WO2017038274A1 - 管継手、流体制御機器、流体制御装置、及び半導体製造装置、並びに管継手の製造方法 - Google Patents

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一誠 渡辺
敏之 稲田
篠原　努
中田　知宏
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株式会社フジキン
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Definitions

  • the present invention relates to a pipe joint, a fluid control device, a fluid control apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus, and a pipe joint manufacturing method.
  • Patent Document 1 discloses a sealing method for a pipe joint in which a plate-shaped metal sealing material is accommodated between metal members which are a pair of tube members and sandwiched between both metal members.
  • this sealing method the locations of both metal members are welded so that the metal sealing material is not affected by heat and the shrinking direction by welding is the same as the direction of sandwiching the metal sealing material.
  • the metal sealing material is hermetically sandwiched and held between the two metal members by utilizing the contraction deformation of the metal member due to welding.
  • the pipe joint since the metal sealing material has a plate shape extending in the pipe radial direction of the pair of pipe members, the pipe joint may be increased in size. Moreover, there is a possibility that the metal sealing material is affected by heat due to the welding heat generated when forming the welded portion. Therefore, in the above prior art, the welded portion of the pipe joint and the seal portion made of the metal sealing material are separated through a bent space having an L-shape in cross-section to suppress heat transfer from the welded portion to the seal portion. ing. However, such complicated space formation further accelerates the enlargement of the pipe joint in the pipe radial direction.
  • the inner surface of the welded portion formed in the above-described prior art pipe joint faces a narrow L-shaped space in sectional view, and it is difficult to burn out by accessing the inner surface of the welded portion. .
  • the pipe joint is limited to a structure that can be burned off by electrolytic polishing or the like.
  • the smoothness of the inner surface of the welded portion is made equal to that of physical polishing by burn-off by electrolytic polishing, the burn-off workability deteriorates. Further, when burn-off is performed by electrolytic polishing or the like, the closed portion of the flow path is blocked, so that it is difficult to clean and remove the polishing liquid, and the cleaning work is troublesome.
  • the pipe member in this case is limited to a structure that can seal the periphery of the welded portion and allows easy gas replacement in the sealed space, and the design freedom of the pipe member and the pipe joint may be impaired. Moreover, since sealing and gas replacement work are required, it takes time to prepare for the welding work in advance, which may also deteriorate the productivity of the pipe joint.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is excellent in both workability and sealing performance, can be promoted in downsizing, and has productivity, reliability, and design freedom.
  • the present invention provides a pipe joint, a fluid control device, a fluid control apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus, and a pipe joint manufacturing method.
  • the pipe joint of the present invention and the pipe joint used in the fluid control device, the fluid control apparatus, and the semiconductor manufacturing apparatus have a first outer peripheral end at one end and an inner side of the first outer peripheral end. At least one of a first member having a first pressing portion, a second member having a second outer peripheral end at one end and a second pressing portion inside the second outer peripheral end, and the first and second pressing portions A fluid flow path formed on one inner side, the first outer peripheral end and the second outer peripheral end are brought into contact over the entire circumference, and at least a part of the outer periphery of the contact portion is welded.
  • a welded portion that joins the first outer peripheral end and the second outer peripheral end while causing contraction, and the first pressing portion by moving in a direction in which the first pressing portion and the second pressing portion approach each other due to lateral contraction
  • An annular seal part formed between the second pressing part and the first and second members A heat transfer suppressing member that is disposed in a space between the welded portion and the seal portion and that suppresses the transfer of welding heat from the welded portion to the seal portion, and is mounted on the outer peripheral surface of the heat transfer suppressing member.
  • a first retaining ring for engaging the heat transfer suppressing member on the inner surface of the two members.
  • the pipe joint manufacturing method of the present invention has a first outer peripheral end at one end, a first member having a first pressing portion inside the first outer peripheral end, and a second outer peripheral end at one end, A second member having a second pressing portion inside the second outer peripheral end, a fluid flow path formed inside at least one of the first and second pressing portions, and an inner side of the first and second members And a heat transfer suppressing member disposed in the pipe, wherein the first outer peripheral end and the second outer peripheral end are contacted over the entire periphery, and at least one of the outer periphery of the contact portion Welding the portion and forming a welded portion that joins the first outer peripheral end and the second outer peripheral end while causing lateral contraction, and moving the first and second pressing portions toward each other by lateral contraction.
  • a pipe joint, a fluid control device, a fluid control device, and a semiconductor manufacturing device that are excellent in both workability and sealability, can promote downsizing, and have high productivity, reliability, and high design freedom. And a method for manufacturing a pipe joint.
  • FIG. 4 It is a perspective view of a block valve as fluid control equipment concerning one embodiment of the present invention. It is the schematic of the fluid control apparatus containing the block valve of FIG. 1, a fluid control apparatus, and a semiconductor manufacturing apparatus. It is a partial cross section figure of the block valve of FIG. It is a disassembled perspective view which shows a part of main body of the block valve of FIG. 1, a closing plug, and a heat-transfer suppression member. It is the disassembled perspective view which showed FIG. 4 in the cross section. It is sectional drawing which shows the assembly
  • the block valve 1 provided with the pipe joint which concerns on one Embodiment of this invention based on drawing is demonstrated.
  • the block valve 1 includes, for example, a single body 2 (first member) that is a metal (for example, stainless steel) valve body having a rectangular parallelepiped shape, and an upper surface of the body 2 as viewed in FIG. 1.
  • a stopper plug (second member) 10 joined to the surface 2c by the welded portion 8 is provided.
  • Each actuator 4 includes a drive unit (not shown) that controls the flow rate of the fluid, and operates a valve body (not shown) provided in a valve chamber (not shown) formed in the main body 2.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a fluid control device 100 including the block valve 1, a fluid control device 102 including the fluid control device 100, and a semiconductor manufacturing apparatus 104 including the fluid control device 102.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 104 is, for example, a CVD apparatus, and includes a fluid control apparatus 102 that is a gas supply means, a vacuum chamber 106, an exhaust means 108, and the like, and forms a passive film (oxide film) on a wafer 120 described later. .
  • the fluid control device 100 thereafter configures the semiconductor control device 104, such as the pressure gauge 112, the on-off valves 114, 116, 118, and 130 that constitute the block valve 1, and the MFCs (mass flow controllers) 1 to 3. It may be used as a generic term for devices related to fluid control, or as a higher level meaning of individual devices.
  • the semiconductor control device 104 such as the pressure gauge 112, the on-off valves 114, 116, 118, and 130 that constitute the block valve 1, and the MFCs (mass flow controllers) 1 to 3. It may be used as a generic term for devices related to fluid control, or as a higher level meaning of individual devices.
  • the fluid control device 102 is a device that supplies the gas supplied from the gas supply source 110 to the vacuum chamber 106 by adjusting the flow rate and the like, and includes a pressure gauge 112, on-off valves 114 and 116, MFCs 1 to 3, and the like. Yes.
  • An on-off valve 118 is provided between the fluid control device 102 and the vacuum chamber 106.
  • the vacuum chamber 106 includes a mounting table 122 on which the wafer 120 is mounted and an electrode 124 that forms a thin film on the wafer 120.
  • a commercial power supply 126 is electrically connected to the vacuum chamber 106.
  • the exhaust means 108 includes an exhaust pipe 128, an on-off valve 130, a dust collector 132, and a vacuum pump 109.
  • the gas supply to the vacuum chamber 106 is controlled by opening / closing the on-off valves 114 and 116, and opening / closing the MFCs 1 to 3 and the on-off valve 118. Further, when removing the granular material which is a by-product generated when the thin film is formed on the wafer 120, the on-off valve 130 is opened, and the granular material flows into the dust collector 132 through the exhaust pipe 128. To be removed.
  • block valves 1 constituting three sets of on-off valves 114 and 116 are arranged.
  • the block valve 1 is connected to the fluid control apparatus 100 via the pipe member 6 shown in FIG. 1, and the connection method is welding, screwing, or other joint structures. Since the on-off valves 114 and 116 and the on-off valves 118 and 130 constituting the block valve 1 are downsized, the fluid control device 102 can be downsized.
  • the miniaturized fluid control apparatus 102 is suitable for use in a semiconductor manufacturing apparatus 104 that is required to be miniaturized, and is a small semiconductor manufacturing apparatus for producing a small-diameter wafer for testing and research purposes.
  • a so-called minimal fab device can be realized. By using such a minimal fab device, the installation area of the device in the clean room can be reduced, the running cost of the clean room can be reduced, and prototype wafers for manufacturing various semiconductors can be obtained at low cost. Can do.
  • a fluid flow path 12 communicating with each valve chamber is perforated in the main body 2.
  • Each pipe member 6 communicates with a flow path (not shown) constituting the flow path 12, and the flow path (not shown) communicates with a valve chamber, and fluid enters and exits the block valve 1 from each pipe member 6 via the flow path and the valve chamber. Is done.
  • an opening 14 is formed in the left side surface 2c of the main body 2.
  • the opening 14 is formed when a part of the flow path 12 is perforated in the parallel direction of each actuator 4 using a tool such as a drill with respect to the main body 2 and is closed by the closing plug 10.
  • the stopper plug 10 is defined as a constituent member of a pipe joint formed by joining the main body 2 of the block valve 1.
  • the stopper plug 10 is made of metal (for example, stainless steel) and has a cap shape, and a communication hole 20 is penetrated through the bottom wall 10a of the stopper plug 10.
  • a metal (for example, stainless steel) heat transfer suppression member 16 having a ring shape is attached to an outer peripheral end (first outer peripheral end) 14a formed on the outer peripheral side of the opening 14 of the main body 2, and then the stopper plug 10 is attached.
  • the main body 2 is welded and joined.
  • a separate metal (for example, stainless steel) gasket (seal member) 18 having a ring shape is attached in advance to the heat transfer suppression member 16.
  • annular convex portion (first pressing portion) 22 that is convex toward the outer peripheral end 14 a is formed inside the outer peripheral end 14 a of the main body 2.
  • the annular convex portion 22 forms an edge of the opening 14, and a part of the flow path 12 is positioned inside the annular convex portion 22.
  • An annular recess 24 is formed between the outer peripheral end 14 a of the main body 2 and the annular projection 22.
  • the annular recess 24 forms a space 26 for accommodating the heat transfer suppressing member 16. In the space 26, the above-described communication hole 20 of the stopper plug 10 is opened.
  • an outer peripheral end (second outer peripheral end) 10b is formed at one end of the closing plug 10 opposite to the bottom wall 10a.
  • An annular convex portion (second pressing portion) 28 that is convex toward the outer peripheral end 10 b side is formed inside the outer peripheral end 10 b of the closing plug 10.
  • a part of the flow path 12 from the main body 2 side to the bottom wall 10a of the closing plug 10 is positioned inside the annular convex portion 28 of the closing plug 10.
  • an annular recess 30 is formed between the outer peripheral end 10 b of the stopper plug 10 and the annular projection 28, and the annular recess 30 forms the space 26 described above in which the heat transfer suppressing member 16 is accommodated.
  • the heat transfer suppressing member 16 in which the gasket 18 is fitted is attached to the annular recess 24 side of the main body 2, and then the outer peripheral end 10 b of the closing plug 10 is attached to the outer peripheral end 14 a of the main body 2.
  • the outer peripheral end 10b of the stopper plug 10 and the outer peripheral end 14a of the main body 2 are brought into contact with each other over the entire periphery and assembled.
  • a retaining ring (first retaining ring) 36 is attached to the outer peripheral surface 16 a of the heat transfer suppressing member 16.
  • the retaining ring 36 is a C-shaped spring.
  • a repulsive force is generated by the spring, and the heat transfer suppressing member 16 is applied to the inner surface of the outer peripheral end 14 a of the main body 2. Locks and exhibits the function of preventing the heat transfer suppressing member 16 from coming off from the main body 2.
  • the outer peripheral end 14a of the main body 2 and the heat transfer suppression member 16 are in contact via the retaining ring 36, direct heat transfer from the welded portion 8 to the heat transfer suppression member 16 is hindered.
  • a guide surface 16 b is formed on the inner periphery of the heat transfer suppressing member 16.
  • the guide surface 16 b functions as a guide when the gasket 18 is fitted inside the heat transfer suppressing member 16.
  • a retaining ring (second retaining ring) 40 is attached to the outer peripheral surface 18 c of the gasket 18.
  • the retaining ring 40 is a C-shaped spring similar to the retaining ring 36, and is fitted in a groove formed on the outer peripheral surface 18 c to lock the gasket 18 on the guide surface 16 b of the heat transfer suppressing member 16.
  • the outer peripheral surface 18c of the gasket 18 and the heat transfer suppressing member 16 are in contact via the retaining ring 40. Direct heat transfer to the gasket 18 is impeded.
  • the forming wall on the outer peripheral side of the space 26 is brought into contact with the outer peripheral ends 10b, 14a.
  • a stepped portion 32 is formed on the surface.
  • an enlarged diameter portion 34 is formed on the outer peripheral surface 16 a of the heat transfer suppressing member 16, and this expanded diameter portion 34 is locked to the stepped portion 32 when the heat transfer suppressing member 16 is assembled to the main body 2.
  • the heat transfer suppressing member 16 is positioned in the space 26.
  • the contact portion between the outer peripheral end 10b and the outer peripheral end 14a A contact circle is formed on the outer periphery.
  • the welded portion 8 may be formed by spot-welding two opposing points on the contact circle across the center of the contact circle and then welding the contact circle all around. As a result, the outer peripheral end 10b is pressed against the outer peripheral end 14a, and the welded portion 8 is positioned while reliably positioning the closing plug 10 with respect to the main body 2 in a state in which the outer peripheral end 10b and the outer peripheral end 14a are maintained in full contact with each other. Can be formed.
  • spot welding is performed at the two points facing each other on the contact circle, and further, spot welding is performed at two other points shifted from the two points on the contact circle by 90 degrees with respect to the center of the contact circle, and then the welded portion 8 is attached. It may be formed.
  • the weld 8 formed in this way is heated and expanded by welding, then cooled and contracted, and in the direction indicated by the solid arrow X along the flow path 12, in other words, substantially orthogonal to the weld line of the weld 8.
  • the hardness of the gasket 18 is lowered by heat treatment or the like from the annular protrusions 22 and 28, so that a concave portion 38a is formed on the annular end surface 18a by pressing of the gasket 18, and a concave surface is formed on the annular end surface 18b. A portion 38b is formed.
  • seal portions 42 are formed on the respective annular end surfaces 18a and 18b to make an annular surface contact that seals the annular convex portion 22 of the main body 2 and the annular convex portion 28 of the closure plug 10. That is, the seal portion 42 of the present embodiment includes the gasket 18 that is sandwiched between the annular convex portion 22 of the main body 2 and the annular convex portion 28 of the closure plug 10 by the lateral contraction of the welded portion 8.
  • the space 26 described above is positioned between the welded portion 8 and the seal portion 42 in the block valve 1, and the heat transfer suppressing member 16 is disposed in the space 26.
  • Each seal portion 42 faces the space 26, and the space 26 and the outside of the block valve 1 communicate with each other through the communication hole 20. That is, the communication hole 20 is used as a leak port (leakage path) for inspecting leakage of fluid in each seal portion 42 with helium gas or the like after the welded portion 8 and thus each seal portion 42 is formed.
  • a highly productive and reliable pipe joint in which the stopper plug 10 is welded to the main body 2 of the block valve 1, and the block valve 1 using the fluid control device 100 including the pipe joint, A fluid control apparatus 102 using the block valve 1 and a semiconductor manufacturing apparatus 104 using the fluid control apparatus 102 can be provided.
  • the pipe joint of the present embodiment formed by welding the main body 2 of the block valve 1 and the closing plug 10 includes the heat transfer suppressing member 16, thereby connecting the welded portion 8 and the seal portion 42. Even if it does not leave
  • the gasket 18 which comprises the seal part 42 can be made into a ring-shaped simple shape, for example, by using the heat-transfer suppression member 16 with low heat conductivity, such as a product made from ceramics or stainless steel, It is also possible to bring the seal portion 42 close to the pipe diameter direction. Therefore, downsizing of the pipe joint, particularly in the pipe radial direction, can be greatly promoted.
  • the highly reliable seal part 42 can be formed by providing the heat transfer suppressing member 16, there is no concern about the liquid contact of the welded portion 8, and the burned-out operation of the weld burn in the welded portion 8, As a result, it is not necessary to perform sealing and gas replacement work to prevent welding burn itself. Therefore, the workability of the pipe joint can be greatly improved. Moreover, since the structure of the pipe joint is not limited to a structure that facilitates sealing and gas replacement, the degree of freedom in designing the pipe joint can be greatly increased.
  • the welded portion 8 is formed by melting not only the outer peripheral end 10b of the closure plug 10 with the outer peripheral end 14a of the main body 2 but also the outer peripheral portion of the heat transfer suppressing member 16 as shown in FIG. May be.
  • the welding portion 8 by TIG welding or the like with a large amount of heat and thus a large amount of material so that a so-called back wave that melts to the inside can be generated.
  • the lateral contraction in the seal portion 42 can be increased, so the size of the pipe joint can be reduced. Both improvement and sealing performance can be realized.
  • the stopper plug 10 is defined as a constituent member of a pipe joint formed by joining the main body 2 of the block valve 1, and the pipe joint welds the main body 2 of the block valve 1 and the stopper plug 10. Formed.
  • the present invention is not limited to this, and when the pipe member 6 or the like described above is welded to the block valve 1 instead of the closure valve 10, the pipe member 6 or the closure plug 10 or the like is welded to the body of the valve other than the block valve 1. Or when welding pipe members together.
  • any one of the members to be welded is a closing plug 10 for closing the outer peripheral end 14a, and the valve body forms a plurality of valve body bodies,
  • the inner surface of the welded portion 8 does not have to be burned off, so that the workability of the pipe joint is further improved. Has an effect. This is because, when the welding member is the main body 2 of the block valve 1 and the shut-off plug 10, it is possible to reduce the size of the fluid control device 100 in which a plurality of valves are integrated, but the flow path 12 is made into a block. Because it is formed by drilling, it is difficult to physically access the inner surface of the welded portion 8 after the welded portion 8 is formed, and it is difficult to burn off to remove the weld burn.
  • the welding part 8 is formed in the block valve 1 by welding the outer periphery of the contact location of the outer periphery ends 10b and 14a all around.
  • the lateral contraction in the welded portion 8 can be generated over the entire circumference of the contact portion of the outer peripheral ends 10b and 14a, the pressing force to the gasket 18 by the annular convex portions 22 and 28 is also increased. It can be generated over the entire circumference of each annular end face 18a, 18b of the gasket 18, and the sealing force at the seal portion 42 can be increased.
  • the present invention is not limited to this, and if the seal portion 42 can be formed, the welded portion 8 may be formed by intermittently spot welding the outer periphery of the contact portion of the outer peripheral ends 10b and 14a.
  • the welded portion 8 is formed by spot welding, the risk that the seal portion 42 is formed to be inclined with respect to the radial direction of the pipe joint is suppressed as compared with the case of full circumference welding. Accordingly, it is possible to form the seal portion 42 that generates a more uniform sealing force over the entire circumference of the annular convex portions 22 and 28.
  • the shapes of the annular protrusions 22 and 28 and the gasket 18 are not limited to the above embodiment, and the seal portion 42 is not limited to surface contact but may be formed by line contact.
  • the seal portion 42 is formed in line contact, the surface pressure generated in the seal portion 42 can be increased as compared with the case of surface contact. Therefore, a seal that generates a greater sealing force. Portion 42 can be formed.
  • the seal portion 42 may be formed by contacting the annular convex portions 22 and 28 with each other. Since the gasket 18 is not necessary in this place, the number of parts and assembly man-hours of the pipe joint can be reduced, and the productivity of the pipe joint is improved. In this case, since only one seal portion 42 is formed, the risk of fluid leakage from the seal portion 42 is relatively reduced as compared with the case where two seal portions 42 are formed.
  • the fluid control device 100 including the block valve 1 in which the pipe joint is welded to the valve can be applied to a fluid control device constituting various fluid circuits other than the fluid control device 102, and the fluid control device 100 is used.
  • the fluid control apparatus 102 can be applied to various manufacturing apparatuses that are not limited to the semiconductor manufacturing apparatus 104.
  • Block valve (fluid control device, valve) 2 Main body (first member) 4 Actuator (Valve) 8 Welded part 10 Closure plug (second member) 10b Outer peripheral end (second outer peripheral end) 12 Channel 14a Outer peripheral end (first outer peripheral end) 16 Heat transfer suppression member 16a Outer peripheral surface 16b Guide surface 18 Gasket (seal member) 18c outer peripheral surface 22 annular convex part (1st press part) 26 space 28 annular convex part (second pressing part) 36 Retaining ring (first retaining ring) 40 Retaining ring (second retaining ring) 42 Seal Part 100 Fluid Control Equipment (Block Valve) 102 Fluid control device 104 Semiconductor manufacturing device

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Abstract

　管継手は、第１部材２と、第２部材１０と、第１外周端１４ａと第２外周端１０ｂとを全周に亘って当接させ、横収縮を発生させながら第１外周端１４ａと第２外周端１０ｂとを接合する溶接部８と、横収縮によって第１押圧部２２と第２押圧部２８とが互いに接近する方向に移動することで形成される環状のシール部分４２と、第１及び第２部材２、１０内における溶接部とシール部分４２との間の空間２６に配置され、溶接部８からシール部分４２への溶接熱の伝達を抑制する伝熱抑制部材１６と、伝熱抑制部材１６の外周面１６ａに装着され、第１又は第２部材２、１０の内面に伝熱抑制部材１６を係止する第１止め輪３６とを備える。

Description

管継手、流体制御機器、流体制御装置、及び半導体製造装置、並びに管継手の製造方法
　本発明は、管継手、流体制御機器、流体制御装置、及び半導体製造装置、並びに管継手の製造方法に関する。
　特許文献１には、板状の金属製シール材を一対の管部材である金属製部材間に収容して両金属製部材で挟持する管継手のシール方法が開示されている。このシール方法では、金属製シール材が熱による影響を受けない箇所で且つ溶接による収縮方向が金属製シール材を挟持する方向と同一になるような両金属製部材の箇所を溶接する。これにより、溶接による金属製部材の収縮変形を利用して金属製シール材が両金属製部材で気密に挟持して保持される。
特開平７－１７４２３２号公報
　上記従来技術では、金属製シール材が一対の管部材の管径方向に延設された板状をなしているため、管継手の大型化を招くおそれがある。
　また、溶接部形成の際に発生する溶接熱により金属製シール材が熱影響を受けるおそれがある。そこで、上記従来技術では、管継手の溶接部と金属製シール材によるシール部分とを断面視Ｌ字状をなす屈曲した空間を介して離間させ、溶接部からシール部分への熱伝達を抑制している。しかし、このような複雑な空間形成は、管継手の管径方向の大型化をさらに加速させる。
　一方、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。
　しかし、上記従来技術の管継手に形成される溶接部の内面は、狭小の断面視Ｌ字状の空間に面しており、溶接部の内面にアクセスして焼け落としを行うのは困難である。このため、管継手は、電解研磨等で焼け落とし可能な構造に制限される。また、電解研磨による焼け落としで、溶接部の内面の平滑度を物理的研磨と同等程度にしようとすると、焼け落としの作業性が悪化する。また、電解研磨等で焼け落としを行った場合、流路の閉止部が塞がれるため、研磨液が洗浄除去し難く、洗浄の作業に手間が掛かる。
　そこで、溶接部の周囲にイナートガスを吹き付けて溶接焼け自体を防止することも考えられる。しかし、この場合の管部材は、溶接部の周囲を密閉可能であり且つ密閉された空間内のガス置換が容易な構造に限定され、管部材ひいては管継手の設計自由度を損ないかねない。また、密閉・ガス置換作業を要するため、溶接作業の事前準備に手間が掛かり、これもまた管継手の生産性を悪化させかねない。
　また、溶接部の内面の焼け落としが不十分で、管継手に形成される流路に溶接焼けの溶融金属に基づくパーティクルが脱落すると、管継手を半導体製造装置に使用した場合、チャンバー（反応炉）にパーティクルが流入し、ウエハプロセスの歩留まりが悪化する。従って、特に半導体製造装置では、溶接部の接液を確実に防止することができる管継手、当該管継手を用いた流体制御機器、及び当該流体制御機器を用いた流体制御装置が今まで以上に求められている。
　本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、施工性及びシール性の双方に優れ、小型化が促進可能であり、生産性、信頼性及び設計自由度の高い管継手、流体制御機器、流体制御装置、及び半導体製造装置、並びに管継手の製造方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の管継手と、流体制御機器、流体制御装置、及び半導体製造装置に用いる管継手とは、一端に第１外周端を有するとともに、第１外周端の内側に第１押圧部を有する第１部材と、一端に第２外周端を有するとともに、第２外周端の内側に第２押圧部を有する第２部材と、第１及び第２押圧部の少なくとも何れか一方の内側に形成される流体の流路と、第１外周端と第２外周端とを全周に亘って当接させ、当該当接箇所の外周の少なくとも一部を溶接することで、横収縮を発生させながら第１外周端と第２外周端とを接合する溶接部と、横収縮によって第１押圧部と第２押圧部とが互いに接近する方向に移動することで第１押圧部と第２押圧部との間に形成される環状のシール部分と、第１及び第２部材内における溶接部とシール部分との間の空間に配置され、溶接部からシール部分への溶接熱の伝達を抑制する伝熱抑制部材と、伝熱抑制部材の外周面に装着され、第１又は第２部材の内面に伝熱抑制部材を係止する第１止め輪とを備える。
　また、本発明の管継手の製造方法は、一端に第１外周端を有するとともに、第１外周端の内側に第１押圧部を有する第１部材と、一端に第２外周端を有するとともに、第２外周端の内側に第２押圧部を有する第２部材と、第１及び第２押圧部の少なくとも何れか一方の内側に形成される流体の流路と、第１及び第２部材の内側に配された伝熱抑制部材とを備えた管継手の製造方法であって、第１外周端と第２外周端とを全周に亘って当接させ、当該当接箇所の外周の少なくとも一部を溶接し、横収縮を発生させながら第１外周端と第２外周端とを接合する溶接部を形成する工程と、横収縮によって第１及び第２押圧部を互いに接近する方向に移動させ、第１押圧部と第２押圧部との間に環状のシール部分を形成する工程と、シール部分と溶接部との間の空間にて、伝熱抑制部材により溶接部からシール部分への溶接熱の伝達を抑制する工程とを含む。
　本発明によれば、施工性及びシール性の双方に優れ、小型化が促進可能であり、生産性、信頼性及び設計自由度の高い管継手、流体制御機器、流体制御装置、及び半導体製造装置、並びに管継手の製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る流体制御機器としてのブロック弁の斜視図である。 図１のブロック弁を含む流体制御機器、流体制御装置、及び半導体製造装置の概略図である。 図１のブロック弁の一部断面図である。 図１のブロック弁の本体の一部、閉止栓、及び伝熱抑制部材を示す分解斜視図である。 図４を断面で示した分解斜視図である。 図５のブロック弁の本体と閉止栓との溶接前の組み付け状態を示す断面図である。 図５のブロック弁の本体と閉止栓との溶接後の状態を示す断面図である。
　以下、図面に基づき本発明の一実施形態に係る管継手を備えたブロック弁１について説明する。
　図１に示すように、ブロック弁１は、例えば、直方体形状をなす金属製（例えばステンレス製）のバルブボディである１つの本体２（第１部材）と、図１で見て本体２の上面２ａに接続される３つのアクチュエータ４と、図１で見て本体２の背面２ｂに接続される３つの管部材６（３つのうち１つのみ図示）と、図１で見て本体２の左側面２ｃに溶接部８で接合される閉止栓（第２部材）１０とを備えている。
　各アクチュエータ４は、流体の流量を制御する図示しない駆動部を備え、本体２に形成された図示しない弁室に設けられた図示しない弁体を作動させている。
　図２は、ブロック弁１を備える流体制御機器１００、流体制御機器１００を備える流体制御装置１０２、流体制御装置１０２を備える半導体製造装置１０４の概略図である。半導体製造装置１０４は、例えばＣＶＤ装置であり、ガス供給手段である流体制御装置１０２、真空チャンバ１０６、排気手段１０８などを有し、後述するウエハ１２０上に不動態膜（酸化膜）を形成する。
　本実施形態においては、以後、流体制御機器１００は、圧力計１１２、ブロック弁１を構成する開閉弁１１４、１１６、１１８、１３０、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）１～３等、半導体制御装置１０４を構成する機器であり、流体の制御に関連する機器の総称、或いは個々の機器の上位の意味で使用されることがある。
　流体制御装置１０２は、ガス供給源１１０から供給されたガスを、流量等を調整して真空チャンバ１０６へ供給する装置であり、圧力計１１２、開閉弁１１４、１１６、ＭＦＣ１～３などを備えている。流体制御装置１０２と真空チャンバ１０６との間には開閉弁１１８が設けられている。真空チャンバ１０６は、ウエハ１２０が載置される載置台１２２、ウエハ１２０上に薄膜を形成する電極１２４を備えている。真空チャンバ１０６には商用電源１２６が電気的に接続されている。排気手段１０８は、排気配管１２８、開閉弁１３０、集塵機１３２、真空ポンプ１０９を備えている。
　ウエハ１２０上に薄膜を形成するときには、開閉弁１１４、１１６の開閉、ＭＦＣ１～３、及び開閉弁１１８の開閉により、真空チャンバ１０６へのガスの供給が制御される。また、ウエハ１２０上に薄膜を形成した際に発生する副生成物である粉粒体を除去するときには、開閉弁１３０が開状態とされ、粉粒体は排気配管１２８を介して集塵機１３２に流入して除去される。
　１つの流体制御機器１００には、３組の開閉弁１１４、１１６をそれぞれ構成するブロック弁１が配置されている。ブロック弁１は、図１で示した管部材６を介して流体制御機器１００に接続され、その接続方式は、溶接、ねじ込み、その他の継手構造である。ブロック弁１を構成する開閉弁１１４、１１６と、開閉弁１１８、１３０とは小型化が図られているため、流体制御装置１０２の小型化を実現することができる。
　この小型化された流体制御装置１０２は、小型化が要求される半導体製造装置１０４において使用するのに好適であり、小径ウエハを試験・研究用に試作するための小型の半導体製造装置である、いわゆるミニマルファブ装置を実現することができる。このようなミニマルファブ装置を使用することにより、クリーンルーム内の装置の設置面積が小さくなり、クリーンルームのランニングコストを低減することができるとともに、種々の半導体を製造するための試作ウエハを安価に得ることができる。
　図３に示すように、本体２には、各弁室に連通する流体の流路１２が穿孔されている。各管部材６は流路１２を構成する図示しない流路に連通され、図示しない流路は弁室に連通し、各管部材６から流路及び弁室を介してブロック弁１に対する流体の入出が行われる。
　また、本体２の左側面２ｃには開口１４が形成されている。この開口１４は、本体２に対しドリル等の工具を使用して各アクチュエータ４の並列方向に流路１２の一部を穿孔加工する際に形成されたものであり、閉止栓１０により塞がれている。なお、本実施形態では閉止栓１０をブロック弁１の本体２と接合して形成される管継手の構成部材として定義している。
　図４及び図５に示すように、閉止栓１０は金属製（例えばステンレス製）であってキャップ状をなしており、閉止栓１０の底壁１０ａには連通孔２０が貫通されている。本体２の開口１４の外周側に形成された外周端（第１外周端）１４ａに、金属製（例えばステンレス製）のリング状をなす伝熱抑制部材１６を装着し、その後、閉止栓１０を本体２に溶接して接合する。また、伝熱抑制部材１６の内側には、別体となる金属製（例えばステンレス製）のリング状をなすガスケット（シール部材）１８が予め装着されている。
　図６にも示すように、本体２の外周端１４ａの内側には、外周端１４ａ側に凸となる環状凸部（第１押圧部）２２が形成されている。環状凸部２２は開口１４の端縁をなし、環状凸部２２の内側に流路１２の一部が位置付けられている。また、本体２の外周端１４ａと環状凸部２２との間には環状凹部２４が形成されている。環状凹部２４は伝熱抑制部材１６を収容するための空間２６を形成している。空間２６には、閉止栓１０の前述した連通孔２０が開口されている。
　一方、閉止栓１０の底壁１０ａの反対側の一端には外周端（第２外周端）１０ｂが形成されている。閉止栓１０の外周端１０ｂの内側には、外周端１０ｂ側に凸となる環状凸部（第２押圧部）２８が形成されている。閉止栓１０の環状凸部２８の内側に、本体２側から閉止栓１０の底壁１０ａに至る流路１２の一部が位置付けられている。また、閉止栓１０の外周端１０ｂと環状凸部２８との間には環状凹部３０が形成され、環状凹部３０は伝熱抑制部材１６が収容される前述した空間２６を形成している。
　以下、図６及び図７を参照して、ブロック弁１の本体２に対する、伝熱抑制部材１６の装着及び閉止栓１０の溶接について説明する。
　図６に示すように、先ず、ガスケット１８が内嵌された伝熱抑制部材１６を本体２の環状凹部２４側に取り付け、次に、閉止栓１０の外周端１０ｂを本体２の外周端１４ａに押圧することにより、閉止栓１０の外周端１０ｂと本体２の外周端１４ａとを全周に亘って当接させて組み付ける。伝熱抑制部材１６にガスケット１８を予め内嵌することにより、組み付け時にガスケット１８が保護され、ガスケット１８の傷付きを防止することができる。
　また、伝熱抑制部材１６の外周面１６ａには止め輪（第１止め輪）３６が装着されている。止め輪３６はＣ字状のばねであって、外周面１６ａに形成された溝に装着することで、ばねによる反発力を発生し、本体２の外周端１４ａの内面に伝熱抑制部材１６を係止し、本体２に対する伝熱抑制部材１６の抜け止め機能を発揮する。また、本体２の外周端１４ａと伝熱抑制部材１６とは止め輪３６を介して接触するため、溶接部８から伝熱抑制部材１６への直接の熱伝達が妨げられる。
　また、伝熱抑制部材１６の内周にはガイド面１６ｂが形成されている。ガイド面１６ｂは、伝熱抑制部材１６にガスケット１８を内嵌する際のガイドとして機能する。
　一方、ガスケット１８の外周面１８ｃには止め輪（第２止め輪）４０が装着されている。止め輪４０は、止め輪３６と同様のＣ字状のばねであって、外周面１８ｃに形成された溝に装着することで、伝熱抑制部材１６のガイド面１６ｂにガスケット１８を係止し、伝熱抑制部材１６に対するガスケット１８の抜け止め機能を発揮するとともに、また、ガスケット１８の外周面１８ｃと伝熱抑制部材１６とは止め輪４０を介して接触するため、伝熱抑制部材１６からガスケット１８への直接の熱伝達が妨げられる。
　本実施形態の場合、閉止栓１０の外周端１０ｂの内径の方が本体２の外周端１４ａの内径よりも小さいため、外周端１０ｂ、１４ａ同士の当接に伴い空間２６の外周側の形成壁に段差部３２が形成される。これに対し、伝熱抑制部材１６の外周面１６ａには拡径部３４が形成されており、この拡径部３４は本体２に対する伝熱抑制部材１６の組み付け時において段差部３２に係止され、空間２６において伝熱抑制部材１６が位置決めされる。
　次に、閉止栓１０の外周端１０ｂを本体２の外周端１４ａに押圧した状態で、図７に示すように、閉止栓１０の外周端１０ｂと本体２の外周端１４ａとの当接箇所の外周を全周溶接することで、ブロック弁１に溶接部８が形成され、これより本体２及び閉止栓１０が接合される。
　ここで、溶接部８の形成前、閉止栓１０の外周端１０ｂと本体２の外周端１４ａとを全周に亘って当接させた際、外周端１０ｂと外周端１４ａとの当接箇所の外周には接触円が形成される。この接触円の中心を挟んで接触円上の対向する２点を点溶接した後、接触円を全周溶接して溶接部８を形成しても良い。これにより、外周端１０ｂを外周端１４ａに押圧させ、外周端１０ｂと外周端１４ａとの全周当接を維持した状態で、本体２に対し閉止栓１０を確実に位置決めしながら溶接部８を形成することができる。なお、接触円上の対向する上記２点で点溶接し、さらに、接触円上の上記２点から接触円の中心を基準に９０度ずれた別の２点で点溶接した後に溶接部８を形成しても良い。
　こうして形成された溶接部８は、溶接によって加熱されて膨張した後、冷却されて収縮し、流路１２に沿った実線矢印Ｘで示す方向、換言すると、溶接部８の溶接線と略直交する方向に横収縮を発生させる。溶接部８における横収縮によって、本体２の環状凸部２２と閉止栓１０の環状凸部２８とがガスケット１８を挟んで互いに接近する破線矢印Ｘ１の方向に移動することで、ガスケット１８が押圧される。
　本実施形態の場合、ガスケット１８を熱処理等で環状凸部２２、２８よりも硬度低下させたことにより、ガスケット１８の押圧によって環状端面１８ａには凹面部３８ａが形成され、環状端面１８ｂには凹面部３８ｂが形成される。これにより、本体２の環状凸部２２と閉止栓１０の環状凸部２８とをシールする環状の面接触をなすシール部分４２がそれぞれ各環状端面１８ａ、１８ｂに形成される。すなわち、本実施形態のシール部分４２は、溶接部８の横収縮によって本体２の環状凸部２２と閉止栓１０の環状凸部２８とで挟圧されるガスケット１８を含んで構成されている。
　また、前述した空間２６はブロック弁１内において溶接部８とシール部分４２との間に位置付けられ、この空間２６に伝熱抑制部材１６が配置される。空間２６には各シール部分４２が面しており、空間２６とブロック弁１の外部とは連通孔２０を介して連通される。すなわち、連通孔２０は、溶接部８ひいては各シール部分４２の形成後に、各シール部分４２における流体の漏洩をヘリウムガス等で検査するためのリークポート（漏れ経路）として使用される。
　以上のように本実施形態によれば、閉止栓１０をブロック弁１の本体２に溶接した生産性及び信頼性の高い管継手、この管継手を含む流体制御機器１００を用いたブロック弁１、このブロック弁１を用いた流体制御装置１０２、及びこの流体制御装置１０２を用いた半導体製造装置１０４を提供することができる。
　具体的には、ブロック弁１の本体２と閉止栓１０とを溶接して形成される本実施形態の管継手は、伝熱抑制部材１６を有することにより、溶接部８とシール部分４２とを複雑な空間を介して離間しなくとも、溶接部８からシール部分４２への溶接熱の伝達を確実に抑制することができる。これにより、シール部分４２を構成するガスケット１８をリング状の簡素な形状とすることができるとともに、例えばセラミックスやステンレス製等の伝熱性の低い伝熱抑制部材１６を用いることにより、溶接部８とシール部分４２とを管径方向に接近させることもできる。従って、管継手の特に管径方向における小型化を大幅に促進することができる。
　また、伝熱抑制部材１６を備えることにより、信頼性の高いシール部分４２を形成することができるため、溶接部８の接液の懸念が排除され、溶接部８における溶接焼けの焼け落とし作業、ひいては溶接焼け自体を防止するための密閉・ガス置換作業を行わなくても良い。従って、管継手の施工性を大幅に高めることができる。また、管継手の構造は密閉・ガス置換作業が容易な構造に限定されないため、管継手の設計自由度を大幅に高めることもできる。
　また、ブロック弁１、及びブロック弁１を用いた流体制御装置１０２が半導体製造装置１０４で使用される場合、流路１２への溶接焼けの溶融金属に基づくパーティクルの脱落が確実に阻止される。
　なお、溶接部８は、閉止栓１０の外周端１０ｂを本体２の外周端１４ａとの当接箇所のみならず、図７に示すように伝熱抑制部材１６の外周部も溶融して形成しても良い。
　また、溶接部８は、その内部まで溶融する、いわゆる裏波が発生可能なように、熱量ひいては材料の溶融量の大きなＴＩＧ溶接等で行うのが好ましい。管継手の小型化を実現可能な範囲で、溶接部８に裏波を効果的に発生する溶接を行った場合には、シール部分４２における横収縮を大きくすることができるため、管継手の小型化及びシール性向上の双方を実現可能である。
　以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
　例えば、上記実施形態では、閉止栓１０をブロック弁１の本体２と接合して形成される管継手の構成部材として定義し、管継手はブロック弁１の本体２と閉止栓１０とを溶接して形成される。しかし、これに限らず、本発明は、ブロック弁１に閉止栓１０ではなく前述した管部材６等を溶接する場合、ブロック弁１以外のバルブのボディに管部材６又は閉止栓１０等を溶接する場合、或いは、管部材同士を溶接する場合にも適用可能である。
　しかし、上記実施形態のように、溶接する部材の何れか一方が、外周端１４ａを塞ぐための閉止栓１０であり、且つ、弁の本体は、複数の弁体の本体をなすとともに、これら各弁体を連通する流路１２が穿孔されたブロック弁１の本体２である場合には、溶接部８の内面の焼け落としを行わなくても良いため、管継手の施工性において、より一層優れた効果を奏する。何故なら、溶接部材がブロック弁１の本体２と閉止栓１０とである場合には、複数の弁を集積した流体制御機器１００の小型化を実現することができるものの、流路１２をブロックに穿孔して形成するため、溶接部８の形成後に溶接部８の内面に物理的にアクセスすることが難しく、溶接焼けを除去する焼け落とし作業が困難となるからである。
　また、上記実施形態では、外周端１０ｂ、１４ａの当接箇所の外周を全周溶接することでブロック弁１に溶接部８を形成する。この場合には、溶接部８における横収縮を外周端１０ｂ、１４ａの当接箇所の外周の全周に亘って発生させることができるため、環状凸部２２、２８によるガスケット１８への押圧力もガスケット１８の各環状端面１８ａ、１８ｂの全周に亘って発生させることができ、シール部分４２におけるシール力を高めることができる。
　しかし、これに限らず、シール部分４２を形成可能であれば、外周端１０ｂ、１４ａの当接箇所の外周を断続的に点付け溶接した溶接部８を形成しても良い。点付け溶接により溶接部８を形成した場合には、シール部分４２が管継手の径方向に対して傾斜して形成される危険性が全周溶接の場合に比して抑制される。従って、環状凸部２２、２８の全周に亘って、より一層均一なシール力を発生するシール部分４２を形成可能である。
　また、環状凸部２２、２８、及びガスケット１８の形状は上記実施形態に限定されず、また、シール部分４２は面接触に限らず、線接触で形成しても良い。シール部分４２が線接触をなして形成される場合には、面接触の場合に比してシール部分４２に発生する面圧を高めることが可能であるため、より一層大きなシール力を発生するシール部分４２を形成可能である。
　また、シール部分４２は環状凸部２２、２８同士を当接して形成しても良い。この場にはガスケット１８が不要となるため、管継手の部品点数及び組み立て工数を削減することができ、管継手の生産性が向上する。また、この場合には、シール部分４２は１箇所しか形成されないため、２箇所のシール部分４２が形成される場合に比して、シール部分４２からの流体漏洩の危険性は相対的に低減される。
　また、管継手を弁に溶接したブロック弁１を含む流体制御機器１００は、流体制御装置１０２以外の種々の流体回路を構成する流体制御装置に適用可能であり、また、流体制御機器１００を用いた流体制御装置１０２は、半導体製造装置１０４に限らない種々の製造装置にも適用可能である。
　　１　　ブロック弁（流体制御機器、弁）
　　２　　本体（第１部材）
　　４　　アクチュエータ（弁体）
　　８　　溶接部
　１０　　閉止栓（第２部材）
１０ｂ　　外周端（第２外周端）
　１２　　流路
１４ａ　　外周端（第１外周端）
　１６　　伝熱抑制部材
１６ａ　　外周面
１６ｂ　　ガイド面
　１８　　ガスケット（シール部材）
１８ｃ　　外周面
　２２　　環状凸部（第１押圧部）
　２６　　空間
　２８　　環状凸部（第２押圧部）
　３６　　止め輪（第１止め輪）
　４０　　止め輪（第２止め輪）
　４２　　シール部分
１００　　流体制御機器（ブロック弁）
１０２　　流体制御装置
１０４　　半導体製造装置

Claims (14)

  1. 　一端に第１外周端を有するとともに、前記第１外周端の内側に第１押圧部を有する第１部材と、
    　一端に第２外周端を有するとともに、前記第２外周端の内側に第２押圧部を有する第２部材と、
    　前記第１及び第２押圧部の少なくとも何れか一方の内側に形成される流体の流路と、
    　前記第１外周端と前記第２外周端とを全周に亘って当接させ、当該当接箇所の外周の少なくとも一部を溶接することで、横収縮を発生させながら前記第１外周端と前記第２外周端とを接合する溶接部と、
    　前記横収縮によって前記第１押圧部と前記第２押圧部とが互いに接近する方向に移動することで前記第１押圧部と前記第２押圧部との間に形成される環状のシール部分と、
    　前記第１及び第２部材内における前記溶接部と前記シール部分との間の空間に配置され、前記溶接部から前記シール部分への溶接熱の伝達を抑制する伝熱抑制部材と、
    　前記伝熱抑制部材の外周面に装着され、前記第１又は第２部材の内面に前記伝熱抑制部材を係止する第１止め輪と
    を備える、管継手。
  2. 　前記シール部分は、前記第１押圧部と前記第２押圧部とが当接して形成される、請求項１に記載の管継手。
  3. 　前記シール部分は、前記横収縮によって前記第１押圧部と前記第２押圧部とで挟圧されるシール部材を含む、請求項１に記載の管継手。
  4. 　前記伝熱抑制部材は、その内周に前記シール部材を案内して装着するためのガイド面を有する、請求項３に記載の管継手。
  5. 　前記シール部材は、その外周面に前記伝熱抑制部材の前記ガイド面に前記シール部材を係止する第２止め輪が装着される、請求項３又は４に記載の管継手。
  6. 　前記第１及び第２部材の何れか一方は閉止栓である、請求項１から５の何れか一項に記載の管継手。
  7. 　請求項１から６の何れか一項に記載の管継手を備えた流体制御機器であって、
    　前記第１及び第２部材の何れか他方は、前記流体の入口及び出口を有するとともに、前記入口及び出口の少なくとも何れか一方に前記第１及び第２部材の何れか他方の他端が溶接された弁の本体である、流体制御機器。
  8. 　前記弁の本体は、複数の弁体を連通する流路が穿孔されたブロック弁の本体である、請求項７に記載の流体制御機器。
  9. 　請求項８に記載の流体制御機器を備えた、流体制御装置。
  10. 　請求項９に記載の流体制御装置を備えた、半導体製造装置。
  11. 　一端に第１外周端を有するとともに、前記第１外周端の内側に第１押圧部を有する第１部材と、
    　一端に第２外周端を有するとともに、前記第２外周端の内側に第２押圧部を有する第２部材と、
    　前記第１及び第２押圧部の少なくとも何れか一方の内側に形成される流体の流路と、
    　前記第１及び第２部材の内側に配された伝熱抑制部材と        
    を備えた管継手の製造方法であって、
    　前記第１外周端と第２外周端とを全周に亘って当接させ、当該当接箇所の外周の少なくとも一部を溶接し、横収縮を発生させながら前記第１外周端と前記第２外周端とを接合する溶接部を形成する工程と、
    　前記横収縮によって前記第１及び第２押圧部を互いに接近する方向に移動させ、前記第１押圧部と前記第２押圧部との間に環状のシール部分を形成する工程と、
    　前記シール部分と前記溶接部との間の空間にて、前記伝熱抑制部材により前記溶接部から前記シール部分への溶接熱の伝達を抑制する工程と
    を含む、管継手の製造方法。
  12. 　前記溶接部を形成する工程では、前記第２外周端を前記第１外周端に押圧した状態で前記溶接部を形成する、請求項１１に記載の管継手の製造方法。
  13. 　前記溶接部を形成する工程では、前記第１外周端と第２外周端とを全周に亘って当接させた際、前記当接箇所の外周には接触円が形成され、前記接触円の中心を挟んで前記接触円上の対向する２点で点溶接した後、前記接触円を全周溶接して前記溶接部を形成する、請求項１１又は１２に記載の管継手の製造方法。
  14. 　前記溶接部を形成する工程では、前記接触円上の対向する前記２点で点溶接し、さらに前記接触円上の前記２点から前記中心を基準に９０度ずれた別の２点で点溶接した後、前記溶接部を形成する、請求項１３に記載の管継手の製造方法。
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