JP2005131666A - 真空容器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】対向する一対の側壁板2a,2bと、これらの両端に接合される4つのコーナー部材3a〜3dと、係るコーナー部材3a〜3d間で且つ上記一対の側壁板2a,2bが位置しない2つの側面に個別に接合される奥壁板6および一対の端部板4a,4b(異なる一対の側壁板)と、を備え、一対の側壁板2a,2bとこれらの両端のコーナー部材3a〜3dとは、本真空容器の内外方向からほぼ対称に施した摩擦攪拌接合による内外一対の接合部w1,w2によって接合されている共に、上記奥壁板6および端部板4a,4bとこれらの両端のコーナー部材3a〜3dとは、本真空容器の外側から施した摩擦攪拌接合による内外3段の接合部w3〜w5によってそれぞれ接合されている真空容器1。
【選択図】 図1
Description
即ち、アルミニウムまたはその合金からなり且つ断面ほぼチャンネル形またはL字形の一対の部材を用意し、これらの突き合わせ面に設けた開先に沿って回転するツールを摺動させて摩擦攪拌接合する、真空チャンバの製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、上記同様の断面ほぼチャンネル形の一対の部材を用意し、これらの開先を突き合わせて形成した角筒の内側に回転するツールを摺動させて摩擦攪拌接合する、真空チャンバの製造方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
即ち、本発明の真空容器(請求項1)は、互いに対向する一対の側壁板と、係る一対の側壁板の両端に接合される4つのコーナー部材と、係る4つのコーナー部材間で且つ上記一対の側壁板が位置しない2つの側面に個別に接合される異なる一対の側壁板と、を備え、上記一対の側壁板とこれらの両端のコーナー部材とは、本真空容器の内外方向からほぼ対称に施した摩擦攪拌接合による内外一対以上の接合部によって接合されている共に、上記異なる一対の側壁板とこれらの両端のコーナー部材とは、本真空容器の外側から施した摩擦攪拌接合による内外2段以上の接合部によってそれぞれ接合されている、ことを特徴とする。
しかも、一対の側壁板とこれらの両端に位置するコーナー部材とは、摩擦攪拌接合による内外一対などの接合部によって、異なる一対の側壁板とこれらの両端に位置するコーナー部材とは、外側から施した摩擦攪拌接合による内外2段以上の接合部によって、内外方向の厚み全体が固相状態の緻密な金属組織により接続されている。従って、厚みが数10mmに達する複数の接合部を有し且つ内部空間を高真空や高清浄に確実にでき、且つ低コストの真空容器とすることが可能となる。
更に、前記内外一対以上の接合部とは、内側と外側とから互いに部分的に重複する一対の接合部のほか、内側または外側の少なくとも一方が内外2段以上の接合部である形態、例えば内外2対ずつの接合部や、内側または外側の一方が内外2段またはそれ以上の接合部で且つ他方が1段の接合部である形態も含まれる。
このうち、一対の端部板を用いる形態によれば、平行にした対向する一対のコーナー部材における長手方向の両端にそれぞれ接合された上記端部板の間に、真空容器の内部空間に連通する開口部が形成されている。また、上記枠形板を用いる形態によれば、一対のコーナー部材の間に接合された係る枠形板の開口部が、真空容器の内部空間に連通する。従って、真空下などで加工または処理すべき半導体素子などの出し入れに用いる開口部を有し且つ安価な真空容器とすることができる。
これによれば、4隅のコーナー部材と、これらの間に配置され且つ接合される一対の側壁板および異なる一対の側壁板によって筒形の箱体である真空容器を容易に形成できる。このため、例えばアルミニウム合金材を切削加工や押出成形により、容易にコーナー部材として活用でき、且つ各辺の側壁板を例えばアルミニウム合金などの圧延板によって形成できるため、低コストで製造が可能となる。
これによれば、上記箱体の外側から回転するツールを、コーナー部材と異なる側壁板との間の内側に位置する突き合わせ面付近に押し込んで、予め摩擦攪拌接合を施した1段目の内側接合部を形成する。次に、形成された内側接合部を底面に有する凹部にこれとほぼ同じ断面の挿入板を挿入し、係る挿入板のほぼ全面において摩擦攪拌接合を施して、中間接合部またはこれと外側接合部とが形成される。従って、前記ツールなどが組立途中の箱体の内側に挿入できない部位で且つ厚みが数10mmに達する接合部において、内外方向の厚み全体が固相状態の緻密な金属組織により接続できる。尚、内側接合部を形成する前に、予め上記突き合わせ面にて細径で短い攪拌ピンを有するツールにより、仮接合を行っても良い。
これによれば、筒形の箱体の両端に位置する開口部に、一対の蓋板が外側から摩擦攪拌接合による内外2段以上の接合部により個別に接合される。このため、内部空間を高真空や高清浄状態に容易に保てる真空容器を安価に提供できる。
これによれば、真空下などで加工または処理すべき半導体素子などの出し入れに用いる開口部を有する安価な真空容器を確実に提供することが可能となる。
図1は、本発明の真空容器1の概略斜視図、図2は、その平面図を示す。
真空容器1は、図1,2に示すように、互いに対向する一対の側壁板2a,2bと、これらの両端に接合される4つのコーナー部材3a〜3dと、係るコーナー部材3a,3b間またはコーナー部材3c,3d間で且つ上記一対の側壁板2a,2bが位置しない2つの側面に個別に接合される一対の端部板4a,4bおよび奥壁板6(異なる一対の側壁板)と、を備えている。
図1,2に示すように、上記コーナー部材3a,3bと端部板4a,4bとの間には、これらに囲まれた長方形の開口部5が位置している。また、側壁板2a,2b、コーナー部材3a〜3d、端部板4a,4bおよび奥壁板6に囲まれた内側には、ほぼ直方体を呈する内部空間9が位置している。
図1,2に示すように、上記一対の側壁板2a,2bとこれらの両端のコーナー部材3a〜3dとは、本容器1の内外方向からほぼ対称に施した摩擦攪拌接合による内外一対の接合部w1,w2によって接合されている。また、上記端部板4a,4bおよび奥壁板6とこれらの両端のコーナー部材3a〜3dとは、本容器1の外側から施した摩擦攪拌接合による内外3段の接合部w3〜w5によってそれぞれ接合されている。尚、後述するように、真空容器1の上下端(両端)に開口する開口部7a,7bに対し、一対の端板を上記3段の接合部w3〜w5と同様にして個別に接合することで、上記開口部7a,7bを閉塞しても良い。
しかも、一対の側壁板2a,2bとこれらの両端に位置するコーナー部材3a〜3dとは、摩擦攪拌接合による内外一対の接合部w1,w2によって、端部板4a,4bや奥壁板6とこれらの両端に位置するコーナー部材3a〜3dとは、外側から施した摩擦攪拌接合による内外3段の接合部w3〜w5によって、内外方向の厚み全体において固相状態の緻密な金属組織により接続されている。
従って、内外方向の厚みが約60mmに達する複数の接合部w1,w2、w3〜w5を有し且つ内部空間9を高真空や高清浄に確実にでき、且つ低コストの真空容器1とすることができる。
図3〜図8は、上記製造方法における第1接合工程を示す。
図3は、側壁板2a(2b)の両端(長辺)に、コーナー部材3a(3c),3b(3d)を接合する第1接合工程を示す。図3に示すように、側壁板2aとコーナー部材3a,3bとは、予め突き合わせ面pで当接して拘束されている。
図3中の一点鎖線部分Xを拡大した図4で例示するように、側壁板2aとコーナー部材3aとの突き合わせ面p付近の上方に、FSWツール10を用意する。係るFSWツール10は、例えば工具鋼からなり、図4に示すように、円柱形の回転体12と、係る回転体12の上向きにやや湾曲して凹む底面14の中心部付近から垂下する円柱形の攪拌ピン16と、を備えている。この攪拌ピン16の周面には、図示しないネジ山およびネジ谷のような軸方向や径方向に沿った凹凸部などが刻設され、その先端面18にも複数の微細な凹凸を刻設しても良い。
この際、FSWツール10の回転数は、300〜1000rpm、送り速度は、0.05〜500mm/分であり、当該FSWツール10の軸方向に加える押し込み力は、10kN〜30kN程度である。
すると、図5の垂直断面図に示すように、攪拌ピン16の先端面18は、突き合わせ面pにおける厚み方向の中間付近に達しつつ図示で左側に移動する。
尚、例えば突き合わせ面pの厚みが60mmの場合、回転体12の直径は30mm、攪拌ピン16は長さ30mm×直径16〜20mmである。また、図4,5に示すように、FSWツール10は、移動方向と反対側に約2〜3度の前進角θを付けて傾斜した状態で用いるが、係る前進角θを省略し垂直にしても良い。
更に、内側の接合部w1の形成に先だって、側壁板2aとコーナー部材3aとの突き合わせ面pの一部(厚み方向と長手方向の少なくとも一方)に細径で且つ短い攪拌ピンを有するFSWツールを用いる仮接合を部分的に行って、側壁板2aとコーナー部材3aと位置決めしても良い。
次に、図7に示すように、側壁板2aとコーナー部材3aとの突き合わせ面pの下方から、前記FSWツール10を用いて前記同様の摩擦攪拌接合を施すことにより、突き合わせ面pのほぼ下半部に沿って外側の接合部w2を形成する。係る接合部w2の先端は、内側の接合部w1の先端と重複している。即ち、側壁板2aとコーナー部材3aとは、内外一対の接合部w1,w2を介して接合される。尚、上記摩擦攪拌接合は、側壁板2aとコーナー部材3aを、図7で上下逆の姿勢にし、上方から前記FSWツール10を用いて行うと、作業が容易となる。
以上のような第1接合工程によって、図8に示すように、側壁板2a(2b)の両端に、コーナー部材3a(3c),3b(3d)を接合したユニットu1(u2)が形成される。
図9に示すように、第1接合工程で形成されたユニットu1,u2のコーナー部材3a,3b間に端部板4a,(4b)を、ユニットu1,u2のコーナー部材3c,3d間に奥壁板6を、それぞれ配置する。尚、端部板4a,(4b)は、コーナー部材3a,3bの長手方向における両端間に個別に配置される。
図9中の一点鎖線部分Yを拡大した図10で例示するように、奥壁板6とコーナー部材3dとの間には、予め切削加工によってそれらの外側に対称に内外2段の凹部h1,h2が設けられ、それらの内側寄りに奥壁板6とコーナー部材3dとの突き合わせ面qが位置している。尚、凹部h1,h2の深さと突き合わせ面qの厚みは、ほぼ同等に設定されている。
従って、図10に示すように、ユニットu2と奥壁板6とは、前者のコーナー部材3dと奥壁板6との突き合わせ面qを形成した状態で、図示しないテーブル上などにおいて拘束される。尚、ユニットu2のコーナー部材3cと端部板4a,(4b)との間も、外側に凹部h1,h2が形成され、且つ突き合わせ面qを形成した状態で拘束される。
その結果、図11に示すように、突き合わせ面qに沿って内側接合部w3が形成される。尚、係る接合部w3の形成に先だって、コーナー部材3dと奥壁板6との突き合わせ面pの一部(厚み方向と長手方向)に細径で且つ短い攪拌ピンを有するFSWツールを用いる仮接合を行って、コーナー部材3dと奥壁板6とを位置決めしても良い。
次いで、図12に示すように、底面に接合部w3の表面が位置する内方の凹部h1内に、これとほぼ同じ断面を有し前記同様のアルミニウム合金からなる挿入板20を挿入して拘束する。尚、接合部w3の表面は、予め平坦に研磨される。
その結果、図13に示すように、挿入板20の左辺と奥壁板6との突き合わせ面rに沿って、凹部h1の深さと同等の中間接合部w4が形成される。係る中間接合部w4の先端(底部)は、凹部h1の底面よりもやや深い位置となる。
その結果、図14に示すように、挿入板20のほぼ全面に沿って4条の中間接合部w4が形成される。このうち、図14で右側の接合部w4は、挿入板20の右辺とコーナー部材3dとの突き合わせ面rに沿って形成される。この際、4条の中間接合部w4は、その側面で互いに重複すると共に、中央寄りの2条の中間接合部w4は、内側接合部w3と部分的に重複するように形成される。更に、凹部h2の底面に露出する接合部w4の表面は、平坦に研磨される。尚、前記挿入板20は、その殆んどが4条の中間接合部w4となる。
係る状態で、図15で挿入板22の左辺と凹部h2の左側を形成する奥壁板6との突き合わせ面s付近に、高速回転するFSWツール10の攪拌ピン16を押し込み、且つ突き合わせ面rに沿って移動させる。
更に、図16に示すように、係るFSWツール10に対して、挿入板22の前端および後端付近でのUターンと挿入板22の長手方向に沿った直線移動とを行う。係る直線移動とUターンとを交互に所定回数繰り返すジグザグ移動を行う。
更に、ユニットu1のコーナー部材3a,3cと端部板4a,4bまたは奥壁板6との間の突き合わせ面qなどに沿って、上記同様の内外3段の接合部w3,w4,w5が同様に形成される。
その結果、図18に示すように、対向する一対の側壁2a,2bとコーナー部材3a〜3dとが内外一対の接合部w1,w2を介して接合され、係るコーナー部材3a,3b間の両端(上下端)に端部板4a,4bが外側から形成された内外3段の接合部w3,w4,w5を介して接合され、更に、上記コーナー部材3c,3d間に奥壁板6が同様の接合部w3,w4,w5を介して接合される。
更に、図19に示すように、側壁板2a,2b、端部板4a,4b、コーナー部材3a〜3d、および奥壁板6の上・下端の開口部7a(7b)を、これとほぼ相似形で前記同様のアルミニウム合金からなる蓋板24により閉塞する第3接合工程を施しても良い。
この結果、上・下端の開口部7a,7bは、蓋板24によって閉塞されると共に、内部空間9は、前記開口部5を通じてのみ外部と連通状態となる。
尚、開口部5は、図示しない気密ドアにより開閉可能にして閉塞される。
真空容器1aは、図20に示すように、対向する一対の側壁2a,2bとコーナー部材3a〜3dとが内外一対の接合部w1,w2を介して前記同様に接合され、上記コーナー部材3c,3d間に奥壁板6が前記同様の接合部w3,w4,w5を介して前記同様に接合されている。
上記コーナー部材3a,3b間には、図20に示すように、正面視が長方形で且つ内側に長方形の開口部28を予め形成した枠形板26が、前記同様で上下に長い内外3段の接合部w3,w4,w5を介して前記同様に接合される。この枠形板26を用いることにより、摩擦攪拌接合の工数(第2接合工程)はやや増えるが、その前に行う拘束作業などが容易となる。また、開口部28の寸法精度も高いため、内部空間9の密閉性も一層高められる。
例えば、前記製造方法において、奥壁板6とコーナー部材3c,3dとを第1接合工程により、先に内外一対の接合部w1,w2などを介して接合し、端部板4a,4bまたは枠形板26とコーナー部材3a,3bとも、内外一対の接合部w1,w2などを介して接合してユニットu1,u2を形成しても良い。この場合、側壁板2a,2bとコーナー部材3a〜3dとの間は、第2接合工程により、外側から順次形成される内外3段の接合部w3,w4,w5などを介して接合される。即ち、本発明における前記一対の側壁と異なる一対の側壁とは、互いに位置が異なることのみを指し示す相対的な呼称である。
更に、前記コーナー部材3a〜3dの内側のアール面Rは、真空容器1の製造後に切削加工により形成しても良い。あるいは、係るアール面Rに替えて、傾斜した面取りや階段形状部が内側面に位置していても良い。
また、前記FSWツール10の攪拌ピン16は、回転体12側の基端寄りほど太径で且つ先端寄りほど細径としたテーパを有するほぼ円錐形であっても良い。
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することも可能である。
2a,2b…側壁板
3a〜3d…コーナー部材
4a,4b…端部板(異なる側壁)
6……………奥壁板(異なる側壁)
7a,7b…開口部
20,22…挿入板
24…………蓋板
26…………枠形板(異なる側壁)
28…………枠形板の開口部
w1,w2…内外一対の接合部
w3…………内側接合部
w4…………中間接合部
w5…………外側接合部
q……………突き合わせ面
h1,h2…凹部
Claims (6)
- 互いに対向する一対の側壁板と、係る一対の側壁板の両端に接合される4つのコーナー部材と、係る4つのコーナー部材間で且つ上記一対の側壁板が位置しない2つの側面に個別に接合される異なる一対の側壁板と、を備え、
上記一対の側壁板とこれらの両端のコーナー部材とは、本真空容器の内外方向からほぼ対称に施した摩擦攪拌接合による内外一対以上の接合部によって接合されている共に、
上記異なる一対の側壁板とこれらの両端のコーナー部材とは、本真空容器の外側から施した摩擦攪拌接合による内外2段以上の接合部によってそれぞれ接合されている、
ことを特徴とする真空容器。 - 前記異なる一対の側壁板の少なくとも一方は、前記コーナー部材間の両端に接合される一対の端部板、または内側に開口部を有する枠形板である、
ことを特徴とする請求項1に記載の真空容器。 - 互いに対向する一対の側壁板の両端に、4つのコーナー部材を本真空容器の内外方向から摩擦攪拌接合によって、ほぼ対称に施して内外一対以上の接合部により個別に接合する第1接合工程と、
上記一対の側壁板の両端に接合された4つのコーナー部材間に、異なる一対の側壁板を本真空容器の外側から施す摩擦攪拌接合により形成する内外2段以上の接合部により個別に接合する第2接合工程と、を含む、
ことを特徴とする真空容器の製造方法。 - 前記異なる一対の側壁板とコーナー部材との間に形成される前記内外2段以上の接合部は、突き合わせ面の外側に対称に設けた単数または複数の凹部に挿入した挿入板と、上記突き合わせ面に沿って摩擦攪拌接合された内側接合部と、上記挿入板のほぼ全面に摩擦攪拌接合を施して形成した中間接合部および外側接合部の少なくとも一方と、からなる、
ことを特徴とする請求項3に記載の真空容器の製造方法。 - 前記一対の側壁板、異なる一対の側壁板、およびこれらの間に摩擦攪拌接合された4つのコーナー部材からなる筒形の箱体を形成した後に、係る箱体の両端に位置する開口部に一対の端板を、本真空容器の外側から摩擦攪拌接合による内外2段以上の接合部により個別に接合する第3接合工程を有する、
ことを特徴とする請求項3または4に記載の真空容器の製造方法。 - 前記異なる一対の側壁板の少なくとも一方は、前記コーナー部材間の両端に接合される一対の端部板、または内側に開口部を有する枠形板である、
ことを特徴とする請求項3〜5の何れか一項に記載の真空容器の製造方法。
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