JP4225404B2

JP4225404B2 - 高耐熱・高耐食性皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブ

Info

Publication number: JP4225404B2
Application number: JP2002324858A
Authority: JP
Inventors: 一儀滝川; 輝久高橋; 和夫鈴木
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: JP2004156561A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
自動車や家電製品などにおいて、流体（液体や気体）を冷却する目的で使用される熱交換器の１つにフィンチューブがある。これは、流体用配管（鉄、銅、アルミニウム、ＳＵＳなどで製作された配管）にフィンを螺旋状に巻付け、溶接あるいはろう接により固着したものである。
【０００２】
この種の一般のフィンチューブは、防錆あるいは外観向上などを目的として各種の表面処理（めっきや塗装など）が行われている。
【０００３】
フィンチューブの１つの大きな用途分野として、自動車の燃料クーラー用がある。
この場合、自動車の燃料クーラー用フィンチューブには、その使用環境からみて当然のことながら高度の耐熱性と高度の耐食性（防錆性）が要求されることはいうまでもないことである。
【０００４】
特に、最近においては、高度の要求性能が課せられており、例えば１５年間の使用期間及び／又は１５万マイルの走行距離において穴明き無しの高性能の自動車の燃料クーラー用フィンチューブが要求されている。このような高性能のフィンチューブは、従来の表面処理技術によっては得ることができないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとうする課題】
本発明は、前記した高度の高性能の要求に対応することができる自動車の燃料クーラー用フィンチューブを提供しようとするものである。
【０００６】
本発明者らは、高性能の自動車の燃料クーラー用フィンチューブを新しい表面処理技術により提供するために、鋭意検討を加えた。
この結果、本発明者らは、従来のめっき技術だけによるフィンチューブの改良・改善策においては、フィンチューブは独特の複雑な形状、構造をしており、その表面に均一なめっき皮膜を形成することが困難であり、これに起因して高性能のフィンチューブの実現が阻止される、という知見を見い出した。
【０００７】
本発明は、前記知見によるめっき仕様単独による欠点を解消すべく創案されたものである。本発明の最大の特徴点は、めっき仕様と電着塗装仕様との複合的な皮膜形成手段を採用することにより、複雑な形状、構造をしているフィンチューブ上に均一な皮膜構造を実現する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明を概説すれば、本発明の第一の発明は、高耐熱性で高耐食性の皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブにおいて、前記高耐熱・高耐食性の皮膜が、
(1).フィンチューブの表面に設けられたＮｉまたはＣｏめっき層、
(2).前記ＮｉまたはＣｏめっき層の上に設けられたＺｎ−Ｎｉ合金めっき層、
(3).前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上に設けられた電着塗装層、
から成ることを特徴とする高耐熱・高耐食性皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブに関するものである。
【０００９】
また、本発明の第二の発明は、高耐熱性で高耐食性の皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブにおいて、前記高耐熱・高耐食性の皮膜が、
(1).フィンチューブの表面に設けられたＮｉまたはＣｏめっき層、
(2).前記ＮｉまたはＣｏめっき層の上に設けられたＺｎ−Ｎｉ合金めっき層、
(3).前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上に設けられたクロメート皮膜層、
(4).前記クロメート皮膜層の上に設けられた電着塗装層、
から成ることを特徴とする高耐熱・高耐食性皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブに関するものである。
【００１０】
以下、本発明の技術的構成及び実施態様について詳しく説明する。
なお、図面を参照して本発明の技術的構成が説明されるが、本発明は当該図面のものに限定されないことはいういまでもないことである。
【００１１】
自動車の燃料クーラー用フィンチューブの表面処理による性能向上手段として、塗装仕様を採用する場合、飛石などでもっとも影響を受けやすいフィンの先端部（エッジ部）の塗膜が他の部位よりも薄くなる。これは、前記したようにフィンチューブの複雑な形状構造に起因したものであり避けることができないものである。
前記した欠点を解消しようとして塗膜を厚膜化すると、フィンチューブの最も重要な特性である放熱性能が低下してしまう。
【００１２】
一方、電気めっきなどのめっき仕様においては、フィンの先端部（エッジ部）は電流効率が良いため、他の部位と比較してフィンの先端部（エッジ部）は相対的に厚膜化する。しかしながら、フィンと配管の溶接部もしくはろう付け部（フィンの根元部）にはめっきがつきにくく、その結果、水分等の腐食因子が当該部位に残留すると当該部位の腐食が進行するという欠点が生じる。
また、めっき仕様においては、めっきする金属または合金の種類によっては、例えばＺｎめっき等は耐熱性が低く、自動車の燃料クーラー用フィンチューブの使用環境からみて、少なくとも１００℃以上の耐熱性とこのような高温下での耐食性（防錆性）が十分に発揮されるめっき仕様が重要である。
【００１３】
本発明の技術的構成の最大の特徴点は、
１).フィンチューブの表面に、まず、めっき仕様による高耐熱性・高耐食性の
特定のめっき皮膜を形成し、次いで、
２).前記めっき仕様のもとで生じるフィンと配管の溶接部もしくはろう付け部（フィンの根元部）でのめっき皮膜の薄膜化を、電着塗装仕様による塗膜を
形成させて、前記溶設部もしくはろう付け部を厚膜化し、
フィンチューブの表面において全体的に均一な高耐熱性・高耐食性の皮膜構造を実現する、という技術的構成を採用する点にある。
【００１４】
図１〜図２は、本発明の自動車の燃料クーラー用フィンチューブ（１）を説明する図である。
図１は、フィンチューブ（１）の斜視図である。
図２は、図１のフィンチューブ（１）の中心線断面（上半分）の拡大図に相当する図であり、本発明によるフィンチューブ（１）上に形成された皮膜構造を説明するための図である。即ち、図２に示される皮膜構造は、現実の皮膜構造を拡大してわかりやすく図式化していると考えるべきである。なお、図２は、図示明確化のために断面部位のみを図示しており、その他の部位は省略してあることに留意すべきである。
【００１５】
図１に示されるように、本発明のフィンチューブ（１）は、配管（パイプ）（１ａ）上にフィン（１ｂ）を巻付け、ろう接合もしくは溶接して製作されるものであり、その外観形状は、従来と同じである。
【００１６】
図２は、本発明の技術的構成を理解する上で有用な図である。
図２において、
・Ａ層は、前記１）によるめっき層、即ち、フィンチューブの表面に設けられたＮｉまたはＣｏめっき層及びその上に設けられたＺｎ−Ｎｉめっき
層を示し、
・Ｂ層は、前記Ａ層の上に設けられた前記２）による電着塗装層を示して
いる。
図２のＡ層のＡ´部位は、配管（１ａ）とフィン（１ｂ）がろう接合などにより接合された部位であり、めっき仕様においてめっきがつきにくくめっき皮膜が薄膜化する部位である。
図２のＢ層のＢ´部位は、電着塗装仕様において前記Ａ´部位のめっき皮膜の薄膜上で塗膜が厚膜化する部位である。
なお、図２において、参考資料（１ｃ）は銅ろうのフィレットを示している。
【００１７】
本発明は、前記したように高耐熱性でかつ高耐食性の特定のめっき成分によるめっき仕様と電着塗装仕様を併用し、後者（電着塗装化仕様）により前者（めっき化仕様）の配管（１ａ）とフィン（１ｂ）の固着部への薄膜化を補償し、かつ、外部ダメージ（飛石などによるダメージ）を防ぐための保護皮膜を形成させ、全体的に均一な高耐熱性でかつ高耐食性の皮膜構造を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブを提供することができる。
【００１８】
次に、本発明で採用するめっき仕様について説明する。
本発明は、前記したようにまず第一段としてフィンチューブの表面にＮｉまたはＣｏめっき層を形成し、第二段として前記ＮｉまたはＣｏめっき層上にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成する。
【００１９】
自動車などの配管（パイプ）、継手、クランプなどの部材の耐食性を向上させるために、Ｚｎめっき層とクロメート皮膜の複層皮膜を形成したもの（特開昭６０−１６５３８７号）などが提案されている。しかし、これらは常温使用時の耐食性の改善には効果があるものの高温環境では耐食性を発揮しない。
【００２０】
自動車のエンジンルーム内などの高温環境下で使用に耐える耐熱・耐食性重層めっき鋼材として、ＮｉまたはＣｏめっき層とＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の複層皮膜、更にはこれにクロメート皮膜を組合わせた複層皮膜を有するものが知られている（特開平２−１２００３４号公報、同３−４７９８７号公報、同８−１３４６８５号公報）。
【００２１】
本発明は、前記したＮｉまたはＣｏめっき層とＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の複層皮膜、更にはこれにクロメート皮膜を組合わせた複層皮膜の高耐熱・高耐食重層めっき鋼材におけるめっき仕様を、利用することができる。
本発明は、これら公知技術のめっき仕様を利用するが、これらを形状構造が複雑なフィンチューブに適用するときに招来される前記した不均一皮膜による欠点を、他の塗装仕様と組合わせることにより解決するものであり、この点は、従来技術において知られておらず、本発明のに最大の特徴点である。
【００２２】
本発明において、フィンチューブ上の皮膜構成の第１層の下層としてのＮｉまたはＣｏめっき層は、所望に形成すればよい。
本発明において、前記Ｎｉめっき層は、Ｎｉ，Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−ＢなどＮｉ単独またはＮｉ合金（但し、次工程で使用されるＺｎ−Ｎｉ合金は除く。）によるめっき層を意味すると解釈すべきである。
また、本発明において、前記Ｃｏめっき層は、Ｃｏ、Ｃｏ−ＮｉなどＣｏ単独またはＣｏ合金によるめっき層を意味すると解釈すべきである。
本発明において、これらＮｉまたはＣｏめっき層の厚さは、所望に設定すればよく、例えば素地に対する被覆能力、耐熱耐食性などの観点から０．２〜１０μｍのめっき層とすればよい。
【００２３】
前記Ｎｉめっき層は、例えばＮｉめっき皮膜はワット浴を使用し、Ｎｉ−Ｐめっき皮膜は日本カニゼン（株）の商品名「シューマ−Ｓ−７８０」の５倍希釈液を使用し、Ｎｉ−Ｂめっき皮膜は上村工業（株）の商品名「ＢＥＬ−８０１」の浴を使用して形成すればよい。
前記Ｃｏめっき層は、例えばＣｏめっき層は塩化コバルト１５０ｇ／ｌ、ホウ酸５０ｇ／ｌ、ｐＨ５の浴を使用し、Ｃｏ−Ｎｉ合金めっき皮膜は硫酸ニッケル１４０ｇ／ｌ、硫酸コバルト１１０ｇ／ｌ、ホウ酸３０ｇ／ｌ、塩化カリウム１５ｇ／ｌ、ｐＨ４．５の浴を使用して、形成すればよい。
【００２４】
本発明において、前記第１層の下層としてのＮｉまたはＣｏめっき層の上層として形成されるＺｎ−Ｎｉ合金めっき皮膜は、所望により形成すればよい。
例えば、公知の塩化浴又は硫酸浴を使用して電気めっきにより形成すればよく、Ｎｉ含有率は２〜２０％Ｎｉの範囲とすることが耐食性の観点から、あるいは次工程においてクロメート皮膜を形成する場合、クロメート皮膜の形成性の観点から好ましい。
【００２５】
本発明において、前記第１層の上層としてのＺｎ−Ｎｉ合金めっき層上に、クロメート皮膜を形成してもあるいは形成しなくてもよいものである。
クロメート皮膜を形成する場合、クロム酸または重クロム酸に硫酸を添加した処理液あるいは市販のＺｎ−Ｎｉめっき用クロメート処理液、例えば荏原コージライト社製「Ｚ−８０ＹＭＵ」を使用すればよい。
【００２６】
本発明において、前記しためっき仕様による特定のめっき皮膜の形成に次いで、電着塗装から成る塗装仕様による塗膜形成が併用される。
【００２７】
本発明において、前記したようにめっき仕様に次いで、電着塗装から成る塗装仕様が併用される。
電着塗装としては、周知のようにカチオン型またはアニオン型のものがあるが、アニオン型には電解作用があり、管表面の金属成分が逆電解されて電着塗装液中に溶出し耐食性が低下するため、カチオン型電着塗装の方がより好ましい。
【００２８】
本発明において、電着塗装層はカチオン型電着塗装により所望に形成すればよい。特に、耐食性などの観点からエポキシ樹脂系のカチオン型電着塗装が好ましい。
【００２９】
本発明において、電着塗装による塗膜の厚さは所望に設定すればよい。一般的には膜厚が薄いと耐食性が低く、また厚いと密着性や製造性が悪いため、１５〜１５０μｍの膜厚が好ましい。
例えば、電着塗装として、カチオン型電着塗料に関西ペイント社製のエポキシ樹脂系の商品名「エレクロンＷコート」を使用した場合、膜厚が１５〜１５０μｍになるように複数回に分けて電着塗装し、焼付温度１５０〜２２０℃で焼成して電着塗膜を形成すればよい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。
なお、本発明は実施例のものに限定されないことはいうまでもないことである。
【００３１】
（第１実施例）
常法により製造した外径φ８ｍｍ、肉厚０．７ｍｍの二重巻鋼管に厚さ０．５ｍｍ、幅８ｍｍの鋼帯を螺旋状に巻きつけ銅ろう付けしてフィンチューブを作成した。
(1) 前記フィンチューブに下層としてのコバルトめっき皮膜（膜厚はフィン根本で１μｍ、フィン先端で２μｍ）を塩化コバルト１５０ｇ／ｌ、ホウ酸５０ｇ／ｌ、ｐＨ５のめっき浴を使用して、浴温６０℃、電流密度５Ａ／ｄｍ^２で形成した。
(2) 前記コバルトめっき皮膜上に、荏原ユージライト（株）のＺＩＮ‐ＲＯＹプロセスのめっき浴を使用して浴温３５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ^２で亜鉛−ニッケル合金めっき皮膜（膜厚はフィン根本で５μｍ、フィン先端で１０μｍ）を形成した。
(3) 前記亜鉛−ニッケル合金めっき皮膜上に、荏原ユージライト（株）のＺＮ−８０ＹＭＵクロメート液を５０ｍｌ／ｌの濃度で、液温５０℃に２０秒間浸漬処理してクロメート皮膜を形成した。
(4) 前記クロメート皮膜上に、関西ペイント（株）製の商品名「エレクロンＷコート」のカチオン型電着塗料を使用し、膜厚がフィン先端で２５〜３５μｍ、フィン根本で９０〜１２０μｍになるよう２回に分けて電着塗装し、焼付温度１８０〜２００℃にて焼成して塗膜を形成した。
前記のようにして製作したフィンチューブは、高耐熱・高耐食性であるため自動車の燃料クーラー用として優れている。
【００３２】
（第２実施例）
常法により製造した外径φ８ｍｍ、肉厚０．７ｍｍの一重巻鋼管に厚さ０．５ｍｍ、幅８ｍｍの鋼帯を螺旋状に巻きつけ銅ろう付けしてフィンチューブを作製した。
(1) 前記フィンチューブに下層としてのニッケルめっき皮膜（膜厚はフィン根本で１μｍ、フィン先端で２μｍ）をワット浴に使用して、浴温５５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ^２で形成した。
(2) 前記ニッケルめっき皮膜の上に、ＺｎＣｌ_２１００ｇ／ｌ、ＮｉＣｌ_２
・６Ｈ_２Ｏ１３０ｇ／ｌ、ＮＨ_４Ｃｌ２００ｇ／ｌ、ｐＨ５．７の亜鉛−ニッケル合金めっき浴を使用して、浴温３５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ^２で酸性浴による亜鉛−ニッケル合金めっき皮膜（膜厚はフィン根本で４μｍ、フィン先端で８μｍ）を形成した。
(3) 前記酸性浴による亜鉛−ニッケル合金めっき皮膜の上に、ＺｎＯ１０ｇ／ｌ、ＮｉＳＯ_４１０ｇ／ｌ、ＮａＯＨ１３０ｇ／ｌ、日本表面処理化学（株）の商品名Ｎｉ−Ｔ溶液の１００ｍｌ／ｌの濃度で、液温２５℃、電流密度４Ａ／ｄｍ_２でアルカリ性浴による亜鉛−ニッケル合金めっき皮膜（膜圧はフィン根本で５μｍ、フィン先端で７μｍ）を形成した。
(4) 前記アルカリ性浴による亜鉛−ニッケル合金めっき皮膜上に、関西ペイント（株）製の商品名「エレクロンＷコート」のカチオン型電着塗料を使用し、膜厚がフィン先端で２５〜３５μｍ、フィン根本で９０〜１２０μｍになるよう２回に分けて電着塗装し、焼付温度１８０〜２００℃にて焼成して塗膜を形成した。
前記のようにして製作したフィンチューブは、高耐熱・高耐食性であるため自動車の燃料クーラー用として優れている。
【００３３】
【発明の効果】
フィンチューブの性能向上として、めっきなどの表面処理技術が採用されているが、フィンチューブの複雑な形状により均一なめっき皮膜を形成させることが困難であった。
本発明は、異種の皮膜形成手段、即ち、めっき仕様及び電着塗装仕様を併用することにより、特に高耐熱性と高耐食性が要求される高性能の自動車の燃料クーラー用フィンチューブの提供を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動車の燃料クーラー用フィンチューブ（１）の斜視図である。
【図２】図１のフィンチューブ（１）の中心線断面（上半分）の拡大図に相当し、チューブ（１）上の皮膜構造を説明する図である。
【符号の説明】
１ ………… 自動車の燃料クーラー用フィンチューブ
１ａ ………… パイプ
１ｂ ………… フィン
１ｃ ………… 銅ろうのフィレット
Ａ ………… めっき層
Ａ´ ………… めっき層の薄膜部位
Ｂ ………… 電着塗装層
Ｂ´ ………… 電着塗装層の厚膜部位

Claims

高耐熱性で高耐食性の皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブにおいて、前記高耐熱・高耐食性の皮膜が、
(1).フィンチューブの表面に設けられたＮｉまたはＣｏめっき層、
(2).前記ＮｉまたはＣｏめっき層の上に設けられたＺｎ−Ｎｉ合金めっき層、
(3).前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上に設けられた電着塗装層、
から成ることを特徴とする高耐熱・高耐食性皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブ。
高耐熱性で高耐食性の皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブにおいて、前記高耐熱・高耐食性の皮膜が、
(1).フィンチューブの表面に設けられたＮｉまたはＣｏめっき層、
(2).前記ＮｉまたはＣｏめっき層の上に設けられたＺｎ−Ｎｉ合金めっき層、
(3).前記Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上に設けられたクロメート皮膜層、
(4).前記クロメート皮膜層の上に設けられた電着塗装層、
から成ることを特徴とする高耐熱・高耐食性皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブ。
電着塗装層が、カチオン型電着塗装により形成されたものである請求項１または２に記載の高耐熱・高耐食性皮膜を有する自動車の燃料クーラー用フィンチューブ。