(57)【要約】【課題】親水性及びその持続性に優れた親水性皮膜及びそれを用いた熱交換器用フィン並びに熱交換器を提供すること。【解決手段】親水性皮膜３２は、少なくとも、Ｓｉ、Ａｌ及びＦを含有する。親水性皮膜３２の厚さ方向におけるグロー放電発光分光分析による、Ａｌに対するＳｉの発光強度比Ｓｉ／Ａｌが７.０×１０-３〜３.０×１０-１であり、かつ、Ｆに対するＳｉのピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆが２.０×１０-３〜４.０×１０-２である。【選択図】図２
2017180961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、Ｓｉ、Ａｌ及びＦを含有する親水性皮膜であって、
該親水性皮膜の厚さ方向におけるグロー放電発光分光分析による、Ａｌに対するＳｉの発光強度比Ｓｉ／Ａｌが７.０×１０-３〜３.０×１０-１であり、かつ、Ｆに対するＳｉのピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆが２.０×１０-３〜４.０×１０-２である、親水性皮膜。
【請求項２】
前記親水性皮膜は、単位面積当たりの皮膜量が０．５〜１０ｇ／ｍ２である、請求項１に記載の親水性皮膜。
【請求項３】
アルミニウム又はアルミニウム合金により構成されたアルミニウム基材と、
該アルミニウム基材の表面に形成された、請求項１又は２に記載の親水性皮膜と、を備えた、熱交換器用フィン。
【請求項４】
内部に少なくとも１つの流路が形成された流路管と、
該流路管に接合された、少なくとも１つの請求項３に記載の熱交換器用フィンと、を備えた、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親水性皮膜及びそれを用いた熱交換器用フィン並びに熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エアコン等に用いられる空調用の熱交換器は、内部に冷媒を流通させる１又は複数の流路を有するチューブと、そのチューブに接合された複数のフィンとを備えている。熱交換器は、チューブ内の流路を流通する冷媒と外気との熱交換が複数のフィンを介して行われるように構成されている。
【０００３】
熱交換器において、フィンがチューブ内の流路を流通する冷媒によって冷却されると、フィンの表面に凝縮水が発生することがある。フィンの表面に発生した凝縮水は、フィンとフィンとの隙間における外気の流れを阻害し、結果として熱交換器の伝熱性能の低下を招いてしまう。そのため、熱交換器において、フィンの表面の排水性を確保するため、親水性を有するフィンの適用が望ましい。
【０００４】
例えば、特許文献１には、アルミニウム基材の表面にケイ酸塩を主成分とする塗膜をプレコートした、親水性を有するフィンを備えた熱交換器が開示されている。また、特許文献２には、アルミニウム基材の表面にアルミニウムと無機微粒子とを共析させた複合めっき被膜が形成された、親水性を有するフィンを備えた熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３７１５３号公報
【特許文献２】特開２０１４−４３６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、表面に上記塗膜及び上記複合めっき被膜を有するフィンを備えた、上記特許文献１、２の熱交換器においては、フィンの親水性にまだまだ改善の余地があり、フィンの親水性及びその持続性のさらなる向上が望まれている。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、親水性及びその持続性に優れた親水性皮膜及びそれを用いた熱交換器用フィン並びに熱交換器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様である親水性皮膜は、少なくとも、Ｓｉ、Ａｌ及びＦを含有する。親水性皮膜の厚さ方向のグロー放電発光分光分析による、Ａｌに対するＳｉの発光強度比Ｓｉ／Ａｌが７.０×１０-３〜３.０×１０-１であり、かつ、Ｆに対するＳｉのピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆが２.０×１０-３〜４.０×１０-２である。
【０００９】
上記親水性皮膜は、親水性皮膜の厚さ方向のグロー放電発光分光分析による、上記特定の元素の発光強度比及びピーク発光強度比を上記特定の範囲内としている。そのため、優れた親水性及びその持続性を発現する。これにより、上記親水性皮膜を例えば熱交換器用フィンに適用すれば、熱交換器用フィンの表面に発生する凝縮水の排水性を向上させ、通風抵抗を抑制でき、結果として伝熱性能を向上させることができる。
【００１０】
上記親水性皮膜において、親水性皮膜は、単位面積当たりの皮膜量が０．５〜１０ｇ／ｍ２であることが好ましい。この場合には、親水性皮膜を表面に有する部材とアルミニウム製部材とのろう付け接合性を向上させることができる。例えば、親水性皮膜を表面に有する熱交換器用フィンとアルミニウム製の熱交換器用チューブとのろう付け接合性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の他の態様である熱交換器用フィンは、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成されたアルミニウム基材と、アルミニウム基材の表面に形成された上記親水性皮膜と、を備えている。
【００１２】
上記熱交換器用フィンは、親水性及びその持続性に優れた上記親水性皮膜を備えている。そのため、表面に発生する凝縮水の排水性を向上させ、通風抵抗を抑制でき、結果として伝熱性能を向上させることができる。これにより、上記熱交換器用フィンを熱交換器に適用すれば、熱交換器の熱交換性能を向上させることができる。
【００１３】
本発明のさらに他の態様である熱交換器は、内部に少なくとも１つの流路が形成された流路管と、流路管に接合された少なくとも１つの上記熱交換器用フィンと、を備えている。
【００１４】
上記熱交換器は、親水性及びその持続性に優れた上記親水性皮膜を有する上記熱交換器用フィンを備えている。そのため、熱交換性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】熱交換器の構成を示す斜視図である。
【図２】図１のII-II線の断面説明図である。
【図３】熱交換器コア部の構成を示す斜視図である。
【図４】図３のIV-IV線の断面説明図である。
【図５】親水性皮膜の厚さ方向におけるグロー放電発光分光分析結果の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００１７】
上記親水性皮膜は、上述したとおり、少なくとも、Ｓｉ、Ａｌ及びＦを含有する。親水性皮膜は、例えば、Ｓｉ単体又はＳｉ系化合物とＡｌを含有するフッ化物系フラックスとの反応物により構成することができる。上記反応物とは、Ｓｉ単体又はＳｉ系化合物とＡｌを含有するフッ化物系フラックスとを例えば加熱等により反応させたものである。
【００１８】
上記Ｓｉ系化合物としては、例えば、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム等の水ガラス、コロイダルシリカ等を用いることができる。
上記Ａｌを含有するフッ化物系フラックスとしては、例えば、ＫＡｌＦ４、Ｋ３ＡｌＦ６、ＡｌＦ３、Ｌｉ３ＡｌＦ６、ＣｓＡｌＦ４等を用いることができる。
【００１９】
上記親水性皮膜は、上述したとおり、親水性皮膜の厚さ方向のグロー放電発光分光分析（ＧＤ−ＯＥＳ：Ｇｌｏｗ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）による、Ａｌに対するＳｉの発光強度比Ｓｉ／Ａｌが７.０×１０-３〜３.０×１０-１であり、かつ、Ｆに対するＳｉのピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆが２.０×１０-３〜４.０×１０-２である。なお、グロー放電発光分光分析は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１４４（２００１年）に準拠して行うことができる。
【００２０】
上記発光強度比Ｓｉ／Ａｌが７.０×１０-３未満の場合及び３.０×１０-１を超える場合には、親水性皮膜における親水性の持続性が低下する。また、上記ピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆが２.０×１０-３未満の場合及び４.０×１０-２を超える場合には、親水性皮膜における親水性の持続性が低下する。
【００２１】
上記発光強度比Ｓｉ／Ａｌは、１.０×１０-２〜２.３×１０-１であることが好ましい。また、上記ピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆは、３.０×１０-３〜３.１×１０-２であることが好ましい。これらの場合には、親水性皮膜の親水性及びその持続性をさらに向上させることができる。
【００２２】
上記発光強度比Ｓｉ／Ａｌ及び上記ピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆは、親水性皮膜の厚さ方向のグロー放電発光分光分析結果から求めることができる。上記発光強度比Ｓｉ／Ａｌ及び上記ピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆの求め方については、後述の実施例において詳細に説明する。
【００２３】
上記親水性皮膜は、上述したとおり、単位面積当たりの皮膜量が０．５〜１０ｇ／ｍ２であることが好ましい。なお、上記単位面積当たりの皮膜量は、親水性皮膜を形成する対象を基材とした場合、（（親水性皮膜形成後の基材及び親水性皮膜の乾燥重量）−（親水性皮膜形成前の基材の重量））／（基材における親水性皮膜形成面積）の式により求めることができる。
【００２４】
親水性皮膜の単位面積当たりの皮膜量が０．５ｇ／ｍ２未満の場合には、親水性皮膜中に含まれるフッ化物系フラックスの機能が十分に得られず、親水性皮膜を表面に有する部材（例えば、親水性皮膜を表面に有する熱交換器用フィン）とアルミニウム製部材（例えば、アルミニウム製の熱交換器用チューブ）とのろう付け接合性が低下するおそれがある。親水性皮膜の単位面積当たりの皮膜量が１０ｇ／ｍ２を超える場合には、親水性皮膜を表面に有する部材とアルミニウム製部材との間（より具体的には、例えば親水性皮膜を形成する基材とアルミニウム製部材との間）に親水性皮膜に起因する隙間（クリアランス）が生じ、ろう付け接合性が低下するおそれがある。なお、アルミニウム製部材とは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成された部材のことである。
【００２５】
上記親水性皮膜は、単位面積当たりの皮膜量が１．１〜４．０ｇ／ｍ２であることがより好ましい。この場合には、親水性皮膜を表面に有する部材とアルミニウム製部材とのろう付け接合性をさらに向上させることができる。
【００２６】
上記熱交換器用フィンは、上述したとおり、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成されたアルミニウム基材と、アルミニウム基材の表面に形成された親水性皮膜と、を備えている。アルミニウム基材に用いるアルミニウム合金としては、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）の１１００、１０５０、１Ｎ３０等の純アルミニウム、２０１７合金、２０２４合金等のＡｌ−Ｃｕ系合金、３００３合金、３００４合金等のＡｌ−Ｍｎ系合金、５０５２合金、５０８３合金等のＡｌ−Ｍｇ系合金、６０６１合金等のＡｌ-Ｍｇ-Ｓｉ系合金等が挙げられる。
【００２７】
上記熱交換器用フィンにおいて、親水性皮膜を形成するアルミニウム基材の表面には、化成皮膜による下地処理層が形成されていてもよい。下地処理層の成分、例えば、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ等は、親水性皮膜の親水性及びその持続性にほとんど影響を与えることはない。
【００２８】
上記熱交換器は、上述したとおり、内部に冷媒等を流通させる少なくとも１つの流路が形成された流路管と、流路管に接合された少なくとも１つのフィン（熱交換器用フィン）と、を備えている。流路管を構成する材料としては、例えば、上記熱交換器用フィンのアルミニウム基材と同様に、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。
【００２９】
上記熱交換器の一実施形態について、図１を用いて説明する。
図１、図２に示すように、空調用の熱交換器１は、チューブ（流路管）２と、複数のフィン３とを備えている。
【００３０】
チューブ２は、アルミニウム合金により構成されている。チューブ２は、軸方向に直交する断面が扁平状であり、内部に冷媒を流通させる複数の流路２１が形成された扁平多穴管により構成されている。チューブ２は、外表面にろう材層（図示省略）を有する。
【００３１】
各フィン３は、板状に形成されている。フィン３は、アルミニウム合金により構成されたアルミニウム基材３１と、アルミニウム基材３１の表面に形成された親水性皮膜３２とを備えている。各フィン３には、凹状の切欠部３０が形成されている。
【００３２】
複数のフィン３は、フィン３の厚み方向に互いに間隔を設けて配置されている。一列に並んだ複数の切欠部３０内には、チューブ２が嵌め込まれている。チューブ２と各フィン３とは、ろう材（チューブ２の外表面のろう材層）を介して接合されている。すなわち、チューブ２と各フィン３とは、ろう付けにより接合されている。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例について、比較例と対比しながら、表１及び表２を用いて説明する。以下に示す実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明は何らこれらに限定されるものではない。
【００３４】
本実施例では、表面に親水性皮膜を有する複数の熱交換器用フィン及びそれを用いた複数の熱交換器コア部（実施例Ａ１〜Ａ１６、Ｂ１〜Ｂ４、比較例Ａ１７〜Ａ２６、Ｂ５、Ｂ６）を作製し、初期親水性、親水性の持続性、ろう付け接合性を評価した。
【００３５】
＜親水性皮膜の形成及び熱交換器コア部の作製＞
リン酸クロメートによる下地処理層を有するＪＩＳのＡ１０５０組成の板状のフィン材（アルミニウム基材）の表面に、ケイ酸塩を主体とする皮膜を形成した。ケイ酸塩を主体とする皮膜とは、ＬｉＯ２・ｎＳｉＯ２（ｎ＝３．２〜３．８）からなる皮膜である。そして、フィン材をプレス成形し、コルゲート状のフィンを作製した。その後、フィンの表面に、Ａｌを含有するフッ化物系フラックスを塗布した。フッ化物系フラックスとしては、ＫＡｌＦ４を用いた。
【００３６】
次いで、図３、図４に示すように、プレコートされたコルゲート状のフィン３を、表面にろう材層（図示略）を有する３０００系アルミニウム合金製の扁平多穴管からなるチューブ（流路管）２で挟み込んだ。このとき、チューブ２を互いに対向させた状態で、すなわちチューブ２の表面に形成されたろう材層を互いに対向させた状態で、チューブ２同士の間にコルゲート状のフィン３を挟み込むことにより、チューブ２の表面のろう材層とコルゲート状のフィン３における各山部の頂点部分とを当接させた。なお、ろう材層は、Ｓｉ粉末からなるろう材をチューブ２の表面に塗布することにより形成した。扁平多穴管とは、軸方向に直交する断面が扁平状であり、内部に冷媒を流通させる複数の流路が形成された流路管である。
【００３７】
そして、複数のチューブ２と複数のフィン３とを最高到達温度６００℃に加熱し、不活性雰囲気中でろう付け加熱を行った。これにより、複数のチューブ２と、アルミニウム基材３１の表面に親水性皮膜３２が形成された複数のフィン３とにより構成された熱交換器コア部１ａを作製した。
【００３８】
＜グロー放電発光分光分析＞
作製した熱交換器コア部におけるフィンから、幅３０ｍｍ×長さ４０ｍｍの測定用試料を切り出した。そして、グロー放電発光分光分析装置を用いて、フィン（親水性皮膜）の厚さ方向におけるグロー放電発光分光分析を行った。グロー放電発光分光分析結果から、発光強度比Ｓｉ／Ａｌ及びピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆを求めた。
【００３９】
グロー放電発光分光分析装置としては、ＳＰＥＣＴＲＵＭＡ社製ＧＤＡ７５０を用いた。グロー放電発光分光分析装置を用いたグロー放電発光分光分析の条件は、ネオンガス圧２０．０ｈＰａで置換後、出力３０Ｗ、周波数１３．６ＭＨｚ、アノード径２．５ｍｍφでのＡｌ検出波長３９６．１５２ｎｍ、Ｓｉ検出波長２８８．１５７ｎｍ、Ｆ検出波長２３８．２０４ｎｍ、Ｃｒ検出波長２６７．７１６ｎｍとした。
【００４０】
ここで、図５に、親水性皮膜の厚さ方向におけるグロー放電発光分光分析結果の一例を示す。図５の縦軸は各元素の発光強度（ｃｏｕｎｔｓ）であり、横軸はスパッタ時間（ｓ）である。ここで、ｃｏｕｎｔｓとは、２５ｍｓ毎で数えられた発光の総数である。
【００４１】
発光強度比Ｓｉ／Ａｌとは、親水性皮膜中に含まれるＡｌ及びＳｉの発光強度をそれぞれ積算し、Ａｌに対するＳｉの発光強度の積算値の比を算出したものである。このとき、図５に示すスパッタ時間０（ｓ）からｔＦ（ｓ）までを親水性皮膜として、親水性皮膜中に含まれるＡｌ及びＳｉの発光強度をそれぞれ積算した。
【００４２】
ピーク発光強度比Ｓｉ／Ｆとは、図５に示すＦ及びＳｉのピーク発光強度Ｆｐ及びＳｉｐの比Ｓｉｐ／Ｆｐを算出したものである。ここで、Ｆのピーク発光強度Ｆｐとは、特定のＦの発光強度におけるスパッタ時間ｔＦ（ｓ）の前後５秒以内の発光強度差が７．０×１０−１以上の場合に発光強度のピークであると判断し、そのピークの発光強度である。Ｓｉのピーク発光強度Ｓｉｐとは、特定のＳｉの発光強度におけるスパッタ時間ｔＳｉ（ｓ）の前後５秒以内の発光強度差が３．０×１０−３以上の場合に発光強度のピークであると判断し、そのピークの発光強度である。
【００４３】
＜単位面積当たりの皮膜量＞
電子天秤にて、親水性皮膜形成前のアルミニウム基材の重量を測定する。次いで、アルミニウム基材の表面に親水性皮膜を形成し、アルミニウム基材及び親水性皮膜の乾燥重量を測定する。そして、親水性皮膜形成前後の重量増加量をアルミニウム基材における親水性皮膜形成面積で除することにより、親水性皮膜の単位面積当たりの皮膜量（表２には単に「皮膜量」と記載）を求めた。なお、各測定値は小数点下二桁目を四捨五入した。
【００４４】
＜初期親水性＞
作製した熱交換器コア部におけるフィンと同様の構成の平板状の試験板を準備した。そして、試験板に対して接触角の測定を行った。具体的には、室温で、試験板に２μｌの水滴を滴下し、３０秒後の水滴の接触角を測定した。接触角の測定は、共和界面化学株式会社製のＦＡＣＥ自動接触角計ＣＡ-Ｚを用いて行った。
【００４５】
親水性の評価は、親水性皮膜と水滴との接触角が１０℃以下の場合を「◎◎」、１０°を超え２０°以下の場合を「◎」、２０°を超え３０°以下となる場合を「○」、３０°を超える場合を「×」とした。そして、評価結果が「◎◎」、「◎」、「○」の場合を合格とし、「×」の場合を不合格とした。
【００４６】
＜親水性の持続性＞
上記試験板を純水に２分間浸漬した後、６分間風乾した。この純水への浸漬と風乾というサイクルを３００回繰り返し実施した。その後、上述した親水性の評価と同様に、親水性皮膜と水滴との接触角を測定した。
【００４７】
親水性の持続性の評価は、３００サイクル後における親水性皮膜と水滴との接触角が１０°以下の場合を「◎◎」、１０°を超え２０°以下の場合を「◎」、２０°を超え３０°以下の場合を「○」、３０°を超える場合を「×」とした。そして、評価結果が「◎◎」、「◎」、「○」の場合を合格とし、「×」の場合を不合格とした。
【００４８】
＜ろう付け接合性＞
作製した熱交換器コア部におけるチューブとコルゲート状のフィンとのろう付け接合部をカッターナイフによりチューブの平面（主面）に沿って切断した。そして、チューブに対するコルゲート状のフィンの山部における接合長さの総和（Ｌ１）と、チューブに当接させたコルゲート状のフィンの山部における長さの総和（Ｌ２）を測定し、Ｌ１をＬ２で除して百分率で表した（Ｌ１／Ｌ２×１００）を接合率(％)とした。
【００４９】
ろう付け接合性の評価は、接合率が９０％以上の場合を「◎」、８０％以上９０％未満の場合を「○」、８０％未満の場合を「×」とした。そして、評価結果が「◎」及び「○」の場合を合格とし、「×」の場合を不合格とした。
【００５０】
【表１】
2017180961.tif 000003
【００５１】
【表２】
2017180961.tif 000004
【００５２】
上記の評価結果を表１及び表２に示す。
表１及び表２に示すように、実施例Ａ１〜Ａ１６及び実施例Ｂ１〜Ｂ４は、親水性、親水性の持続性、ろう付け接合性のいずれも良好（合格）であった。一方、比較例Ａ１７〜Ａ２６及び比較例Ｂ５、Ｂ６は、親水性、親水性の持続性、ろう付け接合性のいずれかが不十分（不合格）であった。
【００５３】
上記の実施例及び比較例の結果から、親水性皮膜の厚さ方向におけるグロー放電発光分光分析による、Ａｌに対するＳｉの発光強度比Ｓｉ／Ａｌが７.０×１０-３〜３.０×１０-１の範囲内であり、かつ、Ｆに対するＳｉのピーク発光強度比Ｓｉ/Ｆが２.０×１０-３〜４.０×１０-２の範囲内であることにより、親水性皮膜の親水性及びその持続性に優れることがわかった。
【００５４】
また、表面に親水性皮膜を有する熱交換器用フィンにおいては、親水性皮膜の単位面積当たりの皮膜量が０.５〜１０ｇ／ｍ２の範囲内であることにより、アルミニウム製のチューブとフィンとのろう付け接合性に優れることがわかった。
【符号の説明】
【００５５】
１…熱交換器、２…チューブ（流路管）、３…フィン、２１…流路、３１…アルミニウム基材、３２…親水性皮膜
【図１】
2017180961.tif 000005
【図２】
2017180961.tif 000006
【図３】
2017180961.tif 000007
【図４】
2017180961.tif 000008
【図５】
2017180961.tif 000009