JP2021021473A - 集積型流体制御機器用流路ブロック - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップの要因となっている材質を見直しつつ、集積型流体制御機器用の流路ブロックとしての機能を発揮するとともに、流路ブロックを構成する各部材が構造的に強固なものとすることのできる集積型流体制御機器用流路ブロックを提供すること。【解決手段】支持部材上に配設され、内部に流路を備え表面に流体制御機器が取り付けられる集積型流体制御機器用流路ブロックであって、流路２０及び流路と流体制御機器３とが接続される流入出ポート２１を含む主ブロック２Ａと、支持部材４に集積型流体制御機器用流路ブロック２を固定する締結部材が挿通される取付孔２２及び流体制御機器３を集積型流体制御機器用流路ブロック２に取り付けるための締結部材が締結される締結孔２３を含む対となる従ブロック２Ｂとを備え、主ブロック２Ａは金属製材料で構成され、非金属材料又はアルミダイカストから構成される従ブロック２Ｂに挟持されている。【選択図】図３

Description

この発明は、半導体製造装置等に使用される流体制御機器に関し、特に、集積型流体制御機器に使用される流路ブロックに関する。

半導体製造装置に使用される流体制御機器は、種々の流体制御機器が複数列に配置されるとともに、隣り合う列の流体制御機器の流路同士が所定箇所において機器接続手段により接続されることにより構成されているが、近年、この種の流体制御機器では、マスフローコントローラや開閉弁等を、チューブを介さずに接続する集積化が進められている。

この種の集積型流体制御機器では、流路として配管やチューブに替えて、内部に流路を備えるとともに、表面に内部の流路と流体制御機器と接続するポートを備えた流路ブロックが用いられている（特許文献１参照）。

これらの流路ブロックは、上方から例えば六角ボルト等の締結手段を用いて支持部材に固定されている。そして、表面（通常は上面側）に設けられた流路と繋がる流入出ポートに合わせてマスフローコントローラや開閉弁等の流体制御機器が載置され、ボルト等の締結手段によって取り付けられる。

通常、これらの流路ブロックの材質は、金属製、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等から構成されている。このため支持部材上に多数配設されるため全体の重量が嵩むという問題もあった。そのため、流路にＵ字状のステンレス配管を使用し、略コ字状に切り欠いたブロックの上方からＵ字状のステンレス配管を吊り下げるように構成する流路ブロックが提案されている（特許文献２参照）。また、流路ブロックに使用されるこれらの金属材料は電解研磨が施され高価であるため、装置全体のコストアップの原因に対処するため本出願人は、特許文献３に記載の流体制御装置用継手を提案している。

特開２００２−２６７１００号公報 特開２００６−０２２９２６号公報 特許第４７８０５５８号公報

しかし、特許文献２に記載の流路ブロックでは、流路開放端に形成したフレア端を載置するように、配管の半円形状を切り欠いた突き合わせ治具でＵ字状のステンレス配管を挟んだ構成としている。そのため配管は不安定でブロック上に流体制御機器を取り付けたときに流体の漏れが懸念される。また、特許文献３に記載の流体制御装置用継手は、高価な金属材料の使用量を減らし継手のコストダウンと軽量化を図ることができるものの非金属の部分を一体成形としており加工が困難であるとともに、非金属の接続部材がその構造上、脆弱であるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストアップの要因となっている材質を見直しつつ、集積型流体制御機器用の流路ブロックとしての機能を発揮するとともに、流路ブロックを構成する各部材が構造的に強固なものとすることのできる集積型流体制御機器用流路ブロックを提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る集積型流体制御機器用流路ブロックは、
支持部材上に配設され、内部に流路を備え表面に流体制御機器が取り付けられる集積型流体制御機器用流路ブロックであって、
流路及び該流路と前記流体制御機器とが接続される流入出ポートを含む主ブロックと、
前記支持部材に集積型流体制御機器用流路ブロックを固定する締結部材が挿通される取付孔及び前記流体制御機器を集積型流体制御機器用流路ブロックに取り付けるための締結部材が締結される締結孔を含む対となる従ブロックとを備え、
前記主ブロックは金属製材料で構成され、非金属材料又はアルミダイカストから構成される前記従ブロックに挟持されている。

この集積型流体制御機器用流路ブロックは、流体が通過するガス接部は高価な金属製材料で構成し、それ以外の部分を非金属の材料又はアルミダイカストで構成することで金属製材料の使用を低減させるようにしている。

この場合において、前記非金属材料を樹脂とすることができる。

また、これらの場合において、前記従ブロックは、主ブロックに対して締結部材によって締結固定することができる。

また、これらの場合において、前記主ブロックと従ブロックとは、接合面のそれぞれに対応する雄雌の蟻溝を形成することができる。締結部材を必要とせず、蟻溝方向にスライドさせて主ブロックと従ブロックを連結する。

本発明によれば、高価な金属材料は使用する部分を流体と接する流路とポート部分を形成する主ブロックだけとし、それ以外の支持部材にブロックを固定するための取付孔や流体制御機器を取り付けるための締結孔を形成する従ブロックを樹脂等の非金属材料を用いて大幅なコストダウンと軽量化を図ることができ、また、金属製の主ブロックと非金属製の従ブロックがともに略立方体形状をなしており構造的に強固な集積型流体制御機器用流路ブロックを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る流路ブロックを用いた集積型流量制御装置を示す斜視図である。 同流路ブロックを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図、（ｄ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。 同ブロックの第１実施形態を示し、（ａ）は組立前の斜視図、（ｂ）は組立後の斜視図である。 同ブロックの第２実施形態を示し、（ａ）は組立前の斜視図、（ｂ）は組立の様子を示す斜視図、（ｃ）は組立後の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

＜実施形態１＞
図１〜図３に、本発明の集積型流体制御機器用流路ブロックの実施形態１を示す。

［流体制御機器］
図１に示す流体制御機器１は、上段に複数の流体制御機器３Ａ〜３Ｇ（以下、単に流体制御機器３ということがある。）と、下段に複数の流体制御機器３Ａ〜３Ｇを載置する内部に流体流路を備えた複数の流路ブロック２と、複数の流路ブロック２を支持する支持部材４と、流路ブロック２及び流体制御機器３Ａ〜３Ｇの表面を加熱する加熱手段とを備えている。

流路ブロック２及び流体制御機器３Ａ〜３Ｇを１つのラインとし、図例では２ラインを表示しているが、ライン数はこれに限られるものではなく、１ラインから複数ライン、設備に応じて自由にライン数を決定することができる。

複数の流体制御機器３Ａ〜３Ｇは、自動弁（例えば流体駆動式の自動弁）３Ａ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｇと、手動式のレギュレータ（減圧弁）３Ｂと、圧力計３Ｃと、流量制御機器（例えば、マスフローコントローラ（ＭＦＣ：Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ））３Ｆとにより構成されている。これらの流体制御機器３Ａ〜３Ｇは、図１に示すように、それぞれが隣り合う２個の流路ブロック２上に載置され、締結手段である六角穴付きボルトによって、流路ブロック２上に固定されている。

加熱手段は、流路ブロック２の側面に当接し、流路内の温度を所定の温度まで加熱するもので、入口配管を介して流入するガス（例えば、フッ化水素）を加温し、常温で液化するガスの液化を防止する。この加熱手段は使用する流体の種類、環境温度によっては配設する必要がない場合もある。

加熱手段を配設する場合は、流路ブロック２の側面に、クリップによって挟持固定するようにしている。図例では、加熱手段を配設しない例を示す。

［流路ブロック］
流路ブロック２は、支持部材４上に配設され、各流体制御機器３の流出ポートと流入ポートを接続する流路２０と流入出ポート２１を備え、表面（上面）に各流体制御機器３が取り付けられる集積型流体制御機器用の流路ブロックである。そして、この流路ブロック２は、流路２０及びこの流路２０と流体制御機器３とが接続される流入出ポート２１を含む主ブロック２Ａと、支持部材４に流路ブロック２を固定する締結部材が挿通される取付孔２２及び流体制御機器３を流路ブロック２に取り付けるための締結部材が締結される締結孔２３を含む従ブロック２Ｂとを備え、主ブロック２Ａを金属製材料で構成するとともに、非金属材料から構成される従ブロック２Ｂに挟持して構成されている。

主ブロック２Ａの材質は、金属製であれば特に限定するものではないが、本実施形態では、従来の流路ブロックと同様にＳＵＳ３１６Ｌを使用する。また、従ブロック２Ｂの材質も、非金属製であれば特に限定するものではないが、流体制御機器３を取り付けるための締結孔として、雌ねじ穴を形成する必要があるため、所定の強度・硬度を有し、耐熱性の高いエンジニアリング合成樹脂、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等を使用することが好ましい。また、樹脂以外の材質として、安価なアルミダイカストを採用することができる。

主ブロック２Ａは、上面に内部のＶ字型の流路２０の開放端となり流体制御機器３と接続される流入出ポート２１、２１を形成している。この流入出ポート２１は、図２（ｃ）に示すように外周側に溝部が形成され、シール材（図示省略）が配設され流体制御機器３と流路ブロック２とを流れる流体の外部への漏洩を防止する。

主ブロック２Ａの正面２５及び背面２５は、側面側が凸面２５ａ、中央部が凹面２５ｂとなっている。そして、この正面２５及び背面２５には、後述する連結部材２４が螺合する雌ねじ孔２４ｂが形成されている。

従ブロック２Ｂは、上面から下面に貫通する取付孔２２と、流体制御機器３を取り付けるための締結孔２３、２３とが形成されている。取付孔２２は、流路ブロック２を支持部材４に固定する締結部材が挿通されるもので、本実施形態では締結部材として六角穴付きボルトを使用し、図２（ｄ）に示すように段差のある貫通孔としている。締結孔２３、２３は、図１に示すように、締結手段としてボルト等のネジ部材を使用しているため雌ねじ孔である。

そして、従ブロック２Ｂの正面（背面）２６は、主ブロック２Ａの正面２５及び背面２５に形成されている凸面２５ａに対応する凹面２６ａと凹面２５ｂに対応する凸面２６ｂから構成されている。このように凹面と凸面で対向する面を構成することで、従ブロック２Ｂと主ブロック２Ａが対面し当接させたときに位置ずれが生じることを防止できる。なお、主ブロック２Ａと従ブロック２Ｂの合せ面は、凹凸形状でなく、面一形状であっても構わない。

また、従ブロック２Ｂの正面から背面に向かって、主ブロック２Ａと従ブロック２Ｂを連結する連結部材２４（本実施形態では六角穴付きボルト）が貫通する貫通孔２４ａを穿孔し、上述した主ブロック２Ａに形成した雌ねじ孔２４ｂに連結部材２４を螺合し、主ブロック２Ａと従ブロック２Ｂとを連結固定するようにしている。

上記構成によって、流路ブロック全体を金属製とした従来品と比べて、金属材料、特にＳＵＳ３１６Ｌの様な高価な金属材料の使用を、１／３〜１／４程度に削減することができ、大幅なコストダウンを実現することができる。

＜変形例＞
主ブロック２Ａと従ブロック２Ｂとの連結には、上述したように主ブロック２Ａに雌ねじ孔２４ｂを形成する他、雌ねじ孔２４ｂを連結部材２４の下孔径の貫通孔とし、一方の従ブロック２Ｂ側から締結部材２４としての六角穴付きボルトを挿通し、他方の従ブロック２Ｂ側に対応するネジ孔を形成したり、回転しないようにナットを配設したりすることで、主ブロック２Ａと従ブロック２Ｂとを連結することもできる。また、締結部材２４をノックピンとして、主ブロック２Ａの雌ねじ孔２４ｂの箇所にノックピンが嵌合する嵌入孔を形成して、主ブロック２Ａと従ブロック２Ｂとを連結することもできる。

＜実施形態２＞
図４に、本発明の集積型流体制御機器用流路ブロックの実施形態２を示す。

実施形態２の集積型流体制御機器用の流路ブロック２においても、金属製の主ブロック２Ａを非金属製の従ブロック２で挟持する構成は実施形態１と同様である。

本実施形態における主ブロック２Ａは、第１実施形態と同様に、上面に内部のＶ字型の流路２０の開放端となり流体制御機器３と接続される流入出ポート２１、２１を形成している。そして、正面及び背面の基準面２７において、側面側の２箇所に雄蟻溝２７ａ、２箇所の雄蟻溝２７ａに挟まれて中央に雌蟻溝２７ｂが形成されている。

従ブロック２Ｂは、第１実施形態と同様に、上面から下面に貫通する取付孔２２と、流体制御機器３を取り付けるための締結孔２３、２３とが形成されている。

そして、従ブロック２Ｂの正面（背面）の基準面２８において、主ブロック２Ａの正面及び背面の基準面２７に形成されている雄蟻溝２７ａに対応する箇所に雌蟻溝２８ａと雌蟻溝２７ｂに対応する位置に雄蟻溝２８ｂが形成されている。

このように、主ブロック２Ａと従ブロック２Ｂとの対応する位置に雄雌の蟻溝を形成することで、図４（ｂ）に示すように、主ブロック２Ａと従ブロック２Ｂとを蟻溝に沿ってスライドさせて結合することで、第１実施形態の主ブロック２Ａと従ブロック２Ｂとの結合に必要な連結部材２４が必要なくなるとともに、連結部材２４の挿通口やネジ孔の加工も必要としない。

以上説明したように、本発明の流路ブロックは、金属製の主ブロックと非金属製又はアルミダイカストの従ブロックがともに略立方体形状をなしており構造的に強固であり、集積型流体制御機器に用いる流路ブロックとして好適に用いることができる。

１ 流体制御機器
２ 流路ブロック
２Ａ 主ブロック
２Ｂ 従ブロック
２０ 流路
２１ 流入出ポート
２２ 取付孔
２３ 締結孔
３ 流体制御機器
４ 支持部材

Claims (4)

1. 支持部材状に配設され、内部に流路を備え表面に流体制御機器が取り付けられる集積型流体制御機器用流路ブロックであって、
   流路及び該流路と前記流体制御機器とが接続される流入出ポートを含む主ブロックと、
   前記支持部材に集積型流体制御機器用流路ブロックを固定する締結部材が挿通される取付孔及び前記流体制御機器を集積型流体制御機器用流路ブロックに取り付けるための締結部材が締結される締結孔を含む対となる従ブロックとを備え、
   前記主ブロックは、金属製材料で構成され、非金属材料又はアルミダイカストから構成される前記従ブロックに挟持されている集積型流体制御機器用流路ブロック。
2. 前記非金属材料は樹脂である請求項１に記載の集積型流体制御機器用流路ブロック。
3. 前記従ブロックは、主ブロックに対して締結部材によって締結固定されている請求項１又は２に記載の集積型流体制御機器用流路ブロック。
4. 前記主ブロックと従ブロックとは、接合面のそれぞれに対応する雄雌の蟻溝を形成した請求項１又は２に記載の集積型流体制御機器用流路ブロック。