶解促進装置６０ａは、波動手段５０ａにより発生したメッキ浴Ｌの内部流動が、そのまま大きな抵抗を受けることなく地金溶解促進装置６０ａの内部を通過するように構成されている。具体的には、複数の穿孔が設けられているメッシュ板金で側面と底面を構成し上面が開口する構造物を浴槽３０の内側面に固定したものが挙げられる。
このように地金溶解促進装置６０ａが構成されることにより、その内側に配置されるメッキ素材の地金Ｄは、波動手段５０の波動動作により生じた内部流動にさらされて表面から徐徐に溶解していく。また、地金溶解促進装置６０ａは、その内側で地金Ｄを保持して溶解させるので、溶解して小さくなった地金Ｄが浴槽３０内を浮遊して、鋼線Ｍや回転体５３やガス絞り装置４０に衝突することを防止する。

熱付与装置７０は、発熱体７１と燃料管７２とから構成され、メッキ浴Ｌの温度を制御するものである。発熱体７１は、メッキ浴Ｌ中に浸漬されるとともに、燃料管７２から輸送される燃料を燃焼させることにより発熱するものである。
このメッキ浴Ｌの温度は、メッキ鋼線Ｎに付着させるメッキ層の厚さを決定する重要な要素の一つである。
なお、肉厚のメッキ層を得ようとする場合は、メッキ浴Ｌの温度を下げてＺｎ合金の溶融体の粘度を高くすることが望ましい。ただし、メッキ浴Ｌの温度を下げすぎると、溶融体が凝固して鋼線Ｍの円滑な走行が阻害されてしまう。

そこで、波動手段５０の動作環境下、溶融体の凝固を回避できるメッキ浴Ｌの低温設定は、メッキ素材（Ｚｎ合金）の各組成における液相線温度に対しプラス３℃からマイナス８℃の範囲で設定されることが望ましい。
液相線温度のマイナス８℃以下の設定温度では、メッキ素材の合金組成によっては均一な流動体とならずメッキ層が荒れてしまったり、浴槽３０の内部（特に浴壁部）やガス絞り装置で部分的に凝固が開始されたりする。また液相線温度のプラス３℃以上の設定温度では、メッキ浴Ｌの粘度が低下して肉厚のメッキ層を得ることができない。
具体的に、Ｚｎ−１０ｗｔ％Ａｌ合金について検討すると、この組成の凝固温度は平衡状態図の液相線上の約４２８℃であるので、この組成のＡｌ−Ｚｎ二元合金をメッキ素材に適用する場合は、４２０℃から４３１℃の範囲であることが望ましい。

次に、図１を参照して本実施形態に係る溶融メッキ処理装置１０の動作説明を行うとともに、溶融メッキ処理方法の説明を行う。
まず、波動手段５０を動作させることによりメッキ浴Ｌの液面部分を波動させ表層領域に存在している浮きドロスをメッキ浴Ｌ中に溶解させる。さらに、加振装置４９を動作させてガス絞り装置４０を振動させることにより、ガス絞り装置４０内部の浴面を波動手段５０とあわせて振動させることにより鋼線Ｍが引き上げられるメッキ浴Ｌの液面部分に浮きドロスが存在しないようにする。
また、温度コントロール機能を有する熱付与装置７０によりメッキ浴Ｌの温度は、メッキ素材（Ｚｎ合金）が凝固する直前の低温に設定されているが、波動手段５０の動作によりこの溶融体が凝固することがない。さらにこの溶融体は低温に設定されているので粘度が極めて高い状態である。

次に、波動手段５０の動作を継続しながら走行装置２０を動作させて鋼線Ｍをメッキ浴Ｌに通過させる。このメッキ浴Ｌを通過する最中に鋼線ＭとＺｎ合金の溶融体との界面において合金化反応がすすむ。そして、鋼線Ｍがメッキ浴Ｌを通過後その液面から引き上げられると、鋼線Ｍの表面にはＺｎ合金の溶融体が付着している。なおこのＺｎ合金の溶融体は、低温に設定されて高粘度であるので、厚肉のメッキ層が鋼線Ｍに付着することになる。
さらに、波動手段５０の動作によりメッキ浴Ｌの液面部分が波動してガス絞り装置４０近傍の浮きドロスが存在しないので、鋼線Ｍに付着したＺｎ合金の溶融体が削ぎ落とされてメッキ層が薄肉になることがない。そして、鋼線Ｍに付着してザラ状やコブ状の外観不良を発生させることもない。またガス絞り装置４０の内壁に付着した浮きドロスは加振装置４９の動作により振り落とされるので、浮きドロスがガス絞り装置４０の内部に凝着して未凝固のメッキ層に接触することもない。

そして、鋼線Ｍの表面に付着したＺｎ合金の溶融体は、ガス絞り装置４０により局所的に雰囲気調節された局所空間領域Ｋを通過して鋼線Ｍが立ち上がる浴面の空気をパージする。さらに、鋼線Ｍが引き上げられると、図示しない冷却手段の動作により冷却されて、付着したＺｎ合金の溶融体が凝固し、メッキ層を有するメッキ鋼線Ｎとなり、第２ドラム２５に巻き取られることで鋼線Ｍのメッキ処理が終了することになる。

ところで、メッキ浴Ｌが低温に設定されていることにより、メッキ浴Ｌの液面から引き上げられたメッキ素材の溶融体が凝固するまでの時間は、短時間ですむ。従って、図１（ａ）中で記載が省略されている、メッキ浴Ｌの液面から第２ガイド２４までの工程を短くすることができるので、溶融メッキ処理の特に空冷設備の規模を小さくすることができる。また、熱容量の大きい太径の鋼線Ｍのメッキを、既存の設備の規模を大きくすることなしに取り扱えることができる。

（第２実施形態）
図３（ａ）は第２実施形態に係る溶融メッキ処理装置１０（１０ｂ）の平面図であり、図３（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ縦断面図である。
第２実施形態に係る溶融メッキ処理装置１０ｂは、地金溶解促進装置６０（６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ)の構成が、自身を回転させたり波動手段と一体化して構成されたりしている点を除き、他の構成は第１実施形態ですでに述べた溶融メッキ処理装置１０ａと同一である。このため図３に示す地金溶解促進装置６０（６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ)以外の構成は、図１と同一の符号を付して説明を省略する。なお、第２実施形態における地金溶解促進装置６０（６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ)は、波動手段としての機能も兼ねている。

地金溶解促進装置６０（６０ｂ）は、図４に示されるように、中心軸６１ｂと、籠体６２ｂとから構成される。中心軸６１ｂは、モータ５１に直結して軸周回転し、設置されている籠体６２ｂ（図では３つ）を回転させるものである。籠体６２ｂは、上側の開口から挿入される地金Ｄが当接する底面板６３ｂと、三つの側面に設けられる側面板６４ｂとから構成される。
そして、この地金溶解促進装置６０ｂがメッキ浴Ｌ（図３（ｂ）参照）に浸漬されて回転すると、側面板６４ｂに設けられた穿孔６５ｂからメッキ素材の溶融体が進入して地金Ｄを溶解させ、メッキ浴Ｌの消費分を補充することができる。さらに、回転する地金溶解促進装置６０ｂは、メッキ浴Ｌを波動させるので、表層領域に存在する浮きドロスを溶解させる作用も発揮する。

地金溶解促進装置６０（６０ｃ）は、図５に示されるように、中心軸６１ｃと、籠体６２ｃとから構成される。中心軸６１ｃは、籠体６２ｃの中心を貫くように設置されるとともにモータ５１に直結し、この籠体６２ｃをこの中心軸６１ｃに対して軸周回転させるものである。
籠体６２ｃは、上側の開口から挿入される地金Ｄが当接する底面板６３ｃと、四つの側面に設けられる側面板６４ｃとから構成される。
この側面板６４ｃには、複数の穿孔６５ｃが設けられるとともにこの穿孔６５ｃの周縁の一部には羽板６６ｃが側面板６４ｃに対して立設している。
このように構成される地金溶解促進装置６０ｃが、メッキ浴Ｌ（図３（ｂ）参照）に浸漬されて回転すると、メッキ素材（Ｚｎ合金）の溶融体が羽板６６ｃに導かれて穿孔６５ｃから進入し、地金Ｄを溶解させてメッキ浴Ｌの消費分を補充することができる。さらに、回転する地金溶解促進装置６０ｃは、羽板６６ｃによりメッキ浴Ｌを波動させるので、表層領域に存在する浮きドロスを溶解させる作用も発揮する。

地金溶解促進装置６０（６０ｄ）は、図６に示されるように、底面板６３ｄと、筒体６７と、支持体６８とから構成される。そして地金溶解促進装置６０ｄは、波動手段５０ｄの回転軸５２ｄと地金溶解促進装置６０ｄの中心軸とが略一致するように配置されている。
筒体６７は、地金Ｄが上部から挿入されるように一方の開口が上方向を向くように支持体６８により固定されている。そして、筒体６７の他方の開口は、挿入される地金Ｄが当接するように底面板６３ｄが設けられている。
この底面板６３ｄは、格子状に地金Ｄが落下しないよう構成されて、波動手段５０ｄの回転軸５２ｄが貫通するとともに、回転体（インペラー）５３ｄが回転して発生するＺｎ合金の溶融体がこの底面板６３ｄを通過して流動するようになっている。この地金溶解促進装置６０ｄは、最も溶解効率が高く、また前記した溶湯ポンプと原理を有するものであるので、波動手段５０（図１参照）として適用することも可能である。

そして、底面板６３ｄを通過して流動する溶融体は、筒体６７の内部を回転軸５２ｄに沿って上昇し、筒体６７の上部及び中央部に設けられている穿孔６５ｄから筒体６７の外部に押し出される。このように溶融体の液流が、筒体６７の内部を上昇する過程において、地金Ｄを溶解させて、メッキ浴Ｌの消費分を補充することになる。さらに、穿孔６５ｄから筒体６７の外部に押し出される溶融体によりメッキ浴Ｌが波動するので、表層領域に存在する浮きドロスを溶解させる作用も発揮される。
支持体６８は、波動手段５０ｄと地金溶解促進装置６０ｄとを同軸に支持するとともに、浴槽３０（図３参照）に対して固定されるものである。

以上の本発明の実施形態の説明において溶融メッキ処理装置１０は、一浴法に基づくものを示したが、本発明の適用は、このような方法に限定されることは無い。メッキ浴Ｌの成分組成が異なる複数の浴槽３０を配置して、第１槽をＺｎ浴とし、第２槽をＺｎ−Ａｌ又はＺｎ−Ａｌ−Ｍｎ浴として、鋼線Ｍを順番に通過させていく二浴法に対しても本発明を適用することができる。

以上、実施形態に基づき説明した本発明に係る溶融メッキ処理装置及び溶融メッキ処理方法により次のような効果が得られる。
１．メッキ浴の表層領域を広域にわたり波動させるので浮きドロスの発生を抑制するとともに、発生した浮きドロスをメッキ浴中に再溶解させることができる。これにより、メッキ浴を通過して素線の表面に付着したメッキ素材の溶融体が削ぎ落とされることがないし、浮きドロスが鋼線に付着してザラ状やコブ状の外観不良を発生させることもなく、メッキ層の品位を低下させることがない。
２．メッキ浴を低温化して溶融体の粘度を高めることができるので鋼線に付着させるＺｎ合金のメッキ層の付着量を従来と比較して５０〜１００ｇ／ｍ²程度増やすことができる。このようにＺｎメッキ鋼線のメッキ層を厚肉化することにより、このＺｎメッキ鋼線の耐食性を長期間にわたり維持させることが可能になる。
３．メッキ浴を低温化することができるので、空冷設備を拡張することなく既存の状態で、従来ではメッキをすることが困難であった太径のすなわち熱容量の大きい素線の空冷メッキをすることができる。この空冷メッキによればメッキ組織が高耐食組織となるので耐食性が向上する。
４．メッキ浴を低温化することができるので、燃料の使用量を低下させることができ、省エネルギー化に寄与する。
５．メッキ浴が低温化しても、回転体を含む地金溶解促進装置を採用することにより、メッキ素材の地金の溶解を促進することができるので、消費されたメッキ浴を速やかに補充することができる。これによりメッキ浴の低温化作業が可能になる。
６．浮きドロスを浴槽の外に除去する作業が減りメッキ浴のロスが少なくなるので、地金をメッキ浴に補給する回数が減りコストダウンにつながる。

（メッキ浴低温化の効果の確認）
鋼線の線径φ４．０ｍｍ、走行速度６５ｍ／ｍｉｎ、メッキ浴組成Ｚｎ−１１質量％Ａｌ−０．１％Ｍｎの基本条件に対し、メッキ浴の設定温度を４４５℃（通常設定）及び４２５℃（低温設定）に切り替えて効果確認をした。
ここで、４２５℃に低温設定されたメッキ浴では、本願発明の構成要件である波動手段を用いてメッキ浴を波動させないと、浴槽の一部や浮きドロスを核として溶融体の一部凝固が認められた。しかし、４２５℃に低温設定されたメッキ浴を本願発明の構成要件である波動手段で波動させると、浮きドロスは解消され、また溶融体の一部凝固も認められなくなった。すなわち、このようなメッキ浴組成における４２５℃のような低温操業は、波動手段を用いてメッキ浴を波動させることなくして実施することはできないといえる。

そして、メッキ処理された鋼線の表面のメッキ層の付着量の平均値は、設定温度４４５℃において７３３ｇ／ｍ²、設定温度４２５℃において７８７ｇ／ｍ²といった結果が得られた。これにより、メッキ浴を波動させることによりメッキ浴温度を通常の設定温度４４５℃から２０℃低下させた４２５℃の低温設定で操業することが可能となり、これによりメッキ層の付着量を５４ｇ／ｍ²増加させることが可能であることが確認された。

次に、鋼線の線径φ５．０ｍｍ、走行速度５８ｍ／ｍｉｎ、その他同一条件として鋼線のメッキ処理を実施した。そうしたところ、鋼線の表面のメッキ層の付着量の平均値は、４４５℃（通常設定）において７１８ｇ／ｍ²、４２５℃（低温設定）において７７３ｇ／ｍ²と、メッキ層の付着量が５５ｇ／ｍ²増加することが確認された。
また、詳細な報告を省略するが、鋼線の走行速度の最適化、波動手段の回転速度を最適化してメッキ浴温度の低温化を図ることにより、最大１００ｇ／ｍ²程度のメッキ層の付着量の増量が見込めることが確認された。

（地金溶解促進装置によるメッキ素材の溶解速度の促進効果の確認）
使用する地金は、含有するＡｌの割合が１０，２０，３０質量％であるＺｎ−Ａｌ二元合金であって、形状が幅１１０ｍｍ、長さ４４０ｍｍ、厚み４５ｍｍであり質量は約９ｋｇである。ちなみに、Ｚｎ−Ａｌ二元合金における最低融点である共晶点は、Ｚｎ−５．０質量％Ａｌの組成で３８２℃である。また地金溶解促進装置は、図６で示される形態のものを使用した。

そして、地金溶解促進装置の回転速度を２００ｒｐｍに設定し、メッキ浴（組成はＺｎ−１０質量％Ａｌとした）の設定温度を４２８℃と４４０℃に設定して、このメッキ浴中に地金が完全に溶解するまでの時間を計測した。図８に示す表にこの計測結果を示す。なおこの表に、地金の各組成における融点を記載している。地金が、その組成における融点よりも低い設定温度でメッキ浴に溶解するのは、共晶温度（３８２℃）よりも高温であることにより、地金の表面成分が拡散を起こし自身の組成よりも共晶組成（Ｚｎ−５．０質量％Ａｌ）に近い組成となりで溶解していくことが推定されるためである。
図８に示す表より、地金溶解促進装置を動作させなかった場合の比較例と比較して、これを動作させた場合の実施例は溶解時間が大幅に短縮することが認められた。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る溶融メッキ処理装置の縦断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。 本発明の構成要素であるガス絞り装置の実施形態を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る溶融メッキ処理装置の平面図であり、図１（ｂ）は縦断面図である。 本発明の構成要素である地金溶解促進装置の実施形態を示す斜視図である。 本発明の構成要素である地金溶解促進装置の他の実施形態を示す斜視図である。 本発明の構成要素である地金溶解促進装置の他の実施形態を示す斜視図である。 本発明の構成要素である地金溶解促進装置の効果を、これを使用した実施例、不使用の比較例で結果を対比して示す表である。

符号の説明

１０（１０ａ，１０ｂ） 溶融メッキ処理装置
２０ 走行装置
３０ 浴槽
４０ ガス絞り装置
４９ 加振装置
５０（５０ａ，５０ｂ，５０ｄ） 波動手段
５２，５２ｄ 回転軸
５３（５３ａ，５３ｂ，５３ｄ） 回転体
６０（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ） 地金溶解促進装置
７０ 熱付与装置
Ｄ 地金
Ｅ メッキ浴の液面
Ｇ 導入ガス
Ｋ 局所空間領域
Ｌ メッキ浴
Ｍ 鋼線（素線）

Claims (11)

1. メッキ浴に素線を通過させてこの素線をメッキする溶融メッキ処理装置において、
   前記メッキ浴を保持する浴槽と、
   前記メッキ浴の液面を波動させる波動手段と、
   前記素線が前記メッキ浴から引き上げられる前記液面の波動が及ぶ箇所に設置されるガス絞り装置と、を備えることを特徴とする溶融メッキ処理装置。
2. 前記波動手段は、前記液面の表層領域を回転する回転体を構成に含むことを特徴とする請求項１に記載の溶融メッキ処理装置。
3. 前記メッキ浴の前記液面において前記回転体を中心にして波動する領域は、前記液面の作業領域の半分以上を占めるように複数の前記波動手段が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の溶融メッキ処理装置。
4. 前記メッキ浴に、メッキ素材の地金を保持して前記メッキ浴中で溶解させる地金溶解促進装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の溶融メッキ処理装置。
5. 前記地金溶解促進装置は、保持する前記地金を回転させることを特徴とする請求項４に記載の溶融メッキ処理装置。
6. 前記地金溶解促進装置は、前記メッキ浴を流動させてこの流動が前記地金に当たるように設けられる回転体を構成に含むことを特徴とする請求項４に記載の溶融メッキ処理装置。
7. 前記ガス絞り装置を振動させる加振装置を備えることを特徴とする請求項１からから請求項６のいずれか１項に記載の溶融メッキ処理装置。
8. 前記素線は鋼線であり、前記メッキ素材はＺｎ−Ａｌ二元合金又はＺｎ−Ａｌ−Ｍｎ三元合金であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の溶融メッキ処理装置。
9. 前記メッキ浴の温度は、前記メッキ素材の各組成における液相線温度に対し、プラス３℃からマイナス８℃の範囲で設定されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の溶融メッキ処理装置。
10. メッキ浴に素線を通過させてこの素線をメッキする溶融メッキ処理方法において、
    前記素線が前記メッキ浴の液面から引き上げられる箇所の局所空間領域に導入する導入ガスにより局所的な雰囲気調節をするとともに、
    少なくとも、前記素線が引き上げられる箇所の前記メッキ浴の液面部分を、波動させながら溶融メッキを行うことを特徴とする溶融メッキ処理方法。
11. 前記素線は鋼線であり、前記メッキ素材はＺｎ−Ａｌ二元合金又はＺｎ−Ａｌ−Ｍｎ三元合金であることを特徴とする請求項１０に記載の溶融メッキ処理方法。

Images