(57)【要約】【課題】ヒータプレートの熱応力による変形を防止するとともに、熱伝導性が良く、耐久性の高いヒータプレート及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のヒータプレート１は、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に内部部品としてシースヒータ３が収納され、その上から接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を鍛圧圧接して密封した構造を持ち、２枚のプレートを接合する従来の方法に比べて、コストや生産性等の点で優れ、半導体製造装置や液晶製造装置等の各種薄型ディスプレー（ＦＰＤ）製造装置のヒータプレートとして使用可能である。また、ＰＴＰシートの製造装置等のヒータプレート一般に用いることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝部にシースヒータを収納し、
さらに、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を前記溝部に嵌合し、
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属接合したヒータプレート。
【請求項２】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
一体の部材からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータプレート。
【請求項３】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の平面方向において複数部材からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータプレート。
【請求項４】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の垂直方向において複数部材からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータプレート。
【請求項５】
前記シースヒータの配設のレイアウトが、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の互いに直交する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか、
又は中心に対して点対称であることを特徴とする請求項１から請求項4のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項６】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材が、
板材であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項７】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の少なくとも一部に、
埋め込み方向に対向する二辺が下方に向けてその間隔が狭くなるような所定のテーパを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項８】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金接合部材の断面積が、前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項９】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記断面のテーパ下部幅又は部材最下部幅に対する前記部材高さの比が、１以上５以下であることを特徴する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１０】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記テーパ部のテーパ角が０°を超え３０°以下であることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１１】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、前記略Ｔ字型の縦棒部分と横棒部分をともに前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材と接合させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１２】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、ヒータを押圧する前記縦棒部分の一部又は全部と前記横棒部分を含む残りの部分とを別体として分割したことを特徴とする請求項１１に記載のヒータプレート。
【請求項１３】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、前記略Ｔ字型の前記縦棒部分がある位置とは別の位置であってその直下にシースヒータが存在しない位置に嵌合用凸部又は凹部を前記横棒部分に設けるとともに、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の前記嵌合用凸部又は凹部と対向する位置に、前記嵌合用凸部又は凹部と嵌合する凹部又は凸部を設けたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のヒータプレート。
【請求項１４】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、前記略Ｔ字型の前記横棒部分の底面が中心向かって緩やかな勾配を有するY字型であることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１５】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接前の断面積が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に形成した前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きいことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１６】
前記略Ｔ字型又は前記Y字型の前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材において、前記縦棒部分及び嵌合用凸部又は凹部の各断面の幅に対する高さの比が１以上４以下であることを特徴する請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１７】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材のシースヒータと接する面の形状が、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の板面に平行な平面か
又は前記シースヒータの外周と同方向の曲率を有する曲面を有することを特徴とする請求項７から請求項１６のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１８】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材のシースヒータと接する面の部材幅がシースヒータの幅より大きいこと特徴とする請求項７から請求項１７のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１９】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接前の断面積が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に形成した前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きく、
かつ前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の前記溝部に嵌合させたときに側面の少なくとも一部に隙間を有することを特徴とする請求項７から請求項１８のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項２０】
前記シースヒータは、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝に複数本配設されているか、又は複数の溝に各１本ずつ配設されていることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項２１】
前記複数本のシースヒータは、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝中に、並列に複数本配設されているかもしくは、溝中に高さ方向に重ねて配設されていることを特徴とする請求項２０に記載のヒータプレート。
【請求項２２】
前記シースヒータは、
断面が円形又はコーナ部が所定の曲率の曲線からなる略長方形（略正方形も含む）の形状を有するパイプ状のもの、
あるいは細幅条をパイプ形状に編んだものであることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項２３】
前記シースヒータを収納するヒータプレートがシースヒータのシース部との熱伝導性に優れることを特徴とする請求項１から請求項２２のいずれかに記載のヒータプレート。
【請求項２４】
前記シースヒータを収納するヒータプレートが気密性を有することを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれかに記載のヒータプレート。
【請求項２５】
前記シースヒータを収納するヒータプレートのシースヒータがさらに高い電気絶縁性を有することを特徴とする請求項１から請求項２４のいずれかに記載のヒータプレート。
【請求項２６】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材及び前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材は、
ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金からなることを特徴とする請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項２７】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に前記溝部を加工し、
前記溝部に前記シースヒータを収納し、
さらに前記シースヒータの上に前記接合用アルミニウム又はアルミニウム部材を収納し、
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属固相接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法。
【請求項２８】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、
一体又は複数に分割された部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項２７に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項２９】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の平面方向に複数に分割されているか、
あるいは前記断面方向に複数に分割されている部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項２７又は請求項２８に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３０】
前記複数の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材が平面方向に複数に分割されている場合において、順次鍛圧圧接することを特徴とする請求項２９に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３１】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に板材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項２７から請求項３０のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３２】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、テーパ角が０°を超え３０°以下のテーパ部を有する部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項２７から請求項３１のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３３】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、
断面形状が略Ｔ字型又はＹ字型の部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項２７から請求項３１のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３４】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、前記略Ｔ字型の前記縦棒部分がある位置とは別の位置であってその直下にシースヒータが存在しない位置に嵌合用凸部又は凹部を前記横棒部分に設けるとともに、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の前記嵌合用凸部又は凹部と対向する位置に前記嵌合用凸部又は凹部と嵌合する凹部又は凸部を設け、
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記縦棒部分及び前記嵌合用凸部又は凹部と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の前記凹部又は凸部とを嵌合させて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項２７から請求項３３のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３５】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材には、
前記シースヒータと接する面の形状が前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の板面に平行な平面か又はシースヒータの外周と同方向の曲率を有する曲面を有する部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項２７から請求項３４のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３６】
前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接前の断面積が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に形成した前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きく、
かつ前記溝部に嵌合させたときに側面の少なくとも一部に隙間を有する前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項２７から請求項３５のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３７】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材及び前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、
ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金からなる部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とする請求項２７から請求項３６のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３８】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材と前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接を、２５０℃から５００℃の範囲で行うことを特徴とする請求項２７から請求項３７のいずれか１項に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項３９】
請求項２７から請求項３８に記載のヒータプレートの製造方法を用いたヒータプレートの変形防止方法。
【請求項４０】
請求項３８に記載のヒータプレートの製造方法を用いて鍛圧圧接することによるヒータプレートに対する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材の密着性向上方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載のヒータプレートに対する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材の密着性向上方法を用いたヒータ寿命の向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に真空容器（真空チャンバ）内で加熱して使用されるシースヒータを内蔵した半導体もしくは液晶ディスプレイ製造用ヒータプレート及びその製造工程で乾燥・予熱などに使用されるヒータプレートとその製造方法に関するものである。上記のほか、例えばＰＤＰ，ＦＥＤ，ＥＬＤの薄型ディスプレー（ＦＰＤ）製造装置のヒータプレートとして使用可能である。また、本発明はＰＴＰシート製造用のヒータプレート等のヒータプレート一般にも適用が可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば半導体製造装置や液晶ディスプレイ製造装置等様々な分野において、金属ベースにヒータを内蔵したヒータプレートが使用されている。このようなヒータプレートのヒータとしては、一般にステンレス鋼製のシースヒータが用いられている。また、ヒータプレートの構造には、シースヒータをアルミニウムに鋳込んだもの（鋳込み型）、シースヒータをアルミニウム又はステンレス鋼板で挟み込んでボルトにて締結したもの（ボルト締結型）、シースヒータを挟み込んだ板の外周部を溶接（溶接型）したもの、さらには、真空中又は所定のガス雰囲気下で加圧することにより、シースヒータを挟んだ２部材をろう付け、はんだ付け及び拡散接合(ろう付け、拡散接合型)あるいはシースヒータを挟み込んだ板の接合面の全周に環状溝と環状突出部を形成して鍛圧圧縮により接合したもの（鍛圧圧接型）などがある。
【０００３】
図１０にシースヒータ１０２を内蔵する従来の鋳込み型のヒータプレート１０１の概略構造を示す。シースヒータ１０２は発熱体をステンレス鋼製保護パイプ内に通し、絶縁材にて両者間を電気的に絶縁したものである。このパイプ状のシースヒータ１０２を所定のパターンに曲げ加工し、アルミニウムベースに鋳込み、切削、表面研磨等の加工を施すことによりヒータプレート１０１が製作される。
【０００４】
また、図１１に従来のボルト締結型ヒータプレート１０３の概略構造を示す。この構造では金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる下側ベース１０４に形成された溝１０４ａに上記同様なシースヒータ１０２を設置し、上側ベース１０５を密着させ、両者を適所でボルト締結することにより一体化している。
【０００５】
また、図１２に従来の溶接型ヒータプレート１０６の概略構造を示す。この構造でも金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる下側ベース１０７に形成された溝１０７ａに上記同様なシースヒータ１０２を設置し、上側ベース１０８を密着させ、両者をその縁部１０９のみで溶接することにより一体化している。
【０００６】
また、図１３に従来のろう付け、拡散接合型ヒータプレート１１０の概略構造を示す。この構造でも金属ベースが上下２分割されており、金属からなる下側ベース１０７と上側ベース１０８との間に画定した溝１０７ａに上記同様なシースヒータ１０２を設置し、上側ベース１０８と下側ベース１０７の一方又は両方を塑性変形させた状態でその全面に亘りろう付け、はんだ付け及び拡散接合のいずれかにより接合して一体化している。
【０００７】
さらに、図１４に従来の鍛圧圧接型ヒータプレート１１１の概略構造を示す。この構造でも金属ベースが上下２分割されており、アルミニウム部材１１２、１１３の接合面の全周に四角形又は多角形あるいは円形の環状溝と環状突出部を形成し、鍛圧圧縮により締結部１１４で密閉、金属接合している。
【特許文献１】特開平１１−２８５７７５
【特許文献２】特開２０００−３１１９３２
【特許文献３】特開２０００−２４３５４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ヒータプレートは、液晶テレビなどの大型化に伴なって、近年は急速な大型化が進展しており、ここ数年で第４世代の７３０ｍｍ×９２０ｍｍ，第５世代の１１００ｍｍ×１３００ｍｍから第６世代の１５００×１８００ｍｍ、第７世代の２１００ｍｍ×２４００ｍｍへと変化しつつある。このようなヒータプレートの大型化に伴ない、特にヒータプレートの長寿命化や製造方法の簡素化によるコストダウンが問題となっている。
【０００９】
上記従来技術で説明したヒータプレートの構造のうち、鋳込み型のヒータプレートは、シースヒータがアルミニウム鋳物と密着しているので、ヒータの熱伝導性は良好であるものの、シースヒータの保護パイプに用いられるステンレス鋼、インコネル材などの金属と、金属ベースとしてのアルミニウムとの熱膨張係数が異なることから、高温時にその熱応力によりヒータが変形して、繰り返しの使用により断線したり、場合によってはヒータプレート全体が変形するという問題がある。
【００１０】
一方、アルミニウムベースのボルト締結型ヒータプレートは、溝に隙間があり、この隙間が断熱層となってしまうとともに各部が物理的に接しているのみであることから、上下ベースとシースヒータ又はベース同士の密着性が低く、熱伝導性が悪く、場合によっては局部的に昇温してヒータを損傷するという不具合がある。これは、溶接型のヒータプレートにあっても同様である。さらに、溶接型のヒータプレートは溶接による歪みも大きく、形状維持の点でも問題がある。
【００１１】
ろう付け、拡散接合タイプは、真空中又は窒素ガス等の雰囲気中で対向する部材の全面の加圧接合を行なうため、大型の部材を接合することができないとともに、ろう材、はんだ等の接合するための第３の接合用部材を必要とする等の問題がある。
【００１２】
さらに、鍛圧型のヒータプレートでは、ヒータプレートの大型化に伴ない、２枚の板材の外周部とヒータ部近傍に嵌合用の凹部又は凸部を加工してこれを嵌合させ、鍛圧圧接により接合する特開２０００−３１１９３２に開示した方法では、３００〜５００℃間の高温で長時間使用することによりクリープ変形が生じ、外周部とヒータ近傍部やヒータ内側の板中心近傍などに熱応力による変形が生じ、ヒータプレートが使用できなくなる不具合が生じた。
【００１３】
ヒータプレートの大型化に伴なって生じる、上記のヒータプレートの変形の問題と製造コストの増大の問題から、これまでの鍛圧圧接方法を改善する必要が生じた。
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ヒータプレートの熱応力による変形を防止するとともに、熱伝導性が良く、耐久性の高いヒータプレート及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝部にシースヒータを収納し、さらに、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を前記溝部に嵌合し、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属接合したヒータプレートである。
【００１５】
本発明の第２の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、一体の部材からなることを特徴とするヒータプレートである。
【００１６】
本発明の第３の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の平面方向において複数部材からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータプレートである。
【００１７】
本発明の第４の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の垂直方向において複数部材からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータプレートである。
【００１８】
本発明の第５の態様は、前記シースヒータの配設のレイアウトが、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の互いに直交する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか、又は中心に対して点対称であることを特徴とするヒータプレートである。
【００１９】
本発明の第６の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材が、板材であることを特徴とするヒータプレートである。
【００２０】
本発明の第７の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の少なくとも一部に、埋め込み方向に対向する二辺が下方に向けてその間隔が狭くなるような所定のテーパを有することを特徴とするヒータプレートである。
【００２１】
本発明の第８の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金接合部材の断面積が、前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きいことを特徴とするヒータプレートである。
【００２２】
本発明の第９の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記断面のテーパ下部幅又は部材最下部幅に対する高さの比が、１以上５以下であることを特徴するヒータプレートである。
【００２３】
本発明の第１０の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記テーパ部のテーパ角が０°を超え３０°以下であることを特徴とするヒータプレートである。
【００２４】
本発明の第１１の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、前記略Ｔ字型の縦棒部分と横棒部分をともに前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材と接合させることを特徴とするヒータプレートである。
【００２５】
本発明の第１２の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、ヒータを押圧する前記縦棒部分の一部又は全部と前記横棒部分を含む残りの部分とを別体として分割したことを特徴とするヒータプレートである。
【００２６】
本発明の第１３の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、前記略Ｔ字型の前記縦棒部分がある位置とは別の位置であってその直下にシースヒータが存在しない位置に嵌合用凸部又は凹部を前記横棒部分に設けるとともに、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の前記嵌合用凸部又は凹部と対向する位置に、前記嵌合用凸部又は凹部と嵌合する凹部又は凸部を設けたことを特徴とするヒータプレートである。
【００２７】
本発明の第１４の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、前記略Ｔ字型の前記横棒部分の底面が中心向かって緩やかな勾配を有するY字型であることを特徴とするヒータプレートである。
【００２８】
本発明の第１５の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接前の断面積が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に形成した前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きいことを特徴とするヒータプレートである。
【００２９】
本発明の第１６の態様は、前記略Ｔ字型又は前記Y字型の前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材において、前記縦棒部分及び嵌合用凸部又は凹部の各断面の幅に対する高さの比が1以上４以下であることを特徴するヒータプレートである。
【００３０】
本発明の第１７の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材のシースヒータと接する面の形状が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の板面に平行な平面か又は前記シースヒータの外周と同方向の曲率を有する曲面を有することを特徴とするヒータプレートである。
【００３１】
本発明の第１８の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材のシースヒータと接する面の部材幅がシースヒータの幅より大きいこと特徴とするヒータプレートである。
【００３２】
本発明の第１９の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接前の断面積が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に形成した前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きく、かつ前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の前記溝部に嵌合させたときに側面の少なくとも一部に隙間を有することを特徴とするヒータプレートである。
【００３３】
本発明の第２０の態様は、前記シースヒータが、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝に複数本配設されているか、又は複数の溝に各１本ずつ配設されていることを特徴とするヒータプレートである。
【００３４】
本発明の第２１の態様は、前記複数本のシースヒータが、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けた溝中に,並列に複数本配設されているかもしくは、溝中に高さ方向に重ねて配設されていることを特徴とするヒータプレートである。
【００３５】
本発明の第２２の態様は、前記シースヒータは、断面が円形又はコーナ部が所定の曲率の曲線からなる略長方形（略正方形も含む）の形状を有するパイプ状のもの、あるいは細幅条をパイプ形状に編んだものであることを特徴とするヒータプレートである。
【００３６】
本発明の第２３の態様は、前記シースヒータを収納するヒータプレートがヒータシースのシース部との熱伝導性に優れることを特徴とするヒータプレート。
【００３７】
本発明の第２４の態様は、前記シースヒータを収納するヒータプレートが気密性を有することを特徴とするヒータプレートである。
【００３８】
本発明の第２５の態様は、前記シースヒータを収納するヒータプレートのシースヒータがさらに高い電気絶縁性を有することを特徴とするヒータプレート。
【００３９】
本発明の第２６の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材及び前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材は、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金からなることを特徴とするヒータプレートである。
【００４０】
本発明の第２７の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に前記溝部を加工し、前記溝部に前記シースヒータを収納し、さらに前記シースヒータの上に前記接合用アルミニウム又はアルミニウム部材を収納し、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属固相接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４１】
本発明の第２８の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、一体又は複数に分割された部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４２】
本発明の第２９の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の平面方向に複数に分割されているか、あるいは前記断面方向に複数に分割されている部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４３】
本発明の第３０の態様は、前記複数の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材が平面方向に複数に分割されている場合において、順次鍛圧圧接することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４４】
本発明の第３１の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に板材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４５】
本発明の第３２の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、テーパ角が０°を超えて３０°のテーパ部を有する部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４６】
本発明の第３３の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、断面形状が略Ｔ字型又はＹ字型の部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４７】
本発明の第３４の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状が略Ｔ字型を有し、前記略Ｔ字型の前記縦棒部分がある位置とは別の位置であってその直下にシースヒータが存在しない位置に嵌合用凸部又は凹部を前記横棒部分に設けるとともに、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の前記嵌合用凸部又は凹部と対向する位置に前記嵌合用凸部又は凹部と嵌合する凹部又は凸部を設け、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記縦棒部分及び前記嵌合用凸部又は凹部と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の前記凹部又は凸部とを嵌合させて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４８】
本発明の第３５の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材には、前記シースヒータと接する面の形状が前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の板面に平行な平面か又はシースヒータの外周と同方向の曲率を有する曲面を有する部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４９】
本発明の第３６の態様は、前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接前の断面積が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に形成した前記溝部の断面積から前記シースヒータの断面積を引いた有効断面積より大きく、かつ前記溝部に嵌合させたときに側面の少なくとも一部に隙間を有する前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材と前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００５０】
本発明の第３７の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材及び前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材として、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金からなる部材を用いて鍛圧圧接により金属接合することを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００５１】
本発明の第３８の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金基部材と前記接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接を、２５０℃から５００℃の範囲で行うことを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００５２】
本発明の第３９の態様は、請求項２７から請求項３８に記載のヒータプレートの製造方法を用いたヒータプレートの変形防止方法である。
【００５３】
本発明の第４０の態様は、請求項３８に記載のヒータプレートの製造方法を用いて鍛圧圧接することによるヒータプレートに対する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材の密着性向上方法である。
【００５４】
本発明の第４１の態様は、請求項４０に記載のヒータプレートに対する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材の密着性向上方法を用いたヒータ寿命の向上方法である。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に設けられた溝部にシースヒータと接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材を収納し、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により金属接合させることにより、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とシースヒータとの間で高度な機密性を維持することができ、さらに高い熱伝導性を確保できるという効果がある。
【００５６】
また本発明によれば、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材とを鍛圧圧接により行う金属接合を、ヒータプレートが使用される加熱領域の温度近傍で行うことにより、ヒータプレートの使用温度域におけるアルミニウム又はアルミニウム合金基部材と内部ヒータのシース材との線膨張差による応力を軽減することができ、シースヒータの変形や破損、ヒータプレートの変形等が回避できる。同時に、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材の密着性や熱伝導性も改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
本発明の内部にシースヒータを配設したヒータプレートは、金属部材にシースヒータを密着させたもので、シースヒータの発熱がヒータプレートの金属部材に伝えられる。また、シースヒータはヒータプレートを均一な温度に加熱するようにヒータプレートの内部に配設されているものである。例えば、シースヒータを蛇行、渦巻状等に配設してヒータプレートが均一な温度に加熱されるようにしている。またシースヒータは、ステンレス鋼例えばＳＵＳ３０４、ニッケル合金例えばインコロイ、チタンのシース材（パイプ）の中に電熱線と絶縁材が封入されているものである。
【００５８】
本発明により製造される内部にシースヒータを配設したヒータプレートは、半導体や液晶の製造装置の真空容器（真空チャンバー）内でヒータプレートとして用いられるものである。図１５に、内部にシースヒータを配設したヒータプレートの使用例を示す。図１５は化学的気相成長（ＣＶＤ）処理装置であり、真空チャンバー１２２内にシースヒータ１２３を配設したヒータプレート１２１が支持部材１２４により設けられている。ヒータプレート１２１には基板１２５が載置される。また真空チャンバー１２２内には、ＣＶＤ処理のためのガス供給部１２６が設けられており、供給口１２７よりガスを供給して化学的気相成長により基板１２５に成膜するものである。
【００５９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るヒータプレートの断面図である。図１において、ヒータプレート１は、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に内部部品としてシースヒータ３が収納され、その上を接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４で密封された構造を持つ。ヒータプレート１の平面図を図２に、また図２のA-A’における断面図を図３に示す。アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２には、シースヒータ３と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を収納する溝部５が設けられている。アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２は、肉厚の部材であっても良いが、実用的には板材の方が好ましい。
【００６０】
溝部５にシースヒータ３を収納した後に、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を収納し、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とを鍛圧圧接している。図３では説明のために、シースヒータ３および接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４と溝部５との間に隙間を設けた図となっているが、本来は鍛圧圧接されているため隙間はなく密着している。
【００６１】
図２は、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４が一体の部材からなる実施例を示している。これに対し、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の平面方向に見て複数部材から構成されている一実施例を図４に示す。同様に、後述の図７（ｂ）、（ｄ）に示すように、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の断面方向に見て複数部材から構成されていてもよい。従って、必要な場合には接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を一体でなく、図４あるいは図７（ｂ）、（ｄ）に示すように複数に分割して鍛圧圧接することも可能である。
【００６２】
本発明のヒータプレートは、ヒータプレートの形状が図２に示すような矩形状であってもよいし、また図５に示すような円形状であってもよいが、ヒータプレートのレイアウト形状は、互いに直行する２つの中心軸の少なくとも１つに対して対称であるか、又は中心に対して点対称であるのが好ましい。すなわち、図２では中心軸６に対して対称となっており、図５（ａ）では中心軸５１に対して対称となっているのがよい。また、図５（ｂ）では中心５３に対して点対称になっているのが好ましい。本発明の接合用部材は、Ｔ字、Ｙ字、テーパ等からなり、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材に、接合用部材を位置合わせするときに、位置合わせをしやすい特徴がある。
【００６３】
特に図示しないが、図２、図５（ａ）、図５（ｂ）のレイアウトと同様のレイアウトで、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材の溝中に、２本ヒータを並列に並べることも可能であるし、あるいは溝の深さ方向に２本以上重ねて並べることも可能である。このように、複数本のヒータを前記基部材の溝中に収納してヒータプレートを構成することができる。あるいは複数本のヒータを複数の溝に各１本ずつ配設してヒータプレートを構成することもできる。
【００６４】
つぎに、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の形状について、詳細に説明する。
図６は、本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面形状の一実施例を示す。図６では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の対向する二辺の少なくとも一部が埋め込み方向に向けて間隔が狭くなるようなテーパを有する形状となっている。図６（ａ）では、対向する二辺１１，１２がともに垂線に対し角度αの傾きをもつテーパを形成している。また図６（ｂ）および（ｃ）では、断面形状の傾きが２段のテーパの例を示す。図６（ｂ）では、辺１３，１５は垂直の平行な形状となっており、辺１４，１６はともに垂線に対し角度αの傾きを持つテーパを形成している。さらに、図６（ｃ）では、辺１７，１９はともに垂線に対し角度αの傾きをもっており、辺１８，２０はともに垂線に対し別の角度βの傾きを持つテーパを形成している。図示しないが、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４のシースヒータと接する面の部材幅をシースヒータ幅より大きくすることができる。このように、接合用部材幅を大きくすることで、ヒータ断面の外周側部への材料流入が確保され、シースヒータと接合用部材との密着性が改善される。ここで、接合用部材幅を大きくした場合は、基部材幅も接合用部材幅の拡大量に応じて、大きくすることは言うまでもない。図６（ｂ）、図６（ｃ）の場合においても、シースヒータと接する面の部材幅がシースヒータ幅を大きくすることは、ヒータ断面の外周側部への材料流入が確保され、シースヒータと接合用部材との密着性が改善され有効である。本発明の上記以外の場合においても、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４のシースヒータと接する面の部材幅をシースヒータ幅より大きくすることは、ヒータ断面の外周側部への材料流入性において効果がある。
【００６５】
図６に示す接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材のテーパ部のテーパ角αおよびβは、０°を超え３０°以下であれば良いが、テーパ角は１°以上３０°以下であれば、さらに好ましい。ここで、一部にテーパ形状を有する接合用部材は、テーパ上部の寸法Ｗ１とテーパ下部の寸法Ｗ２とテーパ角度で定義する。部材の全体高さはｈ１として表示するものとする。また、このテーパ部を直線とするのではなく、緩やかな曲線とすることもできる。この場合は、テーパの角度は決定できないが、テーパ開始点と終了点を直線で結び便宜的な角度を適用できるものとする。接合用部材がテーパ部を曲線で結んだ場合も,本発明の範囲に含まれるものとする。
【００６６】
本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面形状を図６に示した実施例のようなテーパ形状とすることにより、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４をシースヒータ３まで確実に挿入して鍛圧圧接することができる。
【００６７】
本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面形状が図６に示したようなテーパ形状の場合、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に確実に鍛圧圧接されるためには、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面積が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に形成された溝部５の断面積からシースヒータ３の断面積を除いた有効断面積より大きいのが好ましい。この理由は、そのようにしないと、前記接合用部材を溝に十分充満させて、十分金属接合することができないからである。シースヒータと接合用部材の間に隙間ができ、ヒータの熱伝導性が低下するからである。
【００６８】
また図６において、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の高さｈ１とテーパ下部幅Ｗ３又は部材最下部幅Ｗ２の関係は、テーパ角度を調整することにより、座屈抵抗を向上できることから特に制約を設けないでも良いが、ヒータプレートの全体厚さとヒータ径との関係やテーパ角度が０°に近い場合などの座屈抵抗を考慮すると１以上５以下が好ましく、さらに、鍛圧圧接時にテーパ側部から受ける抵抗を考慮すると、１以上３以下とするのが好ましい。尚、１以下でも接合は可能であるが、鍛圧圧接部のヒータプレート使用中の熱変形や接合部強度などを考慮すると１以上が好ましいため、ここでは下限値は１以上とした。例えば、シースヒータの直径を１０φとした場合に、図６（ａ）の上部幅Ｗ１、下部幅Ｗ２と高さｈは、１５ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍとすれば良い。また、このように、テーパ形状の接合用部材を用いることにより、テーパに案内されながら嵌合するので、シースヒータと接合用部材４の密着性が向上し、基部材２に設けられた溝に材料が十分充満し、強固な金属接合が得られる。
【００６９】
次に、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面形状が略Ｔ字型又はＹ字型の場合について説明する。
図７に断面形状が略Ｔ字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の一実施例を示す。図７（ａ）では、Ｔ字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の縦棒部分３１と横棒部分３２を用いて、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２と接合する。すなわち、シースヒータ３を押圧するＴ字型の縦棒部分３１に加えて、Ｔ字横棒部分３２もアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２と接合させるものである。この場合、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２には、Ｔ字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４と対向する位置に嵌合用凹部を設けるものとする。シースヒータの直径を１０φとした場合に、図７（ａ）の幅ｗと高さｈは、１０ｍｍ、３０ｍｍとすれば良い。
【００７０】
また図７（ｂ）では、ヒータを押圧するＴ字型の縦棒部分３１と横棒部分３２とが位置３３で分割されて別体となっており、分割して接合させる構造のものである。図７（ｂ）では縦棒部分３１の全体が別体として分割されているが、縦棒部分３１の一部のみが別体であってもよい。縦棒部分３１の幅と長さの比率は、
縦棒部分が一体であるか、別体であるかを問わず、１以下でも接合は可能であるが、鍛圧圧接部のヒータプレート使用中の熱変形や接合部強度を考慮すると、１以上が好ましく、凸部の座屈強度を考慮すると４以下が好ましい。鍛接時の接合用部材が基部材側面から受ける抵抗を考慮すると、１以上３以下が特に好ましい。
【００７１】
図７（ｃ）では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４は、図７（a）のＴ字型の縦棒部分３１と横棒部分３２に加えて、その直下にシースヒータが存在しない位置にも縦棒部分３４が設けられている。この場合、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２には、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４と嵌合するよう対向する位置に凹部又は凸部を設けている。なお、図７（ｃ）の３４は下方に伸びた凸部となっているが、３４を凹部とする一方アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の対向する位置に凸部を設けてもよい。凸部として設けた縦棒部分３４の体積は、これと嵌合するアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に設けた凹部より大きいことが望ましい。また、嵌合用凹部の幅と接合用部材凸部の幅は、凹部幅が凸部幅より大きく、凸部の幅と凸部長さの比率は、図７（ｂ）の場合と同様に、１以上４以下が好ましく、特に好ましくは１以上３以下である。このような突起を作ることにより、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の接合をより強固なものとすることができる。
【００７２】
さらに図７（ｄ）は、図７（ｃ）と同様の断面形状であるが、図７（ｂ）の場合と同様に、シースヒータ３を押圧するＴ字型の縦棒部分３１とその他の部分が位置３５で分割されて別体となっており、分割して接合させる構造のものである。この場合にも、縦棒部分３１の一部のみが別体であってもよい。なお、図７（ｄ）では縦棒部分３４の位置が図７（ｃ）とは異なっているが、必要に応じて縦棒部分３４の位置を調整してもよい。ここで、図７（ｅ）のように、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の横棒部分の長さとアルミニウム又はアルミニウム合金基部材に形成した溝の横棒部分が嵌合する溝部の寸法は、前記接合用部材の横棒部分の幅Ａ１が、溝部の幅Ａ２より大きいか、あるいは横棒部分端部上面幅Ａ１ａが横棒部分端部下面幅Ａ１ｂより大きくなる厚さ方向にテーパを有する形状を有し、これと嵌合する基部材の溝幅より大きいのが望ましい。また、Ｔ字横棒部の幅Ａと高さＢの比率は特に制限は設けないが、幅が不必要に長いと材料が無駄になるので、最大でもヒータの収納部幅の５〜６倍程度で十分である。厚さは、接合用部材を固定するのに、十分な強度が得られれば良く、そのためには、５ｍｍから２０ｍｍ程度は必要である。
【００７３】
つぎに、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面形状がＹ字型の一実施例を図８に示す。図７に示したＴ字型では横棒部分３２の形状が長方形であったのに対し、図８に示すＹ字型では横棒の下辺３６，３７が中心向かって緩やかな下り勾配になっているものである。Ｔ字又はＹ字の横棒部分の断面積と縦棒部の断面積は、基部材に形成された溝のこれと勘合する部分を独立と見なした場合に、溝横棒部分の断面積と縦棒が挿入され部分のヒータ部を除いた溝断面積より、ともに大きい必要がある。この理由は、Ｔ字又はＹ字形状の接合用部材の基部材との接合を十分なものとするには、横棒部、縦棒部ともに十分に基部材と金属接合させる必要があるからである。
【００７４】
本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面形状が略Ｔ字型又はＹ字型の場合、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面積がアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に形成された溝部５の断面積からシースヒータ３の断面積を除いた有効断面積より大きいのが好ましい。
【００７５】
また、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の幅がアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の溝部５の幅よりも少なくとも一部で狭くすることにより、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の溝部５に接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を嵌合させたときに溝部５の側面の少なくとも一部に隙間を有するのが好ましい。このようにすることにより接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を溝深くまで挿入することができるために、
シースヒータと接合用部材を密着させることができる。
【００７６】
さらに、本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面形状が略Ｔ字型又はＹ字型の場合においても、縦棒部分３１、３４の高さと幅の比率がともに１以上４以下であるのが好ましい。また、縦部部分の幅とこれが勘合する基部材の溝幅を比較すると基部材の溝幅が大きく、さらに縦棒の断面積は、縦棒部分が収容される基部材の溝部断面積からヒータの断面積を除いた部分の断面積より、大きい必要がある。このようにすることにより、基部材の溝が作る空間内で、接合用部材を鍛圧圧縮することにより、基部材の縦棒部分と接する溝部と接合用部材の縦棒部の金属接合が実現する。
【００７７】
上記で説明した各種形状を有する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４のシースヒータ３と直接接する面の形状は、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の板面に平行な平面を有するか、又はシースヒータ３の外周と同方向の曲率を有する曲面であるのが好ましい。シースヒータ３と直接接する面がシースヒータ３の外周と同方向の曲率を有する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の例を図９に示す。シースヒータ３と直接接する面３８をこのような形状とすることにより、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２および接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とシースヒータ３のシース部との接合が隙間なく行え、高い気密性と優れた熱伝導性が得られる。さらに、シース部の健全性を高めることで内部の絶縁材が保護され、高い電気絶縁性が維持される。
【００７８】
本発明のヒータプレートのアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２および接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４には、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかの合金を用いることができる。
【００７９】
本発明のヒータプレートの別の実施例として、シースヒータ３の断面形状が円形又はコーナ部が所定の曲率の曲線からなる略長方形（略正方形も含む）からなるパイプ状又は、細幅条をパイプ形状に編んだものとすることができる。
つぎに、ヒータプレートの製造方法について説明する。
【００８０】
本発明のヒータプレート１は、内部部品であるシースヒータ３と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とを挿入するための溝部５をアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２にあらかじめ配設し、溝部５にシースヒータ３を収納した後に、その上から溝部５の空間を埋める接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を挿入する。さらに鍛圧圧接により、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２とを金属固相接合させることによりヒータプレートを製造する。ここで、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材は、アルミニウム合金板材であってよい。
【００８１】
本発明のヒータプレートの製造方法においては、前処理として表面を洗浄することが望ましい。例えばアルミニウム又はアルミニウム合金部材の場合は、（１）硝酸で表面の油取り、（２）水洗、（３）苛性処理（アルカリ溶液によるエッチング）、（４）水洗、（５）硝酸での洗浄、（６）水洗、（７）湯洗等の工程を適宜組み合わせて表面を洗浄するのが好ましい。この理由は、鍛圧圧接前の表面を清浄にすることにより、接合性が向上するためである。
【００８２】
また、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とを鍛圧圧接した後の仕上げとして、切削、研磨、アルマイトおよびショットブラストを行うのが望ましい。ここで、鍛接後、切削を行なうことから、接合用部材を基部材溝部の有効体積より過剰に鍛圧圧接時に押し込むことにより生じる鍛圧圧接後のヒータプレート押圧面の圧接部近傍の変形は、切削、研磨加工等により除去可能である。
【００８３】
アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とを圧接する際の鍛圧温度は、２５０〜５００℃の温度範囲で金属接合されるが、好ましくは３００〜４５０℃の範囲が適切であり、さらには３５０〜４２０℃が好適である。鍛圧圧接によるメリットは、溶接法と比べると接合用部材が一体の場合には、非常に短時間で接合できる。
【００８４】
鍛圧後自然冷却されて常温になると、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材とステンレス鋼のシースヒータとの収縮差により応力が生じるが、常温ではアルミニウム又はアルミニウム合金基部材の耐力は大きいのでヒータプレートが変形することはない。またシースヒータのステンレス鋼の強度も高いので、シースヒータの変形や破損も起こることはない。４００℃近辺で鍛圧されたヒータプレートが使用温度領域である４００℃近辺に加熱されるということは、鍛圧されたときの状態の戻ることになり、アルミニウム部材とステンレス鋼のシース材との間の応力は極めて小さくなり、ヒータプレートの変形、シース材の変形や破損が生じる恐れが無くなる。
【００８５】
本発明のヒータプレート１の製造方法では、基部材２および接合用部材４に用いるアルミニウム又はアルミニウム合金は、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかを選択することができる。アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２は、材質、製法については特定しないが、耐リーク性を考慮すると内部欠陥の少ない圧延板、鍛造品を素材とするのが望ましい。また、洗浄ガスに対する耐食性の観点からは、アルミ材質は純度９９．５％以上のＪＩＳ１０５０が最も望ましい。ヒータプレートの大型化に伴ないクリープ変形防止の点では、１１００、６０６１等より高強度の合金が使用されるようになりつつあるが、上記のいずれのアルミニウム又はアルミニウム合金も用いることができる。その他、マグネシウム含有量が少ない５００５、５０５２等のＡｌ−Ｍｇ合金も圧接性を満足し、金属接合が確保できる組成範囲においては用いることができる。
【００８６】
アルミニウム又はアルミニウム合金の基部材２および接合用部材４が同一材料の場合には、鍛圧圧接時の変形により部材同士が圧接し物理的に金属接合し易い。またアルミニウム又はアルミニウム合金の基部材２および接合用部材４が異種の材料であっても、鍛圧圧縮時の変形により部材同士が圧接し物理的に金属接合するものであり、例えば、ＪＩＳ１０００系のアルミニウム材とＪＩＳ３０００系のアルミニウム材の異なる材料同士であっても鍛圧圧接により物理的に金属接合する。
【００８７】
溝部５を埋める接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４が、図３に示すようにアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の平面方向に複数の部材に分割されている場合には、分割された前記部材を同時に鍛圧することも、あるいは順次鍛圧していくことも可能である。分割された前記部材を順次鍛圧する場合には、１度に鍛圧する部位の範囲が減少することから、より小さなプレス機を用いても鍛圧が可能である。また、図７（ｂ）、（ｄ）に示すように断面方向に複数の部材に分割されている場合には、前記複数部材を組合せて鍛圧圧接させることができる。
【００８８】
この場合複数の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材は、ヒータ配設方向の長さとして部材上面が部材下面より長く、接合用部材の端面がテーパ形状をなすものとし、且つ接合用部材上面の長さを基部材のヒータ埋設用溝長さより長くすることにより、複数部材が相互に圧力を及ぼしつつ塑性変形しながら鍛圧圧接されるため、複数部材の境界の鍛圧圧接時の接合性が十分確保できる。接合用部材と基部材の接合は、鍛圧圧接のみより行なうことが製造工程の簡素化のためには、望ましいが、複数の接合用部材の境界を電子ビーム溶接やロウ付けなどに接合することにより、複数の接合用部材の長さが基部材の溝長さより短いものを用いることもできる。
【００８９】
本発明のヒータプレートの製造方法では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４が角度０°を超え３０°以下のテーパ部を有しており、前記テーパ部をアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２に設けられた溝部５に挿入して鍛圧圧接により金属接合させる。
【００９０】
本発明のヒータプレート１の別の製造方法では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の断面が略Ｔ字型又は略Y字型の形状を有しており、一方のアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の対向する位置には略Ｔ字型又は略Y字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４と嵌合するよう凹部又は凸部が設けられている。アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の前記凹部又は凸部に略Ｔ字型又は略Y字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を嵌合して鍛圧圧接することにより金属接合させる。ここで、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４は、シースヒータ３を押圧する縦棒部分３１以外の位置に凸部又は凹部を設けてもよい。
【００９１】
本発明のヒータプレート１の製造方法において、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４のシースヒータ３と接触する面が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の板面に平行な平面を有するか又はシースヒータ３の外周と同方向の曲率を有する局面であることが望ましい。
【００９２】
本発明のヒータプレート１の製造方法では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の実断面積が、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の溝部５の断面積からシースヒータ３の断面積を除いた有効断面積より大きいのが好ましく、鍛圧圧接によりアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２とシースヒータ３との密着性を一層高めることができる。また、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４とアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２を嵌合させたときに、溝部５の側面と接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４の側面との接触面の少なくとも一部に隙間を有するのが好ましい。これにより、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４は鍛圧圧接によってシースヒータ３に接するまで確実に挿入されることになり、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２とシースヒータ３との密着性をさらに高めることができる。
【００９３】
上述した本発明のヒータプレートの製造方法により、アルミニウム又はアルミニウム合金基部材２とシースヒータ３との密着性が高められることから、シースヒータ３からアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２への熱伝導性が大幅に高められることから、シースヒータ３の寿命を向上させることができる。また、本発明のヒータプレート１の製造方法では、使用温度領域である４００℃近辺で鍛圧が行われることから、使用時のアルミニウム部材とステンレス鋼のシース材との間の応力は極めて小さくなり、ヒータプレートに歪み等が生じることもなく長期間に亘って使用することができる。
【００９４】
本発明では、２枚のアルミニウム又はアルミニウム合金を鍛圧により金属接合させるのではなく、シースヒータを埋め込んだ部分のみを鍛圧圧接することから、ヒータプレートの熱応力による変形を防止することができる。従って、ヒータプレートが大型化しても、本発明によればシースヒータの近傍のみを押圧して鍛圧圧接することから、従来の板全体を押圧して接合する場合に比べて鍛造プレスのパワーを小さくでき、またプレス機の材料押圧部の面積も小さくできることから、プレス機の大型化を回避でき、さらには２枚の板材を鍛圧圧接する場合よりも加工の手間を減らすことができる。
【００９５】
本発明では、接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４がテーパ部を有している、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金基部材２の溝部５に接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４を嵌合させたときに溝部５の側面の少なくとも一部に隙間を設けたことにより、鍛圧によって接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材４がシースヒータ３に接触する位置まで確実に挿入されるようにすることが可能となった。
【００９６】
本鍛接技術は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成したが、本発明のように、接合用部材とシースヒータを収納した金属基部材を鍛圧圧接により接合でき熱伝導性が高い材料であればアルミニウム又はアルミニウム合金に限らず、いかなる金属材料でも良く、ヒータ寿命を考えると熱膨張係数が大きい材料であればさらに望ましい。そのような材料としては、銅又は銅合金がある。銅又は銅合金を用いても同様のヒータプレートが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るヒータプレートの断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るヒータプレートの平面図である。
【図３】図３は、図２のA-A’における断面図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態に係るヒータプレートの平面図である。
【図５】図５は、円形状のヒータプレートの平面図である。図５（ａ）は中心軸に対して対称となっている例であり、図５（ｂ）は中心に対して点対称になっている例である。
【図６】図６は、本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面図である。図６（ａ）は、全体がテーパを形成した断面形状を示す。図６（ｂ）は、一部がテーパを形成した断面形状を示す。図６（ｃ）は、２種類の角度の傾きを持つテーパを形成した断面形状を示す。
【図７】図７は、本発明の断面形状が略Ｔ字型の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の一実施例を示す。図７（ａ）は、一体型のＴ字型の断面形状を示す。図７（ｂ）は、複数に分割されたＴ字型の断面形状を示す。図７（ｃ）は、一体型の別のＴ字型の断面形状を示す。図７（ｄ）は、複数に分割された別のＴ字型の断面形状を示す。図７（ｅ）は、横棒部分にテーパを施したＴ字型の断面形状を示す。
【図８】図８は、本発明の接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状がＹ字型の一実施例を示す。
【図９】図９は、本発明のシースヒータと直接接する面の形状がヒータと同方向の曲率を有する接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の断面形状を示す図である。
【図１０】図１０は、シースヒータを内蔵する従来の鋳込み型のヒータプレートの概略構造を示す図である。
【図１１】図１１は、ボルト締結型ヒータプレートの概略構造を示す図である。
【図１２】図１２は、従来の溶接型ヒータプレートの概略構造を示す図である。
【図１３】図１３は、ろう付け、拡散接合型ヒータプレートの概略構造を示す図である。
【図１４】図１４は、鍛圧圧接型ヒータプレートの概略構造を示す図である。
【図１５】図１５は、内部にシースヒータを配設した化学的気相成長（ＣＶＤ）処理装置の概略構造を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１、１０１、１０３、１０６，１１０、１１１、１２１…ヒータプレート
２…アルミニウム又はアルミニウム合金基部材
３、１０２、１２３…シースヒータ
４…接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材
５…溝部
６，７、５１，５２・・・中心軸
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０・・・接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の辺
３１・・・Ｔ字型の縦棒部分
３２・・・Ｔ字型の横棒部分
３４・・・横棒の直下にヒータが存在しない位置の縦棒部
３３、３５・・・分割位置
３６，３７・・・Ｙ字型の横棒部分の下辺
３８・・・シースヒータとの接触面
５３・・・中心
１０４、１０７・・・下側ベース
１０４ａ、１０７ａ・・・溝
１０５、１０８・・・上側ベース
１０９・・・縁部
１１２，１１３・・・アルミニウム部材
１１４・・・締結部
１２２・・・真空チャンバー
１２４・・・支持部材
１２５・・・基板
１２６・・・ガス供給部
１２７・・・供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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