(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材の内部に流路が設けられた流路付き部材において、
金属又は合金により形成された基材と、
金属又は合金により形成された板状をなし、幅方向の両端部に位置し、主面が同一平面上を通過する２つの平板部と、該２つの平板部の間に設けられ、板厚方向の断面が前記平板部に対して突起した形状をなす凸部とを有する板状部材と、
前記平板部の主面の内で前記凸部の頂点と反対側の主面を前記基材と対向させて配置した状態で、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記板状部材の前記凸部の頂点側の表面及び前記基材の表面に固相状態のままで吹き付けて前記粉末を堆積させることによって形成された金属堆積層と、
を備え、
前記板状部材の前記凸部と前記基材との間の空間で前記流路を形成することを特徴とする流路付き部材。
【請求項２】
金属又は合金によって形成された板状をなし、前記板状部材の前記反対側の主面と接合された第２の板状部材をさらに備え、
前記流路を形成する前記空間は、前記板状部材の前記凸部と前記第２の板状部材との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の流路付き部材。
【請求項３】
前記第２の板状部材は、平板状をなすことを特徴とする請求項２に記載の流路付き部材。
【請求項４】
前記第２の板状部材は、幅方向の両端部に位置し、主面が同一平面上を通過する２つの第２平板部と、該２つの第２平板部の間に設けられ、板厚方向の断面が前記第２平板部に対して突起した形状をなす第２凸部とを有し、前記２つの第２平面部の主面の内で前記第２凸部の頂点と反対側の主面において、前記板状部材の前記２つの平板部の前記反対側の主面とそれぞれ接合され、
前記基材は、平面をなす表面に形成され、前記第２凸部を載置可能な凹部を有し、
前記金属堆積層は、前記第２凸部を前記凹部に載置した状態で形成されたことを特徴とする請求項２に記載の流路付き部材。
【請求項５】
前記第２板状部材は、前記板状部材よりも幅方向の長さが長いことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の流路付き部材。
【請求項６】
前記板状部材の端部は、前記基材に近いほど幅方向の長さが長いことを特徴とする請求項１に記載の流路付き部材。
【請求項７】
前記板状部材の端部は、前記基材に近いほど幅方向の長さが長く、
前記第２の板状部材の端面は、前記第２の板状部材の端部は、前記基材に近いほど幅方向の長さが長く、且つ、前記板状部材よりも外側に延出していることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の流路付き部材。
【請求項８】
前記平板部と該平板部に対して前記凸部が立ち上がる方向とのなす角度は、９０度より小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の流路付き部材。
【請求項９】
前記平板部と該平板部に対して前記凸部が立ち上がる方向とのなす角度は、７０度より小さいことを特徴とする請求項８に記載の流路付き部材。
【請求項１０】
前記基材の表面と前記板状部材の上面と間の段差が０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の流路付き部材。
【請求項１１】
前記基材は、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、少なくとも前記第２の板状部材の表面に固相状態のままで吹き付けて前記粉末を堆積させることによって形成されたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の流路付き部材。
【請求項１２】
前記板状部材は、ステンレス又は銅若しくは銅系合金によって形成されており、
前記基材及び前記金属堆積層は、アルミニウム又はアルミニウム系合金によって形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の流路付き部材。
【請求項１３】
前記第２の板状部材は、ステンレス又は銅若しくは銅合金によって形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の流路付き部材。
【請求項１４】
金属又は合金により形成された部材の内部に流路が設けられた流路付き部材の製造方法において、
金属又は合金により形成された基材上に、金属又は合金により形成された板状をなし、幅方向の両端部に位置し、主面が同一平面上を通過する２つの平板部と、該２つの平板部の間に設けられ、板厚方向の断面が前記平板部に対して突起した形状をなす凸部とを有する板状部材を、前記平板部の主面の内で前記凸部の頂点と反対側の主面を前記基材と対向させて配置する工程と、
前記基材上に前記板状部材を配置した状態で、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記板状部材の前記凸部の頂点側の表面及び前記基材の表面に固相状態のままで吹き付けて前記粉末を堆積させることにより、金属堆積層を形成する金属堆積層形成工程と、
を含み、
前記板状部材の前記凸部と前記基材との間の空間で前記流路を形成することを特徴とする流路付き部材の製造方法。
【請求項１５】
前記板状部材配置工程は、
金属又は合金によって形成された板状をなし、前記板状部材の前記反対側の主面と接合された第２の板状部材を前記基材上に配置し、
前記流路を形成する前記空間は、前記板状部材の前記凸部と前記第２の板状部材との間に位置することを特徴とする請求項１４に記載の流路付き部材の製造方法。
【請求項１６】
前記基材を除去し、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記第２の板状部材の表面及び前記金属堆積層の露出面に固相状態のままで吹き付けて前記粉末を堆積させることにより、第２の金属堆積層を形成する第２金属堆積層形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の流路付き部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や液晶表示装置や光ディスク等の製造プロセスにおいて、基板の温度調節やガス供給等に用いられる流路付き部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレート状の金属部材の内部に流体を流通させる流路を設けた構造物（流路付き部材）は、半導体や液晶表示装置や光ディスク等の製造における基板プロセス等において、様々な用途に用いられている。例えば、流路に熱媒体（冷媒）を流通させた流路付き部材は、基板の温度を調節（冷却又は加熱）する温度調節装置（コールドプレート等）として用いられる（例えば、特許文献１参照）。また、流路に所定の成分を有するガスを流通させた流路付き部材は、基板に該ガスを供給するシャワープレートとして用いられることもある。
【０００３】
このような流路付き部材は、例えば、流体を流通させるパイプと、該パイプに対応する形状の凹部を掘削加工等で形成したプレート状の金属部材とを別々に作製し、パイプを金属部材の凹部に載置することにより製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように流路付き部材を作製する際に、金属部材に設けた凹部とパイプとの間に隙間が生じないように密着させて両者を接合することは困難である。このため、金属部材の凹部とパイプの壁面との間に隙間が生じ、熱抵抗が大きくなって、パイプ内を流通する流体と金属部材との間の熱伝導性や均熱性が低下したり、隙間に異物が混入したり、隙間によりパイプががたついたりするおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、流路を形成する壁面と金属部材との間の密着性を向上させた流路付き部材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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る流路付き部材は、部材の内部に流路が設けられた流路付き部材において、金属又は合金により形成された基材と、金属又は合金により形成された板状をなし、幅方向の両端部に位置し、主面が同一平面上を通過する２つの平板部と、該２つの平板部の間に設けられ、板厚方向の断面が前記平板部に対して突起した形状をなす凸部とを有し、前記流路を形成する板状部材と、前記平板部の主面の内で前記凸部の頂点と反対側の主面を前記基材と対向させて配置した状態で、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記板状部材の前記凸部の頂点側の表面及び前記基材の表面に固相状態のままで吹き付けて前記粉末を堆積させることによって形成された金属堆積層とを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記流路付き部材は、金属又は合金によって形成された板状をなし、前記板状部材の前記反対側の主面と接合され、前記板状部材と共に前記流路を形成する第２の板状部材をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
上記流路付き部材において、前記第２の板状部材は、平板状をなすことを特徴とする。
【００１０】
上記流路付き部材において、前記第２の板状部材は、幅方向の両端部に位置し、主面が同一平面上を通過する２つの第２平板部と、該２つの第２平板部の間に設けられ、板厚方向の断面が前記第２平板部に対して突起した形状をなす第２凸部とを有し、前記２つの第２平面部の主面の内で前記第２凸部の頂点と反対側の主面において、前記板状部材の前記２つの平板部の前記反対側の主面とそれぞれ接合され、前記基材は、平面をなす表面に形成され、前記第２凸部を載置可能な凹部を有し、前記金属堆積層は、前記第２凸部を前記凹部に載置した状態で形成されたことを特徴とする。
【００１１】
上記流路付き部材において、前記第２板状部材は、前記板状部材よりも幅方向の長さが長いことを特徴とする。
【００１２】
上記流路付き部材において、前記板状部材の端部は、前記基材に近いほど幅方向の長さが長いことを特徴とする。
【００１３】
上記流路付き部材において、前記板状部材の端部は、前記基材に近いほど幅方向の長さが長く、前記第２の板状部材の端部は、前記基材に近いほど幅方向の長さが長く、且つ、前記板状部材よりも外側に延出していることを特徴とする。
【００１４】
上記流路付き部材において、前記平板部と該平板部に対して前記凸部が立ち上がる方向とのなす角度は、９０度より小さいことを特徴とする。
【００１５】
上記流路付き部材において、前記平板部と該平板部に対して前記凸部が立ち上がる方向とのなす角度は、７０度より小さいことを特徴とする。
【００１６】
上記流路付き部材において、前記基材の表面と前記板状部材の上面と間の段差が０．８ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
上記流路付き部材において、前記基材は、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、少なくとも前記第２の板状部材の表面に固相状態のままで吹き付けて前記粉末を堆積させることによって形成されたことを特徴とする。
【００１８】
上記流路付き部材において、前記板状部材は、ステンレス又は銅若しくは銅系合金によって形成されており、前記基材及び前記金属堆積層は、アルミニウム又はアルミニウム系合金によって形成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記流路付き部材において、前記第２の板状部材は、ステンレス又は銅若しくは銅合金によって形成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る流路付き部材の製造方法は、金属又は合金により形成された部材の内部に流路が設けられた流路付き部材の製造方法において、金属又は合金により形成された基材上に、金属又は合金により形成された板状をなし、幅方向の両端部に位置し、主面が同一平面上を通過する２つの平板部と、該２つの平板部の間に設けられ、板厚方向の断面が前記平板部に対して突起した形状をなす凸部とを有し、前記流路を形成する板状部材を、前記平板部の主面の内で前記凸部の頂点と反対側の主面を前記基材と対向させて配置する工程と、前記基材上に前記板状部材を配置した状態で、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記板状部材の前記凸部の頂点側の表面及び前記基材の表面に固相状態のままで吹き付けて前記粉末を堆積させることにより、金属堆積層を形成する金属堆積層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
上記流路付き部材の製造方法において、前記板状部材配置工程は、金属又は合金によって形成された平板状をなし、前記板状部材の前記反対側の主面と接合され、前記板状部材と共に前記流路を形成する第２の板状部材を前記基材上に配置することを特徴とする。
【００２２】
上記流路付き部材の製造方法において、前記板状部材配置工程は、金属又は合金により形成された板状をなし、幅方向の両端部に位置し、主面が同一平面上を通過すると共に前記板状部材の２つの前記平板部にそれぞれ接合される２つの第２平板部と、該２つの第２平板部の間に設けられ、板厚方向の断面が前記第２平板部に対して突起した形状をなす第２凸部とを有する第２板状部材を、前記基材の平面をなす表面に形成され、前記第２凸部を載置可能な凹部に配置し、前記金属堆積層形成工程は、前記第２凸部を前記凹部に載置した状態で前記金属堆積層を形成することを特徴とする。
【００２３】
上記流路付き部材の製造方法において、前記基材を除去し、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記第２の板状部材の表面及び前記金属堆積層の露出面に固相状態のままで吹き付けて前記粉末を堆積させることにより、第２の金属堆積層を形成する第２金属堆積層形成工程をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、平板部及び凸部を有する板状部材を基材上に配置し、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、板状部材の凸部側の面及び基材の表面に固相状態のままで吹き付けて粉末を堆積させることにより、金属堆積層を形成するので、熱媒体の流路となる板状部材の凸部と金属堆積層からなる部材との密着性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る流路付き部材の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示すパイプの外観を示す斜視図である。
【図３】図３は、図１に示す流路付き部材の製造方法を示すフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、図１に示す流路付き部材の製造方法を説明する断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図１に示す流路付き部材の製造方法を説明する断面図である。
【図５】図５は、コールドスプレー装置の概要を示す模式図である。
【図６】図６は、コールドスプレー法によりパイプ上に金属堆積層を形成した様子を示す断面図である。
【図７】図７は、比較例のパイプに対して金属堆積層を形成した様子を示す写真である。
【図８】図８は、板状部材の詳細な形状を示す断面図である。
【図９】図９は、図８に示す板状部材に対して金属堆積層を形成した様子を示す写真である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、凸部の傾きθを変化させた場合の銅皮膜の状態を示す表である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、θ＝１００°の場合の銅皮膜の状態を示す写真である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、θ＝１１０°の場合の銅皮膜の状態を示す写真である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、端部の厚さｔ０を変化させた場合の同皮膜の状態を示す表である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、ｔ０＝０．１ｍｍの場合の銅皮膜の状態を示す写真である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、ｔ０＝０．２ｍｍの場合の銅皮膜の状態を示す写真である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、ｔ０＝０．４ｍｍの場合の銅皮膜の状態を示す写真である。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、ｔ０＝０．８ｍｍの場合の銅皮膜の状態を示す写真である。
【図１１Ｆ】図１１Ｆは、ｔ０＝１．０ｍｍの場合の銅皮膜の状態を示す写真である。
【図１１Ｇ】図１１Ｇは、ｔ０＝２．０ｍｍの場合の銅皮膜の状態を示す写真である。
【図１２】図１２は、変形例１−１に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図１３】図１３は、変形例１−１に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図１４】図１４は、変形例１−１に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図１５】図１５は、変形例１−２に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図１６】図１６は、変形例１−２に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図１７】図１７は、変形例１−３に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図１８】図１８は、変形例１−４に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図１９】図１９は、変形例１−５に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態２に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図２１】図２１は、図２０に示すパイプの作製工程を示す斜視図である。
【図２２】図２２は、実施の形態３に係る流路付き部材を示す断面図である。
【図２３】図２３は、実施の形態４に係る流路付き部材の構造を示す断面図である。
【図２４】図２４は、実施の形態４に係る流路付き部材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２５Ａ】図２５Ａは、実施の形態４に係る流路付き部材の製造方法を説明する断面図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、実施の形態４に係る流路付き部材の製造方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る流路付き部材の構造を示す断面図である。
図１に示すように、実施の形態１に係る流路付き部材１００は、基材１０１と、２つの板状部材１０２、１０３からなり、基材１０１に載置されたパイプ１０４と、パイプ１０４及び基材１０１の表面に形成された金属堆積層１０５とを備える。このような流路付き部材１００は、パイプ１０４内に所望の流体（液体又は気体）を流通させて、温度調節装置（例えばコールドプレート）や流体供給装置（例えばシャワープレート）等として用いられる。
【００２８】
基材１０１は、金属又は合金により形成されている。金属又は合金の種類は、流路付き部材１００の用途に応じて適宜選択される。例えば、流路付き部材１００を温度調節装置として用いる場合には、基材１０１の材料として、熱伝導性の良好なアルミニウム又はアルミニウム合金等が用いられる。また、金属堆積層１０５側を温度調節される対象物の載置面とする場合には、加工容易性の観点から基材１０１の材料を選択しても良い。
【００２９】
図２に示すように、パイプ１０４を構成する２つの板状部材１０２、１０３の各々は、幅方向の両端部に位置し、主面が同一平面上を通過する２つの平板部１１と、該２つの平板部１１の間に設けられ、板厚方向の断面が平板部１１に対して突起した形状をなす凸部１２とを有する。これらの板状部材１０２、１０３は、各々が有する平板部１１の主面の内、凸部１２の頂点とは反対側の主面同士を対向させて接合されている。それにより２つの凸部１２の間に形成された空間１０６が、流体を流通させる流路となる。
【００３０】
各板状部材１０２、１０３は、金属又は合金によって形成されている。金属又は合金の種類は、流路（空間）１０６に流通させる流体の種類に応じて選択される。例えば、流路付き部材１００を温度調節装置として用いる場合において、熱媒体（冷媒）として市水や海水を用いるときには、良好な熱伝導性を有し、且つ上記熱媒体に対して耐食性を有するステンレス鋼（ＳＵＳ）等を用いると良い。また、熱媒体としてＰＣＷ（process cooling water）、有機溶剤、不活性ガス等を用いるときには、熱伝導性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金を用いても良い。
【００３１】
金属堆積層１０５は、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、パイプ１０４の表面やその周囲の基材１０１上面（以下、これらをまとめて堆積層形成面ともいう）に固相状態のままで吹き付けて粉末を堆積させる、所謂コールドスプレー法によって形成されている。金属又は合金の種類は、流路付き部材１００の用途に応じて選択される。例えば、流路付き部材１００を温度調節装置として用いる場合には、金属堆積層１０５を熱伝導性に優れた銅又は銅合金や、アルミニウム又はアルミニウム合金等で形成すると良い。なお、金属堆積層１０５の材料は、基材１０１の材料と同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００３２】
次に、流路付き部材１００の製造方法について説明する。図３は、流路付き部材１００の製造方法を示すフローチャートである。
まず、工程Ｓ１１において、例えば圧延板をプレス加工等して凸部１２を形成することにより、板状部材１０２、１０３を作製する。なお、板状部材１０２、１０３の形状や厚さの条件については後述する。
【００３３】
続く工程Ｓ１２において、図４Ａに示すように、板状部材１０２、１０３の凸部１２の頂点を外側に向けて平板部１１同士を対向させ、平板部１１をシーム溶接等で接合することにより、パイプ１０４を作製する（図２参照）。
【００３４】
工程Ｓ１３において、図４Ｂに示すように、凸部１２が載置される凹部１０７を予め形成した基材１０１上に、板状部材１０２、１０３から作製したパイプ１０４を配置する。この際、一方の板状部材１０３をろう付や接着剤やボルト等により基材１０１に固定しても良いし、凸部１２を凹部１０７に嵌め込むだけでも良い。
【００３５】
工程Ｓ１４において、パイプ１０４の表面及びその周囲の基材１０１上面（堆積層形成面１０８）に、コールドスプレー法により金属堆積層１０５を形成する。
図５は、金属堆積層１０５の形成に用いられるコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。図５に示すように、コールドスプレー装置６０は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器６１と、金属堆積層１０５の材料の粉末（以下、材料粉末又は単に粉末という）を収容し、スプレーガン６３に供給する粉末供給装置６２と、加熱された圧縮ガス及びそこに供給された材料粉末を基材６７に噴射するガスノズル６４と、ガス加熱器６１及び粉末供給装置６２に対する圧縮ガスの供給量をそれぞれ調節するバルブ６５及び６６とを備える。
【００３６】
圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。ガス加熱器６１に供給された圧縮ガスは、例えば５０℃以上であって、材料粉末の融点よりも低い範囲の温度に加熱された後、スプレーガン６３に供給される。圧縮ガスの加熱温度は、好ましくは３００〜９００℃である。
一方、粉末供給装置６２に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置６２内の材料粉末をスプレーガン６３に所定の吐出量となるように供給する。
【００３７】
加熱された圧縮ガスは末広形状をなすガスノズル６４により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。この際の圧縮ガスのガス圧力は、１〜５ＭＰａ程度とすることが好ましい。圧縮ガスの圧力をこの程度に調整することにより、基材６７に対する材料粉末（皮膜）の密着強度の向上を図ることができるからである。より好ましくは、２〜４ＭＰａ程度の圧力で処理すると良い。スプレーガン６３に供給された材料粉末は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま基材６７に高速で衝突して堆積する（図５参照）。なお、基材６７に向けて固相状態のまま衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、図５に示すコールドスプレー装置６０に限定されるものではない。
【００３８】
このようなコールドスプレー装置６０において、基材６７としてパイプ１０４を嵌め込んだ基材１０１を配置し、堆積層形成面１０８に皮膜を形成する。その際に、ガスノズル６４から堆積層形成面１０８に向けて等しく材料粉末を吹き付けると、図６に示すように、金属堆積層１０５は、凸部１２の頂点近傍が盛り上がった形状となる。このため、金属堆積層１０５の上面を平坦にする必要があれば、金属堆積層１０５を厚めに堆積させた後で、不要な部分を切削等により除去する。或いは、金属堆積層１０５の形成時に、凸部１２以外の領域に対する粉末の吹き付け量（吹き付け時間や吹き付け回数）を増やして、金属堆積層１０５の上面が全体的に平坦となるような制御を行っても良い。
これにより、図１に示す流路付き部材１００が完成する。
【００３９】
次に、本実施の形態１において、板状部材１０２、１０３からパイプ１０４を作製する理由を説明する。
図７は、円形の一部を扁平にした断面を有するパイプ９０３を、基材９０１に設けた凹部９０２に載置し、パイプ９０３及び基材９０１の上面にコールドスプレー法により金属堆積層９０４を形成した構造物の断面を示す写真である。図７に示すように、基材９０１の上面やパイプ９０３の扁平の部分には、金属堆積層９０４が形成されている。しかしながら、パイプ９０３の側部、特にパイプ９０３と凹部９０２との間の隙間には、ほとんど金属堆積層９０４が形成されていない。
【００４０】
このような実験結果から、本発明者らは、パイプと該パイプを載置する凹部との間に、粉末の吹き付け方向に対して略平行な方向に隙間がある場合や、粉末の吹き付け方向に対して平行な面がある場合に、パイプ及びその周囲に均一な金属堆積層を形成することが困難であることに想到した。
【００４１】
そこで、本発明者らは、パイプ及びその周囲に均一な金属堆積層を形成することができるパイプの形状について鋭意研究を重ねた結果、凸部を設けた板状部材１０２、１０３を用いてパイプ１０４を形成する本発明をなすに至った。
【００４２】
図８は、パイプ１０４を構成する部材の内、金属堆積層１０５側に配置される板状部材１０２の形状及び厚さに対して与えられる条件を説明する図である。
図８に示すように、平板部１１と凸部１２とのなす角度θは、９０°以上であることが好ましく、１１０°以上にするとより好ましい。言い換えると、平板部１１と、該平板部１１に対して凸部１２が立ち上がる方向とのなす角度（仰角、１８０°−θ）を９０°より小さくし、より好ましくは７０°より小さくすると良い。
【００４３】
これは、仮に角度θが９０°より小さい場合、ガスノズル６４から噴射された粉末の吹き付け方向に対し、板状部材１０２上に影になる部分が発生するため、その部分には粉末をほとんど堆積させることができなくなるからである。それに対し、角度θを９０°から大きくするほど、粉末が板状部材１０２に付着し易くなり、角度θが１１０°以上になると、ほぼ安定的に粉末を堆積させた均一な皮膜を形成することができる。なお、平板部１１から凸部１２に変化する部分は、角に丸み（Ｒ）がついていても良いし、ついていなくても良い。
【００４４】
また、平板部１１の端部における厚さｔ０は、０．５ｍｍ未満（板状部材１０３の平板部１１と接合した場合、トータル１．０ｍｍ未満）にすることが好ましく、０．１ｍｍ未満（板状部材１０３の平板部と接合した場合、トータル０．２ｍｍ未満）にするとより好ましい。これは、堆積層形成面１０８における段差（平板部１１の上面と基材１０１上面との高さの差、図４Ｂ参照）が大きくなるほど、パイプ１０４の端面に粉末が付着しにくくなり、反対に、段差が小さくなるほど、パイプ１０４の端面を含む領域全体に、均一な皮膜を形成することができるようになるからである。
【００４５】
以上説明したように、実施の形態１においては、基材１０１上にパイプ１０４を配置し、このパイプ１０４の表面（板状部材１０２側の面）及びその周囲の基材１０１上面に対し、コールドスプレー法により金属堆積層１０５を形成する。このように形成された金属堆積層１０５は、相変態がなく酸化も抑制されているため、高い熱伝導性を有する。また、材料粉末が基材（又は先に形成された皮膜）に衝突した際に粉末と基材との間で塑性変形が生じてアンカー効果が得られると共に、互いの酸化皮膜が破壊されて新生面同士による金属結合が生じるので、金属堆積層１０５とパイプ１０４との密着強度も高くなり、熱抵抗を抑制することができる。さらに、実施の形態１においては、上述した条件を満たす板状部材１０２を用いてパイプ１０４を形成するため、パイプ１０４の端面を含む堆積層形成面１０８の全体に渡って、均一な且つ下層に対する密着強度の高い金属堆積層１０５を形成することができる。従って、実施の形態１によれば、パイプ１０４と金属堆積層１０５との間で良好な熱伝導性を得ることができ、パイプ１０４の内部を流通する流体と、少なくとも金属堆積層１０５側の流路付き部材１００の表面との間における熱伝導性を従来よりも向上させることが可能となる。また、パイプ１０４のがたつきを抑制することも可能となる。
【実施例】
【００４６】
平板部１１と凸部１２とのなす角度θ及び平板部１１の端部の厚さｔを変化させた複数の板状部材１０２をＳＵＳにより作製した。このＳＵＳ部材を、凸部を上方に向けた状態でアルミニウム（Ａｌ）基材上に直接載置し、コールドスプレー法により銅（Ｃｕ）皮膜を形成する実験を行った。その結果を図９〜図１１Ｇに示す。なお、この実験において、厚さｔは堆積層形成面の段差と等しい。
【００４７】
図９は、Ａｌ基材上にＳＵＳ部材を配置し、それらの上からＣｕ皮膜（金属堆積層）を形成した構造物の断面を示す写真であり、θ＝１２０°、ｔ＝０．１ｍｍとした場合を示している。図９に示すように、この場合、凸部の斜面の一部にはＣｕ皮膜の厚さが薄い部分も見られるが、ＳＵＳ部材及びＡｌ基材上の全体に隙間なくＣｕ皮膜を形成することができている。
【００４８】
図１０Ａは、角度θを変化させた場合における領域Ａ（図９）のＣｕ皮膜の状態を示す表である。また、図１０Ｂは、θ＝１００°の場合の領域Ａ近傍を拡大して示す写真である。図１０Ｃは、θ＝１１０°の場合の領域Ａ近傍を拡大して示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。
【００４９】
図１０Ａに示すように、θ≦１００°とした場合、銅皮膜内に一部空孔が発生していた。これは、部分的にＣｕ粉末の堆積密度が低下していたものと考えられる（図１０Ｂ参照）。一方、θ≧１１０°とした場合、銅皮膜内に空孔は見られず、均一で密度の高いＣｕ皮膜を形成することができた（図１０Ｃ参照）。
【００５０】
図１１Ａは、厚さｔ０を変化させた場合における領域Ｂ（図９）のＣｕ皮膜の状態を示す表である。また、図１１Ｂ〜図１１Ｇは、ｔ＝０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍとした場合に対応する領域Ｂ近傍のＳＥＭ写真である。
【００５１】
図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、ＳＵＳ部材の端部の厚さ（Ａｌ基材からの段差）ｔを０．２ｍｍ以下とした場合、ＳＵＳ部材の側面にも隙間なくＣｕ皮膜を形成することができた。また、ＳＵＳ部材及びＡｌ基材上にも、均一なＣｕ皮膜を一体的に形成することができた。
【００５２】
図１１Ｄ、図１１Ｅに示すように、厚さｔ＝０．４ｍｍ、０．８ｍｍとした場合、堆積したＣｕ皮膜内の一部に隙間は見られるものの、ＳＵＳ部材の側面には隙間なくＣｕ皮膜を形成することができた。
【００５３】
一方、図１１Ｆ、図１１Ｇに示すように、厚さｔ＝１．０ｍｍ、２．０ｍｍとした場合、ＳＵＳ部材の側面にＣｕ皮膜を形成することが困難となり、厚さｔを厚くするほど、ＳＵＳ部材の側面とＣｕ皮膜と間の隙間が大きくなった。また、Ａｌ基材上に形成されたＣｕ皮膜と、ＳＵＳ部材上に形成されたＣｕ皮膜とは完全に分離してしまった。
【００５４】
（変形例１−１）
次に、実施の形態１の変形例１−１について説明する。図１２〜図１４は、変形例１−１に係る流路付き部材の構造を示す断面図である。
流路付き部材において流路を形成する板状部材の凸部の形状は、図１に示すものに限定されない。例えば、図１２に示すように、３辺に囲まれた凸部１３を有する板状部材１１１、１１２を接合してパイプ１１３を作製し、断面形状が６角形の流路１３ａを形成しても良い。なお、６角形の角の部分には丸みをつけても良い。
【００５５】
また、図１３に示すように、略半楕円形状の凸部１４を有する板状部材１２１、１２２を接合してパイプ１２３を作製し、断面形状が略楕円形の流路１４ａを形成しても良い。この場合、平板部１１から凸部１４に移行する領域において両者のなす角度が９０°を超えるように、当該部分の角に丸みをつけたり、略楕円形の流路１４ａを若干扁平にしたりすると良い。
【００５６】
或いは、図１４に示すように、サインカーブ形状の凸部１５を有する板状部材１３１、１３２を接合してパイプ１３３を作製しても良い。この場合、平板部１１から凸部１５に移行する領域はなだらかなカーブとなるため、当該移行する領域にも均一な金属堆積層１０５をより形成し易くなる。
【００５７】
（変形例１−２）
次に、実施の形態１の変形例１−２について説明する。図１５及び図１６は、変形例１−２に係る流路付き部材の一部の構造を示す断面図であり、金属堆積層１０５（図１参照）の形成前の状態を示している。
【００５８】
上述した実施の形態１においては、板状部材１０３側の凸部１２のみを、基材１０１に設けた凹部１０７内に載置した。しかしながら、例えば図１５に示すように、板状部材１０３側の平板部１１までを基材１４１内に載置しても良い。この場合、板状部材１０３側の凸部１２及び平板部１１を載置可能な凹部１４２を基材１４１に設ければ良い。この変形例１−２によれば、各板状部材１０２、１０３の平板部１１の厚さｔ０に対する制約を軽減することができる。
【００５９】
或いは、図１６に示すように、板状部材１０２側の平板部１１までを載置可能な凹部１４４を基材１４３に設けても良い。この場合、板状部材１０２の平板部１１の上面と基材１４３の上面との高さが揃うので、平板部１１の端部の厚さｔ０に対する制約をなくすことができる。
なお、これらの変形例１−２を上述した変形例１−１に適用しても良い。
【００６０】
（変形例１−３）
次に、実施の形態１の変形例１−３について説明する。図１７〜図１９は、変形例１−３に係る流路付き部材の一部の構造を示す断面図であり、金属堆積層１０５（図１参照）の形成前の状態を示している。
【００６１】
上記実施の形態１においては板状部材１０２、１０３の平板部１１の幅方向の長さを互いに揃えていた。しかしながら、図１７に示すように、基材１０１側に配置される板状部材１５２の平板部１７の幅方向の長さを、その上に配置される板状部材１５１の平板部１６の長さよりも長くして、板状部材１５２の端部を板状部材１５１の端部よりも外側に延出させても良い。
【００６２】
ここで、上述したとおり、コールドスプレー法により平板部１１の端面にも均一な金属堆積層１０５（図１参照）を形成するためには、堆積層形成面１０８における段差を０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。従って、実施の形態１においては２つの板状部材１０２、１０３を接合するので、各板状部材１０２、１０３の平板部１１の厚さを０．４ｍｍ以下とする必要がある。しかしながら、変形例１−３においては、堆積層形成面１５３における段差を２段階で変化させるため、これらの段差に相当する板状部材１５２の厚さｔ１及び１５１の厚さ（板厚）ｔ２を、各々０．８ｍｍ以下とすれば良い。従って、この場合、板厚ｔ１、ｔ２に対する制約を軽減することが可能となる。
【００６３】
（変形例１−４）
図１８に示すように、変形例１−４においては、板状部材１６１、１６２それぞれの平板部１８、１９の端部を、基材１０１に近いほど幅方向の長さが長くなるようにテーパー状にカットしている。なお、この際、基材１０１側の板状部材１６２の端面が、その上に配置される板状部材１６１の端面よりも外側に延出するようにする。それにより、基材１０１の上面から平板部１８の上面までを傾斜面で繋げて、堆積層形成面１６３における段差の影響を抑制している。この場合、平板部１８、１９の端部（即ち、傾斜面）にも容易に均一な金属堆積層１０５を形成することができるので、平板部１８、１９の板厚に対する制約を軽減することが可能となる。
【００６４】
（変形例１−５）
図１９に示すように、変形例１−５においては、板状部材１７１、１７２それぞれの平板部２０、２１の端部を、基材１０１に近いほど幅方向の長さが長くなるようにテーパー状にカットすると共に、基材１０１側の平板部２１をもう一方の平板部２０よりも外側に延出させている。これにより、平板部２０、２１の板厚に対する制約をさらに軽減することが可能となる。
【００６５】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図２０は、実施の形態２に係る流路付き部材の構造を示す断面図である。図２０に示すように、実施の形態２に係る流路付き部材２００は、基材２０１と、板状部材２０２、２０３からなるパイプ２０４と、コールドスプレー法によって形成された金属堆積層２０５とを備える。なお、基材２０１、パイプ２０４、及び金属堆積層２０５を形成する材料は、実施の形態１において説明したものと同様である。
【００６６】
図２１に示すように、一方の板状部材２０２は、図１に示す板状部材１０２と同様に、主面が同一平面上を通過する２つの平板部２２と、該２つの平板部２２の間に設けられた凸部２３とを有する。また、他方の板状部材２０３は平板状をなしている。板状部材２０２は、平板部２２の主面の内、凸部２３の頂点とは反対側の主面において板状部材２０３と接合されている。それにより、凸部２３と板状部材２０３との間に、流体を流通させる流路２０６が形成される。なお、板状部材２０２の形状及び厚さに対する条件は、実施の形態１において説明した板状部材１０２と同様である。
【００６７】
このような流路付き部材２００は、平板状をなす基材２０１の上面にパイプ２０４を固定し、パイプ２０４の表面及びその周囲の基材２０１の上面にコールドスプレー装置６０を用いて金属堆積層２０５を形成することにより製造される。
【００６８】
以上説明した実施の形態２によれば、パイプ２０４の下側の面が平板状となっていることから、基材２０１に対して凹部を形成する必要がなくなり、製造工程を簡素化することができる。
【００６９】
なお、実施の形態２においても、上述した実施の形態１の変形例１−１と同様に、凸部２３の断面形状を所望の形状としても良い。また、変形例１−２〜１−５と同様に、基材２０１の上面に板状部材２０３や平板部２２を載置する凹部を設けるなどして、基材２０１の上面と平板部２２の上面との間の段差を低減又は解消することとしても良い。
【００７０】
（変形例２−１）
次に、実施の形態２の変形例２−１について説明する。
実施の形態２においては、凸部２３を有する板状部材２０２に対して平板状の板状部材２０３を接合したが、その代わりに、板状部材２０２と同じ向きの凸部を有する第２の板状部材を板状部材２０２に接合しても良い。この場合、第２の板状部材の凸形状を、凸部２３よりも浅くすると良い。それにより、板状部材２０２と第２の板状部材との間に流路となる空間が形成される。なお、この場合、第２の板状部材が配置される基材２０１の上面を凸状に成形することにより、第２の板状部材との間に生じる空隙を低減することとしても良い。
【００７１】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
図２２は、実施の形態３に係る流路付き部材の構造を示す断面図である。図２２に示すように、実施の形態３に係る流路付き部材３００は、基材３０１と、基材３０１と共に流路の一部をなす板状部材３０２と、金属堆積層３０３とを備える。
【００７２】
板状部材３０２は、図１に示す板状部材１０２と同様に、主面が同一平面上を通過する２つの平板部３１と、該２つの平板部３１の間に設けられた凸部３２とを有する。この板状部材３０２は、平板部３１の主面の内、凸部３２の頂点とは反対側の主面を基板３０１に向け、基板３０１上に直接配置される。それにより、凸部３２と基材３０１との間に、流体を流通させる流路３０４が形成される。なお、板状部材３０２の形状及び厚さｔ０に対する条件は、実施の形態１において説明したものと同様である。
【００７３】
基材３０１、板状部材３０２、及び金属堆積層３０３の材料は、実施の形態１において説明したものと同様であり、流路３０４に流通させる流体に応じて適宜選択すると良い。特に、実施の形態３においては、基材３０１にも流体が直接接触するため、流体に対して耐食性を有する材料によって基材３０１を形成すると良い。例えば、市水や海水を流路に流通させる場合、ＳＵＳで基材３０１を形成することが好ましい。
【００７４】
このような流路付き部材３００は、基材３０１の上面に板状部材３０２を固定し、板状部材３０２の表面及びその周囲の基材３０１の上面にコールドスプレー装置６０を用いて金属堆積層３０３を形成することにより製造される。
【００７５】
以上説明した実施の形態３によれば、流路付き部材３００を構成する部品点数を削減することができると共に、製造工程を簡素化することが可能となる。
なお、実施の形態３においても、実施の形態１の変形例１−１と同様に、凸部３２の形状を所望の形状としても良い。また、変形例１−２、１−４と同様に、基材３０１の上面に平板部３１を載置する凹部を設けたり、平板部３１の端部をテーパー状にするなどして、基材３０１の上面と平板部３１の上面と間の段差を低減又は解消することとしても良い。
【００７６】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
図２３は、実施の形態４に係る流路付き部材の構造を示す断面図である。図２３に示すように、実施の形態４に係る流路付き部材４００は、板状部材１０２、１０３からなるパイプ１０４と、その両側にコールドスプレー法によって形成された金属堆積層４０１及び４０２とを備える。なお、板状部材１０２、１０３及び金属堆積層４０１、４０２を形成する材料については、実施の形態１において説明したものと同様である。
【００７７】
実施の形態４に係る流路付き部材の製造方法を、図２４〜図２５Ｂを参照しながら説明する。図２４は、実施の形態４に係る流路付き部材の製造方法を示すフローチャートである。なお、図２４に示す工程Ｓ４１及び４２は、図３に示す工程Ｓ１１及び１２に対応しているため、説明を省略する。
【００７８】
工程Ｓ４３において、図２５Ａに示すように、板状部材１０３の凸部１２が載置される凹部４０４を予め形成した治具４０３上に、板状部材１０２、１０３から作製したパイプ１０４を載置する。この際、一方の板状部材１０３を接着剤等により治具４０３に仮固定しておいても良いし、凸部１２を凹部４０４に嵌め込むだけでも良い。
続く工程Ｓ４４において、パイプ１０４の表面及びその周囲の治具４０３上面を堆積層形成面４０５として、コールドスプレー法により金属堆積層４０１を形成する。
【００７９】
工程Ｓ４５において、図２５Ｂに示すように、板状部材１０２、１０３（パイプ１０４）及び金属堆積層４０１を治具４０３から取り外す。
さらに、工程Ｓ４６において、露出した板状部材１０３及びその周囲の金属堆積層４０１表面を堆積層形成面４０６として、コールドスプレー法により金属堆積層４０２を形成する。これにより、パイプ１０４の周囲が金属堆積層４０１、４０２で覆われた流路付き部材４００が完成する。なお、この後、さらに、不要な部分を掘削するなどして、金属堆積層４０１、４０２の表面を成形しても良い。
【００８０】
以上説明した実施の形態４によれば、パイプ１０４の周囲全体に、パイプ表面との密着強度の高い金属堆積層４０１、４０２を形成するので、パイプ１０４の内部を流通する流体と流路付き部材４００の両面との間における熱伝導性を従来よりも向上させることが可能となる。
【００８１】
なお、実施の形態４に係る流路付き部材の製造方法を、実施の形態２及びその変形例２−１に係る流路付き部材に対して適用しても良い。
【符号の説明】
【００８２】
１１、１６〜２２、３１  平板部
１２〜１５、２３、３２  凸部
１３ａ、１４ａ  流路
６０  コールドスプレー装置
６１  ガス加熱器
６２  粉末供給装置
６３  スプレーガン
６４  ガスノズル
６５、６６  バルブ
１００、２００、３００、４００  流路付き部材
１０１、１４１、１４３、２０１、３０１、９０１  基材
１０２、１０３、１１１、１２１、１３１、１５１、１５２、１６１、１７１、２０２、２０３、３０２  板状部材
１０４、１１３、１２３、１３３、２０４、９０３  パイプ
１０５、２０５、３０３、４０１、４０２、９０４  金属堆積層
１０６、２０６、３０４  流路（空間）
１０７、１４２、１４４、４０４、９０２  凹部
１０８、１５３、１６３、４０５、４０６  堆積層形成面
４０３  治具
【図１】
0005734129.tif 000002
【図２】
0005734129.tif 000003
【図３】
0005734129.tif 000004
【図４Ａ】
0005734129.tif 000005
【図４Ｂ】
0005734129.tif 000006
【図５】
0005734129.tif 000007
【図６】
0005734129.tif 000008
【図８】
0005734129.tif 000009
【図１０Ａ】
0005734129.tif 000010
【図１１Ａ】
0005734129.tif 000011
【図１２】
0005734129.tif 000012
【図１３】
0005734129.tif 000013
【図１４】
0005734129.tif 000014
【図１５】
0005734129.tif 000015
【図１６】
0005734129.tif 000016
【図１７】
0005734129.tif 000017
【図１８】
0005734129.tif 000018
【図１９】
0005734129.tif 000019
【図２０】
0005734129.tif 000020
【図２１】
0005734129.tif 000021
【図２２】
0005734129.tif 000022
【図２３】
0005734129.tif 000023
【図２４】
0005734129.tif 000024
【図２５Ａ】
0005734129.tif 000025
【図２５Ｂ】
0005734129.tif 000026
【図７】
0005734129.tif 000027
【図９】
0005734129.tif 000028
【図１０Ｂ】
0005734129.tif 000029
【図１０Ｃ】
0005734129.tif 000030
【図１１Ｂ】
0005734129.tif 000031
【図１１Ｃ】
0005734129.tif 000032
【図１１Ｄ】
0005734129.tif 000033
【図１１Ｅ】
0005734129.tif 000034
【図１１Ｆ】
0005734129.tif 000035
【図１１Ｇ】
0005734129.tif 000036