JP2006170599A - ナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法及び空調機コイル - Google Patents

Abstract

【課題】 エアコンなどの各種空調機の冷暖房コイルの表面にナノシルバーで真空蒸着を行ってアルミニウム材質の腐食を防止し、冷暖房機体および流体を殺菌して高熱伝導率を維持するようにした、ナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法を提供する。
【解決手段】 １×１０^−３〜１×１０^−５Ｐａの真空度下で真空室圧力が１ＭＰａとなるまでアルゴンガスを流入させ、標的材料であるナノシルバー粒子に高負電圧（−５００〜−５０００Ｖ）をかけ、グロー放電により、アルゴンガスの陽イオンを、陰極として帯電された標的材料であるナノシルバー粒子表面に衝突させ、ナノシルバー粒子を原子形態として放出させることにより、蒸気相が冷暖房コイルの表面にナノシルバーコーティング層を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法に係り、より詳しくは、エアコンなどの各種空調機の冷／暖房コイルの表面に、ナノシルバーを真空蒸着してアルミニウム材質の腐食を防止し、冷／暖房気体および流体の殺菌を行い、優れた熱伝導率を維持することができるようにした、ナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法及び空調機コイルに関するものである。

周知のように、最近、産業化の急速な進行につれて、新規の化合物が新しく開発されており、このような趨勢によって各種汚染物質が生成されている実情である。また、このような新規の汚染物質の生成とともに、各種疾病が出現しており、このような疾病を治療するためのワクチンが開発されている悪循環が持続している。

また、生活水準が高くなり、各種生活用品および生活家電機器が高級化するにしたがい、多様な機能を搭載した製品が市販されているが、たとえば遠赤外線を放出する壁紙および家具がその例である。また、最近、高級家電機器が多様に市販されているが、このような高級家電機器は耐久性を画期的に向上させた製品が大部分であるので、細かい故障がほとんどない。

生活家電機器のなかで一般的に使用されるエアコン、空調機の冷却または暖房コイルには、アルミニウム板、銅板またはプラスチック板を適用して熱交換器を製作し、冷媒または水と接触するところには銅管を用い、空気と接触する部分は空気との伝熱性能を極大化して総熱伝達係数を高めるため、空気接触側の伝熱面積を拡大する。この方法としては、銅管の表面に放熱フィンを付着することが一般的である。

この銅管と放熱フィンの伝熱効率を高めるための方法としては、放熱フィンの表面に屈曲を与える方法、放熱フィンを切開し空気流路を複雑にして空気乱流を形成することで、空気接触側の熱伝達係数を高める方法、および放熱フィンの表面に親水性コーティング剤を塗布し、水滴が表面に結ばれずに直ちに流れるようにすることで、空気抵抗を減らし、空気の流れを円滑にして性能を改善する方法が広く使用されている。

この親水性コーティング剤は、たいてい冷暖房コイルの材質であるアルミニウムの表面に塗布してアルミニウム表面の腐食を防止し、親水性を維持して水滴がよく流れるようにするために使用される。

すなわち、アルミニウムに親水性塗料を塗布することは、主に浸漬またはスプレー方式に依存しており、アルミニウムコイルの腐食防止が主目的である。かかるコイルの放熱フィンの腐食防止のために適用する技術は、アルミニウムを素材とするメーカでの塗料コーティングによって塗膜厚さおよびコーティング品質が決定されるが、その腐食防止性能は確認する方法がない。

これまで開発された技術は、表面コーティングが主流をなしている。しかし、塗料コーティングにおいて、そのコーティング方法が非常に複雑で、放熱フィン間の隙間で所要厚さだけの塗膜を形成し難く、塗膜を形成した場合にも、長時間の使用により塗膜が剥げるため、放熱フィンおよび冷暖房コイルが腐食する可能性が大変高いといった問題点があった。また、相対的に殺菌力が低下するため、室内空気を汚染させる欠点があった。

さらに、塗膜を冷暖房コイルの表面に形成した場合は、その塗膜により冷暖房コイルの熱伝導率が低下するため、冷暖房効率が減少する問題点があった。
特開昭５９−１２７８０９

したがって、本発明は前記のような従来の問題点に鑑み、これを改善すべく開発されたもので、その目的は、エアコンなどの各種空調機の冷暖房コイルの表面に、ナノシルバーで真空蒸着を行ってアルミニウム材質の腐食を防止し、冷暖房気体および流体を殺菌して、高熱伝導率を維持するようにした、ナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、１×１０^−３〜１×１^−５Ｐａの真空度下で真空室圧力が１ＭＰａとなるまでアルゴンガスを流入させ、標的材料であるナノシルバー粒子に高負電圧（−５００〜−５０００Ｖ）をかけ、グロー放電により、アルゴンガスの陽イオンを、陰極として帯電された標的材料であるナノシルバー粒子を表面に衝突させ、ナノシルバー粒子を原子形態として放出させることにより、蒸気相が冷暖房コイルの表面にナノシルバーコーティング層を形成することを特徴とするナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法を提供する。

前記冷暖房コイルの厚さは５０ないし２００μｍであることが好ましい。

前記冷暖房コイルへのナノシルバーコーティング過程に先立ち、親水性ペイントを前記冷暖房コイルの表面に塗布する過程をさらに含むことができる。

また、前記課題を解決するため、本発明は、前記方法により製造されたことを特徴とするナノシルバーの蒸着された空調機コイルを提供する。

以上のように、本発明によるナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法によれば、イオンスパッタリング法により各種空調機の冷暖房コイルの表面をコーティングすることにより、長時間にわたる耐食性が著しく向上され、表面殺菌機能がより強力になる効果がある。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の一実施形態によるナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法は、エアコンなどの各種空調機の冷／暖房コイルの表面にナノシルバーを真空蒸着してアルミニウム材質の腐食を防止し、冷／暖房気体および流体の殺菌を行い、優れた熱伝導率を維持することができるようにしたものである。

図１は本発明の一実施形態による空調機の冷暖房熱交換部の内部構造を示す斜視図である。

図１に示すように、本発明のナノシルバー真空蒸着して得たコイルをセットした空調機の熱交換部２は、冷暖房流体が通過する冷暖房管４と、前記冷暖房管４の空気接触面積を増大させるため、前記冷暖房管４が通過する挿入孔８を有し、前記冷暖房管４に対して直角に交差して積層結合される多数の冷暖房コイル６とからなっている。

通常、前記冷暖房コイル６は、アルミニウム薄膜からなり、その外表面には塗料の塗布により塗膜が形成されているが、このような塗膜は人体に有害な物質である場合が多いし、長時間の使用時、塗膜が剥けて内部の金属（アルミニウム薄膜）が腐食することが頻繁であった。

したがって、本発明によるナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法は、空調機の冷暖房コイル６をナノシルバーで真空蒸着するものである。

図２は本発明の一実施形態による空調機コイルにナノシルバーのイオンクラスタをスパッタリングする状態を示す図であり、図３は本発明の一実施形態によるナノシルバーの蒸着された空調機コイルに対する親水性およびバクテリア培養の実験状態を示す図である。

これら図に示すように、本発明は、空調機の冷暖房コイル６にナノシルバーのイオンクラスタスパッタリングを行う。スパッタリングは主に半導体製造工程中に使用されており、使用目的によっては、電磁波遮蔽などのために使用される。一般のスパッタリングとは、固体の表面に高エネルギーの粒子を衝突させて、目標物質の原子が完全弾性衝突により運動量を交換して固体の表面の外に飛び出すようにするものである。

このように、イオン物質の原子間結合エネルギーより高い運動エネルギーで衝突する場合、イオンの衝撃により物質の格子間原子がほかの位置に押され、原子の表面脱出が発生する現象を物理学でスパッタリングという。

薄膜蒸着において、スパッタリングは、ターゲット原子の放出とその原子の基板への付着の２過程を含む。

このようなスパッタリングの原理は、真空が維持されたチャンバー内でスパッタ気体としてアルゴンガス（Ａｒ）を流しながらターゲット（cathode：陰極）に直流電源を印加すると（ｃｍ^２当たり１Ｗ程度）、蒸着しようとする基板（コーティング対象物）とターゲット間でプラズマが発生する。このようなプラズマは、高出力直流電流系により陰極に加速されてターゲットの表面に衝突することになる。この衝突エネルギーにより、ターゲットの原子が飛び出すことになる。

このように、ターゲットの物質が取れて出る現象をスパッタリングといい、金属、プラスチック、ガラスなどの素材の化学的改質のため、真空で金属の蒸発が容易である原理を用い、真空中に金属を加熱すると、金属が蒸発、飛散して真空中の素材に薄膜を形成して金属化する。

このようなスパッタリングには、ＲＦスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンスパッタリング法などがあり、それぞれの目的に応じて表面のイオン化を増大させるための方法を採択している。

本発明の一実施形態による、空調機コイルにナノシルバーを真空蒸着するための方法としては、前記のようなＲＦスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンスパッタリング法のいずれでも使用し得るが、とりわけイオンスパッタリング法またはＲＦスパッタリング法を使用することが好ましい。

以下、本発明の一実施形態による、空調機コイルのナノシルバー真空蒸着過程で使用するイオンスパッタリング法を説明する。

イオンスパッタリングにおいて、初期には真空蒸着と同一な１×１０^−３〜１×１０^−５Ｐａの真空度を維持するが、プラズマを引き起こし得るアルゴンガスを、真空室の圧力が１ＭＰａとなるまで流入させ、標的材料に負電圧（−５００〜−５０００Ｖ）をかけて陰極にする。この際、アルゴンガスが流入されたプラズマ状態の領域をＣＤＳ（１２）という。

この際、正規グロー放電により発生した高エネルギー（１０００ｅＶ）を有する不活性ガス陽イオン１４が、陰極として帯電された標的材料であるナノシルバー粒子表面１０に衝突して標的材料のナノシルバー粒子を原子形態１６として放出させ、真空蒸着の場合より高い１０〜４０ｅＶ程度のエネルギーを有する蒸気相が被処理物（冷暖房コイル）６側に移動して凝縮することにより表面層１８を形成する。

このような方法は、空調機用コイルを製作するために予め製作しておかなければならない空調機用フィンの表面処理方法に対する段階を含む。また、本発明は、ナノシルバースパッタリング処理されたフィンを適用して空調機用冷却コイルを製作することにより、冷却コイルの熱伝達効率を向上させる効果のみならず、コイル表面の親水性、防汚性、脱臭性、および殺菌性の上昇効果を含む。

また、好ましくは、非標的物である冷暖房コイル６（１００％純粋アルミニウム薄板）および親水性ペイントが塗布されたアルミニウム薄板を使用し、その厚さは５０ないし２００μｍとなるようにする。

本発明の方法に使用されるスパッタリング法は、クラスタイオンスパッタリングにより、エネルギーを有する粒子によりプラズマ状態でイオン化された原子が加速されて標的物質（ナノシルバー粒子）を打ち、これにより取れたナノシルバー原子がコーティング対象基板（冷暖房コイル）６の表面に蒸着される。ここで適用しようとするスパッタリング法はイオンスパッタリング法であって、エネルギーを有する粒子により表面を粗くし、このときの運動量交換で固体表面からの材料が離脱されるようにする過程である。

したがって、標的物と対向する基板表面（アルミニウム薄板）で不活性ガスであるアルゴンガスがグロー放電によりプラズマを形成し、陰極である標的材料の表面にアルゴンイオンが衝突するイオン衝撃により、ナノシルバー粒子が蒸気相として放出される。

この方法は化学的または熱的反応過程でなく、機械的過程により（運動量を用いる）蒸気相を作る方法であって、どの材料であっても標的材料として使用することができる利点があり、一般にＤＣ方法を使用するが、非伝導性標的材料の場合にはＡＣ過程であるＲＦ電位を用いてスパッタリングを行う。本発明で適用するクラスタイオン源を用いるクラスタスパッタリングは、サイズを自在にスパッタリングして安定したナノ構造のクラスタを制御して純粋薄膜の蒸着を具現した。

本発明の方法は、コーティング前の被処理物を陽極として活用してグロー放電させるので、スパッタリングによる表面の酸化物および不純物の除去が可能であり、表面の活性化によりコーティング層の接着性に優れている。

下記の表は、ナノシルバーがコーティングされた冷暖房コイル６の表面にレジオネラ菌および黄色ブドウ状球菌を培養して殺菌能試験を行った結果を示し、図３ａは最初ナノシルバー粒子がコーティングされた冷暖房コイル６にレジオネラを培養したときの菌株の確認状態を示す写真であり、図３ｂは２時間経過後の菌株の確認状態を示す写真である。

また、図４ａは最初ナノシルバー粒子がコーティングされた冷暖房コイル６に黄色ブドウ状球菌を培養したときの菌株の確認状態を示す写真であり、図４ｂは２時間経過後の菌株の確認状態を示す写真である（実験および結果の導出は韓国環境水道研究所で実施）。

実験結果、本発明によるナノシルバーコーティングが施された冷暖房コイル６にレジオネラおよび黄色ブドウ状球菌を培養した結果、２時間経過後および７日経過後に菌が全く検出されなかったが、これに対し、一般の冷暖房コイル６（対照群）の場合は、２時間経過後に殺菌効果が全くないし、７日経過後には菌数が急増したことが分かる。

本発明の実施形態によるナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法は前記実施例に限定されるものではなく、その技術的要旨を逸脱しない範囲内で多様に変更可能である。

本発明の一実施形態による空調機の冷暖房熱交換部の内部構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による空調機コイルにナノシルバーのイオンクラスタをスパッタリングする状態を示す概略図である。 （ａ）本発明の一実施形態によるナノシルバーの蒸着された空調機コイルにレジオネラを培養した最初の菌株の確認状態を示す写真であり、（ｂ）本発明の一実施形態によるナノシルバーの蒸着された空調機コイルにレジオネラを培養した菌株の２時間経過後の確認状態を示す写真である。 （ａ）本発明の一実施形態によるナノシルバーの蒸着された空調機コイルに黄色ブドウ状球菌を培養した最初の菌株の確認状態を示す写真であり、（ｂ）本発明の一実施形態によるナノシルバーの蒸着された空調機コイルに黄色ブドウ状球菌を培養した菌株の２時間経過後の確認状態を示す写真である。

符号の説明

６ 冷暖房コイル
１０ ナノシルバー粒子
１４ アルゴンイオン
１６ シルバーイオン
１８ コーティング層

Claims (4)

1. １×１０^−３〜１×１^−５Ｐａの真空度下で真空室圧力が１ＭＰａとなるまでアルゴンガスを流入させ、標的材料であるナノシルバー粒子に高負電圧（−５００〜−５００００Ｖ）をかけ、グロー放電により、アルゴンガスの陽イオンを、陰極として帯電された標的材料であるナノシルバー粒子表面に衝突させ、ナノシルバー粒子を原子形態として放出させることにより、蒸気相が冷暖房コイルの表面にナノシルバーコーティング層を形成することを特徴としたナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法。
2. 冷暖房コイルの厚さが５０ないし２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法。
3. 冷暖房コイルへのナノシルバーコーティング過程に先立ち、親水性ペイントを前記冷暖房コイルの表面に塗布する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載のナノシルバーの蒸着された空調機コイルの製造方法。
4. 請求項１記載の方法により製造されたことを特徴とするナノシルバーの蒸着された空調機コイル。

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