JP4445489B2 - クリーンルーム用スチール製フロアの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はスチール製フロアの製造方法に関し、特に、鋼鉄材料を一貫した硬蝋付け（Ｂｒａｚｉｎｇ）及び熱処理技術で加工してフロアとする方法であり、最新のクリーンルーム用フロアにおける高い耐荷重の要求を満たす、スチール製フロアの製造方法に関する。

一般にクリーンルームに使用されるフロアは、ほとんどがアルミニウム合金でダイカスト鋳造法または重力鋳造法により製造されており、アルミニウム合金の強度が弱いため、フロアへの負荷には一定の限度があり、負荷がその限度値を超えるとフロアに破損が発生し、フロア上に置かれた設備の損失が生ずる。従来のアルミ鋳造フロアは、支持力で言えばその単位面積６００ｍｍ^２各点の最大荷重が２トンであり、最大２ｍｍの変形量が生じるため、第三、第四世代の半導体ウエハ工場の製造設備の要求を満たす程度が限界である。しかしながら、半導体素子の絶え間ない進化に伴い、半導体製造設備も精密化、自動化及び大型化する傾向にあり、このため、新しい半導体ウエハ工場のクリーンルームフロア荷重に対する要求はすでに大幅に上昇しており、従来のアルミ鋳造フロアではその単位面積当たりの支持力が不足するため、新しい半導体ウエハ工場に求められる高荷重に耐えられなくなる。

従来のアルミ合金フロアの耐荷重性を改善するため、先行技術においては、図６及び図７に示す下記特許文献１に開示されている発明のような、鋼材で製造した枠条を交差させて組み合わせ溶接する方式のフロアの製造方法があるが、これは主に、まず鋼材で格子板１０'と表面板２０'を製造し、この格子板１０'は枠体１２'と、縦横方向に交差されて溶接された第一枠条１３'及び第二枠条１４'から構成され、さらに前記表面板２０'と前記格子板１０'等を電気溶接または電気抵抗溶接で一体とするという工程を含む。このような公開案は鋼材で構成されており、かつ、電気溶接または電気抵抗溶接で第一枠条１３'と第二枠条１４'を交差させた箇所を溶接し一体としているが、そのプロセスは熱処理作業を経ておらず、当該業界の技術者であれば理解しているように、一般的な炭素鋼は熱処理を経ないとその耐引張り強度が約４１ｋｇ／ｍｍ^２以下であり、つまり、その材料強度は耐荷重性に対しいかなる改善も行うことができない。当該業界の技術的観点から分析すると、電気溶接または電気抵抗溶接をスチール製フロアに応用する際の欠点は次のようにまとめることができる。

（１） 気密性に優れない。
（２） 単点溶接である（溶接の有効面積が小さい）。
（３） 変形が大きい。
（４） 作業表面が破壊される（資材が溶けてソルダーが溶けない）。
（５） 強度が低い。
（６） 作業表面に凹凸がある。
（７） 作業に時間がかかる。
（８） 外観が劣る。
（９） コストが高い。

このほか、図８に示す本発明の出願者による下記特許文献２に開示されている「クリーンルーム用スチール製フロアの製造方法」の発明は、次の工程を含む。（ａ）カット工程：鋼材素材を所定の寸法の枠条と固定の寸法の蓋板にカットする；（ｂ）加工工程：各枠条をプレスし複数の嵌合溝を打ち抜き、蓋板の対角位置に複数の通気孔を設ける；（ｃ）組立て工程：複数の枠条をグラファイトブラケット板上に縦横方向に配列して組立て、枠条上の嵌合溝同士を上下に挿接してフレーム構造を成し、このフレーム構造上に蓋板を敷設する；（ｄ）第一熱処理工程：組立てが完了したフレームの蓋板上に重りを負荷し、第一熱処理炉内に入れ応力を除去する；（ｅ）ソルダー付け工程：第一熱処理が完了したフレームの変形量を補正した後、このフレームの継ぎ手にソルダーを付ける；（ｆ）溶接工程：ソルダーを付けたフレームをグラファイトブラケット板上に置いて重りを負荷し、連続炉に通して溶接する。

上述の発明案は、フロアのフレームを、鋼鉄材料を採用することによって構成しており、一貫加工の結合硬蝋付け（Ｂｒａｚｉｎｇ）及び熱処理技術を用い、溶接と同時に温度の変化を運用して材料にその特性を発揮させ、構造をより強固かつ軽量化している。この発明案の技術はその発明の目的を達することができ、従来技術に存在する問題を解決することはできるものの、その商品化の過程において、フレームと蓋板の一体成型構造には変形量が予期されたほど理想的でないという問題があることに気付き、さらに研究と試験を重ね、変形量をより理想的にした本発明を提供するに至ったものである。
中華民国特許公告第５５９６３６号公報 中華民国特許出願案第９３１１３６５１号公報（中国出願番号２００４１００．６２３６３．４号、日本出願番号２００４−３８１０１２号及び韓国出願番号１０−２００４−００５８５６３号に対応する）

本発明の主な目的は、鉄鋼材料を、一貫加工の硬蝋付け（Ｂｒａｚｉｎｇ）と熱処理技術によって、その構造をより強化すると共に軽量化することができる、クリーンルーム用スチール製フロアの製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、フレーム底部四つ角の突出部の設計により、硬蝋付け後に発生する変形を防ぎ、同時に平面化加工時より便利にする、クリーンルーム用スチール製フロアの製造方法を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、フレームと蓋板を製造過程の最終段階で接合させることで、応力を分散し変形量を最低レベルに抑えることができるほか、異なるニーズに応じて異なる形式の蓋板を結合でき、製品を多様化することができる、クリーンルーム用スチール製フロアの製造方法を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、作業時間が短く、コストが低いスチール製フロアを製造することができる、クリーンルーム用スチール製フロアの製造方法を提供することにある。

上述の目的及びその他の目的を達するため、本発明のスチール製フロアの製造方法は、少なくとも次の工程を含む：
（１） プレス工程：鋼材をプレスしいくつかの所定寸法の内部枠条と周辺枠条と所定寸法の蓋板を形成し、且つ各周辺枠条の二つの端部にそれぞれ突出部が設けられ同時に各枠条に複数の突起と嵌合溝を形成し、蓋板上に複数の前記突起に対応する溝部を設ける。
（２） 組立て工程：複数の前記枠条をグラファイトブラケット板上に縦横方向に配列して組立て、枠条上の嵌合溝を相互に交差させて挿接しフレーム構造を形成する。
（３） 第一熱処理工程：組立てが完了したフレーム上に重りを置き、第一熱処理炉内に入れ、応力を除去する。
ソルダー付け工程：第一熱処理が完了したフレームの変形量を補正した後、フレームの継ぎ手にソルダーを付ける。
（４） 溶接工程：ソルダーを付けたフレームをグラファイトブラケット板上に置いて重りを負荷し、連続炉に通して溶接する。
（５） 接合工程：溶接が完了したフレームと蓋板を組み合わせ、フレーム上の突起と蓋板上の溝部を相互に嵌合し、突起をプレスし平らにする。

本発明に基づいて、炭素鋼または合金鋼等の材料を採用し、製造過程においてフレームの組立てが完了した後、溶接を行う前に第一熱処理を行い、フレームとフレームの間の応力を除去すると、材料の特性を完全に発揮させることができ、さらに硬蝋付け（Ｂｒａｚｉｎｇ）で溶接と同時に第二熱処理を行い、還元性保護気体の熱炉内でフレームを加熱すると、各フレーム間の間隙に毛細管現象が発生するため、フレームの接合界面が完全に溶接され、フレームの構造の安定性をよりよく、強固にする。こうして製造されたスチール製フロアには次のような利点がある：
（１） 気密性に優れている。
（２） 隣接する構成部材間が全面的に溶接される（溶接有効面積が大きい）。
（３） 変形が少ない。
（４） 作業表面が破壊されない（資材が溶けず、ソルダーが溶ける）。
（５） 強度が高い。
（６） 作業表面の清潔度が高い。
（７） 作業時間を節約できる。
（８） 外観に優れている。
（９） コストが低い、等。

以下、実施例に基づき、本発明の技術的特徴についてさらに説明する。ここで挙げる実施例は、最良の範例として挙げているだけであり、本発明の実施の範囲を制限するものではない。図面を参照しながら以下の詳細な説明を組み合わせると最良の理解が得られる。

まず、図１から図２、及び図３に示すように、本発明のクリーンルーム用スチール製フロア１００は、未来の新しい世代のクリーンルームにおける高荷重の必要に対応すべく、炭素鋼や合金鋼等の鋼鉄材料で構成される。本発明に基づく製造方法は、基本的に次の工程を含む。

プレス工程：まずＳＡＥ４１３０合金鋼やその他炭素鋼材料等の鋼材を準備し、この鋼材をプレスし所定寸法の枠条１１を形成し、同時に、各枠条１１上に複数の相互に対応する嵌合溝１２を形成し、これら嵌合溝１２は端に近づくにつれてそのピッチが徐々に小さくなるよう配置すると共に、前記枠条１１上にさらに複数の突起１３を設け、且つ、特定の枠条１１両端にそれぞれ突出部１４を設ける。このほか、Ｓ４５Ｃ炭素鋼材料等を準備し、この鋼材をプレスして所定寸法の蓋板２０を形成し、同時に、この蓋板２０上に複数の前記突起１３に対応する溝部２１を設ける（図１（Ａ）参照）。

組立て工程：複数の前記枠条１１を縦横方向に配列して組立て、前記枠条１１上の嵌合溝１２を相互に交差させて挿接しフレーム１０の構造を形成する（図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）参照）。

第一熱処理工程：組立てが完了したフレーム１０をグラファイトブラケット板３０上に置き、前記フレーム１０上面に複数のアルミナ板４０を敷設し、且つ、前記アルミナ板４０上に均一に複数の重り４１を配置し、熱処理炉５０内に入れ、第一熱処理を行う（図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）参照）。本発明によれば、この第一熱処理の温度は約４４０℃とし、この温度環境において約１２５分間保温し、さらに冷却時間を経た後炉から出すと、枠条１１と枠条１１間の応力が除去される。

ソルダー付け工程：第一熱処理が完了したフレーム１０の変形量を補正した後、フレーム１０の継ぎ手上にＣ−６９８銅ペースト等のソルダーを付ける（図２（Ｅ）参照）。

溶接工程：ソルダーを付けたフレーム１０をグラファイトブラケット板３０上に置き、前記フレーム１０上面に複数のアルミナ板４０を敷設し、且つ、前記アルミナ板４０上に均一に複数の重り４１を配置し、さらに輸送装置７０により連続炉６０を通過させ、同時に溶接する（図２（Ｆ）参照）。本発明に基づき、前記連続炉６０内にはフレーム１０の進行方向により、温度が約８００℃の予熱エリア、温度が約９００℃〜１２００℃間の高熱エリア、及び冷却エリア（図示せず）を含み、前記輸送装置７０の輸送速度は毎分約２５０ｍｍの速度で前進するものとする。そのうち、前記フレームは高熱エリアを通過した後冷却エリアで少なくとも４０〜７０分間停留するものとし（好適には５５分間である）、最後に冷却エリアを通過して炉から出る。本発明に基づき、数回の実験によって得られた最良の計測値を表１に示す。

接合工程：溶接が完了したフレーム１０と蓋板２０を組み合わせ、枠条１１上の突起１３と蓋板２０上の溝部２１を相互に嵌合し、最後に前記蓋板２０表面上に突出した突起１３をプレスして平らにすると、スチール製フロア１００の製造プロセスが完了する（図３（Ｇ）、図３（Ｈ）参照）。

本発明のスチール製フロア１００は、図５に示すように、フレーム１０の構造は四つの辺に近接する枠条の両隣接のピッチが内部より小さくなっており、フレーム１０外側の枠条の密度が比較的密であるため、構造がより強固になり、荷重能力がより高くなる。このほか、前記フレーム１０の構造は底部の４つの角にそれぞれ突出部１４が形成され、平面加工においてより便利であるほか、硬蝋付け後に発生する変形を防止することができる。本発明によれば、フレームの組立てが完了した後、溶接の前に先に第一熱処理を行い、枠条と枠条の間の応力を除去し、材料の特性を完全に発揮させ、さらに硬蝋付けで溶接すると同時に第二熱処理を行い、溶接と同時に温度の変化を運用して材料のα＋Ｐ相をＭ相に変態させ、材料の特性を完全に発揮させて相乗的機械強度を生み、構造安定性を高め、より強固にすると共に、軽量化することができる

本発明に基づくスチール製フロアの工場の一貫加工および熱処理プロセスでは、溶接および熱処理が同時に完了でき、従来の一般加工のように鋼材加工が完了してから熱処理を行う場合より、本発明のプロセスによる場合のほうが簡単で、生産効率が高く、コストを低減することができる。

上述から分かるように、本発明の技術を利用して製造されるスチール製フロアの利点は大きく次のようにまとめることができる：
（１） 安全性が高い：負荷を超過しても、まず変形の前兆が現れ、破裂が生じる危険に至らない。
（２） 軽量化：同様の負荷重量でアルミ鋳造フロアの重量より軽い（一片のフロアの差が１ｋｇであるとした場合、建物全体のフロア面積負荷は１００トン以上になる）。
（３） 高強度：鋼鉄材料を熱処理し、大幅にその材料強度を増している（耐引張り強度７０ｋｇ／ｍｍ^２以上）。
（４） 低コスト：鋼鉄材料はアルミ合金材料より価格が安い（少なくとも３倍は安い）。
（５） 省エネ：アルミ材はその製造に必要なエネルギーが鋼材より高い。

以上、本発明を説明するための最良の実施例は、本発明の実施範囲を制限するものではなく、本発明の特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更は本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。

本発明に係るクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法を示す説明図である。 本発明に係るクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法を示す図１に引き続く説明図である。 本発明に係るクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法を示す図２に引き続く説明図である。 本発明に係るクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法のプロセスを示すプロセスチャートである。 本発明に係るクリーンルーム用スチール製フロアの拡大図である。 先行技術である特許文献１に係る発明の「板条を交差挿接し溶接する方式による上げ床の製造方法」を示す立体分解図である。 先行技術である特許文献１に係る発明の「板条を交差挿接し溶接する方式による上げ床の製造方法」を示す立体斜視図である。 本案出願人による先行技術である特許文献２に係る発明の「クリーンルーム用スチール製フロアの製造方法」を示すプロセスチャートである。

符号の説明

１００ スチール製フロア
１０ フレーム
１１ 枠条
１２ 嵌合溝
１３ 突起
１４ 突出部
２０ 蓋板
２１ 溝部
３０ グラファイトブラケット板
４０ アルミナ板
４１ 重り
５０ 熱処理炉
６０ 連続炉
７０ 輸送装置

Claims (12)

1. クリーンルーム用スチール製フロアの製造方法であって、前記フロアが複数の縦方向及び横方向の枠条を相互に挿接し組み立ててなるフレームと、前記フレーム上に結合される蓋板を含んで構成され、少なくとも：
   鋼材をプレスしいくつかの所定寸法の内部枠条と周辺枠条と所定寸法の蓋板を形成し、同時に各枠条に複数の突起と嵌合溝を形成し、且つ各周辺枠条の二つの端部にそれぞれ突出部が設けられ、前記蓋板上に複数の前記突起に対応する溝部を設けるプレス工程と；
   複数の前記枠条を縦横方向に配列して組立て、枠条上の嵌合溝を相互に交差させて接続しフレーム構造を形成する組立て工程と；
   組立てが完了したフレーム上に重りを置き、第一熱処理炉内に入れ、応力を除去する第一熱処理工程と；
   第一熱処理が完了したフレームの継ぎ手にソルダーを付けるソルダー付け工程と；
   ソルダーを付けたフレームに重りを負荷し、連続炉に通して同時溶接する溶接工程と；
   溶接が完了したフレームと蓋板を組み合わせ、前記フレーム上の突起と前記蓋板上の溝部を相互に嵌合し、突起をプレスし平らにする接合工程と；
   を含むことを特徴とするクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
2. 前記フレームの四つの辺に近接する枠条の両隣接のピッチが内部より小さいことを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
3. 前記フレーム底部の四つの角にそれぞれ突出部が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
4. 前記フレームをグラファイトブラケット板上に置き、第一熱処理炉に入れると共に、連続炉を通過させることを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
5. 前記第一熱処理炉の温度が４００℃〜４９０℃の間であることを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
6. 前記第一熱処理の時間が１００分間〜１５０分間の間であることを特徴とする請求項５に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
7. 前記連続炉が前記フレームの進行する方向に従い、予熱エリア、高熱エリア及び冷却エリアを含むことを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
8. 前記フレームが毎分２００ｍｍ〜３００ｍｍの間の輸送速度で前記連続炉を通過することを特徴とする請求項７に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
9. 前記予熱エリアの温度が７００℃〜９００℃の間であることを特徴とする請求項７に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
10. 前記高熱エリアの温度が８００℃〜１２００℃の間であることを特徴とする請求項７に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
11. 前記フレームが前記高熱エリアを通過した後、前記冷却エリアで少なくとも４０分〜７０分の間停留されることを特徴とする請求項１０に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。
12. 前記フレームがＳＡＥ４１３０の合金鋼材から構成され、前記蓋板がＳ４５Ｃ炭素鋼材から構成されることを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム用スチール製フロアの製造方法。

Images