JP2000329268A - 低温流体用バイヨネット継ぎ手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 取付けフランジ３１により真空容器８な
どに取り付けられている場合に、シール部およびグリー
ス１９の凍結を防止し、第１の断熱パイプ２および第２
の断熱パイプ３の可動性を保障することができる低温流
体用バイヨネット継ぎ手を提供すること。 【解決手段】 少なくとも取付けフランジ３１を銅やア
ルミニウムなどの高熱伝導材料により構成することに着
目したもので、第１の断熱パイプ２およびこの第１の断
熱パイプ２に対して嵌合した第２の断熱パイプ３と、第
１の断熱パイプ２および第２の断熱パイプ３のいずれか
一方を真空容器８の取付け孔９に取り付けるための取付
けフランジ３１と、第１の断熱パイプ２および第２の断
熱パイプ３の間をシールするシール部材４と、を有する
とともに、取付けフランジ３１は、これを高熱伝導材料
で製作してあることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は低温流体用バイヨネ
ット継ぎ手にかかるもので、とくに半導体の製造にあた
ってシリコンウェハーなどに各種のイオンを注入するイ
オン注入装置におけるシリコンウェハーの冷却操作、あ
るいはプラズマ表面処理装置などにおけるコーティング
時の冷却操作などにあたって液体窒素や液体ヘリウムな
どの低温流体移送用として用いられる冷却媒体移送用配
管、さらに、その他の配管において低温流体の移送用と
して応用することができる低温流体用バイヨネット継ぎ
手に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のバイヨネット継ぎ手は、一対のパ
イプを互いに差し込んで構成するというその構造上、外
部からの侵入熱を低く押さえることができるため、たと
えば液体窒素や液体ヘリウムなどの低温流体を移送する
配管継ぎ手としてよく使われている。しかしながら、従
来の低温流体用バイヨネット継ぎ手は、固定式の配管で
あり、低温流体移送用としてこれを接続しても、相対的
に運動することはほとんどできない。しかも、バイヨネ
ット継ぎ手を組み込んだリンク配管は、長期間にわたっ
て使用され、耐久性が要求されている。

【０００３】低温流体を冷却媒体として採用し、被冷却
物にこれを移送して冷却する冷却媒体移送用配管などに
おいては、一対のパイプがそれぞれの軸心のまわりに互
いに回転可能であるなど可動式のバイヨネット継ぎ手が
要請されており、少しでも動かすことができる低温流体
用バイヨネット継ぎ手として提案されているもの、また
これを低温装置の真空容器に取り付ける構成としてある
ものを図３にもとづき概説する。

【０００４】図３は、提案されている低温流体用バイヨ
ネット継ぎ手１の断面図であって、低温流体用バイヨネ
ット継ぎ手１は、第１の断熱パイプ２および第２の断熱
パイプ３を組み合わせたもので、さらにＯリング４（シ
ール部材）および袋ナット５を有する。また、第１の断
熱パイプ２の外壁面全周に突出して形成した取付けフラ
ンジ６の部分において、取付けボルト７により真空容器
８の外壁面側にこの低温流体用バイヨネット継ぎ手１を
固定している。すなわち低温流体用バイヨネット継ぎ手
１は、真空容器８の取付け孔９を貫通して常温常圧室１
０から真空室１１へ至って、任意の低温流体応用装置
（図示せず）に低温流体を供給可能となっている。

【０００５】第１の断熱パイプ２は、二重管構造であっ
て、その内部を第１の断熱真空部１２としてある。第２
の断熱パイプ３も、二重管構造であって、その内部を第
２の断熱真空部１３としてある。第１の断熱パイプ２の
端部は、これを凹部として、この内部に第２の断熱パイ
プ３の凸部とした端部を所定長さ（差込み部１４）にわ
たって挿入し、回転継ぎ手部１５とするとともに、この
嵌合部分のわずかな間隙部を付属断熱部１６としてあ
る。

【０００６】この付属断熱部１６の最奥部（室温側）
に、Ｏリング４と、差込み部１４が抜けてしまうことを
防止可能な脱落防止用ストッパー１７および脱落防止用
フランジ１８と、上記袋ナット５と、を設けてある。し
たがって、第１の断熱パイプ２および第２の断熱パイプ
３は、軸方向には一体で相対的に移動することはなく、
わずかな隙間（付属断熱部１６）があるため回転継ぎ手
部１５（差込み部１４）において相対的に回転可能とな
っている。

【０００７】Ｏリング４部分、さらに脱落防止用ストッ
パー１７および脱落防止用フランジ１８部分にはグリー
ス１９を塗布することにより、第１の断熱パイプ２およ
び第２の断熱パイプ３の回転を保障するように潤滑を行
う。なお、第１の断熱パイプ２あるいは第２の断熱パイ
プ３の回転操作を行う場合には、袋ナット５をゆるめれ
ばよい。また、真空室１１内部の低温配管（図示せず）
への接続に使用される低温流体用バイヨネット継ぎ手１
の場合には、Ｏリング４によるシール部は、真空容器８
より内方側（真空室１１側）に少し入った状態でこれを
配置する場合が多い。

【０００８】第１の断熱パイプ２および第２の断熱パイ
プ３により低温流体流路２０を形成し、低温流体流路２
０内を低温流体たとえば液体窒素ＬＮを一方向に供給可
能であるとともに、たとえば被冷却物（図示せず）を冷
却可能で、被冷却物との熱的接触によりガス化した窒素
ガスＧＮと混相状態で供給帰還させることができる。も
ちろん、この低温流体流路２０内中央部に流体供給管
（図示せず）を配置することにより、この流体供給管内
を供給通路とし、流体供給管と第１の断熱パイプ２およ
び第２の断熱パイプ３との間を帰還通路とすることもで
きる。

【０００９】なお、付属断熱部１６の部分から窒素ガス
ＧＮが外方に漏れ出る可能性はあるが、Ｏリング４によ
りシールしてあるとともに、付属断熱部１６はわずかな
隙間しかないので、この間に進入した窒素ガスＧＮは多
少の温度差があっても対流することはほとんどできず、
低温の窒素ガスＧＮの存在により、断熱作用を呈するこ
とができる。また、Ｏリング４部分は、室温程度となっ
ているので、Ｏリング４が凍ることはないし、上述のよ
うにグリース１９などで潤滑することができる。さら
に、第１の断熱パイプ２および第２の断熱パイプ３は、
薄肉のステンレス鋼材料によりこれを構成すれば、この
部分を伝わって低温部に入る侵入熱はこれを非常に少な
くすることができる。

【００１０】液体窒素ＬＮあるいは窒素ガスＧＮに圧力
がかかっている場合であっても、脱落防止用ストッパー
１７および脱落防止用フランジ１８が互いに係合してい
るとともに袋ナット５で固定しているため、この圧力の
ために差込み部１４が飛び出たり、抜け出ることは防止
されている。

【００１１】こうした低温流体用バイヨネット継ぎ手１
を利用することにより、たとえば直線状にこれを設ける
場合はもちろん、第１の断熱パイプ２あるいは第２の断
熱パイプ３のいずれか一方を途中から任意の角度（たと
えば直角）に折り曲げ、さらに多数本の低温流体用バイ
ヨネット継ぎ手１を組み合わせて多節リンクとすれば、
三次元内での低温流体（冷却媒体）の移送配管の構築が
可能である。すなわち、回転継ぎ手部１５における回転
が可能であるため、任意の範囲にわたって、被冷却物の
動きに追随して冷却媒体を移送可能である。

【００１２】しかして、第１の断熱パイプ２および第２
の断熱パイプ３は、既述のように、薄肉のステンレス鋼
材料を用いて、たとえば溶接により組み立てられている
とともに、Ｏリング４によるシール部は取付けフランジ
６の近くではあるが真空室１１内にあって断熱された状
態になっているため、内部の低温流体流路２０に液体窒
素ＬＮや液体ヘリウムなどの極低温流体を流すと、管壁
を介した熱伝導作用により、Ｏリング４のシール部は次
第に冷やされ、ついにはＯリング４およびグリース１９
がともに凍ってしまう。

【００１３】凍ったＯリング４は、シール性能が低下し
て漏れを発生させ、また凍ったグリース１９は、常に回
転や揺動状態にある第１の断熱パイプ２および第２の断
熱パイプ３を傷つけたり、甚だしい場合には、第１の断
熱パイプ２および第２の断熱パイプ３のふたつの管を固
着させてしまうという問題がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、取付けフランジによ
り真空容器などに取り付けられた低温流体用バイヨネッ
ト継ぎ手におけるシール部の凍結を防止可能とした低温
流体用バイヨネット継ぎ手を提供することを課題とす
る。

【００１５】また本発明は、グリースの凍結による可動
性の低下を防止可能な低温流体用バイヨネット継ぎ手を
提供することを課題とする。

【００１６】また本発明は、Ｏリングなどのシール部材
によるシール部分を設けた低温装置において、シール部
材の潤滑を保障可能な低温流体用バイヨネット継ぎ手を
提供することを課題とする。

【００１７】また本発明は、第１の断熱パイプおよび第
２の断熱パイプの可動性を保障することができる低温流
体用バイヨネット継ぎ手を提供することを課題とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、少な
くとも取付けフランジを銅やアルミニウムなどの高熱伝
導材料により構成することに着目したもので、真空容器
に取り付けるとともに、低温流体を移送するための低温
流体用バイヨネット継ぎ手であって、上記低温流体を移
送可能である、第１の断熱パイプおよびこの第１の断熱
パイプに対して嵌合した第２の断熱パイプと、これら第
１の断熱パイプおよび第２の断熱パイプのいずれか一方
を上記真空容器の取付け孔に取り付けるための取付けフ
ランジと、これら第１の断熱パイプおよび第２の断熱パ
イプの間をシールするシール部材と、を有するととも
に、上記取付けフランジは、これを高熱伝導材料で製作
してあることを特徴とする低温流体用バイヨネット継ぎ
手である。

【００１９】上記シール部材を収容するシール部材収容
部は、上記取付けフランジと同一の材料でこれを構成す
ることができる。

【００２０】上記シール部材を収容するシール部材収容
部は、上記第１の断熱パイプあるいは上記第２の断熱パ
イプのいずれか一方と同一の材料でこれを構成すること
ができる。

【００２１】上記取付けフランジは、上記真空容器の外
壁に熱接触していることが望ましい。

【００２２】上記高熱伝導材料としては、たとえば銅、
アルミニウム、あるいはこれらと他の金属などとの合金
などが好適である。

【００２３】本発明による低温流体用バイヨネット継ぎ
手においては、取付けフランジを銅やアルミニウムなど
の高熱伝導材料により構成することとしたので、真空容
器の壁部や外気からの熱がシール部材収容部に伝わり、
真空室中にあるシール部材のシール部を常温に保持する
ことができる。したがって、シール部材およびグリース
の凍結を防止し、シール性能および潤滑性能を維持する
とともに、低温流体用バイヨネット継ぎ手の可動性を保
障することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の第１の実施の形態
による低温流体用バイヨネット継ぎ手３０を図１にもと
づき説明する。ただし、図３と同様の部分には同一符号
を付し、その詳述はこれを省略する。図１は、低温流体
用バイヨネット継ぎ手３０の断面図であって、低温流体
用バイヨネット継ぎ手３０においては、取付けフランジ
３１と、Ｏリング４を収容するように第１の断熱パイプ
２の先端部に形成したＯリング収容部３２（シール部材
収容部）とをともに、一体の高熱伝導材料から構成して
いる。高熱伝導材料としては、たとえば銅、アルミニウ
ム、あるいはこれらと他の金属（たとえばクロムなど）
との合金を採用する。

【００２５】なお、第１の断熱パイプ２におけるステン
レス材料による他の部分と取付けフランジ３１およびＯ
リング収容部３２との接合は、銀ろう付け３３などによ
り行う。

【００２６】なお、図１に示した例は、低温流体用バイ
ヨネット継ぎ手３０の外部（真空容器８の内部の真空室
１１）が低真空（０．１Ｐａ以上の圧力）になっている
場合を示している。すなわち、低真空においては、低温
流体が流れている内部配管（第１の断熱パイプ２および
第２の断熱パイプ３）への断熱性能を維持するために、
大気圧中で使用する場合と同じように、外部に高真空の
ジャケット（第１の断熱真空部１２および第２の断熱真
空部１３）を設ける必要がある。低温流体用バイヨネッ
ト継ぎ手３０を使用する雰囲気が高真空（０．０１Ｐａ
以下の圧力）の場合には、使用雰囲気がそのまま高性能
の断熱真空となるので、真空のジャケットは不要とな
る。

【００２７】こうした構成の低温流体用バイヨネット継
ぎ手３０において、取付けフランジ３１およびＯリング
収容部３２を銅やアルミニウムなどの高熱伝導材料によ
り構成するとともに、取付けフランジ３１が真空容器８
の外壁面に熱接触しているので、真空容器８の壁部や外
気から熱が、取付けフランジ３１を介してＯリング収容
部３２に速やかに伝わり、真空室１１中にあるＯリング
４のシール部を常温に保持することができる。したがっ
て、Ｏリング４およびグリース１９の凍結を防止し、シ
ール性能および潤滑性能を維持するとともに低温流体用
バイヨネット継ぎ手３０の可動性を保障することができ
る。

【００２８】つぎに図２は、本発明の第２の実施の形態
による低温流体用バイヨネット継ぎ手４０の断面図であ
って、低温流体用バイヨネット継ぎ手４０においては、
取付けフランジ４１を高熱伝導材料から構成し、一方Ｏ
リング収容部４２（シール部材収容部）を第１の断熱パ
イプ２と一体の低熱伝導材料であるステンレス材料から
構成している。取付けフランジ４１とＯリング収容部４
２との間、取付けフランジ４１と第１の断熱パイプ２と
の間については、図１の低温流体用バイヨネット継ぎ手
３０と同様に銀ろう付け３３により接合する。

【００２９】こうした構成の低温流体用バイヨネット継
ぎ手４０において、Ｏリング４を収容しているＯリング
収容部４２は、大きさないし容量としては取付けフラン
ジ４１より小さいため、ステンレスによりこれを構成し
てこのシール部の機械的強度を維持するようにしても、
より容量が大きな取付けフランジ４１からの侵入熱によ
り所定の温度にこれを保温することが可能であり、低温
流体用バイヨネット継ぎ手３０と同様に、Ｏリング４お
よびグリース１９の凍結を防止することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高熱伝導
材料による取付けフランジからの熱伝導により、真空室
中にあるシール部を常温に保持することが可能になり、
シール部材およびグリースは凍結することなく、真空中
にある低温流体用バイヨネット継ぎ手を正常に機能させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による低温流体用バ
イヨネット継ぎ手３０の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による低温流体用バ
イヨネット継ぎ手４０の断面図である。

【図３】提案されている低温流体用バイヨネット継ぎ手
１の断面図である。

【符号の説明】

１ 低温流体用バイヨネット継ぎ手（図３） ２ 第１の断熱パイプ ３ 第２の断熱パイプ ４ Ｏリング（シール部材） ５ 袋ナット ６ 取付けフランジ ７ 取付けボルト ８ 真空容器 ９ 取付け孔 １０ 常温常圧室 １１ 真空容器８内の真空室 １２ 第１の断熱パイプ２の第１の断熱真空部 １３ 第２の断熱パイプ３の第２の断熱真空部 １４ 差込み部 １５ 回転継ぎ手部 １６ 付属断熱部 １７ 脱落防止用ストッパー １８ 脱落防止用フランジ １９ グリース ２０ 低温流体流路 ３０ 低温流体用バイヨネット継ぎ手（第１の実施の形
態、図１） ３１ 取付けフランジ ３２ Ｏリング収容部（シール部材収容部） ３３ 銀ろう付け ４０ 低温流体用バイヨネット継ぎ手（第２の実施の形
態、図２）） ４１ 取付けフランジ ４２ Ｏリング収容部（シール部材収容部） ＬＮ 液体窒素 ＧＮ 窒素ガス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器に取り付けるとともに、低温
   流体を移送するための低温流体用バイヨネット継ぎ手で
   あって、 前記低温流体を移送可能である、第１の断熱パイプおよ
   びこの第１の断熱パイプに対して嵌合した第２の断熱パ
   イプと、 これら第１の断熱パイプおよび第２の断熱パイプのいず
   れか一方を前記真空容器の取付け孔に取り付けるための
   取付けフランジと、 これら第１の断熱パイプおよび第２の断熱パイプの間を
   シールするシール部材と、を有するとともに、 前記取付けフランジは、これを高熱伝導材料で製作して
   あることを特徴とする低温流体用バイヨネット継ぎ手。
2. 【請求項２】 前記シール部材を収容するシール部材
   収容部は、前記取付けフランジと同一の材料でこれを構
   成したことを特徴とする請求項１記載の低温流体用バイ
   ヨネット継ぎ手。
3. 【請求項３】 前記シール部材を収容するシール部材
   収容部は、前記第１の断熱パイプあるいは前記第２の断
   熱パイプのいずれか一方と同一の材料でこれを構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の低温流体用バイヨネッ
   ト継ぎ手。
4. 【請求項４】 前記取付けフランジは、前記真空容器
   の外壁に熱接触していることを特徴とする請求項１記載
   の低温流体用バイヨネット継ぎ手。