JPH11201688A

JPH11201688A - 熱交換器用フィン材

Info

Publication number: JPH11201688A
Application number: JP1786898A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Ota; 陽介太田; Yoshikazu Mukai; 良和向井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂系処理材の特徴である低臭気性を維持し
つつ、長期親水持続性が優れた熱交換器用フィン材を提
供する。【解決手段】アルミニウム板の表面にクロメート皮膜
又はジルコニウム系皮膜を含有する耐食皮膜が形成され
ている。そして、この耐食皮膜の上に、表面に１０μｍ
以下の間隔で凹凸を有する第１の親水性樹脂皮膜が形成
されている。更に、第１の親水性樹脂皮膜の上に、ヒド
ロキシル基、エステル基、アミノ基、カルボキシル基及
びエーテル基からなる群から選択された少なくとも１種
の官能基を分子内に有する水溶性樹脂に、この水溶性樹
脂１００重量部に対してジルコニウム化合物を０．０１
乃至５０重量部混合させ、表面に０．５μｍ以下の間隔
で凹凸を有する第２の親水性樹脂皮膜が形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面に皮膜が形成さ
れたアルミニウム又はアルミニウム合金材等からなる熱
交換器用フィン材に関し、特に、家庭用の熱交換器用フ
ィン材として好適な長期親水持続性が優れた熱交換器用
フィン材に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器は、ルームエアコン、パッケー
ジエアコン、冷凍ショーケース、冷蔵庫、オイルクーラ
ー及びラジエータ等を代表として、種々の分野において
利用されている。これらの熱交換器において、ルームエ
アコン及びパッケージエアコン等の熱交換器用のフィン
材としては、熱伝導性及び加工性が優れたアルミニウム
又はアルミニウム合金材が使用されている。以下、アル
ミニウム及びアルミニウム合金材を総称してアルミニウ
ム材という。

【０００３】この熱交換器用フィン材の表面には、通
常、腐食の発生を防止するための防食処理が施されてい
る。また、冷房運転時の凝縮水がフィン内に留まること
を防止するために、粒状水滴の落下性を高める撥水性向
上の表面処理、又は水膜状水滴の落下性を高める親水性
向上の表面処理がフィン表面に施されている。

【０００４】親水性を高める表面処理をアルミニウム材
表面に施すと、このアルミニウム材からなるフィンに付
着した水滴の接触角を小さくすることができる。図１
は、平面上の水滴の接触角を示す模式図であり、図２は
熱交換器の熱交換部を示す模式図である。図１に示すよ
うに、接触角θとは水滴２の表面における平面１から立
ち上がった点Ａにおける水滴の接線２２と平面１とがな
す角度をいい、接触角θが小さいほど水膜が薄くなり、
親水性が良好となる。図２に示すような熱交換器の熱交
換部においては、フィン３を貫くように通っている銅管
４の中を矢印で示す方向に冷媒が流れるため、フィン３
の表面に水滴が結露するが、親水性が良好な場合は、こ
の水滴の落下性が良好となる。従って、フィン３に付着
した水滴又は水膜によって送風時の抵抗が高くなること
を防止することができ、優れた熱交換器特性を得ること
ができる。

【０００５】図３（ａ）乃至（ｃ）はフィン表面の水滴
付着状態を示す模式図である。図３において、下向きの
矢印の長さは一定時間に水滴が落下する距離に比例す
る。図３（ａ）に示すように、フィン５の親水性が良好
な場合は水滴６の接触角が低いので、水滴６は容易にフ
ィン５に沿って落下する。このため、水滴６が送風を遮
ることがないので、送風抵抗が小さくなる。一方、親水
性が劣るフィンからなる熱交換器では、図３（ｂ）に示
すように、水滴８の接触角が高いために水滴８がフィン
７に留まったり、図３（ｃ）に示すように、水滴１１が
フィン９とこのフィンに隣接するフィン１０との両者に
接触して留まったりするために、水滴が送風を遮り、送
風抵抗が著しく増加する。

【０００６】ところで、フィン材の親水性を高める表面
処理方法としては、以下に示す方法がある。例えば、水
溶性有機高分子物質とケイ酸塩化合物との混合皮膜層を
アルミニウム材表面に設ける方法（特公平３−７７４４
０号公報）、熱硬化性樹脂にシリカ微粒子を分散させた
皮膜をアルミニウム材表面に塗布する方法（特開平３−
２６９０７２号公報）がある。

【０００７】しかし、上述したケイ酸塩を使用する処理
の場合には、親水性は良好なものの、硬質なシリカを含
むため、フィンの成形加工における工具摩耗が大きくな
り、また冷房の運転開始時において、水ガラス特有の微
弱な異臭が発生してしまう。更に、シリカ微粒子を含む
樹脂処理は、臭気の発生は少ないものの工具摩耗が大き
く、また、表面に付着する水滴の接触角が高くなり、親
水性が低下してしまう。

【０００８】また、アルミニウム材の表面にアクリル樹
脂層及びセルロース樹脂層を順次形成し、親水性及び耐
食性を向上させる方法（特公平４−２４６３２号公
報）、水溶性有機樹脂とノニオン系界面活性剤を含有す
る厚さが０．０５乃至５μｍの親水性皮膜を形成する方
法（特開平４−３１６８３７号公報）、親水性有機化合
物に、メラミン樹脂、尿素樹脂又はベンゾグアナミン樹
脂を含有する有機硬化剤を添加した親水性皮膜を形成さ
せる方法（特公平５−１５１７６号公報）もある。

【０００９】これらの処理方法では、工具摩耗が少な
く、臭気発生が殆どないという特性を有するものの、冷
房運転と暖房運転とを交互に繰り返すと、フィン表面に
付着した水滴の接触角が高くなり親水性が低下してしま
う。また、特開平４−３１６８３７号公報に記載された
技術のように、界面活性剤を使用する場合には、泡立ち
等による品質むら及び生産性の低下等の問題が生じる。
また、界面活性剤が溶出した場合には、親水性が著しく
低下してしまう。更に、熱交換器用フィン材に被覆して
使用された場合には、結露水又はその結露水により溶出
された成分のために、プラスチック製ドレンパンの表面
に変質及びひび割れが発生することがある。

【００１０】そこで、カルボキシメチルセルロース樹脂
に、ポリアクリル酸、Ｎ−メチロールアクリルアミド及
びポリエチレンオキサイド等を添加した混合皮膜をアル
ミニウム材表面に塗布する方法（特開平６−３２２５５
２号公報）、ポリグルタミン酸及び塩基性化合物を必須
成分として、必要に応じて水性樹脂を含有する皮膜を形
成する方法（特開平７−１０２１８８号公報）、１０％
以上のポリオキシアルキレン鎖を有する樹脂と特定の水
性樹脂との混合皮膜を設ける方法（特開平７−１０２１
８９号公報）、アルミニウム材の上に溶解性パラメータ
が互いに異なる水溶性樹脂を２種以上混合し、表面が微
細に粗面化された樹脂系皮膜を形成し、低接触角を維持
する方法（特開平７−２７００９２号公報）、分子量が
規定されたカルボキシメチルセルロース及びポリエチレ
ングリコールの水溶液をアルミニウム材の表面に塗布す
る方法（特開平８−２６１６８８号公報）、表面を微細
に粗面化させ接触角を小さくする方法（特開平７−２７
００９２）、分子量が規定されたエポキシ系架橋剤とポ
リビニル系樹脂との混合物により表面に微細な孔を有す
る親水性皮膜を形成する方法（特開平９−２６２８８号
公報）が提案されている。

【００１１】これらの技術によれば、水ガラス系の処理
を施したものと同様の優れた親水性を得ることができ
る。特に、特開平７−２７００９２号公報及び特開平９
−２６２８８号公報に記載された技術においては、樹脂
皮膜により表面形態を微細なスリガラス状に粗面化され
ているので、親水性が優れ従来の水ガラス系の処理を施
したフィン材の問題点であった工具磨耗及び臭気等の問
題も殆どない。また、親水性の持続性を向上した点で画
期的である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
樹脂皮膜が形成されたフィン材の長期間の親水持続性は
水ガラス系の処理が施されたフィン材と比して劣ってい
る。エアコンは長期間冷房運転されることがあり、凝縮
水が発生して樹脂皮膜が徐々に溶解してしまう。このた
め、短期的な親水持続性を得ることはできるものの、長
期的に優れた親水持続性を得ることはできない。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、樹脂系処理材の特徴である低臭気性を維持
しつつ、長期親水持続性が優れた熱交換器用フィン材を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱交換器用
フィン材は、その表面に形成されたクロメート皮膜及び
ジルコニウム系皮膜のいずれか一方を含有する耐食皮膜
と、前記耐食皮膜の上に形成され表面に１０μｍ以下の
間隔で凹凸を有する第１の親水性樹脂皮膜と、前記第１
の親水性樹脂皮膜の上に形成され表面に０．５μｍ以下
の間隔で凹凸を有する第２の親水性樹脂皮膜とを有し、
前記第２の親水性樹脂皮膜は水溶性樹脂に、ジルコニウ
ム化合物を前記水溶性樹脂の１００重量部に対して０．
０１乃至５０重量部混合させたものであることを特徴と
する。

【００１５】なお、前記水溶性樹脂はヒドロキシル基、
エステル基、アミノ基、カルボキシル基及びエーテル基
からなる群から選択された少なくとも１種の官能基を分
子内に有するものであることが望ましい。

【００１６】本発明においては、熱交換器用フィン材の
表面に耐食皮膜が形成されているので、フィン材の耐食
性を向上させることができる。また、耐食皮膜の上に表
面に適切な間隔で凹凸が設けられた第１の親水性樹脂皮
膜が形成され、この第１の親水性樹脂皮膜の上に水溶性
樹脂に適切な量のジルコニウム化合物が混合され表面に
適切な間隔で凹凸が設けられた第２の親水性樹脂皮膜が
形成されているので、長期間にわたる親水持続性が向上
すると共に、水ガラス系処理皮膜が形成された場合のよ
うな臭気が発生することがない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明における熱交換器用
フィン材について説明する。本発明において、アルミニ
ウム材等の表面に形成する耐食皮膜は、クロメート皮膜
又はジルコニウム系皮膜を使用する。クロメート皮膜と
しては、例えば、リン酸クロメート皮膜及びクロム酸ク
ロメート皮膜を使用することができ、アルミニウム材等
の表面に、樹脂分を添加した塗布型のクロメート処理を
施してもよい。一方、ジルコニウム系皮膜は、反応型の
ジルコニウム系化成処理又は塗布型のジルコニウム処理
によって形成することができる。なお、この塗布型のジ
ルコニウム処理により、アクリル−ジルコニウム複合皮
膜を形成することができる。

【００１８】この耐食皮膜の被着量は耐食性が得られる
範囲であれば、特に制限されるものではないが、被着量
が多すぎると加工性が低下する。従って、耐食皮膜の被
着量は、Ｃｒ換算値及びＺｒ換算値として、共に、１０
乃至６０ｍｇ／ｍ²であることが好ましい。

【００１９】耐食皮膜の上に形成される第１の親水性樹
脂皮膜においては、水ガラス系処理と同等の接触角を得
るために、表面に１０μｍ以下の間隔で凹凸が形成され
粗面化されている。凹凸の間隔が１０μｍを超えると、
凹凸形状による親水性付与機能が得られない。従って、
第１の親水性樹脂皮膜の表面に形成される凹凸の間隔は
１０μｍ以下とする。第１の親水性樹脂皮膜としては、
例えば、エポキシ樹脂とポリビニル系樹脂との混合皮膜
等が使用される。

【００２０】この第１の親水性樹脂皮膜の形成方法とし
ては、例えば、エポキシ系架橋剤とポリビニル系樹脂と
の混合物を塗布する方法及び溶解性パラメータが規定さ
れた高分子化合物同士の混合物を塗布する方法等が挙げ
られる。特開平７−２７００９２号公報に記載された方
法のように、分子凝集力が大きく異なる樹脂のブレンド
を使用して表面を粗面化し、１０μｍ以下の間隔で凹凸
を形成する方法もある。また、ポリグルタミン酸と塩基
性化合物との混合物を塗布する方法を使用してもよい。

【００２１】第１の親水性樹脂皮膜の上に形成される第
２の親水性樹脂皮膜においては、１００重量部の水溶性
樹脂に０．０１乃至５０重量部のジルコニウム化合物が
混合され、表面に０．５μｍ以下の間隔で凹凸が形成さ
れ粗面化されている。水溶性樹脂としては、第１の親水
性樹脂の親水性を阻害する熱硬化性の樹脂以外のもので
あれば特に限定されない。例えば、ヒドロキシル基、エ
ステル基、アミノ基、カルボキシル基及びエーテル基か
らなる群から選択された少なくとも１種の官能基を分子
内に有するポリアクリル酸若しくはその塩、ポリメタク
リル酸、ポリアミド樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビ
ニルアルコール、セルロース樹脂、ポリエチレングリコ
ール又は各種界面活性剤等が使用される。

【００２２】第２の親水性樹脂皮膜の表面に形成される
凹凸の間隔が０．５μｍを超えると、第１の親水性樹脂
皮膜と同様の形態となり、親水性の向上効果がない。従
って、第２の親水性樹脂皮膜の表面に形成される凹凸の
間隔は０．５μｍ以下とする。

【００２３】ジルコニウム化合物により第１の親水性樹
脂皮膜と第２の親水性樹脂皮膜との間で架橋反応が起こ
り、これにより、第２の親水性樹脂皮膜表面に凹凸が形
成される。水溶性樹脂１００重量部に対するジルコニウ
ム化合物の混合量が０．０１重量部未満であると、架橋
反応が十分には起こらず間隔が０．５μｍ以下の凹凸が
形成されない。一方、ジルコニウム化合物の混合量が
０．５重量部を超えると、架橋反応が過剰に発生し凹凸
の間隔が０．５μｍを超えてしまう。また、混合量が
０．５重量部を超えた場合には、無機物が増加するの
で、水ガラス系処理と同様に、硬質のフィンを成形した
ときに工具摩耗が生じると共に、冷房開始時に微弱な異
臭が発生する。従って、水溶性樹脂１００重量部に対す
るジルコニウム化合物の混合量は０．０１乃至５０重量
部とする。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、その特許請
求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明す
る。

【００２５】先ず、板厚が０．１１０ｍｍであるＪＩＳ
Ａ１１００Ｈ２２のアルミニウム板材の表面に、下
記表１に示す耐食皮膜（第１層）を積層した。

【００２６】

【表１】

【００２７】なお、上記表１における耐食皮膜のうち、
Ａ２及びＡ３の塗布型処理においては、バーコーターを
使用して皮膜原料を塗装し、２００℃で２０秒間焼付け
ることにより皮膜を形成した。そして、Ａ１及びＡ２の
クロメート処理においては、その被着量をＣｒ換算値で
２０ｍｇ／ｍ²とし、Ａ３のジルコニウム処理において
は、その被着量をＺｒ換算値で４０ｍｇ／ｍ²とした。

【００２８】次に、第１層の上に下記表２に示す第１の
親水性樹脂皮膜（第２層）を積層した。

【００２９】

【表２】

【００３０】また、上記表２における親水性樹脂皮膜の
うち、Ｂ１及びＢ２においては、皮膜量を５０００ｍｇ
／ｍ²とし、２２０℃で３０秒間焼付けることにより皮
膜を形成した。また、Ｂ３の水ガラス親水処理において
は、被着量をＳｉＯ₂換算値で２００ｍｇ／ｍ²とし、２
００℃で２０秒間焼付けることにより皮膜を形成した。

【００３１】次に、第２層の上に下記表３に示す水溶性
樹脂にジルコニウム化合物を混合させた第２の親水性樹
脂皮膜（第３層）を積層した。

【００３２】

【表３】

【００３３】ジルコニウム化合物として、固形分濃度で
約１２乃至１４重量％の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）
を含有する炭酸ジルコニルアンモン液を使用した。な
お、皮膜量を５０００ｍｇ／ｍ²とし、２００℃で２０
秒間焼付けることにより皮膜を形成した。

【００３４】第１層乃至第３層の組み合わせを下記表４
に示す。

【００３５】

【表４】

【００３６】このとき、第２層の表面及び第３層の表面
に形成された凹凸の平均間隔を下記表５に示す。なお、
凹凸の平均間隔は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用し
て測定した。

【００３７】

【表５】

【００３８】上記表４において、ジルコニウム化合物の
混合量は水溶性樹脂１００重量部に対する酸化ジルコニ
ウムの重量部の比率である。

【００３９】次に、作製されたフィン材の試験材につい
て、長期親水持続性及び臭気を評価した。以下に各評価
方法について説明する。

【００４０】長期親水持続性については、水道水の流水
中（流量：１リットル／分）に７時間浸漬し、８０℃で
１７時間乾燥する工程を７０工程行った後に接触角を測
定することにより評価した。

【００４１】また、臭気については、試験材に霧吹きに
より水を噴霧し、濡れた直後の臭気をかぐ方法により評
価し、臭気がなかったものを○とし、強い臭気があった
ものを×とした。

【００４２】これらの結果を下記表６に示す。

【００４３】

【表６】

【００４４】上記表６に示すように、実施例１乃至８に
おいては、適切な表面処理皮膜が熱交換器用フィンに形
成されているので、接触角が３０°以下となり長期親水
持続性が良好であると共に、臭気の発生がなかった。

【００４５】一方、比較例９においては、第２層として
水ガラス系処理皮膜が形成されているので、臭気が発生
した。

【００４６】比較例１０では、第３層に第２の親水性樹
脂皮膜が形成されていないので、接触角が３０°を超え
長期親水持続性が劣った。

【００４７】比較例１１では、第２の親水性樹脂皮膜に
混合されたジルコニウム化合物の量が本発明範囲の下限
未満であるので、表面に形成された凹凸の間隔は本発明
範囲の上限を超え、長期親水持続性が劣った。

【００４８】一方、比較例１２では、第２の親水性樹脂
皮膜に混合されたジルコニウム化合物の量が本発明範囲
の上限を超えているので、架橋反応が過剰に起こり表面
に形成された凹凸の間隔が本発明範囲の上限を超えてし
まった。このため、長期親水持続性が劣った。更に、水
ガラス系処理皮膜が形成されたときと同様に臭気が発生
した。

【００４９】比較例１３では、第２層として形成された
第１の親水性樹脂皮膜の表面に形成された凹凸の間隔が
本発明範囲の上限を超えているので、

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱交換器用フィン材はその表面に耐食皮膜及び適切な親
水性樹脂皮膜が積層された３層の構造を有するので、樹
脂系表面処理材の特徴である低臭気を維持することがで
きると共に、長期間における親水持続性が優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面上の水滴の接触角を示す模式図である。

【図２】熱交換器の熱交換部を示す模式図である。

【図３】フィン表面の水滴付着状態を示す模式図であ
り、（ａ）は親水性が良好な場合、（ｂ）は親水性が劣
る場合、（ｃ）は更に劣る場合を示す図である。

【符号の説明】

１；平面２、６、８、１１；水滴３、５、７、９、１０；フィン４；銅管２２；接線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その表面に形成されたクロメート皮膜及
びジルコニウム系皮膜のいずれか一方を含有する耐食皮
膜と、前記耐食皮膜の上に形成され表面に１０μｍ以下
の間隔で凹凸を有する第１の親水性樹脂皮膜と、前記第
１の親水性樹脂皮膜の上に形成され表面に０．５μｍ以
下の間隔で凹凸を有する第２の親水性樹脂皮膜とを有
し、前記第２の親水性樹脂皮膜は水溶性樹脂に、ジルコ
ニウム化合物を前記水溶性樹脂の１００重量部に対して
０．０１乃至５０重量部混合させたものであることを特
徴とする熱交換器用フィン材。
【請求項２】前記水溶性樹脂はヒドロキシル基、エス
テル基、アミノ基、カルボキシル基及びエーテル基から
なる群から選択された少なくとも１種の官能基を分子内
に有するものであることを特徴とする請求項１に記載の
熱交換用フィン材。