JP2008208900A - 流路ブロック、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロック10において、複数の第1接続面開口部11dが形成された第1ブロック部材11と、第1接続面開口部11dと対応する第2接続面開口部12dが形成された第2ブロック部材12と、第1接続面開口部11dの周囲に形成される第1流路縁当接面17aと、第2接続面開口部12dの周囲に形成される第2流路縁当接面17bと、第1ブロック部材11の第1ブロック下面11bと第2ブロック部材12の第2ブロック上面12aとを合わせて、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとを当接させて、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12を押圧しながら加熱することで、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとが拡散接合して形成する流路縁当接部17と、を備える。
【選択図】図1
Description
従来の流路ブロックは、その流路を機械加工により流路を形成していたが、この方法で形成する流路は単純な形状のものが多い。機械加工する場合、エンドミルやドリルなどの刃具が入り込むスペースが必要であり、必然的に直線を組み合わせた形状になるからである。
複雑な形状の流路を流路ブロックに形成する場合、複数のブロックに分割して加工を施し、その後溶接やボルトにより結合する手法を取る必要があった。
図13(a)に、U字流路を形成する過程の流路ブロックの立体斜視図を示す。これを第1工程とする。また、図13(b)に、流路ブロックを加工する第2工程の断面図を、図13(c)に、流路ブロックを加工する第3工程の断面図を、図13(d)に、流路ブロックを加工する第4工程の断面図を示す。
流路ブロック201には、U字流路が設けられており、以下に図13(a)乃至図13(d)に示される加工工程を説明する。
第1工程では、図13(a)に示すように、ブロック本体211の上面から第1開口通路221を開けると共に、側面から補助通路223と連通路222を第1開口通路221の下端に連通するように開ける。この時、側面には次の工程を容易に行う為に大きな径の開口部225を設ける。
第2工程では、図13(b)に示すように、連通路222に薄円盤状の閉塞部材224を挿入する。
第3工程では、図13(c)に示すように、補助通路223に閉塞部材224を溶接する。溶接することで、溶接部Wが形成される。
第4工程では、図13(d)に示すように、閉塞部材224及び溶接部Wの一部を削り取るように第2開口通路226を設ける。
つまり、連通路222のような通路を開ける場合にはブロック本体211の側面からドリル工具を使って深穴を開けているが、穴が深くなると、加工時の冷却効率が落ち、焼き付きやすくなる等、一定以上の深さの孔を設けることは難しいという事情がある。このように、加工工具によって流路の形状の制限があり、複雑な流路を流路ブロック201に形成することは困難である。
このような問題を解決するために、特許文献2に示すような方法も開示されている。
図14に、特許文献2の流路ブロックの斜視図を示す。
流路ブロック101は、ブロック本体111と蓋部材112とから構成され、ブロック本体111には貫通孔121と溝122が形成され、溝122に平行に蓋部材112を嵌め込む蓋部材受け溝122aが形成されている。蓋部材112はオーバル形状の板材であり、ブロック本体111の蓋部材受け溝122aに嵌め込まれて溶接されることで、流路を形成する。
ブロック本体111に形成する溝122は切削工具で形成するため、比較的自由度の高い流路が形成できる。
半導体製造工程に用いられるプロセスガス供給ユニットには、結晶化しやすい腐食性のガスを流す場合もある。しかし、特許文献2に示されるように、ブロック本体111の流路形成部分の周囲に蓋部材112を嵌め込む蓋部材受け溝122aを設け、蓋部材112とブロック本体111を溶接すると、蓋部材112が流路の一部を形成し、ブロック本体111と蓋部材112の繋ぎ目部分は角になってしまう。流路の曲がりの外周部にこのような角ができると、流体が滞留し易いという問題がある。
このような滞留部を作ってしまうと、流路内に流す流体を切り換えたり流路内を清掃するためにパージしたりする際に、滞留部に流体が滞留してしまうことで、流体を置換する際の妨げとなる。また、供給流体が結晶化しやすいガスであった場合に、滞留部に結晶化する虞がある。
流体に腐食性がある場合には、結晶化すると流体の純度が高くなるため、ブロック本体111や蓋部材112を腐食しやすくなる等の問題が考えられる。特に、接合不良などでブロック本体111と蓋部材112の間に隙間ができてしまうと、更にパージが困難になるので、好ましくない。
(1)流体を制御する流体制御機器と接続され、前記流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロックにおいて、
第1接続面に複数の第1接続面開口部が形成された第1ブロック部材と、第2接続面に前記第1接続面開口部と対応する第2接続面開口部が形成された第2ブロック部材と、前記第1接続面開口部の周囲に形成される第1流路縁当接面と、前記第2接続面開口部の周囲に形成される第2流路縁当接面と、前記第1ブロック部材の前記第1接続面と前記第2ブロック部材の前記第2接続面とを合わせて、前記第1流路縁当接面と前記第2流路縁当接面とを当接させ、前記第1ブロック部材及び前記第2ブロック部材に前記第1接続面及び前記第2接続面の方向に押圧しながら加熱することで、前記第1流路縁当接面と前記第2流路縁当接面とが拡散接合して形成する流路縁当接部と、を備えることを特徴とする。
前記第1接続面開口部に形成される前記第1流路縁当接面と、前記第2接続面開口部に形成される前記第2流路縁当接面とが、それぞれ突出するように接合凸部を設けたことを特徴とする。
前記第1接続面開口部又は前記第2接続面開口部の開口面積は、下流側が上流側よりも狭いことを特徴とする。
前記第1接続面開口部と前記第2接続面開口部とを接続するガスケットを、前記第1ブロック部材と前記第2ブロック部材との間に挟み、前記第1流路縁当接面と前記第2流路縁当接面とを、前記ガスケットを介して当接させ、拡散接合することで、前記流路縁当接部を形成することを特徴とする。
前記ガスケットは、その内側に形成される流路の上流側の開口面積が、下流側の開口面積よりも狭いことを特徴とする。
(6)流体を制御する流体制御機器と接続され、前記流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロックの製造方法において、
第1接続面に複数の第1接続面開口部が形成された第1ブロック部材の、前記第1接続面開口部の周囲に形成された第1流路縁当接面と、第2接続面に前記第1接続面開口部に対応する第2接続面開口部が形成された第2ブロック部材の、前記第2接続面開口部の周囲に形成された第2流路縁当接面と、を当接させ、前記第1ブロック部材と前記第2ブロック部材を、ブロック押圧手段によって押圧し、前記第1ブロック部材と前記第2ブロック部材を、加熱手段によって加熱することで、前記第1流路縁当接面と前記第2流路縁当接面とが拡散接合されて、前記流路が形成されることを特徴とする。
前記第1接続面開口部と、前記第2接続面開口部とを接続するガスケットを、前記第1ブロック部材と前記第2ブロック部材の間に挟み、前記ガスケットを保持するガスケット保持部材を用いて、前記ガスケットの位置決めを行い、拡散接合することを特徴とする。
まず、(1)に記載する発明は、流体を制御する流体制御機器と接続され、流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロックにおいて、第1接続面に複数の第1接続面開口部が形成された第1ブロック部材と、第2接続面に第1接続面開口部と対応する第2接続面開口部が形成された第2ブロック部材と、第1接続面開口部の周囲に形成される第1流路縁当接面と、第2接続面開口部の周囲に形成される第2流路縁当接面と、第1ブロック部材の第1接続面と第2ブロック部材の第2接続面とを合わせて、第1流路縁当接面と第2流路縁当接面とを当接させて、第1ブロック部材及び第2ブロック部材に第1接続面及び第2接続面の方向に押圧しながら加熱することで、第1流路縁当接面と第2流路縁当接面とが拡散接合して形成する流路縁当接部と、を備えるので、第1ブロック部材と第2ブロック部材にそれぞれ機械加工等の手段によって流路を形成して、これらを接合することで複雑な流路を持った流路ブロックを提供することができる。
また、拡散接合により第1ブロック部材と第2ブロック部材を接合するので、特許文献2のように流路毎に蓋部材を用意する必要がなくなる。そして、例えばU字の流路を形成するとして、第1ブロック部材側に貫通孔、第2ブロック部材側に直線流路を形成すれば、第2ブロック部材側の直線流路を機械加工によって端部を丸く加工することで、接合後の流路はU字形で流路の曲がりの外周部も角にならない。
このように、複数のブロックの流路周り当接面を拡散接合することで、流路に滞留部ができにくい流路ブロックの提供を可能としている。
また、接合面積の削減により加圧に必要な力も減少することが可能で、加圧設備の縮小に貢献できる。
流路ブロックの部品として第1ブロック部材及び第2ブロック部材をそれぞれ加工すると、寸法公差が発生する。このような寸法公差は、第1接続面開口部と第2接続面開口部の接合時に流路内に段差を作る要因となる。必要な流路の径を確保したい場合は、開口面積の狭い下流側の流路の径を最低流路径としておけば、寸法公差が発生しても上流側の流路の径を寸法公差に対応した径にしておくことで、必要な流路の径を確保することが可能である。
下流側の開口面積よりも、上流側の開口面積が狭ければ、窒素ガス等でパージすることで段差部分に結晶ができたとしても排除することが可能となるので、メリットがある。
(6)に記載の発明は、流体を制御する流体制御機器と接続され、流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロックの製造方法において、第1接続面に複数の第1接続面開口部が形成された第1ブロック部材の、第1接続面開口部の周囲に形成された第1流路縁当接面と、第2接続面に第1接続面開口部に対応する第2接続面開口部が形成された第2ブロック部材の、第2接続面開口部の周囲に形成された第2流路縁当接面と、を当接させ、第1ブロック部材と第2ブロック部材を、ブロック押圧手段によって押圧し、第1ブロック部材と第2ブロック部材を、加熱手段によって加熱することで、第1流路縁当接面と第2流路縁当接面とが拡散接合されて、流路が形成される。
このように、第1ブロック部材と第2ブロック部材を、流路周り当接面で拡散接合することで、複雑な流路を滞留部となりにくい状態で流路ブロックを形成する製造方法を提供することができる。
(第1実施例)
まず、本発明の第1実施例の構成について説明する。
図1に、第1実施例の流路ブロックの断面図を示す。
流路ブロック10は、半導体製造工程に使用されるガス集積ユニットに用いられており、上面には、ガス等を制御するための図示しない流体制御機器が取り付け可能であり、ガス集積ユニットに使用される。
流路ブロック10には、ガスケット用ザグリ孔10aと、直線流路10b、U字流路10cが複数形成されている。ガスケット用ザグリ孔10aに図示しないパッキンが設けられて流体制御機器が接続される。流路ブロック10は、図1に示される流路ブロック10上部と下部を繋ぐ部分である流路縁当接部17で拡散接合されて形成されている。
図3(a)に、図1の流路ブロック10を構成する第2ブロック部材12の上面図を示す。また、図3(b)に、第2ブロック部材12の断面図を示す。
図4(a)に、図1の流路ブロック10を構成する第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を接続するガスケット18の上面図を示す。また、図4(b)に、ガスケット18の断面図を示す。
流路ブロック10は、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12で構成され、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12をガスケット18で接続している。
第1ブロック部材11には、第1ブロック上面11aと、第1ブロック下面11bとを備えている。また、直線流路10b及びU字流路10cの一部を形成する流路上部11cが複数設けられている。第1実施例では、10カ所の流路上部11cが設けられている。なお、第1ブロック下面11bに面する流路上部11cを、説明の都合で区別して第1接続面開口部11dと呼ぶ。また、図2(a)に示すように第1ブロック部材11の四隅には、第1位置決めピン用孔15aが設けられている。
これら、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12は、SUS316L等のステンレス材料で機械加工により形成されている。ガス集積ユニットには、腐食性の高いガスを使用する場合も考えられ、使用用途に合わせて高耐食性の材料を使うことが望ましい。
ガスケット18は、数mm程度の厚みの円筒形状、又は楕円円筒形状に形成されている。
ガスケット18の材質は、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12と同様に316Lか、ハステロイ等の更に高耐食の材質であっても良い。ガスケット18の厚みは、ガスケット厚Aとする。ガスケット18の端面を説明の都合上、ガスケット端面18aと呼ぶ。
拡散接合を行うためには、それぞれの当接面、第1ブロック部材11の第1ブロック下面11bとガスケット18のガスケット端面18a及び、ガスケット端面18aと第2ブロック上面12aが、ガスケット端面18aの全面で均等に当接する必要がある。
したがって、第1ブロック下面11bの第1接続面開口部11d周囲と、第2ブロック下面12bの第2接続面開口部12d周囲、そしてガスケット端面18aはそれぞれラップ研磨等によって表面粗度を良く形成され、平面度も確保されているものとする。
図5(a)に、第1実施例の流路ブロック10の組み付けに使用するリテーナ20の上面図を示す。また、図5(b)に、リテーナ20の断面図を示す。
図6に、流路ブロック10を接合する際に、第1ブロック部材11、第2ブロック部材12、及びガスケット18を組み付けた状態の断面図を示す。
ガスケット保持部材となるリテーナ20は、中央部で2分割可能に構成されており、リテーナ20の厚みは図5(b)に示されるようにリテーナ厚Bとしており、ガスケット厚Aに比べて薄く設定されている。リテーナ20の材質は、ガスケット18が保持できる程度の硬度と、拡散接合時の熱に耐えうる耐熱性があれば何でも良いが、ここでは第1ブロック部材11等と同じ材質であるとする。
リテーナ20の中央部にはガスケット保持部20aが備えられている。また、リテーナ20の四隅には、第3位置決めピン用孔15cが備えられている。
位置決め治具30は、その四隅に位置決めピン31を備えている。
その後、リテーナ20を同様にリテーナ20の備える第3位置決めピン用孔15cに、位置決め治具30の位置決めピン31が一致するように配置する。そして、リテーナ20のガスケット保持部20aに対応するガスケット18を配置し、最後に第1ブロック部材11を第1ブロック部材11の四隅に備える第1位置決めピン用孔15aが位置決め治具30の位置決めピン31と一致するように配置する。
このように位置決め治具30の位置決めピン31と第1位置決めピン用孔15a、第2位置決めピン用孔15b、第3位置決めピン用孔15cが一致するように第1ブロック部材11、第2ブロック部材12、及びリテーナ20を配置すれば、ガスケット18はリテーナ20によって位置決めされ、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12も適切な位置に配置されることになる。
第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12が、ガスケット18を介して拡散接合されることで、第1ブロック部材11に備える流路上部11cと第2ブロック部材12に備える流路下部12cがガスケット18を介して接合されて、図1に示される直線流路10b及びU字流路10cを形成する。
この際に、第1ブロック部材11に形成される第1接続面開口部11dの周囲の第1流路縁当接面17aと、第2ブロック部材12に形成される第2接続面開口部12dの周囲の第2流路縁当接面17bと、ガスケット18の両端面であるガスケット端面18aがそれぞれ当接することで、第1ブロック部材11、第2ブロック部材12及びガスケット18はそれぞれ面で接触する。
加熱炉から流路ブロック10を取り出した後、流路ブロック10から位置決め治具30を抜き、更にリテーナ20を外す。リテーナ20は2分割可能な構造であるので、位置決め治具30を抜けば容易に取り外し可能である。
このように形成された流路ブロック10は、ガスケット18の周囲に隙間が形成された状態で、ガスケット端面18aと、第1流路縁当接面17a及び第2流路縁当接面17bとが拡散接合することで流路の周囲が接合されて流路縁当接部17を形成する。この隙間は、樹脂などを充填することで埋めてしまっても良いし、例えばヒーター部材などを仕込む場所として使用しても良い。
まず、第1の効果として第1ブロック部材11と第2ブロック部材12とを、ガスケット18を介して接合する構成とすることで、流路ブロック10に複雑な流路を形成することが可能である点が挙げられる。
第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12に形成される流路上部11c及び流路下部12cは、例えばエンドミルのような工作機械を用いて第2ブロック部材12に流路下部12cを溝状に長く形成可能である。
通常、特許文献1に示されるような方法で、流路ブロック10をステンレスのブロック材に機械加工で流路を形成しようとすると、U字流路10cのような形状の流路は、前述通り加工工具の制限から流路の深さに制限ができてしまう。
したがって、流路ブロック10に構成される直線流路10b及びU字流路10cは比較的自由なレイアウトで構成することが可能である。
更に、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12を拡散接合する方式を応用すれば、流路ブロック10を3分割以上しなければ機械加工を行うことができないような複雑な流路の形成も、特許文献2のように溶接する必要がないため可能となる。
第1実施例の流路は、図1に示されるようにU字流路10cにおいても、角部10dはR加工がなされている。したがって、流路内の滞留部は極力少なく流路を構成することができる。一方、特許文献2に開示される方法では、図14に示されるように、U字流路の角部が直角になる。また、特許文献1に開示される方法でも図13(d)に示されるように、U字流路の角部の一部がポケットとなり、何れも滞留部となる虞がある。
流路内で滞留部ができると、例えば流路ブロック10を備えたガス集積ユニットに、流体を流通した後、流体を切り換えて別の流体を流す場合に、滞留部で流体の置換が起こりにくくなるので、ガスの切換などを行った場合に、微量のガスが残留して混入することも予想され、好ましくない。また、結晶化しやすいガスを流すと、滞留部に結晶化しやすく、滞留部に結晶化するとパージすることも難しい。
第1実施例の方法を用いることで、滞留部が少ない流路ブロック10の提供が可能であるので、使用流体の結晶化やガスの混入等の発生要因の低減が可能である。
面同士を拡散接合するためには、面同士を当接させる必要があり、極力当接面同士の間に隙間を作らないようにしなければならない。拡散接合が、高温高圧下において接合界面同士が密着していることで、粒界内にお互いの面の原子が拡散して一体化する現象を利用して接合する方法だからである。
したがって、隙間部分では原子の交換が行われず、接合することができない。このため、第1ブロック部材11の第1流路縁当接面17aと、ガスケット18のガスケット端面18a、及び第2ブロック部材12の第2流路縁当接面17bと、ガスケット18のガスケット端面18aは、それぞれ接合時に密着する必要がある。
面同士の密着性を担保するため、第1流路縁当接面17a、第2流路縁当接面17b及びガスケット端面18aは、通常切削加工後にラップ研磨加工が行われる。
よって、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を直接当接させる場合よりも、ガスケット18を介して第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を接合させ、流路を形成するにあたり最も接合が必要な部分である流路縁当接部17で拡散接合することが望ましい。
つまり、ラップ研磨が必要な部分は、ガスケット端面18aと第1流路縁当接面17a及び第2流路縁当接面17bであるので、全面を均一に加工する場合よりも加工時間が短くて済み、かつ加工精度を上げることが容易となるという利点がある。
拡散接合するためには、単位面積辺り一定以上の力が必要となる。したがって、接合面積の減少により、加圧に必要な力を小さくすることができる。加圧力を小さくできれば、加圧装置も小さくすることが可能である。一般的に加圧力を発生させるためには、油圧機器等を使用する必要があるが、何れの方式にしても加圧力に比例して設備が大きくなる。設備が大きくなると、イニシャルコストもランニングコストもかかるため、極力小さくできる方が望ましい。
(1)流体を制御する流体制御機器と接続され、流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロック10において、第1ブロック下面11bに複数の第1接続面開口部11dが形成された第1ブロック部材11と、第2ブロック上面12aに第1接続面開口部11dと対応する第2接続面開口部12dが形成された第2ブロック部材12と、第1接続面開口部11dの周囲に形成される第1流路縁当接面17aと、第2接続面開口部12dの周囲に形成される第2流路縁当接面17bと、第1ブロック部材11の第1ブロック下面11bと第2ブロック部材12の第2ブロック上面12aとを合わせて、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとを当接させて、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12に第1ブロック下面11b及び第2ブロック上面12aの方向に押圧しながら加熱することで、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとが拡散接合して形成する流路縁当接部17と、を備えるので、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12にそれぞれ機械加工等の手段によって流路を形成して、これらを接合することで複雑な流路を持った流路ブロック10を提供することができる。
この際、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を接合して流路を形成するためには、第1ブロック下面11bと第2ブロック上面12aとが隙間無く接合されて漏れがないように形成されなければならない。この点、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとが当接するように拡散接合するため、第1ブロック下面11bと第2ブロック上面12aの全面を接合する場合よりも当接面積が狭くなり、加工精度を上げることができるので、漏れの発生を防ぐことができる。
拡散接合により第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を接合するので、特許文献2のように流路毎に蓋部材を用意する必要がなくなる。そして、例えばU字の流路を形成するとして、第1ブロック部材11側に貫通孔、第2ブロック部材12側に直線流路を形成すれば、第2ブロック部材12側の直線流路を機械加工によって端部を丸く加工することで、接合後の流路はU字形で流路の曲がりの外周部も角にならない。
このように、複数のブロックの流路周り当接面を拡散接合することで、流路に滞留部ができにくい流路ブロック10の提供を可能としている。
(3)流体を制御する流体制御機器と接続され、流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロック10の製造方法において、第1ブロック下面11bに複数の第1接続面開口部11dが形成された第1ブロック部材11の、第1接続面開口部11dの周囲に形成された第1流路縁当接面17aと、第2ブロック上面12aに第1接続面開口部11dに対応する第2接続面開口部12dが形成された第2ブロック部材12の、第2接続面開口部12dの周囲に形成された第2流路縁当接面17bと、を当接させ、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を、ブロック押圧手段によって押圧し、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を、加熱手段によって加熱することで、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとが拡散接合されて、流路が形成される。
このように、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を、流路周り当接面で拡散接合することで、複雑な流路を滞留部ができにくい状態で流路ブロック10を形成する製造方法を提供することができる。
(第2実施例)
第2実施例は第1実施例とその構成において類似しているが、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12の接続構成が異なるので、以下説明を行う。
図8に、第2実施例の流路ブロック10を接合する際に、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を組み付ける際の部分分解斜視図を示す。
第1ブロック部材11の第1ブロック下面11bには、第1接続凸部11eが形成されている。第1接続凸部11eの端面には第1流路縁当接面17aが形成されている。
第2ブロック部材12の第2ブロック上面12aには、第2接続凸部12eが形成されている。第2接続凸部12eの端面には第2流路縁当接面17bが形成されている。
第2実施例では、第1実施例のようにガスケット18を用いずに、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12に接続凸部を設けて、第1接続凸部11e及び第2接続凸部12eを当接させて、その当接面である第1流路縁当接面17a及び第2流路縁当接面17bで拡散接合を行うという構成を採る。
まず第1に、拡散接合する際に第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12を直接当接させるため、第1実施例と比べて部品点数の削減を図ることが可能である点が挙げられる。
第1実施例では、接合部分にガスケット18を用いているが、第2実施例では、第1接続凸部11e及び第2接続凸部12eを設けることで、ガスケット18を必要とせずに拡散接合を行うことができる。よって、部品点数を削減でき、コストダウンに貢献する。このような部品点数の削減は、単にガスケット18の製造費の削減の他、組み付け工程を削減できるメリットがあるため、コストダウン効果は大きい。
ただし、ガスケット18を用いないことで、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12に第1接続凸部11e及び第2接続凸部12eを形成する必要があるため、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12の加工コストは若干上がる。
前述したように拡散接合が良好に行われるためには第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとが隙間無く当接している状態である必要がある。このような当接面が半減することで、拡散接合が必要な部分が少なくなるため、不良率の低下が期待できる。
(1)流体を制御する流体制御機器と接続され、流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロック10において、第1ブロック下面11bに複数の第1接続面開口部11dが形成された第1ブロック部材11と、第2ブロック上面12aに第1接続面開口部11dと対応する第2接続面開口部12dが形成された第2ブロック部材12と、第1接続面開口部11dの周囲に形成される第1流路縁当接面17aと、第2接続面開口部12dの周囲に形成される第2流路縁当接面17bと、第1ブロック部材11の第1ブロック下面11bと第2ブロック部材12の第2ブロック上面12aとを合わせて、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとを当接させて、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12に第1ブロック下面11b及び第2ブロック上面12aの方向に押圧しながら加熱することで、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとが拡散接合して形成する流路縁当接部17と、を備えるので、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12にそれぞれ機械加工等の手段によって流路を形成して、これらを接合することで複雑な流路を持った流路ブロック10を提供することができる。
この際、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を接合して流路を形成するためには、第1ブロック下面11bと第2ブロック上面12aとが隙間無く接合されて漏れがないように形成されなければならない。この点、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとが当接するように拡散接合するため、第1ブロック下面11bと第2ブロック上面12aの全面を接合する場合よりも当接面積が狭くなり、加工精度を上げることができるので、漏れの発生を防ぐことができる。
拡散接合により第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を接合するので、特許文献2のように流路毎に蓋部材を用意する必要がなくなる。そして、例えばU字の流路を形成するとして、第1ブロック部材11側に貫通孔、第2ブロック部材12側に直線流路を形成すれば、第2ブロック部材12側の直線流路を機械加工によって端部を丸く加工することで、接合後の流路はU字形で流路の曲がりの外周部も角にならない。
このように、複数のブロックの流路周り当接面を拡散接合することで、流路に滞留部ができにくい流路ブロック10の提供を可能としている。
仕上げ加工の面積が広くなると、加工ムラが発生して接合不良が発生する虞があるが、接合のために仕上げ加工を行う必要のある面積を減らせることで、その確率を低下させることが可能である。また、接合面積が減ることで加圧に必要な力も小さくすることが可能で、加圧設備の縮小に貢献できる。
(第3実施例)
第3実施例は、第1実施例の構成とほぼ同じである。ただし、第1接続面開口部11d及び第2接続面開口部12dについての構成が異なる。以下に説明する。
図9(a)乃至(c)に、第1接続面開口部11dと第2接続面開口部12dが同じ開口面積の場合に、ズレが生じた様子を表した部分断面図を示す。このうち、図9(a)には、第1ブロック下面11bと第2ブロック上面12aが当接する前の状態を示す。図9(b)には、第1ブロック下面11bと第2ブロック上面12aが当接した状態を示す。図9(c)には、図9(b)の部分拡大図を示す。
図10(a)乃至(c)に、第3実施例の第1接続面開口部11dと第2接続面開口部12dが接続される場合の図を示す。このうち図10(a)には、第1ブロック下面11bと第2ブロック上面12aが当接する前の状態を示す。図10(b)には、第1ブロック下面11bと第2ブロック上面12aが当接した状態を示す。図10(c)には、図10(b)の部分拡大図を示す。
なお、第3実施例では、説明の都合上、ガスケット18を除外して説明しているが、ガスケット18を用いた構成に適用しても良い。第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12に第1接続凸部11e及び第2接続凸部12eを設けても良い。
第1開口直径d1と第2開口直径d2が同じ径の場合、図9(a)乃至(c)に示すように、段差部分Cができる。このような段差部分Cができることは、製品の寸法公差や組み付け公差を考慮すれば、避けられない。
この際に、図9(c)に示すような流体の流れの上流側である第1ブロック下面11bの影になるように段差部分Cができると、流体が滞留する要因となる。このような滞留部が流路内にできると、例えば流路ブロック10を流通する流体が結晶化しやすい流体であった場合には、滞留部で結晶化してしまう。また、流路ブロック10の直線流路10b及びU字流路10cは、定期的に不活性ガスなどでパージされるが、流路内に滞留部ができると、パージすることが困難であるため結晶化したものを排除することが難しくなる。
このように、上流側となる第1開口直径d1より、下流側となる第2開口直径d2を小さくすることで、流路内に滞留部を作らず、流体の置換が容易に行われて、結晶化しやすい流体を用いた場合でも、結晶化を防ぐことができる。
(1)流体を制御する流体制御機器と接続され、流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロック10において、第1ブロック下面11bに複数の第1接続面開口部11dが形成された第1ブロック部材11と、第2ブロック上面12aに第1接続面開口部11dと対応する第2接続面開口部12dが形成された第2ブロック部材12と、第1接続面開口部11dの周囲に形成される第1流路縁当接面17aと、第2接続面開口部12dの周囲に形成される第2流路縁当接面17bと、第1ブロック部材11の第1ブロック下面11bと第2ブロック部材12の第2ブロック上面12aとを合わせて、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとを当接させて、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12に第1ブロック下面11b及び第2ブロック上面12aの方向に押圧しながら加熱することで、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとが拡散接合して形成する流路縁当接部17と、を備えるので、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12にそれぞれ機械加工等の手段によって流路を形成して、これらを接合することで複雑な流路を持った流路ブロック10を提供することができる。
流路ブロック10の部品として第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12をそれぞれ加工する場合、どうしても寸法公差が発生する。このような寸法公差は、第1接続面開口部11dと第2接続面開口部12dがずれて流路内に段差部分Cを作ることになる。必要な流路の径を確保したい場合は、開口面積の狭い下流側の流路の径を最低流路径としておけば、寸法公差が発生しても上流側の流路の径を寸法公差に対応した径にしておくことで、必要な流路の径を確保することが可能である。
下流側の開口面積よりも、上流側の開口面積が狭ければ、窒素ガス等でパージすることで段差部分Cに結晶ができたとしても排除することが可能となるので、メリットがある。
(第4実施例)
第4実施例は、第1実施例の構成とほぼ同じである。ただし、ガスケット18の内部形状についての構成が異なる。以下に説明する。
図11(a)乃至(c)には、第4実施例のガスケット18を用いて第1ブロック部材11と第2ブロック部材12を接合する様子を示している。図11(a)には、第1ブロック部材11、第2ブロック部材12及びガスケット18がそれぞれ当接する前の状態を示す。図11(b)には、第1ブロック部材11、第2ブロック部材12及びガスケット18が当接している状態を示す。図11(c)には、図11(b)の拡大図を示す。
第4実施例のガスケット18は、図11(a)乃至(c)に示されるように、第1ブロック下面11bに面する上流側の開口部直径が第1接続面開口部11dの第1開口直径d1に比べて狭く、第2ブロック上面12aに面する下流側の開口部直径が第2接続面開口部12dの第2開口直径d2に比べて広い。そして、ガスケット内部流路18bはガスケット18の上流側開口から下流側開口に接続するように曲線で接続されている。厳密に言うと、ガスケット18の下流側開口部から、上流側開口から下流側開口にかけて流路が拡大するように球状に加工されている。
第4実施例ではガスケット18を用いた場合に、第3実施例と同等の効果が得られるように構成されている。すなわち、ガスケット18の上流側開口の直径が上流側である第1接続面開口部11dの第1開口直径d1よりも小さく、ガスケット18の下流側開口の直径が下流側である第2接続面開口部12dの第2開口直径d2よりも大きく構成されていることで、段差部分Cが、流体の滞留する部分とならないように構成されている。
したがって、流路ブロック10の流路内で流体が滞留せず、流体を切り換えて流路を流す際の流体の置き換えが容易であるし、流体が結晶化し易いものであっても、段差部分Cをパージすれば、結晶化を防ぐことが期待できる。
(1)流体を制御する流体制御機器と接続され、流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロック10において、第1ブロック下面11bに複数の第1接続面開口部11dが形成された第1ブロック部材11と、第2ブロック上面12aに第1接続面開口部11dと対応する第2接続面開口部12dが形成された第2ブロック部材12と、第1接続面開口部11dの周囲に形成される第1流路縁当接面17aと、第2接続面開口部12dの周囲に形成される第2流路縁当接面17bと、第1ブロック部材11の第1ブロック下面11bと第2ブロック部材12の第2ブロック上面12aとを合わせて、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとを当接させて、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12に第1ブロック下面11b及び第2ブロック上面12aの方向に押圧しながら加熱することで、第1流路縁当接面17aと第2流路縁当接面17bとが拡散接合して形成する流路縁当接部17と、を備えるので、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12にそれぞれ機械加工等の手段によって流路を形成して、これらを接合することで複雑な流路を持った流路ブロック10を提供することができる。
(第5実施例)
第5実施例は、第1実施例の構成とほぼ同じである。ただし、第1ブロック部材11及び第2ブロック部材12の他にブロック部材を接合することと、ガスケット18の形状について構成が異なる。以下に説明する。
図12(a)には、複数のブロック部材からなる流路ブロック10を第1実施例のガスケット18をそのまま使って接合した場合の断面図を示す。また、図12(b)には、第5実施例のガスケット18を用いて複数のブロック部材を接合した場合の断面図を示す。
第5実施例の流路ブロック10は、第1ブロック部材11と第2ブロック部材12に加えて、第3ブロック部材13と第4ブロック部材14を接合して構成される。
この際用いるガスケット18が、図12(b)に示すような段付き円筒状の形状をしている。そして、ガスケット18は第2ブロック部材12及び第3ブロック部材13を貫通して、第1ブロック部材11と第4ブロック部材14に当接する構造となっている。第2ブロック部材12及び第3ブロック部材13に開けられる貫通孔は、ガスケット18の外径と嵌合するように形成されている。
流路ブロック10を、第1ブロック部材11乃至第4ブロック部材14のように複数のブロック部材を接合することで構成する場合、ガスケット18をそれぞれ設けると、第1流路縁当接面17a等の流路縁当接面とガスケット端面18aとでの拡散接合面が増えて、接合不良による漏れの発生する可能性が増える虞がある。
しかしガスケット18を図12(b)に示すように第1ブロック部材11と第4ブロック部材14の表面にそれぞれ当接するように構成することで、拡散接合が必要な部分が減少するので、接合不良による漏れの発生の可能性を抑え、加工の手間を削減することができる。ガスケット端面18aと第1ブロック部材11及び第4ブロック部材14の流路縁当接面との接合面では、ラップ研磨などをして面同士が隙間無く密着できる必要がある。しかし、第2ブロック部材12及び第3ブロック部材13がガスケット18と当接する部分は、ガスケット内部流路18bが流路となるため、嵌め合い精度を確保できる程度の加工で良い。
なお、流路ブロック10に形成する流路全てに適用できるわけではないが、部分的にこのようなガスケット18を用いて拡散接合すれば、コストメリットはあると考えられる。
(1)流体を制御する流体制御機器と接続され、流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロック10において、第1ブロック下面11bに第1接続面開口部11dが形成された第1ブロック部材11と、第1接続面開口部11dに対応する第2接続面開口部が形成された第2ブロック部材12と、第1接続面開口部11dに対応する第3接続面開口部が形成された第3ブロック部材13と、第4ブロック上面14aに第1接続面開口部11dと対応する第4接続面開口部が形成された第4ブロック部材14と、第1接続面開口部11dの周囲に形成される第1流路縁当接面17aと、第4接続面開口部の周囲に形成される第4流路縁当接面と、第1ブロック部材11の第1ブロック下面11bと第4ブロック部材14の第4ブロック上面14aとを合わせて、ガスケット18を介して第1流路縁当接面17aと第4流路縁当接面とを当接させて、第1ブロック部材11及び第4ブロック部材14に第1ブロック下面11b及び第4ブロック上面14aの方向に押圧しながら加熱することで、第1流路縁当接面17aと第4流路縁当接面とが拡散接合して形成する流路縁当接部17と、を備える。
例えば、第1実施例乃至第5実施例に示した流路の形状、及びレイアウトは一例であり、設計上必要な流路構成にすることを妨げない。
また、第1実施例乃至第5実施例をそれぞれ組み合わせることを妨げない。
また、第1実施例乃至第5実施例に示した材料は、例示であるので、他の材料を用いても良い。
10a ガスケット用ザグリ孔
10b 直線流路
10c U字流路
10d 角部
11 第1ブロック部材
11a 第1ブロック上面
11b 第1ブロック下面
11c 流路上部
11d 第1接続面開口部
11e 第1接続凸部
12 第2ブロック部材
12a 第2ブロック上面
12b 第2ブロック下面
12c 流路下部
12d 第2接続面開口部
12e 第2接続凸部
13 第3ブロック部材
14 第4ブロック部材
17 流路縁当接部
17a 第1流路縁当接面
17b 第2流路縁当接面
18 ガスケット
20 リテーナ
30 位置決め治具
31 位置決めピン
Claims (7)
- 流体を制御する流体制御機器と接続され、前記流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロックにおいて、
第1接続面に複数の第1接続面開口部が形成された第1ブロック部材と、
第2接続面に前記第1接続面開口部と対応する第2接続面開口部が形成された第2ブロック部材と、
前記第1接続面開口部の周囲に形成される第1流路縁当接面と、
前記第2接続面開口部の周囲に形成される第2流路縁当接面と、
前記第1ブロック部材の前記第1接続面と前記第2ブロック部材の前記第2接続面とを合わせて、前記第1流路縁当接面と前記第2流路縁当接面とを当接させ、前記第1ブロック部材及び前記第2ブロック部材に前記第1接続面及び前記第2接続面の方向に押圧しながら加熱することで、前記第1流路縁当接面と前記第2流路縁当接面とが拡散接合して形成する流路縁当接部と、
を備えることを特徴とする流路ブロック。 - 請求項1に記載される流路ブロックにおいて、
前記第1接続面開口部に形成される前記第1流路縁当接面と、前記第2接続面開口部に形成される前記第2流路縁当接面とが、それぞれ突出するように接合凸部を設けたことを特徴とする流路ブロック。 - 請求項1又は請求項2に記載される流路ブロックにおいて、
前記第1接続面開口部又は前記第2接続面開口部の開口面積は、下流側が上流側よりも狭いことを特徴とする流路ブロック。 - 請求項1に記載される流路ブロックにおいて、
前記第1接続面開口部と前記第2接続面開口部とを接続するガスケットを、前記第1ブロック部材と前記第2ブロック部材との間に挟み、
前記第1流路縁当接面と前記第2流路縁当接面とを、前記ガスケットを介して当接させ、拡散接合することで、前記流路縁当接部を形成することを特徴とする流路ブロック。 - 請求項4に記載される流路ブロックにおいて、
前記ガスケットは、その内側に形成される流路の上流側の開口面積が、下流側の開口面積よりも狭いことを特徴とする流路ブロック。 - 流体を制御する流体制御機器と接続され、前記流体制御機器と接続される流路が形成される流路ブロックの製造方法において、
第1接続面に複数の第1接続面開口部が形成された第1ブロック部材の、前記第1接続面開口部の周囲に形成された第1流路縁当接面と、
第2接続面に前記第1接続面開口部に対応する第2接続面開口部が形成された第2ブロック部材の、前記第2接続面開口部の周囲に形成された第2流路縁当接面と、
を当接させ、
前記第1ブロック部材と前記第2ブロック部材を、ブロック押圧手段によって押圧し、
前記第1ブロック部材と前記第2ブロック部材を、加熱手段によって加熱することで、
前記第1流路縁当接面と前記第2流路縁当接面とが拡散接合されて、前記流路が形成されることを特徴とする流路ブロックの製造方法。 - 請求項6に記載する流路ブロックの製造方法において、
前記第1接続面開口部と、前記第2接続面開口部とを接続するガスケットを、前記第1ブロック部材と前記第2ブロック部材の間に挟み、
前記ガスケットを保持するガスケット保持部材を用いて、前記ガスケットの位置決めを行い、拡散接合することを特徴とする流路ブロックの製造方法。
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