JP2018115829A - フィン、フィンを備えた熱交換器、及びフィンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ろう材により浸食されてしまうことを防止することのできるフィン、当該フィンを用いた熱交換器、及び当該フィンの製造方法を提供する。
【解決手段】熱交換器１０に用いられるフィン１００は、第１方向に沿って伸びるように形成された山部１１０と、第１方向に沿って伸びるように形成された谷部１２０と、互いに隣り合う山部１１０と谷部１２０との間を繋いでいる斜辺部１３０と、を備える。山部１１０及び谷部１２０は、第１方向とは垂直な第２方向に沿って交互に並ぶように形成されている。山部１１０及び谷部１２０のそれぞれの頂点における金属板の厚さＤ１は、斜辺部１３０における金属板の厚さＤ２よりも厚くなっている。
【選択図】図３

Description

本開示は、金属板を波形に折り曲げることにより形成された波形フィン、当該フィンを備えた熱交換器、及び当該フィンの製造方法に関する。

例えば車両に設けられるラジエータ等の熱交換器には、流体との接触面積を増加させるためのフィンが設けられる。このようなフィンとしては、流体が流れるチューブの内部に配置されるインナーフィンや、互いに隣り合うチューブの間となる位置に配置されるアウターフィンが挙げられる。

下記特許文献１には、上記のようなインナーフィン及びアウターフィンを備えた熱交換器が記載されている。それぞれのフィンは、所定方向に沿って直線状に伸びるように形成された山部及び谷部が、上記所定方向とは垂直な方向に沿って交互に並ぶように形成されている。山部及び谷部のそれぞれの頂点は、チューブの壁面に対してろう接されている。

特開２００３−３３６９８９号公報

ところで、フィンのような薄い金属板をろう材によって接合する際においては、金属板の一部が溶融したろう材によって浸食されてしまう現象が生じることがある。このような現象は「エロージョン」とも称される。エロージョンは、例えばアルミニウムからなる薄い金属板を、ＡＬ−Ｓｉからなるろう材により接合する際において特に生じやすい。金属板が薄い場合には、その厚さ方向における全体がろう材により浸食されてしまうことがある。

フィンの接合時において、上記のようなエロージョンによる浸食を防止するための対策としては、例えばフィン全体の板厚を厚くすることが考えられる。しかしながら、フィン全体の板厚を厚くすると、熱交換器を流体が通過する際における流路抵抗が大きくなってしまい、熱交換の効率が低下してしまうことが懸念される。加えて、熱交換器の重量及び材料費の増加を招いてしまうという問題も生じる。

本開示は、ろう材により浸食されてしまうことを防止することのできるフィン、当該フィンを用いた熱交換器、及び当該フィンの製造方法を提供することを目的とする。

本開示に係るフィンは、金属板を波形に折り曲げることにより形成された波形フィン（１００）であって、第１方向に沿って伸びるように形成された山部（１１０）と、第１方向に沿って伸びるように形成された谷部（１２０）と、互いに隣り合う山部と谷部との間を繋いでいる斜辺部（１３０）と、を備える。山部及び谷部は、第１方向とは垂直な第２方向に沿って交互に並ぶように形成されており、山部及び谷部のそれぞれの頂点における金属板の厚さが、斜辺部における金属板の厚さよりも厚くなっている。

このような構成のフィンをチューブに対してろう接する際には、例えば、それぞれの山部及び谷部の頂点を、ろう材がクラッドされたチューブの壁面に対して当接させた状態で全体を加熱する。このとき、フィンのうち溶融したろう材に触れる部分（つまり、山部及び谷部の頂点）は、斜辺部に比べて厚くなっているので、当該部分においてエロージョンが生じたとしても、少なくとも厚さ方向の中心部においてはフィンの母材が浸食されることなく残ることとなる。つまり、フィンの厚さ方向における全体がろう材により浸食されてしまうことが防止される。

このような形状のフィンは、例えば、金属板のうち少なくとも斜辺部となる部分を、一対のローラーにより圧縮し、当該部分における金属板の厚さを山部等の厚さに比べて薄くすることにより製造することができる。

本開示によれば、ろう材により浸食されてしまうことを防止することのできるフィン、当該フィンを用いた熱交換器、及び当該フィンの製造方法が提供される。

図１は、本実施形態に係る熱交換器の全体構造を示す図である。 図２は、図１の熱交換器のチューブの構成を示す断面図である。 図３は、フィンの形状を示す図である。 図４は、フィンの製造方法を説明するための図である。 図５は、ローラーによってフィンが成形される様子を示す図である。 図６は、ローラーによってフィンが成形される様子を示す図である。 図７は、ローラーによってフィンが成形される様子を示す図である。 図８は、ローラーによってフィンが矯正される様子を示す図である。 図９は、比較例に係るフィンの製造方法を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る熱交換器１０の構成について説明する。熱交換器１０は、車両用空調装置（不図示）が有する冷凍サイクル用の凝縮器として構成されている。熱交換器１０では、通過する冷媒と空気との間で熱交換が行われ、これにより冷媒が凝縮し気相から液相へと変化する。図１に示されるように、熱交換器１０は、タンク１１と、タンク１２と、チューブ２００と、フィン１３と、を備えている。

タンク１１は、外部から供給される冷媒を一時的に貯えるための容器である。タンク１１は、略円柱形上の細長い容器として形成されており、その長手方向を上下方向に沿わせた状態で配置されている。

タンク１１のうち、その上下方向において中央となる位置よりも上方側の部分には、受入部１４が形成されている。受入部１４は、外部から供給される冷媒を受け入れて、これをタンク１１の内部に流入させる部分である。受入部１４は、冷凍サイクルにおいて冷媒が流れる配管を接続するためのコネクタとして形成されている。

タンク１２は、タンク１１と同様に、冷媒を一時的に貯えるための容器として設けられている。タンク１２は、略円柱形上の細長い容器として形成されており、その長手方向を上下方向に沿わせた状態で配置されている。タンク１２は、その長手方向がタンク１１の長手方向と平行となるように配置されている。

タンク１２のうち、その上下方向において中央となる位置よりも下方側の部分には、排出部１５が形成されている。排出部１５は、チューブ２００を通ってタンク１２に到達した冷媒を、外部に排出するための部分である。排出部１５は、タンク１１の受入部１４と同様に、冷凍サイクルにおいて冷媒が流れる配管を接続するためのコネクタとして形成されている。

チューブ２００は、筒状に形成された金属製の配管であって、熱交換器１０に複数本備えられている。図２に示されるように、チューブ２００の内部には、冷媒が流れる流路ＦＰが形成されている。冷媒の流れ方向に対して垂直な断面におけるチューブ２００の形状は扁平形状となっており、当該扁平形状の長手方向は空気の流れ方向（図１においては紙面に垂直な方向、図２においては左右方向）に沿っている。

図２に示されるように、チューブ２００は外郭部２１０とフィン１００とを有している。外郭部２１０は薄いアルミニウム合金からなる板状の部材である。外郭部２１０は、その中央部（図２では右側の部分）において折り曲げられており、その端部同士（図２では左側の部分）を重ね合わせた状態でカシメられている。

フィン１００は、金属板を波形に折り曲げることにより形成されたものであって、チューブ２００の内部、すなわち流路ＦＰに配置されている。フィン１００により、流路ＦＰにおける冷媒との接触面積が大きくなっている。これにより、流路ＦＰを流れる冷媒への熱伝達が効率的に行われる。このように、フィン１００は所謂「インナーフィン」として設けられている。フィン１００は、本実施形態における「波形フィン」に該当するものである。フィン１００の具体的な形状については後に説明する。

図１に示されるように、それぞれのチューブ２００は、その一端がタンク１１に接続されており、その他端がタンク１２に接続されている。これにより、タンク１１の内部空間は、それぞれのチューブ２００を介して、タンク１２の内部空間と連通されている。

また、それぞれのチューブ２００は、その長手方向がタンク１１等の長手方向とは垂直となっており、タンク１１等の長手方向（つまり上下方向）に沿って互いに積層された状態で保持されている。

フィン１３は、金属板を波形に折り曲げることにより形成されたものであって、隣り合うチューブ２００の間に挿入されている。波状となっているフィン１３のそれぞれの頂部（山部及び谷部の頂点となる部分）は、チューブ２００の側面（上下面）にろう接されている。冷凍サイクルの動作中においては、冷媒の熱がチューブ２００を介して空気に伝達される他、チューブ２００及びフィン１３を介しても空気に伝達される。つまり、空気との接触面積がフィン１３によって大きくなっており、これにより空気と冷媒との熱交換が効率的に行われる。このように、フィン１３は所謂「アウターフィン」として設けられている。

積層された全てのチューブ２００及びフィン１３が配置された部分は、空気と冷媒との間で熱交換が行われる部分であって、所謂「熱交換コア部」と称される部分である。熱交換コア部の上下両側となる位置には、金属板であるサイドプレート１６、１７が設けられている。サイドプレート１６、１７は、熱交換コア部を上下両側から挟み込むことにより、熱交換コア部を補強してその形状を維持するためのものである。

冷凍サイクルが動作しているときにおける冷媒の流れについて説明する。冷媒は、冷凍サイクルのうち熱交換器１０よりも上流側において不図示の圧縮機により圧縮され、その温度及び圧力を上昇させた状態で熱交換器１０に供給される。このとき、冷媒はそのほぼ全体が気相の状態となっている。当該冷媒は、受入部１４からタンク１１の内部に流入し、タンク１１の内部空間において一時的に貯えられる。冷媒は、タンク１１からそれぞれのチューブ２００の内部に流入し、流路ＦＰを通ってタンク１２に向かって流れる。

タンク１２に到達した冷媒は、タンク１２の内部空間において一時的に貯えられた後、
排出部１５から外部へと排出される。その後、冷媒は、冷凍サイクルにおいて熱交換器１０よりも下流側に配置された不図示の膨張弁に向かって流れる。

冷媒は、それぞれのチューブ２００の内部（流路ＦＰ）を通って流れる際に、熱交換コア部を通過する外部の空気によって冷却される。つまり、冷媒から空気への放熱が行われる。これにより、チューブ２００の内部を通る冷媒はその温度を低下させ、その一部又は全部が気相から液相へと変化する。また、熱交換コア部を通過する空気は加熱され、その温度を上昇させる。

尚、タンク１１やタンク１２の内部空間がセパレータで仕切られており、冷媒がタンク１１とタンク１２との間を折り返して流れるような構成としてもよい。また、熱交換器１０は、凝縮器ではなく蒸発器として用いられるものであってもよい。更に、熱交換器１０の内部を流れる流体は、冷媒以外の他の流体であってもよい。例えば、熱交換器１０が、内燃機関用を通った冷却水から放熱させるためのラジエータとして構成されていてもよい。

フィン１００の具体的な形状について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２及び図３においては、紙面手前側から奥側に向かう方向をｘ方向としており、同方向に沿ってｘ軸を設定している。また、ｘ方向に対し垂直な方向であって、左側から右側に向かう方向をｙ方向としており、同方向に沿ってｙ軸を設定している。更に、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれに対し垂直な方向であって、下側から上側に向かう方向をｚ方向としており、同方向に沿ってｚ軸を設定している。図５以降においても同様である。

金属板を波形に折り曲げることにより形成されたフィン１００には、ｚ方向側に向かって突出する複数の山部１１０が、ｘ方向に沿って伸びるように形成されている。また、−ｚ方向側に向かって突出する複数の谷部１２０が、同じくｘ方向に沿って伸びるように形成されている。このｘ方向は、本実施形態における「第１方向」に該当する。複数の山部１１０及び谷部１２０は、ｘ方向とは垂直なｙ方向に沿って交互に並ぶように形成されている。このｙ方向は、本実施形態における「第２方向」に該当する。互いに隣り合う山部１１０と谷部１２０との間は、ｙ軸に対して傾斜した部分である斜辺部１３０によって繋がれている。

尚、本実施形態における山部１１０及び谷部１２０は、ｚ軸に沿って互いに対称な形状を有する部分となっている。このため、フィン１００を見る方向によっては、山部１１０が「谷部」となり、谷部１２０が「山部」ともなり得るのであるが、ここでは説明の便宜上、符号１１０が付されている部分のことを「山部１１０」と称し、符号１２０が付されている部分のことを「谷部１２０」と称することとする。

フィン１００の厚さ、すなわち、山部１１０の頂点から谷部１２０の頂点までのｚ軸に沿った距離は、全体で均一となっている。図３では、このようなフィン１００の厚さが厚さＤ１０として示されている。

フィン１００が有するそれぞれの山部１１０の頂点は、外郭部２１０のうちｚ方向側における内壁面２１１に当接しており、不図示のろう材によって内壁面２１１にろう接されている。また、フィン１００が有するそれぞれの谷部１２０の頂点は、外郭部２１０のうち−ｚ方向側における内壁面２１２に当接しており、不図示のろう材によって内壁面２１２にろう接されている。これらのろう材は、内壁面２１１、２１２の表面を覆う層として予め配置されていたものである。つまり、外郭部２１０は所謂「クラッド材」として予め形成されていたものである。

外郭部２１０に対するフィン１００のろう付けが行われる際には、図２に示されるように外郭部２１０の内部にフィン１００が配置された状態で、両者が加熱炉によって加熱される。これにより、内壁面２１１、２１２の表面を覆っていたろう材が溶融し、フィン１００及び外郭部２１０のいずれもがろう材によって濡れた状態となる。その後、加熱が終了し外郭部２１０等の温度が低下すると、ろう材が凝固し、フィン１００が外郭部２１０に対してろう接された状態となる。

本実施形態では、外郭部２１０及びフィン１００はいずれもアルミニウムによって形成されている。また、ろう材はＡｌ−Ｓｉ系合金により形成されている。このような構成においてろう接が行われる際には、フィン１００の一部が溶融したろう材によって浸食されてしまう現象が生じることがある。このような現象は「エロージョン」とも称される。フィン１００は薄い金属板であるから、その厚さ方向における全体がろう材により浸食されてしまうことが懸念される。しかしながら、本実施形態に係るフィン１００は、その厚さを工夫することにより、厚さ方向の全体がろう材により浸食されてしまうことを防止している。

図３に示されるように、フィン１００の厚さは全体で均一とはなっておらず、その一部が他の部分よりも厚くなっている。具体的には、山部１１０及び谷部１２０のそれぞれの頂点における金属板の厚さＤ１が、斜辺部１３０における金属板の厚さＤ２よりも厚くなっている。換言すれば、フィン１００のうち外郭部２１０に対してろう接される部分の厚さＤ１が、ろう接されない部分の厚さＤ２よりも厚くなっている。

ろう接される山部１１０及び谷部１２０の頂点では、フィン１００の厚さが厚くなっている。このため、フィン１００がろう材と触れることにより上記のようなエロージョンが生じても、フィン１００の厚さ方向における全体がろう材によって浸食されてしまうことが無い。また、斜辺部１３０ではフィン１００の厚さが薄くなっているので、フィン１００の重量が大きくなり過ぎたり、フィン１００の材料費が大きくなり過ぎてしまったりすることもない。このように、本実施形態に係る１００では、フィン１００の重量や材料費の増加を抑えながらも、エロージョンによるフィン１００の浸食を抑制することが可能となっている。また、フィン１００を備える熱交換器１０の重量や材料費の増加をも抑えることができる。

このようなフィン１００の製造方法について説明する。図４には、フィン１００を製造するための設備が模式的に示されている。当該設備は、材料Ｍと、支持ローラーＲ０１と、成形ローラーＲ１１、Ｒ１２と、矯正ローラーＲ２１、Ｒ２２と、を備えている。

材料Ｍは、フィン１００の材料となる平板状の金属板１００Ａを巻き取って円柱状としたものである。材料Ｍはその中心軸を紙面奥行方向に沿わせた状態で配置されており、当該中心軸の周りを図４において時計回り方向に回転している。これにより、金属板１００Ａが支持ローラーＲ０１へと送り込まれる。

支持ローラーＲ０１は、金属板１００Ａを下方側から支えながら回転し、金属板１００Ａを成形ローラーＲ１１、Ｒ１２側へと送り出すものである。支持ローラーＲ０１を通過した後は、金属板１００Ａは概ね水平面に沿った状態となる。

支持ローラーＲ０１を通過した後の金属板１００Ａには、油供給部Ｓ１、Ｓ２から加工油が供給される。加工油は、成形ローラーＲ１１、Ｒ１２と金属板１００Ａとの間における摩擦を低減するためのものである。油供給部Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ金属板１００Ａの上面側及び下面側に配置されており、金属板１００Ａのそれぞれの面に対して加工油を噴射する。

材料Ｍから送り出される金属板１００Ａを成形ローラーＲ１１、Ｒ１２に到達させるまでの工程は、平板状の金属板１００Ａを準備する工程であり、本実施形態における「準備工程」に該当する。

成形ローラーＲ１１、Ｒ１２は、金属板１００Ａを上下方向に挟み込むことにより、金属板１００Ａを波形に成形しフィン１００とするためのものである。成形ローラーＲ１１、Ｒ１２は、いずれも概ね円柱形状のローラーであって、その中心軸を紙面奥行方向に沿わせた状態で配置されている。上方側に配置された成形ローラーＲ１１は、その中心軸の周りを図４において反時計回り方向に回転している。下方側に配置された成形ローラーＲ１２は、その中心軸の周りを図４において時計回り方向に回転している。これにより、金属板１００Ａは波形に成形された後、後述の矯正ローラーＲ２１、Ｒ２２に向けて送り出される。成形ローラーＲ１１は本実施形態における「第１ローラー」に該当し、成形ローラーＲ１２は本実施形態における「第２ローラー」に該当する。

成形ローラーＲ１１、Ｒ１２によって金属板１００Ａが成形される様子について、図５乃至７を参照しながら説明する。図５乃至７では、金属板１００Ａが送り込まれる方向に対して垂直な断面が模式的に示されている。このうち、図７には、成形ローラーＲ１１と成形ローラーＲ１２とが最も近接している部分における断面が示されている。

金属板１００Ａが、支持ローラーＲ０１から送り出されて図７に示される位置に到達するまでの過程においては、金属板１００Ａには、成形ローラーＲ１１、Ｒ１２の表面が上下から近づいてくることとなる。図５、６、７には、このように成形ローラーＲ１１、Ｒ１２が金属板１００Ａに近づいてくる様子が順に示されている。

つまり、図５には、図７に示される位置よりも手前側（図４における左側）における断面が示されている。また、図６には、図７に示される位置よりも手前側（図４における左側）であり、且つ図５に示される位置よりも奥側（図４における右側）における金属板１００Ａ等の断面が示されている。

図５乃至７に示されるように、成形ローラーＲ１１の表面には凹部３１１と凸部３１２とが複数形成されており、これらがｙ方向に沿って交互に並んでいる。凹部３１１はｚ方向に向けて後退しており、凸部３１２は−ｚ方向（つまり成形ローラーＲ１２側）に向けて突出している。それぞれの凹部３１１は、金属板１００Ａを受け入れて山部１１０を形成するための部分である。また、それぞれの凸部３１２は、金属板１００Ａを押し込んで谷部１２０を形成するための部分である。

凹部３１１と凸部３１２との間には傾斜部３１３が形成されている。傾斜部３１３は、後述の傾斜部３２３と共に金属板１００Ａを挟み込んで加圧しながら、斜辺部１３０を形成するための部分である。

成形ローラーＲ１２の表面には凸部３２１と凹部３２２とが複数形成されており、これらがｙ方向に沿って交互に並んでいる。凸部３２１は、ｚ軸に沿って凹部３１１と対向する位置において、ｚ方向（つまり成形ローラーＲ１１側）に向けて突出している。凹部３２２は、ｚ軸に沿って凸部３１２と対向する位置において、−ｚ方向に向けて後退している。それぞれの凸部３２１は、金属板１００Ａを押し込んで山部１１０を形成するための部分である。また、それぞれの凹部３２２は、金属板１００Ａを受け入れて谷部１２０を形成するための部分である。

凸部３２１と凹部３２２との間、すなわちｚ軸に沿って傾斜部３１３と対向する位置には傾斜部３２３が形成されている。既に述べたように、傾斜部３２３は、傾斜部３１３と共に金属板１００Ａを挟み込んで加圧しながら、斜辺部１３０を形成するための部分である。

図５に示される位置においては、金属板１００Ａには、成形ローラーＲ１１、Ｒ１２が未だ当接していない。このため。金属板１００Ａは概ね平坦なままとなっている。

図６に示される位置においては、金属板１００Ａには凸部３１２及び凸部３２１のそれぞれが当接しており、これより金属板１００Ａが波形に成形され始めている。図６の状態における金属板１００Ａの厚さは、その全体において概ね均等となっている。

図７に示される位置においては、成形ローラーＲ１１と成形ローラーＲ１２との間の距離が最も小さくなっている。当該位置における、傾斜部３１３と傾斜部３２３との距離は、当初における金属板１００Ａの厚さよりも小さい。このため、金属板１００Ａは、複数の部分において傾斜部３１３と傾斜部３２３との間に挟み込まれて圧縮されるので、当該部分における厚さが薄くなる。当該部分は、フィン１００の斜辺部１３０となる部分である。

一方、互いに対向する凹部３１１と凸部３２１との間の距離、及び凸部３１２と凹部３２２との間の距離は、当初における金属板１００Ａの厚さよりも大きく、図３に示される厚さＤ１よりも更に大きい。このため、凸部３２１や凸部３１２と当接する部分においては、フィン１００は圧縮されない。

傾斜部３１３と傾斜部３２３とによって、金属板１００Ａが上記のように圧縮されると、金属板１００Ａの材料は圧縮されていない部分へと押し出されることとなる。つまり、金属板１００Ａのうち凸部３１２や凸部３２１と対向する部分に向けて金属材料が移動するように、金属板１００Ａが変形して行くこととなる。図７には、上記のような金属材料の移動が複数の矢印によって示されている。

金属材料が移動することにより、金属板１００Ａのうち凹部３１１と対向する部分の厚さは、傾斜部３１３及び傾斜部３２３によって圧縮される部分の厚さよりも厚くなる。その結果、凹部３１１と対向する部分においては、金属板１００Ａは凹部３１１の表面に当接し、凸部３２１から離間した状態となる。尚、このように金属板１００Ａが成形される過程において、金属板１００Ａのうち凹部３１１と対向する部分は、凹部３１１と凸部３２１によって圧縮されない。

上記と同様に、金属板１００Ａのうち凹部３２２と対向する部分の厚さは、傾斜部３１３及び傾斜部３２３によって圧縮される部分の厚さよりも厚くなる。その結果、凹部３２２と対向する部分においては、金属板１００Ａは凹部３２２の表面に当接し、凸部３１２から離間した状態となる。尚、このように金属板１００Ａが成形される過程において、金属板１００Ａのうち凹部３２２と対向する部分は、凹部３２２と凸部３１２によって圧縮されない。

このように、準備工程の後においては、成形ローラーＲ１１及び成形ローラーＲ１２で挟み込むことによって金属板１００Ａが波形に成形される。当該工程は、本実施形態における「成形工程」に該当する。この成形工程では、山部１１０及び谷部１２０のそれぞれの頂点における金属板１００Ａの厚さが斜辺部１３０における厚さよりも厚くなるように、金属板１００Ａが部分的に圧縮される。具体的には、金属板１００Ａのうち斜辺部１３０となる部分が、成形ローラーＲ１１の傾斜部３１３及び成形ローラーＲ１２の傾斜部３２３により圧縮され、これにより当該部分における金属板１００Ａの厚さが薄くされる。

尚、本実施形態における成形工程では、金属板１００Ａのうち山部１１０となる部分（凹部３１１と対向する部分）、及び金属板１００Ａのうち谷部１２０となる部分（凹部３２２と対向する部分）は、成形ローラーＲ１１及び成形ローラーＲ１２によって圧縮されない。このような態様に替えて、金属板１００Ａのうち山部１１０や谷部１２０となる部分についても、成形ローラーＲ１１及び成形ローラーＲ１２によって圧縮されることとしてもよい。

具体的には、図７の状態において互いに対向する凹部３１１と凸部３２１との間の距離、及び凸部３１２と凹部３２２との間の距離を、図３に示される厚さＤ１と同一の距離としてもよい。この場合、金属板１００Ａのうち山部１１０や谷部１２０となる部分についても成形ローラーＲ１１で圧縮されるのであるが、その圧縮量は、金属板１００Ａのうち斜辺部１３０となる部分の圧縮量よりも小さくなる。このような態様であっても、図３に示される形状のフィン１００を製造することができる。

図４に戻って説明を続ける。矯正ローラーＲ２１、Ｒ２２は、成形ローラーＲ１１、Ｒ１２を通過した後の金属板１００Ａ、つまり山部１１０及び谷部１２０が形成された状態の金属板１００Ａを上下方向に挟み込むことにより、フィン１００の厚さを全体で均一なものとするためのものである。

矯正ローラーＲ２１、Ｒ２２は、いずれも概ね円柱形状のローラーであって、その中心軸を紙面奥行方向に沿わせた状態で配置されている。上方側に配置された矯正ローラーＲ２１は、その中心軸の周りを図４において反時計回り方向に回転している。下方側に配置された矯正ローラーＲ２２は、その中心軸の周りを図４において時計回り方向に回転している。

図８には、矯正ローラーＲ２１と矯正ローラーＲ２２とが最も近接している部分における断面が示されている。図８に示されるように、矯正ローラーＲ２１と矯正ローラーＲ２２との間の距離は、図３に示されるフィン１００の厚さＤ１０と等しいか、それよりも小さい。このような矯正ローラーＲ２１と矯正ローラーＲ２２との間を通過することにより、山部１１０及び谷部１２０が形成された状態の金属板１００Ａの厚さが、全体で均一となるように矯正される。矯正ローラーＲ２１は本実施形態における「第３ローラー」に該当し、矯正ローラーＲ２２は本実施形態における「第４ローラー」に該当する。

このように、成形工程の後においては、山部１１０及び谷部１２０が形成された金属板１００Ａが矯正ローラーＲ２１及び矯正ローラーＲ２２で挟み込まれることにより、フィン１００の厚さが全体で均一なものとされる。当該工程は、本実施形態における「矯正工程」に該当する。

既に述べたように、本実施形態における成形工程では、金属板１００Ａのうち山部１１０となる部分や谷部１２０となる部分が、成形ローラーＲ１１及び成形ローラーＲ１２によって圧縮されない。このため、成形ローラーＲ１１等を通過した直後においては、フィン１００の厚さが場所によってばらついてしまうことがある。しかしながら、本実施形態では上記のような矯正工程を経ることにより、フィン１００の厚さを全体で均等なものとすることができる。

図９を参照しながら、本実施形態の比較例として、厚さが全体で概ね均等なフィンの製造方法について説明する。この比較例においても、当初は平坦であった金属板１００Ａを、上下に配置されたローラー（ローラーＲ１０１、Ｒ１０２等）で挟み込むことにより、金属板１００Ａが波形に成形される。ただし、この比較例においては、金属板１００Ａを波形に成形するための一対のローラーが、金属板１００Ａが送り込まれる方向に沿って複数組並ぶように設けられている。

金属板１００Ａは、それぞれのローラーを通過する毎に成形され、その形状を段階的に変化させて行く。図９においては、それぞれのローラーを通過した直後における金属板１００Ａの断面形状が、当該ローラーの上段となる位置に示されている。それぞれの断面形状は、金属板１００Ａの幅方向（下段の図における紙面奥行方向）を、図９の上下方向に沿わせた状態で示されている。

図９において最も左側に配置されたローラーＲ１０１、Ｒ１０２は、それぞれ図４に示される成形ローラーＲ１１、Ｒ１２と同様に回転しており、金属板１００Ａを右側に送り出している。他のローラーＲ１１１等についても同様である。

上部に配置されたローラーＲ１０１のうち幅方向の中央となる位置には、内側に向けて後退する１つの凹部（不図示）が形成されている。また、下部に配置されたローラーＲ１０２のうち、上記の凹部と対向する位置には、外側に向かって突出する１つの凸部（不図示）が形成されている。このようなローラーＲ１０１、Ｒ１０２を金属板１００Ａが通過すると、金属板１００Ａの幅方向中央となる位置には１つの凸部１１１が形成される。その際、金属板１００Ａは凸部１１１側に引き寄せられるので、その幅方向の寸法が僅かに小さくなる。

ローラーＲ１０１、Ｒ１０２の右側となる位置には、ローラーＲ１１１、Ｒ１１２が配置されている。上部に配置されたローラーＲ１１１にはローラーＲ１０１と同様の凹部（不図示）が形成されており、下部に配置されたローラーＲ１１２にはローラーＲ１０２と同様の凸部（不図示）が形成されている。これら凸部及び凹部の形状は、フィンにおいて最終的に形成される山部１１０の形状に対応するものとなっている。金属板１００Ａに形成されていた凸部１１１は、ローラーＲ１１１、Ｒ１１２を通過する際において上記の形状となるよう成形され、山部１１０となる。

これ以降、金属板１００Ａがローラーを通過する毎に、金属板１００Ａの幅方向中央となる位置において山部１１０や谷部１２０が増加して行く。つまり、金属板１００Ａのうち山部１１０や谷部１２０が形成されている領域が、幅方向の中央となる位置から外側に向けて順に広がって行くように金属板１００Ａが成形される。図９において最も右側に配置されたローラーＲ１６１、Ｒ１６２を通過すると金属板１００Ａの成形が完了し、金属板１００Ａは最終的なフィンの形状となる。このときにおける金属板１００Ａの厚さ（つまりフィンの厚さ）は、当初における金属板１００Ａの厚さと概ね同じである。

金属板１００Ａの幅方向における寸法は、山部１１０となる凸部や谷部１２０となる凹部が新たに形成される毎に小さくなって行く。図９においては、当初における金属板１００Ａの幅方向における寸法が幅Ｗ０１として示されている。また、最終的な金属板１００Ａの幅方向における寸法が、幅Ｗ０１よりも小さな幅Ｗ０６として示されている。

このように、比較例におけるフィンの製造方法においては、ローラーを用いた山部１１０や谷部１２０の形成が複数回に亘って行われる。これは、１組のみのローラーによって全ての山部１１０等を一度に形成すると、幅方向に沿った金属板１００Ａの引き込み量が大きくなり過ぎてしまい、金属板１００Ａの一部で破損等が生じるからである。

これに対し、図４乃至図８を参照しながら説明した本実施形態における製造方法においては、一組の成形ローラーＲ１１、Ｒ１２のみによって全ての山部１１０及び谷部１２０が一度に形成される。しかしながら、本実施形態では、傾斜部３１３と傾斜部３２３とによって金属板１００Ａが圧縮され押し広げられるので、比較例に係る製法において生じていたような金属板の引き込みがほとんど発生しない。金属板１００Ａの幅方向における寸法は、成形工程の前後においてほとんど変化しないので、金属板１００Ａの破損などを考慮して複数組のローラーを設ける必要が無い。

本実施形態では、成形工程のためのローラーの数を、比較例の場合よりも少なくすることができるので、消耗部品であるローラーを交換するための費用を低減することができる。また、工程全体の管理を容易に行うことができるという利点もある。

以上においては、熱交換器１０のインナーフィンとして用いられるフィン１００の形状や製造方法について説明したが、このフィン１００の形状や製造方法は、アウターフィンであるフィン１３について適用してもよい。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：熱交換器
１００：フィン
１１０：山部
１２０：谷部
１３０：斜辺部

Claims (5)

1. 金属板を波形に折り曲げることにより形成された波形フィン（１００）であって、
   第１方向に沿って伸びるように形成された山部（１１０）と、
   前記第１方向に沿って伸びるように形成された谷部（１２０）と、
   互いに隣り合う前記山部と前記谷部との間を繋いでいる斜辺部（１３０）と、を備え、
   前記山部及び前記谷部は、前記第１方向とは垂直な第２方向に沿って交互に並ぶように形成されており、
   前記山部及び前記谷部のそれぞれの頂点における前記金属板の厚さが、前記斜辺部における前記金属板の厚さよりも厚くなっている波形フィン。
2. 金属板を波形に折り曲げることにより形成された波形フィン、を備える熱交換器（１０）であって、
   前記波形フィンは、
   第１方向に沿って伸びるように形成された山部と、
   前記第１方向に沿って伸びるように形成された谷部と、
   互いに隣り合う前記山部と前記谷部との間を繋いでいる斜辺部と、を備え、
   前記山部及び谷部は、前記第１方向とは垂直な第２方向に沿って交互に並ぶように形成されており、
   前記山部及び前記谷部のそれぞれの頂点における前記金属板の厚さが、前記斜辺部における前記金属板の厚さよりも厚くなっている熱交換器。
3. 第１方向に沿って伸びるように形成された山部及び谷部が、前記第１方向とは垂直な第２方向に沿って交互に並ぶように形成された波形フィンの製造方法であって、
   平板状の金属板を準備する準備工程と、
   前記金属板を第１ローラー及び第２ローラーで挟み込むことにより、前記金属板を波形に成形する成形工程と、を有しており、
   前記成形工程では、
   前記山部及び前記谷部のそれぞれの頂点における前記金属板の厚さが、互いに隣り合う前記山部と前記谷部とを繋いでいる斜辺部、における前記金属板の厚さよりも厚くなるように、
   前記金属板のうち少なくとも前記斜辺部となる部分を、前記第１ローラー（Ｒ１１）及び前記第２ローラー（Ｒ１２）により圧縮することで、当該部分における前記金属板の厚さを薄くする製造方法。
4. 前記成形工程においては、前記金属板のうち前記山部となる部分、及び前記金属板のうち前記谷部となる部分は、前記第１ローラー及び前記第２ローラーによって圧縮されない、請求項３に記載の製造方法。
5. 前記成形工程の後に行われる工程であって、
   前記山部及び前記谷部が形成された前記金属板を、第３ローラー（Ｒ２１）及び第４ローラー（Ｒ２２）で挟み込むことにより、前記波形フィンの厚さを全体で均一なものとする矯正工程、を更に有する、請求項３又は４に記載の製造方法。

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