窒素置換不要なロウ付け工法「Ｎフリーブ」 正会員 ○平松 正輝 （高砂熱学工業） Masaki HIRAMATSU (Takasago Thermal Engineering Co.) 正会員 近藤 員宗（高砂熱学工業） Kazumune KONDO (Takasago Thermal Engineering Co.) キーワード：銅管ロウ付け、窒素置換、酸化被膜、代替工法、Ｎフリーブ はじめに 継手の中央にあるスリット開口より配管内に燃焼ガスを充 満させ，酸化被膜の形成を防ぐ工法で、開発したＮフリー 冷媒配管の銅管ロウ付け接続は、配管内部の酸化防止措 ブ工法の元となった工法である。評価の結果は、燃焼ガス 置を行わないと、配管内面に剥離性の酸化被膜を形成する を効率よく配管内に入れることが品質を左右し、バーナー ため機器へ悪影響を及ぼす事がよく知られている。現在主 火力（火口、炎の大きさ）とロウ付け時間の管理が必要で 流である酸化防止方法は窒素置換工法であり、国土交通省 あることが判明した。 に認定されているなど、業界の標準となっている。 しかし、昨今の建設事情により、連続した冷媒配管を施 1.2 酸化防止剤を使った工法 工することは少なく、分断施工になる場合が多い。窒素置 この工法の特徴は図-2 に示す通り、窒素に替わりスプレ 換工法は、分断に伴い窒素ボンベの移動や圧力調整を何度 ー式の酸化防止剤を配管内部に噴霧し，予熱により酸化防 も繰り返しすることになるため、工期が増大傾向にある。 止剤を気化させる事で酸化を防ぐ仕組みとなっている。 このような状況から、酸化防止剤をスプレー塗布する方法 評価の結果、酸化防止継手と同様に配管内の温度が酸化被 が取り入れられているケースもあるが、品質確保の面で当 膜の形成を始める温度約 300℃になる前に酸化防止剤を均 社の技術標準では限定された条件での使用を許している程 一に気化させることが必要であることが判明した。口径が 度であり、窒素置換工法と同等な品質を確保できる施工方 大きくなるとバーナーでの直接加熱では局部加熱となり、 法がなく、新規技術の開発が求められていた。 気化できずに配管内に液体のまま残る。有効に酸化防止剤 今回、窒素ガスの代わりに、ロウ付け用の燃焼ガスをバ を気化させるためには、ロウ付けする部分の配管全体を加 ックシールドガスとして利用するＮフリーブ工法を開発し 熱する工夫が必要である。特に使用環境の温度により気化 たので紹介する。 の為の加熱量が変わるので、施工上の管理が必要である。 Ｎフリーブ工法は平成 24 年度に技術を確立し、 本年度よ り全店に水平展開を進めている。７月末現在で、官庁工事 を含め４件の導入実績がある。今後は全国での採用拡大を 目指している。 1．既代替工法について 窒素置換工法の既代替工法である酸化防止剤を使った工 燃焼ガス投入スリット 法や酸化防止継手を使った工法は、 開発されてから久しい。 しかし、その工法は「蟻の巣状腐食」の発生や配管内面で 図-1 酸化防止継手を使った工法の概要 の酸化被膜の形成が空調機器本体の目詰まりを引き起こす 等の品質不良が懸念されているが、十分な評価が為されな いままになっており、現在も公的に認知された工法となっ ロウ付け部 継手・拡管部 ていない。このため、施工性の良い代替工法の評価が強く 望まれていた。そこで、当社で平成 23 年度に設立された施 銅管 工技術に特化した開発部門の設立に伴い、窒素置工法の代 挿入ノズル管 替工法の評価を実施した。 酸化防止剤を管内面 に噴霧 1.1 酸化防止継手を使った工法 この工法の特徴は、窒素に替わりロウ付けの「バーナー 図-2 酸化防止剤を使った工法の概要 の燃焼ガス」 を利用したところにあり、 図-1に示すとおり、 4. 実験検証と結果 2.「Ｎフリーブ」工法 本工法の有効性を確認する為、以下の実験を実施した。 本工法の特徴は酸化防止継手を使った工法と同様に、窒 ① 口径別の直管ロウ付け検証 素ガスに代わり、ロウ付けの「バーナーの燃焼ガス」をバ ② 分岐管のロウ付け検証 ックシールドガスとして利することと、継手を無くしたと ③ 連続配管のロウ付け検証 ころにある。このため、専用の配管穴明け治具のみを使用 ④ 配管内面の組織分析 するだけで、容易に酸化防止対策ができる工法である。 図-3 にＮフリーブ工法の概要を示す。接合する銅管の片 側に燃焼ガス投入用の開口を開け、開口からバーナーの燃 4.1 口径別の直管ロウ付け検証 図-5 に、異なる工法でロウ付けを行った時の配管内面の 焼ガスを管内に充満させ、ロウ付け部付近の空気を燃焼ガ スで置換することで、剥離性のある酸化被膜の形成を防ぐ 状態を示す。試験は内径 9.52～38.10mmφ の銅管 8 種類で 工法である。窒素置換工法が配管内部全体を窒素で置換す 実施したが、ここでは一例として、内径 22.22mmφ での結 果を示す。 るのに対して、Ｎフリーブ工法はロウ付けに伴う加熱によ 酸化防止対策をしない場合 (図-5(c)）では、広範囲にわ って酸化被膜が形成される部分だけに燃焼ガスを充満させ たって黒色の剥離性のある酸化被膜の形成が見られた。一 て、酸化被膜の形成を防ぐ工法である。 方、本工法での内面状態(図-5(a))は、窒素置換の場合(図 -5(b))と変らず、酸化被膜の形成は見られなかった。この バーナー火口 結果は他の口径においても同様であった。 4.2 分岐管のロウ付け検証 燃焼ガス投入用開口 テープ閉止 空気逃し口 分岐管でのロウ付けは、 一度に多数のロウ付けが必要で、 テープ閉止 空気逃し口 直管に比べロウ付け時間が多くなるが、一度に行うロウ付 けが 5 分間以内であれば、図-6 に示す通り、酸化被膜の形 燃焼ガス 成は見られなかった。 図-3 Ｎフリーブ工法の概要 3．Ｎフリーブ工法の施工手順 燃焼ガス投入口 図-4 に、Ｎフリーブ工法の手順を示す。 Step 1 専用治具で銅管直管部の燃焼ガス投入口を開口 (a) Ｎフリーブ工法 配管に組み込み Step2 両管端テープを閉止、空気逃し口を開口 Step 3 燃焼ガス投入 (a) Ｎフリーブ工法 Step 4 燃焼ガス投入用開口のロウ付け閉止 (b) 窒素置換工法 (c) 酸化防止対策なし 図-5 ロウ付け後の配管内面状態 Step 5 接合部の通常ロウ付け 通常の窒素置換との違いは、窒素ボンベの設置、ホース の配管接続、圧力調整及び管端部での圧力確認作業が無く なる一方で、ロウ付け場所で Step1-4 の工程が必要となる ことにある。このことで、重い窒素ボンベの移動が不要と なる。 なお、酸化防止継手と同様に、燃焼ガスを一定量入れる ためにバーナーの火口と炎の管理が必要である。 図-6 分岐管ロウ付け後の配管内面状態 専用開口治具 専用開口治具 テープ閉止+空気逃口 継手・拡管部 燃焼ガス 投入口 ロウ材 銅管 銅管 銅管 Step 1 燃焼ガス投入口 を開口 ロウ付け前配管 に組み込み Step 2 管端テープを 閉止+空気逃口を開口 図-4 Ｎフリーブ工法の手順 Step 3 燃焼ガス投入 Step 4 投入口ロウ付け閉止 4.3 連続配管のロウ付け検証 施工現場での作業により近い検証方法として、図-7、8 で示すようなコイル管１巻 50ｍを 5 本連続させてロウ付 け検証を実施した。 結果は、4 箇所すべてのロウ付け箇所で酸化被膜の形成 は見られなかった。また連続した直管 10m（定尺 4m を 2.5 本）の 25.40mmφ～38.10mmφ の 3 種類の配管でのロ ロウ付け部ｘ4 ロウ付け部ｘ4 箇所 ウ付け検証においても酸化被膜の形成は見られなかった。 図-7 コイル管連続配管ロウ付け全体図 4.4 空調機器接続配管のロウ付け検証 屋内機の配管接続は、屋内機の電磁弁を通してのロウ 付けとなり抵抗が増すため、ガス管と液管の両管端部の空 気逃し口より空気が滞りなく抜け、酸化防止に十分な燃焼 空気逃口 ガス量が入るかを、実機を使って検証した（図-9） 。なお、 配管サイズは、ガス管 15.9mmφ，液管 9.5mmφ とした。 検証作業は、配管内での燃焼ガスの拡散を円滑に行うた めに、屋内機の電磁弁を開にして行った。その結果，ガス 管および液管のロウ付け箇所に酸化被膜の形成は見られな 図-8 コイル管連続配管のロウ付け作業 かった。 屋外機の配管接続（ガス管 19.1mmφ，液管 9.5mmφ） 管端部テープ閉止 空気逃し口 は、圧縮機があるためガス管と液管を通すことが出来ない 屋内機 電磁弁開 ため、図-10 の示す概要にて、屋外機の電磁弁を閉にした まま、サービスポート（S.P）よりマニホールドを接続して ロウ付け検証を実施した。その結果、ガス管および液管の 燃焼ガス封入口 ロウ付け箇所に酸化被膜の形成は見られなかった。 図-9 屋内機ロウ付け概要 4.5 配管内面の表面分析 工法の違いによる配管内面の状態を更に詳しく調べる 屋外機 ために、X 線光電子分光法（XPS)を用いて、配管内面と深 管端部テープ閉止 空気逃し口 さ方向の組成分析を行った。その結果、図-11 に示すとお り酸化防止対策なしの場合は、酸化被膜厚が 50nm 以上で マニホールド 燃焼ガス 封入口 あったのみ対し、Ｎフリーブ工法と窒素置換工法では、酸 電磁弁閉 化膜厚がほぼ同じで約 5nm であった。したがって、Ｎフ リーブ工法には、窒素置換工法と同等の酸化防止性能があ ロウ付け部 ると判断できる。 図-10 屋外機ロウ付け概要 5.今後の展開 分断された配管施工等の窒素置換など、施工効率の低い場 合に対応すべく開発したものである。それぞれの工法の利 点を生かすことで、少しでも工期の短縮につながると信じ でいる。酸化防止剤、酸化防止継手の両工法も、その酸化 酸化銅の割合 ,％ 窒素置換工法はロウ付け施工の基本である。本工法は 酸化防止なし 窒素置換工法 Ｎフリーブ工法 防止のメカニズムを理解し、制約の中で工法の選択が必要 と思われる。一番大切なことは、基本である酸化防止剤対 策なしでの施工を無くすことであることは言うまでもない。 0.0 業界を挙げての取り組みが必要である。 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 表面からの深さ,nm 図-11 配管内表面からの深さ方向における酸化銅の割合 おわりに 今回の実験を通して、 窒素置換工法に代わる工法として、 Ｎフリーブ工法が酸化被膜の形成防止に有効であることが 明らかになった。 本工法は、特許第 4317568 号（バーナーの燃焼ガスを導 入した後、ロウ付けする）の独占的通常実施権を特許権所 参考文献 1) 多久販売㈱ 酸化防止継手施工マニュアル 掲載図を加工 2) 社団法人 日本銅センター 銅配管ロウ付けマニュアル 1998 年度版 3) 一般社団法人 日本冷凍空調設備工業連合会 有者より取得し、さらにロウ付け工法の改善を加えた弊社 冷凍空調設備の冷媒配管工事 -施工標準- 独自の工法ではあるが、今後は講習会を通して質の高い作 2012 年度版 ｐ.71～78 業者の教育と施工実績を積み重ねて、公的な工法として広 く一般に活用できるよう努力したい。 4）㈱東洋溶材 説明書 7001-施工要領書-掲載表を加工
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