JP7281362B2

JP7281362B2 - 連結部材

Info

Publication number: JP7281362B2
Application number: JP2019145264A
Authority: JP
Inventors: 篤中野; 豪中井; 一清手嶋
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: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2039-08-07
Also published as: JP2021025608A

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

連結部材は、締め付けて固定するという機能の性格上、一般に硬い。したがって、連結部材の開閉には一般に、専用の工具が使用される（特許文献１、２参照）。しかし、配管の組み立て、分解の作業性を更に向上させるには、連結部材の開閉が汎用の工具でも可能であることが望ましい。

連結部材はまたその硬さゆえに、一旦閉じられると、こじ開けられる際に工具から加えられる外力により、自身または接続対象の部材に意図しない塑性変形を起こしかねない。これらの塑性変形は流体機器等のシール性を損なう危険性が高い。その結果、連結部材の開閉をあまり多く繰り返すことができない。これは、配管設備の保守性を更に向上させる点において不利である。

本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に汎用の工具が用いられても塑性変形を起こすことなく、繰り返し開閉が可能な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、第１部材および第２部材と、係合構造と、壁部とを備えている。第１部材および第２部材は、先端部が閉位置と開位置との間で変位可能であるように基端部が互いに接続されており、先端部が閉位置にある間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、先端部が開位置にある間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、第１部材の先端部および第２部材の先端部に設置されており、第１部材の先端部および第２部材の先端部が閉位置へ変位した際に互いに係合する。壁部は、第１部材の先端部および第２部材の先端部に設置されており、環形の周方向において反対方向の外力を受けると、係合構造の係合が解除されるように構成されている。

係合構造は枠部と凸部とを含んでもよい。枠部は、第１部材の先端部に設けられた環状部分である。凸部は、第２部材の先端部の外周面から隆起しており、第１部材の先端部および第２部材の先端部が閉位置にある際、枠部によって囲まれる。凸部は斜面または曲面を含んでもよい。この斜面または曲面は、第１部材および第２部材が成す環形の周方向に沿って第２部材の先端部から遠ざかるほど、環形の中心に近づくように傾いている。この場合、係合構造の係合が解除される際に壁部の受ける外力は、環形の周方向に沿って環形を広げる方向である。

第２部材の先端部が外周面に切欠部を含んでもよい。壁部は、第１部材の先端部および第２部材の先端部が閉位置にある際、第１部材の先端面のうち上記の切欠部の中に露出した壁部と、その壁部に対向する上記の切欠部の壁部とを含んでもよい。

本発明による上記の連結部材では、壁部が第１部材および第２部材の両方に設けられており、環形の周方向において反対方向の外力を受けると係合構造の係合が解除されるように構成されている。これにより、係合構造の係合が解除される際、第１部材の受ける外力と第２部材の受ける外力とがバランスするので、連結部材にも接続対象の部材にも、意図しない塑性変形が起こる危険性が低い。また、環形の周方向において反対方向の外力を壁部に加えるのは、汎用の工具でも十分に可能である。こうして、この連結部材は開閉が、汎用の工具を用いて、塑性変形を起こすことなく、繰り返し可能である。

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、閉じた連結部材の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、開いた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。図５の示す工具で連結部材を開く作業を示す斜視図である。（ａ）は、工具の変形例を示す斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）は、その工具で連結部材を開く作業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。
［連結部材の開放］

図１、図４が示すように、第２部材１２０の先端部１２２は凸部１３２の両側に、切欠部１２４、１２５を含む。第１部材１１０の先端部１１２および第２部材１２０の先端部１２２が閉位置にある際、切欠部１２４、１２５には第１部材１１０の壁部１４１、１４２が露出する。これらの壁部１４１、１４２は、第１部材１１０の先端面のうち軸方向の両端部に位置しており、切欠部１２４、１２５の壁部１４３、１４４と対向している。

図６は、図５の示す工具３１０で連結部材１００を開く作業を示す斜視図である。図５が示すように、工具３１０は先端面が長方形状である。閉じた連結部材１００における壁部１４１、１４３の間隔は、工具３１０の先端面の短辺よりは長く、その対角線よりは短く設計されている。これにより、図６の（ａ）が示すように、閉じた連結部材１００における壁部１４１、１４３の間に工具３１０の先端を、その先端面の長辺が壁部１４１、１４３と平行になるように挿し込むことができる。さらに、図６の（ａ）が示す矢印ＲＯＴの方向に工具３１０を回転させると、壁部１４１、１４３はそれぞれ、工具３１０の先端から外力ＦＥＴを受ける。これらの外力ＦＥＴは、閉じた連結部材１００が成す円環形の周方向において反対方向、特に円環形を開放する方向であり、大きさが等しい。これらの外力ＦＥＴが十分に強いと、枠部１３１が凸部１３２の第２斜面１３４を乗り越えた後、第１斜面１３３を滑り降りる（図３参照）。すなわち、図６の（ｂ）が示すように、係合構造の係合が解除されて連結部材１００が開く。こうして、接続部２００から連結部材１００を取り外し可能になる。
［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、第１部材１１０が壁部１４１を備え、第２部材１２０が壁部１４３を備えている。両部材１１０、１２０の成す円環形の周方向において壁部１４１、１４３が受ける反対方向の外力ＦＥＴが所定の強さに達すると枠部１３１が凸部１３２から外れる。すなわち、係合構造１３１、１３２の係合が解除される際、第１部材１１０の受ける外力ＦＥＴと第２部材１２０の受ける外力ＦＥＴとがバランスしている。さらに、第２斜面１３４の傾斜は適度に緩やかであるように調節されている。したがって、係合構造１３１、１３２にも流体機器等の間の接続部２００にも、意図しない塑性変形が起こる危険性が低いので、接続部２００に対する締め付けを弱めることなく、連結部材１００の開閉を繰り返すことができる。これは、接続部２００の組み立てにおける作業性、および接続部２００の保守性を更に高める上で有利である。また、閉じた状態の連結部材１００が成す円環形の周方向において反対方向の外力ＦＥＴを壁部１４１、１４３に加えるのは、図６が示すとおり、接続部２００の組み立てに利用される工具３１０でも十分に可能である。すなわち、連結部材１００を開放するのに専用の工具は必要とされない。この意味でも、連結部材１００は接続部２００の組み立てにおける作業性を更に向上させることができる。
［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）図６が示す連結部材１００を開く作業では、図５が示す１対の工具３１０、３２０のうち、一方の工具３１０が用いられる。その他に、これらの工具３１０、３２０を少し改造することで、両方の工具を次のように利用して、連結部材１００を開くこともできる。

図７の（ａ）は、改造後の工具３１１、３２１を示す斜視図である。工具３１１、３２１のそれぞれでは２本の腕部がＵ字形を成す。それらのうち、一方の腕部３１２、３２２が先端に突起３１３、３２３を含む。突起３１３、３２３は、腕部３１２、３２２の先端面の短辺の一方から先端面に対して垂直に突出している。図７の（ａ）が示すように、２本の工具３１１、３２１においては、突起３１３、３２３の位置が鏡像対称である。これにより、図７の（ｂ）が示すように、２本の工具３１１、３２１が重ねられると、２本の突起３１３、３２３が一体化して１本の突起になる。

図７の（ｂ）、（ｃ）は、改造後の工具３１１、３２１で連結部材１００を開く作業を示す斜視図である。作業員はまず、一体化した突起３１３、３２３を連結部材１００の壁部１４２、１４４の間に挿し込む（これが可能であるように、突起３１３、３２３の厚みは設計されている）。作業員は次に、２本の工具３１１、３２１を操作して、図７の（ｃ）が示すように、それら３１１、３２１の間隔を広げる（たとえば、工具３１１、３２１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、作業員はペンチを開く要領で２本の工具３１０、３２０を操作する）。このとき、壁部１４２、１４４はそれぞれ工具３１１、３２１の突起３１３、３２３から外力ＦＥＴを受ける。これらの外力ＦＥＴは、閉位置の連結部材１００が成す円環形の周方向において反対方向、特に円環形を広げる方向であって、大きさが等しい。これらの外力ＦＥＴが十分に強いと、枠部１３１が凸部１３２の第２斜面１３４を乗り越えた後、第１斜面１３３を滑り降りる（図３参照）。すなわち、図７の（ｃ）が示すように、係合構造の係合が解除されて連結部材１００が開く。こうして、接続部２００から連結部材１００が取り外し可能になる。

図７では、改造された工具３１１、３２１が利用されているが、同様な外力ＦＥＴを壁部１４２、１４４に作用させるのは、たとえばラジオペンチの先端でも２本の棒材でも可能である。このように、壁部１４１、１４３、または壁部１４２、１４４を利用すれば、汎用の工具でも連結部材１００を開くことは可能である。

（３）図６、図７では、連結部材１００を開くのに、第２部材１２０の切欠部１２４、１２５に露出した第１部材１１０の壁部１４１、１４２と、それらに対向する切欠部１２４、１２５の壁部１４３、１４４とが利用される。その他に、第１部材１１０の先端部１１２と第２部材１２０の先端部１２２とのそれぞれの外周面から、それに対して垂直に突出した突起の側面が、壁部として利用されてもよい。

第１部材１１０の先端部１１２に設けられた壁部１４１、１４２が、径方向において切欠部１２４、１２５と対向する天井面を含んでいてもよい。この場合、たとえば棒材を用いて、天井面に作用点を置き、第２部材１２０の壁部１４３に支点を置く梃子を構成すれば、壁部１４１、１４３には径方向において反対方向の外力を与えることが可能である。これらの外力は枠部１３１を凸部１３２から径方向へ引き離すので、枠部１３１に凸部１３２を乗り越えさせて連結部材１００を開くことができる。この場合、凸部１３２が第２斜面１３４に代えて、第２部材１２０の先端部１２２の外周面に対して垂直な壁面を含んでいても、その壁面を過度に変形させることなく、枠部１３１に凸部１３２を乗り越えさせることができる。さらに、係合構造が、枠部１３１および凸部１３２に代えて、２本の鉤部を含んでいても、それらを変形させることなく、分離させることができる。

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
１１３ヒンジの穴
１２０第２部材
１２１第２部材の基端部
１２２第２部材の先端部
１２３ヒンジの軸
１２４、１２５切欠部
１３１第１部材の枠部
１３２第２部材の凸部
１３３凸部の第１斜面
１３４凸部の第２斜面
１４１、１４２第１部材の壁部
１４３、１４４第２部材の壁部
２００接続部
２１０、２２０フランジ継手
２３０ガスケット

Claims

先端部が閉位置と開位置との間で変位可能であるように基端部が回動可能に互いに接続されており、前記先端部が閉位置にある間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、前記先端部が開位置にある間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、
前記第１部材の先端部および前記第２部材の先端部に設置されており、前記第１部材の先端部および第２部材の先端部が閉位置へ変位した際に互いに係合する係合構造と
を備えている連結部材であって、
前記第１部材の先端部が第１壁部を含み、
前記第２部材の先端部が切欠部と、前記切欠部の内側の空間に面している第２壁部とを含み、
前記第１部材の先端部および前記第２部材の先端部が閉位置にある際、
前記切欠部の内側に前記第１壁部が露出して、前記切欠部の内側の空間を挟んで前記第２壁部に対向しており、
前記第１壁部と前記第２壁部との間隔よりも対角線は長く短辺は短い長方形状の先端面を持つ棒状物の先端が前記切欠部の内側に挿し込まれて回転させられることにより、前記棒状物の先端から前記第１壁部と前記第２壁部とが、前記環形の周方向において互いに反対方向であって前記環形の周方向に沿って前記環形を広げる方向の外力を受けると、前記係合構造の係合が解除される
ように構成されている
ことを特徴とする連結部材。
前記係合構造は、
前記第１部材の先端部に設けられた環状の枠部と、
前記第２部材の先端部の外周面から隆起しており、前記第１部材の先端部および前記第２部材の先端部が閉位置にある際、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。
前記凸部は、
前記環形の周方向に沿って前記第２部材の先端部から遠ざかるほど前記環形の中心に近づくように傾いた斜面または曲面
を含み、
前記外力は、前記環形の周方向に沿って前記環形を広げる方向である
請求項２に記載の連結部材。