JP2006108527A - ヒータプレート及びヒータプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータプレートの熱応力による変形を防止するとともに、熱伝導性が良く、耐久性の高いヒータプレート及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明のヒータプレート１は、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に内部部品としてシースヒータ３が収納され、その上から接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を鍛圧圧接して密封した構造を持ち、２枚のプレートを接合する従来の方法に比べて、コストや生産性等の点で優れ、半導体製造装置や液晶製造装置等の各種薄型ディスプレー（ＦＰＤ）製造装置のヒータプレートとして使用可能である。また、ＰＴＰシートの製造装置等のヒータプレート一般に用いることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に真空容器（真空チャンバ）内で加熱して使用されるシースヒータを内蔵した半導体もしくは液晶ディスプレイ製造用ヒータプレート及びその製造工程で乾燥・予熱などに使用されるヒータプレートとその製造方法に関するものである。上記のほか、例えばＰＤＰ，ＦＥＤ，ＥＬＤの薄型ディスプレー（ＦＰＤ）製造装置のヒータプレートとして使用可能である。また、本発明はＰＴＰシート製造用のヒータプレート等にも適用が可能である。

従来から、例えば半導体製造装置や液晶ディスプレイ製造装置等様々な分野において、金属ベースにヒータを内蔵したヒータプレートが使用されている。このようなヒータプレートのヒータとしては、一般にステンレス鋼製のシースヒータが用いられている。また、ヒータプレートの構造には、シースヒータをアルミニウムに鋳込んだもの（鋳込み型）、シースヒータをアルミニウム又はステンレス鋼板で挟み込んでボルトにて締結したもの（ボルト締結型）、シースヒータを挟み込んだ板の外周部を溶接（溶接型）したもの、さらには、真空中又は所定のガス雰囲気下で加圧することにより、シースヒータを挟んだ２部材をろう付け、はんだ付け及び拡散接合(ろう付け、拡散接合型)あるいはシースヒータを挟み込んだ板の接合面の全周に環状溝と環状突出部を形成して鍛圧圧接により接合したもの（鍛圧圧接型）などがある。

図７にシースヒータ１０２を内蔵する従来の鋳込み型のヒータプレート１０１の概略構造を示す。シースヒータ１０２は発熱体をステンレス鋼製保護パイプ内に通し、絶縁材にて両者間を電気的に絶縁したものである。このパイプ状のシースヒータ１０２を所定のパターンに曲げ加工し、アルミニウムベースに鋳込み、切削、表面研磨等の加工を施すことによりヒータプレート１０１が製作される。

また、図８に従来のボルト締結型ヒータプレート１０３の概略構造を示す。この構造では金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる下側ベース１０４に形成された溝１０４ａに上記同様なシースヒータ１０２を設置し、上側ベース１０５を密着させ、両者を適所でボルト締結することにより一体化している。

また、図９に従来の溶接型ヒータプレート１０６の概略構造を示す。この構造でも金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる下側ベース１０７に形成された溝１０７ａに上記同様なシースヒータ１０２を設置し、上側ベース１０８を密着させ、両者をその縁部１０９のみで溶接することにより一体化している。

また、図１０に従来のろう付け、拡散接合型ヒータプレート１１０の概略構造を示す。この構造でも金属ベースが上下２分割されており、金属からなる下側ベース１０７と上側ベース１０８との間に画定した溝１０７ａに上記同様なシースヒータ１０２を設置し、上側ベース１０８と下側ベース１０７の一方又は両方を塑性変形させた状態でその全面に亘りろう付け、はんだ付け及び拡散接合のいずれかにより接合して一体化している。

さらに、図１１に従来の鍛圧圧接型ヒータプレート１１１の概略構造を示す。この構造でも金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム部材１１２、１１３の接合面の全周に四角形又は多角形あるいは円形の環状溝と環状突出部を形成し、鍛圧圧接により締結部１１４で密閉、金属接合している。
特開平１１−２８５７７５ 特開２０００−３１１９３２ 特開２０００−２４３５４２

ヒータプレートは、液晶テレビなどの大型化に伴なって、近年は急速な大型化が進展しており、ここ数年で第４世代の７３０ｍｍ×９２０ｍｍ，第５世代の１１００ｍｍ×１３００ｍｍから第６世代の１５００×１８００ｍｍ、第７世代の２１００ｍｍ×２４００ｍｍへと変化しつつある。このようなヒータプレートの大型化に伴ない、特にヒータプレートの長寿命化や製造方法の簡素化によるコストダウンが問題となっている。

上記従来技術で説明したヒータプレートの構造のうち、鋳込み型のヒータプレートは、シースヒータがアルミニウム鋳物と密着しているので、ヒータの熱伝導性は良好であるものの、シースヒータの保護パイプに用いられるステンレス鋼、インコネル材などの金属と、金属ベースとしてのアルミニウムとの熱膨張係数が異なることから、高温時にその熱応力によりヒータが変形して、繰り返しの使用により断線したり、場合によってはヒータプレート全体が変形するという問題がある。

一方、アルミニウムベースのボルト締結型ヒータプレートは、溝に隙間があり、この隙間が断熱層となってしまうとともに各部が物理的に接しているのみであることから、上下ベースとシースヒータ又はベース同士の密着性が低く、熱伝導性が悪く、場合によっては局部的に昇温してヒータを損傷するという不具合がある。これは、溶接型のヒータプレートにあっても同様である。さらに、溶接型のヒータプレートは溶接による歪みも大きく、形状維持の点でも問題がある。

ろう付け、拡散接合タイプは、真空中又は窒素ガス等の雰囲気中で対向する部材の全面の加圧接合を行なうため、大型の部材を接合することができないとともに、ろう材、はんだ等の接合するための第３の接合用部材を必要とする等の問題がある。

さらに、鍛圧圧接型のヒータプレートでは、ヒータプレートの大型化に伴ない、２枚の板材の外周部とヒータ部近傍に嵌合用の凹部又は凸部を加工してこれを嵌合させ、鍛圧圧接により接合する特開２０００−３１１９３２に開示した方法では、３００〜５００℃間の高温で長時間使用することによりクリープ変形が生じ、外周部とヒータ近傍部やヒータ内側の板中心近傍などに熱応力による変形が生じ、ヒータプレートが使用できなくなる不具合が生じた。

ヒータプレートの大型化に伴なって生じる、上記のヒータプレートの変形の問題と製造コストの増大の問題から、これまでの鍛圧圧接方法を改善する必要が生じた。

本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ヒータプレートの熱応力による変形を防止するとともに、熱伝導性が良く、耐久性の高いヒータプレート及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝部にシースヒータを収納し、さらに、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を前記溝部に嵌合し、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属接合したヒータプレートであって、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面の形状が長方形を有し前記断面の幅が前記溝部の幅と同一か僅かに大きいことを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第２の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、一体の部材からなることを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第３の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の平面方向において複数部材からなることを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第４の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の垂直方向において複数部材からなることを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第５の態様は、前記シースヒータの配設のレイアウトが、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の互いに直交する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか、又は中心に対して点対称であることを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第６の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材が、板材であることを特徴とする記載のヒータプレートである。

本発明の第７の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記シースヒータと接する面の形状が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の板面に平行な平面か、又は前記シースヒータの外周と同方向の曲率を有する曲面を有することを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第８の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材のシースヒータと接する面の部材幅がシースヒータの幅より大きいこと特徴とするヒータプレートである。

本発明の第９の態様は、前記シースヒータは、断面が円形又はコーナ部が所定の曲率の曲線からなる略長方形（略正方形も含む）の形状を有するパイプ状のもの、あるいは細幅条をパイプ形状に編んだものであることを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第１０の態様は、前記シースヒータは、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝に複数本配設されているか、又は複数の溝に各１本ずつ配設されていることを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第１１の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝中にシースヒータが複数本配設されている場合において、並列に複数本配設されているかもしくは、溝中に高さ方向に重ねて複数本配設されていることを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第１２の態様は、前記シースヒータを収納するヒータプレートが、ヒータのシース部との熱伝導性に優れることを特徴とするヒータプレート。

本発明の第１３の態様は、前記シースヒータを収納するヒータプレートが気密性を有することを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第１４の態様は、前記シースヒータを収納するヒータプレートのシースヒータがさらに高い電気絶縁性を有することを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第１５の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材及び前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材は、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金からなることを特徴とするヒータプレートである。

本発明の第１６の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に前記溝部を加工し、前記溝部に前記シースヒータを収納し、さらに前記シースヒータの上に前記接合用アルミニウム又はアルミニウム部材を収納し、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属固相接合するヒータプレートの製造方法であって、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材には前記断面の形状が長方形であって前記断面の幅が前記溝部の幅と同一か大きい部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。

本発明の第１７の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の高さから前記シースヒータの高さを引いた有効高さが、前記溝部の深さと等しいか若しくはより大きい部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。

本発明の第１８の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記断面の幅に対する高さの比が、１以上４以下であることを特徴するヒータプレートの製造方法である。

本発明の第１９の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として１つ又は複数からなる部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。

本発明の第２０の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材には、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の平面方向に複数に分割されているか、あるいは前記断面方向に複数に分割されている部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。

本発明の第２１の態様は、前記複数の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を、順次鍛圧圧接することを特徴とする請求項１７に記載のヒータプレートの製造方法である。

本発明の第２２の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に板材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。

本発明の第２３の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材には、前記シースヒータと接する面の形状が前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の板面に平行な平面か又はシースヒータの外周と同方向の曲率を有する曲面を有する部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。

本発明の第２４の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材及び前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金からなる部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。

本発明の第２５の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材と前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接を、２５０℃から５００℃の範囲で行うことを特徴とするヒータプレートの製造方法である。

本発明の第２６の態様は、請求項２５に記載のヒータプレートの製造方法を用いたヒータプレートの変形防止方法である。

本発明の第２７の態様は、請求項２６に記載の方法で鍛圧圧接することによるヒータプレートに対する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材の密着性向上方法である。

本発明の第２８の態様は、請求項２７に記載のヒータプレートに対する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の密着性向上方法を用いたヒータ寿命の向上方法である。

本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けられた溝部にシースヒータと接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を収納し、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属接合させることにより、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とシースヒータとの間で高度な機密性を維持することができ、さらに高い電気絶縁性を確保できるという効果がある。

また本発明によれば、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により行う金属接合を、ヒータプレートが使用される加熱領域の温度近傍で行うことにより、ヒータプレートの使用温度域におけるアルミニウム又はアルミニウム合金基部材と内部ヒータのシース材との線膨張差による応力を軽減することができ、シースヒータの変形や破損、ヒータプレートの変形等が回避できる。同時に、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材の密着性や熱伝導性も改善できる。

本発明の内部にシースヒータを配設したヒータプレートは、金属部材にシースヒータを密着させたもので、シースヒータの発熱がヒータプレートの金属部材に伝えられる。また、シースヒータはヒータプレートを均一な温度に加熱するようにヒータプレートの内部に配設されているものである。例えば、シースヒータを蛇行、渦巻状等に配設してヒータプレートが均一な温度に加熱されるようにしている。またシースヒータは、ステンレス鋼例えばＳＵＳ３０４、ニッケル合金例えばインコロイ、チタンのシース材（パイプ）の中に電熱線と絶縁材が封入されているものである。

本発明により製造される内部にシースヒータを配設したヒータプレートは、半導体や液晶の製造装置の真空容器（真空チャンバー）内でヒータプレートとして用いられるものである。図１２に、内部にシースヒータを配設したヒータプレートの使用例を示す。図１２は化学的気相成長（ＣＶＤ）処理装置であり、真空チャンバー１２２内にシースヒータ１２３を配設したヒータプレート１２１が支持部材１２４により設けられている。ヒータプレート１２１には基板１２５が載置される。また真空チャンバー１２２内には、ＣＶＤ処理のためのガス供給部１２６が設けられており、供給口１２７よりガスを供給して化学的気相成長により基板１２５に成膜するものである。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るシースヒータの断面図である。図１において、ヒータプレート１は、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に内部部品としてシースヒータ３が収納され、その上を接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４で密封された構造を持つ。ヒータプレート１の平面図を図２に、また図２のA-A’における断面図を図３に示す。アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２には、シースヒータ３と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を収納する溝部５が設けられている。アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２は、肉厚の部材であっても良いが、実用的には板材の方が好ましい。

溝部５にシースヒータ３を収納した後に、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を収納し、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とを鍛圧圧接している。図３は、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝にシースヒータを収納して、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を前記溝部に嵌合して、前記接合用部材と前記基部材を鍛圧圧接により接合した結果を示す。この図のように、鍛圧圧接により、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の溝部５とシースヒータ３が相互に密着している。

本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４は、断面形状が図３に示すように長方形となっており、図３（ｂ）に示す通り、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面の幅ｗ１がアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に設けられた溝部５の幅ｗ２と同一か大きいのが特徴である。また、図３（ｂ）に示す高さｈと幅ｗ１の比率は、接合用部材の座屈変形等を考慮すると、１以上４以下程度であるのが望ましい。鍛圧圧接時の基部材溝部の側面から受ける抵抗などを考慮すると、１以上３以下が特に望ましい。尚、１以下でも接合は可能であるが、鍛圧圧接部のヒータプレート使用中の熱変形や接合部強度などを考慮すると１以上が好ましいため、ここでは下限値として１以上とした。ここで、接合用部材の形状に関しては、接合用部材の先端近傍の部材幅を溝幅より狭くする加工した２つの長方形を重ねた形状や極僅かにトリミングし接合用部材も本発明の範囲に含まれるものとする。また、前記基部材の溝部体積からシースヒータの体積を引いた残りの有効体積より、前記接合用部材の体積が大きい必要がある。前記接合用部材の長さは、溝部を完全に埋めるのに必要な体積を確保するのに必要な長さと同等か少し長い必要がある。

この理由は、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面の幅ｗ１がアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に設けられた溝部５の幅ｗ２と同一か僅かに大きいことにより、前記接合用部材４が溝部を広げながら塑性変形するので、前記接合用部材と前記基部材の間の鍛圧圧接により金属接合できる。具体的には、１０φのシースヒータを用いた場合に、基部材の溝幅を１１ｍｍに、前記接合用部材は、部材幅１２ｍｍ程度のものを用いれば良い。つまり、前記接合用部材が前記基部材に嵌合するときに、溝壁から圧縮応力を受けつつ塑性変形するように、僅かに接合用部材が基部材の溝幅より大きなものを用いればよい。基部材溝部に挿入する接合用部材の溝幅に対する寸法の差は挿入可能な範囲の最大のものまで許容されるが、許容範囲として溝幅より数ｍｍ大きい程度と考えられる。図３（ｂ）に示す高さｈ１と幅ｗ１の比率が１以上４以下であることが望ましく、１以上３以下であることが特に望ましい。

次に、前記基部材の溝部体積からシースヒータの体積を引いた残りの有効体積より、前記接合用部材の体積を大きくし、さらに、前記接合用部材の長さを溝部を完全に埋めるのに必要な体積を確保するのに必要な長さと同等か少し長くする。この理由は、そのようにしないと、前記接合用部材を溝に十分充満させると同時に、前記基部材と完全に金属接合させることができないからである。

図２は、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４が一体の部材からなる実施例を示している。これに対し、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の平面方向に見て複数部材から構成されている一実施例を図４に示す。従って、必要な場合には接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を一体でなく、図４に示すように複数に分割して鍛圧圧接することも可能である。

本発明のヒータプレートは、ヒータプレートの形状が図２に示すような矩形状であってもよいし、また図５に示すような円形状であってもよいが、また、ヒータのレイアウト形状は、互いに直交する２つの中心軸の少なくとも1つに対して対称であるか、又は中心に対して点対称であるのが好ましい。すなわち、図２では中心軸６に対して対象となっており、図５（ａ）では中心軸５１に対して対称となっているのがよい。また、図５（ｂ）では中心５３に対して点対称になっているのが好ましい。また、図５（ｂ）では中心５３に対して点対称になっているのが好ましい。特に図示しないが、図２、図５（ａ）、図５（ｂ）のレイアウトと同様のレイアウトで、基材部の溝中に、２本ヒータを並列に並べることも可能であるし、あるいは溝の深さ方向に２本以上並列に並べることも可能である。このように、複数本のヒータを前記基部材の溝中に収納してヒータプレートを構成することができる。あるいは複数本のヒータを複数の溝に各１本ずつ配設してヒータプレートを構成することも可能である。

図３に示した接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面形状において、シースヒータ３と直接接する面の形状はアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の板面に平行な平面を有するか、又はシースヒータ３の外周と同方向の曲率を有する局面であるのが好ましい。シースヒータ３と直接接する面がシースヒータ３の外周と同方向の曲率を有する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の例を図６（ａ）に示す。シースヒータ３と直接接する面３１をこのような形状とすることにより、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２および接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とシースヒータ３のシース部との接合が隙間なく行え、高い気密性と優れた熱伝導性が得られる。さらに、シース部の健全性を高めることで内部の絶縁材が保護され、高い電気絶縁性が維持される。図６（ｂ）は、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４のシースヒータと接する面の断面形状がシースヒータと同方向の曲率を有しているが、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の部材幅がシースヒータ幅Ｘより大きい場合を示す。このように、接合用部材幅を大きくすることで、ヒータ断面の外周側部への材料流入が確保され、シースヒータと接合用部材との密着性が改善される。図６（ｃ）に接合用部材幅が基部材の板面に平行な場合を示すが、このように接合用部材幅をシースヒータ幅Ｘより大きくすることは、接合用部材の最下部が基部材の板面に平行な場合には、シースヒータと接する面がシースヒータと同方向の曲率を有している場合に比べ、ヒータ断面の外周側部への材料流入の点では、特に有効である。ここで、接合用部材幅を大きくした場合は、基部材幅も接合用部材幅の拡大量に応じて、大きくすることは言うまでもない。

本発明のヒータプレートのアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２および接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４には、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金を用いることができる。

本発明のヒータプレートの別の実施例として、シースヒータ３の断面形状が円形又はコーナ部が所定の曲率の曲線からなる略長方形（略正方形も含む）からなるパイプ状又は、細幅条をパイプ形状に編んだものとすることができる。
つぎに、ヒータプレートの製造方法について説明する。

本発明のヒータプレート１は、内部部品であるシースヒータ３と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とを挿入するための溝部５をアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２にあらかじめ配設し、溝部５にシースヒータ３を収納した後に、その上から溝部５の空間を埋める接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を挿入する。さらに鍛圧圧接により、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２とを金属接合させることによりヒータプレートを製造する。ここで、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材は、アルミニウム合金板材であってよい。

本発明のヒータプレートの製造方法では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４は前述の通り断面形状が長方形で、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面の幅ｗ１がアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に設けられた溝部５の幅ｗ２と同一か大きいのが好ましい。これにより、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の溝部５の側面と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の側面との間を隙間なく鍛圧圧接できる。

本発明のヒータプレートの製造方法では、図３に示す接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の高さｈ１は、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の溝部５の深さｈ２からシースヒータの幅の大きさを引いた値より大きいのが好ましく、鍛圧圧接により接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の底面とシースヒータとの間の一層気密性を高めることができる。
また本発明のヒータプレート１の製造方法では、本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４は、高さｈと幅ｗ１の比率が１以上４以下、特に好ましくは１以上３以下が特に好ましい。

本発明のヒータプレートの製造方法においては、前処理として表面を洗浄することが望ましい。例えばアルミニウム又はアルミニウム合金部材の場合は、(1)硝酸で表面の油取り、(2)水洗、(3)苛性処理（アルカリ溶液によるエッチング）、(4)水洗、(5)硝酸での洗浄、(6)水洗、(7)湯洗等の工程を適宜組み合わせて表面を洗浄するのが好ましい。この理由は、鍛圧圧接前の表面を清浄にすることにより、接合性が向上するためである。

また、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とを鍛圧圧接した後の仕上げとして、切削、研磨、アルマイトおよびショットブラストを行うのが望ましい。ここで、鍛接後、切削を行なうことから、接合用部材を基部材溝部の有効体積より過剰に鍛圧圧接時に押し込むことにより生じる鍛圧圧接後のヒータプレート押圧面の圧接部近傍の変形は、切削、研磨加工等により除去可能である。

アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とを圧接する際の鍛圧温度は、２５０〜５００℃の温度範囲で金属接合されるが、好ましくは３００〜４５０℃の範囲が適切であり、さらには３５０〜４２０℃が好適である。鍛圧圧接によるメリットは、溶接法と比べると接合用部材が一体の場合には、非常に短時間で接合できる。

鍛圧後自然冷却されて常温になると、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とステンレス鋼のシースヒータとの収縮差により応力が生じるが、常温ではアルミニウム又はアルミニウム合金基部材の耐力は大きいのでヒータプレートが変形することはない。またシースヒータのステンレス鋼の強度も高いので、シースヒータの変形や破損も起こることはない。４００℃近辺で鍛圧されたヒータプレートが使用温度領域である４００℃近辺に加熱されるということは、鍛圧されたときの状態の戻ることになり、アルミニウム部材とステンレス鋼のシース材との間の応力は極めて小さくなり、ヒータプレートの変形、シース材の変形や破損が生じる恐れが無くなる。

本発明のヒータプレート１の製造方法では、基部材２および接合用部材４に用いるアルミニウム又はアルミニウム合金は、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかを選択することができる。アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２は、材質、製法については特定しないが、耐リーク性を考慮すると内部欠陥の少ない圧延板、鍛造品を素材とするのが望ましい。また、洗浄ガスに対する耐食性の観点からは、アルミ材質は純度９９．５％以上のＪＩＳ１０５０が最も望ましいが、ヒータプレートの大型化に伴ないクリープ変形防止の点では、１１００、６０６１等より高強度の合金が使用されるようになりつつあるが、上記のいずれのアルミニウム又はアルミニウム合金も用いることができる。その他、マグネシウム含有量が少ない５００５、５０５２等のＡｌ−Ｍｇ合金も圧接性を満足し、金属接合が確保できる組成範囲においては用いることができる。

アルミニウム又はアルミニウム合金の基部材２および接合用部材４が同一材料の場合には、鍛圧圧接時の変形により部材同士が圧接し物理的に金属接合し易い。またアルミニウム又はアルミニウム合金の基部材２および接合用部材４が異種の材料であっても、鍛圧圧接時の両部材の塑性変形により部材同士が圧接し物理的に金属接合するものであり、例えば、ＪＩＳ１０００系のアルミニウム材とＪＩＳ３０００系のアルミニウム材の異なる材料同士であっても鍛圧圧接により物理的に金属接合する。

溝部５を埋める接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４が、図３に示すようにアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の平面方向に複数の部材に分割されている場合には、分割された前記部材を同時に鍛圧することも、あるいは順次鍛圧していくことも可能である。分割された前記部材を順次鍛圧する場合には、１度に鍛圧する部位の範囲が減少することから、より小さなプレス機を用いても鍛圧が可能である。

この場合複数の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、ヒータ配設方向の長さとして部材上面が部材下面より長く、接合用部材の端面がテーパ形状をなすものとし、且つ接合用部材上面の長さを基部材のヒータ埋設用溝長さより長くすることにより、複数部材が相互に圧力を及ぼしつつ塑性変形しながら鍛圧圧接されるため、複数部材の境界の鍛圧圧接時の接合性が十分確保できる。接合用部材と基部材の接合は、鍛圧圧接のみで行なうことが製造工程の簡素化のためには、望ましいが、複数の接合用部材の境界を電子ビーム溶接やロウ付けなどで接合することにより、複数の接合用部材の長さが基部材の溝長さより短いものを用いることもできる。

本発明のヒータプレート１の製造方法において、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４のシースヒータ３と接触する面が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の板面に平行な平面を有するか又はシースヒータ３の外周と同方向の曲率を有する局面であることが望ましい。

上述した本発明のヒータプレートの製造方法により、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２とシースヒータ３との密着性が高められることから、シースヒータ３からアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２への熱伝導性が大幅に高められることから、シースヒータ３の寿命を向上させることができる。また、本発明のヒータプレート１の製造方法では、使用温度領域である４００℃近辺で鍛圧が行われることから、使用時のアルミニウム部材とステンレス鋼のシース材との間の応力は極めて小さくなり、ヒータプレートに歪み等が生じることもなく長期間に亘って使用することができる。

本発明では、２枚のアルミニウム又はアルミニウム合金を鍛圧により金属接合させるのではなく、シースヒータを埋め込んだ部分のみを鍛圧圧接することから、ヒータプレートの熱応力による変形を防止することができる。従って、ヒータプレートが大型化しても、本発明によればシースヒータの近傍のみを押圧して鍛圧圧接することから、従来の板全体を押圧して接合する場合に比べて鍛造プレスのパワーを小さくでき、またプレス機の材料押圧部の面積も小さくできることから、プレス機の大型化を回避でき、さらには２枚の板材を鍛圧圧接する場合よりも加工の手間を減らすことができる。

本鍛接技術は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成したが、本発明のように、接合用部材とシースヒータを収納した金属基部材を鍛圧圧接により接合でき熱伝導性が高い材料であればアルミニウム又はアルミニウム合金に限らず、いかなる金属材料でも良く、ヒータ寿命を考えると熱膨張係数が大きい材料であればさらに望ましい。そのような材料としては、銅又は銅合金がある。銅又は銅合金を用いても同様のヒータプレートが得られる。

図１は、本発明の実施形態に係るヒータプレートの断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係るヒータプレートの平面図である。 図３は、図２のA-A’における断面図である。 図４は、本発明の別の実施形態に係るヒータプレートの平面図である。 図５は、円形状のヒータプレートの平面図である。図５（ａ）は中心軸に対して対称となっている例であり、図５（ｂ）は中心に対して点対称になっている例である。 図６は、本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面図である。 図７は、シースヒータを内蔵する従来の鋳込み型のヒータプレートの概略構造を示す図である。 図８は、ボルト締結型ヒータプレートの概略構造を示す図である。 図９は、従来の溶接型ヒータプレートの概略構造を示す図である。 図１０は、ろう付け、拡散接合型ヒータプレートの概略構造を示す図である。 図１１は、鍛圧圧接型ヒータプレートの概略構造を示す図である。 図１２は、内部にシースヒータを配設した化学的気相成長（ＣＶＤ）処理装置の概略構造を示す図である。

符号の説明

１、１０１，１０３，１０６，１１０，１１１、１２１…ヒータプレート
２…アルミニウム又はアルミニウム合金基部材
３、１０２、１２３…シースヒータ
４…接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材
５…溝部
６，７、５１，５２…中心軸
３１…シースヒータと直接接する面
５３…中心
１０４、１０７…下側ベース
１０４ａ、１０７ａ…溝
１０５、１０８…上側ベース
１０９…縁部
１１２，１１３…アルミニウム部材
１１４…締結部
１２２…チャンバー
１２４…支持部材
１２５…基板
１２６…ガス供給部
１２７…供給口

Claims (28)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝部にシースヒータを収納し、
   さらに、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を前記溝部に嵌合し、
   前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属接合したヒータプレートであって、
   前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面の形状が長方形を有し前記断面の幅が前記溝部の幅と同一か僅かに大きいことを特徴とするヒータプレート。
2. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
   一体の部材からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータプレート。
3. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
   前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の平面方向において複数部材からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータプレート。
4. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
   前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の垂直方向において複数部材からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータプレート。
5. 前記シースヒータの配設のレイアウトが、
   前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の互いに直交する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか、
   又は中心に対して点対称であることを特徴とする請求項１から請求項4のいずれか１項に記載のヒータプレート。
6. 前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材が、
   板材であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のヒータプレート。
7. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記シースヒータと接する面の形状が、
   前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の板面に平行な平面か、
   又は前記シースヒータの外周と同方向の曲率を有する曲面を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のヒータプレート。
8. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材のシースヒータと接する面の部材幅がシースヒータの幅より大きいこと特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のヒータプレート。
9. 前記シースヒータは、
   断面が円形又はコーナ部が所定の曲率の曲線からなる略長方形（略正方形も含む）の形状を有するパイプ状のもの、
   あるいは細幅条をパイプ形状に編んだものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のヒータプレート。
10. 前記シースヒータは、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝に複数本配設されているか、又は複数の溝に各１本ずつ配設されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のヒータプレート。
11. 前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝中にシースヒータが複数本配設されている場合において、並列に複数本配設されているかもしくは、溝中に高さ方向に重ねて複数本配設されていることを特徴とする請求項１０に記載のヒータプレート。
12. 前記シースヒータを収納するヒータプレートが、ヒータのシース部との熱伝導性に優れることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のヒータプレート。
13. 前記シースヒータを収納するヒータプレートが気密性を有することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載のヒータプレート。
14. 前記シースヒータを収納するヒータプレートのシースヒータがさらに高い電気絶縁性を有することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のヒータプレート。
15. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材及び前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材は、
    ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金からなることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のヒータプレート。
16. 前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に前記溝部を加工し、
    前記溝部に前記シースヒータを収納し、
    さらに前記シースヒータの上に前記接合用アルミニウム又はアルミニウム部材を収納し、
    前記接合用アルミニウム又はアルミニウム部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属固相接合するヒータプレートの製造方法であって、
    前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材には前記断面の形状が長方形であって前記断面の幅が前記溝部の幅と同一か大きい部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法。
17. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の高さから前記シースヒータの高さを引いた有効高さが、前記溝部の深さと等しいか若しくはより大きい部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項１６に記載のヒータプレートの製造方法。
18. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記断面の幅に対する高さの比が、１以上４以下であることを特徴する請求項１６又は請求項１７に記載のヒータプレートの製造方法。
19. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として１つ又は複数からなる部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
20. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材には、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の平面方向に複数に分割されているか、
    あるいは前記断面方向に複数に分割されている部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項１６から請求項１９のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
21. 前記複数の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を、順次鍛圧圧接することを特徴とする請求項２０に記載のヒータプレートの製造方法。
22. 前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に板材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項１６から請求項１９のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
23. 前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材には、
    前記シースヒータと接する面の形状が前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の板面に平行な平面か又はシースヒータの外周と同方向の曲率を有する曲面を有する部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項１６から請求項２２のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
24. 前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材及び前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、
    ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金からなる部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項１６から請求項２３のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
25. 前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材と前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接を、２５０℃から５００℃の範囲で行うことを特徴する請求項１６から請求項２４のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法
26. 請求項２５に記載のヒータプレートの製造方法を用いたヒータプレートの変形防止方法。
27. 請求項２６に記載のヒータプレートの製造方法を用いて鍛圧圧接することによるヒータプレートに対する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又は合金基部材の密着性向上方法。
28. 請求項２７に記載のヒータプレートに対する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の密着性向上方法を用いたヒータ寿命の向上方法。

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