JP4806179B2 - Heater plate manufacturing method - Google Patents
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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のヒータプレート一般にも適用が可能である。 The present invention relates to a heater plate for manufacturing a semiconductor or a liquid crystal display, in particular a sheath heater used by heating in a vacuum vessel (vacuum chamber), a heater plate used for drying / preheating in the manufacturing process, and a manufacturing method therefor It is about. In addition to the above, for example, it can be used as a heater plate in a thin display (FPD) manufacturing apparatus of PDP, FED, ELD. The present invention can also be applied to general heater plates such as a heater plate for manufacturing a PTP sheet.
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縮により接合したもの(鍛圧圧接型)などがある。 Conventionally, in various fields such as a semiconductor manufacturing apparatus and a liquid crystal display manufacturing apparatus, a heater plate having a heater built in a metal base has been used. As a heater of such a heater plate, a stainless steel sheath heater is generally used. The heater plate has a structure in which a sheath heater is cast in aluminum (casting type), a sheath heater is sandwiched between aluminum or stainless steel plates and fastened with bolts (bolt fastening type), and the outer periphery of the plate in which the sheath heater is sandwiched Brazing, soldering and diffusion bonding (brazing, diffusion bonding type) of two parts sandwiching the sheath heater by pressurizing in a vacuum or in a predetermined gas atmosphere by welding parts (welding type) Alternatively, there is a type in which an annular groove and an annular protrusion are formed on the entire circumference of the joining surface of the plates sandwiching the sheath heater and joined by forging compression (forging pressure welding type).
図10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。
FIG. 10 shows a schematic structure of a conventional cast-in
また、図11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。
FIG. 11 shows a schematic structure of a conventional bolt fastening
また、図12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。
FIG. 12 shows a schematic structure of a conventional
また、図13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。
FIG. 13 shows a schematic structure of a conventional brazing and diffusion bonding
さらに、図14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、鍛圧圧縮により締結部114で密閉、金属接合している。
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。 In recent years, the size of heater plates has increased rapidly with the increase in size of liquid crystal televisions and the like. In recent years, the fourth generation 730 mm × 920 mm and the fifth generation 1100 mm × 1300 mm to the sixth generation have been developed. 1500 × 1800 mm, and the 7th generation 2100 mm × 2400 mm. Along with such an increase in the size of the heater plate, there is a problem of cost reduction due to a longer life of the heater plate and a simplified manufacturing method.
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。 Of the heater plate structures described in the above prior art, the cast-in type heater plate is made of stainless steel used for the protective pipe of the sheath heater, although the sheath heater is in close contact with the aluminum casting, so that the heater has good thermal conductivity. Since the thermal expansion coefficients of metals such as steel and Inconel differ from those of aluminum as a metal base, the heater deforms due to its thermal stress at high temperatures and may be disconnected due to repeated use, or in some cases the entire heater plate There is a problem that is deformed.
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。 On the other hand, since the aluminum-based bolt-clamped heater plate has a gap in the groove, and this gap becomes a heat insulation layer and each part is only in physical contact, the upper and lower bases and the sheath heater or between the bases There is a problem that the adhesiveness is low and the thermal conductivity is poor, and in some cases, the temperature is locally raised and the heater is damaged. The same applies to a welded heater plate. Further, the welding type heater plate is greatly distorted by welding, and there is a problem in maintaining the shape.
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。 The brazing and diffusion bonding types perform pressure bonding on the entire surface of the opposing members in a vacuum or in an atmosphere such as nitrogen gas, so large-sized members cannot be bonded, and brazing material, solder, etc. can be bonded. Therefore, there is a problem that a third joining member is required.
さらに、鍛圧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。 Furthermore, in the forging type heater plate, with the increase in size of the heater plate, the recesses or projections for fitting are processed in the outer peripheral part of the two plates and the vicinity of the heater part, and these are fitted together. In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-311932 for joining, creep deformation occurs when used at a high temperature of 300 to 500 ° C. for a long time. Deformation occurred and the heater plate could not be used.
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の製造方法を提供することを目的とする。
Due to the above-described problem of deformation of the heater plate and the problem of increase in manufacturing cost caused by the increase in size of the heater plate, it is necessary to improve the conventional forging and pressure welding method.
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a heater plate manufacturing method that prevents deformation of a heater plate due to thermal stress, has good thermal conductivity, and has high durability. For the purpose.
上記課題を解決するために本願第1発明のヒータプレートの製造方法は、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てヒータプレートを製造する方法であって、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、前記シースヒータに向かって幅が狭くなるように両側面が傾斜しており、前記シースヒータと接する面の鍛圧圧接前の幅が前記シースヒータの幅よりも大きいことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the heater plate manufacturing method according to the first invention of the present application includes housing a sheath heater in a groove provided in an aluminum or aluminum alloy base member, and further fitting a joining aluminum or aluminum alloy member in the groove. The joining aluminum or aluminum alloy member and the aluminum or aluminum alloy base member are metal joined by forging pressure welding to produce a heater plate, wherein the joining aluminum or aluminum alloy member is attached to the sheath heater. Both side surfaces are inclined so that the width becomes narrower toward the surface, and the width of the surface in contact with the sheath heater before forging pressure welding is larger than the width of the sheath heater .
本願第2発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1の発明における前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材が、一体の部材からなることを特徴とする。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun second invention, the first of said bonding aluminum or aluminum alloy member in the invention, characterized in that it consists of an integral member.
本願第3発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1の発明における前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材が、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。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun third invention, the first of said bonding aluminum or aluminum alloy member in the invention is characterized by comprising a plurality members in the plane direction of the aluminum or aluminum alloy base material.
本願第4発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1の発明における前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材が、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。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun fourth invention, the first of said bonding aluminum or aluminum alloy member in the invention is characterized by comprising a plurality members in the vertical direction of the aluminum or aluminum alloy base material.
本願第5発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第4の何れかの発明における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。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun fifth invention, the first to fourth or layout arrangement of the sheath heater in the invention, the two central axes perpendicular to one another of the aluminum or aluminum alloy base material It is characterized by being at least one symmetrical or point symmetric with respect to the center.
本願第6発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第5の何れかの発明における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。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun sixth invention, the aluminum or aluminum alloy base member in any one of the first to fifth, characterized in that it is a plate.
本願第7発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第6の何れかの発明における前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金接合部材の鍛圧圧接前の断面積が、前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きいことを特徴とする。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun seventh invention, the cross-sectional area before forging pressure of the first to sixth one of the bonding aluminum or aluminum alloy bonding member in the invention of the the cross-sectional area of the groove It is characterized by being larger than the effective sectional area obtained by subtracting the sectional area of the sheath heater .
本願第8発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第7の何れかの発明における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前における前記シースヒータと接する面の幅(W2)に対する高さ(h1)の比が、1以上5以下であることを特徴とする。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun eighth invention, the high relative to the first to seventh either the sheath heater in contact with the surface of the width before forging pressure of the bonding aluminum or aluminum alloy member in the invention (W2) The ratio of (h1) is 1 or more and 5 or less .
本願第9発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第8の何れかの発明における前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の両側面の傾斜角度が、0°を超え30°以下であることを特徴とする。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun ninth invention, the inclination angle of both side surfaces of the first to eighth one of the bonding aluminum or aluminum alloy member in the invention of, is 30 ° or less than 0 ° but It is characterized by that.
本願第10発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第9の何れかの発明における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の同方向に曲率を有する曲面を有することを特徴とする。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun 10 invention, the first to the shape of the surface in contact with the sheath heater of the ninth one of the bonding aluminum or aluminum alloy member in the invention of the aluminum or aluminum alloy base member Or a curved surface having a curvature in the same direction of the outer periphery of the sheath heater .
本願第11発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第10の何れかの発明における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前の断面積が、前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きく、
かつ前記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させたときに前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の側面と前記溝部との間の少なくとも一部に隙間を有することを特徴とする。
Method of manufacturing a heater plate of the present gun 11 invention, the cross-sectional area before forging pressure of the first to tenth one of the bonding aluminum or aluminum alloy member in the invention of the the cross-sectional area of the groove sheath heater Greater than the effective cross-sectional area minus the cross-sectional area of
And when the said aluminum or aluminum alloy member for joining is made to fit in the said groove part, it has a clearance gap in at least one part between the side surface of the said aluminum or aluminum alloy member for joining, and the said groove part .
本願第12発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第11の何れかの発明における前記シースヒータが、前記溝部に複数本配設されているか、又は複数ある前記溝部に各1本ずつ配設されていることを特徴とする。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun 12 invention, the in any one of the first to eleventh sheath heater is either being a plurality of arranged in the groove, or plurality of one by one each for the groove It is characterized by being arranged .
本願第13発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第12の何れかの発明における前記シースヒータが、前記溝部に並列に複数本配設されているかもしくは、前記溝部に高さ方向に重ねて配設されていることを特徴とする。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun 13 invention, the in any one of the first to twelfth sheath heater is said or whether it is a plurality of arranged in parallel to the groove, in the height direction in the groove It is characterized by being arranged in layers .
本願第14発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第13の何れかの発明における前記シースヒータが、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または略正方形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。
Method of manufacturing a heater plate of the
本願第15発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第14の何れかの発明における前記シースヒータを気密に収納することを特徴とする。 Method of manufacturing a heater plate of the present gun fifteenth aspect is characterized in that for accommodating the sheath heater airtight in the first to any one of the fourteenth.
本願第16発明のヒータプレートの製造方法は、前記第1乃至第15の何れかの発明における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が、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。
Method of manufacturing a heater plate of the
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、さらに高い熱伝導性を確保できるという効果がある。 According to the present invention, the sheath heater and the joining aluminum or aluminum alloy member are accommodated in the groove provided in the aluminum or aluminum alloy base member, and the joining aluminum or aluminum alloy member and the aluminum or aluminum alloy base member are joined by forging pressure welding. By metal bonding, a high level of confidentiality can be maintained between the aluminum or aluminum alloy base member and the sheath heater, and higher thermal conductivity can be ensured.
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。 In addition, according to the present invention, by performing metal joining in which the joining aluminum or aluminum alloy member and the aluminum or aluminum alloy base member are forged by pressure welding in the vicinity of the temperature of the heating region in which the heater plate is used, Stress due to the difference in linear expansion between the aluminum or aluminum alloy base member and the sheath material of the internal heater in the operating temperature range can be reduced, and deformation or breakage of the sheath heater, deformation of the heater plate, or the like can be avoided. At the same time, the adhesion and thermal conductivity between the joining aluminum or aluminum alloy member and the aluminum or aluminum alloy base member can be improved.
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。 The heater plate in which the sheath heater is disposed in the present invention is a member in which the sheath heater is brought into close contact with the metal member, and heat generated by the sheath heater is transmitted to the metal member of the heater plate. The sheath heater is disposed inside the heater plate so as to heat the heater plate to a uniform temperature. For example, the sheath heater is arranged in a meandering shape or a spiral shape so that the heater plate is heated to a uniform temperature. In addition, the sheath heater is one in which a heating wire and an insulating material are enclosed in a sheath material (pipe) of stainless steel such as SUS304, nickel alloy such as incoloy, or titanium.
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15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15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。
A heater plate in which a sheathed heater is disposed according to the present invention is used as a heater plate in a vacuum container (vacuum chamber) of a semiconductor or liquid crystal manufacturing apparatus. FIG. 15 shows an example of use of a heater plate in which a sheath heater is disposed. FIG. 15 shows a chemical vapor deposition (CVD) processing apparatus. A heater plate 121 having a sheath heater 123 disposed in a
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、本実施形態に係るヒータプレートの断面図である。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。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a heater plate according to the present embodiment. In FIG. 1, a
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では説明のために、シースヒータ3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と溝部5との間に隙間を設けた図となっているが、本来は鍛圧圧接されているため隙間はなく密着している。
After housing the
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。同様に、後述の図7(b)、(d)に示すように、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2の断面方向に見て複数部材から構成されていてもよい。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あるいは図7(b)、(d)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。
FIG. 2 shows an embodiment in which the joining aluminum or
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、ヒータプレートのレイアウト形状は、互いに直行する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に対して対称となっており、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。本発明の接合用部材は、T字、Y字、テーパ等からなり、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に、接合用部材を位置合わせするときに、位置合わせをしやすい特徴がある。 The heater plate of the present invention may have a rectangular shape as shown in FIG. 2 or a circular shape as shown in FIG. It is preferably symmetric with respect to at least one of two central axes perpendicular to each other, or point-symmetric with respect to the center. That is, in FIG. 2, it is preferable to be symmetric with respect to the central axis 6, and in FIG. Further, in FIG. 5B, it is preferably point-symmetric with respect to the center 53. The joining member of the present invention is formed of a T-shape, a Y-shape, a taper, etc., and has a feature that it is easy to align when the joining member is aligned with the aluminum or aluminum alloy base member.
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、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の溝中に、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本以上重ねて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できる。 Although not shown in particular, it is possible to arrange two heaters in parallel in the groove of the aluminum or aluminum alloy base member in a layout similar to the layout of FIGS. 2, 5 (a), and 5 (b). Alternatively, it is also possible to arrange two or more in the depth direction of the groove. Thus, a heater plate can be configured by housing a plurality of heaters in the groove of the base member. Alternatively, a heater plate can be configured by arranging a plurality of heaters one by one in a plurality of grooves.
つぎに、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の形状について、詳細に説明する。
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4の断面形状の一実施例を示す。図6では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の対向する二辺の少なくとも一部が埋め込み方向に向けて間隔が狭くなるようなテーパを有する形状となっている。図6(a)では、対向する二辺11,12がともに垂線に対し角度αの傾きをもつテーパを形成している。また図6(b)および(c)では、断面形状の傾きが2段のテーパの例を示す。図6(b)では、辺13,15は垂直の平行な形状となっており、辺14,16はともに垂線に対し角度αの傾きを持つテーパを形成している。さらに、図6(c)では、辺17,19はともに垂線に対し角度αの傾きをもっており、辺18,20はともに垂線に対し別の角度βの傾きを持つテーパを形成している。図示しないが、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部材幅をシースヒータ幅より大きくすることができる。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。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。図6(b)、図6(c)の場合においても、シースヒータと接する面の部材幅がシースヒータ幅を大きくすることは、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有効である。本発明の上記以外の場合においても、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部材幅をシースヒータ幅より大きくすることは、ヒータ断面の外周側部への材料流入性において効果がある。
Next, the shape of the bonding aluminum or
FIG. 6 shows an embodiment of the cross-sectional shape of the joining aluminum or
図6に示す接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材のテーパ部のテーパ角αおよびβは、0°を超え30°以下であれば良いが、テーパ角は1°以上30°以下であれば、さらに好ましい。ここで、一部にテーパ形状を有する接合用部材は、テーパ上部の寸法W1とテーパ下部の寸法W2とテーパ角度で定義する。部材の全体高さはh1として表示するものとする。また、このテーパ部を直線とするのではなく、緩やかな曲線とすることもできる。この場合は、テーパの角度は決定できないが、テーパ開始点と終了点を直線で結び便宜的な角度を適用できるものとする。接合用部材がテーパ部を曲線で結んだ場合も,本発明の範囲に含まれるものとする。 The taper angles α and β of the taper portion of the joining aluminum or aluminum alloy member shown in FIG. 6 may be more than 0 ° and 30 ° or less, and more preferably 1 ° or more and 30 ° or less. . Here, the joining member partially having a tapered shape is defined by a taper upper dimension W1, a taper lower dimension W2 and a taper angle. The total height of the member shall be displayed as h1. Further, the tapered portion can be a gentle curve instead of a straight line. In this case, the taper angle cannot be determined, but a convenient angle can be applied by connecting the taper start point and end point with a straight line. The case where the joining member connects the tapered portions with a curve is also included in the scope of the present invention.
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の断面形状を図6に示した実施例のようなテーパ形状とすることにより、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4をシースヒータ3まで確実に挿入して鍛圧圧接することができる。
By making the cross-sectional shape of the joining aluminum or
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の断面形状が図6に示したようなテーパ形状の場合、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2に確実に鍛圧圧接されるためには、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の断面積が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2に形成された溝部5の断面積からシースヒータ3の断面積を除いた有効断面積より大きいのが好ましい。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て、十分金属接合することができないからである。シースヒータと接合用部材の間に隙間ができ、ヒータの熱伝導性が低下するからである。
In the case where the cross-sectional shape of the joining aluminum or
また図6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の高さh1とテーパ下部幅W3又は部材最下部幅W2の関係は、テーパ角度を調整することにより、座屈抵抗を向上できることから特に制約を設けないでも良いが、ヒータプレートの全体厚さとヒータ径との関係やテーパ角度が0°に近い場合などの座屈抵抗を考慮すると1以上5以下が好ましく、さらに、鍛圧圧接時にテーパ側部から受ける抵抗を考慮すると、1以上3以下とするのが好ましい。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、ここでは下限値は1以上とした。例えば、シースヒータの直径を10φとした場合に、図6(a)の上部幅W1、下部幅W2と高さhは、15mm、10mm、30mmとすれば良い。また、このように、テーパ形状の接合用部材を用いることにより、テーパに案内されながら嵌合するので、シースヒータと接合用部材4の密着性が向上し、基部材2に設けられた溝に材料が十分充満し、強固な金属接合が得られる。
Further, in FIG. 6, the relationship between the height h1 of the bonding aluminum or
次に、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の断面形状が略T字型又はY字型の場合について説明する。
図7に断面形状が略T字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の一実施例を示す。図7(a)では、T字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の縦棒部分31と横棒部分32を用いて、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2と接合する。すなわち、シースヒータ3を押圧するT字型の縦棒部分31に加えて、T字横棒部分32もアルミニウム又はアルミニウム合金基部材2と接合させるものである。この場合、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2には、T字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4と対向する位置に嵌合用凹部を設けるものとする。シースヒータの直径を10φとした場合に、図7(a)の幅wと高さhは、10mm、30mmとすれば良い。
Next, the case where the cross-sectional shape of the bonding aluminum or
FIG. 7 shows an embodiment of the joining aluminum or
また図7(b)では、ヒータを押圧するT字型の縦棒部分31と横棒部分32とが位置33で分割されて別体となっており、分割して接合させる構造のものである。図7(b)では縦棒部分31の全体が別体として分割されているが、縦棒部分31の一部のみが別体であってもよい。縦棒部分31の幅と長さの比率は、
縦棒部分が一体であるか、別体であるかを問わず、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を考慮すると、1以上が好ましく、凸部の座屈強度を考慮すると4以下が好ましい。鍛接時の接合用部材が基部材側面から受ける抵抗を考慮すると、1以上3以下が特に好ましい。
Further, in FIG. 7B, a T-shaped
Regardless of whether the vertical bar portion is integral or separate, joining is possible even with 1 or less, but considering thermal deformation and joint strength during use of the heater plate of the forging pressure welding portion, 1 or more Preferably, 4 or less is preferable in consideration of the buckling strength of the convex portion. Considering the resistance that the joining member during forge welding receives from the side surface of the base member, 1 to 3 is particularly preferable.
図7(c)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、図7(a)のT字型の縦棒部分31と横棒部分32に加えて、その直下にシースヒータが存在しない位置にも縦棒部分34が設けられている。この場合、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2には、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4と嵌合するよう対向する位置に凹部又は凸部を設けている。なお、図7(c)の34は下方に伸びた凸部となっているが、34を凹部とする一方アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2の対向する位置に凸部を設けてもよい。凸部として設けた縦棒部分34の体積は、これと嵌合するアルミニウム又はアルミニウム合金基部材2に設けた凹部より大きいことが望ましい。また、嵌合用凹部の幅と接合用部材凸部の幅は、凹部幅が凸部幅より大きく、凸部の幅と凸部長さの比率は、図7(b)の場合と同様に、1以上4以下が好ましく、特に好ましくは1以上3以下である。このような突起を作ることにより、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の接合をより強固なものとすることができる。
In FIG. 7 (c), the joining aluminum or
さらに図7(d)は、図7(c)と同様の断面形状であるが、図7(b)の場合と同様に、シースヒータ3を押圧するT字型の縦棒部分31とその他の部分が位置35で分割されて別体となっており、分割して接合させる構造のものである。この場合にも、縦棒部分31の一部のみが別体であってもよい。なお、図7(d)では縦棒部分34の位置が図7(c)とは異なっているが、必要に応じて縦棒部分34の位置を調整してもよい。ここで、図7(e)のように、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の横棒部分の長さとアルミニウム又はアルミニウム合金基部材に形成した溝の横棒部分が嵌合する溝部の寸法は、前記接合用部材の横棒部分の幅A1が、溝部の幅A2より大きいか、あるいは横棒部分端部上面幅A1aが横棒部分端部下面幅A1bより大きくなる厚さ方向にテーパを有する形状を有し、これと嵌合する基部材の溝幅より大きいのが望ましい。また、T字横棒部の幅Aと高さBの比率は特に制限は設けないが、幅が不必要に長いと材料が無駄になるので、最大でもヒータの収納部幅の5〜6倍程度で十分である。厚さは、接合用部材を固定するのに、十分な強度が得られれば良く、そのためには、5mmから20mm程度は必要である。
Further, FIG. 7 (d) has the same cross-sectional shape as FIG. 7 (c), but as in the case of FIG. 7 (b), a T-shaped
つぎに、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の断面形状がY字型の一実施例を図8に示す。図7に示したT字型では横棒部分32の形状が長方形であったのに対し、図8に示すY字型では横棒の下辺36,37が中心向かって緩やかな下り勾配になっているものである。T字又はY字の横棒部分の断面積と縦棒部の断面積は、基部材に形成された溝のこれと勘合する部分を独立と見なした場合に、溝横棒部分の断面積と縦棒が挿入され部分のヒータ部を除いた溝断面積より、ともに大きい必要がある。この理由は、T字又はY字形状の接合用部材の基部材との接合を十分なものとするには、横棒部、縦棒部ともに十分に基部材と金属接合させる必要があるからである。
Next, an embodiment in which the cross-sectional shape of the bonding aluminum or
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の断面形状が略T字型又はY字型の場合、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の断面積がアルミニウム又はアルミニウム合金基部材2に形成された溝部5の断面積からシースヒータ3の断面積を除いた有効断面積より大きいのが好ましい。
When the cross-sectional shape of the joining aluminum or
また、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の幅がアルミニウム又はアルミニウム合金基部材2の溝部5の幅よりも少なくとも一部で狭くすることにより、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2の溝部5に接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4を嵌合させたときに溝部5の側面の少なくとも一部に隙間を有するのが好ましい。このようにすること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を溝深くまで挿入することができるために、
シースヒータと接合用部材を密着させることができる。
Further, the aluminum for joining or the
The sheath heater and the joining member can be brought into close contact with each other.
さらに、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の断面形状が略T字型又はY字型の場合においても、縦棒部分31、34の高さと幅の比率がともに1以上4以下であるのが好ましい。また、縦部部分の幅とこれが勘合する基部材の溝幅を比較すると基部材の溝幅が大きく、さらに縦棒の断面積は、縦棒部分が収容される基部材の溝部断面積からヒータの断面積を除いた部分の断面積より、大きい必要がある。このようにすることにより、基部材の溝が作る空間内で、接合用部材を鍛圧圧縮することにより、基部材の縦棒部分と接する溝部と接合用部材の縦棒部の金属接合が実現する。
Furthermore, even when the cross-sectional shape of the bonding aluminum or
上記で説明した各種形状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曲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9に示す。シースヒータ3と直接接する面38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。
The shape of the surface directly contacting the
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。
For the aluminum or aluminum
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。
As another embodiment of the heater plate of the present invention, the
Next, a method for manufacturing the heater plate will be described.
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とを金属固相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。
In the
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。 In the heater plate manufacturing method of the present invention, it is desirable to clean the surface as a pretreatment. For example, in the case of an aluminum or aluminum alloy member, (1) oil removal of the surface with nitric acid, (2) washing with water, (3) caustic treatment (etching with an alkaline solution), (4) washing with water, (5) washing with nitric acid, It is preferable to wash the surface by appropriately combining steps such as (6) washing with water and (7) washing with hot water. This is because the bondability is improved by cleaning the surface before forging pressure welding.
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。
In addition, it is desirable to perform cutting, polishing, anodizing, and shot blasting as finishing after the aluminum or aluminum
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。
The forging pressure temperature when the aluminum or aluminum
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。 When natural cooling is performed after forging and the temperature reaches room temperature, stress is generated due to the shrinkage difference between the aluminum or aluminum alloy base member and the stainless steel sheath heater, but the heater plate deforms at room temperature because the proof stress of the aluminum or aluminum alloy base member is large. There is no. Further, since the strength of the stainless steel of the sheath heater is high, the sheath heater does not deform or break. When the heater plate forged at around 400 ° C. is heated to around 400 ° C., which is the operating temperature range, the state when it is forged is restored, and between the aluminum member and the stainless steel sheath material. The stress becomes extremely small, and there is no possibility that the heater plate is deformed or the sheath material is deformed or broken.
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。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。
In the manufacturing method of the
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、鍛圧圧縮時の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。
When the aluminum or aluminum
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。また、図7(b)、(d)に示すように断面方向に複数の部材に分割されている場合には、前記複数部材を組合せて鍛圧圧接させることができる。
When the bonding aluminum or
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、鍛圧圧接のみより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に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。 In this case, a plurality of joining aluminum or aluminum alloy members have a length in the heater arrangement direction in which the upper surface of the member is longer than the lower surface of the member, the end surface of the joining member has a tapered shape, and the length of the upper surface of the joining member By making the length longer than the heater embedding groove length of the base member, a plurality of members are subjected to forging pressure welding while plastically deforming while exerting pressure on each other, so that sufficient joining at the time of forging pressure welding at the boundary of the plurality of members can be ensured. Although it is desirable to perform the joining of the joining member and the base member only by forging pressure welding in order to simplify the manufacturing process, by joining the boundaries of a plurality of joining members by electron beam welding, brazing, etc. In addition, it is possible to use a plurality of joining members whose length is shorter than the groove length of the base member.
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が角度0°を超え30°以下のテーパ部を有しており、前記テーパ部を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に挿入して鍛圧圧接により金属接合させる。
In the heater plate manufacturing method of the present invention, the joining aluminum or
本発明のヒータプレート1の別の製造方法では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4の断面が略T字型又は略Y字型の形状を有しており、一方のアルミニウム又はアルミニウム合金基部材2の対向する位置には略T字型又は略Y字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4と嵌合するよう凹部又は凸部が設けられている。アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2の前記凹部又は凸部に略T字型又は略Y字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4を嵌合して鍛圧圧接することにより金属接合させる。ここで、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4は、シースヒータ3を押圧する縦棒部分31以外の位置に凸部又は凹部を設けてもよい。
In another manufacturing method of the
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。
In the method for manufacturing the
本発明のヒータプレート1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の実断面積が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材2の溝部5の断面積からシースヒータ3の断面積を除いた有効断面積より大きいのが好ましく、鍛圧圧接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との密着性を一層高めることができる。また、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を嵌合させたときに、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の側面との接触面の少なくとも一部に隙間を有するのが好ましい。これにより、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4は鍛圧圧接によってシースヒータ3に接するまで確実に挿入されることになり、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との密着性をさらに高めることができる。
In the method for manufacturing the
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。
With the above-described heater plate manufacturing method of the present invention, the adhesion between the aluminum or aluminum
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。 In the present invention, since the two aluminum or aluminum alloys are not metal-bonded by forging pressure, only the portion in which the sheath heater is embedded is forged and pressure-welded, so that deformation of the heater plate due to thermal stress can be prevented. Therefore, even if the heater plate is enlarged, according to the present invention, only the vicinity of the sheath heater is pressed and forging pressure welding is performed, so that the power of the forging press can be reduced as compared with the case where the entire plate is pressed and joined. Further, since the area of the material pressing portion of the press machine can be reduced, the press machine can be prevented from being enlarged, and further, the labor of processing can be reduced as compared with the case where the two plate members are forged and pressed.
本発明では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4がテーパ部を有している、あるい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に接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4を嵌合させたときに溝部5の側面の少なくとも一部に隙間を設けたことにより、鍛圧によって接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材4がシースヒータ3に接触する位置まで確実に挿入されるようにすることが可能となった。
In the present invention, the bonding aluminum or
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。 The forging technique is made of aluminum or an aluminum alloy. However, as in the present invention, aluminum or an aluminum alloy can be used as long as it is a material that can join the joining member and the metal base member containing the sheath heater by forging pressure welding and has high thermal conductivity. However, any metal material may be used, and a material having a large thermal expansion coefficient is more preferable in consideration of the heater life. Such materials include copper or copper alloys. A similar heater plate can be obtained using copper or a copper alloy.
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
11,12,13,14,15,16,17,18,19,20・・・接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の辺
31・・・T字型の縦棒部分
32・・・T字型の横棒部分
34・・・横棒の直下にヒータが存在しない位置の縦棒部
33、35・・・分割位置
36,37・・・Y字型の横棒部分の下辺
38・・・シースヒータとの接触面
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・・・真空チャンバー
124・・・支持部材
125・・・基板
126・・・ガス供給部
127・・・供給口
DESCRIPTION OF
Claims (16)
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てヒータプレートを製造する方法であって、
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
前記シースヒータに向かって幅が狭くなるように両側面が傾斜しており、
前記シースヒータと接する面の鍛圧圧接前の幅が前記シースヒータの幅よりも大きいことを特徴とするヒータプレートの製造方法。 The sheath heater is housed in the groove provided in the aluminum or aluminum alloy base member,
Furthermore, the aluminum or aluminum alloy member for joining is fitted into the groove,
A method of manufacturing a heater plate by metal bonding the aluminum or aluminum alloy member for bonding and the aluminum or aluminum alloy base member by forging pressure welding ,
The joining aluminum or aluminum alloy member is
Both side surfaces are inclined so that the width becomes narrower toward the sheath heater,
A method of manufacturing a heater plate , wherein a width of the surface in contact with the sheath heater before forging pressure welding is larger than a width of the sheath heater.
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の製造方法。 The joining aluminum or aluminum alloy member is
The method for manufacturing a heater plate according to claim 1, comprising a single member.
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の製造方法。 The joining aluminum or aluminum alloy member is
The method for manufacturing a heater plate according to claim 1, comprising a plurality of members in a plane direction of the aluminum or aluminum alloy base member.
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の製造方法。 The joining aluminum or aluminum alloy member is
The method for manufacturing a heater plate according to claim 1, comprising a plurality of members in a vertical direction of the aluminum or aluminum alloy base member.
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の製造方法。 The layout of the sheath heater is
Symmetric with respect to at least one of two orthogonal central axes of the aluminum or aluminum alloy base member,
5. The heater plate manufacturing method according to claim 1, wherein the heater plate is point-symmetric with respect to the center.
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の製造方法。 The aluminum or aluminum alloy base member is
It is a board | plate material, The manufacturing method of the heater plate of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
かつ前記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させたときに前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の側面と前記溝部との間の少なくとも一部に隙間を有することを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のヒータプレートの製造方法。 The cross-sectional area of the joining aluminum or aluminum alloy member before forging and pressure welding is larger than the effective cross-sectional area obtained by subtracting the cross-sectional area of the sheath heater from the cross-sectional area of the groove portion,
A gap is provided at least between a side surface of the bonding aluminum or aluminum alloy member and the groove when the bonding aluminum or aluminum alloy member is fitted into the groove. The method for manufacturing a heater plate according to any one of claims 1 to 10.
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または略正方形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13のいずれか1項に記載のヒータプレートの製造方法。 The sheath heater is
A pipe having a circular shape or a substantially rectangular or square shape with a circular cross section or a corner having a predetermined curvature;
The method for manufacturing a heater plate according to any one of claims 1 to 13, wherein the narrow strip is knitted into a pipe shape.
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