(57)【要約】      （修正有）【課題】伸線加工機の入側における供給速度を大きくしても頻繁に破断が起こすことのない線径が直径１．０ｍｍ以下の溶融Ａｌめっき鋼線の製造方法並びに製造装置を提供する。【解決手段】細径の線材が溶融Ａｌめっき線である場合、めっき層の表面が微細な凹凸が形成された状態で凝固させ、この微細な凹凸を潤滑剤溜まりとして利用することにより、縮径ダイスに導入される潤滑剤の量を増やすことができる。そこで、めっき層の表面に微細な凹凸が形成された状態で凝固させるために、めっき層の表面が完全に凝固してしまう前に噴霧ノズルから冷却剤（ミスト等）をめっき線に向けて噴霧し、めっき層の表層に微細な凸状物を形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯線径の直径が０．０５〜１．０ｍｍの鋼線に溶融めっきが施された溶融めっき鋼線であって、
前記溶融めっき鋼線の外表面は、９００μｍ２あたり２０〜１００個の面密度で凸状物が形成された凸状物領域が５０％以上の面積割合で覆われていることを特徴とする
伸線加工性に優れた溶融めっき鋼線。
【請求項２】
前記溶融めっきが溶融アルミめっきであることを特徴とする請求項１に記載の溶融アルミめっき鋼線。
【請求項３】
芯線を溶融めっき浴に浸漬した後に引き上げてめっき層を付着させることによりめっきが施された溶融めっき鋼線の製造方法であって、
溶融めっき浴から引き上げてからめっき層の表面が凝固するまでの間に、めっき層へ霧状の冷却媒体を吹付けて凸状物領域を形成することを特徴とする溶融めっき鋼線の製造方法。
【請求項４】
前記溶融めっきが溶融アルミめっきであることを特徴とする請求項３に記載の溶融アルミめっき鋼線の製造方法。
【請求項５】
芯線を溶融めっき浴に浸漬した後に引き上げてめっき層を付着させることによりめっきが施された溶融めっき鋼線の製造装置であって、
溶融めっき浴から引き上げてからめっき層の表面が凝固するまでの間に、めっき層へ霧状の冷却媒体を吹付けるための噴霧ノズルを設けたことを特徴とする溶融めっき鋼線の製造装置。
【請求項６】
前記噴霧ノズルは、めっき鋼線の通線方向に沿って２台以上設けたことを特徴とする請求項５に記載の溶融めっき鋼線の製造装置。
【請求項７】
前記溶融めっきが溶融アルミめっきであることを特徴とする請求項５または６に記載の溶融アルミめっき鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細径の鋼芯線にＡｌめっき層を被覆した溶融Ａｌめっき鋼線であって、特に伸線加工時の潤滑性に優れたＡｌめっき鋼線、およびその製造方法に関する。
【０００２】
伸線加工においては、高速で巻取ることが高い生産性を得るために重要である。巻取り速度は、例えば２００ｍ／分のように表現されることが多い。
巻取り速度を上げるためには、伸線加工機の入側における供給速度を大きくする方法と、縮径ダイスを通すことによる断面積減少率を大きくする方法がある。ただし、断面積を減少させると加工硬化により伸線材の伸びが低下するので、伸線済み材に伸びが必要な場合は断面積減少率が制約されることがある。また、もともと伸びがない線材を伸線加工機に供給して大きく断面積を減少させてしまうと、伸びが足らずに線材が破断してしまう。従って、そのような線材の場合は断面積減少率を大きくして生産性を上げることができないので、伸線加工機の入側における供給速度を大きくする方法しかないことになる。
【０００３】
特許文献１には、Ｃ（炭素）含有量が０．７％以上の鋼線にパテンティング処理を行い、酸洗後にブラスめっき処理を行い、さらにりん酸塩処理被膜を電解化成処理により形成させて、その後に乾式伸線加工または湿式伸線加工を行う、めっき鋼線の高速伸線加工方法が開示されている。りん酸塩処理被膜は、伸線速度を向上し、発熱量を抑えるため、より潤滑性能を向上できる被膜として施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−００１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
伸線加工機の入側における供給速度を大きくすると、初段の縮径ダイスに掛かる負荷が大きくなり、そのために線材が破断してしまうことがあった。その解決策として、縮径ダイスに導入される線材に湿式または乾式の潤滑剤を塗布して、縮径ダイスに掛かる負荷を低減することが一般的に行われている。
【０００６】
しかし、線材の線径が例えば直径１．０ｍｍ以下の細線である場合は、細径であるために線材の表面積が小さく、そのため線材に塗布して縮径ダイスに導入できる潤滑剤の量を増やせなかった。そのため、伸線加工機の入側における供給速度を大きくすると、頻繁に破断が起こってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
伸線加工機の入側における供給速度を大きくしても破断を起こさないようにするためには、細径の線材であっても縮径ダイスに導入される潤滑剤の量を増やす必要がある。
そこで、細径の線材がめっき線である場合、めっき層の表面が微細な凹凸が形成された状態で凝固させ、この微細な凹凸を潤滑剤溜まりとして利用することにより、縮径ダイスに導入される潤滑剤の量を増やすことができる。発明者らは、種々の試行錯誤の結果、めっき層の表面に微細な凹凸が形成された状態で凝固させるためには、めっき層の表面が完全に凝固してしまう前に冷却剤（ミスト等）をめっき線に向けて噴霧して、めっき層の表層に微細な凸状物を形成すれば可能であることを見出した。また、破断が起こらない程度の潤滑剤をダイスに導入するためには、めっき層表層に形成された凸状物の面密度が９００μｍ２あたり２０〜１００個であり、めっき線の周方向では、その凸状物に覆われた比率が５０％以上の面積率であればよいこと、さらにミストを噴霧してそのような凸状物を形成させるために好適な噴霧ノズルの配置も見出した。本発明の溶融Ａｌめっき鋼線の製造方法と製造装置によれば、めっき工程の中でめっき層の表面に微細な凹凸を形成できるので、工程数が増えることはない。
【発明の効果】
【０００８】
伸線加工に供するめっき鋼線が、例えば直径１．０ｍｍ以下の細線であっても十分な量の潤滑剤をめっき鋼線の表面に塗布してダイスに供給できる。その結果、ダイスの磨耗やダイスにおける線材の破断が回避され、巻取り速度を上げることができ、伸線加工の生産性が向上する。また、めっき工程の中でめっき層の表面に微細な凹凸を形成できるので、工程数を増えることもなく、例えば直径１．０ｍｍ以下の細線であっても十分な量の潤滑剤をめっき鋼線の表面に塗布してダイスに供給できるめっき鋼線が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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である。
【図２】高速な伸線加工時であっても断線が生じない、めっき表面に凸状物を有した溶融Ａｌめっき鋼線の表面状態を示す走査型顕微鏡写真である。
【図３】高速な伸線加工時においては断線を生じる、めっき表面に凸状物を有した溶融Ａｌめっき鋼線の表面状態走査型顕微鏡写真である。
【図４】縦配列のないノズル配置例を示す模式図である。
【図５】縦配列があるノズル配置例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に、溶融Ａｌめっき鋼線の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から鉛直上方へと引き上げられ、遮蔽体４によって大気環境２から仕切られた気相空間８の中を通過する。遮蔽体４の上部には鋼線３が通過する開口部７がある。引き上げ過程で鋼線表面のめっき金属が凝固して溶融Ａｌめっき鋼線となり、巻取装置５２によって巻き取られる。
【００１１】
遮蔽体４の内部の気相空間８には、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）に不活性ガスを吹き付けるためのノズル６１が配置されている。また、引き上げられた鋼線の浴面基準高さ２０ｍｍ以上の部分に前記ノズル６１からの不活性ガス吐出流が当たらないように不活性ガス吐出方向が調整されている。すなわち、ノズル６１から吐出された不活性ガスは、めっき浴立ち上がり部５を含むめっき浴面６の一部分およびめっき浴立ち上がり部５から引き上げられた鋼線３の浴面基準高さが２０ｍｍ未満の領域の一部分に直接当たり、それらの部分の酸素濃度が低く保たれる。不活性ガスとしては窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が挙げられる。
【００１２】
さらに遮蔽体４の内部の気相空間８には、酸素含有ガスを導入するための吐出口７２を有する管路７３が設置されている。その酸素含有ガスは酸素含有ガス供給装置７４から管路７３を通って吐出口７２から遮蔽体４の内部の気相空間に導入される。また、酸素含有ガス吐出口７２からの酸素含有ガス吐出流が前記ノズル６１からの不活性ガス吐出流に当たらないように酸素含有ガス吐出方向が調整されている。すなわち、吐出口７２から気相空間８に導入された酸素含有ガスは、めっき浴１から引き上げられる鋼線３の表面のうち前記の不活性ガス吐出流が直接当たる部分を除いた表面と接触し、その表面部分を酸化性雰囲気とする。
【００１３】
めっき浴１から引き上げられる鋼線３が、遮蔽体４の内部で気相空間８として、まず低い酸素濃度に保たれた領域を通過したあと、酸化性雰囲気の領域を通過することにより、めっき層が表面平滑を保ったまま凝固する。このように凝固させた溶融Ａｌめっき鋼線であれば、通常の巻取り速度で問題なく伸線加工を行うことができる。
【００１４】
遮蔽体４内の気相空間８を通って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。伸線加工時のダイスでの断線防止に大きく寄与するめっき表面の凸状物を生成させるに、めっき層が凝固するまでに霧状の冷却液を噴霧させるノズルを配置した凸状物生成装置５３が設置される。
【００１５】
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。
【００１６】
めっきに供する鋼線３としては、直径０.０５〜１.０ｍｍの鋼線が対象となる。０.０５ｍｍ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。直径０.０５ｍｍ以上０.３０ｍｍ未満の細径の鋼芯線を適用することがより好ましい。
【００１７】
具体的には例えば、溶融Ａｌめっきを行う直前に、還元性ガス雰囲気中（例えばＨ２−Ｎ２混合ガス中）で加熱処理を施して、鋼の表面を活性化した状態の鋼線を適用することができる他、表面にＺｎめっき、Ｎｉめっき、Ｃｕめっきなどを施した鋼線を適用することができる。これらのうちＺｎめっきやＣｕめっきを施した鋼線は、還元性ガス雰囲気中での加熱を省略して、直接溶融Ａｌめっき浴に送給することができる。Ｎｉめっき鋼線の場合は、還元性ガス雰囲気中での加熱を行った後に溶融Ａｌめっきに供することがより好ましい。
【００１８】
上記のＺｎめっき鋼線は主として溶融Ｚｎめっき法または電気Ｚｎめっき法により得ることができ、Ｎｉめっき鋼線は電気Ｎｉめっき法により得ることができる。これらのプレめっき鋼線は、プレめっき後に伸線加工を行って線径を適正化しておくことができる。溶融Ａｌめっき浴に供する段階において、Ｚｎめっき鋼線のＺｎめっき平均厚さは０.３〜２５μｍとすることが好ましく、Ｎｉめっき鋼線のＮｉめっき平均厚さは０.５〜５.０μｍとすることが好ましい。Ｎｉめっき鋼線を使用すると、鋼芯線と溶融Ａｌめっき層の界面に生じる脆いＦｅ−Ａｌ合金層の厚さが薄くなり、加工性向上に有利となる。なお、Ｚｎめっき層やＮｉめっき層は、溶融Ａｌめっき浴中で、その全部または大部分が溶融Ａｌと反応する。このため、溶融Ａｌめっき鋼線の断面においてこれらのプレめっき層は観測されないことが多い。
【００１９】
鋼芯線の鋼材としては、用途に応じて炭素鋼やステンレス鋼など、種々のものが適用できる。
炭素鋼は炭素（Ｃ）を０.０２質量％以上含有する鋼材である。例えばＪＩＳ  Ｇ３５６０の硬鋼線材、ＪＩＳ  Ｇ３５０５の軟鋼線材の規格に示されるものなどが例示できるが、それに限定されるものではない。
ステンレス鋼はクロム（Ｃｒ）を１０質量％以上含有する合金鋼である。例えばＪＩＳ  Ｇ４３０９に規定されているオーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系の鋼材などを挙げることができる。具体的には、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４などの一般的にオーステナイト相が準安定であるとされるステンレス鋼、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６などの安定オーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４３６、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４７などのフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４１６、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ４３１、ＳＵＳ４４０などのマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ２００番台に分類されるＣｒ−Ｎｉ−Ｍｎ系のステンレス鋼などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
図１に示した構成の溶融Ａｌめっき鋼線製造装置により、めっき浴立ち上がり部は、不活性ガスとして窒素を使用し、めっき浴立ち上がり部５からの距離が約５ｍｍの位置に不活性ガス吐出ノズル６１の吐出口を設置した。また、遮蔽体４の内部に酸素含有ガスを導入するための管路を設け、その吐出方向が不活性ガス吐出流に当たらないように酸素含有ガスの吐出口を配置した。酸素含有ガスとして空気を使用し、その流量を調整することによって遮蔽体４内の気相空間８における酸素濃度を設定した。
【００２１】
続いて、めっき浴から立ち上がった溶融Ａｌめっき鋼線が引き上げられていく経路上に、めっき表面に霧状の冷却水を噴霧するノズルを設置した。これは、めっき表面が凝固する前に、めっき表面に凸状物を生成させるためである。ノズルは、いけうち製の二流体ノズル、ＢＩＭＶ８００７５型を使用し、噴霧条件は、空気圧０．４ＭＰａ、ノズル１本あたりの空気量約１００Ｌ／ｍｉｎ、水圧０．１ＭＰａとした。水量は微量であったため流量計では測定できなかった。ノズル配置は次の表１に示す５条件とした。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
溶融Ａｌめっきに供する鋼線は、表２に示す種々の線径のプレＺｎめっき線を用いた。このプレＺｎめっき鋼線は、直径１.０ｍｍの溶融Ｚｎめっき硬鋼線（ＪＩＳ素材規格；３７Ａ）をドローイングにより伸線加工して所定の直径としたものであり、その表面には平均厚さ２〜４μｍのＺｎめっき層を有している。芯材である鋼の組成は、質量％でＣ：０.３４〜０.４１％、Ｓｉ：０.１５〜０.３５％、Ｍｎ：０.３〜０.６％、Ｐ：０.０３０％以下、Ｓ：０.０３０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の範囲内にある。
【００２４】
溶融Ａｌめっきも、めっき浴種類、浴温、ライン速度、ノズル設置パターンとノズル噴霧設備の設置位置を種々変更して種々の溶融Ａｌめっき鋼線を製造した。製造した溶融Ａｌめっき鋼線の製造条件を表２のＮｏ．１〜２１に示す。Ｎｏ．２１はノズルを稼動せず、ミスト噴霧なしの条件で製造したものである。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
製造したＮｏ．１〜Ｎｏ．２１の溶融Ａｌめっき鋼線のそれぞれについて、めっき鋼線の外面に形成された凸状物の量と外周比率の評価を行った。手順は次のとおりである。
走査型電子顕微鏡を用いて３０００倍程度の倍率で表面外観を撮影した。撮影した写真から３０μｍ×３０μｍの範囲（観察面積；９００μｍ２）にある凸状物の数を測定した。その結果を、表２の凸状物の量の欄に記載している。凸状物の量の判断基準は、観察面積９００μｍ２あたりの凸状物の数が、２０個未満の場合は×、２０〜１００個のとき○とした。
【００２７】
また、図２と図３に、それぞれＮｏ．６とＮｏ．１の溶融Ａｌめっき鋼線のめっき表面を観察した結果を示す。倍率は、３０００倍である。Ｎｏ．６の溶融Ａｌめっき鋼線は、観察面積；９００μｍ２の範囲のほぼ全域に凸状物が形成されている。一方、Ｎｏ．１の溶融Ａｌめっき鋼線にはほとんど凸状物が認められなかった。
【００２８】
凸状物の円周方向の比率についても評価した。手順は次のとおりである。
凸状物の量の評価と同様に、走査電子顕微鏡によりめっき鋼線の円周すべてを撮影して、凸状物が形成されている円周方向の長さを測定し、凸状物形成長さ／線材の円周長さ×１００（％）を求め、その値を外周比率とした。その結果を、表２の凸状物の外周比率の欄に記載している。凸状物の外周比率の判断基準は、外周比率が５０％未満；×、５０％超〜７０％以下；○、７０％超；◎とした。
【００２９】
Ｎｏ．１の溶融Ａｌめっき鋼線は、ライン速度が低速であったために、ミスト噴霧位置より下方でめっき層が凝固してしまい、ミスト噴霧の効果がなかったものと考えられる。Ｎｏ．８は、ミスト噴霧装置の設置位置がめっき浴面から高すぎたためにミスト噴霧装置より下方でめっき層が凝固していしまい、ミスト噴霧の効果がなかったものと考えられる。Ｎｏ．２とＮｏ．３の溶融Ａｌめっき鋼線は、ミスト噴霧のためのノズルが１方向だけであったため、外周比率が５０％以上とならなかった。
【００３０】
続いて、製造した溶融Ａｌめっき鋼線について伸線加工性を調査した。伸線加工性に供した線材の長さは約２０００ｍ、伸線加工時のダイスは１枚のみの設置、伸線加工機の巻取り速度は、６０ｍ／ｍｉｎ一定と２００ｍ／ｍｉｎ一定の２水準とした。設置したダイスのダイス径は、あらかじめ伸線加工前の溶融Ａｌめっき鋼線の線径を測定して、断面減少率が平均線径の１５％になるように選定した。潤滑剤は、湿式の潤滑剤を用いた。
【００３１】
まず、Ｎｏ．１、Ｎｏ．８、Ｎｏ．２１の溶融Ａｌめっき鋼線に対し、伸線加工機の巻取り速度を６０ｍ／ｍｉｎ一定として伸線加工を行った。伸線加工機の巻取り速度が低速であるので、どの溶融Ａｌめっき鋼線も長さ約２０００ｍに渡って断線することなく、巻取ることができた。
【００３２】
次に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２１の溶融Ａｌめっき鋼線に対し、伸線加工機の巻取り速度を２００ｍ／ｍｉｎ一定として伸線加工を行った。長さ約２０００ｍの伸線加工において、一度も途中で破断することなく巻取ることができたものを○、断線したものを×として評価した。その結果は、表２に合わせて示している。
めっき線の外表面が９００μｍ２あたり２０〜１００個の面密度で凸状物が形成された凸状物領域が５０％以上の面積割合で覆われている溶融Ａｌめっき鋼線は、高速の伸線加工においても破断を起こさずに巻取ることができた。本発明の溶融Ａｌめっき鋼線は、伸線加工性の生産性を高めるために有用である。
【符号の説明】
【００３３】
１    溶融Ａｌめっき浴
２    大気環境
３    鋼線
４    遮蔽体
５    めっき浴立ち上がり部
６    遮蔽体内部の浴面部分
７    開口部
８    気相空間
１０    浴面
５０    めっき浴槽
５１    送出装置
５２    巻取装置
５３    凸状物生成装置(霧状冷却剤噴霧装置)
５６    不活性ガス供給管
５７    不活性ガス供給装置
５８    リール
６１    不活性ガス吐出ノズル
７２    酸素含有ガス吐出口
７３    酸素含有ガス供給管
７４    酸素含有ガス供給装置
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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