KR100863465B1 - 써셉터 제조방법 및 이를 이용한 써셉터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히터의 매설과 함께 써셉터 바디와 커버를 접합하는 써셉터 제조방법에 관한 것으로서, 적어도 하나 이상의 돌부가 구비된 써셉터 커버를 형성하는 단계, 돌부와 대응되는 홈부를 포함하는 써셉터 바디를 형성하는 단계; 및 써셉터 커버와 써셉터 바디가 단조 결합되고, 단조 결합시 돌부 및 홈부의 어느 하나가 소성변형에 의해 정합되는 단계를 포함하며, 삽입 방향으로 돌부 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 일부 단면적이 서로 다른 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 써셉터 제조방법을 제공하게 되면, 단조시 과도한 압력을 요구하지 않으며, 소성변형에 의한 정합으로 써셉터 커버와 바디의 접합면에 균열이나 보이드가 형성되어 열전달이 저하되는 문제점을 상당부분 해결할 수 있게 될 뿐만 아니라, 커버와 홈부의 접합면에 합금층을 용이하게 형성할 수 있는 방법을 제공하여, 산화에 의한 부식을 방지하여 열전달에 있어서 고효율 및 양질의 써셉터를 제공할 수 있게 된다.
써셉터, 히터, 단조결합(Forge Welding), LCD, CVD,곡률반경

Description

써셉터 제조방법 및 이를 이용한 써셉터{MANUFACTURING METHOD FOR SUSCEPTOR AND SUSCEPTOR USING THIS METHOD}
도 1은 종래의 써셉터의 구조를 개략적으로 도시한 예,
도 2에 종래의 알루미늄 합금재의 서셉터 바디의 저면부에 히터를 매설하는 방법을 예시한 도면,
도 3은 종래의 써셉터와 히터 또는 냉각기가 매설된 부분을 도시한 도면,
도 4는 종래의 써셉터의 히터 또는 냉각기가 매설된 부분의 사진 및 이에 대응되는 도면,
도 5는 종래의 CVD 등에 사용하는 힌팅 또는 냉각 플레이트를 구성하는 상, 하판의 구조를 예시한 도면,
도 6은 도 5의 히팅 또는 냉각 플레이트의 상, 하판을 합착하는 경우 단조결합(Forge Welding)에 의하여 결합하게 되는데, 그 공정을 예시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 써셉터 제조 공정을 예시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 써셉터 제조방법의 또 다른 실시예로서, 저면이 넓어지는 형상의 홈부와 돌부가 단조결합되는 것을 예시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 써셉터 제조방법의 일 실시예로서, 홈부의 측면 일부가 요철로 이루어진 것을 예시한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 써셉터 제조방법의 또 다른 실시예로서, 홈부의 측면 일부가 오목화된 구조로 이루어진 것을 예시한 도면,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 히터가 매설된 홈부와 돌부가 단조 결합되어 정합되는 것을 예시한 도면,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 판형의 히터 또는 냉각기가 매설된 써셉터 제조방법으로서, 단조결합을 예시한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 또 다른 제조공정을 통하여 제조된 써셉터를 예시한 도면,
도 14는 도 13에 예시된 발명의 또 다른 실시예로서, 금속 합금층을 형성한 써셉터 제조방법의 일부 공정을 예시한 도면이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼, 액정패널 태양 전지용의 실리콘 단결정 웨이퍼 등을 지지하고 가열하기 위한 써셉터(susceptor) 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정표시장치의 어레이 기판과 컬러 기판 등과 같은 유리재질의 투명기판 표면을 가스분위기 상태에서 진공 증착하는 진공 챔버 내부에 가설하여 유리기판을 안착시켜 가열 또는 냉각하는 액정 표시장치 제조용 써셉터 제조방법에 있어서, 히터의 매설과 함께 써셉터 바디와 커버를 접합하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 어레이 기판과 컬러 기판 사이에 액정을 주입하여, 그 특성을 이용해 영상효과를 얻는 비발광소자로서, 이러한 어레이 기판과 컬러 기판은 각각 투명 유리 등의 재질로 이루어지는 투명 유리기판상에 여러번에 걸친 박막의 증착, 패터닝 및 식각 공정을 통해 제조되는데, 공정 챔버 내부로 반응 및 소스물질이 가스상으로 유입되어 증착 공정을 진행하고자 하는 경우 공정 챔버 내부에는 투명 유리기판이 안착되고, 투명유리기판의 증착에 적절한 온도로 가열시 킬 수 있도록 히터 또는 냉각기가 내부에 매설되는 서셉터가 설치되며, 이러한 서셉터는 액정표시 장치의 세대가 진행될수록 가공되는 투명 유리 기판의 사이즈도 상대적으로 대형화 되고 있는 추세이다.
도 1은 종래의 써셉터의 구조를 개략적으로 도시한 예이다.
도 1에 참조하여 서셉터의 구조를 개략적으로 살펴보면, 서셉터는 서셉터 바디(100), 히터(101), 지지틀(106)로 구성된다.
서셉터 바디(100)에는 히터를 다양한 패턴의 지선상으로 매설하기 위한 매설홈(102)이 형성되어 있으며, 매설홈(102)에 상기 패턴 형태와 일치하는 히터(101)가 매설되어 서셉터의 온도를 조절하며, 서셉터의 상면에 지지틀(106)이 있고, 지지틀(106) 위에 액정표시장치용 투명유리기판(107)이 놓인다.
이러한 액정표시장치용 투명유리기판을 진공 증착하기 위한 열판으로 사용되는 서셉터에 히터를 장설하는 종래 방법에 있어서, 도2 내지 도3은 서셉터에 히터를 매설하는 방법을 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이 알루미늄 합금재의 서셉터 바디(100)의 저면부에 히터를 매설하는 방법을 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이 알루미늄 함금재의 서셉터 바디(100)의 저면부에 히터(101)를 매설하기 위한 매설홈(102)을 다양한 패턴의 지선상으로, 상기 매설홈(102) 히터(101)를 매설한 후, 알루미늄 소재의 밀봉커버(103)를 설치하여 히터(101)를 고정, 밀봉시킨다.
도 3은 히터(101)가 매설된 서셉터의 부분을 도시한다.
도시된 바와 같이 알루미늄 재질의 서셉터바디(100)의 상부에 매설홈(102)의 상층부와 밀봉커버(103)의 양측 접설부위를 따라 개별적으로 라인용접(104,105)하여 히터(101)를 밀봉시킨다.
라인용접(104,105)으로는 아르곤 용접, 전자빔 또는 브레이징 방식 등의 용접방법이 사용될 수 있다.
상기 서셉터의 상부의 투명유리 지지틀(106)에 투명유리기판(107)이 놓이고 여러번에 걸친 박막의 증착, 패터닝 등의 공정을 통해 어레이 기판, 컬러 필터 기판 등이 제작된다.
그러나 상술한 바와 같이 종래의 기술은, 아래와 같은 문제점을 가지고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 밀봉커버(103)와 히터(101) 사이, 히터(101)와 서셉터바디(100)의 매설홈 사이에 빈공간(201)이 생기는 문제점이 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 히터(101)는 중심부의 열선(101a)에 의해 발열을 하고 상기 열은 히터봉덮개(101b)를 거쳐 서셉터바디(100)로 전달되는데, 상기 빈공간(201)으로 인 해 히터(101)의 중심부에 위치한 열선(101a)에서 발생한 열이 서셉터바디(100)로 정상적으로 전달되지 않기 때문에 서셉터 전체의 온도 균일성이 나빠지고 히터(101) 자체의 온도도 국북적으로 뷸균일하게 되어 히터 열선(101a)의 조기 단선등이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 어레이 기판, 컬러 필터 기판 등의 제작시 제품 불량발생의 우려가 커져 제품의 품질 저하는 물론 생산성이 떨어지는 문제점이 발생한다.
이러한 현상의 근본적인 원인은 정밀 절삭가공으로 제작되는 서셉터의 매설홈(102)과 밀봉커버(103)의 경우 치수 공차가 수십 마이크로 정도로 실현이 가능하나, 히터(101b)는 그 제작과정에서 균일하고 평탄하게 표면을 형성하기가 어렵고, 접합부분의 정합구조를 정밀하게 제조 하기도 어려워 매설홈과 히터 간에 또는 밀봉커버와 히터 간에 빈공간 등이 발생하는 문제가 있기 때문이다.
그리고, 위와 같이 매설홈과 히터 및 밀봉 커버를 통한 라인용접 등의 방법이 아닌 써셉터의 상판과 하판으로 나누고 돌부와 홈부의 구조를 양 판에 형성하여 그 홈부 중 일부에 히터를 매설하여 상. 하판을 합착하는 방법이 종래에 사용되어져 왔고, 이러한 합착방법으로 단조결합(Forge welding)을 이용해 왔다.
그러나, 상. 하판의 합착에서 돌부와 홈부의 단조결합시, 발생하는 문제점을 이하 설명하면 다음과 같다. 도 5는 CVD 등에 사용하는 히팅 또는 냉각 플레이트를 구성하는 상, 하판의 구조를 예시한 도면이다. 도 5에서 처럼 하판(130)에 홈부(133)와 히터 또는 냉각기(135)가 부착되어 있고, 이에 대응하여 상판(120)에는 돌부 및 히터 또는 냉각기에 대응되는 홈구조가 형성되어 있다.
도 6은 도 5의 히팅 또는 냉각 플레이트의 상, 하판을 합착하는 경우 단조결합(Forge Welding)에 의하여 결합하게 되는데, 그 공정을 예시한 도면이다. 도 6에 타나낸 바와 같이 돌부와 홈부가 대응하여 형성되고, 이 돌부와 홈부를 결합시키게 되면, 완전한 정합을 이룰 수 없어 돌부 및 홈부 사이에 비 접합 공간이 형성되게 된다. 이 부분을 압력을 가하여 최종적으로 결합하게 하는 단조결합을 하게 된다.
그러나, 도 6에 나타낸 바와 같이 단조 결합하는 경우, 상, 하판이 정합되지 않고 남는 부분(도 6의 (c)참조)의 나머지 간극을 채우기 위하여 많은 외부 압력이 요구되고, 또한 과도한 압력으로 인하여 상, 하판의 접촉면에 변형으로 인한 틈 등이 형성되게 될 수 있다.(도 6의 (d)참조) 그리고, 홈부에 히터 또는 냉각기가 매설되어 있는 경우 히터 또는 냉각기 부분과 돌부의 머리 부분의 비정합 구조로 되어 있어, 결합시 틈 또는 보이드가 형성되어 히터 또는 냉각기에서 열판으로의 열전달이 상당부분 저하된다는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 접합시 과도한 압력을 요구하지 않으며, 소성변형에 의한 정합으로 써셉터 커버와 바디의 접합면에 균열이나 보이드가 형성되어 열전달이 저하되는 문제점을 상당부분 해결할 수 있게 하는 것이고, 또한, 커버와 홈부의 접합면에 합금층을 용이하게 형성할 수 있는 방법을 제공하여, 산화에 의한 부식을 방지하여 열전달에 있어서 고효율 및 양질의 써셉터를 제공할 수 있게 하는 것이다.
또한, 소성변형에 의한 정합으로 안정적인 결합상태를 유지할 수 있게 되어, 추가적인 라인 용접 또는 브레이징 등을 용이하게 실행하여 결합시키는 방법을 제공함으로써, 제조공정이 단순해지고 제품단가를 낮추고자 하는데 있다.
본 발명에 따른 써셉터 제조방법으로서, 제1 특징은 (a) 적어도 하나 이상의 돌부가 구비된 써셉터 커버를 형성하는 단계; (b) 상기 돌부와 대응되는 홈부를 포함하는 써셉터 바디를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 써셉터 커버와 상기 써셉터 바디가 단조 결합되고, 상기 단조 결합시 상기 돌부 및 홈부 중 적어도 어느 하나가 소성변형에 정합되는 단계를 포함하며, 여기서, 삽입 방향으로 상기 돌부 및 홈부의 적어도 일부 단면적이 서로 다른 것이다.
여기서, 상기 홈부의 적어도 하나 이상에 히터 또는 냉각기 또는 냉각기를 매설하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 (b) 단계에서 수직방향으로 상기 홈부의 단면적은 상기 홈부의 중심부로 점차 넓어지도록 형성하는 것이 역시 바람직하다.
더하여, 상기 (b) 단계에서 상기 홈부의 단면적은 상기 홈부의 저면으로 점차 넓어지도록 형성하는 것이 바람직하고, 상기 홈부의 측면 일부가 상기 홈부 외측방향으로 요철을 형성하거나 오목한 구조로 형성하는 것 또한 역시 바람직하다.
본 발명의 제2 특징은 (a) 머리부분이 홈구조로 된 돌부를 적어도 하나 이상 구비된 써셉터 커버를 형성하는 단계; (b) 상기 돌부와 대응되는 홈부를 포함하고, 상기 홈부에 상기 돌부의 홈구조에 대응되어 결합되는히터 또는 냉각기가 매설되는 써셉터 바디를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 써셉터 커버와 상기 써셉터 바디가 단 조 결합되고, 상기 단조 결합시 상기 돌부 및 홈부 중 적어도 어느 하나가 소성변형에 의해 정합되는 단계를 포함하며, 여기서 상기 돌부 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 삽입방향으로의 단면적이 서로 다른 것이다.
여기서, 상기 (b) 단계에서 상기 히터 또는 냉각기를 파이프 형상으로 하여 매설하는 것이 바람직하고, 상기 (a) 단계에서 상기 홈구조는 오목화 된 구조이고, 상기 오목화 된 구조의 곡률 반경을 상기 히터 또는 냉각기의 곡률 반경보다 더 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는 상기 (b) 단계에서 상기 히터 또는 냉각기를 판형으로 하여 매설하는 것일 수 있고, 상기 (a) 단계에서 상기 홈구조의 입구부분이 상기 판형보다 넓은 구조로 형성되는 것이 역시 바람직하다.
그리고, 본 발명의 제3 특징은 (a) 저면에 적어도 하나의 홈부가 형성된 써셉터 바디를 형성하는 단계; (b) 상기 홈부에 적어도 하나 이상의 히터 또는 냉각기를 매설하는 단계; (c) 상기 홈부에 대응되는 커버를 형성하는 단계; (d) 상기 커버와 상기 홈부가 단조 결합되고, 상기 단조 결합시 상기 커버 및 홈부 중 적어도 어느 하나가 소성변형에 의해 정합되는 단계를 포함하며, 여기서 상기 커버 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 삽입방향으로의 단면적이 서로 다른 것이다.
여기서, 상기 (b) 단계에서 수직방향으로 상기 홈부의 단면적은 상기 홈부의 중심부로 점차 넓어지도록 형성하는 것이 바람직하고, 상기 (b) 단계에서 상기 홈부의 단면적은 상기 홈부의 저면으로 점차 넓어지도록 형성하는 것이 역시 바람직하다.
그리고, 바람직하게는 상기 (b) 단계에서 상기 히터 또는 냉각기를 파이프 형상으로 하여 매설하는 것일 수 있고, 상기 히터 또는 냉각기와 대응되어 결합되는 상기 커버의 머리 부분의 곡률반경이 상기 히터 또는 냉각기의 곡률반경 보다 더 크게 하는 것일 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 커버에 상기 써셉터 바디와 재질이 다른 금속 코팅을 하는 단계; 상기 코팅된 커버를 단조결합하고, 상기 결합된 상기 써셉터 바디 및 상기 커버를 가열하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 금속의 재질을 아연(Zn), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 중 어느 하나로 하여 상기 커버를 코팅하는 것이 역시 바람직하다.
한편, 본 발명의 제4 특징은 상술한 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 써셉터 제조 공정을 예시한 도면이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 적어도 하나 이상의 돌부(210)가 형성된 써셉터 커버(200,210)를 형성하고(도 7의 (a)), 이 써셉터 커버의 돌부(210)에 대응되는 적어도 하나의 홈부(310)가 형성된 써셉터 바디(300)를 형성한 후(도 7의 (b)), 써셉터 커버(200,210)와 써셉터 바디(300)를 단조 결합한다. 그리고, 단조 결합시 소성변형에 의해 정합되도록 돌부(210) 및 홈부(310) 중 적어도 어느 하나의 삽입방향으로 의 단면적(A, A')이 적어도 일부 서로 다르게 형성한다.(도 7의 (c)) 여기서 돌부(210)는 써셉터 커버 몸체(200)와 일체로 형성할 수 있고, 독립적으로도 형성할 수 있음은 물론이다.
즉, 홈부(310)의 수직 단면적(A')이 중심부에서 넓어지는 형상으로 하여 형성함으로써, 돌부(210)가 홈부(310)에 단조 결합되면 소성변형에 의하여 홈부(310)에 정합되게 되는데, 이렇게 소성 변형된 돌부(210)의 형상은 홈부(310)에 정확하게 끼워 맞춰지는 잠금효과(locking effect)를 발휘할 수 있게 된다.
또한 써셉터로의 기능을 수행하기 위해 히터 또는 냉각기는 홈부(310) 중 적어도 하나 이상에 히터 또는 냉각기(315)가 매설되고 이에 대응되는 돌부(210)의 머리 부분은 홈구조로 형성된다.
단조결합 또는 단접(forge welding)은 강철이나 연철의 접합 작업으로 옛날부터 사용되고 있다. 표면의 산화피막(酸化被膜)을 제거하여 깨끗하게 한 두 금속을 적당한 온도로 가열해서 맞대고 두드리면 서로 확산하여 접합하게 된다. 이 현상을 이용하여 고온으로 가열한 금속을 강압하여 이어붙이는 것이 단접이다.
그러나 이러한 단조결합(forge welding)은 견고한 접합 방법임에도 불구하고 돌부와 홈부간에 접합되지 않는 여분의 공간을 강한 프레싱으로 접합시킴으로써, 과도한 압력이 요구될 뿐만 아니라, 이 과도한 압력으로 인하여 접합부분에 변형에 의한 틈 등이 발생하게 되며, 이렇게 틈이 형성된 부분은 열전달에 있어서 효율을 저하 시키게 된다.
그래서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 단조 결합시, 소성변형에 의해 정합 되도록 돌부 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 삽입 방향으로의 적어도 일부 단면적을 서로 다르게 함으로써, 적은 압력으로도 손쉽게 정합시킬 수 있을 뿐 아니라, 마치 열쇠가 잠기는 '잠금효과(Lockign effect)' 까지 얻을 수 있다.
소성변형(塑性變形, plastic deformation)은 고체에 외력을 가하여 영구히 외형이 변화된 상태로 남는 변형을 말한다. 고체에 외부로부터 힘을 가하면 형상이 바뀌지만, 탄성의 범위 내에서는 외력을 제거하면 다시 본래의 형상으로 되돌아가기 때문에, 영구히 외형을 바꾸려면 탄성한계 이상의 힘을 가하지 않으면 안 된다. 즉 소성변형을 하려면, 탄성변형 범위 이상의 외력을 가해야 한다.
일반적으로 소성 변형시키는 방법은 목적하는 최후의 형상에 따라 여러 가지가 있는데 판(板)을 만들려면 압연, 막대·관을 만들려면 압출·인발·압연, 선(線)을 만들려면 인발·신선(伸線) 등의 공정이 사용되며, 복잡한 외형으로 만들기 위해서는 단조·프레스 등의 공정이 사용된다.
본 발명에 사용하는 써셉터의 재질은 일반적으로 알루미늄 등의 금속을 사용하게 되므로, 단조시 일정부분 변형이 일어나게 되고, 특정한 힘 이상으로 압력을 가하게 되면, 소성변형이 일어나게 되는 것이다. 이러한 원리를 이용하면 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 돌부(210) 및 홈부(310) 중 적어도 어느 하나의 적어도 일부 단면적(A, A')을 서로 다르게 하여 소성변형이 일어나게 될 공간을 미리 마련하여 줌으로써, 과도한 힘을 요구하게 할 필요 없게 되고, 접합부분간의 반발력을 줄여 변형을 최소화하는 효과가 있기 때문에 열전달과 효율면에서 우수한 써셉터를 제공할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 써셉터 제조방법의 또 다른 실시예로서, 저면이 넓어지는 형상의 홈부와 돌부가 단조 결합되는 것을 예시한 도면이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 돌부(210) 및 홈부(310)의 적어도 일부 단면적(A, A')이 서로 다른 것으로서, 저면이 넓어지는 형상의 홈부(310)와 돌부(210)가 단조결합 하게 되고, 단조결합시 돌부(210)가 외부의 압력에 의해 소성변형에 의해 홈부(310)에 정합되는 방법을 예시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 써셉터 제조방법의 일 실시예로서, 홈부의 측면 일부가 요철로 이루어진 것을 예시한 도면이다. 도 9에 나타낸 바와 같이 홈부(310)의 측면 일부가 요철로 이루어져, 돌부(210) 및 홈부(310)의 삽입방향으로의 단면적(A, A') 일부가 서로 다르게 형성함으로써, 소성변형에 의한 정합을 이룰 수 있게 하는 구조로 되어 있다. 즉 볼트와 너트의 끼워 맞춤처럼 정합을 이루게 됨으로써, 안정되고 견고한 결합을 이룰 수 있게 된다.
도 10은 본 발명에 따른 써셉터 제조방법의 또 다른 실시예로서, 홈부(310)의 측면 일부가 오목화된 구조로 이루어진 것을 예시한 도면이다. 역시, 도 10에서 처럼 홈부(310)의 측면 일부가 오목화 되어, 돌부(210) 및 홈부(310)의 삽입방향으로의 단면적 일부가 서로 다르게 함으로써, 단조 결합시 적은 압력으로 소성변형에 의한 정합을 이룰 수 있게 하여 안정되고 견고한 결합을 이룰 수 있게 된다.
이처럼, 돌부(210) 및 홈부(310)의 형상은 적어도 일부 단면적(A, A')이 다른 형상으로서, 소성변형이 일어날 공간을 확보한다는 점에서는 다양한 형상으로 단조결합 할 수 있음은 물론이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 히터 또는 냉각기가 매설된 홈부와 돌부가 단조 결합되어 정합되는 것을 예시한 도면이다.
도 11에서 돌부(210) 및 홈부(310)의 적어도 일부 단면적(A, A')이 서로 다르게 하여 소성변형이 일어날 공간을 확보하게하고, 히터 또는 냉각기와 접합될 돌부(310)의 머리부분을 홈구조로 형성하며, 파이프 형상의 히터 또는 냉각기(315)의 곡률반경(r)보다 오목화된 돌부(210)의 모리부분의 곡률반경(R)을 더 크게 하여, 단조 결합시 소성변형에 의한 정합이 일어날 수 있도록 한다.
이렇게 돌부(210)의 머리부분의 곡률반경(R)을 더 크게 하는 것은 돌부(210)의 머리부분은 히터 또는 냉각기(315)와 단조 결합되어 접합하는 부분이어서, 히터 또는 냉각기(315)를 감싸면서 자연스럽게 소성변형이 일어날 수 있도록 하기 위함이고, 히터 또는 냉각기의 둥근 면에 전체에 균일하게 힘이 가해지도록 하기 위함이다.
즉, 히터 또는 냉각기(315)의 감싸는 둥근면에 균일한 힘이 가해짐으로써, 단조압(Forging pressure)이 히터 또는 냉각기(315)의 일부분에 집중되어 변형을 일으키거나 접합부분의 비정합으로 인한 보이드(void)가 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 판형의 히터 또는 냉각기가 매설된 써셉터 제조방법으로서, 단조결합을 예시한 도면이다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 홈부(310)에 판형의 히터 또는 냉각기(315)가 매설되어 있는 경우, 이에 대응되어 접합되는 돌부(210)의 머리부분은 판형 홈구조로 형성되는 것이 바람직하고, 특히, 돌부(210)의 홈구조는 입구부분이히터 또는 냉각기(315)의 단면적 보다 넓게 함으로써, 소성변형에 의한 단조결합이 용이하도록 하는 구조이다.
역시, 판형의 히터 또는 냉각기(315)보다 돌부(210) 홈구조의 입구부분이 넓게 형성함으로써, 히터 또는 냉각기(315)를 감싸며 접합하게 되면, 히터 또는 냉각기(315)의 접합면 전체에 균일한 힘이 가해지게 되어, 변형, 균열 및 보이드(void)가 없이 견고하게 결합되는 장점이 있게 된다.
도 13은 본 발명에 따른 또 다른 제조공정을 통하여 제조된 써셉터를 예시한 도면이다. 도 13에 나타낸 바와 같이 적어도 저면에 적어도 하나 이상의 홈부가 형성된 써셉터 바디(100)를 형성하고(a), 이 홈부 중 적어도 하나 이상에 히터 또는 냉각기(315)를 매설하고, 홈부에 대응되는 커버(400)를 형성하여, 단조결합 함으로써, 소성변형에 의하여 정합시키는 것으로서, 커버(400) 및 홈부의 삽입방향으로의 단면적이 서로 다르게 하여 써셉터를 제조하게 된다.
앞서 예시한 실시예와는 다른 것으로, 저면에 히터 또는 냉각기(315)가 매설된 홈부가 형성된 써셉터 바디(100)의 홈부에 커버를 단조 결합하는 방법으로서, 각 홈부 및 커버(400)를 개별적으로 단조 결합해야 한다는 점에서 차별화된다. 즉, 이와 같은 방법은 개별적인 단조결합으로, 돌부가 하나이상 형성되어 있는 써셉터 커버와 써셉터 바디를 전체적으로 결합하는 경우 발생할 수 있는 불안정성 및 공정상 고도의 정밀성이 요구되는 부담을 줄일 수 있다는 측면에서 장점이 있다.
도 13에서 나타낸 바와 같이 미리 커버(400)와 홈부의 적어도 일부 단면적이 서로 다르게 형성하여 소성변형에 의한 단조결합이 될 수 있도록 공간을 확보해 준다. 즉, 홈부의 삽입방향으로의 단면적이 커버보다 넓게 형성하고, 그 형상은 홈부의 중심으로 갈수록 넓어지는 형상이다. 또한 커버(400)의 제일먼저 삽입되는 머리부분은 히터 또는 냉각기(315)와 대응되어 접합되도록 홈구조로 형성되고, 그 단면적 또는 곡률반경도 역시 소성변형에 의한 접합이 가능하도록 넓고 크게 형성한다.
즉, 커버(400)가 단조 결합시 미리 일부단면적이 넓어진 홈부로 삽입되어 일정한 힘 이상의 압력을 가하게 되면, 소성변형이 일어나게 되어 홈부와 커버가(400) 정합되게 된다. 이러한 정합은 '잠금효과'를 가져올 뿐만 아니라, 적은 힘으로 용이하게 결합됨으로써, 변형 및 보이드 형성을 상당 부분 줄어든 견고한 결합을 하게 된다.
도 14은 도 13에 예시된 발명의 또 다른 실시예로서, 금속 합금층을 형성한 써셉터 제조방법의 일부 공정을 예시한 도면이다.
도 14에 나타낸 바와 같이 먼저, 커버(400)를 써셉터 바디와 재질이 다른 금속(410)으로 얇게 코팅한다(도 14의 (a)). 코팅된 커버(400)는 커버와 대응되며, 커버(400)의 단면적(A)보다 홈부의 일부 단면적(A')이 넓게 형성되고히터 또는 냉각기가 매설된 홈부(310)에 단조 결합한다. 단조 결합시 외부에서 일정한 온도의 열(heat)을 가하게 되면(도 14의 (b)) 커버(400)와 홈부(310)의 접합면에 합금층(410')이 형성되게(도 14의 (c)) 된다.
이처럼 커버(400)와 홈부(310)의 접합면에 합금층(410')을 형성하는 것은 커버(400) 및 홈부(310)의 접합면에 발생할 수 있는 산화층을 막아 접합부분의 부식 으로 인한 결합 견고성의 저하를 방지하기 위함이다. 또한 얇은 층으로 합금층을 형성하게 되어 열을 가하는 과정에서 미소하게 발생될 수 있는 틈이나 보이드를 이 합금층(410')이 채워져 견고한 결합이 한층 더 강화되게 된다.
여기서 써셉터 바디는 알루미늄을 재질로 하고 코팅은 아연(Zn)으로 형성함으로써, 알루미늄-아연 합금층(410')을 형성하게 되는데, 이러한 합금층은 아연(Zn) 뿐만 아니라 니켈, 크롬 등도 가능하다. 즉, 써셉터의 재질과 다르면서, 산화피막 형성이 적고, 낮은 온도에서 합금을 형성할 수 있는 재질이라면 어떠한 재질도 가능함은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 자명하다.
이렇게 상술한 본 발명에 따른 써셉터 제조방법을 제공하게 되면, 상술한 돌부 또는 커버 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 삽입방향으로의 단면적 일부를 다르게 함으로써, 미리 확보된 공간으로 인하여 소성변형에 의한 정합을 용이하게 이룰 수 있게 하고, 보다 견고하고 안정된 결합을 이룰 수 있게 되어, 접합부분에 추가적인 라인용접이나 브레이징 등의 처리시에, 결합상태를 유지하기 위한 지지 압력이 필요 없게 되어 제조공정이 단순해지고, 제품단가를 낮출 수 있게 되는 큰 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양 한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
이와 같이 본 발명에 따른 써셉터 제조방법을 제공하게 되면, 써셉터 커버와 써셉터 바디가 단조 결합되고, 단조 결합시 써셉터 커버의 돌부가 소성변형에 의해 써셉터 바디의 홈부에 정합되는 단계를 포함하며, 삽입 방향으로 돌부 및 홈부의 적어도 일부 단면적을 서로 다르게 함으로써, 단조시 과도한 압력을 요구하지 않으며, 소성변형에 의한 정합으로 써셉터 커버와 바디의 접합면에 균열이나 보이드가 형성되어 열전달이 저하되는 문제점을 상당부분 해결할 수 있게 된다.
또한, 커버와 홈부의 접합면에 합금층을 용이하게 형성할 수 있는 방법을 제공하여, 산화에 의한 부식을 방지하여 열전달에 있어서 고효율 및 양질의 써셉터를 제공할 수 있게 된다.
그리고, 보다 견고하고 안정된 결합을 이룰 수 있게 되어, 접합부분에 추가적인 라인용접이나 브레이징 등의 처리시에, 결합상태를 유지하기 위한 지지 압력이 필요 없게 되어 제조공정이 단순해지고, 제품단가를 낮출 수 있게 된다.

Claims (18)

  1. (a) 적어도 하나 이상의 돌부가 구비된 써셉터 커버를 형성하는 단계;
    (b) 상기 돌부와 대응되는 홈부를 형성하되, 수직방향으로 상기 홈부의 단면적은 상기 홈부의 중심부로 점차 넓어지도록 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 써셉터 커버와 상기 써셉터 바디가 단조 결합되고, 상기 단조 결합시 상기 돌부 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 소성변형에 의해 정합되는 단계를 포함하며,
    여기서, 삽입 방향으로 상기 돌부 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 일부 단면적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홈부의 적어도 하나의 히터 또는 냉각기를 매설하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  3. 삭제
  4. (a) 적어도 하나 이상의 돌부가 구비된 써셉터 커버를 형성하는 단계;
    (b) 상기 돌부와 대응되는 홈부를 형성하되, 상기 홈부의 단면적은 상기 홈부의 저면으로 점차 넓어지도록 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 써셉터 커버와 상기 써셉터 바디가 단조 결합되고, 상기 단조 결합시 상기 돌부 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 소성변형에 의해 정합되는 단계를 포함하며,
    여기서, 삽입 방향으로 상기 돌부 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 일부 단면적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 홈부의 측면 일부가 상기 홈부 외측방향으로 요철을 형성하거나 오목한 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  6. (a) 머리부분이 홈구조로 된 돌부를 적어도 하나 이상 구비된 써셉터 커버를 형성하는 단계;
    (b) 상기 돌부와 대응되는 홈부를 포함하고, 상기 홈부에 상기 돌부의 홈구조에 대응되어 결합되는 히터 또는 냉각기가 매설되는 써셉터 바디를 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 써셉터 커버와 상기 써셉터 바디가 단조 결합되고, 상기 단조 결합시 상기 돌부가 소성변형에 의해 상기 홈부에 정합되는 단계를 포함하며,
    여기서 상기 돌부 및 홈부의 삽입방향으로의 단면적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 히터 또는 냉각기를 파이프 형상으로 하여 매설하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 홈구조는 오목화 된 구조이고, 상기 오목화 된 구조의 곡률 반경을 상기 히터 또는 냉각기의 곡률 반경보다 더 크게 하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 히터 또는 냉각기를 판형으로 하여 매설하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 홈구조의 입구부분이 상기 판형보다 넓은 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  11. (a) 저면에 적어도 하나의 홈부가 형성된 써셉터 바디를 형성하는 단계;
    (b) 수직방향으로 상기 홈부의 단면적은 상기 홈부의 중심부로 점차 넓어지도록 형성하고, 상기 홈부에 적어도 하나의 히터 또는 냉각기를 매설하는 단계;
    (c) 상기 홈부에 대응되는 커버를 형성하는 단계;
    (d) 상기 커버와 상기 홈부가 단조 결합되고, 상기 단조 결합시 상기 커버 및 홈부 중 적어도 어느 하나가 소성변형에 의해 정합되는 단계를 포함하며,
    여기서 상기 커버 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 삽입방향으로의 단면적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  12. 삭제
  13. (a) 저면에 적어도 하나의 홈부가 형성된 써셉터 바디를 형성하는 단계;
    (b) 상기 홈부의 단면적은 상기 홈부의 저면으로 점차 넓어지도록 형성하고, 상기 홈부에 적어도 하나 이상의 히터 또는 냉각기를 매설하는 단계;
    (c) 상기 홈부에 대응되는 커버를 형성하는 단계;
    (d) 상기 커버와 상기 홈부가 단조 결합되고, 상기 단조 결합시 상기 커버 및 홈부 중 적어도 어느 하나가 소성변형에 의해 정합되는 단계를 포함하며,
    여기서 상기 커버 및 홈부 중 적어도 어느 하나의 삽입방향으로의 단면적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 히터 또는 냉각기를 파이프 형상으로 하여 매설하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 히터 또는 냉각기와 대응되어 결합되는 상기 커버의 머리 부분의 곡률반경이 상기 히터 또는 냉각기의 곡률반경 보다 더 크게 하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 커버에 상기 써셉터 바디와 재질이 다른 금속 코팅을 하는 단계;
    상기 코팅된 커버를 단조결합하고, 상기 결합된 상기 써셉터 바디 및 상기 커버를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 금속의 재질을 아연(Zn), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 중 어느 하나로 하여 상기 커버를 코팅하는 것을 특징으로 하는 써셉터 제조방법.
  18. 제1항, 제2항, 제4항, 제6항 내지 제11항, 및 제13항 내지 제16항 중의 어느 하나의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 써셉터.
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