JP2006336942A - コールドプレートの製造方法及びこれにより製造されるコールドプレート - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度、耐久性及びリサイクル性に優れた低コストの大型コールドプレートを提供する。
【解決手段】重ね合わせ面に凹部となる冷却水溝を設けた金属板と、当該金属板に重ね合わせる金属板であって、重ね合わせ面の前記凹部に対応する位置に凸部となる冷却水溝蓋を設けた金属板とを、前記凸部を前記凹部に嵌合し、かつ、前記重ね合わせ面同士を接着剤により接着すことにより一体化し、前記凸部と前記凹部との嵌合部に冷却水溝を形成することを特徴とするコールドプレートの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶や半導体の製造における被処理ガラス基板の熱処理工程に使用される冷却装置であるコールドプレートの製造方法、ならびに、これによって製造されるコールドプレートに関する。

ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＥＬ、カラーフィルター等の表示デバイスを構成するガラス基板は様々な機能を持たせるために種々の成膜工程を経る。成膜工程においては、焼き付け工程や乾燥工程の他に、皮膜の化学変化を目的とした熱処理が施される場合が多い。

例えば、液晶パネルを構成するガラス基板の場合、ＴＦＴ形成のためのＣＶＤ処理、液晶配向膜の成膜、トップコートの成膜、シール剤乾燥、フォトレジスト剤の焼き付けなどで熱処理が行なわれる。各々の処理により温度は異なるが、加熱されたガラス基板の冷却が不均一であるとガラス基板内に熱的な歪が生じるため、寸法精度に悪影響を及ぼしたり、基板の破損が生じることがある。そのため、冷却時のガラス基板全体の温度分布は常に１℃程度以内に制御することが要求されている。

従来、均一な冷却を行なうためにコールドプレート又はクールプレートと呼ばれる冷却水路が設けられた冷却板が用いられてきた。冷却板には熱伝導性が高く、安価なアルミニウム合金が使用される。冷却水路はコールドプレート全体が均一な温度になるように配置される。コールドプレートは加熱されたガラス基板に数百ミクロン程度の距離をおいて配置され、ガラス基板の熱を均一に且つ徐々に奪う。

図４〜６に示すように、コールドプレートとしては主に３つのタイプのものが用いられている。
Ａ．銅管又はアルミニウム管５にアルミニウム合金圧延板１を溶接したもの（図４）
Ｂ．銅管５を鋳込んだアルミニウム鋳塊を切削加工したもの（図５）
Ｃ．冷却水溝２とシール材６の溝を有するアルミニウム圧延板１と平坦なアルミニウム圧延板１を挟んで、ボルト７で締めたもの（図６）

表示ディスプレイは年々の大型化が進んでおり、より大型のガラス基板の製造が要求されている。例えば液晶ディスプレイは、現在、第４世代、第５世代と呼ばれる７３０×９２０ｍｍ、１２１５×１３１５ｍｍサイズのものが主に製造されているが、第６世代では１７０５×２０１５ｍｍサイズのガラス基板の製造が要求される。さらに、第８世代では、２３１５×２７６５ｍｍサイズのガラス基板の製造が要求される。このようなガラス基板の大型化に伴い、ガラス基板自体のハンドリングや寸法精度の要求が厳しくなると同時に、コールドプレート及び製造周辺機器に対する寸法精度や製造コストへの要求も厳しくなっている。

上記各種コールドプレートには、大型化に伴い以下に示すような問題点が挙げられる。
Ａのタイプのコールドプレートはパイプと圧延板の溶接に起因する熱歪により平坦度が損なわれる虞がある。また、大型化に伴う溶接部分の増加によって製造コストが増大する。更に、パイプがアルミニウム板と異種材料の場合には、リサイクル性が損なわれる。

Ｂのタイプのコールドプレートは、要求される平坦度を満たすために切削加工又は研削加工が必要である。大型化に伴い大面積の高精度切削加工等が要求される。更に、大型になるほどパイプを正確な位置に鋳込むことが困難となる。また、鋳造欠陥による歩留まりの低下が懸念され、材料強度は圧延材料に比べて劣る。

Ｃのタイプのコールドプレートは高精度に寸法が制御された圧延板に溝加工を施し、溝加工面を接合面とする組み合わせで要求される寸法精度を達成できるが、大型化に伴うパッキンの配置、ボルト締めの工数を考えるとコスト増大が不可避である。５世代型では、パッキン締め付けのため３００程度のボルト締結個所があるが、第６〜８世代では６００個所に増加すると見られている。特開平０５−２１３２９９で紹介されているような複数ボルトを締結する工具を用いるとしても大変な作業であることには変わりがない。
特開平０５−２１３２９９号公報

上記Ａ〜Ｃによるコールドプレートの製造方法とは別に、アルミニウム合金等の金属板同士を接着剤によって圧着することも考えられる。接着剤による金属同士の圧着技術は古くから確立されているが、板厚が１０〜２０mm程度と厚く、接着面積も広面積のコールドプレート用金属板の良好な圧着は困難であった。例えば、接着剤によって接合されたコールドプレートの耐水圧性や耐久性に関しては、得られる性能が決して充分とは言えなかった。具体的には、コールドプレートにはガラス基板の冷却能を高めるために、常時０．６ＭＰａ程度の高い水圧がかけられる。このようなコールドプレートでは、品質保証の観点から１ＭＰａにて連続水圧負荷試験が行なわれるが、３〜１０時間程度の時間経過で水漏れが発生してしまい、０．６ＭＰａの試験でも２〜５日程度で水漏れが発生するなどの問題があった。

図７には０．６ＭＰａの水圧をかけた際のアルミニウム合金板の変形を、はりモデルを用いて力学的に解析した結果を示す。これは、接着剤の強度が低く接合部の密着性が劣る場合、又は、接合部の面積が小さい場合に適用される両端支持はりモデルを用いた解析例である。解析によると、冷却水溝部の最も板厚が薄くなる底部箇所（板厚６ｍｍ）において、最大で３８μｍ（Ｗｍａｘ）も撓み、更に、重ね合わせ面の平坦部と冷却水溝（深さ１２ｍｍ）との接線部（冷却水溝の側面と金属板の重ね合わせ面が交差する線部）も２．４μｍ変形することが分かった。

図８には、接着剤の密着性や接着性に優れ、接合部の面積が大きい場合に適用される固定支持はりモデルを用いた解析例を示す。このモデルは、平坦部と冷却水溝との接線部は全く変形しないという前提によって成立するものであるが、この場合においても冷却水溝部の最も板厚が薄くなる底部箇所（板厚６ｍｍ）において、最大で７．８μｍ（Ｗｍａｘ）も撓んでしまうことが分かった。

図７及び８に示す解析は、図９に示すような実際に汎用されるコールドプレートにおいて、水圧加圧時の冷却水溝部を擬似的に再現するものであるため、冷却水溝部を構成する板幅を５０ｍｍ、そして、板厚を６ｍｍとして算出した結果である。

これらの解析による最大撓み量は冷却水溝を構成する板幅及び板厚に依存するため、冷却水溝の設計変更によって撓みはある程度抑制することが可能であるが、冷却水溝部の水圧による変形は回避できない。また、高いシーリング効果が要求される平坦部と冷却水溝との接線部はこのような変形により応力集中してクリープ状態となるため、接着部の密着性はクリープ変形に耐えられず、長期使用の間に接着層の界面剥離が徐々に進行してしまう。実際にコールドプレートの使用時における冷却水溝の変形量をダイヤルゲージにて測定した結果、２０μｍも変形していることが確認された。このように、２枚の金属板を接着剤によって接合するだけのコールドプレートは耐久性に劣る。

本発明は、寸法精度に優れ、かつ耐久性に優れた大型のコールドプレートを簡便に製造することを課題とし、また、低コスト、リサイクル性の向上をも課題とするものである。

本発明は請求項１において、重ね合わせ面に凹部となる冷却水溝を設けた金属板と、当該金属板に重ね合わせる金属板であって、重ね合わせ面の前記凹部に対応する位置に凸部となる冷却水溝蓋を設けた金属板とを、前記凸部を前記凹部に嵌合し、かつ、前記重ね合わせ面同士を接着剤により接着すことにより一体化し、前記凸部と前記凹部との嵌合部に冷却水溝を形成することを特徴とするコールドプレートの製造方法とした。

本発明は請求項２において、前記各金属板の重ね合わせ面の平坦部を、７０μｍ／２７６５ｍｍ以上の平坦度に加工し、次いで、３〜２０μｍの表面粗度（Ｒｚ）に仕上げるようにした。

本発明は請求項３において、前記重ね合わせ面間に形成される接着層の厚さを、前記平坦部間に生じる隙間の厚さ方向における最大長さ以上となるようにし、請求項４において、前記接着剤をホットメルト型接着フィルム又はペースト状接着剤とした。また、本発明は請求項５において、前記金属板同士をホットプレス機又は錘焼鈍による圧着により一体化するようにし、請求項６において、前記各金属板をアルミニウム合金板とし、当該アルミニウム合金板の重ね合わせ面を陽極酸化処理するようにした。

更に本発明は請求項７において、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコールドプレートの製造方法によって製造されるコールドプレートとした。

本発明では、高精度に寸法を制御された金属板と接着剤を用いることにより、寸法精度に優れ、かつ耐久性に優れた大型のコールドプレートを簡便に製造することを可能とする。また、本発明は、広い面積のコールドプレートを欠陥無く接着することも可能にする。更に、本発明は、製造コストも著しく廉価であり、異材を含まないためリサイクル性にも優れる。

本発明のコールドプレートの製造方法及びこれにより製造されるコールドプレーは、接着剤を用いて圧着することによって、上記した従来のＣタイプのコールドプレートから、ボルト締結を大幅に削減又は廃したものであり、さらに冷却水溝蓋を設けることによって、使用時の冷却水溝部分の撓みや変形を抑えることが可能であり、耐久性に優れたコールドプレートを提供できる。

Ａ．金属板
コールドプレートを構成する主部材である金属板は熱間圧延が可能であれば合金組成等に特に制約はない。金属板は厚さ数百ｍｍのブロック状の鋳塊を目標板厚の数十ｍｍまで熱間圧延して製造する。熱間圧延を施すことにより、鋳塊中に存在する微細な空孔が圧着され、材質、強度が良化する。圧延は板の平坦度が大幅に損なわれないように制御して行なわれる。また、圧延後には目標の寸法精度に近付けるために、多くの場合に焼鈍矯正が行われる。また、表面切削及び／又は表面研削後の２枚の圧延板を重ね合わせたときに、重ね合わせ面の平坦部が１４０μm／２７６５mm以上の平坦度とするのが好ましく、そのためには、各板の平坦部の平坦度が７０μm／２７６５mm以上となるように表面切削及び／又は表面研削が施される。平坦度が７０μm／２７６５mm未満の平坦性が不十分な金属板を用いると、接着剤を用いて接合する際に、接合面に接着剤の不足箇所が生じ、耐水圧性が不十分となる場合がある。また、平坦性が十分でない場合には、加熱されたガラス基板が均一に冷却されない不都合も生じる。

ここで、金属板の平坦度とは、基準となる常盤上に平坦部側が接するように所定長さの金属板を載置し、平坦部と常盤との間に生じる長さ方向に沿った隙間の厚さ方向における最大値として定義されるものである。例えば、平坦度が７０μｍ／２７６５ｍｍ以上とは、任意幅で長さが２７６５ｍｍの金属板を常盤上に載置した際の、金属板と常盤との間に生じる長さ方向に沿った隙間の厚さ方向における最大値が７０μｍということである。

金属板としては、アルミニウム合金板、銅板、ステンレス板等が好適に用いられる。なお、本発明において「アルミニウム合金板」とは、アルミニウムと他の金属からなるアルミニウム合金板だけでなく、純アルミニウム板も含むものとする。

また、表面切削もしくは表面研削の際に、金属板の重ね合わせ面の平坦部における表面粗度（Ｒｚ）が３〜２０μｍとなるように調整して施すのが好ましい。平坦部全面の表面粗度（Ｒｚ）が３μｍ未満の場合には、例えば接着剤として接着フィルムを重ね合わせ面に貼り合わせる際に巻き込まれた空気も圧着時に容易に押し出すことができる。しかし、圧着時の重ね合わせ面に対する接着剤の濡れ性が低下するため、水圧をかけた時に界面剥離が生じ易く水漏れが発生する場合もあるからである。一方、表面粗度（Ｒｚ）が大きいほど接着剤の濡れ性は良くなるため、上述したような界面剥離は防止できる。しかし、平坦部全面の表面粗度（Ｒｚ）が２０μｍを超える場合には、圧着時に接着層への空気の巻込み量が多くなる。そのため、例えば接着剤として用いた接着フィルム層が空気を巻き込んで凝固してしまい、接着強度が低下する場合もあるからである。さらに接着層に取り込まれた空気層が連なってしまう場合には、空気層から水漏れが発生することにもなる。
したがって、界面剥離を完全に防止し、かつ、接着層への空気の巻き込みを完全に回避する、いわゆる密着性に極めて優れた良好な接着層を得るためには、平坦部の表面粗度（Ｒｚ）を３〜２０μｍとするのが好ましい。

ここで、金属板の平坦部の表面粗度（Ｒｚ）とは、平坦部に存在する各凹凸において、凹部の底から凸部の頂までの長さとして定義されるものである（ＪＩＳＢ０６０１、０６１０）。例えば、平坦部全面の表面粗度（Ｒｚ）が３〜２０μｍとは、平坦部の表面に存在する各凹凸の凹部の底から凸部の頂までの長さが、３〜２０μｍの範囲にあることを意味する。

本発明に係るコールドプレートの製造方法では、図１に示すように、上記のようにして重ね合わせ面を仕上げた後に、冷却水溝２を構成する凹部を形成した一方の金属板１（同図の上側に記載されている）と、同様に重ね合わせ面を仕上げた後に冷却水溝蓋３を構成する凸部を形成した他方の金属板１（同図の下側に記載されている）を用意する。冷却水溝２を構成する凹部に冷却水溝蓋３を構成する凸部が嵌入可能なように、両重ね合わせ面において凹部と凸部は対応する位置に設けられる。

次いで、凸部を形成した他方の金属板１の重ね合わせ面に接着剤層４が設けられる。接着剤層４を設ける方法は、特に限定されるものではない。後述するポリプロピレン系等のホットメルト型又は熱硬化型の接着フィルムを重ね合わせ面上に載置する方法、或いは、ポリプロピレン系等の一液又は二液硬化タイプのペースト状接着剤を、重ね合わせ面に塗布する方法が好適に用いられる。

次いで、冷却水溝２の凹部に冷却水溝蓋３の凸部が嵌入するように、凹部を設けた一方のアルミニウム合金圧延板１を、凸部を設けた他方のアルミニウム合金圧延板１上に被せつつ嵌合して仮組みを行なう。凸部の高さを凹部の深さより小さくすることにより、凸部の上面と凹部の底面との間に冷却水溝２が形成される。最後に、仮組みした部材の接合部に所定の圧力（０．０５〜０．２ＭＰａ）を加えつつ、所定温度（接着剤の種類にも依るが、通常は１２０〜２７０℃）で圧着することによりコールドプレートが得られる。

図１に示した例では、冷却水溝２が一方の金属板の重ね合わせ面のみに形成され、冷却水溝蓋３が他方の金属板の重ね合わせ面のみに形成されている。本発明のコールドプレートの構成は、このような態様に限定されるものではなく、一方の重ね合わせ面に冷却水溝蓋３と冷却水溝２とを設け、これら冷却水溝蓋３と冷却水溝２との位置に対応するように、他方の重ね合わせ面にも相手方となる冷却水溝２と冷却水溝蓋３とを設けるようにしてもよい。

また、冷却水溝蓋３を冷却水溝２に嵌入するために、冷却水溝蓋３の幅を冷却水溝２の幅より狭くし、クリアランスを保つ必要があることは言うまでもない。使用する接着剤層４の厚さ、例えば接着フィルム４の膜厚より小さいクリアランスとなるように、冷却水溝蓋３と冷却水溝２の幅を調整して加工することが好ましい。このような調整された加工によって、接着フィルムを介して仮組みする際にクリアランス部に接着フィルムが押し込まれるため、その加圧効果により良好な圧着が可能となる。これに対して、接着フィルム４の膜厚より大きなクリアランスとすると、接着フィルムと金属板との間に隙間が生じるため圧着時の加圧効果が得られず、空気を巻き込んで接着フィルムが硬化するため、界面の密着性が劣り十分な接着強度が得られない。

冷却水溝蓋３は、コールドプレート使用時において金属板の平坦部と冷却水溝２との接線部における変形を抑制する作用を有する。従って、冷却水溝蓋３の高さは、できるだけ大きくするのが好ましい。また、冷却水溝２の底部の板厚を厚く保つことが好ましい。冷却水溝２の底部の板厚が厚いほど、コールドプレート使用時の変形が抑制されるため、接着層のクリープ変形が大幅に抑制されることになり、耐久性に優れたコールドプレートが提供できる。

本発明では、冷却水溝蓋を設けることによって、従来タイプのコールドプレートに比べ、冷却水溝の凹部と冷却水溝蓋の凸部における嵌合領域が接着面積部として確保できるので、より強固な接着接合が達成される。

更に冷却水溝蓋を設けることによって、水圧による応力を上記嵌合面において分散する効果も得られる。図３に模式的に示すように、従来タイプのコールドプレートに水圧をかけた際には、発生する変形応力は接着面に対して垂直方向にのみに作用する。これに対して本発明に係る冷却水溝蓋３を設けたコールドプレートに水圧をかけた際に発生する変形応力は、図２に示すように、接着面に垂直に作用するだけでなく、この垂直に作用する変形応力よりも大きな変形応力が冷却水溝蓋３と冷却水溝２との嵌合面に剪断応力として作用する。したがって、水圧による変形応力の多くを、嵌合面の剪断応力として分散させることができる。その結果、金属板に実質的に作用する変形応力を低減できるので、より耐久性に優れた圧着が可能となる。

更に、冷却水溝蓋は重ね合わせ面を面削することによって凸状に形成することが多く、面削によってコールドプレートの軽量化を図ることもできる。

Ｂ．接着剤
本発明で用いる接着剤としては、ポリプロピレン系、エポキシ系、ポリオレフィン系、ウレタン系、フェノール系、ＰＥＴ系、シリコン系のような、耐水性に優れたホットメルト型の接着フィルム又は熱硬化型の接着フィルムが好適に用いられる。一方、ペースト状の一液又は二液硬化タイプのポリプロピレン系、エポキシ系、ポリオレフィン系、ウレタン系、フェノール系、ＰＥＴ系の接着剤を用いてもよい。しかしながら、ペースト状の接着剤は接着フィルムに比べて接着層厚みのバラツキ発生が避けられず、より寸法精度に優れたコールドプレートを製造するには接着フィルムを使用するのが好ましい。

接着フィルムとしては、金属板の接着面に挟んで加熱することにより溶融し、その後に冷却して接着する「ホットメルト型のフィルム状接着剤（以下、「ホットメルト型接着フィルム」と記す）が最も好適に用いられる。

上記ホットメルト型接着フィルムによる圧着条件は適宜選択されるところであるが、接着温度をＴａ、ホットメルト型接着フィルムの融点をＴｍとしたときに、Ｔｍ＋３０℃＜Ｔａ＜Ｔｍ＋９０℃を満足する加熱条件、ならびに、ホットメルト型接着フィルムの溶融流れ速度（メルトフローレート、以下「ＭＦＲ」と記す）が３〜７．５ｇ／１０分となる条件の少なくともいずれか一方を満たす条件を選択して圧着することにより、コールドプレートの接着層に凝固不良のない極めて良好な接合が可能となる。なお、上記加熱条件及び上記ＭＦＲ条件の双方を共に満たすことによって圧着接合するのが好ましい。
ここで、ＭＦＲは一般的な測定方法に従った。ホットメルト型接着フィルムの場合には、シリンダーの中で１８０℃に加熱した接着フィルムに０．１ＭＰａの圧力をかけて、細孔(オリフィス)から１０分間に流出する樹脂の重量とした。

上記加熱条件に関し、ＴａがＴｍ＋３０℃以下となる圧着温度、又は、ＭＦＲが３ｇ／１０分未満では、圧着時に溶融した接着フィルムが十分な流動性を備えることができない
。従って、接着面と接着フィルムとの層間に取り込まれた空気を押し流すことができず、接着層に凝固不良が多く発生し十分な密着強度が得られず、耐水性が劣ることになる。そして、最悪の場合には、このような凝固不良箇所から水漏れが起こることになる。

一方、ＴａがＴｍ＋９０℃以上となる圧着温度、又は、ＭＦＲが７．５ｇ／１０分を超えると、圧着時に流動性が高くなり過ぎてしまう。従って、加圧と同時に溶融した接着フィルムが局所的にサイドに流出してしまい、凝固後の接着層の厚みが極端に薄くなる。その結果、平坦度が十分でない部分では接着フィルムの膜切れが生じるため十分な密着性が得られず、耐リーク性が劣って水漏れの原因となる。

Ｃ．接着接合の前処理
金属板には、接着接合の前処理として、脱脂洗浄、陽極酸化処理を行なうことが好ましい。陽極酸化処理により、冷却水溝及び外表面に形成された陽極酸化皮膜によって冷却水溝の耐食性と外表面の耐疵付き性が向上することにより、コールドプレートとしての耐久性が顕著に向上する。また、陽極酸化処理後に接着面に封孔処理を施さなければアンカー効果による接着強度の上昇が期待できる。
また、コールドプレート外表面（非接着面）については陽極酸化処理以外にメッキ処理、遠赤外線塗料の塗布などを施し、熱交換能力の向上を図るのが好ましい。

Ｄ．ホットプレス機と錘
本発明によるコールドプレートは、好ましくは、ホットプレス機又は錘焼鈍による圧着によって金属板を接合一体化して製造される。使用するホットプレス機、ならびに、錘や炉の構造は、特に限定されるものではない。ホットプレス機としては、圧着する金属板を挟む上下２枚のホットプレートからなる構造のものが通常用いられる。特に、上方のホットプレートが錘としても作用するタイプのもの、上下プレートが油圧等により締め付けられるタイプのもの等が好適に用いられる。ホットプレス機のホットプレートを所定温度に加熱し、間に挟んだ金属板を所定時間加熱して圧着する。

また、錘焼鈍では、例えば炉内において土台上に圧着する金属板を載置し、その上に鉄錘等の錘を載置して、土台と錘によって金属板を挟み、炉内を所定温度で所定時間維持し金属板を圧着する。この場合、炉としては、内部温度ができるだけ均一に保持可能なものが好適に用いられる。

Ｅ．接着接合における加圧
接着接合時には、接着剤の硬度にもよるが、ある程度の加圧が必要である。加圧することによって、接着剤と金属板との密着性が向上するため、より高いシーリング効果が期待できるからである。更に、加圧することにより、接着面と接着剤との密着性が向上し、接着力が増加する効果が得られる。加圧は、０．０５〜０．２ＭＰａ程度が好ましい。加圧される圧力が０．０５ＭＰａ未満であると十分な密着効果が得られず、０．２ＭＰａを超えると密着効果が飽和するからである。

以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
本実施例では金属板としてアルミニウム合金圧延板を用いた。Ａｌ−Ｍｇ合金である５０５２合金に対し、テンパーをＨ１１２に調質した２２５０ｍｍ角の板厚２０ｍｍと板厚１０ｍｍの圧延板を用意した。板厚２０ｍｍの圧延板には幅５０ｍｍで深さ１２ｍｍの冷却水溝となる凹部を加工した後に、重ね合わせ面の平坦度を７０μｍ／２７６５ｍｍとなるように切削加工を施し、表面粗度（Ｒｚ）が３μｍ又は２０μｍとなるように表面仕上げ研削を施した。また、板圧１０ｍｍのアルミニウム合金圧延板においては、冷却水溝蓋として高さ１０ｍｍで幅４９．８ｍｍの凸部を切削加工により形成した後に、板厚が５ｍｍで重ね合わせ面の平坦度が７０μｍ／２７６５ｍｍとなるように切削加工を施した。更に、平坦部の表面粗度（Ｒｚ）が３μｍ又は２０μｍとなるように表面仕上げ研削を施した。

表面粗度（Ｒｚ）が小さい程、接着剤と圧延板の密着性は向上するものの、接着剤と圧延板との接着強度が低下するため十分な耐水圧性が得られなくなる。一方、表面粗度（Ｒｚ）が大きい程、接着剤と圧延板との接着強度は増すが、接着剤と圧延板の密着性は低下し十分なシーリング性が得られない。このような観点から、表面粗度（Ｒｚ）を３〜２０μmとするのが好ましい。

接着剤として、ポリプロピレン（ＰＰ）を主成分とするホットメルト型の接着フィルムを用いた。この接着フィルムの膜厚は１５０μmであり、融点は１３９℃であった。

圧着処理は下記手順で行なった。まず、図１において冷却水溝蓋３となる凸部を設けた一方のアルミニウム合金圧延板１上にホットメルト型の接着フィルム４を載置した。次いで、冷却水溝２に冷却水溝蓋３が嵌入するように、冷却水溝２となる凹部を設けた他方のアルミニウム合金の圧延板１を、一方のアルミニウム合金の圧延板１に被せつつ嵌合して仮組みを行なった。次いで、仮組みした部材の接合部に０．１ＭＰａの圧力が加わるように３０トンの錘を積載した後、１８０℃に加熱した炉内に入れ、接着フィルム４を溶融して圧着を行なった。

圧着温度Ｔａ（１８０℃）は、Ｔｍ（１３９℃）＋３０℃＜Ｔａ＜Ｔｍ（１３９℃）＋９０℃を満足する。また、このときのＭＦＲは７．０ｇ／１０分であり、３〜７．５ｇ／１０分の条件を満たしていた。得られたコールドプレートは平坦度７０μm／２７６５mm以上の目標に対して、平坦度５０μm／２７６５mmを達成していた。得られた本発明に係るコールドプレート（試料１〜３）に対し、１ＭＰａの水圧をかけて１００日間の連続水圧負荷試験を行なった。結果を表１に示す。

表１に示すように、試料１〜３では、１００日間以上にわたって水漏れは発生しなかった。これらの試料は、平坦度７０μm／２７６５mm以上及び表面粗度（Ｒｚ）３〜２０μｍを満たしていたので、耐水圧性に特に優れていた。実際にコールドプレートとして使用される際の水圧は最大でも０．６ＭＰａであるので、試料１〜３のコールドプレートは十分なシーリング効果を有していることが分かる。

試料４では３日間で水漏れが発生した。試料４は、平坦部の平坦度が２００μｍと接着フィルムの膜厚である１５０μｍより大きかったので、接合面においてフィルムの膜切れが発生して接着不良を起こしたため、耐水圧性が試料１〜３の耐水圧性には及ばなかった。試料５では２日間で水漏れが発生した。試料５は、平坦部の表面粗度（Ｒｚ）が４０μｍと大きかったので空気の巻き込みも多く、耐水圧性が試料１〜３には及ばなかった。

比較例である試料６は、冷却水溝を設けていない従来タイプのコールドプレートである。０．５日間経過時に早くも水漏れが発生した。試料６では、水圧試験時に垂直方向のみに変形応力が集中するため、接合面と冷却水溝との接線部から除々に界面薄利が進行し、極めて早期に水漏れを誘発したと考えられる。

寸法精度に優れ、かつ耐久性に優れた大型のコールドプレートを簡便に製造可能とし、更に、低コストでリサイクル性に優れたコールドプレートを提供できる。

本発明に係る仮組みしたコールドプレートを示す断面図である。 本発明に係る仮組みしたコールドプレートに、水圧をかけた際に発生する応力を示す断面図である。 従来例に係る仮組みしたコールドプレートに、水圧をかけた際に発生する応力を示す断面図である。 水圧がかけられた際における金属板の変形状態を力学的に解析した説明図である。 水圧がかけられた際における金属板の変形状態を力学的に解析した説明図である。 水圧がかけられた際におけるコールドプレートの冷却水溝の変形を模擬的に示す説明図である。 従来の各種コールドプレートの構造を模式的に示す断面図である。 従来の各種コールドプレートの構造を模式的に示す断面図である。 従来の各種コールドプレートの構造を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 金属板又はアルミニウム合金圧延板
２ 冷却水溝
３ 冷却水溝蓋
４ 接着剤（接着剤層、接着フィルム）
５ 銅管又はアルミニウム管
６ シール材
７ ボルト

Claims (7)

1. 重ね合わせ面に凹部となる冷却水溝を設けた金属板と、当該金属板に重ね合わせる金属板であって、重ね合わせ面の前記凹部に対応する位置に凸部となる冷却水溝蓋を設けた金属板とを、前記凸部を前記凹部に嵌合し、かつ、前記重ね合わせ面同士を接着剤により接着すことにより一体化し、前記凸部と前記凹部との嵌合部に冷却水溝を形成することを特徴とするコールドプレートの製造方法。
2. 前記各金属板の重ね合わせ面の平坦部を、７０μｍ／２７６５ｍｍ以上の平坦度に加工し、次いで、３〜２０μｍの表面粗度（Ｒｚ）に仕上げる、請求項１に記載のコールドプレートの製造方法。
3. 前記重ね合わせ面間に形成される接着層の厚さが、前記平坦部間に生じる隙間の厚さ方向における最大長さ以上である、請求項１又は２に記載のコールドプレートの製造方法。
4. 前記接着剤がホットメルト型接着フィルム又はペースト状接着剤である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコールドプレートの製造方法。
5. 前記金属板同士をホットプレス機又は錘焼鈍による圧着により一体化した、請求項１〜４のいずれか一項に記載コールドプレートの製造方法。
6. 前記各金属板がアルミニウム合金板であって、当該アルミニウム合金板の重ね合わせ面が陽極酸化処理されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコールドプレートの製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のコールドプレートの製造方法によって製造されるコールドプレート。