(57)【要約】  ガスノズルは、溶融金属の液面に対して立設される外筒部と、前記外筒部の内側に設置され、溶融金属から引上げられた線材を通過させる空洞を内側に有する内筒部と、前記外筒部と前記内筒部との間に形成された間隙部と、前記間隙部にガスを導入するガス導入部と、前記ガス導入部から導入されたガスの少なくとも一部を、前記間隙部を介して前記外筒部の一方の端部から溶融金属の液面に向かって噴出させる噴出口とを具備することを特徴とする。
2013080910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材の溶融めっきに用いられるめっき膜厚制御用ガスノズルであって、
溶融金属の液面に対して立設される外筒部と、
前記外筒部の内側に設置され、溶融金属から引上げられた線材を通過させる空洞を内側に有する内筒部と、
前記外筒部と前記内筒部との間に形成された間隙部と、
前記間隙部にガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部から導入されたガスの少なくとも一部を、前記間隙部を介して前記外筒部の一方の端部から溶融金属の液面に向かって噴出させる噴出口と
を具備することを特徴とするめっき膜厚制御用ガスノズル。
【請求項２】
前記めっき膜厚制御用ガスノズルは、前記外筒部の他方の端部側に線材の導出口を具備し、前記ガス導入部から導入されたガスの少なくとも一部を、前記間隙部を介して前記線材の導出口に放出することを特徴とする請求項１に記載のめっき膜厚制御用ガスノズル。
【請求項３】
前記間隙部における前記ガス導入部と前記一方の端部との間に、複数孔を有する整流プレートが設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のめっき膜厚制御用ガスノズル。
【請求項４】
複数孔を有する整流プレートが、前記ガス導入部に対して前記噴出口側および前記線材の導出口側の両方に設置されていることを特徴とする請求項２に記載のめっき膜厚制御用ガスノズル。
【請求項５】
前記ガス導入部から前記噴出口へのガスの流路抵抗が、前記ガス導入部から前記線材の導出口へのガスの流路抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のめっき膜厚制御用ガスノズル。
【請求項６】
前記ガス導入部が、第１ガス導入部と第２ガス導入部とを有し、
前記間隙部が、前記噴出口側と前記線材の導出口側とに仕切られ、
前記第１ガス導入部から前記噴出口側の間隙部にガスが導入され、前記第２ガス導入部から前記線材の導出口側の間隙部にガスが導入されことを特徴とする請求項２に記載のめっき膜厚制御用ガスノズル。
【請求項７】
前記間隙部における、前記第１ガス導入部と前記一方の端部との間と、前記第２ガス導入部と前記他方の端部との間とに、複数孔を有する整流プレートが設置されていることを特徴とする請求項６に記載のめっき膜厚制御用ガスノズル。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のめっき膜厚制御用ガスノズルが、前記噴出口を溶融金属液面に対向して立設され、
前記めっき膜厚制御用ガスノズルの前記ガス導入部に、ガスを供給するガス供給手段を備え、
溶融金属から引上げられた線材が、前記内筒部の内側の空洞を通過し、
前記噴出口から噴出したガスが、前記線材周囲の溶融金属メニスカスを押圧することを特徴とする線材の溶融めっき装置。
【請求項９】
前記ガス供給手段が、ガスの温度調整手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の線材の溶融めっき装置。
【請求項１０】
前記溶融金属の液面に対する前記めっき膜厚制御用ガスノズルの前記噴出口高さを検出するガス噴出高さ検出手段を備えることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の線材の溶融めっき装置。
【請求項１１】
前記ガス導入部が、第１ガス導入部と第２ガス導入部とを有し、
前記間隙部が、前記噴出口側と前記線材の導出口側とに仕切られ、
前記第１ガス導入部から前記噴出口側の間隙部にガスが導入され、前記第２ガス導入部から前記線材の導出口側の間隙部にガスが導入され、
前記第１ガス導入部から導入されたガスの圧力と、前記第２ガス導入部から導入されたガスの圧力との圧力差を検出する差圧検出手段を備えることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の線材の溶融めっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線材の溶融めっきに用いられるめっき膜厚制御用ガスノズルおよびこれを用いた溶融めっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融めっき層（以下、めっき層とする）を金属線材表面に形成する装置として、例えば、図１１のような溶融めっき装置が知られている。【０００３】
図１１の溶融めっき装置８０は、矢印Ａの方向に進行する金属線材Ｗ（以下、線材Ｗとする）を、溶融金属Ｌを貯留しためっき槽８１中に連続的に引き込み、シンクロール８２で方向転換した後、溶融金属Ｌの液面Ｓから矢印Ｂの方向に連続して引き上げ、線材Ｗ表面にめっき層を形成する装置である。【０００４】
また、図１１の溶融めっき装置８０は、線材Ｗ周囲の溶融金属Ｌの液面Ｓを覆うカバー８３を備え、液面Ｓの酸化を防止する不活性ガスが、ガス供給源８４から配管８５を通してカバー８３内部に導入されている。また、カバー８３の内部には、液面Ｓの温度低下を防止するヒータ８６が配され、カバー８３内部の不活性ガス雰囲気が加熱されている。溶融金属Ｌの液面Ｓから引き上げられた線材Ｗは、表面にめっき層が形成され、不図示のリールに巻き取られて回収される。【０００５】
一方、図１１の溶融めっき装置は、線材Ｗを高速で引き上げて生産性を上げようとすると、線材Ｗ表面に付着する溶融金属の量が増え、めっき層が厚膜になってしまうことが知られている。かかる現象は、線材Ｗ周囲に形成される溶融金属ＬのメニスカスＭの形状に起因するものである。すなわち、図１２に示すように、線材Ｗを低速で引き上げたとき（図１２（ａ））に比べ、線材Ｗを高速で引き上げたとき（図１２（ｂ））は、溶融金属ＬのメニスカスＭが高くなり、線材Ｗ表面に付着する溶融金属Ｌが多くなって、めっき層が厚膜になってしまうのである。【０００６】
そこで、図１１のような溶融めっき装置では、一般的に線材Ｗ表面にガスを噴き付けたり電磁力を作用させ、過剰に付着した溶融金属を除去することで、めっき層が厚膜になるのを抑制している。その一方、以下の特許文献には、溶融金属ＬのメニスカスＭ形状により、めっき層の膜厚を制御する方法が開示されている。【０００７】
特許文献１には、被めっき線を溶融めっき浴中へ導入し、この溶融めっき浴から非酸化性ガス雰囲気中へ導出することにより、被めっき線外周に連続してめっき層を形成させる溶融めっき方法において、被めっき線が導出される溶融めっき浴を渦状に撹拌しつつ、溶融めっき浴の渦中心から重力方向と反対方向へ被めっき線を導出するようにした溶融めっき方法が開示されている。この溶融めっき方法は、溶融めっき浴を渦状に撹拌することでメニスカスＭの形状を制御し、溶融めっき浴の渦の中心を凹ませ、めっき浴液面を流体絞り具としたものである。めっき浴の撹拌回転数を変えることで、渦中心の凹み高さを変えることができるので、簡単な操作により、めっき層が薄く形成されるよう制御できるとしている。【０００８】
また、特許文献２には、金属製の線材を、溶融めっき液を保持しためっき浴槽に連続して浸してめっき層を形成する溶融めっき方法であって、線材をめっき浴槽の湯面から上方に引出す部分を、緊張液面形成筒で囲むと共に、該緊張液面形成筒を、その緊張液面形成筒で囲まれためっき液面が水平面を持たない内径に形成して線材に溶融めっきを施す溶融めっき方法が開示されている。特許文献２の表１の結果によれば、線速（線材を引上げる速度）を上げても、緊張液面形成筒を適当な素材および内径にすれば、めっき層が薄く形成されるよう制御できることが分かる。【０００９】
また、特許文献３には、めっき層を厚く形成する制御する技術として、溶融Ａｌめっき浴に浸漬した鋼線を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、浴面から引き上げられる鋼線の中心線を含むある平面内で、鋼線の水平方向両側における液面高さに差が生じる状態を作り、その状態を維持しながら鋼線を引き上げる溶融Ａｌめっき鋼線の製造方法が開示されている。特許文献３の製造方法によれば、めっき付着量の多い細径の溶融Ａｌめっき鋼線を効率的に生産できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−０８１１０６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４８５８９号公報
【特許文献３】特開２０１１−０８４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１、２の方法は、めっき層を薄く形成する方法であり、かかる方法を用いれば、線材を高速で引き上げたとき、めっき層が厚膜にならないよう抑制できると考えられる。しかし、かかる方法を工業的に利用した場合、以下のような問題がある。【００１２】
特許文献１の方法は、溶融金属の渦中心に線材を配するので、線材が箔帯であると渦が線材に対して等方的に作用せず、めっき層の膜厚にムラを生じる可能性がある。またこの方法では、渦で線材が撚れる可能性もあり、線材が撚れないよう、線材に張力を加えながら引き上げる必要がある。線材に張力を加えると、線材が破断したり、線材が加工硬化してしなやかさを失い、問題になることがある。【００１３】
また、特許文献２の方法は、めっき条件ごとに最適な緊張液面形成筒を用意する必要がある。加えて、溶融金属の組成や緊張液面形成筒内面の状態が継時変化することは避けられず、膜厚の制御が不安定になる可能性がある。【００１４】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、線材を高速で引き上げても、めっき層が薄くなるよう膜厚を制御することができ、線材の溶融めっきに用いられるめっき膜厚制御用のガスノズルおよびこれを用いた溶融めっき装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明にかかるガスノズルは、線材の溶融めっきに用いられるめっき膜厚制御用ガスノズルであって、溶融金属の液面に対して立設される外筒部と、前記外筒部の内側に設置され、溶融金属から引上げられた線材を通過させる空洞を内側に有する内筒部と、前記外筒部と前記内筒部との間に形成された間隙部と、前記間隙部にガスを導入するガス導入部と、前記ガス導入部から導入されたガスの少なくとも一部を、前記間隙部を介して前記外筒部の一方の端部から溶融金属の液面に向かって噴出させる噴出口とを具備することを特徴としている。【００１６】
また、前記めっき膜厚制御用ガスノズルは、前記外筒部の他方の端部側に線材の導出口を具備し、前記ガス導入部から導入されたガスの少なくとも一部を、前記間隙部を介して前記線材の導出口に放出してもよい。この場合、前記ガス導入部から前記噴出口へのガスの流路抵抗が、前記ガス導入部から前記線材の導出口へのガスの流路抵抗よりも小さいことが望ましい。【００１７】
また、前記めっき膜厚制御用ガスノズルは、前記間隙部における前記ガス導入部と前記一方の端部との間に、複数孔を有する整流プレートが設置されてもよい。また、複数孔を有する整流プレートは、前記ガス導入部に対して前記噴出口側および前記線材の導出口側の両方に設置されていてもよい。【００１８】
また、前記めっき膜厚制御用ガスノズルは、前記ガス導入部が、第１ガス導入部と第２ガス導入部とを有し、前記間隙部が、前記噴出口側と前記線材の導出口側とに仕切られ、前記第１ガス導入部から前記噴出口側の間隙部にガスが導入され、前記第２ガス導入部から前記線材の導出口側の間隙部にガスが導入されてもよい。この場合、前記間隙部における、前記第１ガス導入部と前記一方の端部との間と、前記第２ガス導入部と前記他方の端部との間とに、複数孔を有する整流プレートが設置されていることが望ましい。【００１９】
また、第２の発明にかかる溶融めっき装置は、第１の発明のめっき膜厚制御用ガスノズルが、前記噴出口を溶融金属液面に対向して立設され、前記めっき膜厚制御用ガスノズルの前記ガス導入部に、ガスを供給するガス供給手段を備え、溶融金属から引上げられた線材が、前記内筒部の内側の空洞を通過し、前記噴出口から噴出したガスが、前記線材周囲の溶融金属メニスカスを押圧することを特徴としている。【００２０】
この場合、前記ガス供給手段が、ガスの温度調整手段を備えるほうが望ましい。【００２１】
また、前記溶融めっき装置は、前記溶融金属の液面に対する前記めっき膜厚制御用ガスノズルの前記噴出口高さを検出するガス噴出高さ検出手段を備えもよい。【００２２】
前記ガス導入部が、第１ガス導入部と第２ガス導入部とを有し、前記間隙部が、前記噴出口側と前記線材の導出口側とに仕切られ、前記第１ガス導入部から前記噴出口側の間隙部にガスが導入され、前記第２ガス導入部から前記線材の導出口側の間隙部にガスが導入され、前記第１ガス導入部から供給導入されるガスの圧力と、前記第２ガス導入部から導入されるガスの圧力との圧力差を検出する差圧検出手段を備えてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の、線材の溶融めっきに用いられるめっき膜厚制御用ガスノズルは、線材周囲に形成される溶融金属のメニスカスに対して、均一化されたガスを噴出することができ、当該溶融金属のメニスカスを上方から均一に押圧しながらめっき層を形成することができる。したがって、線材の表面に付着する溶融金属の量を均一に少なくなるようめっき層を薄膜化することができる。また、かかるガスノズルを用いた溶融めっき装置は、線材を高速で引き上げても、めっき層が薄く形成されるよう膜厚を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の線材の溶融めっき装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明のガスノズルの断面形態の一例を示す図である。
【図３】本発明のガスノズルから噴出されるガスが、線材の周囲に形成される溶融金属のメニスカスに作用する様子を説明する図である。
【図４】本発明のガスノズルの他の断面形態の一例を示す図である。
【図５】本発明のガスノズルの他の断面形態の一例を示す図である。
【図６】本発明のガスノズルの他の断面形態の一例を示す図である。
【図７】本発明のガスノズルの他の断面形態の一例を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明のガスノズルの他の断面形態の一例を示す図である。
【図９】本発明のガスノズルを用いたときの、めっき箔帯の総厚とガス流量との関係を示す図である。
【図１０】本発明のガスノズルを用いたときの、めっき箔帯の総厚と線材の引き上げ速度との関係を示す図である。
【図１１】従来からある線材の溶融めっき装置を説明する図である。
【図１２】引き上げ速度による、線材周囲に形成される溶融金属のメニスカス形状の違いを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明のガスノズルおよび溶融めっき装置について、その実施態様を図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の溶融めっき装置の実施様態の一例を、ガスノズルの構成を省略して示したものである。溶融めっき装置１００は、溶融金属Ｌを貯留するめっき槽１０１と、溶融金属Ｌの上方に配されて両端に開口を有する筒状のガスノズル１０と、ガスノズル１０にガスＧを供給するガス供給手段１０２とを備えている。
【００２７】
溶融めっき装置１００は、矢印Ａの方向に進行する線材Ｗを、溶融金属Ｌを貯留しためっき槽１０１中に連続的に引き込み、シンクロール１０３で方向転換した後、溶融金属Ｌの液面Ｓから矢印Ｂの方向に連続して引き上げて、線材Ｗ表面にめっき層を形成するものである。
【００２８】
また、線材Ｗは、液面Ｓから連続的に引き上げられた後、溶融金属Ｌの上方に配されたガスノズル１０内部に挿通され、上方に引き上げられる。ガスノズル１０は、ガス供給手段１０２（ガス供給源１０２ａと配管１０２ｂを含む）から供給されたガスＧを、ガスノズル１０の下端開口から噴出する。
【００２９】
ここで、ガスノズル１０の下端開口から噴出したガスＧは、図３のように、溶融金属ＬのメニスカスＭ全体を上方から押圧して、液面の高さをＭ’からＭに下げ、線材Ｗとの接触角度をθ’からθに大きくする。かかる作用により、溶融金属Ｌは、線材Ｗの全外周表面でせん断変形され易くなり、線材Ｗに付着して引き上がりにくくなることで、めっき層は薄膜化される。
【００３０】
なお、本実施態様のガスノズル１０から噴出されるガスＧは、溶融金属Ｌの液面温度を過度に低下させないよう、適度に加熱されているほうが好ましく、ガス供給手段１０２にヒータ１０４等の加熱機能を設け、加熱されたガスＧがガスノズル１０に供給されるようにしてもよい。
【００３１】
一方、ガスノズル１０に供給されたガスＧは、ガスノズル１０内において、線材Ｗに付着した溶融金属Ｌを凝固させる冷却作用も有する。したがって、過度に加熱したガスＧが、ガスノズル１０に供給されるのは、溶融金属Ｌの凝固を遅くし、生産性を落とすことに繋がるので好ましくない。例えば、溶融金属Ｌの輻射熱によりガス供給手段１３が加熱される場合、ガスＧが過度に加熱され線材Ｗ表面の溶融金属Ｌが凝固しにくくなることがある。このような場合には、ガス供給手段１３にガス冷却機能を設け、ガスＧを適度な温度に冷却してガスノズル１０に供給するほうが好ましい。
【００３２】
最後に、線材Ｗは、ガスノズル１０の上方に引き上げられ、リール等に巻き取られて回収される。なお、図１では、線材Ｗをリール等に巻き取る手段、および、溶融金属Ｌを加熱溶融させる手段についての図示を省略している。
【００３３】
図２は、本発明のガスノズルの断面形態の一例を示したものである。本実施態様のガスノズル１０は、外筒部１と内筒部５を備える中空体であり、外筒部１と内筒部５は支持部５ａを介して連結され、外筒部１と内筒部５との間に、間隙部６が形成されている。そして、外筒部１には、一方の端部（下端）に線材の導入口でもある噴出口２が具備され、他方の端部（上端）にガスＧの放出口でもある線材の導出口３が具備されている。かかるガスノズル１０は、溶融めっき装置１００において、線材Ｗ周囲に形成される溶融金属ＬのメニスカスＭに対し、噴出口２を間隙ｈにして対向され、溶融金属Ｌ上に立設して用いられる。
【００３４】
また、本実施態様のガスノズル１０は、外筒部１の側壁からガスを導入するガス導入部４が設置され、ガス供給手段１０２から供給されたガスＧが、ガス導入部４から間隙部６に導入されている。なお、図２の噴出口２と線材の導出口３は、図を理解しやすくするために、開口径を大きく誇張して描かれている。
【００３５】
本実施態様のガスノズル１０は、外筒部１の内側に内筒部５が設置され、内筒部５の内側の空洞に線材Ｗが挿通される。したがって、内筒部５は、ガス導入部４から導入されたガスＧが線材Ｗに直接噴き当たらないよう、線材Ｗを遮蔽する機能を有している。かかる機能により、本実施態様のガスノズル１０は、噴出口２からガスＧを噴出することができるとともに、ガスＧの流れにより線材Ｗが振動するのも抑制することができる。線材Ｗの振動が抑制されると、溶融金属ＬのメニスカスＭが安定して形成され、めっき層の膜厚にムラが生じにくくなる。
【００３６】
ここで、内筒部５の遮蔽がより効果的になされるには、内筒部５の上端および下端が、ガス導入部４から離れて設置されるほうが好ましく、内筒部５の上端と下端の中間高さにガス導入部４が配置されるほうがより好ましい。
【００３７】
また、内筒部５の代わりに、板状の遮蔽板を線材Ｗとガス導入部４との間に配しても、上記遮蔽効果が得られる。しかし、本実施態様の内筒部５は、線材Ｗの一部を取り囲むように設置されているので、ガス導入部４から導入されたガスＧが、内筒部５の外面に沿って拡散される。したがって、内筒部５によって、間隙部６内のガスＧを速やかに均一化して噴出口２から噴出することができる。このため、溶融金属ＬのメニスカスＭを上方から均一に押圧して、めっき層を均一に薄膜化することができるようになる。ガスＧをより速やかに均一化するには、内筒部の外壁を、円筒外壁のような平滑曲面にするほうが好ましい。
【００３８】
また、本実施態様のガスノズル１０は、ガスノズルの長手方向において、外筒部１の内部に内筒部５を設置しているが、内筒部５の少なくとも一端部を外筒部１よりも上下に突出するように配置してもよい。かかる内筒部５の配置にすれば、内筒部５の遮蔽がより一層効果的になされ、線材Ｗの振動がより一層抑制され、めっき層に膜厚のムラを生じないようにして、めっき層の膜厚を制御することができるようになる。
【００３９】
また、外筒部１と内筒部５の間の間隙部６に、複数孔を有する整流プレート７ａ、７ｂを設置することにより、ガス導入部４から導入されたガスＧが、整流プレート７ａを通して噴出口２から噴出され、整流プレート７ｂを通して線材の導出口３に放出されるようにすることが好ましい。
【００４０】
整流プレート７ａが設置されることにより、整流プレート７ａを通ってより整流されたガスＧを噴出口２から噴出させることができるため、線材Ｗの振動をより抑制できるようになり、めっき層に膜厚のムラをより生じにくくすることができる。加えて、噴出口２からより整流されたガスＧを噴出できるので、溶融金属ＬのメニスカスＭを上方からより均一化したガス流にして押圧することができるようになり、めっき層をより均一に薄膜化できるようになる。
【００４１】
また、整流プレート７ｂを設置することで、ガスＧが整流プレート７ｂを通ってより整流されたガスＧを線材の導出口３に放出できるようになるため、線材Ｗの振動をより抑制できるようになり、めっき層に膜厚のムラをより生じにくくすることができる。
【００４２】
また、整流プレート７ａと整流プレート７ｂを同時に設置すれば、整流プレート７ａ、７ｂを通る前のガスＧの圧力が高まるため（言い換えれば、整流プレート７ａ、７ｂに囲まれた間隙部６の内側と外側に圧力差が生じるようになり）、全ての複数孔から均一にガスＧを流出できるようになる。したがって、より整流されたガスＧを、噴出口２あるいは線材の導出口３に流すことができるようになる。
【００４３】
また、本実施態様のガスノズル１０において、ガスノズル１０内部に挿通された線材Ｗがガスノズル１０外部に引き出される線材の導出口３には、間隙部６からガスＧの一部が放出される。しかし、線材の導出口３に放出されたガスＧは、めっき層を薄く形成するのにほとんど寄与するものではない。したがって、ガス導入部４から導入されたガスＧのより多くが、噴出口２から噴出されるようにすることが好ましい。かかるガス流にすることで、ガスノズル１０に導入されたガスＧが、めっき層の膜厚の制御に、より効率的に用いられるようになり、ガスノズル１０に導入されたガス量と噴出口２から噴出されるガス量が近づくため、噴出口２から噴出するガスＧの制御性が良好になり、めっき層の膜厚制御を容易にすることができるようになる。
【００４４】
以下、ガス導入部４から導入されたガスＧが、噴出口２からより多く噴出されるようにした、本発明のガスノズルの実施態様を示す。
【００４５】
図４は、本発明のガスノズルの他の断面形態の一例を示したものであり、本実施態様のガスノズル１０ａの符号１〜７ｂは、図２のガスノズル１０の符号１〜７ｂに対応している。また、図４の噴出口２と線材の導出口３も、図を理解しやすくするために、開口径が大きく誇張して描かれている。
【００４６】
本実施態様のガスノズル１０ａでは、噴出口２の開口径ｄ１を線材の導出口３の開口径ｄ２より大きくし、噴出口２の開口面積を線材の導出口３の開口面積よりも大きくしている。かかる形状にすることで、ガス導入部４から噴出口２へのガスの流路抵抗を、ガス導入部４から線材の導出口３へのガスの流路抵抗よりも小さくすることができる。したがって、線材の導出口３にガスＧが放出されにくく、ガス導入部４から導入されたガスＧのより多くを、効率よく噴出口２から噴出させることができる。
【００４７】
図５も、本発明のガスノズルの他の断面形態の一例を示したものであり、本実施態様のガスノズル１０ｂにおける符号１〜７ｂも、図２のガスノズル１０における符号１〜７ｂに対応している。なお、図５の噴出口２と線材の導出口３も、図を理解しやすくするために、開口径が大きく誇張して描かれている。
【００４８】
本実施態様のガスノズル１０ｂは、噴出口２の開口径ｄ１を線材の導出口３の開口径ｄ２より大きくし、線材の導出口３に抜けていくガスＧの流路を噴出口２に抜けていくガスＧの流路より狭くかつ長くしている（すなわち、線材の導出口３側において、外筒部１の内径を縮径している）。かかる形状にすることで、ガス導入部４から噴出口２へのガスの流路抵抗を、ガス導入部４から線材の導出口３へのガスの流路抵抗よりも小さくすることができる。したがって、線材の導出口３にガスＧが放出されにくく、ガス導入部４から導入されたガスＧのより多くを、効率よく噴出口２から噴出させることができる。
【００４９】
また、図５のガスノズル１０ｂでは、噴出口２側の整流プレート７ａの孔面積の総和が、線材の導出口３側の整流プレート７ｂの孔面積の総和より大きい整流プレートを設置している。かかる整流プレート７ａ、７ｂにより、ガス導入部４から噴出口２へのガスの流路抵抗を、ガス導入部４から線材の導出口３へのガスの流路抵抗よりも小さくすることができる。したがって、線材の導出口３にガスＧが放出されにくく、ガス導入部４から導入されたガスＧのより多くを、効率よく噴出口２から噴出させることができる。
【００５０】
また他にも、ガス導入部４から導入されたガスＧが、効率よく噴出口２から噴出されるガスノズルの例として、図２のガスノズル１０に対し、ガス導入部４よりも線材の導出口３側の間隙部６を塞いだ形状にすることもできる。かかる形状のガスノズルも、ガス導入部４から導入されたガスＧの多くが、効率よく噴出口２から噴出され、噴出するガスＧの制御性が良好なガスノズルにすることができる。
【００５１】
次に、本発明のガスノズルについて、ガスノズル１０、１０ａ、１０ｂとガス導入方式が異なる実施態様について説明する。図６は、かかる実施態様の断面形態の一例を示したものである。
【００５２】
本実施態様のガスノズル２０は、外筒部１と内筒部５を備える中空体であり、外筒部１と内筒部５は鍔状の支持部５ａを介して連結され、外筒部１と内筒部５との間に、間隙部６ａ、６ｂが形成されている。そして、外筒部１は、一方の端部（下端）に下キャップ２ａ、他方の端部（上端）に上キャップ３ａが接合され、下キャップ２ａの中央に噴出口２、上キャップ３ａの中央に線材の導出口３が開口されている。かかるガスノズル２０は、溶融めっき装置１００において、線材Ｗ周囲に形成される溶融金属ＬのメニスカスＭに対し、噴出口２を間隙ｈにして対向され、溶融金属Ｌに立設して用いられる。
【００５３】
また、本実施態様のガスノズル２０は、外筒部１と内筒部５とを連結する鍔状の支持部５ａにより、外筒部１と内筒部５の間の間隙が、間隙部６ａと間隙部６ｂに分割されていて、間隙部６ａと間隙部６ｂの各々に、外筒部１の側壁からガスを導入するガス導入部４ａと４ｂが設置されている。
【００５４】
かかるガスノズル２０は、ガス導入部４ａから間隙部６ａに導入されたガスＧ１が、噴出口２から溶融金属Ｌの液面に向けて噴出されるとともに、内筒部５の下端５ｂから内筒部５の空洞を上方に加圧可能な内部構造になっている。また、ガス導入部４ｂから間隙部６ｂに導入されたガスＧ２が、線材の導出口３に放出されるとともに、内筒部５の上端５ｃから内筒部５の空洞を下方に加圧可能な内部構造になっている。
【００５５】
また、本実施態様のガスノズル２０は、外筒部１の一方の端部（下端）近傍の側面に、取出し管８と温度センサ９が設置される。取出し管８は、間隙部６ａ内のガスの一部をサンプリングすることができる。また、温度センサ９は、ガスノズル２０内部の温度を測定することができる。取出し管８を酸素濃度計（不図示）に接続すれば、噴出口２から噴出されるガスに含まれる酸素濃度を管理することができ、温度センサ９を用いれば、噴出口２から噴出されるガスの温度をモニターすることができる構造になっている。
【００５６】
次に、ガスノズル２０の機能について説明する。前述したように、ガスノズル２０は、間隙部６ａ、６ｂのそれぞれにガス導入部４ａ、４ｂを有する。したがって、ガス導入部４ａ、４ｂの両方から、間隙部６ａ、６ｂのそれぞれにガスを導入することができる。
【００５７】
ガス導入部４ａから間隙部６ａに導入されたガスＧ１は、噴出口２から溶融金属Ｌに向けて噴出する。一方、ガス導入部４ｂからガスＧ２を導入すると、ガスＧ２は、間隙部６ｂ内を昇流して線材の導出口３に向けて流れる。
【００５８】
ここで、ガス導入部４ａから導入されたガスＧ１の一部は、内筒部５内を昇流して、線材の導出口３方向へ流れようとする。また、ガス導入部４ｂに導入するガスＧ２の一部は、内筒部５内を流下して、噴出口２方向へ流れようとする。これに対し、ガスＧ１とガスＧ２のガス圧力を調整することで、内筒部５内を昇流するガスＧ１の流れと、内筒部５内を流下するガスＧ２の流れをバランスさせることができる。このため、内筒部５の内部を上下方向に流れるガス流を無くすことができ、ガス導入部４ａから導入された全てのガスＧ１を、噴出口２から噴出することができる。したがって、溶融金属Ｌの液面に対して、ガスＧ１としてＡｒ，Ｈｅ等の高価なガスを噴出させたい場合でも、ガスＧ２としてエアー等の安価なガスを導入することで、線材の導出口３から放出されるガスの多くを、安価なガスＧ２とすることができる。このように、本実施態様のガスノズル２０を用いれば、線材の導出口３に放出されるガスＧ１の量を抑制することができ、高価なガスＧ１をめっき層の膜厚の制御に効率的に用いることができる。
【００５９】
なお、内筒部５の内部でガスＧ１とＧ２のバランスをとり、内筒部５の内部のガス流を無くすには、ガスＧ１とＧ２のバランスを確認できればよい。例えば、ガス導入部４ａからガスＧ１としてＡｒを導入し、ガス導入部４ｂからガスＧ２としてエアーを導入した場合、取出し管８から微少量のガスをサンプリングし、その酸素濃度を測定することで、ガスＧ１とＧ２のバランスを判断することができる。すなわち、サンプリングしたガスの酸素濃度が、もともとガスＧ１に含まれる酸素濃度より高ければ、ガスＧ２の圧力がガスＧ１の圧力より高く、内筒部５の内部に下向きのガス流が生じていると判断することができ、サンプリングしたガスの酸素濃度が、もともとガスＧ１に含まれる酸素濃度と等しければ、その逆と判断することができる。
【００６０】
そして、ガスＧ１がＡｒ、ガスＧ２がエアーである場合を例にして、ガスＧ１とガスＧ２をバランスさせる具体的手順の一例を説明すると、まず、ガスＧ１のＡｒの導入圧力を基準として固定し、そこから、酸素濃度測定値を見ながらガスＧ２のエアーの導入圧力を変化させてゆく。そして、酸素濃度がもともとガスＧ１に含まれる酸素濃度から急激に上昇した時、内筒部５内に下向きのガス流が発生したと判断することができる。かかる酸素濃度の変化から、エアーの導入圧力を、内筒部５内に下向きのガス流が発生した時の導入圧力より若干弱くなるよう設定すれば、ガス導入部４ａから導入されたＡｒを、線材の導出口３から外部に放出することなしに、効率的に噴出口２から噴出できるようになる。上記の手順により、ガス導入部４ａから導入されたガスＧ１の大部分が噴出口２から噴出され、一方で、ガス導入部４ｂから導入されたガスＧ２の大部分も、線材の導出口３に放出されるようになる。
【００６１】
また、図７は、本発明のガスノズルの他の断面形態の一例を示したものである。なお、本図のガスノズル２０ａにおいて、図６のガスノズル２０と同じ部分については同じ符号を附している。
【００６２】
本実施態様のガスノズル２０ａと図６のガスノズル２０との相違点は、ガスノズル２０ａには、内筒部５の側面に開口して接続する取出し管８’が設置されていて、複数の貫通孔を有する整流プレート７ａ、７ｂが、内筒部５の下端５ｂと上端５ｃの外周側に、各々が外筒部１の内壁１ａまで達するように設置されている点にある。ガスノズル２０ａは、取出し管８’を内筒部５の側面に開口して設置されているので、内筒部５の内部でのガスＧ１とＧ２との境界（酸素濃度の境界）を精度よく把握することができ、容易にかつ精度よく、ガスＧ１とガスＧ２のバランスをとることができる。
【００６３】
また、ガスノズル２０ａには、整流プレート７ａ、７ｂが設置されているので、整流プレート７ａ、７ｂより下流において、ガスＧ１、Ｇ２の流れを均一化して整流することができ、線材Ｗの振動が抑制されて、めっき層にムラを生じにくくすることができる。また、ガスＧ１、Ｇ２の流れを均一化することで、内筒部５の内部のガスＧ１とＧ２のバランス状態も安定し、ガスの制御性を良好にする効果も得られる。
【００６４】
なお、整流プレート７ａと７ｂにある貫通孔の断面積のそれぞれの総和は、間隙部６ａと間隙部６ｂの断面積よりもそれぞれ小さいほうが好ましい。かかる整流プレートが設置されることで、整流プレート７ａ、７ｂより上流のガスＧ１、Ｇ２の圧力がより高まり、整流プレート７ａ、７ｂより下流のガスＧ１、Ｇ２の流れを、より均一化して整流することができる。
【００６５】
また、図８も、本発明のガスノズルの他の断面形態の一例を示したものである。なお、本図のガスノズル２０ｂ、２０ｃにおいても、図６のガスノズル２０と同じ部分については同じ符号を附している。
【００６６】
本実施態様のガスノズル２０ｂ、２０ｃと、図６のガスノズル２０、図７のガスノズル２０ａとの相違点は、ガスノズル２０ｂ、２０ｃは、内筒部５の側面に開口して接続する２本の取出し管８ａ、８ｂが設置されている点にある。なお、図８（ａ）のガスノズル２０ｂでは、２本の取出し管８ａ、８ｂが、間隙部６ａ’を貫通する。また、図８（ｂ）のガスノズル２０ｃは、２本の取出し管８ａ、８ｂが、間隙部６ｂ’を貫通する。ガスノズル２０ｂ、２０ｃそれぞれの取出し管８ａ、８ｂの内筒部５に接続しない他端は、両者間の差圧を測定する差圧計１０５に接続されるか、あるいは、取出し管８ａ、８ｂの各々が、個別の酸素濃度計あるいは圧力計（不図示）に接続されている。
【００６７】
本実施態様のガスノズル２０ｂ、２０ｃにおいて、取出し管８ａ、８ｂを差圧計１０５に接続した場合、間隙部６ａ’と間隙部６ｂ’の各々に導入されるガスＧ１’とＧ２’の導入圧力を調整し、差圧計が差圧ゼロを示すようにすれば、内筒部５内側の空洞(取出し管８ａ、８ｂの開口間)においてガス流を無くすことができ、ガスＧ１’とＧ２’とのバランスをとることができる。
【００６８】
また、取出し管８ａ、８ｂを個別の圧力計に接続した場合、間隙部６ａ’と間隙部６ｂ’の各々に導入するガスＧ１’とＧ２’の導入圧力を調整し、両圧力計の値を等しくすることで、同じく内筒部５内側の空洞においてガス流を無くすことができ、ガスＧ１’とＧ２’のバランスをとることができる。
【００６９】
また、取出し管８ａ、８ｂを個別の酸素濃度計に接続した場合、間隙部６ａ’と間隙部６ｂ’の各々に導入されるガスＧ１’とＧ２’の導入圧力を調整し、間隙部６ａ’に導入したガスＧ１’と同じ酸素濃度のガスを取出し管８ａから検出できるようにし、間隙部６ｂ’に導入したガスＧ２’と同じ酸素濃度のガスを取出し管８ｂから検出できるようにすれば、内筒部５内側の空洞においてガス流を無くすことができ、ガスＧ１’とガスＧ２’のバランスをとることができる。
【００７０】
上記いずれの方法によっても、本実施態様のガスノズル２０ｂ、２０ｃは、内筒部５の内部において、取出し管８ａ、８ｂの開口間に、ガスＧ１’とガスＧ２’の境界の存在を把握することができる。このため、容易にかつ非常に精度よく、ガスＧ１’とガスＧ２’のバランスをとることができ、ガス導入部４ａ’から導入されたガスＧ１’の大部分を、噴出口２から噴出することができる。
【００７１】
なお、本実施態様のガスノズル２０ｂ、２０ｃでは、取出し管８ａ、８ｂが、間隙部６ａ’あるいは間隙部６ｂ’のいずれか一方の空間を貫通するように設置されたが、取出し管８ａが間隙部６ａ’を、取出し管８ｂが間隙部６ｂ’を貫通し、内筒部５の側面に開口して接続するよう設置されてもよい。
【００７２】
これまで、ガスノズル１０、１０ａ、１０ｂ、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃの実施態様を例として、本発明のガスノズルを説明してきたが、これら実施態様を含む本発明のガスノズルは、線材に付着した溶融金属を掃き落とすガスワイピングノズルのように、勢いよく多量のガスを噴出して用いる必要はなく、溶融金属のメニスカスが上方から押圧、変形される程度に、少量のガスを噴出して用いればよい。多量のガスを噴出すると、溶融金属の液面や線材表面から溶融金属が飛散し、引き上げ後の線材表面に再付着して不良の原因となるので、本発明のガスノズルの用途としては好ましくない。例えば、ガスノズルの先端から噴出するガスによって、溶融金属Ｌの表面に波立ちが生じない程度のガス圧力およびガス流量とすることが望ましい。
ここで、溶融金属Ｌの波立ちが発生するか否かは、ガスノズルの先端と溶融金属Ｌの距離にもよる。ガスノズルの先端と溶融金属Ｌとの距離が近すぎると、わずかなガス量変動等によって、溶融金属がガスノズルに付着する恐れがある。また、ガスノズルの先端と溶融金属Ｌとの距離が遠すぎると、メニスカスを押圧する効果が小さくなり、より多くのガスが必要となる。したがって、ガスノズルの先端と溶融金属Ｌの表面との距離は、２〜１０ｍｍ程度（より好ましくは３〜６ｍｍ程度）とすることが望ましい。したがって、本発明では、ガスノズルの先端と溶融金属Ｌの表面との距離を２〜１０ｍｍ程度とした場合に、溶融金属Ｌの表面に波立ちが生じない程度のガス圧力およびガス流量に設定することが望ましい。
【００７３】
また、本発明のガスノズルの噴出口は、引き上げる線材の断面形状に合わせた形状にするほうが好ましい。かかる噴出口を具備したガスノズルは、少ないガスの噴出量にして溶融金属のメニスカス形状を制御することができ、めっき層の膜厚を経済的に制御する上で好ましいものである。例えば、噴出口の形状は、円形断面の線材では噴出口の開口形状を円形にし、矩形断面の線材では噴出口の開口形状を矩形にするほうが好ましい。また、噴出口を線材に沿って細長い形状とすれば、より整流されたガスを溶融金属のメニスカスに集中して噴き当てることができるので、めっき層の膜厚を経済的に制御する上でより好ましくなる。
【００７４】
また、本発明のガスノズルは、線材表面にめっき層を均一に形成するために、線材の周囲に形成される溶融金属のメニスカスに対して、線材を軸に対称にしてガスを噴出させることができるほうが好ましい。そのためには、線材を溶融金属の液面から鉛直上方向に引き上げ、ガスノズルの噴出口からガスを鉛直下向き、すなわち、溶融金属の液面に対して垂直に噴出するほうが好ましい。
【００７５】
さらに、本発明のガスノズルを用いた本発明の溶融めっき装置では、溶融金属の液面に対してガスノズルの噴出口の高さ（間隔）を一定にするほうが好ましい。溶融金属の液面に対してガスノズルの噴出口の高さが変化すると、ガスノズルから噴出されたガスが、溶融金属のメニスカスを押圧する状態が変化し、めっき層の薄膜化が不安定になる。溶融金属の液面に対するガスノズルの噴出口の高さを一定にするために、その高さを検出することが可能な、ガス噴出高さ検出手段を備えるほうが好ましく、検出高さにしたがって、溶融金属の液面に対するガスノズルの噴出口の高さを調整できるようにするのが好ましい。さらに、溶融金属の液面に対するガスノズルの噴出口の高さを自動で検出し、その高さを自動で調整できるようにすれば、めっき槽の溶融金属を消費して液面が低下しても、めっき層を安定して薄膜化できるようになる。
【００７６】
（実施例）
まず、本発明の実施例について、図１の溶融めっき装置１００に、図２のガスノズル１０を用いた例について説明する。本実施例は、線材である銅箔帯表面に無鉛はんだ（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金）層を形成する例であるが、線材の断面形状が箔帯以外の形状、例えば、円形断面の線材にしても、本発明と同様の作用効果が得られる。
【００７７】
本実施例の評価に用いた線材は、厚さ０．２ｍｍの圧延銅箔を２ｍｍ幅にスリット加工した銅箔帯であり、めっき槽には、溶融したＡｇ３％、Ｃｕ０．５％、残部Ｓｎの無鉛はんだを貯留して、銅箔帯が引き上げられるはんだ液面部分の温度が３００℃になるように加熱溶融した。
【００７８】
本実施例に用いたガスノズルは、外筒部と内外筒部が円筒状のガスノズルであり、噴出口と線材の導出口が５ｍｍφに開口した円形状で、噴出口と線材の導出口との間隔（ノズル長さ）が３０ｍｍである。ガスノズルは、溶融めっき装置に立設する際、噴出口と溶融した無鉛はんだ液面との間隔を４ｍｍにした。
【００７９】
また、溶融めっきの際、銅箔帯の引き上げ速度は６〜２４ｍ／ｍｉｎ、ガスノズルに導入されるＡｒガスは、ガス流量を０〜３０Ｌ／ｍｉｎ、ガス温度を約３００℃とした。無鉛はんだ層を含むめっき後の銅箔帯（めっき箔帯）の総厚は、マイクロメータや銅箔帯断面の顕微鏡観察により測定し、箔帯幅中心部分５点の総厚からその平均を算出した。
【００８０】
図９は、銅箔帯の引き上げ速度を１０ｍ／ｍｉｎとしたときの、めっき箔帯の総厚とガス流量との関係を示したものであり、丸印がめっき箔帯の総厚の平均値、上下のバーが最大総厚と最少総厚である。ガスノズルに導入されるガス流量を増加させると、めっき箔帯の総厚は薄くなっており、ガスノズルから噴出するガスにより、はんだ膜厚が薄膜化されていることがわかる。
【００８１】
図１０は、ガスノズルに導入されるガス流量を、１０Ｌ／ｍｉｎおよび３０Ｌ／ｍｉｎとしたときの、めっき箔帯の総厚と銅箔帯の引き上げ速度との関係を示したものである。いずれのガス流量においても、引き上げ速度を上げると、めっき箔帯の総厚は厚くなっているが、ガス流量が３０Ｌ／ｍｉｎの条件のほうが、めっき箔帯の総厚を薄くできていることから、銅箔帯の引き上げ速度を上げても、ガスノズルに導入されるガス流量を上げる（ガスノズルから多くガスを噴出する）ことで、はんだ膜厚が厚膜にならないよう、膜厚の制御ができることが分かる。
【符号の説明】
【００８２】
１：外筒部
２：噴出口
２ａ：下キャップ
３：線材の導出口
３ａ：上キャップ
４，４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’：ガス導入部
５：内筒部
５ａ：支持部
５ｂ：下端
５ｃ：上端
６，６ａ，６ｂ，６ａ’，６ｂ’：間隙部
７ａ，７ｂ：整流プレート
８：取り出し管
９：温度センサ
１０，１０ａ，１０ｂ，２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ：ガスノズル
８０：従来の溶融めっき装置
８１：めっき槽
８２：シンクロール
８３：カバー
８４：ガス発生源
８５：配管
８６：ヒータ
１００：溶融めっき装置
１０１：めっき槽
１０２：ガス供給手段
１０２ａ：ガス供給源
１０２ｂ：配管
１０３：シンクロール
１０４：ヒータ
１０５：差圧計
ｈ：噴出高さ（間隔）
θ，θ’：接触角
Ａ，Ｂ：線材の移動方向
Ｇ：ガス
Ｌ：溶融金属
Ｍ，Ｍ’：溶融金属のメニスカス
Ｓ：溶融金属の液面
Ｗ：線材
【図１】
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【図２】
2013080910.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2013080910.tif 000015
2013080910.tif 000016
2013080910.tif 000017
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