JP6091280B2

JP6091280B2 - Ａｌめっき鋼線製造装置および製造法

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Publication number: JP6091280B2
Application number: JP2013060383A
Authority: JP
Inventors: 忠昭三尾野; 幸弘守田; 服部　保徳; 保徳服部; 清水　剛; 剛清水
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: JP2014040656A

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。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、巨大なメニスカスを形成させる要因となる。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、その不活性ガスの吹き付け量を調整するためのガス流量調整機構を備え、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不活性ガス供給系を有する、
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０.１ｍｍ未満の極めて細い鋼芯線を適用することもできる。

この大気開放された気相空間に鋼線を引き上げるＡｌめっき鋼線製造装置を用いた表面性状の良好な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、前記不活性ガスの吹き付け量を設定するとともに、
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鋼線長手方向の線径ムラが生じないようにライン速度を設定する、
製造法が提供される。

より安定して高品質のＡｌめっき鋼線を製造するためには、鋼線が引き上げられる気相空間を大気開放とするよりも、その気相空間を大気環境から仕切られた空間とすることが有利である。その場合、
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、その不活性ガスの吹き付け量を調整するためのガス流量調整機構を備え、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不活性ガス供給系を有し、
前記遮蔽体内部の気相空間に酸素含有ガスを導入する吐出口と、その酸素含有ガスの導入量を調整するためのガス流量調整機構を備え、前記吐出口からの酸素含有ガス吐出流が前記ノズルからの不活性ガス吐出流に当たらないように酸素含有ガス吐出方向が調整されている酸素含有ガス供給系を有する、
Ａｌめっき鋼線製造装置を適用することができる。

この大気環境から仕切られた気相空間に鋼線を引き上げるＡｌめっき鋼線製造装置を用いた表面性状の良好な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、前記不活性ガスの吹き付け量を設定するとともに、
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鋼線長手方向の線径ムラが生じないように前記酸素含有ガスの導入量およびライン速度を設定する、
製造法が提供される。

この場合、例えば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以上となるように酸素含有ガスの導入量を設定し、かつライン速度を１００〜４００ｍ／ｍｉｎの範囲で設定することができる。

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。また、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６１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。すなわち、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。ノズル６１、管路５６、不活性ガス供給装置５７およびガス流量調整機構（図示せず）により不活性ガス供給系が構成されている。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、酸素含有ガスを導入するための吐出口６２を有する管路６３が設置されている。その酸素含有ガスは酸素含有ガス供給装置６４から管路６３を通って吐出口６２から遮蔽体４の内部の気相空間に導入される。管路６３の途中または酸素含有ガス供給装置６４の内部にガス流量調整機構（図示せず）が設けられ、吐出口６２から導入される酸素含有ガスの流量を調整することができるようになっている。また、酸素含有ガス吐出口６２からの酸素含有ガス吐出流が前記ノズル６１からの不活性ガス吐出流に当たらないように酸素含有ガス吐出方向が調整されている。すなわち、吐出口６２から気相空間８に導入された酸素含有ガスは、めっき浴１から引き上げられる鋼線３の表面のうち前記の不活性ガス吐出流が直接当たる部分を除いた表面と接触し、その表面部分を酸化性雰囲気とする。吐出口６２、管路６３、不活性ガス供給装置６４およびガス流量調整機構（図示せず）により酸素含有ガス供給系が構成されている。

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、上記の酸素含有ガス供給系は不要となる。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の一部と鋼線３の一部を除く部分が高濃度（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の鋼芯線を芯材に持つものが対象となる。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。

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。

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、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示す。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。雰囲気の酸素濃度が低すぎるとめっき金属の垂れ落ちが生じやすい。雰囲気中の酸素は未凝固のめっき金属表面に強固な酸化皮膜を形成する。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。また、同じ酸素濃度でも、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、酸素含有ガスの導入量およびライン速度をコントロールすることによってこの種の線径ムラを防止することができる。例えば、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を下まわるとライン速度１００ｍ／ｍｉｎでも垂れ落ちに起因する線径ムラを安定して防止することが難しくなる場合がある。逆にその部分の表面に接触する雰囲気中の酸素濃度が５００ｐｐｍ以上となるように酸素含有ガスの導入量を設定すれば、ライン速度１００〜４００ｍ／ｍｉｎの範囲で図７（ｂ）に示すような均一な線径が得られる。前記の酸素濃度は１０００ｐｐｍ以上とすることがより好ましく、４０００ｐｐｍ以上とすることが一層好ましい。酸素濃度の上限については、２１％（大気開放）以下の酸素濃度において良好な結果が得られることを確認している。ただし、酸素含有ガスの吐出流が前述の不活性ガス吐出流に当たらないようにすることが重要である。不活性ガス吐出流に酸素含有ガスからの酸素が混入するとメニスカスの浴面基準高さｈを低減する効果が減少する。

気相空間８を大気開放とする場合はめっき金属の垂れ落ちを防止する上では十分な酸素濃度であるが、前述の不活性ガス吹き付け箇所に酸素が混入しやすいのでメニスカスの浴面基準高さｈを安定して５ｍｍ以下にするためには不活性ガスの吹き付け量を多くしたり吹き付け範囲を広くしたりする調整に厳密さが要求される。

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の内部に酸素含有ガスを導入するための管路を設け、その吐出方向が不活性ガス吐出流に当たらないように酸素含有ガスの吐出口を配置した。酸素含有ガスとして空気を使用し、その流量を調整することによって遮蔽体４内の気相空間８における酸素濃度を設定した。一部の例では遮蔽体４を設置せずに気相空間８を大気開放とした。

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。

気相空間８の酸素濃度の測定は浴面基準高さ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する方法で行った。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酸素濃度を上記と同様の方法で測定した。溶融めっき中にメニスカスの形成を観測し、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以上の気相空間の酸素濃度を十分に確保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.１〜３、５はライン速度に対し酸素含有ガスの導入量が少なすぎたことにより線径ムラが発生した。Ｎｏ.２８は不活性ガスの吹き付け量が少なすぎ、またＮｏ.２９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。

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
６２酸素含有ガス吐出口
６３酸素含有ガス供給管
６４酸素含有ガス供給装置

Claims

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、
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、その不活性ガスの吹き付け量を調整するためのガス流量調整機構を備え、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不活性ガス供給系を有し、
前記遮蔽体内部の気相空間に酸素含有ガスを導入する吐出口と、その酸素含有ガスの導入量を調整するためのガス流量調整機構を備え、前記吐出口からの酸素含有ガス吐出流が前記ノズルからの不活性ガス吐出流に当たらないように酸素含有ガス吐出方向が調整されている酸素含有ガス供給系を有する、
Ａｌめっき鋼線製造装置。
芯線径Ｄ ₀ 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、その不活性ガスの吹き付け量を調整するためのガス流量調整機構を備え、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不活性ガス供給系を有する、
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、
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、前記不活性ガスの吹き付け量を設定するとともに、
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鋼線長手方向の線径ムラが生じないようにライン速度を設定する、
表面性状の良好なＡｌめっき鋼線の製造法。
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、
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、前記不活性ガスの吹き付け量を設定するとともに、
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鋼線長手方向の線径ムラが生じないように前記酸素含有ガスの導入量およびライン速度を設定する、
表面性状の良好なＡｌめっき鋼線の製造法。
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以上となるように酸素含有ガスの導入量を設定し、かつライン速度を１００〜４００ｍ／ｍｉｎの範囲で設定する請求項３に記載の表面性状の良好なＡｌめっき鋼線の製造法。