JPH11237556A - 結合部材 - Google Patents

結合部材

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JPH11237556A
JPH11237556A JP10351198A JP35119898A JPH11237556A JP H11237556 A JPH11237556 A JP H11237556A JP 10351198 A JP10351198 A JP 10351198A JP 35119898 A JP35119898 A JP 35119898A JP H11237556 A JPH11237556 A JP H11237556A
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JP
Japan
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adhesive
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bonding
member according
coupling
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Application number
JP10351198A
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English (en)
Inventor
Nessen-Lapp Kerstin Von
ケルスティン・フォン・ネッセン−ラップ
Bernhard Trier
ベルンハルト・トリィエル
Michael Trunz
ミヒャエル・トルンツ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH, Carl Zeiss AG filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B11/00Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
    • F16B11/006Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing
    • GPHYSICS
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    • Y10T403/47Molded joint
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱膨張率の小さい大きな部材を十分に確実な
工程で、力のロスなく、nm範囲の許容差条件を満たす
ように結合する手段を開発すること。 【解決手段】 本発明は、少なくとも2つの部材を互い
に結合する結合部材に関する。本発明によれば、2つの
結合面の少なくとも一方に、第3の材料から成る補整部
材に対する少なくとも1つの凹部が設けられ、この補整
部材は少なくとも1つの接着部又は接着間隙により2つ
の部材と結合されており、接着部で補整部材と2つの部
材とを接着結合するために、接着剤を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも2つの
部材から組立られており、その第1の部材は第1の材料
から成り且つ第2の部材は第2の材料から成り、2つの
部材の各々は少なくとも1つの結合面を介して接合し、
結合面は互いに対向し、且つ2つの部材は少なくとも1
つの接着結合部により互いに結合されている結合部材に
関する。
【0002】
【従来の技術】ある種の用途(特に、複数の個別の部材
から大型の部材を製造する場合)におては、製造後の部
材を(好ましくは、その鏡面、測定面又は別の構成要素
に対する支持面に対して)最小限の変形にとどめるべき
である(許容される変形の範囲はナノメートル単位であ
る)。この場合、製造すべき部材の大きさのみならず、
特にその形状(とりわけ、その内縁部の形状)との関連
を考慮する。このような部材は、関連する大きさがナノ
メートルであるような領域(たとえば、顕微鏡での観
察,天文学など)で使用されるのが好ましい。
【0003】精密接合に関する従来の技術によれば、2
つの部材を互いに固定結合する方法は、一般に2つ知ら
れている。 a)突合せ密着時、光学面はファンデルワールス力によ
って互いに結合される。この場合、突合せ密着は主に仕
上げ時に一時的に力をロスせずに結合するために使用さ
れる。この方法では、結合縁部が液体でぬれたときに、
突合せ密着により結合された2つの部材が容易に外れて
しまうという欠点が見られる。また、突合せ密着に全く
震動が伴わないということはありえない。製造時に、mm
単位の寸法をもつ小さな光学要素を永続的に結合するた
めに突合せ密着を使用することもある。cm単位の大きさ
の大きな要素を永続的な結合を保つために必要な信頼性
をもって結合するのは不可能である。突合せ密着を改善
し且つ確実にするために、突合せ密着面の外側に保護ラ
ッカー及び/又はパテの帯を設けることにより、結合の
耐性を高めることはできるが、それも完璧ではない。 b)通常、接着部の形状を巧妙に定めることにより(接
着間隙及び接着パッドを最適化する)、圧力少なく接着
したときの接着部は最適化される。このような最適化に
際して基礎を成す課題(接着間隙は1/10mm、パッド
は6×6mm)は従来の技術に照らして考慮される。接着
後の部材には、形のぴったりとはまり合った、力のロス
のない結合が必ずしも可能になっていないという欠点が
ある。結合のクリープが避けられず、また、それと関連
して部材の互いに対するずれが生じるため、多くの用途
においてそれなりの問題が起こる。
【0004】ドイツ特許第3711466号からは、熱
強制力を発生することなく通しボルトによって少なくと
も2つの部材を互いに結合する装置が知られている。こ
の装置は、通しボルトが結合面で強い力を発生するため
に、結合後に2つの部材を後処理しなければならないと
いう欠点を有する。そのため、結合は非常に安定してい
る。ドイツ特許第3934546号からは、中間部材を
介して2つの部材を接着結合する装置が知られている
が、この中間部材は2つの部材の表面まで通っており、
その領域の表面を利用することができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
熱膨張率の小さい大きな部材(たとえば、ケイ酸塩,セ
ラミック,インバーなど)を十分に確実な工程で、力の
ロスなく、nm範囲の許容差条件を満たすように結合す
る手段を開発することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも2
つの部材から組立てられており、その第1の部材が第1
の材料から成り且つ第2の部材が第2の材料から成り、
その2つの部材の各々は少なくとも1つの結合面を介し
て接合し、結合面は互いに対向し、且つ2つの部材は少
なくとも1つの接着結合部により互いに結合されている
結合部材であって、2つの結合面の少なくとも一方に、
第3の材料から成る補整部材用の少なくとも1つの凹部
が設けられていることと、この補整部材は少なくとも1
つの接着部又は接着間隔により2つの部材と結合されて
おり、補整部材と2つの部材とを接着部で接着結合する
ために接着剤が使用されることとを特徴とする。
【0007】固定すべき2つの部材の中にある(すなわ
ち、2つの部材により内側に包囲されている)補整要素
の使用はこれまで実現されておらず、この補整要素によ
って初めて、外観の面でも妨げとならずに接着時の収縮
の影響を一部又は全て排除することができるという意味
で、容易に思いつけるというものでもない。
【0008】しかし、本発明の新規性とレベルの高さは
単に2つの結合方法を組合わせたということだけではな
く、結合される部材の変形をごくわずかに、場合によっ
ては測定できない程度にまで抑制できるという点にあ
る。接着部の形状を巧妙に設定すると共に、接着部を結
合面の内側に適切に配置することにより、補整部材の有
利な作用を助けることができる。この新規の結合部によ
り、寸法の大きな、すなわち、10cmを越える大きさの
光学要素を形状がぴったりとはまり合い、力のロスをな
くすように互いに結合することが可能である(結合すべ
き面の長さが40cmを越えるような状況で実験を行っ
た)。接着剤のクリープは起こらない。必要な強度は接
着部により確保される。
【0009】接着を行うことにより結合後の部材の変形
はわずかになるので、特に小さな波長で動作する光学機
器に適用するのに適している。たとえば、UV顕微鏡で
特に必要であるような位置決めテーブル(X方向,Y方
向,多くの場合にZ方向への運動を伴う)が挙げられ
る。熱応力を回避するため、使用される全ての部材(補
整部材も含む)は同一の材料から形成されているのが好
ましいであろう。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して一実
施形態に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下
に示す実施形態は本発明を限定する性質のものではな
く、本発明の他の有利な構成を含んでいる。図1及び図
2に示す接着部により、接着と、その結果として発生す
る変形とによる力の作用を他の結合方法の場合の十分の
一にまで減少させることができる。以下に説明する2つ
の部材30,31の結合部は、2つの接着部分の間に挿
入されて、接着剤の収縮によって生じる応力という形態
をとる力を自らに吸収する応力低減要素37(補整部材
と呼んでも良い)を使用する。従来の技術により知られ
ている結合方法と比較して、このようにして得られる接
着結合において発生する精密接合後の部材30,31の
変形は著しく少ない。
【0011】接着により接合後の部材30,31で生じ
る変形の物理的背後関係は、一般に、接着剤の収縮に基
づくものである。2つの接着結合部の一方における長さ
変化はほぼ次の式で表せる。 ε=δl/l0 式中、εは伸び、δlは長さ変化、l0は変化前の長さ
である。 F/A=E*ε 式中、Fは力、Aは接着面、Eは弾性係数である。これ
に基づき、 F/A=E*δl/l0 →F=E*A*δl/l0 →F 〜
E*A
【0012】Fを、従って、接着部43に加わる力をで
きる限り小さくすべき場合、δlは接着剤の収縮により
あらかじめ与えられ且つl0 は一方又は双方の接着間隙
41,42(その深さは、たとえば、接着剤の導入が不
可避であることによって、任意に減少させることができ
ない)によりあらかじめ与えられているので、A又はE
を小さくしなければならない。面Aは任意に減少させる
ことができず、一般に、必要な保持力により確定され
る。弾性係数は、接着すべき部材30,31により確定
されている。それにもかかわらず、力を減少させること
ができるようにするために、結合すべき2つの部材3
0,31の間に追加の部材37を使用する。2つの接着
部の間の、接着すべき部材30,31の間の空間34に
挿入されるこの部材37については、横断面及び/又は
弾性係数を自由に選択できる。
【0013】図1は、上述の考えを利用した解決方法に
よる1つの構成を示す。結合すべき部材30,31
((熱膨張率の関係上)同一の材料から成るのが好まし
く、たとえば、ケイ酸塩、セラミック又はインバーから
成るが、異なっても良い)は、それぞれ1つの結合面3
2,33を有し、2つの部材はそれらの結合面で互いに
突合せ密着される。突合せ密着前に、部材31に結合面
33に向かった空間34(たとえば、矩形又は円筒形な
どの所望の形状)を形成する。この空間には2本の管路
35,36が通じている。
【0014】この空間34の底面には、第1の接着間隙
44を有する補整要素37が、補整要素37と空間34
の側壁39a,39bとの間に空隙40,41が残るよ
うに挿入接着される。補整要素37を空間34に挿入接
着した後、部材31及び補整要素37を貫通する第1の
管路35を形成する。この管路は後に第2の接着間隙4
2の中央で終わり、補整要素37の第2の接着部への接
着剤の供給は第1の管路35を経て行われることにな
る。空隙40の側方には、2つの部材30,31を一体
に突合せ密着した後の状態で第2の管路36を形成する
別の凹部が設けられている。
【0015】2つの部材30,31を互いに突合せ密着
した後、必要量の接着剤を第1の管路35の中に注入す
ると、第1の管路35の、注入された接着剤の上方には
ガス圧力が発生する。このガス圧力は接着剤を補整要素
37と部材30との間の第2の接着間隙42へと押し出
す。2度目の接着が行われた後は、第1の管路35の中
に接着剤はなくなっている。力を有効に減少させるため
には、引張り力を受容する働きをすべき補整要素37は
結合すべき部材30,31より著しく小さい(できれ
ば、50%小さい、好ましくは10%)弾性係数を有し
ていなければならない。
【0016】できる限り収縮の小さい(10%未満、好
ましくは3%未満、さらに好ましくは1%未満又は0.
6%未満)接着剤を適切に選択することにより、所望の
通りの力の減少を得ることができる。接着剤供給管路3
5を結合すべき部材30,31のうち第2の部材30を
貫通させて第2の接着間隙42まで導き、ガス抜き管路
36を部材31の中に、結合面32,33から離して配
置することも可能であるのは自明であろう。
【0017】図2は、図1に示す接着部(図1の43)
の変形列を示す。この場合、変形は補整要素(図1の3
7)の形状及び接着剤供給管路55(図1の35)の位
置にのみ関連するものである。図1に関して説明したよ
うに、結合すべき部材の一方46に空間47と、排気管
路48となるべき凹部とを形成する。この空間47の大
きさは、挿入接着すべき補整要素50と空間47の側壁
との間の、補整要素50の周囲に空隙49を確保するよ
うに定められている。補整要素50は接着剤により空間
47の中に固定され、接着剤は第1の接着間隙51の全
体を満たす。これにより、2つの部材45,46は互い
に対向する2つの結合面53,54で、第2の部材45
に設けられた接着剤供給管路55が補整要素50の上方
の、接着面の中心でできる限り正確に位置を定めて終わ
るように突合せ密着される。その後、接着剤は先に図1
に関連して説明したのと同様に供給されるのであるが、
この場合にも、接着剤は接着間隙52をできる限り完全
に満たすべきであろう。
【0018】この実施形態では、引張り力及び曲げ力を
吸収する働きをする補整要素50は、接着のために使用
される接着板50a,50bの下方の、結合ロッド50
cの両端部に、横断面の狭い部分を有する。この細くな
った部分は、補整要素50の材料の弾性係数が結合すべ
き部材45,46の弾性係数と全く同じであるか又はそ
れより大きい場合にも、図1で説明した効果を発揮す
る。
【0019】しかし、図1又は図2による結合部によっ
て結合すべき2つの部材の間で発生する力それ自体が余
りにも大きくなってしまうこともありうる。結合部によ
り結合部材に加わる力をほぼ零にしたいのであれば、結
合すべき2つの部材と補整要素との間の側方まで接着剤
を塗布しなければならない。これをどのようにして実現
できるかを図3に示す。
【0020】結合すべき第1の部材60の結合面62に
は、所望の横断面形状(好ましくは円形)を有する上に
向かって開いた空間64があり、この空間64の底面に
ガス抜き管路66が通じている。結合すべき2つの部材
60,61を組立てる前に、この空間64の中で、側方
から少なくともほぼ完全に周囲を囲んでいる接着間隙7
2に、長手方向スリットを有し、内部が中空である結合
管68を、空間64の底面に至るまでに、まだ空隙69
が特に接着剤を残さずに形成され且つ補整要素68は空
間64の底面より上で終わるように接着する。
【0021】結合すべき第2の部材61の結合面63に
も、同様に、所望の横断面形状(好ましくは円形)を有
する上に向かって開いた空間65があり、側方の、後に
出来上がるべき結合部のほぼ中央の位置に、接着剤供給
管路67が通じている。この空間65の結合面63に近
接する端部には、空間65の他の部分より大きい直径を
有する周囲溝70が形成されている。この溝70は、毛
管力によって与えられる接着剤の流れを結合管68と第
2の部材61との間で停止させるために必要である。
【0022】この空間65の直径は、結合すべき2つの
部材60,61の互いに対する調整を後で可能にするた
めに、結合すべき他方の部材61にある空間64よりわ
ずかに大きい。2つの部材60,61をその結合面6
2,63で突合せ密着した後、あらかじめ定めた必要量
の接着剤を接着剤供給管路67に注入し、負圧により結
合管68と第2の部材61との間の接着間隙71へ送り
出す。このとき、接着剤供給管路67が空間65の中
で、できれば結合管68のスリット73の反対の側で終
わるように注意すべきである。ここでも、結合管68は
結合すべき部材60,61のうち第2の部材61にある
空間65の底面より上にあるので、部材61と結合管6
8との間に空隙74が残っている。これら2つの空隙6
9,74は、結合管68から部材60,61へ力が伝達
されないという意味で重要である。この目的は、第1の
部材60と結合管68との間の接着部72と、第2の部
材61と結合管68との間の接着部71との間にある空
隙75によっても達成される。結合管68にはスリット
73があるため、結合管68は、その側方から作用を及
ぼす接着剤の収縮によって発生する力を結合すべき2つ
の部材60,61の間の結合面62,63へ伝達するこ
となく、接着剤の収縮に対応できる。
【0023】図面に示した全ての概略図について、正し
い大きさの関係が描かれているわけではないという点に
注意すべきである。接着剤は毛管力によって接着間隙に
流入しなければならず、従って、接着間隙の幅は十分の
数ミリメートルを越えてはならないため、特に全ての接
着間隙は図示したものより著しく狭い。接着剤として
は、できる限り収縮が少なく且つ結合すべき部材の材料
との確実な接着を可能にするあらゆる接着剤が適してい
る。好ましい材料であるケイ酸塩及びセラミックに対し
ては、特に、収縮が3%未満又は0.6%未満のエポキ
シ接着剤が適している。接着剤供給管路には、接着実施
後、できる限り接着剤を残しておかないのが好ましいで
あろう。
【0024】結合すべき2つの部材の突合せ密着面に接
着部を設けることは、特に強い加速又はその変化がある
ときに、結合すべき2つの部材を互いに確実に結合する
上で有用である。すなわち、接着部の保持力は、結合す
べき部材がその結合面で互いに離れようとしたときに初
めて完全な効果を発揮しなければならない。これは、結
合される部材の形状及び加速方向に対する結合面の位置
に応じて異なる速さで得られる。結合面は突合せ密着に
よって尚一層互いに結合されることが可能である。
【0025】図1及び図2の場合に、補整要素を受け入
れるための空間を2つの部材の一方のみに形成しなけれ
ばならないというわけではない。この空間を分割して、
できる限り厳密に対向する2つの空間を形成しても全く
同様である。しかし、この変形には、突合せ密着時に結
合すべき2つの部材をより精密に調整しなければならな
いという欠点もある。ただし、特殊な場合には、この方
法が有利になることもある。熱安定性の関係上、結合さ
れる部材の全ての構成要素は1つの材料のみから製造さ
れるべきであろう。結合される部材の位置測定のため
に、その表面の一部を鏡面にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による接着部の第1の構成を示す図。
【図2】 本発明による接着部の第1の構成の変形例を
示す図。
【図3】 本発明による接着部の第2の構成を示す図。
【符号の説明】
30,45,60…第1の部材、31,46,61…第
2の部材、32,33,53,54,62,63…結合
面、34,47,64,65…空間、37,50…補整
要素、40,41,49…空隙、42,44,51,5
2…接着間隙、50a,50b…接着板、50c…結合
ロッド、67…管路、68…結合管、71…接着間隙、
72…接着部、73…スリット、69,74,75…空
隙。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルンハルト・トリィエル ドイツ連邦共和国・82110・ゲルマリン ク・リッター−フォン−ハルト−シュトラ ーセ・1 (72)発明者 ミヒャエル・トルンツ ドイツ連邦共和国・73479・エルヴァンゲ ン・エリカシュトラーセ・9

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも2つの部材(30,31;4
    5,46;60,61)から組立てられており、その第
    1の部材(30;45;60)が第1の材料から成り且
    つ第2の部材(31;46;61)が第2の材料から成
    り、2つの部材(30,31;45,46;60,6
    1)の各々は少なくとも1つの結合面(32,33;5
    3;54;62,63)を介して接合し、結合面(3
    2,33;53,54;62,63)は互いに対向し、
    且つ2つの部材(30,31;45,46;60,6
    1)は少なくとも1つの接着結合部により互いに結合さ
    れている結合部材において、2つの結合面(32,3
    3;53,54;62,63)の少なくとも一方に、第
    3の材料から成る補整部材(37,50,68)用の少
    なくとも1つの凹部(34,47,64,65)が設け
    られていることと、この補整部材(37,50,68)
    は少なくとも1つの接着部又は接着間隔(42,44;
    51,52;71,72)により2つの部材(30,3
    1;45,46;60,61)と結合されており、補整
    部材(37,50,68)と2つの部材(30,31;
    45,46;60,61)とを接着部(42,44;5
    1,52;71,72)で接着結合するために接着剤が
    使用されることとを特徴とする結合部材。
  2. 【請求項2】 接着部又は接着間隔(42,44;5
    1,52;71,72)は結合すべき部材(30,3
    1;45,46;60,61)と補整部材(37,5
    0,68)との間に設けられていることを特徴とする請
    求項1記載の結合部材。
  3. 【請求項3】 2つの結合部材(30,31;45,4
    6;60,61)はそれぞれ少なくとも1つの結合面
    (32,33;53,54;62,63)で互いに突合
    せ密着されていることと、接着部(42,44;51,
    52;71,72)の凹部は少なくともほぼ突合せ密着
    面(32,33;53,54;62,63)に位置して
    いることを特徴とする請求項1又は2記載の結合部材。
  4. 【請求項4】 補整部材(37,50)の側方に空隙
    (40,41,49)が設けられていることを特徴とす
    る請求項1から3のいずれか1項に記載の結合部材。
  5. 【請求項5】 補整部材(50)は2つの接着板(50
    a,50b)と、それらの接着板(50a,50b)を
    結合する結合ロッド(50c)とから構成されており、
    接着板(50a,50b)の横断面は結合ロッド(50
    c)の横断面より大きいことを特徴とする請求項1から
    4のいずれか1項に記載の結合部材。
  6. 【請求項6】 結合すべき2つの部材(60,61)の
    各々に、各々の凹部(64,65)としてそれぞれ1つ
    の空間が形成されていることと、それらの対向する空間
    (64,65)の中に補整要素(68)が配置されてい
    ることと、補整要素(68)と2つの空間(64,6
    5)の側壁との間に少なくとも1つの接着部又は接着間
    隔(71,72)がそれぞれ設けられていることを特徴
    とする請求項1から3のいずれか1項に記載の結合部
    材。
  7. 【請求項7】 補整要素(68)の下方にそれぞれ空隙
    (69,74)が形成されていることと、第1の部材
    (60)と結合管(68)との間の接着部(72)と、
    第2の部材(61)と結合管(68)との間の接着部
    (71)との間に空隙(75)が設けられていることを
    特徴とする請求項6記載の結合部材。
  8. 【請求項8】 補整要素(68)は中空の結合管である
    ことを特徴とする請求項6又は7記載の結合部材。
  9. 【請求項9】 結合管(68)の側方に長手方向スリッ
    ト(73)が形成されていることを特徴とする請求項
    6,7又は8記載の結合部材。
  10. 【請求項10】 長手方向スリット(73)は中空の結
    合管(68)の全長にわたって形成されていることを特
    徴とする請求項9記載の結合部材。
  11. 【請求項11】 接着剤供給管路(67)を有する部材
    (61)にある空間(65)の周囲を巡る溝(70)は
    接着剤が出口部で接着間隙(71)から流出するのを阻
    止するために形成されていることを特徴とする請求項6
    から10のいずれか1項に記載の結合部材。
  12. 【請求項12】 接着剤供給管路(67)の出口開口は
    長手方向スリット(73)の反対側に配置されているこ
    とを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載
    の結合部材。
  13. 【請求項13】 結合部材は位置決めテーブルであるこ
    とを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載
    の結合部材。
  14. 【請求項14】 位置決めテーブルは、400nm未満
    の波長で動作する光学機器に組込まれていることを特徴
    とする請求項13記載の結合部材。
  15. 【請求項15】 光学機器は顕微鏡であることを特徴と
    する請求項14記載の結合部材。
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