JP7094805B2 - 熱交換器および熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱交換器および熱交換器の製造方法に関し、特に、複数の伝熱材料により構成された熱交換器に関する。

従来、熱交換器の構成材料としては、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い金属材料が用いられているが、更なる性能向上のため、複数の伝熱材料によって熱交換器を構成することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の第１金属層および第２金属層と、第１金属層および第２金属層の間に設けられたグラファイト製の炭素材料層と、各金属層と炭素材料層との間に設けられたアルミニウム－シリコン系のろう材層と、を備えた複合材料が開示されている。上記特許文献１では、この複合材料が、熱交換器に利用可能であることが開示されている。具体的な構成例として、樋状に曲げた２枚の複合材料をろう材によって接合して媒体管とし、この媒体管の内部および外部をそれぞれ流れる媒体の間で熱移動をさせることが開示されている。また、上記特許文献１では、複合材料が熱交換器のフィンに利用できることが開示されている。

特開２０１６－１９８９３７号公報

しかしながら、上記特許文献１では、複合材料が熱交換器のフィンに利用できるとの記載が存在するのみで、複合材料製のフィンを具体的にどのように構成するべきかについて何ら検討がされていない。たとえばベース板上に多数のフィンを並べた熱交換器（ヒートシンク）において、単純にフィンに複合材料を使用することは以下の問題を引き起こす可能性がある。

まず、複合材料では異なる種類の材料の界面（異種材料界面）が存在するため、異種材料界面がフィンの外表面に露出する場合には、空気や水との接触によって界面において電解腐食が発生しやすくなる。次に、圧力損失の低減のため、切削等によってフィンの断面形状を最適化することがあるが、たとえば上記特許文献１の複合材料で表面の金属層を削ればろう材層や炭素材料層が露出することになり、単純に切削加工等を行うことができない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、複合材料のフィンを備えた熱交換器であって、圧力損失を低減可能な断面形状を得ることができ、かつ、異種材料界面における腐食の発生も抑制可能な熱交換器を提供することである。

上記目的を達成するため、第１の発明による熱交換器は、ベース部と、ベース部の表面から立ち上がるように設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、放熱フィンは、一方表面および他方表面を構成する第１伝熱材と、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有し、第１伝熱材により外表面が覆われた第２伝熱材と、を含んで構成され、かつ、第１伝熱材および第２伝熱材を含む第１部分と、少なくとも第１部分よりも高さ方向の先端側に設けられ、第１伝熱材を含み第１部分よりも厚みが小さい第２部分と、を有し、第１伝熱材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成され、第２伝熱材は、第１伝熱材と同一または同種の金属材料と、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料とが混合された複合材料により構成されている。なお、本明細書において、放熱フィンの高さ方向とは、ベース部に対して放熱フィンが立ち上がる方向のことである。

第１の発明による熱交換器では、上記の構成により、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する第２伝熱材を放熱フィン内部に設けるので、放熱フィンの全体を単一材料（第１伝熱材）により形成する場合よりも高性能の放熱フィンが得られる。そして、第２伝熱材が、第１伝熱材により外表面を覆われている（内包されている）ので、異種材料の界面が露出せず、異種材料界面における腐食の発生を抑制することができる。また、第１部分では、第１伝熱材と第２伝熱材とが存在するために必然的に厚みが大きくなり、第２部分では、第１伝熱材を設ければよく、第２伝熱材を設ける必要がないので第１部分よりも厚みを小さくすることができる。そこで、厚みの大きい第１部分をベース部側に配置することによって、断面積の増大と第２伝熱材による高い熱伝導率との両方により、放熱フィン内部の熱伝導量を増加させることができる。一方、放熱フィンに沿う外部流体の流れによって熱交換量が得られる先端側に、厚みの小さい第２部分を配置することによって、熱交換量を確保しつつ、外部流体の流れ抵抗を抑制して圧力損失を低減することができる。このように、放熱フィンの内部構造（第１伝熱材と第２伝熱材との配置）に起因して生じる第１部分と第２部分との厚みの差異をそのまま利用して、所望の断面形状の放熱フィンを得ることができるため、所望の断面形状を得るための切削加工などによって第２伝熱材の異種材料界面を露出させるおそれが無い。以上の結果、本発明によれば、複合材料のフィンを備えた熱交換器であって、圧力損失を低減可能な断面形状を得ることができ、かつ、異種材料界面における腐食の発生も抑制可能な熱交換器を提供することができる。
第２の発明による熱交換器は、ベース部と、ベース部の表面から立ち上がるように設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、複数の放熱フィンは、互いに間隔を隔てて並んで配列されるとともに、ベース部の表面に沿って延びるように設けられ、一方表面および他方表面を構成する第１伝熱材と、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有し、第１伝熱材により外表面が覆われた第２伝熱材と、を含んで構成され、かつ、第１伝熱材および第２伝熱材を含む第１部分と、少なくとも第１部分よりも高さ方向の先端側に設けられ、第１伝熱材を含み第１部分よりも厚みが小さい第２部分と、ベース部の表面に沿って延びる方向の両端の端縁部に設けられ、第１伝熱材を含み第１部分よりも厚みが小さい第３部分と、を有し、第１部分は、ベース部の表面に沿って延びる方向において、両端の端縁部の間に設けられている。このように構成すれば、放熱フィンのベース部の表面に沿って延びる方向（長手方向）の端縁部にも、厚みの小さい第３部分を設ける事ができる。端縁部は、間隔を隔てて並ぶ放熱フィンにより形成される隙間部分に外部流体が流入する際の入口部分となるため、この端縁部において放熱フィンの厚みが小さくなることによって、入口部分の隙間を拡大して外部流体を誘い込む作用を得ることができる。その結果、各放熱フィンの間の隙間に流入する外部流体の流量を増大させることができるので、熱交換器の性能をさらに向上させることができる。
第３の発明による熱交換器は、ベース部と、ベース部の表面から立ち上がるように設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、放熱フィンは、一方表面および他方表面を構成する第１伝熱材と、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有し、第１伝熱材により外表面が覆われた第２伝熱材と、を含んで構成され、かつ、第１伝熱材および第２伝熱材を含む第１部分と、少なくとも第１部分よりも高さ方向の先端側に設けられ、第１伝熱材を含み第１部分よりも厚みが小さい第２部分と、を有し、ベース部は、第１伝熱材と同一または同種の材料により形成され、放熱フィンは、高さ方向の下端部において第２伝熱材を含まない接続部によりベース部に接続されている。このように構成すれば、第２伝熱材とベース部との異種材料界面を露出させることなく放熱フィンをベース部に接続することができる。これにより、第１伝熱材とベース部とを容易かつ強固に接合することができるとともに、接続部の腐食を抑制することができる。

この場合、好ましくは、第２伝熱材は、外表面においてアルミニウムまたはアルミニウム合金と、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料とが混在するように形成された金属基複合材料により構成されている。金属基複合材料とは、基材である金属材料（アルミニウムまたはアルミニウム合金）中に、異なる材料（炭素材料等）を一体的に含有させた材料である。上記のように構成すれば、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料を含有させることによって、第２伝熱材の熱伝導率を効果的に向上させることができるとともに、アルミニウムまたはアルミニウム合金を基材とすることによって、たとえば炭素材料などの熱伝導率の高い材料のみを用いる場合よりも高い強度を確保することができる。また、表面にアルミニウムまたはアルミニウム合金と、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料とが混在する金属基複合材料を用いることにより、第１伝熱材またはろう材に用いられるアルミニウムと第２伝熱材の表面に存在するアルミニウムとを接合させることができる。その結果、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料が接合しにくい（接合強度を得難い）材料であっても、第２伝熱材の表面に存在するアルミニウムのアンカー効果によって、第１伝熱材と強固に接合することができ、放熱フィンの強度向上および熱抵抗の低減を図ることができる。

上記第２伝熱材が、外表面においてアルミニウムまたはアルミニウム合金と、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料とが混在するように形成された金属基複合材料を含む構成において、好ましくは、第２伝熱材は、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料として炭素材料を含む。本明細書において、炭素材料は、黒鉛（グラファイト）、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、Ｃ／Ｃコンポジットなどの各種同素体のいずれかまたは複数を含む。上記のように構成すれば、熱伝導率の高い炭素材料を含有させることによって、第２伝熱材の熱伝導率を効果的に向上させることができる。また、炭素材料は、アルミニウムなどの金属材料との接合が困難な材料であることが知られているが、表面にアルミニウムまたはアルミニウム合金と炭素材料とが混在する金属基複合材料を用いることにより、第１伝熱材またはろう材に用いられるアルミニウムと結合した第２伝熱材のアルミニウムのアンカー効果によって、炭素材料の部分も第１伝熱材に対して強固に固定できる。その結果、炭素材料を含む第２伝熱材であっても第１伝熱材と強固に接合できる。

上記第１伝熱材がアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成され、第２伝熱材が第１伝熱材と同一または同種の金属材料と、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料とを含む複合材料により構成される場合、好ましくは、第１伝熱材と第２伝熱材とは、互いに接触した状態で相互に接合されている。このように構成すれば、第１伝熱材と第２伝熱材との間に別途ろう材や接着剤を設けることなく、第１伝熱材と第２伝熱材とを直接接合することができる。その結果、放熱フィンの構造を簡素化することができるとともに、ろう材や接着剤を設けない分、第２伝熱材の厚みを大きくすることができるので、放熱フィンの性能をさらに向上させることができる。

上記第１～第３の発明による熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、一対の平板状の第１伝熱材の間に、平面視で第１伝熱材よりも小さい平板状の第２伝熱材を配置して第１伝熱材の対向面同士を接合することにより形成された多層構造を有する。このように構成すれば、単純な平板形状の第１伝熱材および第２伝熱材を用意して、第１伝熱材の間に第２伝熱材を配置して第１伝熱材の対向面同士を接合するだけで、容易に、上記第１部分および第２部分を有する放熱フィンを得ることができる。

ここで、上記目的を達成するために本願発明者が鋭意検討した結果、一対の第１伝熱材の間に、第１伝熱材よりも小さい第２伝熱材を配置して、一対の第１伝熱材の対向面同士を接合することによって、第２伝熱材が内包されて界面が外部に露出せず、かつ、第２伝熱材を含む中央部よりも厚みの小さい外周縁を有する複合材を得ることができ、この厚みの相違を利用することにより、圧力損失を低減可能な断面形状のフィンが得られることを見出した。

そこで、第４の発明による熱交換器の製造方法は、一対の平板状の第１伝熱材の間に、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する平板状の第２伝熱材を配置する工程と、一対の第１伝熱材の対向面同士を接合することにより、第２伝熱材が覆われた放熱フィンを形成する工程と、第１伝熱材および第２伝熱材を含む第１部分に対して、第２伝熱材を含まずに第１伝熱材を含み第１部分よりも厚みが小さい第２部分が、第１部分よりも高さ方向の先端側となるように放熱フィンをベース部に接続する工程と、を備える。

第４の発明による熱交換器の製造方法では、上記の構成により、板状の伝熱材同士を接合するだけで、上記第１の発明による熱交換器（放熱フィン）を得ることができる。すなわち、一対の第１伝熱材の間に第２伝熱材を挟んで第１伝熱材の対向面同士を接合することによって、一対の第１伝熱材と第２伝熱材とを含む厚みの大きい第１部分の周囲に、第１伝熱材を含む厚みの小さい部分が形成されるので、厚みの大きい第１部分をベース部側に配置し、厚みの小さい部分を第２部分として先端側に配置することによって、異種材料界面における腐食の発生を回避しつつ、熱交換量を確保し、外部流体の流れ抵抗を抑制して圧力損失を低減することが可能な放熱フィン（熱交換器）を得ることができる。また、第１部分と第２部分との厚みの差異をそのまま利用して、第１伝熱材および第２伝熱材を含む第１部分に対して、第１伝熱材を含み第１部分よりも厚みが小さい第２部分が、第１部分よりも高さ方向の先端側となる所望の断面形状の放熱フィンを得るため、上記所望の断面形状を得るための切削加工などによって第２伝熱材の異種材料界面を露出させるおそれが無い。これらの結果、本発明によれば、複合材料のフィンを備えた熱交換器であって、圧力損失を低減可能な断面形状を得ることができ、かつ、異種材料界面における腐食の発生も抑制可能な熱交換器を提供することができる。さらに、板状の伝熱材同士を接合するだけで、第１部分と第２部分とを有する放熱フィンが得られるので、所望の断面形状の放熱フィンを得るための後加工が不要であるか、必要な場合でも最小限で済ますことができ、工数の増大を抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、複合材料のフィンを備えた熱交換器であって、圧力損失を低減可能な断面形状を得ることができ、かつ、異種材料界面における腐食の発生も抑制可能な熱交換器を提供することができる。

本実施形態による熱交換器を示した模式的な斜視図である。 図１の５００－５００線に沿った熱交換器の模式的な断面図である。 熱交換器の構造を説明するための模式的な分解斜視図である。 本実施形態による熱交換器の放熱フィンの形状を説明するための断面図である。 放熱フィンを側面側から見た模式的な断面図である。 第１伝熱材と第２伝熱材との界面を説明するための図である。 放熱フィンの端縁部を高さ方向から見た模式図である。 熱交換器の製造方法における第１伝熱材および第２伝熱材の配置を示した側面図である。 図８の第１伝熱材および第２伝熱材を端面方向から示した図である。 放熱フィンを形成する工程を説明するための図である。 形成された放熱フィンを示した図である。 放熱フィンをベース部に接続する工程を説明するための図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）である。 熱交換器の変形例を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図７を参照して、本実施形態による熱交換器１００の構成について説明する。本実施形態では、自動車、鉄道車両、船舶、航空機などの移動体に用いられ、熱交換器１００の外部を流れる外部流体との熱交換により、冷却対象流体の冷却（放熱）を行う熱交換器１００の例について説明する。

より具体的には、図１に示す本実施形態の熱交換器１００は、航空機エンジン用の熱交換器であり、航空機エンジン内に搭載され、航空機エンジン内の空気流と熱交換を行う空冷式の熱交換器(冷却器)として設けられている。航空機エンジンは、ガスタービンエンジンなど、筒状のケーシング内に外部から取り込んだ空気を利用して推進力を発生するタイプのエンジンであり、ケーシング内に高速の空気流が発生する。冷却対象流体は、たとえば、エンジンの潤滑油、エンジンにより駆動させる発電機の潤滑油などである。

（熱交換器の全体構成）
図１～図３を参照して、熱交換器１００の全体構成を説明する。熱交換器１００は、サーフェスクーラとして構成されている。サーフェスクーラは、中空板状のコア部１の表面に設けた放熱フィン２に沿って流れる空気流によって、コア部１の内部を流れる冷却対象流体を冷却するタイプの熱交換器である。熱交換器１００は、全体として湾曲した板状形状に形成され、航空機エンジン内の湾曲面Ｓ（図２参照）に沿うように配置される。航空機エンジン内の湾曲面Ｓは、たとえばエンジンのファンケーシングの内周面であるが、空気流にさらされる部位であればエンジン内のどのような部位に設置されてもよい。

熱交換器１００は、概ね円筒状の湾曲面Ｓに沿って周方向（Ｃ方向）に１／ｎ周（ｎは１以上の実数）程度の長さに設けられる。たとえば、熱交換器１００は、１／８周程度の長さに形成されるが、熱交換器１００は、航空機エンジン内の湾曲面Ｓの実質的に全周にわたって延びる円環状形状であってもよい。空気流は、概ね航空機エンジン内の軸方向（タービンの回転軸方向）であるＡ方向(図１参照)に沿って流れる。航空機エンジン内の湾曲面Ｓは、必ずしも完全な円筒状曲面にはならないため、その場合の熱交換器１００の曲率半径は、軸方向（Ａ方向）の位置によって異なる。

図１および図２に示したコア部１は、航空機用エンジン内の湾曲面Ｓに沿う湾曲形状を有する。コア部１は、湾曲面Ｓと対向する側の第１表面１１ａ（図２参照）と、第１表面１１ａとは反対側の第２表面１２ａ（図２参照）とを有する中空板状の形状を有する。コア部１の内部には、流路３(図３参照)が形成されている。

図３に示すように、コア部１は、一対の板状のベース部１０を板厚方向に重ね合わせて構成されている。具体的には、一対のベース部１０は、第１表面１１ａ側の第１ベース部１１と、第２表面１２ａ側の第２ベース部１２とを含んでいる。なお、第１ベース部１１および第２ベース部１２は、それぞれ、特許請求の範囲の「ベース部」の一例である。第１ベース部１１の外表面が第１表面１１ａであり、第２ベース部１２の外表面が第２表面１２ａである。第２ベース部１２の内表面には、凹部からなる流路３が形成されており、流路３内にコルゲートフィン３１が配置されている。流路３の開放面側が第１ベース部１１によって覆われることにより、コア部１の内部に冷却対象流体を流通させる流路３が構成されている。

流路３は、往路３ａと復路３ｂとを含んだ折り返し形状を有する。往路３ａおよび復路３ｂは、第２ベース部１２の内面側に形成された周壁１２ｂおよび仕切部１２ｃによって区画されている。往路３ａは、コア部１の長手方向（Ｃ方向）の一端から他端にわたって延び、復路３ｂは、コア部１の長手方向の他端から一端にわたって延びる。往路３ａと復路３ｂとは、コア部１の他端側で連通している。第１ベース部１１の長手方向の一端部に、流入ポート１３ａと流出ポート１３ｂとを有するヘッダ部１３が設けられている。流入ポート１３ａは、コア部１の一端側において往路３ａと外部とを連通させる。流出ポート１３ｂは、コア部１の一端側において復路３ｂと外部とを連通させる。流入ポート１３ａおよび流出ポート１３ｂの各々は、図示しない冷却対象流体の流通経路に接続される。

コルゲートフィン３１は、流路３（往路３ａ、復路３ｂ）の延びる方向と直交する方向（流路幅方向）に波状に形成された板状フィンである。コルゲートフィン３１は、厚み方向の両側の第１ベース部１１および第２ベース部１２とそれぞれ接合され、流路３の内部を複数の微細な流路に区画している。

複数の放熱フィン２は、第１ベース部１１の第１表面１１ａおよび第２ベース部１２の第２表面１２ａの少なくとも一方に形成される。図１～図３の構成例では、複数の放熱フィン２が第１ベース部１１および第２ベース部１２の両方に設けられている。複数の放熱フィン２は、第１ベース部１１（第１表面１１ａ）および第２ベース部１２（第２表面１２ａ）の一方にのみ設けられてもよい。

各放熱フィン２は、板状形状を有する。各放熱フィン２は、第１ベース部１１および第２ベース部１２の各表面（１１ａ、１２ａ）から略垂直な方向に立ち上がるように設けられている。各放熱フィン２は、互いに間隔を隔てて並んで配列されるとともに、ベース部１０（１１、１２）の表面に沿って延びるように設けられている。具体的には、各放熱フィン２は、互いに略平行に、略等間隔（略等ピッチ）で設けられている。図１において、複数の放熱フィン２は、コア部１の短手方向（Ａ方向）に向けて延びている。なお、複数の放熱フィン２は、軸方向（Ａ方向）に対して傾斜してもよい。また、複数の放熱フィン２は、平行でなくてもよく、フィン間の間隔も一定でなくてもよい。個々の放熱フィン２の構造については、後述する。

それぞれの放熱フィン２は、ベース部（第１ベース部１１および第２ベース部１２）とは別個に形成された上で、第１ベース部１１および第２ベース部１２の各々に接続されている。コア部１は、たとえば、第１ベース部１１、第２ベース部１２、各放熱フィン２、コルゲートフィン３１を組み立ててろう付けなどによって互いに接合することにより、形成される。

図３に示したように、冷却対象流体は、ヘッダ部１３の流入ポート１３ａからコア部１の内部の流路３に流入する。冷却対象流体は、流路３内でコルゲートフィン３１によって区画された微細な流路部分に分配されて、往路３ａ、復路３ｂを順に流れる。一方、コア部１の外側では、航空機エンジンの稼働に伴って、高速の空気流がコア部１の表面の各放熱フィン２に沿って通過する。その結果、コア部１の内部（流路３内）を流れる冷却対象流体と、外部の空気流との間で、コア部１および各放熱フィン２を介して熱交換が行われる。つまり、高温の冷却対象流体の熱がコルゲートフィン３１、第１ベース部１１および第２ベース部１２を介して各放熱フィン２に伝達し、各放熱フィン２から外部の空気流に対して放出される。冷却された冷却対象流体は、ヘッダ部１３の流出ポート１３ｂから熱交換器１００の外部に流出し、冷却対象流体が利用される装置（エンジンや発電機など）に戻される。

（放熱フィン）
次に、本実施形態による熱交換器１００の放熱フィン２の構成について説明する。図１～図３に示した熱交換器１００の個々の放熱フィン２は、詳細には図４に示したような形状に形成されている。図４は、放熱フィン２の延びる方向（Ａ方向）に対して直交する断面における放熱フィン２の形状を示している。図４の下側が、ベース部１０（第１ベース部１１または第２ベース部１２）の表面（１１ａまたは１２ａ）側である。以下、放熱フィン２がベース部１０の表面から突出するＺ方向（表面と直交する方向）を放熱フィン２の高さ方向とする。図４の左右方向が放熱フィン２の厚み方向であり、高さ方向および厚み方向と直交する奥行き方向（長手方向）は、Ａ方向に一致する。なお、図１～図３では、便宜的に、各放熱フィン２を単純な平板状形状として簡略化して図示している。

〈放熱フィンの構成材料〉
図４に示すように、放熱フィン２は、一方表面２ａおよび他方表面２ｂを構成する第１伝熱材２１と、第１伝熱材２１により外表面が覆われた第２伝熱材２２と、を含んで構成された板状部材である。すなわち、放熱フィン２は、一方表面２ａ側および他方表面２ｂ側の第１伝熱材２１によって第２伝熱材２２を内包した多層構造を有している。詳細は後述するが、放熱フィン２は、一対の平板状の第１伝熱材２１の間に、平面視で第１伝熱材２１よりも小さい平板状の第２伝熱材２２を配置（図９参照）して第１伝熱材２１同士を接合（図１０参照）することにより形成されている。

第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とは、互いに異なる材料によって構成されている。放熱フィン２の外表面を構成する第１伝熱材２１には、熱伝導率のみならず、航空機エンジン内の振動や高速な空気流にも耐えられる強度、外部空気や水分との接触による腐食を抑止可能な耐食性、第１ベース部１１および第２ベース部１２との接合性（接合の容易さおよび接合強度）などを兼ね備えた、総合的な性能が要求される。これに対し、第２伝熱材２２は、第１伝熱材２１によって内包されているため、たとえば強度、耐食性や接合性についての制約が少なくて済む分、より高い熱伝導率を有する材料を採用しうる。そこで、本実施形態では、第２伝熱材２２は、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する材料によって構成されている。

本実施形態では、第１伝熱材２１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成されている。以下では、アルミニウムまたはアルミニウム合金をまとめて、アルミ材と表記する。

第２伝熱材２２は、第１伝熱材２１と同一または同種の金属材料と、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する材料とを含む複合材料により構成されている。第１伝熱材２１はアルミ材により構成されているので、第２伝熱材２２は、金属材料としてアルミ材を含む。第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する材料として、黒鉛（グラファイト）、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、Ｃ／Ｃコンポジットなどの炭素材料、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素などの高熱伝導材料がある。金属材料と高熱伝導材料との複合材料を採用することによって、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導性能を有しながら、第２伝熱材として必要な強度等の性能を制御できる。

より具体的には、本実施形態では、第２伝熱材２２は、外表面（第１伝熱材２１との界面ＩＦ、図６参照）においてアルミ材と、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する材料とが混在するように形成された金属基複合材料により構成されている。そして、本実施形態では、第２伝熱材は、第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料として炭素材料を含む。炭素材料としては、たとえば黒鉛である。金属基複合材料は、基材である金属材料（アルミ材）中に、異なる材料（炭素材料）を一体的に含有させた材料であるが、体積割合としてアルミ材と炭素材料とのいずれが大きくてもよい。

第２伝熱材２２に用いる金属基複合材料は、たとえばアルミ材と炭素材料の粉末を混合して焼結する方法や、多孔性のある炭素材料の押出材や炭素繊維の成形体（プリフォーム）に対して、金属材料の溶湯を流し込み加圧する加圧含浸法などにより作成され得るが、作成方法は特に限定されない。

このように構成された第２伝熱材２２は、機械的性質が第１伝熱材２１に近く、第１伝熱材２１よりも軽量（低比重）でかつ熱伝導率が高い。そのため、第１伝熱材２１および第２伝熱材２２により構成される放熱フィン２は、放熱性能が高いだけでなく高い強度や軽量さが要求される航空機用の熱交換器１００に、特に適している。

〈放熱フィンの構造〉
図４に示すように、放熱フィン２は、第１部分２０ａと、第１部分２０ａよりも厚みが小さい第２部分２０ｂと、を有する。第１部分２０ａは、ベース部１０（第１ベース部１１または第２ベース部１２）の表面から立ち上がる根元側部分である。第２部分２０ｂは、放熱フィン２のうちで第１部分２０ａよりも先端側に配置された部分である。第２部分２０ｂは、放熱フィン２の先端部を構成している。

第１部分２０ａは、放熱フィン２のうちで、第１伝熱材２１および第２伝熱材２２を含む部分である。すなわち、第１部分２０ａは、一方表面２ａ側の第１伝熱材２１ａと、他方表面２ｂ側の第１伝熱材２１ｂと、これらの第１伝熱材２１ａおよび２１ｂの間の第２伝熱材２２とを含んだ多層構造を有する。第１部分２０ａは、高さ寸法ｈ１および厚みｔ１を有する。

図４に示す例では、一方表面２ａ側の第１伝熱材２１ａと、他方表面２ｂ側の第１伝熱材２１ｂとは、略等しい厚みｔ３を有する。第２伝熱材２２は、厚みｔ３よりも大きい厚みｔ４を有する。これにより、第１部分２０ａに占める第２伝熱材２２の割合が大きくなるので、放熱フィン２の放熱性能を向上させることが可能である。第１伝熱材２１は、内側に配置された第２伝熱材２２との界面が外部に露出しないように覆う被覆材としての機能を有する。そのため、第１伝熱材２１の厚みｔ３は、被覆材としての機能を確保可能な程度の厚みが設定される。第２伝熱材２２の厚みｔ４は、第１伝熱材２１の厚みｔ３を確保した上で、極力大きくなるように設定されるが、厚みｔ３以下でもよい。

本実施形態では、第１部分２０ａの第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とは、互いに接触した状態で相互に接合されている。すなわち、第１部分２０ａにおいて、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とは、ろう材や接着剤などの接合材を介在することなく、直接接触した状態で接合されている。なお、通常、炭素材料などの高熱伝導材とアルミ材などの金属材料とは接合することが困難である。これに対して、本実施形態では、金属基複合材料により構成された第２伝熱材２２が、微視的には、図６に示すように外表面（界面ＩＦ）においてアルミニウム相４１と炭素材料相４２とが混在した状態となっている。第１伝熱材２１の方は、アルミ材の相４３により構成されている。そのため、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とは、界面ＩＦにおいて、共通するアルミニウムの部分（相４１および相４３）で合金を形成して接合される。第２伝熱材２２では、アルミニウム相４１と炭素材料相４２とが混在するため、接合されたアルミニウム相４１の組織のアンカー効果によって、炭素材料相４２の部分も一体的に固定および保持される。

図４に戻り、第２部分２０ｂは、放熱フィン２のうちで、第１伝熱材２１を含む部分である。すなわち、第２部分２０ｂは、一方表面２ａ側の第１伝熱材２１ａと、他方表面２ｂ側の第１伝熱材２１ｂとを含む。第２部分２０ｂは、第２伝熱材２２を含まない。第２部分２０ｂは、高さ寸法ｈ２および厚みｔ２を有する。図４の例では、第２部分２０ｂの高さ寸法ｈ２は、第１部分２０ａの高さ寸法ｈ１よりも小さい。第２部分２０ｂの高さ寸法ｈ２は、第１部分２０ａの高さ寸法ｈ１よりも大きくてもよい。

第２部分２０ｂにおいて、一方表面２ａ側の第１伝熱材２１ａと、他方表面２ｂ側の第１伝熱材２１ｂとは、相互に接合されて一体化している。このように、第２部分２０ｂは、第２伝熱材２２を含まない分だけ、第１部分２０ａよりも小さい厚みを有している。

なお、図４では、模式的に第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの境界部分２５における厚みの変化を略直角の段差状に示しているが、必ずしも段差状になっている必要はなく、斜めに傾斜した斜面状になっていてもよい。

また、本実施形態では、放熱フィン２は、高さ方向の下端部において第２伝熱材２２を含まない接続部２３によりベース部１０（第１ベース部１１または第２ベース部１２）に接続されている。すなわち、第１部分２０ａよりもベース部１０側には、接続部２３が設けられている。放熱フィン２は、この接続部２３において、ベース部１０（第１ベース部１１または第２ベース部１２）に接続されている。

接続部２３における放熱フィン２とベース部１０との接続は、ろう付けなどの冶金的接合、または、カシメ、ボルトによる締結などの機械的接合を採用できる。図４の例では、ろう付けによって放熱フィン２の接続部２３とベース部１０とが一体化されている。これにより、接続部２３においてベース部１０と放熱フィン２との間が一体化し、カシメなどの機械的接合により接続されている場合と比べて高い熱伝達性能を確保できる。

なお、接続部２３は、第１伝熱材２１により構成されている。そして、ベース部１０が、第１伝熱材２１と同一または同種の材料により形成されている。すなわち、ベース部１０と接続部２３（第１伝熱材２１）とが、同一または同種のアルミ材により構成されている。そのため、接続部２３を構成する第１伝熱材２１とベース部１０とは、ろう付けなどの冶金的接合によって合金を形成し、容易かつ強固に接合可能である。

熱交換器１００では、このような構成の放熱フィン２が、図４に示すように、略等間隔で並んで配置されている。各放熱フィン２は、高さ方向（Ｚ方向）の根元側の第１部分２０ａと先端側の第２部分２０ｂとの厚みの相違に起因して、高さ方向（Ｚ方向）において先端に向かって先細りとなる断面形状を有している。根元側の第１部分２０ａは、相対的に大きい厚みｔ１を有し、かつ中心に熱伝導率の高い第２伝熱材２２が高さ方向に延びるため、コア部１側（ベース部１０側）からの入熱を効率よく先端側まで伝えることが可能である。先端側の第２部分２０ｂは、相対的に小さい厚みｔ２を有しているため、隣り合う放熱フィン２の間隔（隙間）が、第１部分２０ａのＤ１から、第２部分２０ｂではＤ２に拡大している。これにより、航空機エンジン内の空気が放熱フィン２に沿って流れる際の空気抵抗が抑制されるので、放熱フィン２の空気抵抗が航空機エンジンの推力を低下させる影響を軽減することができる。

また、図５に示すように、本実施形態では、放熱フィン２は、第３部分２０ｃを有する。第３部分２０ｃは、ベース部１０の表面に沿って延びる方向（Ａ方向、放熱フィン２の長手方向）の両端の端縁部２４に設けられ、第１伝熱材２１を含み第１部分２０ａよりも厚みが小さい。第３部分２０ｃは、第２伝熱材２２を含まない。このため、第１部分２０ａは、Ａ方向において、両端の端縁部２４の間（両端の第３部分２０ｃの間）に設けられている。第２伝熱材２２を含まない領域（第２部分２０ｂ、第３部分２０ｃ、接続部２３）は、第１部分２０ａの周囲を取り囲むように、第１部分２０ａの周縁に沿って設けられている。

このため、図７に示すように放熱フィン２の端縁部２４を高さ方向（Ｚ方向）から見ると、第３部分２０ｃが設けられた端縁部２４におけるフィン間隔Ｄ２が、第１部分２０ａが設けられた位置におけるフィン間隔Ｄ１よりも大きくなっている。放熱フィン２は、航空機エンジン内の軸方向（Ａ方向）に沿って延びているため、航空機エンジン内を流れる空気Ｇが、放熱フィン２の一方側の端縁部２４から流入し、放熱フィン２に沿ってＡ方向に進んで、他方側の端縁部２４から流出する。そのため、本実施形態では、端縁部２４におけるフィン間隔Ｄ２が拡大している形状によって、熱交換器１００の外部を流れる空気を放熱フィン２間の隙間に誘い込み、空気Ｇの流量を増大させる作用が得られる。

（熱交換器の製造方法）
次に、図８～図１２を参照して、本実施形態による熱交換器１００の製造方法について説明する。

本実施形態の熱交換器１００の製造方法は、少なくとも、以下の各工程（１）～（３）を備える。（１）一対の平板状の第１伝熱材２１の間に、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する平板状の第２伝熱材２２を配置する工程。（２）一対の第１伝熱材２１の対向面同士を接合することにより、第２伝熱材２２の外表面が覆われた放熱フィン２を形成する工程。（３）第１伝熱材２１および第２伝熱材２２を含む第１部分２０ａに対して、第２伝熱材２２を含まずに第１伝熱材２１を含み第１部分２０ａよりも厚みが小さい第２部分２０ｂが、第１部分２０ａよりも高さ方向の先端側となるように放熱フィン２をベース部１０に接続する工程。

工程（１）では、図８および図９に示すように、まず一対の第１伝熱材２１と、平面視で第１伝熱材２１よりも小さい第２伝熱材２２とが準備される。図８は、一対の第１伝熱材２１により第２伝熱材２２を挟み込んで所定位置に配置した状態の平面図であり、図９は、図８の第１伝熱材２１および第２伝熱材２２を端面方向から見た図である。

第１伝熱材２１および第２伝熱材２２は、形成される放熱フィン２（図４および図５参照）の高さおよび長さに応じた寸法に形成される。第１伝熱材２１の縦横寸法は、放熱フィン２の総高さ、および長手方向（Ａ方向）の長さＬ１（図５参照）に対応する。第２伝熱材２２の縦横寸法は、第１部分２０ａの高さ寸法ｈ１および長手方向（Ａ方向）の長さＬ２（図５参照）に対応する。

平面視において、第２伝熱材２２は、第１伝熱材２１の各辺から所定距離だけ内側に位置するように配置される。この際、図８における第２伝熱材２２の上辺と図８における第１伝熱材２１の上辺との間隔ｄ１が、第２部分２０ｂの高さ寸法ｈ２の分だけ確保される。図８における第２伝熱材２２の左右各辺と図８における第１伝熱材２１の左右各辺との間隔ｄ２、ｄ３が、それぞれ、Ａ方向における端縁部２４の長さＬ３（図５参照）の分だけ確保される。図８における第２伝熱材２２の下辺と図８における第１伝熱材２１の下辺との間隔ｄ４が、接続部２３のために確保する接続しろの分だけ確保される。

工程（２）は、細分化すると２段階の処理を含みうる。すなわち、図１０に示すように、第２伝熱材２２を包むように一対の第１伝熱材２１を厚み方向に変形させる処理（成形処理）と、少なくとも一対の第１伝熱材２１の対向面同士を接合する（接合処理）とが含まれうる。接合の方法によっては、成形処理と接合処理とは実質的に同時に行いうる。

成形処理は、特に限定されないが、たとえばプレス加工などの加圧によって塑性変形を生じさせることにより実現される。一対の第１伝熱材２１を互いに近づける方向に加圧することにより、一対の第１伝熱材２１の対向面ＯＦ（図９参照）同士が互いに密着される。図８の第２伝熱材２２の周囲に確保された間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４の接合しろの部分で対向面ＯＦ同士が密着する結果、第２伝熱材２２が一対の第１伝熱材２１により全面を覆われる。

図１０において、接合処理は、特に限定されないが、たとえば拡散接合が採用できる。拡散接合としては、真空ホットプレスや、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）などがある。これらの接合法では、真空または不活性ガス環境下で、所定の高温に維持して接合面同士を加圧することにより、材料同士が一体化（接合）される。拡散接合により、一対の第１伝熱材２１の対向面ＯＦ同士が接合される。本実施形態では、拡散接合によって第１伝熱材２１と第２伝熱材２２との界面ＩＦも接合される。真空ホットプレスの場合、機械的に加圧（プレス）を行うため、成型処理を同時に行いうる。つまり、加圧により接合面同士を密着させるので、第２伝熱材２２を包むように第１伝熱材２１の加圧変形させる成型処理と、接合処理とをまとめて実施しうる。

接合方法の他の例としては、ろう付けや溶接である。ろう付けの場合、各第１伝熱材２１の対向面ＯＦにろう材（図示せず）が設けられる。予め成型処理が行われた後、ろう付けによって、第１伝熱材２１の対向面ＯＦ同士、および第１伝熱材２１と第２伝熱材２２との界面ＩＦが、ろう材を介して一体化される。ろう付けを行う場合、成型処理を行った段階で仮固定をしておき、後述する他の箇所のろう付け処理とともにまとめて接合処理を実施してもよい。

工程（２）によって第１伝熱材２１および第２伝熱材２２が接合されると、第１部分２０ａ、第２部分２０ｂ、第３部分２０ｃおよび接続部２３を有する断面形状の放熱フィン２が得られる。第１伝熱材２１のみからなる第２部分２０ｂおよび第３部分２０ｃは、図１１に示すように、第２伝熱材２２を含んだ第１部分２０ａの周囲を取り囲むように形成される。高さ方向（Ｚ方向）の上端（先端）側の第２部分２０ｂは、第１部分２０ａよりも高さ方向の先端側に設けられた高さ寸法ｈ２の部分である。高さ方向の下端側の第２部分２０ｂの長さは、接続部２３のための接続しろに相当する。放熱フィン２の長手方向（Ａ方向）における両端の第３部分２０ｃは、端縁部２４に対応している。

このように、本実施形態では、各第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とを、平面視で上下左右の各方向に所望の寸法差を有するように形成および配置することにより、第１伝熱材２１同士および第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とを接合するだけで、図１１に示した形状の放熱フィン２を得ることができる。このため、放熱フィン２に対して後加工を行うとしても、寸法誤差を修正するための加工や、ベース部１０との接続のための加工等で済み、放熱フィン２の第１部分２０ａ、第２部分２０ｂおよび第３部分２０ｃを削り出し等によって成形する必要がない。

工程（３）では、別途準備されたベース部１０（第１ベース部１１または第２ベース部１２）に対して、放熱フィン２が接続される。この際、放熱フィン２の接続部２３をベース部１０に固定するだけで、第１部分２０ａに対して、第２部分２０ｂが高さ方向の先端側となるように放熱フィン２が固定される。

ベース部１０への放熱フィン２の接続方法は、特に限定されず、冶金的接合または機械的接合のいずれでもよい。たとえば図１２（Ａ）に示すように、接続部２３に対応する溝１４をベース部１０に形成し、接続部２３を溝１４に嵌合させ、塑性変形によって固定するカシメによって接続してもよいし、ボルト等による締結でもよい。また、接続部２３を溝１４に嵌合させることによって放熱フィン２をベース部１０に対して仮固定し、ろう付けまたは溶接によって放熱フィン２とベース部１０とを一体化させてもよい。本実施形態では、ろう付けによる接合が採用される。航空機用途では、熱交換器１００自体が航空機に搭載されて移動するため、特に強固な接続が求められる。そのため、放熱フィン２とベース部１０とを一体化させて強固な接合が可能なろう付けによる接合が、航空機に搭載される熱交換器１００のベース部１０への放熱フィン２の接続方法として特に好適である。

ベース部１０への放熱フィン２の他の接続方法として、接続部２３の厚みが小さい下端部分（第２伝熱材２２を含まない部分）（図１１参照）を、図１２（Ｂ）に示すように後加工によって除去した上で、ベース部１０の表面と接合してもよい。接合方法としては、溶接やろう付けなどを採用しうる。さらに、図１２（Ｃ）に示すように、下端部分を除去した接続部２３を溝１４に嵌合させて、溶接やろう付けなどによって接続してもよい。図１２（Ｃ）では、接続部２３の厚みと溝１４の深さとが略一致している。この場合、接続部２３を溝１４に嵌合させると、放熱フィン２の第２伝熱材２２の下端位置が、ベース部１０の表面（第１表面１１ａまたは第２表面１２ａ）と略一致する。溝１４の深さをさらに大きくして、第２伝熱材２２の下端位置がベース部１０の内部（表面よりも内側）に到達するようにしてもよい。ベース部１０への放熱フィン２の接続は、図１２（Ａ）～（Ｃ）に示した以外の他の手法を採用してもよい。

なお、図３に示したように、第１ベース部１１、第２ベース部１２、コルゲートフィン３１を組み立ててろう付けなどによって互いに接合することにより、熱交換器１００が形成される。上記の通り、工程（３）における放熱フィン２の接続方法として、ろう付けを採用する場合には、第１ベース部１１、第２ベース部１２、コルゲートフィン３１の組み立て（仮固定）も合わせて行い、一括してろう付けしてもよい。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する第２伝熱材２２を放熱フィン２内部に設けるので、放熱フィン２の全体を単一材料（第１伝熱材２１）により形成する場合よりも高性能の放熱フィン２が得られる。そして、第２伝熱材２２が、第１伝熱材２１により外表面の全体を覆われている（内包されている）ので、異種材料の界面ＩＦが露出せず、異種材料界面における腐食の発生を抑制することができる。また、厚みの大きい第１部分２０ａをベース部１０側に配置することによって、断面積の増大と第２伝熱材２２による高い熱伝導率との両方により、放熱フィン２内部の熱伝導量を増加させることができる。また、高さ方向の先端側に、厚みの小さい第２部分２０ｂを配置することによって、熱交換量を確保しつつ、空気流の流れ抵抗を抑制して圧力損失を低減することができる。このように、放熱フィン２の内部構造（第１伝熱材２１と第２伝熱材２２との配置）に起因して生じる第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの厚みの差異をそのまま利用して、所望の断面形状の放熱フィン２を得ることができるため、所望の断面形状を得るための切削加工などによって第２伝熱材２２の異種材料界面（界面ＩＦ）を露出させるおそれが無い。以上の結果、本実施形態によれば、複合材料の放熱フィン２を備えた熱交換器であって、圧力損失を低減可能な断面形状を得ることができ、かつ、異種材料界面における腐食の発生も抑制可能な熱交換器１００を提供することができる。

また、第１伝熱材２１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成され、第２伝熱材２２は、第１伝熱材２１と同一または同種の金属材料と、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する材料とを含む複合材料により構成されているので、放熱フィン２の表面を構成する第１伝熱材２１には好適なフィン材料として広く用いられるアルミニウム（合金）を用いつつ、第２伝熱材２２として、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有し第１伝熱材２１とも接合可能な複合材料を用いることができる。その結果、第１伝熱材２１同士を接合するだけでなく、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とを直接またはろう材や接着剤等を介して接合して、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２との間の熱抵抗を小さくすることができるので、放熱フィン２の性能を向上させることができる。

また、第２伝熱材２２が、外表面においてアルミ材と、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する材料とが混在するように形成された金属基複合材料により構成されているので、第２伝熱材２２の熱伝導率を効果的に向上させることができるとともに、アルミ材を基材とすることによって、たとえば炭素材料などの熱伝導率の高い材料のみを用いる場合よりも高い強度を確保することができる。また、第１伝熱材２１またはろう材に用いられるアルミニウムと第２伝熱材２２の表面に存在するアルミニウムとを接合させることができる。その結果、第２伝熱材２２の表面に存在するアルミニウムのアンカー効果によって、第１伝熱材２１と強固に接合することができ、放熱フィン２の強度向上および熱抵抗の低減を図ることができる。

さらに、第２伝熱材２２が、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する材料として炭素材料を含むので、熱伝導率の高い炭素材料を含有させることによって、第２伝熱材２２の熱伝導率を効果的に向上させることができる。また、表面にアルミ材および炭素材料が混在する金属基複合材料を用いるので、第２伝熱材２２の表面（界面ＩＦ）に存在するアルミニウムのアンカー効果によって、アルミ材などの金属材料とは接合することが困難な炭素材料を含む第２伝熱材２２であっても第１伝熱材２１と強固に接合できる。

特に、本実施形態では、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とが、互いに接触した状態で相互に接合されているので、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２との間に別途ろう材や接着剤を設けることなく、放熱フィン２の構造を簡素化することができる。また、ろう材や接着剤を設けない分、第２伝熱材２２の厚みを大きくすることができるので、放熱フィン２の放熱性能をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、ベース部１０の表面に沿って延びる方向（Ａ方向）の両端の端縁部２４に、第１伝熱材２１を含み第１部分２０ａよりも厚みが小さい第３部分２０ｃを設けるので、放熱フィン２の形成時に第１部分２０ａの外周側に形成される第３部分２０ｃをそのまま利用して、放熱フィン２のベース部１０の表面に沿って延びる方向の両端の端縁部２４にも、厚みの小さい第３部分２０ｃを設ける事ができる。この端縁部２４において放熱フィン２の厚みが小さくなることによって、入口部分の隙間（間隔Ｄ２）を拡大して外部流体を誘い込む作用を得ることができる。その結果、各放熱フィン２の間の隙間（間隔Ｄ２）に流入する外部流体の流量を増大させることができるので、熱交換器１００の性能をさらに向上させることができる。

また、ベース部１０が、第１伝熱材２１と同一または同種の材料により形成され、放熱フィン２は、高さ方向の下端部において第２伝熱材２２を含まない接続部２３によりベース部１０に接続されているので、第１部分２０ａの周囲に形成される第２部分２０ｂの一部を接続部２３として利用して、第２伝熱材２２とベース部１０との異種材料界面を露出させることなく放熱フィン２をベース部１０に接続することができる。これにより、第１伝熱材２１とベース部１０とを容易かつ強固に接合することができるとともに、接続部２３の腐食を抑制することができる。

また、放熱フィン２が、一対の平板状の第１伝熱材２１の間に、平面視で第１伝熱材２１よりも小さい平板状の第２伝熱材２２を配置して第１伝熱材２１の対向面ＯＦ同士を接合することにより形成された多層構造を有するので、単純な平板形状の第１伝熱材２１および第２伝熱材２２を用意して、第１伝熱材２１の間に第２伝熱材２２を配置して第１伝熱材２１の対向面ＯＦ同士を接合するだけで、容易に、第１部分２０ａおよび第２部分２０ｂを有する放熱フィン２を得ることができる。

また、本実施形態の熱交換器の製造方法によれば、板状の伝熱材同士を接合するだけで、上記した構成の熱交換器１００を得ることができる。すなわち、上記したように、一対の第１伝熱材２１の間に第２伝熱材２２を挟んで第１伝熱材２１の対向面同士を接合することによって、一対の第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とを含む厚みの大きい第１部分２０ａの周囲に、第２伝熱材２２が存在せず一対の第１伝熱材２１同士が接合された厚みの小さい部分が形成されるので、厚みの大きい第１部分２０ａをベース部１０側に配置し、厚みの小さい部分を第２部分２０ｂとして先端側に配置することによって、異種材料界面における腐食の発生を回避しつつ、熱交換量を確保し、外部流体の流れ抵抗を抑制して圧力損失を低減することが可能な放熱フィン２（熱交換器１００）を得ることができる。また、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの厚みの差異をそのまま利用して、第１伝熱材２１および第２伝熱材２２を含む第１部分２０ａに対して、第１伝熱材２１を含み第１部分２０ａよりも厚みが小さい第２部分２０ｂが、第１部分２０ａよりも高さ方向の先端側となる所望の断面形状の放熱フィン２を得るため、上記所望の断面形状を得るための切削加工などによって第２伝熱材２２の異種材料界面（界面ＩＦ）を露出させるおそれが無い。さらに、板状の伝熱材同士を接合するだけで、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとを有する放熱フィン２が得られるので、所望の断面形状の放熱フィン２を得るための後加工が不要であるか、必要な場合でも最小限で済ますことができ、工数の増大を抑制することができる。これらの結果、複合材料の放熱フィン２を備えた熱交換器であって、工数の増大を抑制しつつ圧力損失を低減可能な断面形状を得ることができ、かつ、異種材料界面における腐食の発生も抑制可能な熱交換器１００を提供することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、サーフェスクーラである熱交換器の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、放熱フィンを備えた熱交換器であればよく、サーフェスクーラ以外の各種のヒートシンクに適用してもよい。その場合、航空機エンジン内の湾曲面Ｓに沿って熱交換器を設ける必要はない。熱交換器は、航空機以外の移動体に設けてもよいし、移動体以外の固定設置される装置等に設けられてもよい。

また、上記実施形態では、冷却対象流体として、エンジンの潤滑油や発電機の潤滑油などである例を示したが、本発明はこれに限られない。冷却対象流体の種類は特に限定されない。冷却対象流体は、どのような流体であってもよい。また、冷却対象は流体である必要はなく、装置の発熱箇所や電気回路を構成する半導体素子または部品等であってもよい。

たとえば図１３に示した変形例では、熱交換器２００は、半導体素子などの冷却対象１１０の上面上に配置されるヒートシンクである。ベース部１０は、平板状の板部材であり、冷却対象１１０の上面と熱的に接続されている。熱交換器２００は、固定設置されており、図示しない送風ファンなどの強制送風による空気流との熱交換により、冷却対象１１０を冷却する。固定設置されるタイプの熱交換器２００では、外部流体が空気以外である水冷方式などであってもよい。

また、上記実施形態では、第１伝熱材２１がアルミ材（アルミニウムまたはアルミニウム合金）により構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１伝熱材が、ステンレス鋼、チタン、銅、インコネル(登録商標)などから構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、ベース部１０が、第１伝熱材２１と同一または同種の材料により形成され、接合時に合金を形成して一体化しうるようにした例を示したが、本発明はこれに限られない。ベース部が、第１伝熱材とは異なり合金を形成し難い材料によって構成されていてもよい。その場合は、ろう付けや溶接などの冶金的接合ではなく、カシメや締結などの機械的接合により放熱フィンをベース部に接続すればよい。

また、上記実施形態では、第２伝熱材２２が第１伝熱材２１と同一または同種の金属材料と、第１伝熱材２１よりも高い熱伝導率を有する材料とを含む複合材料により構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２伝熱材が、第１伝熱材とは異なる単一材料、または第１伝熱材の構成材料を含まない複合材料によって構成されていてもよい。たとえば、第２伝熱材が炭素材料のみ（炭素材料を所定形状に成型するための添加物を含みうる）によって構成されていてもよいし、炭化ケイ素などのセラミック材料によって構成されていてもよい。したがって、第２伝熱材２２は、アルミニウムおよび炭素材料を含有する金属基複合材料以外の材料によって構成されていてもよい。

なお、第１伝熱材２１の構成材料と、第２伝熱材２２の構成材料との組み合わせによっては、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とが相互に接合し難い場合があるが、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とは、互いに接触した状態で相互に接合しなくてもよい。第２伝熱材２２が第１伝熱材２１によって全体を覆われて固定されるため、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とが面接触しているだけの状態でもよい。第１伝熱材２１と第２伝熱材２２とがろう材を介して接合しうる場合には、第１伝熱材２１と第２伝熱材２２との間にろう材を設けてもよい。

また、上記実施形態では、複数の放熱フィン２の各々が図４に示したような所定形状に形成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、放熱フィンが第１部分および第２部分を有していれば、全ての放熱フィンが同じ形状に形成されている必要はなく、各放熱フィンの形状が互いに異なっていてもよい。たとえば、第１部分と第２部分との高さ寸法や厚みの比率が異なっていたり、総高さや最大厚みが異なっていてもよい。

また、上記実施形態では、放熱フィン２が、１つの第１部分２０ａと１つの第２部分２０ｂとを有する構成例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２部分２０ｂよりも先端側に、さらに厚みが小さい部分をさらに設けることにより、厚みが複数段階で絞られる形状となるように放熱フィンを形成してもよい。この場合の第２部分２０ｂよりも厚みが小さい部分は、例えば、放熱フィンの形成に伴って形成される第２部分の一部に対してプレス加工を行うなどにより形成されうる。

２ 放熱フィン
２ａ 一方表面
２ｂ 他方表面
１０ ベース部
１１ 第１ベース部（ベース部）
１２ 第２ベース部（ベース部）
２０ａ 第１部分
２０ｂ 第２部分
２０ｃ 第３部分
２１、２１ａ、２１ｂ 第１伝熱材
２２ 第２伝熱材
２３ 接続部
２４ 端縁部
１００、２００ 熱交換器
ＯＦ 対向面
Ｚ 高さ方向

Claims (8)

1. ベース部と、
   前記ベース部の表面から立ち上がるように設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、
   前記放熱フィンは、
   一方表面および他方表面を構成する第１伝熱材と、前記第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有し、前記第１伝熱材により外表面が覆われた第２伝熱材と、を含んで構成され、かつ、
   前記第１伝熱材および前記第２伝熱材を含む第１部分と、少なくとも前記第１部分よりも高さ方向の先端側に設けられ、前記第１伝熱材を含み前記第１部分よりも厚みが小さい第２部分と、を有し、
   前記第１伝熱材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成され、
   前記第２伝熱材は、前記第１伝熱材と同一または同種の金属材料と、前記第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料とが混合された複合材料により構成されている、熱交換器。
2. ベース部と、
   前記ベース部の表面から立ち上がるように設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、
   前記放熱フィンは、
   互いに間隔を隔てて並んで配列されるとともに、前記ベース部の表面に沿って延びるように設けられ、
   一方表面および他方表面を構成する第１伝熱材と、前記第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有し、前記第１伝熱材により外表面が覆われた第２伝熱材と、を含んで構成され、かつ、
   前記第１伝熱材および前記第２伝熱材を含む第１部分と、少なくとも前記第１部分よりも高さ方向の先端側に設けられ、前記第１伝熱材を含み前記第１部分よりも厚みが小さい第２部分と、前記ベース部の表面に沿って延びる方向の両端の端縁部に設けられ、前記第１伝熱材を含み前記第１部分よりも厚みが小さい第３部分と、を有し、
   前記第１部分は、前記ベース部の表面に沿って延びる方向において、両端の前記端縁部の間に設けられている、熱交換器。
3. ベース部と、
   前記ベース部の表面から立ち上がるように設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、
   前記放熱フィンは、
   一方表面および他方表面を構成する第１伝熱材と、前記第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有し、前記第１伝熱材により外表面が覆われた第２伝熱材と、を含んで構成され、かつ、
   前記第１伝熱材および前記第２伝熱材を含む第１部分と、少なくとも前記第１部分よりも高さ方向の先端側に設けられ、前記第１伝熱材を含み前記第１部分よりも厚みが小さい第２部分と、を有し、
   前記ベース部は、前記第１伝熱材と同一または同種の材料により形成され、
   前記放熱フィンは、高さ方向の下端部において前記第２伝熱材を含まない接続部により前記ベース部に接続されている、熱交換器。
4. 前記第２伝熱材は、外表面においてアルミニウムまたはアルミニウム合金と、前記第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料とが混在するように形成された金属基複合材料により構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記第２伝熱材は、前記第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する材料として炭素材料を含む、請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記第１伝熱材と前記第２伝熱材とは、互いに接触した状態で相互に接合されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記放熱フィンは、一対の平板状の前記第１伝熱材の間に、平面視で前記第１伝熱材よりも小さい平板状の前記第２伝熱材を配置して前記第１伝熱材の対向面同士を接合することにより形成された多層構造を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 一対の平板状の第１伝熱材の間に、前記第１伝熱材よりも高い熱伝導率を有する平板状の第２伝熱材を配置する工程と、
   一対の前記第１伝熱材の対向面同士を接合することにより、前記第２伝熱材が覆われた放熱フィンを形成する工程と、
   前記第１伝熱材および前記第２伝熱材を含む第１部分に対して、前記第２伝熱材を含まずに前記第１伝熱材を含み前記第１部分よりも厚みが小さい第２部分が、前記第１部分よりも高さ方向の先端側となるように前記放熱フィンをベース部に接続する工程と、を備える、熱交換器の製造方法。

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