(57)【要約】【課題】金属線の表面をめっきで被覆する際に、その界面における接着性を向上させる。【解決手段】金属線をノズル１１のプラズマ発生室１１ｃから噴射口１１ｄにかけて走行させつつ、ノズル１１と電極１２の間に電圧をかけてプラズマ発生室１１ｃ内で直流アークを発生させる。プラズマ発生室１１ｃにガス供給路１３を通じて作動ガスを供給し、プラズマ化させる。プラズマ化した作動ガスを、噴射口１１ｄで流路を絞ることでプラズマジェット化させる。ここに粉体供給路１４を通じて粉状の溶射材料を供給し、それが溶融した状態で金属線２１に対しプラズマジェットの噴射力で高速で衝突付着させ、めっき層２２を形成する。【選択図】図１
2014145120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間としてのプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室から外面へと延びる噴射口と、外面から前記プラズマ発生室の前記噴射口とは逆側へと通じる走行孔と、を有し、前記走行孔からプラズマ発生室を経て噴射口へと向けて金属線を走行させることが可能なノズルと、
少なくとも前記ノズルのプラズマ発生室内に配置されて、前記ノズルとの間に電圧をかけて直流アークを発生させることが可能な電極と、
前記ノズルのプラズマ発生室内に、前記直流アークによりプラズマ化する作動ガスを供給可能なガス供給路と、
前記ノズルのプラズマ発生室内に、前記プラズマ化した作動ガスが前記噴射口からプラズマジェットとして噴射される際に溶融して前記走行する金属線へと付着する粉状の溶射材料を供給可能な粉体供給路と、を備える金属線のプラズマ溶射めっき装置。
【請求項２】
前記ノズルの外部に配置されて、前記金属線との接触によりその金属線を帯電させる帯電ローラをさらに備え、
前記電極は、前記帯電ローラにより帯電されて前記ノズルのプラズマ発生室内に位置する前記金属線である請求項１に記載の金属線のプラズマ溶射めっき装置。
【請求項３】
金属線を走行させるステップと、
前記金属線の周囲に陰極と陽極を設けその間に電圧をかけて直流アークを発生させるステップと、
前記直流アーク発生箇所に作動ガスを供給してその作動ガスをプラズマ化するステップと、
前記プラズマ化した作動ガスを前記走行する金属線に沿って流路を絞ることでプラズマジェット化するステップと、
前記プラズマジェットに対して粉状の溶射材料を供給してこれを溶融させ前記走行する金属線に付着させるステップと、を含む金属線のプラズマ溶射めっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属線のプラズマ溶射めっき装置、および金属線のプラズマ溶射めっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼線の表面に、電気めっき法や溶融めっき法などを用いて、亜鉛やニッケルを被覆するなど、その表面を異種金属などからなるめっき材料でめっきすることが行われている（特許文献１参照）。
しかし、一般に従来のいずれのめっき法を用いても、金属線と異種金属などからなるめっき層との界面の接着性が不充分であることが多かった。
その原因としては、金属線の表面に残存した酸化物などの付着物が障害となっていることや、めっき作業時においては、めっき材料は金属線に対し高速で衝突する等の大きな物理的力が加えられることがないため、付着力が不十分であることなどが考えられる。
このように金属線とめっき層との界面の接着性が不充分であると、めっきが剥がれやすく、また破損が生じるなどして、めっきされた金属線の耐食性等にも悪影響が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７５１２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の解決すべき課題は、金属線の表面をめっきで被覆する際に、その界面における接着性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明では、プラズマ溶射法を利用して、金属線の表面をめっきで被覆することとしたのである。
【０００６】
より具体的には、発明にかかる金属線のプラズマ溶射めっき装置として、ノズルと、電極と、ガス供給路と、粉体供給路と、を備えるものとしたのである。
ここでノズルは、内部空間としてのプラズマ発生室と、プラズマ発生室から外面へと延びる噴射口と、外面からプラズマ発生室の噴射口とは逆側へと通じる走行孔と、を有する。
また電極は、少なくともノズルのプラズマ発生室内に配置されて、ノズルとの間に電圧をかけて直流アークを発生させることが可能となっている。
ガス供給路は、ノズルのプラズマ発生室内に、直流アークによりプラズマ化する作動ガスを供給可能となっている。
粉体供給路は、ノズルのプラズマ発生室内に、プラズマ化した作動ガスが噴射口からプラズマジェットとして噴射される際に溶融して走行する金属線へと付着する粉状の溶射材料を供給可能となっている。
【０００７】
発明のかかる金属線のプラズマ溶射めっき装置は、前記ノズルの外部に配置されて、前記金属線との接触によりその金属線を帯電させる帯電ローラをさらに備えるのが好ましい。そして、前記電極としての役目を、前記帯電ローラにより帯電されてノズルのプラズマ発生室内に位置する金属線に果たさせるのが好ましい。
【０００８】
また発明にかかる金属線のプラズマ溶射めっき方法として、以下のステップを含むものとしたのである。
金属線を走行させるステップ。
前記金属線の周囲に陰極と陽極を設けその間に電圧をかけて直流アークを発生させるステップ。
前記直流アーク発生箇所に作動ガスを供給してその作動ガスをプラズマ化するステップ。
前記プラズマ化した作動ガスを前記走行する金属線に沿って流路を絞ることでプラズマジェット化するステップ。
前記プラズマジェットに対して粉状の溶射材料を供給してこれを溶融させ前記走行する金属線に付着させるステップ。
【発明の効果】
【０００９】
プラズマ溶射により金属線の表面をめっきで被覆することが可能となったため、金属線の表面に残存する酸化物等の不純物は、そのプラズマの電子等や高温不活性状態によりほぼ完全に除去される。
そのうえで、金属線に溶融した溶射材料が高速で衝突し大きな物理的力が加えられて付着するため、金属線とめっき層との界面における接着が強固となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は第１実施形態の金属線のプラズマ溶射めっき装置の概略図、（ｂ）は（ａ）の装置を用いて製造されためっき鋼線の断面図
【図２】第２実施形態の金属線のプラズマ溶射めっき装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１（ａ）に示す第１実施形態の金属線のプラズマ溶射めっき装置１０は、金属線２１に対してプラズマ溶射によりめっきを施して図１（ｂ）のようなめっき線２０を製造する実施形態の金属線のプラズマ溶射めっき方法のために用いられる。この第１実施形態の金属線のプラズマ溶射めっき装置１０を用いると、めっき線２０における金属線２１とめっき層２２との界面の接着性を高めることができる。
第１実施形態の金属線のプラズマ溶射めっき装置１０は、ノズル１１と、電極１２と、ガス供給路１３と、粉体供給路１４と、を備える。
【００１３】
銅などの金属からなるノズル１１は、中空の円筒体からなる。
その周面には冷却水供給口１１ａが、その上面には冷却水排出口１１ｂが、それぞれ設けられ、この冷却水供給口１１ａから冷却水排出口１１ｂにかけて、内部に冷却水を流通させるようになっている。これにより、ノズル１１は冷却できるようになっている。
【００１４】
またノズル１１の内部の冷却水が流通する空間に囲まれた中央部には、比較的大きな空洞であるプラズマ発生室１１ｃが設けられている。
さらにプラズマ発生室１１ｃから下方には、噴射口１１ｄが延び、ノズル１１の底面に開口している。噴射口１１ｄの開口は、プラズマ発生室１１ｃの寸法に比して小さく絞り込まれている。
一方、プラズマ発生室１１ｃからみて噴射口１１ｄとは逆側に相当するノズル１１の上部には、走行孔１１ｅが設けられており、ノズル１１の上面からプラズマ発生室１１ｃへと通じている。走行孔１１ｅの孔径は、一般的な金属線２１の線径（たとえば２〜５ｍｍ程度）よりも若干大きいものとする。
図示のように、噴射口１１ｄの軸心と走行孔１１ｅの軸心とはほぼ一致している。したがって、高炭素鋼線などの金属線２１は、走行孔１１ｅからプラズマ発生室１１ｃを経て噴射口１１ｄへと、ノズル１１を貫通できるようになっている。金属線２１は、図示省略の公知の送り機構を用いて、走行孔１１ｅからノズル１１内に入り、噴射口１１ｄからノズル１１外に出る方向に所定速度（たとえば分速１０〜３０ｍ）で走行可能に構成されている。
【００１５】
タングステンなどからなる電極１２は、ノズル１１のプラズマ発生室１１ｃ内に金属線２１の外周を取り囲むように配置されており、図示省略の電極ホルダ等により保持されている。図示のように、電極１２を陰極とし、ノズル１１を陽極として、その間に電圧を与えることが可能となっている。
【００１６】
またプラズマ発生室１１ｃには、ノズル１１の周面に取り付けられたパイプ状のガス供給路１３を通じて、アルゴンガスなどの不活性ガスからなる作動ガスを供給可能になっている。
さらにプラズマ発生室１１ｃの噴射口１１ｄの近傍には、ノズル１１の周面に取り付けられたパイプ状の粉体供給路１４を通じて、アルミニウム粉末やステンレス粉末などの金属粉末や、セラミック粉末などの非金属粉末からなる溶射材料を供給可能になっている。粉体供給路１４は、ノズル１１の周方向に沿って複数（たとえば４つ）設けられている。
【００１７】
第１実施形態の金属線のプラズマ溶射めっき装置１０の構成は以上のようであり、いま金属線２１をノズル１１内に走行させつつ、そのノズル１１を陽極とし電極１２を陰極としてその間に大きな電圧を与えると、プラズマ発生室１１ｃに大電流の直流アーク放電が発生する。この状態でガス供給路１３を通じてプラズマ発生室１１ｃに作動ガスを供給すると、その作動ガスは、直流アークにより解離・電離してプラズマ化する。
【００１８】
このようにプラズマ発生室１１ｃ内でプラズマ化した作動ガスは、開口が絞り込まれた噴射口１１ｄを通じてジェット噴流となって噴射し、プラズマジェットが発生する。このプラズマジェットは、１００００℃を超える超高温状態となる。なお、この間、ノズル１１は冷却水供給口１１ａから冷却水排出口１１ｂにかけて流通する冷却水により、絶えず冷却されている。プラズマ発生室１１ｃから噴射口１１ｄにかけてを走行する金属線２１は、プラズマの電子や高温不活性状態、プラズマジェットの噴射力により、その表面に残存した酸化物等の不純物が除去される。
このようにプラズマジェットが発生した状態で、粉体供給路１４を通じてプラズマ発生室１１ｃの噴射口１１ｄの近傍へと粉状の溶射材料を供給する。溶射材料は超高温のプラズマジェットにより溶融し、かつその溶融した状態で、金属線２１の表面に対して高速で衝突し、付着する。これにより、金属線２１の表面に溶射材料からなる所定厚（たとえば０．１〜０．２ｍｍ厚）のめっき層２２が形成される。
【００１９】
酸化物等の不純物が除去された金属線２１の表面に溶射材料が高速で衝突するため、できあがっためっき層２２と金属線２１の界面の接着力が従来の溶融めっき法や電気めっき法などによる場合に比べて向上している。
めっき層２２が形成されためっき線２０は、その後冷却される。さらにめっき線２０を、線引きダイスなどを用いて適宜伸線加工してもよい。金属線２１の種類やめっきの種類は特に限定されないが、金属線２１としては高炭素鋼線を、めっきとしてはアルミニウムめっきやステンレスめっきを主に想定している。
【００２０】
図２に示す第２実施形態のプラズマ溶射めっき装置１０では、ノズル１１の上方に金属線２１に接触してこれを帯電させることが可能な帯電ローラ１５が設けられている。
これにより、金属線２１を陰極としノズル１１を陽極として、その間に電圧を付与することが可能となり、第１実施形態のような電極１２を別途設ける必要がなくなる。その他の構成については、第１実施形態と同様である。
【００２１】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【符号の説明】
【００２２】
１０  実施形態のプラズマ溶射めっき装置
１１  ノズル
１１ａ  冷却水供給口
１１ｂ  冷却水排出口
１１ｃ  プラズマ発生室
１１ｄ  噴射口
１１ｅ  走行孔
１２  電極
１３  ガス供給路
１４  粉体供給路
１５  帯電ローラ
２０  めっき線
２１  金属線
２２  めっき層
【図１】
2014145120.tif 000003
【図２】
2014145120.tif 000004