(57)【要約】【課題】流体配管を一時的に切り離したい場合であっても配管の一部を切断しなくて良く、また再接続を行う場合であっても容易に再接続することができ、しかも熱収縮や外力による破損を防止することができる配管の継手構造を提供すること。【解決手段】内部流路を備えた第１の配管２と内部流路を備えた第２の配管３との間を着脱自在に接合する配管の継手構造であって、第１の配管２の上部外側に、略筒状の第１の継手部材４を嵌挿するとともに、第１の配管２の上端部に第１のドーナッツ板５を載置し、第１の継手部材４の上部開口端面に第２のドーナッツ板６を載置し、第２のドーナッツ板６の開口部に第２の継手部材７を嵌挿したことを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部流路を備えた第１の配管（２）と内部流路を備えた第２の配管（３）との間を着脱
自在に接合する配管の継手構造であって、
前記第１の配管（２）の上部外側に、略筒状の第１の継手部材（４）を嵌挿するととも
に、前記第１の配管（２）の上端部に第１のドーナッツ板（５）を載置し、前記第１の継
手部材（４）の上部開口端面に第２のドーナッツ板（６）を載置し、前記第２のドーナッ
ツ板（６）の開口部に第２の継手部材（７）を嵌挿したことを特徴とする配管の継手構造
。
【請求項２】
前記第１の継手部材（４）と前記第２の継手部材（７）の外側に耐火断熱体（８）を配
置するとともに、当該耐火断熱体（８）の外側に、両端開口部にフランジ（１０）を付設
したベローズ（９）を配置し、さらに前記フランジ（１０）に接合される相フランジ（１
６）にガスケット（１２）を嵌挿した台座（１７）を一体的に取り付けし、さらに押さえ
板（１５）により前記ガスケット（１２）を前記第１の配管（２）及び前記第２の配管（
３）に圧着させたことを特徴とする請求項１に記載の配管の継手構造。
【請求項３】
前記第１の配管（２）と前記第１の継手部材（４）との間、前記第１のドーナツ板（５
）と前記第２の継手部材（４）との間、前記第２のドーナツ板（６）と前記第２の継手部
材（７）との間、並びに前記第２の継手部材（７）と前記第２の配管（３）の間には、そ
れぞれ隙間が設けられていることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の配管の継
手構造。
【請求項４】
前記耐火断熱体（８）の内部には冷却手段（１３）が介在されていることを特徴とする
請求項２〜３のいずれかに記載の配管の継手構造。
【請求項５】
前記第１の継手部材（４）と前記第２の継手部材（７）と前記耐火断熱体（８）とで画
成される空間部、及び前記耐火断熱体（８）と前記ベローズ（９）とで画成される空間部
には、それぞれ繊維状の耐火断熱材（１４）が充填されていることを特徴とする請求項２
〜４のいずれかに記載の配管の継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配管の継手構造に関するもので、詳しくは、例えば多結晶シリコンの製造法に
使用される石英管などからなる配管の継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、経済的で効率的な多結晶シリコンの製造法として亜鉛還元法が注目されている。
シリコン製造装置である還元反応器に導入される原料となる高純度の亜鉛ガスおよび四塩
化珪素ガスは高温、腐食性のガスであり、該ガスが通る流体配管には、ガスによる腐食、
ガスとの合金化反応、及びガス中への金属材料由来の不純物汚染のため、金属管を採用す
ることは難しく、耐熱、耐腐食性の石英等のセラミック材料からなる配管を使用していた
。流体配管に石英を使用する場合、配管接続部の密封性を得るためには接着や溶接による
方法しかなく、こうして製造した配管は全体が剛構造になるため、熱収縮や外力で破損す
るという問題があった。
【０００３】
一方、還元反応器において、還元反応の操業条件を変更したり、生成した高純度多結晶
シリコン成形体の取り出し・回収などのため、還元反応器近くの亜鉛ガス及び四塩化珪素
ガスの流体配管（供給配管）を一時的に切り離す必要がある。
【０００４】
この場合、従来の接着や溶接による一体構造の流体配管では、切り離し部分で流体配管
を切断せざるを得なかった。また、操業再開前には、切断した部分を再び接着や溶接を行
って流体配管を繋げる必要がある。このような接着剥がし、配管切断、再接続の作業には
多大な労力と時間を要するという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、従来から様々な手段が講じられている。
例えば、特許文献１では、石英管の連結に際して、接着、溶接などに代わる石英管ジョ
イント装置が開示されている。該ジョイント装置は石英管端部に設けられたフランジの背
面を曲面状に形成し、その曲面状の頂点部がクランプ板の平面に当接するように構成され
ている。
【０００６】
当該ジョイント装置は、石英管の端部自体がフランジ構造となっており、しかも曲面状
なので石英の加工に高度な技術と熟練を要し、コスト高になる。また、高温の取り扱いガ
スでは、クランプ部が高温になるため、クランプの材質選定に制約がある。しかも、接続
部全体が剛構造であるため、通過するガスが高温の場合には、熱収縮や外力で破損してし
まう虞がある。
【０００７】
一方、特許文献２には、第１の石英ガラス管と第２の石英ガラス管のいずれか一方の端
部近傍に、管内部を横断方向に配置される仕切り板を設けるとともに、この仕切り板に、
ガラス管嵌合部を貫通して石英ガラス管同士を連通させる連通パイプを突設させた管継手
構造が開示されている。
【０００８】
この特許文献２の管継手構造では、石英ガラス管の端部の構造、仕切り板、連通パイプ
の取り付けなどが複雑であり、特に石英ガラス管の端部の加工に厳密な加工精度が要求さ
れるため、コスト高になる。また特許文献２も特許文献１の場合と同様に、全体が剛構造
であるので、通過するガスが高温の場合には、熱収縮や外力で破損してしまう虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１０６９０３号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５８４２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑み、管内を流通するガスが外へ漏れないような密
封性を有するのは勿論のこと、流体配管を一時的に切り離したい場合であっても配管の一
部を切断しなくて良く、また再接続を行う場合であっても再接続時の時間短縮と省力化を
図り、容易に再接続を行うことが可能で、しかも管内を流通する高温のガスに対して伸縮
自在な柔構造とすることにより熱収縮や外力による破損を防止することができる配管の継
手構造を提供することを目的としている。
【００１１】
また、本発明において最外殻にベローズを装着する場合には、このベローズが冷却でき
る構造とし、ベローズ材質として、金属あるいはプラスチックのいずれであっても使用す
ることのできる配管の継手構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明は、
前記第１の継手部材４と前記第２の継手部材７の外側に耐火断熱体８を配置するととも
に、当該耐火断熱体８の外側に、両端開口部にフランジ１０を付設したベローズ９を配置
し、さらに前記フランジ１０に接合される相フランジ１６にガスケット１２を嵌挿した台
座１７を一体的に取り付けし、さらに押さえ板１５により前記ガスケット１２を前記第１
の配管２及び前記第２の配管３に圧着させたことを特徴としている。
【００１３】
このような構成であれば、配管を接着したり溶接したりすることが不要であるので接続
作業が容易であるとともに、配管の一部を切り離したい場合に切断する必要がなく、また
、配管を再接続する場合に短時間で容易にそれを行うことができる。
【００１４】
また、管内を流れるガスが高温であるとしても、伸縮自在な柔構造とすることにより管
の破損を防止することができる。勿論、ガスが外部に漏洩してしまうことはない。
しかも、上記構成によれば、流体配管の接続と、接続部の取り外しを繰り返し行うこと
ができる。
【００１５】
ここで、本発明では、前記第１の継手部材４と前記第２の継手部材７の外側に耐火断熱
体８を配置するとともに、当該耐火断熱体８の外側に、両端開口部にフランジ１０を付設
したベローズ９を配置し、さらに前記フランジ１０に接合される相フランジ１６にガスケ
ット１２を嵌挿した台座１７を一体的に取り付けし、さらに押さえ板１５により前記ガス
ケット１２を前記第１の配管２及び前記第２の配管３に圧着させることが好ましい。
【００１６】
このような構成であれば、耐火断熱性が付与されるとともに、ガスケットにより配管周
囲を緊密に締め付けることが可能で密閉性を保持することができる。
さらに本発明では、
前記第１の配管２と前記第１の継手部材４との間、前記第１のドーナツ板５と前記第２
の継手部材４との間、前記第２のドーナツ板６と前記第２の継手部材７との間、並びに前
記第２の継手部材７と前記第２の配管３の間には、それぞれ隙間が設けられていることが
好ましい。
【００１７】
このような構成であれば、より柔軟性が発揮されるので、熱収縮が生じたり外力が加わ
ったりした場合にその動きを許容することができ、結果として破損が生じ難くなる。
また、本発明では、前記耐火断熱体８の内部には冷却手段１３が介在されていることが
好ましい。
【００１８】
このように耐火断熱材の内部に冷却手段１３が介在されることにより、耐火断熱材の高
温化を防止することができるとともに、耐火断熱材８の外側に配置されるベローズ９が高
温にならないように防止することができる。
【００１９】
これにより、ベローズ９の材質として金属に限定されず、プラスチックの使用を可能に
することができる。
また、本発明では、前記第１の継手部材４と前記第２の継手部材７と前記耐火断熱体８
とで画成される空間部、及び前記耐火断熱体８と前記ベローズ９とで画成される空間部に
は、それぞれ繊維状の耐火断熱材１４が充填されていることが好ましい。
【００２０】
このような構成であれば、さらに断熱性能を発揮することができるとともに、流通ガス
によりフランジ１０，１６が高温になることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る配管の継手構造によれば、高温、腐食性のガスが管内を通過する際に生じ
易い伸縮を効果的に吸収することができるので、熱収縮や外力に起因する管の破損を防止
することができる。
【００２２】
また、配管端部に複雑な加工がする必要がなく溶接などを行うこともないので、
接続が容易であるとともに、管の切り離し、再接続を行う場合の時間短縮と省力化を図る
ことができる。
【００２３】
さらに、継手部に冷却手段を導入すれば最外方にベローズを用いる場合に、材質として
金属に限定されずプラスチックを採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施態様に係わる配管の継手構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の態様について説明する。
なお、以下の説明では、亜鉛還元法による高純度多結晶シリコンの製造において原料ガ
スとして使用する亜鉛ガス及び四塩化珪素ガスを流通ガスとする配管の継手構造について
説明するが、本発明の継手構造は、これらの流通ガスが流れる配管に限定されるものでは
なく、他の高温、腐食性のガスを供給するための配管の継手構造にも適用可能である。
【００２６】
亜鉛還元法で原料ガスとして使用する亜鉛ガス及び四塩化珪素ガスは一般に、９００〜
１，２００℃の高温であり、また亜鉛ガスは鉄などの金属と反応し、四塩化珪素ガスは腐
食性のガスでもあるので配管材料として金属を使用することはできない。そこで、亜鉛還
元法における配管材料としては、石英管、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックスの適用
が可能であるが、コストや取り扱い易さの面から通常は石英が使われている。以下の説明
では、亜鉛還元法における配管として石英管を適用した場合について説明するが、本発明
はこれに限定されるものではない。
【００２７】
図１は本発明の一実施例に係る配管の継手構造１を示した断面図で、第１の配管２と第
２の配管３はともに石英管である。なお、説明の都合上、以下では、第１の配管２側を下
、第２の配管３側を上として「上」「下」を規定する。
【００２８】
本実施例において、流通ガスである亜鉛ガス又は四塩化珪素ガスは第１の配管２の下方
より流入し、第２の配管３の上方へ流れていく。
この配管の継手構造１では、内部流路を有する第１の配管２と内部流路を有する第２の
配管３との間が、第１の継手部材４と、第１のドーナツ板５と、第２のドーナツ板６と、
第２の鍔付継手部材７とにより着脱自在に接続されている。
【００２９】
配管の継手構造１を構成するこれら各部材の材質は、第１の配管２及び第２の配管３と
同様に全て石英製である。なお、第１の配管２及び第２の配管３の材質が石英以外の窒化
珪素、炭化珪素などであれば、継手構造１のこれら各構成部材も配管材質と同じ材質にす
るとよい。
【００３０】
以下、本実施例に係る配管の継手構造１の組み立てについて説明する。
先ず、上面が開口し底面の一部が円形に開口して形成された略円筒状の第１の継手部材
４を第１の配管２の上方外側に嵌挿する。第１の継手部材４の底部開口部４ａの直径Ａは
、第１の配管２の外径Ｂよりも大きくする。
【００３１】
また第１の継手部材４の底面４ｂは、第１の配管２の上部開口端面２ａより１〜１０ｃ
ｍ下の位置まで嵌挿することが好ましい。この時、第１の継手部材４の底部開口部４ａの
内周面と第１の配管２の外周面が互いに接触しないように１〜１０ｍｍの隙間を確保する
ことが好ましい。
【００３２】
次に、第１の配管２の上部開口端面２ａ上に第１のドーナツ板５を載置する。この第１
のドーナツ板５の外径Ｃは第１の配管２の外径Ｂより大きく、第１の継手部材４の内径Ｄ
より小さくする（Ｂ＜Ｃ＜Ｄ）。この時、第１のドーナツ板５の外周面と第１の継手部材
４の内周面は互いに接触しないようにし、第１のドーナツ板５の外周面と第１の継手部材
４の内周面との間に形成される隙間は１〜１０ｍｍ確保することが好ましい。第１のドー
ナツ板５の開口部の直径Ｅは、第１の配管２の内径Ｆよりも小さく設定する（Ｅ＞Ｆ）。
また、第１の配管２の上部開口端面２ａと、第１のドーナツ板５の下面は、単に接触して
いるだけであり特に接着・溶接はされていない。
【００３３】
次に、第１の継手部材４の上部開口端面４ｃ上に、第２のドーナツ板６を載置する。こ
の第２のドーナツ板６の外径Ｇは第１の継手部材４の外径Ｈより大きく（Ｇ＞Ｈ）、第２
のドーナツ板６の開口部の直径Ｉは、第１の継手部材４の内径Ｄより小さくする（Ｉ＜Ｄ
）。また、第１の継手部材４の上部開口端面４ｃと第２のドーナツ板６の下面は、単に接
触しているだけであり、特に接着・溶接はしていない。
【００３４】
次に、底面が開口し上面にドーナツ状の鍔１８を一体に設けた円筒状の第２の継手部材
７を、第２のドーナツ板６及び第１の継手部材４の内側に嵌挿する。第２の継手部材７の
上部に一体に設けられたドーナツ状の鍔１８の開口部の直径Ｊは、第２の配管３の内径Ｋ
より小さい（Ｊ＜Ｋ）。ドーナツ状の鍔１８は第２の継手部材７の上端部と溶接等により
一体に固定されている。また、第２の継手部材７の外径Ｌは、第２のドーナツ板６の開口
部の直径Ｉよりも小さい（Ｌ＜Ｉ）。第２の継手部材７の外周面と、第２のドーナツ板６
の開口部内周面は互いに接触しないようにし、第２のドーナツ板６の開口部内周面と第２
の継手部材７の外周面との間に形成される隙間が、１〜１０ｍｍになるように設定する。
【００３５】
第２の継手部材７の下端部位置７ａは、第１の継手部材４の上部開口端面４ｃの位置よ
りも１〜１０ｃｍ下の位置になるように設定する。
配管の継手構造１を構成する第１の継手部材４と、第１のドーナツ板５と、第２のドー
ナツ板６と、第２の継手部材７とを互いに接着せず、それぞれの間に所定の隙間を確保す
ることにより、継手内部の連通路を仮に９００〜１，２００℃の高温ガスが通過して各部
材が熱の影響により多少収縮したとしても、各部材が互いに伸縮自在に動き合うので、配
管２，３及び継手部材４，７が相互に干渉して破損することはない。
【００３６】
さらに、本実施例の配管の継手構造１では、第１の継手部材４と第２の継手部材７の下
部外側を囲繞するように耐火断熱体８が配置されている。この耐火断熱材８は、複数の分
割体から構成されたものであり、耐火断熱体８の材質は、炭化珪素、アルミナ、シリカ等
を成分組成とするキャスタブル耐火材で構成することが好ましい。
【００３７】
そして、第1の継手部材４の底面４ｂは、耐火断熱体８の上に載置されている。また、
このように複数の分割体から構成された耐火断熱材８の外方には、所定間隔離間して、両
端開口部にフランジ１０、１０’を付設したベローズ９が装着されている。
【００３８】
一方、このベローズ９の両端開口部に設けたフランジ１０、１０’には、相フランジ１
６、１６’が配置され、両フランジ間はボルトなどの締め付け手段１１，１１’により一
体に固定されている。なお、上記第２の継手部材７の鍔１８は、フランジ１６’の上に載
置されている。
【００３９】
さらに相フランジ１６，１６’には、それぞれガスケット１２、１２’を介挿した台座
１７、１７’が一体的に取り付けられている。
また、本実施例では、これらの押さえ板１５と台座１７との間、および押さえ板１５’
と台座１７’との間が、それぞれボルトなどの締め付け手段２２により一体に固定されて
いる。
【００４０】
このようにガスケット１２が台座１７と押さえ板１５とで締め付けられ、同様にガスケ
ット１２’が台座１７’と押さえ板１５’とで締め付けられる。これにより、第１の配管
２の外周面と第２の配管３の外周面は、変形したガスケット１２，１２’により確実に圧
着されるので、密閉性が保持されている。
【００４１】
一方、上記耐火断熱体８の内部にはステンレス製蛇管などからなる冷却手段１３が内在
されている。この冷却手段１３により耐火断熱体８は勿論のこと、外側近傍に配置された
ベローズ９が高温になることが防止されている。
【００４２】
したがって、耐火断熱材８の外方に配置されるベローズ９の材質は、金属に限定されず
、他の材質、例えばプラスチックなどを用いることができる。但し、プラスチックとして
テフロン（デュポン社の登録商標）などを用いる場合は、耐熱温度が２００〜２５０℃な
ので、冷却手段１３に空気或いは不活性ガスなどを通すことにより耐熱温度以下に冷却す
ることが必要である。
【００４３】
本実施例において、流通ガスが９００〜１，２００℃の高温の場合、フランジ１０、１
６またはフランジ１０’、１６’もかなりの高温になるので、これらフランジ１０、１６
またはフランジ１０’、１６’内部にも、水や空気などの冷媒を通すなどして冷却手段を
設けることが好ましい。
【００４４】
なお、ガスケット１２の材質としては金属、セラミック、柔軟性に富むグラファイトな
どの耐熱性のものが好ましい。
さらに、第１の継手部材４と第２の継手部材７と耐火断熱体８とで画成される空間部、
及び耐火断熱材８とベローズ９とで画成される空間部には、それぞれ石英綿、ガラスウー
ルなどの形状可変な繊維状断熱材１４が充填されることが好ましい。
【００４５】
本実施例に係る配管の継手構造１は上記のように構成されているので、接着や溶接を行
う必要がない。これにより、仮に配管の連結部を一時的に取り外す必要があるとしても、
一部分を切断したりする必要がない。また、上記したように、第１の配管２に第１の継手
部材４を嵌挿し、さらに第１のドーナツ板５を載置し、さらに第２のドーナッツ板６を組
立てていけばよいので、作業は一方向からの作業で良く、組み立て作業性が良好である。
【００４６】
さらに、継手部の接合を一時的に解除する必要がある場合は、フランジ１０，１６間、
およびフランジ１０’、１６’間の締め付け手段１１、１１’の係合を解除すれば良い。
逆に、再接合を行う場合はこの締め付け手段１１、１１’を最後に結合すれば良い。
【００４７】
以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されない。
例えば、上記実施例では、ガスは下方の第１の配管２から上方の第２の配管３に向かっ
て流れる場合を説明したが、ガスの流れを逆にすることも可能であるとともに、シリコン
製造分野以外の配管にも適用可能である。
【００４８】
また、上記実施例では、配管２，３を上下方向に配置しているが、単に載置している第
１のドーナツ板５及び第２のドーナッツ板６、さらには第２の継手部材７などが横倒れし
ないように、突起や支柱のような適宜な防止手段を設ければ、継手構造を横向きの姿勢と
することも可能である。
【００４９】
また、上記実施例では、石英管の継手構造について説明したが、これに限定されず、例
えば、肉薄で配管の端部にネジを切ることのできないステンレス配管などの継手構造にも
適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１    継手構造
２    第１の配管
３    第２の配管
４    第１の継手部材
５    第１のドーナツ板
６    第２のドーナツ板
７    第２の継手部材
７ａ  第２の継手部材の下端部位置
８    耐火断熱体
９    ベローズ
１０、１０’  フランジ
１１、１１’  締め付け手段
１２，１２’  ガスケット
１３  冷却手段
１４  繊維状断熱材
１５、１５’  押さえ板
１６、１６’  フランジ
１８  鍔
【図１】
2012184787.tif 000003