JP2021025609A

JP2021025609A - 連結部材

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Publication number: JP2021025609A
Application number: JP2019145265A
Authority: JP
Inventors: 篤中野; Atsushi Nakano; 豪中井; Go Nakai; 一清手嶋; Kazukiyo Tejima
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2021-02-22
Anticipated expiration: 2039-08-07
Also published as: JP7372075B2

Abstract

【課題】熱膨張と収縮との繰り返しに伴う永久歪みが現れる状況下でも、流体機器等の間の接続部のシール性を十分に高く維持することのできる連結部材を提供する。【解決手段】連結部材は、第１部材、第２部材、および係合構造を備えている。第１部材および第２部材は、閉位置と開位置との間で変位可能であり、閉位置では環形を成して接続対象の部材を挟んで軸方向に締め付け、開位置では環形を開いて接続対象の部材を取り外し可能にする。係合構造は、環形の周方向における第１、第２部材の端部に設置されており、第１、第２部材が閉位置にあるときに互いに係合する。係合構造は、環形の軸方向における第１、第２部材の両縁部から離れた領域に配置されている。【選択図】図６

Description

本発明は、流体機器または配管等を他の流体機器または配管等に接続する部材に関し、特に接続対象の部材を囲んで締め付ける連結部材（クランプともいう。）に関する。

半導体プロセスにおいては、ウェハへのレジストの塗布、ウェハの洗浄等に様々な薬液が使用される。これらの薬液を扱うチューブ、継手、バルブ、ポンプ等の配管設備が半導体装置の製造ラインには含まれる。この配管設備の特徴としては、薬液に直に触れる部分がすべてフッ素樹脂で構成される点と、洗浄等のメンテナンスが比較的頻繁である点とが挙げられる。前者は、金属汚染による半導体の結晶欠陥、および電気的特性の劣化を防ぐことを目的とし、後者は、微粒子による配線の加工不良、および有機物による成膜異常を防ぐことを目的とする。これらの特徴を踏まえてこの配管設備には、高いシール性に加えて、組み立てと分解との作業の容易性が求められる。

たとえば特許文献１、２には、バルブ、センサー、ポンプ等の流体機器間の接続に連結部材が利用されることが開示されている。「連結部材（またはクランプ）」とは、接続対象の部材を囲んで、主に軸方向に締め付ける部材をいう。接続対象の部材とは、流体機器の吸入口、もしくは排出口、または配管（以下、「流体機器等」と略す。）と他の流体機器等との間の接続部を意味する。連結部材は一般に開閉可能な環形であり、その内側に収められた接続対象の部材を周囲から締め付けて固定する。連結部材で固定するのは、ねじで固定するよりも、組み立てと分解との作業が容易である。

特開２０１８−０９１４８２号公報特開２０１７−１８０８１６号公報

半導体プロセスに使用される薬液には、ウェハ洗浄用のもの、被膜エッチング用のもののように、高温（摂氏約２００度）のものがある。このような高温の薬液が輸送される場合、配管設備は輸送中には薬液から大量の熱を受け、輸送停止中には自然冷却される。これらの繰り返しにより、配管設備の各部が熱膨張と熱収縮とを繰り返す。その結果、フッ素樹脂製の部材には永久歪みが現れやすい。永久歪みが、連結部材の環形を維持する構造に現れた場合、流体機器等の間の接続部に対する締め付け力が弱まって、接続部のシール性能を低下させる可能性がある。

本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に熱膨張と熱収縮との繰り返しに伴う永久歪みが現れる状況下でも、流体機器等の間の接続部のシール性能を維持することのできる連結部材を提供することにある。

本発明の１つの観点における連結部材は、室温よりも高温の流体を運ぶ接続対象の部材を囲んで締め付ける部材であって、第１部材、第２部材、および係合構造を備えている。第１部材および第２部材は、閉位置と開位置との間で変位可能な２つの部材であり、閉位置では環形を成して接続対象の部材を挟んで軸方向に締め付け、開位置では環形を開いて接続対象の部材を取り外し可能にする。係合構造は、環形の周方向における第１部材の端部および第２部材の端部に設置されており、第１部材および第２部材が閉位置にあるときに互いに係合する。係合構造は、環形の軸方向における第１部材の両縁部および第２部材の両縁部から離れた領域に配置されている。

係合構造は枠部と凸部とを含んでもよい。枠部は環状であり、第１部材および第２部材が成す環形の周方向における第１部材の端部に設けられている。凸部は、環形の周方向における第２部材の端部の外周面から隆起しており、第１部材および第２部材が閉位置にある際、枠部によって囲まれる。

係合構造は第１鉤部と第２鉤部とを含んでもよい。第１鉤部は、環形の周方向における第１部材の端部に設けられている。第２鉤部は、環形の周方向における第２部材の端部に設けられており、第１部材および第２部材が閉位置にある際、第１鉤部に引っ掛かる。

本発明による上記の連結部材は、その環形の内側に接続対象の部材を挟んでいる。これらの部材を流れる高温の流体からの熱に起因する連結部材の熱歪みは、環形の軸方向において最も顕著である。その結果、熱膨張と熱収縮との繰り返しに伴う永久歪みは、環形の軸方向における両縁部に現れやすい。一方、この連結部材は係合構造を、環形の軸方向における両縁部から離れた領域に備えている。したがって、係合構造が永久歪みの影響を受けにくい。こうして、この連結部材は、熱膨張と熱収縮との繰り返しに伴う永久歪みが現れる状況下でも、流体機器等の間の接続部のシール性能を維持することができる。

本発明の実施形態による連結部材の外観を示す斜視図である。図１が示す直線II−IIに沿った縦断面図である。図１が示す直線III−IIIに沿った横断面図である。（ａ）は、閉位置の連結部材の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、開位置の連結部材の外観を示す斜視図である。（ａ）、（ｂ）は、流体機器等の間の接続部を工具で組み立てる作業を示す斜視図である。（ｃ）、（ｄ）は、その接続部を連結部材で囲んで締め付ける作業を示す斜視図である。連結部材の表面部分に現れる熱歪みを模式的に表す斜視図である。本発明の実施形態による連結部材の変形例の外観を示す斜視図である。

図１は、本発明の実施形態による連結部材１００の外観を示す斜視図である。連結部材１００は、たとえば熱可塑性樹脂製の円筒部材であり、流体機器等の間を接続する接続部２００を囲んでいる。熱可塑性樹脂には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂が含まれる。
［接続部］

図２は、図１が示す直線II−IIに沿った縦断面図であり、図３は、図１が示す直線III−IIIに沿った横断面図である。図５の（ａ）は、流体機器等の間の接続部２００の分解図である。これらの図が示すとおり、接続部２００は１対のフランジ継手２１０、２２０とガスケット２３０とを含む。フランジ継手２１０、２２０はたとえばフッ素樹脂製の円筒部材であり、軸方向における基端部２１１、２２１が流体機器等に接続されており、先端部２１２、２２２が間にガスケット２３０を挟んで対向している。ガスケット２３０はたとえばフッ素樹脂製の円環部材であり、フランジ継手２１０、２２０と同軸に配置されている。これにより、フランジ継手２１０、２２０とガスケット２３０とで囲まれた空間は、薬液、超純水等の流体が流れる通路として利用される。

フランジ継手２１０、２２０の先端部２１２、２２２からはフランジ２１３、２２３が径方向に張り出している。図２が示すように、フランジ２１３、２２３の先端面には円環形状の溝２１４、２２４が設けられ、軸方向における内周面の端部には斜面２１５、２２５が設けられている。一方、軸方向におけるガスケット２３０の各端面からは円環形状の突起２３１、２３２が軸方向へ突出している。これらの突起２３１、２３２は、フランジ継手２１０、２２０とガスケット２３０とが接続された際、フランジ２１３、２２３の溝２１４、２２４に刺さり込む。突起２３１、２３２の内径は溝２１４、２２４の径方向における内側の面の半径よりもわずかに小さいので、溝２１４、２２４の中へのフランジ２１３、２２３の設置は圧入によって実現されている。この圧入により、突起２３１、２３２の内周面は溝２１４、２２４の径方向における内側の面に密着し、突起２３１、２３２と溝２１４、２２４との間を液密にシールしている。ガスケット２３０の縁には斜面２３３、２３４が設けられており、フランジ２１３、２２３の斜面２１５、２２５と全体的に密着している。これにより、これらの斜面２１５、２２５、２３３、２３４の間も液密にシールされている。
［連結部材］

図４は、連結部材１００の外観を示す斜視図である。連結部材１００は第１部材１１０と第２部材１２０とを含む。第１部材１１０および第２部材１２０はいずれも半円環形であり、周方向における基端部１１１、１２１がヒンジで互いに接続されている。ヒンジには、第１部材１１０の基端部１１１を貫通する軸方向の穴１１３の中に、第２部材１２０の基端部１２１から軸方向へ突き出た軸１２３が配置されている。これにより、ヒンジの軸１２３のまわりに第１部材１１０の先端部１１２と第２部材１２０の先端部１２２とが回転し、閉位置（図４の（ａ）参照。）と開位置（図４の（ｂ）参照。）との間で変位可能である。先端部１１２、１２２が閉位置にある状態では、第１部材１１０および第２部材１２０が係合して１つの円環形を成す。図１、図２、図３が示すように、この円環形の内側には接続部２００が挟まれる。連結部材１００の内周面には、周方向に伸びる溝１０１が設けられている。フランジ継手２１０、２２０のフランジ２１３、２２３がガスケット２３０で一体化されると、連結部材１００の溝１０１の中にちょうど収まる。先端部１１２、１２２が開位置にある状態、すなわち開放状態では、第１部材１１０と第２部材１２０とが、図４の（ｂ）に示すとおり、円環形を開いてほぼＷ字形状に変化する。これにより、接続部２００から連結部材１００を取り外し可能になる。

連結部材１００は、一組の係合構造として、枠部１３１と凸部１３２とを含む。第１部材１１０の先端部１１２と第２部材１２０の先端部１２２とが閉位置へ変位した際、枠部１３１が凸部１３２に係合する。これにより、第１部材１１０と第２部材１２０とが成す円環形（以下、「円環形」と略す。）の周方向に沿った第１部材１１０と第２部材１２０との移動が阻まれる。図４の（ｂ）が示すように、枠部１３１は、第１部材１１０の先端部１１２に設けられた矩形環状の部分であり、凸部１３２は、第２部材１２０の先端部１２２の外周面から径方向へ隆起した矩形領域である。図３が示すように、凸部１３２は、円環形の周方向に沿って山形を成す第１斜面１３３と第２斜面１３４とを含む。第１斜面１３３は、第２部材１２０の先端から遠ざかるほど円環形の中心ＣＮＴから離れるように傾いている。第２斜面１３４は、第１斜面１３３の頂上から遠ざかるほど円環形の中心ＣＮＴに近づくように傾いている。第１斜面１３３と第２斜面１３４とのいずれも、傾斜が一定であっても、滑らかに変化していてもよい。第１部材１１０の先端部１１２および第２部材１２０の先端部１２２が開位置から閉位置へ変位する際、枠部１３１の先端部１３５は第１斜面１３３を乗り越えて第２斜面１３４を滑り降りる。こうして、第１部材１１０の先端部１１２および第２部材１２０の先端部１２２が閉位置に到達すると、図１、図４の（ａ）が示すように、凸部１３２が枠部１３１によって囲まれ、図３が示すように、枠部１３１の先端部１３５が第２斜面１３４の裾に引っ掛かる。こうして、枠部１３１の先端部１３５が再び周方向へ移動して枠部１３１から外れること、すなわち第１部材１１０の先端部１１２および第２部材１２０の先端部１２２が開位置へ戻ることが阻まれる。
［接続部の組み立てと連結部材による締め付け］

図５の（ａ）、（ｂ）は、流体機器等の間の接続部２００を工具３１０、３２０で組み立てる作業を示す斜視図であり、（ｃ）、（ｄ）は、接続部２００を連結部材１００で囲んで締め付ける作業を示す斜視図である。１対の工具３１０、３２０は、先端がＵ字形をした棒状部材である。作業員はフランジ継手２１０、２２０の基端部２１１、２２１を、図５の（ａ）が示すように、工具３１０、３２０のＵ字形の部分で保持して、フランジ継手２１０、２２０の間にガスケット２３０を挟む。この状態で作業員は工具３１０、３２０を操作して、図５の（ｂ）が示すように、フランジ２１３、２２３の間隔を狭める（たとえば、工具３１０、３２０の基端部が交差してペンチのように組み合わされていれば、作業員はペンチを閉じる要領で２本の工具３１０、３２０を操作する）。これにより、図２が示すように、ガスケット２３０の突起２３１、２３２がフランジ継手２１０、２２０の溝２１４、２２４に圧入される。こうして組み立てられた接続部２００は、図５の（ｃ）が示すように、開放状態の連結部材１００の中に収められる。作業員は続いて連結部材１００を閉じ、図２が示すように、ガスケット２３０で一体化したフランジ２１３、２２３を内周面の溝１０１の中に収めて軸方向に締め付ける。このとき、図３、図５の（ｄ）が示すように、枠部１３１が凸部１３２に係合する。すなわち、枠部１３１が凸部１３２を囲み、枠部１３１の先端部１３５が凸部１３２の第２斜面１３４の裾に引っ掛かる。これにより、連結部材１００が閉じた状態で固定され、接続部２００に対する締め付けを維持する。
［連結部材の熱歪み］

図６は、連結部材１００の表面部分に現れる熱歪みを模式的に表す斜視図である。接続部２００の中を高温の流体が流れる間、その流体から連結部材１００へ熱が伝わる。この熱により、連結部材１００は全体の温度が上昇する。この温度上昇に伴って連結部材１００の各部が熱膨張する結果、連結部材１００の表面には熱歪みが現れる。図６の矢印は、熱歪みが生じる方向と大きさとを大まかに表している。これらの矢印が表すとおり、連結部材１００の熱歪みは、外周面１０２よりも軸方向（図６ではＹ軸方向）における両縁部１０２、１０３で大きい。これは次の理由による。連結部材１００の熱膨張に伴い、外周面１０２は外径が拡大し、軸方向（Ｙ軸方向）における両縁部１０３、１０４は互いの間隔が拡大する。連結部材１００は径方向と軸方向とで熱膨張率が等しい一方、径方向の厚みよりも軸方向の幅が大きいので、熱歪みは径方向よりも軸方向で大きい。さらに、図２が示すように、フランジ２１３、２２３と連結部材１００との間には、径方向には隙間１０５がある一方、軸方向には隙間がない。隙間に吸収されるか否かの違いによっても、連結部材１００の熱歪みは径方向よりも軸方向で大きい。

接続部２００の中を高温の流体が流れる間、連結部材１００は図６の矢印の方向に膨張し、接続部２００の中を流体が通過し終えると、連結部材１００は自然に冷却されて収縮する。熱膨張と熱収縮とが繰り返されると、連結部材１００には永久歪み、すなわち、冷却されても元には戻らない熱歪みが現れる。連結部材１００の永久歪みも、外周面１０２よりも軸方向（Ｙ軸方向）における両縁部１０３、１０４で大きい。

連結部材１００の永久歪みは枠部１３１と凸部１３２とには影響を与えない。これは、図６が示すとおり、枠部１３１と凸部１３２とがいずれも、軸方向（Ｙ軸方向）における連結部材１００の両縁部１０３、１０４から所定の距離ＬＳＰだけ離れて設置されているからである。熱歪みが大きい両縁部１０３、１０４との間に距離ＬＳＰが存在することにより、枠部１３１と凸部１３２とに現れる熱歪みは十分に小さいので、枠部１３１と凸部１３２とには永久歪みは現れにくい。すなわち、連結部材１００の両縁部に現れる永久歪みにかかわらず、枠部１３１が凸部１３２に確実に引っ掛かり続ける。
［実施形態の利点］

本発明の上記の実施形態による連結部材１００では、接続部２００の中を流れる高温の流体からの熱に起因する熱歪みは、環形の軸方向において最も顕著である。その結果、熱膨張と熱収縮との繰り返しに伴う永久歪みは、環形の軸方向における両縁部１０３、１０４に現れやすい。しかし、連結部材１００は、係合構造である枠部１３１と凸部１３２とを、環形の軸方向における両縁部１０３、１０４から距離ＬＳＰだけ離している。この距離ＬＳＰの存在により、係合構造１３１、１３２が永久歪みの影響を受けにくい。こうして、連結部材１００は、熱膨張と熱収縮との繰り返しに伴う永久歪みが現れる状況下でも接続部２００を軸方向に十分に強く締め付け続けて、そのシール性能を維持することができる。
［変形例］

（１）図１−図６が示す連結部材１００の全体、および各部の形状は一例に過ぎない。たとえば、連結部材は、環形状であれば、横断面が円に代えて多角形であってもよい。枠部１３１と凸部１３２とはいずれの周も矩形には限られず、曲線を含む形状であってもよい。

（２）係合構造は枠部１３１と凸部１３２との組み合わせには限定されない。図７は、他の係合構造を備えた連結部材３００の斜視図である。第１部材３１０は周方向における先端部３１２に、枠部１３１に代えて、第１鉤部３３１を含む。第２部材３２０は周方向における先端部３２２に、凸部１３２に代えて、第２鉤部３３２を含む。第１鉤部３３１は、軸方向に垂直な断面が鉤形である部分であり、第１部材３１０の先端部３１２の外周面上をその全幅にわたって軸方向に広がっている。第２鉤部３３２は、板面が長方形の板状部材であり、長手方向の一端が、第２部材３２０の先端部３２２の外周面のうち、軸方向における中央部に接続されており、他端が周方向において第２部材３２０の先端部３２２よりも長く伸びている。その他端の先端は鉤形になっており、第１部材３１０の先端部３１２および第２部材３２０の先端部３２２が閉位置へ変位すると、第１鉤部３３１の軸方向における中央部に引っ掛かるように配置されている。こうして、第１鉤部３３１に第２鉤部３３２が引っ掛かることで、第１部材３１０の先端部３１２および第２部材３２０の先端部３２２が開位置へ戻ることが阻まれる。

連結部材３００の永久歪みは第１鉤部３３１と第２鉤部３３２とには影響を与えない。これは、図７が示すとおり、第２鉤部３３２が軸方向における連結部材３００の両縁部から距離ＬＳＱだけ離れているからである。この距離ＬＳＱの存在により、第２鉤部３３２にはもちろん、第１鉤部３３１のうち第２鉤部３３２と接触する中央部分にも、十分に小さい熱歪みしか現れないので、第１鉤部３３１の中央部分および第２鉤部３３２には永久歪みが現れにくい。すなわち、連結部材３００の両縁部に現れる永久歪みにかかわらず、第２鉤部３３２が第１鉤部３３１に確実に引っ掛かり続ける。こうして、連結部材３００は接続部２００を軸方向に十分に強く締め付け続けて、そのシール性能を維持することができる。

１００連結部材
１１０第１部材
１１１第１部材の基端部
１１２第１部材の先端部
１２０第２部材
１２１第２部材の基端部
１２２第２部材の先端部
１３１第１部材の枠部
１３２第２部材の凸部
２００接続部
２１０、２２０フランジ継手
２３０ガスケット

Claims

閉位置と開位置との間で変位可能であり、閉位置では環形を成して接続対象の部材を挟んで軸方向に締め付け、開位置では前記環形を開いて前記接続対象の部材を取り外し可能にする第１部材および第２部材と、
前記環形の周方向における前記第１部材の端部および前記第２部材の端部に設置されており、前記第１部材および第２部材が閉位置にあるときに互いに係合する係合構造と
を備え、
前記係合構造が、前記環形の軸方向における前記第１部材の両縁部および前記第２部材の両縁部から離れた領域に配置されている
ことを特徴とする連結部材。
前記係合構造は、
前記環形の周方向における前記第１部材の端部に設けられた環状の枠部と、
前記環形の周方向における前記第２部材の端部の外周面から隆起しており、前記第１部材および第２部材が閉位置にある際、前記枠部によって囲まれる凸部と
を含む、請求項１に記載の連結部材。
前記係合構造は、
前記環形の周方向における前記第１部材の端部に設けられた第１鉤部と、
前記環形の周方向における前記第２部材の端部に設けられており、前記第１部材および第２部材が閉位置にある際、前記第１鉤部に引っ掛かる第２鉤部と
を含む、請求項１に記載の連結部材。