KR20160002508A

KR20160002508A - 챔버 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20160002508A
Application number: KR1020140080945A
Authority: KR
Inventors: 김주호; 노중석; 김동규; 주영환; 이원천; 정윤철; 소병호; 김선영
Original assignee: (주)태광테크; 한국알박(주)
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-08
Also published as: WO2016003015A1

Abstract

본 발명은 챔버를 구성하는 구성요소들을 마찰교반접합을 이용해 접합함으로써, 제조공정의 단순화로 제조시간의 단축 및 생산비용의 절감을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 접합부위에 대한 결함 발생을 현저히 낮출 수 있게 하는 챔버 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 수직한 사각 바(bar) 형상으로 제공되는 4개의 모서리부재와, 수직한 판 형상으로 제공되는 다수의 측벽부재를 준비하는 단계(S1); 각각의 모서리부재 및 각각의 측벽부재에 연결수단을 형성하는 단계(S2); 연결수단을 이용해 순차적으로 모서리부재와 측벽부재를 연결하면서 모서리부재와 측벽부재의 이음부를 마찰교반접합하여 내부가 중공되고 상부 및 하부가 열린 사각 벽체를 형성하는 단계(S3); 및 제조하고자 하는 챔버의 높이에 맞게 사각 벽체의 상부 및 하부를 절삭하는 단계(S4);를 포함한다.

Description

챔버 및 이의 제조방법{CHAMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 챔버 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마찰교반접합(FSW; Friction Stir Welding)을 이용하여 제조되는 챔버 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자, 평판 디스플레이 패널, 및 태양전지 등을 제조하기 위한 공정 중 다수의 공정은 진공 환경이 제공되는 진공챔버에서 진행되고 있다.

이러한 진공챔버는 주로 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 두꺼운 판을 절삭 및 조립한 후, 용융 용접하여 제조되는데, 그 대표적인 예로는 "대한민국 등록특허 제 1049087 호"에 개시되어 있다.

"대한민국 등록특허 제 1049087 호"에서는 알루미늄으로 이루어진 수평부재와 수직부재에 단차를 형성하여 결합 시킨 후, 수평부재와 수직부재가 서로 맞물리는 이음매의 외부 및 내부를 용접봉을 이용하여 용접한 챔버가 개시되어 있다.

그런데, 전술한 "대한민국 등록특허 제 1049087 호"에 개시된 챔버는 작업자가 용접봉을 이용하여 수평부재와 수직부재의 이음매를 직접 용접하기 때문에 숙련된 작업자가 요구될 뿐만 아니라 용접부위 전체가 균일하게 용접되지 못하는 문제점이 있었다. 그리고 용접 시 집중적인 가열로 인해 왜곡이 발생하는 또 다른 문제점이 있었다.

한편, "대한민국 등록특허 제 1147789 호"에서는 제조하고자 하는 챔버에 대응하는 세라믹 주형을 제작하고, 세라믹 주형에 알루미늄합금 용탕을 주입하여 제조되는 챔버가 개시되어 있다.

그런데, 전술한 "대한민국 등록특허 제 1147789 호"에 개시된 챔버를 제작하기 위해서는, 우선 세라믹 주형을 제작하여야만 하기 때문에 챔버를 제조하기 위한 제조공정이 번거로울 뿐만 아니라 제조시간이 길어지고, 이에 따라 챔버를 생산하기 위한 생산비용이 과도하게 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 생산비용을 낮추면서 빠른 시간에 제조가 가능할 뿐만 아니라 용접부위가 균일하게 용접될 수 있는 진공챔버, 및 이러한 진공챔버를 제조할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 챔버를 구성하는 구성요소들을 마찰교반접합을 이용해 접합함으로써, 제조공정의 단순화로 제조시간의 단축 및 생산비용의 절감을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 접합부위에 대한 결함 발생을 현저히 낮출 수 있게 하는 챔버 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 챔버의 제조방법에 있어서, 수직한 사각 바(bar) 형상으로 제공되는 4개의 모서리부재와, 수직한 판 형상으로 제공되는 다수의 측벽부재를 준비하는 단계(S1); 각각의 모서리부재 및 각각의 측벽부재에 연결수단을 형성하는 단계(S2); 연결수단을 이용해 순차적으로 모서리부재와 측벽부재를 연결하면서 모서리부재와 측벽부재의 이음부를 마찰교반접합하여 내부가 중공되고 상부 및 하부가 열린 사각 벽체를 형성하는 단계(S3); 및 제조하고자 하는 챔버의 높이에 맞게 사각 벽체의 상부 및 하부를 절삭하는 단계(S4);를 포함한다.

구체적으로, 단계(S1)에서의 모서리부재는 마주하는 두 선분의 사이의 제 1 두께와 마주하는 또 다른 두 선분 사이의 제 2 두께는 같거나, 또는 다른 사각의 단면을 가지도록 준비된다.

그리고 모서리부재의 제 1 두께 및 제 2 두께는 측벽부재의 두께보다 두꺼운 두께를 가진다.

또한 단계(S1)에서 수직하게 연장되는 모서리부재의 길이는 측벽부재의 높이의 길이보다 긴 길이로 준비되며, 측벽부재의 높이의 길이는 챔버의 높이의 길이보다 긴 길이를 가지도록 준비된다.

구체적으로 단계(S2)에서 연결수단은, 모서리부재의 이웃한 두 측면 상에 모서리부재의 길이방향을 따라 침강되게 형성되면서 서로 대향하는 방향 측으로 개구를 형성하는 한 쌍의 연결홈; 각각의 연결홈의 상부 및 하부에서 마주하는 방향 측으로 돌출되게 연장되는 걸림턱; 및 측벽부재의 일단 및 타단에 인접한 상부 및 하부에 형성되는 걸림홈;으로 이루어진다.

여기서 한 쌍으로 형성되는 연결홈은 모서리부재의 길이 방향을 따라 서로 간섭되지 않게 다수개가 형성될 수 있다.

그리고 연결홈의 길이는 측벽부재의 높이의 길이와 동일한 길이로 형성되고, 연결홈의 침강 깊이는 측벽부재의 두께와 동일한 길이로 형성된다.

본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 챔버의 제조방법에 있어서, 수직한 사각 바(bar) 형상으로 제공되는 4개의 모서리부재와, 수직한 판 형상으로 제공되는 다수의 측벽부재, 및 수평한 판 형상으로 제공되는 1개의 바닥부재를 준비하는 단계(S1); 각각의 모서리부재 및 각각의 측벽부재에 연결수단을 형성하는 단계(S2); 연결수단을 이용해 순차적으로 모서리부재와 측벽부재를 연결하면서 모서리부재와 측벽부재의 이음부를 마찰교반접합하여 내부가 중공되고 상부 및 하부가 열린 사각 벽체를 형성하는 단계(S3); 제조하고자 하는 챔버의 높이에 맞게 사각 벽체의 상부 및 하부를 절삭하는 단계(S4); 및 사각 벽체의 하부에 바닥부재를 연결한 후, 사각 벽체와 바닥부재의 이음부를 마찰교반접합하여 바닥부를 형성하는 단계(S5);를 포함한다.

구체적으로, 단계(S1)에서의 모서리부재는 마주하는 두 선분의 사이의 제 1 두께와 마주하는 또 다른 두 선분 사이의 제 2 두께는 같거나, 또는 다른 사각의 단면을 가진다.

구체적으로, 단계(S2)에서 연결수단은, 모서리부재의 이웃한 두 측면 상에 모서리부재의 길이방향을 따라 침강되게 형성되면서 서로 대향하는 방향 측으로 개구를 형성하는 한 쌍의 연결홈; 각각의 연결홈의 상부 및 하부에서 마주하는 방향 측으로 돌출되게 연장되는 걸림턱; 및 측벽부재의 일단 및 타단에 인접한 상부 및 하부에 형성되는 걸림홈;으로 이루어진다.

구체적으로 단계(S5)에서는 사각 벽체의 하부 내측으로 배치된 모서리부재들의 하단 일부분을 측벽부재들의 내측면과 연이어지도록 바닥부재의 두께 만큼 깎아내고, 바닥부재를 사각 벽체의 하부 내측으로 안치시킨 상태 하에서 바닥부재와 사각 부재의 내측면이 이루는 이음부를 마찰교반접합을 이용해 가접합한 후, 바닥부재와 사각 벽체의 내측면이 이루는 이음부를 마찰교반접합을 이용해 본접합한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 마찰교반접합을 이용해 구성요소이 접합되어 챔버를 형성하기 때문에 구성요소의 이음부가 균일하게 접합될 뿐만 아니라 그로 인해 이음부(접합부위)에 대한 결함을 현저하게 낮출 수 있게 하는 이점이 있다.

또한 본 발명에 의하면, 모서리부재와 측벽부재에 연결수단을 형성함으로써, 모서리부재와 측벽부재에 대한 마찰교반접합 시 모서리부재와 측벽부재가 이루는 이음부가 마찰교반용 툴에 의해 벌어지는 것을 방지할 수 있게 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 선 Ⅰ-Ⅰ를 따라 도시된 단면도이며,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 챔버의 제조공정을 순차적으로 나타낸 공정도이고,
도 4는 도 3의 연결수단이 형성된 모서리부재와 측벽부재를 나타낸 사시도이며,
도 5는 도 3의 연결수단이 형성된 또 다른 모서리부재를 나타낸 사시도이고,
도 6a 내지 도 6g는 도 3에 도시된 사각 벽체를 형성하는 과정을 나타낸 도면이며,
도 7a 및 도 7b는 도 6a에 도시된 제 1 모서리부재와 제 1 측벽부재가 마찰교반접합되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버를 나타낸 도면이며,
도 9은 도 8의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 도시된 단면도이고,
도 10은 도 8에 도시된 챔버의 제조공정을 순차적으로 나타낸 공정도이며, 그리고
도 11a 내지 도 11c는 도 10에 도시된 사각 벽체에 바닥부를 형성하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 반도체 소자, 평판 디스플레이 패널, 및 태양전지 등을 제조하기 위한 공정 중에서 진공의 환경을 제공하는 진공챔버(Vacuum Chamber)의 챔버바디를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조되는 챔버바디(이하 "챔버"라 한다.)를 제공하려는 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버를 나타낸 도면으로서, 본 발명에 따른 챔버(100)는 내부가 중공되고 상부 및 하부가 열린 사각의 통 형상을 가진다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버(100)는 4개의 모서리부재(110)와, 4개의 측벽부재(120)를 포함한다.

모서리부재(110)는 제조하고자 하는 챔버(100)의 모서리부분을 형성하는 것으로, 모서리부재(110)는 수직하게 연장되는 사각의 바(bar) 형상으로 제공된다.

그리고 측벽부재(120)는 제조하고자 하는 챔버(100)의 벽 부분을 형성하는 것으로, 측벽부재(120)는 어느 하나의 모서리부재(110)와 이웃하게 배치되는 또 다른 모서리부재(110)를 연결할 수 있는 폭(W)을 가지는 수직한 판 형상으로 제공된다.

이때, 어느 하나의 측벽부재(120)의 일단면 및 타단면과 이어지는 내측면의 일측부분 및 타측부분은 모서리부재(110)들의 외측면에 맞대어지고, 모서리부재(110)와 측벽부재(120)가 맞대어져 이루는 이음부는 통상의 마찰교반접합(FSW; Friction Stir Welding)에 의해 접합된다.

즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버(100)를 구성하는 4개의 모서리부재(110)와 4개의 측벽부재(120)는 마찰교반접합에 의해 접합되어 내부가 중공되고 상부 및 하부가 열린 사각의 벽체, 즉 상부 및 하부가 열린 통 형상의 챔버(100)를 형성한다.

하기에는 전술한 바와 같이 형성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버(100)의 제조방법을 설명한다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 챔버의 제조공정을 순차적으로 나타낸 공정도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 마찰교반접합을 이용하여 내부가 중공되고 상부 및 하부가 열린 사각의 통 형상의 챔버(100)를 제조하기 위해서는, 우선 챔버(100)를 구성하는 구성요소(110, 120)들을 준비한다(단계 S1).

챔버(100)를 구성하는 구성요소(110, 120)들로는 4개의 모서리부재(110)와, 4개의 측벽부재(120)가 준비된다.

여기서 모서리부재(110)는 제조하고자 하는 챔버(100)의 모서리부분을 형성하는 것으로, 모서리부재(110)는 수직하게 연장되는 사각의 바(bar) 형상으로 제공된다. 그리고 측벽부재(120)는 제조하고자 하는 챔버(100)의 벽 부분을 형성하는 것으로, 측벽부재(120)는 어느 하나의 모서리부재(110)와 이웃하게 배치되는 또 다른 모서리부재(110)를 연결할 수 있는 폭(W)을 가지는 수직한 판 형상으로 제공된다.

이때, 준비되는 모서리부재(110)는 정사각의 단면 또는 직사각의 단면 중 어느 하나의 단면 형상을 가진다. 즉 모서리부재(110)는 평면에서 봤을 때 마주하는 두 선분들의 사이의 길이, 즉 제 1 두께(T1)와 마주하는 또 다른 두 선분들 사이의 길이, 즉 제 2 두께(T2)는 같거나, 또는 다른 길이를 가지도록 준비된다. 그리고 모서리부재(110)의 제 1 두께(T1) 및 제 2 두께(T2)는 측벽부재(120)의 두께(T3) 보다 두꺼운 두께를 가지도록 준비된다.

그리고 수직하게 연장된 모서리부재(110)의 길이(L1)는 측벽부재(120)의 높이의 길이(L2)보다 긴 길이를 가지도록 준비되며, 측벽부재(L2)의 높이의 길이(L2)는 제조하고자 하는 챔버(100)의 높이의 길이(L3)보다 긴 길이를 가지도록 준비된다.

여기서 모서리부재(110)의 길이(L1)가 측벽부재(120)의 높이의 길이(L2) 보다 긴 길이를 가지도록 준비되는 것은, 후술하는 공정(S2)에서 측벽부재(120)의 높이의 길이(L2)에 대응하는 연결홈(142)을 모서리부재(110)에 용이하게 형성하기 위해서 이며, 또한 모서리부재(110)의 길이(L1) 및 측벽부재(120)의 높이의 길이(L2)가 제조하고자 하는 챔버(100)의 높이의 길이(L3)보다 긴 길이를 가지도록 준비되는 것은, 후술하는 공정(S3)에서 모서리부재(110)와 측벽부재(120)의 마찰교반접합 시 접합 시작지점과 접합 종료지점에 발생하는 엔드홀을 기계가공을 통해 제거하기 위해서 이다.

한편, 준비되는 모서리부재(110) 및 측벽부재(120)는 각각 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 제조되어 준비되며, 모서리부재(110) 및 측벽부재(120)는 주조, 압출, 압연 및 단조 등과 같은 방법으로 제조될 수 있다.

전술한 바와 같이, 4개의 모서리부재(110) 및 4개의 측벽부재(120)가 준비되면(S1), 준비된 각각의 모서리부재(110) 및 측벽부재(120)에 연결수단(140)을 형성한다(단계 S2).

연결수단(140)은 통상의 기계가공에 의해 형성되는 것으로, 연결수단(140)은 모서리부재(110)에 형성되는 연결홈(142) 및 측벽부재(120)에 형성되는 걸림홈(144)으로 이루어진다.

연결홈(142)은 모서리부재(110)의 이웃한 두 측면에서 모서리부재(110)의 수직한 길이방향을 따라 침강되게 형성되고, 모서리부재(110)의 두 측면 상에 형성된 연결홈(142)들은 서로 대향하는 방향 측으로 개구(146)를 형성한다. 그리고 각각의 연결홈(142)의 상부 및 하부에는 마주하는 방향 측으로 돌출되게 한 쌍의 걸림턱(143)이 형성된다. 즉 모서리부재(110)를 연결홈(142)이 형성된 측면에서 봤을 때 연결홈(142)은 대략 더브테일 홈 형상을 가지도록 형성된다.

한편, 걸림홈(144)은 연결홈(142)에 형성된 한 쌍의 걸림턱(143)에 걸쳐질 수 있도록 측벽부재(120)의 일단에 인접한 상부 및 하부와 타단에 인접한 상부 및 하부에 각각 한 쌍으로 형성된다.

이와 같이 형성된 연결수단(140)은 후술하는 공정(S3), 즉 마찰교반접합 시 모서리부재(110)와 측벽부재(120)가 맞대어지도록 연결시킴과 동시에 고속으로 회전하면서 진행하는 마찰교반용 툴(T; tool)에 의해 접합 중인 모서리부재(110)와 측벽부재(120)의 이음부가 벌어지는 것을 방지한다.

이때 모서리부재(110)의 수직한 길이방향을 따라 형성된 연결홈(142)의 길이(L4)는 전술한 바와 같이 측벽부재(120)의 높이의 길이(L2)와 동일한 길이로 제공된다. 그리고 연결홈(142)의 침강 깊이(T4)는 측벽부재(120)의 두께(T3)와 동일한 길이로 제공된다.

여기서 연결홈(110)의 길이(L4)를 측벽부재(120)의 높이의 길이(L2)와 동일한 길이를 가지도록 형성하는 것은, 후술하는 공정(S3)에서 측벽부재(120)의 일단면 및 타단면과 이어지는 내측면의 일측부분 및 타측부분이 흔들림없이 연결하기 위해서 이며, 또한 연결홈(142)의 침강 깊이(T4)를 측벽부재(120)의 두께(T3)와 동일한 길이를 가지도록 형성하는 것은, 마찰교반접합 시 마찰교반용 툴(T; tool)이 모서리부재(110)의 표면과 측벽부재(120)의 표면을 동시에 마찰시킬 수 있게 하기 위해서이다.

한편, 전술한 바와 같이 모서리부재(110)의 이웃한 두 측면 상에 한 쌍으로 형성되는 연결홈(142)은 도 5에 도시된 바와 같이 다수개가 모서리부재(110)의 길이방향을 따라 서로 간섭되지 않게 형성될 수 있는데, 이렇게 한 쌍으로 형성되는 연결홈(142)의 모서리부재(110)의 길이방향을 따라 다수개가 형성되면 측벽부재(120)들도 연결홈(142)에 대응하도록 다수개가 준비된다.

전술한 바와 같이 각각의 모서리부재(110)와 각각의 측벽부재(120)에 연결수단(140)의 가공이 완료되면(S2), 모서리부재(110)들과 측벽부재(120)들을 마찰교반접합을 이용해 접합하여 사각 벽체를 형성한다(단계 S3).

사각의 벽체는 순차적으로 모서리부재(110)와 측벽부재(120)를 연결수단(140)을 통해 연결시키고, 서로 연결된 모서리부재(110)와 측벽부재(120)가 이루는 이음부를 마찰교반접합을 이용해 접합함으로써 형성된다.

하기에는 사각 벽체의 형성과정을 도 6a 내지 도 6g를 참조하여 설명한다. 또한 하기에는 한 쌍의 연결홈(142)만이 형성된 모서리부재(110)를 이용한 사각 벽체의 형성과정을 설명한다.

여기서 편의 상 모서리부재(110)는 제 1 내지 제 4 모서리부재(110a, 110b, 110c, 110d)로 구분하고, 마찬가지로 측벽부재(120)는 제 1 내지 제 4 측벽부재(120a, 120b, 120c, 120d)로 구분하여 설명한다.

사각 벽체를 형성하기 위해서는 우선, 제 1 모서리부재(110a)에 형성된 어느 하나의 연결홈(142a)에 제 1 측벽부재(120a)의 일단과 이어지는 내측면 일측부분에 형성된 걸림홈(144)이 걸림턱(143)에 걸쳐지도록 연결시킨 상태 하에서 연결홈(142a)과 제 1 측벽부재(120a)의 일단 측이 이루는 이음부를 마찰교반접합을 이용해 접합시킨다(도 6a 참조).

제 1 모서리부재(110a)의 어느 하나의 연결홈(142a)과 제 1 측벽부재(120a)의 일단 측이 이루는 이음부가 접합되면 제 1 측벽부재(120a)의 타단 측은 연결홈(142a)의 개구(146a)를 통해 연장된 형상을 가진다. 다음으로 제 1 측벽부재(120a)의 타단과 이어지는 내측면 타측부분을 제 2 모서리부재(110b)의 어느 하나의 연결홈(142b)에 연결시킨 상태 하에서 제 1 측벽부재(120a)의 타단 측과 제 2 모서리부재(110b)의 어느 하나의 연결홈(142b)이 이루는 이음부를 마찰교반접합을 이용해 접합시킨다(도 6b 참조).

이렇게 제 1 모서리부재(110a) 및 제 2 모서리부재(110b) 사이에 제 1 측벽부재(120a)가 접합되면, 다시 제 2 모서리부재(110b)의 또 다른 연결홈(142b)에 제 2 측벽부재(120b)의 일단 측을 연결시킨 상태 하에서 그 이음부를 마찰교반접합을 이용해 접합시킨 후(도 6c 참조), 제 2 측벽부재(120b)의 타단 측을 제 3 모서리부재(110c)의 어느 하나의 연결홈(142c)에 연결시킨 상태 하에서 그 이음부를 마찰교반접합을 이용해 접합시킨다(도 6d 참조).

전술한 바와 같이 제 1, 제 2, 및 제 3 모서리부재(110a, 110b, 110c)에 제 1, 및 제 2 측벽부재(120a, 120b)가 접합되면, 다시 제 3 모서리부재(110c)의 또 다른 연결홈(도시되지 않음)에 제 3 측벽부재(120c)의 일단 측을 연결시킨 후 그 이음부를 마찰교반접합을 이용해 접합시키고(도 6e 참조), 제 3 측벽부재(120c)의 타단 측을 제 4 모서리부재(110d)의 어느 하나의 연결홈(142d)에 연결시킨 상태 하에서 그 이음부를 마찰교반접합을 이용해 접합시킨다(도 6f 참조).

이렇게 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 모서리부재(110a, 110b, 110c, 110d)에 제 1, 제 2, 및 제 3 측벽부재(120a, 120b, 120c)가 접합되면, 제 4 측벽부재(120d)의 일단 측 및 타단 측을 각각 제 4 모서리부재(110d)의 또 다른 연결홈(142d) 및 제 1 모서리부재(110a)의 또 다른 연결홈(도시되지 않음)에 연결시킨 후, 제 4 측벽부재(120d)의 일단 측과 제 4 모서리부재(110d)의 또 다른 연결홈(142d)이 이루는 이음부, 및 제 4 측벽부재(120d)의 타단 측과 제 1 모서리부재(110a)의 또 다른 연결홈(도시되지 않음)이 이루는 이음부를 순차적으로 마찰교반접합을 이용해 접합시켜 사각 벽체의 형성을 완료한다(도 6g 참조).

여기서 각각의 이음부에 대한 마찰교반접합은 마찰교반용 툴(T)을 이음부 내부로 삽입시킨 상태 하에서 마찰교반용 툴(T)을 이음부를 따라 진행시킴으로써 접합되는데, 마찰교반용 툴(T)은 도 7a 및 도 7b에 도시된 이점쇄선과 같이 이음부를 따라 진행하면서 모서리부재(110a, 110b, 110c, 110d)와 측벽부재(120a, 120b, 120c, 120d)들이 이루는 이음부를 접합시킨다. 즉 고속으로 회전하면서 이음부의 접합 시작지점에 삽입된 마찰교반용 툴(T)은 이음부를 따라 접합 종료지점까지 진행하는데, 이때 회전하면서 진행하는 마찰교반용 툴(T)에 의해 이음부에서는 마찰열이 발생하고, 마찰열과 마찰교반용 툴(T)이 가하는 압력에 의해 연화된 이음부에서는 소성유동이 일어나고, 이러한 소성유동에 의해 교반 작용이 활성화되어 서로 맞대어지도록 연결된 모서리부재(110a)와 측벽부재(120a)는 융점 이하에서 고상 접합된다.

전술한 사각 벽체의 형성단계(S3)에서는 연결수단(140)이 형성된 모서리부재(110)들 및 측벽부재(120)를 이용하여 사각 벽체의 형성과정을 설명하였지만, 모서리부재(110) 및 측벽부재(120)에 연결수단(140)을 형성해 가면서 사각 벽체를 형성할 수 있음을 누구나 알 수 있을 것이다.

이와 같이 모서리부재(110)들과 측벽부재(120)들을 접합하여 사각 벽체가 형성되면(S3), 다음으로 제조하고자 하는 챔버(100)의 높이(L3)에 맞게 사각 벽체의 상부 및 하부를 절삭한다(단계 S4).

사각 벽체의 상부 및 하부에 대한 절삭은 통상의 기계가공을 통해 이루어지며, 이렇게 사각 벽체의 상부 및 하부를 절삭함에 따라 마찰교반접합 시 접합 시작지점 및 접합 종료지점에 생성되는 엔드홀은 제거되면서 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버(100)가 제조된다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버를 나타낸 도면으로서, 본 발명에 따른 챔버(200)는 내부가 중공되고 하부는 폐쇄되며 상부는 열린 사각의 통 형상을 가진다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버(200)는 제 1 실시예와 동일한 4개의 모서리부재(110)와, 제 1 실시예와 동일한 4개의 측벽부재(120)를 포함한다. 그리고 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버(200)는 1개의 바닥부재(210)를 더 포함한다. 여기서 모서리부재(110)와 측벽부재(120)는 제 1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

바닥부재(210)는 제조하고자 하는 챔버(200)의 바닥부분을 형성하는 것으로, 바닥부재(210)는 수평한 판 형상으로 제공된다.

이때, 바닥부재(210)는 4개의 모서리부재(110)와 4개의 측벽부재(120)가 접합되어 형성된 사각 벽체의 하부에 맞대어지고, 사각 벽체의 하부와 바닥부재(210)가 맞대어져 이루는 이음부는 통상의 마찰교반접합(FSW; Friction Stir Welding)에 의해 접합된다.

즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버(200)를 구성하는 4개의 모서리부재(110)와, 4개의 측벽부재(120), 그리고 바닥부재(210)는 마찰교반접합에 의해 접합되어 내부가 중공되고 하부는 폐쇄되며 상부는 열린 사각의 통 형상의 챔버(200)를 형성한다.

하기에는 전술한 바와 같이 형성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버(200)의 제조방법을 설명한다.

도 10은 도 8에 도시된 챔버의 제조공정을 순차적으로 나타낸 공정도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 마찰교반접합을 이용하여 내부가 중공되고 하부는 폐쇄되며 상부는 열린 챔버(200)를 제조하기 위해서는, 우선 본 발명의 제 1 실시예에 따른 챔버(100)의 제조방법과 동일한 공정(단계 S1, 단계 S2, 단계 S3, 단계 S4)을 거친다. 여기서 전술한 공정, 즉 단계 S1, 단계 S2, 단계 S3, 및 단계 S4는 제 1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이 단계(S4)가 완료되면, 사각 벽체에 바닥부재(210)를 마찰교반접합을 이용해 접합하여 바닥부를 형성해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버(200)의 제조를 완료한다(단계 S5).

바닥부는 사각 벽체의 하부에 바닥부재(210)를 연결시키고, 바닥부재(210)와 사각 벽체가 이루는 이음부를 마찰교반접합을 이용해 접합함으로써 형성된다.

바닥부재(210)는 단계(S1)에서 준비되는 것이 바람직하며, 바닥부재(210)의 두께(T5)는 측벽부재(120)의 두께(T3)와 동일하거나, 또는 다른 두께로 제공될 수 있다.

하기에는 바닥부의 형성과정을 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 설명한다.

바닥부를 형성하기 위해서는 우선, 사각 벽체의 하부 내측으로 배치된 모서리부재(110)들의 하단 일부분을 측벽부재(120)들의 내측면과 연어지도록 깎아냄과 동시에 준비된 바닥부재(210)의 두께(T5) 만큼 깎아낸 후(도 11a 참조), 바닥부재(210)를 사각 벽체의 하부 내측으로 안치시킨 상태 하에서 바닥부재(210)와 사각 벽체의 내측면이 이루는 이음부를 따라 소정의 간격으로 이격되게 가접합시킨 후(도 11b 참조), 바닥부재(210)와 사각 벽체의 내측면이 이루는 이음부를 본접합시켜 바닥부의 형성을 완료한다(도 11c 참조).

여기서 바닥부재(210) 및 사각 벽체의 내측면이 이루는 이음부에 대한 가접합은 통상의 마찰교반접합이 이용되는데, 가접합은 본접합을 실시하기 전에 바닥부재(210)와 사각 벽체의 내측면을 고정하고 이음부에 대한 접합을 견고하게하기 위해서 실시되는 것으로, 가접합은 마찰교반용 툴(T)을 이음부에 삽입시킨 후 그대로 빼내는 것에 의해 이루어진다.

그리고 본접합 또한 통상의 마찰교반접합이 이용되는데, 본접합은 마찰교반용 툴(T)을 가접합된 바닥부재(210) 및 사각 벽체의 내측면이 이루는 이음부에 삽입시킨 상태 하에서 마찰교반용 툴(T)을 이음부를 따라 진행시킴으로써 이루어진다.

이와 같이 형성된 본 발명의 제 1, 및 제 2 실시예에 의하면, 마찰교반접합을 이용해 구성요소(110, 120, 210)이 접합되어 챔버(100, 200)를 형성하기 때문에 구성요소(110, 120, 210)의 이음부가 균일하게 접합될 뿐만 아니라 그로 인해 이음부(접합부위)에 대한 결함을 현저하게 낮출 수 있게 한다.

또한 본 발명의 제 1, 및 제 2 실시예에 의하면, 모서리부재(110)와 측벽부재(120)에 연결수단(140)을 형성함으로써, 모서리부재(110)와 측벽부재(120)에 대한 마찰교반접합 시 모서리부재(110)와 측벽부재(120)가 이루는 이음부가 마찰교반용 툴(T)에 의해 벌어지는 것을 방지할 수 있게 한다.

상기와 같은 챔버 및 이의 제조방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100, 200 : 챔버 110 : 모서리부재
120 : 측벽부재 140 : 연결수단
142 : 연결홈 143 : 걸림턱
144 : 걸림홈 210 : 바닥부재

Claims

챔버의 제조방법에 있어서,
수직한 사각 바(bar) 형상으로 제공되는 4개의 모서리부재와, 수직한 판 형상으로 제공되는 다수의 측벽부재를 준비하는 단계(S1);
각각의 상기 모서리부재 및 각각의 상기 측벽부재에 연결수단을 형성하는 단계(S2);
상기 연결수단을 이용해 순차적으로 상기 모서리부재와 상기 측벽부재를 연결하면서 상기 모서리부재와 상기 측벽부재의 이음부를 마찰교반접합하여 내부가 중공되고 상부 및 하부가 열린 사각 벽체를 형성하는 단계(S3); 및
제조하고자 하는 상기 챔버의 높이에 맞게 상기 사각 벽체의 상부 및 하부를 절삭하는 단계(S4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계(S1)에서의 상기 모서리부재는 마주하는 두 선분의 사이의 제 1 두께와 마주하는 또 다른 두 선분 사이의 제 2 두께는 같거나, 또는 다른 사각의 단면을 가지도록 준비되는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 모서리부재의 상기 제 1 두께 및 상기 제 2 두께는 상기 측벽부재의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계(S1)에서 수직하게 연장되는 상기 모서리부재의 길이는 상기 측벽부재의 높이의 길이보다 긴 길이로 준비되며,
상기 측벽부재의 높이의 길이는 상기 챔버의 높이의 길이보다 긴 길이를 가지도록 준비되는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계(S2)에서 연결수단은,
상기 모서리부재의 이웃한 두 측면 상에 상기 모서리부재의 길이방향을 따라 침강되게 형성되면서 서로 대향하는 방향 측으로 개구를 형성하는 한 쌍의 연결홈;
각각의 상기 연결홈의 상부 및 하부에서 마주하는 방향 측으로 돌출되게 연장되는 걸림턱; 및
상기 측벽부재의 일단 및 타단에 인접한 상부 및 하부에 형성되는 걸림홈;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
한 쌍으로 형성되는 상기 연결홈은 상기 모서리부재의 길이 방향을 따라 서로 간섭되지 않게 다수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 연결홈의 길이는 상기 측벽부재의 높이의 길이와 동일한 길이로 형성되고, 상기 연결홈의 침강 깊이는 상기 측벽부재의 두께와 동일한 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 1 또는 청구항 7 중 어느 하나의 항의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로하는 챔버.
챔버의 제조방법에 있어서,
수직한 사각 바(bar) 형상으로 제공되는 4개의 모서리부재와, 수직한 판 형상으로 제공되는 다수의 측벽부재, 및 수평한 판 형상으로 제공되는 1개의 바닥부재를 준비하는 단계(S1);
각각의 상기 모서리부재 및 각각의 상기 측벽부재에 연결수단을 형성하는 단계(S2);
상기 연결수단을 이용해 순차적으로 상기 모서리부재와 상기 측벽부재를 연결하면서 상기 모서리부재와 상기 측벽부재의 이음부를 마찰교반접합하여 내부가 중공되고 상부 및 하부가 열린 사각 벽체를 형성하는 단계(S3);
제조하고자 하는 상기 챔버의 높이에 맞게 상기 사각 벽체의 상부 및 하부를 절삭하는 단계(S4); 및
상기 사각 벽체의 하부에 상기 바닥부재를 연결한 후, 상기 사각 벽체와 상기 바닥부재의 이음부를 마찰교반접합하여 바닥부를 형성하는 단계(S5);를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 단계(S1)에서의 상기 모서리부재는 마주하는 두 선분의 사이의 제 1 두께와 마주하는 또 다른 두 선분 사이의 제 2 두께는 같거나, 또는 다른 사각의 단면을 가지도록 준비되는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 모서리부재의 상기 제 1 두께 및 상기 제 2 두께는 상기 측벽부재의 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 단계(S1)에서 수직하게 연장되는 상기 모서리부재의 길이는 상기 측벽부재의 높이의 길이보다 긴 길이로 준비되며,
상기 측벽부재의 높이의 길이는 상기 챔버의 높이의 길이보다 긴 길이를 가지도록 준비되는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 단계(S2)에서 연결수단은,
상기 모서리부재의 이웃한 두 측면 상에 상기 모서리부재의 길이방향을 따라 침강되게 형성되면서 서로 대향하는 방향 측으로 개구를 형성하는 한 쌍의 연결홈;
각각의 상기 연결홈의 상부 및 하부에서 마주하는 방향 측으로 돌출되게 연장되는 걸림턱; 및
상기 측벽부재의 일단 및 타단에 인접한 상부 및 하부에 형성되는 걸림홈;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 13에 있어서,
한 쌍으로 형성되는 상기 연결홈은 상기 모서리부재의 길이 방향을 따라 서로 간섭되지 않게 다수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 연결홈의 길이는 상기 측벽부재의 높이의 길이와 동일한 길이로 형성되고, 상기 연결홈의 침강 깊이는 상기 측벽부재의 두께와 동일한 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 단계(S5)에서는 상기 사각 벽체의 하부 내측으로 배치된 상기 모서리부재들의 하단 일부분을 상기 측벽부재들의 내측면과 연이어지도록 상기 바닥부재의 두께 만큼 깎아내고, 상기 바닥부재를 상기 사각 벽체의 하부 내측으로 안치시킨 상태 하에서 상기 바닥부재와 상기 사각 부재의 내측면이 이루는 이음부를 마찰교반접합을 이용해 가접합한 후, 상기 바닥부재와 상기 사각 벽체의 내측면이 이루는 이음부를 마찰교반접합을 이용해 본접합하는 것을 특징으로 하는 챔버의 제조방법.
청구항 9 또는 청구항 16 중 어느 하나의 항의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로하는 챔버.