JP2967855B2

JP2967855B2 - 親水性に優れた樹脂系プレコートアルミニウムフィン材

Info

Publication number: JP2967855B2
Application number: JP6086062A
Authority: JP
Inventors: 藤本日出男; 神谷憲一
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JPH07270092A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、その表面に親水性に優
れた樹脂系皮膜が設けられたアルミニウム又はアルミニ
ウム合金(以下、単に「アルミニウム」という)製の熱交
換器用プレコートフィン材に関し、特に自動車用空調器
及び家庭用空調器等の熱交換器のフィンとして好適の熱
交換器用プレコートフィン材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、自動車用空調器及び家庭用空調器
等の熱交換器には、アルミニウム製フィンが使用されて
いる。これらの用途に使用される熱交換器には、エバポ
レーターとしての運転時にフィンの表面温度が大気の露
点以下となるため、空気中の水分の凝縮により水滴がフ
ィン表面に付着する。このような水滴の付着により、フ
ィン間が凝集水により封鎖される、いわゆる「ブリッジ
現象」により、通風抵抗が増大する及び凝集水が室内に
飛散する等の問題があった。近年、居住環境の変化によ
る熱交換器の小型化に伴うフィンピッチの低下、並びに
省エネ問題による熱交換効率の向上に伴うフィンパター
ンの複雑化によって、これは特に顕著な問題となってい
る。

【０００３】この問題を解決するため、アルミニウム製
フィン材に親水性を有する皮膜を付与して水滴の付着に
よるブリッジ現象を防ぐ方法が知られている。

【０００４】アルミニウム製フィン材に親水性を有する
皮膜を付与する方法としては、有機化合物とアルカリケイ酸塩等の無機化合物を混合
し、表面形態を微細に粗面化した皮膜(以下「シリカ系
皮膜」という)を付与する方法(特開昭５５−９９９７６
号、特開昭６０−１０１１５６号等)や、一種の水溶性樹脂(セルロース、アクリル酸、ポリビ
ニルアルコール等)に架橋剤、界面活性剤等を含有させ
た皮膜(以下「樹脂系皮膜」という)を付与する方法(特公
平４−２４６３２号、特公平５−１５１７６号、特開平
１−６１２３９号、特開平１−１０８２３１号等)、が
ある。なお、これらの皮膜の形成はフィン形状への成型
の前のフィン材に行われている。

【０００５】そして、親水性を有する皮膜形成後のフィ
ン材は、プレス成型時に潤滑性を与える潤滑剤(プレス
油)が塗布され、ドロー方式、ドローレス方式、又はそ
れらを組み合わせたコンビネーション方式により、所定
の形状のフィンに成形加工されてフィンとなる。このフ
ィンは、冷媒用チューブに組み合わされ、熱交換器に組
み立てられ、その後、前記プレス成形時に塗布され、残
留したプレス油を除去するため、有機溶剤による脱脂洗
浄、又は加熱乾燥による脱脂が実施されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の如く、従来よ
り、フィン材に親水性を付与する皮膜としては、の方
法によるシリカ系皮膜、またの方法による樹脂系皮膜
がある。

【０００７】しかしながら、の方法によるシリカ系皮
膜を有するプレコートフィン材は、親水性には優れるも
のの、このフィン材を所定の形状に成形加工されたフィ
ンを用いて組み立てられた熱交換器は、その使用時、特
に冷房運転開始初期において皮膜成分中のシリカの飛散
によりシリカ臭が強く発生して不快感を催すという問題
点がある。

【０００８】更には、耐溶剤規制として、前記プレス成
形後のフィン表面に残留するプレス油の除去工程、すな
わち、有機溶剤による脱脂洗浄工程の省略を目的とし
て、従来のプレス油より潤滑性の劣る低粘度の揮発性プ
レス油の使用が一般的となってきたため、硬質のシリカ
系皮膜を有するフィン材では、プレス工具の摩耗が激し
くなるという問題点がある。

【０００９】一方、の方法による樹脂系皮膜を有する
プレコートフィン材は、皮膜中にシリカ成分を含まない
ため、シリカ臭の発生はなく、皮膜が軟質なため、プレ
ス工具の摩耗の問題もない。

【００１０】しかしながら、樹脂系皮膜は、皮膜中に多
くの親水基を配交するものの、表面形態が平滑なため、
表面積がシリカ系皮膜と比較すると著しく小さく、その
ため、表面エネルギーが低いために親水性が不充分であ
るという問題点がある。

【００１１】本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑
みなされたものであって、シリカ臭の発生及びプレス工
具の摩耗の問題に関して良好な樹脂系皮膜において、親
水性に優れた皮膜を有する樹脂系プレコートアルミニウ
ムフィン材を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の問題
点を解決するため、プレコートフィン材の有する樹脂系
皮膜の表面形態を粗面化し表面積を増加させる必要があ
ることを知見し、そのための新規な手段を見い出した。

【００１３】すなわち、本発明は、アルミニウム及びア
ルミニウム合金の上に、（Ａ）溶解性パラメーターが７
〜９[cal／cm³]⁰・⁵である高分子化合物と、（Ｂ）溶解
性パラメーターが１２〜１６[cal／cm³]⁰・⁵である高分
子化合物、を必須成分として含み、かつ、表面形態が微
細に粗面化された樹脂系皮膜を有することを特徴とする
親水性に優れた樹脂系プレコートアルミニウムフィン材
を要旨としている。

【００１４】

【作用】以下に本発明を更に詳述する。

【００１５】本発明の目的は、プレコートフィン材の有
する樹脂系皮膜の表面形態を粗面化し、表面積を増加さ
せることにより達成される。

【００１６】表面形態を粗面化させるためには、皮膜形
成時の焼付け工程において、皮膜中の２種以上の成分が
層分離現象を生じなければならない。更に、層分離現象
を生じさせるためには皮膜中の２種以上の成分の分子凝
集力が大きく異ならなければならない。

【００１７】高分子化合物の場合、分子凝集力は分子凝
集エネルギー密度〔ΔＥ／Ｖ〕の平方根である溶解性パ
ラメーター〔δ〕で表わされる。 ΔＥ：成分の蒸発エネルギー〔cal〕Ｖ：成分の分子容〔ml／mol〕

【００１８】この溶解性パラメーターを算出する方法と
しては、以下に示すように、(１)蒸発潜熱から求める方
法、及び(２)分子構造式から求める方法がある(参考文
献：“POLYMER HANDBOOK”,Ｓecond Ｅdition，Ｊ.Ｂra
ndrup，Ｅ.Ｈ.Ｉmmerqut編，Ｊohn Ｗiley，Ｎew Ｙork
（1975))。

【００１９】(１)蒸発潜熱から求める方法： δ＝(△Ｅ／Ｖ)⁰・⁵＝(ΔＨ−ＲＴ)／Ｖ＝ｄ(ΔＨ−Ｒ
Ｔ)／Ｍここで、ΔＨ：成分の蒸発潜熱〔cal〕ｄ：成分の密度〔g／ml〕Ｍ：成分の分子量〔ｇ／mol〕Ｔ：絶対温度〔Ｋ〕Ｒ：分子気体定数〔1.936cal／mol〕

【００２０】(２)分子構造式から求める方法： δ＝ｄΣＧ／Ｍここで、Ｇ：凝集エネルギー定数〔cal〕

【００２１】したがって、上記式より求めた溶解性パラ
メーターが大きく異なる２種以上の成分により層分離現
象を生じさせることが必要となる。

【００２２】そのための手段として、本発明において
は、（Ａ）溶解性パラメーターが７〜９[cal／cm³]⁰・⁵
である高分子化合物と、（Ｂ）溶解性パラメーターが１
２〜１６[cal／cm³]⁰・⁵である高分子化合物、を必須成
分とするものである。

【００２３】なお、皮膜中の成分比としては、特に制限
されるものではないが、成分(Ａ)が５０〜８０重量％、
成分(Ｂ)が２０〜５０重量％を含有しているのが好まし
く、より好ましくは成分(Ａ)が６０〜７５重量％、成分
(Ｂ)が２５〜４５重量％をそれぞれ含有している場合で
ある。成分(Ａ)が５０重量％以下の場合、成分(Ｂ)が２
０重量％以下の場合、及び成分(Ａ)が５０重量％以下且
つ成分(Ｂ)が２０重量％以下の場合は、層分離現象が充
分に生じず、充分に粗面化した表面形態になり難い。ま
た、成分(Ａ)が８０重量％以上、若しくは成分(Ｂ)が５
０重量％以上の場合は成分(Ｂ)が５０重量％以下、若し
くは成分(Ａ)が２０重量％以下となり、充分に粗面化し
た表面形態とならない。

【００２４】成分(Ａ)の溶解性パラメーターが７〜９[c
al／cm³]⁰・⁵である高分子化合物としては、例えば、ポ
リアルキレン又はその化合物或いはポリアクリル酸又は
その化合物であることが好ましい。また、成分(Ｂ)の溶
解性パラメーターが１２〜１６[cal／cm³]⁰・⁵である高
分子化合物としては、例えば、ポリビニルアルコール又
はその化合物或いはセルロース又はその化合物であるも
のが好ましい。これは、これらの高分子化合物が分子中
に親水性を付与する−ＯＨ、−ＮＨ、−ＣＯＯＨ等の親
水基を多く有するためである。同じ成分系の樹脂であっ
ても、上記範囲の溶解性パラメーターを有するものを選
択するのは言うまでもない。より好ましくは、成分(Ａ)
の溶解性パラメーターが７〜９[cal／cm³]⁰・⁵である高
分子化合物としてポリエチレングリコール、成分(Ｂ)の
溶解性パラメーターが１２〜１６[cal／cm³]⁰・⁵である
高分子化合物がカルボキシメチルセルロースである組み
合わせが望ましい。これは、これら両化合物が−ＯＨ、
−ＣＯＯＨといった親水基をより多く含有し、且つより
微細に粗面化するためである。

【００２５】また、これらの樹脂系皮膜に、必要に応じ
て、Ｔi、Ｚr、Ｚn及びＡlから選ばれる配位性金属元素
を含む金属キレート架橋剤の１種以上の架橋剤を含有さ
せることもできる。架橋剤の含有は、上記高分子化合物
を架橋させ、又、樹脂系皮膜とアルミニウム素材又は下
地処理耐食皮膜との密着性を向上させ、フィン表面に付
着する凝集水へ皮膜成分が溶出することを抑制し、親水
持続性を向上させることに効果がある。架橋剤の含有量
は１０重量％以下であることが好ましい。架橋剤の含有
量が１０重量％以上の場合、上記高分子化合物の親水基
が架橋反応により過剰に減少してしまい、親水性が低下
してしまうため好ましくない。

【００２６】また、これらの樹脂系皮膜に、必要に応じ
て、界面活性剤を含有させることもできる。プレス成形
時に塗布され残留した揮発性プレス油は加熱乾燥により
除去されるが、揮発性プレス油中に０.１〜０.５％含有
される不揮発成分は皮膜表面に残存し、親水性を阻害す
ることがある。ここで界面活性剤を含有させることによ
り、界面活性剤と不揮発成分を結合させ、冷媒用チュー
ブのリークテストの際に熱交換器を水没する水、若しく
はフィン表面に付着する凝集水に溶出させることによ
り、揮発性プレス油の不揮発成分を除去することができ
る。界面活性剤の含有量は１０重量％以下であることが
好ましい。界面活性剤の含有量が１０重量％以上の場
合、素材と親水皮膜の密着性を阻害し、皮膜密着性を阻
害するという問題を生じるため好ましくない。

【００２７】含有させる界面活性剤は、不揮発成分がア
ニオン系であるため、カチオン系若しくは両性のものが
好ましい。例えば、カチオン系としてはアルキルアミン
塩やアルキルメチルトリメチルアンモニウムクロリド
等、両性としてはアルキルアミノプロピオン酸塩やアル
キルジメチルベタイン等を挙げることができる。

【００２８】また、耐食性の必要に応じて、上記樹脂系
皮膜の下地として耐食性皮膜をフィン材に設けることも
できる。

【００２９】勿論、アルミニウム素材の成分系及び組成
は、熱交換器用フィン材として利用し得るものであれば
何ら制限されない。

【００３０】次に本発明の実施例を示す。

【００３１】

【実施例】予め脱脂及び水洗したアルミニウム板(材
質：１３３０、厚さ：０.１mm、質別：Ｈ２６)の表面上
に、塗布型クロメート処理により耐食皮膜を形成させ
た。

【００３２】先ず、本発明例Ｎo.１〜Ｎo.１７として、
上記の如く形成した耐食皮膜の上に表１に示す皮膜構成
の樹脂系皮膜を、塗装→焼付け後の皮膜量が１０mg／dm
²となるように形成して、樹脂系皮膜を有するプレコー
トフィン材Ｎo.１〜Ｎo.１７を作成した。

【００３３】また、比較例Ｎo.１〜Ｎo.１２として、本
発明例と同様の方法で表１に示す皮膜構成の樹脂系皮膜
を形成したプレコートフィン材Ｎo.１８〜Ｎo.２９を作
成した。

【００３４】次に、揮発性プレス油を用いて、これらの
プレコートフィン材をプレス加工して所定の形状のフィ
ンを得た。そして、このフィンを冷媒用チューブに組み
合わせた後、所定の温度で加熱乾燥することによって揮
発性プレス油を脱脂し、熱交換器を作成した。

【００３５】これらのプレコートフィン材によって作成
した熱交換器を用いてフィンの親水性を調査した。親水
性の評価方法としては、プレス油を加熱乾燥した後の乾
湿サイクル(純水浸漬８時間→８０℃乾燥１６時間)を５
サイクル繰り返し、プレス油を加熱乾燥した後の親水性
を初期親水性、５サイクル繰り返した後の親水性を親水
持続性として、接触角、及び霧吹き試験によるブリッジ
の発生状況を調べることにより評価した。接触角が小さ
いほど、またブリッジが架かりにくいほど親水性は良好
であるといえる。したがって、接触角はフィン表面の純
水による接触角をゴニオメーターにより測定した値を示
し、ブリッジに関しては、熱交換器の通風面積に対し、
ブリッジの発生する面積が０％のものを○、５％以下の
ものを△、５％以上のものを×として評価した。評価結
果を表２に示す。

【００３６】また、皮膜の表面形態は、反射型電子顕微
鏡により１００００倍に拡大して観察した。ここで、表
面形態が充分に粗面化しているものを○、平滑な表面形
態のものを×として、表２の評価欄に記入した。なお、
これらの表面形態を充分に粗面化しているものの例を図
１及び図２に、平滑なものの例を図３に示した。

【００３７】表２から明らかなように、本発明例Ｎo.１
〜Ｎo.１７の樹脂系プレコートフィン材により作成した
熱交換器のフィンは、いずれも、表面形態が充分に粗面
化されており、初期親水性、親水持続性とも非常に優れ
た親水性を示した。これらのうち、樹脂系皮膜中に金属
キレート架橋剤を含有させた本発明例Ｎo.１２〜Ｎo.１
７では、更に優れた親水持続性を示した。更に、樹脂系
皮膜中に界面活性剤を含有させ本発明例Ｎo.１６、Ｎo.
１７では、更に優れた初期親水性を示した。

【００３８】図１は本発明例１の表面形態、図２は本発
明例１０の表面形態を示しており、図１では、ほぼ１μ
mとそれ以下の微細な凸状が均一に分布している状態が
見られ、また図２では、ほぼ１μmとそれ以下の微細な
凹状が均一に分布している状態が見られ、表面積が著し
く増大している。

【００３９】一方、比較例Ｎo.１〜Ｎo.１２の樹脂系プ
レコートフィン材により作成した熱交換器のフィンは、
粗面化が不充分で平滑な表面形態となっており、特に親
水持続性において、接触角が大きくなり、ブリッジの発
生が認められ、親水性が充分でないものであった。図３
は比較例１の表面形態であり、表面が極めて平滑であ
る。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
(Ａ)、(Ｂ)の２種の溶解性パラメーターの大きく異なる
高分子化合物を必須成分とし表面形態を微細に粗面化さ
せた樹脂系皮膜をアルミニウム製フィン材の上に坦持さ
せることにより、優れた親水性を付与することができ、
また樹脂系皮膜であるのでシリカ臭の発生及びプレス工
具の摩耗の問題も生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例７に係わるフィンの表面形態(樹脂の
薄膜)を示す写真である。

【図２】本発明例１０に係わるフィンの表面形態(樹脂
の薄膜)を示す写真である。

【図３】比較例１に係わるフィンの表面形態(樹脂の薄
膜)を示す写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F28F 11/00 - 19/06 F28F 21/06 C09D 1/00 - 10/00 C09D 101/00 - 201/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム及びアルミニウム合金の上
に、（Ａ）溶解性パラメーターが７〜９[cal／cm³]⁰・⁵であ
る高分子化合物と、（Ｂ）溶解性パラメーターが１２〜１６[cal／cm³]⁰・⁵
である高分子化合物、を必須成分として含み、かつ、表
面形態が微細に粗面化された樹脂系皮膜を有することを
特徴とする親水性に優れた樹脂系プレコートアルミニウ
ムフィン材。
【請求項２】前記(Ａ)の溶解性パラメーターが７〜９
[cal／cm³]⁰・⁵である高分子化合物が、ポリアルキレン
又はその化合物或いはポリアクリル酸又はその化合物で
あることを特徴とする請求項１に記載の親水性に優れた
樹脂系プレコートアルミニウムフィン材。
【請求項３】前記(Ｂ)の溶解性パラメーターが１２〜
１６[cal／cm³]⁰・⁵である高分子化合物が、ポリビニル
アルコール又はその化合物或いはセルロース又はその化
合物であることを特徴とする請求項１に記載の親水性に
優れた樹脂系プレコートアルミニウムフィン材。
【請求項４】前記(Ａ)の溶解性パラメーターが７〜９
[cal／cm³]⁰・⁵である高分子化合物が、ポリエチレング
リコールであり、前記(Ｂ)の溶解性パラメーターが１２
〜１６[cal／cm³]⁰・⁵である高分子化合物が、カルボキ
シメチルセルロースであることを特徴とする請求項１に
記載の親水性に優れた樹脂系プレコートアルミニウムフ
ィン材。
【請求項５】前記樹脂系皮膜が、Ｔi、Ｚr、Ｚn及び
Ａlから選ばれる配位性金属元素を含む金属キレート架
橋剤の１種以上の架橋剤を含有する樹脂系皮膜であるこ
とを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の親水性
に優れた樹脂系プレコートアルミニウムフィン材。
【請求項６】前記樹脂系皮膜が、界面活性剤を含有す
る樹脂系皮膜であることを特徴とする請求項１、２、
３、４又は５に記載の親水性に優れた樹脂系プレコート
アルミニウムフィン材。
【請求項７】前記樹脂系皮膜の下地として耐食皮膜を
有することを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は
６に記載の親水性に優れた樹脂系プレコートアルミニウ
ムフィン材。