(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒータを基材の表面の溝に密着して埋め込むことが出来ると共に、溝の封止性も良好で、且つ製造も容易な埋込ヒータを有する発熱体とその製造方法。【解決手段】金属素材からなる基材１の表面に溝３を形成し、この溝３に長尺なヒータ２を嵌め込み、溝３の開口部を封止部材で覆うに当たり、ヒータ２を嵌め込んだ溝３に可撓性を有する断面ほぼ円形の長尺な金属製の封止用部材４を嵌め込み、この封止用部材４を押えピン８により溝３の中に押えながら接合ツール７で摩擦しながら攪拌することにより溶融化して溝３に充填した後、硬化させて固体封止材６とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属素材からなる基材（１）の表面に溝（３）を形成し、この溝（３）に長尺なヒータ（２）を嵌め込み、溝（３）の開口部を封止材で覆った埋込ヒータを有する発熱体において、ヒータ（２）を嵌め込んだ溝（３）が摩擦攪拌作用により溶融化されて溝（３）に充填された固体封止材（６）により封止されていることを特徴とする埋込ヒータを有する発熱体。
【請求項２】
摩擦攪拌作用により基材（１）の溝（３）の両側部分が一部溶融化され、その溝（３）の中に固体封止材（６）が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の埋込ヒータを有する発熱体。
【請求項３】
金属素材からなる基材（１）の表面に溝（３）を形成し、この溝（３）に長尺なヒータ（２）を嵌め込み、溝（３）の開口部を封止材で覆うことにより埋込ヒータを有する発熱体を製造する方法において、ヒータ（２）を嵌め込んだ溝（３）に長尺な金属製の封止用部材（４）を嵌め込む工程と、この封止用部材（４）を摩擦しながら攪拌することにより溶融化して溝（３）に充填した後、硬化させて固体封止材（６）とする工程とを有することを特徴とする埋込ヒータを有する発熱体の製造方法。
【請求項４】
長尺な金属製の封止用部材（４）が可撓性を有する断面ほぼ円形の長尺な金属部材からなることを特徴とする請求項３に記載の埋込ヒータを有する発熱体の製造方法。
【請求項５】
封止用部材（４）を摩擦しながら攪拌する接合ツール（７）に前後して押えピン（８）により封止用部材（４）を溝（３）の中に押えながら封止用部材（４）を摩擦攪拌することを特徴とする請求項３または４に記載の埋込ヒータを有する発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスにおける半導体ウエハの熱処理、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の透明基板の板熱処理等に使用される発熱体であって、例えば金属板等の熱拡散用の基材の表面に設けた溝に長尺なヒータを嵌め込み、この溝を封止材により封止した埋込ヒータを有する発熱体とその発熱体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおける半導体ウエハの熱処理、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の透明基板の板熱処理等には、前記のような発熱面が或る程度の面積を有する平面となった板状の発熱体が使用される。この種の発熱体は、アルミニウム板等の熱伝導良好な熱拡散用の板材の表面に、所望のパターンで溝を設け、この溝内に長尺なシーズヒータを嵌め込み、その上を別の部材で封止している。
【０００３】
このような板状の発熱体としては、例えば、特開２００１−１７６６４５号公報に開示されたものがある。この板状の発熱体は、金属製の板材と、この板材の表面にヒーターパターンを形成する溝と、この溝内に沿って埋設されるシーズヒータ等のフレキシブルヒータと、このフレキシブルヒータを嵌入した溝を覆うように嵌め込まれ、板材に溶着された蓋体とを有するものである。蓋体は予め板材の溝に沿って形成され、この蓋体をフレキシブルヒータを嵌め込んだ溝の開口部に嵌め込み、この蓋体を溝の開口部に電子溶接やビーム溶接等の手段で融着している。
【０００４】
図５は、このような板状の発熱体の要部断面を示している。板材３１の表面に形成した溝３３にシーズヒータ等からなる長尺なヒータ３２が嵌め込まれ、この状態で溝３３の開口部に蓋体３４が施され、この蓋体３４の縁が板材３１の表面に溶接されている。符号３５は溶接部を示し、この溶接部３５は、溝３３に沿ってその両側に設けられる。
【０００５】
前記のような従来の発熱体では、次のような課題があった。第一に、蓋体３４により封止される溝３３の内部に空間が出来、ヒータ３２と板材３１との間に間隙が生じるため、ヒータ３２から板材３１への伝熱効率が悪くなる。第２に、蓋体３４を溝３３の形状に従って板材からレーザカット等の手段により予め切り出さなければならず、部材の歩留まりが悪く、製造に手数もかかる。第三に、蓋体３４をその両側縁で板材３１の溝３３の両側に溶接しなければならず、細いヒータ３２を使用したものでは、細かい溶接作業となり、製造に手数がかかる。第四に、蓋体３４の封止性が悪いため、溝３３の内部に空気等のガスや湿気を保有しやすく、真空中で使用する場合に減圧の障害となることがある。
【特許文献１】特開２００１−１７６６４５号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９０６２号公報
【特許文献３】特開平１１−２０４２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来の発熱体とその製造方法における課題に鑑み、ヒータを基材の表面の溝に密着して埋め込むことが出来ると共に、溝の封止性も良好で、且つ製造も容易な埋込ヒータを有する発熱体と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】
【０００７】
本発明では、前記の目的を達成するため、長尺なヒータ２を嵌め込んだ溝３の開口部を封止する部材として、可撓性の棒状或いは線状の金属材料を使用し、この部材を摩擦攪拌作用により溶融化し、その後硬化させて固体封止材６として溝３に充填し、封止するようにしたものである。
【０００８】
すなわち、本発明による埋込ヒータを有する発熱体は、金属素材からなる基材１の表面に溝３を形成し、この溝３に長尺なヒータ２を嵌め込み、溝３の開口部を封止材で覆ったものである。ここで、ヒータ２を嵌め込んだ溝３が摩擦攪拌作用により溶融化されて溝３に充填された固体封止材６により封止されている。この場合に、摩擦攪拌作用により基材１の溝３の両側部分を一部溶融化され、その溝３の中に固体封止材６が充填されている。
【０００９】
このような埋込ヒータを有する発熱体を製造する方法は、金属素材からなる基材１の表面に溝３を形成し、この溝３に長尺なヒータ２を嵌め込み、溝３の開口部を封止部材で覆うに当たり、ヒータ２を嵌め込んだ溝３に長尺な金属製の封止用部材４を嵌め込み、この封止用部材４を摩擦しながら攪拌することにより溶融化して溝３に充填した後、硬化させて固体封止材６とする。
【００１０】
長尺な金属製の封止用部材４が可撓性を有する断面ほぼ円形の長尺な金属部材からなるものを使用する。 封止用部材４を摩擦しながら攪拌する接合ツール７に前後して押えピン８により前記封止用部材４を溝３の中に押えながら封止用部材４を摩擦攪拌しながら攪拌することにより溶融化して溝３に充填した後、硬化させて固体封止材６とする。
【００１１】
このような埋込ヒータを有する発熱体とその製造方法では、ヒータ２を収納した溝３に嵌め込んだ長尺な金属製の封止用部材４を摩擦しながら攪拌することにより溶融化するため、封止用部材４は溝３の断面形状に従って溶融変形し、充填される。このため、硬化した後の固体封止材６は、溝３の形状に倣ったものとなり、溝３の開口部が完全に封止される。
【００１２】
摩擦攪拌接合技術は、通常ピンのような回転する接合ツール７により部材を攪拌し、溶融させながら長尺な部位を移動して加工する技術のため、溝３に嵌め込んだ長尺な封止用部材４を溶融し、溝３に充填するのに最適である。この場合、摩擦攪拌作用により基材１の溝３の両側部分も一部溶融化されるため、その溝３の中に封止用部材４がより容易に充填できる。従って、こうして固体封止材６による封止された溝３の中にヒータ２が隙間無く埋め込まれることになり、ヒータ２から基材１への熱伝達が効率よく行われる。また、溝３の内部に空気等のガスが残留することも無い。
【００１３】
さらに、摩擦攪拌接合技術を適用することにより、可撓性を有する断面ほぼ円形の長尺な金属部材、すなわち棒状或いは線状の部材を封止用部材４として使用出来るため、板材から封止用部材を切り出す必要も無くなる。このような 封止用部材４を摩擦しながら攪拌する接合ツール７に前後して押えピン８により前記封止用部材４を溝３の中に押えながら封止用部材４を摩擦しながら攪拌して溶融化することにより、封止用部材４を確実に溝３に充填し、固体封止材６を形成することが出来る。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明による埋込ヒータを有する発熱体とその製造方法では、ヒータ２を基材１の表面の溝３に密着して埋め込むことが出来、溝３の中に空隙が生じない。このため、ヒータ２から基材１への伝熱性が良好となる。また、溝３の封止性も良好である。さらに、板材から封止用部材を切り出す必要も無く、接合ツール７で封止用部材４に沿って加工していくだけでヒータ２を収納した溝３の封止が可能であるため、製造も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明では、可撓性の棒状或いは線状の金属材料を使用し、この部材を摩擦攪拌作用により溶融化し、その硬化させて固体封止材６として溝３に充填することにより、ヒータ２を収納した機材１の溝３を封止するようにし、前記の目的を達成するものである。
以下、このような本発明の実施例について、図面を参照しながら具体例を挙げて詳細に説明する。
【００１６】
先ず図４に示すような基材１を用意する。図４に示す基材１は板状であり、アルミニウム、銅、ステンレス等の熱伝導良好な金属からなるものである。
この基材１の表面にヒータ２を埋め込むための溝３を形成する。この溝３は、基材１にヒータ２を配置しようとするパターンに従って形成することは言うまでもない。溝３の底面はほぼ半円筒形であり、その溝３の幅はヒータ２の径と同じか僅かに広くする。
【００１７】
ヒータ２としては、シースヒータを使用する。シースヒータは、ステンレス等からなる長尺なチューブ状のシースの中にヒータ線を収納し、ヒータ線とシースとの間にマグネシア粉末等の熱的、化学的に安定した無機絶縁粉末を充填したものである。シースの中にヒータ線を１本だけ収納した単芯ヒータ、シースの中にヒータ線を２本以上収納した複芯ヒータ、その何れも適用することが出来る。このヒータ２は、図４に示すように、それを基材１に配置するパターン、すなわち前記溝３と同じパターンで予め曲げておく。
【００１８】
封止用部材４は、長尺な金属材料を使用し、基本的には基材１と同じ材料、すなわちアルミニウム、銅、ステンレス等からなるものである。この封止用部材４の断面形状は特に限定されないが、一般的には断面がほぼ円形の棒状または線状のものを使用する。こうすることにより、一般的な棒材や線材を使用することが可能である。封止用部材４の径は、前記ヒータ２と同程度が一般的であるが、溝３の深さにより適宜の径のものを使用する。この封止用部材４もまた、図４に示すように、ヒータ２を基材１に配置するパターン、すなわち前記溝３と同じパターンで予め曲げておく。
【００１９】
次に、図２及び図３に示すように、基材１の溝３の中にヒータ２を嵌め込んで収納する。ヒータ２は、溝３の底いっぱいに嵌め込む。さらに、この溝３の中に収めたヒータ２の上に載せるようにして溝３の中に封止用部材４を嵌め込んで収納する。
その後、摩擦攪拌接合により、封止用部材４と基材１の溝３の開口部とを接合する。「摩擦攪拌接合」とは、被加工物を溶融せずに固相で接合する方法の一つであり、被加工物より硬い材質で作られた接合ツールを、二つの被加工物の接合部に回転させながら圧入し、接合方向に沿って移動させて、接合ツールの回転によって生ずる摩擦攪拌現象を利用して接合する方法である。
【００２０】
摩擦攪拌接合機の接合ヘッド５に設けた接合ツール７で封止用部材４と基材１の溝３の開口部とを摩擦攪拌しながら攪拌して溶融化することにより、同封止用部材４を溝３に充填し、溝３を封止する。接合ツール７は、高速回転するピン状のツールであり、この接合ツール７を封止用部材４に沿って移動させながら、封止用部材４と基材１の溝３の開口部とを摩擦攪拌しながら溝３の封止を行う。
【００２１】
この場合は、図２に示すように、接合ツール７と前後して押えピン８により前記封止用部材４を溝３の中に押えながら封止用部材４と基材１の溝３の開口部とを摩擦しながら攪拌することにより、封止用部材４を溝３に充填する。押えピン８の役目からして、押えピン８は、接合ツール７のごく手前で先行する如く封止用部材４をトレースして押さえるようにするのが適当である。
【００２２】
図１は、摩擦攪拌接合により基材１の溝３が固体封止材６で封止された状態である。この状態では、基材１の溝３の開口部が一部溶融して広がると共に、断面円形であった封止用部材４は溶融して溝３の開口部を閉じる格好で溝３内に充填される。図１では、基材１と固体封止材６との間に界面があり、別個の部材の如く示されているが、実際は、基材１と固体封止材６とが同じ材料であるため、混然と一体化し、固相接合されることになる。また、基材１と固体封止材６とが別の材料であっても同様である。
【００２３】
この図１に示されたように、摩擦攪拌接合により基材１の溝３が固体封止材６で封止された状態では、ヒータ２が基材１の溝３の底部に密着して固定されると共に、固体封止材６が基材１の溝３のヒータ２の上に部分、すなわち溝３の開口部を隙間無く覆う。従って、溝３の中には空隙は形成されない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による埋込ヒータを有する発熱体の一実施例を溝と直交する方向に断面して示した要部断面図である。
【図２】本発明による埋込ヒータを有する発熱体の製造方法の一実施例を溝に沿って断面して示した要部断面図である。
【図３】本発明による埋込ヒータを有する発熱体の製造方法の一実施例を溝と直交する方向に断面して示した要部断面図である。
【図４】本発明による埋込ヒータを有する発熱体の一実施例の構成部材を示した分解斜視図である。
【図５】従来の埋込ヒータを有する発熱体の一例を溝と直交する方向に断面して示した要部断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  基材
２  ヒータ
３  基材の溝
４  封止用部材
５  摩擦攪拌接合機の接合ヘッド
６  固体封止材
７  摩擦攪拌接合機の接合ツール
８  摩擦攪拌接合機の押えピン
【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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