JP2023108927A - ボルト締結構造体、ボルト締結方法および流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトによる締結時に発生するパーティクルに起因する流体の外部リークを低減する。【解決手段】流量制御装置または流量制御システムに用いられるボルト締結構造体は、ボルトと、ブロック本体と、被締結体と、を備える。ボルトは、外周面にねじ山を備える軸部を有する。被締結体は、軸部が通過する貫通孔を有する。ブロック本体は、貫通孔を介して挿入される軸部を受け入れる受入部と、本体側開口部と、本体側開口部に繋がる流体の通路である本体側通路部と、を有する。本体側開口部は、被締結体側から見て、受入部と同一面上に位置する。受入部は、軸部のねじ山と接触して噛み合うねじ溝と、ねじ溝の少なくとも一部よりも軸部の挿入方向の上流側に位置する内側面と、を有する。内側面は、受入部に挿入された軸部と間隙を介して離れて位置する。【選択図】図７

Description

本発明は、ボルト締結構造体と、ボルト締結方法と、流量制御装置と、に関する。

従来、マスフローコントローラ等を備えた集積化ガス制御装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０－３０００００号公報

ガスなどの流体を扱う装置においては、それぞれが流体の流路部を有する複数のブロック体を、ボルトを用いて締結することにより、各ブロックの流路部をつなげることができる。例えば、一方のブロック体に設けられた貫通孔にボルトの軸部を挿入する。ボルトを回転させながら他方のブロック体に上記軸部を挿入すると、軸部の表面に設けられたねじ山が、他方のブロック体に形成されたねじ溝と噛み合って固定される。これにより、複数のブロック体が締結されると同時に、各ブロックの流路部が繋がる。

ところが、締結過程においてボルトを回転させると、ボルトの軸部のねじ山がねじ溝と接触して擦れることにより、ねじ山の表面の一部が欠落する場合がある。欠落した破片（以下、パーティクルとも称する）としては、例えば、ボルトのねじ山の表面に、耐腐食性および光沢性等を考慮してメッキ加工などの表面処理が施されている場合には、ねじ山の表面から剥がれたメッキ片が考えられる。また、ボルトのねじ山の表面に表面処理が施されていない場合には、上記のパーティクルとして、ねじ山を構成する金属そのものの破片が考えられる。発生したパーティクルが、締結する各ブロックの間に挟まって隙間が形成されると、流路部を流れる流体が上記隙間を介して外部にリークすることになる。

締結時にボルトのねじ山とねじ溝とが接触して擦れる以上、上記したパーティクルの発生はやむを得ない。しかし、発生したパーティクルに起因する流体の外部リークを低減する対策については、特許文献１も含めて、従来一切検討されていない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ボルトによる締結時に発生するパーティクルに起因する流体の外部リークを低減することができるボルト締結構造体と、ボルト締結方法と、流量制御装置と、を提供することにある。

本発明の一側面に係るボルト締結構造体は、流量制御装置または流量制御システムに用いられるボルト締結構造体であって、ボルトと、ブロック本体と、前記ボルトによって前記ブロック本体に締結される被締結体と、を備え、前記ボルトは、外周面にねじ山を備える軸部を有し、前記被締結体は、前記軸部が通過する貫通孔を有し、前記ブロック本体は、前記貫通孔を介して挿入される前記軸部を受け入れる受入部と、本体側開口部と、前記本体側開口部に繋がる流体の通路である本体側通路部と、を有し、前記本体側開口部は、前記被締結体側から見て、前記受入部と同一面上に位置し、前記受入部は、前記軸部の前記ねじ山と接触して噛み合うねじ溝と、前記ねじ溝の少なくとも一部よりも前記軸部の挿入方向の上流側に位置する内側面と、を有し、前記内側面は、前記受入部に挿入された前記軸部と間隙を介して離れて位置する。

本発明の他の側面に係る流量制御装置は、上述のボルト締結構造体と、前記ボルト締結構造体の内部を流れる前記流体の流量を検知する流量検知機構と、流量制御弁と、前記流量検知機構の検知結果に基づいて、前記流量制御弁を駆動する駆動制御部と、を備える。

本発明のさらに他の側面に係るボルト締結方法は、外周面にねじ山を備えるボルトの軸部を、被締結体の貫通孔に挿入し、通過させる通過工程と、前記貫通孔を通過した前記軸部を、挿入された前記軸部と間隙を介して離れて位置する内側面とねじ溝とを持つ、ブロック本体の受入部に挿入し、前記ボルトの前記ねじ山と前記受入部の前記ねじ溝とを噛み合わせることにより、前記被締結体と前記ブロック本体とを締結する締結工程と、を有する。

本発明によれば、ボルトによる締結時に発生するパーティクルに起因する流体の外部リークを低減することができる。

本発明の実施の一形態に係る流量制御装置の構成を示す説明図である。 上記流量制御装置が備える流量制御弁を拡大して示す断面図である。 上記流量制御装置の正面図である。 図３の流量制御装置を所定の断面で切ったときの斜視図である。 構造体を所定の断面で切ったときの斜視図である。 上記構造体に含まれるブロック本体の斜視図である。 上記構造体の締結部分の構造を拡大して示す断面図である。 図７の上記構造を分解して示す断面図である。 上記構造体の受入部の平面図と断面図とを併せて示した図である。 上記構造体の変形例の構成を、平面図と断面図とで併せて示した図である。 上記構造体の他の変形例の構成を示す断面図である。 上記構造体のさらなる変形例の構成を示す断面図である。 上記構造体のさらなる変形例の構成を示す断面図である。 上記構造体のさらなる変形例の構成を示す断面図である。 上記流量制御装置を備える流量制御システムの概略の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

〔１．流量制御装置の概要〕
図１は、本実施形態の流量制御装置１の概略の構成を示す説明図である。流量制御装置１は、例えばマスフローコントローラで構成されている。マスフローコントローラは、例えば半導体製造装置に用いられ、半導体の製造プロセスにおいて、用いるガス等の流体の流量を制御する機器である。流量制御装置１は、本体部２と、流量検知機構３と、流量制御弁４と、駆動制御部５と、を備える。

本体部２は、内部に流路部２１を有するブロックである。上記流体は、流路部２１を流れる。本体部２は、後述するボルト締結構造体１００としての構造体１００ｂ（図３参照）で構成される。本体部２の詳細は、以下の通りである。

本体部２は、複数のブロック体を含む。上記複数のブロック体は、第１ブロック体Ｌ１と、第２ブロック体Ｌ２と、第３ブロック体Ｌ３と、を含む。第１ブロック体Ｌ１、第２ブロック体Ｌ２および第３ブロック体Ｌ３は、流体の流入側から流出側に向かってこの順で配置される。そして、隣り合うブロック体同士がボルトによって締結される。すなわち、第１ブロック体Ｌ１と第２ブロック体Ｌ２とは、ボルトＢ１（図４参照）によって締結される。また、第２ブロック体Ｌ２と第３ブロック体Ｌ３とは、ボルトＢ２（図４参照）によって締結される。

第１ブロック体Ｌ１には、流路部２１の一部を構成する流入路２１ａが設けられる。第３ブロック体Ｌ３には、流路部２１の一部を構成する流出路２１ｂが設けられる。図１の例では、流入路２１ａおよび流出路２１ｂは、それぞれ屈曲した形状であるが、それぞれの形状は特に限定されず、直線状であってもよい。

第２ブロック体Ｌ２には、流路部２１の一部を構成する中間流路２１ｃおよびバイパス部２１ｄが設けられる。中間流路２１ｃおよびバイパス部２１ｄは、第２ブロック体Ｌ２の内部で繋がる。また、第１ブロック体Ｌ１と第２ブロック体Ｌ２とが締結された状態では、流入路２１ａとバイパス部２１ｄとが繋がる。さらに、第２ブロック体Ｌ２と第３ブロック体Ｌ３とが締結された状態では、中間流路２１ｃと流出路２１ｂとが繋がる。したがって、第１ブロック体Ｌ１、第２ブロック体Ｌ２および第３ブロック体Ｌ３が締結された状態では、流入路２１ａと流出路２１ｂとは、バイパス部２１ｄおよび中間流路２１ｃを介して繋がる。

流路部２１（特に流入路２１ａ）の上流端には、上流側ポート２Ａが位置する。上流側ポート２Ａは、外部流入配管（図示せず）と接続される。流路部２１（特に流出路２１ｂ）の下流端には、下流側ポート２Ｂが位置する。下流側ポート２Ｂは、外部流出配管（図示せず）と接続される。

上記したバイパス部２１ｄには、入口側流路２２ａおよび出口側流路２２ｂが接続される。入口側流路２２ａおよび出口側流路２２ｂはそれぞれ、流量検知機構３の細管３１の一方の端部および他方の端部と繋がる。

したがって、外部流入配管から上流側ポート２Ａを介して流入路２１ａに流入した流体は、入口側流路２２ａと、バイパス部２１ｄとに所定の流量比で分岐して流れる。入口側流路２２ａを介して流量検知機構３の細管３１を流れた流体は、出口側流路２２ｂを介してバイパス部２１ｄに導かれ、バイパス部２１ｄを流れる流体と合流する。合流後の流体は、バイパス部２１ｄから中間流路２１ｃに向かって流れる。

流量検知機構３は、本体部２を流れる流体の流量を検知する。本実施形態では、流量検知機構３は、サーマル方式で流体の流量を検知する構成を採用している。すなわち、流量検知機構３は、上記の細管３１と、一対の発熱抵抗線３２および３３と、を備える。細管３１は、第４ブロック体Ｌ４に設けられる通過孔Ｔを通る。第４ブロック体Ｌ４は、ボルトＢ３（図３、図４参照）によって第２ブロック体Ｌ２に締結される。発熱抵抗線３２および３３は細管３１に巻回され、それぞれブリッジ回路（図示せず）と接続される。

発熱抵抗線３２および３３に電流を流し、発熱抵抗線３２および３３を加熱した状態で細管３１内に流体を流すと、細管３１の上流側および下流側に、流体の質量流量に対応する温度差が生じる。この温度差を、上記ブリッジ回路を用いて電気信号に変換することにより、流体の質量流量を計測（検知）することができる。流体の質量流量を計測する演算部、つまり、上記ブリッジ回路を含む演算部ＣＡは、例えば後述する駆動制御部５に含まれてもよい。

なお、流量検知機構３は、サーマル方式以外の方式（例えば圧力式（差圧式））で流体の流量を検知する構成であってもよい。

図２は、流量制御弁４を拡大して示す断面図である。流量制御弁４は、本体部２の内部を流れる流体の流量を制御する機構であり、例えばノーマルクローズタイプで構成される。このような流量制御弁４は、弁座部４１と、弁体４２と、アクチュエータ４３と、作動体４４と、押さえ部材４５と、ばね支持台４６と、弁体戻しばね４７と、戻しばね支持部４８と、付勢部材４９と、を有して構成される。

弁座部４１は、略回転体形状であり、下部に弁座面４１Ｓを有する。弁座部４１の内部には、流体の流路となる内部流路４１ａが形成されている。

弁座部４１は、本体部２（特に第２ブロック体Ｌ２）に形成された円柱状の収容凹部Ｌ２ａに収容されている。収容凹部Ｌ２ａは、第２ブロック体Ｌ２において、中間流路２１ｃを分断する。ここで、収容凹部Ｌ２ａによって分断された中間流路２１ｃのうち、上流側の流路を第１中間流路２１ｃ_１と称し、下流側の流路を第２中間流路２１ｃ_２と称する。第１中間流路２１ｃ_１は、収容凹部Ｌ２ａの底面中央部に設けられた開口と繋がる。第２中間流路２１ｃ_２は、収容凹部Ｌ２ａの底面周縁部または側面に設けられた開口と繋がる。

弁座部４１を収容凹部Ｌ２ａに収容した状態では、弁座部４１の外周面と収容凹部Ｌ２ａの内周面との間に隙間が形成される。そして、上記の第２中間流路２１ｃ_２が、上記隙間を介して内部流路４１ａと連通している。

弁体４２は、収容凹部Ｌ２ａ内で弁座部４１の下方に位置し、弁座部４１と対向配置される。弁体４２は、略回転体形状であり、上部に着座面４２Ｓを有する。着座面４２Ｓは、弁体４２の上下方向の移動により、弁座面４１Ｓに対して接触または離間する。

弁体４２は、弁体戻しばね４７により、上方に、つまり、着座面４２Ｓが弁座面４１Ｓに接触（着座）する方向に付勢されている。弁体戻しばね４７は、戻しばね支持部４８によって支持されている。戻しばね支持部４８は、収容凹部Ｌ２ａ内で弁座部４１の下方に位置し、弁体戻しばね４７を支持するとともに、弁座部４１を支持する。

アクチュエータ４３は、上下方向、つまり、弁座面４１Ｓに対する着座面４２Ｓの接離方向に、作動体４４の軸４４１を介して弁体４２を駆動する駆動部である。このアクチュエータ４３は、例えばピエゾスタック４３１を備える。ピエゾスタック４３１は、電圧印加によって膨張変形するピエゾ素子を複数枚積層して形成される。ピエゾスタック４３１は収容体４３２内に収容される。

作動体４４は、上記の軸４４１と、ダイヤフラム部４４２を介して軸４４１を支持する支持体４４３（第５ブロック体Ｌ５）と、を有する。支持体４４３は、その上方に位置する押さえ部材４５（第６ブロック体Ｌ６）とともに、ボルトＢ４によって第２ブロック体Ｌ２に固定される。

押さえ部材４５は、作動体４４（特に支持体４４３）を本体部２（特に第２ブロック体Ｌ２）に押さえるカバーである。ばね支持台４６は、付勢部材４９の一端（下端）を支持する。付勢部材４９は、軸４４１の周囲に位置し、他端（上端）は軸４４１の上端に固定されている。

上記した流量制御弁４の構成において、ピエゾスタック４３１への電圧の無印加状態では、弁体戻しばね４７の上方への付勢力により、着座面４２Ｓが弁座面４１Ｓに接触している。このため、第１中間流路２１ｃ_１と第２中間流路２１ｃ_２とが遮断される。すなわち、この状態では、第１中間流路２１ｃ_１を流れる流体は、弁体４１の内部流路４１ａを介して第２中間流路２１ｃ_２へは流れない。

ピエゾスタック４３１に電圧を印加すると、ピエゾスタック４３１が伸長する。すると、ピエゾスタック４３１が付勢部材４９の付勢力に抗して作動体４４の軸４４１を下方に押圧する。すると、弁体４２が下方に移動する。すなわち、弁体４２の着座面４２Ｓが弁座面４１Ｓから離間し、着座面４２Ｓと弁座面４１Ｓとの間に、印加電圧に応じた隙間が形成される。この状態では、第１中間流路２１ｃ_１を流れる流体は、上記隙間を介して弁体４１の内部流路４１ａに流れ込み、さらに第２中間流路２１ｃ_２に流れる。

このように、アクチュエータ４３（特にピエゾスタック４３１）の駆動により、弁体４２の着座面４２Ｓが、弁座部４１の弁座面４１Ｓに対して接離する。これにより、所望の弁開度に応じた電圧（開度制御信号）をアクチュエータ４３に与えてアクチュエータ４３（ピエゾスタック４３１）を伸長させることにより、開度制御信号の値に応じた弁開度を実現して、流入路２１ａから中間流路２１ｃを介して流出路２１ｂに流れる流体の流量を調整（制御）することができる。

駆動制御部５は、流量検知機構３の検知結果（検知した流量）に基づいて、流量制御弁４のアクチュエータ４３に上記の開度制御信号を与えて、アクチュエータ４３を駆動する。このような駆動制御部５は、（１）上記ブリッジ回路の出力信号を増幅する増幅回路、（２）増幅回路の出力信号を補正して、流量制御装置１の外部に出力する補正回路、（３）補正した信号と、外部から入力される流量設定信号とを比較する比較制御回路、（４）比較制御回路の出力に基づいてアクチュエータ４３の駆動信号（開度制御信号）を生成する駆動回路、（５）制御部（例えばＣＰＵ）、等を含んで構成される。駆動制御部５がアクチュエータ４３を駆動することにより、上述のように弁開度を調整して、流路部２１（特に流出路２１ｂ）を流れる流体の流量を、予め定めた設定流量に近づけることができる。

〔２．ボルト締結構造体について〕
図３は、上記した流量制御装置１の正面図である。流量制御装置１は、ボルト締結構造体１００を備える。ボルト締結構造体１００は、例えば、構造体１００ａおよび１００ｂの少なくとも一方を含む。構造体１００ａは、ボルトＢ３により、第４ブロック体Ｌ４と第２ブロック体Ｌ２とを締結し、ボルトＢ４により、第５ブロック体Ｌ５である作動体４４（特に支持体４４３）と、第６ブロック体Ｌ６である押さえ部材４５とを、第２ブロック体Ｌ２に締結して構成される。

ここで、第２ブロック体Ｌ２をブロック本体２００とすると、第４ブロック体Ｌ４は、ボルトＢ３によってブロック本体２００に締結される被締結体３００と呼ぶことができる。また、第５ブロック体Ｌ５および第６ブロック体Ｌ６はまとめて（これらを一体として）、ボルトＢ４によってブロック本体２００に締結される被締結体３００と呼ぶことができる。したがって、構造体１００ａは、ボルトＢ３と、ブロック本体２００としての第２ブロック体Ｌ２と、被締結体３００としての第４ブロック体Ｌ４と、を備える。また、構造体１００ａは、ボルトＢ４と、ブロック本体２００としての第２ブロック体Ｌ２と、被締結体３００としての第５ブロック体Ｌ５および第６ブロック体Ｌ６と、を備える。

図４は、図３の流量制御装置１を、ボルトＢ３およびボルトＢ４を通る断面で切ったときの斜視図である。同図に示すように、構造体１００ｂは、ボルトＢ１により、第１ブロック体Ｌ１と第２ブロック体Ｌ２とを締結し、ボルトＢ２により、第２ブロック体Ｌ２と第３ブロック体Ｌ３とを締結して構成される。

ここで、上記と同様に、第２ブロック体Ｌ２をブロック本体２００とすると、第１ブロック体Ｌ１は、ボルトＢ１によってブロック本体２００に締結される被締結体３００と呼ぶことができる。また、第３ブロック体Ｌ３は、ボルトＢ２によってブロック本体２００に締結される被締結体３００と呼ぶことができる。したがって、構造体１００ｂは、ボルトＢ１およびＢ２と、ブロック本体２００としての第２ブロック体Ｌ２と、被締結体３００としての第１ブロック体Ｌ１および第３ブロック体Ｌ３と、を備える。

以下、ボルト締結構造体１００の詳細について説明する。なお、ボルト締結構造体１００を構成する構造体１００ａおよび１００ｂは、被締結体３００の種類が異なるだけで、締結構造自体は同じである。したがって、ここでは例として、構造体１００ａの締結構造について説明する。

また、構造体１００ａでは、２つの被締結体３００、すなわち、第４ブロック体Ｌ４のみからなる被締結体３００と、第５ブロック体Ｌ５および第６ブロック体Ｌ６からなる被締結体３００とが、ブロック本体２００である第２ブロック体Ｌ２に締結されているが、ブロック本体２００に対する各被締結体３００の締結構造は同じである。そこで、ここでは例として、第２ブロック体Ｌ２に対する第４ブロック体Ｌ４の締結構造について説明する。

図５は、構造体１００ａを、２つのボルトＢ３を通る断面であって、第２ブロック体Ｌ２と第３ブロック体Ｌ３との連結方向に垂直な断面で切ったときの斜視図である。第４ブロック体Ｌ４は、４つのボルトＢ３により、第２ブロック体Ｌ２に締結されている。各ボルトＢ３は、頭部１０１と、軸部１０２と、を有する。頭部１０１は、軸部１０２よりも大径である。頭部１０１および軸部１０２は、軸部１０２の軸方向（中心軸の方向）に連結される。なお、他のボルトＢ１、Ｂ２およびＢ４についても、ボルトＢ３と同様の構造である。

第４ブロック体Ｌ４（被締結体３００）は、貫通孔３０１を有する。ボルトＢ３の軸部１０２は、貫通孔３０１を通過して位置する。

第２ブロック体Ｌ２（ブロック本体２００）は、受入部２０１を有する。受入部２０１は、貫通孔３０１を介して挿入される軸部１０２を受け入れる。

なお、第２ブロック体Ｌ２は、受入部２０１ａをさらに有する。受入部２０１ａは、図４で示すように、第１ブロック体Ｌ１の貫通孔３０１を介して挿入されるボルトＢ１の軸部１０２を受け入れる。同様に、第２ブロック体Ｌ２は、受入部２０１ｂおよび２０１ｃをさらに有する。受入部２０１ｂは、第３ブロック体Ｌ３の貫通孔３０１を介して挿入されるボルトＢ２の軸部１０２を受け入れる。受入部２０１ｃは、第５ブロック体Ｌ５および第６ブロック体Ｌ６を貫通する貫通孔３０１を介して挿入されるボルトＢ４の軸部１０２を受け入れる。これらの受入部２０１ａ～２０１ｃは、受入部２０１と同様の構造である。

図５に示すように、構造体１００ａは、シール材Ｓを備える。シール材Ｓは、例えば円環状のガスケットで構成され、ブロック本体２００としての第２ブロック体Ｌ２と接触して位置するとともに、被締結体３００としての第４ブロック体Ｌ４と接触して位置する。シール材Ｓは、開口部Ｓａを有する。シール材Ｓは、被締結体３００側、つまり、第４ブロック体Ｌ４側から見て、受入部２０１と同一面上に（並んで）位置する。シール材Ｓと受入部２０１とが並ぶ方向は、受入部２０１に対する軸部１０２の挿入方向と垂直な方向である。

図６は、第２ブロック体Ｌ２の斜視図である。ブロック本体２００としての第２ブロック体Ｌ２には、シール材受部２０２が設けられている。シール材受部２０２は、シール材Ｓを受ける（または収容する）凹部である。シール材受部２０２は、例えば、第２ブロック体Ｌ２の入口側流路２２ａおよび出口側流路２２ｂと対応する位置にそれぞれ設けられている。以下での説明の便宜上、２つのシール材受部２０２を互いに区別する場合、入口側流路２２ａに対応して設けられる一方のシール材受部２０２を、シール材受部２０２ａと称し、出口側流路２２ｂに対応して設けられる他方のシール材受部２０２を、シール材受部２０２ｂと称する。

シール材受部２０２ａは、本体側開口部２０２ａ_１を有する。入口側流路２２ａは、本体側開口部２０２ａ_１に繋がる流体の通路である本体側通路部を構成する。同様に、シール材受部２０２ｂは、本体側開口部２０２ｂ_１を有する。出口側流路２２ｂは、本体側開口部２０２ｂ_１に繋がる流体の通路である本体側通路部を構成する。

図５に示すように、第２ブロック体Ｌ２の入口側流路２２ａと、第４ブロック体Ｌ４の通過孔Ｔに位置する細管３１とは、シール材受部２０２ａに収容されたシール材Ｓの開口部Ｓａを介して連通する。これにより、入口側流路２２ａを通る流体は、シール材Ｓの開口部Ｓａを通って細管３１に流れる。このことから、第２ブロック体Ｌ２は、シール材Ｓの開口部Ｓａと繋がる流体の通路部としての入口側流路２２ａを有すると言える。また、第４ブロック体Ｌ４は、シール材Ｓの開口部Ｓａと繋がる流体の通路部としての細管３１を有すると言える。シール材受部２０２において、シール材Ｓは、本体側開口部２０２ａ_１および本体側開口部２０２ｂ_１（図６参照）の周囲にそれぞれ位置する。

また、上記細管３１は、第２ブロック体Ｌ２の出口側流路２２ｂと、他のシール材受部２０２ｂに収容されたシール材の開口部を介して連通する。これにより、細管３１を流れる流体は、上記シール材の上記開口部を通って出口側流路２２ｂに流れる。このことから、第２ブロック体Ｌ２は、上記シール材の開口部と繋がる流体の通路部としての出口側流路２２ｂを有すると言える。

第２ブロック体Ｌ２には、他のシール材受部２０２ｃ等も設けられている。他のシール材受部２０２ｃ等は、第２ブロック体Ｌ２と他の被締結体３００（例えば第１ブロック体Ｌ１、第２ブロック体Ｌ２、第５ブロック体Ｌ５）との両方に接触するシール材を収容する。これにより、例えば、第１ブロック体Ｌ１の流入路２１ａから第２ブロック体Ｌ２のバイパス部２１ｄに向かって流れる流体は、他のシール材受部２０２ｃに収容されるシール材の開口部を介して流れる。また、第２ブロック体Ｌ２の第１中間流路２１ｃ１から第２中間流路２１ｃ２に向かって流れる流体は、他のシール材受部２０２ｄに収容されるシール材の開口部を介して流れる。さらに、第２ブロック体Ｌ２の中間流路２１ｃから第３ブロック体Ｌ３の流出路２１ｂに向かって流れる流体は、他のシール材受部（図示せず）に収容されるシール材の開口部を介して流れる。

このような点でも、第２ブロック体Ｌ２は、シール材受部２０２ｃ等に収容されるシール材の開口部と繋がる流体の通路部（例えばバイパス部２１ｄ、中間流路２１ｃ）を有すると言える。同様に、被締結体３００としての第１ブロック体Ｌ１は、上記通路部としての流入路２１ａを有し、第３ブロック体Ｌ３は、上記通路部としての流出路２１ｂを有すると言える。

なお、上記したシール材受部は、被締結体３００側にのみ設けられてもよく、ブロック本体２００および被締結体３００の両方に設けられてもよい。本実施形態では、ブロック本体２００としての第２ブロック体Ｌ２にシール材受部２０２が設けられるとともに、被締結体３００としての第４ブロック体Ｌ４にも、シール材受部３０２（図５、図７参照）が設けられている。シール材受部３０２は、シール材受部２０２との間で同じシール材Ｓを挟み込む。

図５に示すように、シール材受部３０２は、被締結側開口部３０２ａを有する。上記細管３１は、締結側開口部３０２ａに繋がる流体の通路である締結側通路部を構成する。

図７は、構造体１００ａのボルトＢ３による締結部分の構造を拡大して示す断面図である。図８は、構造体１００ａの上記構造を分解して示す断面図である。図９は、受入部２０１の平面図と断面図とを併せて示した図である。これらの図に示すように、ボルトＢ３の軸部１０２は、外周面１０２ａにねじ山１０２ｂを備える。ねじ山１０２ｂは、外周面１０２ａにおいて螺旋状に形成される。

ここで、以下での説明の便宜上、受入部２０１に対する軸部１０２の挿入方向を、軸部１０２の中心軸ＣＡに沿った方向とする。そして、軸部１０２の中心軸ＣＡの周りの方向を周方向と称し、軸部１０２の中心軸ＣＡに垂直な面内で、中心軸ＣＡと交差する方向を径方向と称する。この定義によると、例えば、軸部１０２の上記した外周面１０２ａは、軸部１０２の周方向に沿った面であるとも言える。

第２ブロック体Ｌ２の上記した受入部２０１は、ねじ溝２１１ａと、内側面２１１ｂと、を有する。ねじ溝２１１ａは、螺旋状に形成されており、ボルトＢ３を回転させたときに、受入部２０１の内部を通過する軸部１０２のねじ山１０２ｂと接触して噛み合う。

内側面２１１ｂは、ねじ溝１０２ａの少なくとも一部よりも軸部１０２の挿入方向の上流側に位置する。図７～図９の例では、内側面２１１ｂは、ねじ溝１０２ａの全部よりも軸部１０２の挿入方向の上流側に位置する。内側面２１１ｂは、受入部２０１に挿入された軸部１０２と間隙Ｇを介して離れて位置する。図７に示すように、軸部１０２の中心軸ＣＡと内側面２１１ｂとの距離Ｄは、軸部１０２の挿入方向において一定であるが、挿入方向において変化してもよい。なお、後者の例については後述する。

内側面２１１ｂは、軸部１０２を周方向に囲んで位置する。すなわち、内側面２１１ｂは、受入部２０１に挿入された軸部１０２の周方向の全周に沿って位置する。ねじ溝２１１ａの上流側端部と、内側面２１１ｂの下流側端部とは、底面２１１ｃによって連結される。底面２１１ｃは、軸部１０２の径方向に沿って位置する面であり、軸部１０２の中心軸ＣＡの周方向に円環状に形成される。

ボルトＢ３を用いて第４ブロック体Ｌ４（被締結体３００）を第２ブロック体Ｌ２（ブロック本体２００）に締結する場合、図８に示すように、第２ブロック体Ｌ２のシール材受部２０２にシール材Ｓを配置した状態で、第２ブロック体Ｌ２に対して第４ブロック体Ｌ４を重ね合わせ、締結位置を合わせる。

そして、ボルトＢ３の軸部１０２を、第４ブロック体Ｌ４の貫通孔３０１に挿入し、通過させる（通過工程）。そして、貫通孔３０１を通過した軸部１０２を、第２ブロック体Ｌ２の受入部２０１に挿入する。受入部２０１において、ボルトＢ３の軸部１０２は、内側面２１１ｂの内側を通り、ねじ溝２１１ａの上流側端部に達する。

この状態でボルトＢ３を回転させると、軸部１０２のねじ山１０２ｂがねじ溝２１１ａと接触して噛み合いながら、ボルトＢ３が下流側に進行する。そして、ボルトＢ３の頭部１０１が第４ブロック体Ｌ４に当接すると、ボルトＢ３の回転が止まる。以上でもって、第４ブロック体Ｌ４が第２ブロック体Ｌ２に締結（固定）される（締結工程）。

本実施形態では、受入部２０１の内側面２１１ｂが、挿入された軸部１０２と間隙Ｇを介して離れて位置する。これにより、軸部１０２のねじ山１０２ｂが、受入部２０１のねじ溝２１１ａと接触して擦れることによってねじ山１０２ｂから細かい破片（例えばメッキ片などの金属片）が剥がれ落ちても、その剥がれ落ちた金属片（以下、パーティクルと称する）は、ねじ溝２１１ａよりも上流側に形成される間隙Ｇに収容される。したがって、締結過程で発生したパーティクルの外部への飛散を低減することができる。よって、図５に示すように、シール材受部２０２の本体側開口部２０２ａ_１が、第４ブロック体Ｌ４側から見て、受入部２０１と同一面上に（並んで）位置する構成であっても、第２ブロック体Ｌ２と第４ブロック体Ｌ４との間に上記パーティクルが挟まって隙間が形成されるおそれを低減することができる。その結果、本体側開口部２０２ａ_１と繋がる入口側流路２２ａを流れる流体が上記隙間を介して外部にリークするおそれを低減することができる。つまり、上記パーティクルに起因して流体が外部にリークするおそれを低減することができる。

特に、内側面２１１ｂは、ねじ溝２１１ａの全部よりも上流側に位置するため、ねじ溝２１１ａよりも上流側の位置で、挿入された軸部１０２の周方向全体を間隙Ｇを介して囲むように内側面２１１ｂを位置させることができる。これにより、軸部１０２と内側面２１１ｂとの間に円環状の溝を形成することができる。つまり、軸部１０２の周方向の周り全体に、パーティクルを収容する空間を確保することができる。

また、内側面２１１ｂが、挿入された軸部１０２の周方向の全周に沿って位置することにより、軸部１０２の周りに上記した円環状の溝を形成することができるため、締結時に、軸部１０２の周方向のどの位置からどの方向にパーティクルが飛散しても対処することができる。つまり、軸部１０２のねじ山１０２ｂのどの位置からパーティクルが発生したとしても、その発生したパーティクルを円環状の溝に収容して外部への飛散を低減することができる。

また、第４ブロック体Ｌ４は、被締結側開口部３０２ａと、被締結側通路部としての細管３１と、を有する。そして、本体側通路部としての入口側流路２２ａは、本体側開口部２０２ａ_１および被締結側開口部３０２ａを介して、細管３１と繋がる。この構成では、第２ブロック体Ｌ２の入口側流路２２ａから第４ブロック体Ｌ４の細管３１に流体が流れる。第２ブロック体Ｌ２と第４ブロック体Ｌ４との間で流体が内部を流れる構成では、締結時にパーティクルが第２ブロック体Ｌ２と第４ブロック体Ｌ４との間に挟まって隙間が形成されると、流体の外部リークが起こりやすくなる。そのため、パーティクルに起因する流体の外部リークを低減する本実施形態の構成が非常に有効となる。

また、本実施形態では、図５に示すように、本体側開口部２０２ａ_１の周囲にシール材Ｓが位置する。本実施形態では、上述のように、締結過程で発生したパーティクルの外部への飛散を低減することができるため、上記パーティクルがシール材Ｓと干渉して（噛み込んで）、シール材Ｓが傷つくおそれを低減することができる。その結果、シール材Ｓを介して流体が外部にリークするおそれを低減することができる。

また、図１等で示した流量制御装置１は、上述したボルト締結構造体１００としての構造体１００ａと、流量検知機構３と、流量制御弁４と、駆動制御部５と、を備える。上述した構造体１００ａの構成によれば、締結時に発生するパーティクルに起因して、流体外部にリークするおそれを低減することができるため、流量検知に基づく流量制御を精度よく行うことができる。

また、本実施形態のボルト締結方法では、上記した締結工程において、第４ブロック体Ｌ４の貫通孔３０１を通過した軸部１０２を、挿入された軸部１０２と間隙Ｇを介して離れて位置する内側面２１１ｂとねじ溝２１１ａとを持つ、第２ブロック体Ｌ２の受入部２０１に挿入し、ボルトＢ３のねじ山１０２ｂと受入部２０１のねじ溝２１１ａとを噛み合わせることにより、第４ブロック体Ｌ４と第２ブロック体Ｌ２とを締結する。これにより、ねじ山１０２ｂとねじ溝２１１ａとが噛み合うことにより発生するパーティクルを、受入部２０１において、内側面２１１ｂと軸部１０２との間の間隙Ｇに収容して、上記パーティクルの外部への飛散を低減することができる。その結果、締結時に第２ブロック体Ｌ２と第４ブロック体Ｌ４との間に上記パーティクルが挟まって隙間が形成されるおそれを低減することができる。よって、上記隙間を介して流体が外部にリークするおそれを低減することができる。

〔３．変形例〕
図１０は、構造体１００ａの変形例の構成を、平面図と断面図とで併せて示した図である。受入部２０１の内側面２１１ｂは、ねじ溝２１１ａの一部よりも軸部１０２の挿入方向の上流側に位置してもよい。なお、ねじ溝２１１ａの一部とは、ボルトＢ３の３６０°の回転方向の一部の角度範囲に対応する。この場合、内周面２１１ｂは、挿入される軸部１０２の周方向の全周ではなく、周方向の一部のみに沿って位置することになる。

このとき、内側面２１１ｂは、第４ブロック体Ｌ４側から見て、ねじ溝２１１ａとシール材Ｓとの間の領域Ｒ（ハッチング部分）を横切って位置することが望ましい。

図１０の構成では、締結時にボルトＢ３の軸部１０２のねじ山１０２ｂから発生するパーティクルのうち、シール材Ｓの方向に飛散するパーティクルを、軸部１０２と内側面２１１ｂとの間の間隙Ｇに収容することができる。したがって、内周面２１１ｂを、受入部２０１に挿入される軸部１０２の周方向の一部のみに沿って位置させる必要最小限の構成で、パーティクルに起因する外部リークのおそれを低減する効果を得ることができる。

なお、前述の図９の構成、つまり、受入部２０１の内側面２１１ｂが、ねじ溝２１１ａの全部よりも上流側に位置する構成では、内側面２１１ｂが領域Ｒを横切って位置することは明らかである。つまり、内側面２１１ｂが領域Ｒを横切って位置する構成は、内側面２１１ｂがねじ溝２１１ａの一部よりも上流側に位置する構成には限定されない。

図１１は、構造体１００ａの他の変形例の構成を示す断面図である。受入部２０１の内側面２１１ｂは、複数の側面部を有していてもよい。図１１の例では、内側面２０１は、２つの側面部２１１ｂ_１および２１１ｂ_２を有する。側面部２１１ｂ_１は、側面部２１１ｂ_２よりも軸部１０２の挿入方向の上流側に位置する。なお、側面部の数は、３つ以上であってもよい。

２つの側面部２１１ｂ_１および２１１ｂ_２は、受入部２０１に挿入された軸部１０２の中心軸ＣＡとの距離が、互いに異なる。例えば、側面部２１１ｂ_１と中心軸ＣＡとの距離をＤ１とし、側面部２１１ｂ_２と中心軸ＣＡとの距離をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２である。すなわち、複数の側面部２１１ｂ_１および２１１ｂ_２は、軸部１０２の挿入方向の上流側から下流側に向かって、軸部１０２の中心軸ＣＡとの距離が小さくなる順に配置される。

側面部２１１ｂ_１の下端（挿入方向の下流側端部）と側面部２１１ｂ_２の上端（挿入方向の上流側端部）とは、連結部２１３を介して連結される。連結部２１３は、中心軸ＣＡに垂直な方向に沿って位置する。

上記のように、受入部２０１の内側面２１１ｂが、軸部１０２の挿入方向の上流側から下流側に向かって中心軸ＣＡとの距離が段階的に小さくなる形状であっても、受入部２０１に挿入される軸部１０２と内側面２１１ｂとの間に、パーティクルの収容空間（隙間Ｇ）を確保して、上述した本実施形態の効果を得ることができる。

図１２は、構造体１００ａのさらなる変形例の構成を示す断面図である。複数の側面部２１１ｂ_１および２１１ｂ_２は、軸部１０２の挿入方向の上流側から下流側に向かって、軸部１０２の中心軸ＣＡとの距離が大きくなる順に配置されてもよい。図１２の例では、Ｄ１＜Ｄ２である。このような構成であっても、受入部２０１に挿入される軸部１０２と内側面２１１ｂとの間に、パーティクルの収容空間（隙間Ｇ）を確保して、上述した本実施形態の効果を得ることができる。

図１３は、構造体１００ａのさらなる変形例の構成を示す断面図である。受入部２０１の内側面２１１ｂは、テーパー部２１１ｂ_３を有していてもよい。テーパー部２１１ｂ_３は、受入部２０１に挿入される軸部１０２の挿入方向の上流側から下流側に向かって、軸部１０２の中心軸ＣＡに近づく。

上記のように、受入部２０１の内側面２１１ｂが、軸部１０２の挿入方向の上流側から下流側に向かって中心軸ＣＡとの距離が連続的に小さくなる形状であっても、受入部２０１に挿入される軸部１０２と内側面２１１ｂとの間に、パーティクルの収容空間（隙間Ｇ）を確保して、上述した本実施形態の効果を得ることができる。

図１４は、構造体１００ａのさらなる変形例の構成を示す断面図である。上記したテーパー部２１１ｂ_３は、受入部２０１に挿入される軸部１０２の挿入方向の上流側から下流側に向かって、軸部１０２の中心軸ＣＡから遠ざかる形状であってもよい。なお、この構成では、テーパー部２１１ｂ_３の下流側端部と、ねじ溝２１１ａの上流側端部とは、底面２１１ｃによって連結される。この構成であっても、受入部２０１に挿入される軸部１０２と内側面２１１ｂとの間に、パーティクルの収容空間（隙間Ｇ）を確保して、上述した本実施形態の効果を得ることができる。

〔４．その他〕
図９で示した例では、受入部２０１の内側面２１１ｂは、被締結体側、つまり、ボルトの挿入方向の上流側から見て円形であるが、楕円形、多角形など、円形以外の形状であってもよい。

本実施形態で示した構成を適宜組み合わせて、ボルト締結構造体１００を形成してもよい。例えば、受入部２０１の内側面２１１ｂを軸部１０２の周方向の一部に設ける図１０の構成と、内側面２１１ｂと中心軸ＣＡとの距離を段階的に変化させる図１１または図１２の構成とを組み合わせて、ボルト締結構造体１００を形成してもよい。また、図１０の構成と、内側面２１１ｂと中心軸ＣＡとの距離を連続的に変化させる図１３または図１４の構成とを組み合わせて、ボルト締結構造体１００を形成してもよい。さらに、図１１または図１２の構成と、図１３または図１４の構成とを組み合わせて、ボルト締結構造体１００を形成してもよい。

本実施形態で説明したボルト締結構造体１００は、流量制御装置１を含む流量制御システムに用いることができる。図１５は、流量制御システム５００の概略の構成を示す斜視図である。流量制御システム５００は、本実施形態の流量制御装置１と、機器６００と、を含む。機器６００は、空圧弁、ガスフィルタ、圧力センサ、圧力レギュレータ、バイパスフランジなどの機器から適宜選択して構成される。種類の異なる機器６００を複数併用して流量制御システム５００を構成することも勿論可能である。

本実施形態で説明したボルト締結構造体１００は、流量制御装置１の各ブロックの締結部分のみならず、流量制御システム５００に用いられる機器６００を構成する各ブロックの締結部分に利用することができる。つまり、ボルト締結構造体１００は、流量制御装置１および機器６００の少なくとも一方に適用することができる。

本実施形態で説明したボルト締結構造体１００は、ノーマルオープンタイプの流量制御弁を備えた流量制御装置に適用することも勿論可能である。

本実施形態で説明したボルト締結構造体１００は、流体の圧力を制御する圧力制御装置に適用することも勿論可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で拡張または変更して実施することができる。

本発明は、例えばマスフローコントローラなどの流量制御装置に利用可能である。

１ 流量制御装置
２ 本体部（ボルト締結構造体）
３ 流量検知機構
４ 流量制御弁
５ 駆動制御部
２１ａ 流入路（通路部）
２１ｂ 流出路（通路部）
２１ｃ 中間流路（通路部）
２１ｄ バイパス部（通路部）
２２ａ 入口側流路（本体側通路部）
２２ｂ 出口側流路（本体側通路部）
３１ 細管（被締結側通路部）
１０２ 軸部
１００ ボルト締結構造体
１００ａ 構造体（ボルト締結構造体）
１００ｂ 構造体（ボルト締結構造体）
１０２ａ 外周面
１０２ｂ ねじ山
２００ ブロック本体
２０１ 受入部
２０２ａ_１ 本体側開口部
２０２ｂ_１ 本体側開口部
２１１ａ ねじ溝
２１１ｂ 内側面
２１１ｂ_１ 側面部
２１１ｂ_２ 側面部
２１１ｂ_３ テーパー部
３００ 被締結体
３０１ 貫通孔
３０２ａ 被締結側開口部
５００ 流量制御システム
６００ 機器
Ｂ１～Ｂ４ ボルト
ＣＡ 中心軸
Ｇ 間隙
Ｌ１ 第１ブロック体（被締結体）
Ｌ２ 第２ブロック体（ブロック本体）
Ｌ３ 第３ブロック体（被締結体）
Ｌ４ 第４ブロック体（被締結体）
Ｌ５ 第５ブロック体（被締結体）
Ｌ６ 第６ブロック体（被締結体）
Ｓ シール材

Claims (10)

1. 流量制御装置または流量制御システムに用いられるボルト締結構造体であって、
   ボルトと、ブロック本体と、前記ボルトによって前記ブロック本体に締結される被締結体と、を備え、
   前記ボルトは、外周面にねじ山を備える軸部を有し、
   前記被締結体は、前記軸部が通過する貫通孔を有し、
   前記ブロック本体は、
   前記貫通孔を介して挿入される前記軸部を受け入れる受入部と、
   本体側開口部と、
   前記本体側開口部に繋がる流体の通路である本体側通路部と、を有し、
   前記本体側開口部は、前記被締結体側から見て、前記受入部と同一面上に位置し、
   前記受入部は、
   前記軸部の前記ねじ山と接触して噛み合うねじ溝と、
   前記ねじ溝の少なくとも一部よりも前記軸部の挿入方向の上流側に位置する内側面と、を有し、
   前記内側面は、前記受入部に挿入された前記軸部と間隙を介して離れて位置する、ボルト締結構造体。
2. 前記内側面は、前記ねじ溝の全部よりも前記軸部の挿入方向の上流側に位置する、請求項１に記載のボルト締結構造体。
3. 前記内側面は、前記受入部に挿入された前記軸部の周方向の全周に沿って位置する、請求項２に記載のボルト締結構造体。
4. 前記内側面は、前記軸部の中心軸との距離が異なる複数の側面部を有し、
   前記複数の側面部は、前記軸部の前記挿入方向の上流側から下流側に向かって、前記軸部の中心軸との距離が小さくなる順、または前記距離が大きくなる順に配置される、請求項１から３のいずれかに記載のボルト締結構造体。
5. 前記内側面は、前記軸部の前記挿入方向の上流側から下流側に向かって前記軸部の中心軸に近づく、または前記中心軸から遠ざかるテーパー部を有する、請求項１から４のいずれかに記載のボルト締結構造体。
6. 前記被締結体は、
   被締結側開口部と、
   前記被締結側開口部と繋がる前記流体の通路である被締結側通路部と、を有し、
   前記本体側通路部は、前記本体側開口部および前記被締結側開口部を介して、前記被締結側通路部と繋がる、請求項１から５のいずれかに記載のボルト締結構造体。
7. 前記本体側開口部の周囲に位置するシール材をさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載のボルト締結構造体。
8. 前記内側面は、前記被締結体側から見て、前記ねじ溝と前記シール材との間を横切って位置する、請求項７に記載のボルト締結構造体。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のボルト締結構造体と、
   前記ボルト締結構造体の内部を流れる前記流体の流量を検知する流量検知機構と、
   流量制御弁と、
   前記流量検知機構の検知結果に基づいて、前記流量制御弁を駆動する駆動制御部と、を備える、流量制御装置。
10. 外周面にねじ山を備えるボルトの軸部を、被締結体の貫通孔に挿入し、通過させる通過工程と、
    前記貫通孔を通過した前記軸部を、挿入された前記軸部と間隙を介して離れて位置する内側面とねじ溝とを持つ、ブロック本体の受入部に挿入し、前記ボルトの前記ねじ山と前記受入部の前記ねじ溝とを噛み合わせることにより、前記被締結体と前記ブロック本体とを締結する締結工程と、を有する、ボルト締結方法。

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