KR101164186B1 - 히터 플레이트 및 히터 플레이트 제조방법 - Google Patents

히터 플레이트 및 히터 플레이트 제조방법 Download PDF

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후루카와 스카이 가부시키가이샤
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Abstract

히터 플레이트의 열응력에 의한 변형을 방지함과 함께 열전도성이 좋고, 내구성이 높은 히터 플레이트 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 히터 플레이트(1)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 내부 부품으로써 시스 히터(3)가 수납되고, 이 상부에 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(4)를 단압 압접하여 밀봉한 구조를 가진다. 2매의 플레이트를 접합하는 종래의 방법에 비하여 코스트나 생산성 등의 점에서 우수하고, 반도체 제조장치나 액정제조장치 등의 각종 박형 디스플레이(FPD) 제조장치의 히터 플레이트로서 사용 가능하다. 또 PTP 시드 제조장치 등의 히터 플레이트 일반에 이용될 수 있다.

Description

히터 플레이트 및 히터 플레이트 제조방법{HEATER PLATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 히터 플레이트의 단면도로서, 도 1a는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 장방형의 히터 플레이트를 나타내고, 도 1b는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 테이퍼를 형성하는 히터 플레이트를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 히터 플레이트의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'에 의한 단면도로서, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 장방형의 경우를 나타낸다.
도 4는 도 2의 A-A'에 의한 단면도로서, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 테이퍼를 형성하는 경우를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 히터 플레이트의 평면도이다.
도 6은 원형상의 히터 플레이트의 평면도로서, 도 6a는 중심축에 대하여 대칭으로 되어 있는 예이고, 도 6b는 중심에 대하여 점대칭으로 되어 있는 예이다.
도 7은 본 발명의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면도로서, 도 7a는 전체가 테이퍼를 형성한 단면 형상을 나타낸 것이고, 도 7b는 일부가 테이 퍼를 형성한 단면 형상을 나타낸 것이며, 도 7c는 2종류 각도의 경사를 가지는 테이퍼를 형성한 단면 형상을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 단면 형상이 대략 T자형의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 일 실시예를 나타낸다. 도 8a는 일체형 T자형의 단면 형상을 나타낸다. 도 8b는 복수로 분할된 T자형의 단면 형상을 나타낸다. 도 8c는 일체형 다른 T자형의 단면 형상을 나타낸다. 도 8d는 복수로 분할된 다른 T자형의 단면 형상을 나타낸다. 도 8e는 횡봉부분에 테이퍼를 실시한 T자형의 단면 형상을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 Y자형의 일 실시예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 시스 히터와 직접 접하는 면의 형상이 히터와 동일방향의 곡률을 가지는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 장방형을 기초로 한 단면 형상을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 시스 히터와 직접 접하는 면의 형상이 히터와 동일방향의 곡률을 가지는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 테이퍼를 형성하는 단면 형상을 나타낸다.
도 12는 시스 히터를 내장하는 종래의 주입형 히터 플레이트의 개략 구조도를 나타낸다.
도 13은 볼트 체결형 히터 플레이트의 개략 구조도를 나타낸다.
도 14는 종래 용접형 히터 플레이트의 개략 구조도를 나타낸다.
도 15는 납땜 및 확산접합형 히터 플레이트의 개략 구조도를 나태낸다.
도 16은 단압압접형 히터 플레이트의 개략 구조도를 나타낸다.
도 17은 내부에 시스 히터를 배설한 화학적 기상성장(CVD) 처리장치의 개략 구조를 나타낸다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1,101,103,106,110,111,121;히터 플레이트
2;알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재
3,102,123;시스 히터 4;접합용 아루미늄 또는 알루미늄 합금부재
5;홈부 6,7,51,52;중심축
11,12,13,14,15,16,17,18,19,20;접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 변
31;T장형의 종봉부분 32;T자형의 횡봉부분
34;횡봉의 아래에 히터가 존재하지 않는 위치의 종봉부
33,35;분할위치 36,37;Y자형의 횡봉부분의 하변
38;시스 히터의 접합면 53;중심
104,107;하측베이스 104a,107a;홈
105,108;상측베이스 109;연부
112,113;알루미늄 부재 114;체결부
122;진공챔버 124;지지부재
125;기판 126;가스 공급부
127;공급구
본 발명은, 특히 진공용기(진공챔버) 내에서 가열하는데 사용되는 시스 히터(Sheath Heater)를 내장한 반도체 혹은 액정디스플레이 제조용 히터 플레이트 및 그 제조공정에서 건조, 예열 등에 사용되는 히터 플레이트와 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 외에, 예를 들면 PDP, FED, ELD의 박형 디스플레이(FPD) 제조장치의 히터 플레이트로서 사용 가능하다. 또, 본 발명은 PTP 시드 제조용 히터 플레이트 등의 히터 플레이트 일반에도 적용이 가능하다.
종래로부터, 예를 들면, 반도체 제조장치나 액정디스플레이 제조장치 등 다양한 분야에서 금속 베이스에 히터를 내장한 히터 플레이트가 사용되고 있다. 이러한 히터 플레이트의 히터로서는, 일반적으로 스테인레스강제의 시스 히터가 이용되고 있다. 또, 히터 플레이트의 제조에는 시스 히터를 알루미늄에 부어 담은 것(주입형), 시스 히터를 알루미늄 또는 스테인레스 강판에 끼워 넣고 볼트로 체결한 것(볼트 체결형), 시스 히터를 끼워 넣은 판의 외주부를 용접한 것(용접형), 또한, 진공 중 또는 소정의 가스 분위기에서 가압하는 것에 의해 시스 히터를 사이에 끼운 2부재를 납땜, 납땜 및 확산 접합(납땜, 확산접합형) 또는 시스 히터를 끼워 넣은 판의 접합면 전둘레에 환상홈과 환상돌출부를 형성하여 단압압축에 의해 접합한 것(단압압접형) 등이 있다.
도 12는 시스 히터(102)를 내장한 종래 주입형 히터 플레이트(101)의 개략 구조를 나타낸다. 시스 히터(102)는 발열체를 스테인레스강제 보호 파이프에 넣고 절연제로 양자간을 전기적으로 절연한 것이다. 이 파이프상 시스 히터(102)를 소정의 패턴으로 구부러지게 가공하고, 알루미늄 베이스에 주입하여, 절삭, 표면 연마 등의 가공을 실시하는 것에 의해 히터 플레이트가 제작된다.
또, 도 13에 종래 볼트 체결형 히터 플레이트(103)의 개략 구조를 나타낸다. 이 구조에서는 금속 베이스가 상하 2분할 되어 있고, 알루미늄, 스테인레스강 등으로된 하측 베이스(104)에 형성된 홈(104a)에 상기에서 언급한 동일 시스 히터(102)를 배설하고, 상측 베이스(105)을 밀착시켜 양자를 적소에서 볼트 체결하는 것에 의해 일체화 되어 있다.
또, 도 14에 종래 용접형 히터 플레이트(106)의 개략 구조를 나타낸다. 이 구조에서도 금속 베이스가 상하 2분할 되어 있으며, 알루미늄, 스테인레스강 등으로된 하측 베이스(107)에 형성된 홈(107a)에 상기와 동일한 시스 히터(102)를 배설하고, 상측 베이스(108)를 밀착시켜 양자를 그 연부(109)에서만 용접하는 것에 의해 일체화 되어 있다.
또, 도 15에 종래 납땜, 확산접합형 히터 플레이트(110)의 개략 구조를 나타낸다. 이 구조에서도 금속 베이스가 상하 2분할 되어 있고, 금속으로된 하측 베이스(107)와 상측 베이스(108) 사이에 경계를 지어 구획된 홈(107a)에 상기와 동일한 시스 히터(102)를 배설하고, 상측 베이스(108)와 하측 베이스(107)의 한 쪽 또는 양방을 소성변형시킨 상태로 그 전면에 걸쳐 납땜, 납땜 및 확산접합의 어느 것에 의해 접합하여 일체화 되어 있다.
또한, 도 16에 종래의 단압압접형 히터 플레이트(111)의 개략 구조를 나타낸다. 이 구조에서도 금속 베이스가 상하 2분할 되어 있고, 알루미늄 부재(112)(113)의 접합면 전 둘레에 사각형 또는 다각형 혹은 원형의 환상홈과 환상돌출부를 형성하고, 단압압축에 의해 체결부(114)에서 밀폐, 금속 접합되어 있다.
특허문헌 일본 특개평11-285775, 특개 2000-311932 및 특개 2000-243542 참조
히터 플레이트는, 액정 테레비 등의 대형화에 따라서 근년 급속한 대형화가 진전되고 있으며, 요 수년에서 제 4 세대의 730mm×920mm, 제 5 세대의 1100mm×1300mm으로부터 제 6 세대의 1500mm×1800mm, 제 7 세대의 2100mm×2400mm로 변화되고 있다. 이와 같은 히터 플레이트의 대형화에 따라, 특히 히터 플레이트의 장수명화나 제조방법의 간소화에 의한 코스트 다운이 문제로 되고 있다.
상기 종래기술에서 설명한 히터 플레이트의 구조 중 주입형의 히터 플레이트는, 시스 히터가 알루미늄 주물과 밀착되어 있으므로, 히터의 열전도성은 양호하기는 하지만, 시스 히터 보호 파이프에 이용되는 스테인레스강, 인코넬제 등의 금속과 금속 베이스로서의 알루미늄과의 열팽창계수가 다르기 때문에, 고온시에 그 열응력에 의해 히터가 변형되고, 반복 사용에 의해 단선되기도 하며, 경우에 따라서는 히터 플레이트 전체가 변형한다고 하는 문제가 있다.
한편, 알루미늄 베이스의 볼트 체결형 히터 플레이트는, 홈에 극간이 있고, 이 극간이 단열층으로 되어 버림과 함께 각부가 물리적으로 접하고 있을 뿐이므로, 상하 베이스와 시스 히터 또는 베이스끼리의 밀착성이 낮고, 열전도성이 나쁘며, 경우에 따라서는 국부적으로 승온되어 히터를 손상한다고 하는 문제가 있다. 이는 용접형 히터 플레이트에 있어서도 동일하다. 더욱이, 용접형 히터 플레이트는 용접에 의한 왜곡도 크며, 형상유지 점에서도 문제가 있다.
납땜, 확산접합타입은, 진공 중 또는 질소 가스 등의 분위기에서 대향하는 부재의 전면 가압 접합을 행하기 때문에, 대형 부재를 접합할 수 없을 뿐만 아니라 땜납, 납땜 등의 접합을 위한 제 3 의 접합용부재를 필요로 하는 등의 문제가 있다.
또한, 단압형 히터 플레이트에서는, 히터 플레이트의 대형화에 따라, 2매 판재의 외주부와 히터부 근방에 삽합용 凹부 또는 凸부를 가공하여 이를 삽합시켜 단압압접에 의해 접합하는 특개 2000-311932에 개시한 방법에서는, 300～500℃ 사이의 고온으로 장시간 사용하는 것에 의해 크리프(creep) 변형이 생기고, 외주부와 히터 근방부나 히터 내측의 판중심 근방 등에 열응력에 의한 변형이 생겨, 히터 플레이트를 사용할 수 없게 되는 문제가 생긴다.
히터 플레이트의 대형화에 따라 생기는 상기 히터 플레이트의 변형 문제와 제조 코스트의 증대 문제 때문에, 이제까지의 단압압접방법을 개선할 필요가 생겼다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 히터 플레이트의 열응력에 의한 변형을 방지함과 함께, 열전도성이 양호하고, 내구성이 높은 히터 플레이트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 실시예는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 설치된 홈부에 시스 히터를 수납하고, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재를 상기 홈부에 삽합하며, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재를 단압압접에 의해 금속 접합한 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 2 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재가 일체의 부재로 된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 3 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재가 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 평면방향에 대하여 복수 부재로 된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 4 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재가 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 수직방향에 대하여 복수 부재로 된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 5 실시예는, 상기 시스 히터의 배설 레이아웃이, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 서로에 직교하는 2개 중심축의 적어도 하나에 대칭이거나, 또는 중심에 대하여 점대칭인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 6 실시예는, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재가 판재인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 7 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면적이 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 형성한 홈부의 단면적에서 상기 시스 히터의 단면적을 뺀 유효 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 8 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 장방형을 가지며 상기 단면 폭이 상기 홈부의 폭과 동일하거나 약간 큰 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 9 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 적어도 일부에, 매입방향에 대향하는 2변이 하방으로 향하여 그 간격이 좁아지도록 소정의 테이퍼를 가지는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 10 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 상기 단면의 테이퍼 하부폭 또는 부재 최하부 폭에 대한 상기 부재 높이의 비가 1 이상 5 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 11 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 상기 테이퍼부의 테이퍼 각이 0°를 초과하고 45°이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 12 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 대략 T자형을 가지며, 상기 대략 T자형의 종봉부분과 횡봉부분을 모두 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재와 접합시키는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 13 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 대략 T자형을 가지며, 히터를 누르는 상기 종봉부분의 일부 또는 전부와 상기 횡봉부분을 포함한 나머지 부분을 별개로 분할한 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 14 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 대략 T자형을 가지며, 상기 대략 T자형의 상기 종봉부분이 있는 위치와는 별개의 위치이며 상기 횡봉부분의 하측에 시스 히터가 존재하지 않는 위치에 삽합용 凸부 또는 凹부를 설치함과 함께, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 삽합용 凸부 또는 凹부와 대향하는 위치에, 이들과 삽합하는 凹부 또는 凸부를 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 홈부에 설치한 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 15 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 대략 T자형을 가지며, 상기 대략 T자형의 상기 횡봉부분의 저면이 중심을 향하여 완만한 구배를 가지는 Y자형인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 16 실시예는, 제 12 실시예의 상기 대략 T자형의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에 있어서, 상기 종봉부분의 단면 폭에 대한 높이 의 비가 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 17 실시예는, 제 13 실시예의 상기 대략 T자형의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에 있어서, 상기 종봉부분의 단면 폭에 대한 높이의 비가 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 18 실시예는, 제 14 실시예의 상기 대략 T자형의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에 있어서, 상기 종봉부분 및 삽합용 凸부 또는 凹부 각 단면 폭에 대한 높이의 비가 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 19 실시예는, 제 15 실시예의 상기 대략 Y자형의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에 있어서, 상기 종봉부분의 단면 폭에 대한 높이의 비가 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 20 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 시스 히터와 접하는 면의 형상이 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 판면에 평행한 평면이거나 또는 상기 시스 히터의 외주와 같은 방향의 곡률을 가지는 곡면인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 21 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 시스 히터와 접하는 면의 부재 폭이 시스 히터의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 22 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단압압접 전의 단면적이 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 형성한 상 기 홈부의 단면적에서 상기 시스 히터의 단면적을 뺀 유효 단면적보다 크고, 또 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재를 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 상기 홈부에 삽합시킨 때에 측면의 적어도 일부에 극간을 가지는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 23 실시예는, 상기 시스 히터는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 설치된 1개 또는 복수의 홈에 복수개 배설되거나, 또는 복수의 홈에 각 1개씩 배설된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 24 실시예는, 상기 복수개의 시스 히터는 알루미늄 또는 알루미늄 함금 기초부재에 설치된 1개 또는 복수의 각 홈에 병렬로 복수개 배설된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 25 실시예는, 상기 복수개의 시스 히터는 알루미늄 또는 알루미늄 함금 기초부재에 설치된 1개 또는 복수의 각 홈에 높이 방향으로 겹쳐서 복수개 배설된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 26 실시예는, 상기 시스 히터는 단면이 원형 또는 코너부가 소정 곡률의 곡선으로된 대략 장방형(대략 정방형도 포함)의 형상을 가지는 파이프 상의 것, 또는 폭이 가는(細幅) 띠를 파이프 형상으로 엮은 것인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 27 실시예는, 상기 시스 히터를 수납하는 히터 플레이트가 시스 히터의 시스부와의 열전도성이 우수한 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 28 실시예는, 상기 시스 히터를 수납하는 히터 플레이트가 기 밀성을 가지는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 29 실시예는, 상기 시스 히터를 수납하는 히터 플레이트의 시스 히터가 더욱 높은 전기절연성을 가지는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 30 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재 및 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재는, JIS1050, 1100, 3003, 3004, 5005, 5052, 6063, 6061, 7003, 7N01 중의 어느 것의 합금으로 된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 31 실시예는, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 상기 홈부를 가공하고, 상기 홈부에 상기 시스 히터를 수납하며, 또한, 상기 시스 히터 위에 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재를 수납하고, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재를 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 32 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서, 일체 또는 복수로 분할된 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 33 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 평면방향 또는 단면방향으로 복수로 분할되어 있는 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 34 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면적이 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 형성한 홈부의 단면적에서 상기 시스 히터의 단면적을 뺀 유효 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 35 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재가 복수로 분할되어 있는 경우에 있어서, 복수의 부재를 소정의 순서로 단압압접하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 36 실시예는, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 판재를 이용하여 단압압접에 의해 금속접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 37 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에는 상기 단면의 형상이 장방형 이고 상기 단면의 폭이 상기 홈부의 폭과 동일하거나 큰 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 38 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서, 테이퍼 각이 0°를 넘고 45°이하의 테이퍼부를 가지는 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 39 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서, 단면 형상이 대략 T자형 또는 Y자형의 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 40 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 대략 T자형을 가지며, 상기 대략 T자형의 상기 종봉부분이 있는 위치와는 별개의 위치이고 상기 횡봉부분 하측의 시스 히터가 존재하지 않는 위치에 삽합용 凸부 또는 凹부를 설치함과 함께, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 삽합용 凸부 또는 凹부와 대향하는 위치에, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 이와 삽합하는 凹부 또는 凸부를 설치하며, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 상기 종봉부분 및 상기 삽합용 凸부 또는 凹부와, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 상기 凹부 또는 凸를 가지는 홈부를 삽합시켜 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 41 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에는, 상기 시스 히터와 접하는 면의 형상이 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 판면에 평행한 평면이나 또는 시스 히터의 외주와 동일방향의 곡률을 가지는 곡면인 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 42 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 높이가 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 홈부의 깊이에서 상기 시스 히터의 높이를 뺀 상기 홈부의 유효 깊이와 같거나 혹은 보다 큰 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 43 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 상기 단면의 폭에 대한 높이의 비가, 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플 레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 44 실시예는, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단압압접 전의 단면적이 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 형성한 상기 홈부의 단면적에서 상기 시스 히터의 단면적을 뺀 유효 단면적보다 크고, 또 상기 홈부에 삽압시킨 때에 측면의 적어도 일부에 극간을 가지는 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재와를 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 45 실시예는, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재 및 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서, JIS1050, 1100, 3003, 3004, 5005, 5052, 6063, 6061, 7003, 7N01 중의 어느 것의 합금으로 된 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 46 실시예는, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재와 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단압압접을 250℃로부터 500℃의 범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법이다.
본 발명의 제 47 실시예는, 제 31 실시예 기재의 히터 플레이트 제조방법을 이용한 히터 플레이트의 변형방지방법이다.
본 발명의 제 48 실시예는, 제 31 실시예 기재의 히터 플레이트 제조방법을 이용하여 단압압접하는 것에 의해 히터 플레이트에 대한 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 밀착성 향상방법이다.
본 발명의 제 49 실시예는, 제 48 실시예 기재의 히터 플레이트에 대한 접합 용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 밀착성 향상방법을 이용한 히터 수명 향상방법이다.
본 발명의 제 50 실시예는, 금속 또는 합금 기초부재에 설치된 홈부에 시스 히터를 수납하고, 또, 이들과 동종의 금속 또는 합금으로된 접합용 금속 또는 합금부재를 상기 홈부에 삽합하며, 상기 접합용 금속 또는 합금부재와 상기 금속 또는 합금 기초부재와를 단압압접에 의해 금속 접합한 히터 플레이트이다.
본 발명의 제 51 실시예는, 상기 금속 또는 합금 기초부재와 접합용 금속 또는 합금부재가 모두 동 또는 동합금인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트이다.
본 발명의 내부에 시스 히터를 배설한 히터 플레이트는, 금속부재에 시스 히터를 밀착시킴으로써, 시스 히터의 발열이 히터 플레이트의 금속부재에 전달된다. 또, 시스 히터는 히터 플레이트를 균일한 온도로 가열하도록 히터 플레이트의 내부에 배설되어 있다. 예를 들면, 시스 히터를 여러가지 형상으로 배설하여 히터 플레이트가 균일한 온도로 가열하도록 되어 있다. 또 시스 히터는 스테인레스강 예를 들면 SUS304, 니켈 합금 예를 들면 인코로이(Incoloy), 티탄 시스재(파이프)의 가운데에 전열선과 절연재가 봉입되어 있는 것이다. 여기서, 홈과 히터의 수는 후술하는 바와 같이, 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 내부에 시스 히터를 배설한 히터 플레이트는, 반도체나 액정 제조장치의 진공용기(진공챔버) 내에서 히터 플레이트로서 이용되는 것이다. 도 17에 내부에 시스 히터를 배설한 히터 플레이트의 사용예를 나타낸다. 도 17은 화학적 기상성장(CVD) 처리장치이며, 진공챔버(122) 내에 시스 히터(123)를 배설한 히터 플레이트(121)가 지지부재(124)에 의해 설치되어 있다. 히터 플레이트(121)에는 기판(125)이 적치된다. 또 진공챔버(122)내에는 CVD 처리를 위한 가스 공급부(126)가 설치되어 있고, 공급구(127)에서 가스를 공급하여 화학적 기상성장에 의해 기판(125)에 성막하는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시예에 의한 히터 플레이트의 단면도의 대표예이다. 도 1에 있어서 히터 플레이트(1)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 내부 부품으로서 시스 히터(3)가 수납되며, 그 상부를 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)로 밀봉한 구조를 가진다. 본 발명의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)는 단면 형상이 도 1a에 나타낸 바와 같은 장방형, 또는 도 1b에 나타낸 바와 같은 대향하는 2변의 적어도 일부가 매입방향으로 향하여 간극이 좁아지도록 테이퍼를 가지는 형상으로 되어 있다. 히터 플레이트(1)의 평면도를 도 2에, 또 도 2의 A-A'에 의한 단면도를 도 3 및 도 4에 나타낸다. 도 3 및 도 4는 각각 도 1a 및 도 1b의 히터 플레이트(1)에 대응하는 단면도이다. 상기 외, 도면은 생략하였으나, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상은 대략 T자 또는 대략 Y자이어도 좋다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에는 시스 히터(3)와 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 수납하는 홈부(5)가 설치되어 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)는 두꺼운 부재이어도 좋으나, 실용적으로는 판재가 바람직하다.
홈부(5)에 시스 히터(3)를 수납한 후에 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 수납하고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)와 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 단압압접한다.
도 2는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)가 일체의 부재로된 실시예를 나타내고 있다. 이에 대하여, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재가 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 평면방향으로 보아 복수 부재로 구성되어 있는 일 실시예를 도 5에 나타낸다. 동일하게 후술의 도 8b,d에 도시한 바와 같이, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)가 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 단면방향으로 보아 복수 부재로 구성되어 있는 것도 좋다. 따라서, 필요한 경우에는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 일체로 하지 않고, 도 5 또는 도 8b.d에 도시한 바와 같이 복수로 분할하여 단압 압접하는 것도 가능하다.
본 발명의 히터 플레이트는 히터 플레이트의 형상이 도 2에 나타낸 바와 같은 사각형상으로 되어도 좋고, 또 도 6에 도시한 바와 같은 원형상으로 되어도 좋으나, 히터 플레이트의 레이아웃 형상은 서로 직행하는 2개 중심축의 적어도 1개에 대하여 대칭이거나 또는 중심에 대하여 점대칭인 것이 바람직하다. 즉, 도 2에서는 중심축(6)에 대하여 대칭으로 되어 있고, 도 6a에서는 중심축(51)에 대하여 대칭으로 되어 있는 것이 좋다. 또, 도 6b에서는 중심(53)에 대하여 점대칭으로 되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 접합용부재는 장방형, 대략 T자, 대략 Y자, 테이퍼 등으로 되고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 접합용 부재를 위치 맞추는 때에 위치 맞춤을 쉽게 하는 특징이 있다. 장방형 단면의 경우에는, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 히터와의 접촉면 단부를 극히 약간 면취하는 등을 하면 위치 맞춤은 용이하게 된다.
특히 도시하지 않았으나, 도 2 도 6a, 도 6b의 레이아웃과 같은 레이아웃에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 홈 중에 2개 히터를 병렬로 늘어 놓는 것도 가능하고, 또는 홈의 깊이 방향으로 2개 이상 중첩하여 늘어 놓는 것도 가능하다. 이와 같이, 복수개의 히터를 상기 기초부재의 적어도 1개 이상의 홈에 수납하여 히터 플레이트를 구성할 수 있다.
또는 히터를 복수의 홈에 각 1개씩 배설하여 히터 플레이트를 구성할 수 있다. 시스 히터를 배설하는 홈은 히터 플레이트를 소정온도로 가열하기에 충분하게 대강 균일한 온도를 얻을 수 있도록 설계되어 있으면 좋고, 홈과 히터의 개수는 모두 1개에서도 복수개에서도 좋으며, 적절하게 선택하는 것이 가능하다.
다음에, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 형상에 대하여 상세히 설명한다.
접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 장방형의 경우에 있어서, 도 3을 기초로 상세히 설명한다. 도 3은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 설치된 홈에 시스 히터를 수납하여 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재를 상기 홈부에 삽합하고, 상기 접합용부재와 상기 기초부재를 단압압접에 의해 접합한 결과를 나타낸다. 이 도면에서와 같이 단압압접에 의해 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 홈부(5)와 시스 히터(3)가 서로 밀착되어 있다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 폭(w1)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 설치된 홈부(5)의 폭(w2)과 동일하거나 큰 것이 특징이다. 또 도 3b에 나타낸 높이(h)와 폭(w1)의 비율은 접합용부재의 좌굴변형 등을 고려하면, 1 이상 4 이하 정도인 것이 바람직하다. 단압압접시의 기초부재 홈부의 측면에서 받는 저항 등을 고려하면, 1 이상 3 이하가 특히 바람직하다. 단, 1 이하에서도 접합은 가능하나, 단압압접부의 히터 플레이트 사용 중의 열변형이나 접합부 강도 등을 고려하면 1 이상이 바람직하며, 여기서는 하한치로서 1 이상으로 한다. 여기서, 접합용부재의 변형에 관해서는, 접합용부재의 선단 근방의 부재 폭을 홈 폭보다 좁게 가공한 2개의 장방형을 중첩한 형상이나 극히 조금 트리밍(Triming)한 접합용부재도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 한다. 또, 상기 기초부재의 홈부 체적에서 시스 히터의 체적을 뺀 나머지 유효체적보다 상기 접합용부재의 체적이 클 필요가 있다. 상기 접합용부재의 길이는 홈부를 완전히 채우기에 필요한 체적을 확보하기에 필요한 길이와 같거나 조금 길 필요가 있다.
그 이유는, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 폭(w1)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 설치된 홈부(5)의 폭(w2)과 동일하거나 약간 큰 것에 의해 상기 접합용부재(4)가 홈부를 넓히면서도 소성변형시킴으로써 상기 접합용부재와 상기 기초부재 사이의 단압압접에 의해 금속 접합할 수 있다. 구체적으로는, 직경 10의 시스 히터를 이용한 경우에, 기초부재의 홈 폭을 11mm로, 상기 접합용부재는, 부재 폭 12mm 정도 것을 이용하는 것이 좋다. 결국, 상기 접합용부재가 상기 기초부재에 삽합하는 때에, 홈 벽에서 압축응력을 받으면서 소성변형 하도록 접합용부재가 기초부재의 홈 폭보다 약간 큰 것을 이용하면 좋다. 기초부재 홈부에 삽입하는 접합용부재의 홈 폭에 대한 치수의 차이는 삽입 가능한 범위의 최대의 것까지 허용되나, 허용범위로서 홈 폭보다 수mm는 큰 정도로 고려된다. 도 3b에 나타낸 높이(hz)와 폭(w1)이 1 이상 4 이하인 것이 바람직하며, 1 이상 3 이상인 것이 특히 바람직하다.
또, 상기 기초부재의 홈부 체적에서 시스 히터의 체적을 뺀 나머지 유효체적보다 상기 접합용부재의 체적을 크게하며, 또한, 상기 접합용부재의 길이로서 홈부를 완전히 채우기에 필요한 체적을 확보하기에 필요한 길이와 같거나 조금 길게 한다. 그 이유는, 그와 같이 하지 않으면, 상기 접합용부재를 홈에 충분히 충만시킴과 동시에 상기 기초부재와 완전히 금속 접합시킬 수 없게 되기 때문이다.
도 3에 나타낸 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상이 장방형의 경우에 있어서, 시스 히터(3)와 직접 접하는 면의 형상은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 판면에 평행한 평면을 가지거나 또는 시스 히터(3)의 외주와 같은 방향의 곡률을 가지는 곡면인 것이 좋다. 시스 히터(3)와 직접 접하는 면이 시스 히터(3)의 외주와 같은 방향의 곡률을 가지는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 예를 도 10a에 나타낸다. 시스 히터(3)와 직접 접하는 면(31)을 이와 같은 형상으로 하는 것에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2) 및 접합용 아루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)와 시스 히터(3)의 시스부와의 접합이 극간 없이 이루어지고, 높은 기밀성와 우수한 열전도성을 얻을 수 있다. 또한, 시스부의 건전성(建全性)을 높일 수 있어 내부의 절연재가 보호되고, 높은 전기절연성이 유지된다.
도 10b는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 시스 히터와 접하는 면의 단면 형상이 시스 히터와 같은 방향의 곡률을 가지는 것이나, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 부재 폭이 시스 히터 폭(X)보다 큰 경우를 나타낸다. 이와 같이 접합용부재 폭을 크게 함으로써, 히터 단면의 외주측부로의 재료유입이 확보되고, 시스 히터와 접합용부재와의 밀착성이 개선된다.
도 10c에 접합용부재 폭이 기초부재의 판면에 평행한 경우를 도시하였다. 이와 같이, 접합용부재 폭을 시스 히터 폭(X)보다 크게 하는 것은, 접합용부재의 최하부가 기초부재의 판면에 평행한 경우에는 시스 히터와 접하는 면이 시스 히터와 같은 방향의 곡률을 가지고 있는 경우에 비하여 히터 단면의 외주측부로의 재료유입의 점에서는 특히 유효하다. 여기서, 접합용부재 폭을 크게 한 경우는 기초부재 폭도 접합용부재 폭의 크기에 대응하여 크게하는 것은 말할 필요도 없다.
다음에, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상이 장방형 이외의 것에 있어서 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상의 일 실시예를 나타낸다. 도 7에서는, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(4)의 대향하는 2변의 적어도 일부가 매입되는 방향으로 향하여 간격이 좁아지도록 테이퍼를 가지는 형상으로 되어 있다. 도 7a에서는 대향하는 2변(11)(12)이 모두 수선에 대하여 각도(α)의 경사를 가지는 테이퍼를 형성하고 이다. 또 도 7b 및 c는 단면 형상의 경사가 2단 테이퍼의 예를 나타낸다. 도 7b에서, 변(13)(15)은 수직의 평행한 형상으로 되어 있고, 변(14)(16)은 모두 수선에 대하여 각도(α)의 경사를 가지는 테이퍼를 형성하고 있다. 또한, 도 7c에서, 변(17)(19)은 모두 수선에 대하여 각도(α)의 경사를 가지고 있으며, 변(18)(20)은 모두 수선에 대하여 다른 각도(β)의 경사를 가지는 테이퍼를 형성하고 있다.
도시하지 않았으나, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 시스 히터와 접하는 면의 부재 폭을 시스 히터 폭보다 크게 할 수 있다. 이와 같이, 접합용부재 폭을 크게 함으로써, 히터 단면의 외주측부로의 재료유입이 확보되고, 시스 히터와 접합용부재와의 밀착성이 개선된다. 여기서, 접합용부재 폭을 크게 한 경우는, 기초부재 폭도 접합용부재 폭의 크기에 대응하여 크게하는 것은 말할 필요도 없다.
도 7b, 도 7c의 경우에 있어서도, 시스 히터와 접하는 면의 부재 폭을 시스 히터 폭보다 크게 하는 것은 히터 단면의 외주측부로의 재료유입이 확보되고, 시스 히터와 접합용부재와의 밀착성이 개선되는 효과가 있다. 본 발명의 상기 이외의 경우에 있어서도 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 시스 히터와 접하는 면의 부재 폭을 시스 히터 폭보다 크게 하는 것은 히터 단면의 외주측부로의 재료유입성에 있어서 효과가 있다.
도 7에 나타낸 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 테이퍼부의 테이퍼 각 α 및 β는 0°를 초과하여 45°이하가 바람직하며, 1°이상 30°이하가 특 히 바람직하다. 그 이유는, 테이퍼부 각도가 크게 되면, 단압압접시의 기초부재 홈 벽부로부터 테이퍼 부재가 받는 정수압 응력이 감소되고, 접합성이 저하되어 양호한 금속접합 상태를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 불필요하게 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재의 치수가 커지게 되기 때문이다. 여기서, 일부에 테이퍼 형상을 가지는 접합용부재는 테이퍼 상부의 치수(W1)와 테이퍼 하부의 치수(W2)의 테이퍼 각도로 정의한다. 부재의 전체 높이는 h1으로서 표시하는 것으로 한다. 또 이 테이퍼부를 직선으로 하지 않고 원만한 곡선으로 할 수 있다. 이 경우는 테이퍼의 각도는 결정할 수 없으나, 테이퍼 개시점과 종료점을 직선으로 연결하여 편의적인 각도를 적용할 수 있다. 접합용부재가 테이퍼부를 곡선으로 연결한 경우도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상을 도 7에 나타낸 실시예와 같은 테이퍼 형상으로 하는 것에 의해 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 시스 히터(3)까지 확실하게 삽입하여 단압압접할 수 있다.
본 발명의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상이 도 7에 나타낸 바와 같은 테이퍼 형상의 경우, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 확실하게 단압압접하기 위해서는, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(4)의 단면적이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 형성한 홈부(5)의 단면적에서 시스 히터(3)의 단면적을 뺀 유효 단면적보다 큰 것이 바람직하다. 그 이유는, 그와 같이 하지 않으면, 상기 접합용부재를 홈에 충분하게 충만시켜 충분히 금속 접합 할 수 없기 때문이다. 시스 히터와 접합용부재 사이에 극간이 있어, 히 터의 열전도성이 낮아지기 때문이다.
또 도 7에 있어서, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 높이(h1)와 테이퍼 하부폭(W3) 또는 부재 최하부폭(W2)의 관계는 테이퍼 각도를 조정하는 것에 의해 좌굴저항을 향상시킬 수 있으므로 특별히 제약을 구비하지 않는 것도 좋으나, 히터 플레이트의 전체 두께와 히터 직경과의 관계나 테이퍼 각도가 0°에 근사한 경우 등의 좌굴저항을 고려하면 1 이상 5 이하가 바람직하며, 더욱이, 단압압접시에 테이퍼측부로부터 받는 저항을 고려하면, 1 이상 3 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 1 이하에서도 접합은 가능하나, 단압압접부의 히터 플레이트 사용 중의 열변형이나 접합부 강도 등을 고려하면 1 이상이 바람직하기 때문에, 여기서는 하한치는 1 이상으로 한다. 예를 들면, 시스 히터의 직경을 10으로 한 경우에, 도 7a의 상부폭(W1), 하부폭(w2)과 높이(h)는 15mm, 10mm, 30mm로 하면 좋다. 또, 이와 같이, 테이퍼 형상의 접합용부재를 이용하는 것에 의해 테이퍼에 안내되면서 삽합되므로, 시스 히터와 접합용부재(4)의 밀착성이 향상되고, 기초부재(2)에 설치된 홈에 재료가 충분하게 충만되며, 견고한 금속 접합을 얻을 수 있다.
다음, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상이 대략 T자형 또는 Y자형 경우에 대하여 설명한다.
도 8에 단면 형상이 대략 T자형 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(4)의 일 실시예를 나타낸다. 도 8a에서는 T자형 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 종봉부분(31)과 횡봉부분(32)을 이용하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)와 접합한다. 즉, 시스 히터(3)를 누르는 T자형 종봉부분(31)에 더하여 T자 횡봉부분(32)도 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)와 접합된다. 이 경우, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에는 T자형 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)와 대향하는 위치에 삽합용 凹부를 설치한다.
도 8b에서는 히터를 누르는 T자형 종봉부분(31)과 횡봉부분(32)이 위치(33)에서 분할되어 별개로 되어 있으며, 분할하여 접합시키는 구조이다. 도 8b에서는 종봉부분(31)의 전체가 별개로서 분할되어 있으나, 종봉부분(31)의 일부만이 별개로 되어 있는 것도 좋다. 종봉부분(31)의 폭과 길이의 비율은 종봉부분이 일체로 되어 있거나 별개 이거나를 불문하고 1 이하에서도 접합은 가능하겠지만, 단압압접부의 히터 플레이트 사용 중의 열변형이나 접합부 강도를 고려하면, 1 이상이 바람직하며, 凸부의 좌굴저항을 고려하면 4 이하가 좋다. 단접시의 접합용부재가 기초부재 측면으로부터 받는 저항을 고려하면, 1 이상 3 이하가 특히 바람직하다. 따라서 종봉부분의 치수는 시스 히터의 직경을 10으로 한 경우에, 도 8b와 같이 폭(w)과 높이(h)는 10mm, 30mm로 하면 좋다.
도 8c에서, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)는 도 8a의 T자형 종봉부분(31)과 횡봉부분(32)에 더하여 그 아래에 시스 히터가 존재하지 않은 위치에도 종봉부분(34)이 설치되어 있다. 이 경우, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)와 삽합하도록 대향하는 위치에 凹부 또는 凸부를 설치하고 있다. 여기서, 도 8c의 34는 하방으로 신장된 凸부로 되어 있으나, 34를 凹부로 하는 한편 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 대향하는 위치에 凸부를 설치하여도 좋다. 凸부로서 설치한 종봉부분(34)의 체적은 이와 삽합하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 설치한 凹부보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또, 삽합용 凹부의 폭과 접합용 부재 凸부의 폭은 凹부 폭이 凸부 폭보다 크며, 凸부의 폭과 凸부 길이의 비율은 도 8b의 경우와 동일하게, 1 이상 4 이하가 좋고, 특히 바람직하게는 1 이상 3 이하이다. 이와 같은 돌기를 만드는 것에 의해 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 접합을 보다 견고하게 하는 것이 가능하다.
또한, 도 8d는 도 8c와 동일한 단면 형상이나, 도 8b의 경우와 동일하게, 시스 히터(3)를 누르는 T자형 종봉부분(31)과 그 다른 부분이 위치(35)에서 분할된 별개로 되어 있으며, 분할하여 접합시키는 구조의 것이다. 이 경우에도 종봉부분(31)의 일부만이 별개로 되어도 좋다. 또한, 도 8d에서는 종봉부분(34)의 위치가 도 8c와는 다르게 되어 있으나, 필요에 따라 종봉부분(34)의 위치를 조정하여도 좋다. 여기서, 도 8e와 같이, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 횡봉부분의 길이와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 형성한 홈의 횡봉부분이 삽합하는 홈부의 치수는 상기 접합용부재의 횡봉부분의 폭(A1)이 홈부의 폭(A2)보다 크거나 또는 횡봉부분 단부 상면 폭(A1a)이 횡봉부분 단부 하면 폭(A1b)보다 크게 되는 두께 방향으로 테이퍼를 가지는 형상을 가지며, 이와 삽합하는 기초부재의 홈 폭보다 큰 것이 바람직하다. 또, T자 횡봉부의 폭(A)과 높이(B)의 비율은 특히 제한하는 것은 아니나, 폭이 불필요하게 길면 재료가 쓸모없게 소요됨으로써 최대로도 히터 수납부 폭의 5～6배 정도로 충분하다. 두께는 접합용 부재를 고정하기에 충분한 강도를 얻을 수 있으면 좋고, 이를 위해서는 5mm 에서 20mm 정도는 필요한다. 시스 히터 직경을 10으로 하면, 횡봉부 폭(A)은 50～60mm, 높이(B)는 5～20mm로 된다. 물론, 폭을 30～40mm로 할 수도 있다.
다음에, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(4)의 단면 형상이 Y자형의 일 실시예를 도 9에 나타낸다. 도 8에 나타낸 T자형에서는 횡봉부분(32)의 형상이 장방형이었는데, 도 9에 나타낸 Y자형에서는 횡봉의 하변(36)(37)이 중심을 향하여 원만한 하측 구배로 되어 있다. T자 또는 Y자 횡봉부분의 단면적과 종봉부의 단면적은 기초부재에 형성된 홈의 이것과 감합(勘合)하는 부분을 독립하여 본 경우에 홈 횡봉부분의 단면적과 종봉이 삽입되는 부분의 히터부를 뺀 홈 단면적보다 모두 클 필요가 있다. 그 이유는 T자 또는 Y자형상의 접합용부재의 기초부재와의 접합을 충분하게 하는 것은 횡봉부, 종봉부 모두 충분히 기초부재와 금속 접합시킬 필요가 있기 때문이다.
본 발명의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상이 대략 T자형 또는 Y자형의 경우, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면적이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 형성한 홈부(5)의 단면적에서 시스 히터(3)의 단면적을 뺀 유호 단면적보다 큰 것이 바람직하다.
또, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 폭이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 홈부(5)의 폭보다도 적어도 일부에서 좁게 되는 것에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 홈부(5)에 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 삽합시킨 때에 홈부(5) 측면의 적어도 일부에 극간을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것에 의해 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합 금부재(4)를 홈 깊이까지 삽입할 수 있기 때문에, 시스 히터와 접합용부재를 밀착시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상이 대략 T자형 또는 Y자형의 경우에 있어서도, 종봉부분(31)(34)의 높이와 폭의 비율이 모두 1 이상 4 이하인 것이 좋다. 또, 종봉부분의 폭과 이것이 감합하는 기초부재의 홈 폭을 비교하면 기초부재의 홈 폭이 크며, 더욱이 종봉의 단면적은 종봉부분이 수용되는 기초부재의 홈부 단면적에서 히터의 단면적을 뺀 부분의 단면적보다 클 필요가 있다. 이와 같이 하는 것에 의해 기초부재의 홈이 만드는 공간 내에서 접합용부재를 단압압축하는 것에 의해 기초부재의 종봉부분과 접하는 홈부와 접합용부재의 종봉부의 금속 접합이 실현된다.
상기에서 설명한 각종 형상을 가지는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(4)의 시스 히터(3)와 직접 접하는 면의 형상은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 판면에 평행한 평면을 가지거나, 또는 시스 히터(3)의 외주와 같은 방향의 곡률을 가지는 곡면인 것이 바람직하다. 시스 히터(3)와 직접 접하는 면이 시스 히터(3)의 외주와 같은 방향의 곡률을 가지는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 예를 도 11에 나타낸다. 시스 히터(3)와 직접 접하는 면(38)을 이와 같은 형상으로 하는 것에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2) 및 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)와 시스 히터(3)의 시스부와의 접합이 간극없이 이루어지며, 높은 기밀성과 우수한 열전도성을 얻을 수 있다. 게다가 시스부의 건전성을 높이는 것으로 내부의 절연재가 확보되고, 높은 전기절연성이 유지된 다.
본 발명의 히터 플레이트의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2) 및 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)에는 JIS1050, 1100, 3003, 3004, 5005, 5052, 6063, 6061, 7003, 7N01 중의 어느 것의 합금을 이용할 수 있다.
본 발명의 히터 플레이트의 다른 실시예로서, 시스 히터(3)의 단면 형상이 원형 또는 코너부가 소정 곡률의 곡선으로된 대략 장방형(대략 정방형도 포함)으로된 파이프상 또는 폭이 가는(細幅) 띠를 파이프 형상으로 엮은 것으로 할 수 있다.
다음에, 히터 플레이트의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 히터 플레이트(1)는 내부부품인 시스 히터(3)와 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 삽입하기 위한 홈부(5)를 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 미리 배설하고, 홈부(5)에 시스 히터(3)를 수납한 후에, 그 위에서 홈부(5)의 공간을 채우는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(4)를 삽입한다. 또한 단압압접에 의해 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(4)와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)를 금속 접합하는 것에 의해 히터 플레이트를 제조한다. 여기서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재는 알루미늄 합금 판재인 것이 좋다.
본 발명의 히터 플레이트의 제조방법에서, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상이 장방형의 경우에는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 폭(w1)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 설치된 홈 부(5)의 폭(w2)과 동일하거나 큰 것이 바람직하다. 이에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 홈부(5)의 측면과 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 측면과의 사이를 간극 없이 단압압접할 수 있다.
본 발명의 히터 플레이트 제조방법에서, 도 3에 나타낸 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 높이(h1)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 홈부(5)의 깊이(h2)에서 시스 히터(3)의 폭의 크기를 뺀 값보다 큰 것이 좋으며, 단압압접에 의해 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 저면과 시스 히터(3) 사이의 기밀성을 한층 높일 수 있다.
또 본 발명의 히터 플레이트 제조방법에서, 본 발명의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)는, 높이(h)와 폭(w1)의 비율이 1 이상 4 이하, 특히 바람직하게는 1 이상 3 이하가 특히 좋다.
본 발명의 히터 플레이트 제조방법에 있어서, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 시스 히터(3)와 접촉하는 면이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 판면에 평행한 평면을 가지거나 또는 시스 히터(3)의 외주와 같은 방향의 곡률을 가지는 곡면인 것이 바람직하다.
다음에, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면 형상이 장방형 이외의 경우의 본 발명의 히터 플레이트 제조방법에 대하여 설명한다. 홈부(5)를 채우는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)가 도 5에 나타낸 바와 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 평면방향으로 복수 부재로 분할되어 있는 경우에는, 분할된 상기 부재를 동시에 단압하는 것도, 또는 소정 순서로 순차 단압하는 것도 가능하다. 분할된 상기 부재를 순차 단압하는 경우에는, 한 번에 단압하는 부위의 범위가 감소하므로 보다 작은 프레스기를 이용한 단압이 가능하다. 또, 도 8b,d에 나타낸 바와 같이 단면방향으로 복수의 부재로 분할되어 있는 경우에는 상기 복수 부재를 순차 단압압접하는 것이 가능하며, 조합하여 단압압접시킬 수 있다.
이 경우 복수의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재는 히터 배설 방향의 길이로서 부재 상면이 부재 하면보다 길고, 접합용부재의 단면이 테이퍼 형상을 이루며, 또 접합용부재 상면의 길이를 기초부재의 히터 매설용 홈 길이보다 길게 하는 것에 의해 복수 부재가 서로에 압력을 미치면서 소성변형 하면서 단압 압접되기 때문에, 복수 부재의 경계 단압압접시 접합성을 충분히 확보할 수 있다. 접합용부재와 기초부재의 접합은 단압압접만으로 행하는 것이 제조공정의 간소화를 위해서는 바람직하나, 복수의 접합용부재의 경계를 전자 빔 용접이나 납땜 등으로 접합하는 것에 의해 복수의 접합용부재의 길이가 기초부재의 홈 길이 보다 짧은 것을 이용하는 것도 가능하다.
본 발명의 히터 플레이트 제조방법에서는, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)가 각도 0°을 초과하고 45°이하의 테이퍼부를 가지고 있으며, 상기 테이퍼부를 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)에 설치한 홈부(5)에 삽입하여 단압압접에 의해 금속 접합시킨다.
본 발명의 히터 플레이트(1)의 다른 제조방법에서는, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 단면이 대략 T자형 또는 대략 Y자형 형상을 가지고 있고, 일측의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 대향하는 위치에는 대략 T자형 또는 대략 Y자형의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)와 삽합하도록 凹부 또는 凸부가 설치되어 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 상기 凹부 또는 凸부에 대략 T자형 또는 대략 Y자형의 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 삽합하여 단압압접하는 것에 의해 금속 접합한다. 여기서, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)는 시스 히터(3)를 누르는 종봉부분(31) 이외의 위치에 凸부 또는 凹부를 설치하여도 좋다.
본 발명의 히터 플레이트 제조방법에 있어서, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 시스 히터(3)와 접촉하는 면이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 판면에 평행한 평면을 가지거나 또는 시스 히터(3)의 외주와 같은 방향의 곡률을 가지는 곡면으로 된 것이 바람직하다.
본 발명의 히터 플레이트(1)의 제조방법에서는, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 실단면적이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 홈부(5)의 단면적에서 시스 히터(3)의 단면적을 뺀 유효 단면적보다 큰 것이 바람직하며, 단압압접에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)와 시스 히터(2)와의 밀착성을 한층 높일 수 있다. 또 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(4)와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)를 삽합시킨 때에 홈부(5)의 측면과 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)의 측면과의 접촉면의 적어도 일부에 극간을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의해 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)는 단압압접에 의해 시스 히터(3)에 접할 때까지 확실하게 삽입되며, 알루미 늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)와 시스 히터(3)와의 밀착성을 더욱 높게 할 수 있다.
본 발명의 히터 플레이트의 제조방법에 있어서는, 전처리로서 표면을 세정하는 것이 바람직하다. 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재의 경우는, (1)초산으로 표면 기름처리, (2)물세척, (3)가성처리(알칼리 용액에 의한 에칭), (4) 물세척, (5)초산으로 세정, (6)물세척, (7)탕세(湯洗) 등의 공정을 적절히 조합하여 표면을 세정하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 단압압접 전의 표면을 세정하는 것에 의해 접합성이 향상되기 때문이다.
또, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)와 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 단압압접한 후의 마무리로서, 절삭, 연마, 알루마이트(Alumite) 및 쇼트블라스트를 행하는 것이 바람직하다. 여기서, 단접후 절삭을 행함으로써, 접합용부재를 기초부재 홈부의 유효체적보다 지나쳐 단압 압접시에 눌러 넣는 것에 의해 생기는 단압압접후의 히터 플레이트 압압면의 압접부 근방의 변형은 절삭, 연마가공 등에 의해 제거 가능하다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)와 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 압접하는 때의 단압 온도는 250℃～500℃의 온도범위이다. 바람직하게는 300℃～450℃의 범위가 적절하며, 더욱 바람직하게는 350℃～420℃의 범위이다. 단압압접에 의한 메리트는 용접법과 비교하면 접합용부재가 일체의 경우에는 매우 단시간에 접합할 수 있다.
단압후 자연냉각되어 상온으로 되면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재 와 스테인레스강의 시스 히터와의 수축 차이에 의한 응력이 생기는데, 상온에서는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 내력이 크므로 히터 플레이트가 변형하지는 않는다. 또 시스 히터의 스테인레스강의 강도도 높으므로, 시스 히터의 변형이나 파손도 일어나지 않는다. 400℃ 근처에서 단압된 히터 플레이트가 사용온도 영역인 400℃ 근처로 가열된다는 것은 단압된 때의 상태로 되돌아 가는 것이 되고, 알루미늄 부재와 스테인레스강의 시스재 사이의 응력은 극히 작아지게 되며, 히터 플레이트의 변형, 시스재의 변형이나 파손이 생길 염려가 없다.
본 발명의 히터 플레이트(1)의 제조방법에서, 기초부재(2) 및 접합용 부재(4)에 이용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 JIS1050, 1100, 3003, 3004, 5005, 5052, 6063, 6061, 7003, 7N01 중의 어느 것인가를 선택할 수 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)는 재질, 제법에 대해서는 특정하지 않으나, 내리이크성을 고려하면 내부 결함이 적은 압연판, 단조품을 소재로 하는 것이 바람직하다. 또, 세정 가스에 대한 내식성 관점에서는 알루미 재질은 순도 99.5%이상의 JIS1050이 가장 바람직하다. 히터 플레이트의 대형화에 따른 크리프(Creep) 변형 방지의 점에서는, 1100, 6061 등 보다 고강도의 합금이 사용되도록 되어 있으나, 상기 어느 것의 알루미늄 또는 알루미늄 합금도 이용될 수 있다. 그외 마그네슘 함유량이 적은 5005, 5052 등의 Al-Mg합금도 압접성을 만족하며, 금속 접합이 확보될 수 있는 조성범위에 있어서는 이용하는 것이 가능하다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2) 및 접합용부재(4)가 동일 재료의 경우에는, 단압압접시의 변형에 의해 부재끼리 압접하여 물리적으로 금속 접합하기 쉽다. 또 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2) 및 접합용부재(4)가 다른 종의 재료로 되어도 단압압축시의 양부재의 소성변형에 의해 부재끼리 압접하여 물리적으로 금속 접합하기도 하는 바, 예를 들면, JIS1000계의 알루미늄재와 JIS3000계의 알루미늄재의 다른 재료끼리에서도 단압압접에 의해 물리적으로 금속 접합한다.
상술한 본 발명의 히터 플레이트 제조방법에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)와 시스 히터(3)의 밀착성을 높일 수 있기 때문에, 시스 히터(3)로부터 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)로의 열전도성이 큰폭으로 높아지므로, 시스 히터(3)의 수명을 향상시킬 수 있다. 또, 본 발명의 히터 플레이트(1) 제조방법에서는, 사용온도 영역인 400℃근처에서 단압이 이루어지기 때문에, 사용시의 알루미늄 부재와 스테인레스강의 시스재 사이의 응력은 극히 작아지며, 히터 플레이트의 왜곡 등이 생기지 않고 장시간에 걸쳐 사용할 수 있다.
본 발명에서는, 2매의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 단압에 의해 금속접합시키는 것은 아니며, 시스 히터를 매설한 부분만을 단압압접하는 것이므로, 히터 플레이트의 열응력에 의한 변형을 방지할 수 있다. 따라서, 히터 플레이트가 대형화 되어도 본 발명에 의하면 시스 히터의 근방만을 압압하여 단압압접 하므로, 종래의 판 전체를 압압하여 접합하는 경우에 비하여 단조 프레스의 파워를 작게 할 수 있으며, 또 프레스기의 재료 압압부의 면적도 작게 할 수 있으므로, 프레스기의 대형화를 회피할 수 있고, 또한 2매의 판재를 단압압접하는 경우보다도 가공수를 줄일 수 있다.
본 발명에서는, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)가 테이퍼부를 가지고 있고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재(2)의 홈부(5)에 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)를 삽합시킨 때에 홈부(5) 측면의 적어도 일부에 극간을 설치하는 것에 의해, 단압에 의해 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재(4)가 시스 히터(3)에 접합하는 위치까지 확실하게 삽입되도록 하는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 설치된 홈부에 시스 히터와 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재를 수납하고, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재를 단압압접에 의해 금속 접합시키는 것에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재와 시스 히터의 사이에 고도한 기밀성을 유지할 수 있으며, 또한 높은 열전도성을 확보할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재를 단압압접에 의해 행하는 금속 접합을, 히터 플레이트가 사용되는 가열영역 온도 근방에서 행하는 것에 의해 히터 플레이트의 사용온도영역에 걸리는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재와 내부 히터의 시스재와의 선팽창차이에 의한 응력을 경감시킬 수 있으며, 시스 히터의 변형이나 파손, 히터 플레이트의 변형 등을 회피할 수 있다. 동시에, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 밀착성이나 열전도성도 개선할 수 있다.
본 단접기술은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성하였으나, 본 발명과 같이 접합용 금속부재와 시스 히터를 수납한 금속 기초부재를 단압압접에 의해 접합할 수 있는 열전도성이 높은 재료이면 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 한정하지 않고 어떤 금속재료도 좋으나, 히터 수명을 고려하면 이용되는 금속재료로서는 선팽창계수가 큰 재료가 더욱 바람직하다.
그와 같은 단압압접이 가능하고, 열전도성이 높으며, 열팽창계수가 큰 재료로서는 동 또는 동합금이 있다. 동 또는 동합금을 이용하여도 동일한 태양의 히터 플레이트를 얻을 수 있다. 동합금을 이용하여 히터 플레이트를 단압압접으로 제조하는 경우에는 700℃에서 900℃의 온도범위에서 단압압접하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 히터 플레이트는, 금속 또는 합금 기초부재에 설치된 홈부에 시스 히터를 수납하고, 또한, 이와 동종의 금속 또는 합금으로된 접합용 금속 또는 합금부재를 상기 홈부에 삽합하며, 상기 접합용 금속 또는 합금부재와 상기 금속 또는 금속 기초부재를 단압압접에 의해 금속 접합하는 것에 의해 구성될 수 있는데, 열전도성이나 선팽창계수 외에, 가공성이나 취급성의 점에서는 단압압접 온도가 낮은 경량의 것이 바람직하다. 이 점에서도 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 우수하며, 본 발명에서는 주로 상기 접합용 금속 또는 합금재료 및 상기 금속 또는 합금 기초부재 모두 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성한다.
본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며 한정의 의미로 이해되어서는 안될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구항의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 설치된 홈부에 시스 히터와 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재를 수납하고, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재를 단압 압접에 의해 금속 접합시키는 것에 의해, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재와 시스 히터와의 사이에서 고도한 기밀성을 유지할 수 있으며, 또한, 높은 열전도성을 확보할 수 있다고 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재를 단압압접에 의해 행하는 금속접합을, 히터 플레이트가 사용되는 가열영역의 온도 근방에서 행하는 것에 의해 히터 플레이트의 사용온도에 걸리는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재와 내부 히터의 시스재와의 선팽창차에 의한 열응력을 경감시킬 수 있어, 시스 히터의 변형이나 파손, 히터 플레이터의 변형 등을 회피할 수 있다. 동시에 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 밀착성이나 열전도성도 개선시킬 수 있다. 본 발명의 효과는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 이외의 금속에서도 단압압접 가능하고 열전도성이 우수한 금속이라면 좋고, 동 또는 동합금 등에도 적용할 수 있다. 동 또는 동합금은 내열성이 높으므로 알루미늄 또는 알루미늄 합금제의 히터 플레이트보다 고온에서 사용하는 경우에 적합하다.

Claims (51)

  1. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 설치된 홈부,
    상기 홈부에 수납하는 시스 히터(Sheath Heater), 및
    상기 홈부에 삽합하는 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재를 구비하고,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 접합부재의 단면 폭은, 상기 홈부의 단면 폭과 동일하거나 또는 상기 홈부의 단면 폭 보다 더 크고,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재가 상기 홈부를 넓히면서 소성변형하며, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재를 단압 압접에 의해 금속 접합하여 서로 밀착시키는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재는 일체의 부재로 된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재는 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 평면방향에 대하여 복수 부재로 된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재는 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 수직방향에 대하여 복수 부재로 된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스 히터의 배설 레이아웃은 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 서로에 직교하는 2개 중심축의 적어도 하나에 대칭이거나, 또는 중심에 대하여 점대칭인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재가 판재인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면적은 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 형성한 홈부의 단면적에서 상기 시스 히터의 단면적 을 뺀 유효 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상은 장방형을 가지며 상기 단면 폭이 상기 홈부의 폭과 동일하거나 큰 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 적어도 일부에, 매입 방향에 대향하는 2변이 하방으로 향하여 그 간격이 좁아지도록 소정의 테이퍼부를 가지는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 상기 단면의 테이퍼 하부폭 또는 부재 최하부 폭에 대한 상기 부재 높이의 비가 1 이상 5 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 상기 테이퍼부의 테이퍼각이 0°를 초과하고 45°이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 T자형을 가지며, 상기 T자형의 종봉부분과 횡봉부분을 모두 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재와 접합시키는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 T자형을 가지며, 히터를 누르는 상기 종봉부분의 일부 또는 전부와 상기 횡봉부분을 포함한 나머지 부분을 별개로 분할한 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 T자형을 가지며, 상기 T자형의 종봉부분이 있는 위치와는 별개의 위치이며 횡봉부분의 하측에 시스 히터가 존재하지 않는 위치에 삽합용 凸부 또는 凹부를 설치함과 함께, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 삽합용 凸부 또는 凹부와 대향하는 위치에, 이와 삽합하는 凹부 또는 凸부를 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 홈부에 설치한 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 T자형을 가지며, 상기 T자형의 횡봉부분의 저면이 중심을 향하여 완만한 구배를 가지는 Y자형인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 T자형의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에 있어서, 상기 종봉부분의 단면 폭에 대한 높이의 비가 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 T자형의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에 있어서, 상기 종봉부분의 단면 폭에 대한 높이의 비가 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 T자형의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에 있어서, 상기 종봉부분 및 삽합용 凸부 또는 凹부 각 단면 폭에 대한 높이의 비가 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 Y자형의 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에 있어서, 종봉부분의 단면 폭에 대한 높이의 비가 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  20. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 시스 히터와 접하는 면의 형상이, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 판면에 평행한 평면이거나 또는 상기 시스 히터의 외주와 같은 방향의 곡률을 가지는 곡면인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  21. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 시스 히터와 접하는 면의 부재 폭이 시스 히터의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  22. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단압 압접 전의 단면적이, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 형성한 상기 홈부의 단면적에서 상기 시스 히터의 단면적을 뺀 유효 단면적보다 크고, 또 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재를 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 상기 홈부에 삽합시킨 때에 측면의 적어도 일부에 극간을 가지는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스 히터는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 설치된 1개 또는 복수의 홈에 복수개 배설되어 있거나, 또는 복수의 홈에 각 1개씩 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 복수개의 시스 히터는 알루미늄 또는 알루미늄 함금 기초부재에 설치된 1개 또는 복수의 각 홈에 병렬로 복수개 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 복수개의 시스 히터는 알루미늄 또는 알루미늄 함금 기초부재에 설치된 1개 또는 복수의 각 홈에 높이 방향으로 겹쳐서 복수개 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스 히터는,
    단면이 원형 또는 코너부가 소정 곡률의 곡선으로된 장방형(정방형도 포함)의 형상을 가지는 파이프 형상인 것, 또는 폭이 가는(細幅) 띠를 파이프 형상으로 엮은 것인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  27. 제 7 항에 있어서,
    상기 시스 히터를 수납하는 히터 플레이트가 시스 히터의 시스부와의 열전도성이 우수한 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  28. 제 7 항에 있어서,
    상기 시스 히터를 수납하는 히터 플레이트가 기밀성을 가지는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  29. 제 7 항에 있어서,
    상기 시스 히터를 수납한 히터 플레이트의 시스 히터가 더욱 높은 전기절연성을 가지는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재 및 상기 알루미늄 또는 알루 미늄 합금 기초부재는, JIS1050, 1100, 3003, 3004, 5005, 5052, 6063, 6061, 7003, 7N01 중의 어느 것의 합금으로 된 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  31. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 홈부를 가공하고,
    상기 홈부에 시스 히터를 수납하며,
    또한, 상기 시스 히터 위에 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재를 수납하고,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금 접합부재의 단면 폭은, 상기 홈부의 단면 폭과 동일하거나 또는 상기 홈부의 단면 폭 보다 더 크고,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재가 상기 홈부를 넓히면서 소성변형하며,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재를 단압압접(鍛壓壓接)에 의해 금속 접합하여 서로 밀착시키는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서,
    일체 또는 복수로 분할된 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서,
    상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 평면방향 또는 단면방향으로 복수로 분할되어 있는 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면적은 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 형성한 홈부의 단면적에서 상기 시스 히터의 단면적을 뺀 유효 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재가 복수로 분할되어 있는 경우에 있어서, 복수의 부재를 소정의 순서로 단압압접하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  36. 제 31 항에 있어서,
    상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 판재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  37. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에는 상기 단면의 형상이 장방형이고 상기 단면의 폭이 상기 홈부의 폭과 동일하거나 큰 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  38. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서, 테이퍼 각이 0°를 넘고 45°이하의 테이퍼부를 가지는 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  39. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서,
    단면 형상이 T자형 또는 Y자형의 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  40. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면 형상이 T자형을 가지며, 상기 T자형의 종봉부분이 있는 위치와는 별개의 위치이고 횡봉부분 하측의 시스 히터가 존재하지 않는 위치에 삽합용 凸부 또는 凹부를 설치함과 함께,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 삽합용 凸부 또는 凹부와 대향하는 위치에, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 이와 삽합하는 凹부 또는 凸부를 설치하며, 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 상기 종봉부분 및 상기 삽합용 凸부 또는 凹부와, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 상기 凹부 또는 凸를 가지는 홈부를 삽합시켜, 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  41. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재에는,
    상기 시스 히터와 접하는 면의 형상이 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 판면에 평행한 평면이거나 또는 시스 히터의 외주와 동일방향의 곡률을 가지는 곡면인 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  42. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 높이가 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 홈부 깊이에서 상기 시스 히터의 높이를 뺀 상기 홈부의 유효 깊이와 같거나 혹은 보다 큰 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  43. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단면의 폭에 대한 높이의 비가 1 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  44. 제 31 항에 있어서,
    상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단압압접 전의 단면적이, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재에 형성한 상기 홈부의 단면적에서 상기 시스 히터의 단면적을 뺀 유효 단면적보다 크고,
    또 상기 홈부에 삽압시킨 때에 측면의 적어도 일부에 극간을 가지는 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초 부재를 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  45. 제 31 항에 있어서,
    상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재 및 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재로서,
    JIS1050, 1100, 3003, 3004, 5005, 5052, 6063, 6061, 7003, 7N01 중의 어느것의 합금으로된 부재를 이용하여 단압압접에 의해 금속 접합하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  46. 제 31 항에 있어서,
    상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재와 상기 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재의 단압압접을 250℃로부터 500℃의 범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트 제조방법.
  47. 청구항 제 31 항 기재의 히터 플레이트 제조방법을 이용한 히터 플레이트의 변형방지방법.
  48. 청구항 제 34 항 기재의 히터 플레이트 제조방법을 이용하여 단압압접하는 것에 의해 히터 플레이트에 대한 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 밀착성 향상방법.
  49. 청구항 제 48 항 기재의 히터 플레이트에 대한 접합용 알루미늄 또는 알루미늄 합금부재와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기초부재의 밀착성 향상방법을 이용한 히터 수명 향상방법.
  50. 금속 또는 합금 기초부재에 설치된 홈부, 상기 홈부에 수납하는 시스 히터, 및 상기 홈부에 삽합하는 상기 금속 또는 합금 기초부재와 동종의 금속 또는 합금으로된 접합용 금속 또는 합금부재를 구비하고,
    상기 접합용 금속 또는 합금부재의 단면 폭은, 상기 홈부의 단면 폭과 동일하거나 또는 상기 홈부의 단면 폭 보다 더 크고,
    상기 접합용 금속 또는 합금부재가 상기 홈부를 넓히면서 소성변형하며, 상기 접합용 금속 또는 합금부재와 상기 금속 또는 합금 기초부재를 단압압접에 의해 금속 접합하여 서로 밀착시키는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 금속 또는 합금 기초부재와 접합용 금속 또는 합금부재가 모두 동 또는 동합금인 것을 특징으로 하는 히터 플레이트.
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