KR100617413B1

KR100617413B1 - 냉각판 및 그 제조 방법과, 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100617413B1
Application number: KR1020010082183A
Authority: KR
Inventors: 오까모또가즈따까; 도이마사유끼; 오까무라히사노리; 아오노야스히사; 가가와마나부; 히라노사또시; 아오따긴야
Original assignee: 히다찌 케이블 리미티드
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2006-08-30
Also published as: US20070163120A1; US20040194942A1; JP2002248584A; US20020153130A1; US7480992B2; TW506874B; KR20020051857A; JP3818084B2; US20060096748A1

Abstract

본 발명은 본체 내부가 냉각제의 통로가 되는 홈을 포함하고, 하나 이상의 핀이 홈 내부에 마련되고, 홈이 홈 보다 더 큰 폭을 갖는 덮개로 덮여있고, 덮개가 마찰 교반 용접에 의해 본체에 접합되고, 접합에 의해 형성된 용접 비드는 통로 외부에 있고, 그 접합에 의해 형성된 용접 비드는 본체 내에 형성된 냉각판에 관한 것이고, 냉각판의 제조 방법은 냉각제의 통로로 되는 제1 홈과 제2 홈을 구비하고 제1 홈 보다 더 큰 폭을 갖고 본체 내부의 제1 홈 상에 덮개를 수용하고 제2 홈 상에 덮개를 수용하고, 본체에 접합되고, 덮개과 본체가 견부와 핀을 갖는 회전 공구의 삽입으로 인해 마찰 교반 용접에 의해 서로 접합되는 동안, 그 접합은 접합에 의해 형성된 용접 비드가 통로에서 보이지 않도록 수행되고 스퍼터링을 위한 타겟은 냉각판에 접합되는 것을 특징으로 한다.

냉각판, 용접 비드, 스퍼터링, 마찰 교반 용접, 용융 용접, 냉각제

Description

냉각판 및 그 제조 방법과, 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법 {COOLING PLATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND SPUTTERING TARGET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도1은 본 발명에 따른 보강판의 평면도.

도2는 도1에 도시된 본 발명에 따른 보강판의 단면도.

도3은 도1에 도시된 본 발명에 따른 회전 공구의 이동를 도시한 평면도.

도4는 본 발명에 따른 마찰 교반 용접 후의 단면의 현미경 사진.

도5는 본 발명에 따른 회전 공구의 이동을 도시한 평면도.

도6은 본 발명에 따른 마찰 교반 용접 후의 단면의 현미경 사진.

도7은 본 발명에 따른 마찰 교반 용접 후의 단면의 현미경 사진.

도8은 본 발명에 따른 본체 및 덮개의 접합부에 돌출부를 제공하면서 접합이 수행되는 경우의 단면도.

도9는 본 발명에 따른 보강판의 평면도.

도10은 도9에 도시된 본 발명에 따른 보강판의 단면도.

도11은 본 발명에 따른 보강판의 평면도.

도12는 본 발명에 따른 보강판의 평면도.

도13은 도12에 도시된 본 발명에 따른 보강판의 단면도.

도14는 본 발명에 따른 보강판의 단면도.

도15는 본 발명에 따른 보강판의 평면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 본체

2 : 덮개

4 : U형 채널

6 : 회전 공구

9 : 더미

10 : 구멍

본 발명은 새로운 냉각판과 그 제조 방법, 스퍼터링 타겟과 그 제조 방법, 보강판(backing plate)과 그 제조 방법에 관한 것이다.

냉각판이 산업상으로 널리 이용되지만, 효율적인 냉각 기능이 요구된다. 일예로, 스퍼터링 장치에서, 타겟 재료 내에 발생된 효율적 방사는 얻어지게 되는 박막의 성능에 영향을 준다. 특히, 액정 제조 장치용 스퍼터링 장치의 경우에, 큰 면적을 갖는 타겟 재료가 이용되며 많은 열을 방사하게 된다. 이러한 이유로 인해, 보강판은 냉각판으로서 이용되고, 보강판은 동, 동 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 매끄러운 판 내부에 채널을 구비하고, 채널이 덮개로 덮여져 있고 덮개과 냉각판은 밀봉되도록 금속 접합되는 구성을 갖는다. 지금까지, 보강판의 본체와 덮개의 접합은 전자 비임 접합, 확산 접합, 납땜 방법등에 의해 금속 접합함으로써 수행된다. 또한, 보강판이외에, 다양한 종류의 수냉 재킷, 수냉 냉각 금형등이 히트 싱크로서 이용되고, 그 모두가 전술된 보강판과 유사한 내부 채널을 구비한 구성을 갖는다.

또한, 액정 제조 장치에 이용되는 보강판이 스퍼터링 단계에서 타겟 재료를 지지하고 효율적인 냉각 기능을 갖는 것이 필요하다. 이러한 이유로 인해, 보강판은 동, 동 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 매끄러운 판 내부에 채널을 구비하고, 채널이 덮개로 덮여져 있고 덮개과 냉각판은 밀봉되도록 금속 접합되는 구성을 갖는다. 이제 까지, 보강판의 본체와 덮개의 접합은 전자 비임 용접, 확산 접합, 납땜 방법등에 의해 금속 접합함으로써 수행된다.

보강판의 제조 방법과 관련하여, 일본 특허 공보 2000-73164호의 명세서에는 보강판이 도시되어 있으며, 냉각제 통로를 내부에 갖는 판형 냉각부는 마찰 교반 용접(friction stir welding)에 의해 판형 기부와 일체화된다.

보강판이 냉각 효율을 향상시킬 필요가 있기 때문에, 양호한 평탄도 및 매끄러움이 타겟 재료등과 접촉하는 보강판의 표면에 요구된다. 이제 까지, 보강판의 본체와 채널을 덮는 덮개의 접합은 전자 비임 용접, 레이저 용접, 확산 접합, 납땜 방법등에 의해 수행된다. 그러나, 이들 용접 방법들이 접합 후에 큰 열 변형을 가짐으로 인해 접합 후에 보정 또는 기계 가공에 의해 평평한 표면을 만드는 것이 필요하기 때문에, 품질, 정밀도, 생산성 및 비용 면에서 문제점을 갖는다.

또한, 전술된 공지된 예에서, 타겟이 냉각제 통로를 갖는 판형 냉각부 상에 마련된 판형 기부를 통해 제공되는 구성이 도시되어 있지만, 직접 냉각을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 소형 냉각 통로의 구성물을 얻을 수 없다.

본 발명의 목적은 큰 냉각 효율과 박막의 큰 면적을 갖는 냉각판과 그 제조 방법, 및 스퍼터링 타겟과 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 본체 내부가 냉각제의 통로가 되는 홈을 포함하는 냉각판을 특징으로 하고 있으며, 이러한 홈은 상기 홈 보다 더 큰 폭을 갖는 덮개로 덮혀져 있으며, 덮개는 마찰 교반 용접에 의해 본체에 접합되며, 상기 접합에 의해 형성된 용접 비드는 통로 외부에 위치된다.

또한, 본 발명은 본체 내부가 여러 개의 독립된 냉각제 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈들을 포함하는 냉각판을 특징으로 하고 있으며, 이러한 홈들은 덮개로 덮혀져 있으며, 덮개는 마찰 교반 용접에 의해 상기 본체에 접합되며, 상기 접합에 의해 형성된 용접 비드는 통로 외부에 위치된다.

더욱이, 본 발명은 본체 내부가 냉각제 통로가 되는 홈을 구비하고, 이러한 홈은 덮개로 덮혀져 있으며, 덮개는 마찰 교반 용접에 의해 상기 본체에 접합되며, 상기 접합에 의해 형성된 용접 비드의 적어도 한 단부는 접합되지 않고 상기 본체 내에 형성되는 구조물과; 본체 내부가 냉각제의 통로가 되는 홈을 구비하고, 이러한 홈은 상기 홈 보다 더 큰 직경을 갖는 덮개로 덮혀져 있으며, 덮개는 하나 이상의 핀(fin)을 갖추고 있으며, 덮개는 마찰 교반 용접에 의해 본체에 접합되며, 접합에 의해 형성된 용접 비드는 통로 외부에 위치되어진 구조물과; 본체 내에 폐쇄된 경로로 형성되며, 통로를 형성하는 부분 내에 공기 배출구가 제공되며, 접합의 용접 비드의 적어도 한 단부는 접합되지 않고 형성되는 구조물 중의 임의의 하나 또는 그 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명이 홈을 덮는 덮개를 홈 내로 끼워맞춤으로써 접합을 수행하기 때문에 접합 부분의 상호 팽창이 폐쇄 채널로서의 통로를 갖춘 홈이 형성된 본체에 생기지 않게 된다. 따라서, 양호한 접합을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 본체 자체가 단편으로 되어 있기 때문에 과도한 접합이 생기지 않게 되며, 따라서 면적에 상관 없이 또한 큰 면적에서 얻어지게 되는 소형의 얇은 형태의 냉각판을 얻을 수 있게 된다.

채널은 I형 채널, U형 채널, S형 채널, M형 채널, 둥근 채널 및 나선형 채널 중 적어도 하나이며, 그들 중 하나 이상이 이용되는 것이 바람직하다. 각각의 채널이 폐쇄 통로를 갖기 때문에, 입구와 출구는 각각의 통로에 배치된다. 따라서, 각각의 입구와 출구는 2개 이상의 채널 내에서 평행하게 연결되고, 따라서 전체 냉각판과 같이 균일한 냉각이 수행될 수 있다. 더 균일한 냉각이 수행될 수 있도록 채널을 접합하는 것이 바람직하다.

본체와 덮개가 동, 동 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄 또는 스테인레스강으로 구성되는 것이 바람직하지만, 더 큰 열 전도를 갖는 것이 더 바람직하다.

본 발명은 냉각제 통로가 되는 제1 홈, 및 제1 홈보다 더 큰 폭을 갖는 제2 홈을 가지며, 본체 내부에 상기 제1 홈상에 덮개를 수용하고 제1 홈 보다 더 큰 폭을 가지며, 제2 홈 상에 덮개를 위치시키고, 상기 본체에 접합되는 냉각판의 제조 방법에 관한 것으로서, 덮개 및 본체는 견부 및 핀을 갖는 회전 공구의 삽입으로 인해 마찰 교반 용접에 의해 함께 접합되며, 접합에 의해 형성된 용접 비드가 통로 외부에 위치되도록 접합이 수행된다. 더욱이, 전술된 접합 방법은 동 또는 알루미늄의 용융점의 온도 또는 그 이하에서 접합을 수행할 수 있다. 또한, 전술된 접합은 물, 오일 또는 불활성 가스와 같은 냉각제에서의 접합을 수행하고, 또는 전술된 냉각제를 접합부 근방에 쏟아부음으로써 덮개과 본체를 강제 냉각시킨다.

본 발명에 따른 마찰 교반 용접 방법은 실제 알루미늄 또는 동 합금 보다 더 단단한 재료로 제조된 핀과 견부를 구비한 회전 공구를 회전 및 삽입하고 그 접합 재료를 상대적으로 이동시킴으로써 회전 공구와 접합 재료 사이에 발생된 마찰 열과 플라스틱 유동을 이용하여 접합을 수행하는 방법이다. 이는 PCT 출원 평7-505090호의 명세서등의 번역문의 국내 공보에 개시되어 있다. 즉, 회전 공구와 접합 재료 간의 마찰 열에 의한 플라스틱 유동 현상이 이용되기 때문에, 전기 아크 용접 및 전자 비임 용접과 같은 종래의 용접과는 상이하며, 접합 재료를 녹인 접합(용접)을 수행하지 않는다. 또한, 마찰 교반 용접 방법은 마찰열로 접합을 수행하는 종래의 마찰 용접 방법과 같은 공작물을 회전시키는 방법과는 상이하며, 접합 재료의 융합점 아래의 접합선의 종방향으로 공작물을 연속적으로 접합할 수 있는 방법이다.

마찰 교반 용접 방법을 이용함으로써, 접합 재료의 융합점 아래의 저온에서 접합을 수행할 수 있기 때문에, 접합에 의한 변형은 종래의 용접 방법과 비교하여 적고, 따라서 고정밀도를 갖는 냉각판이 제조될 수 있다. 따라서, 접합 후에 보정 단계를 단순화하고, 보정 작업 시간을 단축함으로써 비용을 줄일 수 있게 된다.

또한, 이러한 접합 방법은 물, 오일 또는 불활성 가스와 같은 냉각제에서의 접합을 수행할 수 있고, 또는 전술된 냉각제를 접합부 근방에 부을 수 있게 된다. 이 때에, 접합부로부터 몇mm 만큼 떨어진 위치에서의 온도 상승을 억제할 수 있기 때문에, 접합 후의 열 변형을 최소로 억제할 수 있다. 따라서, 실리콘 웨이퍼와 접촉하는 매끄럽고 정밀한 표면을 제조할 수 있고 따라서 신뢰성있는 보강판의 제조가 가능하다.

즉, 본 발명은 동, 동 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되고 본체와 덮개로 구성되고, 덮개로 덮여져 있는 냉각 채널을 구비하고, 덮개가 본체에 금속 접합되는 보강판의 제조 방법이며, 보강판의 제조 방법은 덮개과 본체가 마찰 교반 용접 방법에 의해 접합되는 것을 특징으로 한다.

마찰 교반 용접 방법에 이용되는 핀과 견부로 구성된 회전 공구가 반시계 방향으로 회전할 때, 채널은 회전 공구의 이동 방향의 좌측에 있는 것이 바람직하다. 또한, 회전 공구가 시계 방향으로 회전할 때, 채널은 우측에 있는 것이 바람직하다. 회전 공구가 반시계 방향으로 회전할 때, 회전 공구의 이동 방향의 우측에서 미세한 결함이 좀처럼 발생하지 않을 수 있다. 채널이 이 때에 우측에 배치될 때, 채널의 벽면 근방에 결함이 발생하게 된다. 그러나, 채널이 좌측에 배치될 때, 본체 내부에 결함이 발생하게 되고 채널 근방에서는 결함이 발생하지 않게 된다. 물론, 회전 공구가 시계 방향으로 회전할 때, 이를 역으로 고려하는 것이 필요한 점이다.

또한, 마찰 교반 용접 방법에 이용되는 핀과 견부로 구성된 회전 공구의 중심은 핀부의 최대 반경 이상 만큼 채널로부터 떨어진 위치에 있게 될 수 있다. 따라서, 마찰 교반 용접 방법에서, 공작물은 회전 공구로부터 약 10kN의 하방 하중을 받는다. 회전 공구가 채널 위의 덮개 상에 놓여있게 되면, 구리등은 이러한 하중으로 인해 변형 및 붕괴되고, 벽의 일부가 채널 내로 나오게 되어 접합이 성공적으로 되지 못하게 된다. 또한, 대개 채널의 기하학적 형상은 약 50W ×5Dmm이며, 덮개의 두께는 5mm이다.

냉각용 채널을 덮는 덮개는 채널보다 크며, 본체와 함께 소켓 및 마개의 구성으로 된다. 덮개는 기계 가공에 의해 제조되고, 덮개를 본체 내로의 삽입을 용이하게 하기 위해 약 R3 내지 R10 (단위:mm)의 굴곡이 모서리에 제공된다. 덮개가 마찰 교반 용접에 의해 본체에 접합될 때, 그러한 곡선 모양의 접합을 수행하는 것이 필요하다. 전술된 대로, 회전 공구가 반시계 방향으로 회전할 때, 회전 공구의 이동 방향의 우측에서 결함이 좀처럼 발생하지 않을 수 있다. 즉, 그 굴곡을 통과할 때, 회전 공구의 우측에서의 결함을 제거하기 위해 우측 접합 구역을 상대적으로 줄이는 것이 필요하다. 따라서, 회전 공구가 평면 곡선(R 부분)을 통과할 때, 그 굴곡 방향은 회전 공구의 회전 방향의 반대로 될 수 있다.

일반적으로, 마찰 교반 용접에서, 회전 공구를 이동 방향의 후방으로 약간 경사진 상태로 접합이 수행된다. 보강판의 접합이 2차원 평면의 접합이기 때문에, 후퇴각이 접합 방향으로 항상 일정하게 되도록 회전 공구의 후퇴각을 제어하는 것이 필요하다. 이러한 이유로 인해, 접합 장치에서 하나의 제어축을 갖는 것이 필요하다. 그러나, 본 발명에 따라 회전 공구는 반드시 후퇴각을 가질 필요는 없다. 즉, 회전 공구가 접합 재료에 항상 수직이더라도, 양질의 접합이 가능하게 되고, 따라서 장치의 단일화가 달성될 수 있다, 또한, 후퇴각이 회전 공구에 주어지더라도, 직선과 곡선으로 되는 접합부를 단지 직선 내에서 또한 접합할 수 있게 된다. 즉, 직선부로부터 절첩되는 평면 곡선(R 부분)을 2개의 직선으로 구성된 형태로 접합하는 방법을 또한 이용할 수 있게 된다.

또한, 마찰 교반 용접에서, 회전하는 회전 공구가 공작물에 대항하여 강제로 이동하므로, 말하자면 공작물은 회전 공구로부터 큰 힘을 수용한다. 이러한 이유로, 공작물을 견고하게 고정할 필요가 있다. 보강판의 경우에, 그 기하학적 형상에 따라 본체를 고정하는 것은 비교적 쉽다. 그러나, 채널이 권취되고 복잡한 기하학적 형상을 가지기 때문에 덮개를 고정하는 것은 비교적 어렵다. 그 후에, 미리 덮개를 본체에 일시적으로 가용접할 필요가 있다. 영구 접합과 달리, 일시적인 부착부는 협소한 접합부를 갖고 열 입력이 크지 않아서, 종래의 용접 방법도 또한 충분하다. 그러나, 마찰 교반 용접을 수행하는 것이 바람직하다. 이는 다수의 공정으로 인해 비용이 증가하기 때문이다. 따라서, 먼저, 견부만으로 구성된 회전 공구는 회전 상태로 접합부 내에 삽입된다. 이때에 삽입 량을 이후에 영구적인 접합을 수행할 때의 견부 삽입 량보다 작게 할 필요가 있다.

그 후에, 회전 공구는 인출되어 이는 여러 지점에 주어진다. 이로써, 접합에 대해서는, 표면 단면만이 접합된다. 일시적인 부착 후에, 회전 공구는 교체되고 영구적인 접합이 수행된다.

본 발명은 본체 내측에 냉각수의 통로가 되는 홈을 갖고 덮개가 홈으로 접합되는 냉각판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본체와 덮개의 접합이 다른 단면보다 두꺼운 돌출부를 가지며, 견부 및 핀을 갖는 회전 공구의 삽입 및 이동으로 인해 돌출부로의 접합이 마찰 교반 용접에 의해 수행되며, 덮개 및 본체가 마찰 교반 용접에 의해 접합되는 동안에 공기 배출구가 통로를 형성하는 부분에 제공되며, 견부 및 핀을 갖는 회전 공구의 삽입 및 이동으로 인해 덮개 및 본체가 마찰 교반 용접에 의해 접합되는 동안에 접합부의 적어도 일 종단부이 접합부를 제외하고 형성되며, 견부만을 갖는 회전 공구의 삽입으로 인해 덮개 및 본체가 마찰 교반 용접에 의해 부분적으로 일시적으로 접합된 후에 전체 접합이 마찰 교반 용접에 의해 접합되는 특징을 갖는다.

본체 및 덮개의 접합부에서 다른 단면보다 두껍게 형성된 돌출부는, 이러한 오목부의 함몰 깊이를 평면 단면보다 높은 두께로 함으로써 접합 후 절삭 시 평면 단면에서의 절삭을 방지하는 데 이용되는데, 이는 접합 시 견부 및 핀을 갖는 회전 공구의 삽입에 의해 오목부가 접합부에 형성되기 때문이다.

공기 배출구는 통로가 형성된 단면에 제공되는데, 이는 접합할 때 홈 내에 덮개를 설치할 때에 그리고 회전 공구를 삽입하여 접합을 수행할 때에, 외측으로 홈 내에 공기를 방출시켜 일반적인 접합이 수행될 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 홈이 냉각판의 본체 내측에 폐쇄된 채널을 형성하므로, 홈과 동일한 평면 표면의 기하학적 형상을 갖는 덮개를 이용하는 것이 바람직하다. 따라서 그들은 서로 정확하게 일치한다. 그러므로, 공기 배출구가 요구된다.

접합부의 종단부에는 회전 공구를 위한 삽입 구멍이 형성된다. 따라서 일반적인 접합은 접합부를 제외한 냉각판 본체의 내측으로 종단부을 유도하고 이 단면에 회전 공구를 위한 삽입 구멍을 형성하여 수행될 수 있다.

종래의 전자 비임 용접 등에서, 접합 후 접합 재료의 변형이 크므로 보강판의 전방면 및 후방면은 접합 후 비틀림을 수정한 후에 연삭된다. 마찰 교반 용접에 의한 접합이 이용될 때, 접합 후의 변형이 억제될 수 있으므로 전술한 바와 같이 공정의 수는 감소될 수 있어 비용 절감이 가능하다. 그러나, 마찰 교반 용접에 의해 접합될 접합부는 접합부 내에 삽입된 회전 공구와 접합되므로, 접합부 근처에 거스러미(burr)가 발생하여서 접합부벽은 다른 단면과 비교할 때 얇게 만들어진다. 표면 평활도는 접합 후의 공정없이 완전하지 않으므로, 표면 연삭은 어떤 경우에도 필요하다. 본체와 덮개의 접합부가 부분적으로 두껍다면, 접합 후의 접합 두께를 다른 단면에 거의 상응하게 하는 것이 가능하다. 따라서, 접합 후의 표면 절삭 비용을 감소하는 것이 가능하게 되어, 제조 비용이 절감된다.

마찰 교반 용접은 접합부에 대항하여 회전 공구를 가압하고 회전 공구 및 접합부에서 발생된 마찰 열을 사용하고, 접합부 내로 회전 공구를 밀어넣고, 회전 공구의 이동 및 소성 유동의 발생을 통해 재료를 교반함으로써 고체 상태 용접을 수행한다. 여기에서 문제가 되는 것은 회전 공구를 접합부로 삽입 또는 이동시킬 때 발생되는 저항력이 약 10 kN 이상인 것이다. 이러한 이유로, 이러한 힘을 견디는 접합 재료의 구조와 접합 재료 자체의 구속력이 필요하다. 보강판의 경우에, 그의 기하학적 형상에 따라 본체에 고정하기는 것은 비교적 쉽다. 그러나, 채널이 감기고 복잡한 형상을 갖기 때문에 덮개를 고정하는 것은 비교적 어렵다.

그 다음, 덮개를 미리 본체에 일시적으로 부착할 필요가 있다. 영구 접합과 달리, 일시적인 부착은 협소한 접합부를 갖고 열 입력이 크지 않아서, 종래의 용접 방법도 또한 충분하다. 그러나, 마찰 교반 용접을 수행하는 것이 바람직하다. 이는 다수의 공정으로 인해 비용이 증가하기 때문이다. 즉, 먼저, 견부만으로 구성된 회전 공구는 본체 및 덮개 상에 마찰 교반 용접을 미리 수행하여 회전되고 있는 접합부 내에 삽입된다. 이때에 삽입양을 이후에 영구 접합을 수행하는 때의 견부의 삽입 량보다 작게 할 필요가 있다.

그 후에, 회전 공구는 인출되고 이는 여러 지점에 주어진다. 이로써, 접합에 대해서는, 표면 단면만이 접합된다. 일시적인 부착 후에, 회전 공구는 교체되고 영구 접합이 수행된다. 또한, 보강판의 본체 및 덮개의 접합부 내에서 종래의 용접에 의해 만곡부만의 접합을 수행함으로써, 마찰 교반 용접이 수행되는 단면은 직선 단면만이 된다. 이 때문에, 마찰 교반 용접 장치의 축방향 구조는 단순화되어서, 장치 비용 절감이 가능하다.

또한, 마찰 교반 용접에 대해서는, 접합의 시점 및 종점은 열 입력 및 기하학적 형상에 관해 다른 정지 상태에서와 다르다. 회전 공구가 시점에서 접합부 내에 강제 삽입되므로, 회전 공구가 수용하는 저항력은 크며, 열 입력도 또한 커진다. 시점에서의 저항력을 감소기키기 위해 회전 공구의 삽입 단면 내의 핀보다 약간 작은 구멍을 천공하는 것이 한 방법이다. 또한, 전술한 바와 같이 핀과 동일한 체적을 갖는 구멍이 종점에서 천공된다. 따라서, 이러한 문제는 별도로 마련된 모의 단면 또는 냉각 구멍으로부터 이격된 본체 내에 접합부의 시점 또는 종점을 만듬으로써 해결될 수 있다.

적용예에 따라 보강판의 다양한 치수가 있다. 예를 들면, 큰 치수의 평평한 패널 액정 디스플레이를 위한 스퍼터링 시스템용 보강판은 1 평방 미터 이상의 영역을 가진다. 이러한 경우에, 각각이 지그재그 방향으로 50 W ×5 H mm 인 4개 내지 5개의 냉각 구멍을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 큰 치수의 보강판에서는, 접합부의 길이가 길기 때문에, 하나의 회전 공구와 동시에 접합하는 하나의 위치보다는 오히려, 복수개의 회전 공구와의 접합을 동시에 수행하거나 접합부의 진행 방향으로 복수개의 회전 공구들 사이의 고정 거리를 제공하여 접합을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 회전 공구 각각을 제어하기 위한 축방향 구조는, 서로 교차하는 방향으로 이동하는 복수개의 회전 공구를 통해 접합을 수행함으로써, 단순화되므로, 접합 장치의 비용이 감소될 수 있다. 제조 후에 변형을 형성하는 가압을 수정하고 그 결과, 연삭 및 연마에 의해 대상물을 매끄럽게 마무리하는 것이 가능하므로 대상물의 어느 면이나 냉각판에 위치될 수 있지만, 대상물은 접합면에 대항하는 측에 위치될 수 있다.

지금까지, 마찰 교반 용접을 사용하여 제조된 제품은, 예를 들면 철도 차량, 배, 로켓 연료 탱크 등이다. 이러한 제품들 모두는 알루미늄으로 제조된다. 보강 판이 알루미늄 또는 구리로 제조되지만, 구리 합금은 열효율면에서 우수한 열전도성으로 인해 주류를 이룬다. 따라서, 동의 경우에는 용융점 및 강도 모두가 알루미늄보다 높으므로 마찰 교반 용접이 수행될 때 교반 단면의 온도를 약 섭씨 700도로 증가시킬 필요가 있다. 부수적으로, 알루미늄의 경우에, 용융점이 낮으며 강도도 또한 낮으므로, 온도는 단지 약 섭씨 450도에서 충분하다.

마찰 교반 용접에 의해 동 보강판을 제조할 때, 전술한 바와 같이 접합 온도가 높아지기 때문에 여러 문제가 발생한다. 이하는 재료가 동인 경우에 발생되는 문제들이다. 먼저, 문제가 되는 것은 고온 접합 온도로 인해 회전 공구 자체의 온도가 또한 고온으로 되기 때문에 회전 공구를 회전시키는 모터 및 스핀이 또한 열 전달로 인해 고온으로 되는 것이다. 회전 공구 자체가 또한 소모될지라도, 장치가 소모되는 것이 오히려 문제이다. 완전하게 접합을 수행하기 위해, 접합부의 온도를 감소시키는 것은 가능하지 않다. 따라서, 장치로 전달된 접합부 및 회전 공구의 마찰 열을 발생시키지 않기 위해 회전하는 회전 공구로 냉각수를 분무하면서 접합을 수행할 필요가 있다. 이 때문에, 스핀들로의 열 전달이 상당히 억제되어서, 장치의 긴 수명이 달성될 수 있다.

또한, 큰 보강판의 경우에는, 접합 길이가 길어지며, 가열 값도 또한 커진다. 이때에, 열이 또한 보강판을 지지하는 테이블로 전달되어서, 테이블을 구동하는 단면, 특히 주연부 이동 단면의 윤활제의 소모가 문제가 된다. 그 후에, 테이블과 같은 장치 측으로의 열 전달을 억제하기 위해, 이와 다른 히트 싱크 상의 보강판을 배치하여 접합을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 회전 공구 수명을 고려하면, 하나의 회전 공구와 함께 긴 거리에서 접합을 수행하지 않고 하나의 회전 공구로 하나의 채널을 덮는 덮개를 본체와 접합시키는 것과, 회전 공구를 교체한 후 다음 접합을 수행하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 먼저 사용된 회전 공구는 다른 회전 공구와의 접합을 수행하는 동안에 충분히 냉각되어서, 회전 공구 수명의 연장이 달성된다.

또한, 마찰 교반 용접에서는 전술된 바와 같이 접합부 근처에서 거스러미가 발생한다. 모든 접합이 완료된 후에, 절삭용 회전 공구에 접합하기 위한 회전 공구를 교체하고, 접합부에서 발생된 거스러미를 제거하는 것이 가능하다. 회전 공구가 높은 온도를 갖고 있으므로, 이러한 회전 공구의 교체는 수동으로 교환하기 보다는 오히려, 회전 공구 장착대를 마련하여 연속하여 자동으로 수행하는 것이 좋다.

따라서, 마찰 교반 용접을 사용하여 냉각판으로서 스퍼터링하기 위해 보강판을 생산함으로써 접합 후에 작은 열 변형을 갖고 우수한 품질을 갖는 보강판을 제조하는 것이 가능해진다.

본 발명은 스퍼터링하기 위한 대상물 재료가 냉각판으로서의 기능을 하는 보강판 상에 접합되는 냉각판 제조 방법이며, 냉각판 제조 방법은 냉각판이 전술된 냉각판 제조 방법으로 제조되는 특징을 갖는다.

본 발명의 양호한 실시예

(실시예1)

도1은 5% 이하의 지르코늄 또는 크롬을 포함하는 구리 합금 또는 무산소 구리로 만들어진 냉각판으로서 보강판의 개략 정면도이다. 보강판은 본체(1) 및 덮개(2)로 구성된다. U-채널(4)은 본체 내에 제공되고, 덮개(2)는 채널(4)을 덮으며, 덮개(2) 및 채널(4)은 U 형상의 크기에서 서로 다르지만 동일한 평면과 지그재그 형상을 갖는다. 다르게는, I 형 및 S 형 채널 등이 바람직하다. 또한, R 부분(3)은 덮개(2)가 본체(1)에 용이하게 삽입되게 만들기 위하여 덮개(2)의 각 코너 단면 내에 제공된다. 덮개(2)는 본체(1)의 계단부를 갖고 수용되어지는 구조이고, 마찰 교반 용접시에 회전 공구(6)의 힘을 수용할 수 있다.

본체(1)의 크기는 1500L x 1200W x 15D mm이다. 도1의 경우에서는 냉각을 위한 5개의 채널(4)이 있다. 만일 유사하게 1300L x 900W x 15D mm이면, 4개의 U 채널(4)이 제공된다. 이 실시예에서는 1 미터 길이마다 3개의 채널(4)이 있다. 각각의 채널(4)은 독립된 폐쇄 경로를 갖고, 냉각수의 입구 및 출구는 각기 각 채널(4)의 양 단부 내에 제공되며, 접합후 사용된다. I 형 및 S 형 채널은 U 형 채널과 동일하다. 공기 배출구가 덮개(2, 도시 생략)의 종단부 내에 제공된다. 덮개(2)의 설치 및 접합은 공기 배출구를 제공함으로써 용이해진다.

특히, 본 실시예에서는, 접합이 홈을 덮는 덮개(2)를 본체(1)의 홈 내에 맞춤으로서 수행되고 폐쇄 채널(4)로서 경로를 갖춘 홈이 형성되기 때문에, 정합 단면의 상호 확장이 없다. 그러므로, 양호한 접합이 얻어질 수 있을 뿐만 아니라 본체(1) 자체가 하나의 편으로 되기 때문에 과도한 접합이 없고, 소형의 얇은 형상을 가진 냉각판이 얻어지고, 또한 영역을 개의치 않고 큰 영역 내에 얻어진다.

도2는 보강판의 채널에 인접한 단면도이다. 단면이 사각형인 채널(4)이 되는 제1 홈은 기계 가공에 의해 본체(1) 내부에 제공되고, 계단부를 갖고 채널(4) 보다 큰 단면 공간을 갖는 제2 홈은 제1 홈 상에 형성되며, 덮개(2)는 제2 홈의 일부에 맞추어진다. 이때, 본체(1) 및 덮개(2)는 소켓 및 마개 구조를 갖고, 오버랩핑 폭(5)은 약 2.5 mm 이다. 또한, 채널(3)의 폭과 높이는 각기 약 50 mm 및 5 mm 이고, 또한, 덮개(2)의 높이는 5 mm 이다. 그러므로, 덮개(2)가 본체(1) 내에 맞추어질 때, 양자 모두는 동일한 높이가 된다. 이 형상 또는 크기는 보강판의 종류에 따라 변하기 때문에, 본체(1)의 평면 형상도 이러한 방식으로 정사각형 형상 이외에 둥근 형상을 갖는다. 그러므로, 접합부의 관통 비드(bead)는 채널(6) 내로 가지 않고, 따라서 보통의 접합부가 얻어진다. 만곡부가 접합후 이 보강판의 접합측 내에 생기게되므로, 만곡부는 I 형 에지를 갖는 펀치로 압박 형성에 의해 교정되고, 그후 절단 및 그라인딩이 수행된다.

다음으로, 마찰 교반 용접의 실시예가 기술되어질 것이다. 마찰 교반 용접에서, 회전 공구(6)는 견부 부분(7)으로 구성되고 핀 부분(8)은 회전되면서 접합 재료 내에 삽입된다. 이어서, 회전 공구(6)는 접합을 수행하도록 접합선을 따라 이동된다. 이 실시예에서, 견부 부분(7)의 직경은 15 mm 이고, 핀 부분(8)의 최대 직경은 8 mm 이며, 회전 공구(6)의 회전 방향은 반시계 방향이었다. 또한, 회전 공구(6)가 이동 방향에 대향하는 방향으로 3도로 경사진 경우와 회전 공구(6)가 경사지지 않은 경우에 있어서, 전자 및 후자에 대할 실험이 회전 속도 1300 rpm 또는 1500 rpm, 접합 속도 270 mm/min 또는 300 mm/min 및 채널(4)에 대향하는 방향으로 접합부로부터 회전 공구(6) 중심선의 3.0 mm 또는 1.5 mm로 경사진 이동(3.0 mm 또는 1.5 mm 오프셋) 상태에서 수행되었다.

즉, 도3에 도시된 바와 같이, 접합은 채널이 항상 좌측편에 위치하도록 접합선을 따라 회전 공구(6)의 이동에 의해 수행된다. 또한, 구멍(10)이 마찰 교반 용접의 경우 접합 단부에 만들어지기 때문에, 더미(9)가 그들이 종단부에 있도록 제공된다. 여기에서 중요한 것은 회전 공구(6)의 회전 방향, 채널 및 회전 공구(6)의 이동 방향 사이의 관계이며, 따라서, 왼편 모두를 오른편 모두로 바꾸거나 그 반대로 하는 것이 만족된다.

도4는 용접 비드의 단면의 현미경 사진이다. 회전 공구(6)가 접합된 재료 내에 약간 삽입되기 때문에, 비록 용접 비드가 결정을 가지고 있지 않더라도, 접합은 다른 부분과 비교하여 약간 낮게 된다. 그러나, 위에서 설명된 바와 같이, 보강판의 표면은 부드러울 필요가 있고, 오목부는 표면의 기계 가공을 수행하기 때문에 만족된다. 또한, 비록 외부로 나온 용접 비드의 오목부와 동일한 부분이 거스러미가 될지라도, 이는 동일한 이유 때문에 만족된다. 그러나, 이 때의 기계 가공량은 종래의 용접 방법과 비교하여 4분의 1 이하인 때에 기계 가공된 양이다. 이는 마찰 교반 용접에 의해 접합부의 열 왜곡이 전자 비임 용접의 경우의 것에 10분의 1로 작기 때문에 접합하고 부드럽게 한 후 만곡부를 교정하기 위해 절단하는 단계가 날카롭게 짧아지기 때문이다. 또한, 용접 비드는 도4에 도시된 바와 같이 하부 좌측 채널(4)의 외부에 형성되기 때문에 보통의 접합이 채널(4) 내에 접합 시에 용접 비드를 엎지르는 것 없이 얻어진다는 것은 명백하다. 접합이 수행되어 오목부는 견부(7)를 가압함으로써 만들어질 수도 있다. 또한, 회전 공구의 시작 및 정지 각각은 접합부로부터 떨어진 위치에서 수행된다.

[표 1]

접합 방법	시험 횟수(값)	결함 분율(%)
마찰 교반 용접	126	0
전자 비임 용접	60	5

표1은 이 방법에 의해 채널(4)의 헬륨 누출 시험의 결과를 나타낸다. 누출 시험은 1 x 10^-7 Pa로 수행되고, 전류 방법을 위한 재료, 즉, 전자 비임 재료는 비교 재료로서 사용되었다. 비록 마찰 교반 용접의 경우에, 미소 결점이 회전 공구(6)가 2도(2 degree)로 경사진 경우 및 경사지지 않은 경우에 0% 이고 모두 만족되었을지라도, 전자 비임 용접의 경우에 결함 분율은 5%로 높았다. 이 경우에, 누출 단면이 다시 수리되어야 하기 때문에 수리 비용을 고려하면, 마찰 교반 용접의 비용상 장점은 매우 크다.

스퍼터링을 위한 대상물은 납땜, 마찰 교반 용접 및 전자 비임 용접 중 하나에 의해 만들어질 수 있고, 덮개(2)의 접합 측면 또는 그 반대 측면에 위치될 수 있으나, 접합 측면에 대상물을 위치시키는 것이 바람직하다.

(실시예2)

이 실시예는 도1에 도시된 것과 유사한 보강판의 접합에 관한 것으로, 구체적으로는, R 부분(3)에 관한 접합예가 설명된다. 회전 공구의 회전 속도, 접합 속도 및 회전 공구 형상은 제1 실시예의 것과 동일하다. 도5에 도시된 바와 같이, 위치 "a"에 회전 공구(6)를 먼저 삽입한 후, 접합은 위에서 설명된 조건하에서 a →b →c →d의 경로로 수행되고, 종단부(10)는 더미(9)가 되도록 만들어진다. 다음으로, 다시 위치 "a"에 회전 공구(6)를 삽입한 후, 접합은 a →e →f →d의 경로로 수행되고, 종단부(10)가 유사하게 처리된다. 이 때에 중요한 것은 회전 공구(6)가 항상 R 부분(3)의 오른편으로 회전한다는 것이다. 회전 공구의 회전 방향이 이에 반대로 시계방향이면, 필요한 것은 회전 공구가 항상 왼편으로 회전하도록 접합이 수행되는 것 만이다. 비록 결점이 어떤 경우에도 접합부 내에 생기지 않더라도, 회전 공구의 회전 방향 및 선회 방향이 드문 경우에 위와 반대로 되면, 도6에 도시된 바와 같은 미소한 결점이 R 부분 내에 생길 수도 있다. 그러나, 이 정도의 크기를 갖는 결점은 누출 방지 특성에 나쁜 영향을 주지 않기 때문에, 이는 만족스럽다. 또한, 이 실시예에서, 다른 구조 및 접합 방법은 위에서 설명된 예의 것들과 동일하다.

접합에 관하여, 본 실시예에서는 R단면(3)이 존재하더라도 이 단면을 직선으로 형성하는 것이 가능하다. 더욱이, 상기 용접 비드를 채널(4) 외부로 누출시키지 않으면서 도6에 도시된 것처럼 하부 좌측 채널(4)의 외측에 형성되고, 또한 그 천공 비드가 본체에 존재한다. 따라서, 정상적인 접합이 달성될 수 있음이 명백하다.

(실시예3)

본 실시예에서는 도2에 도시된 중첩 폭(5)과 회전 공구(6)의 중심선의 접합 경사와 채널(4)의 대향 방향으로 이격된 거리(오프셋)를 조사한다. 상기 회전 공구의 기하학적 특성은 제1 및 제2 실시예에서와 동일하게 사용된다. 또한, 접합 상태도 동일하다.

[표 2]

중첩폭 W (mm))	오프셋 x (mm)	W+ x(mm)	핀의 최대 반경 r (mm)	접합 상태
2.5	0	2.5	4.0	붕괴
2.5	1	3.5	4.0	붕괴
2.5	1.5	4.0	4.0	양호
1	0	1.0	4.0	붕괴
2	0	2.0	4.0	붕괴
3	0	3.0	4.0	붕괴
4	0	4.0	4.0	양호

표2에 도시된 것처럼, 정상적인 접합을 달성하기 위해, w + x ≥r이 바람직하다. 즉, 용접 비드는 상기 채널의 외측에 형성될 필요가 있다. 또한, 상기 샘플이 성공적으로 접합되지 않는 이유는 회전 공구로부터 수납된 로드에 의해 상기 덮개가 붕괴되기 때문이다.

(실시예4)

본 실시예에서, 상기 덮개의 일시적 부착이 조사되었다. 일시적 부착 단면의 단면의 초미세 사진이 도7에 도시된다. 상기 일시적 부착은 핀 부분을 갖지 않고 13 ㎜의 직경의 견부를 갖는 회전 공구를 덮개당 12 개의 일시적 부착물의 비율로 1500 rpm의 회전속도의 회전 공구를 사용하여 미리 형성된다. 도7에 도시된 것처럼, 일시적 부착 단면은 약 2 ㎜의 깊이에서 접합된다. 이후, 영구 접합은 제1 실시예에서와 동일한 상태에서 수행된다. 계속하여, 상기 덮개는 일시적 부착물에 의해 견고하게 접합되어 상기 영구 접합은 충분한 정밀도로 수행된다. 따라서, 마찰식 교반 용접에서 접합 재료의 견고한 고정이 중요하고 일시적인 부착은 다른 방법을 사용하지 않고 확실하고 용이하게 수행될 수 있다는 것을 알 수 있다.

(실시예5)

본 실시예는 국부적으로 두꺼운 구조물을 갖춘 돌출부가 본체 및 덮개의 접합부 인근에 존재하는 경우이다. 도8은 상기 실시예에 따라 접합부 인근의 확대 단면도이다. 상기 본체 및 덮개(2)의 상기 설명한 두께는 국부적으로 두껍고 다른 치수 등은 제1 실시예와 다르다. 여기서, 두꺼운 돌출부(11, 12)의 폭은 상기 설명한 회전 공구(6)의 견부(7)의 직경과 동일하거나 또는 이보다 약간 크다. 또한, 두꺼운 돌출부(11, 12)는 다른 부분들 보다 0.3 내지 2 ㎜ 정도 높다. 접합된 후, 접합 높이는 제1 실시예에서와 같이 하강되지 않으므로 이후 표면 절결 단계를 간단하게 할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 다른 구조물 및 접합 방법은 상기 설명된 것과 동일하다.

(실시예6)

도9는 채널이 I형 구조물을 갖는 보강판의 평면도이다. 또한, 도10은 상기 채널의 인근의 단면도이다. 본체(1) 및 덮개(2)는 무산소 구리(oxygen free copper)로 제조된다. 본체(1)의 치수는 1200 L x 900 W x 15 D ㎜이고, 5개 채널(4)의 치수는 각각 40 W x 5 H ㎜이다. 또한, R 부분(3)에서 R = 3 ㎜이고, 중첩 폭(5)은 5 ㎜이다. 또한, 접합 상태 즉, 회전 공구의 기하학적 특성, 회전 속도 및 접합 속도는 제1 실시예에서와 동일하고 0으로 오프셋된다. 또한, 회전 공구(6)는 이동 방향의 대향 방향으로 2도로 경사진다. 또한, 본 실시예에서 다른 구조물 및 접합 방법은 상기 설명한 것과 동일하다.

본 실시예에서, 상기 설명한 채널(4)을 기밀하게 하기 위해, 덮개(2)의 접합부는 두 개의 회전 공구(6)를 사용하여 접합된다. 우선, 덮개(2)는 견부만으로 구성된 회전 공구들 각각으로 본체(1)에 일시적으로 부착된다. 이후, 덮개(2) 및 본체(1)는 두 개의 회전 공구(6)를 사용함으로써 접합 라인 a-a' 및 b-b'를 따라 접합된다. 접합 라인 a-a' 및 b-b'의 거리는 협소 즉, 50 ㎜이므로, 두 개의 회전 공구(6)는 상호 간섭하지 않도록 갭(L)을 유지한다. 이때, L은 200 ㎜이다. 이후, 접합은 c-c', d-d', e-e' 및 f-f'를 따라 하나씩 수행된다. 이후, 접합은 접합 라인 a-j 및 a'-j'을 따라 동시에 수행된다. 이때, R단면(3) 내의 R = 3 ㎜이고, 핀의 직경은 8 ㎜이고, R단면(3)은 수로 수직인 두 개의 접합 라인을 따라 접합된다. 따라서, 상기 설명한 접합은 선형 접합으로만 수행될 수 있어 상기 설명한 접합 장치의 구조를 간단하게 하고, 상기 장치의 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 더미(9)는 접합 시의 접합점과 종결점 모두에서 사용되고, 접합이 완전해 진후 절결된다.

삭제

또한, 본 실시예에서 두 개의 회전 공구가 동시에 접합을 수행하는 데 사용되기 때문에, 회전 공구 및 접합부 내에서 발생된 마찰열은 크다. 이러한 이유로, 접합부, 전체적인 보강판 및 채널의 인근에 냉각수를 유동시킴으로써 접합이 시도된다. 비록, 접합 상태가 냉각수가 제공되지 않은 경우와 거의 동등하더라도, 회전 공구의 회전 속도는 2000 rpm이다. 이것에 의해, 접합부로부터 4 ㎜로 분리된 본체(1) 일부의 표면 온도는 냉각수가 공급되지 않는 경우에서의 접합 후 열 변형의 절반인 100 ℃ 또는 그 이하이다. 따라서, 접합 후 변형의 정정은 불필요하다. 또한, 접합부의 온도는 약 700 ℃이고, 그 부분에서 물은 끓지만, 접합부 내로의 습기의 침투는 없으므로 결함이 발생하거나 기계적 특성의 악화는 없다.

(실시예7)

도11은 역 S형상 채널(4)을 갖는 보강판의 평면도이다. 본체(1) 및 덮개(2)는 무산소 구리로 제조된다. 채널(4) 및 덮개(2)의 평면 형상이 도일하더라도 치수들은 다소 상이하다. 덮개(2)는 통합되었다. 본체(1)의 치수는 1200 L x 900 W x 15 D ㎜이고, 두 개 또는 네 개의 채널(4)의 치수는 각각 40 W x 5 H이다. 또한, R 부분(3)에서, R = 15 ㎜이고 중첩 폭(5)은 5 ㎜이다. 또한, 접합 상태 즉, 회전 공구의 기하학적 특성, 회전 속도 및 접합 속도는 제1 실시예와 동일하고, 0으로 오프셋된다. 또한, 회전 공구(6)는 이동 방향에 대향인 방향으로 2도(degree) 기울어진다. 본 실시예에서, TIG 용접은 R 부분을 일시적으로 접합하기 위해 사용된다. 우선, 덮개(2)는 본체(1)에 끼워지고, 도11에 두꺼운 라인으로 도시된 단면(TIG 단면)은 TIG 용접에 의해 접합된다. 이후, 접합되는 접합부의 마찰식 교반 용접은 회전 공구(6)를 사용함으로써 수행된다. 이때, 회전 공구의 궤적은 수직 방향으로만 되기 때문에, 예로써, 접합 장치는 본 명세서 상에서 수직방향으로만 조절됨으로써 간단하게 된다. 따라서, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

(실시예8)

도12는 보강판의 개략도이다. 본체(1) 및 덮개(2)는 무산소 구리로 제조된다. 또한, 도13은 도12의 접합부의 부근의 단면도이다. 본체(1)의 형상, 접합 조건 등은 제7 실시예와 동일한다. 더욱이, 덮개(2)는 종단부에서 공기 배출구를 갖고, U형으로 통합되어 있다. 이 실시예에서, 회전 공구(6)의 수명 연장이 검사되었다. 본체(1)은 냉매가 내측으로 순환하는 채널을 갖춘 히트 싱크(14) 상에 고정된다. 또한, 회전 공구(6) 부근에, 회전 공구(6) 상에 냉각 기체(16)를 분무하여 회전 공구(6)를 냉각시키는 냉각 시스템(15)이 있다. 회전 공구(6)의 표면 온도는 접합 동안에 약 400 ℃까지 증가한다는 것이 발견되었다. 만일 회전 공구(6)를 회전시키는 모터 또는 스핀들이 이러한 고온에 노출된다면, 고장을 일으킨다. 5 kW의 출력을 갖춘 모터가 사용된다면 스핀들의 온도는 회전 공구(6)로부터의 열 전달에 의해서 상승하고, 냉각 시스템(15)이 없을 때 안전 장치는 종종 작동하여 모터를 정지시킨다.

공기 외에 불활성 기체는 냉각 기체(16)로 또한 충분하고 유동률은 10 L/min 이다. 회전 공구(6)의 표면 온도가 냉각 시스템(15)의 사용으로 약 150℃ 로 되기 때문에 회전 공구의 파손을 방지하는 것이 가능해졌다. 또한, 만일 습기 등이 보강판에 대한 제조 후에 채널(4) 내에 잔류한다면 습기가 연속 이송 등의 시기에 제품으로 사용된 표면에 부착되기 때문에 표면 오염이 발생할 수 있다. 따라서, 수중 마찰 교반 용접이 적절하지 않은 경우가 있다. 이 경우, 이와 다른 히트 싱크(14)가 뒤틀림 감소를 위한 방법으로 사용된다. 20℃의 냉매가 항상 히트 싱크(14) 내를 순환하기 때문에 수중 마찰 교반 용접에 의한 것과 유사한 마찰 교반 용접에 의한 열 뒤틀림을 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 모든 접합은 이 실시예에서 NC 제어에 의해 수행된다. 접합은 채널 당 하나의 회전 공구를 사용하여 수행된다.

도12의 좌측 덮개의 접합 순서는 다음과 같다. 회전 공구는 먼저 더미(9) 내에 회전 공구(6)를 삽입한 후에 전술된 접합 조건 하에서 d →f →e →a →b →c→d 의 순서로 먼저 이동되고 종단부(10)는 더미(9) 상에 고정된다. 이러한 회전 공구(6)의 추적은 도시되지 않은 NC 제어기에 의해서 수행된다. 다음으로, 회전 공구는 공구 매가진(17) 내에 보유된 회전 공구(6)로 교환된다. 그런 후, 다음 덮개가 접합된다. 회전 공구는 매 덮개마다 회전 공구를 바꾸어 접합을 수행한 후 회전 공구 매가진(17) 내부에서 냉각되기 때문에 회전 공구의 부하는 감소된다. 모든 덮개의 접합의 완료의 상태에서, 다음으로 회전 공구는 공구 매가진(17) 내에서 절삭을 위한 공구(18)로 교환되고, 보강판의 가공된 면은 평탄하게 된다. 이러한 일련의 공정은 순서를 프로그램밍함에 의해서 완전히 자동화된다.

종래의 제조 방법은 다음과 같은 복잡한 단계를 갖는다.

(1) 보강판의 세척하는 단계(이는 계속되는 전자 비임 용접에서 진공으로 접합을 수행하기 위해서 오염물을 제거하는 것이 필요하기 때문이다),

(2) 전자 비임 용접을 위한 지그에 보강판을 정착하는 단계와,

(3) 진공 펌핑 단계와,

(4) 전자 비임 용접 단계와,

(5) 진공 누설 시험 및 지그로부터 제거 단계와,

(6) 열 뒤틀림의 제거를 위한 열처리 단계와,

(7) 절삭에 의한 평탄화 단계.

본 발명과 같은 방법에 따르면, 오직 하나의 장치에 의해서 공구를 교환함으로써 이들과 같은 일련의 공정을 수행하는 것이 가능하고, 또한 열 뒤틀림을 제거하기 위해 열처리를 수행하는 것이 불필요하다. 따라서, 용접이 기계 가공의 직접 적인 연장인 기계 가공 공정이기 때문에 생산성은 높고 제조 비용의 급격한 감소가 실행될 수 있다.

(실시예9)

도14는 보강판 및 덮개의 단면도이고 덮개의 형상은 보강판의 것과 동일하다. 본체(1) 및 덮개(2)는 무산소 구리로 제조된다. 본체(1)의 두께는 10 mm 이고, 채널(4)은 30 mm의 폭과 5mm 의 높이와 15 mm의 공간을 갖는다. 또한, 덮개(2)는 하나 이상인 채널들을 모두 덮고 접합은 덮개(2)와 본체(1)의 중첩 접합에 의해 수행된다. 채널의 형상은 전술된 실시예의 것과 동일하고 폐쇄 경로를 갖춘 채널이 사용된다. 따라서, 하나의 공기 배출구가 각 채널의 에지 내에 제공된다. 회전 공구의 형상에 대해, 견부 부분(7)의 직경은 14 mm이고, 핀 부분(8)의 최대 직경은 8 mm이고 길이는 7 mm 이다. 회전 속도 및 접합 속도는 제1 실시예와 동일하고, 인접 채널의 중간 단면은 접합된다. 또한, 회전 공구(6)는 이동 방향에 대향되는 방향으로 2 도로 경사져 있다.

이 실시예에서, 비록 접합 형태가 맞대기 접합(butt joint)이 아니라 중첩 접합이지만, 어떠한 결점도 접합 부분에서 발생하지 않았고 접합 시에 열 뒤틀림도 또한 작기에 따라서 이는 제작가능하다. 따라서, 보강판은 접합 형상에 관계없이 이 공정에 따라 제작될 수 있다. 이 실시예에서 보강판의 경계부와 채널들 사이의 모든 공간은 채널의 평면적인 표면 형상에 따라 접합된다. 더미를 사용한 접합은 유사하게 수행될 수 있다. 전술한 것 뿐만 아니라 프레스 가공, 그라인딩 및 연삭이 수행될 수 있다.

(실시예10)

도15는 채널(4)이 장형 보강판 내에 타원형 M형으로 형성된 때의 평면도이다. 본체(1) 및 덮개(2)는 무산소 구리로 제작된다. 본체(1)의 치수는 2000 L ×300 W ×15 D mm 이고, 채널(4)은 30 mm 의 폭, 5 mm의 높이 및 15 mm의 공간을 갖는다. 또한, 덮개(2)는 채널과 동일한 평면적인 표면 형상을 갖고, 덮개(2)의 길이 및 폭은 채널(4) 보다 약간 크며, 이의 단면은 제1 실시예의 것과 동일한다. 덮개(2) 및 본체(1)의 접합은 맞대기 접합이다. 채널의 형상은 전술한 실시예에서와 동일하고 폐쇄된 경로를 갖춘 채널이 사용된다. 더욱이, 하나의 공기 배출구가 채널의 에지에 제공된다. 회전 공구의 형상은, 견부 부분(7)의 직경은 14 mm이고, 핀 부분(8)의 최대 직경은 8 mm이고 길이는 7 mm이다. 회전 속도 및 접합 속도는 제1 실시예에서와 동일하고, 인접 채널의 중간 단면은 접합된다. 또한, 회전 공구(6)는 이동 방향에 대향되는 방향으로 2 도로 경사져 있다.

이 실시예에서, 접합 형태는 상술된 맞대기 접합과 동일하고, 어떠한 결점도 접합 부분에 발생되지 않았고, 접합 시의 열 뒤틀림도 또한 작기 때문에, 이는 제작가능하다. 용접 비드의 종단부은 접합부를 제외하고 제공된다. 또한, 더미를 사용한 접합은 전술된 바와 유사하게 수행될 수 있다. 전술한 것 뿐만 아니라 프레스 가공, 그라인딩 및 연삭이 수행될 수 있다.

본 발명에 따라, 마찰 교반 용접에 의해 일반적인 접합부를 갖는 냉각판을 얻는 것이 가능하다. 결과적으로, 높은 냉각 효율과, 낮은 열 뒤틀림, 얇은 형상, 큰 영역의 형상 및 양호한 품질을 갖춘 보강판을 얻을 수 있다.

Claims

평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제1 홈이 상기 제2 홈에 적재되어 끼워 맞추어진 상기 덮개(2)로 덮여 있고, 상기 덮개(2)가 상기 본체(1)에 마찰 교반 용접에 의해 접합되어 있고, 상기 접합에 의해 형성된 용접 비드가 상기 통로의 외측에 있는 것을 특징으로 하는 냉각판.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제1 홈이 상기 제2 홈에 적재되어 끼워 맞추어진 상기 덮개(2)로 덮여 있고, 상기 덮개(2)가 상기 본체(1)에 마찰 교반 용접에 의해 접합되어 있고, 상기 접합에 의해 형성된 용접 비드 중 적어도 종단부가 접합부 이외인 것이 상기 본체 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각판.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제1 홈이 상기 제2 홈에 적재되어 끼워 맞추어진 상기 덮개(2)로 덮여 있고, 상기 덮개(2)가 상기 본체(1)에 마찰 교반 용접과 용융 용접에 의해 접합되어 있고, 상기 접합에 의해 형성된 용접 비드가 상기 통로의 외측에 있는 것을 특징으로 하는 냉각판.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제1 홈이 상기 제2 홈에 적재되어 끼워 맞추어진 상기 덮개(2)로 덮여 있고, 상기 덮개가 상기 본체에 마찰 교반 용접에 의해 접합되어 있고, 상기 통로를 형성하는 부분에 공기 배출구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각판.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제1 홈이 상기 제2 홈에 적재되어 끼워 맞추어진 상기 덮개(2)로 덮여 있고, 상기 덮개가 상기 본체에 마찰 교반 용접에 의해 접합되어 있고, 견부(7) 및 핀(8)을 갖는 회전 공구(6)의 삽입에 의한 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 동시에, 상기 접합의 용접 비드 중 적어도 종단부가 상기 접합부 이외인 것을 특징으로 하는 냉각판.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 U자형 홈(4)을 1 m당 2개 이상 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제1 홈이 상기 제2 홈에 적재되어 끼워 맞추어진 상기 덮개로 덮여 있고, 상기 덮개가 상기 본체에 마찰 교반 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각판.
긴 평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 세로로 길고 폐쇄된 경로의 M자형 홈(4)을 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제1 홈이 상기 제2 홈에 적재되어 끼워 맞추어진 상기 덮개(2)로 덮여 있고, 상기 덮개가 상기 본체에 마찰 교반 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각판.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 냉각판 상에 스퍼터링용 타겟 재료가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제2 홈에 상기 덮개를 적재하여 끼워 맞추고, 상기 본체에 접합하는 냉각판의 제조 방법이며,

상기 덮개와 본체를 견부(7) 및 핀(8)을 갖는 회전 공구(6)의 삽입에 의한 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 동시에, 상기 접합에 의해 형성된 용접 비드를 상기 통로의 외측이 되도록 상기 접합을 행하는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제2 홈에 상기 덮개를 적재하여 끼워 맞추고, 상기 본체에 접합하는 냉각판의 제조 방법이며,

상기 덮개와 본체를 견부(7) 및 핀(8)을 갖는 회전 공구(6)의 삽입에 의한 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 동시에, 상기 회전 공구를 좌회전할 때 상기 홈을 접합의 진행 방향에 대해 좌측으로 하고, 상기 회전 공구를 우회전할 때 상기 홈을 접합의 진행 방향에 대해 우측으로 하는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제2 홈에 상기 덮개를 적재하여 끼워 맞추고, 상기 본체에 접합하는 냉각판의 제조 방법이며,

상기 덮개와 본체를 견부(7) 및 핀(8)을 갖는 회전 공구(6)의 삽입에 의한 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 동시에, 상기 회전 공구의 중심을 상기 홈의 단부로부터 상기 핀의 반경 이상 이격된 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제2 홈에 상기 덮개를 적재하여 끼워 맞추고, 상기 본체에 접합하는 냉각판의 제조 방법이며,

상기 덮개와 본체를 견부(7) 및 핀(8)을 갖는 회전 공구(6)의 삽입에 의한 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 동시에, 상기 회전 공구의 접합 방향이 곡선부를 통과할 때, 상기 회전 공구의 구부러지는 접합 방향은 상기 회전 공구의 회전 방향과 역방향인 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제2 홈에 상기 덮개를 적재하여 끼워 맞추고, 상기 본체에 접합하는 냉각판의 제조 방법이며,

상기 덮개와 본체를 견부(7) 및 핀(8)을 갖는 회전 공구(6)의 삽입에 의한 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 동시에, 상기 접합의 접힘이 되는 접합을 2개의 직선으로의 접합으로 하는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제2 홈에 상기 덮개를 적재하여 끼워 맞추고, 상기 본체에 접합하는 냉각판의 제조 방법이며,

상기 본체 및 덮개의 접합부에 다른 부분보다 두꺼운 돌출부(11, 12)를 갖고, 상기 돌출부에 견부(7) 및 핀(8)을 갖는 회전 공구(6)의 삽입과 이동에 의한 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제2 홈에 상기 덮개를 적재하여 끼워 맞추고, 상기 본체에 접합하는 냉각판의 제조 방법이며,

상기 덮개와 본체를 견부(7) 및 핀(8)을 갖는 회전 공구(6)의 삽입에 의한 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 동시에, 상기 통로를 형성하는 부분에 공기 배출구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
평판형의 본체(1) 내부에 평판형이고 복수개의 각각 독립된 냉매의 통로가 되는 폐쇄된 경로의 홈(4)을 복수개 갖고, 상기 홈이 상기 냉매의 통로가 되는 제1 홈과, 상기 제1 홈보다 폭이 크고 상기 제1 홈을 덮는 덮개(2)를 적재하기 위한 제2 홈을 갖고, 상기 제2 홈에 상기 덮개를 적재하여 끼워 맞추고, 상기 본체에 접합하는 냉각판의 제조 방법이며,

상기 덮개와 본체를 견부(7) 및 핀(8)을 갖는 회전 공구(6)의 삽입에 의한 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 동시에, 상기 접합 중 적어도 종단부(10)를 상기 접합 이외에 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체(1)와 덮개(2)를 미리 견부(7)만을 갖는 회전 공구의 삽입에 의한 마찰 교반 용접에 의해 부분적으로 가접합한 후, 계속해서 접합부 전체를 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체(1)와 덮개(2)를 미리 용융 용접 또는 마찰 교반 용접에 의해 부분적으로 가접합한 후, 계속해서 접합부 전체를 마찰 교반 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 물, 오일 및 불활성 가스 중 어느 하나의 냉각제 중, 또는 접합부 및 냉각 회전 공구 내를 상기 냉각제에 의해 강제적으로 냉각하면서 접합하는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체와 덮개의 접합부의 상기 핀(8)의 삽입측에 돌출부(11, 12)를 갖는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접합부의 용접 비드부의 표면이 상기 견부(7)의 압박에 의해 오목하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각판의 제조 방법.
냉각판 상에 스퍼터링용 타겟 재료를 접합하는 스퍼터링 타겟의 제조 방법에 있어서,

상기 냉각판을 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
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