(57)【要約】【課題】少ない工程で、被処理材の表面に均一な膜厚を有する表面処理膜を形成することができる表面処理方法を提供する。【解決手段】アルミニウム材で構成された熱交換器の表面に、イオン伝導性を有する有機材料と、無機微粒子とを電気的に吸着させる工程を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材で構成された熱交換器の表面に、イオン伝導性を有する有機材料と、無機微粒子とを電気的に吸着させる工程を備えていることを特徴とする熱交換器の表面処理方法。
【請求項２】
前記熱交換器がイオン伝導性を有する有機材料と、無機微粒子とが混在する電界溶液中に浸漬された状態で、前記有機材料と前記無機微粒子とを電気的に吸着させることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の表面処理方法。
【請求項３】
前記有機材料がカチオン性高分子材料である請求項１又は請求項２に記載の熱交換器の表面処理方法。
【請求項４】
前記有機材料がアニオン性高分子材料である請求項１又は請求項２に記載の熱交換器の表面処理方法。
【請求項５】
前記無機微粒子がアルミナ微粒子である請求項１から請求項４のいずれかに記載の表面処理方法。
【請求項６】
前記無機微粒子がシリカ微粒子である請求項１から請求項４のいずれかに記載の表面処理方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかの熱交換器の表面処理方法で表面処理を行ったことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等に用いられる熱交換器の表面処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属の表面に表面処理を施すことで、この金属材料で形成された装置の能力を高める或いは能力の低下を抑制することが可能である。
【０００３】
例えば、特開２０１１−１２２７５５号公報では、フィンの表面に、板状無機粒子が分散配置された耐食性皮膜と、この耐食性皮膜上に親水性皮膜を形成し、前記板状無機粒子の一部を前記親水性皮膜上に露出させているものが記載されている。このような、複合塗料での処理により、親水性及び耐食性を兼ね備えたフィン材を得ることができる。
【０００４】
また、特許第３１９５４３１号公報には、自動車等の塗装に用いられる電着が開示されている。前記電着は、エポキシ系の材料と、アミノプロピルトリメトキシシランによる、ゲル化されたエポキシシラン系の電着塗料を用いている。
【０００５】
このような金属の表面処理を行うものとして、例えば、空気調和機の熱交換器がある。前記熱交換器は冷媒が流動する冷媒流路と、冷媒流路と接触し互いに平行に配置された複数枚のフィンとを備えている。前記熱交換器では、前記冷媒が前記冷媒流路を流動するとき、外部の空気と冷媒とが熱交換を行う。
【０００６】
前記熱交換器で内部を流動する冷媒の熱交換を行う場合、前記フィンが冷却される場合がある。このとき、前記フィンの表面には、凝縮水（結露水）が発生し、やがて水滴となる。隣り合うフィンの水滴が接触すると、前記フィンの間に水のブリッジが形成される。水のブリッジは、前記フィンの間を流れる空気では排水されにくく、さらに熱交換器が低温環境内にある場合、ブリッジを形成していた水が凍結し、霜としてフィンに付着する（着霜する）。フィンに着霜があると、通風路が狭くなり、熱交換効率が低下する。
【０００７】
このような熱交換器のフィンの表面に表面処理として、親水性処理を施すことで、水滴の接触角が小さくなり、水ブリッジが形成されにくくなる。また、親水性処理が施されていることで、水滴が広がり乾燥しやすく、このことからも、前記フィンの熱交換効率の低下を抑制することが可能である。
【０００８】
また、上述したような表面処理は、処理に利用する物質を変更することで、親水性、耐食性、以外の機械的性質を向上させることも可能となっている。そして、空気調和機の熱交換器のような、複雑な形状を有する部材には、軽量、加工が容易、材料価格が安価である等の利点を有することから、従来のフィンアンドチューブ型熱交換器のチューブ材で使用されている銅をアルミニウムに変更することが増えてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１２２７５５号公報
【特許文献２】特許第３１９５４３１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特開２０１１−１２２７５５号公報の表面処理では、フィン表面に吸着する、ろう材などを洗浄、除去する工程、化成処理により表面に防食処理を施す工程、親水性材料を塗布する工程、膜厚を均一化させる工程及び乾燥する工程等、性能を向上させるためには多数の工程が必要となる。また、特開２０１１−１２２７５５号公報に記載されている親水性膜は、樹脂で形成されているため、親水性膜を形成したのちに高温の熱処理を行うことが難しい。
【００１１】
表面処理膜が高い親水性を有するには、親水材料として使われるＳｉＯ2に含まれる、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が表面に露出していることが必要であると考えられる。特許第３１９５４３１号公報に記載のカチオン電着性ゲル化微粒子を利用した電着では、微粒子の表面に高分子が吸着しているため、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の露出が十分ではなく、高い親水性を得ることが難しい。また、特許第３１９５４３１号公報に記載のカチオン電着性ゲル化微粒子は、エッジ部の塗装膜厚を厚くするものであるため、前記熱交換器のような複雑な形状のものが被処理物品である場合、奥まった部分の塗装膜厚が厚くなり、気流がなられる部分が狭くなり、熱交換効率が低下する場合がある。
【００１２】
そこで本発明は、少ない工程で、被処理材の表面に均一な膜厚を有する表面処理膜を形成することができる表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、アルミニウム材で構成された熱交換器の表面に、イオン伝導性を有する有機材料と、無機微粒子とを電気的に吸着させる工程を備えていることを特徴とする熱交換器の表面処理方法を提供する。
【００１４】
この構成によると、熱交換器のような複雑な形状の被処理部材の奥まった部分にも、均一又は略均一な厚みで有機材料と無機微粒子と吸着させることがある。これにより、従来のものに対し、処理液を塗布した後、膜厚を調整する工程を省略することが可能である。このことから、製造工程を簡略化することができ、製造に要する手間、コストを減らすことが可能である。
【００１５】
上記構成において。前記熱交換器がイオン伝導性を有する有機材料と、無機微粒子とが混在する電界溶液中に浸漬された状態で、前記有機材料と前記無機微粒子とを電気的に吸着させるようにしてもよい。
【００１６】
上記構成において、前記有機材料がカチオン性高分子材料であってもよいし、アニオン性高分子材料であってもよい。
【００１７】
上記構成において、前記無機微粒子がアルミナ微粒子であってもよいし、シリカ微粒子であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、複雑な（入り組んだ）構造を有する熱交換器のフィンの表面に、均一性の高い膜厚の表面処理膜を形成することができる表面処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】熱交換器の概略図である。
【図２】本発明にかかる表面処理を施すための表面処理装置を示す図である。
【図３】本発明にかかる熱交換器の表面処理方法を利用した熱交換器の製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる熱交換器の表面処理方法で表面処された熱交換器の概略図である。以下の説明では、図１における、水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向として説明する。熱交換器Ａは、内部に流れる熱媒（冷媒）と外部の流体（ここでは、空気）との間で熱の交換を効率よく行うための装置である。例えば、熱交換器Ａを蒸発器として用いる場合、外部の空気の熱を冷媒に渡す。
【００２１】
図１に示す熱交換器Ａは、２本の分流管（第１分流管１、第２分流管２）と、その間に配置される複数の伝熱管３と、複数の伝熱管３の間に配置されたコルゲート形状のフィン４とを備えている。なお、２本の分流管１、２及び伝熱管３は冷媒が流動可能な管形状に形成されており、冷媒流動管体を構成している）。
【００２２】
熱交換器Ａでは、上述の通り、内部の冷媒と外部の空気との間の熱交換を効率よく行うための装置であり、熱伝導性が高いことが要求されている。そのため、熱交換器Ａにおいて、第１分流管１、第２分流管２、伝熱管３及びフィン４は、高い熱伝導性を有し、安価、加工性が高い等のメリットを有しているアルミニウム又はアルミニウム合金で作製されている。
【００２３】
図１に示す熱交換器Ａでは、第１分流管１及び第２分流管２はＹ方向に延び、Ｘ方向に間隔を置いて平行に配置されている。第１分流管１及び第２分流管２は、それぞれ、異なる配管に接続されており、一方の配管を介して冷媒が熱交換器Ａに供給され、熱交換器Ａで熱交換したのちの冷媒が他方の配管を介して外部に送られる。
【００２４】
複数の伝熱管３はＸ方向に延び、Ｙ方向に所定間隔で配列されている。伝熱管３は金属（ここではアルミニウム）を押出成型した細長い管体であり、内部に冷媒を流通させる冷媒流路が形成されている。図１に示すように、伝熱管３は、図１の奥行方向に幅広くなるように配置されており、Ｙ方向の厚みが薄い。そして、伝熱管３は、断面形状及び断面面積が等しい冷媒流路が図１の奥行き方向に複数個並んだ構成である。
【００２５】
そして、伝熱管３は、一方の端部（図１中左側）で第１分流管１と、他方の端部（図中右側）で第２分流管２と接続している。すなわち、熱交換器Ａに流入した冷媒は、伝熱管３の冷媒流路を通って第１分流管１から第２分流管２に、或いはその逆に流れる。
【００２６】
そして、熱交換器Ａでは、隣り合う伝熱管３同士の間にフィン４が配置されている。図１に示すように、フィン４は、平板を波型（コルゲート形状）に形成した部材であり、波型の各稜部は伝熱管３と接触するように配置されている。
【００２７】
熱交換器Ａにおいて、第１分流管１、第２分流管２と伝熱管３、伝熱管３とフィン４とは、ロウ付け処理によって接着されている。なお、接着方法はロウ付けに限定されるものではなく、溶射処理、熱拡張、溶接等の接着手法によって上述の部材同士を接着、固定するようにしてもよい。
【００２８】
第１分流管１及び第２分流管２と伝熱管３とがロウ付けによって接続されることで、接続部から冷媒の漏れを抑制することができる。また、伝熱管３とフィン４とが接続されていることで、伝熱管３とフィン４とで熱が伝達される。また、フィン４が、波型であることで、空気の接触面積を広くしている。
【００２９】
熱交換器Ａは、第１分流管１と第２分流管２との間で冷媒を流通させるとき、伝熱管３を介して冷媒が流通する。伝熱管３を通過するとき、冷媒は外部の空気と熱交換を行う。例えば、熱交換器Ａを蒸発器として用いる場合、伝熱管３を流通する冷媒は、外部の空気より熱を奪う。このとき、伝熱管３が波型のフィン４と接触しているので、冷媒は伝熱管３と直接接触している空気以外にもフィン４と接触している空気との間で熱交換を行う。
【００３０】
熱交換器Ａは、空気調和機に用いられる熱サイクルの室外側ユニットの熱交換器（蒸発器）や冷却庫の冷却装置の蒸発器として用いられる。このとき、熱交換器Ａの表面の温度が外部の空気の露点よりも低くなると、熱交換器Ａの表面に結露が発生する。さらに、熱交換器Ａの表面の温度がさらに低くなると、結露した水分が凍結し霜が発生する（着霜する）。そして、熱交換器Ａの着霜によって、フィン４の隙間が霜で埋まり、空気の流れが阻害され、熱交換効率が低下し、空気調和機の暖房性能が低下する。
【００３１】
また、熱交換器Ａでは、フィン４の間の隙間が狭いので、フィン４に結露水が発生すると、結露水同士が接触し、水滴のブリッジが形成される。そして、このブリッジが凍結することで霜が発生する。熱交換器Ａでは、このような水滴のブリッジは、表面に付着する水滴の接触角が大きいときに発生しやすいため、表面を親水性面とすることで、水滴のブリッジの発生を抑制できる。
【００３２】
次に、熱交換器に対する表面処理を施すための表面処理装置について図面を参照して説明する。図２は本発明にかかる表面処理を施すための表面処理装置を示す図である。なお、図２に示す表面処理装置Ｓｃは、組み立てた後ロウ付けされた熱交換器Ａの表面に表面処理膜を形成する（ポストコート処理を行う）ものである。
【００３３】
図２に示すように、表面処理装置５は、処理液５２が貯められた処理槽５３、処理液５２に浸漬し、被処理物品である熱交換器Ａを取り付ける取付電極５４、処理液５２に浸漬し、取付電極５４及び熱交換器Ａと対向して配置される対向電極５５、電源装置５６及び処理液５２を撹拌する撹拌機５７が取り付けられている。
【００３４】
処理液５２は、水、アルミナ微粒子及びカチオン性ポリマー（ポリアリルアミン分散溶液）を混合した液体である。処理槽５３は熱交換器Ａを丸ごと挿入可能な大きさである。そして、処理液５２は、熱交換器Ａ全体が浸漬される程度に処理槽５３の内部に貯められている。
【００３５】
取付電極５４及び対向電極５５は、電源装置５６に取り付けられている。表面処理装置５では、取付電極５４が陰極、対向電極５５が陽極となるように、電源装置５６から電力が供給されている。
【００３６】
撹拌機５７は、処理槽５３の底面付近に配置されており、回転することで、処理槽５３の内部に溜まっている処理液５２を撹拌するものである。撹拌機５７で処理液５２を撹拌することで、処理槽５３の内部でアルミナ微粒子の濃度にむらができたり、凝集したりするのを抑制している。
【００３７】
以上のような表面処理装置を用いた、熱交換器Ａの製造方法について図面を参照して説明する。図３は本発明にかかる熱交換器の表面処理方法を利用した熱交換器の製造方法のフローチャートである。図３に示すように、熱交換器Ａの製造方法では、予め組み立て、ろう付け固定した熱交換器Ａの表面に親水性膜を形成するポストコート法が採用されている。これは、仮組、ロウ付け等の工程で親水性膜がはがれたり、親水性膜の性質が熱等で変化したりするのを抑制するためである。
【００３８】
熱交換器Ａの製造は、脱脂工程、仮組工程、ロウ付け工程、洗浄工程等を含んでいる。これらの工程は従来よく知られた工程であり、図３では、詳細を省略し、単に組立工程（ステップＳ１１）としている。
【００３９】
組立工程（ステップＳ１１）で組み立てられた熱交換器Ａの表面を純水で洗浄（洗浄工程：ステップＳ１２）する。そして、熱交換器Ａの表面に付着した水滴を乾燥させる（乾燥工程：ステップＳ１３）。その後、熱交換器Ａを取付電極５４に取り付け、熱交換器Ａと取付電極５４及び対向電極５５を処理液５２に浸漬させ、電源装置５６を駆動して取付電極５４及び対向電極５５に電力を供給する（電着工程：ステップＳ１４）。このとき、撹拌機５７を駆動し、処理液５２を撹拌する。つまり、電着工程（ステップＳ１４）では、アルミナ微粒子とカチオンポリマーとを、熱交換器Ａの表面に電着している。
【００４０】
そして、親水性膜の膜厚、処理液の温度、処理液の濃度等によって決められた条件での電着工程（Ｓ１４）が終了したのち、熱交換器Ａを処理液５２の外部に取り出し、純水で洗浄する（洗浄工程Ｓ１５）。そして、熱交換器Ａの表面に製膜された親水性膜を加熱し、乾燥させる（乾燥工程：ステップＳ１６）。
【００４１】
熱交換器Ａは、以上の手順で製造されている。図３に示すように、本発明にかかる熱交換器の製造方法では、熱交換器Ａを組み立てたのちに、電着法によって、親水性膜を形成している。電着法では、熱交換器Ａのような複雑な形状の入り組んだ部分にも、均一又は略均一な親水性膜（電着塗膜）を形成することができる。これにより、ディップコート後に焼付を行う従来の成膜方法のように、膜厚を調整する工程及びその装置が不要となり、製造装置及び製造工程を減らすことが可能である。このことから、熱交換器Ａの製造コストが上昇するのを抑制することが可能である。
【００４２】
また、電着法では、電気の力でカチオン性ポリマーとアルミナ微粒子とを熱交換器Ａの表面に引きつけて親水性膜を形成するので、均一性の高い膜を成膜することができる。一方で、上述したような膜厚を調整する工程として、例えば、送風によって表面処理剤を吹き飛ばす方法が一般的よく用いられるが、この方法で入り組んだ部分の膜厚を調整することが難しい。すなわち、本発明の電着法による親水性膜の場合、膜厚のばらつきを抑える効果も有している。
【００４３】
なお、上述の実施形態では、ディップコート法による電着について説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、電極に接続した熱交換器にカチオン性ポリマーとアルミナ微粒子とを含む処理液を吹き付けて電着する方法も採用することができる。
【００４４】
次に、本発明にかかる熱交換器の表面処理方法による親水性の評価について説明する。本発明にかかる熱交換器の表面の親水性を評価するため、上述した表面処理装置で、熱交換器Ａを構成するのと同じアルミニウムの板材の表面に親水性膜を成膜し、その親水性について評価した。
【００４５】
（実施例１）
評価に用いた、材料、処理液及び処理の条件は次のとおりである。表面処理を行う材料はアルミニウム（Ａ１０５０：日本軽金属製）の板材を用いた。処理液は、水、アルミナ微粒子（Ａｌ−４７−１：昭和電工製）及びポリアリルアミン分散溶液（ＰＡＡ−１５：ニットーボーメディカル製）を混合した液体である。さらに詳しく説明すると、水、アルミナ微粒子及びポリアリルアミン分散溶液が重量比率で２０：２：１となるように混合する。ポリアリルアミンはカチオン性ポリマーである。
【００４６】
この処理液を処理槽５３内に充填し、取付電極５４にアルミニウム板を取り付け、取付電極５４及び対向電極５５とを処理液に浸漬させ、撹拌機５７で処理液を撹拌しながら、電源装置５６をオンする。
【００４７】
取付電極５４の電位を−２８．８Ｖ／ＳＨＥ、対向電極５５を＋１．２３Ｖ／ＳＨＥ、電流密度３００Ａ／ｍ2として、３００秒間電着を行う。そして、アルミニウム板材を処理液から取出し、純水で洗浄した後、２００℃に設定したホットプレート上で１０分間加熱、乾燥させる。
【００４８】
以上のようにして表面処理を施したアルミニウム板材を実施例１、表面処理を施していないアルミニウム板材を比較例として表面の親水性の比較を行った。ここで、親水性の評価方法について説明する。
【００４９】
表面の親水性が高いと、水滴が広がりやすい。すなわち、親水性が高いと水滴の接触角が小さくなり、親水性が低いと接触角が大きくなる。そのため、親水性の評価は、試料の表面に水滴を滴下し、その水滴の接触角の大小によって行っている。そして、比較例では、３箇所に水滴を落とし、それぞれの接触角を測定し、実施例１では２箇所に水滴を落とし、それぞれの接触角を測定し、さらにそれぞれの平均値を算出した。その結果を表１に示す。
【表１】
2014029236.tif 000003
【００５０】
表１に示したように、実施例１では、測定された接触角は１１．５°、１３．５°で、平均値は１２．５°であった。これに対し、比較例では、測定された接触角は、６７．５°、７８．２°、７９．５°で平均値は７５．１°であった。これにより、本発明の熱交換器の表面処理方法で電着した処理膜は、親水性を有していることがわかる。
【００５１】
以上示したように、カチオン性ポリマーとアルミナ微粒子とを用いた処理液中で電着法による成膜を行うことで、アルミニウムの表面に親水性膜を形成することが可能であることが分かった。
【００５２】
（実施例２）
上述の実施例１では、無機微粒子としてアルミナ微粒子を用いているが、表面処理膜に親水性を付与する目的の場合、シリカ微粒子を用いることも可能である。なお、シリカ微粒子は、負に帯電するが、アミン系のシランカップリング剤もしくはポリマーで表面修飾させれば正に帯電させることができる。これにより、上述の表面処理装置を用いて、電着法により、熱交換器の表面に親水性を有する表面処理膜を成膜することができる。以下に、シリカ微粒子を用いた表面処理について説明する。
【００５３】
処理液は、水、シリカ微粒子（ＨＳ−３０１：新日鉄マイクロン製）及びポリアリルアミン分散溶液（ＰＡＡ−１５：ニットーボーメディカル製）を混合した液体である。さらに詳しく説明すると、水、シリカ微粒子及びポリアリルアミン分散溶液が重量比率で２０：２：２となるように混合する。
【００５４】
この処理液を処理槽５３内に充填し、取付電極５４にアルミニウム板を取り付け、取付電極５４及び対向電極５５を処理液に浸漬させ、撹拌機５７で処理液を撹拌しながら、電源装置５６をオンする。
【００５５】
まず、取付電極５４を＋３０Ｖ/ＳＨＥ，対向電極５５を０Ｖ／ＳＨＥにして、アルミニウム板材を、３００秒間エッチングする。その後、取付電極５４を−２８．８Ｖ／ＳＨＥ、対向電極５５を＋１．２３Ｖ／ＳＨＥ、電流密度３００Ａ／ｍ2として、３００秒間電着を行う。そして、アルミニウム板材を処理液から取出し、純水で洗浄した後、２００℃に設定したホットプレート上で１０分間加熱、乾燥させる。
【００５６】
以上のようにして表面処理を施したアルミニウム板材を実施例２、表面処理を施していないアルミニウム板材を比較例として表面の親水性の比較を行った。表面の親水性については、接触角計にて評価を行った。その結果を表２に示す。
【表２】
2014029236.tif 000004
【００５７】
表２に示したように、実施例２において、測定された接触角は９．５°、５．０°、１５．５°、１２．６°で、平均値は１０．７°であった。これに対し、比較例では、測定された接触角は、６７．５°、７８．２°、７９．５°で平均値は７５．１°であった。これにより、本発明の熱交換器の表面処理方法で成膜した処理膜は、親水性を有していることがわかる。
【００５８】
以上示したように、カチオン性ポリマーとシリカ微粒子とを用いた処理液中で電着法による成膜を行うことで、アルミニウムの表面に親水性膜を形成することが可能であることが分かった。
【００５９】
なお、ポリスチレンスルホン酸などのアニオン性ポリマーとシリカ微粒子とを混合させる場合においても同様の機能を付与させることができる。なお、アニオン性ポリマーの場合、負に帯電するので、熱交換器を正に帯電させることで、電着される。
【００６０】
以上のことより、本発明にかかる熱交換器の表面処理方法によって形成された表面処理膜は、親水性を有することがわかる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、空気調和機の省エネルギ化、省スペース化を可能とする、パラレルフロー型の熱交換器の表面処理として利用するのに好適である。
【符号の説明】
【００６３】
１  第１分流管
２  第２分流管
３  伝熱管
４  フィン
５  表面処理装置
５２  処理液
５３  処理槽
５４  取付電極
５５  対向電極
５６  電源装置
５７  撹拌機
【図１】
2014029236.tif 000005
【図２】
2014029236.tif 000006
【図３】
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