JP7454293B2 - 閉止栓及び流体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、閉止栓に関し、特にバルブ等の流体制御機器が取り付けられる流路ブロックのバルブ等を取り付けない流路端を閉止する閉止栓及び流体制御機器が取り付けられる流路ブロックを含めた流体制御装置に関する。

流体制御機器を取り付ける流路ブロックは、立方体の各面から流路を形成し、開放端に流体制御機器や継手を散りつける。流路ブロックに穿孔する流路の開放端のうち、流体制御機器や継手を取り付けない箇所は可能な限り少なくするように設計されているが１箇所又は２箇所程度は存在することとなる。これらの開放端には内部を流通する流体が外部に漏れださないように閉止栓を取り付ける必要がある。

一般に、流路ブロックの機器を取り付けない流路開放端には、ガスケットを金属製の蓋部材で押圧するように配置し、溶接を用いて蓋部材を取り付けることで封止するようにしている。しかし、この溶接部にはいわゆる溶接焼けが発生する。このため、溶接焼けを焼け落とし作業により除去する必要がある。特に、溶接部の内面に生じた溶接焼けは、管継手の耐蝕性を低下させるとともに、溶接焼けから剥離した溶融金属が浮游微粒子（パーティクル）となって管継手に形成される流路に脱落しかねない。そこで、溶接部の内面の溶接焼けを除去する、いわゆる焼け落とし作業を確実に行う必要がある。

このため本出願人は、図５に示すような流体制御機器４を上面２ａに配備する、内部に流路２１を備えたブロック２の側面２１０の開口部に取り付ける閉止栓１００に関し、ガスケット１０３の外周面に止め輪１０４を介して伝熱抑制部材１０２を係止することで溶接個所１０１と接触する伝熱抑制部材１０２からガスケット１０３への直接の伝熱を防止するようにした閉止栓（管部材）を発明した（特許文献１参照）。

特許６７１８４５６号公報

しかし、ブロックの流路の開放端のうち、閉止が必要になる箇所は１箇所とは限らず、複数個所の場合、溶接作業は手数を要するとともに、溶接焼けのリスクを完全に払拭することは困難である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接焼けの心配がなく簡単に流路開放端を閉止することができる閉止栓及び流体制御機器が取り付けられる流路ブロックを含めた流体制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る閉止栓は、
流体制御機器を取り付ける流路ブロックの流路開放端を閉止する閉止栓であって、
流路開放端内部の段差部に形成した環状凸部に当接するガスケットと、
前記ガスケットの周縁部を押圧するように、押圧面の内側を切り欠いた柱状の押圧部材と、
前記段差部より開放端側内周面に形成した雌ねじに螺合するとともに、前記押圧部材を螺合による移動によってガスケット側に押圧する閉止栓用ネジとからなる。

この閉止栓は、流路ブロック開放端の段差部に形成した環状凸部にガスケットを食い込ませることで確実に内部流体の漏洩を防止しする。

この場合において、閉止栓用ネジの先端面は、前記押圧部材の被押圧面の周縁部を押圧するように、内側を切り欠くことができる。さらに、閉止栓用ネジの先端部を押圧部材として用いることもできる。

さらにこれらの場合において、前記ガスケットを円形平板状とし、流体当接面を曲面状に形成することができる。

また、前記ガスケットを環状とし、前記押圧部材の流体当接面を曲面状に形成することができる。

また、前記ガスケットを環状とし、前記押圧部材の流体当接面を曲面状に形成することができる。

また、前記閉止栓用ネジの後端面に、サーマルセンサ取付孔を形成することができる。

また、同じ課題を解決するためになされた本発明に係る流体制御装置は、
流体制御機器と、
流体制御機器を取り付ける内部に流路を形成した流路ブロックと、
流路ブロックの流路開放端を閉止する上述した閉止栓とを備えている。

本発明によれば、流路ブロック開放端の段差部に形成した環状凸部にガスケットを食い込ませ、所謂締め殺し状態とすることで確実に内部流体の漏洩を防止しすることができる。また、段差部より開放端側内周面に形成する雌ねじ部の長さを短くすることで、閉止栓用ネジのサイズも小型化でき、流路ブロック端面からの突出物を形成することがない。さらに、流体当接面を曲面状に形成することで、流路を流れる流体に乱流が発生することを抑制し、キャビテーション発生を抑えることができる。

本発明の実施の形態に係る閉止栓を取り付けた流路ブロックの概略図で、（ａ）は正面からの一部切り欠きの断面図、（ｂ）は同平面図、（ｃ）は同左側面図、（ｄ）、（ｅ）は閉止栓用ネジの工具係合部を示す説明図である。 同閉止栓を示す断面図で、（ａ）は実施形態１の基本図、（ｂ）は閉止栓用ネジ７の先端中心部を円形状に切り欠いた例を、（ｃ）は閉止栓用ネジの先端で押圧部材を兼用した例を示す。 同閉止栓の実施形態２を示す断面図で、（ａ）は実施形態２の基本図、（ｂ）は閉止栓用ネジの先端で押圧部材を兼用した例を示す。 同閉止栓の実施形態３を示す断面図で、（ａ）は実施形態３の基本図、（ｂ）は閉止栓用ネジの先端で押圧部材を兼用した例を示す。 従来の閉止栓の例を示し、（ａ）は流体制御機器を載置した流路ブロックの一部切欠き断面の斜視図、（ｂ）は閉止栓部分の拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

＜実施形態１＞
図１～図２に、本発明の実施形態１を示す。

この閉止栓１は、流体制御機器、例えば開閉弁３を取り付ける流路ブロック２の流路開放端２０を閉止する閉止栓である。

この閉止栓１は、流路ブロック２の流路２１（主流路２１ａ、２１ｂ（以下図２、図３、図４に合わせ、単に主流路２１ともいう））の開放端２０内部の段差部２ｂに形成した環状凸部２ａに当接するガスケット１２と、このガスケット５の周縁部を押圧するように、押圧面の内側を切り欠いた柱状の押圧部材６と、段差部２ｂより開放端２０側内周面２０ａに形成した雌ねじ２ａに螺合するとともに、押圧部材６を螺合による移動によってガスケット５側に押圧する閉止栓用ネジ７とを備えている。

［開閉弁］
開閉弁３は、流路ブロック２の流路２１に対して直交して設けられる副流路２２ａ，２２ｂ，２２ｃの開放端と連なる弁室の底面に形成される環状の弁座２４に当接離間するダイヤフラム３１と、このダイヤフラム３１を弁座２４側に押圧するステム３２と、ステム３２を作動させるアクチュエータ３０とから構成されている。

アクチュエータ３０は、電動、エア、手動の各種を用いることができる。

［流路ブロック］
流路ブロック２は、開閉弁３等の流体制御機器を取り付け、プロセスガスを次工程であるチャンバ内に供給するもので、本実施形態の流路ブロック２は、３つの流入出ポート２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）と２つの開閉弁を取り付けることができるように構成している。

本実施形態の流路ブロック２では、３つの流入出ポート２３は、プロセスラインと繋がる流入ポート２３ａ、次工程であるチャンバ等と繋がる流出ポート２３ｂ及びバージラインと繋がる流入ポート２３ｃからなる。

流路は、図例Ｘ方向と平行に形成される主流路２１と、主流路２１と直交又は所定の角度をもって形成され、流入出ポート２３や弁室と連なる副流路２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ）とから構成される。

開放端２０Ａを形成する主流路２１ａは、その先端が流路ブロック２の一の弁室（図例左側の弁室）から主流路２１ａと直交する副流路２２ａと交差部が曲面となるように連通する。また、流入ポート２３ａから延設される副流路２２ｄが主流路２１ａの適所と連通されている。

同様に開放端２０Ｂを形成する主流路２１ｂは、その先端が流路ブロック２の一の弁室から主流路２１ｂと直交する副流路２２ｂと交差部が曲面となるように連通するとともに、他の弁室（図例右側の弁室）から主流路２１ｂと直交する副流路２２ｃとも適所で連通されている。さらに、流出ポート２３ｂから延設される副流路２２ｅが主流路２１ｂの適所と連通されている。

また、パージラインと繋がる流入ポート２３ｃから延設される副流路２２ｆは、他の弁室から延設される副流路２２ｇと連接されている。副流路２２ｆ、２２ｇは主流路２１ａ、２１ｂとは干渉しない。各流路の端部同士の合流部（例えば、主流路２１ａと副流路２２ａの直交する合流部）は、所謂ボールエンドミルを用いて球面（曲面）となるようにしている。これにより、内部を流通する流体の乱流発生を抑制することができる。

そして、主流路２１ａ、２１ｂ（以下図２、図３、図４に合わせ、単に主流路２１という）の開放端２０Ａ、２０Ｂ（以下図２、図３に合わせ、単に開放端２０という）は、主流路２１よりも若干の大径部を形成することで段部２ｂを形成し、段差部２ｂより開放端２０側の内周面２０ａに雌ねじ２ａを形成する。

また、環状の段差部２ｂには、環状凸部４を形成する。環状凸部４は、凹型の曲面をもつ総形バイトで先端を曲面に形成する。この環状凸部４に円盤状の金属製のシール部材、例えばガスケット５を押圧部材６によって押し付け、主流路２１を流れる流体の外部への流出を阻止する。通常、流路ブロック２の流路開放端２０は、一度閉止すると再度開放することは想定されていないため、環状凸部４にガスケット５が食い込んで取り外しできなくなる点については問題にはならない。

押圧部材６は、内周面２０ａに形成された雌ねじ２ａに螺合する周面に雄ねじ７ａを形成した閉止栓用ネジ７の螺合による進行によってガスケット５側に押し進められる。押圧部材６のガスケット５との当接面は、中心部が円形状に切り欠かれ、外周の環状面のみがガスケット５と当接する。これによって、押圧力は環状凸部４に集中する。

図２（ａ）の閉止栓用ネジ７の先端（押圧部材６との当接面）は、中心が凸上の曲面となっている市販の止めネジを使用した例を示すが、図２（ｂ）に示すように、中心部を円形状に切り欠いて押圧力が外周に集中するような形状としすることもできる。

さらに、閉止栓用ネジ７の先端を、中心部を円形状に切り欠いた場合、図２（ｃ）に示すように、押圧部材６を省略し、閉止栓用ネジ７で直接ガスケット５を押圧することもできる。

閉止栓用ネジ７は、図１（ｄ）、（ｅ）に示すように、押圧面の対面に工具を係合させるためのマイナス溝７ａやプラス溝７ｂの他、流路内の温度を測定するための温度センサ取付孔７ｃを形成することができる。使用する温度センサは特に限定するものではないが、センサ部の外径が数ｍｍ(例えば１～４ｍｍ）程度、長さ１０～５０ｍｍ程度の円筒状サーミスタ温度センサを使用することが好ましい。

＜実施形態２＞
図３（ａ）～図３（ｂ）に、本発明の実施形態２を示す。

実施形態１の流路ブロック２及び開閉弁３は、実施形態２の閉止栓１においても同様の構成であり説明を省略する。実施形態２の閉止栓１は、ガスケット５を円形平板状とし、流路２１側の流体当接面を曲面状５Ａに形成している。

この曲面状５Ａは、球面、楕円面のいずれであってもよく、流路２１内を流れる流体に乱流を生じさせることがないように、角部を形成しないように構成されている。

図３（ａ）は、押圧部材６を介して閉止栓用ネジ７の押圧力をガスケット５に付加する例を示し、図３（ｂ）は、実施形態２の変形例で、閉止栓用ネジ７の先端を、中心部に球面状５Ａを形成し、押圧部材６を省略し、閉止栓用ネジ７で直接ガスケット５を押圧する例を示す。

＜実施形態３＞
図４（ａ）～図４（ｂ）に、本発明の実施形態３を示す。

実施形態１の流路ブロック２及び開閉弁３は、実施形態３の閉止栓１においても同様の構成であり説明を省略する。実施形態３の閉止栓１は、ガスケット５を環状とし、流路２１側の押圧部材６の流体当接面を曲面状６Ａに形成している。

環状ガスケットを使用する実施形態３においては、押圧部材６のガスケット５との当接箇所となる周面に、環状凸部６Ｂを形成し、ガスケット５を段差部２ｂに形成する環状凸部４とで挟み込むようにして、両環状凸部４、６Ｂが食い込むようにし、流路２１内を流れる流体の外部への漏洩を抑制している。

図４（ｂ）は、実施形態３の変形例で、閉止栓用ネジ７の先端を、中心部に球面状７Ａを形成し、押圧部材６を省略し、閉止栓用ネジ７で直接ガスケット５を押圧する例を示す。この場合、閉止栓用ネジ７のガスケット５との当接箇所となる周面に、環状凸部７Ｂを形成し、ガスケット５を段差部２ｂに形成する環状凸部４とで挟み込むようにして、両環状凸部４、７Ｂが食い込むようにし、流路２１内を流れる流体の外部への漏洩を抑制している。

＜実施形態４＞
実施形態４は、上述した開閉弁３等の流体制御機器と、流路ブロック２と、実施形態１乃至実施形態３の開閉弁を備えた流体制御装置である。

この流体制御装置は、例えば、図１（ａ）に示すように、流路ブロック２の上面に２基の開閉弁３を載置し、図例左側の開閉弁３を開くとともに右側の開閉弁を閉じ、流入ポート２３ａからプロセスガスを、流出ポート２３ｂを介し、次工程であるチャンバに送出する。そして、所定量のプロセスガスをチャンバに導入した後、チャンバ内での工程が終了後、右側の開閉弁を開放し、流入ポート２３ｃからパージガスを導入して流路２１内を洗浄するものである。なお、本発明の流体制御装置はこの例に限られず、閉止が必要となる開放端を有する流路ブロックであれば、流体制御機器として、マスフローコントローラを載置したものにも適用することができるのは言うまでもない。

本国際出願は、２０２０年１０月３０日に出願した日本国特許出願２０２０－１８２００９号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０２０－１８２００９号の全内容を本国際出願に援用する。

以上説明したように、本発明の閉止栓は、溶接焼けの心配がなく簡単に流路開放端を閉止することができ、流体制御機器を載置する各種流路ブロックの閉止栓として好適に用いることができる。

１ 閉止栓
２ 流路ブロック
２０ 開放端
２１ 流路
３ 開閉弁
５ ガスケット
６ 押圧部材
７ 閉止栓用ネジ

Claims (7)

1. 流体制御機器を取り付ける流路ブロックの流路開放端を閉止する閉止栓であって、
   流路開放端内部の段差部に形成した環状凸部に当接するガスケットと、
   前記ガスケットの周縁部を押圧するように、押圧面の内側を切り欠いた柱状の押圧部材と、
   前記段差部より開放端側内周面に形成した雌ねじに螺合するとともに、前記押圧部材を螺合による移動によってガスケット側に押圧する閉止栓用ネジとを備えた閉止栓。
2. 前記閉止栓用ネジの先端面は、前記押圧部材の被押圧面の周縁部を押圧するように、内側を切り欠いた請求項１に記載の閉止栓。
3. 前記閉止栓用ネジの先端部を押圧部材とした請求項１に記載の閉止栓。
4. 前記ガスケットを円形平板状とし、流体当接面を曲面状に形成した請求項１、２又は３に記載の閉止栓。
5. 前記ガスケットを環状とし、前記押圧部材の流体当接面を曲面状に形成した請求項１、２又は３に記載の閉止栓。
6. 前記閉止栓用ネジの後端面に、温度センサ取付孔を形成した請求項１乃至請求項５に記載の閉止栓。
7. 流体制御機器と、
   流体制御機器を取り付ける内部に流路を形成した流路ブロックと、
   該流路ブロックの流路開放端を閉止する請求項１乃至請求項６に記載の閉止栓とを備えた流体制御装置

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