JP4855534B1 - メッキ線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線材に、フラックスを塗布することなく、表面にメッキ層を形成する。
【解決手段】メッキ線材１０の製造方法は、線材１１を、焼鈍炉２３に通して軟化させるのに続いて、溶融金属Ｍ中に浸漬して表面を被覆するようにメッキ層を形成する。焼鈍炉２３内に還元ガスを導入することにより線材１１の表面を還元して酸化被膜を除去する。
【選択図】図２

Description

本発明はメッキ線材の製造方法に関する。

電気・電子機器等の配線で用いられるリード配線として、電気的な接続を容易にするため、線材を被覆するようにハンダメッキ層を設けたメッキ線材が用いられる。

かかるメッキ線材の製造方法として、特許文献１には、線材に電解脱脂を行ってから酸化被膜除去のため有機酸系のフラックスを塗布し、それを溶融金属に浸漬する方法が開示されている。

特許文献２には、線材をフラックス槽内を通してその表面にフラックスを付着させて酸化被膜を除去した後、その線材を前処理装置に通して表面に付着した過剰なフラックスを除去し、さらにその線材を溶融金属に浸漬する方法が開示されている。

また、フラックスフリーのメッキ方法として、特許文献３には、予め溶融メッキを施した線材を、フラックスの塗布なしに、融点よりも１００℃以上高い温度にした溶融金属に浸漬し、その出口側で溶融金属を絞る治具を用いずに線材を垂直に立ち上げて非酸化性雰囲気を通過させる方法が開示されている。

特開平５−５９５１２号公報 特開２００８−２４９７１号公報 特開平２−１２９３５４号公報

ところで、焼鈍して極軟化した線材にメッキ処理を施す場合、極軟化した線材に酸化被膜除去のためのフラックスを付着させる際、線材は、フラックスに導入された後、液中に設けられたターンロールに巻き掛けられて引き上げられ、そのため曲げ変形を受けることとなる。ところが、極軟化した線材は、曲げ変形を受けると硬化することから、製造過程におけるかかる曲げ履歴は少ないことが好ましい。特に、平角の線材の場合にはその要求が強い。

本発明の課題は、線材に、フラックスを塗布することなく、表面にメッキ層を形成することである。

本発明のメッキ線材の製造方法は、銅製の線材を、焼鈍炉に通して軟化させるのに続いて、溶融金属中に浸漬して表面を被覆するようにメッキ層を形成する太陽電池のインターコネクタに用いられるメッキ線材の製造方法であって、
上記焼鈍炉内に水素ガスを２０〜８０体積％含む混合ガスを、混合ガスが下流側から上流側に流れるように導入することにより線材の表面を還元して酸化被膜を除去し、また、上記焼鈍炉の線材出口を溶融金属中に位置付け、
上記焼鈍炉は、
内部にヒータが設けられて炉内温度を６００℃以上に設定した炉本体と、
上記炉本体内に設けられると共にその下流側に突出した線材挿通管と、
上記線材挿通管の下流端に接続されると共に内径が該線材挿通管よりも大きく形成され、且つ上記溶融金属中に位置付けられる線材出口を構成する出口部材と、
を有する０．２％耐力が５０ＭＰａ以下であるメッキ線材の製造方法である。

本発明によれば、焼鈍炉に線材を通して軟化させる際、焼鈍炉内に導入した還元ガスにより線材の表面を還元して酸化被膜を除去するので、フラックスを塗布することなく、焼鈍炉に続いて溶融金属中を通過させて線材の表面にメッキすることができる。

（ａ）〜（ｃ）は実施形態１に係るメッキ線材の斜視図である。 実施形態１に係るメッキ線材製造装置の構成を示す図である。 実施形態２に係るメッキ線材製造装置の構成を示す図である。 実施形態２に係るメッキ線材製造装置の変形例の構成を示す図である。 実施形態２に係るメッキ線材製造装置の別の変形例の構成を示す図である。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）〜（ｃ）は本実施形態１に係るメッキ線材１０を示す。実施形態１に係るメッキ線材１０は、例えば、細分化して太陽電池におけるセル間を接続するインターコネクタとして用いられるものである。

実施形態１に係るメッキ線材１０は、平角の金属製の線材１１とその表面を被覆するように設けられたハンダメッキ層１２とを備えた平角線で構成されている。そして、実施形態１に係るメッキ線材１０はフラックス成分を含有しない。ここで、メッキ線材１０を構成する平角線には、図１（ａ）に示すような角部を有する断面矩形のものの他、丸線を四方から圧縮して形成した図１（ｂ）に示すような角部が丸くなった断面略矩形のもの、及び丸線を上下から圧縮して形成した図１（ｃ）に示すような断面において上下の辺が直線で且つ両側の辺が円弧状である陸上競技用トラック形状の偏平な断面略矩形のものも含まれる。平角線のメッキ線材１０は、例えば、幅が１〜２ｍｍ、及び厚さが０．１〜０．２ｍｍである。なお、メッキ線材１０は、平角線の他、丸線であってもよく、また、角線であってもよい。

線材１１を構成する金属としては、例えば、無酸素銅、タフピッチ銅が挙げられる。線材１１は、伸線加工や伸線加工と圧延加工との組合せた公知の加工方法により得ることができる。

ハンダメッキ層１２を形成するハンダ組成としては、融点が１３０〜３００℃程度のＳｎ−Ｐｂ合金、Ｓｎ−（０．５〜５質量％）Ａｇ合金、Ｓｎ−（０．５〜５質量％）Ａｇ−（０．３〜１．０質量％）Ｃｕ合金、Ｓｎ−（０．３〜１．０質量％）Ｃｕ合金、Ｓｎ−（１．０〜５．０質量％）Ａｇ−（５〜８質量％）Ｉｎ合金、Ｓｎ−（１．０〜５．０質量％）Ａｇ−（４０〜５０質量％）Ｂｉ合金、Ｓｎ−（４０〜５０質量％）Ｂｉ合金、Ｓｎ−（１．０〜５．０質量％）Ａｇ−（４０〜５０質量％）Ｂｉ−（５〜８質量％）Ｉｎ合金等が挙げられる。Ｐｂは人体に有害であり、自然環境を汚染するおそれがあるので、汚染防止の観点からはＰｂフリーのＳｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ合金などのはんだ材が好ましく、具体的には、Ｓｎ−３．０質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕ合金が好ましい。ハンダメッキ層１２の厚さは５〜８０μｍであることが好ましく、１０〜５０μｍであることがより好ましい。

実施形態１に係るメッキ線材１０は、極軟化処理（焼鈍処理）が施されることにより、０．２％耐力が６０ＭＰａ以下であることが好ましく、５０ＭＰａ以下であることがより好ましい。

メッキ線材１０に含有されていないフラックス成分としては、例えば、アビエチン酸などのロジン成分材料、アミン及びその塩、セバシン酸、アゼライン酸、コルク酸などの脂肪族骨格に両末端カルボン酸を有する有機酸等が挙げられる。

次に、実施形態１に係るメッキ線材１０の製造方法について説明する。

図２は実施形態１に係るメッキ線材１０の製造方法で用いるメッキ線材製造装置２０を示す。

実施形態１に係るメッキ線材製造装置２０は、線材供給部２１、洗浄槽２２、焼鈍炉２３、メッキ槽２４、及び線材回収部２５を備えている。

線材供給部２１は、丸線の線材１１が巻かれたボビンＢが取り付けられるように構成されており、図示しない圧延機を備えている。この線材供給部２１において、ボビンＢから丸線の線材１１が引き出されて圧延機によって上下方向から冷間圧延加工され、平角の線材１１となって洗浄槽２２に送り出される。

洗浄槽２２は、長尺に形成されており、槽内に洗浄液が貯留されている。この洗浄槽２２において、線材供給部２１からの線材１１が洗浄液に浸漬され、その中を通過して表面の油分等が洗浄除去され、そして、引き上げられて焼鈍炉２３に送り出される。線材１１の洗浄液への浸漬長さは例えば０．５〜５ｍである。

焼鈍炉２３は、長尺箱形の炉本体２３ａに線材挿通管２３ｂが長さ方向に挿通されて貫通状態に設けられた構成を有する。ヒータは炉本体２３ａ内部に設けられている。焼鈍炉２３は、待機時の水平位置と加工時の傾斜位置との間で傾動可能に構成されており、傾斜位置に位置付けられると、炉本体２３ａの下流側に突出した線材挿通管２３ｂの先端部分が後述のメッキ槽２４内の溶融したハンダＭ（溶融金属）に浸かり、従って、焼鈍炉２３の下流端の線材出口がメッキ槽２４内の溶融したハンダＭ（溶融金属）中に位置付けられるように構成されている。また、炉本体２３ａの下流側に突出した線材挿通管２３ｂには還元ガス供給管２６が接続されており、焼鈍路２３内を還元ガスが下流側から上流側に流れるように構成されている。この焼鈍炉２３において、洗浄槽２２からの線材１１が高温の還元ガス雰囲気に導入され、その中を通過して焼き鈍されると共に表面が還元ガスによって還元されて酸化被膜が除去され、そして、線材出口からメッキ槽２４内の溶融したハンダＭ中に送り出される。なお、還元ガス供給管２６は炉本体２３ａの下流側に突出した線材挿通管２３ｂ以外の部分に接続されていてもよいが、還元ガスによる酸化被膜の除去を効率よく行う観点からは、上記のように還元ガス供給管２６が炉本体２３ａの下流側に突出した線材挿通管２３に接続され、還元ガスが下流側から上流側に流れる構成が好ましい。線材１１の焼鈍炉２３での加熱長さは例えば０．５〜５ｍである。線材挿通管２３ｂの内径は例えば５〜３０ｍｍである。

メッキ槽２４は、槽内に溶融したハンダＭが貯留されている。このメッキ槽２４において、焼鈍炉２３からの線材１１が溶融したハンダＭに浸漬され、ハンダ中に設けられたターンロール２７に巻き掛けられた後、溶融したハンダＭの外部に出てメッキ槽２４の上方に設けられた引き上げロール２８に巻き掛けられるまでの間で空冷され、そして、それによって表面を被覆するようにハンダメッキ層１２が形成されたメッキ線材１０に製造される。メッキ槽２４の上方には、メッキ槽２４から引き上げられた線材１１を冷却する冷却器が設けられていてもよい。また、メッキ槽２４から引き上げられた線材１１に形成するハンダメッキ層１２の厚さを調整するダイスが設けられていてもよい。但し、ダイスによる２０〜４０μｍといった薄いハンダメッキ層１２の厚さの調整は困難であることから、線材１１に付着したハンダが自重で下方に落ちてハンダメッキ層１２の厚さの調整が図られるように、メッキ槽２４から引き上げられた線材１１が垂直に上方に延びるように引き上げロール２８が設けられた構成であってもよい。

線材回収部２５は、ボビンＢが取り付けられ、その取り付けられたボビンＢを回転させるように構成されている。この線材回収部２５において、メッキ槽２４から引き上げロール２８を経由して延びるメッキ線材１０がボビンＢに巻き取られて回収される。

なお、実施形態１に係るメッキ線材製造装置２０には、各部間にガイドロールＲが設けられており、それによって線材１１或いはメッキ線材１０を案内するように構成されている。また、実施形態１に係るメッキ線材製造装置２０は、一時に単一のメッキ線材１０のみを製造するように構成されていてもよいが、高い生産性を得る観点から同時に複数のメッキ線材１０を製造するように構成されていることが好ましい。

実施形態１に係るメッキ線材１０の製造方法では、以上に説明した実施形態１に係るメッキ線材製造装置２０を用い、線材供給部２１において、圧延機で丸線の線材１１を上下方向から冷間圧延加工して平角の線材１１として送り出すと共に、線材回収部２５において製品のメッキ線材１０として回収する。この線材１１の送り速度は例えば２〜５０ｍ／ｍｉｎである。

そして、洗浄槽２２では、線材１１の表面の油分等を洗浄液で洗浄除去する。洗浄液としては、例えば、水（温水）、有機溶剤等が挙げられる。洗浄液を水とする場合、水温は例えば１０〜６０℃である。洗浄液には洗剤を含めてもよい。

焼鈍炉２３では、線材１１を高温の還元ガス雰囲気下で焼き鈍すと共に表面を還元ガスにより還元して酸化被膜を除去する。このとき、還元ガスが焼鈍炉２３内を下流側から上流側に流れることにより、線材１１の表面の酸化被膜を効果的に除去することができる。炉内温度は、有効に線材１１を極軟化させる観点から３００〜９００℃であることが好ましく、５００〜８００℃であることがより好ましい。還元ガスとしては、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス等が挙げられるが、これらのうち作業環境性の観点から水素ガスが好ましい。また、焼鈍炉２３には、還元ガスを不活性ガスで希釈して導入することが好ましい。かかる不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられるが、これらのうち汎用性の観点から窒素ガスが好ましい。焼鈍炉２３に導入するガスに含まれる還元ガスの濃度は１０〜８０体積％であることが好ましく、経済的観点からは２０〜５０体積％であることがより好ましい。焼鈍炉２３内に供給するガスの流量は例えば２〜３Ｌ／ｍｉｎである。

メッキ槽２４では、線材１１の表面に溶融したハンダＭを付着させ、それを引き上げて空冷し、線材１１の表面を被覆するようにハンダメッキ層１２を形成する。溶融したハンダＭの温度は例えば２３０〜３００℃である。メッキ槽２４内のハンダＭに進入するときの線材１１の温度は１００〜５００℃であることが好ましく、ハンダメッキ層１２の厚さを抑制する観点からは１５０〜４５０℃であることが好ましい。

線材回収部２５では、メッキ線材１０をボビンＢに巻き取って回収する。

以上の通り、実施形態１に係るメッキ線材１０の製造方法によれば、焼鈍炉２３に平角の線材１１を通して軟化させる際、焼鈍炉２３内に導入した還元ガスにより線材１１の表面を還元して酸化被膜を除去するので、フラックスを塗布することなく、また、酸化被膜を除去した線材１１を大気に接触させることなく、焼鈍炉２３に続いて溶融したハンダＭに浸漬して線材１１の表面にハンダメッキ層１２を形成することができる。従って、フラックスを使用しないので、メッキ後のメッキ線材１０に腐食等による劣化が生じるのを抑制することができる。また、フラックスによる設備の汚染が無く、設備コストを低く抑えることができる。

（実施形態２）
図３は実施形態２に係るメッキ線材製造装置２０における焼鈍炉２３及びメッキ槽２４を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は同一符号で示す。

実施形態２に係るメッキ線材製造装置２０では、焼鈍炉２３は、炉本体２３ａの下流側に突出した線材挿通管２３ｂの下流端に出口部材２３ｃが接続されている。出口部材２３ｃは、線材挿通管２３ｂよりも内径が大きい管で構成されており、線材挿通管２３ｂに続いて同軸に設けられている。これにより線材１１の通過する空間が線材挿通管２３ｂから出口部材２３ｃに不連続で拡大変化した構造に構成されている。そして、この出口部材２３ｃの下流端がハンダＭ中に位置付けられる線材出口に構成される。出口部材２３ｃの内径は例えば２０〜５０ｍｍである。

炉本体２３ａ内での加熱効率の観点からは線材挿通管２３ｂの内径は小さいことが好ましい一方、内径の小さい線材挿通管２３ｂの下流端が線材出口に構成されてハンダＭ中に位置付けられると、線ブレによりハンダＭへの導入前後の線材１１が線材挿通管２３ｂの内壁に接触し、線材１１の表面に傷が入ったり、また、メッキされたメッキ線材１０の表面に傷が入ったり、メッキが剥がれたりする虞がある。しかしながら、上記の構成のように線材挿通管２３ｂよりも内径が大きく形成された出口部材２３ｃが線材挿通管２３ｂの下流端に接続されていることにより、ハンダＭへの導入前後の線材１１が線ブレにより管内壁に接触することが回避され、その結果、線材１１或いはメッキ線材１０の表面への傷の発生を抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態１及び２では、丸線の線材１１を図示しない圧延機により冷間圧延加工により平角状にした線材１１を溶融したハンダＭに浸漬する構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、別工程により予め冷間圧延加工を施して平角状に形成した線材１１を巻いたボビンＢを本装置に取り付け、そして、その線材１１にメッキを施す構成としてもよい。丸線の線材１１を平角状に形成する方法は、圧延加工以外に伸線加工など公知の方法を用いることができ、特に限定されるものではない。

また、上記実施形態１及び２では、焼鈍炉２３の下流端の線材出口がメッキ槽２４内の溶融したハンダＭ中に位置付けられ、焼鈍炉２３を通過した線材１１が大気に触れることなく溶融したハンダＭに浸漬される構成としたが、特にこれに限定されるものではない。

また、上記実施形態１及び２では、線材１１を溶融したハンダＭに浸漬してハンダメッキ層１２を形成させたが、特にこれに限定されるものではなく、その他の溶融金属に浸漬してメッキ層を形成してもよい。

また、上記実施形態２では、出口部材２３ｃを線材挿通管２３ｂよりも内径が大きい管で構成したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、出口部材２３ｃをコーン状部材で構成し、線材１１の通過する空間が線材挿通管２３ｂから出口部材２３ｃに連続で拡大変化した構造に構成してもよく、また、図５に示すように、出口部材２３ｃを下向きに開口した箱状のカバー部材で構成してもよい。

上記実施形態１と同様の構成のメッキ線材製造装置を用いてメッキ線材を製造した。

（メッキ線材の製造）
＜製造例１＞
線材として幅２．０ｍｍ及び厚さ０．２ｍｍの無酸素銅のもの、洗浄液として水温４０℃の水、及び溶融したハンダとしてＳｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕの組成のものを２９０℃としたものをそれぞれ用いた。そして、線材の送り速度を１０ｍ／ｍｉｎとし、また、還元ガス供給管から水素ガス１００体積％のガスを流量２Ｌ／ｍｉｎで供給し、さらに、焼鈍炉の炉内温度を４００℃としてメッキ線材を製造した。

＜製造例２＞
還元ガス供給管から水素ガス５０体積％及び窒素ガス５０体積％の混合ガスを供給し、焼鈍炉の炉内温度を４００℃としたことを除いて製造例１と同一条件でメッキ線材を製造した。

＜製造例３＞
還元ガス供給管から水素ガス２０体積％及び窒素ガス８０体積％の混合ガスを供給し、焼鈍炉の炉内温度を４００℃としたことを除いて製造例１と同一条件でメッキ線材を製造した。

＜製造例４＞
還元ガス供給管から水素ガス５体積％及び窒素ガス９５体積％の混合ガスを供給し、焼鈍炉の炉内温度を４００℃としたことを除いて製造例１と同一条件でメッキ線材を製造した。

＜製造例５＞
還元ガス供給管から水素ガス２０体積％及び窒素ガス８０体積％の混合ガスを供給し、焼鈍炉の炉内温度を２００℃としたことを除いて製造例１と同一条件でメッキ線材を製造した。

＜製造例６＞
還元ガス供給管から水素ガス２０体積％及び窒素ガス８０体積％の混合ガスを供給し、焼鈍炉の炉内温度を３００℃としたことを除いて製造例１と同一条件でメッキ線材を製造した。

＜製造例７＞
還元ガス供給管から水素ガス２０体積％及び窒素ガス８０体積％の混合ガスを供給し、焼鈍炉の炉内温度を５００℃としたことを除いて製造例１と同一条件でメッキ線材を製造した。

＜製造例８＞
還元ガス供給管から水素ガス２０体積％及び窒素ガス８０体積％の混合ガスを供給し、焼鈍炉の炉内温度を６００℃としたことを除いて製造例１と同一条件でメッキ線材を製造した。

＜製造例９＞
還元ガス供給管から水素ガス２０体積％及び窒素ガス８０体積％の混合ガスを供給し、焼鈍炉の炉内温度を８００℃としたことを除いて製造例１と同一条件でメッキ線材を製造した。

（評価方法）
＜還元処理＞
上記製造例１〜９で得られたメッキ線材のハンダメッキ層の付着具合を目視で確認し、不メッキ部分が全くないものを「◎」、微小な不メッキ部分があるものを「○」、及び全くメッキが載っていないものを「×」と評価した。

＜極軟化処理＞
上記製造例１〜９で得られたメッキ線材の０．２％耐力を測定し、５０ＭＰａ以下のものを「◎」、５０ＭＰａよりも大きく且つ６０ＭＰａ以下のものを「○」、及び６０ＭＰａよりも大きいものを「×」と評価した。

（評価結果）
表１は評価結果を示す。

還元処理については、製造例１が◎、製造例２が◎、製造例３が◎、製造例４が×、製造例５が×、製造例６が○、製造例７が◎、製造例８が◎、及び製造例９が◎であった。この結果より、還元処理のためには還元ガスの割合が２０体積％以上であることが好ましく、また、焼鈍炉の炉内温度が３００℃以上であることが好ましいことが分かる。

極軟化処理については、製造例１が×、製造例２が×、製造例３が×、製造例４が×、製造例５が×、製造例６が×、製造例７が○、製造例８が◎、及び製造例９が◎であった。この結果より、極軟化処理のためには焼鈍炉の炉内温度が５００℃以上であることが好ましいことが分かる。

本発明はメッキ線材の製造方法について有用である。

１０ メッキ線材
１１ 線材
１２ ハンダメッキ層
２０ メッキ線材製造装置
２１ 線材供給部
２２ 洗浄槽
２３ 焼鈍炉
２３ａ 炉本体
２３ｂ 線材挿通管
２３ｃ 出口部材
２４ メッキ槽
２５ 線材回収部
２６ 還元ガス供給管
２７ ターンロール
２８ 引き上げロール
Ｂ ボビン
Ｒ ガイドロール

Claims (2)

1. 銅製の線材を、焼鈍炉に通して軟化させるのに続いて、溶融金属中に浸漬して表面を被覆するようにメッキ層を形成する太陽電池のインターコネクタに用いられるメッキ線材の製造方法であって、
   上記焼鈍炉内に水素ガスを２０〜８０体積％含む混合ガスを、混合ガスが下流側から上流側に流れるように導入することにより線材の表面を還元して酸化被膜を除去し、また、上記焼鈍炉の線材出口を溶融金属中に位置付け、
   上記焼鈍炉は、
   内部にヒータが設けられて炉内温度を６００℃以上に設定した炉本体と、
   上記炉本体内に設けられると共にその下流側に突出した線材挿通管と、
   上記線材挿通管の下流端に接続されると共に内径が該線材挿通管よりも大きく形成され、且つ上記溶融金属中に位置付けられる線材出口を構成する出口部材と、
   を有する０．２％耐力が５０ＭＰａ以下であるメッキ線材の製造方法。
2. 請求項１に記載されたメッキ線材の製造方法において、
   上記炉本体の炉内温度を９００℃以下に設定するメッキ線材の製造方法。

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