JP3734335B2 - 熱交換器用表面処理フィン材及びその製造方法 - Google Patents
熱交換器用表面処理フィン材及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【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等からなる熱交換器用表面処理フィン材及びその製造方法に関し、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表面処理フィン材及びその製造方法に関する。
【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Ａにおける水滴との接線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（ａ）乃至（ｃ）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３−７７４４０号公報）、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３−２６９０７２号公報）がある。
【０００７】
しかし、上述したケイ酸塩を使用する処理の場合には、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。
【０００８】
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４−２４６３２号公報）、水溶性有機樹脂とノニオン系界面活性剤を含有する厚さが０．０５乃至５μｍの親水性皮膜を形成する方法（特開平４−３１６８３７号公報）、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を含有する有機硬化剤を添加した親水性皮膜を形成させる方法（特公平５−１５１７６号公報）もある。
【０００９】
これらの処理方法では、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。また、特開平４−３１６８３７号公報に記載された技術のように、界面活性剤を使用する場合には、泡立ち等による品質むら及び生産性の低下等の問題が生じる。また、界面活性剤が溶出した場合には、親水性が著しく低下してしまう。更に、熱交換器用フィン材に被覆して使用された場合には、結露水又はその結露水により溶出された成分のために、プラスチック製ドレンパンの表面に変質及びひび割れが発生することがある。
【００１０】
この他、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）、ポリグルタミン酸及び塩基性化合物を必須成分として、必要に応じて水性樹脂を含有する皮膜を形成する方法（特開平７−１０２１８８号公報）、１０％以上のポリオキシアルキレン鎖を有する樹脂と特定の水性樹脂との混合皮膜を設ける方法（特開平７−１０２１８９号公報）、アルミニウム材の上に溶解性パラメータが互いに異なる水溶性樹脂を２種以上混合し、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）、分子量が規定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（特開平８−２６１６８８号公報）、分子量が規定されたエポキシ系架橋剤とポリビニル系樹脂との混合物により表面に微細な孔を有する親水性皮膜を形成する方法（特開平９−２６２８８号公報）が提案されている。
【００１１】
これらの技術においては、親水性皮膜中の樹脂がポリエチレングリコール又はポリエチレンオキサイド等のエチレンオキサイド基を有する樹脂であり、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良好な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。特に、特開平７−２７００９２号公報及び特開平９−２６２８８号公報に記載された技術においては、樹脂皮膜により表面形態をスリガラス状に微細に粗面化されているので親水性が優れ、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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のエチレンオキサイド基を有する樹脂を使用する技術によれば、低接触角を得るため皮膜中に５乃至５０％程度の水溶出分が含有されている。このため、蒸発運転する際に熱交換器のフィン表面が結露するような場合には、結露水に伴って親水性皮膜から水溶出分が溶出する。
【００１３】
特に、熱交換器が組み立てられた後には、銅管の溶接箇所の漏れの有無及び場所を判断するために、銅管内に窒素ガス等で圧力をかけ熱交換器を水没させて、気泡の発生具合を確認するのだが、このときにも水溶出分が溶出してしまう。このとき、トリクレン等の溶剤によりフィンが脱脂され、残油分が多い揮発性プレス油又は鉱物油を使用して加工されていた場合には、表面処理皮膜の水溶出分が残油分を乳化するので漏れ確認の際に水没水が濁ってしまう。このため、漏れ確認を行えないという問題点がある。また、残油分が少ない揮発性プレス油を使用して加工されていた場合には、加工後の乾燥の際に揮発性プレス油が除去されることが多いものの、脱脂及び揮発油の乾燥を行わずに漏れ確認を行う大型の空調器の場合には、試験槽中の水が濁って漏れ確認を行いづらいという問題点がある。
【００１４】
また、エチレンオキサイド基を有する樹脂を使用した樹脂系親水処理は焼付け等の熱処理により変質して、プラスチック製のドレンパンの表面に変質及びひび割れ等の悪影響を及ぼすことがあり、耐熱性にも問題がある。
【００１５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、低臭気及び低工具摩耗性を維持しつつ、親水性が優れ水溶出分の量が少なく熱処理によるプラスチック部材に悪影響を及ぼす物質の発生量も少ない熱交換器用表面処理フィン材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱交換器用表面処理フィン材は、そ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を含有する耐食皮膜と、前記耐食皮膜の上に形成され水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ ２ 以下である親水性樹脂皮膜と、ブロックイソシアネートにより変性された水溶性ポリエーテルポリオール化合物を前記親水性樹脂皮膜の上に塗布した後焼き付けされて形成された樹脂皮膜とを有することを特徴とする。
【００１７】
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、耐食皮膜の上にエチレンオキサイド基を１分子内に４個以上有する親水性樹脂皮膜が設けられており、その水溶出分の量が規定されているので、親水性が優れていると共に、試験槽中の水の濁りを抑制することができる。更に、耐食皮膜及び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、熱交換器用フィン材の加工性及び耐熱性等が向上する。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。
【００１８】
本発明に係る熱交換器用表面処理フィン材の製造方法は、その表面に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を含有する耐食皮膜を形成する工程と、前記耐食皮膜の上に親水性樹脂皮膜を２４０℃以上で焼付けた後前記親水性樹脂皮膜を水洗してその水溶出分の量を０．３ｍｇ／ｄｍ２以下とする工程と、前記親水性樹脂皮膜の上にブロックイソシアネートにより変性された水溶性ポリエーテルポリオール化合物を塗布した後焼き付けすることにより樹脂皮膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における熱交換器用フィン材について説明する。本発明において、アルミニウム材等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、アルミニウム材等の表面に、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。
【００２０】
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、特に制限されるものではないが、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６０ｍｇ／ｍ2であることが好ましい。
【００２１】
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と共に、加工性を向上させるために、この親水性樹脂皮膜は１分子内にエチレンオキサイド基を４個以上有する樹脂を含有しており、親水性樹脂皮膜中の水溶出分の量は０．３ｍｇ／ｄｍ2以下である。１分子内のエチレンオキサイド基が４個未満であると、エチレンオキサイド基による加工性を向上させる効果が不十分である。また、親水性を良好にすることができる微細凹凸が形成されにくい。従って、１分子内のエチレンオキサイド基は４個以上とする。
【００２２】
また、本願発明者等がルームエアコン実機における溶出量と気密試験槽中の水の濁り及びドレンパンへの悪影響との関係を詳細に調査した結果、親水性樹脂皮膜の水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ2以下であれば、濁りは極めて少なくドレンパンへの悪影響も軽微となることを見出した。一方、親水性樹脂皮膜中の水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ2を超えると、親水性樹脂皮膜からの溶出量が増加し気密試験槽中の水の濁りが多くなる。また、ルームエアコン室内器等において、ドレンパンに表面の変質及びひび割れ等の悪影響を与えることもある。従って、親水性樹脂皮膜中の水溶出分の量は０．３ｍｇ／ｄｍ2以下とする。
【００２３】
更に、親水性樹脂皮膜の加工性、水溶出性及び耐熱性を向上させドレンパンへの悪影響を著しく減少させるために、親水性樹脂皮膜の上にブロックイソシアネートにより変性されたポリエーテルポリオール化合物を主成分とする水溶性樹脂皮膜を形成することができる。ブロックイソシアネートにより変性されたポリエーテルポリオール化合物は焼付け時にブロックイソシアネート基が架橋し網目のような構造を形成するため、エチレンオキサイド基を４個以上有する樹脂を使用した場合と比して、加工性、水溶出性及び耐熱性が向上する。また、ドレンパン表面の変質及びひび割れ等の悪影響が減少する。
【００２４】
親水性樹脂皮膜の上にこの水溶性樹脂皮膜を形成する場合、熱交換器用フィン材の塗装性を向上させるために、ドレンパン等のプラスチック部材へ悪影響を及ぼさず親水性樹脂皮膜の親水性を阻害しない水溶性の樹脂を併用することができる。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並びにセルロース樹脂等が挙げられる。
【００２５】
このように親水性樹脂皮膜の上に上述の水溶性皮膜等を形成することにより、プラスチック部材への悪影響及び気密試験槽中の水の濁り等の問題が発生しない範囲において、加工性を更に向上させることができる。
【００２６】
次に、上述の熱交換器用表面処理フィン材の製造方法について説明する。先ず、アルミニウム材等の表面に耐食皮膜としてクロメート皮膜又はジルコニウム系皮膜を含有する皮膜を形成する。次に、この耐食皮膜の上に１分子内にエチレンオキサイド基を４個以上有し皮膜中の水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ2以下となるように親水性樹脂皮膜を形成する。この親水性樹脂皮膜の形成方法としては、例えば、エポキシ系架橋剤とポリビニル系樹脂との混合物を塗布する方法及び溶解性パラメータが７乃至９（ｃａｌ／ｃｍ3）0.5である高分子化合物と１２乃至１６（ｃａｌ／ｃｍ3）0.5である高分子化合物との混合物を塗布する方法等が挙げられる。また、ポリグルタミン酸と塩基性化合物との混合物を塗布する方法を用いてもよい。
【００２７】
そして、２４０乃至３００℃で焼付けし、その後に水洗を行う。焼付け温度が２４０℃未満であると、溶出量が増加し気密試験槽中の水に濁りが発生する。また、ルームエアコン室内器においては、ドレンパンへの悪影響が発生することもある。つまり、フィン材等の表面処理方法としてコイルフォームで塗装が施されるプレコート方式が主流となっているが、この方式によると、焼付け温度が低い場合には、後工程の水洗浄の際に水溶出分が多く溶出するものの、再付着する量も多い。このため、結果的に残留する水溶出分の量が多くなってしまう。一方、焼付け温度の上限は制限されるものではないが、３００℃を超えると、焼付け時間によっては材料特性に影響が出たり、樹脂皮膜が熱により黄変し外観上商品価値が低下したりする。従って、焼付け温度の下限を２４０℃と規定すると共に、上限は３００℃であることが好ましい。
【００２８】
また、水洗浄を行うことにより、親水性樹脂皮膜の水溶出分の量を０．３ｍｇ／ｄｍ2以下とする。水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ2を超えると、前述のように、水溶出量が増加し気密試験槽中の水の濁りが多くなる。また、ルームエアコン室内器等において、ドレンパンに表面の変質及びひび割れ等の悪影響を与えることもある。従って、親水性樹脂皮膜中の水溶出分の量は０．３ｍｇ／ｄｍ2以下とする。
【００２９】
更に、親水性樹脂皮膜の上にブロックイソシアネートにより変性されたポリエーテルポリオール化合物を主成分とする水溶性樹脂皮膜を形成することにより熱交換器用表面処理フィン材が完成する。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
【００３１】
先ず、板厚が０．１１０ｍｍであるＪＩＳ Ａ１１００ Ｈ２２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。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
なお、上記表１における耐食皮膜のうち、Ｔ２の塗布型処理においては、ロールコーターを使用して皮膜原料を塗装し、２００℃で２０秒間焼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２０ｍｇ／ｍ2とした。
【００３５】
また、上記表２における親水性樹脂皮膜のうち、Ｓ１の親水処理においては、被着量を実施例１及び２では５０００ｍｇ／ｍ2とし、比較例５乃至７では１０ｍｇ／ｄｍ2として、下記表３に示す温度で３０秒間焼付けることにより皮膜を形成した。Ｓ２の水ガラス親水処理においては、被着量をＳｉＯ2換算値で２００ｍｇ／ｍ2とし、２００℃の温度で２０秒間焼付けることにより皮膜を形成した。
【００３６】
次いで、シャワー水洗を５秒間行い、５分間水没させた後の重量減少量から水溶出分の量を評価した。
【００３７】
第１層及び第２層の組み合わせを下記表３に示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】
更に、第３層を形成したものについては、上記表３に示す組み合わせで第１層及び第２層を形成した後、下記の種々の組成の水溶性樹脂皮膜の原料を塗布し、２００℃で２０秒間焼付けることにより皮膜を形成した。
【００４０】
実施例１
イソシアネート基をメチルエチルケトオキシムでブロックされた１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートにより変性されたポリエチレングリコール樹脂ＰＥＧ２００００。
【００４１】
実施例２
イソシアネート基をメチルエチルケトオキシムでブロックされた１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートにより変性されたポリエチレングリコール樹脂ＰＥＧ２００００と、ポリアクリル酸カリウム（重合度：４５００）との混合皮膜。その重量比は１０：１である。
【００４２】
比較例３乃至５
第３層は形成せず。
【００４３】
比較例６
和光純薬製のポリエチレングリコール樹脂ＰＥＧ６０００（エチレンオキサイド基：約１３６個）。
【００４４】
このように形成された第３皮膜の皮膜量を下記表４に示す。
【００４５】
【表４】
【００４６】
次に、作製された表面処理フィン材の試験材について、親水性、加工性、水没水の濁り、ドレンパンの臨界歪み値及び臭気を評価した。以下に各評価方法について説明する。
【００４７】
親水性については、試験材が作製されたときの接触角を測定した。更に、水道水の流水中（流量：１リットル／分）に７時間浸漬し、８０℃で１７時間乾燥する工程を７工程行った後に再度接触角を測定した。
【００４８】
加工性については、先ず、試験材を日高精機製のしごき方式のドローレス金型を使用し、プレスの条件としては、昭和シェル製の加工油Ｔ７Ｋ１８Ｂを使用して、２５０ｓｐｍの加工速度で、しごき率を５０％として、内径が９．８０ｍｍの２列１０段の成形フィンを作製し調査した。図４（ａ）及び（ｂ）はフィン材を示す図であり、（ａ）は模式的斜視図、（ｂ）は模式的断面図である。平らなフィン材の片面に円筒形状の突起カラー部が形成されている。加工性の評価は、このようなカラー３０を加工成形して、成形品の外観、カラー内面の外観を評価した。カラー内面に剥離が生じず、外観が良好であったものを○、若干カラーの内部に剥離が生じたものを△、カラーの内面に焼付きが生じたものを×とした。
【００４９】
水没水の濁りについては、上述のようにしてカラーを成形された５００枚の試験材を、加工油が付着した状態で２０リットルの水道水に水没させ、水没水の濁り具合から判断した。濁りが無い場合を○、若干濁りが生じた場合を△、白濁した場合を×とした。
【００５０】
ドレンパンの臨界歪み値については、ドレンパンとして一般的に使用されているＡＢＳ樹脂（板厚：２ｍｍ、三菱化成製のＹＴ４１２Ｃ）を歪み値が１％以下の範囲で調査可能な治具に取り付け、表面積が２ｍ2のサンプルを３００ｍｌの純水で１分間洗浄した。そして、サンプルの水溶出分が抽出された液をＡＢＳ樹脂に塗布し、７２時間放置した後に割れが発生する限界の歪み値（臨界歪み値）を測定した。
【００５１】
また、臭気については、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○とし、若干臭気があったものを×とした。これらの結果を表５に示す。
【００５２】
【表５】
【００５３】
表５に示すように、実施例１及び２においては、本発明に係る表面処理が施されているので、親水性が優れていると共に、水没水の濁りが少ない。また、加工性も優れており、ＡＢＳ樹脂表面にひび割れが発生する臨界歪み値が大きくなった。
【００５４】
一方、比較例３においては、第２層に水ガラス親水処理が施されているので、加工性が劣っていると共に、臭気が発生した。
【００５５】
比較例４では、第１層としてアクリル系プライマーを、第２層としてセルロース樹脂を使用しているが、親水性及びその持続性並びに加工性が劣っていると共に、水溶出分の量が本発明範囲の上限を超えているので、水没水に濁りが発生した。
【００５６】
比較例５では、水溶出分の量が本発明範囲の上限を超えているので、水没水に濁りが発生すると共に、臨界歪み値が低くなった。
【００５７】
比較例６では、第２層が本発明範囲の下限未満の温度で焼付けられているので、水溶出量が多く、水没水に濁りが発生すると共に、臨界歪み値が低くなった。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱交換器用フィン材はアルミニウム材等の表面に、適切な耐食皮膜、親水性皮膜及び水溶性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徴である低臭気及び低工具摩耗性を維持することができると共に、親水性が優れており、気密試験槽中の水の濁りを抑制することができる。また、水溶出分の量が少なくエアコンのプラスチック部材等への悪影響を防止することもできる。
【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り、（ａ）は親水性が良好な場合、（ｂ）は親水性が劣る場合、（ｃ）は更に劣る場合を示す図である。
【図４】フィン材を示す図であり、（ａ）は模式的斜視図、（ｂ）は模式的断面図である。
【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
３０；カラー
【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等からなる熱交換器用表面処理フィン材及びその製造方法に関し、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表面処理フィン材及びその製造方法に関する。
【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Ａにおける水滴との接線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（ａ）乃至（ｃ）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３−７７４４０号公報）、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３−２６９０７２号公報）がある。
【０００７】
しかし、上述したケイ酸塩を使用する処理の場合には、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。
【０００８】
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４−２４６３２号公報）、水溶性有機樹脂とノニオン系界面活性剤を含有する厚さが０．０５乃至５μｍの親水性皮膜を形成する方法（特開平４−３１６８３７号公報）、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を含有する有機硬化剤を添加した親水性皮膜を形成させる方法（特公平５−１５１７６号公報）もある。
【０００９】
これらの処理方法では、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。また、特開平４−３１６８３７号公報に記載された技術のように、界面活性剤を使用する場合には、泡立ち等による品質むら及び生産性の低下等の問題が生じる。また、界面活性剤が溶出した場合には、親水性が著しく低下してしまう。更に、熱交換器用フィン材に被覆して使用された場合には、結露水又はその結露水により溶出された成分のために、プラスチック製ドレンパンの表面に変質及びひび割れが発生することがある。
【００１０】
この他、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）、ポリグルタミン酸及び塩基性化合物を必須成分として、必要に応じて水性樹脂を含有する皮膜を形成する方法（特開平７−１０２１８８号公報）、１０％以上のポリオキシアルキレン鎖を有する樹脂と特定の水性樹脂との混合皮膜を設ける方法（特開平７−１０２１８９号公報）、アルミニウム材の上に溶解性パラメータが互いに異なる水溶性樹脂を２種以上混合し、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）、分子量が規定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（特開平８−２６１６８８号公報）、分子量が規定されたエポキシ系架橋剤とポリビニル系樹脂との混合物により表面に微細な孔を有する親水性皮膜を形成する方法（特開平９−２６２８８号公報）が提案されている。
【００１１】
これらの技術においては、親水性皮膜中の樹脂がポリエチレングリコール又はポリエチレンオキサイド等のエチレンオキサイド基を有する樹脂であり、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良好な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。特に、特開平７−２７００９２号公報及び特開平９−２６２８８号公報に記載された技術においては、樹脂皮膜により表面形態をスリガラス状に微細に粗面化されているので親水性が優れ、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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のエチレンオキサイド基を有する樹脂を使用する技術によれば、低接触角を得るため皮膜中に５乃至５０％程度の水溶出分が含有されている。このため、蒸発運転する際に熱交換器のフィン表面が結露するような場合には、結露水に伴って親水性皮膜から水溶出分が溶出する。
【００１３】
特に、熱交換器が組み立てられた後には、銅管の溶接箇所の漏れの有無及び場所を判断するために、銅管内に窒素ガス等で圧力をかけ熱交換器を水没させて、気泡の発生具合を確認するのだが、このときにも水溶出分が溶出してしまう。このとき、トリクレン等の溶剤によりフィンが脱脂され、残油分が多い揮発性プレス油又は鉱物油を使用して加工されていた場合には、表面処理皮膜の水溶出分が残油分を乳化するので漏れ確認の際に水没水が濁ってしまう。このため、漏れ確認を行えないという問題点がある。また、残油分が少ない揮発性プレス油を使用して加工されていた場合には、加工後の乾燥の際に揮発性プレス油が除去されることが多いものの、脱脂及び揮発油の乾燥を行わずに漏れ確認を行う大型の空調器の場合には、試験槽中の水が濁って漏れ確認を行いづらいという問題点がある。
【００１４】
また、エチレンオキサイド基を有する樹脂を使用した樹脂系親水処理は焼付け等の熱処理により変質して、プラスチック製のドレンパンの表面に変質及びひび割れ等の悪影響を及ぼすことがあり、耐熱性にも問題がある。
【００１５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、低臭気及び低工具摩耗性を維持しつつ、親水性が優れ水溶出分の量が少なく熱処理によるプラスチック部材に悪影響を及ぼす物質の発生量も少ない熱交換器用表面処理フィン材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱交換器用表面処理フィン材は、そ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を含有する耐食皮膜と、前記耐食皮膜の上に形成され水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ ２ 以下である親水性樹脂皮膜と、ブロックイソシアネートにより変性された水溶性ポリエーテルポリオール化合物を前記親水性樹脂皮膜の上に塗布した後焼き付けされて形成された樹脂皮膜とを有することを特徴とする。
【００１７】
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、耐食皮膜の上にエチレンオキサイド基を１分子内に４個以上有する親水性樹脂皮膜が設けられており、その水溶出分の量が規定されているので、親水性が優れていると共に、試験槽中の水の濁りを抑制することができる。更に、耐食皮膜及び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、熱交換器用フィン材の加工性及び耐熱性等が向上する。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。
【００１８】
本発明に係る熱交換器用表面処理フィン材の製造方法は、その表面に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を含有する耐食皮膜を形成する工程と、前記耐食皮膜の上に親水性樹脂皮膜を２４０℃以上で焼付けた後前記親水性樹脂皮膜を水洗してその水溶出分の量を０．３ｍｇ／ｄｍ２以下とする工程と、前記親水性樹脂皮膜の上にブロックイソシアネートにより変性された水溶性ポリエーテルポリオール化合物を塗布した後焼き付けすることにより樹脂皮膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における熱交換器用フィン材について説明する。本発明において、アルミニウム材等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、アルミニウム材等の表面に、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。
【００２０】
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、特に制限されるものではないが、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６０ｍｇ／ｍ2であることが好ましい。
【００２１】
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と共に、加工性を向上させるために、この親水性樹脂皮膜は１分子内にエチレンオキサイド基を４個以上有する樹脂を含有しており、親水性樹脂皮膜中の水溶出分の量は０．３ｍｇ／ｄｍ2以下である。１分子内のエチレンオキサイド基が４個未満であると、エチレンオキサイド基による加工性を向上させる効果が不十分である。また、親水性を良好にすることができる微細凹凸が形成されにくい。従って、１分子内のエチレンオキサイド基は４個以上とする。
【００２２】
また、本願発明者等がルームエアコン実機における溶出量と気密試験槽中の水の濁り及びドレンパンへの悪影響との関係を詳細に調査した結果、親水性樹脂皮膜の水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ2以下であれば、濁りは極めて少なくドレンパンへの悪影響も軽微となることを見出した。一方、親水性樹脂皮膜中の水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ2を超えると、親水性樹脂皮膜からの溶出量が増加し気密試験槽中の水の濁りが多くなる。また、ルームエアコン室内器等において、ドレンパンに表面の変質及びひび割れ等の悪影響を与えることもある。従って、親水性樹脂皮膜中の水溶出分の量は０．３ｍｇ／ｄｍ2以下とする。
【００２３】
更に、親水性樹脂皮膜の加工性、水溶出性及び耐熱性を向上させドレンパンへの悪影響を著しく減少させるために、親水性樹脂皮膜の上にブロックイソシアネートにより変性されたポリエーテルポリオール化合物を主成分とする水溶性樹脂皮膜を形成することができる。ブロックイソシアネートにより変性されたポリエーテルポリオール化合物は焼付け時にブロックイソシアネート基が架橋し網目のような構造を形成するため、エチレンオキサイド基を４個以上有する樹脂を使用した場合と比して、加工性、水溶出性及び耐熱性が向上する。また、ドレンパン表面の変質及びひび割れ等の悪影響が減少する。
【００２４】
親水性樹脂皮膜の上にこの水溶性樹脂皮膜を形成する場合、熱交換器用フィン材の塗装性を向上させるために、ドレンパン等のプラスチック部材へ悪影響を及ぼさず親水性樹脂皮膜の親水性を阻害しない水溶性の樹脂を併用することができる。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並びにセルロース樹脂等が挙げられる。
【００２５】
このように親水性樹脂皮膜の上に上述の水溶性皮膜等を形成することにより、プラスチック部材への悪影響及び気密試験槽中の水の濁り等の問題が発生しない範囲において、加工性を更に向上させることができる。
【００２６】
次に、上述の熱交換器用表面処理フィン材の製造方法について説明する。先ず、アルミニウム材等の表面に耐食皮膜としてクロメート皮膜又はジルコニウム系皮膜を含有する皮膜を形成する。次に、この耐食皮膜の上に１分子内にエチレンオキサイド基を４個以上有し皮膜中の水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ2以下となるように親水性樹脂皮膜を形成する。この親水性樹脂皮膜の形成方法としては、例えば、エポキシ系架橋剤とポリビニル系樹脂との混合物を塗布する方法及び溶解性パラメータが７乃至９（ｃａｌ／ｃｍ3）0.5である高分子化合物と１２乃至１６（ｃａｌ／ｃｍ3）0.5である高分子化合物との混合物を塗布する方法等が挙げられる。また、ポリグルタミン酸と塩基性化合物との混合物を塗布する方法を用いてもよい。
【００２７】
そして、２４０乃至３００℃で焼付けし、その後に水洗を行う。焼付け温度が２４０℃未満であると、溶出量が増加し気密試験槽中の水に濁りが発生する。また、ルームエアコン室内器においては、ドレンパンへの悪影響が発生することもある。つまり、フィン材等の表面処理方法としてコイルフォームで塗装が施されるプレコート方式が主流となっているが、この方式によると、焼付け温度が低い場合には、後工程の水洗浄の際に水溶出分が多く溶出するものの、再付着する量も多い。このため、結果的に残留する水溶出分の量が多くなってしまう。一方、焼付け温度の上限は制限されるものではないが、３００℃を超えると、焼付け時間によっては材料特性に影響が出たり、樹脂皮膜が熱により黄変し外観上商品価値が低下したりする。従って、焼付け温度の下限を２４０℃と規定すると共に、上限は３００℃であることが好ましい。
【００２８】
また、水洗浄を行うことにより、親水性樹脂皮膜の水溶出分の量を０．３ｍｇ／ｄｍ2以下とする。水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ2を超えると、前述のように、水溶出量が増加し気密試験槽中の水の濁りが多くなる。また、ルームエアコン室内器等において、ドレンパンに表面の変質及びひび割れ等の悪影響を与えることもある。従って、親水性樹脂皮膜中の水溶出分の量は０．３ｍｇ／ｄｍ2以下とする。
【００２９】
更に、親水性樹脂皮膜の上にブロックイソシアネートにより変性されたポリエーテルポリオール化合物を主成分とする水溶性樹脂皮膜を形成することにより熱交換器用表面処理フィン材が完成する。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
【００３１】
先ず、板厚が０．１１０ｍｍであるＪＩＳ Ａ１１００ Ｈ２２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。
【００３２】
【表１】
【表２】
なお、上記表１における耐食皮膜のうち、Ｔ２の塗布型処理においては、ロールコーターを使用して皮膜原料を塗装し、２００℃で２０秒間焼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２０ｍｇ／ｍ2とした。
【００３５】
また、上記表２における親水性樹脂皮膜のうち、Ｓ１の親水処理においては、被着量を実施例１及び２では５０００ｍｇ／ｍ2とし、比較例５乃至７では１０ｍｇ／ｄｍ2として、下記表３に示す温度で３０秒間焼付けることにより皮膜を形成した。Ｓ２の水ガラス親水処理においては、被着量をＳｉＯ2換算値で２００ｍｇ／ｍ2とし、２００℃の温度で２０秒間焼付けることにより皮膜を形成した。
【００３６】
次いで、シャワー水洗を５秒間行い、５分間水没させた後の重量減少量から水溶出分の量を評価した。
【００３７】
第１層及び第２層の組み合わせを下記表３に示す。
【００３８】
【表３】
更に、第３層を形成したものについては、上記表３に示す組み合わせで第１層及び第２層を形成した後、下記の種々の組成の水溶性樹脂皮膜の原料を塗布し、２００℃で２０秒間焼付けることにより皮膜を形成した。
【００４０】
実施例１
イソシアネート基をメチルエチルケトオキシムでブロックされた１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートにより変性されたポリエチレングリコール樹脂ＰＥＧ２００００。
【００４１】
実施例２
イソシアネート基をメチルエチルケトオキシムでブロックされた１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートにより変性されたポリエチレングリコール樹脂ＰＥＧ２００００と、ポリアクリル酸カリウム（重合度：４５００）との混合皮膜。その重量比は１０：１である。
【００４２】
比較例３乃至５
第３層は形成せず。
【００４３】
比較例６
和光純薬製のポリエチレングリコール樹脂ＰＥＧ６０００（エチレンオキサイド基：約１３６個）。
【００４４】
このように形成された第３皮膜の皮膜量を下記表４に示す。
【００４５】
【表４】
次に、作製された表面処理フィン材の試験材について、親水性、加工性、水没水の濁り、ドレンパンの臨界歪み値及び臭気を評価した。以下に各評価方法について説明する。
【００４７】
親水性については、試験材が作製されたときの接触角を測定した。更に、水道水の流水中（流量：１リットル／分）に７時間浸漬し、８０℃で１７時間乾燥する工程を７工程行った後に再度接触角を測定した。
【００４８】
加工性については、先ず、試験材を日高精機製のしごき方式のドローレス金型を使用し、プレスの条件としては、昭和シェル製の加工油Ｔ７Ｋ１８Ｂを使用して、２５０ｓｐｍの加工速度で、しごき率を５０％として、内径が９．８０ｍｍの２列１０段の成形フィンを作製し調査した。図４（ａ）及び（ｂ）はフィン材を示す図であり、（ａ）は模式的斜視図、（ｂ）は模式的断面図である。平らなフィン材の片面に円筒形状の突起カラー部が形成されている。加工性の評価は、このようなカラー３０を加工成形して、成形品の外観、カラー内面の外観を評価した。カラー内面に剥離が生じず、外観が良好であったものを○、若干カラーの内部に剥離が生じたものを△、カラーの内面に焼付きが生じたものを×とした。
【００４９】
水没水の濁りについては、上述のようにしてカラーを成形された５００枚の試験材を、加工油が付着した状態で２０リットルの水道水に水没させ、水没水の濁り具合から判断した。濁りが無い場合を○、若干濁りが生じた場合を△、白濁した場合を×とした。
【００５０】
ドレンパンの臨界歪み値については、ドレンパンとして一般的に使用されているＡＢＳ樹脂（板厚：２ｍｍ、三菱化成製のＹＴ４１２Ｃ）を歪み値が１％以下の範囲で調査可能な治具に取り付け、表面積が２ｍ2のサンプルを３００ｍｌの純水で１分間洗浄した。そして、サンプルの水溶出分が抽出された液をＡＢＳ樹脂に塗布し、７２時間放置した後に割れが発生する限界の歪み値（臨界歪み値）を測定した。
【００５１】
また、臭気については、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○とし、若干臭気があったものを×とした。これらの結果を表５に示す。
【００５２】
【表５】
表５に示すように、実施例１及び２においては、本発明に係る表面処理が施されているので、親水性が優れていると共に、水没水の濁りが少ない。また、加工性も優れており、ＡＢＳ樹脂表面にひび割れが発生する臨界歪み値が大きくなった。
【００５４】
一方、比較例３においては、第２層に水ガラス親水処理が施されているので、加工性が劣っていると共に、臭気が発生した。
【００５５】
比較例４では、第１層としてアクリル系プライマーを、第２層としてセルロース樹脂を使用しているが、親水性及びその持続性並びに加工性が劣っていると共に、水溶出分の量が本発明範囲の上限を超えているので、水没水に濁りが発生した。
【００５６】
比較例５では、水溶出分の量が本発明範囲の上限を超えているので、水没水に濁りが発生すると共に、臨界歪み値が低くなった。
【００５７】
比較例６では、第２層が本発明範囲の下限未満の温度で焼付けられているので、水溶出量が多く、水没水に濁りが発生すると共に、臨界歪み値が低くなった。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱交換器用フィン材はアルミニウム材等の表面に、適切な耐食皮膜、親水性皮膜及び水溶性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徴である低臭気及び低工具摩耗性を維持することができると共に、親水性が優れており、気密試験槽中の水の濁りを抑制することができる。また、水溶出分の量が少なくエアコンのプラスチック部材等への悪影響を防止することもできる。
【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り、（ａ）は親水性が良好な場合、（ｂ）は親水性が劣る場合、（ｃ）は更に劣る場合を示す図である。
【図４】フィン材を示す図であり、（ａ）は模式的斜視図、（ｂ）は模式的断面図である。
【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
３０；カラー
Claims (2)
- そ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を含有する耐食皮膜と、前記耐食皮膜の上に形成され水溶出分の量が０．３ｍｇ／ｄｍ ２ 以下である親水性樹脂皮膜と、ブロックイソシアネートにより変性された水溶性ポリエーテルポリオール化合物を前記親水性樹脂皮膜の上に塗布した後焼き付けされて形成された樹脂皮膜とを有することを特徴とする熱交換器用表面処理フィン材。
- その表面に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を含有する耐食皮膜を形成する工程と、前記耐食皮膜の上に親水性樹脂皮膜を２４０℃以上で焼付けた後前記親水性樹脂皮膜を水洗してその水溶出分の量を０．３ｍｇ／ｄｍ２以下とする工程と、前記親水性樹脂皮膜の上にブロックイソシアネートにより変性された水溶性ポリエーテルポリオール化合物を塗布した後焼き付けすることにより樹脂皮膜を形成する工程とを有することを特徴とする熱交換器用表面処理フィン材の製造方法。
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