JP6886631B2 - 熱交換器用金属プレートおよびその製造方法、ならびに熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器用金属プレートおよびその製造方法、ならびに熱交換器およびその製造方法に関する。

一般に、熱交換器は、熱エネルギーの利用や除熱を要する機器などに幅広く利用されている。その中で、高性能熱交換器として代表的なものとして、プレート型熱交換器が知られている。このようなプレート型熱交換器においては、プレス加工やハーフエッチング加工などで部分的に薄肉に形成された金属プレートを複数枚積み重ね、この金属プレート間に、熱交換流体の対向する或いは並行する流路を形成するようになっている。また、プレート型熱交換器においては、温度の異なる２つの熱交換流体間で伝熱効率を高めるために、熱交換流体が通る流路に複数の伝熱フィンを設け、伝熱面積を増やしている。

特開２０１５−１５２２８５号公報 特開２０００−１７１１８８号公報

例えば特許文献１において、熱交換器を作製する際、プレス加工で流路を有する金属プレートを作製し、金属プレート同士を拡散接合法によって接合している。しかしながら、拡散接合法を用いる場合、金属プレートを高温で加熱する大型の真空炉が必要であり、また、金属プレートを高温にする必要があるため、金属プレートを冷ましてから取り出すのに時間を要する。このため、拡散接合法により熱交換器を作製する場合、生産効率が低下してしまうという問題がある。

一方、特許文献２においては、プレートとフィンとをロウ付け接合法によって接合している。しかしながら、ロウ付け接合法を用いた場合、プレス加工により流路を有する金属プレートを作製し、その後金属プレート間にロウ材を挟む必要がある。このため、ロウ材のコストがかかるという問題がある。また、ロウ材と金属プレートとの間のアライメント精度が必要となる。さらに、一般にロウ材の厚みにはばらつきが存在するため、このばらつきによって金属プレートの接合に影響を及ぼすおそれもある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、生産性が良好であるとともに、熱交換器用金属プレート同士を高い位置精度で接合することが可能な、熱交換器用金属プレートおよびその製造方法、ならびに熱交換器およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、熱交換器用金属プレートの製造方法であって、金属基板を準備する工程と、前記金属基板に所定のパターンのレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層を耐腐食膜として前記金属基板をエッチング加工することにより、前記金属基板に、外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、前記薄肉領域から前記金属基板の厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとをそれぞれ形成する工程と、前記金属基板のうち少なくとも前記伝熱フィンの表面および前記外周領域の表面に、めっき層を形成する工程とを備えたことを特徴とする熱交換器用金属プレートの製造方法である。

本発明は、熱交換器用金属プレートの製造方法であって、金属基板を準備する工程と、前記金属基板に所定のパターンのレジスト層を形成する工程と、前記金属基板のうち前記レジスト層によって覆われていない部分にめっき層を形成する工程と、前記レジスト層を除去する工程と、前記めっき層を耐腐食膜として前記金属基板をエッチング加工することにより、前記金属基板に、外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、前記薄肉領域から前記金属基板の厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとをそれぞれ形成する工程とを備え、前記金属基板のうち少なくとも前記伝熱フィンの表面および前記外周領域の表面に、めっき層が形成されていることを特徴とする熱交換器用金属プレートの製造方法である。

本発明は、前記めっき層は、前記金属基板の側面及び裏面にも形成されることを特徴とする熱交換器用金属プレートの製造方法である。

本発明は、前記めっき層は、前記金属基板の側面にも形成され、前記金属基板の裏面には形成されないことを特徴とする熱交換器用金属プレートの製造方法である。

本発明は、前記めっき層は、Ｎｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐを含むことを特徴とする熱交換器用金属プレートの製造方法である。

本発明は、前記めっき層の厚みは、５μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする熱交換器用金属プレートの製造方法である。

本発明は、熱交換器用金属プレートであって、外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、前記薄肉領域から前記金属薄板状プレートの厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとを有するプレート本体と、前記プレート本体のうち、少なくとも前記伝熱フィンの表面および前記外周領域の表面に形成されためっき層とを備えたことを特徴とする熱交換器用金属プレートである。

本発明は、前記めっき層は、前記プレート本体の側面及び裏面にも形成されることを特徴とする熱交換器用金属プレートである。

本発明は、前記めっき層は、前記プレート本体の側面にも形成され、前記プレート本体の裏面には形成されないことを特徴とする熱交換器用金属プレートである。

本発明は、前記めっき層は、Ｎｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐを含むことを特徴とする熱交換器用金属プレートである。

本発明は、前記めっき層の厚みは、５μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする熱交換器用金属プレートである。

本発明は、互いに積層して配置された複数の熱交換器用金属プレートを備え、前記複数の熱交換器用金属プレートのうちの少なくとも一部は、前記熱交換器用金属プレートであることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記熱交換器用金属プレートを複数準備する工程と、前記複数の熱交換器用金属プレートを互いに積層した状態で、前記複数の熱交換器用金属プレートの前記めっき層を加熱溶融することにより、前記複数の熱交換器用金属プレートを互いに接合する工程と備えたことを特徴とする熱交換器の製造方法である。

本発明によれば、生産性が良好であるとともに、熱交換器用金属プレート同士を高い位置精度で接合することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態による熱交換器を示す分解斜視図。 図２（ａ）（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施の形態による金属プレートを示す平面図。 図３は、本発明の第１の実施の形態による金属プレートを示す部分拡大平面図（図２（ａ）のIII部拡大図）。 図４は、本発明の第１の実施の形態による金属プレートを示す断面図（図３のIV−IV線断面図）。 図５は、互いに接合された一対の金属プレートを示す断面図。 図６（ａ）−（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態による金属プレートの製造方法を示す断面図。 図７（ａ）−（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態による熱交換器の製造方法を示す断面図。 図８は、本発明の第２の実施の形態による金属プレートを示す断面図。 図９（ａ）−（ｆ）は、本発明の第２の実施の形態による金属プレートの製造方法を示す断面図。 図１０は、本発明の第３の実施の形態による金属プレートを示す断面図。 図１１（ａ）−（ｆ）は、本発明の第３の実施の形態による金属プレートの製造方法を示す断面図。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。

熱交換器の構成
まず、図１により、本実施の形態による熱交換器の概略について説明する。図１は、本実施の形態による熱交換器を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態による熱交換器（プレート型熱交換器）１０は、一方の固定板１１と、一方の固定板１１から離間して設けられた他方の固定板１２と、一方の固定板１１と他方の固定板１２との間に互いに積層して配置された複数（図１では４枚）の熱交換器用金属プレート（金属薄板状プレート）２０Ａ〜２０Ｄとを備えている。

このうち、複数の金属プレート２０Ａ〜２０Ｄは、第１の流体Ｆ_１用の金属プレート２０Ａ、２０Ｂと、第２の流体Ｆ_２用の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄとからなっている。

一対の熱交換器用金属プレート２０Ａ、２０Ｂ（以下、金属プレート２０Ａ、２０Ｂともいう）の表面には、それぞれめっき層２９が形成されている。このめっき層２９によって一対の金属プレート２０Ａ、２０Ｂが互いに接合されている。同様に、一対の熱交換器用金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ（以下、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄともいう）の表面には、それぞれめっき層２９が形成されている。このめっき層２９によって一対の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄが互いに接合されている。

図１において、めっき層２９は、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄを接合する前の状態を示している。一方、完成後の熱交換器１０において、各めっき層２９が溶融して、複数の金属プレート２０Ａ〜２０Ｄが互いに接合されている。

同様に、一方の固定板１１の裏面（金属プレート２０Ａ側の面）と金属プレート２０Ａの裏面とには、それぞれめっき層２９が形成されている。このめっき層２９によって一方の固定板１１と金属プレート２０Ａとが互いに接合されている。また、一対の金属プレート２０Ｂ、２０Ｃの裏面には、それぞれめっき層２９が形成されている。このめっき層２９によって一対の金属プレート２０Ｂ、２０Ｃが互いに接合されている。さらに、他方の固定板１２の裏面（金属プレート２０Ｄ側の面）と金属プレート２０Ｄの裏面には、それぞれめっき層２９が形成されている。このめっき層２９によって他方の固定板１２と金属プレート２０Ｄとが互いに接合されている。

このように、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄ同士、または金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと固定板１１、１２とは、めっき層２９を用いて互いに接合されている。これにより、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄ同士を精度良く接合することができる。

一方の固定板１１および他方の固定板１２は、それぞれ平面略矩形状を有している。このうち一方の固定板１１には、流入管１３Ａ、１３Ｂおよび流出管１４Ａ、１４Ｂが接続されている。これに対して他方の固定板１２は、開口等が形成されることなく、平坦な形状を有している。

流入管１３Ａおよび流出管１４Ａは、それぞれ第１の流体Ｆ_１が流入および流出するものである。第１の流体Ｆ_１は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管１３Ａから熱交換器１０に流入し、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ内で循環しながら熱交換を行い、流出管１４Ａから流出するようになっている。また、流入管１３Ｂおよび流出管１４Ｂは、それぞれ第２の流体Ｆ_２が流入および流出するものである。第２の流体Ｆ_２は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管１３Ｂから熱交換器１０に流入し、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ内で循環しながら熱交換を行って、流出管１４Ｂから流出するようになっている。

第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２は、少なくとも流入管１３Ａ、１３Ｂに流入する時点では、互いに温度が異なっている。第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２としては、二酸化炭素、空気等の気体であっても良く、水等の液体であっても良い。第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２は、同一種類の流体を用いても良く、互いに異なる種類の流体を用いても良い。

このように、熱交換器１０においては、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの間を通過する第１の流体Ｆ_１と、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの間を通過する第２の流体Ｆ_２との間で、熱交換が行われるようになっている。なお、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの枚数は、図１では便宜上４枚の場合を示しているが、これに限らず、例えば２０枚以上２００枚以下程度としても良い。また、複数の金属プレートのうちの一部が、本実施の形態による金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと異なる構成のものであっても良い。

なお、このような熱交換器１０は、例えば給湯器のヒートポンプユニット、空調設備、車載ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラー、化学プラント等に用いることができる。

金属プレートの構成
次に、図２乃至図４を参照して、本実施の形態による金属プレートの構成について説明する。なお、以下においては、第１の流体Ｆ_１用の一対の金属プレート２０Ａ、２０Ｂの構成について説明するが、第２の流体Ｆ_２用の一対の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄについてもその構成は略同様である。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、一対の金属プレート２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ平面略矩形形状であり、長手方向と短手方向とを有している。図２（ａ）（ｂ）において、長手方向はＹ方向に平行であり、短手方向はＹ方向に直交するＸ方向に平行である。

金属プレート２０Ａ、２０Ｂは、それぞれプレート本体２８と、プレート本体２８に形成されためっき層２９とを備えている。

次にプレート本体２８の構成について説明する。プレート本体２８は、外周領域２１と、外周領域２１の内側に形成された薄肉領域（ハーフエッチング領域）２２とを有している。このうち外周領域２１は、各金属プレート２０Ａ、２０Ｂの外周全域に沿って環状に形成されている。この外周領域２１は、ハーフエッチングが施されておらず、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ全体の厚みと同一の厚みを有している。

また、薄肉領域２２は、外周領域２１よりも薄肉となっており、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの一面側のみに形成されている。この場合、薄肉領域２２は、当該一面側から例えばハーフエッチング加工を施すことにより形成されている。なお、「ハーフエッチング」とは、被エッチング材料をその厚み方向に途中までエッチングすることをいう。薄肉領域２２の深さは、例えば、外周領域２１の厚みの４０％以上６０％以下程度とされても良い。

薄肉領域２２のうち、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａが形成されている。この入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａは、第１の流体Ｆ_１が通過するとともに、薄肉領域２２に連通している。

また、外周領域２１のうち、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの他の一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂが形成されている。この入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂは、第２の流体Ｆ_２が通過するとともに、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２とは連通しないようになっており、他方、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ（図１参照）の薄肉領域２２に連通されるようになっている。

これらの入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂは、金属プレート２０Ａ、２０Ｂを貫通するように形成される。なお、入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂは、薄肉領域２２を片面側からハーフエッチングにより形成する際、薄肉領域２２と同時に両面側からエッチングにより形成されても良い。

薄肉領域２２には、複数の伝熱フィン２５がそれぞれＺ方向（金属プレート２０Ａ、２０Ｂの厚み方向）に突出して設けられている。各伝熱フィン２５が設けられている箇所の厚みは、外周領域２１の厚みと同一である。一方、各伝熱フィン２５は、外周領域２１および他の伝熱フィン２５からそれぞれ平面方向（Ｘ方向およびＹ方向）に離間して配置されている。このため、各伝熱フィン２５は島状に独立して配置されており、各伝熱フィン２５の周囲には、第１の流体Ｆ_１が通過するための流路２６が形成されている。なお、図１および図２（ａ）（ｂ）において、便宜上、一部の伝熱フィン２５のみを示しているが、実際には、薄肉領域２２の略全域に亘って伝熱フィン２５が配置されている。

図３に示すように、各伝熱フィン２５は、平面略Ｓ字形状を有している。この伝熱フィン２５は、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って一定の間隔を隔てて多数配置されている。また、伝熱フィン２５は、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に対して垂直な方向（Ｘ方向）にも一定の間隔で平行に配置されている。この伝熱フィン２５は、その長手方向両端を渦や旋回流などの乱れが生じないような流線型にそれぞれ成形しており、流体抵抗を最小にするように構成されている。なお、各伝熱フィン２５の形状は、平面円形状、平面長円形状、または平面多角形形状としても良い。

本実施の形態において、複数の伝熱フィン２５は、互いに線対称な形状を有する２種類の伝熱フィン２５ａ、２５ｂを複数組合せることによって構成されている。このうち伝熱フィン２５ａは、Ｘ方向マイナス側およびＹ方向マイナス側から、Ｘ方向プラス側およびＹ方向プラス側へ向かって延びる略Ｓ字形状を有している。一方、伝熱フィン２５ｂは、Ｘ方向プラス側およびＹ方向マイナス側から、Ｘ方向マイナス側およびＹ方向プラス側へ向かって延びる略Ｓ字形状を有している。伝熱フィン２５ａおよび２５ｂは、それぞれＸ方向に沿って一列に配置されており、伝熱フィン２５ａの列と伝熱フィン２５ｂの列とは、Ｙ方向に沿って交互に配置されている。複数の伝熱フィン２５は、これら一組の伝熱フィン２５ａ、２５ｂの位置をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ所定量だけずらして多数配置するように構成され、いわゆる千鳥状の配列（デルタ配列）となっている。本明細書中、これら２種類の伝熱フィン２５ａ、２５ｂを合わせて、伝熱フィン２５と称する。伝熱フィン２５の幅は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良い。具体的には、各伝熱フィン２５のうち最も幅の広い箇所で例えば０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下としても良い。

第１の流体Ｆ_１は、Ｘ方向に互いに隣接する一対の伝熱フィン２５間の流路２６を通過した後、より下流側（Ｙ方向プラス側）に位置する他の伝熱フィン２５の上流側（Ｙ方向マイナス側）の端部で分岐され、この伝熱フィン２５とＸ方向に互いに隣接する一対の伝熱フィン２５間の流路２６を通過する。その後、伝熱フィン２５に沿って流れた第１の流体Ｆ_１は、伝熱フィン２５の下流側（Ｙ方向プラス側）の端部で合流する。これにより、流路２６における急激な曲がりによる渦形成や旋回流に起因する圧力損失を最小限に抑え、流路面積の変化、すなわち、流路２６の拡大や縮小を抑えることができ、拡流や縮流による圧力損失を小さく抑えることができる。流路２６の幅は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良く、例えば０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下としても良い。

図２（ａ）（ｂ）および図３に示すように、外周領域２１のうち薄肉領域２２側に位置する縁部２７が、縁部２７に隣接する伝熱フィン２５の形状に沿って波形状又はジグザグ形状となっている。すなわち、外周領域２１の縁部２７には、薄肉領域２２側に張り出す凸部２１ａと、外周領域２１側に引っ込む凹部２１ｂとが、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って複数個繰り返し形成されている。また、波形状又はジグザグ形状の縁部２７は、略Ｓ字状の伝熱フィン２５の形状に合わせた形状となっている。すなわち、縁部２７は、各伝熱フィン２５の外形形状に沿って湾曲しており、これにより、縁部２７と伝熱フィン２５との間の流路２６が略一定の幅となっている。

次に、めっき層２９について説明する。めっき層２９は、プレート本体２８上に形成されている。図４に示すように、めっき層２９は、プレート本体２８の全面、すなわちプレート本体２８の表面２８ａ、側面２８ｂ及び裏面２８ｃに形成されている。また、めっき層２９は、プレート本体２８の薄肉領域２２内にも形成されている。ここで、「表面」とは、プレート本体２８のうち薄肉領域２２が形成された面（図４の上面）をいい、「裏面」とは、プレート本体２８のうち薄肉領域２２が形成された面の反対側に位置する面（図４の下面）をいう。また、「側面」とは、「表面」と「裏面」とを接続する面（図４の左右の面）をいう。

めっき層２９がプレート本体２８の表面２８ａ、とりわけ外周領域２１の表面と伝熱フィン２５の表面とに形成されていることにより、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの表面側の接触部分にめっき層２９を形成することができ、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ同士を確実に接合することができる。また、めっき層２９がプレート本体２８の側面２８ｂにも形成されていることにより、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ同士を接合させる際、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの周縁部分に隙間が生じないようにすることができる。また、めっき層２９がプレート本体２８の裏面２８ｃにも形成されていることにより、金属プレート２０Ａ、２０Ｂを他の金属プレート（一方の固定板１１、金属プレート２０Ｃ等）に接合させることができる。

めっき層２９は、プレート本体２８を構成する金属材料よりも低融点の金属材料からなる。めっき層２９は、加熱して溶融することにより、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ同士、又は金属プレート２０Ａ、２０Ｂと他の金属プレートとを接合可能な材料からなる。めっき層２９の材料は、プレート本体２８の材料に合わせて適宜選択することができるが、一般的なロウ材に用いられる材料を用いても良い。例えば、めっき層２９は、Ｎｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐを含んでいても良い。

また、めっき層２９は、後述するように電解めっき又は無電解めっきにより形成される層であり、その厚みは５μｍ以上４０μｍ以下である。めっき層２９の厚みを５μｍ以上とすることにより、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ同士を確実に接合することができる。また、めっき層２９の厚みを４０μｍ以下とすることにより、めっき層２９の厚みのばらつきを抑えることができる。

次に、図５を参照して、めっき層２９によって接合された状態の金属プレート２０Ａ、２０Ｂについて説明する。図５は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ同士の接合が完了した状態を示している。

図５に示すように、金属プレート２０Ａ、２０Ｂは、薄肉領域２２が形成された面同士を互いに対向させるように配置されている。また、一対の金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２および複数の伝熱フィン２５は、それぞれ互いに鏡面対称となるように形成されている。このため、金属プレート２０Ａ、２０Ｂを互いに接合した際、薄肉領域２２同士が一致し、対応する各伝熱フィン２５同士が一致するように接合される。さらに、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの表面にそれぞれ形成されためっき層２９によって金属プレート２０Ａ、２０Ｂが互いに接合されている。このとき、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２同士によって第１の流体Ｆ_１が流れる流路２６が形成される。

なお、金属プレート２０Ａ、２０Ｂは、熱伝導性の良い金属が好ましく、例えばステンレス、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなど、種々選択可能である。また、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの厚みは、それぞれ例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下としても良い。なお、上述した金属プレート２０Ｃ、２０Ｄについても同様である。

本実施の形態において、流路２６の高さｈ（Ｚ方向の距離）（図５参照）は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２の深さと、接合後のめっき層２９の厚みとの合計によって規定される。具体的には、流路２６の高さｈは、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。このように、流路２６の高さｈを抑えることにより、熱交換器１０をコンパクトにすることができるとともに、熱交換の効率を高めることができる。

熱交換器用金属プレートの製造方法
次に、図６（ａ）−（ｆ）を参照して、本実施の形態による金属プレートの製造方法について説明する。以下においては、金属プレート２０Ａを作製する場合を例に挙げて説明するが、他の金属プレート２０Ｂ〜２０Ｄについても同様である。

まず、各金属プレート２０Ａに対応する平板状の金属基板３１を準備する（図６（ａ））。この金属基板３１としては、上述のようにステンレス、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン等からなる金属基板を使用することができる。なお金属基板３１は、その両面に対して脱脂等を行い、洗浄処理を施したものを使用することが好ましい。

次に、金属基板３１の表面３１ａ及び裏面３１ｃ全体に感光性レジスト３２ａを塗布し、これを乾燥する（図６（ｂ））。なお感光性レジスト３２ａとしては、従来公知のものを使用することができる。

続いて、この金属基板３１に対してフォトマスクを介して露光し、現像することにより、所望の開口部３２ｂを有するレジスト層３２を形成する（図６（ｃ））。開口部３２ｂは、薄肉領域２２の形状に対応する平面形状を有している。

次に、レジスト層３２を耐腐蝕膜として金属基板３１に腐蝕液でエッチングを施す（図６（ｄ））。腐蝕液は、使用する金属基板３１の材質に応じて適宜選択することができ、例えば、金属基板３１としてステンレスを用いる場合、通常、塩化第二鉄水溶液を使用し、金属基板３１の両面からスプレーエッチングにて行うことができる。これにより、金属基板３１のうち開口部３２ｂが形成された領域が選択的に除去される。

次いで、レジスト層３２を剥離して除去する。このようにして、外周領域２１と、外周領域２１よりも薄肉の薄肉領域２２と、薄肉領域２２に突出するように設けられた伝熱フィン２５とを有するプレート本体２８が得られる（図６（ｅ））。このとき、外周領域２１および伝熱フィン２５に対応する領域は、エッチング加工されることなく金属基板３１と同様の厚みを保持する。なお、エッチングにより薄肉領域２２を形成する際、金属基板３１を両面からエッチング加工することにより、入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂをそれぞれ形成する。

次に、プレート本体２８（金属基板３１）の全面、すなわち表面２８ａ、側面２８ｂ及び裏面２８ｃに電解めっき又は無電解めっきを施すことにより、プレート本体２８（金属基板３１）上に金属（例えばＮｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐ）を析出させて、めっき層２９を形成する。

このようにして、プレート本体２８と、プレート本体２８上に形成されためっき層２９とを有する金属プレート２０Ａが得られる（図６（ｆ））。

熱交換器の製造方法
次に、図７（ａ）−（ｄ）を参照して、本実施の形態による熱交換器の製造方法について説明する。

まず、例えば上述した工程（図６（ａ）−（ｆ））により、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄをそれぞれ作製する（図７（ａ））。

続いて、一方の固定板１１と他方の固定板１２との間に、互いに積層された金属プレート２０Ａ〜２０Ｄを挟持する。この場合、一方の固定板１１側から順に、金属プレート２０Ａ、金属プレート２０Ｂ、金属プレート２０Ｃ、金属プレート２０Ｄ、および他方の固定板１２が配置される（図７（ｂ））。

なお、一方の固定板１１と、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと、他方の固定板１２とには、それぞれ予め所定の位置に図示しない位置決め孔が形成されている。この位置決め孔を用いて、一方の固定板１１と、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと、他方の固定板１２とを位置決めし、これらを抵抗溶接法により位置合せ固定しても良い。

次に、このようにして位置決めされた一方の固定板１１と、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと、他方の固定板１２とを、ロウ付け炉３７に投入する（図７（ｃ））。このロウ付け炉内で、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの各めっき層２９は、９００℃以上１２００℃以下程度の温度に加熱溶融される。これにより、各めっき層２９によって一方の固定板１１、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄおよび他方の固定板１２がそれぞれ接合される。

このようにして、一方の固定板１１と、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと、他方の固定板１２とが密着接合され、本実施の形態による熱交換器１０が得られる（図７（ｄ））。

本実施の形態の作用
次に、このような構成からなる熱交換器の作用について述べる。

まず、図１に示す熱交換器１０において、流入管１３Ａに第１の流体Ｆ_１を導入するとともに、流入管１３Ｂに第２の流体Ｆ_２を導入する。この場合、第１の流体Ｆ_１の温度と第２の流体Ｆ_２の温度とは互いに異なっている。

次に、第１の流体Ｆ_１は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ間の薄肉領域２２に形成された流路２６を通過し、熱交換器１０の流出管１４Ａから流出する。同様に、第２の流体Ｆ_２は、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ間の薄肉領域２２に形成された流路２６を通過し、熱交換器１０の流出管１４Ｂから流出する。流出管１４Ａ、１４Ｂから流出する時点で、第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２のうち一方の温度は流入時よりも上昇し、他方の温度は流入時よりも降下している。この場合、金属プレート２０Ｂと金属プレート２０Ｃとが互いに接合されているので、これら金属プレート２０Ｂ、２０Ｃを介して、第１の流体Ｆ_１と第２の流体Ｆ_２との間で熱交換が効率的に行なわれる。

以上説明したように本実施の形態によれば、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄは、プレート本体２８と、プレート本体２８に形成されためっき層２９とを有しており、各めっき層２９を介して金属プレート２０Ａ〜２０Ｄ同士を接合している。これにより、拡散接合法を用いる場合（比較例）と異なり、大型の真空炉等を用いる必要が無いため、熱交換器１０を作製する際の生産効率が低下するおそれがない。また、めっき層２９を用いて金属プレート２０Ａ〜２０Ｄを接合することにより、ロウ付け接合法を用いる場合（比較例）と異なり、シート状のロウ材を金属プレート２０Ａ〜２０Ｄ間に挟む作業を行う必要が無いので、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄとロウ材とのアライメントを考慮する必要が無い。このため、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄ同士を位置精度良く接合することができる。

また、本実施の形態によれば、めっき層２９をめっき法、例えば無電解めっき法で作製するので、ロウ付け接合法を用いる場合（比較例）と比較して、接合層の膜厚の面内ばらつきを抑えることができる。これにより、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの密着信頼性を向上させることができる。また、接合層をスプレー方式で塗布する場合（比較例）と異なり、めっき層２９がバインダー樹脂を含まないため、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄを接合した後、接合層に不純物が残存してプレート本体２８に腐食が生じてしまうおそれもない。

また、本実施の形態によれば、めっき層２９は、プレート本体２８（金属基板３１）の側面２８ｂ及び裏面２８ｃにも形成されている。これにより、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの周縁部分同士を確実に接合させることができるとともに、金属プレート２０Ａ、２０Ｂを他の金属プレート（一方の固定板１１、金属プレート２０Ｃ等）にも接合させることができる。

また、本実施の形態によれば、めっき層２９は、Ｎｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐを含んでいる。このように、プレート本体２８（金属基板３１）に一般的なシート状のロウ材と同一成分の金属膜を直接形成するので、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄ間にシート状のロウ材を挟みこむ場合と略同様の接合強度を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの流路２６がエッチングにより作製されるので、流路をプレスによって作製する場合と比べて、熱交換器１０をコンパクトかつ高効率なものとすることができる。これにより、冷媒量の削減も含め、エネルギー効率を高めることができる。

（第２の実施の形態）
次に、図８および図９を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。図８および図９は本発明の第２の実施の形態を示す図である。図８および図９に示す第２の実施の形態は、めっき層２９が形成されている領域が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図８および図９において、第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

金属プレートの構成
図８は、本実施の形態による金属プレート４０Ａを示す断面図（図４に対応する図）である。図８に示すように、本実施の形態による金属プレート４０Ａにおいて、めっき層２９は、プレート本体２８の外周領域２１の表面、伝熱フィン２５の表面、及びプレート本体２８の側面２８ｂに形成されている。一方、第１の実施の形態とは異なり、めっき層２９は、プレート本体２８の薄肉領域２２内および裏面２８ｃには形成されていない。この他の構成は、第１の実施の形態の場合と略同一である。

熱交換器用金属プレートの製造方法
次に、本実施の形態による金属プレートの製造方法について説明する。

まず、平板状の金属基板３１を準備する（図９（ａ））。次に、金属基板３１の表面３１ａ及び裏面３１ｃ全体にそれぞれ感光性レジスト３２ａを塗布し、これを乾燥する（図９（ｂ））。

続いて、この金属基板３１に対してフォトマスクを介して露光し、現像することにより、所望の開口部３２ｂを有するレジスト層３２を形成する（図９（ｃ））。パターン状のレジスト層３２は、薄肉領域２２の形状に対応する平面形状を有している。なお、裏面側のレジスト層３２は開口部を形成することなく残存させる。

次に、金属基板３１の表面３１ａ及び側面３１ｂのうち、レジスト層３２に覆われていない部分に電解めっき又は無電解めっきを施すことにより、金属（例えばＮｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐ）を析出させて、めっき層２９を形成する（図９（ｄ））。なお、金属基板３１の裏面３１ｃは、その全体がレジスト層３２に覆われているため、めっき層２９は形成されない。

次いで、レジスト層３２を剥離して除去する（図９（ｅ））。

次に、めっき層２９を耐腐蝕膜として金属基板３１の表面３１ａ側に腐蝕液でエッチングを施す。一方、金属基板３１の裏面３１ｃ側はエッチングされることなく、平坦面を維持する。なお、めっき層２９がＮｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐを含む場合、腐蝕液に対する耐腐食性が高いため、このようなエッチングを確実に行うことができる。

このようにして、外周領域２１と、外周領域２１よりも薄肉の薄肉領域２２と、薄肉領域２２に突出するように設けられた伝熱フィン２５とを有するプレート本体２８と、プレート本体２８の外周領域２１の表面、伝熱フィン２５の表面、及びプレート本体２８の側面２８ｂに形成されためっき層２９とを有する金属プレート４０Ａが得られる（図９（ｆ））。この場合、めっき層２９は、プレート本体２８の薄肉領域２２内および裏面２８ｃには形成されない。

なお、本実施の形態による熱交換器の製造方法は、第１の実施の形態の場合と略同一である。

本実施の形態によれば、めっき層２９がプレート本体２８の薄肉領域２２内に形成されないので、溶融しためっき層２９によって流路２６が狭められるおそれがない。また、めっき層２９がプレート本体２８の裏面２８ｃに形成されていないので、プレート本体２８の裏面２８ｃを他の部材等と接合する必要がない場合に、本実施の形態を好適に用いることができる。

（第３の実施の形態）
次に、図１０および図１１を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。図１０および図１１は本発明の第３の実施の形態を示す図である。図１０および図１１に示す第３の実施の形態は、めっき層２９が形成されている領域が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態と略同一である。図１０および図１１において、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

金属プレートの構成
図１０は、本実施の形態による金属プレート５０Ａを示す断面図（図４に対応する図）である。図１０に示すように、本実施の形態による金属プレート５０Ａにおいて、めっき層２９は、プレート本体２８の外周領域２１の表面、伝熱フィン２５の表面、プレート本体２８の側面２８ｂ及び裏面２８ｃに形成されている。一方、第１の実施の形態とは異なり、めっき層２９は、プレート本体２８の薄肉領域２２内には形成されていない。この他の構成は、第１の実施の形態の場合と略同一である。

熱交換器用金属プレートの製造方法
次に、本実施の形態による金属プレートの製造方法について説明する。

まず、平板状の金属基板３１を準備する（図１１（ａ））。次に、金属基板３１の表面３１ａ全体に感光性レジスト３２ａを塗布し、これを乾燥する（図１１（ｂ））。一方、金属基板３１の裏面３１ｃには感光性レジスト３２ａを塗布しない。

続いて、この金属基板３１に対してフォトマスクを介して露光し、現像することにより、所望の開口部３２ｂを有するレジスト層３２を形成する（図１１（ｃ））。このとき、パターン状のレジスト層３２は、薄肉領域２２の形状に対応する平面形状を有している。

次に、金属基板３１の表面３１ａ、側面３１ｂ及び裏面３１ｃのうち、レジスト層３２に覆われていない部分に電解めっき又は無電解めっきを施すことにより、金属（例えばＮｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐ）を析出させて、めっき層２９を形成する（図１１（ｄ））。

次いで、レジスト層３２を剥離して除去する（図１１（ｅ））。次に、めっき層２９を耐腐蝕膜として金属基板３１の表面３１ａ側に腐蝕液でエッチングを施す。金属基板３１の側面３１ｂ及び裏面３１ｃは、めっき層２９によって覆われているので、エッチングされることがない。

このようにして、外周領域２１と、外周領域２１よりも薄肉の薄肉領域２２と、薄肉領域２２に突出するように設けられた伝熱フィン２５とを有するプレート本体２８と、プレート本体２８の外周領域２１の表面、伝熱フィン２５の表面、プレート本体２８の側面２８ｂ及び裏面２８ｃに形成されためっき層２９とを有する金属プレート５０Ａが得られる（図１１（ｆ））。この場合、めっき層２９は、プレート本体２８の薄肉領域２２内には形成されない。

なお、本実施の形態による熱交換器の製造方法は、第１の実施の形態の場合と略同一である。

本実施の形態によれば、めっき層２９がプレート本体２８の薄肉領域２２内に形成されないので、溶融しためっき層２９によって流路２６が狭められるおそれがない。

上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を必要に応じて適宜組合せることも可能である。あるいは、上記実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

１０ 熱交換器
１１ 一方の固定板
１２ 他方の固定板
２０Ａ〜２０Ｄ 金属プレート
２１ 外周領域
２２ 薄肉領域
２５ 伝熱フィン
２６ 流路
２７ 縁部
２８ プレート本体
２９ めっき層
３１ 金属基板
３２ レジスト層

Claims (11)

1. 熱交換器用金属プレートの製造方法であって、
   金属基板を準備する工程と、
   前記金属基板に所定のパターンのレジスト層を形成する工程と、
   前記金属基板のうち前記レジスト層によって覆われていない部分にめっき層を形成する工程と、
   前記レジスト層を除去する工程と、
   前記めっき層を耐腐食膜として前記金属基板をエッチング加工することにより、前記金属基板に、外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、前記薄肉領域から前記金属基板の厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとをそれぞれ形成する工程とを備え、
   前記めっき層は、前記金属基板のうち少なくとも前記伝熱フィンの表面および前記外周領域の表面に形成されていることを特徴とする熱交換器用金属プレートの製造方法。
2. 前記めっき層は、前記金属基板の側面及び裏面にも形成されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用金属プレートの製造方法。
3. 前記めっき層は、前記金属基板の側面にも形成され、前記金属基板の裏面には形成されないことを特徴とする請求項１記載の熱交換器用金属プレートの製造方法。
4. 前記めっき層は、Ｎｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の熱交換器用金属プレートの製造方法。
5. 前記めっき層の厚みは、５μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の熱交換器用金属プレートの製造方法。
6. 熱交換器用金属プレートであって、
   外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、前記薄肉領域から前記熱交換器用金属プレートの厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとを有するプレート本体と、
   前記プレート本体のうち、少なくとも前記伝熱フィンの表面および前記外周領域の表面に形成されためっき層とを備え、
   前記めっき層は、前記薄肉領域内には形成されておらず、
   前記めっき層は、前記プレート本体の側面の厚み方向全域及び裏面にも形成されることを特徴とする熱交換器用金属プレート。
7. 熱交換器用金属プレートであって、
   外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、前記薄肉領域から前記熱交換器用金属プレートの厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとを有するプレート本体と、
   前記プレート本体のうち、少なくとも前記伝熱フィンの表面および前記外周領域の表面に形成されためっき層とを備え、
   前記めっき層は、前記薄肉領域内には形成されておらず、
   前記めっき層は、前記プレート本体の側面の厚み方向全域にも形成され、前記プレート本体の裏面には形成されないことを特徴とする熱交換器用金属プレート。
8. 前記めっき層は、Ｎｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ−Ｐを含むことを特徴とする請求項６又は７記載の熱交換器用金属プレート。
9. 前記めっき層の厚みは、５μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項記載の熱交換器用金属プレート。
10. 互いに積層して配置された複数の熱交換器用金属プレートを備え、
    前記複数の熱交換器用金属プレートのうちの少なくとも一部は、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の熱交換器用金属プレートであることを特徴とする熱交換器。
11. 請求項６乃至９のいずれか一項に記載の熱交換器用金属プレートを複数準備する工程と、
    前記複数の熱交換器用金属プレートを互いに積層した状態で、前記複数の熱交換器用金属プレートの前記めっき層を加熱溶融することにより、前記複数の熱交換器用金属プレートを互いに接合する工程と備えたことを特徴とする熱交換器の製造方法。

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