JP2008254046A - 熱交換板 - Google Patents

Abstract

【課題】加工するのに要する作業時間を短縮することができ、製造コストの低減化を図ることができて、かつ、接合部の裏波が流路に入ることを防止することができ、接合による蓋の変形を防止すること。
【解決手段】断面視矩形状を有する少なくとも一本の第１の溝４が、その表面２ａに形成された平板状の本体２と、前記第１の溝４と略同じ平面視形状を有し、前記第１の溝４内に嵌め込まれた際に、その裏面３ａが前記第１の溝４の底面４ａと接し、その両側面３ｂが前記第１の溝４の両側面４ｂと接するとともに、その表面３ｃが前記本体２の表面２ａと略面一となるように形成された蓋３とを備え、前記裏面３ａの中央部に、前記両側面３ｂ，４ｂに沿って形成された第２の溝５が設けられており、かつ、前記蓋３が、前記本体２に摩擦攪拌接合により接合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部に冷却媒体または加熱媒体が通過する流路を備えた熱交換板に関するものである。

このような熱交換板としては、例えば、液晶製造装置のスパッタリング工程においてターゲット材を保持するのに使用されるバッキングプレートがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３８１８０８４号公報

しかしながら、上記特許文献に開示されている発明では、本体の上面（表面）に加工される流路（水路）の断面視形状が、複雑な形状（Ｔ字形状）を有することとなるので、流路を加工するのに多大な作業時間を要し、製造コストが増加してしまうといった問題点があった。
また、上記特許文献に開示されている発明では、本体の上面に加工される流路の断面視形状を最も単純な形状（矩形状）とすることも提案されているが、接合部が流路の近傍に形成されることとなるので、接合部の裏波が流路に入り込んでしまうおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、加工するのに要する作業時間を短縮することができ、製造コストの低減化を図ることができて、かつ、接合部の裏波が流路に入ることを防止することができ、接合による蓋の変形を防止することができる熱交換板を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る熱交換板は、断面視矩形状を有する少なくとも一本の第１の溝が、その表面に形成された平板状の本体と、前記第１の溝と略同じ平面視形状を有し、前記第１の溝内に嵌め込まれた際に、その裏面が前記第１の溝の底面と接し、その両側面が前記第１の溝の両側面と接するとともに、その表面が前記本体の表面と略面一となるように形成された蓋とを備え、前記裏面の中央部に、前記両側面に沿って形成された第２の溝が設けられており、かつ、前記蓋が、前記本体に摩擦攪拌接合により接合されている。

本発明に係る熱交換板によれば、本体の上面（表面）に加工される第１の溝の断面視形状が、最も単純な形状（矩形状）を有することとなるので、第１の溝を加工するのに要する作業時間を短縮することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
また、流路を形成する第２の溝が、蓋の下面（裏面）中央部に形成されているので、本体と蓋とが接合される際に蓋に加わる荷重を、第１の溝の深さと略等しい高さを有する蓋の周縁部を介して第１の溝の底面、すなわち、本体に伝達することができて、接合部の裏波が流路に入ることを防止することができ、かつ、接合による蓋の変形を防止することができる。
さらに、蓋の周縁部が、第１の溝の深さと略等しい高さを有するように形成されているので、蓋全体の剛性を高めることができて、第２の溝の幅を広くとることができ、流路の幅を広げることができて、流路の断面積を大きくすることができる。

本発明に係る熱交換板は、断面視矩形状を有する少なくとも一本の第１の溝が、その表面に形成された平板状の本体と、前記本体の表面全体を覆うとともに、その裏面に、前記本体の表面に重ね合わされた際に、その頂面が前記第１の溝の底面と接し、その両側面が前記第１の溝の両側面と接するように形成された凸部が形成された平板状の蓋とを備え、前記頂面の中央部に、前記両側面に沿って形成された第２の溝が設けられており、かつ、前記蓋が、前記本体に摩擦攪拌接合により接合されている。

本発明に係る熱交換板によれば、本体の上面（表面）に加工される第１の溝の断面視形状が、最も単純な形状（矩形状）を有することとなるので、第１の溝を加工するのに要する作業時間を短縮することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
また、流路を形成する第２の溝が、凸部の頂面中央部に形成されているので、本体と蓋とが接合される際に蓋に加わる荷重を、第１の溝の深さと略等しい高さを有する凸部の周縁部を介して第１の溝の底面、すなわち、本体に伝達することができて、接合部の裏波が流路に入ることを防止することができ、かつ、接合による蓋の変形を防止することができる。
さらに、凸部の周縁部が、第１の溝の深さと略等しい高さを有するように形成されているので、蓋全体の剛性を高めることができて、第２の溝の幅を広くとることができ、流路の幅を広げることができて、流路の断面積を大きくすることができる。

本発明によれば、加工するのに要する作業時間を短縮することができ、製造コストの低減化を図ることができて、かつ、接合部の裏波が流路に入ることを防止することができ、接合による蓋の変形を防止することができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る熱交換板の第１実施形態を、図１および図２を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る熱交換板の概略平面図であり、図２は図１の部分断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る熱交換板（以下、「バッキングプレート」という。）１は、本体２と、蓋３とを備えている。

本体２は、例えば、無酸素銅、あるいは５％以下のＺｒやＣｒを含む銅合金から作り出された、長さ2350mm、幅2010mm、厚さ15mm程度の平面視矩形状を呈する板状の部材である。また、この本体２の上面（表面）２ａには、例えば、平面視Ｕ字形状、断面視矩形状を呈する（第１の）溝４や、平面視波形状、断面視矩形状を呈する溝４が設けられている。

蓋３は、溝４と同じ平面視形状を有し、かつ、溝４内に嵌め込まれた際に、その下面（裏面）３ａが溝４の底面４ａと接し、その両側面３ｂが溝４の両側面４ｂと接するとともに、その上面（表面）３ｃが本体２の上面２ａと面一となる（同一平面を形成する）ように形成された板状の部材である。また、この蓋３の下面３ａ中央部には、両側面３ｂに沿って形成された、断面視矩形状を呈する（第２の）溝５が設けられている。そして、蓋３が溝４内に嵌め込まれた際に形成される空間（より詳しくは、溝４の底面４ａと溝５とにより囲まれた空間）は、冷却媒体または加熱媒体が通過する流路６となる。

本体２と蓋３とは、摩擦攪拌接合（Friction Stir Welding：FSW）により接合されている。摩擦攪拌接合とは、図２に示すような、ショルダー部７およびピン部８を備えた回転ツール９を回転させながら本体２と蓋３との継ぎ目（境目：接合線）に挿入するとともに、回転ツール９をその継ぎ目に沿って移動させていき接合する方法である。
そして、本体２と蓋３とが、摩擦攪拌接合により接合されると、バッキングプレート１には、それぞれ独立した複数本（本実施形態では２本）の流路６（平面視Ｕ字形状を有する溝４の底面４ａと、平面視Ｕ字形状を有する蓋３の下面３ａに形成された溝５との間に形成された流路６、および平面視波形状を有する溝４の底面４ａと、平面視波形状を有する蓋３の下面３ａに形成された溝５との間に形成された流路６）が形成されることとなる。また、接合後、各流路６の一端部には、冷却媒体または加熱媒体の入口が設けられ、各流路６の他端部には、冷却媒体または加熱媒体の出口がそれぞれ設けられる。

本実施形態に係るバッキングプレート１によれば、本体２の上面２ａに加工される溝４の断面視形状が、最も単純な形状（矩形状）を有することとなるので、溝４を加工するのに要する作業時間を短縮することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
また、流路６を形成する溝５が、蓋３の下面３ａ中央部に形成されているので、本体２と蓋３とが接合される際に蓋３に加わる荷重を、溝４の深さと略等しい高さを有する蓋３の周縁部を介して溝４の底面４ａ、すなわち、本体２に伝達することができて、接合部の裏波が流路６に入ることを防止することができ、かつ、接合による蓋３の変形を防止することができる。
さらに、蓋３の周縁部が、溝４の深さと略等しい高さを有するように形成されているので、蓋３全体の剛性を高めることができて、溝５の幅を広くとることができ、流路６の幅を広げることができて、流路６の断面積を大きくすることができる。

本発明に係るバッキングプレートの第２実施形態を図３に基づいて説明する。図３は本実施形態に係るバッキングプレートの部分断面図であり、図２と同様の図である。
本実施形態に係るバッキングプレートは、蓋３の代わりに、蓋１３を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

蓋１３は、本体２の上面２ａ全体を覆う、長さ2350mm、幅2010mmの平面視矩形状を呈する板状の部材である。また、この蓋１３の下面（裏面）１３ａには、蓋１３と本体２の上面２ａとが重ね合わされた際に、その頂面１４ａが溝４の底面４ａと接し、その両側面１４ｂが溝４の両側面４ｂと接するように形成された凸部１４が形成されている。さらに、凸部１４の頂面１４ａ中央部には、両側面１４ｂに沿って形成された、断面視矩形状を呈する（第２の）溝５が設けられている。そして、凸部１４が溝４内に嵌め込まれた際に形成される空間（より詳しくは、溝４の底面４ａと溝５とにより囲まれた空間）は、冷却媒体または加熱媒体が通過する流路６となる。

本体２と蓋１３とは、摩擦攪拌接合（Friction Stir Welding：FSW）により接合されている。摩擦攪拌接合とは、図３に示すような、ショルダー部７およびピン部８を備えた回転ツール９を回転させながら板厚方向に沿って延びる本体２と蓋１３との継ぎ目（境目：接合線）に挿入するとともに、回転ツール９をその継ぎ目に沿って移動させていき接合する方法である。
そして、本体２と蓋１３とが、摩擦攪拌接合により接合されると、バッキングプレートには、それぞれ独立した複数（本実施形態では２本）の流路６（平面視Ｕ字形状を有する溝４の底面４ａと、平面視Ｕ字形状を有する凸部１４の頂面１４ａに形成された溝５との間に形成された流路６、および平面視波形状を有する溝４の底面４ａと、平面視波形状を有する凸部１４の頂面１４ａに形成された溝５との間に形成された流路６）が形成されることとなる。また、接合後、各流路６の一端部には、冷却媒体または加熱媒体の入口が設けられ、各流路６の他端部には、冷却媒体または加熱媒体の出口がそれぞれ設けられる。

本実施形態に係るバッキングプレートによれば、本体２の上面２ａに加工される溝４の断面視形状が、最も単純な形状（矩形状）を有することとなるので、溝４を加工するのに要する作業時間を短縮することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
また、流路６を形成する溝５が、凸部１４の頂面１４ａ中央部に形成されているので、本体２と蓋１３とが接合される際に蓋１３に加わる荷重を、溝４の深さと略等しい高さを有する凸部１４の周縁部を介して溝４の底面４ａ、すなわち、本体２に伝達することができて、接合部の裏波が流路６に入ることを防止することができ、かつ、接合による蓋１３の変形を防止することができる。
さらに、凸部１４の周縁部が、溝４の深さと略等しい高さを有するように形成されているので、蓋１３全体の剛性を高めることができて、溝５の幅を広くとることができ、流路６の幅を広げることができて、流路６の断面積を大きくすることができる。

なお、本実施形態において、本体２と蓋１３とを接合した後、蓋１３の上面（表面）を図２に示す状態まで、すなわち、本体２の表面２ａ全体が露出するまで研削および研磨して、板厚を減少させて使用することもできる。

また、本発明に係る熱交換板は、上述した実施形態のところで説明したバッキングプレートのみに適用され得るものではなく、アレイ形成工程において同様の構成および機能を有するものにも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る熱交換板の概略平面図である。 図１の部分断面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換板の部分断面図であり、図２と同様の図である。

符号の説明

１ バッキングプレート（熱交換板）
２ 本体
２ａ 上面（表面）
３ 蓋
３ａ 下面（裏面）
３ｂ 側面
３ｃ 上面（表面）
４ 第１の溝
４ａ 底面
４ｂ 側面
５ 第２の溝
１３ 蓋
１３ａ 下面（裏面）
１４ 凸部
１４ａ 頂面
１４ｂ 側面

Claims (2)

1. 断面視矩形状を有する少なくとも一本の第１の溝が、その表面に形成された平板状の本体と、
   前記第１の溝と略同じ平面視形状を有し、前記第１の溝内に嵌め込まれた際に、その裏面が前記第１の溝の底面と接し、その両側面が前記第１の溝の両側面と接するとともに、その表面が前記本体の表面と略面一となるように形成された蓋とを備え、
   前記裏面の中央部に、前記両側面に沿って形成された第２の溝が設けられており、かつ、前記蓋が、前記本体に摩擦攪拌接合により接合されていることを特徴とする熱交換板。
2. 断面視矩形状を有する少なくとも一本の第１の溝が、その表面に形成された平板状の本体と、
   前記本体の表面全体を覆うとともに、その裏面に、前記本体の表面に重ね合わされた際に、その頂面が前記第１の溝の底面と接し、その両側面が前記第１の溝の両側面と接するように形成された凸部が形成された平板状の蓋とを備え、
   前記頂面の中央部に、前記両側面に沿って形成された第２の溝が設けられており、かつ、前記蓋が、前記本体に摩擦攪拌接合により接合されていることを特徴とする熱交換板。

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