JPH03107471A - 金属ストリップの溶融金属めっき方法 - Google Patents

金属ストリップの溶融金属めっき方法

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JPH03107471A
JPH03107471A JP1245177A JP24517789A JPH03107471A JP H03107471 A JPH03107471 A JP H03107471A JP 1245177 A JP1245177 A JP 1245177A JP 24517789 A JP24517789 A JP 24517789A JP H03107471 A JPH03107471 A JP H03107471A
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plating
metal
molten metal
metal material
plated
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JP1245177A
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English (en)
Inventor
Toshio Ishii
俊夫 石井
Hitoshi Oishi
均 大石
Yasuhisa Tajiri
田尻 泰久
Michitaka Sakurai
桜井 理孝
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融金属浴を用いることなく金属ストリップ
の表面に連続的にめっきを施すことができる方法に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、銅帯表面にめっき皮膜を形成させる方法として、
予め溶融させためっき金属中に銅帯を浸漬させる、溶融
めっき法が広く行われている。
この種のめっき法の代表例である連続溶融亜鉛めっきで
は、銅帯は前処理炉で熱処理および表面清浄化処理され
た後、溶融亜鉛浴中に浸漬されてめっき皮膜が形成され
、浴から引き出された銅帯には気体絞りによるめっき付
着量調整、ガルバニール等の表面調整が施される。
このようにして得られた溶融めっき鋼板は表面が比較的
美麗で、しかも耐食性も優れているため、広く実用に供
されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来の溶融亜鉛めっき方法は、めっき浴を使用
することに伴う種々の問題を有している。特に最近では
、めっき鋼帯には家電、自動車の外板用途等を中心にし
て従来に増して表面の均一さ、平滑さ、美麗さが求めら
れ、また品種的にも差厚めつき、片面めっき等の新規製
品の需要も高く、このため従来の溶融めっき法によるめ
っき鋼帯の品質やめっきプロセス自体に対する問題点が
顕在化してきた。そのような問題点のいくつかを以下に
述べる。
(1)めっき浴中に銅帯表面からのFeが溶出したり、
めっき金属が酸化されることによる所謂ドロスの発生が
多く、これを汲み上げ除去しなければならないために、
銅帯に付着する以外のめっき金属の損失が生ずる。
(2)めっき浴中でドロスが発生したり、ポットを構成
する煉瓦の屑が浴中に混入する等、めっき浴に不純物が
混じりやすく、これらが銅帯に付着して、その外観を低
下させる。
(3)浴中に投入するめっき金属地金成分と、銅帯に付
着する成分およびドロス等の副生物として浴外に排出さ
れる成分中の微量元素が異なるため、目標通りの必要元
素を含有するめっき浴成分に調整制御するのが困難であ
る。
このため、めっき密着性不良や、ガルバニール材の合金
化不良等、各種のめっき欠陥が発生する。
(4)高温、高浸食性のめっき金属浴中に、銅帯通板用
のロールや、ロール支持アーム、軸受等、鋼製の機械部
品を浸漬する必要がある。
このため、これら部材の浸食や、これに伴うドロスの発
生、さらには浴中ロール表面の浸食によるめっき表面外
観の低下等の問題が生ずる。
更には、これらの機械部品の浸食または損傷部を定期的
に修理、交換するための操業停止時間が必要であり、設
備の生産能力を有効、最大限に生かすことができない。
(5)めっき浴中に通板ロールを使用することにより、
めっき表面にロールのグループ溝が転写しやすく、外観
の悪化を招く。
(6)浴下部に堆積するボトムドロスの排出作業、浴面
に堆積するトップドロスの排出作業、3 浴中への鋼帯の初期通板作業、めっき浴中でのロールの
手入れ作業等、高温で且つ多量のめっき浴近傍での作業
は、作業者の大きな負担となり、且つ危険である。
(7)ポット−基当り、一種のめっきしかできないため
、各種の異種めっきを行う際には、浴の汲み出しによる
俗習えを行うか、または異種のめっき金属を溶解したポ
ットを予め準備し、ポットの移動を行う等の作業が必要
である。
(8)両面めっき材と片面めっき材を単一の設備で生産
する場合、ポット部のめっき設備の変更が必要となり、
そのための設備負担に加え、切替のために多くの時間と
労力が必要となる。
(創両面異種めっき、多層めっき、両面差厚めつき等の
特殊なめっきを行うことが難しい。
このような従来の溶融めっき法に対し、特開昭61−2
07555号等において、走行する銅帯面にノズルを近
接させ、溶融金属槽から供4− 給された溶融金属を、溶融金属と銅帯面との濡れ付着力
によってノズルから吸い出し、銅帯に付着させるように
しためっき法が提案されている。
この方法は高粘度塗料等の塗布技術を応用したものであ
るが、溶融金属を溶融金属槽からノズルに送給する方式
であって、めっき付着量のコントロールは溶融金属槽の
ヘッド圧で行っているため、槽内の浴面の高さの変化が
めつき付着量のバラツキとなって現われ、このためめっ
き付着量の精度が悪いという欠点がある。また、いずれ
にしても浸漬式のめっき浴に相当する溶融金属槽が必要
であるため、上述したような種々の問題を有している。
このように、従来の溶融めっき方法は種々の問題を有し
ているものである。
本発明者らは、このような従来の溶融めっき法に対し、
溶融金属浴を全く必要としない新たなめっき法を創案し
、これを特願昭63−103302号、さらには特願昭
63−264087号として提案した。
このうち前者の方法は、固相めっき金属材を、通板する
銅帯の表面に向けて連続的に送給し、該めっき金属材の
先端側を、銅帯に面した加熱溶解装置により銅帯面直前
で順次溶融させ、溶融しためっき金属をめっき皮膜とし
て銅帯表面に連続的に付着させるようにするものである
また、後者の方法は、連続的に供給される固相めっき金
属材を、通板する銅帯の近傍でその先端側から順次溶解
し、この溶融めっき金属に対し、銅帯方向にめっき金属
材の融点以上の温度の高温ガスを吹き付けることにより
溶融めっき金属を霧化し、霧化した溶融めっき金属を通
板する銅帯にめっき皮膜として付着させるものである。
これらの方法は、めっき金属をめっき直前で目付・分だ
け溶融させ、この溶融金属をめっき金属として付着させ
るものであり、溶融金属浴を全く必要としないため、め
っき浴使用に伴う従来の問題を解決でき、しかも固相の
めっき金属材の送給速度のコントロールにより、めっき
付着量のコントロールも高精度に行うことができる利点
がある。
しかし、これらのうち前者のめっき方法ではノズル先端
と板面との間の間隙によりノズルからのめっき金属供給
量が決まるため、ノズル先端と銅帯面間の間隙は、めっ
き皮膜厚に相当する程度の非常に微細なものとする必要
がある。
しかし、めっきされる銅帯は通板中ある程度の振動は避
けられず、また板の形状不良もあることから、上記ノズ
ルとの微細な間隙を一定に保つことはなかなか難しく、
めっき厚の不均一化やノズルと板の衝突等によるトラブ
ルを招くことがある。
また、後者のめっき方法は、ノズルと板面の間隙を比較
的広くとれるため上記のような問題は生じないが、溶融
金属の霧化に大量のガスが必要とされるだけでなく、霧
化した溶融金属の液滴の径が大きいため、微細な構造の
めっき皮膜が得にくく、そのめっき皮膜は加工性、特に
プレス加工性が劣るという難点がある。
本発明はこのような問題に鑑み、従来のような溶融金属
浴を用いることなく金属ストリップに溶融めっきを連続
的に施すことができ、しかも高精度の付着量コントロー
ルと付着量の均一化が可能であり、さらに微細な構造の
めっき皮膜が得られる新たなめっき方法を提供しようと
するものである。
〔課題を解決するための手段〕
このため本発明は、上部が開口しためっき金属材案内部
を有するめっ・き金属材供給装置を用い、固相のめっき
金属材を、前記案内部内でその開口方向に送りながらそ
の先端側から順次溶解させることにより、前記開口内に
溶融金属の液溜を形成し、この液溜に超音波をスキャン
ニングしつつ放射することにより溶融金属を霧化させ、
該霧化による微小液滴を通板する金属ストリップに付着
させることによりめっき皮膜を形成させるようにしたも
のである。
このような本発明によれば、固相のめっき金と− 属材をめっき直前にめっき目付分だけ溶融させ、これを
通板する金属ストリップにめっきするため、めっき金属
のハンドリングと付着量のコントロールが極めて容易で
あり、また溶融しためっき金属を超音波により霧化する
ため、非常に微細な溶融金属の液滴(粒径が数十μm)
が得られ、このため、微細な構造のめっき皮膜を形成さ
せることができる。また、めっき金属材の供給装置と通
板する金属ストリップとの間の間隔を比較的広くとるこ
とができるため、板の振動等に影響されることなく均一
なめっき皮膜が得られる。
加えて、液溜に放射する超音波をスキャンニングするた
め、溶融金属を高速で霧化することができ、高速めっき
或いは厚めつき時において、霧化金属を金属ストリップ
に対して大きな供給速度で供給することができる。
さらに、超音波をスキャンニングするため、めっき金属
材をその厚さ方向等で均一に溶解することができる。こ
の結果、霧化した各微小液滴の成分が均一化し、均一な
成分のめっき皮膜を得ることができ、また、めっき金属
厚さ方向での溶解不均一によるトラブルも適切に防止さ
れる。すなわち、超音波をめっき金属材板厚方向の中央
に定置的に集束させた場合、その中央部がえぐれたよう
に溶解する傾向があり、これによって板幅方向両側部が
欠は落ちるという問題を生じるが、本発明では超音波の
スキャンニングにより板厚方向を均一に溶解させること
ができる。
〔実施例〕
第1図および第2図は本発明法を銅帯の連続めっき処理
に適用した場合の一実施例を示すもので、めっき金属材
の加熱溶解機構と溶融めっき金属供給用の上向き状の開
口とを有するめっき金属材供給装置を用い、固相のめっ
き金属材を、前記装置内で開口方向に順次送り−ながら
加熱溶解機構により開口直前で先端側から順次溶解させ
、この溶融めっき金属に超音波を当てることにより霧化
させ、その微小液滴を通板する鋼帯に付着させるように
したものである。
図において、(IA)はめっき金属材供給装置、(2)
はめっき金属材、(3)は超音波発生装置、(S)は通
板する銅帯である。
前記めっき金属材供給装置(IA)は、固相(本実施例
では板状)のめっき金属材(2)を上向きに案内するた
めの案内部(4)を有し、該案内部(4)はその先端(
上端)に溶融しためっき金属の液溜を形成するための開
口(5)を有している。
案内部(4)は本実施例では断面細長の筒状体により構
成されており、この案内部(4)の先端側には、めっき
金属材を溶解するための加熱体(6)(加熱ヒータ等)
からなる加熱溶解機構が設けられている。
なお、めっき金属材供給装置(IA)は、固相のめっき
金属材(2)を上部開口に向は送給するため、送りロー
ラ或いはシリンダ装置等からなる送り機構(図示せず)
を有している。
前記超音波発生装置(3)は、高周波電源(7)、振動
子(8)、振幅拡大器(9)(ホーン)、共振器11 (10)およびこの共振器(10)を囲むように設けら
れた超音波集束用の放射方向変換器(11) (集束カ
バー)で構成されている。
本実施例では、この放射方向変換器(11)は超音波を
線状に集束する線集束型に構成されている。
前記放射方向変換器(11)は、共振器(10)の振動
が振動子側と反振動子側で互いに逆位相となるため、こ
の逆位相の放射音波を液溜表面で同位相で重ねることが
できるよう、反ストリツプ側の案内部開口上方に配置さ
れ、開口(5)に斜め上方から超音波を放射し得るよう
にしている。
なお、この放射方向変換器(11)は、超音波を溶融金
属液面上で適切に集束させるため、その反射面を放物線
状に構成している。
また、前記共振器(10)は内部損失が小さくしかも共
振の先鋭度が大きく、且つ疲労強度が大きい材料である
ことが必要である。これらの条件を満たす材料として、
チタン合金またはアルミ合金が好ましい。この共振器(
10)の振動によ12− り雰囲気ガスに音波が放射される。
以上の超音波発生装置(3)は、超音波をめっき金属材
厚さ方向でスキャンニングできるよう構成されている。
このため、例えば、装置全体を移動可能または回動可能
とするか、放射方向変換器(11)を回動可能とする等
の構成がとられる。
本実施例では、銅帯(S)はめっき金属材供給装置(I
A)の側方を上向きに通板する。めっき金属材供給装置
(IA)の案内部(4)内では、固相のめっき金属材(
2)が上部開口方向に順次送られる。そして、開口直前
でその先端側から順次溶解され、その溶融めっき金属は
開口(5)内で液溜(12)を形成する。この液溜(1
2)の液面に向け、前記超音波発生装置(3)から超音
波をめっき金属材の板厚方向でスキャンニングしつつ放
射し、この超音波の作用により液溜(12)の溶融めっ
き金属が微小液滴に霧化する。そして、超音波はめっき
金属材の板幅方向でスキャンニングされるため、めっき
金属材(2)はその厚さ方向で均−に溶解される。
超音波発生装置(3)では、高周波電源(7)によって
超音波振動子(8)を振動させ、振動子(8)に振幅拡
大器(9)を介して連結している共振器(1o)を振動
させる。この超音波の周波数を適当に選択することによ
って、金属微粉末の粒径を変えることができる。共振器
(10)の振動によって雰囲気ガスを媒体にして超音波
が放射される。この放射超音波は、液溜(12)の表面
で超音波を同位相にして重ねるように設置さ]tた放射
方向変換器(11)により液溜(12)の表面に集束さ
れる。
集束超音波が液溜(12)の表面に作用すると、液溜(
12)の表面にキャピラリー波ができ、これが表面張力
に打ち勝って液溜(12)の表面から微小液滴(13)
を飛び上がらせる。そして、本実施例では、超音波を銅
帯(S)と反対側の斜め上方から適当な角度で液溜(1
2)に放射するため、生じた微小液滴(13)は銅帯(
S)方向に流れ1通板する銅帯面にめっき皮膜として付
着する。上記微小液滴(13)は、数十μm程度の粒径
であり、このような液滴により形成されるめっき皮膜は
、ガスアトマイズ等によるめっき皮膜に較べると非常に
微細な構造のものとなる。
なお、本実施例では超音波発生装置(3)側から銅帯方
向に向はキャリアガスを流すようにしてもよく、これに
より微小液滴(13)をより確実に銅帯(S)方向に導
くことができる。このキャリアガスは、微小液滴(13
)を溶融状態のまま鋼帯面に付着させるため、めっき金
属の融点以上であることが好ましい。
また、めっきされる鋼帯(S)はめっき前に予熱してお
くことが好ましく、これにより付着した溶融めっき金属
の液滴が銅帯面で伸ばされ、平滑且つ均一なめっき皮膜
が得られる。
さらに超音波発生装置(3)の放射方向変換器(11)
 (集束カバー)は本実施例のように超音波を線状に集
束させる形式以外に、第3図に示すように、超音波を一
点に集束させるスポット形式のものでよく、その場合に
は、図に示すようにスポット型の放射方向変換器(11
’)を銅帯幅5 方向に沿って複数配置する。そして、このスポット形式
の場合には、図中矢印で示すように、超音波をめっき金
属材の板厚方向のみならず、板幅方向にもスキャンニン
グする。
また、超音波は加圧下のほうが雰囲気ガスの密度が高く
なって共振器(10)の発振能率がよくなるため、溶融
めっき金属の霧化をより効率的に行うことができる。こ
のため第1図に示すような処理も、加圧したチャンバー
内で行うことにより、めっき処理をより効率的に行うこ
とができる。
なお、本発明者らが実験で確認したところによれば、第
1図に示すような超音波発生装置(3)を用い、アルゴ
ンガス雰囲気を絶対圧力で1kg1印2および9 、9
 kg / CI++ ”にそれぞれ保ち、周波数を1
00 kHzに設定した共振器に振動させて、片振幅で
約16μmの振動を行わせたところ、溶融金属の液溜の
表面近傍でそれぞれ170 dB、190 dBの音圧
レベルの超音波が得られた。この実験では共振器として
はチタン合金を用い、16− 溶融金属としてアルミニウム合金を用いた。そして、こ
のアルミニウム合金液溜表面にこの超音波を作用させた
結果、粒径30〜50μm、平均粒径40μmで球状の
粒子が得られた。
第4図は本発明の他の実施例を示すもので、生じた微小
液滴(13)をキャリアガスにより両帯面方向に導くた
め、案内部(4)の開口(5)の側部にキャリアガス用
のガス供給口(14)を設けたものである。
このような構成によれば、液溜(12)への超音波の放
射により生じた微小液滴は、開口側部のガス供給口(1
4)からのキャリアガスにより銅帯方向に導かれ、銅帯
面に確実に付着せしめられる。
なお、本実施例では、キャリアガスを用いるため、超音
波発生装置(3)の放射方向変換器(11)を液溜(1
2)の真上に位置させ、超音波を液面に垂直に当ててい
るが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば
第1図に示すように斜め方向から超音波を当てるように
してもよい。
なお、その他の条件等については第1図の実施例で述べ
たものと同様である。
第5図は、めっき金属材供給装置(IC)により供給さ
れるめっき金属材(2)を、開口の外側に設けられた加
熱装置(15) (加熱ヒータ等)により溶解させて開
口内に溶融めっき金属の液溜(12)を形成させ、この
液溜(12)に超音波を放射するようにしたものである
本実施例では、めっき金属材供給装置(IC)は、その
案内部(4)の先端側にめっき金属材を予熱するための
加熱体(6’)(加熱ヒータ等)からなる予熱機構が設
けられている。
なお、その他の条件等については、第1図で述べたもの
と同様である。
本発明では、銅帯の通板方向については何ら制約はない
。すなわち上記各実施例では銅帯は上向き通板している
が、例えば、下向き、斜め方向、また場合によっては水
平方向で通板させるようにしてもよい。
また、以上のようにして形成されためっき皮膜は、若干
の付着量むらを生じる場合があり、このむらを均一化さ
せるため表面調整装置により均一化処理を行うことがで
きる。この表面調整装置としては、例えば従来の気体絞
りノズル方式のものや、超音波振動子を有する超音波振
動方式のもの(所謂、超音波ごて)等が用いられる。
また、本発明法によるめっき処理は、めっきの濡れ性、
密着性を確保するため、非酸化性雰囲気(例えば、H2
:5−25%、N2:80〜95%の混合ガス)中で行
うことが好ましい。また本発明法においても、めっき前
の銅帯表面はなるべく清浄化されていることが好ましい
本発明によるめっき法は、種々の金属または合金めっき
に適用でき、本発明により例えば鋼帯のZnめっき、A
党−Zn合金めっきをはじめ、Co −Cr −Zn合
金めっき(例えば、1%Go−1%Cr −Zn合金め
っき)、AΩ−Mg−Zn合金めっき(例えば、5%A
n−0.6%Mg −Zn合金めっき)、Afi−3i
−Zn合金めっき(例えば、55%Afi−1.619
− %Si −Zn合金めっき)、Si −Al1合金めっ
き(例えば、10%5i−An合金めっき)、5n−P
b合金めっき(例えば、10%Sn −Pb合金めっき
)等を行うことができる。
また、以上の実施例では、銅帯(S)の片面に対しての
みめっき金属材(2)の供給を行っているが、銅帯両面
めっきの場合には、銅帯両側に装置(1)が配され、そ
れぞれの面に対するめっきが行われることは言うまでも
ない。なおこの場合、両面のめっきは、ライン方向の同
じ位置で行う必要はない。
また、本発明法において鋼帯両面にめっきを行う場合、
鋼帯両側に組成が異なるめっき金属材(2)を配するこ
とにより両面異種めっきを容易に実施することができる
。例えば、家電用等の外板素材として、片面(塗装用面
)にFe −Zn合金めっき皮膜を有し、他の片面(裸
面)にZnめっき皮膜を有する鋼板等を得ることができ
る。
なお、上記実施例では、いずれもめっき金属20− 材(2)は板状のものを用いたが、これに代え例えば粉
状等のものを用いてもよい。この場合でもめっき金属材
(2)は案内部(4)内に充填され、適当な送り手段に
よりノズル方向に送られる。
〔発明の効果〕
以上述べた本発明によれば、溶融金属浴を用いることな
く、金属ストリップに溶融金属によるめっき皮膜を連続
的に形成させることができ、めっき浴を用いる従来法に
比べ次のような利点が得られる。
(1)めっき浴を使用した場合のようなドロスの発生が
ないため、1lll#!rに付着する以外のめっき金属
の損失がない。
(2)ドロス、不純物等が表面に付着せず、外観が美麗
に保たれる。
(3)めっき金属を直接溶着させるため、めっき金属材
とほとんど同一の成分がめっきされ、めっき皮膜生成分
が均一化し、が且っ成分の制御が容易となる。
(4)浴中浸漬部品を使用する必要がなく、このため浸
食された機械部品の修理、交換のために操業を停止する
必要がない。
(5)浴中ロールを使用する必要がないため、ロールグ
ループの転写による外観の悪化がない。
(6)ボトムドロスやトップドロス排出、浴中への鋼板
の通板作業、浴中ロールの手入れ作業等が不要となり、
作業者の負担が著しく軽減する。
(7)各種の合金めっきを実施する場合にも、銅帯に供
給するめっき金属材を交換するだけでよく、浴替え、ポ
ットの移動等大がかりな作業を必要としないため容易に
各種のめっきが実施可能である。
(8)めっき金属材の配置や供給の態様、送給速度等を
選択、変更することにより、片面めっき、多層めっき、
両面差厚めつき、両面異種めっき等、各種形態のめっき
を容易に実施することができる。
また、このような利点に加え、固相のめっき金属材を送
給して直前でめっき目付分だけ溶融させ、これを金属ス
トリップに付着させる方式であるため、めっき材のハン
ドリングが非常に容易であり、まためっき付着量を固相
のめっき金属材の送給速度によりコントロールでき、こ
のため高度の付着量精度を確保することができる。
また、本発明は溶解しためっき金属材を超音波の作用に
より霧化させるため、従来のガスアトマイズ等に較べ非
常に微細な溶融めっき金属の液滴が得られ、これを金属
スI・リップ面に付着させることにより、極めて緻密で
加工性、特にプレス成形性に優れためっき皮膜が得られ
る。
また、本発明法ではガスアトマイズのように大量のガス
を必要としない利点もある。
加えて、液溜に放射する超音波をスキャンニングするた
め、溶融金属を高速で霧化することができ、高速めっき
或いは厚めつき時において、霧化金属を金属ストリップ
に対して大きな供給速度で供給することができる。また
、超音波を3− スキャンニングするため、めっき金属材をその厚さ方向
等で均一に溶解することができる。この結果、霧化した
各微小液滴の成分が均一化し、均一な成分のめっき皮膜
を得ることができ、また、めっき金属厚さ方向での溶解
不均一によるトラブルも適切に防止される。
さらに、めっき金属材供給装置と通板する金属ストリッ
プとの間隔を比較的広くとることができ、板の振動等に
影響されることなく均一なめっき皮膜が得られ、また板
とノズルとの衝突というようなトラブルも適切に防止で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例を示すもので、
第1図は縦断面図、第、2図は斜視図である。第3図は
一点集束型の超音波発生装置を用いた実施例を示す斜視
図である。第4図および第5図はそれぞれ本発明の他の
実施例を示す縦断面図である。 図において、(IA)〜(IC)はめっき金属材供給装
置、(2)はめっき金属材、(3)は超音波発生袋24
− 置、 (5)は開口、 (12)は液溜、 (13)は微小液滴、 (S)は銅帯である。 第 1 図 第 図 第 3図 第4 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  上部が開口しためっき金属材案内部を有するめっき金
    属材供給装置を用い、固相のめっき金属材を、前記案内
    部内でその開口方向に送りながらその先端側から順次溶
    解させることにより、前記開口内に溶融金属の液溜を形
    成し、この液溜に超音波をスキャンニングしつつ放射す
    ることにより溶融金属を霧化させ、該霧化による微小液
    滴を通板する金属ストリップに付着させることによりめ
    っき皮膜を形成させることを特徴とする金属ストリップ
    の溶融金属めっき方法。
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