JP2019113251A - 親水性焼付塗膜および熱交換器用アルミニウムフィン材と熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、銅管と接触状態で保管しても銅管を腐食させることがない親水性焼付塗膜とそれを備えたフィン材と熱交換器の提供を目的とする。【解決手段】本発明の親水性焼付塗膜は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材と、該板材上に形成されたポリビニルアルコールを含む水系塗料からなる焼付耐食層と、該焼付耐食層上に形成された親水性焼付塗膜とを具備し、該親水性焼付塗膜が、アルミナゾルに含まれるアルミナ粒子とスルホン酸を含む水溶性アクリル樹脂とポリエチレングリコールを含み、水に可溶な硫黄成分が０．５ｍｇ／ｍ２以下であり、前記親水性焼付塗膜の塗膜量が０．３〜０．８ｇ／ｍ２であり、前記焼付耐食層の塗膜量が０.２ｇ／ｍ２以上であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、親水性焼付塗膜および前記塗膜を備えた熱交換器用アルミニウムフィン材と熱交換器に関する。

エアーコンディショナー用の熱交換器には、埃などの親水性の汚れや油分等の疎水性の汚れがフィン表面に付着することによって、フィン表面が撥水化し、結露水が送風によって飛散すること、いわゆる露飛びが発生する問題がある。
この露飛びを解決するためには、親水性汚れをフィンに付着し難くする必要がある。

熱交換器用フィンの表面に親水性を付与する技術として、フィン材表面にシリカ粒子を含有する有機高分子樹脂溶液で表面処理する技術や、アクリル系樹脂などからなる有機高分子物質とＳｉＯ_２又はＴｉＯ_２を含む水性組成物を混合して塗布し、乾燥することによって形成される皮膜によりアルミニウムフィン材を被覆する技術が知られている。

以下の特許文献１には、Ｚｒ化合物を用いて金属架橋させたポリアクリル酸等の有機樹脂に、シリカ粒子、ポリエチレングリコールを含有した親水性塗膜をアルミニウム合金基材の表面に形成する技術について開示されている。
以下の特許文献２には、アルミニウム板に、樹脂とジルコニウムを含有する下地皮膜層を形成し、その上に、樹脂、コロイダルシリカ、ジルコニウム化合物を含有する親水性被膜層を形成することが開示されている。

上述の露飛びを解決するための手法の一例として、親水性粒子と疎水性粒子の混合膜をアルミニウムフィンの表面に塗布することが有効であるが、親水性粒子として知られているコロイダルシリカを用いると、粒子硬度が高いため、アルミニウム板材からフィン材をプレス加工で作製する場合、金型摩耗を生じ易い問題がある。
そこで本願発明者らは先に親水性粒子としてモース硬度がコロイダルシリカより低いアルミナゾルを用い、親水性汚れと疎水性汚れの双方を付着し難くした塗膜構造について以下の特許文献３により提案している。

特開２０１０−９６４１６号公報 特許第４６６７９７８号公報 特開２０１６−９０１０５号公報

特許文献３に記載の塗膜をアルミニウムフィン材の表面に形成することにより、親水性汚れと疎水性汚れの双方に有効であるとともに、金型摩耗の少ないフィン材を提供することができる。
そこで、上述の塗膜を備えたアルミニウムフィン材を用いて熱交換器を製造するため、複数のアルミニウムフィン材を用意し、これらフィン材を並列配置し、これらを貫通するように銅合金からなる伝熱管を設けて熱交換器コアを組み立て、環境試験を行った。
ところが、この環境試験を行うために作成した複数の熱交換器コアを数ヶ月保管したところ、保管環境によっては熱交換器コアの伝熱管の外周に緑色の変色部分を生じることが判明した。伝熱管の緑色の変色部分について本発明者らがＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）およびＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光分析）により分析を行った結果、変色部分に正常部では存在しないＣｌが存在し、正常部よりＮａ、Ｓが増加していることが判明した。また、この変色部分をＦＴ−ＩＲ分析（フーリエ変換赤外分光分析）した結果、緑青とほぼ同等のピークが得られた。このことは変色部分に緑青を生じていると判断でき、伝熱管表層部に腐食を生じていることがわかった。

また、エアーコンディショナーの室内機にあっては、室内に浮遊するシリコンや硫黄を含む成分（ヘアースプレーや芳香剤の成分等）がフィンに付着し、その付着点を起点としてフィンが腐食し、通風時に室内機から異臭が発生するなどの市場クレームを引き起こす問題がある。この問題を解決するためには、フィンの耐食性を向上させる必要がある。
更に近年では、エアーコンディショナーの室内機に意匠性が重視され、室内機の熱交換器に着色が施される場合があるが、着色を施した熱交換器を備えた室内機では内部洗浄などの際に色落ちが発生する問題がある。

本願発明は、これらの事情に鑑み、親水性汚れ防止に有効であり、金型摩耗の面でも問題を生じない親水性焼付塗膜であり、銅からなる伝熱管に接合して長期保存しても伝熱管に腐食などの問題を生じない塗膜とそれを備えたアルミニウムフィン材および熱交換器の提供を目的とする。

本発明に係る親水性焼付塗膜は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材と、該板材上に形成されたポリビニルアルコールを含む水系塗料からなる焼付耐食層と、該焼付耐食層上に形成された親水性焼付塗膜とを具備し、該親水性焼付塗膜が、アルミナゾルに含まれるアルミナ粒子とスルホン酸を含む水溶性アクリル樹脂とポリエチレングリコールを含み、水に可溶な硫黄成分が０．５ｍｇ／ｍ^２以下であり、塗膜量が０．３〜０．８ｇ／ｍ^２であり、前記焼付耐食層の塗膜量が０.２ｇ／ｍ^２以上であり、前記焼付耐食層に着色用の顔料が含まれていることを特徴とする。

本発明の親水性焼付塗膜において、前記アルミナ粒子の平均粒子径が０．０２〜２０μｍであり、前記焼付塗膜固形分１００質量％中にアルミナ粒子が５〜４５重量％含まれたことが好ましい。
本発明の親水性焼付塗膜において、表面の動摩擦係数が０．２以下であることが好ましい。
本発明の親水性焼付塗膜において、平均粒子径０．１〜０．５μｍのフッ素樹脂粒子が焼付塗膜固形分１００質量％中に０．０５〜３質量％含まれたことが好ましい。

本発明の親水性焼付塗膜において、前記防汚性及び親水性焼付塗膜表面において前記アルミナ粒子の面積率が９０％以上であることが好ましい。
本発明の親水性焼付塗膜において、前記親水性焼付塗膜の最表面に水溶性潤滑剤層が塗布量０.０５〜０.２ｇ／ｍｍ^２の割合で設けられたことが好ましい。
本発明の親水性焼付塗膜において、前記耐食層に着色用の顔料が含まれていることが好ましい。

本発明のアルミニウムフィン材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材上に、先のいずれかに記載の親水性焼付塗膜が形成されたことを特徴とする。
本発明の熱交換器は、先に記載のアルミニウムフィン材が複数並列配置され、前記各アルミニウムフィン材に透孔が形成され、該透孔を挿通して前記アルミニウムフィン材と一体化される銅または銅合金からなる伝熱管が設けられたことを特徴とする。

本発明に係る親水性焼付塗膜であるならば、親水性汚れと疎水性汚れの両方に有効であり、露飛びの発生を防止できるとともに、フィン材として加工する場合に金型摩耗の面でも問題を生じない焼付塗膜を提供できる。更に、親水性焼付塗膜ではなく、焼付耐食層に顔料を添加することで色落ちを生じ難い構造にすることが可能となる。
また、本発明の親水性焼付塗膜であれば、フィン材表面に設け、熱交換器を組み立てるために銅または銅合金からなる伝熱管と組み合わせて長期保存した場合であっても、伝熱管に腐食発生などの問題を生じることがない。

本発明に係る親水性焼付塗膜を備えたアルミニウムフィン材の部分断面図。 本発明に係る親水性焼付塗膜を備えたアルミニウムフィンと伝熱管を組み立てた熱交換器コアの一例を示す斜視図。 実施例において得られた塗膜の表面状態を示す顕微鏡写真。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に係る親水性焼付塗膜を熱交換器用フィン材に適用した一実施形態を示すもので、この実施形態の熱交換器用フィン材１は、図１に断面構造を示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材２と、該基材２の表面に被覆された化成皮膜２ａと、化成皮膜２ａの上にこれを覆うように順次被覆形成された耐食層３と親水性焼付塗膜５から構成されている。なお、図１の構造において親水性焼付塗膜５の表面側には水溶性潤滑剤層９が形成されているが、この水溶性潤滑剤相９は必須ではなく省略しても差し支えない。

基材２を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金としては、特に限定されず、一般的に熱交換器用の基材に適用されている組成のアルミニウム材を適宜用いることができる。なお、例示するならばＪＩＳ規定Ａ１０５０、Ａ１１００、Ａ１２００、Ａ３００３等のアルミニウム合金を例示できる。
また、この基材２の表面にはクロメート処理された薄いクロメート皮膜などの化成皮膜２ａが形成されている。なお、化成皮膜２ａは基材２の耐食性をより高めるために設けられているが、必須ではなく、省略しても差し支えない。

耐食層３は、基材２の耐食性を更に高めるために設けられ、例えば、結晶性を有するポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの結晶性樹脂材料からなることが好ましい。
例えば、フィン材１を設ける熱交換器において着色がなされることがある。この場合、着色塗料を親水性焼付塗膜５の焼付前の塗料中に添加することとなるが、親水性焼付塗膜５を形成するための塗料に着色のための顔料を添加すると焼付け後の塗膜において色落ちが容易に発生する。また、耐食層３を設けると耐食層３に使用する塗料の種類によっては親水性焼付塗膜５に使用する塗料が耐食層３側に拡散し、親水性を阻害する問題がある。この問題を回避するため、前述の結晶性を有するポリビニルアルコールを用いることが好ましい。ポリビニルアルコールからなる耐食層３であるならば、後述する親水性焼付塗膜５に含まれているカルボキシル基の拡散が低減され、親水性焼付塗膜５の良好な親水性が保持される。

耐食層３の塗膜量は焼成時に消失する水分を除いた塗膜量（固形分の塗膜量に相当）として０．２ｇ／ｍ^２以上とする必要があり、０．２〜１．５ｇ／ｍ^２の範囲が好ましく、良好な密着性を勘案すると０．２〜１．３ｇ／ｍ^２の範囲がより好ましい。なお、以下の説明において、「〜」を用いて範囲の上限と下限を表記した場合、特に説明のない限り、下限と上限を含むものとする。よって、０．２〜１．５ｇ／ｍ^２の範囲は０．２ｇ／ｍ^２以上１．５ｇ／ｍ^２以下を意味する。
耐食層３の塗膜量が０．２ｇ／ｍ^２未満では耐食性が不足となり、室内に浮遊するシリコンや硫黄を含む成分（ヘアースプレーや芳香剤等の成分）がフィン表面に付着し易くなり、そこを起点としてフィンが腐食すると室内機の運転により通風した場合に異臭が発生する問題を生じる。また、１．３ｇ／ｍ^２を超えて耐食層３を厚くし過ぎると、その上に形成する親水性焼付塗膜５の密着性に問題を生じるおそれがあり、また、コストの面でも不利となる。
耐食層３の焼付温度は１８０〜２２０℃での範囲が好ましく、１８０℃以下では密着不良が発生し、２２０℃を超える温度では塗膜成分の分解が発生する。焼付時間は数秒〜数分程度焼成してなる焼付塗膜である。

親水性焼付塗膜５は、アルミナゾルと、スルホン酸を含む水溶性アクリル樹脂と、ポリエチレングリコールもしくはポリエチレングリコールの変性物を含む水系塗料を塗膜として耐食層３上に塗布後に１５０〜３００℃で所定時間、例えば、数秒〜数分程度焼成してなる焼付塗膜である。
アルミナゾルは、アルミナ粒子を液体の分散媒に分散させた状態のものを意味する。
従って、水系塗料を焼成した後の親水性焼付塗膜５は、図１に示すように水溶性アクリル樹脂とポリエチレングリコールもしくはポリエチレングリコールの変性物の混合物の焼成体からなる樹脂層６中にアルミナ粒子７が分散された構造となっている。

また、親水性焼付塗膜５に対し、フッ素樹脂粒子８を添加した構造を採用してもよい。親水性焼付塗膜５にフッ素樹脂粒子８を添加するには、フッ素樹脂粒子８を水に分散させたＰＴＦＥディスパージョン、ＦＥＰディスパージョンなどを水系塗料に必要量混合しておけばよい。
水系塗料にＰＴＦＥディスパージョン、ＦＥＰディスパージョンなどの状態でフッ素樹脂粒子８を混合しておき、水系塗料を焼成することで、必要量のフッ素樹脂粒子８を添加した親水性焼付塗膜５を得ることができる。

水系塗料を焼成することによって塗料中の水分は蒸発して消失し、塗料中に含まれていた固形分が残留して親水性焼付塗膜５となる。
なお、この例では焼成後の焼付塗膜に対し水洗または湯洗（６０℃〜８０℃の湯、例えば６０℃の湯を使用）を行うことにより親水性焼付塗膜５の樹脂層６に含まれている硫黄成分の溶出を行い、樹脂層６に含まれている硫黄成分の大部分を除去する必要がある。

アルミナゾルは、その分散粒子（アルミナ粒子）が不定型ゲルからベーマイト（水和物）に移行する途中の段階にあり、この状態は凝集過程や通常の塗膜の焼付け条件程度では変化しない。この不定型ゲルからベーマイトに移行する途中の段階のアルミナゾルのアルミナ粒子は、コロイダルシリカと比較して軟らかい。例えば、モース硬度が低い。
従って、このアルミナゾルに由来するアルミナ粒子を含有する親水性焼付塗膜５を備えたフィン材１をプレス加工する時の加工性は良好であり、かつ、金型の耐久性も高くすることができる。

水溶性アクリル樹脂としては、スルホン酸基、又はその塩を有するα，β不飽和単量体Ａと、カルボン酸基を有するα，β不飽和単量体Ｂと、アルコール性水酸基を有するα，β不飽和単量体Ｃとを（割合：Ａ；１〜８０ｗｔ％（好ましくは３０〜５０ｗｔ％），Ｂ；１〜５０ｗｔ％（好ましくは２０〜５０ｗｔ％），Ｃ；１〜５０ｗｔ％（好ましくは２０〜４０ｗｔ％）が望ましい。Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１００ｗｔ％）共重合したものが好ましい。

スルホン酸基、又はその塩を有するα，β不飽和単量体Ａとしては、例えばビニルスルホン酸、アリールスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルスルホン酸、スチレンスルホン酸、メタクリロイルオキシエチルスルホン酸、又は前記のナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩などの塩が好ましい。この単量体Ａは、アニオン性の親水性を示し、塗膜の水濡れ性を向上させる。
カルボン酸基を有するα，β不飽和単量体Ｂとしては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸などが好ましい。この単量体Ｂは、塗膜の水濡れ性と密着性を向上させる。アルコール性水酸基を有するα，β不飽和単量体Ｃとしては、例えば２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド等が好ましい。この単量体Ｃは、塗膜の水濡れ性を向上させると共に、アルミナゾルに由来の粒子を固定する役割を奏する。

水系塗料の塗膜量は、水系塗料から焼成時に消失する水分を除いた塗膜量（固形分の塗膜量に相当）として０．３〜０．８ｇ／ｍ^２の範囲であることが好ましい。
水系塗料の塗膜量を上述の０．３〜０．８ｇ／ｍ^２の範囲とすることで、塗膜密着性、親水性、耐汚染性、防汚性に優れる親水性焼付塗膜５となる。０.３ｇ／ｍ^２未満の塗膜量では親水性焼付塗膜５の親水性不良、耐汚染性不良、防汚性不良となるおそれがある。また、０.８ｇ／ｍ^２を超える塗膜量では、親水性焼付塗膜５の密着性不良、コストの上昇になるおそれがある。

アルミナゾルに含まれているアルミナ粒子の平均粒子径は０．０２〜２０μｍの範囲が好ましい。アルミナ粒子の平均粒子径が０．０２μｍ未満では、比表面積が増大することによって吸着臭が発生するおそれがあり、アルミナ粒子の平均粒子径が２０μｍを超えるようであると、プレス加工時の金型摩耗性が悪化する問題がある。
アルミナ粒子の添加量は塗料中の固形分１００質量％中、５〜４５質量％の範囲であることが望ましい。アルミナ粒子をこの範囲添加することで、塗膜密着性、親水性、耐汚染性、防汚性に優れる親水性焼付塗膜５となる。アルミナ粒子の添加量を５質量％未満とすると、親水性不良、耐汚染性不良、防汚性不良となるおそれがある。アルミナ粒子の添加量について４５質量％を超える量とすると、親水性焼付塗膜５の密着性不良、コストの上昇になり易い。
なお、前記水系塗料中には、アルミナ粒子、フッ素樹脂などの固形分の他に、固形分としてスルホン酸を含む水溶性アクリル樹脂４０〜６０％とポリエチレングリコール２０〜４０％程度が含まれる。

フッ素樹脂粒子８の平均粒子径は、０．１〜０．５μｍの範囲であることが好ましく、添加量は塗料中の固形分の１００質量％に対し０．０５〜３質量％の範囲であることが望ましい。フッ素樹脂粒子８として、ＰＴＦＥディスパージョン、ＦＥＰディスパージョンなどに含まれている粒子を用いることができる。
フッ素樹脂粒子８の添加量が０．０５〜３質量％の範囲であるならば、良好な防汚性を発揮する。添加量が０．０５質量％未満では親水性焼付塗膜５の防汚性に劣るようになり、添加量が３質量％を超えるようでは親水性焼付塗膜５が親水性不良となり易い。
フッ素樹脂粒子８の平均粒子径が０．１μｍ未満では、所定の防汚性を発揮出来ない問題があり、フッ素樹脂粒子８の平均粒子径が０．５μｍを超えると塗料中に均一に分散され難い問題がある。

親水性焼付塗膜５の表面の動摩擦係数は０．２０以下であることが望ましい。親水性焼付塗膜５の動摩擦係数が０．２０を超える値では金型摩耗不良となり易い。親水性焼付塗膜５の動摩擦係数が０．２０以下であるならば、プレス加工性に優れ、金型摩耗不良を生じ難い。
親水性焼付塗膜５の表面に占めるアルミナ粒子の面積率は、９０％以上であることが望ましい。アルミナ粒子は、親水性焼付塗膜５に分散した状態にする必要があり、分散させるためには、アルミナ粒子添加量を塗料固形分１００質量％中４０質量％以下にする必要がある。４０質量％以下にすることによって、塗料表面アルミナ粒子の面積率を９０％以上にすることが可能で、これにより動摩擦係数を低減でき、かつ、金型摩耗を低減することが可能となる。親水性焼付塗膜５の表面に存在するアルミナ粒子の面積率が９０％未満では親水性焼付塗膜５の表面においてアルミナ粒子が凝集状態となり易く、凝集により動摩擦係数が増大し、０．２を超えるようになり、金型摩耗性が悪化する。

親水性焼付塗膜５の樹脂層６に含まれている硫黄成分は０．５ｍｇ／ｍ^２以下であることが望ましい。上述の如く水洗浄あるいは湯洗浄を１秒〜１０分程度行うことにより樹脂層６に含まれている硫黄成分を水中又は湯中に溶出させることによって樹脂層６中の硫黄成分を０．５ｍｇ／ｍ^２以下に減少させることができる。
樹脂層６中に含まれる硫黄成分が０．５ｍｇ／ｍ^２を超えるようであると、後述するように熱交換器を構成するために銅または銅合金からなる伝熱管と組み合わせた場合、結露水や湿気などにより樹脂層６中に含まれている硫黄成分が伝熱管の表面に到達し、銅と反応して緑青を生じる。一例として、後述する実施例に示す如く０．０５〜０．４８ｍｇ／ｍ^２の範囲の硫黄成分を有する程度であれば、伝熱管の腐食を防止できる。
湯洗浄の場合６０〜８０℃程度の湯を用いて１秒〜６０秒程度洗浄することが好ましい。水洗浄の場合、１０秒〜６０分程度洗浄することが好ましい。

以上説明の親水性焼付塗膜５を表面に備えたフィン材１であるならば、塗膜の密着性に優れ、親水性に優れ、耐汚染性に優れ、動摩擦係数が小さく、フィンを形成するためのプレス加工において金型摩耗を少なくし、金型寿命を長くできる特徴を有する。
これは、親水性焼付塗膜５について、モース硬度が従来材のコロイダルシリカよりも低いアルミナ粒子を含むアルミナゾルを用い、更に疎水性粒子としてのフッ素樹脂粒子８を混合することによって、親水性汚れを付着し難くして防汚性を向上させ、かつ、親水性焼付塗膜５の表面に面積率で９０％以上のアルミナゾルに由来するアルミナ粒子を存在させることでプレス加工時の金型摩耗を低減できることによる。

また、前述の耐食層３を備えた積層構造のフィン材１であるならば、室内に浮遊するシリコンや硫黄を含む成分（ヘアースプレーや芳香剤等）がフィン材表面に付着し難いので、付着位置を基点としてフィン材１に腐食を生じるおそれがない。シリコンや硫黄を含む成分が原因となる腐食を防止できるため、室内機から通風時に異臭が発生するおそれがない。
更に、室内機の意匠面の要求から熱交換器に着色を施す場合であっても、親水性焼付塗膜５ではなく、耐食層３に青色などの顔料を添加することで色落ちを生じ難い構造にすることが可能となる。よって、上述の積層構造のフィン材１は意匠性を配慮した室内機に問題なく適用することができる。

前記構造のフィン材１は、ルームエアコンの熱交換器、パッケージエアコンの熱交換器、自動販売機用熱交換器、冷凍ショーケース用熱交換器、冷蔵庫用熱交換器などに広く適用することができる。
また、フィン材１の表面と裏面の両方に化成皮膜２ａを介し親水性焼付塗膜５を形成しても良い。また、熱交換器のフィン材１の表面と裏面に限らず、伝熱管を含めて熱交換器全体に塗布しても良い。例えば、フィン材１と伝熱管１１を組み合わせて熱交換器コアを組み立てた後、熱交換器コアの全体に前述の水系塗料を塗布し焼成することで熱交換器コアの全体表面に親水性焼付塗膜５を形成しても良い。
この場合は親水性焼付塗膜５を熱交換器に対するポストコートとして形成することができる。

図２はフィン材１からなる矩形板状のフィン（放熱板）１５を所定の間隔で複数並列配置し、各フィン１５に形成されている挿通孔１５ａにＵ字状の伝熱管１１を挿通して熱交換器コア１６を途中まで組み立てた状態を示す。Ｕ字状の伝熱管１１は湾曲部１１ａをフィン１の並列体の一側に揃え、開口端１１ｂ側をフィン１の並列体の他側に揃えるように複数のフィン１５の挿通孔１５ａに挿通されている。
これらの伝熱管１１には図示略の拡管プラグを開口端１１ｂ側から挿入して拡管し、伝熱管１１とフィン１５の接合強度を向上させ、その後に伝熱管１１の開口端側を結ぶように図示略のＵ字型のエルボ管を接続することで熱交換器コア１６が完成される。
この熱交換器コア１６において、伝熱管１１とエルボ管は銅あるいは銅合金からなる。

図２に示す熱交換器コア１６において、フィン１５の表裏面には親水性焼付塗膜５が形成されている。このため、挿通孔１５ａの周縁部分において親水性焼付塗膜５と伝熱管１１が接触されることとなる。この熱交換器コア１６を倉庫などに保管した場合、結露水などが付着した状態が続くと従来の塗膜では塗膜から結露水に硫黄分が染み出して銅合金からなる伝熱管１６を腐食させるおそれがあった。これに対し先に説明したようにフィン材１に形成されている親水性焼付塗膜５には０．５ｍｇ／ｍ^２以下の硫黄分しか含まれていないので、親水性焼付塗膜５と伝熱管１１との接触部分周りに結露水が存在していても結露水側に硫黄分の溶出は殆ど生じることがなく、伝熱管１１に緑青などの腐食を生じることがない。

ＪＩＳ規定Ａ１０５０合金からなる厚さ１００μｍのアルミニウム合金板をリン酸クロメート処理して厚さ０．３μｍの化成皮膜を形成後、このアルミニウム合金板の表面に以下の表１に示す組成の着色耐食性塗料と親水性塗料をそれぞれバーコーターで塗布し、オーブンにて着色耐食性塗料は２００℃（オーブン設定温度）×３０秒の条件で焼き付けし、親水性塗膜は２２０℃（オーブン設定温度）×３０秒の条件で焼き付けし、親水性焼付塗膜を得た。
ポリビニルアルコールからなる着色耐食性塗料に添加する青顔料はピグメントブルーを主成分とする顔料を使用し、着色耐食性塗料の全塗料重量１００ｇ中に青顔料を０.８ｇ添加した。

親水性塗料は、触媒化成工業株式会社製商品名（カタロイドAS-3）のアルミナゾル（アルミナ粒子の平均粒子径０．８μｍ）と、水溶性アクリル樹脂（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）と、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ＃６０００）と、旭硝子株式会社製商品名（PTFE AD911E）のフッ素樹脂（ＰＴＦＥフッ素ディスパージョン）を含む水系塗料中の塗料固形分１００質量％に対し、アルミナ粒子とフッ素樹脂粒子を以下の表１、表２に示す割合でそれぞれ混合し、親水性塗料とした。表１、表２ではＰＴＦＥフッ素ディスパージョンに含まれるフッ素樹脂粒子の量で添加量を表示している。
リン酸クロメート処理後のアルミニウム合金板の表面に着色耐食層、親水層を塗布し、焼き付けした上に、６０℃×１０ｓｅｃの湯洗浄を行い、更に潤滑性向上のために水溶性潤滑剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）を塗膜厚０.１ｇ／ｍ^２となるようにコーターで塗布し、オーブンにて１２０℃×３０秒の条件で乾燥させ、潤滑層を形成した。
先の２２０℃、３０秒間焼き付けにより、水系塗料の水分は蒸発し、アルミニウム合金板の上に水系塗料中の固形分のみが残留する。これにより親水性焼付塗膜を備えたフィン材が得られる。

得られた複数のフィン材について、塗膜の密着性、耐食性、流水後親水性、乾湿サイクル後接触角、耐汚染性、動摩擦係数、粉体付着率、金型摩耗、アルミナ粒子面積率、銅管変色の有無を測定し、以下の表１、表２に測定結果を示す。

表１、表２に示す密着性とは、１ポンドのハンマーに貼り付けたキムタオル（登録商標）を試料の潤滑層の表面に載置し、往復１０回擦った後の親水性焼付塗膜の密着状態を観察した結果である。親水性焼付塗膜が剥離しない試料を◎、表層は剥離するが一層残る試料を○で示し、５０％程度剥離する試料を△で示し、１００％剥離が認められた試料を×で示した。
耐食性とは、ＪＩＳＺ２３７１規定の塩水噴霧試験を行い、９６０時間後の塗膜表面の孔食発生程度を全腐食面積率からレイティングナンバーを求め判定した。全腐食面積率０.０２％未満、レイティングナンバー９.８以上の試料を○と記載し、全腐食面積率０.２％以上、レイティングナンバー９.８以下の試料を×と判定した。

流水後親水性とは、試料に対し流量３Ｌ／ｍｉｎの常温流水に２４時間浸漬した後の塗膜表面の接触角を測定した結果である。接触角が２０゜以下の試料を○で示し、接触角が２０゜を超えた試料を×で示した。なお、ポリオキシエチレンアルキルエーテルは初期状態のみ存在し、水洗を行うと水に溶解し、１時間程度の水洗で消失するので実質的に親水層の接触角を測定していることとなる。
乾湿サイクル後接触角とは、試料に対し流量３Ｌ／ｍの常温流水に８時間浸漬した後、８０℃×１６時間乾燥を交互に１４サイクル行った後の親水性焼付塗膜表面の接触角を測定した結果である。接触角４０゜以下の試料を○で示し、接触角４０゜を超える試料を×で示した。

耐汚染性を評価する耐汚染試験は、試料汚染物質としてパルミチン酸６ｇと試料とをガラスケースの中に入れ、１００℃で８時間加熱暴露後、流量３Ｌ／ｍの常温流水に８時間浸漬を交互に１４サイクル行った後の親水性焼付皮膜表面の接触角を測定した。接触角６０゜以下の試料を○で示し、接触角６０゜を超える試料を×で示した。
動摩擦係数は、バウデン式摩擦試験機を用い、プレス油を塗布しないで試料の防汚性皮膜表面に鋼球サイズφ９／３２の接触子を２００ｇの荷重で押し付け、試料を摺動（１サイクル）させたときの摩擦力を測定して。動摩擦係数を求めた。動摩擦係数が０．２以下の試料を○で示し、動摩擦係数が０．２を超えた試料を×で示した。
粉体付着率は、１００ｍｍ×１００ｍｍの試料（アルミニウムフィン材）を流量３Ｌ／ｍｉｎの常温流水に１時間浸漬後、ＪＩＳＺ８９０１で定められる試験用粉体１１種、１２種のそれぞれを試料の防汚性皮膜の表面に付着させて、画像解析により付着面積率を測定した。付着面積率が３％以下の試料を○で示し、付着面積率が３％を超える試料を×で示した。

金型摩耗は、プレス加工で１００万回試料（アルミニウムフィン材）を切断し、金型（スリット刃）の摩耗状態を観察した。スリット刃の硬度はＨＲＣ３７〜４１のものを使用し、定量評価としてレーザー顕微鏡にて金型（スリット刃）の刃先の摩耗面積を測定し、２次元断面での摩耗面積が１００μｍ^２以下の試料を○で示し、摩耗面積が１００μｍ^２を超えた試料を×で示した。
アルミナ粒子の面積率は、定量評価としてレーザー顕微鏡にて親水性焼付塗膜の表面を対物レンズ１００倍で観察し、５０μｍ×５０μｍの視野での２値化した画像にて粒子解析によりアルミナ粒子の面積率を測定し、アルミナ粒子の面積率が９０％以上の試料を○で示し、面積率が９０％未満の試料を×で示した。

塗膜中の水に可溶な硫黄成分量の測定は、フィン材をＡ４サイズ４枚（８面）に切断して容器に収容し、そこに１００ｍｌの純水を入れて４０℃に加熱し、１０分間撹拌する。この水をＩＣＰ発光分光分析で分析し、そこで測定された硫黄量を元の塗膜あたりの量に換算し直した値を採用した。
銅管変色試験は、まず上述のフィン材を高さ１０ｃｍ、幅５ｃｍに切り出し、同等長さの銅管とクリップで密着させた状態でビーカーの底部に収容し、ビーカーの底部に水を入れ、ビーカーの口部をラップで閉じてビーカーを密閉した。次に、試験環境条件は３５℃×１６ｈｒ→２０℃×４ｈｒ→３５℃×１ｈｒ→２０℃×３ｈｒを１サイクルとして７サイクル実施し、その後銅管の変色有無を観察した。銅管に変色が見られた場合に×で示し、変色が見られなかった場合は○で示した。

表１に示す結果から親水性塗膜量が０.３〜０.８ｇ／ｍ^２の範囲となっているＮｏ.１〜Ｎｏ.１４、２１、２２、３８の実施例試料は、塗膜の密着性に優れるとともに、流水後親水性と乾湿サイクル後接触角と耐汚染性と動摩擦係数と粉体付着率と金型摩耗と粒子面積率の試験のうち、全ての試験結果において優れ、バランスの良い特性を発揮した。
また、これらのＮｏ．１〜Ｎｏ．１４、２１、２２、２３の試料はいずれにおいても塗膜中の水に可溶な硫黄成分量が０．５ｍｇ／ｍ^２以下であり、銅の伝熱管に変色（腐食）を生じなかった。
試料Ｎｏ.１〜Ｎｏ.１４、２１、２２、２３、３８において、塗膜量が０.３〜０.８ｇ／ｍ^２の範囲であり、アルミナ粒子添加量が塗料固形分中５〜４５質量％であり、フッ素樹脂添加量が塗料固形分中０.０５〜３.０質量％であるＮｏ.１〜１４の試料は全ての試験項目において優れた結果を示した。

比較例のＮｏ.１５はアルミナ粒子添加量をより好ましい範囲より少なくした試料、比較例のＮｏ.１６、１７はアルミナ粒子添加量をより好ましい範囲より多くした試料であるが、流水後親水性と乾湿サイクル後接触角と耐汚染性と動摩擦係数と粉体付着率と金型摩耗と粒子面積率の試験のうちいずれかの性能が低下した。
Ｎｏ.１９、２０の試料は、粉体付着率のみ劣るが、その他の試験項目は優れた結果が得られた。Ｎｏ.１９、２０の試料は、着色耐食性塗膜の焼付耐食層と親水性焼付塗膜を具備し、親水性焼付塗膜がアルミナゾルに含まれるアルミナ粒子とスルホン酸を含む水溶性アクリル樹脂とポリエチレングリコールを含み、水に可溶な硫黄成分を０．５ｍｇ／ｍ^２以下、親水性焼付塗膜の塗膜量を０．３〜０．８ｇ／ｍ^２、焼付耐食層の塗膜量を０.２ｇ／ｍ^２以上とした実施例試料である。

また、親水性塗膜量の少ないＮｏ.２３、２４の試料は、流水後親水性、乾湿サイクル後接触角、耐汚染性のいずれかが悪化した。
親水性塗膜量を多くし過ぎたＮｏ.２５、２６の試料は密着性に問題を生じた。

Ｎｏ．２７〜２９の試料は塗料の塗布量が適正であり、アルミナ添加量、フッ素樹脂添加量も適切であるが、湯洗していないため、塗膜中の水に可溶な硫黄成分量が多い試料であり、銅の伝熱管に変色を生じた。
Ｎｏ.３０の試料はアルミナ粒子添加量が多すぎる試料であるが、耐汚染性、動摩擦係数、金型摩耗に問題を生じ、粒子面積率が低く、湯洗もしていないために銅管変色も生じた。
Ｎｏ．３１〜３３の試料は塗料の塗膜量が適正であり、アルミナ添加量、フッ素樹脂添加量も適切であるが、湯洗していないため、塗膜中の水に可溶な硫黄成分量が多い試料であり、銅管に変色を生じた。

Ｎｏ．３４の試料はフッ素樹脂添加量が少なすぎる試料であり、塗膜中の水に可溶な硫黄成分量が多い試料であるが、粉体付着率が悪化し、銅の伝熱管の腐食も生じた。
Ｎｏ．３５の試料はフッ素樹脂添加量が多すぎる試料であり、塗膜中の水に可溶な硫黄成分量も多い試料であるが、流水後親水性、乾湿サイクル、耐汚染性が悪化し、銅の伝熱管の腐食も生じた。
着色耐食性塗膜量が少ないＮｏ.３６の試料は耐食性に問題を生じた。着色耐食性塗膜量が多すぎたＮｏ.３７の試料は耐食性に問題を生じた。
着色耐食性塗膜量をより好ましい範囲より若干多くしたＮｏ.３８の試料は密着性○の範囲の中でもやや劣る結果であったがその他の特性に問題は生じなかった。

表１に示す結果から、フィン材に親水性焼付塗膜を形成する場合、上述の着色耐食性塗膜量を０.２ｇ／ｍ^２以上としつつ、水系塗料の塗膜量を０．３〜０．８ｇ／ｍ^２の範囲の塗布量で塗布し、焼付け後に湯洗して水に可溶な硫黄成分量を０．５ｍｇ／ｍ^２以下とすることが重要であることがわかる。
これにより、塗膜密着性に優れ、耐食性と親水性と耐汚染性と動摩擦係数と粉体付着率と金型摩耗と粒子面積率の試験のうち、多くの試験結果において優れ、バランスの良い特性を発揮するフィン材を提供できる。また、このフィン材であるならば、銅管と密着させた場合であっても腐食を生じない特徴を得ることができる。
更に、前記塗膜中のアルミナ粒子の平均粒子径が０．０２〜２０μｍであり、焼付塗膜固形分１００質量％中にアルミナ粒子が５〜４５重量％含まれた塗膜であるならば、塗膜密着性と耐食性と親水性と接触角と耐汚染性と粒子面積率に優れ、金型摩耗が少なく、銅管に腐食も生じ難いフィンを提供できる。

図３は表１の実施例Ｎｏ.３の試料表面に形成した親水性焼付塗膜に含まれているアルミナ粒子とフッ素樹脂粒子（フッ素粒子）を示す顕微鏡写真である。
先の尖った凸部を複数有する不定形の多数のアルミナ粒子が米粒状のフッ素樹脂粒子とともに混在された状態を呈している。これらの粒子が樹脂層の内部に埋設した親水性焼付塗膜の概略構造となっていることがわかる。

１…フィン材、２…基材、２ａ…化成皮膜、３…耐食層、５…親水性焼付塗膜、６…樹脂層、７…アルミナ粒子、８…フッ素樹脂粒子、１１…伝熱管、１１ａ…開口部、１５…フィン、１５ａ…挿通孔、１６…熱交換器コア。

Claims (8)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材と、該板材上に形成されたポリビニルアルコールを含む水系塗料からなる焼付耐食層と、該焼付耐食層上に形成された親水性焼付塗膜とを具備し、該親水性焼付塗膜が、アルミナゾルに含まれるアルミナ粒子とスルホン酸を含む水溶性アクリル樹脂とポリエチレングリコールを含み、水に可溶な硫黄成分が０．５ｍｇ／ｍ^２以下であり、前記親水性焼付塗膜の塗膜量が０．３〜０．８ｇ／ｍ^２であり、前記焼付耐食層の塗膜量が０.２ｇ／ｍ^２以上であり、前記焼付耐食層に着色用の顔料が含まれていることを特徴とする親水性焼付塗膜。
2. 前記アルミナ粒子の平均粒子径が０．０２〜２０μｍであり、前記焼付塗膜固形分１００質量％中にアルミナ粒子が５〜４５重量％含まれたことを特徴とする請求項１に記載の親水性焼付塗膜。
3. 表面の動摩擦係数が０．２以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の親水性焼付塗膜。
4. 平均粒子径０．１〜０．５μｍのフッ素樹脂粒子が焼付塗膜固形分１００質量％中に０．０５〜３質量％含まれたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の親水性焼付塗膜。
5. 前記防汚性及び親水性焼付塗膜表面において前記アルミナ粒子の面積率が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の親水性焼付塗膜。
6. 前記親水性焼付塗膜の最表面に水溶性潤滑剤層が塗布量０.０５〜０.２ｇ／ｍｍ^２の割合で設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の親水性焼付塗膜。
7. アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材上に、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の親水性焼付塗膜が形成されたことを特徴とする熱交換器用アルミニウムフィン材。
8. 請求項７に記載のアルミニウムフィン材が複数並列配置され、前記各アルミニウムフィン材に透孔が形成され、該透孔を挿通して前記アルミニウムフィン材と一体化される銅または銅合金からなる伝熱管が設けられたことを特徴とする熱交換器。