TWI701404B - 用於具有摩擦攪拌焊接接頭之真空密封的封塞元件 - Google Patents

Abstract

一種用於真空閥之具有一閥盤(31)的封塞元件，其藉由與用於一處理體積之真空閥的真空閥口交互作用來實現處理體積之氣密封塞，其中該閥盤(31)包括一封塞側端(34)及與該封塞側端大致平行之一對立設置後側(33)，及一第一密封面(35)，該第一密封面被分派至封塞側端(34)且與真空閥口之一第二密封面特別地關於形狀與尺寸相對應，具有固化於其上之密封材料(36)，其中該第二密封面環繞真空閥口伸展，以及一橫托座(40)，該橫托座具有用於一驅動組件之一接收裝置，關於該橫托座之一延伸方向呈橫向，其中橫托座(40)在至少一接頭點處於閥盤(31)之後側(33)上連接至閥盤(31)。橫托座(40)與閥盤(31)在該至少一接頭點處之接頭包括一摩擦攪拌焊接接頭。

Description

用於具有摩擦攪拌焊接接頭之真空密封的封塞元件

本發明關於一種依據申請專利範圍第1項及第10項前言之用於真空閥的封塞元件、以及具有閥盤及緊扣至該閥盤之橫托座的此類閥，及關於一種依據申請專利範圍第11項之生產閥盤與橫托座之間接頭的方法，以及關於一種依據申請專利範圍第12項之藉該方法生產之產品。

一般而言，先前技藝中已知真空閥之不同具體實施例，此等真空閥用於大致氣密封塞一流動路徑，其中該流動路徑延展通過形成於一閥外殼中之一開口。

特別地在積體電路及半導體製造之範疇中使用真空閘閥，此製造需在一保護環境中進行，在該環境中可能不存在污染微粒子。例如，在半導體晶圓或液晶基板生產之領域中，高度敏感之半導體元件或液晶元件相繼地運行通過數個處理室，位於處理室內之半導體基板，將在每一該等處理室中藉由一處理裝置進行處理。在於處理室內進行處理程序、與從處理室到處理室之輸運二者期間，高度敏感之半導體元件必須總是位於保護環境中、特別地在真空中。

該等處理室譬如藉由連接通路而相互連接，該等處理室可能藉由真空閘閥而開啟，以將部件從每一處理室輸送至下一個，且接著以氣密方式閉合該等處理室，以執行各別之生產步驟。此類閥基於上述之應用範疇而亦被稱作真空輸送閥，且基於其矩形 開口剖面而被稱作矩形閘閥。

除此以外，當使用輸送閥來生產高度敏感之半導體元件時，特別地因閥之動作、及因閥封塞構件上之機械負荷所致的粒子生成，以及閥室中之自由粒子數量，需保持儘可能低。粒子生成主要起因於譬如金屬對金屬接觸所產生之摩擦、及起因於磨損。

根據各別之驅動技術，特別地在亦被稱作閥滑件或矩形滑件之閘閥、與鐘擺閥(pendulum valves)之間存有差異，而先前技藝中大多數情況下皆以二步驟實施閉合及開啟。在一步驟中，一閥封塞構件、特別地一封塞盤，在譬如美國專利案第US 6,416,037號(Geiser)或美國專利案第6,056,266號(Blecha)中所揭示特別地呈L型之一閘閥情況下，係依一線性方式大致平行於滑座滑動越過一開口，或在譬如美國專利第US 6,089,537號(Olmsted)中所揭示之一鐘擺閥情況下係關於一樞軸樞轉越過開口，而如此不致在封塞盤與閥外殼之閥座之間發生任何接觸。在第二步驟中，封塞盤經由其封塞側端而被壓至閥外殼之閥座上，以依氣密方式閉合開口。可譬如藉由被配置於該封塞盤之封塞側端上、且被壓至環繞開口伸展之閥座上的一密封件、或者藉由該封塞盤之封塞側端所壓抵之閥座上的一密封環來實施密封。該密封件、特別地該密封環可被固持於一溝槽中、及/或可被固化於其上。

譬如在美國專利案第US 6,629,682 B2號(Duelli)之先前技藝中揭示不同的密封裝置。用於真空閥情況下之密封環及密封件的適當材料係譬如氟化橡膠、亦稱作FKM，特別地為以商標Viton®為名之螢石彈性體、以及簡稱為FFKM之經氟化橡膠。

上述之二階段運動，其中封塞構件起初橫向地滑行越過開口而無密封件與閥座之間的任何接觸、且該封塞構件接著被大致垂直地壓該閥座上、結合可能依一精確方式控制流動的優點尤其在於，幾乎僅僅垂直地壓該密封件，而在該密封件上無任何橫向或縱向負荷。為此，可使用能夠達成封塞構件L型運動之單一驅動器， 或者譬如為二線性驅動器、或一線性與一擴充驅動器之複數個驅動器。

此外，已知閘閥中之閉合與密封動作確實可藉由單一線性運動實施，但密封幾何將完全避免在密封件上的剪力負荷。此類閥係譬如由瑞士Haag之VAT Vakuumventile AG所生產的輸送閥，其以產品名稱「MONOVAT系列02及03」為名，且發展成矩形插閥(insert valve)。此類閥之作動的設計與方法係在譬如美國專利案第US 4,809,950號(Geiser)及美國專利案第US 4,881,717號(Geiser)中描述。

該處描述之閥具有在其外殼中之一密封面，當沿閥貫穿開口之軸線方向觀看時，該密封面具有多個部份，該等部份一個接一個地設置、且藉由連續延伸曲率而匯入多個平坦密封面部份中，該等平坦密封面部朝外延伸至側端，該單部件密封面之虛母線(imaginary generatrices)係與該閥貫穿開口之軸線平行設置，然而該單部件密封面包括數個部份。

日本專利案第JP 6241344號(Buriiida Fuuberuto)中顯示，用於可藉由線性運動閉合之此類輸送閥的適當驅動器。該處描述之驅動器具有偏心安裝之搖桿，其用於推桿之線性位移，其中封塞構件被安裝於該等推桿上。

以上列舉型式之閥的普遍具體實施例中，封塞構件與閥驅動器藉由至少一調整臂、特別地一推桿或閥桿而連接。如此，剛性調整臂經由其某一末端而剛性地連接至封塞構件，且經由其另一末端剛性地連接至閥驅動器。在大多數閥之情況下，閥盤係藉由螺絲接頭而連接到至少一推桿。

瑞士專利案第CH 699 258 B1號描述一真空閥，其具有一封塞盤及至少一推桿，該封塞盤中形成至少一桿件接收裝置，該封塞盤藉由該推桿之一連接部而以可移除式安裝於該至少一推桿上，該推桿之連接部嚙合於該桿件接收裝置中。該桿件接收裝置被 實現為一盲孔(blind hole)，該推桿經由其連接部而插入該盲孔中。該封塞盤包括一夾持元件，該夾持元件以可調整式凸入該盲孔中，且被實現為在該封塞盤與該連接部之間具有一夾持接頭，該夾持接頭可基於調整該夾持元件而釋放。一密封粒子之密封環被配置於該盲孔與該推桿之間，以防止藉該夾持接頭生成之粒子漏出該盲孔，基此可使閥構件中藉材料摩擦所導致之有害粒子保持低數量，且可能有能力以快速且便利之方式將封塞盤與至少一推桿組立及拆卸。

德國專利案第DE 10 2008 061 315 B4號描述一閥盤藉由一橫托座而在一閥桿上之懸置(suspension)，該橫托座相關於該閥桿橫向地延伸。該橫托座在一中心接頭點處特別地藉由一螺釘而連接至該閥桿，且在位於該中心接頭點二側上之至少二側向接頭點處特別地藉由一螺絲接頭而連接至該閥盤。在該橫托座之包含該中心接頭點的一中心部、及連接於該中心接頭點二側上的多個部份中，該橫托座係與該閥盤間隔。藉由該簡單實現之懸置，可能基於該橫托座之扭轉，而達成該閥盤關於該閥桿而關於一樞軸之譬如1°範圍內的某一特定樞轉，該樞軸係與該閥桿夾直角。結果，可達成簡單的實現。可較佳地實質上依單件式、特別地完全由金屬實現該橫托座。

美國專利案第US 6 471 181 B2號描述一相似懸置。連接至閥桿之一橫托座包含一第一板，該第一板包括一錐形開口，用於接收閥桿之末端，該閥桿末端係以螺絲連接至該第一板。多個彈性支承塊被安裝於閥桿之中心接頭點的二側上，該等彈性支承塊之側端上安裝有第二板，該等側端與該第一板對立設置，該等第二板各以螺絲連接至閥盤。藉由該等彈性支承塊，可能關於與閥桿夾直角之一軸線呈傾斜，以達成閥盤之密封件更均勻地壓抵閥座。

美國專利案第US 2008/0066811 A1號描述一真空閥，其中一閥盤連接至第一與第二橫托座。此等橫托座藉由連接構件而連接至該閥盤。此等連接構件包括連接臂，此等連接臂在二側上從 一接頭點沿該橫托座之縱向方向延伸至該橫托座且在末端處連接至一共同連接部，該共同連接部沿該橫托座之縱向方向延伸且在沿該橫托座縱向方向之數個點處間隔地以螺絲連接於該閥盤上。結果，在該橫托座之縱向方向上達成更均勻之力傳遞。

此等具體實施例共同者在於，各別閥盤藉由數個螺絲接頭而連接至對應之橫托座，此等螺絲接頭特別地亦出現於真空區域內。

真空區域內之螺絲接頭，將因該螺絲接頭之螺紋的某些特定部件，依一幾乎氣密方式與其餘周圍環境呈封閉，而當閥內部排氣、及結果排氣後部份仍餘留在螺紋中之氣體將緩慢漏出且污染閥內部時，隱藏所謂實質內真空洩漏之風險。為此，先前技藝中設計，導入螺紋部中之連接管道及連接槽，因此螺紋將通風。結果，排氣期間無氣體能夠保持於螺紋中。

換言之，在真空閥情況下刻意採取措施，藉由特別地以通風孔口使內氣體區域通風、及結果該等內氣體區域連接真空區域，來避免此等內氣體區域，其中該等內氣體區域可能位於一真空閥之真空區域內且由真空區域圍繞。在螺絲接頭之情況下，這可藉由前述之連接管道或連接槽、亦或者一螺絲中孔口實施。

在真空閥情況下，已知將該刻意螺紋通風用於真空區域內之螺絲接頭，且已將該刻意螺紋通風用於市場上的閥樣式中。

然而已顯示，該螺紋通風將因螺紋內生成呈微粒子型式微小摩擦粒子而屬不佳，其中刻意設計該螺紋通風，以尤其在藉由螺絲接頭而連接之部件之間存有需求、或無用最小相對運動的情況下，避免實質內真空洩漏，該等微粒子經由通風管道或通風槽漏出且污染閥內部。此類粒子不僅可在螺紋中、且亦在螺絲之其他接觸點處生成。這尤其在金屬螺紋時如此。結果將負面影響製程。然而，在習知真空區域中之螺絲接頭的情況下，螺紋部件之相對運動呈小尺寸，使得迄今已將粒子生成視為可忽略。

然而，在某些特定型式之接頭下，螺紋中之相對運動將無可避免。此類螺紋中之相對運動、及結果之粒子生成，可特別地在德國專利案第DE 10 2008 061 315 B4號中揭示之前述型式閥的情況下發生。在該閥之情況下，橫托座特意地彈性變形，以達成關於虛樞軸(imaginary pivot axis)之樞轉運動。

一般而言，真空閥之真空區域內的螺絲接頭，隱藏有生成呈微粒狀無用、有害於製程之摩擦粒子的風險，其中微粒子係因螺紋之間的相對運動產生。

因此，本發明之目的係提供一種用於真空閥之封塞元件、或一種真空閥，其具有一機械耦接第二組件、特別地一橫托座，真空區域內生成之摩擦粒子得以避免或保持低量。

藉由實現申請專利範圍獨立項之特徵來達成該目的。可在申請專利範圍附屬項中發現，以另一選擇或較優方式進一步發展本發明之特徵。

本發明之基本構想係提供一種用於緊扣橫托座於真空閥之閥盤上的焊接接頭以取代螺絲接頭，該焊接接頭係呈一摩擦攪拌焊接接頭(FSW=friction stir welding)型式之一特殊接頭。由於材料能夠在各別熔點以下轉變、且結果對產出部件之結構要求可大部份保持未減損，及由於相對較小量或無材料磨損發生，因此該接頭中不再進一步需要任何其他焊接材料，使該方法特別基於此而屬較優者。此外，可依此方式生產之接頭非常耐用且具彈性。特別地，基於避免接頭區域中之粒子殘餘物，如此可達成關於真空區域內可能污染物源的明顯改良。

本發明關於一種用於真空閥之具有閥盤的封塞元件，其藉由與用於一處理體積(process volume)之該真空閥的一真空閥口交互作用來實現該處理體積之氣密封塞。該閥盤具有一封塞側端(特別地面對該處理體積)、及與該封塞側端大致平行之一對立設 置後側，以及一第一密封面，該第一密封面被分派至該封塞側端且與該真空閥口之一第二密封面特別地關於形狀與尺寸相對應，特別地具有固化於其上之密封材料，其中該第二密封面環繞該真空閥口伸展。該密封元件附帶地具有一橫托座，該橫托座具有用於譬如一閥桿等一驅動組件之一接收裝置，關於該橫托座之一延伸方向呈橫向，其中該橫托座在至少一接頭點處於該閥盤之後側上連接至該閥盤。

該橫托座係如已舉例說明者，用於連接一驅動桿、及/或用於穩定(預壓(pre-stress))該閥盤。

依據本發明，該橫托座與該閥盤在該至少一接頭點處之接頭包括一摩擦攪拌焊接接頭。

為此目的，該摩擦攪拌焊接接頭係基於依一大致(純粹)垂直方式(關於該閥盤、或該橫托座之表面大致正交)導引一焊接工具，使該工具造成該橫托座、及該閥盤之材料可變形(塑化)。

依據一具體實施例，該封塞元件具有超過一個接頭點，亦即在該橫托座與該閥盤之間實現一接頭的多個點。因此，該橫托座較佳地藉由二接頭點而連接至該閥盤之後側，該二接頭各藉由一摩擦攪拌焊接接頭實現。

依據又一具體實施例，該橫托座包括該用於驅動組件之接收裝置，其中心位於該橫托座上，該二接頭點譬如水平地配置在相對於該接收裝置之二側端上。

該摩擦攪拌焊接接頭可特別地自該閥盤之封塞表面的側端、或從該橫托座之頂面起形成。一凹陷保留於各側端上之工件上，一對應之摩擦攪拌焊接工具將由此而得定位來製作接頭。

該摩擦攪拌焊接工具、譬如自一肩部凸出之一銷特別地關於該閥盤之一延伸方向呈正交(關於該封塞側端或後側之表面呈正交)、或者關於該橫托座之一延伸方向呈正交地運動。在這種情況下，衝頭(工具)在旋轉的同時壓至該盤或該橫托座之材料中、或 上，使其材料(可變形)塑化。基於朝該方向進一步移動(推動)該工具，亦將到達第二組件且將其材料塑化。基於該工具之連續旋轉，使塑化狀態下之二組件的材料互相攪拌在一起，而因此建立一材料鍵結(material bond)。接著，從該封塞元件朝相反方向移除該工具。該材料鍵結、即焊接接頭將被保持。

依據接頭期望之尺寸或需求之穩定性，可在待連接之材料已處於塑化狀態的同時，譬如以一圓形或螺旋運動來導引整個工具。結果，能夠生成一相對較大區域，其中存在由二材料產生之一材料鍵結。

依據一特定具體實施例，在該至少一接頭點處，該封塞元件包括一凹陷，該凹陷大致平行於一軸線延伸，該軸線關於一平面呈正交，該平面係藉該後側或封塞側端之形狀或表面界定者。

該凹陷之開口特別地存在於該橫托座之側端上。在該實現中，已在該橫托座之側端上生成該摩擦攪拌焊接接頭。如此，該閥盤之封塞側端的表面不包括任何結構修飾。

依據又一具體實施例，在該封塞側端上，該封塞元件可包括一凹陷，該凹陷被分派至該至少一連接部件，該凹陷大致平行於該軸線延伸。換言之，該凹陷開向(open toward)該封塞側端。

依據本發明之一具體實施例，該凹陷在該軸線之方向上延伸跨越一既定深度，該深度大於該接頭點處之該橫托座或該閥盤的材料厚度。倘該凹陷開向該閥盤，則該凹陷之深度大於在該點處該盤之厚度。倘該凹陷開向該橫托座，則該凹陷之深度大於在該點處該橫托座之厚度。

特別地，該凹陷形成於該橫托座之側端上，使該凹陷恰延伸通過該橫托座且凸入該閥盤中。

另一選擇，該凹陷形成於該閥盤之側端上，使該凹陷恰延伸通過該閥盤且凸入該橫托座中。

基於以上二變型，將依期望之方式生成該橫托座與該 閥盤之材料的攪拌，亦即，使得二組件之部份已塑化且連接。

依據本發明之一具體實施例，藉該橫托座與該閥盤之材料的間歇性塑化所建立之一材料鍵結係在該接頭點處之一轉變區域中出現，其中該轉變區域係在該接頭點處藉一部份界定，該部份係沿著該軸線經由該橫托座與該閥盤之一接觸點延伸。

該摩擦攪拌焊接接頭可附帶地在該閥盤與該橫托座之間、亦即沿連接工具(譬如，旋轉銷)移入或壓入待連接組件之材料中以製作接頭的一方向上，提供一均質材料轉變。特別地在這種情形下，二部件之間將生成且提供一無縫接頭。

本發明亦關於一種用於一處理體積之氣密封塞的真空閥，該真空閥具有一閥外殼及一閥盤，該閥外殼包括一真空閥口、及環繞該真空閥口伸展之一閥座，且包括一第二密封面，及該閥盤用於以一第一密封面大致氣密閉合該真空閥口，該第一密封面與該第二密封面相對應。該真空閥附帶地包括一橫托座，該橫托座具有用於一驅動組件(譬如，閥桿)之一接收構件，其關於該橫托座之一延伸方向呈橫向，其中該橫托座在至少一接頭點處於該閥盤之一後側上連接至該閥盤。此外，該真空閥具有一驅動單元，該驅動單元藉由該接收裝置而與該橫托座耦接，且該驅動單元被實現為使該閥盤可從一開啟位置特別地至少大致沿一幾何縱向軸線在一縱向關閉方向上調整至一閉合位置，且返回原處，其中在該開啟位置時，該閥盤釋放該真空閥口，而在該閉合位置時，該閥盤之第一密封面被壓至該第二密封面上且依一大致氣密方式閉合該真空閥口。特別地，基於該閥盤大致沿一幾何橫向軸線運動之能力，可沿一橫向關閉方向將該閥盤調整至一中間位置且返回原處，其中該幾何橫向軸線係與該縱向軸線夾直角地延伸，及在該中間位置時，該閥盤覆蓋該真空閥口且該閥盤之一封塞側端位於與該閥座對立間隔之一位置中。

依據本發明，在該至少一接頭點處之該橫托座與該閥 盤之間的接頭包括一摩擦攪拌焊接接頭，特別地其中一封塞元件係依據任何一以上方法實現者，該封塞元件包括該閥盤及該橫托座。

附帶地，本發明關於一種用於生產真空閥之具有橫托座的封塞元件的方法，具有一實體第一部件、及一同樣結構第二部件，其中該第一部件與該第二部件各具體實施一閥盤或該橫托座。因此，該第一部件具體實施該封塞元件之閥盤、及該第二部件具體實施該封塞元件之橫托座，或反之亦然。

一接合工具配備有該第一部件及該第二部件。將該已配備之接合工具導入一接合機中、特別地一焊接機中、特別地一加工工具(machine tool)(處理中心(processing center))或一銑床中、特別地一摩擦攪拌焊接機中。基於該接合機、與該第一部件及第二部件之間之交互作用，在該橫托座與該閥盤之間製成一摩擦攪拌焊接接頭。

例如，可製作呈譬如一銷型式之一摩擦攪拌焊接工具，以藉由機器而旋轉。接著將該銷壓至在期望接頭點處之封塞元件的一側端上。繼續在待連接部件之材料厚度方向上移動該工具，直到材料塑化已定型於或出現在該二組件接頭點處且材料互相攪拌在一起為止。一旦該工具已移除且接合已冷卻，結果即出現一永久材料鍵結。

換言之，該二組件之接合特別地如下實現：該接合機包括一連接工具、特別地一銷，該銷係自一肩部凸出，藉由該接合機使該連接工具環繞一線性運動軸線、特別地偏心環繞該連接工具之一縱向軸線旋轉，且將該旋轉連接工具沿該運動軸線深入壓至該第一部件中，使得該連接工具在該運動軸線之方向上穿過該第一部件之厚度，且該連接工具穿透入該第二部件之本體中。

依據一具體實施例，當該第一部件之材料及該第二部件之材料處於一可塑性變形狀態時，將關於該運動軸線呈正交地沿一既定軌跡、特別地在關於該運動軸線呈正交之一平面中依一圓形 或螺旋方式導引該連接工具。可基於此類正交運動(相對於具體實施該連接工具之銷的縱向軸線呈正交)，可靠地製成該二部件(閥盤與橫托座)之間的一無縫接頭。無縫對真空技術(關於避免粒子)中之組件及應用特別有利。

此外，本發明關於一種基於執行上述方法所獲致之封塞元件，特別地其中一封塞元件係依據本發明者。

以下將經由圖式中概略顯示之具體示範具體實施例，以純粹示範方式，更詳細地說明依據本發明之方法及依據本發明之裝置，亦討論本發明之其他進一步優點。詳細之圖式如下。

1‧‧‧真空閥

2‧‧‧閥盤/封塞構件

3‧‧‧後側

4‧‧‧封塞側端

6‧‧‧盲孔

7‧‧‧調整臂

8‧‧‧調整軸線

9‧‧‧螺釘

10‧‧‧封塞元件

12‧‧‧閥緊扣孔洞

13‧‧‧壁

14‧‧‧驅動單元

18‧‧‧樞軸

20‧‧‧橫托座

21‧‧‧接收裝置

22‧‧‧對立孔口

23‧‧‧接頭點

24‧‧‧中心部

30‧‧‧封塞元件

31‧‧‧閥盤

32‧‧‧接頭點

33‧‧‧後側

34‧‧‧封塞側端

35‧‧‧密封面

36‧‧‧密封材料

37‧‧‧結構邊界

38‧‧‧區域

39‧‧‧箭頭

40‧‧‧橫托座

50‧‧‧封塞元件

51‧‧‧閥盤

52‧‧‧橫托座

53‧‧‧接頭點

55‧‧‧摩擦攪拌焊接接頭

56‧‧‧(連接)工具

60‧‧‧封塞元件

61‧‧‧閥盤

62‧‧‧橫托座

65‧‧‧餘留凹陷

70‧‧‧封塞元件

71‧‧‧閥盤

72‧‧‧橫托座

73‧‧‧接頭點

81‧‧‧閥盤

82‧‧‧橫托座

86‧‧‧(連接)工具/銷

87‧‧‧軌跡

87’‧‧‧軌跡

88‧‧‧起點/終點

第1a圖至第1b圖顯示依據先前技藝之一封塞元件及一真空閥的一具體實施例。

第2圖顯示依據本發明之一封塞元件的部份；第3圖顯示通過被連接至一橫托座之一閥盤接頭點的一剖視圖；第4a圖至第4b圖各顯示依據本發明之一封塞元件處於一分離狀態、與在一摩擦攪拌焊接接頭後出現之一連接狀態下的剖視圖；第5圖顯示依據本發明之一封塞元件部份的進一步具體實施例；第6圖顯示一封塞元件之進一步具體實施例，該封塞元件具有依據本發明之一橫托座，該橫托座安裝於一閥盤上；第7圖顯示一接合方法，用於將一閥盤連接至依據本發明之一橫托座；及第8a圖至第8b圖顯示軌跡，其依據本發明，導引用於製作依據本發明之一摩擦攪拌焊接接頭的一連接工具。

第1a圖及第1b圖顯示呈先前技術之一具體實施例型 式的一封塞構件2(閥盤)、及一調整臂7結合一橫托座20。關於一調整軸線8橫向地延伸之橫托座20係在一接頭點21處連接至調整臂7。該接頭點21包括一螺釘9，該螺釘被導引通過橫托座20中之一圓柱形對立孔口22及一貫通孔，且以形成於一盲孔6中之一螺紋而嚙合於調整臂7上。

橫托座20在位於中心接頭點21二側上之二側向接頭點23處，連接至封塞構件2而位於封塞構件2之後側3上，該後側係與封塞面4對立設置。該等側向接頭點23各包括一螺釘9，該等螺釘各被導引通過形成於橫托座20中、具有一圓柱形對立孔口之一貫通孔，且與形成於封塞構件2之後側3上、在一盲孔中之螺紋嚙合。結果，橫托座20在概念上形成一封塞元件10之一第一組件，且封塞構件2在概念上形成該封塞元件之一第二組件。

一中心部24包含中心接頭點21、及連接至該中心接頭點二側上之複數個部份20，且在側向接頭點23之間延伸。橫托座20位於相距後側3之一既定間隔處。換言之，橫托座20被配置成在中心部24中位於與後側3相距一間隔處，且在該區域中不與封塞構件2接觸。換言之，橫托座20橫跨封塞構件2之後側3，且僅僅在側向接頭點23之區域中擱置(rests on)於封塞構件2之後側3上。

由金屬實現成單一部件之橫托座20係有彈性地實現，使得因橫托座20相對於調整臂7之扭轉，封塞構件2將可關於一樞軸18樞轉，該樞軸與調整軸線8夾直角，且與一閥口及閥座平行延伸。

真空閥1附帶地包括在壁13中之二閥緊扣孔洞(valve fastening holes)12，藉此能夠將壁13安裝於一組件上、特別地一真空室上，其中該壁係與一驅動單元14之外殼耦接。該緊扣亦可藉由一螺釘接頭達成。

第2圖顯示依據本發明之一封塞元件30的部份。封塞元件30包括一閥盤31、及連接至閥盤31後側33之一橫托座40。閥盤 31與橫托座40之間的接頭係藉由一摩擦攪拌焊接接頭提供。在此顯示一接頭點32，其為封塞元件30總數二個接頭點之範例。

已從閥盤31封塞側端34之側端生成該摩擦攪拌焊接接頭，以使橫托座40不致包括凡是在該接頭點處之任何凹陷或相似搥擊面(striking surface)特徵。可結合第3圖取得詳細圖示。

第3圖顯示通過與橫托座40連接之閥盤31之接頭點的剖視圖。虛線37圖示出結構邊界，其在連接動作前出現於已與閥盤31分離之橫托座40之間。

當藉由摩擦攪拌焊接接合方法來連接二部件(橫托座40與閥盤31)時，一旋轉銷或衝頭沿所示箭頭39之方向以一大壓力量壓至封塞側端34上。結果，起初僅對閥盤31之在此較佳地為金屬或一金屬合金的材料在生熱(build-up of heat)下塑化、即從固態變化成可變形或可流動狀態。該旋轉衝頭朝箭頭39之方向進一步運動或推壓，直到導致橫托座40之材料接著亦在該接頭點之區域中塑化為止。結果，橫托座40之材料及閥盤31之材料二者因此皆以一可塑性變形方式呈現。

基於摩擦攪拌工具(銷、衝頭等)之旋轉運動，呈現該可塑狀態之二部件的材料係相互攪拌在一起。結果，在二區域83中建立材料之間的一接頭。該操作典型地在低於該二材料熔點之溫度下實施。如此，附帶有利地係在此情況下製成一高靜態與動態接頭，且不產生任何材料濺潑或煙霧。亦無需譬如焊線等任何額外焊接材料。

一旦已移除該摩擦攪拌工具，則從封塞側端34在該接頭點處延伸越過閥盤31整個厚度且凸入橫托座40中的一凹陷，如圖式顯示者仍保持在原處。橫托座40結果將緊扣至閥盤31之後側33。

已可將一凹陷設於閥盤31在該封塞側端上之接頭點處，以使待塑化之材料的主要部份不致延伸越過閥盤31之整個厚度，但仍足以製成在該等部件之間的一耐用接頭。

該封塞元件附帶地包括一密封材料36，該密封材料已固化於一密封面35上。密封面35及密封材料36在封塞側端34之側上環繞閥盤31伸展。

第4a圖與第4b圖各顯示依據本發明之一封塞元件50的剖視圖，首先處於一分離狀態(第4a圖)，且接著處於在一摩擦攪拌焊接接頭後所呈現出之一連接狀態(第4b圖)。

可在第4a圖中看出，在連接一橫托座52與一閥盤51前，該橫托座52如何相對於該閥盤51定位。一凹陷係由該橫托座之一對應的對立件依一適當方式嚙合，且設於閥盤51在後側之側端上的所需接頭點53處。換言之，橫托座52之接頭件與閥盤51之凹陷係被發展成他們可依一大致精確配合方式連接。

如圖式所示，在該閥盤51與橫托座52之間具有鬆接頭之情況下，譬如一銷之一旋轉摩擦攪拌焊接工具56朝箭頭之方向運動至閥盤51封塞側端之側端上的凹陷中。工具56被壓至該凹陷之表面上，以生熱將閥盤51之材料塑化。藉由朝該箭頭方向進一步移動工具56，橫托座52之材料之後亦將因此變得可變形。工具56之旋轉在此情形下恆將橫托座52之材料與該閥盤之材料徹底混合或攪拌。當已達到所需程度之塑化及攪拌時，工具56之旋轉運動將停止，且該工具將自封塞元件50對立於該箭頭方向移出。

基於該連接操作，將製成具有一摩擦攪拌焊接接頭55之封塞元件50，如第4b圖中所示，其中該摩擦攪拌焊接接頭係將橫托座52連接至閥盤51。對比於先前技藝中所揭露之橫托座52與閥盤51之間的接頭，如此不致譬如因磨損而在此接頭生成任何接頭點污染，且無需譬如焊線或螺釘之其他材料來製作此接頭。結果，此類接頭高度適合於應用在真空或高真空等級中。

第5圖顯示依據本發明之一封塞元件60之部份的一具體實施例。在此情形下，在橫托座62之側端上生成出現於橫托座62與閥盤61之間的摩擦攪拌焊接接頭。可看出橫托座62中之一餘留凹 陷65，該餘留凹陷係起因於一摩擦攪拌焊接工具與該橫托座頂面之間的交互作用。

在此情形下，閥盤61之封塞側端仍保持不被表面之結構變化所影響。

本發明顯然並非以一特定型式真空閥、或其封塞元件為限，而包含達成真空密封之所有此類物件、特別地與該閥盤或驅動機構之類型獨立無關。是以，譬如包含在一細長形閥盤上具有一橫托座之一封塞元件，其與在一圓形閥盤上具有此類橫托座者等義。

可能如已述及者，藉由一螺釘實現將一驅動桿緊扣於該橫托座上，然而亦可基於其他永久或可鬆開接合方法達成一替代選擇。亦可能依一整合一體方式實現一驅動桿與一橫托座。

第6圖顯示一封塞元件70之又一具體實施例，該封塞元件具有依據本發明之一橫托座72，該橫托座安裝於一閥盤71上。

在此情形下，整合一體地實現橫托座72，以可藉由橫托座72實現與一驅動單元之一直接連接，來使閥盤71運動(在一真空閥中)。橫托座72結果已包括能夠連接至該驅動單元而作為一加長元件(譬如，作為一閥桿)之一驅動組件。如此，可省略譬如藉由一額外螺釘接頭來額外地安裝一閥桿至橫托座72上。結果，可減少或完全避免此類在閥系統中之潛在污染源。

藉由譬如第4b圖中所顯示與描述之摩擦攪拌焊接接頭實現橫托座72與閥盤71之間的接頭73。如此，甚至對圖式所顯示之一圓形閥盤71，仍儘可能廣泛地避免接頭73區域中之污染粒子源。

第7圖顯示一接合方法，其用於將一閥盤81連接至如同譬如第6圖所示者之依據本發明的一橫托座82。

使閥盤81之接頭點運動，以與橫托座82之對應接頭點的位置相配。結果，首先該二組件之間將在該二接頭點處鬆接觸(loose contact)。該二部件將藉由一適當接合工具(未顯示)而相互固持，且將防止在後續焊接操作期間之一可能材料流動。

一銷86具體實施一用於製作該摩擦攪拌焊接接頭之連接工具，該銷被製成為關於其縱向軸線旋轉，且朝該接頭點之方向運動。如此，銷86不包括如依據先前技藝之此類焊接方法情況下、其他通常用於固定二組件及/或固持塑化材料之任何肩部。

銷86首先在接頭點處被壓入閥盤81、或閥盤81之材料中。在此情形下，該點處之材料將基於最終造成之生熱而塑化，同時銷86將被進一步壓入本體中。

在塑化及穿透可能為製作閥盤81之閥盤材料後，銷86將被進一步壓入橫托座82之材料中，該材料亦將因此而塑化。基於銷86之旋轉運動，此等材料(當該二組件之材料呈一糊狀或塑化、即可塑性變形狀態時)將徹底混合，且結果將製成一材料鍵結。

為此目的，可在相關於銷86之縱向軸線呈橫向(譬如，正交)之一平面中，沿某些特定軌跡導引銷86。如此可達成待接合材料之改良混合、及/或擴大之接合區域。可依一有利方式達成該二組件之間的一改良貫穿焊接(through-weld)、及因此一均質材料轉變。明確地，結果可能依一保證方式製成該等部件之間的一無縫接頭。

第8a圖與第8b圖顯示此類軌跡87、87’作為範例。第8a圖顯示呈一蝸線(spiral)型式之一封閉軌跡87。銷86之中心位於起點/終點88處，且當旋轉時被壓入材料中。銷86接著在水平平面中沿87所示之路線運動，如此將攪拌此等材料，以產生此等元件之間的一無縫材料轉變。

第8b圖顯示另一選擇路徑87’，其亦呈封閉，且當藉銷86運行通過該路徑時，能夠製成一無縫組件接頭。

顯示出之圖式，顯然僅顯示可能之示範具體實施例的概略圖示。依據本發明，不同的方法能夠互相結合、且與先前技藝中在真空條件下密封處理體積之方法及裝置結合。

31‧‧‧閥盤

33‧‧‧後側

34‧‧‧封塞側端

35‧‧‧密封面

36‧‧‧密封材料

37‧‧‧結構邊界

38‧‧‧區域

39‧‧‧箭頭

40‧‧‧橫托座

Claims (15)

1. 一種用於一真空閥(1)之封塞元件(30，50，60，70)，其具有：一閥盤(2，31，51，61，71，81)，藉由與用於一處理體積之該真空閥(1)的一真空閥口交互作用來實現該處理體積之氣密封塞，其中該閥盤(2，31，51，61，71，81)包括一封塞側端(4，34)、及與該封塞側端大致平行之一對立設置(situated)後側(3，33)，及一第一密封面(35)，該第一密封面被分派至該封塞側端(4，34)且與該真空閥口之一第二密封面特別地關於形狀與尺寸相對應，特別地具有固化於其上之密封材料(36)，其中該第二密封面環繞該真空閥口伸展，及一橫托座(cross carrier)(20，40，52，62，72，82)，特別地具有用於一驅動組件之一接收裝置(21)，關於該橫托座之一延伸方向呈橫向，其中該橫托座(20，40，52，62，72，82)在至少一接頭點(connection point)(23，32，53，73)處於該閥盤(2，31，51，61，71，81)之該後側(3，33)上連接至該閥盤(2，31，51，61，71，81)，其特徵在於該橫托座(20，40，52，62，72，82)與該閥盤(2，31，51，61，71，81)在該至少一接頭點(23，32，53，73)處之接頭包括一摩擦攪拌焊接接頭(friction stir welding connection)(55)，藉此，在該接頭之區域中之污染粒子源係被避免。
2. 如申請專利範圍第1項所述之封塞元件(30，50，60，70)，其中，該橫托座(20，40，52，62，72，82)在二接頭點(23，32，53，73)處連接至該閥盤(2，31，51，61，71，81)之該後側，其中該二接頭之每一者各皆藉由一摩擦攪拌焊接接頭(55)實現。
3. 如申請專利範圍第2項所述之封塞元件(30，50，60，70)，其中，該接收裝置(21)配置或形成為中心位於該橫托座(20，40，52，62) 上，且該二接頭點(23，32，53)水平地配置在相對於該接收裝置(21)之二側端上。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之封塞元件(30，50，60，70)，其中，在該至少一接頭點(23，32，53，73)處，該橫托座(20，40，52，62，72，82)包括一凹陷，該凹陷大致平行於一軸線延伸，該軸線關於一平面呈正交，該平面係藉該後側(3，33)或該封塞側端(4，43)之形狀及/或表面界定者。
5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之封塞元件(30，50，60，70)，其中，在該封塞側端(4，34)上，該閥盤(2，31，51，61，71，81)包括一凹陷，該凹陷被分派至該至少一接頭點(23，32，53，73)，其中該凹陷大致平行於一軸線延伸，該軸線關於一平面呈正交，該平面係藉該後側(3，33)或該封塞側端(4，43)之形狀及/或表面界定者。
6. 如申請專利範圍第4項所述之封塞元件(30，50，60，70)，其中，該凹陷在該軸線之方向上延伸跨越一既定深度，其中該深度大於該接頭點(23，32，53，73)處之該橫托座(20，40，52，62，72，82)或該閥盤(2，31，51，61，71，81)的材料厚度。
7. 如申請專利範圍第4項所述之封塞元件(30，50，60，70)，其中，該橫托座(20，40，52，62，72，82)之該凹陷形成為使該凹陷恰延伸通過該橫托座(20，40，52，62，72，82)且凸入該閥盤(2，31，51，61，71，81)中。
8. 如申請專利範圍第4項所述之封塞元件(30，50，60，70)，其中，該閥盤(2，31，51，61，71，81)之該凹陷形成為使該凹陷恰延伸通過該閥盤(2，31，51，61，71，81)且凸入該橫托座(20，40，52，62，72，82)中。
9. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之封塞元件(30，50，60，70)，其中，藉該橫托座(20，40，52，62，72，82)與該閥盤(2，31，51，61，71，81)之材料的間歇性塑化(intermittent plasticizing)所建立之一材料鍵結係在該接頭點(23，32，53，73)處之一轉變區域中出現，其中該轉變區域係在該接頭點(23，32，53，73)處藉一部份界定，該部份係沿著該軸線經由該橫托座(20，40，52，62，72，82)與該閥盤(2，31，51，61，71，81)之一接觸點延伸。
10. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之封塞元件(30，50，60，70)，其中，該摩擦攪拌焊接接頭(55)在該閥盤(2，31，51，61，71，81)與該橫托座(20，40，52，62，72，82)之間具體實施一均質材料轉變，特別地其中存在一無縫(gap-free)接頭(55)。
11. 一種用於一處理體積之氣密封塞的真空閥(1)，該真空閥具有一閥外殼，其包括一真空閥口、及環繞該真空閥口伸展之一閥座，且包括一第二密封面，一閥盤(2，31，51，61，71，81)，用於以一第一密封面大致氣密閉合該真空閥口，該第一密封面與該第二密封面相對應，一橫托座(20，40，52，62，72，82)，特別地具有用於一驅動組件之一接收構件，關於該橫托座(20，40，52，62，72，82)之一延伸方向呈橫向，其中該橫托座在至少一接頭點(23，32，53，73)處於該閥盤(2，31，51，61，71，81)之一後側(3，33)上連接至該閥盤(2，31，51，61，71，81)，一驅動單元，特別地藉由該接收裝置而與該橫托座(20，40，52，62，72，82)耦接，該驅動單元被實現為使該閥盤(2，31，51，61，71，81)可調整，從該閥盤釋放該真空閥口之一開啟位置，到該閥盤(2，31，51，61，71，81)之該第一密封面被壓至該第二密封面上且依一大致氣密方式閉合該真空閥口的一閉合位置， 且返回原處，特別地至少大致沿一幾何縱向軸線在一縱向關閉方向上達成，特別地，基於該閥盤(2，31，51，61，71，81)大致沿一幾何橫向軸線運動之能力，沿一橫向關閉方向至一中間位置且返回原處，其中該幾何橫向軸線係與該縱向軸線夾直角地延伸，及在該中間位置時，該閥盤(2，31，51，61，71，81)覆蓋該真空閥口且該閥盤之一封塞側端位於與該閥座對立間隔之一位置中，其特徵在於，在該至少一接頭點(23，32，53，73)處之該橫托座(20，40，52，62，72，82)與該閥盤(2，31，51，61，71，81)之間的接頭包括一摩擦攪拌焊接接頭(55)，藉此，在該接頭之區域中之污染粒子源係被避免，特別地其中一封塞元件(30，50，60，70)係如申請專利範圍第1項至第10項中任一項實現者，該封塞元件包括該閥盤(2，31，51，61，71，81)及該橫托座(20，40，52，62，72，82)。
12. 一種用於生產一真空閥之具有一橫托座(20，40，52，62，72，82)的封塞元件(30，50，60，70)的方法，具有一實體(physical)第一部件，及一實體第二部件，其中該第一部件與該第二部件具體實施一閥盤(2，31，51，61，71，81)與該橫托座(20，40，52，62，72，82)，及其中一接合工具配備有該第一部件及該第二部件，將已配備之該接合工具導入一接合機中、特別地一焊接機中、特別地一摩擦攪拌焊接機中，及基於該接合機、與該第一部件及該第二部件之間之交互作用，在該橫托座(20，40，52，62，72，82)與該閥盤(2，31，51，61，71，81)之間製成一摩擦攪拌焊接接頭。
13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該接合機包括一連接工具(56，86)、特別地一銷(56)，該銷係自一肩部凸出，藉由該接合機使該連接工具(56，86)環繞一線性運動軸線、特別地偏心環繞該連接工具(56，86)之一縱向軸線旋轉，及將該旋轉的連接工具(56，86)沿該運動軸線深入壓至該第一部件中，使得該連接工具(56，86)在該運動軸線之方向上穿過該第一部件之厚度，及該連接工具(56，86)穿透入該第二部件之本體中。
14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，當該第一部件之材料及該第二部件之材料處於一可塑性變形狀態時，關於該運動軸線呈正交地沿一既定軌跡(87，87’)、特別地在關於該運動軸線呈正交之一平面中依一圓形或螺旋方式導引該連接工具(56，86)。
15. 一種基於執行如申請專利範圍第12項至第14項中任一項所述之方法所獲致之封塞元件(30，50，60，70)，特別地其中建立一如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述之封塞元件(30，50，60)。

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