(57)【要約】【課題】表面凹凸や皺及びスパークの傷の発生がほとんど無い金属めっき材料のリフロー処理方法と、偏肉の度合がより小さいリフロー後の金属めっき材料、及び前記リフロー処理方法を円滑かつ確実に実施することができるリフロー処理装置を提供すること。【解決手段】リフロー処理方法は、表面にめっき層を形成した金属めっき材料を誘導加熱により加熱して前記めっき層を溶融させ、当該溶融めっき層を再凝固させることを特徴とする。金属めっき材料は、前記方法によりリフロー処理された材料であって、表面のめっき層の偏肉度が１．５以下である。リフロー処理装置は、表面にめっき層を形成した長尺の金属めっき材料を連続走行させる搬送手段と、前記搬送手段の途中で前記金属材料を加熱してめっき層を溶融させる誘導加熱手段とを備えたことを特徴とする。【選択図】        図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に金属めっき層を形成した材料を誘導加熱して前記めっき層を溶融させ、当該溶融めっき層を再凝固させることを特徴とする、金属めっき材料のリフロー処理方法。
【請求項２】
前記金属めっき材料を不活性ないし還元性ガス雰囲気中で加熱することを特徴とする、請求項１に記載の金属めっき材料のリフロー処理方法。
【請求項３】
前記材料を誘導加熱した後当該溶融めっき層を再凝固させる前に、当該溶融めっき層を再加熱により還元処理する工程を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属めっき材料のリフロー処理方法。
【請求項４】
前記溶融めっき層を還元処理する工程では、当該溶融メッキ層へバーナの炎を接触させることを特徴とする、請求項３に記載のリフロー処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法によりリフロー処理され、表面のめっき層の偏肉度が１．５以下であることを特徴とする金属めっき材料。
【請求項６】
表面にめっき層を形成した長尺の金属めっき材料を連続走行させる搬送手段と、前記搬送手段の途中で前記金属材料を加熱してめっき層を溶融させる誘導加熱手段とを備えたことを特徴とする、金属めっき材料のリフロー処理装置。
【請求項７】
前記誘導加熱手段の後方に前記金属めっき材料の表面へ炎を接触させる再加熱手段を備えたことを特徴とする、請求項６に記載の金属めっき材料のリフロー処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面にめっき層を形成した金属めっき材料のリフロー処理方法，金属めっき材料及び金属めっき材料のリフロー処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面にめっき層を形成した金属材料（線，棒，条等の長尺材料）、特に錫めっきを施した金属材料はウィスカの発生を抑制するため、あるいは表面に光沢を出すためリフロー処理が行われる。
リフロー処理は、金属めっき材料を加熱してめっき層を溶融させた後、溶融めっき層を再凝固させるのであるが、従来リフロー処理時の加熱方法としては、要求されるめっき材料の表面品質や製造コストなどを考慮して以下の方法が選択実施されていた。
第１は、ガスバーナなどの燃焼バーナで金属めっき材料を直接加熱する方法である。
第２は、表面がステンレス等の酸化し難い金属で構成された輻射管（マッフル管）を燃焼ガス、電気ヒータ又はバーナなどによって加熱し、その輻射熱により金属めっき材料を加熱する方法である。
第３は、前記第２の方法を熱効率を改善したもので、金属めっき材料の加熱周辺雰囲気を強制対流させる方法である。
第４は、金属めっき材料に通電し、そのときの電気抵抗によって当該材料を加熱する方法である（後記特許文献１）。
第５は、第４の通電加熱と第２の輻射加熱（ラジアントチューブ内に燃焼ガスを通過させる）とを併用する方法である（後記特許文献２）。
【０００３】
第１のバーナによる直接加熱では、炎のゆらぎにより熱がめっき層に対して不均一に伝達され、めっき層表面に凹凸やクレータ状の欠陥が発生するため高品質のリフロー処理ができなかった。
第１の直接加熱方式も同様な現象を生ずるが、第２の輻射加熱方式や第３の熱風対流による加熱方式では、加熱時間が長くなることによりめっき金属に表面張力による挙動の時間を与えるので、特に矩形小断面の金属材料の場合にめっき層分布がはなはだ不均一となり偏肉の度合が大きくなる。
なお、この明細書では偏肉の度合を以下のように評価することとする。
偏肉度＝断面におけるめっき層の最大厚み／めっき層の平均厚み
第４の通電加熱方式では、給電部でのスパークによりめっき層に傷が発生し易いとともに、設備上の限界により水冷直前まで加熱されて結果的に急冷状態となるため、めっき層表面に皺が発生し易い。また、陰極通電部でめっきが剥がれる問題があるほか、電流は流れ易い方に流れる特性をもっているが、母材金属に必要以上に電流が流れると母材金属を実質上焼鈍する問題があった。
第５の通電加熱と輻射加熱を併用する場合にも、前記通電加熱による問題を克服することができなかった。
【特許文献１】特開平９−２６３９９２号公報
【特許文献２】特開平９−２６３９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前記問題点に鑑み、高速処理が可能でしかも表面凹凸や皺及びスパーク傷の発生がほとんど無い金属めっき材料のリフロー処理方法と、偏肉の度合がより小さいリフロー後の金属めっき材料、及び前記リフロー処理方法を円滑かつ確実に実施することができるリフロー処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る金属めっき材料のリフロー処理方法は、表面に金属めっき層を形成した材料を誘導加熱して前記めっき層を溶融させ、当該溶融めっき層を再凝固させることを最も主要な特徴としている。
【０００６】
本発明に係る金属めっき材料は、前記本発明の方法によりリフロー処理された材料であって、表面のめっき層の偏肉度が１．５以下であることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る金属めっき材料のリフロー処理装置は、表面にめっき層を形成した長尺の金属めっき材料を連続走行させる搬送手段と、前記搬送手段の途中で前記金属材料を加熱してめっき層を溶融させる誘導加熱手段を備えたことを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る金属めっき材料のリフロー処理方法によれば、誘導加熱によって材料表面のめっき層を溶融するので、加熱時間が短くかつ徐冷が容易であって表面凹凸や皺及びスパーク傷がほとんど発生しない。
【０００９】
本発明に係る金属めっき材料は、前記本発明の方法によりリフロー処理されるので、偏肉度がより小さくなる。
【００１０】
本発明に係る金属めっき材料のリフロー処理装置によれば、前記本発明によるリフロー処理方法を円滑かつ確実に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を参照しながら本発明の実施形態を具体的に説明する。
第１実施形態  
図１は本発明に係る第１実施形態の金属めっき材料のリフロー処理装置の一部を拡大した部分正面図である。
２は表面にめっき層を形成した長尺の金属めっき材料１を一定の方向（図の左側から右方向）へ２０〜２００ｍ／ｍｉｎ程度の速度で連続走行させる搬送手段である。この搬送手段２は、図の一端からコイル状に巻かれた金属めっき材料１を繰り出す操出し機２０と、この操出し機２０から必要な距離（材料１の加熱や冷却に必要な距離）離れた位置で金属めっき材料１を巻き取る巻取り機２１とから構成されている。
処理対象とする金属めっき材料１は線材，棒材又は条材などの形態であり、金属めっき材料１が線材又は棒材である場合の断面形状は特に問わないが、その断面積は１００ｍｍ２以下であるのが好ましい。
【００１２】
搬送手段２による搬送過程の途中には、金属めっき材料１の通過領域に誘導コイルからなる誘導加熱手段３が設置されている。この誘導加熱手段３の設置領域には、金属めっき材料１が前記誘導加熱手段３を通過するときに同時に通過するように室４を設け、装置の運転中はこの室４に例えば窒素ガス、水素ガス，ＣＯその他の不活性ガスないし還元性ガスを供給し、当該室４を不活性ないし還元性雰囲気とするのが好ましい。
５は搬送手段２の搬送過程の前記誘導加熱手段３よりも下流領域に設置された冷却手段であり、この実施形態では加熱手段３により加熱溶融した金属めっき材料１のめっき層をある程度空冷した後に水冷する水冷装置である。
【００１３】
前記実施形態のリフロー装置の作用を、方法の実施形態とともに以下説明する。
らせん状に巻かれた長尺の金属めっき材料１を搬送手段２により連続走行させながら、誘導加熱手段３の誘導コイルに誘導電流を流して金属めっき材料１を加熱し、その表面に形成されているめっき層を溶融させる。
室４を不活性ないし還元性雰囲気にして当該雰囲気内で金属めっき材料１を加熱すると、めっき層の酸化が抑制されめっき品質が上質に保たれる。
誘導加熱手段３を通過した金属めっき材料１は、溶融しためっき層がある程度凝固するまで空冷され、水冷式の冷却手段５によりさらに冷却され、その溶融めっき層が再凝固することによりリフロー処理を終了し、巻取り機２１により巻き取られる。
【００１４】
第２実施形態
誘導加熱手段３は、前述のようならせん状でなく図２のようにＵ字状に形成した誘導コイルを用い、そのＵ字状部部分の誘導コイルの内側を金属めっき材料１が通過するように構成することができる。
【００１５】
第３実施形態
図３の（ａ）図は本発明に係る第３実施形態のリフロー処理装置の一部を拡大した部分正面図、（ｂ）図は再加熱手段における金属めっき材料と炎との関係を拡大して示す部分拡大平面図である。
以下第１実施形態のリフロー処理装置と同様な構成部分には、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。ただし、図１の冷却手段５は図３では省略されている。
【００１６】
第３実施形態では、搬送手段２における誘導加熱手段３の下流側に金属めっき材料１の表面へ炎６０を接触させる再加熱手段６を設けている。
この実施形態において、再加熱手段６は搬送手段２の搬送方向に沿って互いに近接して設置されたインパクトバーナ（通常のバーナよりもやや小型である。）によって構成されている。
【００１７】
（ｂ）図で拡大して示すように、同図の上側に記載されている上流側のインパクトバーナは、その炎６０が金属めっき材料１に対し左側から右方へ向けて一方の周面へ接触するように配置されている。他方、同図の下側に記載されている下流側のインパクトバーナは、その炎６０が金属めっき材料１に対し右側から左方へ向けて他方の周面へ接触するように配置されている。
したがって、金属めっき材料１が再加熱手段６を通過する際、当該金属めっき材料１の全周面へ炎６０がくまなく接触する。
【００１８】
前記のように金属めっき材料１が再加熱手段６を通過する際に、当該金属めっき材料１の全周面へ炎６０をくまなく接触させるには、一つのバーナを走行する金属めっき材料１に対してそのヘッドが正対するように設置し、装置の運転中当該バーナを金属めっき材料１の周りで公転させても実施することができる。
しかし、金属めっき材料１の表面に対する再加熱処理を搬送手段２のラインスピードへ追随させ、かつ、設備費用を低減するためにはこの実施形態の構成が有利である。
【００１９】
第３実施形態のリフロー処理装置の作用と、当該装置を用いたリフロー処理方法を以下説明する。
第１実施形態の装置と同様に、金属めっき材料１は誘導加熱手段３を通過する際その表面が急速に加熱され、その表面に形成されているめっき層が溶融する。このとき、めっき層の加熱溶融が短時間で行われるので金属めっき材料１の母材の焼鈍などへの影響はない。
前記のように誘導加熱による材料１表面の溶融めっき層は、後の工程で再凝固させると、表面光沢があるかあるいは表面が均一な色調の再結晶組織が形成される（第１実施形態）。
【００２０】
しかしながら、誘導加熱により溶融しためっき金属が部分的に酸化する場合がある。その場合には溶融していないめっき金属の酸化物が溶融めっき層の表面に浮き出し、後の工程で溶融めっき層を再凝固させたときに前記酸化物により表面が均一な光沢面とならず、表面品質を低下させる。  
例えば母材に錫めっきを施した金属めっき材料にあっては、前記誘導加熱による溶融めっき層のめっき金属が酸化すると、再凝固後図６の拡大写真で例示するように表面が白い斑点様の凹凸面となる。
【００２１】
前記酸化物による表面品質の低下を防止するため、第３実施形態の装置を用いたリフロー処理方法では、誘導加熱手段３により溶融した金属めっき材料１の表面の溶融めっき層が再凝固する前に、再加熱手段６により当該溶融めっき層を再加熱することにより還元処理し、その後溶融めっき層を再凝固させている。
すなわち、前記のように表層に浮き出した酸化物を含む溶融めっき層を、前記再加熱手段６により再加熱して前記酸化物を溶融させ、当該酸化物から酸素を分離するのである。そのための具体的手段として、第３実施形態の装置ではめっき金属材料１の表面へ再加熱手段６の炎６０を接触させるように構成している。
前記再加熱手段６の炎６０により再加熱される金属めっき材料１のめっき層は、誘導加熱により表面に浮き出た前記酸化物を除く部分が既に溶融しているので、この溶融めっき層に炎６０を接触させても当該めっき層の偏肉は抑制される。
母材に錫めっきを施した金属めっき材料１を前記方法によりリフロー処理した場合、当該材料１の表面は図５の拡大写真で示すように均一な色調の滑らかな面となる。
【００２２】
第４実施形態
図４は本発明に係る第４実施形態のリフロー処理装置を部分的（材料を誘導加熱手段に導入するまでの部分）示す概略正面図である。
この実施形態のリフロー処理装置は、図のように金属めっきを施した金属めっき材料１が、断続的に樹脂被膜又は樹脂テープなどで被覆されていて、裸部１０と絶縁被覆部１１とが混在する複合材である場合に適する形態である。
【００２３】
この実施形態の装置には、搬送手段２の途中における誘導加熱手段３の電源３０を制御する制御装置３ａが設置されている。
他方、前記搬送手段２における誘導加熱手段３の上流側には、当該誘導加熱手段３まで所定の搬送距離分離れた位置に、複合材である金属めっき材料１の裸部１０又は絶縁被覆部１１を検出するセンサ３ｂが設置されている。
センサ３ｂが金属めっき材料１の例えば裸部１０を検出すると、その検出出力が制御装置３ａへ入力される。制御装置３ａはセンサ３ｂの検出毎に、センサ３ｂの設置位置から誘導加熱手段３の設置位置までの距離と搬送手段２のラインスピードとから、検出された裸部１０の誘導加熱手段３への到達時刻を演算し、誘導加熱手段３の電源３０を所定時間ＯＮにするように制御する。
その後は第１実施形態と同様に処理（再凝固）することにより、複合材である金属めっき材料１の裸部１０へのみリフロー処理を施す。
【００２４】
裸部１０相互の間隔（一つの絶縁被覆部１１の長さ）が一定である場合はセンサ３ｂを作動させず、制御装置３ａは、裸部１０相互の間隔と搬送手段２のラインスピードとに見合う時間間隔毎に誘導加熱手段３の電源をＯＮにするように制御する。
【００２５】
その他の実施形態
本発明においては、バーナ，給電，伝熱ヒータ，熱風その他の加熱手段により、金属めっき材料を差し支えない範囲で余熱することができる。
【実施例】
【００２６】
以下の要領で、同じ金属めっき材料について実施例のリフロー処理と比較例のリフロー処理を行った。
金属めっき材料：黄銅，０．６ｍｍ×０．６ｍｍで断面矩形の母材金属の表面にＣｕめっきを施した上に、厚み２μｍのＳｎめっきを施した線材（実施例、比較例とも同じ）
・実施例：材料を走行させながら誘導コイルにより加熱し、溶融めっき層を再          凝固
加熱雰囲気：不活性ないし還元性雰囲気でない通常雰囲気
使用コイル：パイプ径３ｍｍ、コイル内径６ｍｍ、全長１００ｍｍの５巻×
２巻
誘導電流電源容量：５ｋＷ
誘導電流周波数：１ＭＨｚ
材料走行速度：７０ｍ／ｍｉｎ  
・比較例１：材料をガスバーナにより直接加熱し、溶融めっき層を再凝固
・比較例２：材料を輻射管により加熱し、溶融めっき層を再凝固
・比較例３：材料を電流加熱し、溶融めっき層を再凝固
上記実施例と各比較例のリフロー処理による材料について、表面凹凸，皺やスパーク発生の有無を観察するとともにめっき層偏肉度を調べ、その結果を表１に示した。
なお、表面凹凸，皺及びスパーク傷の発生の観察評価は、「無し」を◎、「わずか」を○、「少し」を△、「有り」を×の印でそれぞれ示し、めっき偏肉度の評価は、「１．５以下」を◎、［１．５を超え１．７以下」を△、「１．７を超え」を×の印で評価した。
【００２７】
表１
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表１の結果から明らかなように、本発明方法の実施例によりリフロー処理を行った金属めっき材料は、各比較例によりリフローを処理を行ったものよりも、表面凹凸や皺及びスパーク傷などの不良が発生し難く、めっき偏肉度もより小さい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る第１実施形態のリフロー処理装置の一部を拡大した部分正面図である。
【図２】本発明に係る第２実施形態のリフロー処理装置における誘導加熱手段の他の形態を示す部分斜視図である。
【図３】（ａ）図は本発明に係る第３実施形態のリフロー処理装置の一部を拡大した部分正面図、（ｂ）図は（ａ）図の装置における再加熱手段の炎と金属めっき材料との接触状態を拡大して示す部分拡大平面図である。
【図４】本発明に係る第４実施形態のリフロー処理装置の部分正面図である。
【図５】第３実施形態のリフロー処理装置でリフロー処理された金属めっき材料表面の部分拡大写真である。
【図６】表面にめっき金属の酸化物層が形成された金属めっき材料表面の部分拡大写真である。
【符号の説明】
【００２９】
１  金属めっき材料
１０  裸部
１１  絶縁被覆部
２  搬送手段
２０  操出し機
２１  巻取り機
３  誘導加熱手段
４  室
５  冷却手段
６  再加熱手段
６０  炎
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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