JP2000320756A - 低温流体用バイヨネット継ぎ手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１の断熱パイプ２および第２の断熱パ
イプ３の回転を保障するために隙間を設け、断熱パイプ
間に生ずる転倒モーメントによる片当たりを防止可能と
し、耐荷重能力およびシール性能を向上させるととも
に、軽く円滑に可動とすることができ、低温装置に液体
窒素や液体ヘリウムなどの低温流体を供給する配管とし
て好適な低温流体用バイヨネット継ぎ手を提供するこ
と。 【解決手段】 第１の断熱パイプ２および第２の断熱パ
イプ３の間のＯリング部分にボールベアリング２１を介
在させることに着目し、第１の断熱パイプ２およびこの
第１の断熱パイプ２に対して嵌合した第２の断熱パイプ
３と、第１の断熱パイプ２および第２の断熱パイプ３の
間をシールするシール部材と、第１の断熱パイプ２およ
び第２の断熱パイプ３を互いに回転可能に支持するボー
ルベアリング２１と、を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は低温流体用バイヨネ
ット継ぎ手にかかるもので、とくに半導体の製造にあた
ってシリコンウェハーなどに各種のイオンを注入するイ
オン注入装置におけるシリコンウェハーの冷却操作、あ
るいはプラズマ表面処理装置などにおけるコーティング
時の冷却操作などにあたって液体窒素や液体ヘリウムな
どの低温流体移送用として用いられる冷却媒体移送用配
管、さらに、その他の配管において低温流体の移送用と
して応用することができる低温流体用バイヨネット継ぎ
手に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のバイヨネット継ぎ手は、一対のパ
イプを互いに差し込んで構成するというその構造上、外
部からの侵入熱を低く押さえることができるため、たと
えば液体窒素や液体ヘリウムなどの低温流体を移送する
配管継ぎ手としてよく使われている。しかしながら、従
来の低温流体用バイヨネット継ぎ手は、固定式の配管で
あり、低温流体移送用としてこれを接続しても、相対的
に運動することはほとんどできない。しかも、バイヨネ
ット継ぎ手を組み込んだリンク配管は、長期間にわたっ
て使用され、耐久性が要求されている。

【０００３】低温流体を冷却媒体として採用し、被冷却
物にこれを移送して冷却する冷却媒体移送用配管などに
おいては、一対のパイプがそれぞれの軸心のまわりに互
いに回転可能であるなど可動式のバイヨネット継ぎ手が
要請されており、少しでも動かすことができる低温流体
用バイヨネット継ぎ手として提案されているものを図２
にもとづき概説する。

【０００４】図２は、提案されている低温流体用バイヨ
ネット継ぎ手１の断面図であって、低温流体用バイヨネ
ット継ぎ手１は、第１の断熱パイプ２および第２の断熱
パイプ３を組み合わせたもので、さらにＯリング４（シ
ール部材）および袋ナット５を有する。第１の断熱パイ
プ２は、二重管構造であって、その内部を第１の断熱真
空部６としてある。第２の断熱パイプ３も、二重管構造
であって、その内部を第２の断熱真空部７としてある。
第１の断熱パイプ２の端部は、これを凹部として、この
内部に第２の断熱パイプ３の凸部とした端部を所定長さ
（差込み部８）にわたって挿入し、回転継ぎ手部９とす
るとともに、この嵌合部分のわずかな間隙部を付属断熱
部１０としてある。

【０００５】この付属断熱部１０の最奥部（室温側）
に、上記Ｏリング４と、差込み部８が抜けてしまうこと
を防止可能な脱落防止用ストッパー１１および脱落防止
用フランジ１２と、上記袋ナット５と、を設けてある。
したがって、第１の断熱パイプ２および第２の断熱パイ
プ３は、軸方向には一体で相対的に移動することはな
く、わずかな隙間（付属断熱部１０）があるため回転継
ぎ手部９（差込み部８）において相対的に回転可能とな
っている。

【０００６】Ｏリング４部分、さらに脱落防止用ストッ
パー１１および脱落防止用フランジ１２部分にはグリー
ス１３を塗布することにより、第１の断熱パイプ２およ
び第２の断熱パイプ３の回転を保障するように潤滑を行
う。なお、第１の断熱パイプ２あるいは第２の断熱パイ
プ３の回転操作を行う場合には、袋ナット５をゆるめれ
ばよい。

【０００７】第１の断熱パイプ２および第２の断熱パイ
プ３により低温流体流路１４を形成し、低温流体流路１
４内を低温流体たとえば液体窒素ＬＮを一方向に供給可
能であるとともに、被冷却物（図示せず）を冷却可能
で、被冷却物との熱的接触によりガス化した窒素ガスＧ
Ｎと混相状態で供給帰還させることができる。もちろ
ん、この低温流体流路１４内中央部に流体供給管（図示
せず）を配置することにより、この流体供給管内を供給
通路とし、流体供給管と第１の断熱パイプ２および第２
の断熱パイプ３との間を帰還通路とすることもできる。

【０００８】なお、付属断熱部１０の部分から窒素ガス
ＧＮが外方に漏れ出る可能性はあるが、Ｏリング４によ
りシールしてあるとともに、付属断熱部１０はわずかな
隙間しかないので、この間に進入した窒素ガスＧＮは多
少の温度差があっても対流することはほとんどできず、
低温の窒素ガスＧＮの存在により、断熱作用を呈するこ
とができる。また、Ｏリング４部分は、室温程度となっ
ているので、Ｏリング４が凍ることはないし、上述のよ
うにグリース１３などで潤滑することができる。さら
に、第１の断熱パイプ２および第２の断熱パイプ３は、
薄肉のステンレス鋼材料によりこれを構成すれば、この
部分を伝わって低温部に入る侵入熱はこれを非常に少な
くすることができる。

【０００９】液体窒素ＬＮあるいは窒素ガスＧＮに圧力
がかかっている場合であっても、脱落防止用ストッパー
１１および脱落防止用フランジ１２が互いに係合してい
るとともに袋ナット５で固定しているため、この圧力の
ために差込み部８が飛び出たり、抜け出ることは防止さ
れている。

【００１０】こうした低温流体用バイヨネット継ぎ手１
を利用することにより、たとえば直線状にこれを設ける
場合はもちろん、第１の断熱パイプ２あるいは第２の断
熱パイプ３のいずれか一方を途中から任意の角度（たと
えば直角）に折り曲げ、さらに多数本の低温流体用バイ
ヨネット継ぎ手１を組み合わせて多節リンクとすれば、
三次元内での低温流体（冷却媒体）の移送配管の構築が
可能である。すなわち、回転継ぎ手部９における回転が
可能であるため、任意の範囲にわたって、被冷却物の動
きに追随して冷却媒体を移送可能である。

【００１１】しかしながら、継続的に運動する装置（た
とえば前記イオン注入装置における冷却媒体移送用配
管）ないし被冷却物に低温流体用バイヨネット継ぎ手１
を使用したリンク配管において、液体窒素ＬＮなど低温
流体を供給するときに回転継ぎ手部９ないし脱落防止用
ストッパー１１部分には、第１の断熱パイプ２および第
２の断熱パイプ３の回転を保障するために、隙間をある
程度設けておく必要がある。また付属断熱部１０部分の
隙間も必要である。ところが、これらの隙間を大きくし
過ぎると、配管の低温流体用バイヨネット継ぎ手１部分
に働く転倒モーメント、すなわち、低温流体用バイヨネ
ット継ぎ手１の差込み部８ないし回転継ぎ手部９部分を
折り曲げるように作用するモーメントのため第１の断熱
パイプ２および第２の断熱パイプ３部分のいずれかに片
当たりが起こる。リンク配管の接続に低温流体用バイヨ
ネット継ぎ手１部分がある場合、力の働く位置がずれる
ため、この転倒モーメントは必ず発生する。

【００１２】したがって、第１の断熱パイプ２および第
２の断熱パイプ３における片当たりの接触部は高い面圧
となって、かじりを生じるなどの潤滑上の問題が生じ、
リンク配管全体としても寿命が短くなるという問題があ
る。さらに、当該隙間を大きくし過ぎた場合には、正確
かつ円滑な動作を保障することが困難となり、ギクシャ
クした動作となるとともに、駆動力も変動し、外部から
の侵入熱量も増大するという問題がある。なお上述の片
当たり現象によりＯリング４は、そのつぶし代が管径方
向において変わりやすく、シール性能の低下につながる
という問題がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、耐久性にすぐれ、長
寿命の低温流体用リンク配管を構成することができる低
温流体用バイヨネット継ぎ手を提供することを課題とす
る。

【００１４】また本発明は、とくに可動部分を有する低
温装置において、この低温装置に液体窒素や液体ヘリウ
ムなどの低温流体を供給する配管として好適な低温流体
用バイヨネット継ぎ手を提供することを課題とする。

【００１５】また本発明は、第１の断熱パイプおよび第
２の断熱パイプの回転を保障するために隙間を設け、断
熱パイプ間に生ずる転倒モーメントによる片当たりを防
止可能とした低温流体用バイヨネット継ぎ手を提供する
ことを課題とする。

【００１６】また本発明は、耐荷重能力およびシール性
能を向上させるとともに、軽く円滑に可動とすることが
できる低温流体用バイヨネット継ぎ手を提供することを
課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、第１
の断熱パイプおよび第２の断熱パイプの間のＯリング部
分にボールベアリングを介在させることに着目したもの
で、低温流体を移送するための低温流体用バイヨネット
継ぎ手であって、上記低温流体を移送可能である、第１
の断熱パイプおよびこの第１の断熱パイプに対して嵌合
した第２の断熱パイプと、これら第１の断熱パイプおよ
び第２の断熱パイプの間をシールするシール部材と、こ
れら第１の断熱パイプおよび第２の断熱パイプを互いに
回転可能に支持するボールベアリングと、を有すること
を特徴とする低温流体用バイヨネット継ぎ手である。

【００１８】上記ボールベアリングは、上記シール部材
の近傍に位置してこれを設けることができる。

【００１９】上記ボールベアリングは、室温部分に位置
してこれを設けることができる。

【００２０】上記第１の断熱パイプおよび上記第２の断
熱パイプが互いに嵌合している差込み部における少なく
ともいずれか一方の表面に耐摩耗性の摺動材を設けるこ
とができる。

【００２１】本発明による低温流体用バイヨネット継ぎ
手においては、第１の断熱パイプおよび第２の断熱パイ
プの間にボールベアリングを介在させたので、第１の断
熱パイプおよび第２の断熱パイプの片当たりを防止し、
回転継ぎ手部部分の耐荷重性を増大させるとともに、軽
くスムーズに回転させることができ、高信頼性および長
寿命とすることができる。さらに第１の断熱パイプおよ
び第２の断熱パイプの表面に耐摩耗性の摺動材を設ける
ことにより、多少の接触部分があっても焼付きやかじり
を防止可能である。

【００２２】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
低温流体用バイヨネット継ぎ手２０を図１にもとづき説
明する。ただし、図２と同様の部分には同一符号を付
し、その詳述はこれを省略する。図１は、低温流体用バ
イヨネット継ぎ手２０の断面図であって、低温流体用バ
イヨネット継ぎ手２０においては、前記第２の断熱パイ
プ３の部分を折り曲げて描いてあるとともに、第１の断
熱パイプ２と第２の断熱パイプ３との間のＯリング４の
室温側（低温流体用バイヨネット継ぎ手２０の室温部
分、第１の断熱パイプ２の入口側）にボールベアリング
２１を設けてある。ボールベアリング２１を止め輪２２
により固定するようになっている。

【００２３】さらに、第１の断熱パイプ２と第２の断熱
パイプ３との間の付属断熱部１０部分の互いに対向する
第１の断熱パイプ２の差込み部８における表面には、摺
動材２３を設けてある。摺動材２３は、たとえば四フッ
化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂）を基材とした、低摩擦
係数を有するか、ないしは耐摩耗性のあるものを貼り付
け、あるいはコーティングすることによりこれを構成す
る。もちろん、第２の断熱パイプ３の内面側に摺動材２
３を設けるようにしてもよい。

【００２４】こうした構成の低温流体用バイヨネット継
ぎ手２０において、ボールベアリング２１は、第１の断
熱パイプ２および第２の断熱パイプ３の軸心を正確に保
持して、シール部材としてのＯリング４のつぶし代を全
周にわたって同等とし、シール性能を向上させていると
ともに、第１の断熱パイプ２および第２の断熱パイプ３
が互いにその金属部分が直接接触することを防止可能で
ある。すなわちボールベアリング２１は、低温流体用バ
イヨネット継ぎ手２０部分にかかるラジアル荷重の大部
分を支えて片当たりを防止し、さらにスラスト荷重も受
けることが可能であり、また低温流体用バイヨネット継
ぎ手２０の第２の断熱パイプ３が第１の断熱パイプ２か
ら抜けて外れることを防止している。

【００２５】低温流体用バイヨネット継ぎ手２０部分に
作用する転倒モーメントにより第２の断熱パイプ３が第
１の断熱パイプ２の内周側に接触することを完全に防止
することは困難ではあるが、この接触時にも第２の断熱
パイプ３の表面に設けた低摩擦係数で耐摩耗性のある摺
動材２３により第１の断熱パイプ２および第２の断熱パ
イプ３は互いによく滑り合い、焼付きやかじりを防止可
能である。

【００２６】かくして、低温流体用バイヨネット継ぎ手
２０部分の耐荷重能力を増大させ、高速に運動しても問
題なく低温流体ないし冷却媒体の移送機能を発揮し、軽
くスムーズに動き、高信頼性で長寿命とすることができ
る。また、第１の断熱パイプ２と第２の断熱パイプ３と
は、摺動材２３を介して接触するので、隙間（ボールベ
アリング２１部分および付属断熱部１０部分）をさらに
狭くすることが可能で、低温流体用バイヨネット継ぎ手
２０としての熱損失を小さくすることができる。

【００２７】なお、ボールベアリング２１をＯリング４
の近傍に配置することにより、Ｏリング４のつぶれ代を
極力小さくすることができ、上述のような片当たり防止
作用と相俟ってシール性能を向上させることができる。
また、ボールベアリング２１をＯリング４の室温側に設
けてあって低温流体（液体窒素ＬＮ、窒素ガスＧＮ）の
影響を避けることができ、ボールベアリング２１による
上述のような作用を保障することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１の断
熱パイプおよび第２の断熱パイプからなるバイヨネット
部分にボールベアリングを組み込むことにより、耐荷重
能力を向上させ、高速に運動しても問題なく機能して、
軽くかつ円滑に動き、高信頼性で長寿命の低温流体用バ
イヨネット継ぎ手とし、熱損失も小さくすることができ
る。なお、第１の断熱パイプおよび第２の断熱パイプに
摺動材を設けることにより、さらに信頼性を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による低温流体用バイヨネ
ット継ぎ手２０の断面図である。

【図２】提案されている低温流体用バイヨネット継ぎ手
１の断面図である。

【符号の説明】

１ 低温流体用バイヨネット継ぎ手（図２） ２ 第１の断熱パイプ ３ 第２の断熱パイプ ４ Ｏリング（シール部材） ５ 袋ナット ６ 第１の断熱パイプ２の第１の断熱真空部 ７ 第２の断熱パイプ３の第２の断熱真空部 ８ 差込み部 ９ 回転継ぎ手部 １０ 付属断熱部 １１ 脱落防止用ストッパー １２ 脱落防止用フランジ １３ グリース １４ 低温流体流路 ２０ 低温流体用バイヨネット継ぎ手（実施の形態、図
１） ２１ ボールベアリング ２２ 止め輪 ２３ 摺動材 ＬＮ 液体窒素 ＧＮ 窒素ガス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低温流体を移送するための低温流体用
   バイヨネット継ぎ手であって、 前記低温流体を移送可能である、第１の断熱パイプおよ
   びこの第１の断熱パイプに対して嵌合した第２の断熱パ
   イプと、 これら第１の断熱パイプおよび第２の断熱パイプの間を
   シールするシール部材と、 これら第１の断熱パイプおよび第２の断熱パイプを互い
   に回転可能に支持するボールベアリングと、 を有することを特徴とする低温流体用バイヨネット継ぎ
   手。
2. 【請求項２】 前記ボールベアリングは、前記シール
   部材の近傍に位置してこれを設けたことを特徴とする請
   求項１記載の低温流体用バイヨネット継ぎ手。
3. 【請求項３】 前記ボールベアリングは、室温部分に
   位置してこれを設けたことを特徴とする請求項１記載の
   低温流体用バイヨネット継ぎ手。
4. 【請求項４】 前記第１の断熱パイプおよび前記第２
   の断熱パイプが互いに嵌合している差込み部における少
   なくともいずれか一方の表面に耐摩耗性の摺動材を設け
   たことを特徴とする請求項１記載の低温流体用バイヨネ
   ット継ぎ手。