| 【発明の名称】 |
黄銅製気化器及びその製造方法並びにそれを用いた温風暖房機 |
| 【発明者】 |
【氏名】松原 隆二
【氏名】芦江 伸之
【氏名】中村 克昭
【氏名】山内 淳
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| 【要約】 |
【課題】高温強度に優れる黄銅製気化器を提供すること。
【解決手段】Ｓｎ：０．８〜４．０ｗｔ％好ましくは１．５〜４．０ｗｔ％、Ｃｕ：５７．０〜６１．０ｗｔ％好ましくは５９．０〜６１．０ｗｔ％を含有することにより、高温強度が向上する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｓｎ：０．８〜４．０ｗｔ％、Ｃｕ：５７．０〜６２．０ｗｔ％を含有してなる黄銅製気化器。
【請求項２】 Ｃｕ：５９．０〜６２．０ｗｔ％を含有してなる請求項１記載の黄銅製気化器。
【請求項３】 Ｓｎ：１．５〜４．０ｗｔ％を含有してなる請求項１または２記載の黄銅製気化器。
【請求項４】 結晶組織としてβ相を有しており、β相中のＳｎ濃度が１．５ｗｔ％以上である請求項１〜３の何れか記載の黄銅製気化器。
【請求項５】 見掛け上のＺｎ当量が３７．０〜４６．０ｗｔ％である請求項１〜４の何れか記載の黄銅製気化器。
【請求項６】 平均結晶粒径が１５μｍ以上である請求項１〜５の何れか記載の黄銅製気化器。
【請求項７】 鍛造工程、押出し工程、異形押出し工程、切削工程のうち少なくとも一つの工程を具備してなる工程により製造される請求項１〜６の何れか記載の黄銅製気化器。
【請求項８】 気化器を４００〜５５０℃に加熱するためのヒータを具備してなる請求項１〜７の何れか記載の黄銅製気化器。
【請求項９】 請求項１〜８の何れか記載の黄銅製気化器を用いた温風暖房機。
【請求項１０】 Ｓｎ：０．８〜４．０ｗｔ、Ｃｕ：５７．０〜６２．０ｗｔ％を含有している黄銅素材を、鍛造工程、押出し工程、異形押出し工程、切削工程のうち少なくとも一つの工程を具備してなる工程により気化器に加工する黄銅製気化器の製造方法。
【請求項１１】 Ｃｕ：５９．０〜６２．０ｗｔ％を含有してなる請求項１０記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項１２】 Ｓｎ：１．５〜４．０ｗｔ％を含有してなる請求項１０または１１記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項１３】 結晶組織としてβ相を有しており、β相中のＳｎ濃度が１．５ｗｔ％以上である請求項１０〜１２の何れか記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項１４】 前記黄銅素材は、見掛け上のＺｎ当量が３７．０〜４６．０ｗｔ％である請求項１０〜１３の何れか記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項１５】 前記黄銅素材は、平均結晶粒径が１５μｍ以上である請求項１０〜１４の何れか記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項１６】 前記押出し工程若しくは異形押出し工程の後に、結晶粒径を粗大化させる熱処理を行う請求項１０〜１５の何れか記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項１７】 前記熱処理工程は、５５０℃以上、３０分以上の熱処理である請求項１６記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項１８】 前記押出し工程若しくは異形押出し工程中の温度を７００℃にて行う請求項１０〜１５の何れか記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項１９】 前記押出し工程若しくは異形押出し工程は結晶粒径を微細化し若しくは微細なまま保持できる条件下にて行い、その工程後結晶粒径を粗大化させる熱処理を行う請求項１０〜１５記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項２０】 前記押出し工程若しくは異形押出し工程中の温度は６５０℃以下である請求項１９記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項２１】 前記熱処理は５５０℃以上、３０分以上の熱処理である請求項１９又は２０記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項２２】 前記押出し工程若しくは異形押出し工程は結晶粒径を微細化し若しくは微細なまま保持できる温度下にて行い、その後鍛造工程を施し、その後に結晶粒径を粗大化させる熱処理を行う請求項１０〜１５記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項２３】 前記押出し工程若しくは異形押出し工程中の温度は６５０℃以下である請求項２２記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項２４】 前記熱処理は５５０℃以上、３０分以上の熱処理である請求項２２又は２３記載の黄銅製気化器の製造方法。
【請求項２５】 黄銅製気化器をヒータにより４００〜５５０℃の温度に加熱することにより、液体燃料を気化させてなる黄銅製気化器の使用方法において、前記黄銅製気化器は、前記温度に加熱された場合、結晶組織中にβ相を有しており、かつβ相中のＳｎ濃度が１．５ｗｔ％以上である黄銅製気化器の使用方法。
【請求項２６】 黄銅製気化器をヒータにより４００〜５５０℃の温度に加熱することにより、液体燃料を気化させてなる黄銅製気化器の使用方法において、前記黄銅製気化器は、前記温度に加熱された場合、結晶組織中にγ相を有してなる黄銅製気化器の使用方法。
【請求項２７】 前記黄銅製気化器は、Ｓｎ：０．８〜４．０ｗｔ、Ｃｕ：５７．０〜６２．０ｗｔ％を含有してなる請求項２５または２６記載の黄銅製気化器の使用方法。
【請求項２８】 前記黄銅製気化器は、Ｃｕ：５９．０〜６２．０ｗｔ％を含有してなる請求項２７記載の黄銅製気化器の使用方法。
【請求項２９】 前記黄銅製気化器は、Ｓｎ：１．５〜４．０ｗｔ％を含有してなる請求項２７または２８記載の黄銅製気化器の使用方法。
【請求項３０】 前記黄銅製気化器は、見掛け上のＺｎ当量が３７．０〜４６．０ｗｔ％である請求項２７〜２９の何れか記載の黄銅製気化器の使用方法。
【請求項３１】 請求項８記載の黄銅製気化器を用いた温風暖房機の使用方法であって、前記ヒータにより４００〜５５０℃の温度に加熱し、前記黄銅製気化器により液体燃料を気化させてなる温風暖房機の使用方法。
【請求項３２】 前記黄銅製気化器は、前記温度に加熱された場合、結晶組織中にβ相を有しており、かつβ相中のＳｎ濃度が１．５ｗｔ％以上である請求項３１記載の温風暖房機の使用方法。
【請求項３３】 前記黄銅製気化器は、前記温度に加熱された場合、結晶組織中にγ相を有してなる請求項３２記載の温風暖房機の使用方法。
【請求項３４】 Ｓｎ：０．８〜４．０ｗｔ％、Ｃｕ：５７．０〜６２．０ｗｔ％を含有してなる黄銅。
【請求項３５】 Ｃｕ：５９．０〜６２．０ｗｔ％を含有してなる請求項３４記載の黄銅。
【請求項３６】 Ｓｎ：１．５〜４．０ｗｔ％を含有してなる請求項３４または３５記載の黄銅。
【請求項３７】 結晶組織としてβ相を有しており、β相中のＳｎ濃度が１．５ｗｔ％以上である請求項３４〜３６の何れか記載の黄銅。
【請求項３８】 見掛け上のＺｎ当量が３７．０〜４６．０ｗｔ％である請求項３４〜３７の何れか記載の黄銅。
【請求項３９】 平均結晶粒径が１５μｍ以上である請求項３４〜３８の何れか記載の黄銅。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、黄銅製気化器及びその製造方法並びにそれを用いた温風暖房機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、温風暖房機に用いられ、液体燃料を気化させて燃焼させる気化器には、加工性の良い黄銅製のものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、気化器本体は、具備するヒーターによって４００℃〜５５０℃程度まで加熱されるため、高温でのクリープ変形に技術上の課題が有った。
【０００４】本発明は、高温クリープ変形を低減した黄銅製気化器及びその製造方法並びにそれを用いた温風暖房機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に従う黄銅製気化器は、Ｓｎ：０．８〜４．０ｗｔ％好ましくは１．５〜４．０ｗｔ％、Ｃｕ：５７．０〜６２．０ｗｔ％好ましくは５９．０〜６２．０ｗｔ％を含有することにより、４００〜５５０℃という温度で使用した場合、結晶組織中のβ相中Ｓｎ濃度を１．５ｗｔ％以上にすることができるため、β相がＳｎ固溶により強度が向上して高温クリープ変形量が低減する。
【０００６】また、５００℃以下の温度であれば結晶組織中にγ相を析出させることにより、強度が向上して高温クリープ変形量が低減する。
【０００７】以上示した効果を奏するには、Ｓｎ：０．８ｗｔ％以上、好ましくは１．５ｗｔ％以上が必要なのであるが、Ｓｎの含有量が多すぎると常温での延性が悪くなり、かしめ性等に影響があるため、４．０ｗｔ％以下にしている。
【０００８】また、Ｃｕの成分比を上記のようにしたのは、Ｃｕが６２ｗｔ％を超すと熱間延性が低下し、鍛造性が悪くなるためである。また、５７ｗｔ％未満では４００〜５５０℃という温度での使用時にα相の面積比率が減少し、高温クリープ変形量が増加するためである。
【０００９】なお、本出願人は、上記組成により、従来の黄銅製気化器に比較して酸化被膜の付着が低減されることも実験にて確認している。
【００１０】好適な実施形態としては、Ｐ：０．０４〜０．１２ｗｔ％を含有することが望ましい。なぜならば、Ｐは上記したＳｎと同様の作用を示すもので、０．０４ｗｔ％以上で効果を奏するからである。尚、Ｐの含有量が多すぎると常温での延性が悪くなるため、０．１２ｗｔ％以下にする必要がある。
【００１１】さらに好適には、上記Ｓｎ、Ｃｕ、Ｐの他に、Ｐｂ：１．５〜２．５ｗｔ％、Ｆｅ：０．３ｗｔ％以下、残部Ｚｎを含有することができる。ここで、Ｐｂの添加は切削性向上のためである。
【００１２】好適な実施形態としては、鍛造により成形されることにより生産性が向上する。尚、鍛造により成形する場合の組成は、見掛け上のＺｎ当量を３７〜４６ｗｔ％にすることが望ましい。
【００１３】ここで「見掛け上のＺｎ含有量」という用語は、ＡをＣｕ含有量〔ｗｔ％〕、ＢをＺｎ含有量〔ｗｔ％〕、ｔを添加した第３元素（例えばＳｎ）のＺｎ当量、Ｑをその第３元素の含有量〔ｗｔ％〕としたとき、「｛（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）｝×１００」の意味で用いるが、これを上記範囲にすることにより、鍛造時にα＋β２相構造として鍛造性を向上できるのである。
【００１４】上記製造工程は、鍛造のみに限定されるものではなく、形状、材料、生産数量に応じて、適宜押出し工程や切削工程などを組み合わせたり、若しくはこれらの任意の一つ以上の工程の組み合わせによって製造工程を構成することができる。
【００１５】好適な実施形態としては、α＋β＋γ相、α相の面積比率が４０〜９４％、β、γ相の面積比率が共に３〜３０％であるとともに、γ相中のＳｎ濃度が８ｗｔ％以上であって、γ相がβ相を包囲している結晶組織を有することができる。
【００１６】すなわち、α単相に比べて、β、γ相を有することにより強度が向上して熱変形が低減されるとともに、脱亜鉛しやすいことが知られるβ相をγ相で包囲しているため、β相からの脱亜鉛を可及的に低減できるのである。
【００１７】尚、Ｃｕ単体に比べて黄銅の方が、酸化被膜が形成されにくいことからすれば、脱亜鉛を低減することは酸化被膜の低減にもつながるのである。
【００１８】他の好適な実施形態としては、α＋β＋γ相、α相の面積比率が６８〜９４％、β相の面積比率が１０％以下、γ相の面積比率が６〜２２％であるとともに、γ相中のＳｎ濃度が８ｗｔ％以上であって、耐食性に劣るβ相の面積比率が少なく、β相が分断された結晶組織を有することができる。
【００１９】本発明の更なる一つの側面としては、平均結晶粒径を１５μｍ以上にすることにより、強度を向上させて熱変形を低減できる。なぜならば、平均結晶粒径が小さいと結晶の粒界滑り面が大きくなって熱変形しやすいからである。
【００２０】以上示した本発明は、気化器自体の温度を４００〜５５０℃好ましくは４５０℃以上に加熱するためのヒーターを具備することが好適である。このような温度条件では、酸化、熱変形が起こりやすいからである。尚、４５０℃以上に加熱することができれば、液体燃料の気化不良が低減し、よって燃焼不良も低減する。
【００２１】また、以上示した本発明に従う黄銅製気化器を温風暖房機に用いれば、酸化被膜形成に伴う燃焼不良が低減し、使用者に不快感をもたらすことが無いのである。
【００２２】好適な実施形態としては、黄銅製気化器の製造方法として、押出し工程の後に、結晶粒径を粗大化させる熱処理工程を有する製造方法がある。結晶粒径を粗大化することにより、強度を向上させて熱変形を低減できる。
【００２３】他の好適な実施形態としては、黄銅製気化器の製造方法として、結晶粒径が微細なまま押出し工程を行うもの若しくは結晶粒径を微細にして押出し工程を行うものがある。結晶粒径を微細化することにより鍛造性を向上させることができる。好ましくは、本工程の後に、結晶粒径を粗大化させる工程を行い、強度を向上させることが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を以下詳説する。図１は、温風暖房器用の黄銅製気化器１の上面図であり、図の下部中央には液体燃料導入口２が、中央部には気化燃料噴出口３が形成されている。
【００２５】図２は、同じく黄銅製気化器１の底面図であり、Ｕ字状のヒータ取り付け部４が形成されており、このヒータ取り付け部４に、図示しないヒータが取り付けられる。
【００２６】図３は、黄銅製気化器１の実施例及び比較例１、２の粒径、成分、結晶組織、耐酸化性を示している。
【００２７】図４は、比較例１を４００℃に加熱した後の外観図、図５（ａ）、（ｂ）は、それの各々２００倍、５０倍の断面拡大図であり、図６は、比較例１を５００℃に加熱した後の外観図、図７（ａ）、（ｂ）は、それの各々２００倍、５０倍の断面拡大図を示している（共に加熱時間は同一）。
【００２８】図４、５の例、図６、７の例ともに、白色生成物の下に黒色生成物が確認された。この白色生成物はＺｎＯであり、黒色生成物はＣｕＯとＺｎＯの混合物であることが判明した。
【００２９】また、図４、５の例の酸化物厚みは平均１０μｍ、最大１００μｍであり、図６、７の例の酸化物層厚みは平均５０μｍ、最大３００μｍであって、図６、７の例では、酸化物層の下に図８に示すような脱亜鉛層（約１００μｍ）が見られた。
【００３０】以上のことから、気化器１の加熱温度上昇が、酸化物層厚みの増大をもたらすことがわかる。
【００３１】次に、実施例及び比較例１、２の比較実験結果を示す。この比較実験は、３０φの丸棒を試料とし、電気炉による５００℃加熱、大気雰囲気の条件下で行い、１４５時間後に外観観察、３２８時間後に外観観察及び断面観察を行った。図３の耐酸化性の欄に、３２８時間後の酸化物の厚さが１００μｍ以上を××、５０μｍ以上を×、５０μｍ未満を○として示した。
【００３２】図９（ａ）、（ｂ）は、各々比較例１の１４５時間後、３２８時間後の外観図であり、１４５時間後で既に表層の白色酸化物がくずれて黒色酸化物が観察され、３２８時間後ではさらに酸化が進行して黒色酸化物は脆そうであった。
【００３３】図１０（ａ）、（ｂ）は、各々比較例２の１４５時間後、３２８時間後の外観図であり、１４５時間後で白色酸化物とその下の黒色酸化物が観察されたが、白色酸化物はくずれていなかった。３２８時間後では白色酸化物がくずれ、黒色酸化物が観察されたが、黒色酸化物は緻密なようであった。
【００３４】図１１（ａ）、（ｂ）は、各々実施例の１４５時間後、３２８時間後の外観、であり、１４５時間後で白色酸化物が観察された。３２８時間後では白色酸化物が一部くずれ、その下に灰黒色酸化物が観察された。
【００３５】図１２（ａ）、（ｂ）は、比較例１の３２８時間後の各々５０倍、２００倍の断面拡大図であり、酸化物が明瞭に観察された。材料の表面から剥離した酸化物も観察され、積算すると酸化物の厚さは約１４０μｍであった。
【００３６】図１３（ａ）、（ｂ）は、比較例２の３２８時間後の各々５０倍、２００倍の断面拡大図であり、酸化物は見えにくいが、その厚さは約７０μｍであった。
【００３７】図１４（ａ）、（ｂ）は、実施例の３２８時間後の各々５０倍、２００倍の断面拡大図であり、酸化物の厚さは非常に薄く、約１０μｍであった。
【００３８】次に、図１５に比較例１と実施例２の高温強度の実験結果と製法について示す。図１５には成分、結晶組織、耐酸化性を合わせて示している。実施例２は平均結晶粒径を大きくするために押出し後に５５０℃、７２hr焼鈍した。
【００３９】高温強度は、雰囲気温度５００℃の中に、φ１０ｍｍ、長さ２００ｍｍの試験片を２０分間投入し、その後、発生応力が４．７１N/mm2になるようにおもりをつるし、さらに２０分間、５００℃の雰囲気中に維持した後、試験片中央部の塑性変形量を測定することにより評価した。
【００４０】高温強度は、変形量１．５ｍｍ未満を○、１．５ｍｍ以上を×として、図１５に示したが、実施例２は耐酸化性も良好であると共に、高温強度も良好であった。
【００４１】これは、結晶粒を粗大化したことにより、粒界すべり面が減少したためである。
【００４２】さらに、図１６に高温強度を向上させるための結晶粒径粗大化の各種製法とメリットを示す。
【００４３】実施例３は棒材の押出し温度を高くすることにより、結晶粒径を粗大化するものであり、その後の熱処理は不要である。
【００４４】実施例４は押出し後に熱処理により、結晶粒径を粗大化するものであり、鍛造用棒と製造ラインを共有できるメリットがある。
【００４５】実施例５は鍛造後に熱処理により、結晶粒径を粗大化するものであり、これは鍛造時の結晶粒径は小さいので、鍛造性に優れるというメリットがある。
【００４６】続いて、実施例６と比較例３の比較実験結果を示す。この比較実験は、図１７に示すように、φ２５×Ｌ３９０ｍｍの丸棒試料５を治具６に取り付けて試料高さｈの変化（初期高さ１００ｍｍ）を測定するものであり、図１８に示すように、電熱線７、扉８を備えた大気炉９内に実施例６の試料５ａ、５ｂ、比較例３の試料５ｃ、５ｄを設置して行った。
【００４７】実験条件は、大気炉９の炉内温度を５５０℃にした後、試料５ａ〜５ｄの物温が５４０℃に到達した時点を試験開始時間とし、２時間後、４時間後の試料高さｈの変化を測定した。
【００４８】図１９は、実施例６と比較例３の組成、結晶組織（５５０℃）、上記実験結果の対比表である。図１９からわかるように、実施例６の方が２時間後、４時間後とも変形量が小さくなっているが、この理由は次の通り考えられる。
【００４９】まず、５５０℃における相比率は、実施例６（図２０参照）、比較例３（図２１参照）ともさほど違いはない。
【００５０】しかしながら、比較例３ではβ相中にＳｎが存在していないのに対して、実施例６ではβ相中にＳｎが固溶しており、これにより、軟らかいβ相の強度が向上して、変形量が小さくなったと考えられるのである。
【００５１】また、図２２、図２３は、５００℃における実施例６と比較例３の結晶組織写真であるが、この図からわかるように、５００℃では実施例６にのみγ相が存在しており、この硬いγ相の存在により、実施例６の変形量はさらに小さくなるのである。
【００５２】なお、実施例６は耐高温クリープ実験前に５５０℃で２時間熱処理したものであり、結晶粒径は２５μｍと比較例３の３０μｍよりも小さくなっているが、図１６に示す各種方法を用いて結晶粒径をさらに粗大化すれば、変形量がさらに小さくなることは言うまでもない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００１００８７
【氏名又は名称】東陶機器株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月３日（１９９９．３．３） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７８１４（Ｐ２０００−２５７８１４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−５６１００ |
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