JP6468801B2 - 継手 - Google Patents

Description

この発明は、フランジ式管継手などの継手に関する。

継手として、互いに連通する流体通路を有している第１および第２の継手部材と、両継手部材の突き合わせ端面間に介在させられるシール部材と、両継手部材を結合するねじ手段とを備えているものは、よく知られている。

このような継手のうちフランジ式管継手と称されているものは、各継手部材がスリーブとフランジとから構成されており、フランジ同士が複数のボルトで結合されることで継手部材同士が結合される。このようなフランジ式管継手では、いずれか一方のフランジにねじ孔を設けて、ボルトだけを使用して結合されるもの（特許文献１）がある。

また、集積化流体制御装置と称されている流体制御装置では、フランジ式の管継手に類似の継手構造が使用されている。例えば、特許文献２の図３には、符号２４、３１が付されたブロック状継手（第１の継手部材）と符号２１、２６が付された本体（第２の継手部材）とがボルトを使用して結合されている継手が開示されている。この種の流体制御装置は、半導体の製造装置で使用されることから、継手には、パーティクルとなる微粒子の発生がないことやシール性が低下しないことに対して、極めて高いレベルが要求されている。

特開２０１３−６８２６８号公報 特開２００２−８９７９８号公報

上記従来の継手において、ボルトを締め付けた際にフランジに発生する曲げ応力により、フランジの一部が変形し、外側に盛り上がってしまうという現象が生じることがある。盛り上がり部分は、微粒子の発生やシール性の低下の原因になる。

この発明の目的は、曲げ応力が発生してもフランジに盛り上がり部分が発生することがない継手を提供することにある。

この発明による継手は、互いに連通する流体通路を有している第１および第２の継手部材と、前記両継手部材の突き合わせ端面間に介在させられるシール部材と、ボルトを締め付けることで前記両継手部材を結合する手段とを備えている継手において、少なくとも一方の継手部材は、内周が通路となるスリーブと、これとは別部材のフランジとからなり、前記フランジの端面と前記スリーブの端面とが面一であり、前記フランジの中央部に設けられた貫通孔に、前記スリーブの一端部が挿入されており、前記フランジの前記端面に、前記フランジの側面から前記貫通孔の外周に通じる切欠きが設けられていることを特徴とするものである。

切欠きは、フランジの形状に応じて、適宜な箇所に、１または複数（好ましくは複数）設けられる。フランジが直方体状の場合、切欠きは、例えば、長さが長い方の２つの面に１つずつ設けられる。
結合する手段としては、例えばボルトを使用する。ボルトは、軸部のほぼ全長にわたっておねじが形成されている市販のものであってもよいが、先端部分におねじが形成されて残りの部分にはおねじが形成されていない軸部を有しているものとされることがある。
第１の実施形態として、第１および第２の継手部材は、いずれもが、スリーブおよびこれとは別部材のフランジからなることがあり、この場合、各継手部材に、ボルトが挿入される孔として、突き合わせ端面側の軸挿通孔およびこれに連なって反突き合わせ端面までのびるねじ孔が形成されており、ボルトは、先端部分におねじが形成されて残りの部分にはおねじが形成されていない軸部を有しているものとされることが好ましい。これにより、従来は異なる形状とされていた２つの継手部材を同一形状とすることができる。

この第１の実施形態の継手は、例えばフランジ式管継手に適用されるが、これに限定されるものではなく、２つの部材を接合する用途に種々適用できる。
第２の実施形態として、第１および第２の継手部材は、一方が２つの部材（スリーブおよびフランジ）からなり、他方が１つの部材からなることがある。この場合、２つの部材からなる継手部材は、第１の実施形態の継手部材と同じ形状であることが好ましい。１つの部材からなる継手部材には、少なくともねじ孔が形成され、切欠きは、設けられてもよいし、設けられなくてもよい。

この第２の実施形態の継手は、例えば集積化流体制御装置と称されている半導体製造装置用流体制御装置に適用されるが、これに限定されるものではなく、２つの部材を接合する用途に種々適用できる。

この発明の継手によると、フランジの中央部に設けられた貫通孔に、スリーブの一端部が挿入されており、フランジに、貫通孔の外周に通じる少なくとも１つの切欠きが設けられているので、ボルト締付時に発生する曲げ応力に対して、フランジに盛り上がり部分が生じることがなくなる。これにより、継手部材同士の突合せ部分での微粒子の発生原因がなくなり、また、フランジの弾性が増すことで、ボルトの緩みが防止され、シール性の低下原因もなくなる。

図１は、この発明による継手の第１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、この発明による継手で使用されているフランジを示す縦断面図である。 図３は、フランジの変形例を示す縦断面図である。 図４は、フランジの他の変形例を示す縦断面図である。 図５は、この発明による継手の第２実施形態を示す縦断面図である。 図６は、この発明による継手に作用する力を説明する縦断面図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１および図２は、この発明による継手の第１実施形態を示しており、継手(1)は、互いに連通する流体通路を有している第１および第２の継手部材(2)(3)と、両継手部材(2)(3)間に介在させられた円環状ガスケット(4)と、両継手部材(2)(3)を結合する複数（１または複数）のボルト(5)とを備えている。

各継手部材(2)(3)は、内周が流体通路となる円筒状のスリーブ (11)と、これとは別部材の直方体ブロック状フランジ (12)とからなり、突き合わされるスリーブ(11)同士およびフランジ(12)同士がいずれも同一形状とされている。

ガスケット(4)は、リテーナ(6)に保持されており、リテーナ(6)は、断面円形の金属製線材がＣ状に形成されたスナップリング(7)によって第２の（図では下側に示す）継手部材(3)に保持されている。

各ボルト(5)は、六角孔が形成された頭部(13)と、軸部(14)とからなり、軸部(14)は、先端部分におねじ(14a)が形成されて残りの部分(14b)にはおねじが形成されていないものとされている。

各継手部材(2)(3)のスリーブ(11)は、互いに突き合わされており、その突き合わせ端部の外周には、フランジ部(11a)が設けられ、突き合わせ端面には、ガスケット(4)およびリテーナ(5)を収容するための凹所(11b)が形成されている。

各継手部材(2)(3)のフランジ(12)は、スリーブ(11)に挿通される貫通孔(12a)を有し、スリーブ(11)に嵌め合わされた状態で互いに突き合わされている。フランジ(12)の突き合わせ端部の内周には、スリーブ(11)のフランジ部(11a)が嵌め入れられている凹所(12b)が貫通孔(12a)の突合せ端部に連なるように形成されている。フランジ(12)の突合せ端部には、図２に示すように、長さが長い方の各側面から凹所(12b)の外周に通じる切欠き(17)が設けられている。切欠き(17)は、フランジ(12)の長さが長い方の側面側から見て、方形とされている。

フランジ(12)には、ボルト(5)が挿入される孔として、突き合わせ端面側の軸挿通孔(15)およびこれに連なって反突き合わせ端面までのびるねじ孔(16)が形成されている。軸挿通孔(15)の長さとねじ孔(16)の長さとはほぼ同じとされている。ボルト(5)の長さは、軸挿通孔(15)の長さ＋ねじ孔(16)の長さの略２倍とされ、ボルト(5)のおねじ(14a)の長さは、ねじ孔(16)の長さに略等しくされている。軸挿通孔(15)およびねじ孔(16)の長さは、使用条件等によって、自由に変更できるのは勿論である。

上記の継手(1)によると、同じフランジ(12)が両継手部材(2)(3)の構成部材として使用されており、これにより、部品種類数の低減が図られている。フランジ(12)の向きは、規定する必要があり、１対のフランジ(12)は、突き合わせ端面側に軸挿通孔(15)が反突き合わせ端面側にねじ孔(16)がある対向状の配置とされる。

上記の継手(1)の組立てに際しては、第１の継手部材(2)の反突き合わせ端面側（図の上側）からボルト(5)をフランジ(12)のねじ孔(16)に合わせてねじ込んでいくことで、ボルト(5)は、そのおねじ部(14a)がねじ孔(16)を通過し、第１の継手部材(2)に対する軸方向の移動がフリーとなる。したがって、この状態において、第２の継手部材(3)のフランジ(12)のねじ孔(16)に突き合わせ端面側からボルト(5)を合わせてねじ込んでいくことが可能であり、この操作によって、各継手部材(2)(3)のフランジ(12)(12)同士が結合される。これに伴い、両フランジ(12)(12)の突き合わせ端部の凹所(12b)にスリーブ(11)のフランジ部(11a)が嵌め入れられ、この状態からさらにボルト(5)を締め付けていくと、スリーブ(11)(11)同士が接近させられて、スリーブ(11)(11)間に配置されたガスケット(4)が変形して所要のシール効果が奏される。

ここで、スリーブ(11)およびフランジ(12)のそれぞれの寸法が公差範囲であっても、スリーブ(11)やガスケット(4)が大きい方にばらつくと、ボルト(5)を締め付けた際、スリーブ(11)とフランジ(12)との接触部を起点に、図６に矢印Ａで示す曲げ応力が発生する。このとき、フランジ(12)下部の中央部分に曲げ応力による応力が集中するため、フランジ(12)の貫通孔(12a)の周縁部が変形してしまい、外側に盛り上がってしまうという現象が生じ得る。この盛り上がり部分は、振動等によって脱落してしまうため、ガスケット(4)によってシールされている部分に挟まってリークの原因になったり、継手(1)内を通って半導体製造装置に至り、製品不良の原因になったりする。また、脱落した部分も含めて曲げ応力を受けていた状態であったものが、盛り上がり部分が脱落することで、応力の加わり方が変化し、盛り上がり部分にも応力がかかった状態で締め付けを完了させることになるため、盛り上がり部分が欠落すると、その部分の応力バランスが崩れ、図６に矢印Ｂで示す軸力が弱くなり、よって、ガスケット(4)を押さえつける力が弱くなり、リークの発生原因にもなる。さらに、軸力の低下に伴って、図６に矢印Ｃで示すようにボルト(5)が緩む可能性もある。

上記第１実施形態の継手(1)によると、フランジ(12)の突合せ端部には、図２に示すように、側面から凹所(12b)の外周に通じる切欠き(17)が設けられており、この切欠き(17)は、盛り上がり部分が発生しやすい箇所に設けられている。したがって、図６に矢印Ａで示す曲げ応力が発生しても、フランジ(12)には図６に矢印ＤおよびＥで示す弾性力が生じ、盛り上がり部分は発生しない。盛り上がり部分が発生しないことで、微粒子の脱落等も発生せず、ボルト(5)の締付け力が弱くなるようなこともない。また、フランジ(12)が弾性を有していることで、ボルト(5)の緩みが防止でき、ワッシャやスプリングワッシャなどを使用しなくてもよい。

上記において、ボルト(5)は、上側の（第１の）継手部材(2)からねじ込まれているが、下側の（第２の）継手部材(2)からねじ込むこともできる。また、フランジ (12)の外周面形状は、方形以外の多角形（例えば六角形）でもよく、円形でもよい。

図３に示すように、フランジ(12)には、ボルト(5)の頭部(13)を収めるためのざぐり(18)を設けるようにしてもよい。このようにすることで、ボルト(5)の頭部(13)をフランジ(12)の上面とほぼ同じか低くすることができ、継手(1)の高さを抑えることができる。

切欠き(17)は、図２に示したように、長さが長い方の側面側から見て方形とするほか、三角形や円形などとしてもよい。切欠き(17)を長さが長い方の側面側から見て三角形とする場合、三角形の鋭角部分から亀裂が生じないように、図４に示すように、切欠き(19)にぬすみ部(19a)を設けることが好ましい。ぬすみ部は、方形の切欠き(17)にも設けるようにしてもよい。

上記において、各部材の形状については、種々変更が可能である。すなわち、上記の継手(1)は、フランジ(12)およびボルト(5)を使用して結合する種々の用途に適用することができる。

図５は、この発明による継手の第２実施形態を示しており、継手(10)は、互いに連通する流体通路を有している第１および第２の継手部材(2)(21)と、両継手部材(2)(21)間に介在させられた円環状ガスケット(4)と、両継手部材(2)(21)を結合する複数（１または複数）のボルト(22)とを備えている。

第１の継手部材(2)は、第１実施形態のものと同じ形状とされている。また、ガスケット(4)、リテーナ(6)およびスナップリング(7)も第１実施形態のものと同じであり、これらの構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

第２の継手部材(21)は、ブロック状の１つの部品からなり、その中央部に、スリーブ(11)内の通路に連通する貫通孔(23)が設けられている。第２の継手部材(21)には、また、スリーブ(11) の凹所(11b)と同一形状で、ガスケット(4)およびリテーナ(5)を収容するための凹所(24)が、貫通孔(23)の突き合わせ端部の縁部に形成されている。第２の継手部材(21)には、さらに、左右縁部を貫通するように左右のめねじ部(25)が形成されている。

各ボルト(22)は、六角孔が形成された頭部(26)と、軸部(27)とからなり、軸部(27)は、先端部分におねじ(27a)が形成されて残りの部分(27b)にはおねじが形成されていないものとされている。

上記継手(10)によると、第１実施形態のものと同様、第１の継手部材(2)のフランジ(12)の突合せ端部に切欠き(17)が設けられていることによって、曲げ応力が発生しても盛り上がり部分が発生しないため、微粒子の脱落等も発生せず、ボルト(5)の締付け力が弱くなるようなこともない。また、ボルト(5)の緩みが防止でき、ワッシャやスプリングワッシャなどを使用しなくてもよい。

なお、第２の継手部材(21)に対しても上記の切欠き(17)を設けてもよく、また、第２の継手部材(21)の厚みが大きくて、第１の継手部材(2)に比べて盛り上がり部分が発生しにくい場合には、第２の継手部材(21)に対する切欠き(17)は、省略するようにしてもよい。

(1)(10)：継手、(2)(3)：継手部材、(4)：ガスケット、(5)：ボルト、(11)：スリーブ、(12)：フランジ、(12a)：貫通孔、(14)：軸部、(14a)：おねじ、(14b)：残りの部分、(15)：軸挿通孔、(16)：ねじ孔、(17)(19)：切欠き、(19a)：ぬすみ部、(21)：継手部材

Claims (7)

1. 互いに連通する流体通路を有している第１および第２の継手部材と、前記両継手部材の突き合わせ端面間に介在させられるシール部材と、ボルトを締め付けることで前記両継手部材を結合する手段とを備えている継手において、
   少なくとも一方の継手部材は、内周が通路となるスリーブと、これとは別部材のフランジとからなり、前記フランジの端面と前記スリーブの端面とが面一であり、
   前記フランジの中央部に設けられた貫通孔に、前記スリーブの一端部が挿入されており、
   前記フランジの前記端面に、前記フランジの側面から前記貫通孔の外周に通じる切欠きが設けられていることを特徴とする継手。
2. 前記切欠きは、前記フランジの側面側から見て、四角形、三角形および半円形のいずれかとされていることを特徴とする請求項１の継手。
3. 前記切欠きにぬすみ部が設けられていることを特徴とする請求項１の継手。
4. 前記スリーブは円筒状で、前記フランジは直方体ブロック状であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の継手。
5. 前記スリーブに、シール部材としてのガスケットを収容する凹所が設けられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の継手。
6. 前記ボルトは、前記貫通孔を中心として対称に位置するように前記フランジの各端部にそれぞれ１本ずつ設けられていることを特徴とする請求項４に記載の継手。
7. 前記切欠きは、前記フランジの長さが長い方の面にそれぞれ１つずつ設けられており、前記２つの切欠き同士を結ぶ線は、前記２本のボルトの軸線を含む面に対して直交していることを特徴とする請求項６の継手。

Images