KR20100069870A - 백킹플레이트 제조 방법 및 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치 - Google Patents

백킹플레이트 제조 방법 및 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치 Download PDF

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Abstract

용접 후 백킹플레이트의 변형을 방지할 수 있고, 이에 변형 교정에 필요한 추가 공정을 생략할 수 있도록, 백킹플레이트 표면에 수로를 형성하는 단계와, 상기 수로에 설치되는 덮개를 제조하는 단계, 백킹플레이트를 가열하는 단계, 백킹플레이트와 덮개를 마찰교반용접하는 단계를 포함하는 백킹플레이트 제조 방법을 제공한다.
백킹플레이트, 가열, 마찰교반용접, 히팅플레이트

Description

백킹플레이트 제조 방법 및 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치{METHOD FOR MANUFACTURING BACKING PLATE AND FRICTION STIR WELDING MACHINE FOR MANUFACTURING BACKING PLATE}
본 발명은 스퍼터링 공정에서 사용되는 장비의 부품인 백킹 플레이트의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 백킹 플레이트 제조방법과 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치에 관한 것이다.
일반적으로 백킹플레이트는 LCD 제조공정 또는 태양광 전지셀 제조공정에 사용되는 스퍼터링 장비의 일 부품이다. 스퍼터링 공정이란 플라즈마 방전으로 생성된 이온을 스퍼터링 타겟에 충돌시켜 원자나 분자를 튀어나오게 하고, 이 원자나 분자가 기판을 향해 날아가 부착하여 박막을 형성하는 기술이다. 이러한 스퍼터링 장비 내부에는 진공 챔버나 기판을 가열하는 가열수단, 배기수단 타겟, 타겟을 냉각시키는 백킹플레이트로 구성된다.
상기 백킹플레이트는 주로 동이나 티타늄과 같은 소재로 제조된다. 백킹플레이트는 표면에 냉각수가 흐를 수 있도록 수로를 형성하고, 수로 덮개를 가공하여 덮은 후 덮개를 용접하여 제조된다.
상기 백킹플레이트에 대한 덮개의 용접은 전자빔 용접이 사용되나, 제조 비용 상승과 크기의 제약으로 인하여 최근들어 마찰교반용접을 통해 이루어진다.
상기 마찰교반용접은 고상접합으로 용융용접에 비하여 접합된 부품의 변형이 작다. 그러나, 마찰교반용접이라하더라도 두께가 대략 30mm 정도의 백킹플레이트에 있어서 백킹플레이트의 한쪽 표면에서만 접합이 이루어짐에 따라 변형의 발생을 피할 수 없다.
이와같이 용접 실시 후 백킹플레이트가 용접 열원으로 인하여 뒤틀려 변형이 발생되므로, 종래에는 이러한 변형을 교정하기 위하여 프레스 또는 롤링을 별도로 수행해야 하는 불편함이 있다. 또한, 이러한 추가적인 공정은 생산성을 저하시키고 제조비용을 상승시키는 원인이 된다.
이에 용접 후 백킹플레이트의 변형을 방지할 수 있고, 이에 변형 교정에 필요한 추가 공정을 생략할 수 있도록 된 백킹플레이트 제조 방법 및 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치를 제공한다.
또한, 동이나 티타늄과 같이 강도가 높은 재료를 마찰고반용접하는 경우 툴의 핀이 부러지거나 마모되는 등의 문제를 최소화할 수 있도록 된 백킹플레이트 제조 방법 및 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치를 제공한다.
이를 위해 본 제조방법은 백킹플레이트 제조 방법에 있어서, 백킹플레이트 표면에 수로를 형성하는 단계와, 상기 수로에 설치되는 덮개를 제조하는 단계, 백킹플레이트를 가열하는 단계, 백킹플레이트와 덮개를 마찰교반용접하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 백킹플레이트의 가열 온도는 200 ~ 700℃일 수 있다.
또한, 상기 백킹플레이트의 가열은 상기 백킹플레이트의 수로 형성면의 반대쪽면에 대해 이루어질 수 있다.
한편, 상기 백킹플레이트와 덮개를 마찰교반용접하기 위한 마찰교반용접장치는 백킹플레이트가 놓여지는 베드 상에 설치되어 백킹플레이트를 가열하기 위한 히팅플레이트를 더욱 포함할 수 있다.
이에 히팅플레이트에 의해 백킹플레이트로 열이 전달되어 백킹플레이트가 가 열될 수 있는 것이다.
상기 히팅플레이트는 내부에 전열선이 간격을 두고 설치되어 전류를 인가받아 가열되는 구조일 수 있다.
상기 히팅플레이트는 내부에 히트파이프가 간격을 두고 설치되어 외부의 열원을 히팅플레이트로 전달하는 구조일 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 백킹플레이트의 변형을 방지하여, 변형 교정에 필요한 공정을 줄일 수 있고, 이에 백킹플레이트 제조에 소요되는 비용과 시간을 줄일 수 있게 된다.
또한, 백킹플레이트를 용접전에 가열함으로써 강도가 높은 재질에 대한 마찰교반용접시에도 툴의 핀의 마모나 파손을 방지할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또 는 부품에는 동일한 참조 부호가 다른 실시예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
사시도를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 예를 들면, 편평하다고 도시되거나 설명된 영역은 일반적으로 거칠거나/거칠고 비선형인 특성을 가질 수 있다. 또한, 날카로운 각도를 가지는 것으로 도시된 부분은 라운드질 수 있다. 따라서 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것이 아니다.
이하 설명에서는 백킹플레이트를 예로서 설명한다. 그러나 본 제조방법과 장치는 백킹플레이트 제조에 한정되지 않으며, 다양한 부품의 제조에 대해 적용가능하다 할 것이다.
도 1은 본 실시예에 따라 제조되는 백킹플레이트의 구조를 예시하고 있다.
상기한 도면에 의하면, 백킹플레이트(10)는 소정의 두께를 갖는 사각 판 구조물로, 전면에는 냉각수가 흐르는 수로(12)가 형성된다. 그리고 상기 수로(12)의 형태와 대응되는 형태의 덮개(14)가 구비되어 수로(12)를 덮는 구조로 되어 있다. 상기 덮개(14)는 백킹플레이트(10)의 전면과 마찰교반용접을 통해 용접된다. 상기 백킹플레이트(10)는 동 또는 티타늄 재질로 이루어진다.
도 2를 참조하여 상기한 구조의 백킹플레이트를 제조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이 본 제조방법은 백킹플레이트(10) 표면에 수로(12)를 형성하는 단계와(S100), 상기 수로(12)에 설치되는 덮개(14)를 제조하는 단계(S110), 백킹플레이트(10)를 가열하는 단계(S120), 백킹플레이트(10)와 덮개(14)를 마찰교반용접하는 단계(S130)를 포함한다.
본 실시예에서 상기 백킹플레이트(10)의 가열 온도는 200 ~ 700℃의 범위로 설정된다.
상기 백킹플레이트(10)의 가열 온도가 상기 범위를 벗어나게 되면 백킹플레 이트(10)와 덮개(14) 용접시 변형이 발생될 수 있으며, 가열이 어렵고 가열에 따른 비용 상승으로 경제성이 저하된다.
이때, 상기 백킹플레이트(10)의 가열은 상기 백킹플레이트(10)에 수로(12)가 형성되는 전면의 반대쪽 후면에 대해 이루어져 백킹플레이트(10) 전체를 가열하는 구조로 되어 있다. 이에 백킹플레이트(10)의 전면에서 덮개(14)와 마찰교반용접이 이루어지는 과정에서 마찰교반시 발생되는 고열에 의해 백킹플레이트(10)가 뒤틀려 변형되는 것을 방지할 수 있게 된다.
백킹플레이트(10)가 가열되면 다음 공정으로 백킹플레이트(10)의 수로(12)에 놓여진 덮개(14)와 백킹플레이트(10) 전면을 백킹플레이트(10)가 가열된 상태에서 마찰교반용접 공정을 통해 용접한다.(S130)
상기 마찰교반용접공정은 마찰열을 이용해 접합물을 접합하는 고상접합방식이다. 이에 상기 마찰교반용접공정은 비소모식 툴을 고속으로 회전시키면서 이동하여 마찰열에 따른 소성변형과 조직 재결정으로 덮개(14)를 백킹플레이트(10)에 결합시키게 된다. 상기 마찰교반용접공정에 대해서는 이미 많은 기술이 개시되어 있으므로 이하 상세한 설명을 생략한다.
여기서 상기와 같이 마찰교반용접 전에 백킹플레이트(10)를 적정 온도로 가열함으로써 백킹플레이트(10)의 변형을 방지하고, 마찰교반용접 툴 핀(도 3의 32 참조)의 부러짐이나 마모를 줄일 수 있게 된다.
여기서 상기 백킹플레이트(10)에 대한 가열은 마찰교반용접을 위한 베드 상에서 이루어진다.
이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 백킹플레이트(10)와 덮개(14)를 용접하기 위한 마찰교반용접장치는 백킹플레이트(10)가 놓여지는 베드(30) 상에 설치되어 백킹플레이트(10)를 가열하기 위한 히팅플레이트(20)를 더욱 포함한다.
이에 히팅플레이트(20)에 의해 백킹플레이트(10)로 열이 전달되어 백킹플레이트(10)의 후면을 가열될 수 있는 것이다.
상기 히팅플레이트(20)는 백킹플레이트(10)가 놓여지는 전면에 백킹플레이트의 측면을 감싸 지지할 수 있도록 지지홈(26)이 더욱 형성된다. 상기 지지홈(26)은 백킹플레이트(10)와 대응되는 형태와 크기로 이루어진다. 이에 마찰교반용접시 지지홈(26)이 백킹플레이트를 고정하여 유동을 방지하게 된다.
또한, 상기 히팅플레이트(20)는 복수개의 백킹플레이트를 가열시키는 구조일 수 있으며 가열되는 백킹플레이트의 개수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.
본 실시예에서 상기 히팅플레이트(20)는 내부에 간격을 두고 설치되고 전류를 인가받아 가열되는 전열선(22)을 포함한다. 따라서 상기 전열선으로 전류가 인가되면 전열선(22)이 가열되어 히팅플레이트(20)를 가열하게 된다.
한편, 본 마찰교반용접장치의 또다른 실시예에 따르면 상기 히팅플레이트(20)는 간격을 두고 설치되고 외부의 열원을 히팅플레이트(20)로 전달하기 위한 히트파이프(24)를 포함한다. 상기 히트파이프는 열을 효율적으로 전도하는 파이프로 알루미늄이나 구리 재질의 파이프 내부에 심재를 붙이고 프레온, 암모니아 등의 열매채를 충진한 구조의 파이프이다. 상기 히트파이프에 대해서는 많은 기술이 개시되어 있으므로 이하 상세한 설명을 생략하도록 한다. 이에 상기 히트파이프(24) 는 외부 열원에서 발생되는 열을 높은 열전도율로 히팅플레이트(20)로 전달하게 된다. 따라서 히팅플레이트(20)는 히트파이프(24)와의 열전달을 통해 가열되어 백킹플레이트(10)를 가열하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 실시예에 따라 제조되는 백킹플레이트를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 백킹플레이트 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 실시예에 따라 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치를 도시한 개략적인 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 백킹플레이트 13 : 덮개
20 : 히팅플레이트 22 : 전열선
24 : 히트파이프 26 : 지지홈
30 : 베드 32 : 핀

Claims (7)

  1. 백킹플레이트 제조 방법에 있어서,
    백킹플레이트 표면에 수로를 형성하는 단계와,
    상기 수로에 설치되는 덮개를 제조하는 단계,
    백킹플레이트를 가열하는 단계,
    백킹플레이트와 덮개를 마찰교반용접하는 단계
    를 포함하는 백킹플레이트 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백킹플레이트의 가열 온도는 200 ~ 700℃인 백킹플레이트 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 백킹플레이트의 가열은 상기 백킹플레이트의 수로 형성면의 반대쪽면에 대해 이루어지는 백킹플레이트 제조 방법.
  4. 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치에 있어서,
    상기 백킹플레이트가 놓여지는 베드 상에 설치되어 백킹플레이트를 가열하기 위한 히팅플레이트를 더욱 포함하는 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 히팅플레이트는 전면에 백킹플레이트가 안착되는 지지홈이 더욱 형성된 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 히팅플레이트는 내부에 전열선이 간격을 두고 설치되어 전류를 인가받아 가열되는 구조의 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 히팅플레이트는 내부에 히트파이프가 간격을 두고 설치되어 외부의 열원을 히팅플레이트로 전달하는 구조의 백킹플레이트 제조를 위한 마찰교반용접장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101052878B1 (ko) * 2011-05-27 2011-07-29 동양철관 주식회사 강관 배관용 정형이음장치
KR20140099979A (ko) * 2013-02-04 2014-08-14 울산대학교 산학협력단 이종소재의 마찰교반 스폿용접방법

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