JP2001032080A

JP2001032080A - 表面改質品

Info

Publication number: JP2001032080A
Application number: JP11207547A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Tsujimoto; 聡一郎辻本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2001-02-06

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】本発明は、被処理部材１の表面に親水性の金
属酸化物材料で被覆した被覆層２を設け、更に被処理部
材１と被覆層２との間に、表面に空隙を有さない親密性
な金属酸化物の下地層３を備えた表面改質品１００にお
いて、表面の濡れ性を向上することを目的とする。【解決手段】被覆層２が、該被覆層２の少なくとも外
表面に多数の亀裂５を有して形成されていることを特徴
とする。よって伝熱管表面に該被覆層２を設けること
で、伝熱管表面の濡れ性は向上し、表面の水が蒸発しや
すくなって熱交換効率がよく行なわれるので、たとえば
冷暖房に用いるような場合に、省エネルギー化、装置の
コンパクト化などを図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理部材の表面
に、親水性材料で被覆した被覆層を設けた表面改質品の
表面の濡れ性を向上させる技術に関し、更に、その表面
改質品を蒸発器の伝熱管として備えた吸収式冷凍機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面の濡れ性を問題とする場合、
表面に被覆した材料の親水性を問題とすることが多い。
例えば、光触媒性酸化チタンを被処理部材表面の被覆層
として備えた場合は、光触媒の親水化のみを利用してい
るので、水が濡れ広がる濡れ性（広がり速度、濡れ面
積）が充分でなく、更に、光触媒を利用しているので、
光が当たらない場所で利用した場合においては、親水性
を発揮しない為に、例えば、吸収式冷凍機の蒸発器の伝
熱管のように、濡れ性が問題となり、暗所に備えられる
ものには適用できなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】よって、本発明は、以
上の事情に鑑みて、被処理部材の表面に、濡れ性を向上
した被覆層を備えた表面改質品を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成する為
に、本発明の表面改質品は、請求項１に記載されている
ように、被処理部材の表面に、親水性材料で被覆した被
覆層を設けた表面改質品であって、前記被覆層が、該被
覆層の少なくとも外表面に多数の亀裂を有して形成され
ていることを特徴とする。本発明の表面改質品は、親水
性の被覆層を有しており、この被覆層の外表面に複数の
亀裂を有している。この多数の亀裂が形成された外表面
に水が存在しているときは、その水は、この亀裂の隙間
を毛細管現象により短時間に広く浸透することになり、
この亀裂の存在によって濡れ性は飛躍的に向上する。

【０００５】さらに、このような表面改質品において、
請求項２に記載されているように、前記亀裂が、連続し
た網目状であることが好ましい。即ち、被覆層の外表面
に存在する水が、亀裂内に浸透し、この浸透した水が、
この網目状の亀裂を伝って、迅速に伝わり、表面全域に
濡れ拡がり易くなる。

【０００６】さらに、これらのような表面改質品におい
ては、請求項３に記載されているように、前記被処理部
材の外表面と前記被覆層の間に、緻密材料製の下地層を
備えることが好ましい。この表面改質品が使用される環
境において、被処理物の耐食性が問題となる場合におい
ては、緻密材料製の下地層を前処理として被覆すること
で、耐食性を得ることができる。更に、緻密材料として
は、耐食性のあるものを採用することにより、表面改質
品の耐食性を一層向上することができる。このような場
合の下地層の材料としては、酸化ジルニウム、酸化チタ
ン等が挙げられる。更に、被処理物と被覆層の密着性が
問題である場合においては、下地層として被覆層と同じ
材料を小さな膜厚で形成することが有効である。また、
被処理部材が金属の場合、その表面を酸化させることも
有効である。下地層の材料としては、二酸化ケイ素、酸
化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム等を使
用することで、付着強度の優れた下地層を形成すること
ができる。

【０００７】さらに、これらのような表面改質品におい
て、請求項４に記載されているように、前記被覆層が、
親水性の金属酸化物であることが好ましい。このよう
に、親水性の金属酸化物の被覆層を被覆することで、外
表面の亀裂の済真を水が良好に浸透することができ、外
亀裂の存在効果が非常に大きくなる。上記の被覆層に使
用される金属酸化物としては、二酸化ケイ素、酸化アル
ミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の金属酸化
物またはその混合物が挙げられる。

【０００８】これらのような表面改質品は、請求項５に
記載されているように、前記亀裂を構成する溝の幅が
０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であり、前記被覆層の
外表面において、前記溝によって分割されて形成される
分割面の幅が５μｍ〜５００μｍの範囲内であることが
好ましい。亀裂の状態をこのように形成することで、被
覆層の外表面の水が全体に伝わり、表面改質品の濡れ性
を飛躍的に向上することができる。尚、上記の溝の幅が
０．１μｍ以下では、溝に浸透する水の量が少なく、濡
れ性を向上する効果が小さく、１００μｍ以上でも、溝
内の水の毛細管現象による拡がりを期待できない。更
に、上記の分割面の幅が５μｍ以下では、被覆層の付着
強度が弱くなり部分剥離しやすくなり、５００μｍ以上
では、溝の密度が小さく、全体的な濡れ性が低減する。

【０００９】また、これらの表面改質品は、請求項６に
記載されているように、前記亀裂を構成する溝によって
分割されて形成される分割面の単位面積当たりの個数が
３個／ｍｍ²から５×１０⁴個／ｍｍ²の範囲内であるこ
とが好ましい。この様に、幅が５μｍ〜５００μｍの範
囲内の溝によって分割されて形成される分割面の単位面
積当たりの個数が３個／ｍｍ²から５×１０⁴個／ｍｍ²
であるように構成することで、均一に亀裂有するよう
になり、均一な濡れ性を有する表面改質品を構成するこ
とができる。

【００１０】更にこのような表面改質品において、請求
項７に記載されているように、前記被覆層の外表面にお
いて、前記分割面の前記外表面に対する占有率が３０％
から９９．９％の範囲内、より好ましくは５０％から９
９％の範囲内である。亀裂の状態を、上記分割面の占有
率と個数によって規定し、これらを上記の範囲内になる
ような亀裂を有することで、表面の濡れ性を向上した表
面改質品を得ることができる。

【００１１】また、これらの表面改質品を表面の濡れ性
が問題となる伝熱管として構成する場合においては、請
求項８に記載されているように、前記被処理部材が伝熱
管であり、前記被覆層が前記伝熱管の外表面に形成され
ることができる。蒸発器等の伝熱管は、銅などの熱伝導
率の高い金属から製造されており、その伝熱管に冷媒を
接触させ、あるいは、その接触により前記冷媒を蒸発さ
せることにより、前記伝熱管の外表面で冷媒と顕熱、潜
熱タイプを熱交換させて前記伝熱管内の熱媒体を冷却し
て、伝熱管内の熱媒体を循環させることによって熱を運
搬することができるように構成してあるものであるが、
熱交換により熱を伝達するには、伝熱管表面の濡れ性を
改善する必要がある。そこで本発明に係る表面改質品
は、表面に多数の亀裂を有しており、濡れ性を向上する
ことができるので、このような伝熱管として利用し、伝
熱効率を向上することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明の表面改
質品１００を示しており、被処理物として銅平板１を使
用し、この銅平板１の表面に親水性の材料のポリテトラ
エキシシランの下地層３と被覆層２を備えており、さら
に、この被覆層２の外表面には、多数の連続した亀裂５
を形成している。このような亀裂５を有した表面改質品
１００の表面に、例えば水を滴下した場合、この亀裂５
の隙間に水が浸透し、毛細管現象により、広域に濡れ広
がることができる。よって、この様に構成することで、
表面の濡れ性を向上した表面改質品を構成することがで
きる。

【００１３】次に、上記の被覆層２及び下地層３の製造
方法について示す。まず、予め、被処処理物の銅平板１
の表面に、図３に示すように、深さ約３０μｍ、幅０．
３ｍｍの溝部６を、約４ｍｍピッチで加工しておく。次
に、図３に示すように、溶媒のエタノールにポリテトラ
エトキシシランを５重量％（二酸化ケイ素換算）溶解さ
せ、さらに二酸化ケイ素微粒子（一次粒子径７ｎｍ）を
５重量％を均一に分散させた溶液７内に、銅平板１を浸
し、銅平板１の長手方向を鉛直方向として５ｍｍ／秒の
一定速度で引き上げた後に、表面を１５分程度乾燥させ
る。このようなコーティング処理によって銅平板１表面
にポリテトラエキシシランの溶液７を塗布することがで
きる。このコーティング処理を１工程とし、第１工程終
了後に、コーティングされた銅平板１を２５０℃で５分
間加熱処理を行い、下地層３を得ることができる。この
ように得られた下地層３は、表面に空隙を有さない緻密
性な金属酸化物層となり、銅平板の腐食を防ぐものとな
る。次に、下地層３の外表面に、更に被覆層２を得る為
に、上記の工程を数回繰り返して溶液７を表面に塗布し
て乾燥させ、その後、３００℃で３０分間加熱処理を行
う。この加熱処理中に、二酸化ケイ素が合成され被覆層
２が形成されるが、予め設けた溝部６の作用により、容
易に溝部６の膜厚が大きくなり（例えば１μｍ以上）、
表面に応力が発生し、結果、表面に多数の亀裂５が生じ
る。この亀裂５は、図２に示すように、連続した網目状
の溝を有して形成されており、被覆層２の表面を分割し
て多数の分割面４を形成している。このように、被覆層
２の表面に多数の亀裂５を生じさせることによって、こ
の表面に水が付着すると、この水は、毛細管現象によ
り、亀裂５内に浸透し、広域に渡って広がることとな
り、濡れ性に優れた表面改質品１００を構成することが
できる。

【００１４】次に、本発明の表面改質品１００の濡れ性
について、実験を行った結果を示す。上記に示す製造方
法で、被覆層２の厚さが違うものを数個作成した。下記
の表１に示すように、被覆層２の膜厚が３μｍのサンプ
ル１と、膜厚が４μｍのサンプル２とが表面に多数の亀
裂５を有しており、このサンプル１、２は、亀裂５の状
態が、図２に示すように、亀裂５を構成する溝の幅をａ
とし、分割面４の幅をｂとしたときに、亀裂５の幅ａが
０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であり、分割面４の幅
ｂが５μｍ〜５００μｍの範囲内のものである。また、
比較例として、被覆層２の外表面には上記のような亀裂
５を有さないように、被覆層２の膜厚を０．３〜０．５
μｍとして作成したサンプル３を用意した。該比較例の
サンプル製作には、溶媒のエタノールにポリテトラエト
キシシランを１重量％（二酸化ケイ素換算）溶解させ、
さらに前記二酸化ケイ素微粒子を１重量％均一に分散さ
せたものを用いた。更に、濡れ性の評価としては、被覆
層２の表面が水平となるように保持し、被覆層２表面上
に、０．０１ｃｃの純水を滴下し、３０秒後に濡れ広が
った幅を垂直方向に２個所測定した平均を濡れ幅として
比較している。よって、この濡れ幅の大きいものが濡れ
性に優れたものといえる。結果、表１に示すように、そ
れぞれのサンプルの被覆層２は全て、親水性の二酸化ケ
イ素の層であるが、本発明の表面改質品であるサンプル
１及びサンプル２は濡れ幅が１１ｍｍ及び１２ｍｍであ
るのに対し、比較例のサンプル３の濡れ幅は、４ｍｍで
あった。よって、本発明の特徴構成である多数の亀裂を
有す表面改質品が濡れ性に優れていることが判る。

【００１５】

【表１】

【００１６】〔別実施の形態〕上記の実施の形態におい
て、亀裂の状態を、溝の幅ａと分割面の幅ｂによって規
定規定し、親水性を向上することができる好適な範囲を
示したが、別に、亀裂の状態を、銅平板１の表面に対す
る分割面の占有率とその分割面の単位面積当たりの個数
によって規定することもでき、この場合においては、上
記の占有率が３０％から９９．９％の範囲内であり、上
記の個数が３個／ｍｍ²から５×１０⁴個／ｍｍ²の範囲
内である場合に、表面の親水性を向上することができ
る。

【００１７】また、本発明に係る表面改質品を伝熱管と
して構成し、伝熱管の表面に親水性で多数の亀裂を有す
る被覆層を設けることで、伝熱管表面の濡れ製は飛躍的
に向上し、表面の水が蒸発しやすくなって熱交換が効率
よく行われるので、たとえば冷暖房に用いるような場合
に、省エネルギー化、装置のコンパクト化などを図るこ
とができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によって、表面の濡れ性に優れた
表面改質品を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面改質品の断面図

【図２】本発明の表面改質品の亀裂の状態を示す断面斜
視図

【図３】本発明の表面改質品の製造方法例を示す図

【符号の説明】

１被処理物２被覆層３下地層４分割面５亀裂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理部材の表面に、親水性材料で被覆
した被覆層を設けた表面改質品であって、前記被覆層が、該被覆層の少なくとも外表面に多数の亀
裂を有して形成されている表面改質品。
【請求項２】前記亀裂が、連続した網目状である請求
項１に記載の表面改質品。
【請求項３】前記被処理部材の外表面と前記被覆層の
間に、緻密材料製の下地層を備えた請求項１又は２に記
載の表面改質品。
【請求項４】前記被覆層が、親水性の金属酸化物であ
る請求項１から３の何れか１項に記載の表面改質品。
【請求項５】前記亀裂を構成する溝の幅が０．１μｍ
〜１００μｍの範囲内であり、前記被覆層の外表面において、前記溝によって分割され
て形成される分割面の幅が５μｍ〜５００μｍの範囲内
である請求項１から４の何れか１項に記載の表面改質
品。
【請求項６】前記亀裂を構成する溝によって分割され
て形成される分割面の単位面積当たりの個数が３個／ｍ
ｍ²から５×１０⁴個／ｍｍ²の範囲内である請求項１か
ら５の何れか１項に記載の表面改質品。
【請求項７】前記被覆層の外表面において、前記分割
面の前記外表面に対する占有率が３０％から９９．９％
の範囲内である請求項６の記載の表面改質品。
【請求項８】前記被処理部材が伝熱管であり、前記被
覆層が前記伝熱管の外表面に形成される請求項１から７
の何れか１項に記載の表面改質品。