特開 2024-38774 撥水部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024038774

(43)【公開日】2024-03-21

(54)【発明の名称】撥水部材

(51)【国際特許分類】

   C25D 11/18 20060101AFI20240313BHJP

   C25D 11/24 20060101ALI20240313BHJP

【ＦＩ】

C25D11/18 306C

C25D11/18 301A

C25D11/18 306A

C25D11/24 302

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022143042

(22)【出願日】2022-09-08

(71)【出願人】

【識別番号】000104652

【氏名又は名称】キヤノン電子株式会社

(72)【発明者】

【氏名】花島 幸司

(72)【発明者】

【氏名】若林 孝幸

(57)【要約】

【課題】高い撥水性を有する撥水部材を提供する。
【解決手段】多孔質の酸化アルミニウムを備える第１層２０１と、第１層２０１上に設けられ、複数の突起部２０４を有する酸化アルミニウムを備える第２層１０１と、第２層上に設けられた疎水性分子からなる表面層２０５とを備えることを特徴とする。また、表面層２０５の膜厚に対し、第２層２０２の厚みが１００～１００００倍の高さであることが好ましい。また、第２層２０２の厚みは、第１層２０１の厚みに対し、１／１００～９／１０の厚みであることが好ましい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多孔質の酸化アルミニウムを備える第１層と、
前記第１層上に設けられるとともに複数の突起部を有し、酸化アルミニウムを備える第２層と、
前記第２層上に設けられた疎水性分子からなる表面層と
を備えることを特徴とする撥水部材。

【請求項2】

前記表面層の膜厚に対し、前記第２層の厚みが１００～１００００倍の高さであることを特徴とする請求項１に記載の撥水部材。

【請求項3】

前記第２層の厚みは、前記第１層の厚みに対し、１／１００～２の厚みであることを特徴とする請求項２に記載の撥水部材。

【請求項4】

前記第２層の厚みが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の撥水部材。

【請求項5】

前記表面層の膜厚が、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の撥水部材。

【請求項6】

前記表面層の膜厚が、４ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の撥水部材。

【請求項7】

前記表面層の前記疎水性分子が、フッ素化合物、珪素化合物、珪素化合物を含む混合物のうちのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の撥水部材。

【請求項8】

前記第１層は、前記多孔質の封孔処理が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撥水部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撥水性を有する積層体である撥水部材、特に、空調装置や光学部材、その他の電気機器などの装置、家具などの器具に対して用いられるものに関する。

【背景技術】

【0002】

撥水部材が用いられる装置の一例としての空調装置においては、冷房運転すると、装置内に導入された空気は、熱交換部により冷却される。そして、空気に含まれていた水分は、熱交換部のフィンの表面等にて結露することがある。結露した水（ドレン水） は、熱交換部の下方に配置された水受皿（ドレンパン）を介して、水受皿に接続されたドレンホースによって装置外に排出される。水分が付着した部分には、細菌やかびが、繁殖することがある。これらの細菌やかびは悪臭の原因となる。

【0003】

特許文献１では、このような水分が発生または通過する場所に抗菌、防カビコートを形成することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－１０７８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のコートが剥がれた場合には、抗菌作用が低下し悪臭が発生してしまう可能性が増える。そのため、耐久性の高い撥水性表面が望まれている。他の装置においても同様であり、空気中の水分による結露の発生や異物の付着などを避けるべく、高い撥水性を有する撥水部材が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を鑑み、本発明に係る撥水部材は、
多孔質の酸化アルミニウムを備える第１層と、
前記第１層上に設けられるとともに複数の突起部を有し、酸化アルミニウムを備える第２層と、
前記第２層上に設けられた疎水性分子からなる表面層と
を備えることを特徴とする撥水部材。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、高い撥水性を有する撥水部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る空調装置の断面図。

【図2】本発明に係る撥水部材の概略図。

【図3】本発明に係る撥水部材の製造方法を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0010】

図１（ａ）は、本発明の実施の形態および一般的な空調装置１００の一態様の断面図である。装置内を通る空気の流れは、送風ファン１０１ の回転により発生し、フィルタ１０２を介して装置内に導入された空気は、熱交換部１０３を通過し、送風ファン１０１ 、吹出口内壁１０４、フラップ１０５を通って装置外へ放出される。

【0011】

装置内に導入された空気に含まれていた水分は、熱交換部１０３ の支持部材に取り付けられたフィンの表面にて結露し、熱交換部１０３ の下方に配設された水受皿１０５ａ、１０５ｂを介して、前方側水受皿１０５ａ及び／又は後方側１０５ｂに接続されたドレンホース１０６ を通って装置外に排出される。また、上述の部分でそれぞれ結露する場合もある。

【0012】

図１（ｂ）は、 図１（ａ）の本発明に関連する部分の概略前面図である。フィルタ１０２または前面カバー等に覆われた装置本体内には、熱交換部１０３の伝熱管１０３ａと複数のフィン１０３ｂが設けられている。前方側水受皿１０５ａは、ドレンホース１０６に水が流れやすいようにわずかに傾斜して設けられている。

【0013】

図１における熱交換部１０３のフィン、水受皿１０５ 、吹出口内壁１０４、及び、ドレンホース１０６の少なくともいずれか一つの表面には、撥水機能を有する金属製の微細凹凸構造体である撥水部材２００が設けられている。

【0014】

（撥水部材）
続いて、撥水部材の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0015】

図２は実施形態における撥水部材の概略図である。実施形態における撥水部材２００は、基部２０３、第１層２０１、第２層２０２を備える。基部２０３にはアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いる。第１層２０１は細孔３０１を備えており、染料を封入することで基材を染色することができ、外観部材として使用することができる。また光の吸収を持つ染料を選択することで、基材表面の反射率を抑えることができ、光学部材としても使用することができる。撥水部材として使用する際には、染色を封入しなくても良い。

【0016】

図２における第１層２０１には封孔処理を実施している（不図示）。封孔処理により、細孔を塞ぐことで耐食性を向上させ、染料を封入した際には染料の染み出しを防止することができる。

【0017】

図２における第２層２０２は複数の突起部２０４を持つ酸化アルミニウム層である。図２における第２層２０２の表面には疎水性分子によるコーティング２０５を実施して表面層を形成している。基材表面に疎水性の微細凹凸構造を形成することで、基材に対して撥水性能を付与することができる。

【0018】

（撥水部材の製造方法）
続いて撥水部材の製造方法について、図を参照しながら断面経過で説明する。

【0019】

まず、基材にはアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いる。基材が切削などの機械加工により形成されている場合には、加工時に付着した汚れや油分を除去する。基材をアセトン等の有機溶媒に浸漬し、超音波洗浄をすることによって脱脂する。また、超音波洗浄では除去できない汚れや自然酸化膜に対しては、市販のアルミニウム用脱脂液を用いて脱脂処理を行い除去する。

【0020】

次に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の基材に対して、陽極酸化処理を行う。陽極酸化処理を行うと、基材は図３（ａ）に示すように、基材そのものである基部２０３の表面に複数の細孔３０１を備えた多孔質（ポーラス構造ともいう）の酸化アルミニウム被膜の第１層２０１が生成される。

【0021】

陽極酸化処理には、硫酸と硫酸アルミニウムを純水に投入し濃度を調整した電解液を使用する。電解液に陽極（基材：アルミニウムまたはアルミニウム合金）と陰極を浸漬させ、陰極と陽極を電源に接続し通電することで陽極酸化処理を実施する。陰極の材質は、電解液との反応性が低ければよく、例えば、カーボン、白金、チタン、ステンレスを用いることができる。また、電解液の温度はチラーによって制御されることが好ましい。電極間に電圧を印可し、１０分から１２０分の間、陽極酸化処理を行うことにより、図３（ｂ）のように基材の表面近傍に細孔３０１を備えた酸化アルミニウム被膜の第１層２０１が生成される。その後、処理槽から取り出した基材に対して、純水で電解液を洗い流す。

【0022】

次に、陽極酸化処理によって図３（ｂ）のような形状になった基材の細孔３０１に対し、溶剤を浸漬させる。溶剤は酸化アルミニウムに対して濡れ性が良いものが好ましい。溶剤としては、アセトン、イソプロピルアルコール等を使用することができる。また、細孔内に水が多量に残っていると、溶剤との置換に時間を要するため、陽極酸化を施した板材は一度加熱乾燥をすることが好ましい。浸漬時間としては、例えば、１５分から１２０分である。なお、この浸漬工程は省いても構わない。

【0023】

次に、細孔が形成された基材の表面に対してエッチングを行う。処理槽にエッチング液を用意し、その中に細孔が形成された基材を浸漬させる。エッチング液の温度は４０℃から６０℃、エッチング時間は５分から３０分であることが好ましい。エッチング液中には、ポンプによる攪拌や空気攪拌により液流を発生させることが好ましく、液流を均一な速度にすることにより、エッチングレートを制御することができる。エッチング液は、溶剤が充填された細孔内へ溶剤と相溶しながら置換し、細孔深部に侵入していく。そこで、基材の表面と細孔の内壁が同時にエッチングされることにより、図３（ｂ）のように酸化アルミニウムの突起部２０４を備えた第２層２０２が形成される。

【0024】

なお、第２層の厚み（突起部の高さ）および突起部の形状は、このエッチングレートにより制御できる。エッチングレートは溶剤の種類、溶剤の浸漬時間およびエッチング液の種類、及びエッチング液の液流により制御することができる。

【0025】

次に、基材に対して封孔処理を実施する。一般的には、アルミニウムの陽極酸化処理においては、封孔処理を実施して基材に形成された細孔を塞ぐことで、耐食性を向上させることができる。また、細孔に染料を封入している場合には、封孔処理を実施することで染料の染み出しによる外観の変化を防止することができる。封孔処理は加圧水蒸気処理、沸騰水処理、クロム酸塩処理／重クロム酸塩処理、ニッケル塩処理などの水和処理から選択することができる。

【0026】

最後に、基材表面に疎水性分子をコーティングすることにより、基材に対して撥水性能を付与することができる。疎水性分子のコーティングにおいては、最終的に基材に残るコーティング膜の厚みができるだけ薄くなるようにコーティングを実施することが好ましい。すなわち、基材に対する撥水性能は、上述したエッチングのような工程により突起部を形成し、さらに突起部の表面を疎水化することで達成される。しかし、突起部間の空間を埋める程度までコーティング膜が厚くなると、基材に対して撥水性能を付与することができない。

【0027】

（実施例）
以下に、本発明の撥水部材の製造方法について説明する。基材には、５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１ｍｍのアルミニウム板材を用いた。基材をアセトンに浸漬し、超音波洗浄を３分行った。その後、アルミニウム用の脱脂液（奥野製薬工業製、トップアルクリーン）にて、６０℃で５分間脱脂処理を実施した。

【0028】

次に、陽極に基材（アルミニウム）、陰極にステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）板として、陽極酸化処理を行った。電解液は、硫酸１８０ｇ／Ｌ、硫酸アルミニウムのアルミニウムイオンが８ｇ／Ｌとなるように調整した。電解液はチラーを用いて冷却を行い、電解液の温度として２０℃に保持した。電源を用いて陽極及び陰極に電圧を印加することで陽極酸化処理を実施した。電圧は、陽極酸化する部分の面積に対し電流密度が３Ａ／ｄｍ２となるように電圧を調整した。電圧を６０分間印加することにより、図３（ａ）に示すような細孔を持つ酸化アルミニウム層を形成した。

【0029】

続いて、細孔が形成された基材を溶剤であるアセトンに６０分間浸漬させ、細孔に溶剤を浸透させた。

【0030】

続いて、基材表面に対してエッチングを行った。処理槽にエッチング液として濃度０．５ｍｏｌ／Ｌのリン酸を用意し、リン酸の温度を５０℃に保持して、空気攪拌を行いながら、７．５分間浸漬させることにより、図３（ｂ）のような突起部２０４を有する酸化アルミニウムの第２層２０２を基材表面に形成した。本実施例においては、第２層２０２の厚み（突起部２０４の高さ）は、５～１５μｍとなっている。この厚みは、エッチング条件を変更することで制御可能であり、２μｍ～５０μｍなどで形成することが可能であるが、望ましくは、８μｍ～１２μｍに制御されることが好ましい。

【0031】

この時、エッチングされずに残った酸化アルミニウム層が、上述した実施形態における第１層２０１となる。本実施例では第１層の厚みは２０μｍとなっている。この厚みは陽極酸化の条件によって制御可能であり、一例としては１０μｍ～１００μｍなどあればよいが、望ましくは、１５μｍ～２５μｍに制御されることが好ましい。また、本実施例においては、第２層２０２の厚みは、第１層２０１の厚みに対し１／２倍程となっているが、これに限られず、第１層の厚みに対し、第２層の厚みを１／１００～２倍であることが好ましい。

【0032】

次に、封孔処理を実施した。本実施例では封孔処理液として奥野製薬工業製のトップシールＨ－２９８を使用し、４０ｍｌ／Ｌの濃度となるように純水で希釈して調整した。封孔処理液を９０℃に加熱し、空気攪拌を行いながら、４０分間基材を浸漬させることで、図３（ｂ）における基部２０３上の第１層２０１の細孔３０１を封孔した。

【0033】

次に、撥水性を付与するため、疎水性分子のコーティングを実施することにより、図３（ｃ）に示す表面層２０５を形成した。本実施例では疎水性分子としてフッ素化合物（株式会社ハーベス製、ＤＵＲＡＳＵＲＦ ＤＳ-５９３５ＴＨ）を使用した。スプレーや浸漬などにより基材に対してフッ素化合物を塗布することができるが、今回は浸漬法を選択した。浸漬法にて基材にフッ素化合物を塗布した後、最終的に基材に残るコーティング膜の厚みが４～６ｎｍとなるように、７０℃で３０分間、加熱乾燥処理を実施した。本実施例では表面層であるコーティング膜の厚みが４～６ｎｍとなるように処理したが、これは一例であり、コーティング剤の種類や処理方法によって膜厚を制御可能であり、一例としては１ｎｍ～１００ｎｍなどあればよいが、望ましくは、２ｎｍ～２０ｎｍの範囲に制御されることが好ましい。

【0034】

疎水性分子に関しては、フッ素化合物以外に珪素化合物、珪素化合物を含む混合物を使用することができる。珪素化合物としては、一例としてＫＢＭ３１０３Ｃ（信越化学工業株式会社製）を用いることができ、珪素化合物を含む混合物としては、一例としてソルベン ＥＦ－２４００（株式会社京絹化成製）を用いることができるが、疎水性分子であればこれらに限定されない。

【0035】

珪素化合物、珪素化合物を含む混合物を使用する場合でも、最終的に基材に残るコーティング膜の厚みはできるだけ薄くなるようにコーティングを実施した。珪素化合物を使用する場合は膜厚１０ｎｍ以下、珪素化合物を含む混合物を使用する場合は膜厚２０ｎｍ以下となるようにコーティングを実施した。

【0036】

これらは一例であり、疎水性分子であれば他のものを用いることも可能であり、その場合には、膜厚もより厚くなることも許容される。いずれの場合であっても、第２層２０２の厚みが１０倍以上程の高さの差があれば十分であり、より好ましくは疎水性分子の表面層の膜厚に対し、第２層２０２の厚みが１００～１００００倍程になっていれば良い。

【0037】

（撥水性評価）
前記方法により製作した撥水部材における撥水性を評価した結果を表１に示す。

【表1】

【0038】

表１において、実施例１は、上述した方法で製造した撥水部材である。実施例２は、上述した方法において、封孔処理を施さずに製造した撥水部材である。

【0039】

比較例については、比較例１が上述した製造方法において用いたアルミニウム板材そのものに対して上述した製造方法と同様の疎水性分子のコーティングを施したものである。比較例２は、アルミニウム板材そのまま、比較例３は、上述した製造方法において、エッチングによる第２層の形成までのみを行ったもので、比較例４は、比較例３に対し封孔処理までを行ったものである。これらに対し、撥水性の評価として純水における接触角と滑落角を測定した。

【0040】

接触角は、純水２．５μｌの液滴を基材表面に載置して測定した。その結果、実施例１では接触角１５２°、実施例２では接触角１５６°となり、接触角１５０°以上の超撥水性を示した。それに対し、いずれの比較例も接触角１５０°以上となるものはなく、超撥水性を示すことはなかった。

【0041】

滑落角は、純水５０μｌの液滴を基材表面に載置して基材を傾けていき、液滴が基材表面を滑落した際の基材傾斜角度を測定した。滑落角を測定した結果、実施例１、実施例２ともに、基材の傾斜角度が２°以下で載置した水滴が滑落し、水滴の滑落性能に関しても良好な結果となった。それに対し、いずれの比較例１でも滑落角は４０°であり、比較例２から４については、それ以上の角度に傾斜させても滑落することはなかった。

【0042】

以上説明したように、本発明に係る撥水部材は、例えば空調装置の各部に設けることができ、熱交換器のフィン等では、両面に処理を実施し撥水性能を付与することで表面積を拡大し、効率よく熱交換することもできる。

【0043】

その他、光学部材の鏡筒部品などに適用することも可能であり、この場合には、上述した通り、第１層２０１に備える細孔３０１に対し、黒色などの光の吸収を持つ染料を封入することで、基材表面の反射率を抑えることができ、好適である。

【0044】

その他、種々の装置に対して本発明の撥水部材を適用可能であり、車両、航空機などのボディやミラー、ガラスなど、あるいは家電製品、家財、水回りの家具やインテリアの外装などにも好適に適用可能である。

【符号の説明】

【0045】

１００ 空調装置
１０１ 送風ファン
１０３ 熱交換部
１０４ 吹出口内壁
１０５ 水受皿（ドレンパン）
１０６ ドレンホース
２０１ 第１層
２０２ 第２層
２０３ 基材
２０４ 突起部
２０５ 疎水性分子からなる表面層
３０１ 細孔

【図1】

【図2】

【図3】