JP4780558B2 - 流体制御装置用継手およびそれを用いた流体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置などに使用される流体制御装置用継手およびそれを用いた流体制御装置に関する。

流体制御装置において、一列に並べられた複数の装置構成部材の装置設置側に配置され、隣り合う装置構成部材の一方の装置構成部材の流体通路出口と他方の装置構成部材の流体通路入口とを連通させるか、外部導入管と流体制御装置の一端の装置構成部材の流体通路入口とを連通させるか、または外部排出管と流体制御装置の他端の装置構成部材の流体通路出口とを連通させるステンレス鋼製直方体状継手は、下記特許文献１に開示せられている。
特開２００３−３２２１２７号公報

流体制御装置は、従来床の水平面に配置せられていたが、近時床面の有効利用のため、部屋の垂直壁面に配置せられるようになってきた。ところで、継手の連通路を流れる流体は一般に腐食性の強いものであるため、直方体状継手には耐食性のあるステンレス鋼が主として用いられている。ところが、ステンレス鋼は重量が大であるため、持ち運びに不便であるばかりか、人間が1人か2人で行う流体制御装置の垂直壁面への配置の作業性が悪かった。

本発明の目的は、持ち運びが便利であり、しかも流体制御装置を垂直壁面へ配置する場合もその作業性が大幅に向上する軽量な流体制御装置用継手およびそれを用いた流体制御装置を提供することにある。

請求項１の発明による流体制御装置用継手は、垂直壁面に配置せられる流体制御装置において、基板と、ともに基板側に向いた流体通路入口および流体通路出口が並んでいる流体通路を有しかつ一列に並べられた所要数の装置構成部材との間に介在せられ、内部に形成せられた連通路により、各隣り合う２つの装置構成部材の一方の装置構成部材の流体通路出口と他方の装置構成部材の流体通路入口とを接続するか、他機器の流体通路出口若しくは流体源から配管された外部導入管と流体制御装置の一端の装置構成部材の流体通路入口とを接続するか、または制御流体必要機器へ配管された外部排出管と流体制御装置の他端の装置構成部材の流体通路出口とを接続する直方体状継手であって、中央に凹溝が設けられかつ凹溝の両側に継手取付け用ボルトの頭を継手から突出しないように受ける段部付きボルト挿通孔および装置構成部材取付け用おねじ部材がねじ込まれるめねじ部がそれぞれ設けられた凹字状接続部材と、接続部材の凹溝に嵌め込まれかつ連通路のみを有する扁平直方体状連通部材とに全体が２分割せられ、連通部材がステンレス鋼またはステンレス合金よりなるのに対し、接続部材が連通部材より比重が軽い素材よりなり、嵌め合わされた接続部材と連通部材の対向する３組の対向面のうち少なくとも１組の対向面のいずれか一方の面に位置決め用凹部が、他方の面に位置決め用凸部がそれぞれ設けられて嵌合せられているものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の流体制御装置用継手において、位置決め用凸部が、接続部材の凹溝の両側面それぞれに、ボルト挿通孔の段部の一部を含むように凸円弧状に設けられたものであり、位置決め用凹部が、連通部材の両側面それぞれに凹円弧状に設けられたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２記載の流体制御装置用継手において、めねじ部が、接続部材に埋入せられたステンレス鋼またはステンレス合金よりなるめねじ部品により形成せられているものである。
上記請求項３の発明におけるステンレス合金のなかでもインコネルおよびハステロイが好ましい。

請求項４の発明は、請求項１ないし３項のいずれか一項に記載の流体制御装置用継手において、連通部材より比重が軽い接続部材の素材が、合成樹脂またはアルミニウムであるものである。

請求項５の発明による流体制御装置は、請求項１ないし４項のいずれか一項に記載の流体制御装置用継手が用いられているものである。

合成樹脂として具体的には、ポリアミド６、ポリアミド６６のようなエンジニアリングプラスチックが適している。また、アルミニウムには、純アルミニウムおよびアルミニウム合金が含まれる。

本発明よる流体制御装置用継手は、中央に凹溝が設けられかつ凹溝の両側に継手取付け用ボルトの頭を継手から突出しないように受ける段部付きボルト挿通孔および装置構成部材取付け用おねじ部材がねじ込まれるめねじ部がそれぞれ設けられた凹字状接続部材と、接続部材の凹溝に嵌め込まれかつ連通路のみを有する扁平直方体状連通部材とに全体が２分割せられ、連通部材がステンレス鋼またはステンレス合金よりなるのに対し、接続部材が連通部材より比重が軽い素材よりなるものであるから、継手の大部分が従来の継手に使用されていたステンレス鋼より軽い素材で占められることになり、結果的にこの継手は全体がステンレス鋼よりなるものに較べて大幅に軽量化される。したがって、流体制御装置を床の水平面に配置しようと垂直壁面へ配置しようと、これの組み立てのための継手の持ち運びが楽であるばかりか、この継手が用いられた流体制御装置を垂直壁面へ配置する場合はその作業性が大幅に向上する。しかも、腐食性の強い流体が通過する連通路を備えた連通部材は、耐食性を有するから、耐食性に関しては、全体がステンレス鋼よりなる従来の継手と異ならない。

また、嵌め合わされた接続部材と連通部材の対向する３組の対向面のうち少なくとも１組の対向面のいずれか一方の面に位置決め用凹部が、他方の面に位置決め用凸部がそれぞれ設けられて嵌合せられているものであるから、接続部材に嵌め合わされた連通部材は、凹溝の長さ方向にずれない。

本発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、図１の左を前、同図の右を後、同図の上を上、同図の下を下という。

図１は、本発明の継手が用いられている半導体製造装置用流体制御装置（Ｅ）が、ボックス（Ｂ）に収められて垂直壁面（Ｗ）にその長さ方向を垂直にして配置せられた状態を示す。図示は略したが、同じ流体制御装置（Ｅ）が複数その長さ方向を垂直にしかつ並列状に配置せられている。この流体制御装置（Ｅ）は、マスフローコントローラ(1)の下の流体通路入口側に上から順に２ポート開閉弁(2)、３ポート開閉弁(3)、圧力計(4)、圧力調整器(5)、フィルター(6)および手動弁(7)を一列に備えており、同上の流体通路出口側に２ポート開閉弁(8) を備えている（以下これらを単に装置構成部材(1)〜(8)という）。装置構成部材(1)の流体通路入口側と流体通路出口側には、直方体状張出部(1a)(1b)が、他の装置構成部材(2)〜(8)の各後端には、方形のフランジ部(2a)(3a)(4a)(5a)(6a)(7a)(8a)がそれぞれ設けられており、これらの後面はすべて面一とされている。装置構成部材(1)〜(8)それぞれは、入口(９)および出口(１０)が流体制御装置（Ｅ）の長さ方向すなわちガス状流体の流れ方向である下から上の方向に並んでいる流体通路を有している。

垂直壁面（Ｗ）に取り付けられたボックス（Ｂ）の底壁に固定せられた基板(１１)と、間隔をおいて一列に並べられた８つの装置構成部材(1)〜(8)との間に、内部に形成せられたＵ字状(図１では横向きＵ字状であるが、これは継手のみる向きによって変わるものであるから、単に「Ｕ字状」という)連通路(１２)により各隣り合う２つの装置構成部材(７) (６)、 (６) (５)、 (５) (４)、 (４) (３)、 (３) (２) (２) (１) および(１) (８)の一方の装置構成部材の流体通路出口 (１０) と他方の装置構成部材の流体通路入口(９)とをそれぞれステンレス鋼製シール材(図示略)を介して接続する第１直方体状継手(１３) (１４) (１５)ならびに内部に形成せられたＬ字状(図１では逆Ｌ字状であるが、Ｌ字状は継手の見る向きによって変わるものであるから、単に「Ｌ字状」という)連通路(１６) により外部導入管(図示略)と流体制御装置（Ｅ）の下端の装置構成部材(７)の流体通路入口(９)とを、また流体制御装置（Ｅ）の上端の装置構成部材(８)の流体通路出口(１０)と外部排出管(図示略)とをそれぞれステンレス鋼製シール材(図示略)を介して接続する第２直方体状継手(１７)が、第１直方体状継手(１３) (１４) (１５)とともに、前面がすべて面一となされて介在せられている。

上記流体制御装置に使用した本発明による3種類の第１直方体状継手(１３) (１４) (１５)のうちの１つの第１直方体状継手部材(１３)の詳細を図２ないし図６に示す。

第１直方体状継手(１３)は、流体の流れ方向すなわち垂直方向にのびた凹溝(１８)が長さの中央に横断状に設けられ、かつ凹溝(１８)の両側に継手(１３)を基板(１１)に取付ける継手取付け用ボルト(２１)の六角孔付き頭を継手(１３)から突出しないように受ける段部(２０ａ)付きボルト挿通孔(２０)および装置構成部材取付け用おねじ部材(１９)がねじ込まれるめねじ部(２２)がそれぞれ設けられた凹字状接続部材(２３)と、接続部材(２３)の凹溝(１８)に嵌め込まれかつ連通路(１２)のみを有する扁平直方体状連通部材(２４)とに全体が２分割せられ、連通部材(２４)がステンレス鋼よりなり、接続部材(２３)がステンレス鋼より比重の軽い素材であるポリアミド６よりなるものである。なお、おねじ部材(２１) も六角孔付き頭を有している。

ボルト挿通孔(２０)は、凹溝(１８)の長さの中央部分を介してその両側に凹溝(１８)に近接して位置している。1対のめねじ部(２２)は、Ｕ字状連通路(１２)の入口(２５)を介して、他の1対のめねじ部(２２)は、Ｕ字状連通路(１２)の出口(２６)を介してそれぞれ存在し、後者の各めねじ部(２２)がそれぞれ接続部材(２３)の隅にあるのに対し、前者の各めねじ部(２２) はそれぞれ接続部材(２３) の隅から離れて凹溝(１８)寄りにある。このように両者に間隔の差があるのは、第１直方体状継手(１３)に取付けられる連通路(１２)の入口(２５)側の装置構成部材の幅と連通路(１２)の出口(２６) 側の装置構成部材の幅とに相違があるからである。したがって、第１直方体状継手(１３)の両側の装置構成部材の幅がこの場合と逆になる場合、第１直方体状継手(１３)はその上下を逆にして用いられる。

接続部材(２３)は、上記のようにポリアミド６よりなるものであるから、めねじが設けられない。そこで、図４および図５に示すように、めねじ部(２２)が、接続部材(２３)に埋入せられたステンレス鋼製めねじ部品(２７)により形成せられている。すなわち、めねじ部品(２７)は、めねじ(２８)を備えたステンレス鋼製円柱体状のもので、溝(２９)付き頭(３０)を有しており、接続部材(２３)の前後方向にあけられた頭受け段部(３１ａ)付き貫通孔(３１)に密に嵌め入れられている。そして、接続部材(２３)の上面、左側面または右側面から頭(３０)を貫通している有底孔(３２)に固定ピン(３３)が打ち込まれることにより、めねじ部品(２７)が接続部材(２３)に固定され、おねじ部材(１９)との共回りが防がれる。頭(３０)の溝(２９)は、頭(３０)の孔と接続部材(２３)の孔とを一致せしめるのにめねじ部品(２７)を回動調整するドライバー先端を係合させるためのものである。

接続部材(２３)に嵌め合わされた連通部材(２４)は、凹溝(１８)の長さ方向にずれないようになっている。すなわち、接続部材(２３)の凹溝(１８) の両側面それぞれに第１位置決め用凸部(３４)がボルト挿通孔(２０)の段部(２０ａ)の一部を含むように凸円弧状に設けられ、連通部材(２４)の両側面それぞれに第１位置決め用凹部(３５)が凹円弧状に設けられて両者が嵌合せられている。また、接続部材(２３)の凹溝(１８) の底面に第２位置決め用凸部(３６)が設けられ、連通部材(２４)の底面に第２位置決め用凹部(３７)が設けられて両者が嵌合せられている。なお、第２位置決め用凸部(３６)および第２位置決め用凹部(３７)は、第１位置決め用凸部(３４)および第１位置決め用凹部(３５)がない場合は必要であるが、この場合は必ずしも必要としない。

第１直方体状継手(１３)と継手幅およびＵ字状連通路(１２)の入口(２５)側の1対のめねじ部(２２)の位置が異なるだけで、他はこれと異ならない他の第１直方体状継手(１４)の詳細を図７および図８に示す。後者の第１直方体状継手(１４)は、前者の第１直方体状継手(１３)より幅が広く、Ｕ字状連通路(１２)の入口(２５)側の各めねじ部(２２)の位置が同出口(２６)側の1対のめねじ部(２２)の位置と同様接続部材(２３)の隅にある点で前者の第１直方体状継手(１３)と異なる。後者の第１直方体状継手(１４)は、これに取付けられる連通路(１２)の入口(２５)側の装置構成部材の幅と連通路(１２)の出口(２６) 側の装置構成部材の幅とが同じでかつ前者の第１直方体状継手(１３)に取付けられる両側の装置構成部材の幅より幅の広い装置構成部材を接続するのに用いられる。

さらに他の第１直方体状継手(１５)の詳細図示は略したが、これは上記第１直方体状継手(１４)より幅が狭いだけのものであり、その他は上記第１直方体状継手(１４)と異ならないものである。

要するに、内部に形成せられたＵ字状連通路により隣り合う２つの装置構成部材の一方の装置構成部材の流体通路出口と他方の装置構成部材の流体通路入口とを接続する第１直方体状継手の幅は、２つの装置構成部材の幅に広狭のある場合、幅の広い方に対応できるように決められ、Ｕ字状連通路の流体通路入口側の1対のめねじ部の間隔は、この部分に接続せられる一方の装置構成部材の幅に対応せしめられ、同流体通路出口側の1対のめねじ部の間隔は、この部分に接続せられる他方の装置構成部材の幅に対応せしめられる。

上記流体制御装置（Ｅ）に使用した本発明による第２直方体状継手部材(１７)の詳細を図９および図１０に示す。

同図に示す第２直方体状継手(１７)は、流体制御装置（Ｅ）の下端の装置構成部材(７)の流体通路入口(９)と外部導入管とをそれぞれ接続するものであり、連通部材(２４)の下面に外部導入管との接続用突出短筒状入口(３８)が設けられている。第２直方体状継手(１７)を第１直方体状継手(１３)と対比してその他これと異なるのは、ボルト挿通孔(２０)が凹溝(１８)の下端寄り部分を介してその両側に近接して位置している点および1対のめねじ部(２２)のみがＬ字状連通路(１６)の出口(３９)を介して存在し、各めねじ部(２２)がそれぞれ接続部材(２３)の隅にある点である。

Ｌ字状連通路(１６) により外部排出管と流体制御装置（Ｅ）の上端の装置構成部材(８)の流体通路出口(１０)とを接続する場合は、図示の第２直方体状継手(１７)の上下が逆にせられる。すると、ボルト挿通孔(２０)が凹溝(１８)の上端寄り部分を介してその両側に近接して位置し、1対のめねじ部(２２)がＬ字状連通路(１６)の入口(４０)を介して存在し、連通部材(２４)の上面に外部排出管との接続用突出短筒状出口(４１)が設けられていることになる(図１参照)。

３ポート開閉弁である装置構成部材(3)には、上下の第１直方体状継手(１３) (１３)に挟まれるとともに、並列配置の隣の流体制御装置に接続せられかつＬ字状連通路(４２)を有する直方体状継手(４３)が、左右２つのおねじ部材(４４)により装置構成部材(3)のフランジ部(3a)に連結せられている。この直方体状継手(４３)はその幅が、Ｌ字状連通路(４２)を確保し得るだけの狭いものであるから、従来と同様全体がステンレス鋼製であって本発明の対象外である。おねじ部材(４４)をねじ込むめねじは、ステンレス鋼製直方体状継手(４３)にＬ字状連通路(４２)に達しないよう直接設けられている。

上記実施形態において、めねじ部品(２７)は、めねじ(２８)を備えたステンレス鋼製円柱体状のもので、円形貫通孔に密に嵌め込まれているが、めねじ部品を四角または六角等の角柱状のものとし、これを角形貫通孔に密に嵌め込むようにすれば、おねじ部材との共回りを防ぐことができ、固定ピンが不要となる。
図１１に示す第１直方体状継手(５１) は、図７および図８に示す第１直方体状継手(１４)の変形例を示すものである。

この第１直方体状継手(５１)は、長さの中央に凹溝(５２)が設けられかつ凹溝(５２)の両側に装置構成部材取付け用おねじ部材(２１)がねじ込まれるめねじ部(５３)がそれぞれ２つ隅に設けられたアルミニウム製接続部材(５４)と、凹溝(５２)内全体に存在しかつＵ字状連通路(５５)が形成されたステンレス鋼製連通部材(５６)とで構成され、接続部材(５４)の凹溝(５２)の両側に、接続部材(５４)と連通部材(５６)に跨って段部付きボルト挿通孔(５７)が２つあけられ（図１１の鎖線部分にあけられる）、めねじ部(５３)が、接続部材(５４)に埋入せられたステンレス鋼製円柱状めねじ部品(５８) により形成せられているものである。

上記第１直方体状継手(５１)は、溶湯鍛造法により、つぎのようにして鋳造せられる。すなわち、平板部材に連通部材(５６)の垂直断面と同じ断面でこれより若干背の高い１本の横長角棒状ステンレス鋼を置き、これを介してその両側にめねじ部品(５８)と同じ水平断面でこれより若干背の高い数本の円柱状ステンレス鋼を所定間隔をおいて各１列に配置し、ともに平板部材に小ねじで止める。つぎに、平板部材の周囲に方形枠状の鋳型を嵌めた後、角棒状ステンレス鋼と円柱状ステンレス鋼を埋め金として鋳型内にアルミニウム溶湯を流し込み、圧力を加えて鋳ぐるみ成形する。その後、鋳型を除き、これを連通部材(５６)相当の大きさの１つの扁平直方体と４つの円柱体を有する第１直方体状継手(５１)相当の大きさになるように複数箇所で切断するとともにに、小ねじのある部分の上方位置から下部分を平板部材もろとも旋盤等で切断除去し、所定の直方体
状鋳塊を複数得る。各直方体状鋳塊をひっくり返し、扁平直方体部分にＵ字状連通路(５５)を加工形成してステンレス鋼製連通部材(５６)となすとともに、各円柱体部分にめねじ(５３)を加工形成してステンレス鋼製円柱状めねじ部品(５８)が埋入せられたアルミニウム製接続部材(５４)となす。そして、接続部材(５４)の中央両側に、一体となった接続部材(５４)と連通部材(５６)に跨って段部付きボルト挿通孔(５７)を２つあけることにより第１直方体状継手(５１)を得る。

第１直方体状継手(５１)は、図７および図８に示す第１直方体状継手(１４)の変形例であるが、これと同じ要領で図２ないし図６に示す第１直方体状継手(１３)、第１直方体状継手(１４)より幅が狭いだけの第１直方体状継手(１５)および図９および図１０に示す第２直方体状継手(１７)の各変形例を溶湯鍛造法により得ることができる。

上記実施形態では、連通路(１２) (５５)がＵ字状であるが、これはＶ字状でもよい。

上記実施形態は、本発明の継手が用いられている半導体製造装置用流体制御装置が、垂直壁面にその長さ方向を垂直にして配置せられたものであるが、半導体製造装置用流体制御装置は、垂直壁面にその長さ方向を水平にして配置せられることもあり、場合によっては、これが床の水平面に配置せられることもある。

上記実施形態の流体制御装置（Ｅ）は、半導体製造装置用のものであるが、半導体製造装置以外にも用い得る。

本発明の継手が用いられている半導体製造装置用流体制御装置が、垂直壁面にその長さ方向を垂直にして配置せられた状態を示す一部を切り欠いた側面図である。 本発明の１実施形態である第１直方体状継手の拡大詳細正面図である。 図２のIII−III線にそう断面図である。 図２の第１直方体状継手の背面図である。 図４のV−V線にそう断面図である。 図２の第１直方体状継手の拡大分解斜視図である。 本発明の他の実施形態である第１直方体状継手の拡大詳細正面図である。 図７のVIII−VIII線にそう断面図である。 本発明のさらに他の実施形態である第２直方体状継手の拡大詳細正面図である。 図９のX−X線にそう断面図である。 図７および図８の第１直方体状継手の変形例を示す斜視図である。

(１)〜(８) 装置構成部材
(９) 装置構成部材の流体通路出口
(１０) 装置構成部材の流体通路入口
(１１) 基板
(１２) (１６) (５５) 連通路
(１３) (１４) (１５) (１７) (５１) 継手
(１８) (５２) 凹溝
(１９) 継手取付け用ボルト
(２０) (５７) ボルト挿通孔

Claims (5)

1. 垂直壁面に配置せられる流体制御装置において、基板と、ともに基板側に向いた流体通路入口および流体通路出口が並んでいる流体通路を有しかつ一列に並べられた所要数の装置構成部材との間に介在せられ、内部に形成せられた連通路により、各隣り合う２つの装置構成部材の一方の装置構成部材の流体通路出口と他方の装置構成部材の流体通路入口とを接続するか、他機器の流体通路出口若しくは流体源から配管された外部導入管と流体制御装置の一端の装置構成部材の流体通路入口とを接続するか、または制御流体必要機器へ配管された外部排出管と流体制御装置の他端の装置構成部材の流体通路出口とを接続する直方体状継手であって、中央に凹溝が設けられかつ凹溝の両側に継手取付け用ボルトの頭を継手から突出しないように受ける段部付きボルト挿通孔および装置構成部材取付け用おねじ部材がねじ込まれるめねじ部がそれぞれ設けられた凹字状接続部材と、接続部材の凹溝に嵌め込まれかつ連通路のみを有する扁平直方体状連通部材とに全体が２分割せられ、連通部材がステンレス鋼またはステンレス合金よりなるのに対し、接続部材が連通部材より比重が軽い素材よりなり、嵌め合わされた接続部材と連通部材の対向する３組の対向面のうち少なくとも１組の対向面のいずれか一方の面に位置決め用凹部が、他方の面に位置決め用凸部がそれぞれ設けられて嵌合せられている流体制御装置用継手。
2. 位置決め用凸部が、接続部材の凹溝の両側面それぞれに、ボルト挿通孔の段部の一部を含むように凸円弧状に設けられたものであり、位置決め用凹部が、連通部材の両側面それぞれに凹円弧状に設けられたものである請求項４記載の流体制御装置用継手。
3. めねじ部が、接続部材に埋入せられたステンレス鋼またはステンレス合金よりなるめねじ部品により形成せられている請求項１または２記載の流体制御装置用継手。
4. 連通部材より比重が軽い接続部材の素材が、合成樹脂またはアルミニウムである請求項１ないし３項のいずれか一項に記載の流体制御装置用継手。
5. 請求項１ないし４項のいずれか一項に記載の流体制御装置用継手が用いられている流体制御装置。

Images