JP6875092B2 - 摩擦攪拌溶接接続を有した真空シールのための閉鎖エレメント - Google Patents

Description

分野
本発明は、請求項１及び１０の前段部に記載の、真空弁のための閉鎖エレメント、並びに弁頭及び弁頭に固定される交差支持体を有したこのような弁に関し、請求項１１に記載の、弁頭と交差支持体との間の接続を生み出す方法、並びに請求項１２に記載の、前記方法によって生み出される生産物に関する。

背景
一般に、弁ハウジングに形成された開口を通る流路を実質的に気密閉鎖する真空弁の種々の実施形態が、従来技術において公知である。

特に、汚染微粒子が存在不可能な保護された環境で行われる必要があるＩＣ及び半導体の製造の分野で、真空ゲート弁は使用される。例えば、半導体ウエハ又は液晶基板のための生産ラインでは、高感度の半導体素子又は液晶素子が、いくつかのプロセスチャンバを順に通り、チャンバの各々において、プロセスチャンバ内側に位置した半導体素子が、処理装置によって処理される。プロセスチャンバ内側での処理プロセスの間も、プロセスチャンバからプロセスチャンバへの搬送の間も、高感度の半導体素子は、常に保護された環境、特に真空中に、位置しなければならない。

プロセスチャンバは、例えば接続路によって、互いに接続され、１つのプロセスチャンバから次のプロセスチャンバへ部材を移動させるために真空ゲート弁によってプロセスチャンバを開放すること、続いて、それぞれの生産段階を実行するために前記プロセスチャンバを気密閉鎖することが可能である。このような弁はまた、説明された適用分野により、真空切換弁とも、それらの矩形開口断面により、矩形ゲート弁とも呼ばれる。

とりわけ高感度の半導体素子の生産のために、切換弁が使用される際には、特に弁の動作の結果として及び弁閉鎖部材上への機械的負荷の結果としてもたらされる粒子の生成、並びに弁チャンバ内の自由粒子の数が、可能な限り低く保たれる必要がある。粒子の生成は、主に、例えば金属間接触により生み出された、摩擦の結果、及び擦れの結果による。

それぞれの駆動技術に応じて、特に、弁スライダ又は矩形スライダとも呼ばれるゲート弁と、振子弁との間に差異が生じるが、開閉は、多くの場合、従来技術の二段階で行われる。第１段階では、弁閉鎖部材、特に閉鎖弁頭が、例えばUS 6,416,037 (Geiser)又はUS 6,056,266 (Blecha)に開示されるような、特にＬ−型の、ゲート弁の場合には、弁座と実質的に平行な開口を覆って直線にスライドし、又は、例えばUS 6, 089, 537 (Olmsted)に開示されるような振子弁の場合には、その接続において、閉鎖弁頭と弁ハウジングの弁座との間にいかなる接触も生じさせずに、開口を覆って旋回軸のまわりを旋回する。第２段階では、開口が気密閉鎖されるように、閉鎖弁頭を弁ハウジングの弁座上へその閉鎖側により押圧する。例えば、閉鎖弁頭の閉鎖側に配列され開口まわりの弁座上に押圧されるシールか、又は閉鎖弁頭の閉鎖側が押圧される弁座上のシールリングによって、シールは行われ得る。シール、特にシールリングは、溝で保持され及び／又は硬化され得る。

種々のシール装置が、従来技術、例えばUS 6,629,682 B2 (Duelli)に、開示される。真空弁の場合のシールリング及びシールに好適な材料としては、例えば、ＦＫＭとも呼ばれるフッ素ゴム、特にViton（登録商標）の商品名で知られるフルオロエラストマ、並びに短いＦＦＫＭのパーフッ素ゴムがある。

閉鎖部材が、最初にシールと弁座とのいかなる接触もなしに開口を覆って横断方向にスライドし、続いて実質的に垂直に弁座上に押圧される、説明された二段階運動の利点は、正確に流れを制御することが可能である他に、特に、シールが、いかなるシール上の横断方向又は長手方向の負荷もなしにほぼ例外なく垂直に押圧されることである。閉鎖部材のＬ字形の運動を可能にする単一の駆動、又は複数の駆動、例えば２つの直線駆動又は１つの直線及び１つの拡張駆動が、この目的のために使用され得る。

加えて、閉鎖及びシール操作が単一の直線運動によって確実に行われるゲート弁が公知であるが、シールは、シール上への剪断負荷が完全に回避されるような形状となる。このような弁としては、例えば「MONOVAT Series 02 and 03」の製品名で知られ、矩形挿入弁として開発された、スイス、ハーグのVAT Vakuumventile AG製の切換弁がある。このような弁の設計及び操作方法は、例えばUS 4,809,950 (Geiser) 及びUS 4,881,717 (Geiser)に、説明される。

これらの文献で説明される弁は、弁貫通開口の軸の方向で見たときに、一方が他方のうしろに位置し平坦なシール面部分となる部分を有したシール面をハウジングに有し、シール面部分は、連続的に延在する湾曲により、外側へ延在するが、いくつかの部分を含む前記単一部シール面の架空の母線は、弁貫通開口の軸と平行に位置する。

直線運動によって閉鎖可能なこのような切換弁に好適な駆動は、JP 6241344 (Buriiida Fuuberuto)に示される。この文献で説明される駆動は、プッシュロッドの直線変位のための偏心して取り付けられたレバーを有し、プッシュロッド上に閉鎖部材が取り付けられる。

上記弁型の普及している実施形態では、閉鎖部材及び弁駆動は、少なくとも１つの調整アーム、特にプッシュロッド又は弁棒によって、接続される。この接続では、剛性調整アームは、その一端で閉鎖部材に堅く、その他端で弁駆動に堅く接続される。閉鎖弁頭は、多くの弁の場合、ネジ接続によって少なくとも１つのプッシュロッドに接続される。

CH 699 258 B1は、少なくとも１つのロッド受け手段が形成される閉鎖弁頭と、ロッド受け手段に係合するプッシュロッドの接続部分によって閉鎖弁頭が除去可能に取り付けられる少なくとも１つのプッシュロッドと、を有する真空弁を説明する。ロッド受け手段は、プッシュロッドがその接続部分で挿入される有底穴として実現される。閉鎖弁頭は、締め付けエレメントを含み、締め付けエレメントは、調整可能に有底穴内へ突出して、締め付けエレメントの調整の結果として解放可能な、閉鎖弁頭と接続部分との間の締め付け接続が存在するように実現される。締め付け接続によって生成される粒子が有底穴から流出するのを防止するように、粒子シールリングが有底穴とプッシュロッドとの間に配列され、その結果、材料摩擦によって生じる弁チャンバ内の不要な粒子の数は低く保たれ、少なくとも１つのプッシュロッド上に迅速かつ簡便に閉鎖弁頭を組み立てそして分解することが可能となる。

DE 10 2008 061 315 B4は、弁棒に対して横断方向に延在する交差支持体による弁棒上への弁頭の懸架を説明する。交差支持体は、中央接続点で特にネジによって弁棒に接続され、中央接続点の両側に位置する少なくとも２つの横方向接続点で、特にネジ接続によって、弁頭に接続される。中央接続点を含む中央部分及び前記中央接続点の両側で接続する交差支持体の部分において、交差支持体は、弁頭から間隔を置く。前記の簡単に実現される懸架によって、弁棒に対して直角である旋回軸のまわりの弁棒に対する弁頭の、例えば１度の範囲内の、一定の旋回が、交差支持体を撚ることにより可能となる。非常に簡単な実現が、その結果、達成され得る。交差支持体は、好ましくは、材料的に一体で、特に全体として金属から、実現され得る。

US 6 471 181 B2は、類似の懸架を説明する。弁棒に接続される交差支持体としては、第１のプレートにネジ接続される弁棒の終端を受ける円錐形状の開口を含む第１のプレートが挙げられる。第１のプレートの反対に位置する側に、弁頭に各々ネジ接続される第２のプレートが取り付けられる弾性ベアリングブロックが、中央接続点の両側で弁棒に取り付けられる。前記弾性ベアリングブロックにより、弁座に対する弁頭のシールのより均一な押圧が達成されるように、弁棒に対して直角である軸のまわりの傾動が可能となる。

US 2008/0066811 A1は、弁頭が第１及び第２の交差支持体に接続される真空弁を説明する。交差支持体は、接続部材によって弁頭に接続される。前記接続部材は、接続アームを含み、接続アームは、交差支持体の長手方向に接続点から交差支持体まで両側に延在し、共通の接続部分に終端で接続され、接続部分は、交差支持体の長手方向に延在し、交差支持体の長手方向に間隔を置いて弁頭上のいくつかの点でネジ接続される。より均一な力の伝達が、結果として交差支持体の長手方向に達成されることになる。

前記実施形態の共通点は、それぞれの弁頭が、特に真空領域内側にも存在するいくつかのネジ接続によって、対応する交差支持体に接続されることである。

弁内部が排気され、結果として排気後にネジ山にある程度残留する空気がゆっくりと漏れて弁内部を汚染するときに、ネジ接続のネジ山の一定の部材が残留環境から概ね気密閉鎖されるので、真空領域内側のネジ接続は、所謂事実上の内部真空漏れの危険をはらむ。このため、ネジ山部分内に導かれる接続通路及び接続スロットが、従来技術では作製され、その結果、ネジ山は通気される。結果として、空気は、排気の間、ネジ山に残留することが不可能である。

換言すれば、真空弁の場合には、真空弁の真空領域内側に位置するおそれがあり、真空領域に囲まれる、内部空気領域を回避するための措置が、特に通気孔によって通気されて結果として真空領域に接続される前記内側空気領域によって、意識的に行われる。ネジ接続の場合、これは、説明された接続通路又は接続スロットか、若しくはネジの孔によって、行われる。

前記の意識的なネジ山通気は、真空領域内側のネジ接続の真空弁の場合には公知であり、市販の弁モデルの場合には既に使用されている。

しかしながら、前記ネジ山通気は、特にネジ接続によって接続される部材間の必要又は不要な最小限の相対運動の場合に、事実上の内部真空漏れを回避するために意識的に作製されるが、通気通路又は通気スロットを通って漏れ、弁内部を汚染する微粒子の形態で、小さい摩擦粒子がネジ山内側で生じるので、不利であり得ることが示されている。このような粒子は、ネジ山だけでなくネジの他の接触点でも生じることがあり得る。これは、特に金属ネジ山を有する場合である。生産プロセスは、結果としてマイナスの影響を受ける。真空領域における従来のネジ接続の場合には、しかしながら、ネジ山部材の相対運動は、今日まで粒子の生成がごく僅かであるとみなされているほど小規模である。

しかしながら、一定の接続型の場合には、ネジ山における相対運動は不可避である。DE 10 2008 061 315 B4において開示される上で説明された弁の型の場合には、旋回軸のまわりの旋回運動を可能にするために、交差支持体を意識的に弾性を持って変形させるので、ネジ山におけるこのような相対運動及びその結果としての粒子の生成が、特に前記弁の場合に、生じることがあり得る。

一般的に、真空弁の真空領域内側のネジ接続は、ネジ山の間の相対運動の結果として生じる微粒子の形態で不要なプロセス損傷摩擦粒子を生成する危険をはらむ。

概要
その結果、本発明の目的は、真空弁、又は機械的に結合された第２の構成要素、特に交差支持体、を有する真空弁のための閉鎖エレメントを提供し、真空領域内側で発生する摩擦粒子の数を回避するか又は低く保つことである。

前記目的は、独立請求項の特徴の実現により達成される。代替的に又は有利に本発明を更に発展させる特徴は、従属請求項で明らかになる。

本発明の基礎をなす概念は、ネジ接続の代わりに真空弁のための弁頭上に交差支持体を固定する溶接接続を提供することであり、前記溶接接続は、摩擦攪拌溶接接続（ＦＳＷ＝摩擦攪拌溶接）の形態の特別な溶接である。特に、材料をそれぞれの融点未満で変形することが可能であり、その結果、生み出される部材に関する構造要件が、ほとんど損なわれないままであり得るので、かつ比較的少ない量の材料の擦れが発生するか又は材料の擦れが全く発生しないので、前記方法は、この接続においてこれ以上溶接材料を必要とせず、有利である。加えて、このようにして生み出され得る接続は、非常にしっかりとしておりかつ弾力的である。特に、このようにして可能になった、接続領域における粒子残渣の回避の結果、明らかな改善が、真空領域内側の汚染物質の予想される源に関して達成される。

本発明は、プロセス容積に提供された真空弁の真空弁開口との相互作用によるプロセス容積の気密閉鎖のために実現される弁頭を有した真空弁のための閉鎖エレメントに関する。弁頭は、（特にプロセス容積に面する）閉鎖側、及び閉鎖側と実質的に平行である対向して位置する後側と、特に硬化したシール材料を有した、閉鎖側に割り当てられ、特に形態及びサイズに関して、真空弁開口の第２のシール面に対応する第１のシール面と、を有し、第２のシール面が、真空弁開口を周回する。閉鎖エレメントは、追加的に、交差支持体の延在方向に対して横断方向に、駆動要素、例えば弁棒、のための受け手段を有した交差支持体を有し、交差支持体が、少なくとも１つの接続点で弁頭の後側で弁頭に接続される。

交差支持体は、例えば既に説明されたように、駆動棒を接続するため及び／又は弁頭を安定させる（プレストレス）ために役立つ。

本発明によれば、少なくとも１つの接続点での交差支持体と弁頭との間の接続は、摩擦攪拌溶接接続を含む。

この目的のために、摩擦攪拌溶接接続は、ツールが交差支持体及び弁頭の材料を変形可能にする（可塑化する）ように実質的に（完全に）垂直に（弁頭又は交差支持体の表面に対して実質的に直交して）溶接ツールを誘導した結果である。

一実施形態によれば、閉鎖エレメントは、複数の接続点、すなわち接続が交差支持体と弁頭との間に実現されるいくつかの点を有する。交差支持体は、好ましくは、このとき、２つの接続点によって弁頭の後側に接続され、２つの接続は、いずれの場合も摩擦攪拌溶接接続によって実現される。

更なる実施形態によれば、交差支持体は、交差支持体上の中央に駆動要素のための受け手段を含み、例えば、２つの接続点が、受け手段と関連して両側に水平に配列される。

摩擦攪拌溶接接続は、特に弁頭の閉鎖表面の側から、又は交差支持体の上部表面から進行して、形成され得る。凹部が、対応する摩擦攪拌溶接ツールが接続を生み出すために位置決めされるそれぞれの側の工作物上に残される。

摩擦攪拌溶接ツール、例えば肩部から突出するピン、は、特に弁頭の延在方向に対して直交して（閉鎖側又は後側の表面に対して直交して）又は交差支持体の延在方向に対して直交して移動する。この場合、パンチ（ツール）は、回転の間、弁頭又は支持体の材料上へ又は材料内へ押圧され、その結果、その材料が、（変形可能に）可塑化される。前記方向への更なるツールの（押圧）移動の結果、第２の構成要素にも到達し、その材料が可塑化される。ツールの連続的な回転の結果、可塑化された状態の２つの構成要素の材料は互いに攪拌され、その結果、材料結合が作り出される。ツールは、次いで、反対方向に閉鎖エレメントから除去される。材料結合、すなわち溶接接続は、維持される。

接続の所望のサイズ又は必要な安定性に応じて、接続される材料が可塑化された状態で既に存在する間に、ツール全体は、例えば円又は螺旋運動で導かれ得る。結果として、両方の材料から生み出された材料結合が存在する、対応して大きくなる領域が生成可能である。

特定の実施形態によれば、少なくとも１つの接続点で、閉鎖エレメントは、後側又は閉鎖側の形態又は表面によって画定される平面に対して直交する軸と実質的に平行に延在する凹部を含む。

凹部の開口は、特に交差支持体の側に存在する。前記の実現では、摩擦攪拌溶接接続は、交差支持体の側に生成されている。弁頭の閉鎖側の表面は、この接続ではいかなる構造修正も含まない。

更なる実施形態によれば、閉鎖側に、閉鎖エレメントは、少なくとも１つの接続部材に割り当てられる凹部を含むことができ、凹部は前記軸と実質的に平行に延在する。換言すれば、凹部は、閉鎖側へ向かって開放されている。

本発明の一実施形態によれば、凹部は、前記軸の方向に所定の深さを超えて延在し、深さが、接続点における交差支持体又は弁頭の材料厚より大きい。凹部が弁頭へ向かって開放している場合、凹部の深さは前記点における弁頭の厚さより大きく、凹部が交差支持体へ向かって開放している場合、凹部の深さは前記点における交差支持体の厚さより大きい。

特に、凹部が交差支持体を通って延在し、弁頭内に突出するように、凹部は交差支持体の側に形成される。

この代替として、凹部が弁頭を通って延在し、交差支持体内に突出するように、凹部は弁頭の側に形成される。

２つの上記の変形形態の結果として、交差支持体及び弁頭の材料の攪拌が所望に生じ、すなわち両方の構成要素の部材が可塑化され接続される。

本発明の一実施形態によれば、交差支持体及び弁頭の材料を断続的に可塑化することによって作製される材料結合は、接続点の移行領域に存在し、移行領域は、弁頭との交差支持体の接触点を介して軸に沿って延在する部分によって、接続点に画定される。

摩擦攪拌溶接接続は、追加的に、弁頭と交差支持体との間に、すなわち接続ツール（例えば回転ピン）が接続を生み出すために接続される構成要素の材料内に移動するか又は押圧される方向に沿って、均一な材料の移行を提供することができる。特に、この場合、間隙のない接続が、２つの部材の間に生成及び提供される。

本発明はまた、プロセス容積の気密閉鎖のための真空弁であって、真空弁開口及び真空弁開口を周回し第２のシール面を含んだ弁座を含む弁ハウジングと、第２のシール面に対応する第１のシール面を有した真空弁開口の実質的な気密閉鎖のための弁頭と、を有する真空弁に関する。真空弁は、追加的に、交差支持体の延在方向に対して横断方向に駆動要素（例えば弁棒）のための受け手段を有した交差支持体を含み、交差支持体が、少なくとも１つの接続点で弁頭の後側で弁頭に接続される。加えて、真空弁は、受け手段によって交差支持体と結合される駆動ユニットであって、弁頭が、弁頭が真空弁開口を解放する開放位置から、弁頭の第１のシール面が第２のシール面上へ押圧され真空弁開口が実質的に気密閉鎖される閉鎖位置へ、調整可能であり、特に少なくとも実質的に長手閉鎖方向に幾何学的長手方向軸に沿って戻るように、実現される駆動ユニットを有する。特に、長手方向軸に対して直角に延在する、幾何学的横断方向軸に実質的に沿って移動する弁頭の能力の結果として、駆動ユニットは、弁頭が真空弁開口を覆い弁頭の閉鎖側が弁座の反対の間隔を置いた位置に位置する中間位置へ横断閉鎖方向に調整可能であり、戻ることができる。

本発明によれば、少なくとも１つの接続点における交差支持体と弁頭との間の接続は、摩擦攪拌溶接接続を含み、特に、弁頭及び交差支持体を含む、閉鎖エレメントが、上記のアプローチのうちのいずれか１つによって実現される。

本発明は、追加的に、第１の物理部材及び第２の等しい構造部材を有する、真空弁のための交差支持体を有した閉鎖エレメントを生産する方法に関し、第１の部材及び第２の部材が、弁頭又は交差支持体のどちらかを各々具体化する。したがって、第１の部材が、閉鎖エレメントの弁頭を具体化し、第２の部材が、閉鎖エレメントの交差支持体を具体化するか、又はその逆となる。

接合ツールが、第１及び第２の部材を備える。備えられた接合ツールが、接合機に、特に溶接機に、特に工作ツール（処理センタ）又はフライス盤、特に摩擦攪拌溶接機に導入される。摩擦攪拌溶接接続が、接合機と第１及び第２の部材との間の相互作用の結果として、交差支持体と弁頭との間に生み出される。

例えば、例えばピンの形態の、摩擦攪拌溶接ツールは、機械によって回転させられる。ピンは、次いで、所望の接続点で閉鎖エレメントの側上へ押圧される。２つの構成要素の前記点で材料の可塑化が始まるか又は存在するまで、ツールは、接続される部材の材料厚の方向に移動し続け、材料は互いに攪拌される。ツールが除去され、接合が冷却されると、永続的な材料結合が結果として存在する。

換言すれば、２つの構成要素の接合は、特に以下の通りに行われる：接合機が、接続ツール、特に肩部から突出するピン、を含み、接続ツールが、直線運動軸のまわりを、特に接続ツールの長手方向軸のまわりを同心で、結合機によって回転させられ、そして接続ツールが第１の部材の厚さに対して運動軸の方向に第１の部材を通過しかつ接続ツールが第２の部材の本体内へ貫通するように、回転接続ツールが、運動軸に沿って第１の部材内に深く押圧される。

一実施形態によれば、塑性変形可能な状態の第１の部材の材料及び第２の部材の材料によって、接続ツールは、運動軸に対して直交して所定の軌道に沿って、特に運動軸に対して直交して平面内で円又は螺旋に、導かれる。２つの部材（弁頭及び交差支持体）の間の間隙のない接続が、（接続ツールを実施するピンの長手方向軸に対して直交する）このような直交相対運動の結果として、確実に生み出され得る。このような間隙の不在は、（粒子の回避に関する）真空技術における構成要素及び用途に、特に有利である。

加えて、本発明は、上で説明された方法の実行の結果として得られる閉鎖エレメントに関し、特に閉鎖エレメントは本発明に基づく。

本発明による方法及び本発明による装置が、図面で概略的に示される具体的な例示的実施形態によって、完全に例示的に、以下でより詳細に説明され、本発明の更なる利点がまた、述べられる。詳細な図面は、以下の通りである：

従来技術による閉鎖エレメント及び真空弁の一実施形態を示す； 従来技術による閉鎖エレメント及び真空弁の一実施形態を示す； 本発明による閉鎖エレメントの一部を示す； 交差支持体に接続された弁頭の接続点の断面図である； いずれの場合も、分離状態の、及び摩擦攪拌溶接接続後に存在する接続状態の、本発明による閉鎖エレメントの断面図である； いずれの場合も、分離状態の、及び摩擦攪拌溶接接続後に存在する接続状態の、本発明による閉鎖エレメントの断面図である； 本発明による閉鎖エレメントの一部の更なる実施形態を示す； 本発明による交差支持体が弁頭上に取り付けられた閉鎖エレメントの更なる実施形態を示す； 本発明による弁頭を交差支持体に接続する接合方法を示す。； 本発明による摩擦攪拌溶接接続を生み出す接続ツールの本発明による誘導のための軌道を示す。 本発明による摩擦攪拌溶接接続を生み出す接続ツールの本発明による誘導のための軌道を示す。

発明の詳細な説明
図１ａ及び図１ｂは、従来技術の一実施形態の形で、閉鎖部材２（弁頭）、及び交差支持体２０を有する調整アーム７を示す。交差支持体２０は、調整軸８に対して横断方向に延在し、接続点２１で調整アーム７に接続される。前記接続点２１は、ネジ９を含み、ネジ９は、交差支持体２０のシリンダ座ぐり孔２２及び貫通穴を通って導かれてネジ山に係合し、ネジ山は、調整アーム７上の、有底穴６に形成される。

交差支持体２０は、中央接続点２１の両側に位置する２つの横方向接続点２３において、閉鎖面４の反対に位置する、閉鎖部材２の後側３上で閉鎖部材２に接続される。前記横方向接続点２３は、各々ネジ９を含み、ネジ９は、いずれの場合も、シリンダ座ぐり孔を有する、交差支持体２０に形成された、貫通穴を通って導かれて、有底穴において、閉鎖部材２の後側３上に形成された、ネジ山に係合する。結果として、理論的には、交差支持体２０は、第１の構成要素を形成し、理論的には、閉塞部材２は、閉鎖エレメント１０の第２の構成要素を形成する。

中央接続点２１及び両側上で互いに接続する部分２０を含み横方向接続点２３間に延在する中央部分２４において、交差支持体２０は、後側３から所定の間隔を置く。換言すれば、交差支持体２０は、中央部分２４において後側３に対して間隔を置いて配列され、前記領域で閉鎖部材２に接触しない。換言すれば、交差支持体２０は、閉鎖部材２の後側３にわたり、横方向接続点２３の領域でのみ閉鎖部材２の後側３上に当接する。

交差支持体２０は、一部が金属で実現され、調整アーム７に対して交差支持体２０を撚ることにより、閉鎖部材２が旋回軸１８のまわりを旋回可能であるように、弾性を持って実現され、旋回軸１８は、調整軸８と直角で、弁開口及び弁座と平行に延在する。

真空弁１は、追加的に、壁１３に２つの弁固定穴１２を含み、これにより、駆動ユニット１４のハウジングに結合された壁１３が、構成要素、特に真空室、上に取り付けられることが可能となる。前記固定はまた、ネジ接続によって行われ得る。

図２は、本発明による閉鎖エレメント３０の一部を示す。閉鎖エレメント３０は、弁頭３１、及び弁頭３１の後側３３に接続された交差支持体４０を含む。弁頭３１と交差支持体４０との間の接続は、摩擦攪拌溶接接続によって提供される。閉鎖エレメント３０の接続点３２、例えば全部で２つの接続点が、ここで示される。

摩擦攪拌溶接接続は、交差支持体４０が接続点に凹部又は類似の突当表面特性を全く含まないように、弁頭３１の閉鎖側３４から生成されている。詳細な表現は、図３との関連で明らかになるであろう。

図３は、交差支持体４０に接続された弁頭３１の接続点の断面図である。破線３７は、接続操作前に存在した、弁頭３１と区別される交差支持体４０との構造境界を例示する。

摩擦攪拌溶接接合方法によって２つの部材（交差支持体４０及び弁頭３１）を接続するときに、回転ピン又はパンチは、大きな圧力で閉鎖側３４上へ示される矢印３９の方向に押圧される。結果として、最初に弁頭３１の材料だけが、好ましくはここでは金属又は金属合金が、発熱中に可塑化される、すなわち固体状から変形可能又は流動可能な状態に移る。結果として交差支持体４０の材料が続いて同様に接続点の領域において可塑化されるまで、回転パンチは、矢印３９の方向に更に移動又は押圧される。その結果、交差支持体４０の材料及び弁頭３１の材料の両方が、次いで、塑性変形可能となる。

摩擦攪拌ツール（ピン、パンチなど）の回転運動の結果として、前記可塑状態で存在する、２つの部材の材料は、互いに攪拌される。その結果、材料間の接続が、２つの領域８３において作り出される。前記操作は、典型的に２つの材料の溶融点未満の温度で行われる。更に、この接続では、この場合、高い静的及び動的接続が生じて、材料の跳ね又は煙が生成されないことが有利である。例えば溶接ワイヤなどの、追加的な溶接材料も、必要とされない。

摩擦攪拌ツールが除去されると、凹部は、接続点において閉鎖側３４から弁頭３１の全厚を超えて延在して交差支持体４０内に突出し、示されるように留まる。交差支持体４０は、結果として、弁頭３１の後側３３に固定される。

可塑化される材料の多くが弁頭３１の全厚を超えて延在せずそれでも部材間にしっかりとした接続が生じるのに十分であるように、凹部は、閉鎖側上の弁頭３１の接続点に予め提供され得る。

閉鎖エレメントは、追加的に、シール面３５上に硬化したシール材料３６を含む。
シール面３５及びシール材料３６は、閉鎖側３４上の弁頭３１を周回する。

図４ａ及び図４ｂは各々、第１に分離状態（図４ａ）の、次いで摩擦攪拌溶接接続後に存在する接続状態（図４ｂ）の、本発明による閉鎖エレメント５０の断面図である。

２つの構成要素を接続する前に交差支持体５２が弁頭５１に対してどのように位置決めされるかを、図４ａにおいて確認することができる。交差支持体の対応する反対片が好適に係合する凹部が、弁頭５１の後側上の、所望の接続点５３に提供される。換言すれば、交差支持体５２の接続片及び弁頭５１の凹部は、実質的に精密な嵌合で接続可能であるように、開発される。

示されるように、弁頭５１と交差支持体５２との間の固定されない接続の前記状態で、回転摩擦攪拌溶接ツール５６、例えばピン、は、弁頭５１の閉鎖側上の凹部内へ矢印の方向に移動する。ツール５６は、凹部の表面上へ押圧され、弁頭５１の材料が、発熱によって可塑化される。矢印の方向に更にツール５６を移動させることによって、交差支持体５２の材料もまた、次いで変形可能となる。ツール５６の回転は、この場合永続的に、完全に混合又は攪拌される交差支持体５２及び弁頭の材料をもたらす。所望の程度の可塑化及び攪拌に達したときに、ツール５６の回転運動は停止され、前記ツールは矢印の方向とは反対に閉鎖エレメント５０から除去される。

前記接続操作の結果として、交差支持体５２を弁頭５１に接続する摩擦攪拌溶接接続５５を有する閉鎖エレメント５０が、図４ｂに示されるように生み出され得る。従来技術において開示される交差支持体５２と弁頭５１との間の接続とは反対に、接続点の汚染は、例えば擦れの結果として、この接続では全く発生せず、例えば溶接ワイヤ又はネジなどの、更なる材料が、接続を生み出すために必要とされない。このような接続は、その結果、真空又は高真空範囲における適用に非常に好適である。

図５は、本発明による閉鎖エレメント６０の一部の更なる実施形態を示す。交差支持体６２と弁頭６１との間に存在する摩擦攪拌溶接接続は、交差支持体６２の側にこの場合生成される。摩擦攪拌溶接ツールと交差支持体の上部表面との間の相互作用から生じる交差支持体６２における残留凹部６５を確認することができる。

弁頭６１の閉鎖側は、この場合、表面上の構造変化による影響を受けない。

本発明が特別な種類の真空弁又は閉鎖エレメントに制限されず、特に弁頭又は駆動機構の形態とは無関係に、真空シールを生み出すためのすべてのこのような物体を含むことは明らかである。したがって、例えば、交差支持体が細長い弁頭上にある閉鎖エレメントが、丸い弁頭上のこのような交差支持体と同等に含まれる。

予想される交差支持体上の駆動棒の固定は、既に言及されたように、ネジによって実現され得るが、この代替として、別の永続的又は解放可能な接合方法により、同様に生み出されてもよい。駆動棒及び交差支持体が一体として実現されることも可能である。

図６は、本発明による交差支持体７２が弁頭７１上に取り付けられた閉鎖エレメント７０の更なる実施形態を示す。

駆動ユニットに対する直接接続が、（真空弁において）弁頭７１を移動させる交差支持体７２によって行われ得るように、交差支持体７２は、この場合、一体的に実現される。交差支持体７２は、その結果、駆動要素を既に含み、駆動要素は、延長エレメントとして（例えば弁棒として）、駆動ユニットへの接続を可能にする。結果として、例えば追加的なネジ接続によって、弁棒を交差支持体７２上に追加的に取り付けることは省略され得る。弁システムにおける潜在的な汚染のこのような源は、その結果、低減されるか又は完全に回避され得る。

交差支持体７２と弁頭７１との間の接続７３は、例えば図４ｂにおいて示され説明されるような摩擦攪拌溶接接続によって実現される。その結果、接続７３の領域における汚染粒子源は、示されるような丸い弁頭７１でも可能な限り広範囲に回避される。

図７は、例えば図６によって示されるような、本発明による弁頭８１を交差支持体８２に接続する接合方法を示す。

弁頭８１の接続点は、交差支持体８２の対応する接続点の位置に合致するように動かされる。その結果、固定されない接触が、まず、２つの接続点の２つの構成要素の間に存在する。２つの部材は、好適な接合ツール（図示せず）によって共に保持され、次の溶接操作の間の材料の予想される流れは防止される。

ピン８６は、摩擦攪拌溶接接続を生み出すことになる接続ツールを具体化し、その長手方向軸のまわりを回転するように作製されて、接続点の方向に移動する。ピン８６は、この接続では、他の通常の従来技術によるこのような溶接方法の場合のような、２つの構成要素の固着及び／又は可塑化された材料の保持のための任意の肩部を含まない。

ピン８６は、まず、接続点で、弁頭８１又は弁頭８１の材料内に押圧される。この場合、前記点の材料は、ピン８６が本体内に更に押圧される間に、結果として生じる発熱のために可塑化される。

弁頭８１の材料の可塑化、及び結果として可能となる貫通の後、ピン８６は、交差支持体８２の材料内に更に押圧され、その結果、前記材料もまた可塑化される。ピン８６の回転運動の結果として、材料は−２つの構成要素の材料がペースト−様又は可塑化された、すなわち塑性変形可能な、状態で存在するときに−完全に混合されて、材料結合が、その結果、生み出される。

ピン８６は、この目的のために、ピン８６の長手方向軸に対して垂直に（例えば直交して）、平面内の一定の軌道に沿って導かれ得る。接合される材料の改善された混合及び／又は拡大された接合領域が、結果として、達成され得る。改善された貫通溶接、その結果の、２つの構成要素間の均一な材料の移行が、有利に達成され得る。特に、結果として、部材間の間隙のない接続を生み出すことが、確実に、可能である。

このような軌道８７、８７’が、図８ａ及び図８ｂに例示される。図８ａは、螺旋の形態の閉鎖軌道８７を示す。ピン８６の中心は、開始／終端点８８に配置されて、回転する間に、材料内に押圧される。ピン８６は、次いで、８７で示される経路に沿って水平面内で移動し、結果として、構成要素間の間隙のない材料の移行が生み出されるように材料は攪拌される。

図８ｂは、同様に閉鎖された代替的な経路８７’を示し、ピン８６が前記経路を通るときに間隙のない構成要素接続を生み出すことが可能である。

示される図が予想される例示的な実施形態の概略表現を示すだけであることは明らかである。本発明によれば、異なるアプローチを、互いにかつ従来技術の真空条件下でプロセス容積をシールする方法及び装置と組み合わせることが可能である。

Claims (10)

1. プロセス容積に提供された真空弁（１）の真空弁開口との相互作用によるプロセス容積の気密閉鎖のために実現される弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）であって、
   閉鎖側（４、３４）、及び閉鎖側と平行である対向して位置する後側（３、３３）と、
   閉鎖側（４、３４）に割り当てられ、真空弁開口の第２のシール面に対応する第１のシール面（３５）であって、第２のシール面が、真空弁開口を周回する、第１のシール面（３５）と、
   を含む弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）と、
   少なくとも１つの接続点（２３、３２、５３、７３）で弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）の後側（３、３３）で弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）に接続される交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）と、を有し、
   少なくとも１つの接続点（２３、３２、５３、７３）での弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）への交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）の接続が、摩擦攪拌溶接接続（５５）を含み、
   閉鎖側（４、３４）で、弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）が、少なくとも１つの接続点（２３、３２、５３、７３）に割り当てられる凹部を含み、凹部が、後側（３、３３）又は閉鎖側（４、４３）の形態及び／又は表面によって画定される平面に対して直交する軸と平行に延在することを特徴とする、
   真空弁（１）のための閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）。
2. 交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）が、２つの接続点（２３、３２、５３、７３）で弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）の後側に接続され、２つの接続の各々が、摩擦攪拌溶接接続（５５）によって実現されることを特徴とする、請求項１に記載の閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）。
3. 交差支持体が、交差支持体の延在方向に対して横断方向に、駆動要素のための受け手段を有し、
   受け手段が、交差支持体（２０、４０、５２、６２）上の中央に配列又は形成され、
   ２つの接続点（２３、３２、５３）が、受け手段と関連して両側で水平に配列されることを特徴とする、請求項２に記載の閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）。
4. 少なくとも１つの接続点（２３、３２、５３、７３）で、交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）が、後側（３、３３）又は閉鎖側（４、４３）の形態及び／又は表面によって画定される平面に対して直交する軸と平行に延在する凹部を含むことを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）。
5. 凹部が、軸の方向に所定の深さを超えて延在し、深さが、接続点（２３、３２、５３、７３）における交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）又は弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）の材料厚より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）。
6. 凹部が交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）を通って延在し、弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）内に突出するように、交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）の凹部が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）。
7. 凹部が弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）を通って延在し、交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）内に突出するように、弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）の凹部が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）。
8. 交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）及び弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）の材料を断続的に可塑化することによって作製される材料結合が、接続点（２３、３２、５３、７３）の移行領域に存在し、移行領域が、弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）との交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）の接触点を介して軸に沿って延在する部分によって、接続点（２３、３２、５３、７３）に画定されることを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）。
9. 摩擦攪拌溶接接続（５５）が、弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）と交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）との間に均一な材料の移行を具体化することを特徴とする、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）。
10. プロセス容積の気密閉鎖のための真空弁（１）であって、
    真空弁開口と、真空弁開口を周回し第２のシール面を含んだ弁座と、を含む弁ハウジングと、
    第２のシール面に対応する第１のシール面を有した真空弁開口の気密閉鎖のための弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）と、
    少なくとも１つの接続点（２３、３２、５３、７３）で弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）の後側（３、３３）で弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）に接続される交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）と、
    交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）と結合される駆動ユニットであって、
    弁頭が真空弁開口を解放する開放位置から、弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）の第１のシール面が第２のシール面上へ押圧され真空弁開口が気密閉鎖される閉鎖位置へ、調整可能であり、戻るように、実現される駆動ユニットと、を有し、
    少なくとも１つの接続点（２３、３２、５３、７３）における交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）と弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）との間の接続が、摩擦攪拌溶接接続（５５）を含み、
    閉鎖側（４、３４）で、弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）が、少なくとも１つの接続点（２３、３２、５３、７３）に割り当てられる凹部を含み、凹部が、後側（３、３３）又は閉鎖側（４、４３）の形態及び／又は表面によって画定される平面に対して直交する軸と平行に延在し、
    弁頭（２、３１、５１、６１、７１、８１）及び交差支持体（２０、４０、５２、６２、７２、８２）を含む、閉鎖エレメント（３０、５０、６０、７０）が、請求項１〜９のうちのいずれか１項によって実現されることを特徴とする、真空弁。

Images