(57)【要約】【課題】基材の表面に亜鉛溶射を行うに際し、溶射材料を低減しても確実に亜鉛付着量を確保できる熱交換器用部材の製造方法を提供する。  【解決手段】アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材と溶射ガンと相対的に移動させながら、前記基材の表面に亜鉛または亜鉛含有合金をアーク溶射することにより、連続的に亜鉛付着層を形成する熱交換器用部材の製造方法であって、亜鉛付着量に対応する溶射電流値を逐次計測し、計測した溶射電流値のばらつきの程度に応じて溶射電流の設定値を変化させて溶射を続行する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材と溶射ガンとを相対的に移動させながら、前記基材の表面に亜鉛または亜鉛含有合金をアーク溶射することにより、連続的に亜鉛付着層を形成する熱交換器用部材の製造方法であって、
亜鉛付着量に対応する溶射電流値を逐次計測し、計測した溶射電流値のばらつきの程度に応じて溶射電流の設定値を変化させて溶射を続行することを特徴とする熱交換器用部材の製造方法。
【請求項２】
目標の亜鉛付着量に基づいて溶射電流の初期値を設定するとともにその初期値に対する許容範囲を設定し、計測した溶射電流値のばらつきの程度に応じて前記許容範囲内で溶射電流の設定値を変化させて溶射を続行する、請求項１に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【請求項３】
前記計測した溶射電流値のばらつきの程度が小さくなった場合に、溶射電流の設定値を下げて新たな設定値で溶射を続行する、請求項１または２に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【請求項４】
前記計測した溶射電流値のばらつきの程度が大きくなった場合に、溶射電流の設定値を上げて新たな設定値で溶射を続行する、請求項１または２に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【請求項５】
前記溶射電流値のばらつきの程度は直近の一定期間に計測した溶射電流値により計算した標準偏差であり、溶射電流値の下げ幅を前記標準偏差の１〜３倍とする、請求項３に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【請求項６】
前記溶射電流値のばらつきの程度は直近の一定期間に計測した溶射電流値により計算した標準偏差であり、溶射電流値の上げ幅を前記標準偏差の１〜３倍とする、請求項４に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【請求項７】
前記基材は押出材である請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器用部材の製造方法。
【請求項８】
チューブとフィンとを交互に重ねて配置してコア部とし、ヘッダータンクに前記コア部のチューブを連通状態に連結して熱交換器を仮組みし、仮組みした熱交換器を加熱して前記チューブとヘッダータンク、およびチューブとフィンとをろう付する熱交換器の製造方法において、
前記チューブ、ヘッダータンク、フィンの少なくともいずれかとして、請求項１〜７のいずれか記載の熱交換器用部材の製造方法により製造された熱交換器用部材を用い、ろう付時の加熱によって亜鉛付着層の亜鉛を基材に拡散させて犠牲腐食層を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ろう付によって製作される熱交換器の構成部材であって、表面に亜鉛付着層が形成された熱交換器用部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム製熱交換器の耐食性を向上させるために、チューブやヘッダー等の構成部材の表面に亜鉛または亜鉛含有合金を溶射して犠牲腐食層（亜鉛付着層）を形成する技術は既に知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記熱交換器において犠牲腐食効果を得て耐食性を確保するためには、一定量以上の亜鉛を確実に付着させる必要である。また、溶射においては、溶射装置を一定条件で稼働しても亜鉛付着量にばらつきが生じるものであり、また作業場の温度や湿度の変動、溶射部品の劣化の程度、溶射線の送りの安定性等が絡み合ってばらつきの程度が変動することは避けがたい。このため、亜鉛付着量のばらつきやばらつきの程度の変動を見込んで目標の亜鉛量を確実に付着させ得るような条件設定が行われている。
【０００４】
例えば、アーク溶射においては、亜鉛付着量に対応する溶射電流値を高い目の値に設定し、溶射中に電流値のばらついても、またばらつきの程度が変動しても目標の亜鉛付着量の下限値を下回らないようにしている。
【特許文献１】特開平４−１５４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、溶射電流値を高い目に設定すると、溶射電流値が安定してばらつきの程度が小さい場合も高い電流値で溶射することになり、溶射材料が必要以上に消費されることになる。しかも、亜鉛付着量のばらつきが小さくなれば、少ない付着量でも均一な層が形成されて所期する犠牲腐食効果を奏することができるので、均一であれば付着量が少ない方が好ましい。さらに、近年の亜鉛地金の高騰に伴い、所期する犠牲腐食効果が得られる限り溶射材料の使用量の削減が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した技術背景に鑑み、基材の表面に亜鉛溶射を行うに際し、溶射材料を低減しても確実に亜鉛付着量を確保できる熱交換器用部材の製造方法の提供を目的とする。
【０００７】
即ち、本発明の熱交換器用部材の製造方法は下記［１］〜［７］に記載の構成を有する。
【０００８】
［１］アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材と溶射ガンとを相対的に移動させながら、前記基材の表面に亜鉛または亜鉛含有合金をアーク溶射することにより、連続的に亜鉛付着層を形成する熱交換器用部材の製造方法であって、
亜鉛付着量に対応する溶射電流値を逐次計測し、計測した溶射電流値のばらつきの程度に応じて溶射電流の設定値を変化させて溶射を続行することを特徴とする熱交換器用部材の製造方法。
【０００９】
［２］目標の亜鉛付着量に基づいて溶射電流の初期値を設定するとともにその初期値に対する許容範囲を設定し、計測した溶射電流値のばらつきの程度に応じて前記許容範囲内で溶射電流の設定値を変化させて溶射を続行する、前項１に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【００１０】
［３］前記計測した溶射電流値のばらつきの程度が小さくなった場合に、溶射電流の設定値を下げて新たな設定値で溶射を続行する、前項１または２に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【００１１】
［４］前記計測した溶射電流値のばらつきの程度が大きくなった場合に、溶射電流の設定値を上げて新たな設定値で溶射を続行する、前項１または２に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【００１２】
［５］前記溶射電流値のばらつきの程度は直近の一定期間に計測した溶射電流値により計算した標準偏差であり、溶射電流値の下げ幅を前記標準偏差の１〜３倍とする、前項３に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【００１３】
［６］前記溶射電流値のばらつきの程度は直近の一定期間に計測した溶射電流値により計算した標準偏差であり、溶射電流値の上げ幅を前記標準偏差の１〜３倍とする、前項４に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【００１４】
［７］前記基材は押出材である前項１〜６のいずれかに記載の熱交換器用部材の製造方法。
【００１５】
また、本発明の熱交換器の製造方法は下記［８］に記載の構成を有する。
【００１６】
［８］チューブとフィンとを交互に重ねて配置してコア部とし、ヘッダータンクに前記コア部のチューブを連通状態に連結して熱交換器を仮組みし、仮組みした熱交換器を加熱して前記チューブとヘッダータンク、およびチューブとフィンとをろう付する熱交換器の製造方法において、
前記チューブ、ヘッダータンク、フィンの少なくともいずれかとして、前項１〜７のいずれか記載の熱交換器用部材の製造方法により製造された熱交換器用部材を用い、ろう付時の加熱によって亜鉛付着層の亜鉛を基材に拡散させて犠牲腐食層を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
上記［１］に記載の発明は、亜鉛付着量に対応する溶射電流値を逐次計測し、計測した溶射電流値のばらつきの程度に応じて溶射電流の設定値を変化させるから、基材の表面に適正量の亜鉛を付着させることができる。ひいては、加熱によって亜鉛付着層の亜鉛を拡散させて犠牲腐食層を形成し、優れた耐食性を得ることができる。
【００１８】
上記［２］に記載の発明によれば、亜鉛付着量が設定された許容範囲を逸脱することなく適正量の亜鉛を付着させることができる。
【００１９】
上記［３］に記載の発明によれば、溶射電流値のばらつきの程度が小さくなった場合に過剰量の亜鉛付着量を減らすことができる。
【００２０】
上記［４］に記載の発明によれば、溶射電流値のばらつきの程度が大きくなった場合に亜鉛付着量を増やして必要量を付着させることができる。
【００２１】
上記［５］に記載の発明によれば、溶射電流値の下げ幅の適正範囲が得られる。
【００２２】
上記［６］に記載の発明によれば、溶射電流値の上げ幅の適正範囲が得られる。
【００２３】
上記［７］に記載の発明によれば、効率良く熱交換器用部材を製造できる。
【００２４】
上記［８］に記載の発明は、チューブ、ヘッダータンク、フィンの少なくともいずれかとして［１］〜［７］のいずれかに記載された方法により製造された熱交換器用部材を用いたものであるから、ろう付時の加熱によって亜鉛を拡散が核酸して犠牲腐食層を形成し、優れた耐食性を有する熱交換器を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の熱交換器用部材の製造方法において、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に亜鉛または亜鉛含有合金をアーク溶射して亜鉛付着層を形成する。かかる熱交換器用部材は、加熱、例えばろう付時の加熱によって付着させた亜鉛が基材の表層部に拡散し、犠牲腐食層が形成される。
【００２６】
本発明において、熱交換器用部材の種類は問わない。図１に示した熱交換器(1)は、チューブ(2)とフィン(3)とが交互に積層されるとともに、前記チューブ(2)の端部をヘッダータンク(4)に連通接続され、チューブ(2)とフィン(3)、チューブ(2)とヘッダータンク(4)がろう付接合されることにより、コア部が形成されたものである。本発明の熱交換器用部材は、チューブ(2)、フィン(3)、ヘッダータンク(4)のいずれにも適用できる。なお、図１の熱交換器(1)においては、最外側のフィン(3)にサイドプレート(5)がろう付されている。本発明の製造方法は熱交換器用部材がろう付される前であれば適用でき、ろう付前の各々の熱交換器用部材に適用できるのはもちろん、フィン、チューブ、ヘッダータンク等の熱交換器用部材を製造する前の板材や管材等の材料に本発明を適用しても良い。
【００２７】
前記熱交換器用部材の基材の材料はアルミニウムまたはその合金である限り限定されず、周知のものを適宜使用できる。チューブ材料として、ＪＩＳ  １０００系のアルミニウム合金、微量のＣｕ、Ｍｎを添加したアルミニウム合金、ＪＩＳ  ３０００系のアルミニウム合金を推奨できる。また、フィン材料としてはＪＩＳ  ３２０３にＺｎを添加したアルミニウム合金を推奨でき、ヘッダータンク材料としてはＪＩＳ  ３００３合金を推奨できる。
【００２８】
また、溶射材料は亜鉛を単体で用いることも、亜鉛含有合金を用いることもできる。
【００２９】
図２に、本発明の熱交換器用部材の一例として扁平多穴型の熱交換器用チューブ(2)を示す。前記熱交換器用チューブ(2)は、基材(2a)の対向する２つの平坦壁に亜鉛付着層(2b)を有する。
【００３０】
本発明は、計測した電流値を溶射条件にフィードバックさせるものであるから、長尺の基材(2a)に対して連続的に亜鉛付着層(2b)を形成するのに適している。例えば、図３に示す溶射装置は、押出機(10)の出口側の上下に配置された溶射ガン(11)(11)とこれらの溶射ガン(11)(11)を制御する制御装置(13)とを備えるものであり、押出機(10)から順次押し出されて移動中の基材(2a)の２つの平坦壁に連続的に溶射するように構成されている。このように押出による基材(2a)の成形と溶射とを連続して行うことにより、効率良く熱交換器用部材を製造することができる。
【００３１】
前記溶射ガン(11)の構造は何ら限定されない。例えば、溶射材料（亜鉛または亜鉛含有合金）である２本のワイヤの間にアークを発生させることによりワイヤを溶融し、後方から圧縮空気を供給して溶融した金属を前方に吹き飛ばして基材(2a)の表面に付着させるものを挙示できる。かかる溶射ガン(11)において、溶射電流値は亜鉛付着量に対応し、溶射電流値が高くなるほど吹き飛ばされる金属量が多くなって付着量が多くなる。
【００３２】
前記各溶射ガン(11)における溶射電流値は電流計(12)によって随時計測されて制御装置(13)に送られる。また、制御装置(13)においては、各溶射ガン(11)における溶射電流値を自在に設定することができ、かつ計測された溶射電流値に基づいて新たな溶射電流値を決定し、決定した溶射電流値に設定することができる。
【００３３】
前記溶射装置において、設定された溶射電流値に対し、計測される溶射電流値はばらつきを伴ったものとなり、またばらつきの程度は作業場の温度や湿度の変動、溶射部品の劣化の程度、溶射線の送りの安定性等が絡み合って変動する。図４Ａ〜図４Ｆは、溶射電流の設定値および計測値と時間の関係について種々のパターンを示したものである。これらの図において、直線で示されているのは設定された溶射電流値であり、折れ線で示されているのは計測された溶射電流値であってばらつきを伴っている。また、濃色で示した領域は目標の亜鉛付着量の範囲に対応する溶射電流値の許容範囲であり、計測された溶射電流値が前記許容範囲内の値であれば亜鉛付着量は目標の範囲内である。
【００３４】
本発明は、溶射中に溶射電流値を計測し、そのばらつきの程度に応じて溶射電流値を制御することにより、必要量の亜鉛付着量を確保しつつ過剰量を付着させないようにしたものである。以下に溶射電流値の制御方法について、図５のフローチャートにもとづき、図４Ａ〜図４Ｆの電流値と時間の関係を参照しつつ詳述する。
【００３５】
〔溶射電流値の制御方法〕
（１）Ｓ１ステップ
目標の亜鉛付着量に基づいて溶射電流の初期値を設定する。目標の亜鉛付着量は溶射電流値のばらつきを見込んで下限値から上限値までの所定の幅を持たせたものであり、図４Ａ〜図４Ｆにおいて濃色で示した溶射電流値の許容範囲である。
【００３６】
（２）Ｓ２ステップ（図４Ａ参照）
設定された溶射電流値で溶射を行い、所定時間毎に溶射電流値を計測し、その計測から一定時間遡った期間における標準偏差を計算する。例えば、０．１秒毎に溶射電流値を計測し、その計測点から１００点を遡って直近の１０秒間における標準偏差（Ｄ１）を算出し、さらに比較値として１５秒間遡ってその時点から１０秒間における標準偏差（Ｄ２）を計算する。
【００３７】
（３）Ｓ３ステップ
Ｓ２ステップで計算した直近の標準偏差（Ｄ１）とその前の標準偏差（Ｄ２）を比較してばらつきの程度が小さくなったかどうかを判断する。標準偏差（Ｄ１）（Ｄ２）を１秒間隔で算出し、Ｄ１＜Ｄ２が３秒間続けば溶射電流値のばらつきの程度が小さくなったと判断してＳ４ステップに進む。それ以外はばらつきの程度が小さくなっていないと判断し、設定された溶射電流値を維持してＳ２ステップに戻り、溶射を続行する。
【００３８】
（４）Ｓ４ステップ
溶射電流値のばらつきの程度が小さくなったので、設定値を下げる準備として現在よりも低い仮溶射電流値を仮決めする。
【００３９】
（５）Ｓ５ステップ
仮決めした仮溶射電流値が直近のばらつきを加えても許容範囲内であるかどうかを判断する。即ち、許容範囲の下限値を下回っていないかどうかを判断する。仮溶射電流値が許容範囲内であればＳ６ステップに進む。仮溶射電流値が下限値を下回っている場合は、現在の設定値を維持してＳ２ステップに戻って溶射を続行する。
【００４０】
（６）Ｓ６ステップ（図４Ｂ、図４Ｄ参照）
Ｓ５ステップで仮決めした仮溶射電流値に設定値を下げる。
【００４１】
（７）Ｓ７ステップ（図４Ｂ、図４Ｄ参照）
Ｓ６ステップで下げた溶射電流の新たな設定値で溶射を続行し、Ｓ２ステップと同じ条件で溶射電流値を計測するとともに、直近の標準偏差（Ｄ３）と、比較値としてその前の標準偏差（Ｄ４）を計算する。
【００４２】
（８）Ｓ８ステップ（図４Ｅ参照）
Ｓ７ステップで計算した直近の標準偏差（Ｄ３）とその前の標準偏差（Ｄ４）を比較してばらつきの程度の変動を判断する。標準偏差（Ｄ３）（Ｄ４）を１秒間隔で算出し、Ｄ４＞Ｄ３が３秒間続けば溶射電流値のばらつきの程度が大きくなった（図４Ｅ参照）と判断してＳ９ステップに進む。また、同様に、Ｄ３＜Ｄ４が３秒間続けば溶射電流値のばらつきが小さくなったと判断してＳ４ステップに戻り、再び設定値を下げるかどうかを判断する。それ以外はばらつきの程度が変動していないと判断してＳ７ステップに戻って現在の設定値を維持して溶射を続行する。
【００４３】
（９）Ｓ９ステップ
溶射電流値のばらつきの程度が大きくなったので、設定値を上げる準備として現在よりも高い仮溶射電流値を仮決めする。
【００４４】
（１０）Ｓ１０ステップ
仮決めした仮溶射電流値が直近のばらつきを加えても許容範囲内であるかどうかを判断する。即ち、許容範囲目標の亜鉛付着量の上限値を上回っていないかどうかを判断する。仮溶射電流値が許容範囲内であればＳ１１ステップに進む。仮溶射電流値が上限値を上回っている場合は、現在の設定値を維持してＳ７ステップに戻り、溶射を続行する。
【００４５】
（１１）Ｓ１１ステップ（図４Ｆ参照）
Ｓ９ステップで仮決めした仮溶射電流値に上げてＳ７ステップに戻る。そして、このステップで上げた溶射電流の新たな設定値で溶射を続行する。
【００４６】
以上のフローにより、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、溶射電流値のばらつきの程度小さくなれば、溶射電流の設定値を下げて低い電流値で溶射を行うことになり、目標の亜鉛付着量を確保しつつ溶射材料の消費量を減らすことができる。さらに、図４Ｂ〜図４Ｅに示すように、下げた溶射電流値でも安定しかつばらつきの程度が小さくなれば、さらに電流値を下げて溶射材料の消費量を減らすことができる。即ち上記フローにおいて、Ｓ４ステップ〜Ｓ８ステップを繰り返すことによって、目標の亜鉛付着量の下限値を下回らない限り何回でも設定値を下げることができる。一方、図４Ｂ、図４Ｅおよび図Ｆに示すように、電流値を下げたことで安定状態を持続できなくなり、ばらつきの程度が大きくなった場合は溶射電流の設定値を上げて電流値がばらついても亜鉛付着量が下限値を下回らないようにすることができる。また、設定値を上下させる場合は、次ステップにおいて仮溶射電流値が目標の亜鉛付着量の範囲内であるかどうかを判断しているので目標値を逸脱することはない。
【００４７】
本発明において、設定溶射電流値を下げる場合、その下げ幅は限定されない。しかし、下げ幅が過少であると付着量の減少量が少なく溶射電流値を下げた効果が少なくなるので、直近の標準偏差の１倍以上が好ましい。一方、標準偏差の３倍以上を下げると、目標値を下回るおそれがある。従って、設定溶射電流値の下げ幅は、直近の標準偏差の１〜３倍の範囲で設定することが好ましい。特に好ましい下げ幅は、直近の標準偏差の１〜２倍である。同様に、設定溶射電流値を上げる場合、その上げ幅は直近の標準偏差の１〜３倍が好ましく、特に１〜２倍が好ましい。特に溶射電流の目標値を超えて高くすると溶射材料が無駄になる。
【００４８】
また、前記標準偏差を求めるための溶射電流値の計測間隔および計測期間についても、上記例の０．１秒毎に１００回計測する（１０秒間の計測）ことに限定されない。しかし、溶射電流値のばらつきの状態をより正確に反映させるためには、直近の３〜１０秒間を１〜５秒毎に計測することが好ましい。
【００４９】
また、溶射電流値のばらつきの変動を判断する基準は上記例に限定するものではない。他の判断基準として、平均値の大きさに応じたばらつき等を例示できる。
【００５０】
本発明の熱交換器用部材の製造方法は上述した方法に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００５１】
基材の製作と溶射とは独立した工程で実施することもできる。例えば、別工程で製作した基材をコイルに巻き取っておき、そのコイルの基材をほどきながら溶射を行うこともできる。また、基材と溶射装置が相対的に移動すれば本発明の方法を実施することができるので、溶射装置を移動させる場合も本発明に含まれる。
【００５２】
以上の次第で、本発明によれば、基材の表面に溶射による亜鉛付着層形成において、過剰量の亜鉛付着を防ぎかつ適正量の亜鉛を付着させることができるので、熱交換器用部材の製造における亜鉛の消費量を削減できる。また、形成された亜鉛付着層は薄くかつ均一な層であるから、加熱によって亜鉛が基材の表層部に拡散して犠牲腐食層を形成し、優れた耐食性が得られる。
【００５３】
また、亜鉛を拡散させるための加熱は、熱交換器の製造においてチューブ、ヘッダータンク、フィンを仮組みした後のろう付加熱であっても良いし、仮組みする前の部材としての加熱であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、熱交換器用部材の基材の表面に、過剰量の亜鉛付着を防ぎ適正量の亜鉛を付着させることができるので、亜鉛の消費量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】熱交換器の一例を示す正面図である。
【図２】熱交換器用部材の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の熱交換器用部材の製造方法の一実施例を示す模式図である。
【図４Ａ】溶射電流値と時間との関係の一例を示す図である。
【図４Ｂ】溶射電流値と時間との関係の一例を示す図である。
【図４Ｃ】溶射電流値と時間との関係の一例を示す図である。
【図４Ｄ】溶射電流値と時間との関係の一例を示す図である。
【図４Ｅ】溶射電流値と時間との関係の一例を示す図である。
【図４Ｆ】溶射電流値と時間との関係の一例を示す図である。
【図５】本発明の熱交換器用部材の製造方法において、溶射電流の制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
1…熱交換器
2…チューブ（熱交換器用部材）
2a…基材
2b…亜鉛付着層
10…押出機
11…溶射ガン
12…電流計
13…制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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