JP2009257628A - 熱交換器用アルミニウムフィン材 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線吸収性能が高く、熱交換器としての性能を損なわない熱交換器用アルミニウムフィン材を提供する提供する。
【解決手段】熱交換器用のアルミニウムフィン材１０Ａは、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌ合金からなる基板１と、基板１上に設けられたリン酸クロメート皮膜等の下地処理層２と、下地処理層２上に設けられた、アルミナ粒子９を親水性塗膜層に含有させてなるアルミナ含有親水性塗膜層３とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を基材としてなり、ルームエアコン等の熱交換器に用いられるフィン材に関するものであり、特に、赤外線吸収性能を有する熱交換器用アルミニウムフィン材に関する。

一般に、ルームエアコンの室外機用のフィン材には、室内機と同様に、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌ合金からなる基材の表面に、親水性を付与させるための樹脂皮膜が設けられたものが用いられており、これにより、結露水を水膜として除去することで抜熱され、熱交換機能が得られる。しかし、気温が低い冬季においては、結露水が霜となってフィン材に固着してしまうことによって通風障害が生じ、熱交換器が本来有している熱交換機能が低下する。そこで、このような熱交換機能の低下を防止する１つの手段として、エアコンに除霜運転を行う機能を設ける場合がある。

ところが、この除霜運転は、通常、熱交換運転を停止させて行われる。そのために、エアコンを連続運転できなくなることから、エアコンの使用者は、エアコンによる快適性を連続して受けられなくなるという問題がある。そこで、除霜運転が行われる頻度が少なくなるように、フィン材表面に施される親水性表面処理が、着霜を防止する手段としても検討されている（例えば、非特許文献１参照）。また、近年では、ＣＯ_２排出削減等の環境運動の高まりもあって、エアコン運転におけるエネルギー消費量を少なくする観点から、熱交換機能自体の向上に対する要求が強まってきている。

このような問題を解決する１つの手段として、赤外線を用いてフィン材自体を加熱することによって除霜する方法が考えられる。しかし、アルミニウムの表面は赤外線を殆ど吸収せず反射してしまうために、赤外線を照射するだけでは、十分な除霜効果は得られない。そこで、フィン材の色を黒色にする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
実開昭６３−１７９７６号公報 春日 司ら、「空調用熱交換器の除霜性に及ぼすフィン表面処理の影響」、住軽技報、Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、フィン材の色を黒色とすることで可視光線は吸収しやすくなるが、赤外線が吸収されやすくなるわけではない。また、エアコンの室外機は、可視光線自体がフィン材に照射される構造とはなっていないため、除霜効果は実質的に得られない。

このような問題に対して、どのような有機物質、無機物質であっても、赤外線を全く吸収しないものは殆どないことを考慮すると、塗膜の膜厚を厚くすれば、赤外線吸収性能を向上させることができると考えられる。しかし、塗膜の膜厚を厚くすればするほど、フィン材と接合される銅管とフィン材の間の接触熱抵抗が大きくなっていくため、熱交換器としての特性が低下してしまうという問題が生じる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、赤外線吸収性能が高く、しかも、熱交換器としての性能を損なわない熱交換器用アルミニウムフィン材を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基板と、前記基板上に設けられた、無機酸化物または有機−無機複合化合物からなる下地処理層と、前記下地処理層上に設けられた、アルミナ粒子を親水性塗膜層に含有させてなるアルミナ含有親水性塗膜層と、を具備することを特徴とする。

このような構成によれば、アルミナ含有親水性塗膜層により十分な親水性が確保されると共に、アルミナ含有親水性塗膜層に保持されたアルミナによる高い赤外線吸収性能が得られる。これにより、アルミニウムフィン材の温度が上がりやすくなり、除霜性能が向上する。また、このアルミニウムフィン材では、アルミニウムフィン材に形成されるアルミナ含有親水性塗膜層の膜厚を熱交換器としての性能が損なわれない程度に十分に薄くしても、前記効果を得ることができる。

また、本発明の第１の観点に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、アルミナ含有親水性塗膜層上に、ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂からなり、膜厚が０．１〜１０μｍの潤滑性塗膜層をさらに具備することが好ましい。
このような構成により、アルミニウムフィン材の成形性を向上させることができる。

本発明の第２の観点に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基板と、前記基板上に設けられた、無機酸化物または有機−無機複合化合物からなる下地処理層と、前記下地処理層上に設けられた、アルミナ粒子を耐食性樹脂に含有させてなるアルミナ含有耐食性塗膜層と、前記アルミナ含有耐食性塗膜層上に設けられた親水性塗膜層と、を具備することを特徴とする。

このような構成によれば、表面に設けられた親水性塗膜層により十分な親水性が確保され、また、アルミナ含有耐食性塗膜層によりアルミニウムフィン材の耐久性が向上すると共に、アルミナによる高い赤外線吸収性能が得られる。こうして、アルミニウムフィン材の温度が上がりやすくなり、除霜性能が向上する。さらに、このアルミニウムフィン材では、アルミニウムフィン材に形成される各膜層の総膜厚を熱交換器としての性能が損なわれない程度に十分に薄くしても、前記効果を得ることができる。

この本発明の第２の観点に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、親水性塗膜層上に、ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂からなり、膜厚が０．１〜１０μｍの潤滑性塗膜層をさらに具備することが好ましい。
このような構成により、アルミニウムフィン材の成形性を向上させることができる。

本発明の第３の観点に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基板と、前記基板上に設けられた、無機酸化物または有機−無機複合化合物からなる下地処理層と、前記下地処理層上に設けられたアルミナ層と、前記アルミナ含有耐食性塗膜層上に設けられた、カルボキシル基を有する樹脂を含む親水性塗膜層と、を具備することを特徴とする。

このような構成によれば、最表面の親水性塗膜層により十分な親水性と耐久性が確保され、親水性塗膜層を透過した赤外線がアルミナ層に吸収されて、優れた赤外線吸収性能が得られる。こうしてアルミニウムフィン材の温度が上がりやすくなり、除霜性能が向上する。また、このアルミニウムフィン材では、アルミニウムフィン材に形成される各膜の総膜厚を熱交換器としての性能が損なわれない程度に十分に薄くしても、前記効果を得ることができる。なお、アルミナ層は、具体的には、アルミナゾルを塗布し、焼き付けることにより形成される塗膜であり、実質的にアルミナで構成されている。この点で、アルミナ層は、前記したアルミナ含有親水性塗膜層及びアルミナ含有耐食性塗膜層と、構造上区別される。

本発明の第３の観点に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、前記親水性塗膜層上に設けられ、ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂からなり、膜厚が０．１〜１０μｍの潤滑性塗膜層をさらに具備することが好ましい。
このような構成により、アルミニウムフィン材の成形性を向上させることができる。

本発明の第３の観点に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、前記アルミナ層と前記親水性塗膜層との間に設けられた、耐食性樹脂からなる耐食性塗膜層をさらに具備することが好ましい。
このような構成により、アルミニウムフィン材の耐食性を向上させることができる。なお、耐食性塗膜層を設けても、赤外線の殆どは耐食性塗膜層を透過するために、アルミナ層の除霜性能が実質的に低下することはない。

上記の通り、本発明に係る各種の熱交換器用アルミニウムフィン材は、アルミナの赤外線吸収を利用して除霜性能を得ると共に、耐久性のある親水性塗膜層によってフィン材に求められる親水性を備えている点で共通する構成を有するものである。

なお、一般的に、熱交換器においては接触熱抵抗の観点から、フィン材に設ける樹脂膜等はできるだけ薄いことが好ましい。そのため、赤外線吸収性能に優れている材料を用いることが好ましく、こうした観点から、アルミナを適用することは望ましいと考えられる。すなわち、アルミナは赤外線吸収性能に優れているために、少量を薄膜状に分布させても、赤外線を多く吸収することができ、これにより除霜効果を得ることができる。換言すれば、フィン材では、除霜効果を発現させるためには、赤外線をフィン材に照射する必要がある。

ここで、一般的に、フィン材の表面に照射される赤外線の強度が強ければ強いほど、フィン材の温度は上昇しやすくなり、除霜性能が向上すると考えられる。つまり、フィン材の除霜性能は、赤外線光源自体の出力と赤外線光源からフィン材までの距離との影響を受ける。ところが、熱交換器の形状や寸法によって、所望の除霜効果を得るために必要かつ十分な赤外線の強度は異なるものと推定される。そのため、熱交換器の形状に応じて、赤外線光源での消費エネルギー（消費電力）ができるだけ小さく抑えられるように、赤外線光源が設計されていることが好ましい。

しかしながら、そのような赤外線光源の設計は必ずしも容易ではなく、しかも、熱交換器の形状や寸法が多岐にわたるために、フィン材の赤外線吸収性能を普遍的な指標により表すことは極めて困難である。そこで、本発明では、フィン材に一定距離から一定強度の赤外線を照射したときの温度上昇が大きいほど、赤外線吸収性能に優れていると判断した。

本発明に係る交換器用アルミニウムフィン材では、アルミナを親水性樹脂または耐食性樹脂に含有させ、またはアルミナ層を形成することにより、アルミナによる高い赤外線吸収性能を得ることができ、これにより除霜性能が向上する。また、最表面に潤滑性塗膜層を設けることにより、成形性を向上させることができる。さらに、基板に形成する各種膜層の膜厚を厚くする必要がないために、熱交換器としての性能が損なわれないという利点がある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
《第１実施形態》
図１（ａ）に本発明の第１実施形態に係る熱交換器用アルミニウムフィン材（以下「フィン材」という）の概略構造を表した断面図を示す。このフィン材１０Ａは、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌ合金からなる基板１と、基板１上に設けられた下地処理層２と、下地処理層２上に設けられたアルミナ含有親水性塗膜層３とを備えており、アルミナ含有親水性塗膜層３は、親水性塗膜層にアルミナ粒子９を含有させた層である。

なお、図１（ａ）には、基板１の片面のみに下地処理層２とアルミナ含有親水性塗膜層３とが設けられた形態を示しているが、フィン材１０Ａは、下地処理層２とアルミナ含有親水性塗膜層３を基板１の両面に備えていてもよい（後記する本発明に係る各種フィン材についても同様）。以下、各構成要素について説明する。

＜基板１＞
基板１は、ＡｌまたはＡｌ合金よりなる板材であって、熱伝導性及び加工性に優れるＪＩＳ Ｈ４０００規定の１０００系のＡｌ材料が好適に用いられ、より好ましくは合金番号１２００のＡｌ合金が用いられる。なお、フィン材１０Ａにおいては、強度、熱伝導性及び加工性等を考慮して、板厚が０．０８〜０．３ｍｍ程度のものが好適に使用される。

＜下地処理層２＞
下地処理層２は、フィン材１０Ａの耐食性を高めると共に、基板１とアルミナ含有親水性塗膜層３との密着性を向上させる役割を担う層であり、無機酸化物または有機−無機複合化合物よりなる。無機酸化物としては、主成分としてクロム（Ｃｒ）またはジルコニウム（Ｚｒ）を含むものが好適に用いられ、例えば、リン酸クロメート処理、リン酸ジルコニウム処理、クロム酸クロメート処理を行うことにより形成された皮膜が挙げられる。

下地処理層２は、耐食性を奏するものであれば、これらに限定されず、例えば、リン酸亜鉛処理あるいはリン酸チタン処理を行うことによって形成されたものであってもよい。また、有機−無機複合化合物としては、塗布型クロメート処理または塗布型ジルコニウム処理を行うことにより形成されたもので、アクリル−ジルコニウム複合体等が挙げられる。なお、下地処理層２を形成する前に、基板１の表面にアルカリ性脱脂液をスプレー等して、基板１の表面を予め脱脂することが好ましく、これにより基板１と下地処理層２との密着性を向上させることができる。

下地処理層２は、基板１の単位面積（１ｍ^２）あたりの塗布量で、ＣｒまたはＺｒを１〜１００ｍｇ／ｍ^２の範囲で含有するものが好ましく、また、下地処理層２の膜厚は１〜１００ｎｍとすることが好ましい。但し、これらの設定値は、使用目的等に合わせて適宜変更が可能である。

＜アルミナ含有親水性塗膜層３＞
アルミナ含有親水性塗膜層３は、フィン材１０Ａの表面の結露水の流動性を向上させる。これにより、フィン材１０Ａの表面に臭気物質等の汚染物質が付着しても、この結露水で洗い落とすことが可能になる。アルミナ含有親水性塗膜層３の母材となる材料（つまり、親水性塗膜層として用いられる材料）には、アルミナ粒子９に赤外線吸収性能を発揮させるために、赤外線を一定量透過する性質を有していることが要求される。アルミナ含有親水性塗膜層３の母材として好適に用いられる材料としては親水性樹脂が挙げられ、特に、親水性の持続性に優れた樹脂が好適に用いられる。

ここで、親水性樹脂としては、ポリアクリル酸やポリアクリル酸塩（具体的には、ナトリウム塩やカリウム塩、アンモニウム塩）（以下「ポリアクリル酸類」という）に、ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂を１種または２種以上添加して均一に混合した樹脂が好適に用いられる。ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂に特に限定はないが、具体例としては、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド等を挙げることができる。これらの水溶性樹脂は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。

アルミナ粒子９を分散させた親水性樹脂を、下地処理層２上に所定の方法で所定の膜厚に塗布成膜した後、所定温度（例えば、２００〜３００℃程度）で焼き付けることにより、強固で密着性のあるアルミナ含有親水性塗膜層３を形成することができる。これは、ポリアクリル酸類が、元来、密着性が高いことに加えて、ヒドロキシル基とカルボキシル基との脱水縮合反応によるエステル化が部分的に同時に起こってエステル結合が生じることによる。アルミナ含有親水性塗膜層３を、強固で密着性の高い皮膜とすることにより、ヒドロキシル基を含有する水溶性樹脂の流出が抑制され、親水性が持続するようになり、また、汚染物質が固着し難くなって、親水持続性が低下し難くなる。

アルミナ含有親水性塗膜層３の膜厚は、０．１μｍ以上であることが望ましい。膜厚が０．１μｍ以下では親水性が得られ難い。一方、アルミナ含有親水性塗膜層３の膜厚の上限値は、例えば、フィン材１０Ａの加工性や伝熱性、アルミナ含有親水性塗膜層３を形成するための材料コスト等を考慮して、３μｍ以下とすることが、現実的である。

アルミナ含有親水性塗膜層３は、アルミナ粒子９を含有しているが、アルミナの比重（物性値）は樹脂の一般的な比重よりも大きいため（アルミナは３程度、樹脂は１程度）、図１（ａ）に示されるように、アルミナ粒子９はアルミナ含有親水性塗膜層３の下層部に多く分布しているものと考えられる。アルミナ含有親水性塗膜層３の表面側にアルミナ粒子９が少ない場合には、アルミナ含有親水性塗膜層３の表面の親水性が高められる。また、フィン材１０Ａの加工性が向上する。一方で、アルミナ粒子９はアルミナ含有親水性塗膜層３の上層部を透過した赤外線を吸収することができる。

＜アルミナ粒子９＞
アルミナ粒子９は、赤外線を吸収してフィン材１０Ａの温度を上昇させる役割を果たす。フィン材１０Ａに霜が着いている場合には、フィン材１０Ａの温度上昇に利用される熱エネルギーが、霜を溶かすために用いられ、除霜される。したがって、フィン材１０Ａは、赤外線吸収性能の高いアルミナ含有親水性塗膜層３を形成することにより、高い除霜性能が得られると考えてよい。

アルミナ粒子９は、アルミナ含有親水性塗膜層３に用いられる親水性樹脂に分散させることができるものであればよいが、好ましくは、最大粒径がアルミナ含有親水性塗膜層３の膜厚よりも小さいものが好適に用いられる。これにより、アルミナ粒子９の表面露出によってアルミナ含有親水性塗膜層３の表面の親水性が低下することを防止することができる。アルミナ粒子９の形状には制限はない。これは、赤外線吸収性能の形状依存性が小さいからである。なお、アルミナ粒子９として針状（棒状）のものを用いる場合には、前記した最大粒径とは針状長手方向の長さを指す。

アルミナ含有親水性塗膜層３におけるアルミナ粒子９の含有量は、５０〜３０００ｍｇ／ｍ^２とすることが好ましい。含有量が５０ｍｇ／ｍ^２未満の場合には、十分な赤外線吸収がなされず、逆に３０００ｍｇ／ｍ^２を超える場合には、アルミナ含有親水性塗膜層３の熱伝導性が低下するおそれがある。

《第２実施形態》
図１（ｂ）に本発明の第２実施形態に係るフィン材の概略構造を表した断面図を示す。このフィン材１０Ａ_１は、図１（ａ）に示した本発明の第１実施形態に係るフィン材１０Ａのアルミナ含有親水性塗膜層３上に、潤滑性塗膜層４を設けた構造を有している。そのため、フィン材１０Ａ_１を構成している基板１、下地処理層２、アルミナ含有親水性塗膜層３は、フィン材１０Ａを構成している基板１、下地処理層２、アルミナ含有親水性塗膜層３とそれぞれ同じであるので、これらについては、ここでの説明は省略する。

＜潤滑性塗膜層４＞
潤滑性塗膜層４には、実用性能には特に影響が無く、ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂が用いられ、潤滑性塗膜層４により、フィン材１０Ａ_１の加工時に、アルミナ含有親水性塗膜層３が保護される。さらに、ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂は摩擦係数が小さいため、フィン材１０Ａ_１の加工性が向上する。

潤滑性塗膜層４は、フィン材１０Ａ_１を加工する際に、直接にアルミナ含有親水性塗膜層３に加工工具が接触することを避けて、工具磨耗を抑制する役割をも担う。図１（ａ）に示したフィン材１０Ａにおいて、アルミナ含有親水性塗膜層３の表面には、アルミナ粒子９が全く露出していないというわけではなく、赤外線吸収性能を高めるためにアルミナ含有親水性塗膜層３におけるアルミナ粒子９の含有率を高める必要がある場合には、アルミナ粒子９の露出面積が増えると考えられる。この場合、フィン材１０Ａを所定形状に加工する場合に、加工工具である金型等がアルミナ粒子９により摩耗するおそれがある。そこで、フィン材１０Ａ_１のように、最表面に潤滑性塗膜層４を設けることによって、工具摩耗を軽減することができる。

潤滑性塗膜層４には、具体的には、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルアルコール、エチレングリコール、ポリエチレンオキサイド等が用いられる。潤滑性塗膜層４は結露水によってやがて流失し、潤滑性塗膜層４の溶出（溶解）によって、その下層であるアルミナ含有親水性塗膜層３が露出することになり、アルミナ含有親水性塗膜層３による親水性が発揮されることとなる。潤滑性塗膜層４の膜厚は、０．１〜１０μｍとすることが好ましい。膜厚が０．１μｍ未満では、加工性向上の効果が実質的に得られず、また、１０μｍ超とすると、加工性が逆に低下するおそれがある。

《第３実施形態》
図２（ａ）に本発明の第３実施形態に係るフィン材の概略構造を表した断面図を示す。このフィン材１０Ｂは、基板１上に設けられた下地処理層２と、下地処理層２上に設けられたアルミナ含有耐食性塗膜層５と、アルミナ含有耐食性塗膜層５上に設けられた親水性塗膜層６とを備えており、アルミナ含有耐食性塗膜層５はアルミナ粒子９を含有している。

フィン材１０Ｂを構成する基板１と下地処理層２及びアルミナ粒子９は、フィン材１０Ａを構成する基板１、下地処理層２及びアルミナ粒子９とそれぞれ同じであるので、ここでの説明を省略するものとし、以下、アルミナ含有耐食性塗膜層５と親水性塗膜層６について説明する。

＜アルミナ含有耐食性塗膜層５＞
アルミナ含有耐食性塗膜層５は、耐食性樹脂にアルミナ粒子９を分散させてなる層であり、フィン材１０Ｂの腐食を抑制する役割を担う。耐食性樹脂としては、塗膜となったときに水濡れ性を示さない樹脂（疎水性樹脂）が用いられる。アルミナ含有耐食性塗膜層５を構成する耐食性樹脂としては、具体的には、ウレタン系樹脂やエポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂のうち少なくとも１種が用いられる。アルミナ含有耐食性塗膜層５を設けることにより、塩害地等の過酷な環境下でもフィン材１０Ｂの腐食が抑制され、基板１上に形成された各種膜層が脱落し難くなって、耐久性が維持される。

図２（ａ）に示されるように、フィン材１０Ｂでは、アルミナ含有耐食性塗膜層５に、アルミナ粒子９の粒径に対して十分な膜厚を持たせている。この場合、アルミナはアルミナ含有耐食性塗膜層５に用いられる耐食性樹脂よりも比重が大きいため、図２（ａ）に示されるように、アルミナ含有耐食性塗膜層５において、アルミナ粒子９はアルミナ含有耐食性塗膜層５の下層部に多く分布しているものと考えられる。但し、アルミナ含有耐食性塗膜層５の膜厚は、所望される赤外線吸収性能が得られるだけのアルミナ粒子９を含有させることができる限りにおいて、より薄くすることが可能である。なお、アルミナ含有耐食性塗膜層５におけるアルミナ粒子９の含有量は、フィン材１０Ａのアルミナ含有親水性塗膜層３に準ずる。

なお、ウレタン系樹脂とポリエステル系樹脂について、広義には、ポリエステル系樹脂の概念の中にウレタン系樹脂を含める場合もあるため、前記記載のウレタン系樹脂とポリエステル系樹脂を次の通りに定義する。すなわち、ここでは、ウレタン系樹脂とは、組成中にウレタン結合を繰返し持つ化合物であり、イソシアネート基を２個以上持ったポリイソシアネート化合物（Ｏ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）と、ヒドロキシル基を２個以上持ったポリオール化合物（ＨＯ−Ｒ１−ＯＨ）、ポリアミン（Ｈ_２Ｎ−Ｒ２−ＮＨ_２）または活性水素（−ＮＨ_２、−ＮＨ、−ＣＯＮＨ−等）を持った化合物等とが反応して得られるものである。なお、Ｒ、Ｒ１、Ｒ２は脂肪族アルキルまたは芳香族アルキル等を指す。

一方、ポリエステル系樹脂とは、多価カルボン酸（ジカルボン酸）とポリアルコール（ジオール）との重縮合体を指し、ポリアルコール（アルコール性の官能基−ＯＨを複数有する化合物）と、多価カルボン酸（カルボン酸官能基−ＣＯＯＨを複数有する化合物）を反応（脱水縮合）させて合成されることを基本とする。

＜親水性塗膜層６＞
アルミナ含有耐食性塗膜層５を構成する耐食性樹脂は疎水性であるため、フィン材１０Ｂの表面に親水性を付与するために、親水性塗膜層６が設けられる。親水性塗膜層６を構成する材料には、アルミナ含有耐食性塗膜層５に含まれるアルミナ粒子９に赤外線吸収性能を発揮させるために、赤外線を一定量透過する性質を有していることが要求される。親水性塗膜層６を構成する材料としては、前記したアルミナ含有親水性塗膜層３の母材として用いられる材料を用いることができ、親水性の持続性に優れた樹脂が好適に用いられる。

親水性の持続性に優れた樹脂とは、水に一部溶け出す成分を含有しており、水になじみやすい層であるが、水によって完全に洗い落とされるものではない樹脂をいい、このような樹脂として、カルボキシル基を有する樹脂を必須成分として含有する樹脂が、親水性塗膜層６に特に好適に用いられる。カルボキシル基を有する樹脂としては、ポリアクリル酸類が好適に用いられる。なお、水によって完全に洗い落とされる親水性の塗膜層を、例えば２４時間の純水流水でフィン材表面に全く残っていない状態となる塗膜層と定義すると、この場合には塗膜層がなくなることによって親水性を持続できなくなるが、これに対して、フィン材１０Ｂを構成する親水性塗膜層６は、成分の一部が溶出することはあっても、フィン材１０Ｂの表面に残存するために、フィン材１０Ｂの親水性を持続させることができるものと定義される。

具体的に、親水性塗膜層６としては、アルミナ含有親水性塗膜層３に好適に用いられる親水性樹脂、すなわち、ポリアクリル酸類にヒドロキシル基を有する水溶性樹脂を１種または２種以上添加して均一に混合した樹脂が好適に用いられ、これにさらにスルホン酸基またはスルホン酸塩、アミド結合またはエーテル結合を有する樹脂から選ばれる１種または複数種を添加して均一に混合した樹脂を混合してもよい。また、ポリアクリル酸類に、スルホン酸基またはスルホン酸塩、アミド結合またはエーテル結合を有する樹脂から選ばれる１種または複数種を添加して均一に混合した樹脂も、好適に用いられる。

なお、水酸基を有する樹脂としてはポリビニルアルコールやカルボキシメチルセルロースが、アミド結合を有する樹脂としてはポリアクリルアミドが、スルホン酸基を有する樹脂としてはスルホエチルアクリレートとアクリル酸の共重合体が、エーテル結合を有する樹脂としてはポリエチレングリコール等が、それぞれ挙げられる。また、親水性塗膜層６にカルボキシル基を有する親水性樹脂を含有させることにより、アルミナ含有耐食性塗膜層５との密着性が向上すると共に、汚染物質による親水性劣化を抑制する効果が高められる。

《第４実施形態》
図２（ｂ）に本発明の第４実施形態に係るフィン材の概略構造を表した断面図を示す。このフィン材１０Ｂ_１は、フィン材１０Ｂの親水性塗膜層６上に潤滑性塗膜層４が設けられた構造を有している。そのため、フィン材１０Ｂ_１を構成している基板１、下地処理層２、アルミナ含有耐食性塗膜層５及び親水性塗膜層６は、フィン材１０Ｂを構成している基板１、下地処理層２、アルミナ含有耐食性塗膜層５及び親水性塗膜層６とそれぞれ同じである。また、潤滑性塗膜層４は、図１（ｂ）に示したフィン材１０Ａ_１が具備する潤滑性塗膜層４と同じである。そのため、ここではフィン材１０Ｂ_１の各構成要素についての説明は省略する。

フィン材１０Ｂ_１は、アルミナ粒子９による優れた赤外線吸収性能を有し、また、耐食性樹脂により耐久性に優れ、親水性塗膜層６により親水性を有すると共に、潤滑性塗膜層４により優れた加工性を備える。

《第５実施形態》
図３（ａ）に本発明の第５実施形態に係るフィン材の概略構造を表した断面図を示す。このフィン材１０Ｃは、基板１と、基板１上に設けられた下地処理層２と、下地処理層２上に設けられたアルミナ層７と、アルミナ層７上に設けられた親水性塗膜層６とを備えている。基板１、下地処理層２は、図１（ａ）に示したフィン材１０Ａを構成する基板１、下地処理層２とそれぞれ同じであるため、また、親水性塗膜層６は、図２（ａ）に示したフィン材１０Ｂを構成する親水性塗膜層６と同じであるため、これらについてのここでの詳細な説明は省略する。

なお、フィン材１０Ｃが具備する親水性塗膜層６には、アルミナ層７に赤外線吸収性能を発揮させるために赤外線を一定量透過する性質を有していることが要求されるが、前記の通りに、フィン材１０Ｂが具備する親水性塗膜層６は、アルミナ含有耐食性塗膜層５に含まれるアルミナ粒子９に赤外線吸収性能を発揮させるために赤外線を一定量透過する性質を有しているため、前記要求は満たされる。また、フィン材１０Ｂが具備する親水性塗膜層６に好適に用いられるカルボキシル基を有する親水性樹脂は、アルミナ層７とも高い密着性を示す。

＜アルミナ層７＞
アルミナ層７は、アルミナ粒子９と同様に、赤外線を吸収してフィン材１０Ｃの温度を上昇させる役割を果たす。そのため、フィン材１０Ｃに霜が着いている場合には、フィン材１０Ｃの温度上昇に利用される熱エネルギーが、霜を溶かすために用いられ、除霜される。

アルミナ層７は、例えば、アルミナゾル（アルミナ微粒子の分散液）を塗布した後、所定の温度で焼き付けることにより形成される。前記したアルミナ含有親水性塗膜層３とアルミナ含有耐食性塗膜層５は、樹脂にアルミナ粒子が分散した構造となるが、アルミナ層７は実質的にアルミナからなり、不可避不純物（焼き付けにより焼失しなかった有機物を含む）を含む層であり、通常は緻密質膜である。アルミナ層７は、下地処理層２上に形成することにより、下地処理層２との密着性が高められる。

アルミナ層７の被着量は５０〜３０００ｍｇ／ｍ^２とすることが好ましい。アルミナ層７の被着量が５０ｍｇ／ｍ^２未満では十分な赤外線吸収がなされず、３０００ｍｇ／ｍ^２を超える場合には、フィン材１０Ｃの熱伝導性に悪影響を与えるおそれがあり、また、膜厚が厚くなることによってクラックが入りやすくなる。

《第６実施形態》
図３（ｂ）に本発明の第６実施形態に係るフィン材の概略構造を表した断面図を示す。このフィン材１０Ｃ_１は、フィン材１０Ｃの親水性塗膜層６上に潤滑性塗膜層４が設けられた構造を有している。そのため、フィン材１０Ｃ_１を構成している基板１、下地処理層２、アルミナ層７及び親水性塗膜層６は、フィン材１０Ｃを構成している基板１、下地処理層２、アルミナ層７及び親水性塗膜層６とそれぞれ同じである。また、潤滑性塗膜層４は、図１（ｂ）に示したフィン材１０Ａ_１が具備する潤滑性塗膜層４と同じである。そのため、ここではフィン材１０Ｃ_１の各構成要素についての説明は省略する。

フィン材１０Ｃ_１は、アルミナ層７による優れた赤外線吸収性能を有し、また、親水性塗膜層６により親水性を有すると共に、潤滑性塗膜層４により優れた加工性を備える。

《第７実施形態》
図３（ｃ）に本発明の第７実施形態に係るフィン材の概略構造を表した断面図を示す。このフィン材１０Ｃ_２は、フィン材１０Ｃのアルミナ層７と親水性塗膜層６との間に耐食性塗膜層８が設けられた構造を有している。そのため、フィン材１０Ｃ_２を構成している基板１、下地処理層２、アルミナ層７及び親水性塗膜層６は、フィン材１０Ｃを構成している基板１、下地処理層２、アルミナ層７及び親水性塗膜層６とそれぞれ同じであるので、ここでの説明は省略する。

＜耐食性塗膜層８＞
耐食性塗膜層８は、塗膜となったときに水濡れ性を示さない樹脂、すなわち、先に説明したフィン材１０Ｂが具備するアルミナ含有耐食性塗膜層５を構成する耐食性樹脂からなる。この耐食性塗膜層８を設けることによって、フィン材１０Ｃ_２の耐食性を大幅に向上させることができる。耐食性塗膜層８の膜厚は、０．１〜５μｍとすることが好ましい。耐食性塗膜層８の膜厚が０．１μｍ未満では十分な耐食性が得られず、５μｍより厚いと、熱交換器としての特性が低下し、また、製造コストが高くなるというデメリットがある。なお、アルミナ層７は、親水性塗膜層６と耐食性塗膜層８とを透過する赤外線を吸収するため、赤外線吸収性能が確保される。

《第８実施形態》
図３（ｄ）に本発明の第８実施形態に係るフィン材の概略構造を表した断面図を示す。このフィン材１０Ｃ_３は、フィン材１０Ｃ_１のアルミナ層７と親水性塗膜層６との間に耐食性塗膜層８が設けられた構造を有している。そのため、フィン材１０Ｃ_３を構成している基板１、下地処理層２、アルミナ層７、親水性塗膜層６及び潤滑性塗膜層４は、フィン材１０Ｃを構成している基板１、下地処理層２、アルミナ層７、親水性塗膜層６及び潤滑性塗膜層４とそれぞれ同じであり、耐食性塗膜層８は、フィン材１０Ｃ_２を構成している耐食性塗膜層８と同じであるので、各構成要素について説明は省略する。

フィン材１０Ｃ_３は、アルミナ層７による優れた赤外線吸収性能を有し、また、耐食性塗膜層８により優れた耐食性を有し、親水性塗膜層６により良好な親水性を有すると共に、潤滑性塗膜層４により優れた加工性を備える。

上記の通り、本発明の実施の形態に係る各種フィン材は、アルミナの赤外線吸収を利用して除霜性能を得ると共に、耐久性のある親水性樹脂によってフィン材に求められる親水性を備えている点で共通する構成を有している。

《フィン材の製造方法》
ここでは、フィン材１０Ａ_１とフィン材１０Ｃを例に挙げて、これらの製造方法について簡単に説明する。

＜フィン材１０Ａ_１の製造方法＞
まず、基板１の片面または両面（下地処理層２を形成する面）にアルカリ性脱脂液をスプレー等することにより、その処理面を脱脂した後、リン酸クロメート処理またはリン酸ジルコニウム処理等を施すことにより、下地処理層２たる皮膜を形成する。ここで、リン酸クロメート処理等には、基板１に化成処理液をスプレー等により塗布する方法を用いることができる。

続いて、アルミナ粒子９を均一分散させた水溶性樹脂等を下地処理層２上に、スプレー塗布やバーコーターやロールコーター等の公知の塗布方法で塗布し、所定の温度で焼き付ける。こうして、アルミナ含有親水性塗膜層３が形成される。このときの焼き付け温度（基板温度）は、用いた親水性樹脂等によって異なるが、大凡、２００〜３００℃とすることが好ましい。続いて、潤滑性塗膜層４を形成するための親水性樹脂を、アルミナ含有親水性塗膜層３上にスプレー塗布等により塗布し、所定温度で焼き付けることにより、潤滑性塗膜層４を形成する。こうしてフィン材１０Ａ_１が作製される。

なお、フィン材１０Ｂを構成するアルミナ含有耐食性塗膜層５は、アルミナ含有親水性塗膜層３と同様に形成することができ（但し、使用される材料は異なる）、親水性塗膜層６は潤滑性塗膜層４と同様に形成することができる（但し、使用される材料が異なる）。

＜フィン材１０Ｃの製造方法＞
まず、フィン材１０Ａ_１の製造方法と同様にして、基板１の片面または両面を脱脂した後、下地処理層２を形成する。続いて、例えば、ゾル−ゲル法によりアルミナ層７を形成する。ゾル−ゲル法では、一般に金属アルコキシドからなるゾルを加水分解・重縮合反応させ、流動性を失ったゲルとし、このゲルを加熱して酸化物を得る。具体的には、下地処理層２上に、アルミナゾルをスプレー塗布等の公知の塗布方法で塗布し、その後、所定の温度で焼き付けることにより、アルミナ層７が形成される。アルミナ層７の形成のための焼き付け温度（基板温度）は、用いるゾル（Ａｌアルコキシド）によって異なるが、大凡、２００〜３００℃である。次に、アルミナ層７上に親水性樹脂を塗布して、所定温度で焼き付けることにより、親水性塗膜層６を形成する。こうして、フィン材１０Ｃが作製される。

以上、本発明を実施するための最良の形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。但し、本発明はこのような実施例に限定されるものではない。表１に作製した試料の概略構成を示す。

《試料作製》
＜基板の脱脂処理；試料１〜１０，１２〜１５＞
基板として、ＪＩＳ Ｈ４０００に規定する合金番号１２００のＡｌよりなる板厚０．１ｍｍのＡｌ板を用いた。表１に示すように、試料１〜１０，１２〜１５について、Ａｌ板の片面にアルカリ性脱脂液（日本ペイント株式会社製サーフクリーナー（登録商標）ＥＣ３７０）による脱脂処理を実施した。

＜下地処理層の形成＞
［リン酸クロメート処理：試料１〜４、６〜１０，１２〜１５］
下地処理層の一種として、リン酸クロメート処理〔化成処理液として、日本ペイント株式会社製アルサーフ（登録商標）４０１／４５を使用〕によりリン酸クロメート皮膜を形成した。形成された下地処理層（リン酸クロメート皮膜）の膜厚は４０ｎｍであり、蛍光Ｘ線法〔（株）島津製作所製の波長分散型蛍光Ｘ線装置（ＬＡＢ ＣＥＮＴＥＲ ＸＲＦ−１８００）〕で測定した被着量のＣｒ換算値は２０ｍｇ／ｍ^２であった。

［塗布型ジルコニウム処理；試料５］
下地処理層の一種として、塗布型ジルコニウム処理〔塗布液として、日本ペイント株式会社製サーフコート（登録商標）１４７／１４８を使用〕を行った。塗布液を、バーコーターを使用し、焼き付け後の被着量がＺｒ換算値で４０ｍｇ／ｍ^２となるように基板に塗装し、２００℃で２０秒間焼き付けをすることにより、有機−無機複合皮膜を形成した。なお、焼き付け温度はＡｌ板の温度を基準とし、以下同様とする。なお、塗布型ジルコニウム処理により形成された下地処理層には、有機成分としてポリアクリル酸が含まれる。

＜アルミナ層の形成；試料６，８，１０，１３＞
アルミナ層は、アルミナゾル〔日産化学工業株式会社製、アルミナゾル２００（商品名）〕を、バーコーターを使用して塗装し、２００℃で２０秒間焼き付けすることにより形成した。アルミナ層の被着量は、約５００ｍｇ／ｍ^２とした。

＜アルミナ含有耐食性塗膜層の形成；試料１２＞
アルミナ含有耐食性塗膜層には、ウレタン系樹脂塗料〔東邦化学社製、ウレタン変性樹脂エマルジョン、ハイテック（登録商標）Ｓ−６２５４〕に前記のアルミナゾルを添加したものを用い、バーコーターを使用して塗布膜を形成した後、２００℃で２０秒間焼き付けた。こうして、アルミナの含有量が５００ｍｇ／ｍ^２のアルミナ含有耐食性塗膜層を形成した。なお、アルミナ分を含まない樹脂の塗布量（以下「樹脂塗布量」という）は、１０００ｍｇ／ｍ^２とした。

＜耐食性塗膜層の形成；試料１３〜１５＞
前記ウレタン系樹脂塗料（アルミナゾルを含まない）を、バーコーターを使用して塗布膜を形成し、２００℃で２０秒間焼き付けることにより、樹脂塗布量が１０００ｍｇ／ｍ^２の耐食性塗膜層を形成した。

＜アルミナ含有親水性塗膜層の形成；試料３〜５，７＞
アルミナ含有親水性塗膜層を形成するための塗料として、１００重量部のポリアクリル酸ナトリウム（平均重合度：２０００）と、３０重量部のカルボキシメチルセルロースナトリウム（平均重合度：５００）、６０重量部のポリエチレンオキサイド（平均分子量：１５万）を混合したもの（以下「親水性樹脂Ａ」とする）に、前記したアルミナゾルを所定量添加したものを準備し、バーコーターを使用して塗布膜を形成した後、２００℃で２０秒間焼き付けた。こうして、アルミナの含有量が５０ｍｇ／ｍ^２または５００ｍｇ／ｍ^２のアルミナ含有親水性塗膜層を形成した。なお、親水性樹脂Ａの樹脂塗布量は５００ｍｇ／ｍ^２とした。

＜親水性塗膜層の形成（１）；試料１，２，６，８＞
前記した親水性樹脂Ａを用い、バーコーターを使用して塗布膜を形成した後、２２０℃で２０秒間焼き付けることにより、樹脂塗布量が５００ｍｇ／ｍ^２の親水性塗膜層を形成した。

＜親水性塗膜層の形成（２）；試料１２〜１４＞
カルボキシル基を有する樹脂としてポリアクリル酸（分子量：１０万）、エーテル基を含有する樹脂としてポリエチレングリコール（分子量：６０００）、ヒドロキシル基を含有する樹脂としてポリビニルアルコール（ケン化度：９８％）を、ポリアクリル酸が３０質量％、ポリエチレングリコールが３０質量％、ポリビニルアルコールが４０質量％となるように混合した樹脂水溶液（「親水性樹脂Ｂ」として表１に示す）を用い、バーコーターを使用して塗布膜を形成した後、２４０℃で９秒間焼き付けることにより、樹脂塗布量が５００ｍｇ／ｍ^２の親水性塗膜層を形成した。

＜潤滑性塗膜層の形成；試料１，３〜６＞
ポリビニルアルコール（平均重合度：１２００、ケン化度：７５％）及びポリエチレングリコールの樹脂水溶液を、バーコーターを使用して塗布膜を形成した後、１５０℃で９秒間、焼き付けを行うことにより、樹脂塗布量が３００ｍｇ／ｍ^２の潤滑性塗膜を形成した。

なお、前記各種の樹脂からなる膜は、一般的な樹脂の比重から推察して、樹脂塗布量が１０００ｍｇ／ｍ^２のときに、膜厚が１μｍ程度になっているものと考えられる。アルミナ粒子を含有させた樹脂塗膜層及びアルミナ層では、アルミナ量を膜厚で評価することが困難であるため、アルミナ量についてそれぞれ、含有量及び被着量を用いて膜性状を表すこととした。

《試料の評価》
試料評価には、前記の通りに作製した各種試料（フィン材）から１０ｃｍ角でサンプリングしたものを、さらにフィン材の耐久性を加味した評価とするために、純水に２４０時間浸漬し、その後乾燥させ、さらに屋外環境（幹線道路沿い）に１ヶ月間暴露したもの（以下「供試材」という）を用いた。評価結果を表１に併記する。

＜親水性評価＞
供試材に純水を１μＬ（マイクロリットル）滴下し、それによって生じた水滴の接触角θをゴニオメーター〔協和界面科学（株）製 ＣＡ−Ｘ２５０型〕を用いて測定し、接触角θが、３０°未満であれば合格とし（表１に「○」で示す）、３０°以上であれば不合格とした（表１に「×」で示す）。

＜赤外吸収性能の評価＞
供試材（フィン材）に赤外線を照射したときに供試材がどのような昇温挙動を示すかについての試験を、図４に示す装置構成により行った。すなわち、図４は供試材の赤外線吸収性能を評価する装置構成の概略図である。断熱材２２として発泡スチロールを用い、この断熱材２２の上に、温度センサ２１〔株式会社チノー製、表面温度測定用センサ（測温抵抗体）Ｒ０６０・３６〕を配置し、温度センサ２１上に供試材２０を載せ、供試材２０から３０ｃｍの距離に配置されたカーボンランプヒータ２３〔（株）八光製、型番：ＬＮＣ０６００、１００Ｖ−６００Ｗ〕から赤外線を供試材２０に向けて照射した。温度センサ２１は、データロガー〔株式会社キーエンス製、モバイル温度レコーダ：ＮＲ１０００〕を介してパーソナルコンピュータ（図示せず）に取り込まれるようにした。

カーボンランプヒータ２３のスイッチを入れてから、３０秒経過後と６０秒経過後の温度センサ２１の温度（℃）、すなわち供試材２０の温度を測定して、その温度差ΔＴを算出し、金属Ａｌ（Ａｌ基板）の比熱：０．９０２Ｊ／ｇ・℃を用いて、０．９０２×ΔＴの値から、供試材２０が受け取ることができた熱量を求め、比較した。ここでは、アルミナを含有しない所定の試料（表１に対比する試料番号を示す）との対比を実施し、アルミナを含有しない場合と比較して、２０％以上の熱量増加効果が認められた場合を合格とし（表１に「○」で示す）、２０％未満であれば不合格とした（表１に「×」で示す）。

《試験結果》
Ａｌ基板そのものである試料１１は、他の試料に比べて、カーボンランプヒータ２３から受け取った熱量が最も小さかった。また、Ａｌ基板に下地処理層のみを形成した試料９では、赤外線吸収性能の実質的な変化はない結果が得られた。試料１，２，１４，１５の結果から、耐食性塗膜層と親水性塗膜層のいずれか一方または両方を形成することにより、赤外線吸収性能が向上することがわかるが、その効果は十分ではない。試料１０では、アルミナ層を形成しているために、赤外線吸収性能は向上しているが、親水性塗膜層を形成していないために、フィン材に求められる親水性が得られなかった。

これに対して、試料３〜８，１２，１３は、アルミナ層、アルミナ含有耐食性塗膜層及びアルミナ含有親水性塗膜層のいずれかを備えているために、類似構造でアルミナを含有していない試料との対比において、赤外線吸収性能の向上が確認された。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係るフィン材の概略断面図であり、（ｂ）は本発明の第２実施形態に係るフィン材の概略断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係るフィン材の概略断面図であり、（ｂ）は本発明の第４実施形態に係るフィン材の概略断面図である。 （ａ）は本発明の第５実施形態に係るフィン材の概略断面図であり、（ｂ）は本発明の第６実施形態に係るフィン材の概略断面図であり、（ｃ）は本発明の第７実施形態に係るフィン材の概略断面図であり、（ｄ）は本発明の第８実施形態に係るフィン材の概略断面図である。 供試材の赤外線吸収性能を評価する装置構成の概略図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ａ_１ フィン材
１０Ｂ，１０Ｂ_１ フィン材
１０Ｃ，１０Ｃ_１〜Ｃ_３ フィン材
１ 基板
２ 下地処理層
３ アルミナ含有親水性塗膜層
４ 潤滑性塗膜層
５ アルミナ含有耐食性塗膜層
６ 親水性塗膜層
７ アルミナ層
８ 耐食性塗膜層
９ アルミナ粒子
２０ 供試材（フィン材）
２１ 温度センサ
２２ 断熱材（発泡スチロール）
２３ カーボンランプヒータ

Claims (7)

1. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基板と、
   前記基板上に設けられた、無機酸化物または有機−無機複合化合物からなる下地処理層と、
   前記下地処理層上に設けられた、アルミナ粒子を親水性塗膜層に含有させてなるアルミナ含有親水性塗膜層と、を具備することを特徴とする熱交換器用アルミニウムフィン材。
2. 前記アルミナ含有親水性塗膜層上に、ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂からなり、膜厚が０．１〜１０μｍの潤滑性塗膜層をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。
3. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基板と、
   前記基板上に設けられた、無機酸化物または有機−無機複合化合物からなる下地処理層と、
   前記下地処理層上に設けられた、アルミナ粒子を耐食性樹脂に含有させてなるアルミナ含有耐食性塗膜層と、
   前記アルミナ含有耐食性塗膜層上に設けられた親水性塗膜層と、を具備することを特徴とする熱交換器用アルミニウムフィン材。
4. 前記親水性塗膜層上に、ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂からなり、膜厚が０．１〜１０μｍの潤滑性塗膜層をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。
5. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基板と、
   前記基板上に設けられた、無機酸化物または有機−無機複合化合物からなる下地処理層と、
   前記下地処理層上に設けられたアルミナ層と、
   前記アルミナ層上に設けられた、カルボキシル基を有する樹脂を含む親水性塗膜層と、を具備することを特徴とする熱交換器用アルミニウムフィン材。
6. 前記親水性塗膜層上に設けられ、ヒドロキシル基を有する水溶性樹脂からなり、膜厚が０．１〜１０μｍの潤滑性塗膜層をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。
7. 前記アルミナ層と前記親水性塗膜層との間に設けられた、耐食性樹脂からなる耐食性塗膜層をさらに具備することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。

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