JPH0255516B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はワイヤ、丸鋼、バー、管、フラツトな
どの如き長さの大なる金属部材を金属層により連
続的に且つ高速度で被覆するための方法及び装置
に係る。本発明は特に電気分野で使用されるアル
ミニウム線のニツケルメツキに適用される。 外観、耐食性、電気的接触抵抗など表面の特性
を向上させるべく金属部材を別の金属で被覆する
方法は多数知られている。 これらの方法は種々の原理を着想の拠としてお
り、このような原理としては金属溶射による付
着、プラズマによる付着、蒸気相付着、化学的付
着、塗布による付着、共圧延（colaminage）又
は共押出し（cofilage）による付着、電解による
付着等々が挙げられる。 被覆すべき金属の性質、その表面状態、被覆の
性質、被覆装置によつて加えられる応力の種類、
最終製品がもつべき特性、などに応じこれらの方
法はいずれも利点と欠点とを同時に有しているた
め、目的に合わせて最大限譲歩できるものを選択
しなければならない。 本出願人は本発明においてアルミニウム製又は
アルミニウムをベースとする合金製の電導体を被
覆するという問題の解決を主な目的とした。数年
来アルミニウム及びその合金、特にアルミニウム
アソシエーシヨンの分類に従い6101と称する合
金、は電気抵抗率と機械的特性との両面から見て
銅に代り得ることが証明されて来たが、同時にこ
れを線状にして使用することは電気装置で現在使
用されている接続系統には不向きであり、強いて
応力下又は攻撃的環境下においては特に不適当で
あることも判明した。実際、このような条件下で
使用すると接触抵抗が増大しその結果この種の導
体の秀れた耐性と装置自体の安全性とを損なう加
熱現象が生じ得る。従つてアルミニウムの議論の
余地のない利点を十二分に活用し且つ導体分野で
銅に代るアルミニウムの使用を決定的にするため
には、経時的に安定しており且つ少くとも銅に匹
敵し得る接触抵抗を前記の導線に与えるような経
済的な方法を見出す必要があつた。 確かに、アルミニウム導線の使用をより一層普
及させ且つアルミニウムの使用を好まない電気工
事関係者の偏見を一掃したいという願望は、本出
願人だけのものではない。即ち、他にもこの接触
抵抗の問題を解決すべく技術開発に力を注いでき
た製造業者又はアルミニウムユーザはいるのであ
る。その結果 −共押し出し処理又は共圧延処理、 −錫電着処理、 が提案されたが、前者は実施コストが高いという
理由で余り一般化されなかつたし、後者は、錫を
付着させる前にシアン化物溶液内でブロンズ及
び／又は銅の下地層を形成しなければならないた
め時間がかかるという理由並びに錫が戦略金属
（metal strategique）化したため値段が増々上昇
しているという理由から余り普及しなかつた。 その後、錫よりはるかに安く且つ本質的に攻撃
的環境に対して強いニツケルを被覆として使用す
る傾向と、アルミニウムに良く適した電解による
被覆原理を保持しようとする傾向が強くなつた。 このように当該分野では種々の方法が次々と開
発されてきた。電解質が高速度で循環するセルを
使用する方法、多少複雑な表面処理技術を使用す
る方法、錫メツキに使用される中間層技術を使用
する方法などがそうである。これらの方法はいず
れも比較的付着性の強い被膜を形成することはで
きるが、重大な欠点を有している。即ち、処理速
度が余り速くならず、多くの場合毎分数メートル
程度に留められる。しかもこれらの方法では電解
質中に十分浸漬させるためには長さの長い装置が
必要とされ、その結果費用が嵩むことになる。 以上の理由から、本出願人は、電解によるニツ
ケル被膜形成の利点のみならず、処理コストをで
きるだけ抑えその結果アルミニウム線の値段を銅
線と同程度にし得るように性能を向上させる必要
性をも考慮して、電気業界における種々の使用規
準に適合した厚みと接触抵抗とをもつ被膜を高速
度で且つ電解質中の浸漬時間を比較的短縮して形
成する方法を研究し開発するに至つた。 アルミニウム線を3μmの銅層で被覆することが
可能なのはフランス特許第2012592号により既に
知られていた。この方法ではアルミニウム線を毎
分30メートルの速度で送り、先ず周縁平削りダイ
ス（filiere de rabotage、peripherique）に通
し、次いで長さ３ｍの電解槽に導入する。この電
解槽には電解質中に配置されたアノードと無垢の
カソードとして機能するアルミニウム線とを介し
て電圧が印加される。確かに3μmの厚みを得るた
めの電解質中での浸漬時間は６秒と短かいが、こ
の場合の被膜は銅であり従つてニツケルを使用し
た場合に得られるであろう結果、特に付着レベル
及び接触抵抗の大きさに関する結果はこの方法か
らは一切予測し得なかつた。 長さ５ｍの槽を用い、平削り法は無視して前記
の方法をアルミニウムのニツケルメツキに応用し
た結果、特に電流供給レベルなどで種々の問題が
見られた。何故ならルーレツト、ローラ、ラビン
グコンタクト（rubbing contact）など、使用し
た装置のいずれも、送り速度の上昇に伴い、増々
大きく従つて被膜の付着性を増々害する電弧を生
じたからである。そのため電流密度を低下させ、
次いで送り速度も被膜の厚みが十分厚くなるよう
減速させる必要が生じた。実際には最高速度を約
25ｍ／分にし電解槽中に12秒間浸漬して厚み
0.5μmの被膜を形成したがこのようにして得られ
たニツケルメツキ線は使用基準に完全には適合し
なかつた。 そこで本出願人は、機械的システムに代えて液
体集電体（prise de courant liquide）を使用す
ることを考えた。そして実験を何回も繰返す中に
このような手段を用いれば従来より速い速度で且
つ浸漬時間も短縮して所望の品質をもつ線が得ら
れることを確認した。本出願人はまたこの手段が
別の金属及び別の被膜にも使用し得ることを発見
した。このような理由から本出願人は本発明にお
いて、速い送り速度と極めて短かい電解質中浸漬
時間とをもつて連続的電解により長さの大きい金
属部材を付着性金属層で被覆する方法を提供す
る。 本発明の方法では、場合により前記の長い金属
部材を表面予処理にかけ、次いで被膜金属溶液中
に導入し、液体集電体を介してこの溶液に電圧を
加え被膜を形成する。 このように、ワイヤ、丸鋼、バー、管、フラツ
トなどであり得るアルミニウム製、銅製又は他金
属製の長い金属部材は、場合により先ず従来の脱
脂処理又は化学的下地処理にかけて表面の汚れを
除去した後、被膜金属溶液内に導入する。被膜用
金属はニツケルが好ましいが、電解によつて付着
し得る性質を有していれば他の如何なる金属であ
つてもよく、解決すべき問題に応じて選択し得
る。 次いでこの被膜金属溶液に連続電圧又はパルス
化電圧のいずれであつてもよい電圧を印加する。
電流源の正極が従来の如く該溶液中に浸漬された
電極に接続されている場合には、回路を閉鎖すべ
く、先行技術のように負極を金属部材の長さの一
部に直接接続する代りに、金属部材の通過する伝
導液中に浸漬された電極を介して接続する。この
伝導液が液体集電体を構成するのである。 このような方法により、機械的接触の悪さに起
因する欠点が除去され、従つて電流密度がかなり
向上しそのため送り速度が増大し得ると共に、電
解質との接触部分の長さを５ｍにしたことから浸
漬時間も短縮されるが、液体集電体の形成に使用
される液体の組成を適切に選択すれば性能が更に
向上し得且つ該液体集電体が被膜溶液の組成と処
理すべき金属とに依存することも判明した。実際
この組成は、ソケツト構成液と被膜浴との間で電
圧を平衡に保ちながら大きな電流密度が得られる
よう選択しなければならない。 本出願人は、ニツケルメツキの場合には、以下
の電解溶液を使用すると最良の結果が得られるこ
とを発見した。 −液体集電体用には金属塩化物とフツ化物と硼酸
との混合物、例えば次の混合物： NiCl₂，6H₂O 125ｇ／ H₃BO₃ 12.5ｇ／ HF ６c.c.／ −被膜用には従来のニツケルメツキ浴、好ましく
は次の組成をもつ浴： Ni（NH₂SO₃）２（スルフアミン酸塩）
300ｇ／ NiCl₂，6H₂O 30ｇ／ H₃BO₃ 30ｇ／ これらの溶液は当価抵抗率が得られるような温
度で使用する。この温度は前記の組成物の場合
夫々約35℃及び約50℃である。 このような条件の下に本出願人は既に厚み数
μmのニツケル被覆を送り速度約30ｍ／分、浸漬
時間12秒未満で形成することに成功した。これ
は、機械的接触を用いる技術に比べて長足の進歩
を意味する。 後者の場合、同等の速度と浸漬時間とを使用し
て得られた被膜の厚みは0.5μmであつた。 しかし乍ら本出願人は使用する金属部材の表面
を特定の予処理にかけるとより有利であることを
確認した。即ち、伸線したままの線に被膜処理を
施すと外観が美しく、付着性があり且つ接触抵抗
の小さいニツケル被膜が得られたが、同時に液体
集電体が部材表面の汚れによつて汚染されるとい
う欠点も生じたのである。従来の脱脂処理による
表面処理はいずれの方法でも適切な作用を得るの
に必要な時間が長過ぎ、このような処理を連続工
程に組込むためには送り速度を制限しなければな
らなかつた。 そこで表皮剥離処理（scalpage）を液体集電体
使用の電解的被覆処理に組合わせた結果、この新
規の組合せにより本出願人の目的、即ち速い送り
速度−短い浸漬時間−付着層−非増長性低接触抵
抗の実現を達成し得ることが判明した。 そのために本出願人は浮遊状に配置された１つ
又は複数のダイスに処理すべきワイヤ線を通す方
法をとつた。これによつて該金属部材の長さの周
縁部が厚み1/100乃至2/100mmに亘つて除去され、
その結果酸化物層及び残留潤滑剤が除去されるの
である。 このような条件下で得られた結果は本出願人の
期待を上回つていた。実験用装置で得られる最高
速度たる300ｍ／分が既に達成され、この速度で
１乃至3μmの厚みが得られたからである。本出願
人の考えによればこの値は使用する電力によつて
制限される。このようにして得られたニツケルメ
ツキ線の品質を電気使用規準に従い検査した結果
極めて秀れていることが確認された。 直径の10巻き巻装する実験を行なうことにより
本出願人は特にニツケル層の可延性が著しく、中
でも伸線に対する適性が意外な程大きいことを認
識した。例えば第１回目の実験では本発明の方法
により厚み3μmのニツケル層で被覆した直径1.78
mmのアルミニウム合金6101製ワイヤをニツケル被
膜の剥離も破損も伴わずに直径0.78mmまで伸線し
得た。２回目の実験では直径5.67mmのアルミニウ
ム1350製ワイヤを16回圧延することにより直径が
0.78mmになるまで伸線し得た。ニツケル層は付着
したままであり、各圧延処理終了後も接触抵抗は
小さかつた。 以上説明してきた方法を実施すべく本出願人は
長さの短かい極めて簡単な実験装置を設計した。
この装置は金属部材の長さの進行方向に向かつ
て、少くとも１つの円形削りダイスと、負の電荷
をもつ電極を浸漬しておく電解質の入つた長さ５
ｍの槽から成る液体集電体と、正の電荷をもつ電
極を浸漬しておく被膜溶液の入つた長さ５ｍの被
覆処理槽とを順次備えている。これら２槽は場合
によりすすぎ装置によつて互に分離されることも
ある。 この装置を添付図面に示した。該図面には長さ
の長い金属部材２の巻戻し機１と、削りダイス３
と、電流源６の負極に接続され且つ溶液７中に浸
漬された電極５を有する液体集電体槽４と、洗浄
容器８と、正の電荷をもつ電極１１が浸漬されて
いる溶液１０の入つた被覆処理槽９とが示されて
いる。該被覆処理槽９の出口には金属部材を巻取
り機１４に巻装する前にすすぎ且つ乾燥させるす
すぎ装置１２と乾燥装置１３とを配置した。 本発明は表を参照すればより良く理解でき
る。この表には直径1.78mmのアルミニウム合金
6101製ワイヤに関して行なつた18回の実験の結果
が示されている。該ワイヤは実験１から11では以
下の如き機械的特性、即ち −0.2％の伸長に対する強さ 154MPa −最大強さ 173MPa −破壊伸び（％） 5.3 を示し、実験12から18では夫々次の如き特性を示
した：215MPa−226MPa−3.4％。 一連の列には先ず該ワイヤの処理条件がまとめ
て示されている： −表面予処理： 実験１から５−表面予処理なし、 実験６から18−削り処理、 −槽（液体集電体）及び槽（被覆溶液）の温
度、 −電気的条件：前記両電極に加えられる電圧
（Ｖ）、該システムに流れる電流密度（Ａ／ｄ
m²）、 −ワイヤ送り速度（ｍ／分）。 続いて該ワイヤを処理して得られた実験結果が
次の如く示されている： −交叉したワイヤ上に１Kgの質量を加える方法に
より測定した接触抵抗（ｍΩ）、 − 被膜を硝酸中に溶解して回収したニツケルの
重量を測定することにより得たニツケル被膜の
厚み（μm）、 −ワイヤを約30A下で200回までの熱サイクルに
かけて検査した電気的老化に対する耐性。 処理すべきワイヤは種々の接続アセンブリ内に
てこのワイヤに流れる過電流の作用下で各熱サイ
クル毎に120℃に加熱しその後室温まで冷却した。
接触抵抗Ｒと接合部温度（temperature du
raccord）とが増大しない限り前記の耐性は十分
大きいと思われる。 これらの実験結果から、本発明の方法の有効性
と速度に応じて得られる電解収率の驚くべき増加
振りとが確認される（実験17及び18参照：送り速
度が200ｍ／分の時と300ｍ／分の時とでは被膜の
厚みはほぼ同等である）。

【表】 次表は表の実験８に対応し、直径1.75mmの
アルミニウム合金6101製ワイヤに関する初期接触
抵抗Roと１から８までの８回の実験の間にプレ
ート端子（bornes ａ plaquettes）に施した200
サイクル後の接触抵抗R200との測定結果を示し
ている。表には１サイクル後及び200サイクル
後の接触温度θ1及びθ200の測定値も示されてお
り、これらの温度は参照接触温度θ′に対比されて
いる。 これらの実験は２つの異なる締付けトルク
（couple de serrage）0.33mN及び0.5mNの作用
下毎に約20℃の室温、31.5Aの電流の強さという
条件で実施した。これらトルクはサイクル中殆ん
ど増大しなかつた。

【表】 断面積1.5mm²の銅線を同じ実験にかけその結果
を次表に示した。

【表】 60ｍ／分の速度でニツケルメツキした前記アル
ミニウム合金線は同等の直線抵抗（resistance
lineique）をもつ銅線より秀れた性質を有してい
ることがわかる。 表は300ｍ／分の走行速度でニツケルメツキ
したAl合金6101線を使用し表と同じ実験を行
なつた場合の結果を示している。得られた値は表
の場合と殆んど変わらない。

【表】 本発明は伸線処理を容易に施し得るような可延
性と非増長性低接触抵抗とを有する付着金属層で
長さの大きい金属部材を被覆するという如何なる
問題の解決にも適用される。 より特定的には本発明は使用直径（diametre
dutilisation）をもつアルミニウム製又はアルミ
ニウム合金製電導体のニツケルメツキに使用する
とよい。多くの場合1.5乃至３mmの直径を有する
家庭用又は工業用のワイヤがこれに当たる。 しかし乍ら本発明の方法でニツケルメツキすれ
ばワイヤに大きな伸線適性が与えられるため、暫
定直径（diametre de provision）即ち使用直径
より大きい直径でもニツケルメツキすることがで
きる。この場合はメツキした後で直径を減少す
る。従つて本発明の方法の適用範囲は電話線用、
可撓性ケーブル用及び巻線用の細い線など他の分
野にも及び得る。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による被膜処理装置の簡略説
明図である。 １……巻戻し機、２……金属部材、３……削り
ダイス、４……液体集電体槽、５，１１……電
極、６……電流源、７，１０……溶液、８……洗
浄容器、９……被覆処理槽、１２……すすぎ装
置、１３……乾燥装置、１４……巻取り機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム又はアルミニウム合金から成る
   長尺材を電解により連続的に且つ速い送り速度と
   極めて短かい電解質中浸漬時間とをもつて付着ニ
   ツケル層で被覆する方法であつて、 ａ 前記長尺材を負に帯電された電極が浸漬され
   ている電解質の入つた第１槽に導入し、 ｂ 次いで、前記長尺材を正に帯電された電極が
   浸漬されている被覆液の入つた第２槽に導入す
   ることからなり、 前記電解質は塩化ニツケル、フツ化水素酸及び
   ホウ酸からなり、被覆液は電解質とは異なる組成
   を有することを特徴とする方法。 ２ 長尺材を第１槽に導入する前に表面予処理に
   かける特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 表面予処理が長尺材を少なくとも１つの表皮
   剥離系を通すことからなる特許請求の範囲第２項
   に記載の方法。 ４ 前記剥離系が少なくとも１つの削りダイスか
   ら成る特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５ 被覆ニツケル液がスルフアミン酸ニツケルと
   塩化ニツケルと硼酸とを含む特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ６ 長尺材が連続線である特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。 ７ 長尺材が電気的用途に使用される特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。