(57)【要約】【課題】伝熱効率を向上させかつ安価で大量生産することができる伝熱管の取り付け構造を提供する。【解決手段】伝熱管の取り付け構造は、バッキングプレート２と、バッキングプレート２に取り付けられた伝熱管６とを備えている。バッキングプレート２は溝５を有し、この溝５内に伝熱管６が設置されている。溝５内に、溝５内を埋める皮膜８がコールドスプレイにより形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管の取り付け構造において、
被加熱物又は被冷却物と、
前記被加熱物又は被冷却物に取り付けられた伝熱管とを備え、
前記被加熱物又は被冷却物は、伝熱管設置用の溝を有し、前記伝熱管は前記溝内に設置され、前記溝内に金属粒子を堆積させて前記溝内を埋める皮膜が形成されていることを特徴とする伝熱管の取り付け構造。
【請求項２】
前記伝熱管設置用の溝は、前記伝熱管の外径より大きい幅を有することを特徴とする請求項１記載の伝熱管の取り付け構造。
【請求項３】
前記伝熱管設置用の溝は、前記被加熱物又は被冷却物の表面に向って拡張するテーパ状の断面形状を有することを特徴とする請求項２記載の伝熱管の取り付け構造。
【請求項４】
前記伝熱管に側面フィンが設けられ、前記皮膜は前記溝内のうち前記側面フィンより前記被加熱物又は被冷却物の表面側領域に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の伝熱管の取り付け構造。
【請求項５】
前記伝熱管は内層と外層とを有する多層構造体からなり、
外層の材料は、内層の材料に比べて高熱伝導率をもち、内層の材料は、外層の材料に比べて高強度をもつことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の伝熱管の取り付け構造。
【請求項６】
伝熱管の取り付け方法において、
伝熱管設置用の溝を有する被加熱物又は被冷却物を準備する工程と、
前記被加熱物又は被冷却物の溝内に伝熱管を設置する工程と、
前記溝内に金属粒子を堆積させて溝内を埋める皮膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする伝熱管の取り付け方法。
【請求項７】
前記伝熱管設置用の溝は、前記伝熱管の外径より大きい幅を有することを特徴とする請求項６記載の伝熱管の取り付け方法。
【請求項８】
前記伝熱管設置用の溝は、前記被加熱物又は被冷却物の表面に向って拡張するテーパ状の断面形状を有することを特徴とする請求項７記載の伝熱管の取り付け方法。
【請求項９】
前記伝熱管に側面フィンが設けられ、前記皮膜は前記溝内のうち前記側面フィンより前記被加熱物又は被冷却物の表面側領域に設けられていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか記載の伝熱管の取り付け方法。
【請求項１０】
前記伝熱管は内層と外層とを有する多層構造体からなり、
外層の材料は、内層の材料に比べて高熱伝導率をもち、内層の材料は、外層の材料に比べて高強度をもつことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか記載の伝熱管の取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、伝熱管の取り付け構造および取り付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図７に被加熱物又は被冷却物に対する伝熱管の取り付け方法の一例を示す。ここでは一例として、電子デバイスの製作に使用するスパッタリングターゲットの図を示す。スパッタリングターゲットは、ターゲット材１とバッキングプレート２から構成され、ターゲット材１とバッキングプレート２の間に、接合強度を確保するためのボンディング層３が介在されている。電子デバイスを製作する際にはターゲット材１が高温になるため、バッキングプレート２に冷却チャンネルを設け、全体を冷却する構造となっている。
【０００３】
バッキングプレート冷却チャンネルの制作方法としては、例えば予めバッキングプレート２にチャンネルとなる溝５を形成し、その溝５に伝熱管６を挿入して、バッキングプレート溝壁面と点付け溶接７やロウ接合などの冶金的接合方法を用いる方法がある。
【０００４】
あるいは図８（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図９に示すように、伝熱管６を挿入することなく、溝５の上面に冶金的接合方法で閉止蓋４を取り付ける方法もある。
【０００５】
伝熱管６や閉止蓋４を冶金的接合方法により冷却チャンネルに設ける場合、バッキングプレート２が一部又は全体的に一時的に高温にさらされることになり、バッキングプレート２自体が変形してしまうため、その後機械加工する工程が必要となってしまう。また、特に溶接による伝熱管６の取り付け方法では、施工時に伝熱管６自身が溶融貫通することに加え施工にも時間がかかり、製作コストが増加する。さらに、冷却効率を高めるためには、伝熱管６とバッキングプレート２の溝５との間の伝熱面積を大きくする必要があるが、冶金的接合方法では困難であった。
【０００６】
また、バッキングプレート２の溝５を、冶金的接方法法で閉止蓋４により密閉する方法では、その接合線長が大きくなるため接合の信頼性確立に劣り、スパッタリングターゲット運転中（使用）に冷媒が漏洩する等の現象が発生し易い。
【０００７】
他方、バッキングプレート２の溝５に伝熱管６を挿入して溶射施工で皮膜を形成させ、伝熱管６を固定するとともに、伝熱面積を大きくする方法も考えられるが、溶射施工では液滴にした金属をスプレーする方法のため、施工時にバッキングプレートも高温となり、施工後に変形が生じてしまう。このためその後機械加工する工程が必要となってしまい、製作期間及び製作コストが増加する。
【０００８】
また、溝５と伝熱管６との隙間には、その形状特性から液滴がスプレイ時に使用するガスの流れにより、一部しか皮膜形成をすることができなかった。
【０００９】
従来のスパッタリングターゲットのバックプレートの冷却チャンネル形状では、バッキングプレート２の溝５に伝熱管６を挿入する構造が多い。しかしながら、この場合、点接触のために伝熱効率を大きくすることができず、スパッタリングターゲット運転中にターゲットが高温となり割れや剥離が発生しやすい。そのため、電子デバイス製作上、品質や歩止まりの低下に加え、信頼性が低くなる可能性も否めなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−７７３３９号
【特許文献２】特開２０１１−１２７８６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記の伝熱管６の取り付け方法では、伝熱効率大きくすることが出来ず、そのため運転中にターゲットが高温となり、電子デバイス製作の信頼性低下を引き起こす可能性があった。また、バッキングプレート２の製作工程が煩雑となり、製作コスト増大の一つの要因でもあった。
【００１２】
また、スプレイ法による伝熱管６の取り付け方法では、伝熱管６を埋め込む溝形状の特性から、例えば溶射皮膜を形成させるための液滴が、溝５と伝熱管６との隙間を埋めるように皮膜を形成させることが困難である。このため、伝熱効率を大きくすることができず、運転中にターゲットが高温となり、電子デバイス製作の信頼性低下を引き起こす可能性があった。
【００１３】
そのため、被加熱物又は被冷却物であるバッキングプレート２と、バッキングプレート２の溝５に設けられる伝熱管６とを、伝熱効率を向上させ又は低下させることなく、また安価で大量生産できる取り付け方法が要望される。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、伝熱効率を向上させ又は低下させることなく安価で大量生産することができる伝熱管の取り付け構造および取り付け方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本実施の形態は、伝熱管の取り付け構造において、被加熱物又は被冷却物と、前記被加熱物又は被冷却物に取り付けられた伝熱管とを備え、前記被加熱物又は被冷却物は、伝熱管設置用の溝を有し、前記伝熱管は前記溝内に設置され、前記溝内に金属粒子を堆積させて前記溝内を埋める皮膜が形成されていることを特徴とする伝熱管の取り付け構造である。
【００１６】
本実施の形態は、伝熱管の取り付け方法において、伝熱管設置用の溝を有する被加熱物又は被冷却物を準備する工程と、前記被加熱物又は被冷却物の溝内に伝熱管を設置する工程と、前記溝内に金属粒子を堆積させて溝内を埋める皮膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とする伝熱管の取り付け方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）は実施の形態における伝熱管の取り付け構造が組込まれたスパッタリングターゲットの全体を示す正面図、図１（ｂ）はスパッタリングターゲットを示す部分断面図、図１（ｃ）はスパッタリングターゲットを示す背面図。
【図２】図２はスパッタリングターゲットを示す図１（ｂ）のＡ部拡大図。
【図３】図３は他の実施の形態における伝熱管の取り付け構造を示す拡大断面図。
【図４】図４は他の実施の形態における伝熱管の取り付け構造を示す拡大断面図。
【図５】図５は他の実施の形態における伝熱管の取り付け構造を示す拡大断面図。
【図６】図６（ａ）は従来のスパッタリングターゲットの全体を示す正面図、図６（ｂ）はスパッタリングターゲットを示す部分断面図、図６（ｃ）はスパッタリングターゲットを示す背面図。
【図７】図７はスパッタリングターゲットを示す図６（ｂ）のＢ部拡大図。
【図８】図８（ａ）は従来のスパッタリングターゲットの全体を示す正面図、図８（ｂ）はスパッタリングターゲットを示す部分断面図、図８（ｃ）はスパッタリングターゲットを示す背面図。
【図９】図９はスパッタリングターゲットを示す図８（ｂ）のＣ部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態
以下、図面を参照して本実施の形態について説明する。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）および図２は本実施の形態を示す図である。
【００２０】
まず本実施の形態による伝熱管の取り付け構造が組込まれたスパッタリングターゲットについて説明する。
【００２１】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）および図２に示すように、スパッタリングターゲットは、ターゲット材１と、バッキングプレート２とを備え、ターゲット材１とバッキングプレート２との間に、接合強度を確保するためのボンディング層３が介在されている。電子デバイスを製作する際にはターゲット材１が高温になるため、バッキングプレート２に冷却チャンネルを設け、全体を冷却する構造となっている。
【００２２】
本実施の形態による伝熱管の取り付け構造は、被冷却物となるバッキングプレート２と、バッキングプレート２に形成された伝熱管設置用の溝５内に設置された伝熱管６とを備えている。そしてバッキングプレート２に形成された溝５内に、溝５内を埋める皮膜８がコールドスプレイ法を用いて形成されている。
【００２３】
次に伝熱管の取り付け方法について図２により説明する。ここで図２はバッキングプレート２を有するバッキングターゲットを示す断面図であって、図１（ｂ）のＡ部拡大図である。
【００２４】
図２に示すように、まず伝熱管設置用の溝５を有するバッキングプレート（被冷却物）２を準備する。
【００２５】
次にバッキングプレート２の溝５内に伝熱管６（ここでは冷却管）を設置する。次にバッキングプレート２の外側から、コールドスプレイ法を用いて溝５内にスプレイ皮膜８を形成する。皮膜材料は、例えばアルミ合金や銅合金のように、比較的、熱伝導率の高い金属が考えられる。これらの金属の微小粉（金属粒子）を高速で噴射し、バッキングプレート２及び伝熱管６へ衝突させることで、金属粒子を堆積させて皮膜８が形成され、このように形成された皮膜８は溝５内を埋める。この場合、バッキングプレート２の溝５は、伝熱管６の外径Ｄより大きな幅Ｗを有している。
【００２６】
スプレイ法のガス噴流による特徴から、隅角部や小さな隙間には皮膜形成が困難であるが、バッキングプレート２の溝５は、伝熱管６の外径Ｄより大きいため、溝５内にスプレイ皮膜８を確実に形成させることができる。
【００２７】
さらに、溝５内に一度に広範囲に渡って皮膜８を形成させることが可能となるため、製作コストを低減する事が可能となる。またバッキングプレート２に対してコールドスプレイを施工する前には、予め被スプレイ面の粗面化を実施する。この時、伝熱管６のみならず、溝５の壁面にも粗面化作業を実施して粗面化することにより、溝５の壁面と皮膜８との密着力がさらに向上するため、皮膜８に割れや剥離が発生する事を抑制することができる。
【００２８】
本実施の形態において、被冷却物としてのバッキングプレート２を伝熱管６により容易かつ確実に冷却することができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態において、被冷却物としてのバッキングプレート２を伝熱管６により冷却する例を示したが、これに限らず被冷却物の代わりに被加熱物を設け、この被加熱物を伝熱管６（加熱管）により加熱してもよい。
【００３０】
以上のように本実施の形態によれば、被加熱物又は被冷却物に伝熱管６を設置する溝５を設け、その溝５の内部に伝熱管６を置き、被加熱物又は被冷却物と伝熱管６との隙間にコールドスプレイによる皮膜８を形成する。このため、被加熱物又は被冷却物と伝熱管６との間の伝熱面積を大きくすることができる。また、一度に広範囲に渡って皮膜８を形成させることができる。さらに冶金的接合や溶射による皮膜形成と異なり、被加熱物又は被冷却物全体が高温となることもないため変形することが少なく、機械加工による仕上げ加工を必要としないため、安価で大量生産することが可能となる。また被加熱物又は被冷却物の溝５の幅Ｗを伝熱管６の外径Ｄより大きくし、コールドスプレイにより皮膜８を形成する。このため、スプレイ法では施工しづらい、即ち皮膜形成が困難であった隅角部や隙間部においても、皮膜８を確実に形成することができるため、被加熱物又は被冷却物と伝熱管６との間の伝熱面積を大きくすることができる。
【００３１】
他の実施の形態
次に他の実施の形態について、図３により説明する。
【００３２】
図３に示す実施の形態は溝の形状が異なるのみであり、他の構成は図１および図２に示す実施の形態と略同一である。
【００３３】
図３に示す他の実施の形態において、図１および図２に示す実施の形態と同一部分については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
図３に示すように、バッキングプレート２の溝５は、垂直壁ではなくテーパー形状の断面形状をもつ。図３において、矢印で示すスプレイ噴流の入射方向によってコールドスプレイ施工を実施する。バッキングプレート２の溝５の断面形状は、テーパー形状を有しているため垂直壁と比較して、より確実に皮膜８を形成することができ、冷却管６とバッキングプレート２との伝熱面積を大きくすることができる。また、冷却管６とバッキングプレート２との密着力を高めることができ、伝熱機能の品質の向上や信頼性を向上させることができる。さらに、一度に広範囲にわたるコールドスプレイ施工が可能となるため、安価で大量に生産することができ、製作コストを低減する事が可能となる。
【００３５】
本実施の形態において、溝５の断面形状はテーパー形状となっているため、垂直壁の場合にスプレイ皮膜が成膜し難い場合であっても、テーパー形状の場合では、スプレイトーチから飛行してくる皮膜形成のための材料が付着し易くなり、溝５の壁面と皮膜８との密着力が高くなる。また、被加熱物又は被冷却物と伝熱管６との間の皮膜８の形成領域が大きく、即ち伝熱面積が大きくなることにより、伝熱性能の向上や信頼性を向上させることができる。さらに、一度に広範囲に渡って皮膜形成させることが可能となり、安価で大量生産することが可能となるため、製作コストの低減にも繋がる。
【００３６】
次に更に他の実施の形態について、図４により説明する。
【００３７】
図４に示す実施の形態は、伝熱管の構成が異なるのみであり、他の構成は図３に示す実施の形態と略同一である。
【００３８】
図４に示す他の実施の形態において、図３に示す実施の形態と同一部分については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
図４に示すように、予め、側面フィン９を設けた伝熱管６を準備しておき、伝熱管６をバッキングプレート２の溝５内へ挿入する。その上方から、コールドスプレイすることにより、皮膜８を形成する。この場合、伝熱管６の側面フィン９は溝５の壁面に当接する。また皮膜８は溝５内のうち側面フィン９よりバッキングプレート２の表面側の領域に形成される。このように側面フィン９により皮膜９を形成することが困難な小さな隙間を除外することができ、確実に皮膜８を形成させることができる。また、溝５の断面形状をテーパ形状とすることにより、より確実に皮膜９を形成させることができ、伝熱面積を大きくすることが可能となるため、伝熱機能の品質の向上や信頼性を向上させることができる。さらに、一度に広範囲に渡るコールドスプレイ施工が可能となるため、安価で大量に生産することができ、製作コストを低減する事が可能となる。
【００４０】
本実施の形態において、被加熱物又は被冷却物の溝５に設置する伝熱管６は側面フィン９を有するため、被加熱物又は被冷却物に設けた溝５の壁面と伝熱管６及びそれに設けた側面フィン９との間にコールドスプレイによる皮膜８を形成することができる。このため皮膜８の不完全領域が形成されることがなく、皮膜８に剥離や割れが発生する起点が生じることもない。このため、皮膜８の品質や信頼性を向上させることができる。さらに。一度に広範囲に渡って、品質の高い皮膜８を形成させることが可能となり、安価で大量生産することが可能となるため、製作コストの低減にも繋がる。
【００４１】
次に更に他の実施の形態について、図５により説明する。
【００４２】
図５に示す実施の形態は、伝熱管の構成が異なるのみであり、他の構成は図３に示す実施の形態と略同一である。
【００４３】
図５に示す他の実施の形態において、図３に示す実施の形態と同一部分については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４４】
図５に示すように、複数の材料層から構成させた伝熱管６を、バッキングプレート２の溝５内へ挿入し、コールドスプレイ法を用いて皮膜８を形成する。図５中では、例えば伝熱管６は材料層構成として、外層１０に銅合金を用い、内層１１にステンレス鋼を用いた二重クラッドパイプからなる。伝熱管６内に流れる冷媒が高圧の場合、銅合金やアルミ合金では、構造強度として使用できない場合がある。一方、ステンレス鋼は高強度であるが、熱伝導率は銅合金やアルミ合金と比較しても小さい。図５に示すように、外層１０に銅合金を用い、内層１１にステンレス鋼を用いることにより、内部の高圧に耐えることができ、かつ高熱伝導性を確保することができるため、伝熱機能を損なうことなく構造部材としての機能も両立させることができる。さらに、コールドスプレイは一度に広範囲に渡るコールドスプレイ施工が可能となるため、安価で大量に生産することができ、製作コストを低減することができる。
【００４５】
本実施の形態において、伝熱管６の内層１１と外層１０を異なる材質で構成し、特に外層１０を高熱伝導率の材質で構成し、被加熱物又は被冷却物に設けた溝５の壁面と伝熱管６との隙間にコールドスプレイによる皮膜を形成する。このことにより、例えば伝熱管６内に高圧の媒質を流す場合、伝熱管６は高熱伝導率を有する材質の外層１０と、耐高圧の構造部材からなる内層１１とを有するため、耐高圧機能と高熱伝導機能を両立させることができるため、品質や信頼性を向上させることができる。
【００４６】
なお、実施の形態は例示であり、発明の範囲はそれに限定されない。
【符号の説明】
【００４７】
１  ターゲット材、２  バッキングプレート、３  ボンディング層、５  溝、６  伝熱管、８  皮膜、９  側面フィン、１０  外層、１１  内層
【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７】
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【図９】
2015094016.tif 000008
【図１】
2015094016.tif 000009
【図６】
2015094016.tif 000010
【図８】
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