JP2005279695A - 砲金および脱鉛青銅のろう付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主管部材および枝部材をろう材により接合しても鉛溶出基準の改定値を満たすことができ、かつ加工費を安価にすることができる砲金および脱鉛青銅のろう付け方法を提供する。
【解決手段】連続鋳造棒により製造された脱鉛青銅よりなる主管部材および枝部材を、還元雰囲気下で８００°Ｃ以上に加熱される真空パージ雰囲気炉内においてろう材４によりろう付けして接合させる。ろう材として、融点が４５０°Ｃ以上となる硬ろうを適用している。
【選択図】図５

Description

本発明は、砲金および青銅鋳物よりなる複数の部材をろう材によりろう付けする砲金および脱鉛青銅のろう付け方法方法に関する。

従来、給水給湯のヘッダー配管用のヘッダーとしては、砲金および青銅よりなる鋳物（ＣＡＣ４０６）が使用されており、これは砲金および青銅を溶かした溶湯を砂型により鋳造した後、管用テーパー雌ねじを切削加工することにより製造されていた。

また、近年より、加工原反を安価に製造する方法として、図６に示すように、断面が連続する砲金および青銅鋳物よりなる連続鋳造棒（ＣＡＣ４０６Ｃ）ａを製造し、所定の長さに切断した後、図７に示すように、その両端および枝部ｂ，…に管用テーパー雌ねじｃを加工して製造する方法が主流となっていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２３５８８９号公報

ところで、２００３年４月より、水道法の鉛溶出基準が０．０５ｍｇ／ｌから０．０１ｍｇ／ｌに改訂されている。その場合、砲金および青銅よりなる鋳物（ＣＡＣ４０６）や連続鋳造棒（ＣＡＣ４０６Ｃ）では、水道法の鉛溶出基準の改定値（０．０１ｍｇ／ｌ）に対応不可能となり、鉛溶出を少なくする表面処理を施した砲金材料や青銅材料または鉛含有率を下げた砲金材料や青銅材料（脱鉛青銅）を使用する必要性が生じていた。

一方、給水給湯用のヘッダーの接続方法として、管用テーパー雌ねじと雄ねじとによるねじ接合に対し、互いに相対する接続部両側に鍔部を設け、互いの鍔部に嵌合させることによって接続部でのより高い抜け阻止力を発揮するファスナによる接続方法が注目されている。この場合、ヘッダ側にファスナ接合用の鍔部が必要となるため、安価な連続鋳造棒を加工原反として製造するには、図８に示すように、枝部の接合形状を形成する上で、加工原反としての連続鋳造棒ｄの厚みを厚くし、図９に示すように、枝部ｅ，…同士の間（枝間）を大きく削り落とす手法が採られている。この場合においても、両端に管用テーパー雌ねじｃが加工される。

ところが、このような手法では、枝間を切削加工して各枝部ｅを形成する際に加工時間を要するために加工費が高く付くという不具合を有している。

そこで、枝部を別部材により構成し、主管部材と枝部材とを接合してヘッダーを構成することが考えられる。この場合、一般的には、砲金部材を接合する際にねじとパッキンとを併用したねじ接合が用いられるが、ねじ接合では、接合ねじ部の加工、パッキンシール面の加工などが必要となるため、同様に加工時間を要し、加工費が高く付く。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、枝部を別部材により構成するものに着目し、主管部材および枝部材などの別部材同士をろう材により接合しても鉛溶出基準の改定値を満たすことができ、かつ加工費を安価にすることができる砲金および脱鉛青銅のろう付け方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、鋳物や連続鋳造棒により製造された砲金および脱鉛青銅よりなる複数の部材をろう材によりろう付けするろう付け方法として、上記砲金および脱鉛青銅よりなる複数の部材を、還元雰囲気下の炉内においてろう材によりろう付けして接合させている。

この特定事項により、鋳物や連続鋳造棒により製造された砲金およびビスマス系Ｐｂレス材などの脱鉛青銅よりなる複数の部材は、ろう付けする際に４５０°Ｃ以上の温度で加熱すると、材料が脆化して脆く割れやすくなってしまうために実用に不向きであったが、下記表１に示すように、酸素が存在しない還元雰囲気下の炉内で加熱することによって、材料が脆化することなく実用に耐え得るものとなっていることが判明した。

この表１では、外形が六角形二面幅３０ｍｍで直径２２ｍｍのビスマス系Ｐｂレス材よりなる中空棒を長さ２０ｍｍに切断した試験体を２本用意し、大気下の炉内において８２０°Ｃで熱処理した試験体Ａと、還元雰囲気下の炉内において８２０°Ｃで熱処理した試験体Ｂとを、万能試験機により圧縮し、圧縮変位量に対する反力および試験体の割れの有無についての試験結果を表している。つまり、試験体Ａは、圧縮変位量１．０１ｍｍで反力が喪失しているのに対し、試験体Ｂは、圧縮変位量７．０６ｍｍまで持ちこたえた時点で反力が喪失しているのが判る。また、試験体Ａは、最大荷重５２３Ｎで割れが生じたのに対し、試験体Ｂは、最大荷重１３，３４２Ｎまで持ちこたえた時点で割れが生じたのが判る。

これによって、給水給湯のヘッダー配管用のヘッダーとしての主管部材および枝部材のように鋳物や連続鋳造棒により製造された砲金および脱鉛青銅よりなる別部材をろう付けする際に還元雰囲気下の炉内であれば、４５０°Ｃ以上の温度で加熱しても、材料が脆化することなく実用に耐え得るものとなり、これら別部材（主管部材および枝部材）をろう材により接合して鉛溶出基準の改定値を十分に満たすことが可能となる。しかも、主管部材および枝部材のような別部材がそれぞれ鋳物や連続鋳造棒により安価な加工原反で製造されることから、加工費を安価にすることが可能となる。

ここで、ろう材として、融点が４５０°Ｃ以上となる硬ろうを適用するとともに、砲金および脱鉛青銅よりなる複数の部材を、８００°Ｃ以上の炉内でろう付けさせている場合には、ろう材のうち、成分中にＰｂを多量に含有して融点が４５０°Ｃ以下となる軟ろうが除外され、成分中にＰｂをあまり含有せずに融点が４５０°Ｃ以上となる硬ろうのみが用いられ、給水給湯のヘッダー配管用のヘッダーとして用いた場合の水質への悪影響をより確実に防止することが可能となる。

以上のように、本発明では、鋳物や連続鋳造棒により製造された砲金および脱鉛青銅よりなる複数の部材を酸素が存在しない還元雰囲気下の炉内においてろう材によりろう付けして接合させることで、４５０°Ｃ以上の温度で加熱しても、材料を脆化させることなく実用に耐え得るものとなり、これら別部材をろう材により接合して鉛溶出基準の改定値を十分に満たすことができる上、主管部材および枝部材のような別部材をそれぞれ鋳物や連続鋳造棒により安価な加工原反で製造して加工費を安価にすることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係わる砲金および脱鉛青銅のろう付け方法を適用した給水給湯のヘッダー配管用のヘッダーの斜視図、図２は枝部材の一部切り欠き断面図、図３は主管部材の一部切り欠き断面図、図４は主管部材を一側方から視た側面図である。

図１に示すように、本実施例に用いられるヘッダー１は、主管部材２と、この主管部材２の上面に軸線方向所定間隔置きに接合される３つの枝部材３，…とによって構成されている。

主管部材２および各枝部材３は、脱鉛青銅、具体的にはビスマス系Ｐｂレス材（上越マテリアル ＬＦ８４４Ｃ）よりなる連続鋳造棒により製造されている。

主管部材２は、図３および図４に示すように、外形が断面略六角形状で内形が断面略円形状を呈する中空棒を連続鋳造法により製造し、所定の長さに切断後（図３に二点鎖線で示す）、両端部内面に若干径の大きなシール円筒部２１，２１と、両端部外面に端面鍔部２２，２２と、この各端面鍔部２２の内側にそれぞれ凹設されたファスナー接合部２３，２３と、両側のファスナー接合部２３，２３間の胴部２４の一側面（図３および図４では上面）に軸線方向所定間隔置き３箇所に軸線と直交する方向に貫通する枝部材取付部２５，…とが切削加工により形成されている。

各枝部材３は、図２に示すように、断面略円環形状を呈する中空棒を連続鋳造法により製造し、所定の長さに切断後（図２に二点鎖線で示す）、一端部内面（図２では上端部内面）に若干径の大きなシール円筒部３１と、一端部外面（図２では上端部外面）に端面鍔部３２と、この端面鍔部３２の内側（図２では下側）に凹設されたファスナー接合部３３と、他端部外面（図２では下端部外面）に設けられ、上記主管部材２の枝部材取付部２５内に嵌入される小径な嵌入部３４とが切削加工により形成されている。

そして、上記ヘッダー１は、上記主管部材２の各枝部材取付部２５のザグリ孔２５ａに嵌入部３４を嵌入させた状態でろう材により各枝部材３がろう付けされて接合されることによって得られる。

次に、ヘッダー１の主管部材２と各枝部材３とのろう付け方法の一例を図５に基づいて説明する。

まず、図５に示すように、各枝部材取付部２５が上向きとなるように主管部材２を載置し、その各枝部材取付部２５に対し各枝部材３の嵌入部３４を嵌入する。このとき、各枝部材３の嵌入部３４外周面上端と各枝部材取付部２５の開口縁との間に環状のろう材４を挟み込んでおく。このとき、ろう材４としては、下記表２に示すように、Ｃｄ（カドニウム）含有のない銀ろう（Ｚ３２６１）、Ｐｂ（鉛）含有のない銅及び黄銅ろう（Ａ３２６２）、並びにりん銅ろう（Ｚ３２６４）などの融点が４５０°Ｃ以上となる硬ろうが適用される。

そして、各枝部材３の嵌入部３４外周面上端と各枝部材取付部２５の開口縁との間に環状のろう材４を挟み込んでおいた上記ヘッダー１を、図示しないバッジ式の真空パージ雰囲気炉内に移載し、この真空パージ雰囲気炉内を一旦真空にしてから、水素、窒素またはその混合ガスなどを充満させた後、その雰囲気下でろう材に適した溶融温度まで加熱することにより、ろう材４を溶融し、各枝部材３の嵌入部３４外周面上端と各枝部材取付部２５の開口縁との間にろう材４を浸透させる。

その後、真空パージ雰囲気炉内での加熱を停止し、この真空パージ雰囲気炉内の温度が５００゜Ｃ以下となったら、真空パージ雰囲気炉内からヘッダー１を取り出し、大気中で常温に冷やすことによって、主管部材２と各枝部材３とのろう付けによる接合を終えたヘッダー１を得る。

この場合、一般的なろう付けを行う際にはフラックスなどを接合面に塗布することで、加熱時の化学反応によって銅合金の表面に存在する酸化被膜を除去する必要があるが、フラックスはその塗布量が難しく、塗布量が多すぎると、残留したフラックスが悪影響を及ぼして銅金属を腐食させることがあり、品質管理の面で問題となりやすい。しかし、本発明のように、還元雰囲気下の炉内でろう付けを行うと、加熱時に表面の酸化被膜が還元されるため、フラックスを使用する必要がなく、安定した品質を得ることができることになる。

このように、連続鋳造棒により製造されたビスマス系Ｐｂレス材（上越マテリアル ＬＦ８４４Ｃ）の脱鉛青銅よりなる主管部材２および各枝部材３は、ろう付けする際に４５０°Ｃ以上の温度で加熱すると、材料が脆化して脆く割れやすくなってしまうために実用に不向きであったが、上記表１でも説明したように、酸素が存在しない還元雰囲気下の真空パージ雰囲気炉内で加熱することによって、材料が脆化することなく実用に耐え得るものとなっていることが判明している。

これによって、給水給湯のヘッダー配管用のヘッダー１を連続鋳造棒により製造された脱鉛青銅よりなる主管部材２および各枝部材３をろう付けして得る際に還元雰囲気下の真空パージ雰囲気炉内であれば、４５０°Ｃ以上の温度で加熱しても、材料が脆化することなく実用に耐え得るものとなり、主管部材２および各枝部材３をろう材４により接合して鉛溶出基準の改定値を十分に満たすことができる。しかも、主管部材２および各枝部材３がそれぞれ連続鋳造棒により安価な加工原反で製造されることから、加工費を安価にすることができる。

そして、融点が４５０°Ｃ以上となる硬ろうがろう材４として適用されているとともに、主管部材２および各枝部材３が８００°Ｃ以上の真空パージ雰囲気炉内でろう付けされているので、ろう材４のうち、成分中にＰｂを多量に含有して融点が４５０°Ｃ以下となる軟ろうが除外され、融点が４５０°Ｃ以上となるＣｄ（カドニウム）含有のない銀ろう（Ｚ３２６１）、Ｐｂ（鉛）含有のない銅及び黄銅ろう（Ａ３２６２）、並びにりん銅ろう（Ｚ３２６４）などの融点が４５０°Ｃ以上となる硬ろうのみが用いられ、給水給湯のヘッダー配管用のヘッダー１として用いても水質への悪影響をより確実に防止することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施例では、主管部材２にその軸線と直交する方向に貫通する枝部材取付部２５を設けたが、径の異なる断部状のザグリ孔によって枝部材取付部が構成されていてもよい。

また、上記実施例では、主管部材２および各枝部材３を脱鉛青銅（ビスマス系Ｐｂレス材）よりなる連続鋳造棒により製造したが、主管部材および各枝部材が砲金よりなる鋳物により製造されていてもよい。

更に、上記実施例では、バッジ式の真空パージ雰囲気炉内でろう付けを行ったが、バッチ式の横型雰囲気炉内、または連続式雰囲気炉内でろう付けが行われるようにしてもよく、要するに無酸素状態でろう付けが行える炉内であればよい。

本発明の実施例に係わるヘッダーの斜視図である。 枝部材の一部切り欠き断面図である。 主管部材の一部切り欠き断面図である。 主管部材を一側方から見た側面図である。 真空パージ雰囲気炉内に移載する直前のヘッダの断面図である。 従来例に係わる連続鋳造棒を一側方から見た側面図である。 同じく製造後のヘッダーの斜視図である。 その他の従来例に係わる連続鋳造棒を一側方から見た側面図である。 同じく製造後のヘッダーの断面図である。

符号の説明

２ 主管部材（部材）
３ 枝部材（部材）
４ ろう材

Claims (2)

1. 鋳物や連続鋳造棒により製造された砲金および脱鉛青銅よりなる複数の部材をろう材によりろう付けするろう付け方法であって、
   上記砲金および脱鉛青銅よりなる複数の部材は、還元雰囲気下の炉内においてろう材によりろう付けされて接合されていることを特徴とする砲金および脱鉛青銅のろう付け方法。
2. 上記請求項１に記載の砲金および脱鉛青銅のろう付け方法において、
   ろう材としては、融点が４５０°Ｃ以上となる硬ろうが適用されており、
   砲金および脱鉛青銅よりなる複数の部材は、８００°Ｃ以上の炉内でろう付けされることを特徴とする砲金および脱鉛青銅のろう付け方法。
   

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