JP5312700B1 - 熱交換器用アルミニウムフィン材 - Google Patents

Abstract

【課題】親水持続性に優れるとともに、湿潤環境下においても良好な密着性を示す熱交換器用アルミニウムフィン材を提供することを課題とする。
【解決手段】基板２と、前記基板２の表面に形成され、耐食性皮膜３ａ、および、疎水性塗膜層３ｂの少なくとも一層から構成される下地処理層３と、前記下地処理層３の表面に形成され、所定のシリカ系多孔体微粒子４ａとカルボキシル基含有高分子４ｂと水酸基含有高分子４ｂとの混合物を含む塗膜で構成される親水処理層４と、を備え、前記シリカ系多孔体微粒子４ａの付着量が所定量であり、前記カルボキシル基含有高分子４ｂと前記水酸基含有高分子４ｂとの合計の固形分重量に対する、前記シリカ系多孔体微粒子４ａの固形分重量比率が１．０〜３．５であり、前記水酸基含有高分子４ｂの固形分重量に対する、前記カルボキシル基含有高分子４ｂの固形分重量比率が０．１〜１０．０であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器用のフィン材に係り、特に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基板を備える熱交換器用アルミニウムフィン材に関する。

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、オイルクーラおよびラジエータ等の様々な分野の製品に用いられている。
この熱交換器は、駆動時（凝縮運転時）において、空気中の水蒸気を液化（凝縮）させることにより、液化により発生した水滴が熱交換器のフィン表面に付着する。その結果、フィン間に水滴のブリッジが形成されたり、さらに、使用環境によっては、霜が形成されフィン間に目詰まりを起こしたりして、通風抵抗値が上昇し、熱交換器の熱交換率（熱交換効率）を低下させてしまう。

このような水滴や霜が原因となる熱交換器の熱交換効率の低下を防止する目的として、フィン表面の水滴を水膜として流下させるために、フィンの親水性を向上させるという方法が行われている。

このフィンの親水性を向上させる方法としては、フィン材の表面に各種の下地処理層を設けた後、水ガラスやコロイダルシリカ等の珪酸または珪酸塩を主とする無機系親水皮膜を塗布、焼付けにより形成させる方法や、ポリエチレングリコール等の親水性樹脂を用いた樹脂系親水性皮膜を塗布、焼付けにより形成させる方法が、広く行われている（例えば、特許文献１〜３参照）。

しかしながら、前記のような方法では、フィン材の表面の粗面化が不十分であることから、親水性が維持せず低下し、除霜性および再着霜防止性の点で不十分であるという問題があった。
この問題を解消する技術として、特許文献４には、次のような技術が開示されている。

すなわち、特許文献４には、シリカ系多孔体微粒子とカルボキシル基含有高分子とを含む親水処理層を基材表面に備えるとともに、当該シリカ系多孔体微粒子の付着量や当該カルボキシル基含有高分子の含有比率を所定の範囲に規制した熱交換器用アルミニウムフィン材が開示されている。
そして、特許文献４に係る技術は、前記のような特徴を有することにより、親水持続性を向上させるとともに、除霜性および再着霜防止性についても向上させることができるというものである。

特公平３−７７４４０号公報 特許第３１９１３０７号公報 特開平９−１４８８８号公報 特開２０１１−１６３７１４号公報

しかしながら、特許文献４に係る技術は、湿潤環境下における密着性（詳細には、下地処理層と親水処理層との密着性）を考慮した技術ではないため、梅雨時期などの湿潤環境下におけるフィン材のプレス加工時に塗膜が剥離するおそれがある。その結果、フィン材のプレス加工時に剥離した塗膜が金型に堆積することによって、フィンの生産性や加工性の低下を招く可能性がある。また、塗膜が剥離した部分の親水性が低下することにより、除霜性および再着霜防止性が低下する可能性もある。

つまり、特許文献４に係る技術は、湿潤環境下における密着性について向上させる余地が存在するとともに、湿潤環境下における密着性が不十分であることに伴う生産性、加工性、除霜性および再着霜防止性の低下を防止する余地も存在している。

そこで、本発明は、親水持続性に優れるとともに、湿潤環境下においても良好な密着性を示す熱交換器用アルミニウムフィン材を提供することを課題とする。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、シリカ系多孔体微粒子とカルボキシル基含有高分子と水酸基含有高分子とを含む親水処理層を基材表面に備えるとともに、当該親水処理層の各構成物質の比率等を所定の範囲に規制することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明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、前記基板の表面に形成され、無機酸化物または無機−有機複合化合物からなる耐食性皮膜、および、疎水性樹脂からなる疎水性塗膜層の少なくとも一層から構成される下地処理層と、前記下地処理層の表面に形成され、平均粒径が０．１〜１０．０μｍでありかつ細孔直径が１〜５０ｎｍであるシリカ系多孔体微粒子と水溶性のカルボキシル基含有高分子と水溶性の水酸基含有高分子との混合物を含む塗膜で構成される親水処理層と、を備え、前記親水処理層における前記シリカ系多孔体微粒子の付着量が１０〜１００００ｍｇ／ｍ^２であり、前記カルボキシル基含有高分子と前記水酸基含有高分子との合計の固形分重量に対する、前記シリカ系多孔体微粒子の固形分重量比率（つまり、前記シリカ系多孔体微粒子の固形分重量／前記カルボキシル基含有高分子と前記水酸基含有高分子との合計の固形分重量）が１．０〜３．５であり、前記水酸基含有高分子の固形分重量に対する、前記カルボキシル基含有高分子の固形分重量比率（つまり、前記カルボキシル基含有高分子の固形分重量／前記水酸基含有高分子の固形分重量）が０．１〜１０．０であることを特徴とする。

このように、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、耐食性皮膜および疎水性塗膜層の少なくとも一層から構成される下地処理層を備えることによって、親水処理層を浸透した凝縮水が基板と接触することを防止できるため、耐食性が向上する。

また、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、親水処理層に所定の平均粒径および細孔直径のシリカ系多孔体微粒子を含むとともに、その付着量を規定することによって、親水性を著しく向上させることが可能となる。
これは、シリカ系多孔体微粒子の表面に細孔が形成されていることによって、当該粒子の比表面積が増加するとともに、当該粒子が微粒子であることによって、親水処理層の表面における細孔の露出の割合が高まることとの相乗効果に起因している。そして、親水処理層の表面の比表面積が増加することによって、水の接触する面積が増え、親水性が向上することになる。
その結果、付着した凝縮水が膜厚の薄い水膜となってフィン材表面を流下しやすくなるため、霜が生成しにくくなる。また、シリカ系多孔体微粒子の中の凝縮水は狭い空間に存在することとなり、凍結しにくいという特徴も有している。そのため、熱交換器として使用されたときの暖房運転時に伴う着除霜サイクルにおいて、単に親水性が優れていることによって凝縮水を水膜として除去しやすいという特性以外にも、細孔内部の凝縮水が凍結しにくいので凍結時の凝縮水の体積増加に伴う塗膜の損傷を抑制できるという特性を有している。つまり、着除霜サイクル後においても親水性が劣化しにくくなり、ひいては着霜抑制効果に寄与する。

さらに、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、親水処理層がカルボキシル基含有高分子と水酸基含有高分子とを含んで構成されることによって、シリカ系多孔体微粒子が親水処理層に保持されると共に、下地処理層と親水処理層との密着性が向上する。その結果、シリカ系多孔体微粒子が凝縮水によって流れてしまうことが防止され、親水持続性が向上する。そして、無機系のシリカ系多孔体微粒子はフィン材を成形加工する際に金型に粘着しやすい性質を有するが、カルボキシル基含有高分子と水酸基含有高分子によって、シリカ系多孔体微粒子の金型への粘着が防止されるため、加工性が向上する。

加えて、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、水酸基含有高分子に対して所定の重量比率のカルボキシル基含有高分子を親水処理層が含んで構成されることから、当該水酸基含有高分子がカルボキシル基含有高分子と反応（縮合反応）することにより、湿潤環境下においても親水性を損なうことなく、下地処理層と親水処理層との密着性を確保することができる。
なお、湿潤環境下における下地処理層と親水処理層との密着性を確保することによって、湿潤環境下でのフィン材のプレス加工時における塗膜（下地処理層、親水処理層等）の剥離を防止することができ、その結果、生産性、加工性、除霜性および再着霜防止性の低下を防止することもできる。

また、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、前記親水処理層が、焼付け温度１９０〜３００℃で焼付けて形成されることが好ましい。

このように、本発明に係る熱用換気用のアルミニウムフィン材は、親水処理層の焼付け温度を所定の範囲に規制することにより、密着性の向上という効果を確実なものとすることができる。

また、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、前記親水処理層の表面に、水に溶出する樹脂からなる潤滑処理層をさらに備えることが好ましい。

このように、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、潤滑処理層を備えることによって、フィン材を成形加工する際に、無機系化合物が主である親水処理層が金型へ粘着することを防止できるため、加工性がさらに向上する。また、潤滑処理層が水に溶出する樹脂からなることによって、フィン材表面に残存する加工油等が凝縮水によって洗い流されるため、加工油等に起因した親水性の低下が防止され、親水持続性がさらに向上する。

また、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、前記親水処理層に潤滑成分を含むことが好ましい。

このように、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、親水処理層に潤滑成分を含むことによって、フィン材を成形加工する際の加工性がさらに向上する。

本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、シリカ系多孔体微粒子とカルボキシル基含有高分子と水酸基含有高分子とを含む親水処理層を基材表面に備えるとともに、当該親水処理層の各構成物質の比率等を所定の範囲に規制することにより、親水持続性に優れるとともに、湿潤環境下においても良好な密着性を示す。
また、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材は、湿潤環境下においても良好な密着性を示すことから、フィン材のプレス加工時における塗膜（下地処理層、親水処理層等）の剥離を防止することができ、その結果、生産性、加工性、除霜性および再着霜防止性の低下を防止することもできる。

（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材の構成を示す断面模式図である。 ドローレス加工の工程を説明する図である。 ドロー加工の工程を説明する図である。

以下、適宜図面を参照して、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材を実施するための形態（実施形態）について説明する。
なお、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態を説明するに際して、既に説明した実施形態と共通する構成については説明を省略し、相違する構成を中心に説明する。

［第１実施形態］
＜熱交換器用アルミニウムフィン材＞
図１（ａ）に示すように、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、適宜、フィン材という）１Ａは、基板２と、基板２の表面に形成された耐食性皮膜３ａ（下地処理層３）と、耐食性皮膜３ａの表面に形成された親水処理層４と、を備える。

（基板）
基板２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板材であって、熱伝導性および加工性が優れることから、ＪＩＳ Ｈ４０００規定の１０００系のアルミニウムが好適に用いられ、より好ましくは、合金番号１０５０、１０７０、１２００のアルミニウムが使用される。なお、基板２は、熱交換器用アルミニウムフィン材１においては、強度、熱伝導性および加工性等を考慮して、板厚０．０８〜０．３ｍｍ程度のものが使用される。また、基板２は、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、調質等の公知の方法で所望の厚さの板材に製造される。

（下地処理層）
下地処理層３は、無機酸化物または無機−有機複合化合物からなる耐食性皮膜３ａで構成される。
無機酸化物としては、主成分として、ＣｒまたはＺｒを含むものが好ましく、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ものである。しかし、本発明においては、耐食性を奏するものであれば、これに限定されず、例えば、リン酸亜鉛処理、リン酸チタン酸処理を行うことによっても耐食性皮膜３ａを形成することができる。また、無機−有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な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、耐食性皮膜３ａの形成は、例えば、化成処理液を基板２にスプレー等で塗布することによって行われる。

耐食性皮膜３ａは、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３の膜厚としては、１０〜１０００Åとするのが好ましいが、使用目的等に合わせて適宜変更が可能であることはいうまでもない。この耐食性皮膜３ａの形成により、基板２と親水処理層４との密着性が向上すると共に、基板２への凝縮水の接触が抑制され、フィン材１に耐食性が付与される。

（親水処理層）
親水処理層４は、シリカ系多孔体微粒子４ａと水溶性のカルボキシル基含有高分子４ｂと水溶性の水酸基含有高分子４ｂとの混合物を含む塗膜で構成される。この親水処理層４の形成により、フィン材１に親水持続性、加工性、湿潤環境下における密着性が付与される。
なお、親水処理層４の形成は、シリカ系多孔体微粒子４ａを水溶性のカルボキシル基含有高分子４ｂおよび水溶性の水酸基含有高分子４ｂの水系溶液に分散させることによって塗料化し、この塗料を、下地処理層３に塗布、焼付けすることによって行われる。

親水処理層４は、シリカ系多孔体微粒子４ａと水溶性のカルボキシル基含有高分子４ｂと水溶性の水酸基含有高分子４ｂとの混合物に加えて、塗膜中に潤滑性や塗装性や外観等その他付加的な特性を付与するための薬剤を含有してもよい。
潤滑性を付与する薬剤（潤滑成分）としては、インナーワックスがあり、例えば、ラノリン等の動物ワックス、カルナバ等の植物ワックス、ポリエチレンワックス等の合成ワックスや石油ワックス等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上が選択され用いられてもよい。
塗装性を付与する薬剤としては、アセチレングリコール等の界面活性剤があり、例えば、日信化学工業（株）製のサーフィノール（登録商標）等が挙げられる。その他付加的な特性を付与する薬剤としては、着色して意匠性を付与する顔料があり、例えば、大日精化工業（株）製のアクアファインカラー（ＡＦブルーＥ−２Ｂ）等が挙げられる。

シリカ系多孔体微粒子４ａは、例えば特許第３４１０６３４号に記載された製造方法で製造され、これを各種粉砕機によって粉砕したもので、平均粒径が０．１〜１０．０μｍでありかつ細孔直径が１〜５０ｎｍである。そして、親水処理層４におけるシリカ系多孔体微粒子４ａの付着量は、１０〜１００００ｍｇ／ｍ^２である。

シリカ系多孔体微粒子４ａとしては、純粋なシリカよりなるもの以外にも、シリカにアルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ガリウム（Ｇａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、イットリウム（Ｙ）、スズ（Ｓｎ）、バナジウム（Ｖ）、ホウ素（Ｂ）等が混ざったものを挙げることができる。但し、これらはシリカ系多孔体微粒子４ａを製造するときに不可避的に混入することを主として想定しており、これらを積極的に混合させても特別な効果が得られるものではない。

シリカ系多孔体微粒子４ａの平均粒径、細孔直径および親水処理層４における付着量の数値限定理由は以下のとおりである。

シリカ系多孔体微粒子４ａの平均粒径が１０．０μｍを超える場合には、塗料化しようとしても塗料中でシリカ系多孔体微粒子４ａが沈降してしまうため、下地処理層３に均一に塗布することができず、実用化できない。一方、平均粒径が０．１μｍ未満の場合には、塗料の調製の際に大気中に飛散する。さらに、一般論として０．１μｍ未満の粒子は粒子の種類によらず安全性が懸念されるとの議論があるため、実用化できない。
なお、シリカ系多孔体微粒子４ａの平均粒径は、前記したように各種粉砕機で粉砕する際に適宜調整される。そして、平均粒径は、シリカ系多孔体微粒子４ａを水系溶媒に分散させた状態で、レーザー回折式粒度分布測定器等で測定した積算体積５０％粒子径とすることができ、光学顕微鏡写真や電子顕微鏡写真等を用いて測定することもできる。

シリカ系多孔体微粒子４ａの細孔直径が１ｎｍ未満の場合には、製造することが技術的に不可能である。一方、細孔直径が５０ｎｍを超える場合には、多孔体とは言えないものとなり、十分な効果が得られなくなる。すなわち、優れた親水持続性、除霜性および再着霜防止性が得られない。
なお、細孔直径は、細孔径分布曲線における最大ピークを示す細孔直径を意味する。そして、細孔径分布曲線は、窒素等の気体の吸着等温線から、例えばＣｒａｎｓｔｏｎ−Ｉｎｋｌａｙ法、Ｄｏｌｌｉｍｏｒｅ−Ｈｅａｌ法等の計算法を用いて導くことができる。

シリカ系多孔体微粒子４ａの付着量が１０ｍｇ／ｍ^２未満の場合には、親水処理層４が薄膜となり、優れた親水持続性が得られないことから、優れた除霜性および再着霜防止性も得らない。一方、付着量が１００００ｍｇ／ｍ^２を超える場合には、親水処理層４が厚膜となり、塗装後の親水処理層４に外観不良（ムラ）が発生し、加工性（工具磨耗性）が劣る。
なお、シリカ系多孔体微粒子４ａの付着量は、親水維持性の向上を確実なものとするために、５０ｍｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、加工性の確保および親水維持性の向上の効果が飽和することから、１０００ｍｇ／ｍ^２以下であることがさらに好ましい。

シリカ系多孔体微粒子４ａの付着量は、塗料中に含まれるシリカ系多孔体微粒子４ａの含有量と、下地処理層３に塗布する際の塗料の塗布量とによって、適宜調整される。なお、シリカ系多孔体微粒子４ａの付着量は、蛍光Ｘ線によってＳｉの強度を計測することにより測定する。

シリカ系多孔体微粒子４ａは、所定範囲の細孔直径を有することにより、その細孔内部に凝縮水を取り込む機能を有する。そして、細孔内部は狭い空間であるため、細孔内部に取り込まれた凝縮水は凍結しにくい。そのため、熱交換器として使用されたときの暖房運転時に伴う着除霜サイクルにおいて、親水処理層４は、単にシリカ系多孔体微粒子４ａの親水性によって凝縮水を水膜として除去しやすいという特性以外にも、細孔内部の凝縮水が凍結しにくいため、凍結時の凝縮水の体積増加に伴う親水処理層４の損傷を抑制できるという特性を有している。つまり、着除霜サイクル後においても親水処理層４の親水性が劣化しにくくなる。

水溶性のカルボキシル基含有高分子４ｂは、アクリル酸、メタクリル酸およびイタコン酸から選ばれた１種または２種以上のカルボキシル基含有単量体を単独重合または共重合して得られる単独重合体または共重合体、若しくは、これら１種または２種以上のカルボキシル基含有単量体と他の共重合可能な単量体とを共重合して得られる共重合体である。

水溶性の水酸基含有高分子４ｂは、ビニルアルコール、エチレングリコールおよびプロピレングリコールから選ばれた１種または２種以上の水酸基含有単量体を単独重合または共重合して得られる単独重合体または共重合体、若しくは、これら１種または２種以上の水酸基含有単量体と他の共重合可能な単量体とを共重合して得られる共重合体である。

水溶性のカルボキシル基含有高分子４ｂおよび水溶性の水酸基含有高分子４ｂは、親水処理層４においてシリカ系多孔体微粒子４ａを保持しつつ親水性を損なわないバインダーとして機能する。
そして、焼付けによって塗膜を形成した後は、カルボキシル基含有高分子４ｂおよび水酸基含有高分子４ｂは水に溶出することがなくなるため、親水処理層４と下地処理層３との密着性を確保することができ、例えば、運転中に発生する凝縮水により、シリカ系多孔体微粒子４ａが流れてしまうことが少なくなる。よって、優れた親水持続性を得ることができる。

さらに、親水処理層４は、カルボキシル基含有高分子４ｂだけでなく、水酸基含有高分子４ｂを含んで構成されることから、水酸基含有高分子４ｂがカルボキシル基含有高分子４ｂと反応（縮合反応）することにより、湿潤環境下においても親水性を損なうことなく、下地処理層３と親水処理層４との密着性を確保することができる。
したがって、例えば、梅雨時期などの湿潤環境下においてフィン材１をプレス加工した場合であっても、塗膜（下地処理層３、親水処理層４等）が剥離する可能性は低く、剥離した塗膜が金型に堆積することによって、フィンの生産性や加工性が低下するといった事態を回避することができる。また、塗膜が剥離した部分の親水性が低下することにより、除霜性および再着霜防止性が低下するといった可能性も低減することができる。

親水処理層４は、焼付け温度（板の到達温度）１９０〜３００℃で焼付けて形成されるものであることが好ましい。
焼付け温度が１９０℃未満であると、親水処理層４と下地処理層３との密着性を十分に確保することができなくなる。一方、焼付け温度が３００℃を超えると、親水処理層４と下地処理層３との密着性だけでなく加工性についても十分に確保することができなくなる。

（親水処理層の各構成物質の固形分重量比率）
親水処理層４において、カルボキシル基含有高分子４ｂと水酸基含有高分子４ｂとの合計の固形分重量に対する、シリカ系多孔体微粒子４ａの固形分重量比率（つまり、シリカ系多孔体微粒子４ａの固形分重量／カルボキシル基含有高分子４ｂと水酸基含有高分子４ｂとの合計の固形分重量）は１．０〜３．５である。
当該固形分重量比率が１．０未満であると、シリカ系多孔体微粒子４ａの含有比率が低すぎることにより、当該微粒子４ａが発揮する親水持続性の向上という効果を十分に得ることができず、その結果、親水持続性が低下してしまう。一方、当該固形分重量比率が３．５を超えると、シリカ系多孔体微粒子４ａの含有比率が高すぎることにより、つまり、樹脂の含有比率が低くなってしまうことにより、湿潤環境下における密着性が低下してしまう。

親水処理層４において、水酸基含有高分子４ｂの固形分重量に対する、カルボキシル基含有高分子４ｂの固形分重量比率（つまり、カルボキシル基含有高分子４ｂの固形分重量／水酸基含有高分子４ｂの固形分重量）は０．１〜１０．０である。
当該固形分重量比率が０．１未満であると、カルボキシル基含有高分子４ｂの含有割合が低すぎることにより、湿潤環境下における密着性が低下してしまう。同様に、当該固形分重量比率が１０．０を超えると、水酸基含有高分子４ｂの含有割合が低すぎることにより、湿潤環境下における密着性が低下してしまう。
つまり、親水処理層４におけるカルボキシル基含有高分子４ｂと水酸基含有高分子４ｂとの含有比率を所定の範囲に規制することにより、両高分子が適切に反応（縮合反応）する結果、湿潤環境下における密着性を確保することができる。

［第２実施形態］
＜熱交換器用アルミニウムフィン材＞
図１（ｂ）に示すように、第２実施形態に係る熱交換器用アルミニウムフィン材１Ｂは、基板２と、基板２の表面に形成された疎水性塗膜層３ｂ（下地処理層３）と、疎水性塗膜層３ｂの表面に形成された親水処理層４と、を備える。

（下地処理層）
下地処理層３は、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂およびポリアクリル酸系樹脂のうちの少なくとも１種よりなる疎水性樹脂からなる疎水性塗膜層３ｂで構成される。
このような疎水性塗膜層３ｂの形成により、酸性雰囲気などにおける苛酷な多湿環境においても、親水処理層４を浸透してきた凝縮水が基板２と接触するのを抑制できる。それにより、基板２の腐食（酸化）によるアルミ酸化物の発生が抑制され、フィン材１に耐食性が付与される。なお、疎水性塗膜層３ｂの形成は、例えば、疎水性樹脂の水系溶液を基板２に塗布、焼付けすることによって行われる。

疎水性塗膜層３ｂの膜厚は０．１〜１０μｍであることが好ましい。膜厚が０．１μｍ未満であると、親水処理層４からの凝縮水の浸透を防止できず、フィン材１の耐食性が低下しやすい。また、一般的な熱交換器においては、フィン材１を貫いて構成される伝熱管には銅管が使用されることが多く、疎水性塗膜層３ｂの膜厚が１０μｍを超えると、疎水性塗膜層３ｂによる銅管との接触熱抵抗が大きくなり、伝熱性能が低下してしまうことが推定される。また経済的にも１０μｍを超える膜厚は好ましくない。なお、疎水性塗膜層３ｂのより好ましい膜厚は０．５〜２μｍである。このような膜厚により、フィン材１の耐食性がより一層高くなる。

［第３実施形態］
＜熱交換器用アルミニウムフィン材＞
図１（ｃ）に示すように、第３実施形態に係る熱交換器用アルミニウムフィン材１Ｃは、基板２と、基板２の表面に形成された耐食性皮膜３ａ（下地処理層３）と、耐食性皮膜３ａの表面に形成された疎水性塗膜層３ｂ（下地処理層３）と、疎水性塗膜層３ｂの表面に形成された親水処理層４と、を備える。
なお、下地処理層３を耐食性皮膜３ａと疎水性塗膜層３ｂとで構成する場合には、図１（ｃ）に示すように、基板２側に耐食性皮膜３ａを形成することが好ましい。

［第４実施形態］
＜熱交換器用アルミニウムフィン材＞
図１（ｄ）に示すように、第４実施形態に係る熱交換器用アルミニウムフィン材１Ｄは、基板２と、基板２の表面に形成された下地処理層３と、下地処理層３の表面に形成された親水処理層４と、親水処理層４の表面に形成された潤滑処理層５と、を備える。
なお、下地処理層３は、耐食性皮膜３ａで構成されていても、疎水性塗膜層３ｂで構成されていても、耐食性皮膜３ａと疎水性塗膜層３ｂとで構成されていてもよい。

（潤滑処理層）
潤滑処理層５は、水に溶出する樹脂、例えば、ポリエチレングリコール、変性ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、からなり、膜厚０．０１〜１μｍで形成される。この潤滑処理層５の形成は、水に溶出する樹脂の水系溶液を親水処理層４に塗布、焼付けすることによって行われる。

潤滑処理層５は、熱交換器の運転時に、フィン表面に付着する凝縮水に溶出し、フィン表面に残存する成形加工油等を凝縮水によって洗い流すことができる。それによって、成形加工油等に起因する親水持続性の低下が抑制される。また、親水処理層４が無機系化合物で構成されるために、フィン材１を成形加工する際に親水処理層４が金型と粘着したりすることがあるが、潤滑処理層５の形成により、その粘着を抑制することができる。その結果、加工性が向上する。

潤滑処理層５の膜厚が０．０１μｍ未満の場合には、フィン材１の成形加工の際に、親水処理層４の金型への粘着を抑制することができず、優れた加工性（工具磨耗性）が得られにくい。また、膜厚が１μｍを超える場合には、潤滑処理層５自体の吸湿効果により、潤滑処理層５の表面が粘着質となり、フィン材１の成形加工の際に金型に巻きつき（食いついて）、うまく加工することができない。

なお、図１（ａ）〜（ｄ）を用いて、基板２の片面に下地処理層３、親水処理層４および潤滑処理層５を形成する場合を説明したが、基板２の両面に各層が形成されていてもよい。

［熱交換器用アルミニウムフィン材の製造方法］
次に、熱交換器用アルミニウムフィン材の製造方法の一例について説明する。
以下では、図１（ｃ）に示された熱交換器用アルミニウムフィン材１Ｃの製造方法について説明する。

（１）アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる基板２の表面に、リン酸クロメート処理、リン酸ジルコニウム処理等を施すことにより、無機酸化物または無機−有機複合化合物よりなる耐食性皮膜３ａを形成する。ここで、リン酸クロメート処理、リン酸ジルコニウム処理等は、基板２に化成処理液をスプレー等により塗布することで行われる。その塗布量としては、ＣｒまたはＺｒ換算で１〜１００ｍｇ／ｍ^２の範囲で塗布するのが好ましく、形成される膜厚としては、１０〜１０００Åとするのが好ましい。また、耐食性皮膜３ａを形成する前に、基板２の表面にアルカリ水溶液をスプレー等して、基板２の表面を予め脱脂するのが好ましい。脱脂により基板２と下地処理層３との密着性が向上する。

（２）形成された耐食性皮膜３ａの表面に、疎水性樹脂の水系溶液を塗布した後、焼付けを行い、疎水性塗膜層３ｂを形成する。塗布方法は、バーコータ、ロールコータ等の従来公知の塗布方法で行い、塗布量は、疎水性塗膜層３ｂの膜厚が０．１〜１０μｍとなるように適宜設定（調製）する。焼付け温度（アルミニウム板の到達温度）は、塗布する疎水性樹脂によって、適宜設定するが、一般的に１５０〜３００℃の範囲で行う。

（３）形成された疎水性塗膜層３ｂの表面に、平均粒径が０．１〜１０μｍでありかつ細孔直径が１〜５０ｎｍであるシリカ系多孔体微粒子４ａと水溶性のカルボキシル基含有高分子４ｂと水溶性の水酸基含有高分子４ｂとの混合物からなる水分散液を塗布した後、焼付けを行い、親水処理層４を形成してフィン材１とする。塗布方法は、バーコータ、ロールコータ等の従来公知の塗布方法で行い、塗布量は、親水処理層４におけるシリカ系多孔体微粒子４ａが１０ｍｇ／ｍ^２〜１００００ｍｇ／ｍ^２付着しているように適宜設定（調製）する。焼付け温度（アルミニウム板の到達温度）は、塗布する水分散液によって、適宜設定するが、前記のとおり、１９０〜３００℃の範囲で行うのが好ましい。

また、図１（ｄ）に示されたフィン材１Ｄを製造する際には、前記（１）〜（３）を行った後に、以下の（４）を行う。
（４）形成された親水処理層４の表面に、水に溶出する樹脂（水溶性樹脂）の水系溶液を塗布した後、焼付けを行い、潤滑処理層５を形成する。塗布方法は、バーコータ、ロールコータ等の従来公知の塗布方法で行い、塗布量は、潤滑処理層５の膜厚が０．０１〜１μｍとなるように適宜設定（調製）する。焼付け温度（アルミニウム板の到達温度）は、塗布する水系溶液によって、適宜設定するが、一般に１００℃〜２００℃の範囲で行う。

なお、前記した製造方法で作製されたフィン材を、熱交換器用アルミニウムフィンとして用いる際には、図２、図３に示すように、フィン材１の板厚方向に銅管等からなる伝熱管（図示せず）を通す貫通孔１０ｂを成形加工してフィン１０とする。そして、成形加工方法としては、例えば、ドローレス加工、ドロー加工等が用いられる。

図２に示すように、ドローレス加工は、ドロー加工に比べて少ない工程で伝熱管を通す貫通孔１０ｂを有するカラー部１０ａを成形加工できるもので、ピアスバーリング工程、第１アイアニング工程、第２アイアニング工程、フレアリング工程の４工程でフィン材１にカラー部１０ａ（貫通孔１０ｂ）を成形加工する。

図３に示すように、ドロー加工は、従来から行われている最も一般的な成形加工方法で、第１ドローイング工程、第２ドローイング工程、第３ドローイング工程、第４ドローイング工程、ピアスバーリング工程、フレアリング工程の６工程でフィン材１にカラー部１０ａ（貫通孔１０ｂ）を成形加工する。

さらに、実施例及び比較例を示しながら、本発明を具体的に説明する。

以下の方法により、フィン材を作製した。基板としては、いずれもＪＩＳ Ｈ４０００に規定する合金番号１２００のアルミニウムよりなる板厚０．１ｍｍのアルミニウム板を用いた。

このアルミニウム板の片面に、耐食性皮膜を形成するためのリン酸クロメート処理を行った。化成処理液としては、日本ペイント株式会社製アルサーフ（登録商標）４０１／４５、リン酸、クロム酸を使用した。このときの耐食性皮膜の膜厚は、４００Åとした（蛍光Ｘ線法で測定したＣｒ換算値は２０ｍｇ／ｍ²であった）。

この耐食性皮膜またはアルミニウム板の片面に、疎水性塗膜層（膜厚１．０μｍ）を形成したものも作製した。疎水性塗膜層の形成は、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）を塗布し、焼付けを実施することによって行った。焼付け温度はアルミニウム板の到達温度で１６０℃となるように実施した。このようにして作製した耐食性皮膜と疎水性塗膜層をまとめて下地処理層とした。

この下地処理層の片面に、表１に示す平均粒径および細孔直径のシリカ系多孔体微粒子（富士シリシア株式会社製、サイリシア（登録商標）４２０）と水溶性のカルボキシル基含有高分子と水溶性の水酸基含有高分子との混合物を付着させるための水分散液（塗料）を塗布し、焼付けを実施して、シリカ系多孔体微粒子の付着量が表１である親水処理層を形成した。
なお、焼付けは、表１に記載の焼付け温度（最高到達温度：ＰＭＴ）で行った。

水溶性のカルボキシル基含有高分子としては、ポリアクリル酸（東亜合成製、ジュリマー（登録商標）ＡＣ−１０Ｈ）を用いた。
水溶性の水酸基含有高分子としては、ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセノール（登録商標）ＮＬ−０５）を用いた。

また、カルボキシル基含有高分子／水酸基含有高分子の組み合わせとしては、前記物質の代わりに、ポリアクリル酸／ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）の組み合わせを使用して親水処理層を形成したもの（試料Ｎｏ．９）、メタクリル酸／ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）の組み合わせを使用して親水処理層を形成したもの（試料Ｎｏ．１０）、潤滑性を付与する薬剤（潤滑成分）としてポリエチレンワックスを添加し親水処理層を形成したもの（試料Ｎｏ．１３）、樹脂を用いずに親水処理層を形成したもの（試料Ｎｏ．２１）、エポキシ樹脂を使用して親水処理層を形成したもの（試料Ｎｏ．２６）も作成した。

また、細孔を有しないシリカ微粒子（日産化学工業（株）製、スノーテックス（登録商標）ＸＬ：粒子径４０〜６０ｎｍ）を使用して親水処理層を形成したもの（試料Ｎｏ．２７）、シリカ系微粒子を使用せず珪酸塩化合物とポリアクリル酸からなる親水処理層（膜厚０．０５μｍ）を塗布、焼付け（焼付け温度はアルミニウム板の到達温度で２００℃）により形成したもの（試料Ｎｏ．２８）も作製した。

なお、シリカ系多孔体微粒子の平均粒径については、光学顕微鏡写真で測定した。また、シリカ系多孔体微粒子の細孔直径については、窒素吸着等温線からＣｒａｎｓｔｏｎ−Ｉｎｋｌｅｙ法により導き出した細孔径分布曲線から算出した最大ピークを示す細孔直径を用いた。さらに、シリカ系多孔体微粒子の付着量は蛍光Ｘ線によるＳｉ強度によって測定した。

その後、親水処理層の片面に潤滑処理層を形成することで、フィン材を製造した。
なお、潤滑処理層の形成は、親水処理層の片面にポリビニルアルコールの水系溶液を塗布し、焼付けを実施して、表１に示す膜厚とした。焼付け温度はアルミニウム板の到達温度で２００℃となるように実施した。

作製したフィン材（試料Ｎｏ．１〜２８）について、以下の方法により、親水持続性、除霜性、再着霜防止性、密着性、加工性および耐食性を評価した。

＜親水性（着除霜サイクル後）＞
親水持続性、除霜性および再着霜防止性については、親水性（着除霜サイクル後）によって評価した。
親水性（着除霜サイクル後）は、−１０℃の冷却されたボックス表面にフィン材を１時間貼り付け、保持してフィン材表面に霜を形成させ、その後、５０℃で１０分間融解する処理を１サイクルとし、フィン材に１５サイクル実施後、純水滴下時の接触角をゴニオメータにて測定することにより評価した。
測定された接触角が１０°未満である場合を非常に好ましい状態（○）、接触角が１０°以上３０°未満の場合を好ましい状態（△）とし、３０°以上の場合を好ましくない状態（×）とし、（○）および（△）の状態を合格とした。

＜密着性＞
密着性は、イオン交換水１ｍｌを染み込ませたキムワイプ（登録商標）Ｓ２００を、２ポンドハンマーの先端に２枚巻きつけて、フィン材表面を１００往復させるラビング試験を実施後、蛍光Ｘ線によってＳｉの強度を計測することで、長手方向のラビング試験実施箇所と実施していない箇所との皮膜量（親水処理層の量）を計測し、皮膜の残存率を算出して評価した。
算出された皮膜の残存率が９０％以上である場合を非常に好ましい状態（○）、皮膜の残存率が７０％以上９０％未満である場合を好ましい状態（△）、皮膜の残存率が７０％未満である場合を好ましくない状態（×）とし、（○）および（△）の状態を合格とした。

＜加工性＞
加工性は、フィン材１にドローレス加工（図２参照）およびドロー加工（図３参照）を施してフィン１０を作製し、連続１万ショットを実施後のフィン１０のカラー部１０ａの成形性を目視にて確認することによって評価した。
成形後のフィン１０のカラー部１０ａの内面に焼きつき等の成形不具合が確認されない場合を合格（○）とし、成形不具合が確認される場合を不合格（×）とした。なお、ドローレス加工およびドロー加工の少なくとも一方で合格（○）の場合を、加工性において合格（○）とした、

＜耐食性＞
耐食性は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準じ、塩水噴霧試験をフィン材に２００時間実施した際の腐食面積率に応じたレイティングナンバーにて評価した。
レイティングナンバーが９．５以上の場合を合格（○）とし、レイティングナンバーが９．５未満の場合を不合格（×）とした。

フィン材（試料Ｎｏ．１〜２８）について、親水性（着除霜サイクル後）、密着性、加工性および耐食性の評価結果を表１に示す。
なお、表１中の下線は、本発明で規定する要件を満たさないことを示す。

表１に示すように、実施例（試料Ｎｏ．１〜１３）は、本発明の要件を満たしているため、親水持続性、除霜性および再着霜防止性の指標となる親水性（着除霜サイクル後）が合格、かつ、密着性、加工性および耐食性も合格であった。なお、以下では、「親水性（着除霜サイクル後）」を「親水性」と称する。

なお、潤滑処理層を備えていない実施例（試料Ｎｏ．３）、シリカ系多孔体微粒子の付着量が上限値に近い実施例（試料Ｎｏ．５）においては、ドローレス加工のアイアニング工程において、潤滑不足に伴う成形不具合が確認されたが、ドロー加工においては成形不具合が確認されなかったため、加工性においては合格とした。
また、親水処理層の焼付け温度が、本発明の規定する範囲未満である実施例（試料Ｎｏ．１１）は、いずれの項目も合格という評価ではあったが、密着性については○ではなく△という評価にとどまった。

これに対し、比較例（試料Ｎｏ．１４〜２８）は、本発明の要件のいずれかを満たしていないため、親水性、密着性、加工性および耐食性のうちの少なくとも１つの評価項目において不合格という結果となった。

具体的には、比較例（試料Ｎｏ．１４）は、下地処理層を備えていないため、耐食性が不合格となった。比較例（試料Ｎｏ．１５）は、シリカ系多孔体微粒子の細孔直径が下限値未満であるため、多孔体微粒子が製造できず実用的でなかった。比較例（試料Ｎｏ．１６）は、シリカ系多孔体微粒子の細孔直径が上限値を超えるため、親水性が不合格であった。比較例（試料Ｎｏ．１７）は、シリカ系多孔体微粒子の平均粒径が下限値未満であるため、安全性の懸念があり実用的でなかった。比較例（試料Ｎｏ．１８）は、シリカ系多孔体微粒子の平均粒径が上限値を超えるため、親水処理層用塗料が調製できず実用的でなかった。

比較例（試料Ｎｏ．１９）は、シリカ系多孔体微粒子の付着量が下限値未満であるため、親水性が不合格であった。比較例（試料Ｎｏ．２０）は、シリカ系多孔体微粒子の付着量が上限値を超えるため、加工性が不合格であった。比較例（試料Ｎｏ．２１）は、親水処理層にカルボキシル基含有高分子や水酸基含有高分子を適用しなかったため密着性、加工性が不合格であった。

比較例（試料Ｎｏ．２２）は、親水処理層のシリカ系多孔体微粒子の固形分重量比率が上限値を超えたため密着性が不合格であった。比較例（試料Ｎｏ．２３）は、親水処理層のシリカ系多孔体微粒子の固形分重量比率が下限値未満であったため、親水性が不合格であった。比較例（試料Ｎｏ．２４）は、親水処理層の水酸基含有高分子に対するカルボキシル基含有高分子の固形分重量比率が下限値未満であったため、密着性が不合格であった。比較例（試料Ｎｏ．２５）は、親水処理層の水酸基含有高分子に対するカルボキシル基含有高分子の固形分重量比率が上限値を超えていたため、密着性が不合格であった。

比較例（試料Ｎｏ．２６）は、親水処理層に疎水性樹脂を適用したため、親水性が不合格であった。比較例（試料Ｎｏ．２７）は、細孔を有しない微粒子を適用したため、親水性が不合格であった。比較例（試料Ｎｏ．２８）は、親水処理層の構成が本発明の規定するものと異なるため、親水性が不合格であった。

なお、比較例（試料Ｎｏ．２８）は、下地処理層を備えること以外は特許文献２に記載されたフィン材と同一構成のものである。

以上、本発明に係る熱交換器用アルミニウムフィン材について、実施の形態及び実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、特許請求の範囲の記載に基づいて改変・変更等することができることはいうまでもない。

１ 熱交換器用アルミニウムフィン材（フィン材）
１Ａ 第１実施形態に係る熱交換器用アルミニウムフィン材（フィン材）
１Ｂ 第２実施形態に係る熱交換器用アルミニウムフィン材（フィン材）
１Ｃ 第３実施形態に係る熱交換器用アルミニウムフィン材（フィン材）
１Ｄ 第４実施形態に係る熱交換器用アルミニウムフィン材（フィン材）
２ 基板
３ 下地処理層
３ａ 耐食性皮膜
３ｂ 疎水性塗膜層
４ 親水処理層
４ａ シリカ系多孔体微粒子
４ｂ カルボキシル基含有高分子と水酸基含有高分子（カルボキシル基含有高分子、水酸基含有高分子および潤滑成分）
５ 潤滑処理層

Claims (4)

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、
   前記基板の表面に形成され、無機酸化物または無機−有機複合化合物からなる耐食性皮膜、および、疎水性樹脂からなる疎水性塗膜層の少なくとも一層から構成される下地処理層と、
   前記下地処理層の表面に形成され、平均粒径が０．１〜１０．０μｍでありかつ細孔直径が１〜５０ｎｍであるシリカ系多孔体微粒子と水溶性のカルボキシル基含有高分子と水溶性の水酸基含有高分子との混合物を含む塗膜で構成される親水処理層と、を備え、
   前記親水処理層における前記シリカ系多孔体微粒子の付着量が１０〜１００００ｍｇ／ｍ^２であり、
   前記カルボキシル基含有高分子と前記水酸基含有高分子との合計の固形分重量に対する、前記シリカ系多孔体微粒子の固形分重量比率が１．０〜３．５であり、
   前記水酸基含有高分子の固形分重量に対する、前記カルボキシル基含有高分子の固形分重量比率が０．１〜１０．０であ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. 前記親水処理層は、焼付け温度１９０〜３００℃で焼付けて形成され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. 前記親水処理層の表面に、水に溶出する樹脂からなる潤滑処理層をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。
4. 前記親水処理層は潤滑成分を更に含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。

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