JP5437779B2 - 流体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置の材料ガス供給ライン等を構成するものであって、複数の流体機器及び配管を縦横に接続してなるガスパネル等の流体装置に関するものである。

いわゆるフランジ継手とは、管の端部に設けたフランジ部同士を結合することによって管同士を接続するものであり、その一種として、特許文献１に示すように、対向するフランジ部に外嵌して各フランジ部に設けた傾斜面を径方向に押圧し、その際に発生する軸方向の分力によってフランジ部同士を圧着結合し、管を直列接続する結合リングを具備したものが知られている。
この結合リングによるフランジ継手の特徴は、軸方向の長さを可及的に短くできることにある。

特開２００８−２８６３２５号公報

しかして、本発明者らは、この発明を完成させるにあたって、半導体製造装置の材料ガス供給に用いられるような、縦横の流体ラインを有する流体装置にこの種のフランジ継手を利用したものを検討した。これが、図１に示す構成のものである。これをネジ式管継手を用いた図２に示すものと比較すると、フランジ継手を利用することで、非常にコンパクトに構成できることがわかる。

特に、図１のように、縦の流体ラインＬ１に流体機器が設けられている構成の場合、縦方向寸法は流体機器の大きさによってコンパクト化が制限されることから、横方向の寸法を如何に小さくするかが大きなポイントとなるところ、図１の流体装置は、図２の流体装置に比べて横方向寸法が小さく、この点で大きなメリットがある。

なお、図１、図２中、符号Ｌ１はガス供給ライン、符号Ｌ２はクリーニングガス供給ライン、符号Ｌ３は出口共通化ライン、符号１１はマスフローコントローラ、符号１２、１３はバルブや圧力センサ、符号２、２’、２”はフランジ継手、符号２Ａはネジ式管継手、符号４、４’、４”は配管を示している。

しかしながら、前記フランジ継手は、短くかつ強固に管同士を結合できるが故に、配管の変形などが極めて小さく、寸歩誤差の許容範囲が狭いという不具合がある。これは、図１のように縦横に流体ラインを接続した場合に顕著となる。

すなわち、この図１の構成において、仮にマスフローコントローラやそこから延伸する配管に寸法誤差があって、１本のガス供給ラインに長さの違いが若干あったとする。その状態でクリーニングガス供給ラインを各ガス供給ラインに接続すると、出口共通化ラインが接続されるバルブ間に縦方向の位置ずれが生じる。ところが、この位置ずれを配管の変形等で吸収できないため、出口共通化ラインを形成できないという事態が生じ得る。これは、出口共通化ラインを先に接続しても同じである。

そこで、本発明は、縦横に流体ラインが配設されてこれらが互いに接続された流体装置において、結合リングを利用した前述のフランジ継手の特徴を可及的に活かしつつも、該フランジ継手の短所である寸歩誤差の許容範囲が狭く組み立てに齟齬を生じやすいという不具合を解決すべく図ったものである。

すなわち、本発明に係る流体装置は、直列接続した１又は複数の流体機器及び配管を具備する縦流体ラインと、１又は直列接続した複数の配管を具備する横流体ラインとを具備し、前記縦流体ラインを互いに平行に複数配置するとともに、隣接する縦流体ライン間に、これらを接続する複数の横流体ラインを並列させた流体装置において、
前記横流体ラインのうちの１つを、隣接する端部にフランジ部を設けた直列する複数の配管と、前記隣接するフランジ部に外嵌してそれらフランジ部に設けた傾斜面を径方向に押圧し、その際に発生する軸方向の分力によってフランジ部同士を圧着結合する結合リングとを具備するものとし、
並列する前記横流体ラインのうちの他の１つを、隣接する縦流体ラインの配管間に配置され、これら縦流体ラインの配管につなぎパイプによって接続された配管を具備するものとしたことを特徴とする。

かかるつなぎパイプによる配管接続は、溶接等による固着であることから、一旦接続した後は取り外しができないという不自由さはあるものの、配管長を大きくとれるので、構造的にある程度撓んだり、組み立て時に調整したりすることによって配管や流体機器の寸歩誤差を許容でき、コンパクト性をも担保できるものである。

したがって、本発明によれば、このつなぎパイプとフランジ継手とを巧みに混在させているので、フランジ継手による組み立てや取り外しの容易性を維持しつつ、フランジ継手のリジッド性による不具合を、つなぎパイプによる柔軟性で解決し、かつ少なくとも横方向にコンパクトに構成できる。

つなぎパイプでの溶接等による固着作業を容易化するには、前記横流体ラインのうちの他の１つを、最も端側のものに設定することが好ましい。

本発明によれば、つなぎパイプによる配管接続が配管等の寸法誤差を許容するので、フランジ継手による組み立てや取り外しの容易性を維持しつつ、フランジ継手のリジッド性による不具合を、つなぎパイプによる柔軟性で解決し、かつ少なくとも横方向にコンパクトに構成できる。

フランジ継手を利用して構成した流体装置の予想構成図。 ネジ式管継手を利用して構成した流体装置の予想構成図。 本発明の一実施形態における流体装置の構成図。 同実施形態におけるフランジ継手を平面方向から視たときの構成図。 同実施形態における位置決めリング等を示す分解斜視図。 同実施形態における結合リングを軸方向から視たときの構成図。 同実施形態における結合リングのオープン状態を示す部分断面図。 同実施形態におけるフランジ継手の縦断面図。 本発明の他の実施形態における流体装置の構成図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る流体装置１００は、半導体製造装置の一部であるガスパネル形式の流体供給装置を構成するものである。
ガスパネル形式の流体供給装置（以下、単にガスパネルと称することもある。）とは、複数の流体機器を平面的に配置してその間を配管等で接続したものである。ここでのガスパネルは、その配管接続の少なくとも一部に、後述するフランジ継手が使用されたものである。
さて、元に戻って、本実施形態に係る流体装置１００は、図３に示すように、平行に設けた３本の縦流体ラインたるガス供給ラインＬ１と、これらガス供給ラインＬ１間に設けられた２つの横流体ライン、ここでは各ガス供給ラインＬ１にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ラインＬ２及び各ガス供給ラインＬ１の出口を１本化する出口共通化ラインＬ３とを具備したものである。

次に各ラインＬ１〜Ｌ３について説明する。
ガス供給ラインＬ１は、複数の流体機器１１〜１３と、各流体機器１１〜１３から一体に延伸する配管４と、前記配管４同士を接続することによって前記各流体機器１１〜１３を直列接続するフランジ継手２とを具備したものである。

流体機器とは、例えばここではマスフローコントローラ１１や開閉バルブ１２、圧力センサ１３のことを示すが、その他の流体制御機器や流体測定機器等でも構わない。

配管４は、特に図４に示すように、各流体機器１１〜１３のインレットポートやアウトレットポートに予め基端が接続してあるもので、組み立て前の状態ではその先端部には後述するフランジ部２１が設けられている。また、ここでは各配管４に全て同一径のものを用いている。

フランジ継手２は、図４〜図８に示すように、前記配管４の先端部外周に溶接等によって一体に形成したフランジ部２１と、配管４同士を接続すべく対向させた前記フランジ部２１間に介在するガスケット２２と、前記フランジ部２１同士の軸合わせをする位置決めリング２３と、これらフランジ部２１を圧接結合する結合部材たる結合リング２４とを具備したものである。

フランジ部２１は、図４、図８に示すように、円環板状をなすもので、その先端面（以下対向面とも言う）には閉じた円環状の突条２１ａが設けてある。また、その裏面には先端ほど径が拡がる向きの傾斜面２１ｂが形成してあり、その外周面における先端部分２１ｃには、段を形成してこの先端部分２１ｃの外径が他の部分よりも小さくなるように構成してある。

ガスケット２２は、図４、図８に示すように、その内径が配管４の内径と一致し、外径が前記フランジ部先端部分２１ｃの外径と一致する薄い等厚円環板状をなすものである。

位置決めリング２３は、図５に示すように、円筒状をなすものであり、弾性変形可能な金属を用いて構成してある。そして、前記フランジ部先端部分２１ｃにガタ無く外嵌するように、この位置決めリング２３の内径を前記先端部分２１ｃの外径と一致させてある。

結合リング２４は、図４、図６〜図８に示すように、隣り合うもの同士が互いに回転可能に連結された一連のリングパーツ２４１と、両端のリングパーツ２４１同士を結合して環状とするための締結具２４２とを具備したものである。各リングパーツ２４１（ここでは３つ）の内周面には、周方向に延びる有底嵌合溝２４ａが設けてある。そして、この嵌合溝２４ａの側面には前記フランジ部２１の裏面に形成した傾斜面２１ｂに対応する傾斜面２４ａ１が形成してある。

かかるフランジ継手２によって前記配管４同士を接続する際には、まず接続すべき一方の配管４に設けたフランジ部先端部分２１ｃに前記位置決めリング２３の一端部を外嵌する。次に位置決めリング２３の他端部にガスケット２２と他方の配管４に設けたフランジ部先端部分２１ｃとをこの順で軸方向から嵌め込む。その結果、各フランジ部２１及びガスケット２２、ひいては各配管４が中心軸を一致させて保持される。

その後、対向近接した一対のフランジ部２１に、端部リングパーツ２４１同士が連結されていないオープン状態とした結合リング２４を回し込み、その嵌合溝２４ａをフランジ部２１の外周縁部に嵌め込む。そして、この結合リング２４の端部リングパーツ２４１同士を、前記締結具２４２によって結合し締め付ける。このことによって、結合リング２４の内径が縮小し、嵌合溝２４ａの側面傾斜面２４ａ１が各フランジ部２１の裏面傾斜面２１ｂを径方向に押圧する。その際、前記傾斜面２１ｂによって各フランジ部２１を軸方向に相寄る向きに移動させる分力が発生し、この分力によって、フランジ部２１同士が、その円環突条２１ａをガスケット２２に食い込ませながら圧着され、配管４同士が気密に接続される。

クリーニングガス供給ラインＬ２は、図３に示すように、前記各ガス供給ラインＬ１における流体機器１１〜１３のうち、ここではマスフローコントローラ１１の入口側に設けたバルブ１２間を接続するものであり、当該各バルブ１２から横方向に一体に延伸する配管４’と、前記配管４’同士を接続することによって前記バルブ１２同士を接続するフランジ継手２’とを具備したものである。配管４’及びフランジ継手２’の構造は前記ガス供給ラインＬ１のものと同じであるため、ここでの説明は省略する。

出口共通化ラインＬ３は、図３に示すように、前記各ガス供給ラインＬ１の最も出口よりに設けた配管４同士を接続するものであり、各配管４間に設けた配管４’’と、配管４及び配管４’’を接続するための溶接型管継手６とを具備したものである。溶接型管継手６とは、エルボー型やＴ字型等のつなぎパイプ６１、６２に配管４、４’’を嵌め込み、それらを溶接して管同士を気密に接続するものである。ここでは、一端のガス供給ラインＬ１に、エルボー型のつなぎパイプ６１を用い、その他のガス供給ラインＬ１にはＴ字型のつなぎパイプ６２を用いている。

しかしてこのようなものであれば、寸法誤差をつなぎパイプ６１、６２が吸収するので、寸法誤差がある場合であっても、フランジ継手２、２‘を利用して、縦横にそれぞれ複数の流体ラインＬ１〜Ｌ３を有する流体装置１００を、よりコンパクトかつ更に容易に着脱できるように構成でき、特に横方向寸法をより小さくできる。また、フランジ継手２、２‘は狭小な作業空間であっても径方向から容易に着脱でき、軸方向の長さを可及的に短くできる。

なお、本発明は前記実施形態に限られない。例えば、図９に示すように、縦ラインがＬ１が２本のものでも構わないし、この図９に示す流体装置１００を１ユニットとして、複数の流体装置１００を縦横に並べて接続した構成でも構わない。

また、２つの縦流体ラインを接続する複数の並列した横流体ラインにおいて、つなぎパイプを利用したものとフランジ継手を利用したものとが混在してさえいればよい。すなわち、例えば図３のように３以上の縦流体ラインがある場合、同図では、直列する２つの横流体ラインＬ２（又はＬ３）が同種のものであったが、直列する２つの横流体ラインの一方が、つなぎパイプを利用したもので他方がフランジ継手を利用したものでも構わない。

さらに、フランジ継手は、前記実施形態のような傾斜面によるくさび作用を利用したものに限られず、ネジ止めによるものなど、他の形式のもので構わない。

流体はガスのみならず液体でも構わないし、縦流体ラインや横流体ラインの本数に制限があるものでもない。また、横流体ラインが配管や継手の他に、流体機器を有したものにも適用可能である。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１００・・・流体装置
１１、１２、１３・・・流体機器
４、４’、４”・・・配管
Ｌ１・・・縦流体ライン（ガス供給ライン）
Ｌ２・・・横流体ライン（クリーニングガス供給ライン）
Ｌ３・・・横流体ライン（出口共通化ライン）
２・・・フランジ継手
２１・・・フランジ部
２１ｂ・・・傾斜面
２４・・・結合リング
６１、６２・・・つなぎパイプ

Claims (2)

1. 直列接続した１又は複数の流体機器及び配管を具備する縦流体ラインと、１又は直列接続した複数の配管を具備する横流体ラインとを具備し、前記縦流体ラインを互いに平行に複数配置するとともに、隣接する縦流体ライン間に、これらを接続する複数の横流体ラインを並列させてなり、
   前記横流体ラインのうちの１つは、隣接する端部にフランジ部を設けた直列する複数の配管と、前記隣接するフランジ部を結合する結合部材とを具備するものであり、
   並列する前記横流体ラインのうちの他の１つは、隣接する縦流体ラインの配管間に配置され、これら縦流体ラインの配管につなぎパイプによって接続された配管を具備するものであることを特徴とする流体装置。
2. 前記横流体ラインのうちの他の１つが、最も端側に位置するものである請求項１記載の流体装置。