JP2006316987A - Glass pipe joint and glass pipe connecting technology - Google Patents

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Atsunori Yamauchi
敦典 山内
Soushi Kanazawa
壮士 金澤
Tadashi Ichikawa
忠志 市川
Hiroshi Tokuyama
博史 徳山
Koji Kiyokawa
幸次 清川
Yukio Kiyokawa
幸男 清川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pipe joint composed of glass as a whole and having high air-tightness. <P>SOLUTION: The joint is completely composed of glass, a structure of a face-seal pipe joint keeping air-tightness by butting seal faces of end portions of the pipes is applied as a structure of the joint, and the seal face is a plane having flatness of more than a degree for optical adhesion. To eliminate very small clearance between optically-adhered seal faces, the seal faces are fastened by a male screw means and a female screw means mounted coaxially with the pipe, and the seal faces of the joints are joined with proper force. When the piping is permanent piping, an optically-polished gasket is inserted according to necessity, and heat is applied to a joined portion after connecting the joints to adhere them. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造装置の配管技術、特に、半導体製造装置の反応装置内部の配管の継手技術に属する。半導体関連設備のみでなく、化学関連設備やバイオ関連設備等に用いられる高品位の配管技術にも関係する。また、ガラス配管技術の分野にも属し、特に高い気密性が必要な高品位の配管技術に関係する。  The present invention relates to piping technology for semiconductor manufacturing equipment, and particularly to joint technology for piping inside reaction equipment of semiconductor manufacturing equipment. In addition to semiconductor-related equipment, it also relates to high-quality piping technology used for chemical-related equipment and bio-related equipment. It also belongs to the field of glass piping technology, and is particularly related to high-quality piping technology that requires high airtightness.

本発明の背景技術について説明する。  The background art of the present invention will be described.

ガラスは化学的に安定であり、小さな熱膨張係数と耐熱性を有する。こうした特性を活かし、ガラス配管は金属配管では困難な化学物質の輸送や温度環境での配管に用いられる。ガラスプラントに用いられるガラス配管の材料は、珪酸を主成分に少量の硼酸を添加した硼珪酸ガラスである。これに対して、半導体製造装置で用いられるガラス配管の材料は高純度の石英ガラスである。これは半導体プロセスにおいて硼珪酸ガラスを用いた場合、硼酸が被処理半導体に対して意図しない不純物となるためである。  Glass is chemically stable and has a small coefficient of thermal expansion and heat resistance. Taking advantage of these characteristics, glass piping is used for transporting chemical substances and piping in a temperature environment, which is difficult with metal piping. The material of the glass piping used in the glass plant is borosilicate glass in which silicic acid is the main component and a small amount of boric acid is added. On the other hand, the material of the glass piping used in the semiconductor manufacturing apparatus is high-purity quartz glass. This is because when borosilicate glass is used in the semiconductor process, boric acid becomes an unintended impurity for the semiconductor to be processed.

半導体製造装置の反応装置の内部、つまり、反応炉の内部には、反応に必要な原料ガスを適切に反応部に導くために配管が施されていることが多い。半導体製造装置の反応装置の内部では、一般的に高温に加熱される、あるいは、腐食性のガスを利用するなどの理由により、内部では金属製の配管を使用することができないことが多い。更にいうなら、反応装置の内部の配管は、配管の内壁のみならず配管の外壁も環境のガスに曝され、そして高温に曝されていることから、配管の材質および配管継手の材質は、管の内部および外部ともに、配管されている環境に適している必要がある。  In many cases, piping is provided in the reaction apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus, that is, in the reaction furnace in order to appropriately introduce the raw material gas necessary for the reaction to the reaction section. Inside a reaction apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus, it is often impossible to use metal piping inside because it is generally heated to a high temperature or a corrosive gas is used. Furthermore, since the piping inside the reactor is exposed not only to the inner wall of the piping but also to the outer wall of the piping, and to the high temperature, the piping material and the piping joint material are Both inside and outside must be suitable for the piped environment.

炉内が高温となる領域は、被処理半導体基板の近傍や原料生成部付近、予備加熱領域などであるが、場合によっては、炉の全体が高温に加熱されている場合もある。高温となる箇所では、腐食性のガスの反応性がより高まるため、金属製の部品をますます使用できなくなる。これは、腐食による部品の消耗はもちろんのことであるが、腐食により部品から発生した物質が半導体に対して意図しない不純物となり、被処理半導体の特性に悪影響を及ぼすことが一番大きな理由である。  The region where the temperature in the furnace becomes high is the vicinity of the semiconductor substrate to be processed, the vicinity of the raw material generation unit, the preheating region, and the like, but in some cases, the entire furnace may be heated to a high temperature. At high temperatures, the corrosive gas becomes more reactive, making metal parts increasingly unusable. This is of course the reason why corrosion causes parts to be consumed, but the main reason is that the substances generated from the parts due to corrosion become unintentional impurities for the semiconductor and adversely affect the characteristics of the semiconductor to be processed. .

こうした理由から、炉の外から炉内に伸びる金属配管は、炉内で石英ガラスなどの炉内環境に適した材料の配管に変更する必要がある。具体的には、金属配管と石英ガラスなどの材質の配管との接続が必要になる。  For these reasons, the metal pipe extending from the outside of the furnace into the furnace needs to be changed to a pipe made of a material suitable for the in-furnace environment such as quartz glass in the furnace. Specifically, it is necessary to connect a metal pipe and a pipe made of a material such as quartz glass.

従来、この金属配管と石英配管の接続はコバールガラスやコバール金属などを中間材料としてロウ付けにより接合されている。しかしながら、石英ガラス製の配管と金属配管の接続を継手接続とする方が管理面で有利であり、継手接続の新しい方法が望まれる。  Conventionally, the connection between the metal pipe and the quartz pipe is joined by brazing using an intermediate material such as Kovar glass or Kovar metal. However, it is more advantageous in terms of management to connect the quartz glass pipe and the metal pipe to the joint connection, and a new method of joint connection is desired.

次にガラス配管同士の接続について説明する。以下、炉内の配管が石英ガラスにより施されているものとして説明する。  Next, the connection between the glass pipes will be described. Hereinafter, description will be made assuming that the piping in the furnace is made of quartz glass.

反応炉の種類により異なるが、炉内には、原料ボート、ディフューザーと呼ばれる拡散装置、原料吹き出しノズルなどの多くの部品があり、それぞれについて原料ガスやキャリアガスの配管接続が必要である。こうした内容物への石英ガラス配管の接続方法として溶接を用いることもできるが、この場合には、組立後に個々の部品に分解することができないため、炉内の内容物は大きくなり、個別の部品ごとの管理ができなくなる。炉内の内容部品の分解組立ての自由度を増すためには、配管を継手接続とすることが望ましいが、高温環境や腐食ガスのある環境において使用できる継手の規格は存在しない。  There are many parts such as a raw material boat, a diffusion device called a diffuser, and a raw material blowing nozzle in the furnace, depending on the type of the reaction furnace. Welding can also be used as a method of connecting quartz glass piping to such contents, but in this case, the contents in the furnace become large and cannot be disassembled into individual parts after assembly. It becomes impossible to manage each. In order to increase the degree of freedom in disassembling and assembling the contents in the furnace, it is desirable to connect the piping to a joint connection, but there is no standard for joints that can be used in a high temperature environment or an environment with corrosive gas.

例えば、既存の規格である共通テーパーすり接手(JIS R3646)は、接続部のリークを保証する接続方法ではないため、高品位を追求する半導体製造装置の内部で使用するには不向きである。共通テーパーすり接手では、気密性を向上させるためにはグリースの塗布を行うことがあるが、高温環境であり、不純物を嫌う半導体製造装置の炉内ではグリースを使用することができない。また、継手の抜き差しのために長手方向のスペースが必要であることが内容部材を組立てるうえで障害となることもある。また、配管の長手方向で引っ張りの力がある場合には、接続部が抜け外れる心配もある。  For example, the common taper joint (JIS R3646), which is an existing standard, is not suitable for use inside a semiconductor manufacturing apparatus that pursues high quality because it is not a connection method that guarantees leakage at the connection. In a common taper joint, grease may be applied to improve hermeticity, but the grease cannot be used in a furnace of a semiconductor manufacturing apparatus which is a high temperature environment and dislikes impurities. Further, the necessity of a space in the longitudinal direction for inserting and removing the joint may be an obstacle to assembling the contents member. In addition, when there is a pulling force in the longitudinal direction of the pipe, there is a concern that the connecting portion may come off.

ガラス製化学プラント用構成部品(JIS R3802)に既定されている継手は、フランジを利用するため、狭い半導体製造装置の炉内には適さない。また、規格で定められている配管の呼び径も15mm以上であり、通常多く用いられている直径1/4インチ(直径6.35mm)の様な配管径には対応していない。また、接続部の構成として、パッキン、インサート、クランプといった非耐熱材料を使用する必要があるが、これらを高温かつ腐食性のガスが存在する環境で使用することができないことは明らかである。  The joint defined in the glass chemical plant component (JIS R3802) uses a flange and is not suitable for use in a furnace of a narrow semiconductor manufacturing apparatus. Moreover, the nominal diameter of the pipe defined in the standard is 15 mm or more, and does not correspond to a pipe diameter such as 1/4 inch (diameter 6.35 mm) which is usually used. Moreover, although it is necessary to use non-heat-resistant materials such as packing, insert, and clamp as the configuration of the connecting portion, it is obvious that these cannot be used in an environment where high temperature and corrosive gas exists.

一般の環境下では、ガラス管の接続にISO規格のクランプ継手(ISO 2861−1)を利用することもあり得るが、エラストマー製のOリングを利用しているために高温環境では使用することができない。  Under normal circumstances, the ISO standard clamp joint (ISO 2861-1) may be used to connect the glass tube. However, since the elastomer O-ring is used, it may be used in a high temperature environment. Can not.

このように、ガラス配管、特に石英ガラス配管においては、実際の半導体製造装置の炉内で使用可能な継手の規格が存在せず、また、推奨される接続方法も存在しない。このため、現実的には、配管の接続は溶接により施されることがほとんどである。  As described above, in glass pipes, particularly quartz glass pipes, there is no standard for joints that can be used in a furnace of an actual semiconductor manufacturing apparatus, and there is no recommended connection method. For this reason, in practice, the connection of the pipe is mostly made by welding.

本発明の目的は、半導体製造装置の炉内などの特殊な環境において利用可能なガラス配管、特に、石英ガラス配管の接続方法である継手技術を提供することにある。具体的には、継手の形式を面シール管継手とし、面シール管継手のシール面を光学接着する程度以上の極めて高い平面度の平面とし、接合面を配管と同軸上にあるネジ手段により締結することにより、高い気密性を実現できる継手システムを提供する。また、接続端部のシール面を極めて高い平面度を持つ平面としたことにより、継手接続後に接合部を加熱することにより接続端部のシール面同士を接着できるという副次的な作用をも提供することができる。加熱による接着は、光学接着する程度以上の平面度を持つ平面同士を適切な圧力をかけて接合した後に熱を加えて接着する比較的新しい技術である。  An object of the present invention is to provide a joint technique which is a method for connecting glass pipes, particularly quartz glass pipes, which can be used in a special environment such as in a furnace of a semiconductor manufacturing apparatus. Specifically, the joint type is a face seal pipe joint, the seal surface of the face seal pipe joint is a flat surface with an extremely high degree of flatness more than optically bonded, and the joint surface is fastened with screw means coaxial with the pipe By doing so, a joint system capable of realizing high airtightness is provided. In addition, since the sealing surface of the connecting end is a flat surface with extremely high flatness, it also provides a secondary effect that the sealing surfaces of the connecting end can be bonded together by heating the joint after connecting the joint. can do. Adhesion by heating is a relatively new technique in which flat surfaces having a degree of flatness higher than that for optical adhesion are bonded together by applying appropriate pressure and then heated to bond them.

上記の加熱による接着は、組上げた配管を分解せずにひとつの構成物として一体化したい場合に非常に有効である。火炎による加熱や高周波による加熱を利用する以外にも、半導体製造装置炉内の高温を利用して配管の接続端部のシール面を接着することもできる。  The above-mentioned adhesion by heating is very effective when it is desired to integrate the assembled pipes as one component without disassembling. In addition to using heating by flame or heating by high frequency, the sealing surface of the connection end of the pipe can be bonded using the high temperature in the semiconductor manufacturing apparatus furnace.

このような手法、つまり、配管を継手により接続し、その後に接合部に熱を加えて配管を接着する手法は、光電子増倍管などの真空管の製作や真空に導入するガラス部品の製作などの広い分野で応用が期待できる。この手法はこれまでに存在していなかった全く新しい手法である。  Such a method, that is, connecting pipes with joints and then bonding the pipes by applying heat to the joints, such as the production of vacuum tubes such as photomultiplier tubes and the production of glass parts to be introduced into the vacuum, etc. Applications can be expected in a wide range of fields. This method is a completely new method that has not existed before.

逆に、加熱することにより、接合面同士を接着させたくない場合には、加熱しても接着することのない材料をガスケットの材質として選定すればよい。もちろん、接続端部のシール面に表面処理を施して接着することのない面としてもよい。  Conversely, when it is not desired to bond the bonding surfaces by heating, a material that does not bond even when heated may be selected as the gasket material. Of course, it is good also as a surface which gives a surface treatment to the sealing surface of a connection end part, and does not adhere | attach.

ガラス配管の継手を面シール管継手することは、既存の金属配管の面シール継手との接続にも都合が良い。一般的に、既存の金属配管の面シール継手の接続端部は平面ではないが、金属配管の面シール管継手のシール面と本発明のガラス管継手のシール面の間に挿入したガスケットが変形して双方のシール面に密着することにより気密を保つことができる。例えば、金属ガスケットを用いる金属配管の面シール継手と継手接続する場合には、シール面の径の互換をとり、ネジによる接続手段の互換をとり、充分な平面度の金属製ガスケットを挿入した継手構成とすればよい。  Connecting a glass pipe joint to a face seal joint is also convenient for connection to an existing metal pipe face seal joint. In general, the connection end of the face seal joint of an existing metal pipe is not flat, but the gasket inserted between the seal face of the face seal pipe joint of the metal pipe and the seal face of the glass pipe joint of the present invention is deformed. Thus, it is possible to maintain airtightness by adhering to both sealing surfaces. For example, when connecting joints to face seal joints of metal pipes that use metal gaskets, joints with compatible seal diameters, screw connection means, and metal gaskets with sufficient flatness are inserted. What is necessary is just composition.

従来、ガラスは硬くて脆く機械加工も困難であることから、ネジ手段の加工は困難であり、そして、光学接着する程度以上、つまりは平面度λ/5程度以上の極めて高い平面度を持つ平面の加工は極めて高度な技術であり、またこれらの加工は多くの加工工数とコストが必要なため、本発明と同様の継手技術は考案されることもなく実施もされていなかった。しかしながら、近年、ガラスの平面研磨技術の向上したこと、ガラスの機械加工技術の向上によりネジ部品の作成が可能になったことなどにより、本発明の管継手の実現が可能となった。  Conventionally, since glass is hard and brittle and difficult to machine, it is difficult to process screw means, and a plane having an extremely high flatness of at least a degree of optical adhesion, that is, a flatness of about λ / 5 or more. Since these processes are extremely advanced techniques, and these processes require a large number of processing steps and costs, no joint technique similar to that of the present invention has been devised or implemented. However, in recent years, it has become possible to realize the pipe joint of the present invention by improving the glass surface polishing technology and making it possible to create screw parts by improving the glass machining technology.

従来のガラス配管の管継手に関する技術には次の(1)から(4)のようなものがある。
(1)科学分析用ガラス器具の共通テーパーすり接手(JIS R3646)
(2)化学分析用ガラス器具の共通球面すり接手(JIS R3651)
(3)ガラス製化学プラント用構成部品(JIS R3802)に規定される継手
(4)クランプ継ぎ手(ISO 2861−1)
The following techniques (1) to (4) are related to conventional glass pipe fittings.
(1) Common taper joint for glassware for scientific analysis (JIS R3646)
(2) Common spherical slip joint for glassware for chemical analysis (JIS R3651)
(3) Joints specified for glass chemical plant components (JIS R3802) (4) Clamp joints (ISO 2861-1)

金属配管の管継手で、ガラス配管、特に、石英配管と接続する必要が発生する可能性が高い管継手としては次の(5)ようなものがある。
(5)スウェジロック社より提供されている面シール管継手であるVCR継手(米国特許 US 6318766)
Among the pipe joints of metal pipes, the following pipe joints (5) are likely to be required to be connected to glass pipes, particularly quartz pipes.
(5) VCR joints (US Pat. No. 6,318,766) which are face seal pipe joints provided by Swagelok

下にそれぞれの継手の特徴を記す。  The characteristics of each joint are described below.

(1)科学分析用ガラス器具の共通テーパーすり接手(JIS R3646)
めす形のテーパーとおす形のテーパーをすり合わせて配管を接続する。テーバー部の表面粗さは1μm以下とされている。この規格では、グリース無しの状態で、差圧50.77kPaの元で、5分間で1.33kPa以下の漏れが許容されている。より高い真空の保持のためにはグリースを塗布する必要がある。
(1) Common taper joint for glassware for scientific analysis (JIS R3646)
Connect the pipe by fitting the female taper and the male taper. The surface roughness of the Taber portion is 1 μm or less. According to this standard, leakage of 1.33 kPa or less is allowed for 5 minutes under a differential pressure of 50.77 kPa without grease. Grease needs to be applied to maintain a higher vacuum.

(2)化学分析用ガラス器具の共通球面すり接手(JIS R3651)
すり合わせの形状が球面のすり接手である。共通テーパーすり接手と同程度以上の漏れが許容されている。
(2) Common spherical slip joint for glassware for chemical analysis (JIS R3651)
The shape of the rubbing is a spherical rubbing joint. Leaks that are at least as good as common taper joints are allowed.

(3)ガラス製化学プラント用構成部品(JIS R3802)に規定される継手
ガラス製のプラント用の規格であり、硼珪酸ガラスを用いることになっている。接続は、球面または平面の接続端部にガスケットをはさみ、インサートを挿入してパッキングフランジで固定する。
(3) A joint glass standard for glass chemical plant components (JIS R3802), and borosilicate glass is to be used. For the connection, a gasket is sandwiched between spherical or flat connection ends, an insert is inserted, and the gasket is fixed with a packing flange.

(4)クランプ継ぎ手(ISO 2861−1)
エラストマー製のOリングを用い、これをフランジ面にはさみ、クランプでフランジを締結する。本来は金属配管の接続に広く用いられているが、フランジを規格の形状に保ったまま材質をガラスとすることでガラス配管にも適用可能である。この場合のクランプは、ガラスにクラックが入らないようにプラスチック製のチェーンクランプとすることが多い。
(4) Clamp joint (ISO 2861-1)
An elastomeric O-ring is used, sandwiched between the flange surfaces, and the flange is fastened with a clamp. Originally, it is widely used for the connection of metal pipes, but it can also be applied to glass pipes by using glass as the material while keeping the flange in a standard shape. The clamp in this case is often a plastic chain clamp so that the glass does not crack.

(5)スウェジロック社より提供されている面シール管継手であるVCR継手(米国特許 US 6318766)
VCR継手は、ガスケットとして金属ガスケットを使用できる面シール管継手であり、高純度かつ超高真空から正圧までリークの無い継手である。材質はステンレススチールSUS316が提供されている。ガスケットは、ニッケル、ステンレスなどが選択できる。接続端部(シール面)にてガスケットを締めつけ気密を保つ。
図4に上記のVCR継手の代表的な構成を示す。図の上半分は断面図を示し、下半分は外観を示している。図4(a)は継手接続の前の部品の構成を示し、図4(b)は継手接続した状態を示している。
(5) VCR joints (US Pat. No. 6,318,766) which are face seal pipe joints provided by Swagelok
The VCR joint is a face-sealed pipe joint that can use a metal gasket as a gasket, and is a joint that has high purity and does not leak from ultra-high vacuum to positive pressure. The material is stainless steel SUS316. The gasket can be selected from nickel, stainless steel and the like. Tighten the gasket at the connection end (seal surface) to keep it airtight.
FIG. 4 shows a typical configuration of the VCR joint. The upper half of the figure shows a cross-sectional view, and the lower half shows the appearance. FIG. 4 (a) shows the configuration of the parts before joint connection, and FIG. 4 (b) shows the state of joint connection.

参考文献References

(1)科学分析用ガラス器具の共通テーパーすり接手(JIS R3646)
(2)化学分析用ガラス器具の共通球面すり接手(JIS R3651)
(3)ガラス製化学プラント用構成部品(JIS R3802)
(4)クランプ継ぎ手(ISO 2861−1)
(5)(米国特許 US 6318766)
(1) Common taper joint for glassware for scientific analysis (JIS R3646)
(2) Common spherical slip joint for glassware for chemical analysis (JIS R3651)
(3) Glass chemical plant components (JIS R3802)
(4) Clamp joint (ISO 2861-1)
(5) (US Patent US 6318766)

従来の配管継手の技術では次の(1)から(3)のような課題がある。
(1)ガスケット、インサート、Oリングなどを用いる継手では、それらの材質がゴムやプラスチックなどであり耐熱性に乏しく、クランプやパッキングフランジなどの部品は金属製であるために耐腐食性に乏しいため、高温環境かつ腐食性ガス雰囲気の半導体製造装置の炉内で使用することができない。
(2)Oリングやガスケットを用いない共通テーパー接手では、充分な気密性を有していない。特に高真空に対応できる程度までの気密性は有していない。
(3)既存の金属製配管用の面シール継手との接続に互換性がない。
The conventional piping joint technology has the following problems (1) to (3).
(1) In joints that use gaskets, inserts, O-rings, etc., their materials are rubber and plastic, etc., which have poor heat resistance, and parts such as clamps and packing flanges are made of metal, so they have poor corrosion resistance. It cannot be used in a furnace of a semiconductor manufacturing apparatus in a high temperature environment and a corrosive gas atmosphere.
(2) A common taper joint that does not use an O-ring or gasket does not have sufficient airtightness. In particular, it does not have airtightness enough to cope with high vacuum.
(3) Connection with existing face seal joint for metal piping is not compatible.

課題を解決するための手段を示す。  Means for solving the problems will be described.

高温環境で使用可能とするには、継手からゴム製やプラスチック製のガスケットやOリングなどの部品を排除し、全材質をガラス製の継手構造を用意すればよい。  In order to be able to use in a high temperature environment, it is only necessary to remove rubber and plastic gaskets and O-rings from the joint and prepare a joint structure made of glass for all materials.

高真空まで対応可能な気密性を得るためには、継手の構造を管の端部の面を合せてシールする面シール管継手の構造とし、シール面(2)を光学接着する程度以上の平面度を有する平面として接合面とすればよい。光学接着させるためには、シール面(2)の平面度はλ/5以上、望ましくはλ/10とすればよい。ここで、光の波長λは633nmである。  In order to obtain airtightness that can be applied up to high vacuum, the joint structure is a face seal pipe joint structure that seals the end face of the pipe together, and the sealing surface (2) is flat enough to optically bond. What is necessary is just to use it as a joining surface as a plane which has a degree. In order to perform optical bonding, the flatness of the sealing surface (2) may be λ / 5 or more, preferably λ / 10. Here, the wavelength λ of the light is 633 nm.

以下、光の波長λは633nmであり、平面度はこの波長λのもとで評価された値とする。平面度はオプティカルフラットによる光波干渉により評価される。平面度は、平坦度、面精度、平面平坦度などと表現されることもある。  Hereinafter, the wavelength λ of light is 633 nm, and the flatness is a value evaluated under this wavelength λ. The flatness is evaluated by light wave interference caused by an optical flat. The flatness may be expressed as flatness, surface accuracy, flatness, etc.

光学接着とは、理想平面に近い平面同士の面を合わせたとき、限りなく隙間が狭くなるために面が剥がれなくなる現象のことである。光学接着現象が起きる平面度を定量的に表現することは困難であるが、平面度λ/5程度以上から光学接着が起こることが知られている。  Optical bonding is a phenomenon in which when the surfaces of planes close to the ideal plane are brought together, the gap becomes infinitely narrow and the surfaces do not peel off. Although it is difficult to quantitatively express the flatness at which the optical adhesion phenomenon occurs, it is known that optical adhesion occurs at a flatness of about λ / 5 or more.

半導体製造装置の反応装置内部などのように高温環境かつ腐食性雰囲気においても使用できる継手の材料としては石英ガラスを選択すればよい。石英ガラスが使用環境に適合しない場合には、他の材料、例えば、耐腐食性と耐熱性に優れた緻密なセラミックスを選択すればよい。  Quartz glass may be selected as a joint material that can be used in a high temperature environment and a corrosive atmosphere such as in a reaction apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus. If quartz glass is not suitable for the environment in which it is used, other materials such as dense ceramics having excellent corrosion resistance and heat resistance may be selected.

光学接着している面同士の間の極めてわずかな隙間を無くすために、面と面を適当な力で押し当てればよい。光学接着している状態でも十分に気密を保つことができ、シール面とシール面の間には極めてわずかな隙間しか残っていないが、面同士を押しつけることで更に気密性を高めることができる。  In order to eliminate a very small gap between the optically bonded surfaces, the surfaces may be pressed with an appropriate force. Even when optically bonded, sufficient airtightness can be maintained, and only a very small gap remains between the sealing surfaces. However, the airtightness can be further improved by pressing the surfaces together.

シール面を突合せる手段として、ネジによる接合手段を用いればよい。ネジによる接合手段に用いるネジ手段は配管と同軸に配置したおすネジ手段(4)とめすネジ手段(5)とすればよい。ガラス製のネジ手段は近年のガラスの機械加工技術の向上により製作が可能になっている。  As means for abutting the seal surfaces, a joining means using screws may be used. The screw means used for the joining means using screws may be male screw means (4) and female screw means (5) arranged coaxially with the pipe. Glass screw means can be manufactured by recent improvements in glass machining technology.

ガラス製のネジ手段の緩みを防止するには、ネジ表面に砂目加工を施せばよい。緩み防止のために、ネジ手段と、ネジ手段が配管の接続端部に締めつけ力を伝えるために配管に設けてあるネジ手段との接触部の間、つまりはネジ手段とグランド(3)の間に、ガラス製のスプリングを挿入してもよい。
シール面が極めて高い平面度を持つことから、突合せの圧力はガラス製のネジ手段が破損することのない小さな値とすることができる。
In order to prevent loosening of the screw means made of glass, the surface of the screw may be grained. In order to prevent loosening, between the screw means and the contact portion between the screw means and the screw means provided in the pipe for transmitting the tightening force to the connection end of the pipe, that is, between the screw means and the ground (3). In addition, a glass spring may be inserted.
Since the sealing surface has extremely high flatness, the butt pressure can be set to a small value that does not damage the screw means made of glass.

ガスケット(8)を用いてもよく、その場合には、ガスケットのシール面(9)の平面度を継手本体のシール面と同様の平面度、つまりは光学接着する程度以上の平面度とすればよい。具体的には、λ/5以上の平面度とし、望ましくはλ/10以上の平面度とすればよい。  A gasket (8) may be used. In this case, the flatness of the sealing surface (9) of the gasket should be the same flatness as the sealing surface of the joint body, that is, the flatness more than the optical adhesion. Good. Specifically, the flatness should be λ / 5 or more, and desirably the flatness should be λ / 10 or more.

継手の接続後にシール面同士を接着して永久配管として一体化したい場合には、シール面同士の接合面に熱を加えて接着すればよい。シール面同士の突合せの圧力と加熱温度、そして処理時間を適切に設定することにより接合面を接着することができる。  When it is desired to bond the seal surfaces after connecting the joints and integrate them as a permanent pipe, heat may be applied to the joint surfaces of the seal surfaces. The joining surfaces can be bonded by appropriately setting the pressure and heating temperature of the butt surfaces between the sealing surfaces and the processing time.

より接着しやすくするためには、ガスケットに接着のための中間材料を用いればよい。異種の材料の配管を接続する場合には、各々の材料の熱膨張係数を考慮し、ガスケットの材質を選択すればよい。具体的には、コバールガラスやコバール金属をガスケットの材質として選択すればよい。  In order to facilitate adhesion, an intermediate material for adhesion may be used for the gasket. When pipes of different materials are connected, the gasket material may be selected in consideration of the thermal expansion coefficient of each material. Specifically, Kovar glass or Kovar metal may be selected as the gasket material.

逆に、熱が加わっても接着せさたくない場合には、使用温度以下の熱が加わっても継手の材料と接着することのない材料をガスケットとすればよい。例えば、高温で安定且つ緻密なセラミックス類などをガスケットの材料として選択すればよい。具体的には、炭化珪素、炭化ホウ素、窒化珪素、窒化炭素などをガスケットの材質として選択すればよい。  On the other hand, if it is not desired to bond even if heat is applied, a material that does not adhere to the joint material even if heat below the operating temperature is applied may be used as the gasket. For example, ceramics that are stable and dense at high temperatures may be selected as the gasket material. Specifically, silicon carbide, boron carbide, silicon nitride, carbon nitride, or the like may be selected as the gasket material.

金属配管の一般的な面シール継手と接続する場合には、シール面の径の互換をとり、ネジによる接続手段の互換をとり、充分な平面度を有する金属製のガスケットを挿入した継手構成とすればよい。  When connecting to a general face seal joint of metal piping, the joint configuration is to replace the diameter of the seal surface, replace the connection means by screws, and insert a metal gasket with sufficient flatness. do it.

本発明は次のような効果がある。  The present invention has the following effects.

(1)全材質がガラスである継手および配管システムを構成することが可能になる。
つまり、ゴムやプラスチックなどの有機物の部品を使用しない、ガラスのみから成る継手の構成が可能になる。特に、材質を高純度石英ガラスとすることにより、半導体関連分野において、高品質の配管システムとして利用が可能になる。具体的には、約1000℃までの高温環境と腐食性ガス雰囲気で利用可能な継手を提供できる。ガスケットを使用する場合においても、ガスケットの材質はガラス類あるいはセラミックス類とすることができることから、使用可能温度は従来の継手よりも高温とすることができる。
(1) A joint and piping system in which all materials are glass can be configured.
That is, it is possible to construct a joint made of only glass without using organic parts such as rubber and plastic. In particular, by using high-purity quartz glass as the material, it can be used as a high-quality piping system in the semiconductor-related field. Specifically, a joint that can be used in a high-temperature environment up to about 1000 ° C. and a corrosive gas atmosphere can be provided. Even in the case of using a gasket, the material of the gasket can be glass or ceramics, so that the usable temperature can be higher than that of a conventional joint.

(3)極めて高い気密性を有する継手を提供することができる。
シール面同士は物理的に隙間の無い接合をされ、あるいは熱を加えて接着をされるため、極めて高い気密性をもつ継手接続が可能となる。適切に継手による接続をした後に熱を加えて接着を行えば、高い気密性を保持したままで永久配管の製作することが可能になる。
(3) A joint having extremely high airtightness can be provided.
Since the sealing surfaces are joined with no physical gaps or are bonded by applying heat, it is possible to connect joints with extremely high airtightness. If bonding is performed by applying heat after appropriately connecting the joints, permanent piping can be manufactured while maintaining high airtightness.

(2)配管の組立て作業が極めて簡単なガラス配管継手を提供することができる。
まず、継手接続が可能になることそのものが、ガラス配管の作業効率を従来にないほどに向上させる。さらに、継手接続後に加熱することにより、接合部を接着できるとこから、配管の接続作業から溶接を省くことができる。これは、溶接では困難であった複雑な配管の組立てが可能になる事を示唆しており、配管製作における自由度が増すと期待できる。接続の手段として配管と同軸にあるネジ手段を用いているため、継手部分がコンパクトであり、組立てのための過剰なスペースを必要としない。また、差込みによる接続方法でないため、接続時に配管の長手方向の配管の移動の必要がなく、作業スペースの観点からも作業性が向上する。
(2) It is possible to provide a glass pipe joint that is extremely easy to assemble pipes.
First, the fact that the joint connection is possible itself improves the working efficiency of the glass piping as never before. Furthermore, since the joint can be bonded by heating after connecting the joint, welding can be omitted from the pipe connecting work. This suggests that it is possible to assemble complex piping, which was difficult with welding, and it can be expected that the degree of freedom in pipe manufacturing will increase. Since the screw means coaxial with the pipe is used as a means for connection, the joint portion is compact and does not require an excessive space for assembly. Moreover, since it is not the connection method by insertion, it is not necessary to move the pipe in the longitudinal direction of the pipe at the time of connection, and workability is improved from the viewpoint of work space.

(3)既存の金属配管の面シール継手と接続が可能なガラス配管継手を提供できる。
ガラス配管同士の継手接続が可能なばかりではなく、既存の金属配管の面シール継手と接続可能な継手のデザインが可能である。このことは配管コンポーネントの自由度を大きくする。
従来のように金属配管とガラス配管の接続に、Oリングなどが必要な継手を用いる場合、Oリングの耐熱性の問題から、接続部はせいぜい100℃程度が使用限界である。一方、既存の金属配管の継手の材質がステンレスSUS316であり、ガスケットの材質がニッケルもしくはステンレスSUS316であるなら、400℃程度まで使用できるため、使用限界の温度が高くなり、配管の設計における自由度が増す。
(3) A glass pipe joint that can be connected to a face seal joint of an existing metal pipe can be provided.
Not only is it possible to connect joints between glass pipes, but it is also possible to design joints that can be connected to face seal joints of existing metal pipes. This increases the freedom of piping components.
When a joint that requires an O-ring or the like is used to connect a metal pipe and a glass pipe as in the prior art, the use limit of the connection portion is at most about 100 ° C. due to the heat resistance problem of the O-ring. On the other hand, if the material of the existing metal pipe joint is stainless steel SUS316 and the gasket material is nickel or stainless steel SUS316, it can be used up to about 400 ° C, so the temperature at the limit of use becomes high and the degree of freedom in pipe design. Increase.

(5)新しい配管の接合技術および接着技術を提供できる。
全ての材質がガラスで、コンパクトで、且つ、高い気密性を持つ継手はこれまでにない新しい技術である。同様に、継手による配管の接続後に、熱を加えて配管を接着することができる技術は、これまでにない革新的なものである。これらの革新的な技術は、ガラス配管、特に石英ガラス配管を利用する分野にガラス配管の新しい利用方法や応用を提供できると期待できる。特に、配管の接続を永久的なものにする前に、継手により仮接続して試験することが可能であることは大きな利点である。例えば、光電子増倍管などの真空管の製作などで有利であることは容易に想像できる。
(5) A new pipe joining technique and adhesion technique can be provided.
All materials made of glass, compact and highly airtight joints are a new technology that has never been seen before. Similarly, a technique capable of applying heat to bond the pipes after the pipes are connected by the joints is an unprecedented innovation. These innovative technologies can be expected to provide new uses and applications of glass piping in the field of using glass piping, especially quartz glass piping. In particular, it is a great advantage that it is possible to test by temporarily connecting a joint before making the connection of the pipe permanent. For example, it can be easily imagined that it is advantageous in manufacturing a vacuum tube such as a photomultiplier tube.

これらの効果を総合して、本発明は、ガラス配管、特に石英ガラス配管を利用する産業分野の発展に大きく貢献できる。また、将来的に、ガラス配管のみでなく、金属やセラミックスなどの配管に応用することで、様々な材質の配管の接続が可能な継手コンポーネントを構築することが可能になると期待できる。  By combining these effects, the present invention can greatly contribute to the development of the industrial field using glass piping, particularly quartz glass piping. In the future, it is expected that it will be possible to construct joint components that can connect pipes of various materials by applying not only to glass pipes but also pipes made of metal or ceramics.

本発明の実施の形態を示す。  An embodiment of the present invention will be described.

請求項の請求順に従い、[実施形態1]から[実施形態5]の実施の形態を示す。ガラスの材質は石英ガラスとした。  Embodiments [Embodiment 1] to [Embodiment 5] are shown according to the order of claims. The glass material was quartz glass.

[実施形態1]
実施形態1として、石英ガラス配管同士の接続が可能であり、加えて、既存の金属配管の面シール継手との接続が可能な継手の例を示し、その石英ガラス管継手同士の接続の例を示す。
[Embodiment 1]
As Embodiment 1, it is possible to connect quartz glass pipes, and in addition, an example of a joint that can be connected to a face seal joint of an existing metal pipe is shown, and an example of connection between the quartz glass pipe joints is shown. Show.

既存の金属配管の面シール継手としては、実業において広く用いられている継手であり、高純度かつ正圧から高真空までに対応している継手である、スウェジロック社から提供されているVCR継手を1例として選択した。継手のサイズは1/4インチ配管用である。  As a face seal joint for existing metal pipes, a VCR joint provided by Swagelok Corporation, which is a joint widely used in business, is a joint that is compatible with high purity and from positive pressure to high vacuum. Selected as an example. The size of the joint is for 1/4 inch piping.

図1は実施形態1の石英ガラス管継手である。図の上半分は断面図を示し、下半分は外観を示している。図1(a)は継手接続の前の部品の構成を示し、図1(b)は継手接続した状態を示している。
石英ガラス製の配管(1)の直径は1/4インチ(6.35mm)とした。石英ガラス製の配管(1)の端部に平面のシール面(2)を設けて、その平面度をλ/10とした。ここで、光の波長λは633nmである。接続端部のシール面(2)にネジ手段の締めつけ力を伝えるための段を設けて、締めつけ部であるところのグランド(3)とした。
FIG. 1 shows a quartz glass pipe joint of the first embodiment. The upper half of the figure shows a cross-sectional view, and the lower half shows the appearance. Fig.1 (a) shows the structure of the components before joint connection, FIG.1 (b) has shown the state connected by the joint.
The diameter of the quartz glass pipe (1) was ¼ inch (6.35 mm). A flat sealing surface (2) was provided at the end of the quartz glass pipe (1), and the flatness was λ / 10. Here, the wavelength λ of the light is 633 nm. A step for transmitting the tightening force of the screw means was provided on the sealing surface (2) of the connecting end portion to form a ground (3) as a tightening portion.

配管の接続端部のシール面を密着させ、接続するために、配管の同軸にネジ手段を設けた。具体的には、配管と同軸上に、おすネジ手段(4)とめすネジ手段(5)を設けた。ネジ手段はレンチによる締めつけができるように6面を平面にした。図中では省略されているが、ネジ手段にはヘリウムリークテストにて気密を確認するための穴が開けられている。ネジ手段はVCR継手のネジ手段と互換のあるネジ仕様とした。具体的には、ユニファイ細目ネジでサイズは9/16−18UNFとした。石英ガラスで製作したおすネジ手段(4)とめすネジ手段(5)が滑って緩まないように、ネジ部(6)および(7)の表面に砂目加工をほどこした。滑りおよび緩み防止のための石英製スプリングをおすネジ手段(4)もしくはめすネジ手段(5)とグランド(3)の間に挿入してもよい。  In order to make the sealing surface of the connection end of the pipe tightly contact and connect, a screw means is provided on the coaxial line of the pipe. Specifically, male screw means (4) and female screw means (5) were provided coaxially with the pipe. The six screw surfaces were flat so that they could be tightened with a wrench. Although not shown in the figure, the screw means has a hole for confirming hermeticity in a helium leak test. The screw means is a screw specification compatible with the screw means of the VCR joint. Specifically, the size was 9 / 16-18UNF with a unified fine screw. The surface of the screw parts (6) and (7) was subjected to graining so that the male screw means (4) and the female screw means (5) made of quartz glass did not slip and loosen. A quartz spring for preventing slipping and loosening may be inserted between the male screw means (4) or the female screw means (5) and the ground (3).

締めつけの圧力は継手の材質により異なるが、継手材質の弾性を考慮し、接続端部のシール面同士が完全に密着する変形量となる圧力を目安としてとして締めつければよい。例えば本発明を材質石英ガラスに適用した場合では、締めつけの圧力が0.5MPaで充分な気密が保てた。ネジを締めつけるトルクはトルクレンチにより管理すればよい。  The tightening pressure varies depending on the material of the joint. However, considering the elasticity of the joint material, the tightening pressure may be tightened using as a guide the pressure that is the amount of deformation at which the sealing surfaces of the connecting end portions are in close contact with each other. For example, when the present invention is applied to a quartz glass material, a sufficient airtightness can be maintained with a tightening pressure of 0.5 MPa. The torque for tightening the screw may be managed with a torque wrench.

[実施形態1の試験結果]
石英ガラス継手同士を接続し、ヘリウムリークテスターにより気密性のテスト、ヘリウムリークテストを行った。継手の一方の石英管は端を封じたものとした。また、もう一方の配管の端は、ヘリウムリークテスターに接続するために、Oリングを用いる継手であるUltraTorr継手(スウェジロック社製)を介してヘリウムリークテスターのテストポートに接続した。
[Test Results of Embodiment 1]
Quartz glass joints were connected to each other, and an air tightness test and a helium leak test were conducted using a helium leak tester. One quartz tube of the joint was sealed at the end. The other end of the pipe was connected to a test port of the helium leak tester via an UltraTorr joint (manufactured by Swagelok), which is a joint using an O-ring, in order to connect to the helium leak tester.

ヘリウムリークテストの結果、リークレートは5×10−7(Pa・1/s)以下であった。この値は、使用したヘリウムリークテスターのバックグラウンドの値であることから、実質的に検出限界であり、継手の接続部からのリークはなかった。接続端部やネジ部のクラックは見られなかった。As a result of the helium leak test, the leak rate was 5 × 10 −7 (Pa · 1 / s) or less. Since this value is the background value of the helium leak tester used, it was substantially a detection limit, and there was no leak from the joint connection. There were no cracks at the end of the connection or screw.

接続端部を直接接続する代りにガスケット(8)を挿入してもよい。図2は実施形態1の石英ガラス管継手の構成にガスケット(8)を挿入する場合の構成である。図の上半分は断面図を示し、下半分は外観を示している。図2(a)は継手接続の前の部品の構成を示し、図2(b)は継手接続した状態を示している。
締めつけの圧力は継手の材質により異なるが、接続端部のシール面を直接接続する場合と同様、継手材質の弾性を考慮し、接続端部が完全に密着する変形量となる圧力を目安としてとして締めつければよい。
ガスケットの材質が継手の材質と同じ場合には、特別な機能は付加されないが、実施形態3および実施形態4のように目的に応じて材質を選択することにより、付加機能を与えることができる。
Instead of connecting the connecting end directly, a gasket (8) may be inserted. FIG. 2 shows a configuration when a gasket (8) is inserted into the configuration of the quartz glass pipe joint of the first embodiment. The upper half of the figure shows a cross-sectional view, and the lower half shows the appearance. FIG. 2 (a) shows the configuration of the parts before the joint connection, and FIG. 2 (b) shows the state of the joint connection.
The tightening pressure varies depending on the material of the joint, but as in the case of directly connecting the sealing surface of the connection end, considering the elasticity of the joint material, the pressure that is the amount of deformation at which the connection end is in close contact is used as a guide. Tighten.
When the material of the gasket is the same as the material of the joint, no special function is added, but an additional function can be given by selecting the material according to the purpose as in the third and fourth embodiments.

[実施形態2]
実施形態2として、実施形態1の石英ガラス管継手同士を接続し、熱を加えて接着する例を示す。
[Embodiment 2]
As the second embodiment, an example in which the quartz glass pipe joints of the first embodiment are connected to each other by applying heat is shown.

継手接続した実施形態1の継手を、温度1200℃にて1時間加熱し接着を施した。  The joint of the embodiment 1 connected to the joint was heated at 1200 ° C. for 1 hour to be bonded.

[実施形態2の試験結果]
継手のネジ手段を緩め、接続端部のシール面同士の接着を確認した。実施形態1と同様のヘリウムリークテストを行いリークのないことを確認した。
[Test Results of Embodiment 2]
The screw means of the joint was loosened, and adhesion between the sealing surfaces of the connection end portions was confirmed. A helium leak test similar to that of Embodiment 1 was performed to confirm that there was no leak.

接続端部を直接に接着する代りにガスケット(8)を挿入して接着してもよい。ガスケットが継手の材質と同じ材質の場合には、特別な機能は付加されないが、実施形態3および実施形態4のように目的に応じて材質を選択することにより、付加機能を与えることができる。  Instead of directly bonding the connection end, a gasket (8) may be inserted and bonded. When the gasket is made of the same material as that of the joint, no special function is added, but an additional function can be given by selecting the material according to the purpose as in the third and fourth embodiments.

[実施形態3]
実施形態3として、実施形態1の石英ガラス管継手同士の接続において、中間材料のガスケットを挿入し、熱を加えて接着する例を示す。
図2は実施形態3、つまり、石英ガラス管継手においてガスケットを挿入して接着を施すための構成である。図の上半分は断面図を示し、下半分は外観を示している。図2(a)は継手接続の前の部品の構成を示し、図2(b)は継手接続した状態を示している。
[Embodiment 3]
As a third embodiment, an example in which a gasket made of an intermediate material is inserted and bonded by applying heat in connection between the quartz glass pipe joints of the first embodiment will be described.
FIG. 2 shows a configuration for performing bonding by inserting a gasket in the third embodiment, that is, a quartz glass pipe joint. The upper half of the figure shows a cross-sectional view, and the lower half shows the appearance. FIG. 2 (a) shows the configuration of the parts before the joint connection, and FIG. 2 (b) shows the state of the joint connection.

熱による接着を容易にするために、ガスケットに接着のための中間材料を用いてもよい。中間材料のガスケットの利用は熱膨張係数の異なる異種材料の配管を接着する際に特に有効である。中間材料としてはコバールガラス、コバール金属などが挙げられる。配管継手の材料によっては、中間材料のガスケットを用いることにより、接着するための加熱温度の低温化が図れることもある。また、異種の材料配管を接着する場合には、各々の材料の熱膨張係数の違いを緩和する緩衝材として働く材料をガスケットとして選択することが可能になる。更に、ガスケットの表面にバインダーとなる材料を蒸着するなどして接着を容易にすることも可能である。  In order to facilitate bonding by heat, an intermediate material for bonding may be used for the gasket. The use of an intermediate gasket is particularly effective when bonding pipes of different materials having different coefficients of thermal expansion. Examples of the intermediate material include kovar glass and kovar metal. Depending on the material of the pipe joint, the heating temperature for bonding may be lowered by using an intermediate gasket. Further, when different types of material pipes are bonded, it is possible to select a material that acts as a cushioning material that relaxes the difference in thermal expansion coefficient of each material as a gasket. Furthermore, adhesion can be facilitated by evaporating a material to be a binder on the surface of the gasket.

ガスケット(8)の材質はコバールガラスを選択し、ガスケット(8)のシール面の両面にλ/10の平面度となる光学研磨を施した。ガスケット(8)の両面には、バインダーとして、アルミニウムを蒸着した。継手にガスケット(8)を挿入し、0.5MPaの締めつけ圧力でおすネジ手段(4)とめすネジ手段(5)により締めつけて継手接続を行った。その後、炉中で800度にて1時間加熱し接着を施した。  Kovar glass was selected as the material for the gasket (8), and both surfaces of the sealing surface of the gasket (8) were subjected to optical polishing with a flatness of λ / 10. Aluminum was vapor-deposited as a binder on both surfaces of the gasket (8). The gasket (8) was inserted into the joint, and the joint was connected by tightening with the male screw means (4) and the female screw means (5) with a tightening pressure of 0.5 MPa. After that, it was heated in an oven at 800 ° C. for 1 hour for adhesion.

接着のための加熱手段として、火炎による加熱、高周波加熱、炉内の雰囲気温度の利用、といった種種の方法を用いることができる。
もちろん、接着後にネジ手段を取り除いても構わない。
As a heating means for bonding, various methods such as heating with a flame, high-frequency heating, and use of atmospheric temperature in the furnace can be used.
Of course, the screw means may be removed after bonding.

[実施形態3の試験結果]
継手のネジ手段を緩め、接続端部のシール面(2)同士の接着を確認した。実施形態1と同様のヘリウムリークテストを行いリークのないことを確認した。
[Test Results of Embodiment 3]
The screw means of the joint was loosened, and adhesion between the sealing surfaces (2) at the connection end was confirmed. A helium leak test similar to that of Embodiment 1 was performed to confirm that there was no leak.

実施形態3では、石英ガラス配管同士の接着を示したが、金属配管を本発明の形状の継手とし、ガスケットとしてコバール金属とコバールガラスを用いることにより、金属配管と石英ガラスなどのガラス配管とを接着により接続可能であることは、当業者には容易に理解されるところである。  In the third embodiment, the adhesion between the quartz glass pipes is shown. However, the metal pipe and the glass pipe such as quartz glass are formed by using the metal pipe as a joint having the shape of the present invention and using Kovar metal and Kovar glass as a gasket. Those skilled in the art will readily understand that they can be connected by bonding.

[実施形態4]
実施形態4として、実施形態1の石英ガラス管継手同士の接続において、接着を妨げる材質のガスケットを挿入した場合の継手の接続の例を示す。
図2は実施形態4、つまり、石英ガラス管継手において熱を加えても接着することのないガスケットを挿入する場合の構成である。実施形態3とは、ガスケット(8)が熱を加えても接着することのない材質となっている点のみ異なる。図の上半分は断面図を示し、下半分は外観を示している。図2(a)は継手接続の前の部品の構成を示し、図2(b)は継手接続した状態を示している。
[Embodiment 4]
Embodiment 4 shows an example of connection of joints when a gasket made of a material that prevents adhesion is inserted in the connection between quartz glass tube joints of Embodiment 1.
FIG. 2 shows the configuration of the fourth embodiment, that is, a case where a gasket that does not adhere even when heat is applied to a quartz glass pipe joint is inserted. The third embodiment is different from the third embodiment only in that the gasket (8) is made of a material that does not adhere even when heat is applied. The upper half of the figure shows a cross-sectional view, and the lower half shows the appearance. FIG. 2 (a) shows the configuration of the parts before the joint connection, and FIG. 2 (b) shows the state of the joint connection.

熱が加わった際に接続部が接着しないようにするためには、熱により継手材料と接着しないガスケットの材料を選択すればよい。ガスケットの材料としては窒化珪素や窒化炭素、炭化ホウ素などの固くて緻密で高温でも安定なセラミックスなどが挙げられる。  In order to prevent the connecting portion from adhering when heat is applied, a gasket material that does not adhere to the joint material due to heat may be selected. Examples of the material for the gasket include hard and dense ceramics such as silicon nitride, carbon nitride, and boron carbide that are stable even at high temperatures.

実施例では、ガスケットの材質は窒化炭素(SiC)の焼結体を選択し、ガスケット(8)のシール面(9)の両面にλ/10の平面度となる光学研磨を施した。  In the example, a sintered material of carbon nitride (SiC) was selected as the material of the gasket, and optical polishing with a flatness of λ / 10 was performed on both surfaces of the sealing surface (9) of the gasket (8).

[実施形態4の試験結果]
継手にガスケット(8)を挿入し、0.5MPaの締めつけ圧力でネジ手段を締めつけた。継手接続の後にヘリウムリークテストを行いリークのないことを確認した。続いて、炉中で1200度にて1時間の加熱処理を継手にほどこした。室温まで冷却した後、ヘリウムリークテストを行ない、リークのないことを確認した。その後、ネジ手段を緩め、接続部の状態を確認した。結果、接続端部のシール面(2)とガスケット(8)の接着が見られないことを確認した。
[Test Results of Embodiment 4]
A gasket (8) was inserted into the joint, and the screw means was tightened with a tightening pressure of 0.5 MPa. A helium leak test was conducted after connecting the joints to confirm that there was no leak. Subsequently, the joint was subjected to heat treatment at 1200 degrees for 1 hour in a furnace. After cooling to room temperature, a helium leak test was performed to confirm that there was no leak. Thereafter, the screw means was loosened, and the state of the connecting portion was confirmed. As a result, it was confirmed that adhesion between the sealing surface (2) at the connection end and the gasket (8) was not observed.

[実施形態5]
実施形態5として、実施形態1の石英ガラス管継手と既存の金属配管継手との接続の例を示す。
図3は実施形態5の石英ガラス管継手と既存の金属配管継手の接続の構成を示している。図の上半分は断面図を示し、下半分は外観を示している。図3(a)は継手接続の前の部品の構成を示し、図3(b)は継手接続した状態を示している。
[Embodiment 5]
As Embodiment 5, the example of the connection of the quartz glass pipe joint of Embodiment 1 and the existing metal piping joint is shown.
FIG. 3 shows a connection configuration of the quartz glass pipe joint of Embodiment 5 and an existing metal pipe joint. The upper half of the figure shows a cross-sectional view, and the lower half shows the appearance. FIG. 3 (a) shows the structure of the parts before the joint connection, and FIG. 3 (b) shows the state of the joint connection.

既存の金属配管継手としては、スウェジロック社から提供されているVCR継手を1例として選択した。  As an existing metal pipe joint, a VCR joint provided by Swagelok was selected as an example.

まず、ガスケットの準備を行った。ガスケット(8’)の材質はニッケルとした。ガスケット(8’)の両面のシール面(9’)の平面度を良好とするため、そして、表面粗さの精度を良好とするため、機械研磨を施し、その後に電解研磨を施した。接続のためのネジ手段は、スウェジロック社VCR継手のネジ手段として用意されている金属製のおすネジ手段(4’)とめすネジ手段(5’)をそのまま用いた。これは金属ガスケットを十分に締めつけるためには、石英ガラス製のネジ手段より金属製のネジ手段の方が有利であるからである。継手の使用環境の温度は、ガスケットの使用可能温度で制限されるため、この制限温度以下であれば、金属製のネジ手段を用いることに問題はない。
ガスケットを金属配管継手と石英ガラス管継手の間に挿入し、ネジ手段により締めつけを行った。締めつけは、VCR継手の締結の既定に従い、ネジ手段を手締めにて締め込んだ後にレンチにて1/8回転締込みを行った。
First, a gasket was prepared. The material of the gasket (8 ′) was nickel. In order to improve the flatness of the sealing surfaces (9 ′) on both sides of the gasket (8 ′) and to improve the accuracy of the surface roughness, mechanical polishing was performed, followed by electrolytic polishing. As the screw means for connection, a male male screw means (4 ′) and a female screw means (5 ′) prepared as screw means for a Swagelok VCR joint were used as they were. This is because the screw means made of metal is more advantageous than the screw means made of quartz glass in order to sufficiently tighten the metal gasket. Since the temperature of the use environment of the joint is limited by the usable temperature of the gasket, there is no problem in using metal screw means as long as the temperature is equal to or lower than this limit temperature.
A gasket was inserted between the metal pipe joint and the quartz glass pipe joint, and tightened by screw means. The tightening was performed by tightening the screw means by hand tightening according to the predetermined tightening of the VCR joint, and then performing 1/8 turn tightening with a wrench.

[実施形態5の試験結果]
ヘリウムリークテストの結果、リークレートは5×10−7(Pa・1/s)以下であった。この値は、使用したヘリウムリークテスターのバックグラウンドの値であることから、実質的に検出限界であり、継手の接続部からのリークはなかった。締めつけによる石英ガラス配管継手の破損は見られなかった。また、石英ガラス側のシール面にも傷などの痕跡はなかった。
[Test Results of Embodiment 5]
As a result of the helium leak test, the leak rate was 5 × 10 −7 (Pa · 1 / s) or less. Since this value is the background value of the helium leak tester used, it was substantially a detection limit, and there was no leak from the joint connection. The quartz glass pipe joint was not damaged by tightening. In addition, there was no trace of scratches on the sealing surface on the quartz glass side.

これらの実施形態は代表例であり、種種の変形例が可能であり、また、そうした変形も本発明の範囲に含まれることは当業者に理解されるところである。また、実施形態では継手の材質は石英ガラスであるが、他のガラス材質の場合も本発明の範囲に含まれ、同様に、継手の材質がセラミックスや金属の場合も本発明の範囲に含まれることは当業者に理解されるところである。  It should be understood by those skilled in the art that these embodiments are representative examples, various modifications are possible, and such modifications are also included in the scope of the present invention. In the embodiment, the joint is made of quartz glass, but other glass materials are also included in the scope of the present invention. Similarly, the joint is made of ceramics or metal in the scope of the present invention. This will be understood by those skilled in the art.

実施形態1に係わる継手の構成である。  2 is a configuration of a joint according to the first embodiment. 実施形態2および実施形態3に係わる継手の構成である。  It is the structure of the joint concerning Embodiment 2 and Embodiment 3. FIG. 実施形態4に係わる継手の構成である。  6 is a configuration of a joint according to a fourth embodiment. 既存の金属製面シール管継手の構成である。  It is the structure of the existing metal face seal fitting.

符号の説明Explanation of symbols

1 配管
2 シール面
3 グランド
4 おすネジ手段
5 めすネジ手段
6 おすネジ手段のネジ部
7 めすネジ手段のネジ部
8 ガスケット
9 ガスケットのシール面
1’ 金属配管
2’ 既存の金属製面シール管継手のシール面
3’ 既存の金属製面シール管継手のグランド
4’ 既存の金属製面シール管継手のおすネジ手段
5’ 既存の金属製面シール管継手のめすネジ手段
6’ 既存の金属製面シール管継手のネジ部
7’ 既存の金属製面シール管継手のネジ部
8’ 既存の金属製面シール管継手のガスケット
9’ 既存の金属製面シール管継手のガスケットのシール面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piping 2 Seal surface 3 Ground 4 Male screw means 5 Female screw means 6 Screw part of male screw means 7 Screw part of female screw means 8 Gasket 9 Seal surface of gasket 1 'Metal piping 2' Existing metal surface seal fitting 3 'Existing metal face seal fitting gland 4' Existing metal face seal fitting male screw means 5 'Existing metal face seal fitting female screw means 6' Existing metal face Thread part of seal fitting 7 'Thread part of existing metal face seal fitting 8' Gasket of existing metal face seal fitting 9 'Seal face of gasket of existing metal face sealing fitting

Claims (9)

配管の端部の面をシール面(2)とし、シール面(2)を継ぎ合わせて同材質の配管あるいは異種材質の配管とを継ぐ面シール管継手であって、シール面(2)が平面であり、シール面(2)の平面度が、同一の平面度以上の平面と向かい合わて接合した場合に、光学接着する程度以上であることを特徴とする面シール管継手。  The end face of the pipe is a seal face (2), and the seal face (2) is joined to join the same or different material pipe, and the seal face (2) is flat. The surface seal pipe joint is characterized in that the flatness of the seal surface (2) is equal to or greater than the degree of optical adhesion when bonded to a plane having the same flatness or more. 請求項1の面シール継手であって、シール面(2)の平面度が、波長λが633nmの光による平面度測定において、λ/5以上の平面であり、望ましくはλ/10以上の平面であることを特徴とした面シール管継手。  2. The face seal joint according to claim 1, wherein the flatness of the seal surface (2) is a plane of λ / 5 or more, preferably a plane of λ / 10 or more in the flatness measurement with light having a wavelength λ of 633 nm. A face seal pipe joint characterized by being. 請求項1および請求項2の面シール管継手であって、少なくとも一つの管継手の材質が石英ガラスであることを特徴とする面シール管継手。  3. The face seal pipe joint according to claim 1, wherein the material of at least one pipe joint is quartz glass. 請求項1から請求項3の面シール管継手において、シール面(2)の接合手段として配管と同軸上にあるおすネジ手段(4)とめすネジ手段(5)による締結を用いることを特徴とする面シール管継手。  4. The face seal pipe joint according to claim 1, wherein fastening by a male screw means (4) and a female screw means (5) coaxial with the pipe is used as a joining means of the seal surface (2). Face seal fitting. 請求項1から請求項4の面シール管継手であり、ガスケット(8)を用い、ガスケットのシール面(9)が平面であり、ガスケットのシール面(9)の平面度が、同一の平面度以上の平面と向かい合わせて接合した場合に、光学接着する程度以上であるガスケット(8)を用いることを特徴とする面シール管継手。  The face-sealed pipe joint according to claims 1 to 4, wherein the gasket (8) is used, the gasket sealing surface (9) is flat, and the flatness of the gasket sealing surface (9) is the same flatness. A face-sealed pipe joint characterized by using a gasket (8) that is more than optically bonded when bonded face-to-face with the above plane. 請求項1から請求項4の面シール管継手であって、請求項5のガスケットのシール面(9)の平面度が、波長λが633nmの光による平面度測定において、λ/5以上の平面であり、望ましくはλ/10以上の平面であるガスケット(8)を用いることを特徴とした面シール管継手。  5. The face seal fitting according to claim 1, wherein the flatness of the seal surface (9) of the gasket according to claim 5 is a plane of λ / 5 or more in the flatness measurement using light having a wavelength λ of 633 nm. A face-sealed pipe joint characterized by using a gasket (8) that is preferably a plane of λ / 10 or more. 請求項1から請求項6の面シール管継ぎ手において、シール面(2)を接合後に接合部に熱を加えて接合部を接着することを特徴とする接合技術。  7. The joint technology according to claim 1, wherein the joint portion is bonded by applying heat to the joint portion after joining the seal surface (2). 請求項7の接合技術において、ガスケット(8)として接合のための中間材料を用いることを特徴とする接合技術  8. Joining technique according to claim 7, characterized in that an intermediate material for joining is used as the gasket (8). 請求項1から請求項6の面シール継手において、ガスケット(8)の材質として加熱によりシール面(2)とガスケットのシール面(9)とが接着することのない材質を用いることを特徴とする面シール継手。  The face seal joint according to any one of claims 1 to 6, wherein the gasket (8) is made of a material that does not cause the seal surface (2) and the seal surface (9) of the gasket to adhere to each other by heating. Face seal fitting.
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