(57)【要約】【課題】ヒータプレートの大型化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の部材２と部材３から構成されており、内部にヒータ回路４がヒータプレート全体に配設されている。部材２と部材３には、前記ヒータプレート外周部とヒータ回路４の全周両側に接合用嵌合部として溝部と凸部が設けられており、さらに補強用勘合部として溝部と凸部が複数設けられている。前記補強用接合部は、前記ヒータプレート外周部より内側に４０００／ｍ２以上設けるものとし、前記接合用嵌合部及び前記補強用勘合部の相互の距離を１８ｃｍ以内とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータプレートの外周部及び内部に形成されたヒータ回路全周の両側に接合用嵌合部として溝部又は凸部を設けさらに補強用勘合部として溝部又は凸部を設けた一方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材と、
前記一方の部材に設けた前記接合用嵌合部及び前記補強用勘合部と対向する位置に接合用嵌合部として前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に凸部又は溝部を設けさらに補強用勘合部として凸部又は溝部を設けた少なくとも１つ以上からなる他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材とを、
両部材に設けた前記接合用勘合部と前記補強用勘合部を嵌合させ、
鍛圧圧接により金属接合したヒータプレート。
【請求項２】
前記接合用嵌合部の内ヒータプレートの外周部に形成された接合用嵌合部には内部にヒータ回路を内包しない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】
前記補強用勘合部の形状が、
前記ヒータプレートの長軸に平行、垂直、斜め等の直線、円弧、楕円弧の一部等の曲線、それらを複合した図形等任意の形状の曲線からなる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒータプレート。
【請求項４】
前記補強用勘合部のレイアウト形状が、
前記ヒータプレートの互いに直行する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか又は前記ヒータプレートの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３のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項５】
前記ヒータ回路のレイアウトが、
前記ヒータプレートの互いに直行する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか又は前記ヒータプレートの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】
前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部のレイアウト形状が、
ヒータプレートの互いに直行する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか又は前記ヒータプレートの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】
前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部より内側で前記ヒータ回路全周の両側に設けられた前記接合用嵌合部以外の位置に前記補強用勘合部を設けた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒータプレート。
【請求項８】
前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部の外側面位置が前記ヒータプレート外周部の各辺端部から２０ｍｍ以内に位置する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒータプレート。
【請求項９】
前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部より内側で前記ヒータ回路が配設された前記接合用嵌合部以外の位置に
前記補強用勘合部を板面積に対し平均で４０００ｍｍ／ｍ２以上設ける
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のヒータプレート。
【請求項１０】
前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部の外側面位置が前記ヒータプレート外周部の各辺端部から２０ｍｍ以内に位置し、
かつ前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部より内側で前記ヒータ回路が配設された前記接合用嵌合部以外の位置に前記補強用勘合部を板面積に対し平均で４０００ｍｍ／ｍ２以上設ける
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のヒータプレート。
【請求項１１】
前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部がヒータプレート外周に沿って２重に設けられている
ことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１２】
前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部のいずれの部位も、
ヒータプレートの任意位置において隣接する相互の距離が１８ｃｍを超えないように前記補強用接合部を設ける
ことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１３】
前記ヒータプレートが
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１２のいずれか１項に記載のヒータプレート。
【請求項１４】
前記ヒータ回路の断面形状が、
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）からなるパイプ状また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】
前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に前記接合用嵌合部として溝部を設けさらに前記補強用嵌合部として溝部を設けた一方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材と、
前記一方の部材に設けた前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部と対向する位置に、
前記接合用嵌合部として前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に溝部を設けさらに前記補強用嵌合部として溝部を設けた他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材とを、
前記両部材に設けた前記溝部に中間部材を挿入し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。
【請求項１６】
前記接合用嵌合部と前記補強用嵌合部は、
少なくともいずれか一方又はそのいずれか一方の一部の嵌合が両部材とも溝部を形成し中間部材を挿入し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。
【請求項１７】
前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に前記接合用嵌合部として溝部又は凸部を設けさらに前記補強用勘合部として溝部又は凸部を設けた一方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材と、
前記一方の部材に設けた前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部と対向する位置に、
前記接合用嵌合部として前記ヒータプレート外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に凸部又は溝部を設けさらに前記補強用勘合部として凸部又は溝部を設けた他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材とを、
前記両部材に設けた接合用勘合部と補強用勘合部を嵌合させ、
鍛圧圧接により金属接合するヒータプレートの製造方法。
【請求項１８】
前記ヒータプレート外周部に形成された前記ヒータ回路のヒータが、
前記ヒータプレート外周部に配設した前記接合用嵌合部により、その両側を蜜に拘束されている
ことを特徴とする請求項１７に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項１９】
前記他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材が複数である
ことを特徴とする請求項１７に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項２０】
前記複数の他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材を順次鍛圧圧接により金属接合する
ことを特徴とする請求項１９に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項２１】
前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に前記接合用嵌合部として溝部を設けさらに前記補強用嵌合部として溝部を設けた一方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材と、
前記一方の部材に設けた前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部と対向する位置に、
前記接合用嵌合部として前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に溝部を設けさらに前記補強用嵌合部として溝部を設けた他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材とを、
前記両部材に設けた前記溝部に中間部材を挿入し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。
【請求項２２】
前記接合用嵌合部と前記補強用嵌合部は、
少なくともいずれか一方又はそのいずれか一方の一部の嵌合が両部材とも溝部を形成し中間部材を挿入し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。
【請求項２３】
前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部が少なくとも２重以上に設けられている
ことを特徴とする請求項１７から請求項２２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２４】
前記アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記接合用嵌合部又は前記補強用嵌合部として、
嵌合凸部の断面積が溝部収納空間の断面積より大きくかつ当該嵌合凸部の高さが当該溝部の深さより大きい
ことを特徴とする請求項１７から請求項２３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２５】
前記嵌合凸部の高さと幅の比率が１以上で且つ４以下である
ことを特徴とする請求項２４に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項２６】
前記嵌合凸部の高さと幅の比率が２以上で且つ３以下である
ことを特徴とする請求項２５に記載のヒータプレートの製造方法。
【請求項２７】
少なくとも１つの前記アルミニウム又はアルミニウム合金部材が、
ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれか１つの合金からなる
ことを特徴とする請求項１７から請求項２６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２８】
前記一方又は他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接温度が２５０℃から５００℃の間である
ことを特徴とする請求項１７から請求項２７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２９】
請求項２４から請求項２６のいずれか１項に記載の鍛圧圧接方法を用いて鍛圧圧接することによる前記ヒータプレートのシース部に対する一方又は他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材の密着性向上方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載のヒータプレートのシース部に対する一方又は他方のアルミニウム又はアルミニウム合金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の薄型ディスプレイ（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。
【０００８】
【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】
【０００９】
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、この際プレート厚さも約２０〜１２０ｍｍ程度の厚さのものが使用されつつある。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変形が大きな問題となってきている。
【００１０】
例えば、第７世代の大型ヒータプレートを約３００℃の使用温度で２年間使用すると、ヒータの寿命や、ずれ又ははがれ等のヒータプレートの変形の問題が認められ、最大２ｍｍ程度変形した例が見られた。
【００１１】
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。特に、大型化に伴いヒータプレート全体の変形量も大きくなり、長期間の使用に支障をきたす恐れがある。
【００１２】
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。特に、ヒータプレートのボルト締結部あるいは溶接部から離れた位置での変形は、ヒータプレートが大型になるにつれ大きくなるという問題がある。
【００１３】
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。従って、ヒータプレートの大型化には適用できないという問題がある。
【００１４】
さらに、従来の製造方法では最も優れる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。
【００１５】
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】
【００１６】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、ヒータプレートの外周部及び内部に形成されたヒータ回路全周の両側に接合用嵌合部として溝部又は凸部を設けさらに補強用勘合部として溝部又は凸部を設けた一方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材と、前記一方の部材に設けた前記接合用嵌合部及び前記補強用勘合部と対向する位置に接合用嵌合部として前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に凸部又は溝部を設けさらに補強用勘合部として凸部又は溝部を設けた少なくとも１つ以上からなる他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材とを、両部材に設けた前記接合用勘合部と前記補強用勘合部を嵌合させ、鍛圧圧接により金属接合したヒータプレートである。
【００１７】
本発明の第２の態様は、前記接合用嵌合部の内ヒータプレートの外周部に形成された接合用嵌合部には内部にヒータ回路を内包しないことを特徴とするヒータプレートである。
【００１８】
本発明の第３の態様は、前記補強用勘合部の形状が、前記ヒータプレートの長軸に平行、垂直、斜め等の直線、円弧、楕円弧の一部等の曲線、それらを複合した図形等任意の形状の曲線からな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４の態様は、前記補強用勘合部のレイアウト形状が、前記ヒータプレートの互いに直行する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか又は前記ヒータプレートの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。
【００２０】
本発明の第５の態様は、前記ヒータ回路のレイアウトが、前記ヒータプレートの互いに直行する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか又は前記ヒータプレートの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。
【００２１】
本発明の第６の態様は、前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部のレイアウト形状が、ヒータプレートの互いに直行する２つの中心軸の少なくとも１つに対称であるか又は前記ヒータプレートの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。
【００２２】
本発明の第７の態様は、前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部より内側で前記ヒータ回路全周の両側に設けられた前記接合用嵌合部以外の位置に前記補強用勘合部を設けたことを特徴とするヒータプレートである。
【００２３】
本発明の第８の態様は、前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部の外側面位置が前記ヒータプレート外周部の各辺端部から２０ｍｍ以内に位置す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９の態様は、前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部より内側で前記ヒータ回路が配設された前記接合用嵌合部以外の位置に前記補強用勘合部を板面積に対し平均で４０００ｍｍ／ｍ２以上設け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１０の態様は、前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部の外側面位置が前記ヒータプレート外周部の各辺端部から２０ｍｍ以内に位置し、かつ前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部より内側で前記ヒータ回路が配設された前記接合用嵌合部以外の位置に前記補強用勘合部を板面積に対し平均で４０００ｍｍ／ｍ２以上設けることを特徴するヒータプレートである。
【００２６】
本発明の第１１の態様は、前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部がヒータプレート外周に沿って２重に設けられていることを特徴とするヒータプレートである。
【００２７】
本発明の第１２の態様は、前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部のいずれの部位も、ヒータプレートの任意位置において隣接する相互の距離が１８ｃｍを超えないように前記補強用接合部を設け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１３の態様は、前記ヒータプレートが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。
【００２９】
本発明の第１４の態様は、前記ヒータ回路の断面形状が、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）からなるパイプ状また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。
【００３０】
本発明の第１５の態様は、前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に前記接合用嵌合部として溝部を設けさらに前記補強用嵌合部として溝部を設けた一方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材と、前記一方の部材に設けた前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部と対向する位置に、前記接合用嵌合部として前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に溝部を設けさらに前記補強用嵌合部として溝部を設けた他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材とを、前記両部材に設けた前記溝部に中間部材を挿入し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である。
【００３１】
本発明の第１６の態様は、前記接合用嵌合部と前記補強用嵌合部は、少なくともいずれか一方又はそのいずれか一方の一部の嵌合が両部材とも溝部を形成し中間部材を挿入して鍛圧圧接により金属接合することを特徴するヒータプレートである。
【００３２】
本発明の第１７の態様は、前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に前記接合用嵌合部として溝部又は凸部を設けさらに前記補強用勘合部として溝部又は凸部を設けた一方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材と、前記一方の部材に設けた前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部と対向する位置に、前記接合用嵌合部として前記ヒータプレート外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に凸部又は溝部を設けさらに前記補強用勘合部として凸部又は溝部を設けた他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材とを、前記両部材に設けた接合用勘合部と補強用勘合部を嵌合させ、鍛圧圧接により金属接合するヒータプレートの製造方法である。
【００３３】
本発明の第１８の態様は、前記ヒータプレート外周部に形成された前記ヒータ回路のヒータが、前記ヒータプレート外周部に配設した前記接合用嵌合部により、その両側を蜜に拘束されていることを特徴するヒータプレートの製造方法である。
【００３４】
本発明の第１９の態様は、前記他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材が複数であることを特徴するヒータプレートの製造方法である。
【００３５】
本発明の第２０の態様は、前記複数の他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材を順次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。
【００３６】
本発明の第２１の態様は、前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に前記接合用嵌合部として溝部を設けさらに前記補強用嵌合部として溝部を設けた一方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材と、前記一方の部材に設けた前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部と対向する位置に、前記接合用嵌合部として前記ヒータプレートの外周部及び内部に形成された前記ヒータ回路全周の両側に溝部を設けさらに前記補強用嵌合部として溝部を設けた他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材とを、前記両部材に設けた前記溝部に中間部材を挿入し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。
【００３７】
本発明の第２２の態様は、前記接合用嵌合部と前記補強用嵌合部は、少なくともいずれか一方又はそのいずれか一方の一部の嵌合が両部材とも溝部を形成し中間部材を挿入し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。
【００３８】
本発明の第２３の態様は、前記ヒータプレート外周部の前記接合用嵌合部が少なくとも２重以上に設けられていることを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００３９】
本発明の第２４の態様は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金部材の前記接合用嵌合部又は前記補強用嵌合部として、嵌合凸部の断面積が溝部収納空間の断面積より大きくかつ当該嵌合凸部の高さが当該溝部の深さより大きいことを特徴とするヒータプレートの製造方法である。
【００４０】
本発明の第２５の態様は、前記嵌合凸部の高さと幅の比率が１以上で且つ４以下であ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２６の態様は、前記嵌合凸部の高さと幅の比率が２以上で且つ３以下であ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２７の態様は、少なくとも１つの前記アルミニウム又はアルミニウム合金部材が、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれか１つの合金からな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２８の態様は、前記一方又は他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材の鍛圧圧接温度が２５０℃から５００℃の間であ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２９の態様は、第２４の態様から第２６の態様のいずれか１項に記載の鍛圧圧接方法を用いて鍛圧圧接することによる前記ヒータプレートのシース部に対する一方又は他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材の密着性向上方法である。
【００４５】
本発明の第３０の態様は、第２９の態様に記載のヒータプレートのシース部に対する一方又は他方のアルミニウム又はアルミニウム合金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】
【００４６】
本発明によれば、ヒータプレート外周部とヒータ回路全周の両側に接合用嵌合部として溝部又は凸部を設け、さらに補強用勘合部として溝部又は凸部を設けた上下２枚のアルミニウム又はアルミニウム合金部材を、対向する前記接合用嵌合部及び前記補強用勘合部を嵌合させて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部材とヒータ回路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。
【００４７】
また、特に本発明の特徴は、接合用嵌合部の他に新たに補強用嵌合部を設け、この部分をも鍛圧圧接により金属接合させることにより、ヒータプレートが大型化しても、補強用嵌合部を適切に配設することにより変形を抑えることが可能となることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の内部にヒータ回路を配設したヒータプレートは、金属部材にヒータ回路を密着させたもので、ヒータ回路の発熱がヒータプレートの金属部材に伝えられる。また、ヒータ回路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、ヒータ回路を種々の形状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。またヒータ回路は、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。
【００４９】
本発明により製造される内部にヒータ回路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１７に、内部にヒータ回路を配設したヒータプレートの使用例を示す。
【００５０】
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内にヒータ回路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。
【００５１】
ヒータプレートの寿命に与える要因として、(1)変形（嵌合部のずれ、プレートの全体的な変形、局部変形）、(2)ヒータの寿命、(3)表面層の変質（ＣＶＤガスの衝突による表面層の変質）が挙げられる。このうち、特にヒータプレートの大型化とともに変形が大きな課題となってきている。
【００５２】
本発明のヒータプレートは、上記の第一の要因である変形を防ぐために、前記ヒータプレートの外周部及び内部に配設されたヒータ回路の全周両側に接合用嵌合部を設け、さらに補強用嵌合部も適切に配設している。
【００５３】
前記ヒータプレートの外周部に設けた接合用嵌合部は、部材を接合するのに加えて、ヒータプレートの変形防止と真空環境におけるシール性を確保する役割を持っている。また、外周部以外のヒータ回路の全周両側に設けた接合用嵌合部は、部材の接合とヒータプレートの変形防止の役割を担っている。さらに、補強用嵌合部も部材の接合とヒータプレートの変形防止の役割を担っている。
【００５４】
これにより、前記嵌合部のずれ、前記ヒータプレート全体の変形、及び局所的な変形を防ぐだけでなく、ヒータ回路の密着性を高めて熱伝導性を良くすることで、上記の第二の要因であるヒータ寿命も改善している。
【００５５】
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実施例である。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の部材２と部材３から構成されており、内部及び外周部にヒータ回路４がヒータプレート全体に配設されている。本実施形態ではヒータプレートの外周部にもヒータ回路が配設されているとしたが、ヒータプレ−ト内部のみにヒータ回路が配設されているとしてもよい。
【００５６】
部材２には、内部及び外周部のヒータ回路４の全周両側に接合用嵌合部５、６として凸部が設けられており、さらに補強用勘合部７として凸部が複数設けられている。また、部材３には部材２に設けられた接合用嵌合部５及び６と対向する位置に、接合用嵌合部８，９として内部及び外周部のヒータ回路４の全周両側に溝部が設けられており、さらに補強用勘合部１０として溝部が設けられている。
【００５７】
図２には、図１に示した本発明の実施形態のヒータプレートの斜視図を示した。図２（ａ）は、本発明の実施形態のヒータプレートであり、（ｂ）には比較のため補強用嵌合部のない従来のヒータプレートを示した。
【００５８】
上記のように構成されたアルミニウム又はアルミニウム合金の部材２と部材３は、部材２の接合用嵌合部５、６である凸部と補強用勘合部７である凸部に、部材３の接合用嵌合部８，９である溝部と補強用勘合部１０である溝部をそれぞれ嵌合させ、鍛圧圧接により金属接合される。
【００５９】
図１では、部材３は一体となっているが、複数の部材から構成されていてもよい。部材３が複数に分割されている一実施例を図３に示す。図３の実施例では、部材３が中心線１１，１２で４分割されている。部材３が複数に分割されている場合は、分割された部材を順次鍛圧圧接すればよく、ヒータプレートを大型化してもプレス機を大型化する必要は必ずしもない。この場合、ヒータプレートを中心線１１で分割すると、中心線１１上にある補強用嵌合部の嵌合が半分ずつになるために、中心線１１で分割せず、分割する位置を必要に応じて適宜ずらすなどの変更は可能である。
【００６０】
また図１では、外周部の接合用嵌合部５，８が二重に設けられていたが、一重であってもよい。外周部の接合用嵌合部５，８を一重とした実施例を図４に示す。図４の実施例では、削除した外周部の接合用嵌合部５，８の位置には補強用嵌合部１３が追加されており、部材の接合と変形防止の役割を果たしている。
【００６１】
本実施例では、部材２には嵌合用の凸部を設け部材３に嵌合用の溝部を設けたが、逆に部材２に溝部を設け部材３に凸部を設けてもよい。さらには、部材２に嵌合用の凸部と溝部を適切に配分して設け、部材３には部材２の凸部に対向する位置には溝部をまた部材２の溝部に対向する位置には凸部をそれぞれ設けるようにしてもよい。
【００６２】
本発明のヒータプレートの形状は、図１から図４で示した実施例では矩形であったが、必ずしも矩形である必要はなく、図５にはヒータプレートの形状が円形の実施例を示す。
【００６３】
補強用勘合部７、１０の形状は、ヒータプレート１の長軸に平行、垂直、斜め等の直線、円弧、楕円弧の一部等の曲線、それらを複合した十字形等任意の形状の直線又は曲線からなるものであってよい。
【００６４】
また補強用勘合部７、１０のレイアウト形状は、ヒータプレート１の互いに直行する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のが好ましい。同様に、ヒータプレート１の外周部の接合用嵌合部５、８のレイアウト形状も、ヒータプレート１の互いに直行する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のが好ましい。
【００６５】
さらにヒータ回路４のレイアウトも、ヒータプレート１の互いに直行する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のが好ましい。もちろん、互いに直行する２つの中心軸に対称であることが一方の中心軸のみに対称であるより望ましいが、実際はヒータの始点・終点等の設計の都合で、２つの中心軸に対称な設計とすることは困難であるために、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のが好ましいとした。
【００６６】
例えば、図１、図４、図５等をみれば判るが、いずれの場合も、１つの中心軸に対しては対称で、他の対称軸に対しても対称になっている。もちろん、所定レベルの対称性を満足すれば、２つの中心軸に対してともに略対称であっても良いし、中心に対して略点対称であっても良い。
【００６７】
最も、望ましくは、２つの対称軸の両方に同時に対称であるか、中心に対し点対称であることがより望ましいが、このように完全な対称性を維持することは、ヒータレイアウトやヒータプレートからのヒータ取出し口の設計の都合により、実際は困難であるために、実用的に変形を防止できるレベルであれば、略対称であれば良い。
【００６８】
次に、接合用嵌合部５、６、８、９及び補強用勘合部７、１０の配置位置について説明する。
ヒータプレートの変形を抑えるためには、接合用嵌合部及び補強用嵌合部を適切に配設する必要があるため、以下では接合用嵌合部及び補強用嵌合部の好ましい配置位置や寸法等を数値を明示して説明する。
【００６９】
ヒータプレート１の外周部に設置された接合用嵌合部５、８は、その外側面位置１３とヒータプレート１の外周部の各辺端部１４との距離Ｌが２０ｍｍ以内になるよう設置されるのがよい。この理由は、２０ｍｍより大きいと、外周部全体を接合する目的を達成できないからである。最大２０ｍｍあれば、接合時に材料が逃げることによる接合性の低下を防止できる。さらに、ヒータプレート１の外周に鉄製の拘束用プレート等を配置すれば、鍛圧圧接時に接合用嵌合部と各辺端部の材料が端部方向に逃げるのを防止できることからこの距離は、数ｍｍ程度とすることも、零とすることも可能である。また、ヒータプレート外周部の接合用嵌合部５，８の内側に補強用勘合部７、１０を設置する場合には、ヒータプレートの板面積に対し平均で４０００ｍｍ／ｍ２以上設けるのがよい。ここで、補強用勘合部７、１０を板面積に対し平均で４０００ｍｍ／ｍ２以上設けないと、変形を防止する効果が不足し、これを超えると変形に対する抵抗が十分なものとなる。
【００７０】
さらに、上記と同様にヒータプレート１の外周部に設置された接合用嵌合部５、８が、その外側面位置１３とヒータプレート外周部の各辺端部１４との距離Ｌが２０ｍｍ以内であり、かつヒータプレート外周部の接合用嵌合部５，８の内側に補強用勘合部７、１０が設けられる場合には、板面積に対し平均で４０００ｍｍ／ｍ２以上の補強用勘合部７、１０を設けるのが良い。
【００７１】
図１では、ヒータプレート１の外周部には接合用嵌合部５、８が２重に設けられているが、外周部に接合用嵌合部を１重に設けてもよい。
【００７２】
次に、補強用嵌合部７，１０の配置条件について説明する。
ヒータプレート１の外周部とヒータ回路４の全周両側に設けた接合用嵌合部５、６、８、９だけでは前記接合用嵌合部から離れた領域ができ、当該領域の接合強度が低いために変形する恐れがある。
【００７３】
そこで本発明では、ヒータプレート外周部の内側の任意の位置において、前記接合用嵌合部又は前記補強用嵌合部が１８ｃｍを超えない範囲で隣接するよう補強用嵌合部７，１０を追加するものとしている。すなわち、前記接合用嵌合部又は前記補強用嵌合部のいずれの部位も、相互の位置が１８ｃｍを超えないように配置するのが良い。さらに、望ましくは、１５ｃｍを超えないようにするのがより望ましい。
【００７４】
図１では、例として接合用嵌合部６、９と補強用嵌合部７，１０とが比較的離れている位置Ａにおいても、相互の距離が１８ｃｍを超えないよう補強用嵌合部７，１０を設けている。
【００７５】
前記ヒータの対称性、前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部の相互の距離、前記補強用嵌合部の形状及び長さをパラメータとして鍛圧圧接による金属接合によりヒータプレートを製作し、真空中で３００℃の条件で２年間試験を行った結果を表１及び表２に示す。表１は矩形状ヒータプレートの補強用接合部の長さ（ヒータプレート全体に占める補強用接合部の配設長さの割合をヒータプレート単位面積当たりの長さで表した値）と変形及びヒ−タ寿命の関係をまとめたものであり、表２は円形状ヒータプレートの補強用接合部の長さ（前記と同様にヒータプレート単位面積当たりの長さで表した値）と変形及びヒ−タ寿命の関係をまとめたものである。表１、表２においては、特に図示しないが、断わりのない限り、補強用嵌合部のレイアウトはヒータプレートの互いに直交する２つの中心軸の少なくとも一つの中心軸に対称であるように配設した。
【表１】
2006172970.tif 000003
【００７６】
【表２】
2006172970.tif 000004
【００７７】
尚、ヒータプレートの寿命としては、ヒータプレートの変形が２ｍｍに達するまでの時間で評価した。１年を寿命合格ラインとして、２年以上、１年以上２年未満、半年以上１年未満、半年未満の４段階に分類し、それぞれを◎、○、△、×印で示した。
【００７８】
ここで、試験には、ヒータプレートの片側板厚は全て４０ｍｍとして、接合用嵌合部と補強用嵌合部の溝幅は全て１０ｍｍとし、溝深さは全て２０ｍｍの矩形断面形状に溝を加工したものを用いた。尚、評価試験において、接合用嵌合部と補強用嵌合部の溝幅は全て１０ｍｍとし、溝深さは全て２０ｍｍの矩形断面形状に溝を加工したものを用いたのは、本試験に先立って行った予備試験により、ヒータプレートの片側板厚４０ｍｍとして、接合用嵌合部と補強用嵌合部の溝幅と溝深さの関係を溝幅１０ｍｍに対して、溝深さ１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの材料を用いた確認試験により、溝深さ１０ｍｍ以上であれば、変形に対する寿命が変わらないことを確認しているためである。
【００７９】
表１において、Ｎｏ．１のヒータプレートはサイズが小さいため、補強用接合部を設けなくてもヒータプレートの変形は無くヒータ寿命も所定の寿命を満たしている（表中○で示した）。これに対し、サイズが縦横とも約２倍のＮｏ．２及びさらに大型のＮｏ．８、Ｎｏ．１３のヒータプレートでは、補強用接合部が無く接合用嵌合部だけでプレート全体が拘束されているため、ヒータプレートが中心部を中心に全体的に変形しヒータ寿命も不十分となる（表中×で示した）。
【００８０】
また、補強用接合部の長さが４０００／ｍ２未満の場合には、ヒータプレート全体の変形が発生しており、補強用接合部がないＮｏ．８，Ｎ０．１３の場合よりヒータ寿命が長いものの、ヒータ寿命は不十分な結果となっている（表中△で示した）。具体的には、Ｎｏ．３の補強用接合部の長さが２８００／ｍ２の場合、及びＮｏ．４、Ｎｏ．９の補強用接合部の長さが３８００／ｍ２の場合には、ヒータプレート全体の変形が生じている。
【００８１】
これに対し、補強用接合部の長さが４０００／ｍ２以上の場合には、Ｎｏ．５とＮｏ．１０を除いてヒータプレートの変形は見られない。Ｎｏ．５の場合には、補強用接合部の長さが４４００／ｍ２あるものの、ヒータレイアウトが非対称のためにヒータプレート全体の変形が生じている。また、Ｎｏ．１０の場合には、補強用接合部の長さが４２００／ｍ２あるものの、接合部間距離が１８ｃｍを超えている部分が存在し、補強用接合部が偏って設けられているために局部変形が生じている。
【００８２】
上述の結果より、ヒータプレートの変形を回避し所定のヒータ寿命を確保するためには、ヒータプレートの対称性を確保し、前記接合部間の距離を１８ｃｍ以内とした上で、補強用接合部を４０００／ｍ２以上設けるのが望ましい。
【００８３】
表１に基づいて矩形状ヒータプレートについて述べた上記の結果は、表２の円形状ヒータプレートについても同様のことが言える。すなわち、補強用接合部を設けない場合には、サイズの小さいＮｏ．１のヒータプレートでは変形は見られずヒータ寿命も所定の寿命を満たしているが、サイズが２倍以上のＮｏ．２及びさらに大型のＮｏ．８のヒータプレートでは、補強用接合部が無いとヒータプレートが変形しヒータ寿命も不十分となる。
【００８４】
また、補強用接合部の長さが３５００／ｍ２のＮｏ．３、同じく３８００／ｍ２のＮｏ．４（補強用接合部の形状が曲線）及びＮｏ．９（補強用接合部の形状が十字）の場合には、ヒータプレート全体の変形が発生しており、ヒータ寿命もやや不十分となっている。
【００８５】
これに対し、補強用接合部の長さが４０００／ｍ２以上の場合には、Ｎｏ．５とＮｏ．１０を除いてヒータプレートの変形は見られない。Ｎｏ．５の補強用接合部の長さは４２００／ｍ２あり、Ｎｏ．１０では４４００／ｍ２あるが、ともに接合部間距離が１８ｃｍを超えているために局部変形が生じている。このことから、ヒータプレートサイズが大きい１２４０ｍｍ×１６２０ｍｍの場合や２０２０ｍｍ×２３６０ｍｍの場合でも、ヒータレイアウトの対称性を確保し、補強用接合部の長さが４０００／ｍ２以上の長さで、しかも任意の接合部間距離を１８ｃｍ以下になるように補強用接合部を設置すれば、変形は生じない。また、外周部のヒータが１重、２重の場合ともに、同様の結果を示す。
【００８６】
このことから、ヒータプレートサイズが大きい１２４０ｍｍ×１６２０ｍｍの場合や２０２０ｍｍ×２３６０ｍｍの場合でも、補強用接部の長さが４０００／ｍ２以上で、さらに前述の所定の条件を満足すれば、変形はなく合格レベルである。上述の結果より円形状ヒータプレートにおいても、ヒータプレートの変形を回避し所定のヒータ寿命を確保するためには、前記接合部間の距離を１８ｃｍ以内とした上で、補強用接合部を４０００／ｍ２以上設けるのが望ましい。
【００８７】
また、表１、表２の場合ともに、補強用接合部の長さが５０００／ｍ２以上の場合は、ヒータプレートの寿命が２年を超えている。このことから、補強用接合部の長さを５０００／ｍ２以上とし、より高密度に補強用接合部を多く設けるのがさらに好ましい。
【００８８】
つぎに、前記接合用嵌合部又は前記補強用嵌合部の形状の例を図６に基づいて説明する。図６では、一方の部材２の嵌合部は凸部を形成しており、他方の部材３の嵌合部は溝部を形成している例を示す。
【００８９】
（ａ）は、凸部３１及び溝部３２の断面形状が長方形の実施例である。本実施例では、溝部３２には面取り部３３が設けられており、勘合し易くしている。（ｂ）も、凸部３４及び溝部３５の断面形状が長方形の実施例であるが、本実施例では面取り部３６が凸部３４の方に設けられている。
【００９０】
（ｃ）は、凸部３７及び溝部３８の断面形状がともに台形となっている実施例である。本実施例のような台形形状とすることにより、機械加工が容易となるだけでなく鍛圧圧接時の空気の巻き込みを起こり難くしている。
【００９１】
（ｄ）の実施例では、凸部３９の断面形状が長方形で溝部４０の断面形状が逆台形としている。凸部３９は、溝部４０に勘合させて溝部内を充満させることで高い密着性を持たせることができる。
【００９２】
（ｅ）の実施例では、凸部４１の断面形状を長方形で先端を山型とし、溝部４２の断面形状を長方形で底辺を角取りしている。本実施例のような形状とすることで、勘合しやすくしている。この場合、溝部４２を埋めるのに体積不足とならないように、凸部４１の高さを溝部４２の深さより大きく取るのが望ましい。
【００９３】
図６に示した各凸部及び各溝部の断面形状について、好ましい形状を以下に説明する。（ｃ）以外の凸部は、断面形状が略長方形である。凸部の断面形状が長方形の場合には、前記凸部の高さと幅の比率は、前記凸部の座屈変形等を考慮すると、１以上４以下程度であれば問題ない。さらに、鍛圧圧接時に溝部の側面から受ける抵抗などを考慮すると、１以上３以下が特に望ましい。
【００９４】
図６の（ａ）、（ｂ）、（ｅ）は、前記凸部の断面の幅は勘合する溝部の断面の幅と同じか僅かに大きくするのが好ましい。この理由は、前記凸部の断面の幅が勘合する溝部の幅と同一か僅かに大きいことにより、前記凸部が前記溝部を広げながら塑性変形するので、鍛圧圧接により金属接合できるからである。
【００９５】
つまり、前記凸部が前記溝部に嵌合するときに、溝壁から圧縮応力を受けつつ塑性変形するように、前記凸部が前記溝部の溝幅より僅かに大きなものを用いればよい。前記凸部の幅と前記溝部の溝幅との差は、挿入可能な範囲の最大のものまで許容されるが、許容範囲として溝幅より数ｍｍ大きい程度と考えられる。
【００９６】
また、前記溝部の体積より前記凸部の体積を大きくし、さらに、前記凸部の長さとして前記溝部を完全に埋めるのに必要な体積を確保するのに必要な長さと同等か少し長くする。この理由は、前記凸部を前記溝部に十分充満させると同時に両者を完全に金属接合させるためである。
【００９７】
次に、図６（ｃ）の凸部３７及び溝部３８の断面形状が、ともに台形の場合について以下に説明する。断面形状が台形の場合には、テーパ角は０°を超え４５°以下が好ましいが、特に１°以上３０°以下とするのが好ましい。この理由は、テーパ角が４５°を超えて大きくなると、鍛圧圧接時に溝部３８の溝壁部から凸部３７が受ける静水圧応力が減少し、接合性が低下し良好な金属接合状態が得られないことがあるとともに、鍛圧圧接時の抵抗が大きくなり、不必要に接合用アルミニウム又はアルミニウム合金部材の寸法が大きくなるためである。
【００９８】
また、凸部３７の高さと先端部の幅の関係は、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くてもよいが、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以下であれば接合には問題ないが、さらに、鍛圧圧接時にテーパ側部から受ける抵抗の増大を考慮すると、実用的には、１以上４以下が好ましく、より好ましくは、１以上３以下とするのが好ましい。
【００９９】
図６のいずれの形状においても、凸部の高さと幅の比率を１以下としても接合は可能であるが、ヒータプレート使用中の鍛圧圧接部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。
【０１００】
前記凸部及び前記溝部が矩形の場合の好ましい形状を、関係式を用いて表すと下記のようになる。図６（ｆ）に示すように、溝部４４の幅及び深さをそれぞれａ、ｂとし、凸部４３の幅及び高さをそれぞれｃ、ｄとしたとき、凸部断面積が溝部断面積より大きい必要がありそれを満足する関係式として、
ａ×ｂ≦ｃ×ｄ                                            （１）
が必要である。
【０１０１】
また、溝部深さｂより挿入する凸部の高さｄが大きいことが望ましいことから、
ｂ／ｄ≦１．０                                            （２）
なる関係を満足することが望まれる。
さらに、挿入する凸部の高さと幅の比率は、
１≦ｄ／ｃ≦４（より好ましくは、１≦ｄ／ｃ≦３）          （３）
となることが望ましい。
【０１０２】
ここで、図６（ａ）は溝部の入口の２個所の面取り部面積の合計を２ｔとすると、式（１）に代わり
ａ×ｂ＋２ｔ≦ｃ×ｄ                                      （４）
を満足し、図６（ｂ）は凸部が矩形とした場合の面積から面取り面積を引いた面積が実際の凸部断面積であるから、式（１）に代わり
ａ×ｂ≦ｃ×ｄ―２ｔ                                      （５）
の関係が成立する必要がある。
【０１０３】
また、図６（ａ）、図６（ｂ）の場合も、溝部深さｂと凸部の高さｄの関係を示す式（２）、ｂ／ｄ≦１．０と、挿入する凸部の高さｄと幅ｃの比率に関する関係を示す式（３）、１≦ｄ／ｃ≦４（より好ましくは、１≦ｄ／ｃ≦３）を満足することが望ましい。
図６（ｄ）、図６（ｅ）も同様に、凸部の実断面積が溝部の実断面積より大きい必要があるが、ここでは計算式の詳細は省略する。その他、式（２）、式（３）も同時に満足することが望ましい。
【０１０４】
次に、前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部の寸法について説明する。
本発明のヒータプレートの厚さ２０ｍｍ〜１２０ｍｍを考慮すると、前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部の溝部の幅は、１０ｍｍ近傍であれば１０ｍｍ以下でも使用可能であるが、安定した接合強度を確保するには、１０ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内では、特に不都合がない限り溝部の幅を適宜選択することが可能である。一例として、図６（ｂ）、（ｆ）では溝部３５、４４の幅を１０ｍｍ、深さを１５ｍｍとした場合を模式図として示す。
【０１０５】
図６（ａ）の溝部３２の入口部に面取り部がある場合及び図６（ｃ）の溝部３８が台形の場合、図６（ｄ）の溝部４０が逆台形の場合及び図６（ｅ）の溝部４２の底部に面取り部がある場合にも、安定した接合強度を得るには、各溝部の入口部の幅を１０ｍｍ〜２０ｍｍとするのが好ましい。また、図６（ａ）から図６（ｆ）では、溝部の幅と深さの比率は、１：１から１：４の範囲であれば鍛圧圧接には問題ない。図６（ｃ）の溝部３８が台形の場合は、溝部の幅と深さの比率は、１：１から１：５の範囲までは接合可能あるが、実用的には１：１から１：４の範囲に設定されることが多く、さらに望ましい範囲は１：３である。
【０１０６】
また、溝部と凸部の接合に際しては、余肉を持たせなければならないために、使用する材料の板厚によっては、溝部の幅と深さの関係の最大値まで使用できるとは限らない。溝の底と板の反対面の距離（余肉）は板圧により異なるが、目安として少なくとも約１０ｍｍは必要でが２０ｍｍの最も薄い場合は、余肉は７、８ｍｍでも問題ないが、使用する板厚が厚くなると、余肉も多少厚めにする必要がある。
一方、前記接合用嵌合部及び前記補強用嵌合部の凸部の高さ及び幅は、上記の式（１）〜（５）の関係等を満足するように決定することができる。
【０１０７】
図７に本発明のヒータプレートの別の実施例を示す。
第１の実施形態と同様に、ヒータプレート５１はアルミニウム又はアルミニウム合金の部材５２と部材５３から構成されており、内部にヒータ回路５４がヒータプレート全体に配設されている。
【０１０８】
部材５２には、ヒータプレートの外周部及び内部に形成されたヒータ回路５４の全周両側に接合用嵌合部５６として溝部が設けられており、さらに補強用勘合部５７として溝部が複数設けられている。また、部材５３には部材５２に設けられた接合用嵌合部５６及び補強用勘合部５７と対向する位置に、接合用嵌合部５９として外周部及び内部に形成されたヒータ回路５４の全周両側に溝部が設けられており、さらに補強用勘合部６０として溝部が設けられている。
【０１０９】
本実施例では、部材５２、５３にはともに嵌合部として溝部が設けられており、各溝部に部材５２、５３とは別の第３の部材として、中間部材６１を挿入して鍛圧圧接により金属接合している。
【０１１０】
接合用嵌合部５６、５９と補強用勘合部５７、６０の溝部と中間部材６１との具体的関係を図８に基づいて説明する。
部材５２の溝部６２の幅Ａ，深さＢ，部材５３の溝部６３の，幅Ｃ，深さＤ及び中間部材６１の幅Ｅ、高さＦのとき、
Ａ≧Ｅ、Ｃ≧Ｅ                                          （６）
（Ｂ＋Ｄ）≦Ｆ                                           （７）
（Ａ×Ｂ＋Ｃ×Ｄ）≦Ｅ×Ｆ                               （８）
の関係に形成することにより、溝部６２、６３に中間部材６１を勘合して鍛圧圧接したときの密着性を確保するようにしている。
【０１１１】
ここで、前記中間部材の形状の実施例を、図９を用いて説明する。
図９（ａ）では、部材５２の溝部６２の断面形状を長方形とし、部材５３の溝部６３の断面形状も長方形であるが溝部６２より幅を狭くし底面に窪みを設けている。
【０１１２】
中間部材６１は凸型とし、溝部６２に対応した幅広部と溝部６３に対応した幅狭部で先端角取りした形状としている。本実施例では、幅広の溝部６２は機械加工が容易であり、また溝部６３に対応した幅狭部を先端角取りしているので、中間部材６１に容易に溝部６３を挿入して組み合わせることができる。また、溝部６３に窪みを設けているので、鍛圧圧接するときに空気の巻き込みは起こらないものである。
【０１１３】
図９（ｂ）では、部材５２，５３の溝部６２、６３はともに断面が台形形状のものであり、中間部材６１は溝部６２、６３に対応させて台形を組み合わせた形状としている。溝部６２、６３が台形形状であることから、その機械加工が容易であり、溝部６２、６３に中間部材６１を組み合わせるのも容易に行える。
【０１１４】
図９（ｃ）では、部材５２，５３の溝部６２、６３はともに断面が長方形形状のものであり、中間部材６１は断面を長円の形状としている。中間部材６１の先端が丸くなっていることから、溝部６２、６３に中間部材６１を組み合わせるときに、その挿入が容易であり角隅に内在した空気を溜めることができる。
【０１１５】
本発明のヒータプレートのさらに別の実施例として、前記ヒータプレートの外周部又は／及びヒータプレート内部に形成された前記ヒータ回路の全周両側に設けた前記接合用嵌合部とは、少なくとも一部が両部材とも溝部を形成して中間部材を挿入し、鍛圧圧接により金属接合させることも可能である。
【０１１６】
本発明のヒータプレートは、鍛圧圧接後に、ヒータプレートの表面を面削、研磨等を行なって表面の仕上げ精度を向上させる。さらに、その後表面を保護するためにショットブラスト、アルマイト等の表面処理を行なうことが多い。
【０１１７】
さらに本発明のヒータプレートの別の実施例として、ヒータ回路４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）からなるパイプ状また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。
【０１１８】
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部材には、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。
【０１１９】
つぎに、ヒータプレートの製造方法について図１を基に説明する。
本発明のヒータプレートは、アルミニウム又はアルミニウム合金の部材２と部材３から構成されており、ヒータプレート外周部及び内部にヒータ回路４がヒータプレート全体に配設されている。一方の部材２には、その外周部及び内側に形成されたヒータ回路４の全周両側に接合用嵌合部５、６として溝部を設け、さらに補強用勘合部７として溝部を複数設けている。
【０１２０】
また他方の部材３には、部材２に設けた接合用嵌合部５、６及び補強用嵌合部７と対向する位置に、接合用嵌合部８、９及び補強用勘合部１０として凸部を設けている。
【０１２１】
本発明のヒータプレートは、部材２の接合用嵌合部５、６と補強用勘合部７のそれぞれの溝部に、部材３の接合用嵌合部８、９及び補強用勘合部１０の対向する位置にある凸部を嵌合させ、鍛圧圧接により金属接合することで製造する。
【０１２２】
アルミニウム又はアルミニウム合金部材３が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、あるいは所定の順序で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。分割はできるだけ中心軸や中心点に対して対称な位置とすることが望ましいが、必ずしも対称な位置でなければならないということではない。
【０１２３】
図７を基に説明した本発明の別の実施例のヒータプレートは、一方の部材５２の外周部とヒータ回路５４の全周両側に接合用嵌合部５５，５６として溝部を設け、さらに補強用嵌合部５７として溝部を設けている。
【０１２４】
また部材５３には、部材５２に設けた接合用嵌合部５６及び補強用嵌合部５７と対向する位置に、接合用嵌合部５９及び補強用嵌合部６０として溝部を設けている。すなわち、部材５２、５３とも嵌合部として溝部を設けている。
【０１２５】
本発明の別の実施例のヒータプレートは、部材５２、５３に設けた前記溝部に中間部材６１を挿入して鍛圧圧接により金属接合することで製造する。
【０１２６】
本発明のさらに別の実施例として、前記ヒータプレートの外周部及び前記ヒータ回路の全周両側に設けた前記接合用嵌合部において、一部が両部材とも溝部を形成してその中に中間部材を挿入し、鍛圧圧接により金属接合することで製造することも可能である。
【０１２７】
本発明のヒータプレートの製造方法では、ヒータプレート外周部に少なくとも前記接合用嵌合部を１重以上設ける。
【０１２８】
また本発明のヒータプレートの製造方法では、前記接合用嵌合部又は前記補強用嵌合部として、凸部の断面積が対向する溝部の収納空間の断面積より大きく、かつ当該凸部の高さが当該溝部の深さより大きいのが望ましい。
【０１２９】
さらに、前記接合用嵌合部又は前記補強用嵌合部の前記凸部の高さと幅の比率が、１以上で且つ４以下であるのが望ましい。好ましくは、前記凸部の高さと幅の比率が２以上で且つ３以下であるのが好適である。
【０１３０】
本発明のヒータプレートの製造方法では、少なくとも１つの前記アルミニウム又はアルミニウム合金部材を、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、３００４、５００５、５０５２、６０６３、６０６１、７００３、７Ｎ０１のいずれかから選択することができる。
【０１３１】
本発明のヒータプレートは、前記アルミニウム又はアルミニウム合金部材を２５０℃から５００℃の間の温度で鍛圧圧接して製造される。
【０１３２】
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部材とステンレス鋼のヒータ回路の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。またヒータ回路のヒータのステンレス鋼の強度も高いので、ヒータ回路の変形や破損も起こることはない。
【０１３３】
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３００〜４００℃近辺に加熱されるということは、鍛圧されたときの状態（アルミニウムとヒータが密着した状態）に近い状態に戻ることになり、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。
【０１３４】
上述した本発明のヒータプレートの製造方法により、前記ヒータプレートのシース部に対する一方又は他方のアルミニウム又はアルミニウム合金部材の密着性が高められることから、前記ヒータ回路から前記アルミニウム又はアルミニウム合金部材への熱伝導性が大幅に高められることから、前記ヒータ回路の寿命を向上させることができる。さらに、本発明では補強用接合部を所定量以上設けることにより、使用時に変形しにくいヒータプレートが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るヒータプレートの代表例を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施形態に係るヒータプレートの斜視図である。図２（ｂ）は、従来技術の補強用嵌合部のないヒータプレートの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係るヒータプレートの他方の部材が４分割された例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係るヒータプレートの外周部の接合用嵌合部を１重とした代表例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係るヒータプレートの形状が円形の実施例である。図５（ａ）は、十字型の補強用嵌合部を複数設けた実施例であり、図５（ｂ）は、ヒータ回路に沿って略長方形や略Ｖ字型の補強用嵌合部を複数設けた実施例である。
【図６】図６は、接合用嵌合部又は補強用嵌合部の形状の実施例を説明する断面図である。図６（ａ）は、凸部及び面取りのある溝部の断面形状が長方形の実施例である。図６（ｂ）は、面取りのある凸部及び溝部の断面形状が長方形の実施例である。図６（ｃ）は、凸部及び溝部の断面形状がともに台形の実施例である。図６（ｄ）は、凸部の断面形状が長方形で溝部の断面形状が逆台形の実施例である。図６（ｅ）は、凸部の断面形状を長方形で先端を山型とし、溝部の断面形状を溝底部が台形であり、その他の部分を長方形とした実施例である。
【図７】図７は、両部材に嵌合用溝部を設け、中間部材を挿入して勘合する本発明のヒータプレートの別の実施例を示す図である。
【図８】図８は、接合用嵌合部及び補強用勘合部の溝部と中間部材との具体的関係を説明する図である。
【図９】図９は、中間部材の形状の実施例を説明する図である。図９（ａ）は、両部材の溝部の断面形状を幅広の長方形と幅狭の長方形とし、中間部材を凸型とした実施例である。図９（ｂ）は、両部材の溝部の断面を台形とし、中間部材として台形を組み合わせた形状とした実施例である。図９（ｃ）は、両部材の溝部の断面を長方形とし、中間部材の断面を長円の形状とした実施例である。
【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】
【０１３６】
１、５１、１０１、１０３、１０６，１１０、１１１、１２１・・・ヒータプレート
２、３、５２、５３、１１２、１１３・・・アルミニウム又はアルミニウム合金部材
４・・・ヒータ回路、５４、１０２、１２３・・・ヒータ
５、６、８、９、５６、５９・・・接合用嵌合部
７、１０、５７、６０・・・補強用嵌合部
１１、１２・・・中心線
１３・・・接合用嵌合部の外側面位置
１４・・・外周部の各辺端部
３１、３４、３７、３９、４１、４３・・・凸部
３２、３５、３８、４０、４２、４４、６２、６３・・・溝部
３３、３６・・・面取り部
６１・・・中間部材
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】
2006172970.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006172970.tif 000014
【図１１】
2006172970.tif 000015
【図１２】
2006172970.tif 000016
【図１３】
2006172970.tif 000017
【図１４】
2006172970.tif 000018
【図１５】
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