JP3258244B2

JP3258244B2 - 親水性が優れた熱交換器用フィン材

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Publication number: JP3258244B2
Application number: JP31097096A
Authority: JP
Inventors: 良和向井; 憲一神谷; 陽介太田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2002-02-18
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: JPH10153395A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面に皮膜が形成さ
れたアルミニウム又はアルミニウム合金材からなる熱交
換器用フィン材に関し、特に、家庭用の熱交換器用フィ
ン材として好適である親水性が優れた熱交換器用フィン
材に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器は、ルームエアコン、パッケー
ジエアコン、冷凍ショーケース、冷蔵庫、オイルクーラ
ー及びラジエータ等を代表として、種々の分野において
利用されている。これらの熱交換器において、ルームエ
アコン及びパッケージエアコン等の熱交換器用のフィン
材としては、熱伝導性及び加工性が優れたアルミニウム
又はアルミニウム合金材が使用されている。以下、アル
ミニウム及びアルミニウム合金材を総称してアルミニウ
ム材という。

【０００３】この熱交換器用フィン材の表面には、通
常、腐食の発生を防止するための防食処理が施されてい
る。また、冷房運転時の凝縮水がフィン内に留まること
を防止するために、粒状水滴の落下性を高める撥水性向
上の表面処理、又は水膜状水滴の落下性を高める親水性
向上の表面処理がフィン表面に施されている。

【０００４】親水性を高める表面処理をアルミニウム材
表面に施すと、このアルミニウム材からなるフィンに付
着した水滴の接触角を小さくすることができる。図１
は、平面上の水滴の接触角を示す模式図であり、図２は
熱交換器の熱交換部を示す模式図である。図１に示すよ
うに、接触角θとは水滴２の表面における平面１から立
ち上がった点における接線２２と平面１とがなす角度を
いい、接触角θが小さいほど水膜が薄くなり、親水性が
良好となる。図２に示すような熱交換器の熱交換部にお
いては、フィン３を貫くように通っている銅管４の中を
矢印で示す方向に冷媒が流れるため、フィン３の表面に
水滴が結露するが、親水性が良好な場合は、この水滴の
落下性が良好となる。従って、フィン３に付着した水滴
又は水膜によって送風時の抵抗が高くなることを防止す
ることができ、優れた熱交換器特性を得ることができ
る。

【０００５】図３はフィン表面の水滴付着状態を示す模
式図である。図３において、下向きの矢印の長さは一定
時間に水滴が落下する距離に比例する。図３（ａ）に示
すように、フィン５の親水性が良好な場合は水滴６の接
触角が低いので、水滴６は容易にフィン５に沿って落下
する。このため、水滴６が送風を遮ることがないので、
送風抵抗が小さくなる。一方、親水性が劣るフィンから
なる熱交換器では、図３（ｂ）に示すように、水滴８の
接触角が高いために水滴８がフィン７に留まったり、図
３（ｃ）に示すように、水滴１１がフィン９とこのフィ
ンに隣接するフィン１０との両者に接触して留まったり
するために、水滴が送風を遮り、送風抵抗が著しく増加
する。

【０００６】ところで、フィン材の親水性を高める表面
処理方法としては、以下に示す方法がある。例えば、水
溶性有機高分子物質とケイ酸塩化合物との混合皮膜層を
アルミニウム材表面に設ける方法（特公平３−７７４４
０）、熱硬化性樹脂にシリカ微粒子を分散させた皮膜を
アルミニウム材表面に塗布する方法（特開平３−２６９
０７２号公報）がある。また、アルミニウム材の表面に
アクリル樹脂層及びセルロース樹脂層を順次形成し、親
水性及び耐食性を向上させる方法（特公平４−２４６３
２）、親水性有機化合物に、メラミン樹脂、尿素樹脂又
はベンゾグアナミン樹脂からなる有機硬化剤を添加した
親水皮膜を形成する方法（特公平５−１５１７６）もあ
る。

【０００７】更に、カルボキシメチルセルロース樹脂
に、ポリアクリル酸、Ｎメチロールアクリルアミド及び
ポリエチレンオキサイド等を添加した混合皮膜をアルミ
ニウム材表面に塗布する方法（特開平６−３２２５５２
号公報）、アルミニウム材の上に、表面が微細に粗面化
された樹脂系皮膜を形成し、低接触角を維持する方法
（特開平７−２７００９２号公報）、分子量が規制され
たカルボキシメチルセルロース及びポリエチレングリコ
ールの水溶液をアルミニウム材の表面に塗布する方法も
ある（特開平８−２６１６８８号公報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したフィン材の親
水性を向上させる表面処理の方法には、以下のような問
題点がある。即ち、ケイ酸塩を使用する処理は親水性は
良好なものの、硬質なシリカを含むため、フィンの成形
加工における工具摩耗が大きくなり、また冷房の運転開
始時において、水ガラス特有の微弱な異臭が発生してし
まう。更に、シリカ微粒子を含む樹脂処理は臭気の発生
は少ないものの工具摩耗が大きく、また、表面に付着す
る水滴の接触角が高くなり、親水性が低下してしまう。

【０００９】一方、特公平４−２４６３２及び特公平５
−１５１７６に開示された樹脂皮膜を形成する処理方法
では、工具摩耗が少なく、臭気発生が殆どないという特
性を有するものの、冷房運転と暖房運転とを交互に繰り
返すと、フィン表面に付着した水滴の接触角が高くなり
親水性が低下してしまう。

【００１０】更に、特開平６−３２２５５２号公報、特
開平７−２７００９２号公報及び特開平８−２６１６８
８号公報において提案された方法では、従来の樹脂系処
理皮膜を形成したフィン材の問題点であった親水性の持
続性を向上した点で画期的であり、水ガラス系の処理を
施したものと同様に、優れた親水性を得ることができ
る。また、これらの方法によると、従来の水ガラス系の
処理を施したフィン材の問題点であった工具磨耗及び臭
気等の問題も殆どない。

【００１１】しかしながら、これらの処理方法は、樹脂
を使用して表面処理を施すことによって低接触角を得る
ので、表面をスリガラス状に粗面化している。従って、
この表面処理材の表面は、外観上、乳白色を呈してお
り、ロウ付時に熱影響によって冷媒を流す銅管のロウ付
け部付近が褐色に変化するという問題点があった。この
ように、ロウ付け部付近が褐色に変化する現象は、特公
平４−２４６３２及び特公平５−１５１７６に開示され
た樹脂系皮膜の特有の現象として見られるが、樹脂系皮
膜の表面を粗面化することにより低接触角を得る方法
（特開平６−３２２５５２号公報、特開平７−２７００
９２号公報及び特開平８−２６１６８８号公報等）を使
用すると、乳白色と褐色とのコントラストによって、更
に一層外観不良が顕著となる傾向があった。このよう
に、褐色に変色したロウ付け部付近においては、親水性
が低下すると共に外観の美観性が損なわれて商品価値が
低下するので、近時、ロウ付け部の変色防止についても
要求されている。従って、従来の表面処理フィン材にお
いて、親水性及びその持続性、工具磨耗性並びに無臭性
等の特性を全て満足することができる表面処理方法につ
いては、未だ提案されていない。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、樹脂系表面処理材の特性である低臭気及び
低工具磨耗性を維持することができると共に、親水性及
びその持続性が優れており、ロウ付け時の変色を低減す
ることができる熱交換器用フィン材を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る親水性が優
れた熱交換器用フィン材は、アルミニウム板又はアルミ
ニウム合金板の表面に形成されたクロメート皮膜及びジ
ルコニウム系皮膜のいずれか一方からなる耐食皮膜と、
前記耐食皮膜の上に形成され、表面に凹凸を有する親水
性樹脂皮膜と、前記親水性樹脂皮膜の上に形成された水
溶性樹脂皮膜と、を有することを特徴とする。

【００１４】前記水溶性樹脂皮膜は、７００乃至５００
０（ｍｇ／ｍ²）の被着量で前記親水性樹脂皮膜の上に
形成されていることが好ましい。また、前記水溶性樹脂
皮膜は前記親水性樹脂皮膜の表面の凹凸を埋め、この親
水性樹脂皮膜の表面を透明に変化させるものであること
が望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明においては、アルミニウム
板又はアルミニウム合金板の表面に、耐食皮膜が形成さ
れているので、表面処理フィン材の耐食性を向上させる
ことができる。また、耐食皮膜の上に親水性樹脂皮膜が
設けられており、その表面には凹凸が設けられているの
で、表面積の増加によって表面エネルギーが増大し、優
れた親水性を得ることができる。更に、親水性樹脂皮膜
の上に水溶性樹脂皮膜が形成されているので、前記親水
性樹脂皮膜の表面の凹凸を埋め、ろう付け時の変色を目
立ち難くすることができる。

【００１６】このように水溶性樹脂皮膜を形成した場
合、ろう付け後の使用時において結露水等によって水溶
性樹脂皮膜が溶出する。従って、凹凸が設けられた親水
性樹脂皮膜が露出することにより、凹凸による高い親水
性を得ることができる。また、水溶性樹脂は親水性樹脂
皮膜と同様に親水性が高いという特性を有しているの
で、水溶性樹脂皮膜が残存した場合であっても、その特
性が低下することはない。更にまた、本発明において
は、珪酸塩及びシリカ微粒子を含む皮膜を形成する必要
がないので、臭気の発生及び工具の磨耗を防止すること
ができる。

【００１７】以下、本発明における熱交換器用フィン材
について、更に説明する。本発明において、アルミニウ
ム板又はアルミニウム合金板の表面に形成する耐食皮膜
は、クロメート皮膜又はジルコニウム系皮膜を使用す
る。クロメート皮膜としては、例えば、リン酸クロメー
ト皮膜及びクロム酸クロメート皮膜を使用することがで
き、アルミニウム板又はアルミニウム合金板の表面に、
樹脂分を添加した塗布型のクロメート処理を施してもよ
い。一方、ジルコニウム系皮膜は、反応型のジルコニウ
ム系化成処理又は塗布型のジルコニウム処理によって形
成することができる。なお、この塗布型のジルコニウム
処理により、アクリル−ジルコニウム複合皮膜を形成す
ることができる。

【００１８】この耐食皮膜の被着量は耐食性が得られる
範囲であれば、特に制限しないが、被着量が多すぎると
加工性が低下する。従って、耐食皮膜の被着量は、Ｃｒ
換算値及びＺｒ換算値として、共に、約１０乃至６０
（ｍｇ／ｍ²）であることが好ましい。

【００１９】また、本発明においては、耐食皮膜の上に
親水性樹脂皮膜を形成するが、水ガラスを使用した場合
と同等の接触角を得るために、親水性樹脂皮膜の表面に
凹凸を形成する。皮膜表面に凹凸を形成する方法として
は、例えば、皮膜形成時の焼付け工程において、皮膜中
の２種以上の成分の分子凝集力を大きく異なるものとし
て、これらが層分離現象を起こすようにすることによっ
て、表面を粗面化する方法がある。また、親水性樹脂皮
膜中の成分組成を適切に選択することによって、粗面化
された皮膜を形成することもできる。

【００２０】更に、本発明においては、親水性樹脂皮膜
の上に水溶性樹脂皮膜を形成するが、この皮膜は水溶性
樹脂からなるものであれば、その種類は特に規定しな
い。このように、水溶性樹脂皮膜を使用することによ
り、この皮膜は粗面の表面に付着しているのみであるの
で、使用時における結露水によって徐々に溶出して、親
水性樹脂皮膜の粗面を露出させることができ、高い親水
性を得ることができる。一方、親水性樹脂皮膜の上に熱
硬化性の樹脂皮膜を形成した場合、使用時においても親
水性樹脂皮膜の表面に熱硬化性樹脂皮膜が残存し、微細
な凹凸を埋めてしまう。従って、親水性を低下させるこ
とになるので、本発明において、親水性樹脂皮膜の上に
形成する皮膜として、熱硬化性樹脂皮膜を使用すること
はできない。

【００２１】なお、水溶性樹脂皮膜としては、例えば、
ポリアクリル酸及びその塩、ポリメタクリル酸、ポリア
ミド樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコー
ル、セルロース樹脂、ポリエチレングリコール、各種界
面活性剤並びにこれらの混合皮膜等を使用することがで
きる。

【００２２】本発明において使用する水溶性樹脂皮膜
は、下層である親水性樹脂皮膜の表面の凹凸を埋めるの
で、その乳白色の表面色調を透明になるようにすること
ができる。従って、ロウ付け時におけるロウ付け部付近
の変色を目立ち難くすることができる。水溶性樹脂皮膜
の被着量が７００（ｍｇ／ｍ²）未満であると、親水性
樹脂皮膜の表面の凹凸を十分に埋めることができず、ロ
ウ付け時の変色を目立ち難くする効果が不十分となる。
一方、水溶性樹脂皮膜の被着量が５０００（ｍｇ／
ｍ²）を超えると、この皮膜は水溶性樹脂からなるもの
であるので、吸湿量が増加し、加工性が低下すると共
に、コイル巻き取り時において、板同士が接着するブロ
ッキングが発生しやすくなる。従って、親水性樹脂皮膜
の被着量は、７００乃至５０００（ｍｇ／ｍ²）とする
ことが好ましい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明に係る熱交換器用フィン材の実
施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。

【００２４】先ず、板厚が０．１１０ｍｍであるＪＩＳ
Ａ１１００Ｈ２２のアルミニウム板材の表面に、耐
食皮膜（第１層）及び親水性樹脂皮膜（第２層）を順次
積層し、一部の試験材については、その表面に水溶性樹
脂皮膜（第３層）を形成して、熱交換器用フィン材を作
製した。第１層及び第２層の皮膜の種類を下記表１及び
２に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】なお、上記表１における耐食皮膜のうち、
Ｔ２及びＴ３の塗布型処理においては、バーコーターを
使用して皮膜原料を塗装し、２００℃の温度で２０秒間
焼き付けることにより皮膜を形成した。そして、Ｔ１及
びＴ２のクロメート処理においては、その被着量をＣｒ
換算値で２０（ｍｇ／ｍ²）とし、Ｔ３のジルコニウム
処理においては、その被着量をＺｒ換算値で４０（ｍｇ
／ｍ²）とした。

【００２８】また、上記表２における親水性樹脂皮膜の
うち、Ｓ２の粗面化親水処理においては、被着量を５０
００（ｍｇ／ｍ²）とし、２２０℃の温度で３０秒間焼
き付けることにより皮膜を形成し、Ｓ３の水ガラス親水
処理においては、被着量をＳｉＯ₂換算値で２００（ｍ
ｇ／ｍ²）とし、２００℃の温度で２０秒間焼き付ける
ことにより皮膜を形成した。

【００２９】更に、第３層を形成したものについては、
下記表３に示す組み合わせで第１層及び第２層を形成し
た後、下記表３に併せて示す種々の組成の水溶性樹脂皮
膜の原料を塗布し、２００℃の温度で２０秒間焼き付け
ることにより皮膜を形成した。

【００３０】次に、これらの試験材について、親水性及
びその持続性並びにロウ付け部の変色状況を調査すると
共に、臭気及び加工性を評価した。親水性については、
試験材表面の初期の水滴の接触角を測定すると共に、試
験材表面に水道水を１（リットル／分）の流量で７時間流し
た後、８０℃の温度で１７時間乾燥する処理を１サイク
ルとして、これを７サイクル繰り返した乾湿試験後の試
験材表面の接触角を測定することにより評価した。

【００３１】ロウ付け部の変色は、複数枚の成形フィン
を作製して、これらに実際に銅管をロウ付けした後、変
色したフィンの枚数及び変色度により変色状況を評価し
た。なお、本実施例においては、１枚のフィンにつき２
列１０段の穴を設けて、この穴の周囲に銅管とのろう付
け部（カラー）を形成したが、このろう付け部において
銅管に接触する部分の高さ（カラーハイト）を１．６ｍ
ｍとし、ろう付け部の穴の内径（カラー内径）を９．８
０ｍｍとした。変色度の評価基準としては、黒〜茶色に
変色したものを×、淡い茶色に変色したものを△、わず
かに淡い茶色に変色したものを○△とし、殆ど変色しな
かったものを○とした。

【００３２】また、臭気は、水道水に２４時間浸漬した
後の試験材に呼気を吹きかけ、匂いをかぐ方法により評
価し、臭気がなかったものを１とし、若干臭気があった
ものを３とした。更に、加工性については、試験材を日
高精機製のドローレス金型を使用し、プレスの条件とし
ては、昭和シェル製のプレス油ＲＦ１９０を使用して、
２５０ｓｐｍの加工速度で実機プレスすることにより評
価し、加工性が良好であったものを○、加工性に問題が
あったものを△とした。これらの評価結果を下記表４に
示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】上記表１乃至４に示すように、実施例Ｎ
ｏ．１乃至１０は第３層として水溶性樹脂皮膜を形成し
ているので、水ガラス系の処理を実施した場合と同等の
低接触角を得ることができ、ロウ付け部の変色も比較例
と比較して同等かそれ以上となった。また、ロウ付け後
の接触角は若干上昇したものもあるが、親水性を持続す
る効果は向上した。特に、実施例Ｎｏ．１乃至８は水溶
性皮膜の被着量も適切に規制されているので、ロウ付け
後の変色を防止する効果がより一層向上していると共
に、加工性も良好であった。

【００３６】なお、実施例Ｎｏ．９は水溶性樹脂皮膜の
被着量が本発明の好ましい範囲未満であるので、ロウ付
け後の変色を低減する効果が不十分となった。また、実
施例Ｎｏ．１０は水溶性樹脂皮膜の被着量が本発明の好
ましい範囲の上限を超えているので、加工時においてポ
ンチへのくい付きが発生し、実施例Ｎｏ．１乃至８と比
較して若干加工性が低下した。

【００３７】一方、比較例Ｎｏ．１１は水ガラス親水処
理を施したものであるので、ロウ付け後の変色状況、親
水性及びその持続性並びに加工性は良好となったが、第
３層としての水溶性樹脂皮膜を形成していないので、臭
気が発生した。比較例Ｎｏ．１２は第２層としてセルロ
ース樹脂皮膜を形成したものであるが、実施例と比較し
て親水性が低下した。また、第３層を形成していないの
で、変色枚数が多い。比較例Ｎｏ．１３は第２層として
親水持続性を向上させた樹脂を使用しているので、乾湿
試験後の接触角は低いものとなったが、ロウ付け部の変
色が大きく、ロウ付け後の接触角も著しく上昇した。比
較例Ｎｏ．１４は非水溶性樹脂皮膜を形成したものであ
るので、第２層の親水性が損なわれて、初期及び乾湿試
験後の接触角が高くなった。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、熱
交換器用フィン材はアルミニウム又はアルミニウム合金
材の表面に、耐食皮膜、粗面化された親水性樹脂皮膜及
び水溶性樹脂皮膜が積層された構造を有するので、樹脂
系表面処理材の特性である低臭気及び低工具磨耗性を維
持することができると共に、親水性及びその持続性が優
れており、ロウ付け時の変色を低減することができる。
また、水溶性樹脂皮膜の被着量が適切に規制されている
と、ロウ付け時の変色を防止する効果を更に一層向上さ
せることができ、その加工性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面上の水滴の接触角を示す模式図である。

【図２】熱交換器の熱交換部を示す模式図である。

【図３】フィン表面の水滴付着状態を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１；平面２、６、８、１１；水滴３、５、７、９、１０；フィン４；銅管２２；接線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−316835（ＪＰ，Ａ) 特開平５−115845（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−95649（ＪＰ，Ａ) 特開平６−39347（ＪＰ，Ａ) 特開平８−261688（ＪＰ，Ａ) 特開平７−270092（ＪＰ，Ａ) 特開平６−322552（ＪＰ，Ａ) 特開平３−269072（ＪＰ，Ａ) 特公平５−15176（ＪＰ，Ｂ２) 特公平４−24632（ＪＰ，Ｂ２) 特公平３−77440（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 1/32 C23C 22/24 F28F 13/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム板又はアルミニウム合金板
の表面に形成されたクロメート皮膜及びジルコニウム系
皮膜のいずれか一方からなる耐食皮膜と、前記耐食皮膜
の上に形成され、表面に凹凸を有する親水性樹脂皮膜
と、前記親水性樹脂皮膜の上に形成された水溶性樹脂皮
膜と、を有することを特徴とする親水性が優れた熱交換
器用フィン材。
【請求項２】前記水溶性樹脂皮膜は、７００乃至５０
００（ｍｇ／ｍ²）の被着量で前記親水性樹脂皮膜の上
に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の親
水性が優れた熱交換器用フィン材。
【請求項３】前記水溶性樹脂皮膜は前記親水性樹脂皮
膜の表面の凹凸を埋め、この親水性樹脂皮膜の表面を透
明に変化させるものであることを特徴とする請求項１又
は２に記載の親水性が優れた熱交換器用フィン材。