JP2016050635A - 流体機器及び流体制御機器 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量でありながら十分な強度を確保できる流体機器及び流体制御装置を提供する。
【解決手段】流体機器１０は、コア材料３１が空隙３３を設けて立体配置された立体構造部３５と、立体構造部３５内に形成された内部流路１３と、を備え、外表面及び内部流路１３の内表面には、立体構造部３５の空隙を流体密に閉塞する閉塞部３７が設けられている。流体制御装置は、流体機器１０を複数接続して構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、内部流路を備えた継手、バルブ、レギュレータその他の流体コンポーネントとして用いられる流体機器と、この流体機器を用いた流体制御装置と、に関する。

複数の開口間を内部流路により連通する流体機器としては、例えば特許文献１に記載された集積弁用下部ブロックが知られている。

このブロックはＵ字配管が筐体に支持された構造を有する。使用時には、上面に配置されたＵ字配管の開口に流体制御機器を接続し、他の流体機器や配管とともにベース部材上に集積配置される。このようなブロックでは、筐体の溝等に筐体とは別に作製したＵ字配管を支持させることで製造を容易にし、製作コストの低減や製作時間の短縮が図られている。

特開２００６−２２９２６号公報

しかしながら、従来の流体機器では、筐体はＵ字配管を支持するだけでなく、流体制御機器を固定して支持し、さらに筐体をベース部材や他の流体機器に固定することが必要であるため、十分な強度を有する筐体が要求される。

そのため、Ｕ字配管に比べて筐体を格段に厚肉に形成しなければならず、その結果、流体機器が重いという問題点があり、例えば多数の流体機器を用いて集積化した装置を構成する場合には、重量が嵩みやすかった。

そこで、本発明は、軽量でありながら、十分な強度を確保できる流体機器及び流体制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の特徴的手段を講じる。
［１］ コア材料が空隙を設けて立体配置された立体構造部と、前記立体構造部内に形成された内部流路と、を備え、
外表面及び前記内部流路の内表面には、前記立体構造部の空隙を流体密に閉塞する閉塞部が設けられている、流体機器。
［２］ 前記閉塞部が前記コア材料に一体に設けられている、前記［１］に記載の流体機器。
［３］ 前記閉塞部は前記内部流路とその開口部とを形成する流路壁部を有し、前記流路壁部が前記内部流路を流動する流体の圧力に耐えうる、前記［１］又は［２］に記載の流体機器。
［４］ 前記閉塞部が他の部材との接合部を有し、前記接合部が前記他の部材からの荷重を支持する、前記［１］乃至［３］の何れかに記載の流体機器。
［５］ 前記閉塞部は前記立体構造部を被覆する外壁部を有し、前記流路壁部は前記外壁部より高強度に形成されている、前記［３］又は［４］に記載の流体機器。
［６］ 前記流体機器は継手、マスフローコントローラ、レギュレータ又はバルブの何れかである、前記［１］乃至［５］の何れかに記載の流体機器。
［７］ 前記［１］乃至［６］の何れかに記載の一以上の流体機器が接続されて構成された、流体制御装置。

本発明によれば、コア材料が空隙を設けて立体配置された立体構造部内に、内部流路が形成されているので、内部流路を備えた流体機器を十分な強度を確保しつつ軽量に構成できる。外表面及び内部流路の内表面に閉塞部が設けられることで、立体構造部の空隙が流体密に閉塞されているので、空隙を有する立体構造部を用いていても、内部流路を流動する流体が立体構造部の空隙に侵入したり空隙から雰囲気中へガスが放出されたりするようなことを確実に防止できる。そのため、軽量であっても十分な強度を確保できる流体機器及び流体制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る流体機器としての継手を示す斜視図である。 図１の継手の一部を断面で示した斜視図である。 （ａ）は図１の継手により複数の流体機器を接続した状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は接合部付近の断面図である。 （ａ）は図３（ａ）のＡ部拡大図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＢ部拡大図である。 本発明の第１実施形態に係る流体機器を用いた集積化ガスシステムの一例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る流体制御装置を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の流体制御装置に組み込まれる流体機器としてのバルブを示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。
［第１実施形態］
本発明の実施形態に係る流体機器は、流路を形成するための部品であり、例えば継手、バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラその他の流体コンポーネントである。第１実施形態では、バルブ本体、レギュレータ本体、マスフローコントローラ本体などの本体部をはじめ他の流体機器を接続するために使用される継手を例にとって説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る流体機器１０は、例えば図１及び図２に示すような継手である。流体機器１０としての継手は略直方体形状のブロック状に形成されており、上面側にバルブ本体（図示せず）が接合され、下面側に他の部材、例えば図３（ａ）や図５に示すベース部材２１に固定されるように構成されている。なお、ベース部材２１は図３（ａ）や図５に示すようなプレート状に限らず、レール状であってもよい。流体機器１０の外表面には、バルブ本体と流体密に接続可能な接続用開口部１１が複数設けられており、接続用開口部１１間が内部流路１３により連通している。複数の接続用開口部１１は同じ面に形成されており、内部流路１３が図示のように略Ｖ字状や略Ｕ字状に形成されている。外表面には、バルブ本体を固定するための被固定部１５が設けられ、さらに他の部材として、例えば図３や図５に示すベース部材２１に固定するための固定部１７が設けられている。

図３及び図５に示すように、流体機器１０は固定部１７を利用してベース部材２１に固定され、被固定部１５を利用して接続用開口部１１毎に異なるバルブ本体２３が接続されることで、バルブ本体２３が連結されたバルブ２５が構成されている。

流体機器１０は、コア材料３１に空隙３３が設けられて立体配置された立体構造部３５を備えており、内部流路１３が立体構造部３５の内部に形成されている。立体構造部３５の構造や材質等は、流体機器１０の用途に応じて適宜選択される。図２は立体構造部３５の断面を示すので、図３（ａ）に示すような断面形状となるが、図２では図示を省略している。

立体構造部３５としては、例えばコア材料３１が規則的に立体配置されたハニカム構造、ラチス構造その他の立体構造を有するものであってもよく、コア材料３１に不規則に空隙３３が設けられた多孔質構造を有するものなどであってもよい。さらには、繊維状又は片状のコア材料３１が多数不規則に集合して互いに連結された構造を有するものであってもよい。このような立体構造部３５は各種の樹脂や金属などを用いて形成されることができる。図３に示す形態では立体構造部３５がハニカム構造を有している。

図３に示すように、立体構造部３５の外表面と内部流路１３の内表面とには、立体構造部３５の空隙３３を流体密に閉塞する閉塞部３７が設けられている。閉塞部３７はコア材料３１に一体に接合されている。閉塞部３７は、内部流路１３及び接続用開口部１１に形成される流路壁部３７ａと、他の部材との接合部分に形成される接合部３７ｂと、立体構造部３５の外表面に形成される平滑に被覆する外壁部３７ｃと、を有している。

図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、流路壁部３７ａは流体との接触面を構成しており、立体構造部３５に形成された孔を塞いで設けられており、立体構造部３５の空隙３３を流体密に閉塞している。流路壁部３７ａは、立体構造部３５の上部に形成された凹部３９の表面にも設けられており、立体構造部３５の空隙３３を流体密に閉塞することで、接続用開口部１１が形成されている。接続用開口部１１には、バルブ本体２３を流体密に接続するシール材が配置されている。

流路壁部３７ａは、立体構造部３５と同一の材料からなるものであっても、他の材料からなるものであってもよい。流路壁部３７ａは内部流路１３内を流れる流体の圧力を支持することができるよう、硬化されて高密度に形成されており、好ましくは肉厚に形成されている。

接合部３７ｂは、図３（ｂ）に示す固定部１７や、図２に示す被固定部１５などに形成されている。接合部３７ｂは、流路壁部３７ａと同一の材料からなるものであっても、他の材料からなるものであってもよい。立体構造部３５の空隙３３を閉塞して補強することで、他の部材からの荷重を支持する可能な強度とすることが望ましい。接合部３７ｂは、接合する他の部材の大きさや接合方法等に適した強度とするのがよい。この接合部３７ｂは、固定部１７の圧縮方向の荷重に対する耐力を確保できる程度の強度としており、固定部１５ではバルブ本体など他の部材をネジ等により螺合させたときの締結力が確保できる程度の強度としている。各接合部３７ｂは、流路壁部３７ａと同一の材料又は他の材料により、流路壁部３７ａと同等の厚み又はそれ以上の厚みに形成され、硬化されて肉厚で高密度としている。

図３（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、外壁部３７ｃは、立体構造部３５の外表面を平滑に被覆するように形成されている。外壁部３７ｃは、流路壁部３７ａ又は接合部３７ｂと同一の材料からなるものであっても、他の材料からなるものであってもよく、流体機器１０の外表面に露出される部位に形成されて立体構造部３５の空隙３５を閉塞できればよい。外壁部３７ｃは流路壁部３７ａ及び接合部３７ｂに比べて強度が要求されず、硬化する部分を薄くしてもよい。空隙３５を外壁部３７ｃにより閉塞することで、流体機器１０が配置される雰囲気中に、各種ガスを放出し難くすることができる。

このような流体機器１０は、種々の方法により製造することができる。例えば、内部流路１３を形成するための孔を設けた立体構造部３５を予め作製しておき、この立体構造部３５の各部に閉塞部３７を形成してもよい。また、３Ｄプリント技術により閉塞部３７と立体構造部３５とを同時に成形することで作製してもよい。各部の材料や厚みを異ならせる場合には、各部において供給する材料や熱量を適宜変更すればよい。

このような流体機器１０を、他の流体機器とともに多数用いて流体制御装置を構成することができる。第１実施形態では、流体機器１０がブロック継手の例であるため、例えば図５に示すように、各種の流体機器等の装置要素４１をそれぞれ流体機器１０の接続用開口部１１に接続するとともに、各流体機器１０をベース部材２１に固定し、供給側から排出側まで連続した所定経路を構成すればよい。図５に示す流体制御装置５０は、半導体製造装置において各種のガスを供給するために用いる集積化ガスシステムの例である。

以上のような流体機器１０によれば、コア材料３１に空隙３３が設けられて立体配置された立体構造部３５とし、この内部に内部流路１３が形成されているので、内部流路１３を備えた流体機器１０を十分な強度を確保しつつ軽量に構成できる。特に、外表面及び内部流路１３の内表面には閉塞部３７が設けられて、立体構造部３５の空隙３３が流体密に閉塞されているため、空隙３３を有する立体構造部３５を用いていても、内部流路１３を流動する流体や流体機器１０の周囲の異物が、立体構造部３５の空隙３３に侵入したり、空隙３３から周囲の雰囲気中へ放出されたりすることを確実に防止できる。

そのため、半導体の製造に使用される流体を流動させたり制御したりするための流体機器１０や流体制御装置に使用しても、クリーンルーム内の雰囲気レベルを低下させるようなおそれがない。さらに、航空関係や宇宙関係などの閉鎖系での使用や、高度な真空雰囲気下における使用も可能である。

さらに、流体機器１０を、小型軽量でありながら、各圧力に耐える十分な強度を確保することができ、流体機器１０を用いて多数の流体制御機器や配管等の流体機器を接続して集積化すれば、流体制御装置の軽量化を図ることができる。

流体機器１０では、閉塞部３７により立体構造部３５の外面も被覆されているので、外部から他の流体や微粒子等の異物が内部流路１３に侵入するようなことも確実に防止することができ、精密な流体制御装置にも使用することができる。

［第２実施形態］
図６及び図７は本発明の第２実施形態に係る流体制御装置及び流体機器を示している。図６に示す流体制御装置５０は、図７に示す流体機器１０が他の流体機器とともに多数使用されて互いに接続されることで、半導体製造装置において各種のガスを供給する装置として構成されている。

図７の流体機器１０はバルブであり、２つの内部流路１３が立体構造部３５に設けられたボディー部４３と、ボディー部４３の接合部としての中間ネジ部４４に螺合して装着された開閉ハンドル４５と、ボディー部４３の中間ネジ部４４内に配置されるダイヤフラム部４７と、を備えている。

ボディー部４３は、形状は異なるものの第１実施形態の継手と同様に構成されている。即ち、コア材料３１に、空隙３３が設けられて立体配置された立体構造部３５と、立体構造部３５内に形成された２つの内部流路１３と、を備えている。そして立体構造部３５の外表面及び２つの内部流路１３の内表面には閉塞部３７が設けられている。なお、ボディー部４３の一部はスリーブ４６になっており、スリーブ４６の先端がガスケットなどのシール材と接合し、ナット４８を締め付けることによりシール材を押し潰す構造となっている。

ボディー部４３では、各内部流路１３の一端側は中間ネジ部４４において開口し、内部流路１３間がダイヤフラム部４７により開閉可能となっている。各内部流路１３の他端側は、ボディー部４３の左右両端に設けられた接合部としてのガスケット接続部４９において開口している。ボディー部４３でも、接合部としての中間ネジ部４４及びガスケット接続部４９が閉塞部３７により構成されており、これらに開閉ハンドル４５を螺合させたりシール材を押し潰したりする際、負荷される荷重を支持可能な強度に形成されている。

このような流体機器１０であっても、第１実施形態の流体機器１０及び流体制御装置５０と同様の作用効果を得ることができる。そして流体機器１０を用いて他の流体機器と接続することにより、図６に示すような流体制御装置５０を形成できる。

なお、本発明の実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。
流体機器１０の形状は任意である。第１実施形態では２個の接続用開口部１１を同一の面側に設けてＶ字状の１本の内部流路１３を設けたが、３個以上の接続用開口部１１を設けて複数の内部流路１３を設けたり、内部で分岐した内部流路１３を設けたりしてもよい。複数の接続用開口部１１を互いに異なる面側に設けてもよく、各接続用開口部１１間を直線状又は曲線状の内部流路１３で連通させることも可能である。１個の接続用開口１１から内部流路１３が設けられたものであってもよい。第１実施形態では、集積化し易いという理由で流体機器１０を略直方体形状に設けたが、その形状についても何ら限定されるものではない。

第１実施形態では、流体機器１０の複数の接続用開口部１１に複数のバルブ本体２３をそれぞれ接続したが、流体機器１０の各接続用開口部１１に接続する部材は何ら限定されるものではなく、各種の流体機器や配管部材等を接続することが可能である。各接続用開口部１１の形状、位置、大きさなどは、流体機器１０の用途や接続する部材等に応じて適宜設定可能である。

本発明の実施形態に係る流体機器で流す流体は特に制限はなく、気体であっても液体であってもよい。この実施形態の流体機器では、例えばアンモニア等の腐食性ガス、水素、窒素などの気体を流動させるものである。

なお、本明細書において、「コア材料が空隙を設けて立体配置された立体構造部」とは、コア材料で構成された壁部によって空隙が設けられるように立体配置された構造体からなる部分を意味しており、その代表的なものとしては、ハニカム構造で構成されているが、壁部により形成された各セルの形状は同一形状である必要はない。

１０：流体機器
１１：接続用開口部
１３：内部流路
１５：被固定部
１７：固定部
２１：ベース部材
２３：バルブ本体
２５：バルブ
３１：コア材料
３３：空隙
３５：立体構造部
３７：閉塞部
３７ａ：流路壁部
３７ｂ：接合部
３７ｃ：外壁部
３９：凹部
４１：装置要素
５０：流体制御装置

Claims (7)

1. コア材料が空隙を設けて立体配置された立体構造部と、前記立体構造部内に形成された内部流路と、を備え、
   外表面及び前記内部流路の内表面には、前記立体構造部の空隙を流体密に閉塞する閉塞部が設けられている、流体機器。
2. 前記閉塞部が前記コア材料に一体に設けられている、請求項１に記載の流体機器。
3. 前記閉塞部は前記内部流路とその開口部とを形成する流路壁部を有し、前記流路壁部が前記内部流路を流動する流体の圧力に耐える、請求項１又は２に記載の流体機器。
4. 前記閉塞部が他の部材との接合部を有し、前記接合部が前記他の部材からの荷重を支持する、請求項１乃至３の何れかに記載の流体機器。
5. 前記閉塞部は前記立体構造部を被覆する外壁部を有し、前記流路壁部は前記外壁部より高強度に形成されている、請求項３又は４に記載の流体機器。
6. 前記流体機器は継手、マスフローコントローラ、レギュレータ又はバルブの何れかである、請求項１乃至５の何れかに記載の流体機器。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の一以上の流体機器が接続されて構成された、流体制御装置。

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