JP2009115448A - ヒートプレートおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば真空内で用いられても、ガス漏れなどのおそれがなく、薄肉且つ軽量であるヒートプレート、および係るヒートプレートを少ない素材と工数とにより安価に製作できるヒートプレートの製造方法を提案する。
【解決手段】金属または合金からなる基板２と、この基板２の表面３に沿って形成され且つ平面視で蛇行状を呈し、上記基板２の表面３寄りで且つ開口部の両側に位置する一対の段部８、および係る一対の段部８，８間に位置し且つこれらの段部８よりも深い位置に形成される熱媒体用流路７からなる凹溝６と、金属または合金からなり、上記凹溝６の熱媒体用流路７を閉塞し、且つ基板２の表面３と上記段部８ごととの間に摩擦攪拌接合による接合部Ｓを介して上記基板２に接合される蓋板５ｂと、を含み、該蓋板５ｂは、一対の段部８，８間に挿入されて凹溝６の開口部を閉鎖し、底面に熱媒体用流路７内の上部に進入する圧肉部５ｃを一体に有する断面ほぼ逆ハット形を呈する、ヒートプレート１。
【選択図】 図１６

Description

本発明は、例えば、半導体製造装置などにおいて冷却用に使用されるヒートプレートおよびその製造方法に関する。

半導体製造装置において冷却用に使用されるヒートプレートには、アルミニウム合金からなる一対の板材のうち、一方に冷却媒体流路となる凹溝を予め形成し、一対の板材における接合面の周囲をＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、または電子ビーム溶接したもの、あるいは上記一対の板材を厚さ方向に沿ってボルト締めしたものが用いられている。このうち、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接を用いて製作したヒートプレートは、溶接時にピンホールを生じていたり、シールドガスを巻き込むことがあるため、溶接部分の信頼性に問題があった。また、電子ビーム溶接を用いて製作したヒートプレートは、溶接作業を真空中で行うため、コスト高となると共に、高精度の溶接位置決めを行うため、位置決め治具が必要となっていた。

以上の問題を解決するため、予め一方の板材に冷却媒体流路となる凹溝を形成した一対の板材における接合面に、互いに嵌合し且つ上記流路を包囲する環状溝と環状突出部とを形成し、一対の板材を鍛圧圧縮しつつ上記環状溝と環状突出部とを嵌合した高密度のシール性を有する締結部を形成したヒートプレートも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３１１９３２号公報（第１〜１５頁、図１〜２４）

しかしながら、前記鍛圧圧縮により接合して形成されるヒートプレートは、締結部を得るため、一方の板材における冷却媒体流路となる凹溝に加えて、一対の板材に環状溝または環状突出部を更に形成する必要がある。このため、工数およびコストが増え、且つ嵌合操作と鍛圧圧縮とを同時に行うため高い位置決め精度を要するなど工程が煩雑になる、という問題があった。
更に、従来のヒートプレートや特許文献１のヒートプレートでは、一対の板材を溶接または鍛圧圧縮により接合しているため、冷却媒体流路でない位置にも一対の板材が位置している。このため、ヒートプレートが厚肉で且つ重量が嵩む、という問題もあった。

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、例えば、真空内で用いられても、ガス漏れなどのおそれがなく、薄肉且つ軽量であるヒートプレート、および係るヒートプレートを少ない素材と工数により安価に製作できるヒートプレートの製造方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、熱媒流路を有する１つの基板と係る流路の開口部を蓋板により固相状態で閉塞することに着想して成されたものである。
即ち、本発明のヒートプレート（請求項１）は、金属または合金からなる基板と、係る基板の表面に沿って形成され、直線部および屈曲部の少なくとも一方からなり、上記基板の表面寄りで且つ開口部の両側に位置する一対の段部、および係る一対の段部間に位置し且つこれらの段部よりも深い位置に形成される熱媒体用流路からなる凹溝と、金属または合金からなり、上記凹溝の熱媒体用流路を閉塞し、且つ上記一対の段部間に摩擦攪拌接合による接合部を介して上記基板に接合される蓋板と、を含むヒートプレートであって、上記蓋板は、上記一対の段部間に挿入されて凹溝の開口部を閉鎖すると共に、底面に上記熱媒体用流路内の上部に進入する圧肉部を一体に有する断面ほぼ逆ハット形を呈するか、あるいは、底面から上記熱媒体用流路の両側壁に沿って垂下する一対の平行な凸条を一体に有する断面ほぼゲタ形状を呈するものである、ことを特徴とする。

これによれば、基板に予め形成した凹溝の開口部を、当該基板と蓋板との接触面付近にて固相状態で摩擦攪拌接合して閉塞・密封されているので、従来の溶接によるピンホールやガスの巻き込みを防ぐことが可能となる。また、凹溝を有する基板と該凹溝の開口部を緊密に閉塞しつつ接合された蓋板とから形成されているため、ヒートプレートの厚みを薄く且つ軽量化することができる。
しかも、凹溝は、前記一対の段部と熱媒体用流路からなるため、係る熱媒体用流路を挟んだ一対の段部間に蓋板を容易に配置でき、且つ表面が平坦な熱交換面を形成し易くなる。更に、摩擦攪拌接合による接合部が、蓋板の底面から垂下する前記圧肉部あるいは一対の前記凸部により、熱媒体流路から離れたものとなっているため、熱媒体流路の断面積を設定通りに確保することも容易となる。
従って、例えば半導体製造装置において真空中での冷却用に用いる場合、ガス漏れなどの不具合を解消できると共に、少ない素材と工数により安価に製作することも可能となる。

尚、本発明のヒートプレートは、冷却用の他、加熱用としても使用できる。
また、基板や蓋板の材質には、合金基板や蓋板の金属または合金と摩擦攪拌接合が可能なアルミニウム、鋼材、ステンレス鋼、チタン合金などの同種金属または異種金属も含まれる。
更に、蓋板は、凹溝における一対の段部間または熱媒体流路の対向する一対の側壁間に、厚肉部を有する断面逆ハット形や、係る一対の側壁間などに沿って短く垂下する凸条を有する断面ゲタ形の形態からなる。係る断面逆ハット形や断面ゲタ形の蓋板を用いることにより、摩擦攪拌接合時において、凹溝の幅方向におけるずれを容易に防止することができる。
加えて、前記熱媒体には、冷却媒体と加熱媒体の双方が含まれる。

一方、本発明のヒートプレートの製造方法（請求項２）は、金属または合金からなる基板の表面において、当該表面に沿って直線部および屈曲部の少なくとも一方からなり、上記基板の表面寄りで且つ当該凹溝の開口部の両側に位置する一対の段部、および係る一対の段部間に位置し且つこれらの段部よりも深い位置に形成される熱媒体用流路からなる凹溝を形成する工程と、係る凹溝における一対の段部間に跨って、金属または合金からなる蓋板を載置することにより当該凹溝の開口部を閉塞する工程と、係る蓋板の周縁と上記基板との境界付近に沿って摩擦攪拌接合を施すことにより、係る蓋板を上記凹溝の開口部における一対の段部間に沿って（固相状態で）接合する工程と、を含むヒートプレートの製造方法であって、上記閉塞および接合工程に用いる上記蓋板は、上記一対の段部間に挿入されて凹溝の開口部を閉鎖すると共に、底面に上記熱媒体用流路内の上部に進入する圧肉部を一体に有する断面ほぼ逆ハット形を呈するか、あるいは、底面から上記熱媒体用流路の両側壁に沿って垂下する一対の平行な凸条を一体に有する断面ほぼゲタ形状を呈するものである、ことを特徴とする。

これによれば、前記凹溝における熱媒体用流路を挟んだ一対の段部間に蓋板を容易且つ正確に位置決めして配置でき、且つ表面が平坦な熱交換面を形成し易くなると共に、摩擦攪拌接合による接合部が熱媒体流路から離れているため、熱媒体流路の断面積を設定通りに確保することも容易となる。しかも、位置ずれや熱媒体流路の断面積を小さく変形させるなどの接合部不良を確実に予防することもできので、歩留まりと生産性の向上を図ることも可能となる。
従って、少ない素材と工数により、ガス漏れなどの不具合を生じにくいヒートプレートを確実且つ安価に提供することが可能となる。

また、本発明には、前記接合工程における摩擦攪拌接合は、前記蓋板の周縁と前記基板との境界付近に沿って、摩擦接合ツールを回転しつつ連続移動させる１パスにより行われる、ヒートプレートの製造方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、少ない工数によって凹溝の開口部を迅速に密封したヒートプレートを製造できるため、ガス漏れなどの不具合を生じにくいヒートプレートを効率良く且つ一層安価に提供することが可能となる。
更に、本発明には、前記接合工程に用いる摩擦接合ツールにおける攪拌ピンの移動軌跡の終端は、前記凹溝中の熱媒体流路の真上から離れた前記基板上に位置する、ヒートプレートの製造方法（請求項４）も含まれる。
これによれば、攪拌ピンの終端が熱媒体流路の位置から確実に外れるため、終端に形成される攪拌ピンの凹んだ抜け跡が熱媒体流路に接近または連通する事態を防止でき、信頼性を高められる。

加えて、本発明には、前記接合工程に用いる摩擦接合ツールの攪拌ピンの先端面における上記凹溝寄りの外周端は、上記凹溝における一方の段部の底面上であって当該凹溝の熱媒体流路の側壁の上端から攪拌ピンの半径分だけ上記段部の縦壁寄りの位置上における当該攪拌ピンの半径分の高さの位置を中心とし、この中心から上記半径分を上記縦壁の底面側に垂下した垂直線を、上記熱媒体流路の側壁の真上に向けてほぼ９０°回転することにより形成される４分の１円の円周（カーブ）よりも上記一方の段部の縦壁寄りに位置する、ヒートプレートの製造方法（請求項５）も含まれる。
これによれば、前記摩擦攪拌接合する工程において、攪拌ピンの位置決めが容易になると共に、健全な接合部を確実に形成することができる。更に、位置ずれや熱媒体流路の断面積を小さく変形させるなどの接合部不良を確実に予防することもでき、歩留まりと生産性の向上を図ることも可能となる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の前提となる参考形態のヒートプレート１の平面図、図２は、図１中のＢ−Ｂ線の矢視に沿った垂直断面図、図３は、図２中の一点鎖線部分Ｃの拡大図である。
ヒートプレート１は、図１，図２に示すように、厚さが約３０ｍｍのアルミニウム合金からなる平坦な基板２と、係る基板２の表面３に沿って平面視で直線部および屈曲部を含む蛇行形状に形成された凹溝６と、係る凹溝６の開口部を閉塞し且つ密封する蓋板５と、を含む。
基板２は、例えばＪＩＳ：Ａ６０６１−Ｔ５のアルミニウム合金からなり、その表面３に沿って、エンドミルによる座ぐり加工を施すことにより、直線部と曲線部とを交互に有する凹溝６を形成している。図３に拡大して示すように、凹溝６は、基板２の表面３寄りで且つ当該凹溝６の開口部の両側に対称に位置する一対の段部８，８と、係る段部８，８間に位置し且つこれらよりも深い位置で且つ基板２の裏面４寄りに形成される断面角形の熱媒体流路７とからなる。

また、蓋板５は、平面視で凹溝６の開口部と相似形を呈し且つ断面が長方形であり、上記同様のアルミニウム合金板からなる。図３に示すように、蓋板５は、その両側縁を上記凹溝６の段部８，８間に挿入・載置されると共に、段部８，８の縦壁に沿った突き合わせ面（境界）９の長手方向に沿って、摩擦攪拌接合による接合部Ｓ，Ｓにより、凹溝６の開口部を密封し且つ基板２と一体化されている。図１に示すように、蓋板５は、その全周縁で接合部Ｓを介して、基板２と接合されている。尚、係る蓋板５には、複数の直線部および曲線部の板状部分を予め一体に接合した形態のものを用いても良い。
因みに、凹溝６における開口部の幅は約３０ｍｍ、段部８の幅と深さはそれぞれ５ｍｍずつ、熱媒体流路７の幅と深さはそれぞれ２０ｍｍずつのサイズであり、蓋板５の幅は約３０ｍｍ弱で、且つ厚みは５ｍｍである。

以上のようなヒートプレート１によれば、基板２に予め形成した凹溝６の開口部にて、当該基板２と蓋板５とが固相状態で摩擦攪拌接合されているので、従来の溶接によるピンホールやガスの巻き込みを防ぐことができる。また、凹溝６を有する基板２と係る凹溝６の開口部を閉塞して密封する蓋板５とから形成されているため、ヒートプレート１全体の厚みを薄く且つ軽量化することができる。従って、例えば半導体製造装置において真空中での冷却用に用いる場合、ガス漏れなどの不具合を解消できると共に、少ない素材と工数により安価に製造し得る。

以上のようなヒートプレート１の製造方法を、図４以下に基づいて説明する。
図４に示すように、基板２の表面３に沿って、前述した蛇行形状の凹溝６を、例えばエンドミルまたはフライスによる切削加工にて形成する工程を行う。この際、大径および小径の２種類のエンドミルを順次使用して切削加工する方法の他に、刃先を有する先端部が断面逆ハット形の１種類エンドミルを用いて、連続して切削する方法により、段部８，８および熱媒体流路７からなる凹溝６を１パスで形成しても良い。図４に示すように、熱媒体流路７は、底面７ｂと一対の側壁７ａ，７ａとに囲まれ、各段部８は底面８ｂと縦壁８ａとを有する。
次に、図５に示すように、凹溝６の段部８，８間に跨って蓋板５を載置し、当該凹溝６の開口部を閉鎖する工程を行う。

次いで、図６，図７に拡大して示すように、凹溝６における一方（右側）の段部８の縦壁８ａと蓋板５の側縁との突き合わせ面９に沿って、高速回転する摩擦接合ツール１０を配置し、且つその攪拌ピン１４を挿入する。摩擦接合ツール１０は、円柱形のツール本体１１と、その底面１２の中心付近が垂下する攪拌ピン１７とを含む一体物で、例えばＳＫＤ６１などの工具鋼から成形されている。
係るツール１０のツール本体１１の底面１２には、図８，図９に示すように、その周縁において底面視が円形のリング状凸部１３が垂下し、その内側には断面ほぼ三角形のリング溝(外側メタル溜まり溝)１４が形成されている。

また、ツール本体１１の底面１２には、攪拌ピン１７の根元からその周囲に螺旋形状にして、底面視で約１周巻きにて拡がる渦巻き形凸条１５が突設され、係る渦巻き形凸条１５と攪拌ピン１７との間に螺旋型の内側メタル溜まり部１６が位置している。内側メタル溜まり部１６は、図９に示すように、上記リング溝(外側メタル溜まり溝)１４よりも当該摩擦接合ツール１０の先端(下端)寄りに位置している。更に、攪拌ピン１７は、その周面に攪拌促進用のネジ部１７ａを刻設している。尚、渦巻き形凸条１５は、底面視で約半周巻きとなる複数本の形態とし、これらを攪拌ピン１７から対称に配置しても良い。
係るツール１０は、１００〜１５００ｒｐｍで高速回転しつつ、図７中の矢印で示すように、０．０５〜２ｍ／分の移動速度で右方向に移動される。この際、ツール本体１１および攪拌ピン１７は、数ｋＮ〜３０ｋＮの押圧力(押込み力)を軸心方向に伴っている。また、図６，図７に示すように、その底面１２が基板２の表面３と蓋板５の表面に接するように、ツール本体１１を垂直姿勢にして回転および移動される。尚、攪拌ピン１７先端の先端面１８は、段部８の縦壁８ａと底面８ｂとのコーナーよりもやや高い部位に位置している。

図６，図７に示すように、高速回転する攪拌ピン１７が、押込み力を伴って挿入されることにより、突き合わせ面９付近の基板２および蓋板５のアルミニウム合金(素材：以下メタルと称する)は、摩擦熱で攪拌され塑性流動化する。また、当該攪拌ピン１７によって、その側方や根元付近に押し出されたメタルの一部は、一旦ツール本体１１の底面１２における内側メタル溜まり部１６内に入り、攪拌ピン１７の回転方向に沿ってその側方を通過した後、当該攪拌ピン１７が直前に位置していた部位に移行しつつ幅方向に広がって固化する。
更に、上記メタルの一部は、リング溝(外側メタル溜まり部)１４内に入った後、基板２などの表面３側に段階的に拡がって固化する。このため、突き合わせ面９に沿って、バリの少ない表面の接合部Ｓを形成することができる。
以上のような接合部Ｓは、前記図１に示したように、蛇行形状の蓋板５の全周縁に沿って連続して、即ち１パスで施される。これにより、表面３に沿って蛇行する熱媒体流路７が密封された前記ヒートプレート１を得ることができる。尚、図６中の符号１９は、次述する攪拌ピン１７の外周端を示す。

ここで、摩擦接合ツール１０を用いる前記接合工程における具体的な実施例について、比較例と併せて説明する。図１０に示すように、厚さが３０ｍｍのアルミニウム合金(Ａ６０６１−Ｔ５)からなる複数の基板２に、開口部の幅が３０ｍｍ、段部８の幅と深さがそれぞれ５ｍｍずつで、熱媒体流路７の幅と深さがそれぞれ２０ｍｍずつのサイズの凹溝６を個別に形成した。
また、幅が２９．８ｍｍで且つ厚さが５ｍｍの上記と同じアルミニウム合金からなる複数の蓋板５を上記各凹溝６の段部８，８間に個別に挿入・載置し、図１０に示すように、当該凹溝６の開口部を閉塞した後、係る状態で基板２および蓋板５を図示しない治具により拘束した。

更に、ツール本体１１の直径が２５ｍｍ、攪拌ピン１７の直径が１０ｍｍで且つその長さが１０ｍｍのＳＫＤ６１からなる摩擦接合ツール１０を用意した。蓋板５により凹溝６を閉塞した複数の前記基板２に対し、摩擦接合ツール１０の攪拌ピン１７の先端面１８における凹溝６寄りの外周端１９の位置を、個別に変化させて摩擦攪拌接合を行った。
この際、ツール本体１１および攪拌ピン１７の回転数は９００ｒｐｍ、突き合わせ面９に沿った移動速度は０．３ｍ／分、攪拌ピン１７の軸心方向に沿った押込み力は１ｋＮ、接合(移動)長さは２００ｍｍとして全て共通とした。

図１０に例示する場合、攪拌ピン１７の先端面１８の中心は、凹溝６の左側の段部８の縦壁８ａ（突き合わせ面９と重複）上にあって、且つ攪拌ピン１７の先端面１８における凹溝６寄りの外周端１９は、当該段部８の底面８ｂよりも僅かに高い部位に位置している。係る外周端１９の位置を複数の基板２ごとに変化させて、前記同様の摩擦攪拌接合を行った。そして、各基板２ごとに得られた接合部Ｓ付近を切断し、その良否を判定した。それらの結果を図１１に示した。
尚、図１１のグラフ中で、○印は内部欠陥がなく接合位置も適正であった接合部Ｓを、△印は欠陥はないが位置ずれぎみであった接合部Ｓを、×印は位置ずれによる内部欠陥が生じ且つ熱媒体流路７の断面が狭くなった接合部Ｓを示す。

また、図１０，図１１におけるｘは、熱媒体流路７における左側の側壁７ａの真上の位置から攪拌ピン１４の右側の周面までの距離を、ｙは左側の段部８の底面８ｂから攪拌ピン１７の先端面１８までの距離を、図１０におけるｚは後述する中心を、ｐは後述する垂直線を示す。
図１１のグラフによれば、各例において、攪拌ピン１７の先端面１８における凹溝６寄りの外周端１９が、図１１のグラフ中のカーブＫの左側にある場合(実施例)は、接合部Ｓは○印または△印となり、上記カーブＫよりも右側また下側に位置する場合(比較例)は、×印となった。

上記カーブＫは、図１０に例示するように、左側の段部８の縦壁８ａの中間付近(攪拌ピン１７の重心付近)を中心ｚとし、係る中心ｚから攪拌ピン１７の半径ｒ分の長さで底面８ｂまで垂下した垂直線ｐを、当該段部８の縦壁８ａと底面８ｂとのコーナーから熱媒体流路７の左側の側壁７ａの真上の位置まで９０°回転して形成される４分の１の円周である。尚、図１０の右側の段部８に、上記カーブＫと線対称のカーブＫを参考として図示した。

即ち、攪拌ピン１７の先端面１８における凹溝６寄りの外周端１９が、凹溝６の左側(一方)の段部８の底面８ｂ上にあって、当該凹溝６の熱媒体流路７の左側の側壁７ａの上端から攪拌ピン１７の半径ｒ分だけ段部８の縦壁８ａ寄りの位置(図１０では縦壁８ａと一致)上から当該攪拌ピン１７の半径ｒ分の高さの位置ｚ(図１０では縦壁８ａの中間点とほぼ一致)を中心とし、この中心ｚから攪拌ピン１７の半径ｒ分で底面８ｂまで垂下した垂直線ｐを、当該段部８の縦壁８ａと底面８ｂとのコーナーから、熱媒体流路７の左側の側壁７ａの真上の位置まで９０°回転して形成される４分の１の円周のカーブＫよりも左側、即ち段部８の縦壁８ａ寄りに位置する実施例では、接合部Ｓは○または△印となった。

これら対し、上記カーブＫよりも右側また下側に位置する比較例の接合部Ｓは、位置ずれ欠陥を有する×印となった。係る比較例の接合部Ｓは、攪拌ピン１７と熱媒体流路７の側壁７ａとの距離ｘが小さ過ぎたため、内部欠陥(空孔)を内包すると共に、熱媒体流路７内に流動(軟化)化したメタルが進入して、その断面を狭く変形させたものである。
以上の各実施例から摩擦攪拌接合の工程を適正な範囲で行うことにより、基板２の表面３に沿って凹溝６の熱媒体流路７を厳正に密封した本発明のヒートプレート１を確実に製造することが可能となる。

図１２，図１３は、前記ヒートプレート１と同様な参考形態のヒートプレート１ａとそのを製造方法を示す平面図とその部分拡大図である。図１２に示すように、基板２の表面３に沿って、前述した方法により、凹溝６の開口部を閉鎖した蓋板５の全周縁に沿って、前記摩擦接合ツール１０を回転しつつ移動させる。
係るツール１０は、基板２の表面３における左下側のスタート点(Ｓ始)から、図１２中の実線で示す矢印に沿って、蓋板５およびこれに覆われた凹溝６の段部８に沿った蛇行形状の経路(往路：Ｓ往)を移動し、基板２の表面３における右上隅付近の折り返し部ＴＰを経て、図１２中の破線で示す矢印に沿って、同様に蛇行形状の経路(復路：Ｓ復)を移動する。これにより、蓋板５はその全周縁を接合部Ｓを介して基板２に接合される。

図１３に拡大して示すように、摩擦接合ツール１０は、左下側のスタート点(Ｓ始)に戻った際に、これを通過し且つ蓋板５から離れた位置、即ち熱媒体流路７の真上から離れた位置で終端(Ｓ終)とされ、その攪拌ピン１７を抜き出す。
以上のような長い移動経路に沿って、前記ツール１０を回転しつつ移動する１パス(一筆書き)により摩擦攪拌接合することにより、ヒートプレート１ａ(１)を効率よく製造することができる。しかも、蓋板５により覆われた凹溝６の熱媒体流路７は、前記ツール１０の移動軌跡の終端(Ｓ終)から離れているので、攪拌ピン１４の抜け跡の凹みに影響されず、十分な気密性をもって密封される。従って、薄肉且つ軽量であり、信頼性の高いヒートプレート１ａを安価に提供し得る。

図１４，図１５は、異なる参考形態のヒートプレート１ｂおよびその製造方法を示す概略図である。ヒートプレート１ｂは、図１４に示すように、平面視で正方形の基板２ｂの表面において、内外同心の円形の接合部Ｓ１，Ｓ２間に、リング盤状の蓋板５ａを接合することにより、円形の凹溝（熱媒体流路を含む）の開口部を密封したものである。即ち、円形の接合部Ｓ１，Ｓ２間に位置する上記凹溝は、平面視が円形で且つ曲線部のみから形成されている。
係るヒートプレート１ｂを得るため、前記摩擦接合ツール１０の攪拌ピン１７を、図１５に示すように、基板２ｂの右下隅寄りのスタート点（Ｓ始）の位置から挿入し、内周側の接合部Ｓ１を、図１４，図１５中の実線の矢印で示すように、蓋板５ａの内周に沿って且つ時計回り方向に沿って円形に移動して形成する。

次に、図１５に示すように、前記ツール１０がスタート点（Ｓ始）に戻った際に、これを通過し且つ基板２ｂの外側寄りに移動させた後、外周側の接合部Ｓ２を、図１４，図１５中の破線の矢印で示すように、蓋板５ａの外周に沿って且つ時計回り方向に沿って円形に移動して形成する。そして、係る外周側の接合部Ｓ２を形成した後、図１５に示すように、摩擦接合ツール１０を基板２ｂの右下隅寄りに移動させた位置を終端（Ｓ終）とし、その攪拌ピン１７抜き出す。
これにより、攪拌ピン１７の抜け跡に形成される凹みは、リング形の凹溝における同形（相似形）の熱媒体流路の真上から離れた位置に形成される。この結果、前記ツール１０を回転しつつ移動する１パス（一筆書き）によって摩擦攪拌接合することにより、平面視でリング形の熱媒体流路を内包した薄肉で軽量なヒートプレート１ｂを得ることができる。

図１６は、以下の蓋板５ｂを用いる本発明のヒートプレート１ｃに関する。
係る蓋板５ｂは、図１６に示すように、基板２の表面３に沿って形成された凹溝６の段部８，８間に挿入されることにより、凹溝６の開口部を閉鎖すると共に、その底面から熱媒体流路７内に短く進入する厚肉部５ｃを一体に有する断面ほぼ逆ハット形のものである。係る厚肉部５ｃが熱媒体流路７の上部に嵌合することにより、蓋板５ｂ自体の摩擦攪拌接合の際における幅方向へのずれを予防することができ、係る接合工程で用いる拘束治具を低減することが可能となる。
ヒートプレート１ｃは、図１６に示すように、基板２の表面３と蓋板５ｂとの突き合わせ面に沿って、前記同様の摩擦攪拌接合を施し、一対の接合部Ｓを形成することによって得られる。従って、係るヒートプレート１ｃによれば、蓋板５ｂを用いたことにより、凹溝６の幅方向のずれを抑制しつつ熱媒体流路７が高い気密を伴って閉塞され、且つ所要断面が正確に形成されたものとなる。

一方、図１７は、本発明による異なるの形態ヒートプレート１ｃに関し、以下の蓋板５ｄを用いるものである。
係る蓋板５ｄは、図１７に示すように、基板２の表面３に沿って形成された凹溝６の段部８，８間に挿入され、その開口部を閉鎖すると共に、底面から熱媒体流路７内にその両側壁７ａに沿って短く垂下する一対の平行な凸条５ｅ，５ｅを一体に有する断面ほぼゲタ形状のものである。この蓋板５ｄによっても、摩擦攪拌接合の際における幅方向へのずれを予防でき、拘束治具を低減することが可能となる。
ヒートプレート１ｄは、図１７に示すように、基板２の表面３と蓋板５ｄとの突き合わせ面に沿って、前記同様の摩擦攪拌接合を施して、一対の接合部Ｓを形成することによって得られる。従って、係るヒートプレート１ｄによれば、蓋板５ｄを用いることにより、凹溝６の幅方向のずれを抑制しつつ熱媒体流路７が高い気密を伴って閉塞され、且つ所要断面が正確に形成されたものとなる。
尚、以上のような蓋板５ｂ，５ｄには、アルミニウム合金の押出形材を用いても良い。また、蓋板５ｃ，５ｄを用いる上記ヒートプレート１ｃ，１ｄは、前記ヒートプレート１ａ，１ｂの形態にも適用することが可能である。

図１８，図１９は、異なる形態の摩擦接合ツール２０に関する。
摩擦接合ツール２０は、図１８，図１９に示すように、ＳＫＤ６１などの工具鋼からなる一体成形物で、円柱形のツール本体２２と、その円形の底面２４の中心部から本体２２と同軸心で垂下する円柱形の攪拌ピン２６とを備えている。
また、図１８，図１９に示すように、ツール本体２２の底面２４には、攪拌ピン２６の根元寄りが深くなる凹部２５が上向きに設けられ、且つ先端面２８を含む攪拌ピン２６の周面には、攪拌促進用のネジ部（図示せず）を刻設している。
以上のような摩擦接合ツール２０は、前記ヒートプレート１，１ａ，１ｂにおける基板２，２ｂと蓋板５，５ｂとの突き合わせ面９に沿って、回転しつつ移動することにより、前記同様の接合部Ｓ，Ｓ１，Ｓ２を形成することができる。この際、ツール本体２２および攪拌ピン２６の軸心は、図１９中の直線の矢印で示す移動方向(右側)の反対側(左側)に３〜５°傾けた状態で使用される。
そして、攪拌ピン２６により塑性流動化されたメタルの一部は、一旦凹部２５内に入った後、基板２などの表面３側に拡がって固化する。この結果、摩擦接合ツール２０を前記各接合工程に用いることにより、薄肉且つ軽量であり、信頼性の高いヒートプレート１，１ａ，１ｂを安価に提供することが可能となる。

本発明は、以上において説明した各形態や実施例に限定されるものではない。
例えば、前記基板２，２ｂや蓋板５ｂ，５ｄの材質には、アルミニウム合金に限らず、基板や蓋板の金属または合金と摩擦攪拌接合が可能な鋼材、ステンレス鋼、チタン合金などの同種金属または異種金属も含まれる。
また、凹溝は、前記段部８，８を開口部の両側に有する形態に限らず、断面正方形または長方形などの矩形や、係る断面形状の開口部側が幅広となった断面逆台形状としても良い。あるいは、開口部よりも底部が幅広の例えば断面ハット形の底広凹溝とし、係る凹溝の開口部の両側に段部８，８を有していても良い。
更に、凹溝６の形成には、２種類以上ドリルを用いたり、直線部や曲線部を適宜成形し得る鍛造型やプレス型などを用いる塑性加工により形成しても良い。
また、本発明のヒートプレートの基板は、前記平坦な基板２，２ｂに限らず、冷却または加熱すべき対象物の形状に応じて、表面が適宜カーブした湾曲形状や所要の角度で屈曲した屈曲形状、あるいは円筒形や多角筒形状としても良い。
更に、凹溝（熱媒体流路）は、直線部または曲線部のみからなるものでも良い。
尚、本発明のヒートプレートは、冷却用、加熱用、および保温用の何れにも適用することが可能である。

本発明の前提的な参考形態のヒートプレートの一形態を示す平面図。 図１中のＢ−Ｂ線の矢視に沿った視角の断面図。 図２中の一点鎖線部分Ｃの拡大図。 上記ヒートプレートの製造方法における一工程を示す概略図。 図４に続く製造工程を示す概略図。 図５に続く製造工程を示す概略図。 図６中のＤ−Ｄ線の矢視に沿った視角における断面図。 上記製造方法に用いる摩擦接合ツールを示す斜視図。 上記摩擦接合ツールを示す垂直断面図。 上記製造方法の接合工程における実施例などの概略を示す断面図。 摩擦接合ツールを配置した位置による接合部の良否を示すグラフ。 前記ヒートプレートの変形形態を示す平面図。 図１２中の一点鎖線部分Ｂの拡大図。 異なる形態のヒートプレートを示す平面図。 図１４中の一点鎖線部分Ｄの拡大図。 本発明による一形態のヒートプレートの凹溝付近を示す概略図。 本発明による異なる形態のヒートプレートの凹溝付近を示す概略図 異なる形態の摩擦接合ツールを示す斜視図。 上記摩擦接合ツールを示す垂直断面図。

符号の説明

１ｃ，１ｄ……………ヒートプレート
２，２ｂ………………基板
３………………………表面
５ｂ，５ｄ……………蓋板
６………………………凹溝
７………………………熱媒体流路
７ａ……………………側壁
８………………………段部
８ａ……………………縦壁
８ｂ……………………底面
９………………………突き合わせ面(境界)
１０，２０……………摩擦接合ツール
１７，２６……………攪拌ピン
１８……………………先端面
１９……………………外周端
Ｓ………………………接合部
Ｓ終……………………終端
ｒ………………………攪拌ピンの半径
ｚ………………………中心
ｐ………………………垂直線
Ｋ………………………カーブ(４分の１の円周)

Claims (5)

1. 金属または合金からなる基板と、
   上記基板の表面に沿って形成され、直線部および屈曲部の少なくとも一方からなり、上記基板の表面寄りで且つ開口部の両側に位置する一対の段部、および係る一対の段部間に位置し且つこれらの段部よりも深い位置に形成される熱媒体用流路からなる凹溝と、
   金属または合金からなり、上記凹溝の熱媒体用流路を閉塞し、且つ上記一対の段部間に摩擦攪拌接合による接合部を介して上記基板に接合される蓋板と、を含むヒートプレートであって、
   上記蓋板は、上記一対の段部間に挿入されて凹溝の開口部を閉鎖すると共に、底面に上記熱媒体用流路内の上部に進入する圧肉部を一体に有する断面ほぼ逆ハット形を呈するか、あるいは、底面から上記熱媒体用流路の両側壁に沿って垂下する一対の平行な凸条を一体に有する断面ほぼゲタ形状を呈するものである、
   ことを特徴とするヒートプレート。
2. 金属または合金からなる基板の表面において、当該表面に沿って直線部および屈曲部の少なくとも一方からなり、上記基板の表面寄りで且つ当該凹溝の開口部の両側に位置する一対の段部、および係る一対の段部間に位置し且つこれらの段部よりも深い位置に形成される熱媒体用流路からなる凹溝を形成する工程と、
   上記凹溝における一対の段部間に跨って、金属または合金からなる蓋板を載置することにより当該凹溝の開口部を閉塞する工程と、
   上記蓋板の周縁と上記基板との境界付近に沿って摩擦攪拌接合を施すことにより、係る蓋板を上記凹溝の開口部における一対の段部間に沿って接合する工程と、を含むヒートプレートの製造方法であって、
   上記閉塞および接合工程に用いる上記蓋板は、上記一対の段部間に挿入されて凹溝の開口部を閉鎖すると共に、底面に上記熱媒体用流路内の上部に進入する圧肉部を一体に有する断面ほぼ逆ハット形を呈するか、あるいは、底面から上記熱媒体用流路の両側壁に沿って垂下する一対の平行な凸条を一体に有する断面ほぼゲタ形状を呈するものである、
   ことを特徴とするヒートプレートの製造方法。
3. 前記接合工程における摩擦攪拌接合は、前記蓋板の周縁と前記基板との境界付近に沿って、摩擦接合ツールを回転しつつ連続移動させる１パスにより行われる、
   請求項２に記載のヒートプレートの製造方法。
4. 前記接合工程に用いる摩擦接合ツールにおける攪拌ピンの移動軌跡の終端は、前記凹溝中の熱媒体流路の真上から離れた前記基板上に位置する、
   請求項２または３に記載のヒートプレートの製造方法。
5. 前記接合工程に用いる摩擦接合ツールの攪拌ピンの先端面における上記凹溝寄りの外周端は、上記凹溝における一方の段部の底面上であって当該凹溝の熱媒体流路の側壁の上端から攪拌ピンの半径分だけ上記段部の縦壁寄りの位置上における当該攪拌ピンの半径分の高さの位置を中心とし、この中心から上記半径分を上記縦壁の底面側に垂下した垂直線を、上記熱媒体流路の側壁の真上に向けてほぼ９０°回転することにより形成される４分の１円の円周よりも上記一方の段部の縦壁寄りに位置する、
   請求項２乃至４の何れか一項に記載のヒートプレートの製造方法。

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