1. はじめに
通信ケーブルにおいて高周波信号を伝送する際、導体には表皮効果が生じ、伝送信号の周波数が高くなるにつれて、表皮効果はますます深刻になります。いわゆる表皮効果とは、伝送信号の周波数が数キロヘルツまたは数万ヘルツに達したときに、同軸ケーブルの内部導体の外面と外部導体の内面に沿って信号が伝送される現象を指します。
特に、銅の国際価格が高騰し、自然界における銅資源がますます希少になっていることから、銅導体の代替として銅被覆鋼線や銅被覆アルミニウム線を使用することは、電線・ケーブル製造業界にとって重要な課題となっており、また、大きな市場空間を活用してその普及を促進することにもつながっている。
しかし、銅めっきされたワイヤは、前処理、ニッケル前めっきなどの工程、およびめっき液の影響により、ワイヤの黒化、前めっき不良、主めっき層の剥離などの問題や欠陥が発生しやすく、結果としてワイヤの廃棄、材料の無駄が生じ、製品の製造コストが増加します。したがって、めっきの品質を確保することは非常に重要です。本稿では、電気めっきによる銅被覆鋼線の製造における工程原理と手順、および品質問題の一般的な原因と解決策について主に論じます。 1 銅被覆鋼線のめっき工程とその原因
1.1 ワイヤーの前処理
まず、ワイヤーをアルカリ性酸洗液に浸し、ワイヤー（陽極）とプレート（陰極）に一定の電圧を印加すると、陽極で大量の酸素が発生します。これらのガスの主な役割は次のとおりです。1つ目は、鋼線の表面とその近傍の電解液に発生する激しい気泡が機械的な攪拌と剥離効果を発揮し、鋼線の表面から油分を剥離させ、油脂の鹸化と乳化プロセスを加速させることです。2つ目は、金属と溶液の界面に付着した微細な気泡により、気泡と鋼線が一緒に排出される際に、気泡は大量の油分を含んだ鋼線とともに溶液の表面に付着します。そのため、気泡は鋼線に付着した大量の油分を溶液の表面に運び、油分の除去を促進すると同時に、陽極の水素脆化を抑制し、良好なめっきを実現します。
1.2 ワイヤーのメッキ
まず、電線をめっき液に浸漬し、電線（陰極）と銅板（陽極）に一定の電圧を印加することで、電線を前処理し、ニッケルめっきを施します。陽極では、銅板が電子を失い、電解（めっき）浴中に遊離の二価銅イオンが生成されます。
Cu – 2e→Cu2+
陰極では、鋼線が電気分解によって再電子化され、二価の銅イオンが鋼線上に析出して銅被覆鋼線が形成される。
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
めっき液中の酸の量が不足すると、硫酸第一銅は容易に加水分解されて酸化第一銅を生成する。酸化第一銅はめっき層に閉じ込められ、めっき層が緩くなる。 Cu2 SO4 + H2O [Cu2O + H2 SO4
I. 主要構成要素
屋外用光ケーブルは一般的に、裸ファイバー、ルースチューブ、防水材、補強材、および外被で構成されています。構造は、中心管型、層状撚り線型、骨格構造など、多種多様です。
ベアファイバーとは、直径250マイクロメートルの元の光ファイバーを指します。通常、コア層、クラッド層、コーティング層から構成されています。ベアファイバーの種類によってコア層のサイズは異なります。例えば、シングルモードOS2ファイバーは一般的に9マイクロメートル、マルチモードOM2/OM3/OM4/OM5ファイバーは50マイクロメートル、マルチモードOM1ファイバーは62.5マイクロメートルです。ベアファイバーは、マルチコアファイバーを区別するために色分けされていることがよくあります。
ルーズチューブは通常、高強度エンジニアリングプラスチックであるPBT製で、裸の繊維を収容するために使用されます。ルーズチューブは繊維を保護する役割を果たし、繊維を損傷する可能性のある水の浸入を防ぐために、防水ゲルが充填されています。ゲルはまた、衝撃による繊維の損傷を防ぐ緩衝材としても機能します。ルーズチューブの製造工程は、繊維の余剰長を確保するために非常に重要です。
防水材としては、ケーブル用防水グリース、防水糸、防水粉末などが挙げられる。ケーブル全体の防水性能をさらに向上させるには、防水グリースを使用するのが一般的な方法である。
補強材には、金属製と非金属製があります。金属製の補強材は、リン酸塩処理された鋼線、アルミテープ、または鋼テープで作られることが多いです。非金属製の補強材は、主にFRP（繊維強化プラスチック）で作られています。使用する材料に関わらず、これらの補強材は、引張、曲げ、衝撃、ねじりに対する耐性など、規格の要件を満たすために必要な機械的強度を備えている必要があります。
外装材は、防水性、耐紫外線性、耐候性など、使用環境を考慮する必要があります。そのため、優れた物理的・化学的特性を持ち、屋外設置に適している黒色のPE素材が一般的に使用されています。
2．銅めっき工程における品質問題の原因とその解決策
2.1 ワイヤの前処理がめっき層に及ぼす影響 電気めっきによる銅被覆鋼線の製造において、ワイヤの前処理は非常に重要です。ワイヤ表面の油膜や酸化膜が完全に除去されないと、前めっきされたニッケル層のめっきが不十分になり、密着性が悪くなり、最終的には主となる銅めっき層が剥離してしまいます。そのため、アルカリ液と酸洗液の濃度、酸洗電流とアルカリ電流、ポンプの作動状態などを常に監視し、異常があれば速やかに修理することが重要です。鋼線前処理における一般的な品質問題とその解決策を表に示します。
2.2 プレニッケル溶液の安定性は、プレめっき層の品質を直接左右し、次の銅めっき工程において重要な役割を果たします。したがって、プレめっきニッケル溶液の組成比を定期的に分析・調整し、プレめっきニッケル溶液が清浄で汚染されていないことを確認することが重要です。
2.3 めっき液がめっき層に及ぼす影響 めっき液は硫酸銅と硫酸の2つの成分から構成されており、その比率がめっき層の品質を直接決定します。硫酸銅の濃度が高すぎると、硫酸銅の結晶が析出します。硫酸銅の濃度が低すぎると、ワイヤが焦げやすくなり、めっき効率に影響します。硫酸はめっき液の電気伝導率と電流効率を向上させ、めっき液中の銅イオン濃度を低下させ（同イオン効果）、それによって陰極分極とめっき液の分散性を向上させ、電流密度限界を増加させ、めっき液中の硫酸第一銅の加水分解による酸化第一銅の析出を防ぎ、めっき液の安定性を高め、陽極分極を低下させ、陽極の正常な溶解を促進します。ただし、硫酸含有量が高いと硫酸銅の溶解度が低下することに注意する必要があります。めっき液中の硫酸含有量が不足すると、硫酸銅は容易に加水分解されて酸化第一銅となり、めっき層に閉じ込められ、層の色が暗くなり、緩くなります。めっき液中の硫酸が過剰で銅塩含有量が不足すると、陰極で水素が部分的に放電され、めっき層の表面に斑点が現れます。リン銅めっきのリン含有量もコーティングの品質に重要な影響を与え、リン含有量は0.04%～0.07%の範囲に制御する必要があります。0.02%未満の場合、銅イオンの生成を防ぐ皮膜を形成することが難しくなり、めっき液中の銅粉が増加します。リン含有量が0.1%を超えると、銅陽極の溶解に影響を与え、めっき液中の二価銅イオンの含有量が減少し、陽極スラッジが大量に発生します。また、陽極スラッジがめっき液を汚染し、めっき層に粗さやバリが生じるのを防ぐため、銅板は定期的に洗浄する必要があります。
3 結論
上記の工程を経て、製品の密着性と連続性は良好で、品質は安定しており、性能も優れています。しかしながら、実際の製造工程においては、めっき層の品質に影響を与える要因が数多く存在するため、問題が発見された場合は、速やかに分析・検討を行い、適切な対策を講じて解決する必要があります。
投稿日時：2022年6月14日