JP3274044B2

JP3274044B2 - 熱交換器用表面処理フィン材及びその製造方法

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Publication number: JP3274044B2
Application number: JP19601995A
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: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 2002-04-15
Anticipated expiration: 2015-07-07
Also published as: JPH0926288A

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、特に家庭用空調器のフィンと
して好適の熱交換器用表面処理フィン材に関する。な
お、以下、本明細書において、アルミニウムという場合
はアルミニウム合金も含む。

【０００２】

【従来の技術】従来よりアルミニウムは熱伝導性及び成
形性が優れていることから、熱交換器用フィンとして使
用されている。このようなフィン材は、腐食発生防止を
目的としてそのフィン材表面に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間に留まること
を防止するため、水滴落下性を向上させたり、逆に、水
滴を水膜状にして落下させるために、親水性を向上させ
る表面処理をフィン材に施している。

【０００３】フィン材の親水性を向上させる表面処理の
方法には、以下に示す方法がある。即ち、ケイ酸塩を使
用する処理方法（特許第１７６９９７８号）、熱硬化性
の樹脂にシリカ微粒子を分散させた皮膜を塗布する処理
方法（特開平３−２６９０７２号）、セルロース樹脂及
びアクリル樹脂により耐食皮膜を形成する処理方法（特
公平４−２３６３２号）、親水性有機化合物と、メラミ
ン樹脂、尿素樹脂又はベンゾクアナミン樹脂の有機硬化
剤とを添加した親水皮膜を形成する処理方法（特公平５
−１５１７６号）がある。

【０００４】なお、親水性が良好な場合には、フィン材
に付着した水滴の接触角が小さくなる。接触角θとは、
図１に示すように、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が低いほど水膜が薄くなり、親水性が良
好となる。親水性が良好な場合は、水滴の落下性が良好
となるので、図２に示すような熱交換器の熱交換部にお
いては、フィンに付着した水滴又は水膜による送風時の
抵抗が少なくなり、優れた熱交換器特性が得られる。

【０００５】図３はフィン表面の水滴付着状況を示す模
式図である。この図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、又は、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、著しく送風抵抗が増加する。

【０００６】

【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、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。

【０００７】一方、特公平４−２３６３２号公報及び特
公平５−１５１７６号公報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、冷房運転と送風運転と
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。なお、ポリビニ
ル系樹脂としてポリアクリル酸を使用して表面処理を施
しても、持続性のある親水性を得ることができない。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、特定樹脂によって、フィン材の表面形態を
制御することにより、工具摩耗性及び臭気特性を向上さ
せることができ、水滴の接触角を低下させて大幅に親水
性を向上させることができる熱交換器用表面処理フィン
材を提供することを目的とする。

【０００９】

【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、アルミニウム又はアルミニウム合
金板の表面に、分子量が５００以上のエポキシ系架橋剤
と重合度が５０以上のポリビニル系樹脂との混合物から
なる皮膜が形成され、前記エポキシ系架橋剤は１分子内
に（−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ−又は−ＣＨ（ＣＨ₃）−ＣＨ₂
−Ｏ−）を構成単位とする重合体と２基のエポキシ基と
からなり、前記皮膜は前記エポキシ系架橋剤の１重量部
に対して前記ポリビニル系樹脂が０．２乃至４．０重量
部の割合で混合されて形成されており、その表面の１辺
が１０μｍの正方形の測定視野における平均直径０．１
乃至５μｍの穴の数が１又は複数の測定視野の平均値で
５個以上であることを特徴とする。

【００１０】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、１分子内に（−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ−又は
−ＣＨ（ＣＨ₃）−ＣＨ₂−Ｏ−）を構成単位とする重合
体と２基のエポキシ基とを有し、その分子量が５００以
上のエポキシ系架橋剤１重量部と、重合度が５０以上の
ポリビニル系樹脂０．２乃至４．０重量部とからなる混
合物をアルミニウム又はアルミニウム合金板に塗布し、
その後前記アルミニウム又はアルミニウム合金板を１５
０乃至２５０℃の温度で５乃至６０秒間焼き付けること
を特徴とする。

【００１１】

【作用】本願発明者等は、上述した水ガラス系の処理を
施したフィン材において、工具摩耗及び臭気発生を抑制
し、また樹脂系処理を施したフィン材において、親水持
続性（低接触角の持続性）を図るべく鋭意研究を重ねた
結果、分子内に（−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ−又は−ＣＨ（Ｃ
Ｈ₃）−ＣＨ₂−Ｏ−）を構成単位とする重合体と２基の
エポキシ基とを有するエポキシ系架橋剤に、ポリビニル
系樹脂を混合し、これをアルミニウム板に塗布すること
により、耐工具摩耗性、臭気特性及び親水性が良好なフ
ィン材を得ることができることを見出した。

【００１２】本発明における分子構造を有するポリビニ
ル系樹脂は、それ自体が水溶性の樹脂であり、良好な親
水性を有するが、この樹脂単独で使用されると、容易に
流出してしまい、フィン材の親水持続性を保持すること
ができない。また、この樹脂は吸湿性が高いので、この
樹脂を使用してコイル塗装をアルミニウム板に施すと、
コイル状に巻き取った後に板同士がくっついてしまう所
謂ブロッキングが発生したり、加工時に加工不良が生じ
る傾向がある。

【００１３】そこで、本発明において規定した分子構造
を有するエポキシ系架橋剤をポリビニル系樹脂と混合し
て皮膜を形成することにより、これらのブロッキング及
び加工不良は生じることがなく、親水持続性が優れたフ
ィン材を得ることができる。

【００１４】以下、本発明に係る表面処理フィン材の構
成及びその製造方法について詳述する。先ず、エポキシ
系架橋剤のエポキシ基の個数、構成単位及び分子量につ
いて説明する。エポキシ系架橋剤のエポキシ基の個数：２基処理浴に添加するエポキシ系架橋剤は、下記化１に示す
２基のエポキシ基を有する。

【００１５】

【化１】

【００１６】また、この２基のエポキシ基に加え、本発
明におけるエポキシ系架橋剤は、１分子内に（−ＣＨ₂
−ＣＨ₂−Ｏ−又は−ＣＨ（ＣＨ₃）−ＣＨ₂−Ｏ−）を
構成単位とする重合部を有するものである。

【００１７】エポキシ系架橋剤が３基以上のエポキシ基
を有する場合、又は上記構成単位を有しない場合は、水
滴の接触角が高くなり、フィン材の親水性が低下してし
まう。この親水性の低下は、架橋密度が高くなるために
起こるものと推定される。一方、エポキシ基が一基の場
合は、ポリビニル系樹脂同士が架橋されないため、ポリ
ビニル系樹脂が容易に流失してしまい、親水性が持続し
ない。

【００１８】エポキシ系架橋剤の分子量：５００以上エポキシ系架橋剤の分子量が小さい場合は、上述のエポ
キシ基が３基以上存在するエポキシ系架橋剤と同様に、
架橋密度の増加が原因とみられる親水性の低下が起き
る。従って、エポキシ系架橋剤の分子量は５００以上と
する。

【００１９】エポキシ系架橋剤の分子量の上限は特に制
限されず、分子量が大きいほどフィン材の親水性が良好
となるものの、分子量１５００以上のエポキシ系架橋剤
は、融点が高く、室温（約２０℃程度）では固体とな
り、処理浴の作製が困難となる。よって、エポキシ系架
橋剤の分子量は１５００以下であることが好ましい。

【００２０】なお、このようなエポキシ系架橋剤として
は、エチレンポリエチレングリコールジグリシジルエー
テル又はプロピレンポリプロピレングリコールジグリシ
ジルエーテルがある。但し、これらのエポキシ系架橋剤
においても、その分子量が５００以上となるように構成
単位（−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ−若しくは−ＣＨ（ＣＨ₃）
−ＣＨ₂−Ｏ−）の重合度を適切な値に設定する必要が
あり、また前記構成単位の重合度を、前記分子量が１５
００以下となるように、設定することが好ましい。

【００２１】次に、ポリビニル系樹脂の化学構造式及び
重合度について説明する。

【００２２】先ず、ポリビニル系樹脂の化学構造式を下
記化２に示す。

【００２３】

【化２】

【００２４】但し、ｎは５０以上であり、また、置換基
Ｙは、ＯＨ、ＮＨ₂又はＣＯＯＺのうちの１種又は複数
種であって、前記ＣＯＯＺ中のＺは、Ｎａ原子、Ｋ原
子、Ｌｉ原子又はＮＨ₄原子団のうちの１種又は複数種
である。

【００２５】このポリビニル系樹脂は、ポリアクリル酸
のＮａ、Ｋ、ＮＨ₄若しくはＬｉ塩、ポリビニルアルコ
ール又はポリアミド樹脂のいずれかである必要があり、
これらの混合物であってもよい。

【００２６】ポリビニル系樹脂の重合度：５０以上重合度が５０より小さい場合には、皮膜に微細な穴が生
成しないためフィン材の親水性が不十分となる。従っ
て、上記化２に示すポリビニル系樹脂の重合度ｎは５０
以上とする。また、重合度ｎの上限は特に制限されない
が、重合度ｎが１００００を超えると処理浴の粘度が大
きくなり作業性が低下してしまう。このため、ポリビニ
ル系樹脂の重合度は、１００００以下であることが好ま
しい。

【００２７】次に上述のように規定されたエポキシ系架
橋剤に、同じく上述のように規定されたポリビニル系樹
脂を混合して、フィン材に皮膜を形成した場合の混合比
及びこの皮膜に生じる穴について説明する。

【００２８】混合比：０．２乃至４．０重量部エポキシ系架橋剤１重量部に、ポリビニル系樹脂を０．
２乃至４．０重量部の割合以外の割合で混合した場合
は、得られた皮膜の外観は目視による観察においては透
明であり、また電子顕微鏡による表面形態観察において
も微細な穴がほとんど確認されなかった。このため、フ
ィン材の乾湿を繰り返した後は、フィン材に付着した水
滴の接触角が高くなる。

【００２９】一方、エポキシ系架橋剤１重量部に、ポリ
ビニル系樹脂０．２乃至４．０重量部を混合して形成さ
れた皮膜は、その表面に微細な穴が生成されて、スリガ
ラス状の粗面化した外観となる。このような皮膜を表面
に有するフィン材は、フィン材表面の微細な穴の中に水
分が吸い込まれることにより、フィン材表面と水との親
水性が良好なものとなる。従って、水濡れ性が良好であ
り、水滴の接触角が低く、また、この低接触角を持続で
きるフィン材を得るために、フィン材の皮膜はエポキシ
系架橋剤１重量部に、ポリビニル系樹脂０．２乃至４．
０重量部を混合して形成されたものとする。

【００３０】穴の平均直径：０．１乃至５μｍ上述の穴がフィン材表面に存在する場合は、穴が無い平
滑な表面より、水滴の接触角が低下し、濡れ性が向上す
る。穴の平均直径が、０．１μｍ未満である場合は、水
滴の接触角が大きくなり親水性が低下する。また、穴の
平均直径が５μｍを超えると、同様に接触角が大きくな
り親水性が低下する。従って、平均直径が、０．１乃至
５μｍの穴が濡れ性及び親水性の向上に寄与する。

【００３１】なお、フィン材表面の皮膜に存在する穴の
形状は、円形とは限らず、楕円形等のように一定の直径
を有しない場合もある。そこで、穴の大きさは、下記数
式１で定義される平均直径で規定する。

【００３２】

【数１】平均直径＝（ａ＋ｂ）／２但し、ａ：穴の長軸の長さ（最も大きい直径の値）ｂ：穴の短軸の長さ（最も小さい直径の値）。

【００３３】穴の生成密度：１辺が１０μｍの正方形の
測定視野において平均値で５個以上平均直径が前記範囲の濡れ性及び親水性の向上に寄与す
る穴の生成密度が小さい場合は、水滴の接触角が高くな
り親水性が低下する。この親水性の低下は、皮膜表面に
平坦部が多くなるために生じるものと考えられる。よっ
て、上述の穴の生成密度は、１０μｍ四方当たり５個以
上とする。

【００３４】但し、この穴の生成密度は、１０μｍ四方
の測定視野が１個の場合は、その測定視野において前記
範囲の平均直径を有する穴が５個以上であることを示
し、前記測定視野が複数個の場合は、前記範囲の平均直
径を有する穴がその複数個の測定視野についての平均値
で５個以上であることを示す。

【００３５】なお、皮膜の厚さは、特に制限されないも
のの、１乃至２μｍが加工性及び経済性の点から適正で
ある。また本発明に係る皮膜は単独では耐食性を有しな
いので、クロム酸クロメート処理、リン酸クロメート処
理、塗布型クロメート処理又は耐食性樹脂プライマー塗
装等の防食処理を下地処理としてアルミニウム板に実施
した後に形成することが好ましい。

【００３６】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、上述のエポキシ系架橋剤とポリビニル系
樹脂との混合物を、アルミニウム板表面に塗布し焼き付
けるものである。この焼き付けにおける焼き付け温度及
び時間について説明する。

【００３７】焼き付け温度：１５０乃至２５０℃ 焼き付け温度が１５０℃未満では、架橋温度が低すぎる
ために、焼き付け後におけるフィン材の親水性が低下し
てしまう。また、焼き付け温度が２５０℃を超えると、
架橋密度が高くなりすぎて、フィン材の親水性が低下す
ることに加え、フィン材を形成するアルミニウム板自体
の特性を低下させてしまう。よって、焼き付け温度は１
５０乃至２５０℃とする。

【００３８】焼き付け時間：５乃至６０秒焼き付け時間が５秒未満では、焼き付け時間が短すぎ
て、架橋密度が不十分であり、フィン材の親水性が低下
する。また、焼き付け時間が６０秒を超えた場合は、架
橋密度が高くなりすぎるために、親水性が低下してしま
う。よって、焼き付け時間は５乃至６０秒とする。

【００３９】

【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及び従来例と比較して説明す
る。下記表１に示す実施例Ｎｏ．１〜４の皮膜について
は、リン酸クロメート処理（日本ペイント製アルサーフ
４０１／４５（夫々４％／０．４％））を施したアルミ
ニウム板（ＪＩＳＡ１１００Ｈ２２、板厚０．１
１ｍｍ、Ｃｒ量１５ｍｇ／ｍ²）にし、バーコーターに
よりその厚さが１μｍとなるようにし、２００℃の温度
で３０秒間加熱して皮膜をアルミニウム板に焼き付けて
形成した。

【００４０】

【表１】実施例Ｎｏ．１〜４における各エポキシ系架橋剤の化学
構造式を、夫々下記化３〜６に示す。

【００４１】

【化３】

【００４２】

【化４】

【００４３】

【化５】

【００４４】

【化６】

【００４５】一方、従来例Ｎｏ．１〜３においては、下
記表２に示す組成からなる皮膜をその表面に形成したフ
ィン材を使用した。

【００４６】

【表２】また、比較例Ｎｏ．１〜６は、実施例Ｎｏ．１〜４と同
様な処理を施した下記表３に示す組成からなる皮膜をそ
の表面に形成したフィン材を使用した。

【００４７】

【表３】

【００４８】比較例Ｎｏ．１及び２におけるエポキシ系
架橋剤の化学構造式を、夫々下記化７及び８に示す。ま
た、比較例Ｎｏ．３の化学構造式は、前述の化３であ
り、比較例Ｎｏ．４の化学構造式は、前述の化４であ
る。そして比較例Ｎｏ．５及び６の化学構造式は、いず
れも上記化５である。

【００４９】

【化７】

【００５０】

【化８】

【００５１】親水性を評価するために、フィン材を水道
水に８時間浸漬した後、８０℃の温度で１６時間乾燥さ
せる処理を１サイクルとし、７サイクル実施した後、フ
ィン材に水滴を０．０１ミリリットル付着させて、その
ときの接触角を測定した。また、臭気については１００
時間に亘って水道水にフィン材を浸漬した後、官能評価
（呼気を吹きかけて匂いを嗅ぐ）を実施して評価した。
無臭のものを１とし、異臭が強くなるに従って数字を大
きくし、最も異臭の強いものを５とした。工具磨耗につ
いては、日高精機製ドローレス金型を使用してフィン材
を実機プレスした場合（１０万パンチ、プレス油ＡＦ２
Ｃ、加工速度２５０ｓｐｍ）において、しごきポンチ
（第２アイアニングしごき率５０％）の摩耗状況及び焼
き付き状況を調査し、異常がないものを○、焼き付きが
軽微なものを△、そして疵が付いたものを×として評価
した。また、電子顕微鏡（加速電圧５ｋＶ、倍率２００
０倍又は１００００倍）によりフィン材皮膜表面を撮影
し、得られた写真から５箇所を選び出し、夫々の場所に
ついて１辺が１０μｍ四方の測定視野に存在する穴の個
数を数え、この平均値を穴密度とした。これらの評価結
果を下記表４に示す。

【００５２】

【表４】

【００５３】上記表４に示すように実施例Ｎｏ．１〜４
ついては、穴密度が５個／１０μｍ四方以上であるの
で、乾湿繰り返し後の接触角が、１４〜１７°と低いも
のとなった。これらの接触角は、ガラス系のそれ（従来
例Ｎｏ．３）とほぼ等しく、また、これらの接触角は表
面が平滑な樹脂系処理した場合（従来例Ｎｏ．１）に比
べて低くなっており、実施例Ｎｏ．１〜４のフィン材は
極めて親水性が良好であるといえる。更に、臭気及び工
具摩耗に関しても、従来の樹脂系処理材（従来例Ｎｏ．
１）と同様に良好である。

【００５４】一方、従来例Ｎｏ．１〜３については、夫
々樹脂系処理材の場合、コロイダルシリカを含有した親
水性塗料を塗布した場合及び水ガラス系の処理を施した
場合である。従来例Ｎｏ．１は、乾湿後の水滴の接触角
が５２°となり、親水性が低いものとなった。また、従
来例Ｎｏ．２は工具摩耗が大きく、また乾湿後の水滴の
接触角も４２°と大きくなり、親水性が低いものとなっ
た。更に、従来例Ｎｏ．３は、水滴の接触角は１４°と
低いものの、工具摩耗及び臭気の点が樹脂系の処理をし
たもの（従来例Ｎｏ．１）に比べて劣化してしまった。

【００５５】また、比較例Ｎｏ．１はエポキシ基を３個
有するエポキシ系架橋剤の場合、比較例Ｎｏ．２はエポ
キシ基を２個有するものの、構成単位（−ＣＨ₂−ＣＨ₂
−Ｏ−又は−ＣＨ（ＣＨ₃）−ＣＨ₂−Ｏ−）がなく、そ
の分子量が４００と小さいエポキシ系架橋剤の場合、比
較例Ｎｏ．３はエポキシ系架橋剤とポリビニル系樹脂と
の混合比が、エポキシ系架橋剤１に対し０．２未満の場
合、比較例Ｎｏ．４は前記混合比が４を超える場合であ
る。以上の比較例Ｎｏ．１〜４は、いずれも表面形態が
ほぼ平滑であり、穴密度が５個／１０μｍ四方未満であ
るので、乾湿後の水滴の接触角が４２乃至４８°と高く
なり、実施例と比較して親水性が劣化した。

【００５６】比較例Ｎｏ．５は、化２に示すポリビニル
系樹脂の置換基Ｙが、ＯＨ、ＮＨ₂及びＣＯＯＺ基以外
である場合、また、比較例Ｎｏ．６は重合度が５０未満
の場合である。比較例Ｎｏ．５及び６は、穴密度が０又
は小さいため、接触角が夫々５３及び５０°と高くな
り、乾湿後水滴を撥水してしまった。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
アルミニウム板の表面に所定の皮膜を形成することによ
り、低接触角の持続性が優れ、また臭気及び工具摩耗の
いずれの特性においても優れた熱交換器用表面処理フィ
ン材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面１における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況を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−278464（ＪＰ，Ａ) 特開平１−38228（ＪＰ，Ａ) 特開平３−26381（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−234926（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−12297（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 13/18 B32B 1/00 - 35/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム又はアルミニウム合金板の
表面に、分子量が５００以上のエポキシ系架橋剤と重合
度が５０以上のポリビニル系樹脂との混合物からなる皮
膜が形成され、前記エポキシ系架橋剤は１分子内に（−
ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ−又は−ＣＨ（ＣＨ₃）−ＣＨ₂−Ｏ
−）を構成単位とする重合体と２基のエポキシ基とから
なり、前記皮膜は前記エポキシ系架橋剤の１重量部に対
して前記ポリビニル系樹脂が０．２乃至４．０重量部の
割合で混合されて形成されており、その表面の１辺が１
０μｍの正方形の測定視野における平均直径０．１乃至
５μｍの穴の数が１又は複数の測定視野の平均値で５個
以上であることを特徴とする熱交換器用表面処理フィン
材。
【請求項２】１分子内に（−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ−又は
−ＣＨ（ＣＨ₃）−ＣＨ₂−Ｏ−）を構成単位とする重合
体と２基のエポキシ基とを有し、その分子量が５００以
上のエポキシ系架橋剤１重量部と、重合度が５０以上の
ポリビニル系樹脂０．２乃至４．０重量部とからなる混
合物をアルミニウム又はアルミニウム合金板に塗布し、
その後前記アルミニウム又はアルミニウム合金板を１５
０乃至２５０℃の温度で５乃至６０秒間焼き付けること
を特徴とする熱交換器用表面処理フィン材の製造方法。