JP2013083377A - 熱交換器用アルミニウムフィン材 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プレス加工の際に金型内に皮膜成分が転写することが無く、プレス油のはじきを防止できるので、カラー飛びを無くすることができ、乾燥不良を防止できる熱交換器用アルミニウムフィン材の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基板と、この基板上に形成された付着量１０ｍｇ／ｍ^２以上、３０ｍｇ／ｍ^２以下のリン酸クロメート皮膜と、このリン酸クロメート皮膜上に形成された付着量８０ｍｇ／ｍ^２以上、３００ｍｇ／ｍ^２以下の親水性皮膜とを具備してなり、前記親水性皮膜が珪酸リチウムからなり、前記珪酸リチウムはＳｉＯ_２１００重量部に対しＬｉ_２Ｏを５重量部以上、１５重量部以下含むことを特徴とする熱交換器用アルミニウムフィン材に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、珪酸リチウムを含有している親水性皮膜を備えた熱交換器用アルミニウムフィン材に関する。

エアコン用の熱交換器は、主として、ヘアピン状に折曲加工した銅管からなる伝熱管と、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材からなるフィン（以下、アルミニウムフィンと略称する）とから構成されている。例えば、熱交換器の伝熱部は、Ｕ字状に折曲加工した銅管からなる伝熱管をアルミニウムフィンの貫通孔に挿通し、Ｕ字状の伝熱管内にビュレットと称される治具を挿入して拡管することにより、伝熱管とアルミニウムフィンとを密着させている。そして、このＵ字状の伝熱管の開放端を拡管してこの拡管開放部に同じくＵ字状に折曲加工したベンド管を挿入し、このベンド管をろう付けすることで銅管を接続し、熱交換器としている。

エアコン用の熱交換器に用いられているアルミニウムフィンは、フィン間隔を小さく設定しているので、表面に水滴が付着すると通風抵抗が増大し、風量の低下を引き起こすおそれがある。このため、フィン表面に親水性皮膜を形成し、フィン表面の水濡れ性を良好として水滴が生成しないようにしている。
エアコン用フィンの表面に親水性皮膜を形成する技術の一例として、以下の特許文献１、２に記載のように、フィン形状に加工する前のフィン材に親水性、塗膜密着性、潤滑性、プレス加工性に優れた塗料組成物を塗布して焼き付ける熱交換器用フィン材の製造方法が知られている。
また、本発明者らは、アルミニウムフィンの表面に形成される親水性の塗膜の一例として珪酸ナトリウム（水ガラス）の塗膜を使用し、アルミニウムフィンの表面の親水性を確保した構造の熱交換器を提供している。

特開２００７−８４６９３号公報 特開２００７−８４６９４号公報

前記熱交換器用のアルミニウムフィン材は金型を用いたドロー加工により貫通孔とその周縁部分の筒型のカラーを形成し、伝熱管を挿通するための貫通孔が形成される。
しかし、珪酸ナトリウムを用いた親水性塗膜の場合、プレス加工中に金型内にナトリウム分が転写され、これによりカラー飛びと称される問題が発生することがあった。例えば、ドロー加工によりアルミニウム板に張り出し加工を段階的に施し、張り出し部分の形成に引き続きピアス加工により筒型のカラー部分を立ち上げ形成し、続いてフレア加工により最終的に筒型のカラーを形成する際、カラーを徐々に形成するための張り出し加工の途中段階でカラーとなるべき部分が母材から破断してしまう問題がある。
また、プレス加工の際に塗布するプレス油が塗膜に含まれているナトリウムの影響ではじかれてアルミニウム板の表面全域に行き渡らなくなる問題を生じることがあった。
なお、潤滑性の不足には潤滑剤を別途アルミニウム板に塗布することも考えられるが、潤滑剤をアルミニウム板に塗布するとプレス加工の際に滑り過ぎる場合があり、この場合にもスリットの不良を生じるおそれがあった。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、プレス加工の際に金型内に皮膜成分が転写することが無く、カラー飛びを無くすることができ、プレス油のはじきを防止できるので、プレス油を全面に均一に供給することができる結果、乾燥不良を防止できる熱交換器用アルミニウムフィン材の提供を目的とする。

本発明の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、この基板上に形成された付着量１０ｍｇ／ｍ^２以上、３０ｍｇ／ｍ^２以下のリン酸クロメート皮膜と、このリン酸クロメート皮膜上に形成された付着量８０ｍｇ／ｍ^２以上、３００ｍｇ／ｍ^２以下の親水性皮膜とを具備してなり、前記親水性皮膜が、珪酸リチウムからなり、前記珪酸リチウムはＳｉＯ_２１００重量部に対しＬｉ_２Ｏを５重量部以上、１５重量部以下含むことを特徴とする。
本発明は、ドロー加工により貫通孔とその周縁部のカラーが形成される熱交換器用アルミニウムフィン材であることを特徴とする。
本発明の熱交換器は、先に記載のアルミニウムフィン材を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、適切な付着量のリン酸クロメート皮膜を有し、その上に適切な量の珪酸リチウムからなる親水性皮膜を有するので、親水性に優れた特徴を有したまま金型摩耗を少なくでき、カラー飛びなどに代表される加工不良を生じることなく製造が可能な熱交換器用アルミニウムフィン材を提供できる。
また、本発明により優れた親水性を示すアルミニウムフィン材を備えた熱交換器を提供することができる。

本発明に係るアルミニウムフィンの一構成例を示す斜視図。 同アルミニウムフィンの一構成例を示す部分断面図。 本発明に係るアルミニウムフィンを複数備えた熱交換器の一例を示す斜視図。

以下、本発明の具体的な実施形態について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に制限されるものではない。
図１は、本発明に係るアルミニウムフィンの一例を示す斜視図、図２は同アルミニウムフィンの部分断面図、図３は同アルミニウムフィンを備えた熱交換器の一例を示す斜視図である。
本実施形態のアルミニウムフィン１０は、細長い短冊形状をなしており、銅製の伝熱管を通すラッパ状のカラー（フレア）１１が、長さ方向に単列、或いは複数列で等間隔に配されている。また、図１に示すアルミニウムフィン１０の表面には、伝熱性能の向上を目的にスリット１２が必要箇所に設けられているが、これらのスリット１２は略しても良い。
図１に示すアルミニウムフィン１０は、図２に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるフィン用の基板１３の表裏面に、リン酸クロメート皮膜１４と親水性皮膜１５が積層されている。
図１に示すアルミニウムフィン１０は、一例として図２に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基板１３の両面にリン酸クロメート皮膜１４と親水性皮膜１５が形成された平板状のアルミニウムフィン材を用意し、このアルミニウムフィン材に金型を用いたプレス成形加工を施し、ラッパ型のカラー１１やルーバースリット１２などを形成して得られる。

前記アルミニウムフィン１０を構成する主体の基板１３としては、リン酸クロメート処理を施してリン酸クロメート皮膜１４を形成し、耐食性を向上させたアルミニウムまたはアルミニウム合金板などが好適に用いられる。基板１３の形状は、特に限定されず、アルミニウムフィン材が適用される熱交換器の形態に応じて適宜選択される。例えば、本実施形態において基板１３の形状は平板状であるが、基板１３は、波板状、蛇腹状など、適用する熱交換器に必要とする形状にプレス加工されていることが望ましいので、本願明細書において基板１３の形状を制限するものではない。

また、基板１３を構成するアルミニウム合金材料についても特に限定するものではなく、一般的に熱交換器用のフィン材に適用されている組成のアルミニウムまたはアルミニウム合金を適宜用いて良い。なお、例示するならばＪＩＳ規定Ａ１０５０、Ａ１２００材等の純アルミニウム系アルミニウム合金を例示することができる。

基板１３の両面に形成されているリン酸クロメート皮膜１４は、付着量１０ｍｇ／ｍ^２以上、３０ｍｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。
基板１３の両面のリン酸クロメート皮膜１４上に被覆されている親水性皮膜１５は、珪酸リチウムと水からなる塗料を塗布し乾燥させた皮膜からなる。
この親水性皮膜１５は、ＳｉＯ_２１００重量部に対しＬｉ_２Ｏを５重量部以上、１５重量部以下含む珪酸リチウムからなる。塗料中の珪酸リチウムと水との重量比は例えば、珪酸リチウム２３％、水７７％などであるが、塗料に含まれている水は乾燥する際に蒸発して消失し、珪酸リチウムの皮膜が残留する。

珪酸リチウムについて、ＳｉＯ_２１００重量部に対し、Ｌｉ_２Ｏを５重量部以上、１０重量部以下含んでいることがより好ましい。
親水性皮膜１５の付着量は、８０ｍｇ／ｍ^２以上、３００ｍｇ／ｍ^２の範囲であることが必要であり、１００ｍｇ／ｍ^２以上、２００ｍｇ／ｍ^２の範囲であることがより好ましい。
塗布量が８０ｍｇ／ｍ^２未満では親水性不良となるおそれがあり、３００ｍｇ／ｍ^２を超える含有量では珪酸リチウムの量が多すぎてコスト高となるおそれがあり、金型摩耗も増加する傾向がある。

前記構成のリン酸クロメート皮膜１４と親水性皮膜１５を備えたアルミニウムフィン材をプレス金型を用いてドロー加工（張り出し加工）などの金型加工を行うと、親水性皮膜１５中の珪酸リチウムを主体とする成分はプレス金型への転写が発生し難い。また、親水性皮膜１５がプレス油をはじくことも起こり難いので、プレス加工の際のプレス油をプレス加工中のアルミニウムフィン材の全面に均一に供給できる。
前記プレス加工において、前述の親水性皮膜１５を備えたアルミニウムフィン材であるならば、ドロー加工時に金型へのリチウム転写量を少なくできる。
その結果、アルミニウムフィン１０にカラー１１を形成するためのドロー加工とピアス加工、フレア加工を施しても、それらの加工中にカラー飛びと称されるカラーの付け根部分の破断を防止できる。
また、本実施形態の親水性皮膜１５は適度な潤滑性も有するので、別途潤滑剤を塗布することなくドロー加工とピアス加工とフレア加工を行うことができるので、プレス金型の滑り過ぎに起因するスリット加工不良も生じない。
また、プレス油のはじきを抑制したので、熱交換器に組み立てる際の乾燥工程を経た場合であっても、乾燥不良を生じない。この点、プレス油を親水性皮膜１５がはじくようであると、熱交換器に組み付けた後の乾燥時に乾燥ムラが生じ易い問題がある。

図３は、前記アルミニウムフィン１０を備えた熱交換器の一例を示した斜視図である。
図３に示す熱交換器２０は、図１に示す複数のアルミニウムフィン１０と、複数の伝熱管３０とを備えたものである。アルミニウムフィン１０は、一定の間隔で平行に並べられており、複数のアルミニウムフィン１０の相互の間隙を空気が流動するようになっている。伝熱管３０は、複数整列されたアルミニウムフィン１０のカラー１１を貫通するように設けられており、その内部を冷媒が流動するようになっている。
図３に示す熱交換器２０は、図１に示すアルミニウムフィン１０を複数備えているので、アルミニウムフィン１０の表面（親水性皮膜１５の表面）に付着した水が容易に濡れ広がって流れ落ち、水滴が発生し難い。このため、アルミニウムフィン１０の隣合う壁面同士の間隙に、水のブリッジが形成されるのが抑えられ、空気の通風抵抗を小さく抑えることができる。そのため、熱交換能力が低下しにくい熱交換器２０を提供することができる。

ＪＩＳ規定Ａ１２００からなる厚さ９５μｍの複数の基板に個々にリン酸クロメート処理を施して以下の表１に示す付着量１０〜３０ｍｇ／ｍ^２のクロメート皮膜を有するアルミニウム合金板を得た。
これらのアルミニウム合金板に珪酸リチウムを含む塗料を塗布した。塗料組成は、Ｌｉ_２Ｏ量（ＳｉＯ_２１００重量部に対するＬｉ_２Ｏの重量部）を水に２３重量％含有させた塗料を用いた。

上述の組成の塗料を以下の表１の付着量（塗布量）になるようにロールコーターで塗布し、１８０〜３２０℃で５〜１０秒乾燥させて珪酸リチウムを含む親水性皮膜を形成し、アルミニウムフィン材の試験片を複数得た。
得られた各試験片の親水性皮膜の親水性について、接触角（流水による水洗２４時間後の接触角）を測定した。
得られた各試験片表面の親水性皮膜について、バウデン式摩擦試験機により動摩擦係数を測定した。（プレス油あり、１サイクルの測定）
得られた各試験片の親水性皮膜の油はじき性について、プレス油による油接触角を評価した。（２０゜超で油はじき発生とした。）
得られた各試験片について、プレス金型を用いてドロー加工（張り出し加工）とピアス加工とフレア加工を施し、内径９．５２ｍｍの貫通孔の内周縁部分に高さ１．４〜１．８ｍｍのラッパ状のカラー（フレア）を備えたアルミニウムフィンを作製した。
プレス金型を用いたドロー加工について、５０００ショットまでカラー飛び発生の有無を評価した。プレス加工について、５０００ショットまでスリット不良が発生するか否かの試験を行った。

プレス加工後の転写量について、ＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）による分析を行った。親水性皮膜表面にセロテープ（登録商標）を貼り付け、セロテープ（登録商標）を引き剥がした後のセロテープ（登録商標）粘着面を分析した。
加工後に得られたアルミニウム板についてＪＩＳ Ｚ２３７１に従い塩水噴霧試験を行った。（２４０時間噴霧後、目視観察により、Ｒ．Ｎ．９．８以上を耐食性熱交換器用として合格とした。）以上の結果を表１に示す。

表１に示す試験結果から、親水性皮膜として珪酸ナトリウムを含有するものを塗布したＮｏ.１の試料は潤滑油を用いない場合、金型に親水性皮膜の一部が転写する量が多く、カラー飛びを生じた。
また、珪酸ナトリウムを含有する親水性皮膜を用い、潤滑剤（共栄社化学製：商品名：ユーキコート♯１９０１）を用いたＮｏ.２の試料は、スリット不良を生じた。リン酸クロメート皮膜がないＮｏ.３の試料は密着不良となった。密着不良とは、乾いたキムタオル又は水で濡らしたキムタオルを用いて指で１０往復擦り、塗膜が剥がれるか、評価した結果である。

リン酸クロメート皮膜の付着量が５ｍｇ／ｍ^２であるＮｏ.４の試料は、リン酸クロメート皮膜の付着量が少なく、塩水噴霧試験の耐食性が低下した。
本発明範囲を満たすＮｏ.５、６、９、１０、１１、１５〜１９の試料は、親水性に優れ、金型へのリチウムの転写量が少なく、耐食性に優れ、油滴接触角が小さく油をはじくおそれが少なく、カラー飛び、スリット不良ともに生じないので、熱交換器用のアルミニウムフィン材として優れていた。

Ｌｉ_２Ｏ量が０あるいは２．５重量部であって少な過ぎるＮｏ.７、８の試料は塗装不可であった。
Ｌｉ_２Ｏ量が２０重量部であって多過ぎるＮｏ.１２の試料は接触角が大きく、親水性不良となり、親水性皮膜付着量の少ないＮｏ.１４、１５の試料は接触角が大きく、親水性不良となった。

１０…アルミニウムフィン、１１…カラー、１２…スリット、１３…基板、１４…リン酸クロメート皮膜、１５…親水性皮膜、２０…熱交換器、３０…伝熱管。

Claims (3)

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、この基板上に形成された付着量１０ｍｇ／ｍ^２以上、３０ｍｇ／ｍ^２以下のリン酸クロメート皮膜と、このリン酸クロメート皮膜上に形成された付着量８０ｍｇ／ｍ^２以上、３００ｍｇ／ｍ^２以下の親水性皮膜とを具備してなり、
   前記親水性皮膜が珪酸リチウムからなり、前記珪酸リチウムはＳｉＯ_２１００重量部に対しＬｉ_２Ｏを５重量部以上、１５重量部以下含むことを特徴とする熱交換器用アルミニウムフィン材。
2. ドロー加工により貫通孔とその周縁部のカラーが形成されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。
3. 請求項１または請求項２に記載のアルミニウムフィン材を備えたことを特徴とする熱交換器。

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