(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯線径Ｄ0が０.１〜１.０ｍｍの鋼線を溶融Ａｌめっき浴に浸漬したのち気相空間に連続的に引き上げる方法で鋼線表面に溶融Ａｌめっきを施すにあたり、鋼線が引き上げられる浴面位置（めっき浴立ち上がり部）が接する気相空間を酸素濃度１０.０％以下の不活性ガス雰囲気とし、ライン速度をコントロールすることにより下記（１）式で表される平均径差δを０.０１０ｍｍ以上、且つ下記（２）式で表される最大断面積変動率Ｓを６０.０％以下とするＡｌめっき鋼線の製造法。
平均径差δ＝ＤA−Ｄ0  …（１）
最大断面積変動率Ｓ（％）＝（１−Ｄ02／ＤMAX2）×１００  …（２）
ここで、Ｄ0は鋼芯線の径（ｍｍ）、ＤA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（ｍｍ）、ＤMAXは同長手方向最大線径（ｍｍ）である。
【請求項２】
めっき浴立ち上がり部が接する気相空間を酸素濃度０.１％未満の不活性ガス雰囲気とする請求項１に記載のＡｌめっき鋼線の製造法。
【請求項３】
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、引き上げられる鋼線が通過する部分に開口部を持つ遮蔽体で大気環境から仕切るとともに、その遮蔽体で仕切られた気相空間内に不活性ガス成分を導入することにより、めっき浴立ち上がり部が接する気相空間の酸素濃度をコントロールする請求項１または２に記載のＡｌめっき鋼線の製造法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造法によって得られた溶融Ａｌめっき鋼線に対し、下記（３）式で表される減面率Ｒが５.０〜６０.０％となるように伸線加工を施すＡｌめっき鋼線の製造法。
減面率Ｒ（％）＝（１−ＤR2／ＤMAX2）×１００  …（３）
ここで、ＤRは伸線加工後の線径（ｍｍ）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２１９０２５号公報
【特許文献２】特開２００４−３６００２２号公報
【特許文献３】特開２００９−１７９８６５号公報
【特許文献４】特開２００９−１８７９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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０.１〜０.３ｍｍ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。
【００１０】
本発明は、細径の鋼芯線の表面に薄いＡｌめっき層を安定して効率的に形成させる手法、およびそれによって得られたＡｌめっき鋼線を伸線加工する手法を提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは詳細な検討の結果、溶融Ａｌめっき法において、鋼線が引き上げられる部分の浴面を覆う気相部の酸素濃度を低減することにより、線材長手方向におけるめっき付着量の分布が顕著に均一化されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち本発明では、芯線径Ｄ0が０.１〜１.０ｍｍの鋼線を溶融Ａｌめっき浴に浸漬したのち気相空間に連続的に引き上げる方法で鋼線表面に溶融Ａｌめっきを施すにあたり、鋼線が引き上げられる浴面位置（めっき浴立ち上がり部）が接する気相空間を酸素濃度１０.０％以下好ましくは０.１％未満の不活性ガス雰囲気とし、ライン速度をコントロールすることにより下記（１）式で表される平均径差δを０.０１０ｍｍ以上、且つ下記（２）式で表される最大断面積変動率Ｓを６０.０％以下とするＡｌめっき鋼線の製造法が提供される。
平均径差δ＝ＤA−Ｄ0  …（１）
最大断面積変動率Ｓ（％）＝（１−Ｄ02／ＤMAX2）×１００  …（２）
ここで、Ｄ0は鋼芯線の径（ｍｍ）、ＤA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（ｍｍ）、ＤMAXは同長手方向最大線径（ｍｍ）である。
【００１３】
上記において芯線径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。
【００１４】
めっき浴立ち上がり部が接する気相空間の酸素濃度をコントロールする手法として、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、引き上げられる鋼線が通過する部分に開口部を持つ遮蔽体で大気環境から仕切るとともに、その遮蔽体で仕切られた気相空間内に不活性ガス成分（例えば窒素）を導入する手法を採用することができる。
【００１５】
また本明細書では、上記の製造法によって得られた溶融Ａｌめっき鋼線に対し、下記（３）式で表される減面率Ｒが５.０〜６０.０％となるように伸線加工を施すＡｌめっき鋼線の製造法が提供される。
減面率Ｒ（％）＝（１−ＤR2／ＤMAX2）×１００  …（３）
ここで、ＤRは伸線加工後の線径（ｍｍ）である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、細径の鋼芯線の周囲に薄目付のＡｌめっき層が形成され、長手方向の線径およびＡｌめっき層厚さが均一化されたＡｌめっき鋼線を、工業的に生産性良く製造することが可能となる。このＡｌめっき鋼線を伸線加工したものは、特に高周波信号を伝送するための信号ケーブル素線として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】長手方向平均めっき層厚さに及ぼす「ライン速度」と「めっき浴立ち上がり部が接触する気相空間の酸素濃度」の影響を例示したグラフ。
【図３】長手方向最大線径ＤMAXに及ぼす「ライン速度」と「めっき浴立ち上がり部が接触する気相空間の酸素濃度」の影響を例示したグラフ。
【図４】大気雰囲気および酸素濃度０.１％未満の窒素ガス雰囲気中に鋼線を引き上げた場合の、長手方向最大線径ＤMAXに及ぼすライン速度の影響を例示したグラフ。
【図５】溶融Ａｌめっき鋼線の長手方向における線径分布を測定したプロファイルを例示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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から気相空間２へと引き上げられ、その引き上げ過程でめっき層が凝固して溶融Ａｌめっき鋼線となり、巻取装置５２によって巻き取られる。
【００１９】
本発明のＡｌめっき鋼線の製造法において、鋼線３は、溶融Ａｌめっき浴１から引き上げられる際に、酸素濃度が低い不活性ガス雰囲気の気相空間８中に引き上げられる。具体的には酸素濃度が１０.０％以下に低減されている不活性ガス雰囲気の気相空間８中に引き上げられることによって、Ａｌめっき付着量の線材長手方向のバラツキが非常に小さくなり、安定して薄目付のＡｌめっき鋼線を得ることが可能となる。
【００２０】
一般的にライン速度（鋼線３の引き上げ速度）が速くなるほど平均的なめっき付着量は増大する傾向にあるが、同時に長手方向のめっき付着量の変動が大きくなり、後工程の伸線加工によって線径を整えたときに長手方向の材質が均等なＡｌめっき鋼線を得ることが難しくなる。このような材質の不均一さは線材の局所的な強度不足を招くだけでなく、安定した高周波伝送性を得る上でも好ましくない。ところが、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）が酸素濃度の低い不活性ガス雰囲気に覆われているとき、長手方向におけるめっき付着量の変動が抑制され、ライン速度を向上させることが可能になるのである。そのメカニズムについては現時点で未解明の部分が多いが、めっき浴立ち上がり部５の周囲の浴面（不活性ガス雰囲気に覆われている浴面部分６）における酸化膜の生成が抑制され、鋼線３に随伴して引き上げられる溶融Ａｌの粘性が低下することが主たる要因として考えられる。
【００２１】
気相空間２に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。
【００２２】
気相空間２は大気雰囲気とすればよいが、めっき浴１から先ず不活性ガス雰囲気の気相空間８中へ引き上げるためには、めっき浴立ち上がり部５を含む浴面（符号６の部分）およびその浴面が接する気相空間（符号８の部分）を、引き上げられる鋼線３が通過する部分に開口部７を持つ遮蔽体４で大気環境から仕切るとともに、その遮蔽体４で仕切られた気相空間内に窒素、アルゴン等の不活性ガス成分を導入すればよい。不活性ガス成分はガス供給装置５７からガス供給管５６によって遮蔽体４で仕切られた気相空間内に送り込むことができる。
【００２３】
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。
【００２４】
めっきに供する鋼線３としては、直径０.１〜１.０ｍｍの鋼芯線を芯材に持つものが対象となる。０.１ｍｍ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。
【００２５】
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＝ＤA−Ｄ0  …（１）
δの上限については後述（２）式の最大断面積変動率Ｓによって溶融めっき鋼線の最大線径が制約を受けるので特に定める必要はないが、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。
【００２６】
ここで、Ｄ0は鋼芯線の径（芯線径）、ＤA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。溶融Ａｌめっきに供する鋼線は一様な線径に調整されたものが適用されるので、芯線径Ｄ0は長手方向に均一であるとみなすことができる。一方、溶融Ａｌめっき後の線径は長手方向にある程度のバラツキが生じる。そのため、溶融Ａｌめっき鋼線の線径としては長手方向の平均線径ＤAを採用する。ＤAは、同一条件の伸線加工に供する部分の全長にわたって測定される線径の平均値を採用すればよい。
【００２７】
図２に、芯線径Ｄ0が０.２０ｍｍの鋼線に溶融Ａｌめっき（Ｓｉ＝０％）を施した場合の、長手方向平均めっき層厚さに及ぼす「ライン速度」と「めっき浴立ち上がり部が接触する気相空間の酸素濃度」の影響を例示する。この平均めっき層厚さは概ね上述した平均径差δの１／２に相当する。芯線径Ｄ0が同一である場合、溶融めっき鋼線の平均めっき層厚さ（平均径差δ）は気相空間の酸素濃度にそれほど依存しないことがわかる。ただしライン速度が小さくなるとδは急激に低下することがある。したがって、安定して０.０１０ｍｍ以上のδ値を確保するためにはライン速度のコントロールが必要である。
【００２８】
図３に、図２の各例について、長手方向最大線径ＤMAXに及ぼす「ライン速度」と「めっき浴立ち上がり部が接触する気相空間の酸素濃度」の影響を例示する。平均めっき層厚さは約７〜１３μｍの範囲に収まっていることから（図２）、ＤMAXが大きいほど溶融めっき鋼線の長手方向における線径のバラツキが大きいと捉えることができる。すなわちＤMAXは溶融めっき鋼線の線径の長手方向バラツキを表す指標であると見ることができる。図３からわかるように、気相空間の酸素濃度が高くなると溶融めっき鋼線の最大線径ＤMAXは増大する傾向にある。また、ライン速度を低くすると酸素濃度１０.０％でもＤMAXは低い値に収束してくる。これらのことから、めっき層厚さの変動の少ない溶融Ａｌめっき鋼線をできるだけ高いライン速度で効率的に生産するためには、めっき浴立ち上がり部５が接触する気相空間の酸素濃度を低下させることが極めて効果的であることがわかる。発明者らによる多くの実験データによれば、当該気相空間の酸素濃度を１０.０％以下とすれば芯線径Ｄ0が０.１〜１.０ｍｍの鋼線において線径の長手方向バラツキが十分に小さいものを製造するライン速度の条件を見出すことができる。
【００２９】
図４に、めっき浴立ち上がり部が接触する気相空間が大気（酸素濃度約２１％）である場合と酸素濃度０.１％未満の窒素ガス雰囲気である場合について、長手方向最大線径ＤMAXに及ぼすライン速度の影響を例示する。いずれも芯線径Ｄ0が０.２０ｍｍの鋼線に溶融Ａｌめっき（Ｓｉ＝０％）を施した場合のデータである。気相空間の酸素濃度を０.１％未満にまで低減すると、種々のライン速度で長手方向バラツキが極めて小さい溶融Ａｌめっき鋼線を安定して製造できることがわかる。
【００３０】
図５に、図２、図３の例のうちライン速度８０ｍ／ｍｉｎおよび１６０ｍ／ｍｉｎのいくつかについて、溶融Ａｌめっき鋼線の長手方向における線径分布を測定したプロファイルを例示する。これらは、ライン内において、線径測定装置を用いて連続的に記録した溶融Ａｌめっき鋼線の線径データの２０ｍにわたる部分を表示したものである。各グラフの横軸が長手方向位置を表し、グラフ左端から右端までが２０ｍに相当する。溶融Ａｌめっき鋼線の長手方向線径バラツキは、気相空間の酸素濃度およびライン速度に依存することがわかる。
【００３１】
溶融Ａｌめっき鋼線の長手方向線径バラツキが大きくなると、伸線加工により線径を整えた場合に断面に占める鋼芯線の割合が長手方向で著しく変動するようになり、また、伸線加工時に破断等のトラブルを招く要因となる。ただし、伸線加工に伴うこれらの問題は単にＤMAXの値だけで整理できるのではなく、溶融Ａｌめっき鋼線の断面積の長手方向変動を考慮に入れる必要がある。そこで本発明では下記（２）式により表される最大断面積変動率Ｓを伸線加工性の指標として採用する。
最大断面積変動率Ｓ（％）＝（１−Ｄ02／ＤMAX2）×１００  …（２）
この（２）式に適用するＤMAXは、同一条件の伸線加工に供する部分の全長にわたって測定される線径の最大値を採用すればよい。
【００３２】
詳細な検討の結果、最大断面積変動率Ｓが６０.０％を超えると、伸線加工に供して一定の線径とした場合、伸線前の径が大きい部分で鋼芯線の断面積が小さくなるので、伸線加工後の線材においてその部分の引張強度が低下して問題となりやすい。最大断面積変動率Ｓは５０.０％以下であることがより好ましい。最大断面積変動率Ｓはめっき浴立ち上がり部５が接触する気相空間の酸素濃度を前述のように調整した上で、ライン速度をコントロールすることによって調整することができる。
【００３３】
以上のようにして得られた溶融Ａｌめっき鋼線は、伸線加工に供され、表面性状の平滑化および線径の調整が行われる。その際、下記（３）式で表される減面率Ｒが５.０〜６０.０％となるように伸線加工を施すことが好ましい。
減面率Ｒ（％）＝（１−ＤR2／ＤMAX2）×１００  …（３）
ここで、ＤRは伸線加工後の線径（ｍｍ）である。
【００３４】
減面率Ｒが５.０％未満だと表面性状の平滑化が不十分となる。１０.０％以上の減面率を確保することがより好ましい。一方、減面率Ｒが６０.０％を超えるような伸線加工を行うとダイスで断線しやすくなる。なお、本発明に従って得られた溶融Ａｌめっき鋼線は（２）式の最大断面積変動率Ｓが６０.０％以下に抑えられていることから、（３）式の減面率Ｒを６０.０％以下とする伸線加工に供することによって少なくとも元の芯線径Ｄ0と等しい線径まではＡｌめっき鋼線の線径を縮減することができることになる。
【実施例】
【００３５】
図１に示した構成の溶融Ａｌめっき装置により種々の条件で溶融Ａｌめっき鋼線を製造した。各例とも、めっきに供した鋼線の全長は約１００ｍである。不活性ガスとして窒素を使用し、遮蔽体４内の空間に導入する窒素含有ガス（酸素含有量０〜３体積％）の酸素含有量、ガス流量、および開口部７の位置・大きさにより、めっき浴立ち上がり部５が接触している気相空間の酸素濃度を調整した。一部の例では大気雰囲気とした。前記気相空間の酸素濃度は、めっき浴立ち上がり部５の近傍のガスをガスサンプリング管により採取し、測定した。溶融Ａｌめっき後の鋼線について、上述の方法によりライン内にて図５に示したのと同様の線径プロファイルを記録し、そのデータに基づいて長手方向最大線径ＤMAXを算出した。このＤMAXと芯線径Ｄ0を前記（２）式に代入して最大断面積変動率Ｓを求めた。溶融Ａｌめっきに供する鋼線、溶融Ａｌめっき条件、長手方向最大線径ＤMAX、および最大断面積変動率Ｓを表１にまとめて示す。なお、各例とも（１）式により求まる平均径差δは０.０１０〜０.０６０ｍｍの範囲に収まっていた。
【００３６】
【表１】
0005641756.tif 000002
【００３７】
表１からわかるように、めっき浴立ち上がり部が接触している気相空間の酸素濃度を１０.０％以下とした上でライン速度をコントロールすることにより、最大断面積変動率Ｓが６０.０％以下の溶融Ａｌめっき鋼線を得ることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    溶融Ａｌめっき浴
２    気相空間
３    鋼線
４    遮蔽体
５    めっき浴立ち上がり部
６    不活性ガス雰囲気に覆われている浴面部分
７    開口部
８    不活性ガス雰囲気の気相空間
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    ガス供給管
５７    ガス供給装置
５８    リール
【図１】
0005641756.tif 000003
【図２】
0005641756.tif 000004
【図３】
0005641756.tif 000005
【図４】
0005641756.tif 000006
【図５】
0005641756.tif 000007