JP2000071090A - Vacuum chamber and its manufacturing method - Google Patents
Vacuum chamber and its manufacturing methodInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造設備に
おいて使用されるカセットチャンバ及びトランスファチ
ャンバ等の真空チャンバ及びその製造方法に関し、特
に、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金を総称してアルミニウム材
という）製の押出材、圧延材、鍛造材等を構成部材とし
て使用することができる真空チャンバ及びその製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum chamber such as a cassette chamber and a transfer chamber used in a semiconductor manufacturing facility and a method of manufacturing the same, and more particularly, to aluminum or an aluminum alloy (hereinafter, aluminum or aluminum alloy). The present invention relates to a vacuum chamber in which an extruded material, a rolled material, a forged material or the like made of aluminum material can be used as a constituent member, and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種の従来の真空チャンバの製造方法
としては、圧延又は鍛造により製造したアルミニウム材
の厚板又は鋳造品からチャンバを直接削り出す方法、ア
ルミニウム材の板材を組み合わせて溶融溶接する方法、
アルミニウム材の板材を組み合わせてろう付けする方法
（特開平７−２５１０５８号公報）、及びろう材を接合
部に挿入してレーザ又は電子ビーム溶接する方法（特開
平９−１９４２４号公報）等がある。また、従来の真空
チャンバ用アルミニウム材としては、ＪＩＳ６０００系
合金又は５０００系合金が使用され、厚さが２０ｍｍ以
上の板材が使用されている。2. Description of the Related Art As a conventional method of manufacturing a vacuum chamber of this type, a method of directly shaving a chamber from a thick plate or casting of an aluminum material manufactured by rolling or forging, and a method of melting and welding a combination of aluminum materials. Method,
There is a method of brazing by combining aluminum plates (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-251058), a method of inserting a brazing material into a joint and performing laser or electron beam welding (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-19424), and the like. . As a conventional aluminum material for a vacuum chamber, a JIS 6000 alloy or a 5000 alloy is used, and a plate material having a thickness of 20 mm or more is used.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の真空チャンバの製造方法には、以下に示す問題点が
ある。厚板又は鋳造品から削り出すことにより真空チャ
ンバを製造する方法においては、大型チャンバを製造す
る場合に、材料費及び切削加工費が高くつき、材料の無
駄が多く、製造コストが極めて高くなる。また、鋳造品
又は加工率（圧下率又は鍛造比）が低い厚板を使用した
場合には、鋳造時の引け巣、ブローホール等の欠陥が残
存しやすく、これらの欠陥部からガスが発生して必要な
真空度が得られなくなるため、組み立てた真空チャンバ
の検査に多大な時間を要し、歩留も低下しやすくなると
いう問題点がある。However, the conventional method for manufacturing a vacuum chamber has the following problems. In a method of manufacturing a vacuum chamber by shaving from a thick plate or a casting, when manufacturing a large chamber, material costs and cutting costs are high, waste of material is large, and manufacturing costs are extremely high. In addition, when a cast product or a thick plate with a low processing rate (reduction ratio or forging ratio) is used, defects such as shrinkage cavities and blow holes during casting tend to remain, and gas is generated from these defective portions. As a result, a required degree of vacuum cannot be obtained, so that it takes a lot of time to inspect the assembled vacuum chamber, and there is a problem that the yield tends to be reduced.
【０００４】また、アルミニウム材の板材を溶融溶接に
より溶接して真空チャンバを組み立てる方法において
は、その溶接金属部に、引け巣、ピンホール、ブローホ
ール及びミクロシュリンケージ等の溶接欠陥が生じやす
いという難点がある。このため、その溶接条件を極めて
厳格に管理する必要があり、又はこのような欠陥が生じ
た場合には、これを真空チャンバとして使用したとき
に、欠陥部からガスが発生して必要な真空度が得られな
いため、廃棄せざるを得ず、製造コストが高くなる。ま
た、この溶融溶接部の組織は鋳造組織であり、その密度
が母材に比して低いという難点がある。更に、溶接の際
に周辺部が溶接熱により高温に曝されるため、部材に歪
みが生じて寸法精度が悪化する。Further, in the method of assembling a vacuum chamber by welding an aluminum plate material by fusion welding, welding defects such as shrinkage cavities, pinholes, blowholes, and microshrinkage tend to occur in the weld metal portion. There are difficulties. For this reason, it is necessary to control the welding conditions very strictly, or when such a defect occurs, when this is used as a vacuum chamber, gas is generated from the defect and the required degree of vacuum is reduced. Therefore, it is necessary to dispose it, and the production cost is increased. Further, the structure of the fusion-welded portion is a cast structure, and has a disadvantage that its density is lower than that of the base material. Furthermore, since the peripheral portion is exposed to a high temperature due to welding heat at the time of welding, the member is distorted, and the dimensional accuracy is deteriorated.
【０００５】一方、アルミニウム材をろう付けにより組
み立てる場合は、大型チャンバを製造しようとすると、
大型の加熱炉が必要になり、製造が困難であると共に、
製造コストを増大させてしまう。On the other hand, when an aluminum material is assembled by brazing, a large chamber must be manufactured.
A large heating furnace is required, making it difficult to manufacture,
Manufacturing costs increase.
【０００６】更に、レーザ又は電子ビーム溶接により真
空チャンバを製造する方法においては、設備が大がかり
なものとなり、製造コストが増大する。Further, in the method of manufacturing a vacuum chamber by laser or electron beam welding, the equipment becomes large-scale, and the manufacturing cost increases.
【０００７】なお、本願出願人は、アルミニウム材から
なる部材を、摩擦撹拌接合することにより真空チャンバ
を製造する方法を既に提案した（特願平１０−１０６６
００号、特願平１０−１０６６２８号、特願平１０−１
０６６３５号、特願平１０−１０６６５３号）。この摩
擦撹拌接合方法は、部分間の接合界面に治具を挿入し、
この治具を回転させて治具と部材との間に摩擦熱を発生
させ、この摩擦熱により部材同士を接合しようとするも
のであり、熱間の固相接合である。この摩擦撹拌接合方
法によりアルミニウム材同士を接合して真空チャンバを
製造する場合は、上述の欠陥が発生せず、また接合部の
組織は再結晶組織であり、その密度が高く、母材と同等
の密度を有している。The present applicant has already proposed a method of manufacturing a vacuum chamber by friction stir welding of members made of aluminum (Japanese Patent Application No. 10-1066).
00, Japanese Patent Application No. 10-106628, Japanese Patent Application No. 10-1
No. 06635, Japanese Patent Application No. 10-106653). In this friction stir welding method, a jig is inserted into the joint interface between the parts,
The jig is rotated to generate frictional heat between the jig and the member, and the members are to be joined to each other by the frictional heat. When a vacuum chamber is manufactured by joining aluminum materials by this friction stir welding method, the above-mentioned defects do not occur, and the structure of the joined portion is a recrystallized structure, its density is high, and it is equivalent to the base material. Having a density of
【０００８】しかし、この摩擦撹拌接合方法では接合で
きる部材の厚さ、即ち、接合部の深さが小さく、アルミ
ニウム材の厚さは高々１５ｍｍである。従って、部材の
厚さが２０ｍｍを超えるような真空チャンバの場合に
は、この摩擦固相接合により製造することができなかっ
た。However, in this friction stir welding method, the thickness of the members that can be joined, that is, the depth of the joining portion is small, and the thickness of the aluminum material is at most 15 mm. Therefore, in the case of a vacuum chamber in which the thickness of the member exceeds 20 mm, it cannot be manufactured by the friction solid-phase welding.
【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、厚さが２０ｍｍを超えるような厚肉のアル
ミニウム又はアルミニウム合金部材を構成部材とする場
合にも、引け巣、ピンホール、ブローホール及びミクロ
シュリンケージ等の欠陥が発生せず、製造コストが低
く、大型の製品の製造も容易である真空チャンバ及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. Even when a thick aluminum or aluminum alloy member having a thickness exceeding 20 mm is used as a constituent member, a shrinkage cavity, a pinhole, An object of the present invention is to provide a vacuum chamber and a method for manufacturing the same, which do not generate defects such as blowholes and microshrinkage, have low manufacturing costs, and are easy to manufacture large-sized products.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明に係る真空チャン
バは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の複数個の
部材を溶接により接合して組み立てられた真空チャンバ
において、前記部材は、その少なくとも一部の接合部に
て、部材の厚さ方向のチャンバ内面側の第１部分が相互
に当接され、チャンバ外面側の第２部分は相互に離隔す
るように開先が形成されたものであり、前記第１部分は
摩擦撹拌接合により接合されており、前記第２部分は溶
融接合により接合されていることを特徴とする。A vacuum chamber according to the present invention is a vacuum chamber assembled by joining a plurality of members made of aluminum or aluminum alloy by welding, wherein the members are joined at least partially. The first portion on the inner surface side of the chamber in the thickness direction of the member is in contact with each other, and the second portion on the outer surface side of the chamber is formed with a groove so as to be separated from each other; One part is joined by friction stir welding, and the second part is joined by fusion joining.
【００１１】この真空チャンバにおいて、前記第１部分
の部材厚さ方向の長さは、３乃至３５ｍｍであることが
好ましい。また、前記第１部分の接合部の再結晶粒度が
２０μｍ以下であることが好ましく、前記第１部分の接
合部の密度は前記部材の密度の０．９０倍以上であるこ
とが好ましい。In this vacuum chamber, the length of the first portion in the thickness direction of the member is preferably 3 to 35 mm. Preferably, the recrystallized grain size of the joint of the first portion is 20 μm or less, and the density of the joint of the first portion is 0.90 times or more the density of the member.
【００１２】本発明の真空チャンバとしては、前記部材
がいずれも断面がコ字形をなし、その両先端部で接合さ
れて筒状をなすカセットチャンバと、一方の部材が円
筒、他方の部材が円板であって、前記円筒の下端内周面
と前記円板の周面との間を接合して形成されたトランス
ファチャンバとがある。As the vacuum chamber of the present invention, each of the above members has a U-shape in cross section and is joined at both ends to form a cylindrical cassette chamber, one member is a cylinder, and the other member is a circle. There is a transfer chamber formed by joining between the inner peripheral surface of the lower end of the cylinder and the peripheral surface of the disk.
【００１３】本発明に係る真空チャンバの製造方法は、
アルミニウム又はアルミニウム合金製の複数個の部材を
溶接により接合して真空チャンバを組み立てる真空チャ
ンバの製造方法において、前記部材はその接合端部にチ
ャンバ内面側で相互に接触する第１部分とチャンバ外面
側で相互に離隔する第２部分とを有するものであり、前
記第２部分側から治具を挿入して先ず前記第１部分を摩
擦撹拌接合により接合する工程と、その後、前記第２部
分を溶融溶接により接合する工程とそ有することを特徴
とする。A method for manufacturing a vacuum chamber according to the present invention comprises:
In a method for manufacturing a vacuum chamber, a plurality of members made of aluminum or an aluminum alloy are joined by welding to assemble a vacuum chamber, wherein the member has a first end contacting with a joint end thereof on the inner surface side of the chamber and an outer surface side of the chamber. A step of inserting a jig from the side of the second part and first joining the first part by friction stir welding, and thereafter melting the second part. It is characterized by having a welding step and a joining step.
【００１４】この真空チャンバの製造方法において、前
記第１部分の部材厚さ方向の長さは、３乃至３５ｍｍで
あることが好ましく、また、前記溶融溶接は、ＭＩＧ溶
接であることが好ましい。In the method for manufacturing a vacuum chamber, the length of the first portion in the member thickness direction is preferably 3 to 35 mm, and the fusion welding is preferably MIG welding.
【００１５】本発明においては、真空チャンバの内面側
の一部、例えば内面側の３乃至３５ｍｍを摩擦撹拌接合
により固相接合する。このように、接合面の一部のみを
摩擦撹拌接合するので小型の装置により接合することが
でき、しかもこの部分は引け巣、ピンホール、ブローホ
ール及びミクロシュリンケージ等の欠陥は存在しない。
従って、チャンバ内面側に欠陥が存在しないので、内部
を真空にした場合に、ガスが発生することがなく、高真
空度を迅速に且つ容易に得ることができる。そして、こ
のチャンバ内面側の部分が接合された後、チャンバ外面
側の部分をＭＩＧ溶接等の溶融溶接により溶接して肉盛
する。これにより、十分な強度が得られる。In the present invention, a part of the inner surface side of the vacuum chamber, for example, 3 to 35 mm on the inner surface side is solid-phase bonded by friction stir welding. As described above, since only a part of the joining surface is subjected to friction stir welding, the joining can be performed by a small apparatus, and furthermore, this portion does not have defects such as shrinkage cavities, pinholes, blowholes, and microshrinkage.
Therefore, since there is no defect on the inner surface side of the chamber, no gas is generated when the inside is evacuated, and a high degree of vacuum can be obtained quickly and easily. After the portion on the inner surface side of the chamber is joined, the portion on the outer surface side of the chamber is welded and welded by fusion welding such as MIG welding. Thereby, sufficient strength is obtained.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施例につい
て添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）
は本発明の第１実施例に係る真空チャンバを示す斜視
図、図１（ｂ）はその構成部材を示す斜視図、図２
（ａ）乃至（ｄ）は溶接方法を工程順に示す接合部の断
面図である。本実施例は本発明をカセットチャンバに適
用したものである。断面がコ字形の部材１，２をその先
端部を突き合わせて突合せ端部を溶接して接合部４を形
成することにより、無底筒状のカセットチャンバ３が得
られる。而して、本実施例においては、図２（ａ）に示
すように、部材１，２の接合端部をチャンバ内面側が突
出するように断面Ｌ字形に成形する。これにより、真空
側となるチャンバ内面側の部分（第１部分）が突出し、
その接合端面５と、チャンバ外面側の部分（第２部分）
の接合端面６との間に段差が形成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 (a)
FIG. 1 is a perspective view showing a vacuum chamber according to a first embodiment of the present invention, FIG.
(A) thru | or (d) are sectional drawings of the joining part which shows a welding method in order of a process. In this embodiment, the present invention is applied to a cassette chamber. The members 1 and 2 having a U-shaped cross section are joined to each other by joining the tips of the members 1 and 2 to form the joint 4 by welding the butted ends, whereby the bottomless cylindrical cassette chamber 3 is obtained. In this embodiment, as shown in FIG. 2A, the joining ends of the members 1 and 2 are formed in an L-shaped cross section so that the inner surface of the chamber protrudes. Thereby, the portion (first portion) on the inner surface side of the chamber, which is on the vacuum side, protrudes,
The joining end face 5 and a portion on the outer surface side of the chamber (second portion)
A step is formed between the end face 6 and the joining end face 6.
【００１７】そして、図２（ｂ）に示すように、第１部
分の接合端面５同士を当接させ、接合端面６間に凹部７
を形成する。Then, as shown in FIG. 2B, the joining end faces 5 of the first portion are brought into contact with each other, and
To form
【００１８】次いで、図２（ｃ）に示すように、凹部７
から端面５の突合せ部に治具を挿入し、端面５の突合せ
部を摩擦撹拌接合し、固相接合部８を形成する。Next, as shown in FIG.
The jig is inserted into the butting portion of the end face 5 from above, and the butting portion of the end face 5 is subjected to friction stir welding to form the solid-phase joining portion 8.
【００１９】図３はこの摩擦撹拌接合方法を示す図であ
る。治具２０は台部２１の下端にピン２２を同軸的に設
けたものであり、このピン２２を部材１，２に接触させ
て回転させつつ台部２１を移動させることにより、部材
１と部材２とが熱間固相接合され、接合部８が形成され
る。FIG. 3 is a diagram showing this friction stir welding method. The jig 20 is provided with a pin 22 coaxially at the lower end of the base 21, and by moving the base 21 while rotating the pin 22 in contact with the members 1 and 2, the member 1 and the member 2 are hot-solid-bonded to form a joint 8.
【００２０】その後、図２（ｄ）に示すように、凹部７
をＭＩＧ等の溶融溶接法により溶接し、溶融接合部９で
凹部７を盛りつける。このようにして、部材１と部材２
とが接合され、カセットチャンバ３が完成する。Thereafter, as shown in FIG.
Is welded by a fusion welding method such as MIG or the like, and a recess 7 is provided at the fusion joint 9. Thus, the member 1 and the member 2
And the cassette chamber 3 is completed.
【００２１】本実施例のカセットチャンバ３は接合部４
のうち、内面側の部分（第１部分））が摩擦撹拌接合に
より形成されたものであるので、この接合部には欠陥が
存在せず、真空使用時にガスが発生することはない。こ
のため、真空チャンバとして使用した場合に、真空引き
に要する時間がアルミニウム材から削りだした場合と同
等に短い。また、アルミニウム材から削り出す場合に比
して製造時間が短く製造コストも低減される。更に、接
合部４の外面側の部分（第２部分）は溶融溶接により溶
接され、溶接接合部９が肉盛されている。これにより、
継手部の強度が極めて高くなる。このように、厚い部材
１，２を使用した場合にも、極めて簡単な工程で高品質
のチャンバ３を製造することができる。The cassette chamber 3 of this embodiment has a joint 4
Of these, the inner surface portion (first portion) is formed by friction stir welding, so that there is no defect in this joined portion, and no gas is generated during vacuum use. For this reason, when used as a vacuum chamber, the time required for evacuation is as short as when it is cut from an aluminum material. In addition, the manufacturing time is short and the manufacturing cost is reduced as compared with the case of cutting from an aluminum material. Further, a portion (second portion) on the outer surface side of the joint 4 is welded by fusion welding, and the weld joint 9 is overlaid. This allows
The strength of the joint becomes extremely high. As described above, even when the thick members 1 and 2 are used, the high-quality chamber 3 can be manufactured by an extremely simple process.
【００２２】摩擦撹拌接合する第１部分の部材厚さ方向
の長さは、３乃至３５ｍｍであることが好ましい。この
第１部分の厚さが３ｍｍ未満であると、チャンバ外面側
の溶融溶接部のピンホール等の影響を受けやすくなる。
また、第１部分の厚さが３５ｍｍを超えると、摩擦撹拌
接合に使用する装置が大型化し、実用的でない。The length of the first portion to be subjected to friction stir welding in the thickness direction of the member is preferably 3 to 35 mm. When the thickness of the first portion is less than 3 mm, the first portion is liable to be affected by a pinhole or the like in a fusion welding portion on the outer surface side of the chamber.
On the other hand, if the thickness of the first portion exceeds 35 mm, the apparatus used for friction stir welding becomes large, which is not practical.
【００２３】また、摩擦撹拌接合により接合された固相
接合部８の再結晶組織は、結晶粒度が２０μｍ以下であ
ることが好ましい。但し、この結晶粒度はチャンバ内面
から１ｍｍの位置で測定したものである。即ち、接合部
においてチャンバ内面から１ｍｍ研削した後、その面の
結晶粒度を測定することにより、固相接合部８の再結晶
組織の結晶粒度を求めることができる。本実施例におい
ては、この結晶粒度が２０μｍ以下であることが好まし
い。この結晶粒度が２０μｍ以下であると、溶接金属の
欠陥の量がアルミニウム材の厚板又は鋳造品から直接削
りだした場合と同等に少なくなる。なお、結晶粒度の測
定は例えばＪＩＳＨ０５０１に規定されている切断法、
比較法又はそれらに準じる方法を使用すればよい。The recrystallized structure of the solid-phase welded portion 8 joined by friction stir welding preferably has a crystal grain size of 20 μm or less. However, this crystal grain size was measured at a position 1 mm from the inner surface of the chamber. That is, after grinding 1 mm from the inner surface of the chamber at the joint, the crystal grain size of the recrystallized structure of the solid-phase joint 8 can be obtained by measuring the crystal grain size of the surface. In the present embodiment, the crystal grain size is preferably 20 μm or less. When the crystal grain size is 20 μm or less, the amount of defects in the weld metal becomes as small as when directly shaved from a thick plate or cast product of an aluminum material. The measurement of the crystal grain size is performed by, for example, a cutting method specified in JIS H0501,
A comparison method or a method similar thereto may be used.
【００２４】更に、この摩擦撹拌接合による固相接合部
の密度と、母材との密度の比（固相接合部）／（母材）
は、０．９０以上であることが好ましい。この比が０．
９０以上であると、溶接金属における欠陥の量が、アル
ミニウム材の厚板又は鋳造品から直接削りだした場合と
同等に少なくなる。Further, the ratio of the density of the solid-phase welded portion by friction stir welding to the density of the base material (solid-state welded portion) / (base material)
Is preferably 0.90 or more. This ratio is 0.
When it is 90 or more, the amount of defects in the weld metal is as small as when directly shaving from a thick plate or casting of an aluminum material.
【００２５】更にまた、摩擦撹拌接合の後工程の肉盛の
ための溶融溶接は、ＭＩＧ、ＴＩＧ等種々の方法を使用
できるが、本発明においては、ＭＩＧを使用することが
好ましい。一般的に、ＴＩＧ溶接は欠陥が少ない溶け込
みを得ることができるが、ＭＩＧ溶接と同一の溶接時間
の場合には、入熱が大きく、軟化の度合いが大きくなる
可能性が高い。一方、ＭＩＧ溶接は、ＴＩＧ溶接に比し
て、溶接速度を速くすることができるので、入熱が小さ
くなると共に、電極自体が溶加材であるため、肉盛がし
やすい。Furthermore, various methods such as MIG and TIG can be used for melt welding for overlaying in the subsequent step of friction stir welding, but in the present invention, MIG is preferably used. In general, TIG welding can achieve penetration with less defects, but in the case of the same welding time as MIG welding, heat input is large and the degree of softening is likely to be large. On the other hand, in MIG welding, the welding speed can be increased as compared with TIG welding, so that the heat input is small, and the electrode itself is a filler material, so that it is easy to build up.
【００２６】次に、図４を参照して本発明をトランスフ
ァチャンバに適用した実施例について説明する。このト
ランスファチャンバ１２はチャンバの側壁を構成する円
筒状部材１０と、チャンバの低壁を構成する円板状部材
１１とを接合することにより製造されている。この円筒
状部材１０は押出加工等により製造することができ、円
板状部材１１は圧延板等を使用することができる。Next, an embodiment in which the present invention is applied to a transfer chamber will be described with reference to FIG. The transfer chamber 12 is manufactured by joining a cylindrical member 10 forming a side wall of the chamber and a disk-shaped member 11 forming a low wall of the chamber. The cylindrical member 10 can be manufactured by extrusion or the like, and the disk-shaped member 11 can be a rolled plate or the like.
【００２７】図５（ａ）乃至（ｄ）は、このチャンバの
製造方法を工程順に示す図である。図５（ａ）に示すよ
うに、円筒状部材１０の下端内面には、第１部分の接合
端面１３と、それより下方の第２部分の接合端面１４と
が形成されている。一方、円板状部材１１の周面にも、
第１部分の接合端面１３と、第２部分の接合端面１４と
が形成されており、接合端面１３同士を突き合わせる
と、図５（ｂ）に示すように、接合端面１４間に凹部１
５が形成される。そこで、凹部１５に図３に示す摩擦撹
拌接合の治具を上向きに挿入し、接合端面１３同士の接
触部を摩擦撹拌接合し、固相接合部１６を形成する。次
いで、図５（ｄ）に示すように、凹部１５をＭＩＧ等の
溶融溶接により肉盛し、溶融接合部１７を形成する。FIGS. 5A to 5D are diagrams showing a method of manufacturing the chamber in the order of steps. As shown in FIG. 5A, a joining end face 13 of the first portion and a joining end face 14 of the second portion below the first portion are formed on the inner surface of the lower end of the cylindrical member 10. On the other hand, also on the peripheral surface of the disc-shaped member 11,
A joining end face 13 of the first portion and a joining end face 14 of the second portion are formed. When the joining end faces 13 abut against each other, as shown in FIG.
5 are formed. Therefore, the jig for friction stir welding shown in FIG. 3 is inserted upward into the recess 15, and the contact portion between the joining end faces 13 is friction stir welded to form the solid-phase joint 16. Next, as shown in FIG. 5D, the concave portion 15 is built up by fusion welding such as MIG or the like to form a fusion joint 17.
【００２８】これにより、有底筒状のトランスファチャ
ンバ１２が製造され、真空となる内面側の接合部には、
摩擦撹拌接合による固相接合部１６が存在するので、溶
接欠陥が存在しないため、真空引きに時間がかかるとい
うこともない。As a result, the transfer chamber 12 having a cylindrical shape with a bottom is manufactured.
Since the solid-phase welded portion 16 by friction stir welding is present, there is no welding defect, and it does not take much time to evacuate.
【００２９】図６は本発明の第３実施例を示す図であ
り、図６（ａ）は完成されたトランスファチャンバを示
す斜視図、図６（ｂ）はその各構成部材を示す斜視図、
図６（ｃ）、（ｄ）はその接合部を示す図である。本実
施例においては、トランスファチャンバの側壁を構成す
る部材３０が多角形の筒状をなし、底壁を構成する部材
３１は多角形の板状をなす。本実施例においても、部材
３０と部材３１との間に図６（ｃ）に示すような突合せ
形状を形成することにより、内面側を摩擦撹拌接合し、
外面側をＭＩＧ等の溶融接合することができる。これに
より、図６（ｄ）に示すように、トランスファチャンバ
の内面側に摩擦撹拌接合部３２が形成され、外面側に溶
融溶接接合部３３による肉盛部が形成される。FIG. 6 is a view showing a third embodiment of the present invention. FIG. 6 (a) is a perspective view showing a completed transfer chamber, FIG. 6 (b) is a perspective view showing each component thereof,
FIGS. 6C and 6D are views showing the joint. In this embodiment, the member 30 forming the side wall of the transfer chamber has a polygonal cylindrical shape, and the member 31 forming the bottom wall has a polygonal plate shape. Also in the present embodiment, by forming a butted shape between the member 30 and the member 31 as shown in FIG.
The outer surface side can be fusion-bonded with MIG or the like. Thereby, as shown in FIG. 6D, the friction stir welding portion 32 is formed on the inner surface side of the transfer chamber, and the build-up portion is formed by the fusion welding welding portion 33 on the outer surface side.
【００３０】図７は多角形の筒状をなすカセットチャン
バを圧延板から製造したものを示す。このカセットチャ
ンバ４０は側壁を構成する複数枚（図示例は６枚）の圧
延板４１を多角形の筒状に組み立てたものであり、図７
（ｂ）に示すように、平面視で、圧延板４１はその接合
部に、第１部分の接合端面４２と、第２部分の接合端面
４３とが形成されており、接合端面４２同士を当接させ
て接合端面４３間に凹部４４を形成し、この凹部４４に
治具を挿入して接合端面４２部分を摩擦撹拌接合する。
次いで、凹部４４をＭＩＧ等の溶融溶接により接合す
る。本実施例においても、第１乃至第３実施例と同様の
効果を奏する。FIG. 7 shows a cassette chamber having a polygonal cylindrical shape manufactured from a rolled plate. This cassette chamber 40 is formed by assembling a plurality of (six in the illustrated example) rolled plates 41 constituting a side wall into a polygonal cylindrical shape.
As shown in (b), the rolled plate 41 has a joint end surface 42 of the first portion and a joint end surface 43 of the second portion at the joint thereof in a plan view. A concave portion 44 is formed between the joining end surfaces 43 by making contact with each other, and a jig is inserted into the concave portion 44 to perform friction stir welding on the joining end surface 42 portion.
Next, the concave portion 44 is joined by fusion welding such as MIG. This embodiment also has the same effects as the first to third embodiments.
【００３１】[0031]
【実施例】次に、本発明の効果を実証するために行った
試験結果について説明する。 第１実施例 先ず、本発明の実施例に係る真空チャンバの真空引き特
性を模擬した摩擦撹拌接合試験片と、従来の溶融接合に
より接合した比較例の真空チャンバを模擬したＭＩＧ溶
接試験片とを用意し、その真空引き特性を比較した結果
について説明する。Next, the results of tests performed to demonstrate the effects of the present invention will be described. First Example First, a friction stir welding test piece simulating the evacuation characteristics of a vacuum chamber according to an example of the present invention and a MIG welding test piece simulating a vacuum chamber of a comparative example joined by conventional fusion welding were prepared. The results of preparing and comparing the evacuation characteristics will be described.
【００３２】図８は試験装置を示す図であり、測定室６
０内に試験片７０を装入し、準備室６１と共に、測定室
６０内を、ターボ分子ポンプに接続された排出口６５、
６６を介して排気する。バルブ６７は準備室６１と測定
室６０とを仕切るための開閉弁である。また、測定室６
０内にはオリフィス６３が設けられており、この測定室
６０内の真空度は電離真空計６４により測定される。試
験片は、長さが４５ｍｍ、幅が４５ｍｍ、厚さが５ｍｍ
であり、ターボ分子ポンプの排気速度は５０リットル／
秒及び３００リットル／秒である。測定室６０の測定開
始時の真空度は、５×１０-10〜１０-8ｔｏｒｒであ
り、温度は室温（２５℃）である。FIG. 8 is a view showing a test apparatus, and a measuring chamber 6 is shown.
0, the test piece 70 is charged, and together with the preparation chamber 61, the inside of the measurement chamber 60 is connected to an outlet 65 connected to a turbo-molecular pump.
Exhaust via 66. The valve 67 is an on-off valve for separating the preparation chamber 61 from the measurement chamber 60. Measurement room 6
An orifice 63 is provided in 0, and the degree of vacuum in the measurement chamber 60 is measured by an ionization vacuum gauge 64. The test piece was 45 mm long, 45 mm wide and 5 mm thick
And the pumping speed of the turbo molecular pump is 50 liters /
Second and 300 liters / second. The degree of vacuum at the start of measurement in the measurement chamber 60 is 5 × 10 −10 to 10 −8 torr, and the temperature is room temperature (25 ° C.).
【００３３】図９は赤外線ランプ６２による試験片７０
の熱処理条件を示すグラフ図である。図中、横軸は時
間、縦軸は温度である。この図９に示すように、加熱前
に、真空室内で約２時間保持し、その後、０．５℃／秒
の速度で昇温し、１８０℃に１時間放置した。その結
果、図１０に示すように、ＴＩＧ又はＭＩＧ溶接により
接合した試験片からは時間の経過と共に、放出ガス量が
増大していき、３８０秒を過ぎても増大し続けるのに対
し、摩擦撹拌接合した試験片の場合は、３８０秒経過し
た時点で放出量は最大となり、その後低下し、しかも、
その放出量自体が経過時間３８０秒の時点で溶融溶接の
場合の約半分であった。FIG. 9 shows a test piece 70 using the infrared lamp 62.
FIG. 3 is a graph showing the heat treatment conditions of FIG. In the figure, the horizontal axis is time, and the vertical axis is temperature. As shown in FIG. 9, before heating, the substrate was kept in a vacuum chamber for about 2 hours, then heated at a rate of 0.5 ° C./sec and left at 180 ° C. for 1 hour. As a result, as shown in FIG. 10, the amount of gas released from the test piece joined by TIG or MIG welding increases with time, and continues to increase even after 380 seconds. In the case of the bonded test piece, the release amount becomes maximum after 380 seconds, and then decreases, and
The release amount itself was about half of that in the case of the fusion welding at the time point of 380 seconds elapsed.
【００３４】第２実施例 図１及び図２に示す実施例のカセットチャンバを製造し
た。第１部分の厚さ、即ち、第１接合端面５の厚さは１
５ｍｍ、第２接合端面６の厚さは１０ｍｍである。この
第２接合端面６により形成される凹部７の部分をＭＩＧ
溶接により肉盛接合した。部材１，２が押出材の場合
は、ＪＩＳ６０６３の押出形材を使用した。板材の場合
は、ＪＩＳ６０６１を使用した。放出ガス量は図８と同
様の装置により測定した。また、結晶粒度はチャンバの
内面から１ｍｍの位置まで削りだし、この面の結晶粒度
を任意の３箇所で測定して平均値を採用した。また、密
度もチャンバ内面の表層部における密度を３箇所で測定
してその平均値を採用した。その結果を下記表１及び表
２に示す。Second Embodiment The cassette chamber of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured. The thickness of the first portion, that is, the thickness of the first joint end face 5 is 1
5 mm, and the thickness of the second joint end face 6 is 10 mm. The portion of the concave portion 7 formed by the second joint end face 6 is MIG
Overlay joining was performed by welding. When the members 1 and 2 are extruded members, JIS6063 extruded members were used. In the case of a plate material, JIS6061 was used. The released gas amount was measured by the same device as in FIG. Further, the crystal grain size was cut from the inner surface of the chamber to a position of 1 mm, and the crystal grain size of this surface was measured at three arbitrary positions, and the average value was adopted. The density was measured at three places on the surface layer of the inner surface of the chamber, and the average value was adopted. The results are shown in Tables 1 and 2 below.
【００３５】[0035]
【表１】 [Table 1]
【表２】 [Table 2]
【００３６】この表１及び表２に示すように、本発明の
実施例の場合は、接合部の結晶粒度が小さく密度比が高
い。このため、放出ガス量は接合部がない板材の比較例
と同等に少なかった。また、抗張力及び伸びが溶融溶接
の場合よりも著しく高いものであった。As shown in Tables 1 and 2, in the case of the embodiment of the present invention, the crystal grain size of the joint is small and the density ratio is high. For this reason, the amount of released gas was as small as the comparative example of the plate material having no joint. Also, the tensile strength and elongation were significantly higher than in the case of fusion welding.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
部材の厚さが厚い場合でも、放出ガス量が極めて少な
く、真空度を迅速に上げることができ、しかも、接合部
の強度が極めて高い。As described above, according to the present invention,
Even when the thickness of the member is large, the amount of outgassing gas is extremely small, the degree of vacuum can be quickly increased, and the strength of the joint is extremely high.
【図１】本発明の第１実施例に係るカセットチャンバを
示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a cassette chamber according to a first embodiment of the present invention.
【図２】同じくその製造方法を工程順に示す図である。FIG. 2 is a view showing the manufacturing method in the order of steps.
【図３】同じくその摩擦撹拌接合方法を示す図である。FIG. 3 is a view showing the friction stir welding method.
【図４】本発明の第２実施例に係るトランスファチャン
バを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view illustrating a transfer chamber according to a second embodiment of the present invention.
【図５】同じくその製造方法を工程順に示す図である。FIG. 5 is a view showing the manufacturing method in the order of steps.
【図６】本発明の第３実施例に係るトランスファチャン
バ及びその製造工程を示す図である。FIG. 6 is a view showing a transfer chamber and a manufacturing process thereof according to a third embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第４実施例に係るカセットチャンバ及
びその製造工程を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cassette chamber and a manufacturing process thereof according to a fourth embodiment of the present invention.
【図８】放出ガスの測定装置を示す図である。FIG. 8 is a view showing a device for measuring released gas.
【図９】その熱処理条件を示す図である。FIG. 9 is a view showing conditions of the heat treatment.
【図１０】その測定結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the measurement results.
１，２：部材 ３、４０：カセットチャンバ ４：接合部 ５、１３、４２：第１接合端面 ６、１４、４３：第２接合端面 ７、１５、４４：凹部 ８、１６、３２：摩擦固相接合部 ９、１７、３３：溶融接合部 １０：円筒状部材 １１：円板状部材 １２：トランスファチャンバ ２０：治具 ２２：ピン ３０、３１、４１：部材 1, 2: member 3, 40: cassette chamber 4: joint portion 5, 13, 42: first joint end surface 6, 14, 43: second joint end surface 7, 15, 44: concave portion 8, 16, 32: frictional solid Phase joint 9, 17, 33: melt joint 10: cylindrical member 11: disk member 12: transfer chamber 20: jig 22: pin 30, 31, 41: member
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１０年１０月２日（１９９８．１０．
２）[Submission date] October 2, 1998 (1998.10.
2)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項７[Correction target item name] Claim 7
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項８[Correction target item name] Claim 8
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【手続補正３】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００８[Correction target item name] 0008
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００８】しかし、この摩擦撹拌接合方法では接合で
きる部材の厚さ、即ち、接合部の深さが小さく、アルミ
ニウム材の厚さは高々１５ｍｍである。従って、部材の
厚さが２０ｍｍを超えるような真空チャンバの場合に
は、この摩擦撹拌接合により製造することができなかっ
た。However, in this friction stir welding method, the thickness of the members that can be joined, that is, the depth of the joining portion is small, and the thickness of the aluminum material is at most 15 mm. Therefore, in the case of a vacuum chamber in which the thickness of the member exceeds 20 mm, it cannot be manufactured by the friction stir welding.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１３[Correction target item name] 0013
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１３】本発明に係る真空チャンバの製造方法は、
アルミニウム又はアルミニウム合金製の複数個の部材を
溶接により接合して真空チャンバを組み立てる真空チャ
ンバの製造方法において、前記部材はその接合端部にチ
ャンバ内面側で相互に接触する第１部分とチャンバ外面
側で相互に離隔する第２部分とを有するものであり、前
記第２部分側から治具を挿入して先ず前記第１部分を摩
擦撹拌接合により接合する工程と、その後、前記第２部
分を溶融溶接により接合する工程とを有することを特徴
とする。A method for manufacturing a vacuum chamber according to the present invention comprises:
In a method for manufacturing a vacuum chamber, a plurality of members made of aluminum or an aluminum alloy are joined by welding to assemble a vacuum chamber, wherein the member has a first end contacting with a joint end thereof on the inner surface side of the chamber and an outer surface side of the chamber. A step of inserting a jig from the side of the second part and first joining the first part by friction stir welding, and thereafter melting the second part. characterized by a step of joining by welding.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 33/00 Ｂ２３Ｋ 33/00 Ｚ (72)発明者 岡本 秀二 三重県員弁郡大安町大字梅戸字東山100番 株式会社神戸製鋼所大安工場内 (72)発明者 松本 公一 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１ 株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB08 CB01 CC04 QA02 4E067 AA05 BG02 DA13 DA17 EB00──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) B23K 33/00 B23K 33/00 Z (72) Inventor Shuji Okamoto Higashiyama No. 100 Kobe Steel Co., Ltd. Oyasu Plant (72) Inventor Koichi Matsumoto 100-1 Urakawachi, Miyamae, Fujisawa-shi, Kanagawa Prefecture F Kobe Steel Co., Ltd. Fujisawa Plant F-term (reference) AA05 BG02 DA13 DA17 EB00
Claims (9)
複数個の部材を溶接により接合して組み立てられた真空
チャンバにおいて、前記部材は、その少なくとも一部の
接合部にて、部材の厚さ方向のチャンバ内面側の第１部
分が相互に当接され、チャンバ外面側の第２部分は相互
に離隔するように開先が形成されたものであり、前記第
１部分は摩擦撹拌接合により接合されており、前記第２
部分は溶融接合により接合されていることを特徴とする
真空チャンバ。In a vacuum chamber assembled by welding a plurality of members made of aluminum or an aluminum alloy, said members are joined at least partially to the inner surface of the chamber in the thickness direction of the members. The first portion on the outer side is in contact with each other, the second portion on the outer surface side of the chamber is formed with a groove so as to be separated from each other, and the first portion is joined by friction stir welding, The second
A vacuum chamber, wherein the parts are joined by fusion joining.
乃至３５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の
真空チャンバ。2. The length of the first portion in the member thickness direction is 3
2. The vacuum chamber according to claim 1, wherein the diameter is from about 35 mm to about 35 mm.
０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記
載の真空チャンバ。3. The recrystallized grain size of the joint of the first portion is 2
The vacuum chamber according to claim 1, wherein the diameter is 0 μm or less.
の密度の０．９０倍以上であることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれか１項に記載の真空チャンバ。4. The vacuum chamber according to claim 1, wherein the density of the bonding portion of the first portion is 0.90 times or more of the density of the member.
し、その両先端部で接合されて筒状をなすカセットチャ
ンバとして使用されることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の真空チャンバ。5. The apparatus according to claim 1, wherein each of said members has a U-shaped cross section, and is joined at both ends thereof to be used as a cylindrical cassette chamber.
A vacuum chamber according to any one of the preceding claims.
あり、前記接合部は前記円筒の下端内周面と前記円板の
周面との間に形成されたものであり、トランスファチャ
ンバとして使用されることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の真空チャンバ。6. One of the members is a cylinder, the other is a disk, and the joint is formed between an inner peripheral surface of a lower end of the cylinder and a peripheral surface of the disk. 5. The method according to claim 1, wherein the chamber is used as a chamber.
A vacuum chamber according to any one of the preceding claims.
複数個の部材を溶接により接合して真空チャンバを組み
立てる真空チャンバの製造方法において、前記部材はそ
の接合端部にチャンバ内面側で相互に接触する第１部分
とチャンバ外面側で相互に離隔する第２部分とを有する
ものであり、前記第２部分側から治具を挿入して先ず前
記第１部分を摩擦撹拌接合により接合する工程と、その
後、前記第２部分を溶融溶接により接合する工程とそ有
することを特徴とする真空チャンバの製造方法。7. A method for manufacturing a vacuum chamber, comprising joining a plurality of members made of aluminum or an aluminum alloy by welding to assemble a vacuum chamber, wherein the members are in contact with each other at a joint end thereof on the inner surface side of the chamber. A step of inserting a jig from the second part side and first joining the first part by friction stir welding, and then, A method for manufacturing a vacuum chamber, comprising: joining a second portion by fusion welding;
前記部材の厚さの３乃至１５ｍｍであることを特徴とす
る請求項７に記載の真空チャンバの製造方法。8. The length of the first portion in the member thickness direction is:
The method according to claim 7, wherein the thickness of the member is 3 to 15 mm.
を特徴とする請求項７又は８に記載の真空チャンバの製
造方法。9. The method according to claim 7, wherein the fusion welding is MIG welding.
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP10244196A JP2000071090A (en) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | Vacuum chamber and its manufacturing method |
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