JPH03207844A - 高速溶融メッキにおける均一メッキ方法 - Google Patents

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、金属帯に被覆金属を高純度に高速で溶融メッ
キする方法に関するもので、特に自動車用、建築用、電
気機器用、缶用の材料として広く用いられるＺｎ，　ｊ
ｌｊ，　Ｓｎ，　Ｐｂおよびこれら金属の合金を被覆し
た調帯（鋼板）の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来の溶融メッキ方法は、調帯を還元性ガスの雰囲気中
で加熱することにより表面を清浄化した後、被覆したい
金属の溶融浴に導いて浸漬メッキしその後、メッキ浴よ
り引き上げて、直後にスリット状のノズルにより噴射す
る気体で過剰に付着した溶融金属を除去し付着量を制御
するもの、或は片面だけを溶融金属に接触させた後噴射
気体により過剰の溶融金属を除去し付着量を制御するも
のがある。この様な浸漬メッキはＺｎメッキ、Ｍメッキ
およびターンメッキに代表されるように今日、一般に広
く使用される素材の製造法として採用されている。

これらの方法の欠点は、鋼帯がメッキ浴中を通過する際
、調帯の一部がメッキ浴中に溶出し、この溶出した大部
分のＦｅはその後、浴戒分と金属間化合物を形成して、
浴中に浮遊し、いわゆる浮遊ドロスとなる。この浮遊ド
ロスはメッキの際メッキ層中に混入し製品の外観や耐食
性、加工性などを低下させていた。次にメッキ浴の容量
については鋼帯をボットロールでメッキ浴中に導入し浸
漬できる程の大容量が必要である。

従来この大容量にしたメッキ浴の浴組或を変更する場合
、特に大幅に変更して製品品種を切り替える場合は、メ
ッキ浴の一部を汲み出して、メッキ金属や添加金属を補
給もしくは添加する必要がある。このため多大の費用、
時間、労力を必要とするので、単一のメッキラインで製
造できる製品の種類には限界があった。また浸漬時間が
長いので金属と鋼板が反応して、加工性を劣化させる脆
い合金層が厚く形成されるため、メッキ浴に添加元素を
加えて合金層を薄くする手段が採られてきたが、今日の
様にメッキ鋼板の加工の程度が厳しくなると限界が生し
ている。さらに空気中の酸素と溶融金属が反応して酸化
ドロスが発生して溶融金属を無駄に消費するとともに調
帯表面に付着して製品の外観を損なっている。

次に、メッキ付着量の制御は前述のごとく気体絞り法に
より行うことが一般的であるが、ラインスピードが１　
６　０　ｍ／ｗｉｎ以上になると絞り落とされた金属が
激しく飛散しスプラッシュとなって調帯に付着したり、
銅帯により持ち上げられるメッキ金属量も多くなってド
ロスの発生量が多くなり、高速化には限界があった。

特公昭５７−２４０６６号公報に開示されている、溶融
金属をロールコート方式で塗布してメンキする方法によ
れば、浴＃Ｊｌ戒切り替えには有利であるがメッキ浴の
汚染、高速化の問題は解決できない。

米国特許第３．２０１．２７５号明細書にも溶融メッキ
に適用した場合に上記の問題解決となる方法が開示され
ているが、この方法はコーティングノズルより液面が低
い樹脂溶液から毛細管現象で樹脂溶液を吸い上げ、コー
ティングノズルに樹脂溶液のメニスカスを形成しテープ
と接触させることによりコーティングを行っている。こ
の方法を溶融メッキに適用しようとすると、次のような
問題点が生じる。毛細管現象により溶融金属を吸い上げ
るためには、管の壁が溶融金属と濡れ性が良いことが必
要であり、この様な材質のものでは同時に溶融金属と反
応してしまい吸い上げる途中で溶融金属を汚染するとと
もに毛細管を閉塞してしまう。

また溶融金属は、樹脂溶液と比較すると比重が大きいの
で、円滑な吸い上げが困難で金属帯の走行速度が速くな
ると溶融金属の供給が不足し被覆ができなくなる。とこ
ろで高速通板時には走行金属帯に付随する雰囲気が高速
でメニスカス部に衝突し気体をメニスカスに巻き込むた
め、形戒された被覆層は、連続したものではなく使用に
耐えないものとなる。

特開昭６１−　２０７５５５号公報には上記問題点を解
決する手段として以下の方法の開示がある。ノズルの開
口部に溶融金属のメニスカスを形成して、そのメニスカ
スに金属帯を接触させながら金属帯を走行させると開口
部からの溶融金属流出量は自由流出の場合より多く連続
操業でのメッキ付着量を容易に制御できる。この溶融金
属流出量は溶融金属の濡れ付着力によりもたらされるも
ので、走行する銅帯の速度に応して付着量は一定に制御
される。ところが、金属帯とノズル開口部との距離を調
整してメッキ付着量を制御する場合、メッキ付着量は金
属帯とノズル開口部との距離がある値を境にして急激に
変化し、しかもその前後ではあまり変化しない傾向があ
る。このため制御の安定上金属帯とノズル開口部の距離
はメッキ付着量の大きく変動しない領域にするしかなく
、目的のメッキ付着量に設定できない欠点があった。そ
こで特開昭６１−２３５５５０号公報に開示されている
ごとく、メッキ用ノズル開口部内部のせきが突設された
部分の隙間を一定に保持した状態で、開口部を部分的に
閉鎖して、溶融金属が通過できる面積を狭め、溶融金属
の吸い出され量を制御する方法がある。

具体的にはせきを隙間方向に個々に摺動可能な複数の分
割体より構威して、その一部を等間隔て隙間方向に下ろ
す方法であるが幅方向での流出速度を精度良く一定に制
御することが困難でありまた、ノズルの間隙０．　６　
ｍｍが熱歪等により変化し輻方向の付着量バラツキが生
した場合には修復する手段がなく、実際に操業すること
は困難である。ところで高速通板時に金属帯に付随して
搬送される雰囲気はメニスカスに衝突し巻き込まれ、不
連続被膜が形成される点については前記米国特許明細書
記載の方法と同様に問題である。

特開昭５９　−　６７３５７号公報にはアモルファスリ
ボンの製造方法に着眼して溶融金属をスリット状ノズル
または多孔ノズルを通して回転ディスクの代わりに走行
する銅板上に吹き付け、吹き付けられた溶融金属を鋼板
によって冷却し、そのまま被覆金属とする方法が開示さ
れている。具体的には溶融金属を入れた容器をドラム上
を走行する鋼板の上方に設置し、溶融金属の入った容器
にはスリット状ノズルあるいは多孔ノズルを付けておき
、ノズル先端と板との間隔を近接させ、通常ｌｍ以下と
する。溶融金属の流出速度はヘッドの高さあるいはＡｒ
等の不活性ガスによる加圧方弐によって制御される。こ
の方法においても、幅方向での均一目付けに対しては溶
融金属の流出速度の幅方向のバラッキがそのまま幅方向
における目付け量のバラッキとなるため、その制御がこ
の方法の最も重要な点であるがこの点についての開示は
な＜実操業は困難である．また高速で走行する金属帯に
付随して搬送される雰囲気気体が溶融金属と金属帯の間
のメニスカス部に衝突し巻き込まれて不メッキの原因と
なり、連続被膜を得ることは困難で高速化には限界があ
る。この様なことはＴダイ法による溶融樹脂の押し出し
時にも経験されるところであり、雰囲気気体を除去する
こと即ち真空化も考えられるが、連続ラインでは差動排
気システムの様な高価な設備費が必要となり、また高速
化により益々排気容量が増えるため工業的に採用する事
は困難である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上に述べた従来技術における問題を解決し、
高速操業においても均一な金属被覆層を形成することが
できるメッキ法を提供することを目的としてなされた。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは高速溶融メッキにおけるメッキ金属の付着
量制御方法及び雰囲気気体の巻き込み防止方法ついて種
々検討の結果、本発明を完威させた。すなわち、走行す
る金属帯の面に対してノズルを配置して該ノズルの開口
部を金属帯に極めて接近させるとともにノズルに溶融金
属を静圧により供給して開口部に溶融金属の液溜りを形
成し溶融金属と金属帯との表面張力、溶融金属の粘性、
金属帯の走行速度により決まるメニスカスの形状を該ノ
ズルの金属帯走行方向下手に併設した幅方向連続スリッ
トあるいは分割スリットまたは幅方向に並ぶ多孔から噴
出する不活性ガスの圧力を制御することにより所望の付
着量が得られるように制御し、さらに該ノズルの銅帯走
行方向上手に併設した幅方向のスリットあるいは幅方向
に並ぶ多孔から、金属帯の走行に付随して移動する気体
を吸引する高速溶融メッキにおける均一メッキ方法を開
発したものである。

本発明においてＺｎ，　ｆｉＪ，　Ｓｎ，　Ｐｂまたは
これら各金属の合金系金属の溶融金属ｌ１を入れた容器
１を走行する金属帯、例えば綱帯２の面に対して設置し
、調帯の反対面には支持ロール３を設置する。溶融金属
の入った容器１にはスリット状ノズルアルイは多孔ノズ
ル４を付け、ノズル先端と調帯との間隔は近接させ通常
１ｍａ＋以下とする。溶融金属の流出速度はヘッドの高
さあるいは窒素等の非酸化性ガス１０による加圧などの
静圧によって制御する。またノズルには溶融金属押し出
し用のスリットあるいは多孔４の他、銅帯進行方向下手
側に非酸化性ガス噴射用のスリットまたは多孔５を設鷹
する。このスリット５は調帯幅方向に連続的に延在せし
めガス圧力を制御するか分割し各々が独立にガス圧制御
できる様にする。多孔５も鋼帯幅方向に配置し各々独立
にガス圧力を制御できる様にする。付着量を制御する上
でスリット５の間隙あるいは多孔５の径は重要な因子で
あるが操業中に付着量を見ながら制御できるものではな
い。一方、本発明者等は付着量を左右する要因を種々検
討した結果、鋼帯とノズル間に形成されるメニスカスの
形状６が付着量と密接な関係を有することを知見をした
。すなわちメニスカスの形状６が調帯側へ押し付けられ
た状態７になると付着量が多くなる。板温が低く、押し
出された溶融金属がメニスカス部で速やかに凝固する場
合は、付着量は鋼板走行速度と溶融金属押し出し速度で
一義的に決まるが、板温が高く溶融金属がメニスカス部
で溶融状態を維持する様な、本発明が対象とするケース
では付着量の決定因子は溶融金属の濡れ力と粘性による
流速分布である。濡れ力は使用する溶融金属の種類と鋼
板表面の活性度により決まるもので、操業中に任意に制
御できる因子ではない。一方、メニスカス内部の溶融金
属の流速分布はメニスカスの形状となって現れ、これを
制御することはすなわちメニスカス内の流速分布を制御
することとなる。噴射ガスにてメニスカスを鋼板側へ押
し付けることは鋼板走行速度戒分を持つ溶融金属流の層
を厚くすることになり、厚いメッキ層を得ることにつな
がる．溶融金属の押し出し速度は、この場合、二次的に
決まる要因となる。

このメニスカスの形状を制御するため非酸化性ガス噴射
用スリットあるいは多孔から非酸化性ガスをメニスカス
に向かって噴射しそのガス圧を制御することにより付着
量を制御する。銅帯幅方向において付着量がバラック場
合には銅帯輻方向に分割したスリットあるいは孔からの
各々のガス圧を独立に変化させ付着量を均一化する。こ
の制御は、操業中随意に行えるため実操業に適した制御
方法である。

また、ノズルには銅帯通板方向上手側に銅帯表面で搬送
される雰囲気気体１２を吸引するスリットまたは多孔１
３を設置する．この吸引ノズル１３は銅帯表面近傍を減
圧状態にするためのものでなく溶融金属押し出し用ノズ
ル４と吸引ノズル１３間において雰囲気気体を鋼帯走行
方向に対して逆方向に移動させることを目的としており
、真空蒸着における様な差動減圧機構及び大きなポンプ
容量を必要としないところに特徴がある。銅帯走行方向
に対して逆方向に移動する雰囲気気体はメニスカスに巻
き込まれることがなくなり、高速メッキが可能となる。

溶融金属と調帯との濡れ性はメッキ密着性を確保するた
めに必要であり鋼帯表面の清浄度が重要である。これは
公知の方法、たとえば還元性雰囲気中での加熱や脱脂、
酸洗等の予備処理、フラックス塗布等を利用できる．さ
らに調帯の温度を溶融金属の融点以下に加熱することも
必要であり、これも溶融メッキの常法である。

次に実施例により本発明を説明する． （実施例） 第１図（ａ）．（ｂ）は本発明の実施方法の１例を示す
もので、鋼帯２は還元性ガス雰囲気中で加熱して、表面
を清浄にしたもので水平方向に走行する場合と垂直方向
に走行する場合のノズルの配置例を併記してある。支持
ロール３で鋼帯２の走行を安定化させ、対向する面に溶
融金属押し出し用ノズル４を設置する。同じ面の鋼帯２
の走行方向下手側に非酸化性ガス噴出用のノズル５を調
帯幅方向に連続とするか分割して設置する。さらに同し
面の綱帯２の走行方向上手側に銅帯が搬送する雰囲気気
体を吸引するノズルｌ３を綱帯幅方向に連続とするか分
割して設置する。これらのノズル４、５、１３は鋼帯２
に近接させるとともに溶融金属押しだし用ノズル４の基
部に溶融金属容器ｌを接続し溶融金属容器１より溶融金
属をノズル４に供給する。銅帯幅方向に分割された非酸
化性ガス噴射用ノズル５へは各々独立にバルブ８、圧力
計９を設けたガス配管を接続し、鋼帯幅方向のガス圧を
付着量に応じて加減する。また吸引ノズル１３には排気
ポンブ１４からの配管１５を接続する。

次に綱帯２に溶融アルミニウムメッキと溶融亜鉛メッキ
を施した場合を説明する。

溶融アルミニウムメッキの場合は鋼帯２として厚さ０．
　８閣、幅５００ｍｎｉのものを用い、溶融金属押し出
し用ノズル４の開口部の隙間が０．　７−で幅４９０ｍ
のものを用いた。同様に非酸化性ガス噴出用ノズル５は
開口部の隙間０．　８　ｗｍ、幅４９０■のもので銅帯
幅方向に１０分割したものを用いた．また雰囲気気体吸
引ノズル１３は開口部の隙間０．８鴫、幅４９０閣のも
のを用いた。メッキは、ｍ帯２と溶融金属押しだし用ノ
ズル４の先端との距離０．９閣、非酸化性ガス噴出用ノ
ズル５の先端との距離１．５皿、雰囲気気体吸引ノズル
１３の先端との距離１．５ｍｍとして行った。溶融金属
の押し出しは窒素ガスで２２０ａｎＡｑの圧力をかけ、
溶融金属容器内の溶融金属浴面高さの減少に応して圧力
７８０ｍｍＡｑまで上げて押し出し、流出速度が一定と
なる様に制御した。浴面高さと押し出し圧力の関係を第
２図に示す。非酸化性ガスの噴出圧力と付着量の関係を
第３図に、幅方向のガス圧分布と幅方向の付着量分布の
関係を第４図に示した。

これらの関係から任意の付着量を幅方向に均一に得るこ
とができた。また、雰囲気気体の吸引速度とメッキ後の
気体巻き込みによる不メッキ面積率の関係を第５図に示
した。この関係から気体巻き込みのない正常なメッキを
高速で得ることができ、上記付着量制御とあわせて高品
質な溶融メッキ鋼板を高能率で得ることができた．尚、
溶融アルξニウムの温度６７０℃、支持ロール３の位置
での鋼帯２の温度８００℃、鋼帯２の走行速度３００〜
６　０　０　ｍ／ｗｉｎの条件でメッキを行なった。

その結果、金属間化合物のドロスの巻き込みのないメッ
キ層が得られ、表面も酸化ドロスのない美麗な外観とな
った。合金層は０．２ｎ以下で、絞り．しごき加工に十
分耐える加工性に優れた溶融メッキ鋼板を得ることがで
きた。また次に示す溶融亜鉛メッキへの切り替え作業も
別に用意したノズルへ切り替えることにより簡便に行う
ことができた。

次に溶融亜鉛メッキの場合は鋼帯２として厚さ０．５ｍ
＋，　＋＝５０　０１１１＜７）ものを用い、ｍｓ金ｍ
押し出し用ノズル４の開口部の隙間が０．　６　ｔｍで
幅４９０ｍｍのものを用いた．同様に非酸化性ガス噴出
用ノズル５は開口部の隙間０．８ｍ、幅４９０ａｍのも
ので調帯幅方向に連続スリットのものを用いガス導入配
管を幅方向に１０本用いガス圧を制御した。また雰囲気
気体を吸引するためのノズル１３は開口部の隙間０．８
ｍｍ，幅４９０ｍｍのものを用いた。メッキは、鋼帯２
と溶融金属押し出し用ノズル４の先端との距離０．８ｍ
ｍ，鋼帯２と非酸化性ガス噴出用ノズル５の先端との距
離を１．　５　ｍｍとし、鋼帯２と雰囲気気体吸引ノズ
ル１３の先端との距離を１．５ｍとして行った。溶融金
属の押し出しは窒素ガスで６００ｍｍＡｑの圧力をかけ
、溶融金属容器内の溶融金属浴面高さの減少に応じて圧
力２０４０ｍｍＡｑまで上げて押し出し、流出速度が一
定となる様に制御した。浴面高さと押し出し圧力の関係
を第６図に示す。非酸化性ガスの噴出圧力と付着量の関
係を第７図に、幅方向のガス圧分布と幅方向の付着量分
布の関係を第８図に示した。これらの関係から任意の付
着量を幅方向に均一に得ることができた。さらに雰囲気
気体吸引速度とメッキ後の気体巻き込みによる不メッキ
面積率の関係を第９図に示した。この関係から気体巻き
込みのない正常なメッキを高速で得ることができ、高品
質な溶融メッキ鋼板を高能率で得ることができた。尚、
溶融亜鉛の温度４６０℃、支持ロール３の位置での鋼帯
２の温度４００゜Ｃ１鋼帯２の走行速度３００〜６　０
　０　ｍ／ｍｉｎの条件でメッキを行なった。

その結果、金属間化合物のドロスの巻き込みのないメッ
キ層が得られ、表面も酸化ドロスのない美麗な外観とな
った。合金層は０．１ｎ以下でプレス加工に十分耐える
加工性に優れた溶融メッキ鋼板を得ることができた。

（発明の効果） 最近の溶融アルξニウムメッキラインや溶融亜鉛メッキ
ラインは自動車、建材、を中心に益々生産量が増え、そ
れに応じてライン速度は益々速くなると同時にメッキ後
の立ち上がり高さは益々高くなる傾向にあり建設費コス
トは高くなる。一方品種の多様化に伴い、同一ラインで
の品種切り替えロスも多くなる一方である。さらに品質
上の要求レベルも益々高度になりドロス付着防止はもち
ろん、付着量の均一化、加工性の向上が強く要求されて
いる．本発明の方法によれば以上の問題点を一挙に解決
できるとともに他の分野、例えば有機樹脂溶液の高速コ
ーティングにも応用できる長所を持ち、将来の表面処理
方法を指向する画期的な価値のある方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）．　（ｂ）は本発明によるメッキ法の一例
を示す図である。 第２図は溶融アルミニウムメッキ時の押し出し圧力、容
器内浴面高さと押し出し流出速度の関係を示す図である
。 第３図は溶融アルミニウムメッキ時の非酸化性ガスの噴
出圧力と付着量の関係を示す図である。 第４図は溶融アルミニウムメッキ時の鋼板幅方向の非酸
化性ガスの噴出圧力分布と幅方向の付着量分布の関係を
示す図である。 第５図は溶融アルミニウムメンキ時の雰囲気気体の吸引
速度とメッキ後の気体巻き込みによる不メッキ面積率の
関係を示す図である。 第６図は溶融亜鉛メッキ時の押し出し圧力、容器内浴面
高さと押し出し流出速度の関係を示す図である。 第７図は溶融亜鉛メッキ時の非酸化性ガスの噴出圧力と
付着量の関係を示す図である。 第８図は溶融亜鉛メッキ時の鋼板幅方向の非酸化性ガス
の噴出圧力分布と幅方向の付着量分布の関係を示す図で
ある。 第９図は溶融亜鉛メッキ時の雰囲気気体の吸引速度とメ
ッキ後の気体巻き込みによる不メ・ンキ面積率の関係を
示す図である． １・・・溶融金属の容器、２・・・鋼帯、３・・・支持
ロール、４・・・溶融金属押し出し用ノズル、５・・・
非酸化性ガス噴出用ノズル、６・・・メニスカスの形状
、７・・・メニスカスが調帯側へ押し付けられた状態、
８・・・非酸化性ガス噴出圧力制御用バルブ、９・・・
非酸化性ガス圧力計、１０・・・溶融金属押上用非酸化
性加圧ガス、１１・・・溶融金属、１２・・・雰囲気気
体、１３・・・銅帯が搬送する雰囲気気体の吸引ノズル
、１４・・・雰囲気気体の排気ボンブ、１５・・・吸引
配管。 第 ２ 図 第３ 図 噴射力゛ス圧（ｑｊ／ｃｘ”） イ寸４１＃ＪＫミクロン），０プ電身士王５０ん去Ｃイ
醜イ〕第 ５ 図 ラインスピード（ｍ／ｍｉｎ　） 第６図 ノス゛ノν一渇耐閃距離（ｍｍ） 第 ７ 図 噴討ガ入圧（ｂｙ（沿ｍ２ノ 付４１レｆ（ミクロン占｛責１も王，５０々邦クジｆ〕
第９図 ラインスどーＦ（り伽ｉｎ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　走行する金属帯の面に対してノズルを配置して該ノズ
   ルの開口部を金属帯に極めて接近させるとともにノズル
   に溶融金属を静圧により供給して開口部に溶融金属の液
   溜りを形成し溶融金属と金属帯との表面張力、溶融金属
   の粘性、金属帯の走行速度により決まるメニスカスの形
   状を該ノズルの金属帯走行方向下手に併設した幅方向連
   続スリットあるいは分割スリットまたは幅方向に並ぶ多
   孔から噴出する不活性ガスのガス圧を制御することによ
   り所望の付着量が得られるべく制御し、さらに該ノズル
   の金属帯走行方向上手に併設した幅方向のスリットある
   いは幅方向に並ぶ多孔から金属帯の走行に付随して移動
   する気体を吸引することを特徴とする高速溶融メッキに
   おける均一メッキ方法。