被処理物投入装置
【課題】被処理物収容部から被処理物を投入可能な状態のままで被処理物通路の出口端を移動させることが容易で作業性の良い被処理物投入装置を提供する。
【解決手段】被処理物を収容する被処理物収容部と、被処理物が気密状態で通過して出口端１２ａから処理装置に投入可能な被処理物通路１２と、前記被処理物収容部から前記被処理物通路１２へと被処理物を気密状態で取り出し可能な被処理物取出機構と、前記被処理物通路１２の処理装置側と被処理物収容部側とを遮断可能な閉鎖部１４と、前記被処理物通路１２のうちで前記閉鎖部１４よりも被処理物収容部側の位置にて、前記被処理物通路を分離及び接合可能なジョイント部１５とが設けられており、前記被処理物通路１２は、前記ジョイント部１５の接合位置を維持したままで、前記出口端が前記接合位置に対して接近・離反するようにして伸縮可能である。
【解決手段】被処理物を収容する被処理物収容部と、被処理物が気密状態で通過して出口端１２ａから処理装置に投入可能な被処理物通路１２と、前記被処理物収容部から前記被処理物通路１２へと被処理物を気密状態で取り出し可能な被処理物取出機構と、前記被処理物通路１２の処理装置側と被処理物収容部側とを遮断可能な閉鎖部１４と、前記被処理物通路１２のうちで前記閉鎖部１４よりも被処理物収容部側の位置にて、前記被処理物通路を分離及び接合可能なジョイント部１５とが設けられており、前記被処理物通路１２は、前記ジョイント部１５の接合位置を維持したままで、前記出口端が前記接合位置に対して接近・離反するようにして伸縮可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を気密状態で処理する処理装置に対し、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被処理物を気密状態で処理する処理装置として、例えば、被処理物であるシリコン材料を処理装置に投入して溶融し、それを固体化させる処理を行うことによって、半導体基板の材料である単結晶シリコンを製造する装置が知られている。前記の製造工程中、処理装置の内部は外気とは異なる特殊な雰囲気（例えば不活性ガス雰囲気や真空雰囲気）中に置かれている。
【０００３】
そして、前記処理装置に対し、外部から被処理物を気密状態で投入するための被処理物投入装置もまた知られている（例えば特許文献１、２）。
【０００４】
特許文献１に記載された被処理物投入装置（シリコン顆粒供給装置）は、ホッパーと、フィーダと、筐体と、石英ポートと、ベローズとを備えたものである。不活性ガス雰囲気とした筐体の内部にシリコン顆粒を収容するホッパーが設けられ、このホッパーの下方に被処理物（シリコン顆粒）を搬送するためのフィーダが設けられている。そして、ベローズを介して筐体と接続された石英ポートの一部が処理装置（加熱炉）の内部に挿入され、加熱炉の内部と連通している。シリコン顆粒供給装置と加熱炉各々の内部は気密状態とされ、具体的には不活性ガス雰囲気におかれる。つまり、シリコン顆粒供給装置と加熱炉とは同じ不活性ガス雰囲気となる。これにより、ホッパーから石英ポートを介してシリコン顆粒を加熱炉の内部に気密状態（不活性ガス雰囲気）で投入することができる。
【０００５】
特許文献２に記載された被処理物投入装置（装入材供給装置）も、基本的な構成は特許文献１に記載されたものと同様であって、ホッパと、トラフと、振動部と、装入材投入室と、シュータとを備えたものである。真空雰囲気とした装入材投入室の内部に被処理物（装入材）を収容するホッパが設けられ、このホッパの下方に装入材を搬送するためのトラフ及び振動部が設けられている。そして、シュータの一部が処理装置（真空槽）の内部に挿入され、真空槽の内部と連通している。装入材投入室と真空槽とは共に外気から密閉できるものとされており、各々の内部は気密状態とされ、具体的には真空雰囲気におかれる。つまり、装入材供給装置と真空槽とは同じ真空雰囲気となる。これにより、ホッパからシュータを介して装入材を真空槽の内部に気密状態（真空雰囲気）で投入することができる。
【０００６】
ところで、特許文献１に記載された被処理物投入装置（シリコン顆粒供給装置）は、ホッパーに収容されたシリコン顆粒が無くなる等してホッパーにシリコン顆粒を補充しなければならなくなった場合、筐体に設けられた蓋を開放し、そこからホッパーにシリコン顆粒を補充するようになっている。また、特許文献２に記載された被処理物投入装置（装入材供給装置）は、ホッパに収容された装入材が無くなる等してホッパに装入材を補充しなければならなくなった場合、装入材投入室に設けられた真空扉を開放し、そこからホッパに装入材を補充するようになっている。
【０００７】
しかしながら、かかる被処理物投入装置（シリコン顆粒供給装置、装入材供給装置）は、いずれも処理装置の内部と連通しているため、処理装置の処理中において、被処理物を補充しようとすれば、被処理物投入装置の開放（蓋や真空扉の開放）に伴い、処理装置の内部までが外気に開放されてしまい、それまで保たれていた気密状態（特殊な雰囲気）が崩されてしまう。よって、被処理物の補充は処理中にはできず、処理後に行う必要があり、その分、アイドルタイム（稼動停止時間）が増えるという問題があった。
【０００８】
前記問題に鑑み、本願の発明者らは、図３に示すような被処理物投入装置５００を発明した（特願２０１０−１７８９５４）。この被処理物投入装置５００は、被処理物（具体的には多結晶シリコン（シリコンナゲット））を加熱して溶融する炉体（るつぼ）Ｆ５１０を内部に設けた処理装置Ｆ５００に対し、処理装置Ｆ５００の外部から被処理物を炉体Ｆ５１０内に投入することのできるものである。
【０００９】
具体的に、この被処理物投入装置５００は、被処理物を一時的に収容可能な被処理物収容部（ホッパー）５１１、及び、当該被処理物収容部５１１から供給される被処理物を搬送するためのフィーダ５１２を備え、前記の被処理物収容部５１１及びフィーダ５１２を含む部分が移動機構５５０によって上下・前後・左右の各方向に別個に移動可能に支持された投入装置本体５１０と、当該投入装置本体５１０から処理装置Ｆ５００へ向かう被処理物が通過可能な被処理物通路５２０とから構成されている。前記被処理物通路５２０は、石英ガラス製であり、長手方向に一体とされたパイプ状部５２２を有し、このパイプ状部５２２は、図示のように斜め下方向に向かうように設けられており、出口端５２１から被処理物を炉体Ｆ５１０内に投入できる。この被処理物通路５２０は、駆動機構を備えており、炉体Ｆ５１０に対して長手方向に移動（前進・後退）できるようになっている。前記被処理物通路５２０の後退は、固体化された単結晶シリコンを引き上げる際に、単結晶シリコンに干渉しないようになされる。
【００１０】
また、前記投入装置本体５１０と被処理物通路５２０との間には、投入装置本体５１０と被処理物通路５２０とを分離できるようにジョイント部５３０が設けられ、更に、当該ジョイント部５３０の（被処理物の通過方向における）下流側に、被処理物通路５２０を遮断可能な閉鎖部５４０が設けられている。このため、閉鎖部５４０を閉じた状態として投入装置本体５１０に設けられている蓋部５１３を開けることで、被処理物収容部５１１に被処理物を補充できる。そして、この被処理物の補充作業は、ジョイント部５３０を境に投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離し、移動機構５５０によって被処理物収容部５１１を作業しやすい位置に移動させることで、より効率良く行える。
【００１１】
前記のように、本願の発明者らが発明した被処理物投入装置５００により、処理装置Ｆ５００の内部の特殊な雰囲気を崩すことなく、被処理物の補充を行うことができるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭５９−１１５７３６号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、炉体Ｆ５１０に投入した被処理物の落下の勢いにより、炉体Ｆ５１０内にある未溶融の被処理物、または、溶融状態の被処理物（溶湯）が跳ね上がって炉体Ｆ５１０外に出てしまうことを防止するために、処理前の投入、処理途中の追加投入（追装）のいずれの場合にあっても、被処理物通路５２０の出口端５２１をできるだけ炉体Ｆ５１０内にある溶湯の表面あるいは未溶融の被処理物に近い位置に配置して被処理物を投入することが望ましい。
【００１４】
このように被処理物通路５２０の出口端５２１をできるだけ溶湯の表面に近い位置に配置した上で被処理物を投入した場合、被処理物が炉体Ｆ５１０内に山のように積み重なり、被処理物通路５２０の出口端５２１を塞ぐことで、被処理物通路５２０内に被処理物がつかえ、投入が継続できなくなる場合がある。また、被処理物の溶融が進むに伴い、炉体Ｆ５１０内の溶湯の表面が上昇し、被処理物通路５２０の出口端５２１が溶湯に浸かってしまう場合もある。これらのような場合には、仮に、処理装置Ｆ５００に対して被処理物通路５２０を後退させること（図示右上方に移動させること）ができれば、前記山のように積み重なった未溶融の被処理物と被処理物通路５２０の出口端５２１との間隔が空き、前記つかえていた被処理物を炉体Ｆ５１０内に投入できるようになる。また、上昇した溶湯の表面から被処理物通路５２０の出口端５２１を離すことができる。
【００１５】
ところが、前記のように、被処理物通路５２０は長手方向に一体とされたパイプ状部５２２を有しているため、前記のように被処理物通路５２０を後退させようとすると、被処理物通路５２０の全体が後退してしまう。つまり、被処理物通路５２０の出口端５２１はもちろんのこと、同時に被処理物通路５２０の図示上端のジョイント部５３０も斜め上方に移動してしまうことになる。
【００１６】
そのため、投入装置本体５１０から炉体Ｆ５１０内に被処理物を投入することを止めないために、図示のように投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離しないままで被処理物通路５２０を後退させるためには、投入装置本体５１０も同方向に移動させる必要がある。
【００１７】
ところが、前記のように、単結晶シリコンを引き上げる際に当該単結晶シリコンとの干渉を避けるために行われる被処理物通路５２０の後退は、ジョイント部５３０を境に投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離して行うことが前提となっており、投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離しないままで被処理物通路５２０を後退することは想定されていなかった。そのため、投入装置本体５１０は被処理物通路５２０の後退に合わせた移動がなされるように構成されていない。
【００１８】
つまり、移動機構５５０は前記のように上下・前後・左右の各方向に別個にしか移動させることができないため、投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離しないままで被処理物通路５２０を後退させるためには、ジョイント部５３０の前記斜め上方への移動に合わせて、投入装置本体５１０を、例えば、まず上方に移動させ、その後、後方に移動させるということをしなければならない。そして、投入装置本体５１０を各方向別個に動かさなければならないため、一度の移動距離を大きくすることができず、被処理物通路５２０の後退と投入装置本体５１０の移動を交互に小刻みに行わざるを得なかった。しかも、被処理物が収容された投入装置本体５１０は重く、２００ｋｇ程度になることもある。そのため、投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離させないまま、被処理物通路５２０の出口端５２１を移動させることは大変困難であった。このように、前記被処理物投入装置５００は、作業性に関して改良の余地があった。
【００１９】
そこで本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、被処理物収容部から被処理物を投入可能な状態のままで被処理物通路の出口端を移動させることが容易であり、作業性の良い被処理物投入装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の被処理物投入装置は、被処理物を、内部に設けられた処理部にて気密状態で処理する処理装置に対し、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置において、被処理物を一時的に収容可能で、被処理物を収容する際に用いる開閉可能な収容口を有する被処理物収容部と、前記処理装置の内部に投入される被処理物が気密状態で通過して出口端から前記投入が可能な被処理物通路と、前記被処理物収容部から前記被処理物通路へと被処理物を気密状態で取り出し可能な被処理物取出機構と、前記被処理物通路の処理装置側と被処理物収容部側とを遮断可能な閉鎖部と、前記被処理物通路のうちで前記閉鎖部よりも被処理物収容部側の位置にて、前記被処理物通路を分離及び接合可能なジョイント部とが設けられており、前記被処理物通路は、前記ジョイント部の接合位置を維持したままで、前記出口端が前記接合位置に対して接近・離反するようにして伸縮可能であることを特徴としている。
【００２１】
前記構成によると、前記被処理物通路は、前記ジョイント部の接合位置を維持したままで、前記出口端が前記接合位置に対して接近・離反するようにして伸縮可能であることから、被処理物を収容する被処理物収容部を移動させることなく、処理部に対し、被処理物通路の出口端を接近・離反させることができる。
【００２２】
そして、本発明の被処理物投入装置は、前記被処理物通路が、同一軸線上に配置された第１パイプと第２パイプとを組み合わせてなる伸縮パイプユニットを有し、前記伸縮パイプユニットが、前記第１パイプが被処理物の通過方向における上流側に配置され、前記第２パイプが同下流側に配置され、前記第１パイプの上流端に対して、前記被処理物通路の出口端となる前記第２パイプの下流端が接近・離反するように、前記第２パイプが長手方向に移動することで前記伸縮パイプユニットが伸縮するものであることが好ましい。
【００２３】
前記好ましい構成によると、第１パイプと第２パイプとを組み合わせてなる伸縮パイプユニットが伸縮するものであることから、比較的簡単な構成にて被処理物通路の出口端を、処理部に対して接近・離反させることができる。
【００２４】
そして、本発明の被処理物投入装置は、前記伸縮パイプユニットが、前記接近の際に前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入され得るように構成されており、前記閉鎖部が、前記第１パイプと前記第２パイプとの間を遮断可能に設けられ、前記閉鎖部が開かれた際に、前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入された状態で被処理物の投入がなされるものであることが好ましい。
【００２５】
前記好ましい構成によると、前記閉鎖部が開かれた際に、前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入された状態で被処理物の投入がなされるものであることから、閉鎖部における、遮断を実現する構成部材に対して被処理物が触れないようにでき、被処理物の破片が挟まること等による遮断不良の発生を抑制できる。
【００２６】
そして、本発明の被処理物投入装置は、前記処理装置と前記ジョイント部との間にて、前記伸縮パイプユニットのうち外気に接し得る部分が、気密性を有し、かつ、長手方向に伸縮可能な外被材で覆われたものであることが好ましい。
【００２７】
前記好ましい構成によると、伸縮パイプユニットが外被材で覆われたことにより直接露出せず、伸縮パイプユニットの損傷の発生を抑制できる。なお、「外気」とは、被処理物投入装置及び処理装置の外部雰囲気を指すものとする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の被処理物投入装置は、被処理物を収容する被処理物収容部を移動させることなく、処理部に対し、出口端を接近・離反させることができるため、被処理物収容部から被処理物を投入可能な状態のままで被処理物通路を移動させることが容易で作業性が良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】処理装置と被処理物投入装置とを示す概要図である。
【図２】第２被処理物通路及びジョイント部を示すものであって、（Ａ）（Ｂ）は伸縮パイプユニットが最も伸長した状態を示し、（Ｂ）は側面視の概要図、（Ａ）は（Ｂ）のＸ矢視における概要図である。（Ｃ）（Ｄ）は伸縮パイプユニットの中間的な長さの状態を示し、（Ｄ）は側面視の概要図、（Ｃ）は（Ｄ）のＹ矢視における概要図である。（Ｅ）（Ｆ）は伸縮パイプユニットが縮んだ状態を示し、（Ｅ）は側面視の概要図、（Ｅ）は（Ｆ）のＺ矢視における概要図である。
【図３】本願の発明者らが以前に発明した処理装置と被処理物投入装置とを示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明につき、一実施形態を取り上げて、図面とともに以下説明を行う。下記における方向の説明につき、「上下」とは、図１に示された上下方向を基準としたものである。また、「前後」とは、図１に示された状態にて、処理装置Ｆ１に近い側を前方、遠い側を後方としたものである。また、「上流・下流」とは、被処理物Ｓの通過方向（流れ方向）を基準としたものである。ただし、本発明はこの方向で説明した態様に限定して理解されるものではない。
【００３１】
−処理装置−
まず、本発明に係る被処理物投入装置１を取り付ける対象である処理装置Ｆ１について述べておく。この処理装置Ｆ１は、図１に示すように、内部を気密状態とでき、この内部に設けられた、処理部としての炉体（るつぼ）Ｆ１１にて被処理物Ｓを溶融できるものである。本実施形態では、半導体基板の材料である単結晶シリコンＳ２を製造するために、被処理物Ｓとして塊状である多結晶シリコン（シリコンナゲット）を炉体Ｆ１１に入れて加熱し、溶融する。ちなみに、本実施形態で用いられるシリコンナゲットの径寸法は約１０mmである。
【００３２】
本実施形態の処理装置Ｆ１では、ＣＺ法により単結晶シリコンＳ２が製造される。本実施形態の単結晶シリコンＳ２の製造方法について簡単に説明しておく。まず、不活性ガス雰囲気中にて炉体Ｆ１１に投入されたシリコンナゲットが約１８００℃に加熱されて溶融される。この溶融状態とされたシリコン（以下、「溶湯」と記す）Ｓ１に種となる単結晶シリコンを漬け、その後回転しつつゆっくりと持ち上げることで結晶を成長させていき、最終的には略円柱状の固体である単結晶シリコン（インゴット）Ｓ２が形成される。つまり、処理装置Ｆ１は、溶湯Ｓ１から単結晶シリコンＳ２を引き上げるために用いられる。
【００３３】
本実施形態における不活性ガス雰囲気とは、具体的には、処理装置Ｆ１の内部空間を一度真空引きした上で、アルゴンや窒素などの不活性ガスで満たされた雰囲気を指す。そのため、脱気ポンプ（真空ポンプ）及び不活性ガス供給管が処理装置Ｆ１に設けられている（図示していない）。なお、下記の被処理物投入装置１の内部についても、下記の閉鎖部１４が閉じられていない場合においては処理装置Ｆ１内と同じ不活性ガス雰囲気に置かれる。
【００３４】
なお、被処理物Ｓの種類によっては処理装置Ｆ１の内部を真空雰囲気としても良い。特に、溶湯Ｓ１から不純物を除去したい場合には真空雰囲気とされる場合がある。ただ、真空雰囲気とした場合は、被処理物Ｓが処理装置Ｆ１の内部で蒸発してしまう。本実施形態ではそれが不都合であるため、不活性ガスの圧力によってシリコンの蒸発を抑えるために不活性ガスを処理装置Ｆ１の内部に導入している。また、導入する不活性ガスの圧力については被処理物Ｓの種類に対して最適なものとする。
【００３５】
また、本実施形態では被処理物Ｓを構成する物質をシリコンとしているが、本発明の対象となる被処理物Ｓはこれに限定されるものではなく、シリコン以外の金属や樹脂などの種々の物質を被処理物Ｓとすることができる。
【００３６】
また、本実施形態における「処理」とは、シリコンナゲットの加熱による溶融、及び、溶湯Ｓ１からの引き上げによる単結晶シリコン（インゴット）の形成までの一連の操作を含んでいるが、本発明における「処理」とは、もっと広い概念であって、気密状態で被処理物Ｓに種々の物理変化あるいは化学変化を加えるための操作全般を指している。
【００３７】
−被処理物投入装置−
被処理物投入装置１は、図１に示すように、前記の処理装置Ｆ１に対し、処理装置Ｆ１の外部から被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入することのできるものである。なお、以下においては、下記ジョイント部１５において分離される、ジョイント部１５よりも被処理物収容部１１の側に設けられた部分の総称を投入装置本体１ａとして説明する。
【００３８】
この被処理物投入装置１は、被処理物収容部１１と搬送部１ｂとを備えている。搬送部１ｂは被処理物収容部１１に収容されていた被処理物Ｓを処理装置Ｆ１へと搬送するための部位であって、被処理物通路１２と被処理物取出機構１３を備えている。そして搬送部１ｂは、閉鎖部１４とジョイント部１５とを備えている。詳しくは後述する。
【００３９】
被処理物Ｓは、被処理物収容部１１から搬送部１ｂにおける被処理物通路１２を通り、処理装置Ｆ１まで搬送される。この搬送経路のうちで被処理物Ｓが触れる部分については、磨耗に強い材料である石英ガラス製とされているか、あるいは石英ガラスの内張りがなされており、磨耗による金属粉などの不純物が被処理物Ｓに混入する可能性を極力抑えているため、純度の高い単結晶シリコンＳ２を製造することができる。
【００４０】
本実施形態では、被処理物収容部１１、被処理物通路１２の一部、被処理物取出機構１３の各々がステンレス合金製の供給タンク１１１の内部に設けられている。そして被処理物投入装置１を処理装置Ｆ１に取り付けた場合において、この供給タンク１１１自体が外気に対する気密状態を保持できる。なお、本実施形態の説明における「外気」とは、被処理物投入装置１及び処理装置Ｆ１の外部雰囲気を指すものとする。
【００４１】
この供給タンク１１１は、略円筒形状の供給タンク本体１１１ａと、この供給タンク本体１１１ａから水平方向に突出している突出部１１１ｂとから構成されており、本実施形態では、図示のようにフランジ接続により両者が一体とされている。なお、このように供給タンク１１１を設けず、被処理物収容部１１と被処理物通路１２とを、外気に対する気密状態を保持できるように、直接接続した構造を採用しても良い。また、供給タンク本体１１１ａと突出部１１１ｂとが溶接等により一体とされていても良い。
【００４２】
−被処理物収容部（ホッパー）−
被処理物収容部１１は、搬送されるまでの間、被処理物Ｓを一時的に収容しておくことのできる部位であって、被処理物Ｓを収容する際に用いる開閉可能な収容口１１１ｃを備えている。本実施形態では、蓋部１１１ｄによって収容口１１１ｃが開閉できるようになっている。そして、本実施形態では、この被処理物収容部１１としてホッパーが用いられている。このホッパー１１は、前記の供給タンク１１１内に平板状の石英ガラスが張り合わせられて設けられている。そして形状については、上下両端部が開放された八角柱の下端に八角錐が接続されたものとされている。前記八角錐部分の下端は開放されていて、その部分から被処理物Ｓが自然落下し、被処理物Ｓが搬送部１ｂに取り出されるようになっている。
【００４３】
本実施形態のように八角柱と八角錐を組む合わせた形状とすると、平面視が長方形や台形である平板状の石英ガラスを組み合わせて形成できることから、ホッパー１１を容易に製造でき、製造コストを抑えることができる。なお、本発明の被処理物収容部１１は、本実施形態のホッパーのように八角柱と八角錐を組む合わせた形状に限られるものではなく、その他の多角柱と多角錐を組み合わせた形状であって良い。また、場合によっては円筒形状を採用しても良い。
【００４４】
本実施形態における蓋部１１１ｄは、供給タンク本体１１１ａの上端部に、外気に対する気密状態を保持できるように設けられたものであって、この蓋部１１１ｄを供給タンク本体１１１ａから外すことにより収容口１１１ｃを開放し、ホッパー１１に被処理物Ｓを補充することができるようになっている。
【００４５】
−被処理物通路−
被処理物通路１２は、処理装置Ｆ１に投入される被処理物Ｓが通過可能な部位である。上流端が前記のホッパー１１から被処理物Ｓを受けることができる位置に設けられている。そして、下流端（出口端）１２ａが処理装置Ｆ１に対して被処理物Ｓを投入できる位置に設けられている。より具体的には、この被処理物通路１２における下流端１２ａは、処理装置Ｆ１の内部であり、かつ、炉体Ｆ１１の上方に位置している。
【００４６】
本実施形態の被処理物通路１２は、ホッパー１１の側に位置する第１被処理物通路１２１と、処理装置Ｆ１側に位置する第２被処理物通路１２２とから構成されており、下記のジョイント部１５を境として第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２とが分離及び接合可能とされている。ここで、前記の下流端１２ａは第２被処理物通路１２２（より詳しくは第２パイプ１２２ｂ）に属している。本実施形態では、第１パイプ１２２ａ及び第２パイプ１２２ｂ（後述）を取り替える際を除いて、第２被処理物通路１２２を処理装置Ｆ１から分離させる必要がない。そのため、移動機構２（後述）は第１被処理物通路１２１を移動させることができれば良く、第２被処理物通路１２２の移動を負担する必要がない。すなわち、前記のように被処理物通路１２を第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２とから構成することによって、移動機構２の設計を簡素化できる。
【００４７】
そして、この被処理物通路１２とホッパー１１とは、被処理物Ｓを外気に触れさせることなく搬送することが可能な位置関係に設けられている。本実施形態では、ホッパー１１が供給タンク１１１の内部に形成され、第１被処理物通路１２１が供給タンク１１１の下部に形成されていることにより、被処理物Ｓを外気に触れさせることなく搬送させることが可能である。
【００４８】
本実施形態においては、第１被処理物通路１２１はホッパー１１の直下から前方へ水平に向かう部分とされており、供給タンク本体１１１ａの下部と、この供給タンク本体１１１ａの下部から前方に突出した突出部１１１ｂにまたがって存在している。前記突出部１１１ｂの下流側には、第１パイプ１２２ａの拡大部分１２２ａ１（後述）が位置しており、被処理物Ｓがこの拡大部分１２２ａ１から入って第２被処理物通路１２２へと搬送されていく。
【００４９】
第２被処理物通路１２２は第１被処理物通路１２１の下流端に対し、下記ジョイント部１５を介して、被処理物Ｓが通過可能なようにつながっており、下斜め前方へ傾斜するように配置されている。なお、本実施形態では、図１に示すように、第２被処理物通路１２２の一部（第１パイプ１２２ａの拡大部分１２２ａ１）が第１被処理物通路１２１に入り込んでいるが、このように第１被処理物通路１２１の下流端と第２被処理物通路１２２の上流端がラップして設けられていても良い。
【００５０】
本実施形態の第２被処理物通路１２２は、いずれも石英ガラス製であり、同一軸線上に配置された第１パイプ１２２ａと第２パイプ１２２ｂとが組み合わされてなる伸縮パイプユニット１２２ｘを有している。第１パイプ１２２ａの外径(拡大部分１２２ａ１を除く)は、第２パイプ１２２ｂの内径(拡大部分１２２ｂ１を除く)よりも小さく形成されている。これにより、第１パイプ１２２ａ（挿入側パイプ）を第２パイプ１２２ｂ（被挿入側パイプ）に挿入することが可能であり、前記挿入の度合、あるいは、未挿入の状態にある各パイプ１２２ａ，１２２ｂ間の距離に応じて、伸縮パイプユニット１２２ｘを長手方向に伸縮させることができる（伸縮パイプユニット１２２ｘの全長を変化させることができる）。この伸縮の際には、第１パイプ１２２ａの上流端に対して第２パイプ１２２ｂの下流端１２２ｂ２が接近・離反することになる。
【００５１】
第１パイプ１２２ａの上流側端部には、先端に向かうにつれ径寸法が拡大された拡大部分１２２ａ１が形成されている。図１に示すように、この拡大部分１２２ａ１は被処理物取出機構（電磁振動フィーダ）１３のトラフ１３２の下流端下方に位置し、トラフ１３２上を搬送される被処理物Ｓを受け止め、第１パイプ１２２ａ内へ導く部分である。一方、下流端１２２ａ２は、第１パイプ１２２ａの長手方向に直交する断面で切断されている。この下流端１２２ａ２は、伸縮パイプユニット１２２ｘが縮む際に、第２パイプ１２２ｂに挿入される部分である。
【００５２】
そして、第２パイプ１２２ｂの上流側端部にも、先端に向かうにつれ径寸法が拡大された拡大部分１２２ｂ１が形成されている。この拡大部分１２２ｂ１は、通路移動機構１７の駆動プレート１７５（後述）に連結された第２パイプ支持部１６に対し、第２パイプ１２２ｂを取り付けるための部分である。また、第１パイプ１２２ａを第２パイプ１２２ｂに挿入する際に、第１パイプ１２２ａの下流端１２２ａ２を導くガイドともなり得る。また、拡大部分１２２ｂ１の上方には閉鎖部１４（後述）が設けられている。この閉鎖部１４は、第２パイプ１２２ｂと一体となるように設けられている。一方、下流端１２２ｂ２（被処理物通路１２の下流端１２ａと一致）は、図示のように水平方向に切断されたものであっても良いし、垂直方向（炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃに平行な方向）に切断されたものであっても良い。
【００５３】
このように第２被処理物通路１２２が構成されたことにより、図２（Ｂ）（Ｄ）（Ｆ）に示したように、ジョイント部１５（図示上端部分）における、第１被処理物通路１２１との接合位置を維持したままで（固定した状態で）、第２パイプ１２２ｂを第１パイプ１２２ａに対して移動させ、第２被処理物通路１２２を長手方向に伸縮させることができる。このように、伸縮パイプユニット１２２ｘを挿入、あるいは、接近・離反により伸縮させるものであることから、比較的簡単な構成にて被処理物通路１２２の下流端１２ａを、炉体Ｆ１１に対して接近・離反させることができる。
【００５４】
図２（Ｂ）は伸縮パイプユニット１２２ｘが最も伸長した状態を示し、図２（Ｄ）は伸縮パイプユニット１２２ｘが少し縮んだ状態を示し、図２（Ｆ）は伸縮パイプユニット１２２ｘが更に縮んだ状態を示している。図２（Ｂ）に示した状態では、第１パイプ１２２ａがまだ第２パイプ１２２ｂに挿入されていない。なお、この状態においては閉鎖部１４内に第１パイプ１２２ａが存在していないため、閉鎖部１４を閉じることができる。図２（Ｄ）（Ｆ）に示した状態では、第１パイプ１２２ａが第２パイプ１２２ｂに挿入されており、閉鎖部１４内に第１パイプ１２２ａが存在するため、閉鎖部１４は開かれている。
【００５５】
このように、第２被処理物通路１２２を伸縮パイプユニット１２２ｘの伸縮可能な範囲内で任意の長さとすることができる。本実施形態では、第１パイプ１２２ａが固定部１２ｂによって処理装置Ｆ１に固定されている。そのため、処理装置Ｆ１に対して第１パイプ１２２ａは移動せず、第２パイプ１２２ｂが移動することとなる。よって、処理装置Ｆ１（より具体的には炉体Ｆ１１）に対する処理物通路１２２の下流端１２ａの位置を容易に変化させることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、石英ガラス製の各パイプ１２２ａ，１２２ｂを損傷から保護するため、処理装置Ｆ１とジョイント部１５との間にて、各パイプ１２２ａ，１２２ｂのうち外気に接し得る部分が、気密性を有し、かつ、長手方向に伸縮可能な外被材としての保護ベローズ１２ｃ,１２ｄで覆われている。この保護ベローズ１２ｃ,１２ｄは、例えば、ステンレス合金の薄板が溶接あるいは一体成形によって蛇腹状に形成されたものであり、伸縮パイプユニット１２２ｘの伸縮に応じて伸縮するようになっている。
【００５７】
本実施形態では、第１保護ベローズ１２ｃが、ジョイント部１５の下側ジョイント部材１５２と閉鎖部１４との間に、下側ジョイント部材１５２及び閉鎖部１４に対して気密に接続されている。また、第２保護ベローズ１２ｄが、閉鎖部１４と固定部１２ｂとの間に、閉鎖部１４及び固定部１２ｂに対して気密に接続されている。
【００５８】
なお、第２被処理物通路１２２の構成は本実施形態のものに限られず、種々の変形が可能である。例えば、蛇腹状の部材を用いることにより第２被処理物通路１２２を伸縮させるものであっても良い。また、本実施形態の各パイプ１２２ａ，１２２ｂは、拡大部分１２２ａ１，１２２ｂ１を除き、径寸法が変化しない直管状とされているが、テーパ管のように径寸法が変化するものであっても良い。また、場合によっては、所定の曲率を有して湾曲させた曲管状とされていても良い。また、伸縮パイプユニット１２２ｘが３本以上のパイプが組み合わされてなるものであっても良い。
【００５９】
−被処理物取出機構−
被処理物取出機構１３は、前記の被処理物収容部１１から被処理物通路１２へと被処理物Ｓを気密状態で搬送させるための部位である。本実施形態では、この被処理物取出機構１３として電磁振動フィーダが用いられており、この電磁振動フィーダが第１被処理物通路１２１の内部に設けられている。被処理物取出機構１３は搬送部１ｂに備えられたものであるから、本実施形態のように被処理物取出機構１３が被処理物通路１２の内部に設けられたものに限られるものではなく、被処理物通路１２とは離れた位置に設けられたものであっても良い。
【００６０】
前記の電磁振動フィーダは駆動部１３１とトラフ１３２とを備えたものであって、駆動部１３１によりトラフ１３２を振動させて、トラフ１３２に載せられた被処理物Ｓを下流側へと搬送させることができる。トラフ１３２は、上部及び下流端が開放している樋状の部位であり、本実施形態では内面に石英ガラスの内張りがなされている。このトラフ１３２は第１被処理物通路１２１の延びる方向に沿って、ホッパー１１の直下から第１被処理物通路１２１の下流端付近まで設けられている。これにより、ホッパー１１の下端から自然落下した被処理物Ｓはトラフ１３２に載って下流側に搬送されていく。そして、トラフ１３２の下流端まで来た被処理物Ｓは、前記の第１パイプ１２２ａの拡大部分１２２ａ１へと落下する。
【００６１】
本実施形態においては、被処理物取出機構１３として電磁振動フィーダを用いたことにより、処理装置Ｆ１に被処理物Ｓを連続して定量的に投入することが可能とされている。よって、炉体Ｆ１１に被処理物Ｓを少量ずつ連続的に投入することができ、処理の効率化、高精度化を図ることができる。もちろん、微量の被処理物Ｓの投入も可能である。また、従来は被処理物を一気に炉体に投入していた場合があり、その場合、溶湯の跳ねや投入時の衝撃による炉体の破損などが発生する懸念があったが、前記のように電磁振動フィーダを用いたことにより、このような懸念を払拭できる。また、被処理物Ｓの微量投入が可能であることから、処理装置Ｆ１の稼動中に被処理物Ｓを炉体Ｆ１１へ投入する場合であっても、溶湯Ｓ１の急激な温度低下を抑えることができ、品質管理上有利である。
【００６２】
本実施形態においては、第１被処理物通路１２１が水平方向に延びるものであり、第２被処理物通路１２２は下斜め前方に傾斜している。よって被処理物Ｓは、第１被処理物通路１２１においては電磁振動フィーダによって水平方向に搬送させられ、第２被処理物通路１２２においては重力による自然落下で斜め下方に搬送される。ただし、本発明はこの形態に限られるものではなく、例えば、第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２が、いずれも斜め下方あるいは下方に向かうものとされており、いずれも重力による自然落下によって被処理物Ｓを搬送させるものであっても良い。その場合においては、例えば、ホッパー１１の下部に設けたゲートあるいは弁などの流量調整機構が被処理物取出機構１３となる。
【００６３】
また、被処理物Ｓを水平方向に搬送するために被処理物取出機構１３を用いる場合であっても、本実施形態のような電磁振動フィーダに限らず、例えば、ベルトコンベアやローラコンベアのように、一方側から他方側へと被処理物Ｓを搬送させることのできる機能を有するものであれば、種々の搬送機構を用いることができる。もちろん、被処理物取出機構１３による被処理物Ｓの搬送方向を水平方向以外としても良い。
【００６４】
−閉鎖部−
閉鎖部１４は、搬送部１ｂの処理装置Ｆ１側と被処理物収容部１１側とを遮断することが可能な部位である。この閉鎖部１４は、前記遮断のために当該閉鎖部１４内の空間を閉鎖可能な開閉部材（弁体）を備えている（図示していない）。本実施形態の閉鎖部１４は、図２に示すように、第２被処理物通路１２２における第２パイプ１２２ｂの上端に一箇所設けられたゲートバルブである。閉鎖部１４と第２パイプ１２２ｂとは、気密に接続される。閉鎖部１４を閉じることで、この閉鎖部１４よりも処理装置Ｆ１側の部分を気密状態で閉鎖できる。そして、当然ではあるが、被処理物Ｓが漏れ出ないようにも閉鎖できる。閉鎖部１４に用いるバルブの種類は、ゲートバルブ以外に、条件が許せば、例えばグローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブなどの種々のバルブが使用できる。
【００６５】
ここで、第２被処理物通路１２２における第１パイプ１２２ａの下流端１２２ａ２は、図２（Ｄ）（Ｆ）に示すように、閉鎖部１４が開かれた際に、前記開閉部材よりも下流側に位置するようにされている。つまり、この際には、第１パイプ１２２ａの下流端１２２ａ２が第２パイプ１２２ｂに挿入された状態で被処理物Ｓの投入がなされることになる。これにより、開閉部材及び当該開閉部材と密着することにより前記遮断を実現する構成部材（Ｏリング、パッキン等）に対し、第２被処理物通路１２２を通過する被処理物Ｓが触れないようにでき、被処理物Ｓの破片が挟まること等による遮断不良の発生を抑制できる。
【００６６】
本実施形態では、閉鎖部１４が第２パイプ１２２ｂの上端に設けられているが、これに限られるものではなく、搬送部１ｂ中の他の位置に設けられていても良い。ただし、ジョイント部１５により被処理物通路１２を分離させる場合、分離後に処理装置Ｆ１の気密状態を保つためには、閉鎖部１４をジョイント部１５よりも処理装置Ｆ１の側に設けておく必要がある。なお、分離後において処理装置Ｆ１と投入装置本体１ａの両方ともに気密状態を保つためには、閉鎖部１４を、ジョイント部１５を挟んで処理装置Ｆ１の側と投入装置本体１ａの側の両方に設けておいても良い。
【００６７】
このように閉鎖部１４を設けることにより、閉鎖部１４を閉じれば処理装置Ｆ１の内部の不活性ガス雰囲気を保ったままで、ホッパー１１を外気に開放することが可能となる。そのため、処理装置Ｆ１の炉体Ｆ１１における被処理物Ｓの溶融を続けたまま、蓋部１１１ｄを開けてホッパー１１に被処理物Ｓを補充することが可能となる。そして、ホッパー１１への被処理物Ｓの補充後、閉鎖部１４を開くことによって、ホッパー１１に新たに補充された被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入することができるようになる。なお、ホッパー１１に新たに補充された被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入する場合には、閉鎖部１４よりもホッパー１１の側を不活性ガス雰囲気とする。
【００６８】
従来、ホッパーに収容された被処理物が無くなってしまった場合、炉体を一度冷却した上で不活性ガス雰囲気を解除し、ホッパーに被処理物を補充して、再び不活性ガス雰囲気としてから炉体を再加熱する必要があったため、時間のロス、より具体的にはアイドルタイム（稼動停止時間）が多く、品質管理上も望ましくなかった。これに対して本実施形態では、閉鎖部１４を設けることにより、処理装置Ｆ１の内部の特殊な雰囲気を崩すことなく、被処理物Ｓの被処理物投入装置Ｆ１への補充を行うことができ、これによってアイドルタイムを少なくして生産性を向上することができる。そのため、前記従来の問題点を解決することができる。
【００６９】
−ジョイント部−
前記の閉鎖部１４に加え、被処理物通路１２のうちで閉鎖部１４よりも被処理物収容部１１側の位置にて、搬送部１ｂを分離及び接合可能なジョイント部１５を備えたものとする。これにより、搬送部１ｂが分離可能とされている。ジョイント部１５も、閉鎖部１４よりも被処理物収容部１１側の位置である限り、搬送部１ｂのどの位置に設けられていても良い。そしてこのジョイント部１５により、被処理物投入装置１のうちジョイント部１５よりもホッパー１１側の部分（本実施形態では投入装置本体１ａ）を処理装置Ｆ１から分離させることができる。このことから、本実施形態では複数の処理装置Ｆ１への被処理物Ｓの供給を１台の投入装置本体１ａで担当することが可能となる。つまり、従来とは異なり、処理装置Ｆ１と同数の投入装置本体１ａが必ずしも必要でなくなる。もちろん、従来通りに、処理装置Ｆ１と投入装置本体１ａの数量が一対一で対応するものであっても良い。
【００７０】
本実施形態では、図１に示すように、ジョイント部１５が第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２との間に設けられている。より具体的に説明すると、第１被処理物通路１２１の下流端には上側ジョイント部材１５１が設けられ、第２被処理物通路１２２の上流端（ただし、第２パイプ１２２ｂの拡大部分１２２ｂ１を除く）には下側ジョイント部材１５２が設けられている。本実施形態では、各ジョイント部材１５１，１５２は略フランジ状とされており、対向する関係にある当接面同士を密着させることにより、気密に接合可能なものである。
【００７１】
前記のように閉鎖部１４とジョイント部１５とが設けられたことによって、被処理物通路１２の第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２とがジョイント部１５で分割された場合に、閉鎖部１４によって、被処理物通路１２における被処理物Ｓの移動方向を基準とした下流側部分の気密状態を保つことができる。具体的には次のようなことが可能となる。もし仮に、処理装置Ｆ１に被処理物Ｓを補充する必要が無くなった時点において、ホッパー１１の内部にまだ被処理物Ｓが残っている場合、閉鎖部１４を閉じた上でジョイント部１５を境に被処理物通路１２を分離し、投入装置本体１ａを分離前とは別の処理装置Ｆ１に付け替えることができ、これにより、ホッパー１１に残った被処理物Ｓを別の処理装置Ｆ１に投入できる。
【００７２】
ホッパー１１に収容された被処理物Ｓが無くなってしまった場合には、例えば図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、伸縮パイプユニット１２２ｘを伸長させて閉鎖部１４内に第１パイプ１２２ａが存在しない状態とし、閉鎖部１４を閉じた上でジョイント部１５を境に被処理物通路１２を分離する。そして、リフト２１を操作して投入装置本体１ａを下降させるなどして都合の良い位置に移動させ、その上でホッパー１１に被処理物Ｓを補充する。その後、投入装置本体１ａを分離前とは別の処理装置Ｆ１に付け替えることができる。ただし、投入装置本体１ａを分離前と同じ処理装置Ｆ１に再度取り付けても良い。特に、下記のリフト２１により投入装置本体１ａが支持されている場合には、前記の補充作業をより効率良くできる。
【００７３】
また、ホッパー１１への被処理物Ｓの補充を頻繁に行う必要があるというデメリットはあるものの、ホッパー１１の容量を小さくすることで投入装置本体１ａをコンパクト化し、より扱いやすくすることもできる。これはいかなる製造現場においても適用できる訳ではないが、本実施形態によると、このような選択も可能となり、製造現場の状況に応じた装置の最適化をはかることができる。
【００７４】
ここで、被処理物通路１２に閉鎖部１４が１箇所しか設けられていない場合では、ジョイント部１５の分離によって投入装置本体１ａの内部における不活性ガス雰囲気が失われてしまうため、投入装置本体１ａの内部を再度不活性ガス雰囲気に整える必要がある。そこで、被処理物通路１２に、ジョイント部１５を挟んで更に別の閉鎖部を設けることが考えられる。このようにした場合にあっては、不活性ガス雰囲気を整えるべき区間が、閉鎖部１４と前記別の閉鎖部との間の比較的短い区間とできるため、作業効率を大変良くでき、有利である。
【００７５】
また、本実施形態では、ジョイント部１５の分離時においても、第２被処理物通路１２２が処理装置Ｆ１に残される。そのため、第２被処理物通路１２２の処理装置Ｆ１に対する分離動作が不要であって、下記移動機構２による投入装置本体１ａの移動が楽である。また、石英ガラス製である第２被処理物通路１２２における各パイプ１２２ａ，１２２ｂが投入装置本体１ａの移動に伴って破損してしまう可能性も小さくできる。
【００７６】
そして、このジョイント部１５の存在により、第２被処理物通路１２２を第１被処理物通路１２１と分離して移動させることができるので、中央領域（炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃを含む、広がりを持った領域）の位置と、前記中央領域から外れた位置との間での、被処理物通路１２における下流端１２ａの移動を第２被処理物通路１２２のみの移動で行うことが可能である。そのため移動のために必要なスペースを小さくでき、被処理物投入装置１を小型化できる。また、前記通路移動機構１７による被処理物通路１２における下流端１２ａの移動が、下記移動機構２による移動とは別個に行うことが可能となるため（言い換えると、下記移動機構２が被処理物通路１２における下流端１２ａの移動を担う必要がないため）、下記移動機構２の構成を単純化でき、この点からも、被処理物投入装置１の大型化を抑制できる。
【００７７】
ここで、本実施形態に係る被処理物投入装置１を用いて被処理物Ｓを補充する手順について簡単にまとめておく。処理装置Ｆ１にて被処理物Ｓを処理中に、炉体Ｆ１１の被処理物Ｓが少なくなってきた場合、被処理物取出機構１３である電磁振動フィーダを操作することによって、ホッパー１１に収容されていた被処理物Ｓが搬送部１ｂの被処理物通路１２を通って搬送され、炉体Ｆ１１に投入される。この状態では、閉鎖部１４が開かれていて、かつ、ジョイント部１５が接合されている。
【００７８】
ホッパー１１の被処理物Ｓが無くなった場合、まず、閉鎖部１４を閉鎖し、次いでジョイント部１５を分離する。これにより、処理装置Ｆ１内部の不活性ガス雰囲気を維持したままジョイント部１５を分離できる。そして移動機構２を用いて投入装置本体１ａを都合の良い位置に移動させ、収容口１１１ｃを開放してホッパー１１に被処理物Ｓを補充する。この収容口１１１ｃの開放に先立ち、投入装置本体１ａ内に外気を導入して不活性ガス雰囲気を解除しておく。
【００７９】
前記のように被処理物Ｓを補充した後、移動機構２を用いてジョイント部１５を接合する。その後、閉鎖部１４を開くことで、被処理物Ｓが炉体Ｆ１１に投入可能な状態とされる。なお、被処理物Ｓを炉体Ｆ１１に投入する場合には、真空引きした上で不活性ガスを導入することにより、投入装置本体１ａ内を不活性ガス雰囲気とする。
【００８０】
−移動機構−
また本実施形態では、図１に示すように、投入装置本体１ａを処理装置Ｆ１に対して、接近・離反する方向に移動できる移動機構２を備えている。本実施形態の移動機構２は、リフト２１と複数の車輪２２（前輪２２１、後輪２２２）から構成されている。リフト２１は、投入装置本体１ａを上下方向に移動させることができるものである。本実施形態ではハンドル操作により投入装置本体１ａを上下動させる手動式のリフトが採用されているが、モータなどによって駆動される形式のリフトであっても良い。車輪２２は処理装置Ｆ１の設置された設置面Ｇに沿って回動するようにされており、投入装置本体１ａとリフト２１とを主に前後方向に移動させることができ、左右方向にも移動させることができるものである。
【００８１】
この移動機構２により、投入装置本体１ａを移動させて前記ジョイント部１５を分離及び接合することをより容易にできる。そして、投入装置本体１ａを異なる処理装置Ｆ１に対して移動させることができる。また、処理装置Ｆ１を設置面Ｇ近くまで下降させることで被処理物Ｓの補充を簡単にすることができる。また、図１に示すように、処理装置Ｆ１を高い位置に置くことで、被処理物通路１２のうち、重力による自然落下がなされる部分（本実施形態では第２被処理物通路１２２）における被処理物Ｓの搬送をよりスムーズにできる。このように、移動機構２を備えたものとすることで、被処理物投入装置１を非常に使い勝手の良いものとできる。また、生産現場のレイアウトに与える制限も小さいものとできる。
【００８２】
−被処理物通路の移動−
本実施形態では、被処理物通路１２における下流端１２ａの、処理装置Ｆ１に対する位置が移動できるものとされている。この移動は、炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃを含む、広がりを持った領域である中央領域の位置と、前記中央領域から外れた位置との間で移動可能になされる。前記「中央領域」とは、炉体Ｆ１１の周縁部を除いた、単結晶シリコンＳ２の引き上げが可能な領域のことである。本実施形態についてより具体的には、この移動は、炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃを基準として接近・離反する方向になされ、第２被処理物通路１２２のうち第２パイプ１２２ｂが処理装置Ｆ１（より具体的には炉体Ｆ１１）に対して移動するものとされている。なお、この移動は第１被処理物通路１２１とは別個になされる。
【００８３】
前記移動に関する接近・離反とは、被処理物通路１２における下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が、垂直線Ｃに対する接近時（下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域の位置にある場合）にあっては、この下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が、単結晶シリコンＳ２の上方への移動軌跡Ｓ２ａよりも内側に位置するようになされ、同離反時（下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域から外れた位置にある場合）にあっては、下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が、前記移動軌跡Ｓ２ａよりも外側に位置するようになされるものである。
【００８４】
よって前記垂直線Ｃに対する接近時（下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域の位置にある場合）においては、炉体Ｆ１１の略中央に被処理物Ｓを投入することが可能となる。つまり、従来の、移動軌跡Ｓ２ａよりも外側で被処理物Ｓを投入するものに比べれば、炉体Ｆ１１の中央に近い位置で被処理物Ｓを投入することが可能となる。このように、炉体Ｆ１１の中央により近い位置に被処理物Ｓを投入することができるため、炉体内で被処理物Ｓが偏りにくく、投入されたシリコン顆粒が均一に加熱されて、効率良く溶融できる。よって、単結晶シリコンの引き上げ作業もスムーズに行え、製造効率が良い。そして、溶融前の被処理物Ｓが炉体Ｆ１１からあふれてしまうこともないため、被処理物Ｓの定量投入が可能で作業効率が良い。
【００８５】
そして前記垂直線Ｃに対する離反時（下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域から外れた位置にある場合）においては、被処理物通路１２と干渉することなく、単結晶シリコンＳ２を炉体Ｆ１１から引き上げることができる。
【００８６】
なお、第２パイプ１２２ｂにおける下流端１２２ｂ２が、炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃに対して平行な平面に沿ってカットされて開口している場合にあっては、垂直線Ｃへの接近時（下流端１２ａが前記中央領域の位置にある場合）において、下流端１２ａを垂直線Ｃに重なるようにしていた場合、最低限、単結晶シリコンＳ２の移動軌跡Ｓ２ａの半径分の距離だけ第２パイプ１２２ｂを移動させれば、炉体Ｆ１１から引き上げられる単結晶シリコンＳ２と第２パイプ１２２ｂとの干渉を避けることができる。つまり、第２パイプ１２２ｂの移動距離を最小にできる。
【００８７】
被処理物通路１２のうち少なくとも一部の区間を移動させるために通路移動機構１７が設けられる。本実施形態では第２パイプ１２２ｂが、この通路移動機構１７によって長手方向に移動し、この移動に伴って処理装置Ｆ１に対して出入りする。前記のように、第１パイプ１２２ａを第２パイプ１２２ｂに挿入することが可能であり、挿入度合、あるいは、未挿入の状態にある各パイプ１２２ａ，１２２ｂ間の距離に応じて、伸縮パイプユニット１２２ｘを伸縮させることができるため、ジョイント部１５での接合位置を維持したままで、第２パイプ１２２ｂを処理装置Ｆ１に対して出入りさせ、第２被処理物通路１２２を長手方向に伸縮させることができる。
【００８８】
これにより、被処理物通路１２の下流端１２ａをできるだけ炉体Ｆ１１内にある溶湯Ｓ１の表面あるいは未溶融の被処理物Ｓに近い位置に配置した場合、既に投入されている未溶融の被処理物Ｓが炉体Ｆ１１内に山のように積み重なり、第２被処理物通路１２２の下流端１２ａを塞ぐことで、第２被処理物通路１２２内に被処理物Ｓがつかえてしまう場合があっても、処理装置Ｆ１に対して第２被処理物通路１２２を後退させることで、被処理物収容部１１から被処理物Ｓを投入可能な状態のままで、前記山のように積み重なった被処理物Ｓと第２被処理物通路１２２の下流端１２ａとの間隔を空け、これにより、被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入することができる。また、被処理物Ｓの溶融が進むに伴い、炉体Ｆ１１内の溶湯の表面が上昇し、第２被処理物通路１２２の下流端１２ａが溶湯に浸かってしまう場合があっても、処理装置Ｆ１に対して第２被処理物通路１２２を後退させることで、上昇した溶湯の表面から第２被処理物通路１２２の下流端１２ａを離すことができる。
【００８９】
−通路移動機構−
以下、本実施形態における通路移動機構１７についてより詳しく説明する。この通路移動機構１７は、図２（Ａ）（Ｃ）（Ｅ）に示すように、フレーム１７１、支持シャフト１７２、駆動シャフト１７３、被駆動部１７４、駆動プレート１７５を備えている。
【００９０】
フレーム１７１は処理装置Ｆ１に対して直接的、あるいは間接的に固定された部分であって、処理装置Ｆ１に対して不動とされている。本実施形態では、このフレーム１７１の下流側の位置に設けられた固定プレート１７１ａが処理装置Ｆ１に固定されている。
【００９１】
そして、このフレーム１７１に支持シャフト１７２が固定されている。支持シャフト１７２は、第２パイプ１２２ｂの長手方向と平行に設けられた丸棒である。また、フレーム１７１には、前記支持シャフト１７２と平行であって、かつ、第２パイプ１２２ｂを挟んだ反対側の位置に駆動シャフト１７３が設けられている。また、フレーム１７１の駆動シャフト１７３に近い側には被駆動部１７４が回動可能に設けられている。この被駆動部１７４の回動軸は駆動シャフト１７３に対して直交している。駆動シャフト１７３は外周面にねじが形成された丸棒であって、フレーム１７１に対して、周方向に回動可能とされている。この駆動シャフト１７３の下流側端部にはかさ歯車１７３ａが取り付けられており、このかさ歯車１７３ａは、被駆動部１７４の端部に同じく設けられたかさ歯車１７４ａと噛み合っている。よって、被駆動部１７４を回転させることによって、駆動シャフト１７３を回転させることができる。なお、被駆動部１７４については、モータなどの駆動手段を接続して自動操作されるものであっても、ハンドルを取り付けて手動操作されるものであっても良い。
【００９２】
駆動プレート１７５は、第２パイプ支持部１６に連結されており、第２パイプ１２２ｂを不動に支持するものであって、支持シャフト１７２及び駆動シャフト１７３が貫通するように取り付けられている。この貫通は、支持シャフト１７２に対しては摺動可能になされており、駆動シャフト１７３に対しては螺合可能になされている。これにより、被駆動部１７４の操作による駆動シャフト１７３の回転に応じ、駆動プレート１７５を固定プレート１７１ａに対して接近・離反させることができる。そして、この駆動プレート１７５が固定プレート１７１ａに対して接近する動作をする場合は、第２パイプ１２２ｂが炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃに対して近づき、下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域の位置に移動する。駆動プレート１７５が固定プレート１７１ａに対して離反する動作をする場合は、第２パイプ１２２ｂが垂直線Ｃに対して離れ、下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域外の位置に移動する。なお、前記のように、第１パイプ１２２ａと第２パイプ１２２ｂとは組み合わされて伸縮するため、ジョイント部１５の位置は変化せずに維持される。
【００９３】
処理装置Ｆ１に対する第２パイプ１２２ｂの位置は、前記駆動プレート１７５の移動範囲内であれば自由に設定が可能である。そのため、炉体Ｆ１１に対する被処理物Ｓの投入位置を自由に設定できる。しかも、前記のように、ジョイント部１５の位置は変化せずに維持されるため、投入装置本体１ａを接続したままで、第２パイプ１２２ｂを移動させることができる。
【００９４】
−他の変形例−
以上、本発明の具体的構成については、前記の実施形態及び変形例に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００９５】
例えば、ジョイント部１５における各ジョイント部材１５１，１５２のうち、少なくとも一方が誘導部を備え、他方が被誘導部を備えたものとすることができる。この誘導部と被誘導部は、各ジョイント部材１５１，１５２を接合しようとする際に、被誘導部が誘導部に誘導されることによって接合状態となるように構成されており、ジョイント部１５の接合状態への位置合わせが行われる部位である。このようにすることで、被誘導部が誘導部に誘導され、ジョイント部１５が所定の位置に位置合わせされるため、ジョイント作業を容易に行うことができる。
【００９６】
また、被処理物投入装置１が、移動機構２の上下以外の他方向への移動を規制する位置決め部としてのストッパーを備えたものとされていても良い。具体的には、前記複数の車輪２２のうち、少なくとも前輪２２１の前進方向への回転を止め、かつ、前輪２２１の処理装置Ｆ１に対する左右方向の位置を定めるためのストッパーを設置面Ｇに対して不動となるように設けることが考えられる。このようにストッパーを設けることにより、ジョイント部１５の接合を容易にできる。
【符号の説明】
【００９７】
１ 被処理物投入装置
１ｂ 搬送部
１１ 被処理物収容部、ホッパー
１１１ｃ 収容口
１２ 被処理物通路
１２ａ 被処理物通路の出口端、下流端
１２２ａ 第１パイプ
１２２ｂ 第２パイプ
１２２ｘ 伸縮パイプユニット
１２ｃ、１２ｄ 外被材、保護ベローズ
１３ 被処理物取出機構、電磁振動フィーダ
１４ 閉鎖部、ゲートバルブ
１５ ジョイント部
Ｆ１ 処理装置
Ｆ１１ 処理部、炉体（るつぼ）
Ｓ 被処理物、シリコンナゲット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を気密状態で処理する処理装置に対し、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被処理物を気密状態で処理する処理装置として、例えば、被処理物であるシリコン材料を処理装置に投入して溶融し、それを固体化させる処理を行うことによって、半導体基板の材料である単結晶シリコンを製造する装置が知られている。前記の製造工程中、処理装置の内部は外気とは異なる特殊な雰囲気（例えば不活性ガス雰囲気や真空雰囲気）中に置かれている。
【０００３】
そして、前記処理装置に対し、外部から被処理物を気密状態で投入するための被処理物投入装置もまた知られている（例えば特許文献１、２）。
【０００４】
特許文献１に記載された被処理物投入装置（シリコン顆粒供給装置）は、ホッパーと、フィーダと、筐体と、石英ポートと、ベローズとを備えたものである。不活性ガス雰囲気とした筐体の内部にシリコン顆粒を収容するホッパーが設けられ、このホッパーの下方に被処理物（シリコン顆粒）を搬送するためのフィーダが設けられている。そして、ベローズを介して筐体と接続された石英ポートの一部が処理装置（加熱炉）の内部に挿入され、加熱炉の内部と連通している。シリコン顆粒供給装置と加熱炉各々の内部は気密状態とされ、具体的には不活性ガス雰囲気におかれる。つまり、シリコン顆粒供給装置と加熱炉とは同じ不活性ガス雰囲気となる。これにより、ホッパーから石英ポートを介してシリコン顆粒を加熱炉の内部に気密状態（不活性ガス雰囲気）で投入することができる。
【０００５】
特許文献２に記載された被処理物投入装置（装入材供給装置）も、基本的な構成は特許文献１に記載されたものと同様であって、ホッパと、トラフと、振動部と、装入材投入室と、シュータとを備えたものである。真空雰囲気とした装入材投入室の内部に被処理物（装入材）を収容するホッパが設けられ、このホッパの下方に装入材を搬送するためのトラフ及び振動部が設けられている。そして、シュータの一部が処理装置（真空槽）の内部に挿入され、真空槽の内部と連通している。装入材投入室と真空槽とは共に外気から密閉できるものとされており、各々の内部は気密状態とされ、具体的には真空雰囲気におかれる。つまり、装入材供給装置と真空槽とは同じ真空雰囲気となる。これにより、ホッパからシュータを介して装入材を真空槽の内部に気密状態（真空雰囲気）で投入することができる。
【０００６】
ところで、特許文献１に記載された被処理物投入装置（シリコン顆粒供給装置）は、ホッパーに収容されたシリコン顆粒が無くなる等してホッパーにシリコン顆粒を補充しなければならなくなった場合、筐体に設けられた蓋を開放し、そこからホッパーにシリコン顆粒を補充するようになっている。また、特許文献２に記載された被処理物投入装置（装入材供給装置）は、ホッパに収容された装入材が無くなる等してホッパに装入材を補充しなければならなくなった場合、装入材投入室に設けられた真空扉を開放し、そこからホッパに装入材を補充するようになっている。
【０００７】
しかしながら、かかる被処理物投入装置（シリコン顆粒供給装置、装入材供給装置）は、いずれも処理装置の内部と連通しているため、処理装置の処理中において、被処理物を補充しようとすれば、被処理物投入装置の開放（蓋や真空扉の開放）に伴い、処理装置の内部までが外気に開放されてしまい、それまで保たれていた気密状態（特殊な雰囲気）が崩されてしまう。よって、被処理物の補充は処理中にはできず、処理後に行う必要があり、その分、アイドルタイム（稼動停止時間）が増えるという問題があった。
【０００８】
前記問題に鑑み、本願の発明者らは、図３に示すような被処理物投入装置５００を発明した（特願２０１０−１７８９５４）。この被処理物投入装置５００は、被処理物（具体的には多結晶シリコン（シリコンナゲット））を加熱して溶融する炉体（るつぼ）Ｆ５１０を内部に設けた処理装置Ｆ５００に対し、処理装置Ｆ５００の外部から被処理物を炉体Ｆ５１０内に投入することのできるものである。
【０００９】
具体的に、この被処理物投入装置５００は、被処理物を一時的に収容可能な被処理物収容部（ホッパー）５１１、及び、当該被処理物収容部５１１から供給される被処理物を搬送するためのフィーダ５１２を備え、前記の被処理物収容部５１１及びフィーダ５１２を含む部分が移動機構５５０によって上下・前後・左右の各方向に別個に移動可能に支持された投入装置本体５１０と、当該投入装置本体５１０から処理装置Ｆ５００へ向かう被処理物が通過可能な被処理物通路５２０とから構成されている。前記被処理物通路５２０は、石英ガラス製であり、長手方向に一体とされたパイプ状部５２２を有し、このパイプ状部５２２は、図示のように斜め下方向に向かうように設けられており、出口端５２１から被処理物を炉体Ｆ５１０内に投入できる。この被処理物通路５２０は、駆動機構を備えており、炉体Ｆ５１０に対して長手方向に移動（前進・後退）できるようになっている。前記被処理物通路５２０の後退は、固体化された単結晶シリコンを引き上げる際に、単結晶シリコンに干渉しないようになされる。
【００１０】
また、前記投入装置本体５１０と被処理物通路５２０との間には、投入装置本体５１０と被処理物通路５２０とを分離できるようにジョイント部５３０が設けられ、更に、当該ジョイント部５３０の（被処理物の通過方向における）下流側に、被処理物通路５２０を遮断可能な閉鎖部５４０が設けられている。このため、閉鎖部５４０を閉じた状態として投入装置本体５１０に設けられている蓋部５１３を開けることで、被処理物収容部５１１に被処理物を補充できる。そして、この被処理物の補充作業は、ジョイント部５３０を境に投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離し、移動機構５５０によって被処理物収容部５１１を作業しやすい位置に移動させることで、より効率良く行える。
【００１１】
前記のように、本願の発明者らが発明した被処理物投入装置５００により、処理装置Ｆ５００の内部の特殊な雰囲気を崩すことなく、被処理物の補充を行うことができるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭５９−１１５７３６号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、炉体Ｆ５１０に投入した被処理物の落下の勢いにより、炉体Ｆ５１０内にある未溶融の被処理物、または、溶融状態の被処理物（溶湯）が跳ね上がって炉体Ｆ５１０外に出てしまうことを防止するために、処理前の投入、処理途中の追加投入（追装）のいずれの場合にあっても、被処理物通路５２０の出口端５２１をできるだけ炉体Ｆ５１０内にある溶湯の表面あるいは未溶融の被処理物に近い位置に配置して被処理物を投入することが望ましい。
【００１４】
このように被処理物通路５２０の出口端５２１をできるだけ溶湯の表面に近い位置に配置した上で被処理物を投入した場合、被処理物が炉体Ｆ５１０内に山のように積み重なり、被処理物通路５２０の出口端５２１を塞ぐことで、被処理物通路５２０内に被処理物がつかえ、投入が継続できなくなる場合がある。また、被処理物の溶融が進むに伴い、炉体Ｆ５１０内の溶湯の表面が上昇し、被処理物通路５２０の出口端５２１が溶湯に浸かってしまう場合もある。これらのような場合には、仮に、処理装置Ｆ５００に対して被処理物通路５２０を後退させること（図示右上方に移動させること）ができれば、前記山のように積み重なった未溶融の被処理物と被処理物通路５２０の出口端５２１との間隔が空き、前記つかえていた被処理物を炉体Ｆ５１０内に投入できるようになる。また、上昇した溶湯の表面から被処理物通路５２０の出口端５２１を離すことができる。
【００１５】
ところが、前記のように、被処理物通路５２０は長手方向に一体とされたパイプ状部５２２を有しているため、前記のように被処理物通路５２０を後退させようとすると、被処理物通路５２０の全体が後退してしまう。つまり、被処理物通路５２０の出口端５２１はもちろんのこと、同時に被処理物通路５２０の図示上端のジョイント部５３０も斜め上方に移動してしまうことになる。
【００１６】
そのため、投入装置本体５１０から炉体Ｆ５１０内に被処理物を投入することを止めないために、図示のように投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離しないままで被処理物通路５２０を後退させるためには、投入装置本体５１０も同方向に移動させる必要がある。
【００１７】
ところが、前記のように、単結晶シリコンを引き上げる際に当該単結晶シリコンとの干渉を避けるために行われる被処理物通路５２０の後退は、ジョイント部５３０を境に投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離して行うことが前提となっており、投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離しないままで被処理物通路５２０を後退することは想定されていなかった。そのため、投入装置本体５１０は被処理物通路５２０の後退に合わせた移動がなされるように構成されていない。
【００１８】
つまり、移動機構５５０は前記のように上下・前後・左右の各方向に別個にしか移動させることができないため、投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離しないままで被処理物通路５２０を後退させるためには、ジョイント部５３０の前記斜め上方への移動に合わせて、投入装置本体５１０を、例えば、まず上方に移動させ、その後、後方に移動させるということをしなければならない。そして、投入装置本体５１０を各方向別個に動かさなければならないため、一度の移動距離を大きくすることができず、被処理物通路５２０の後退と投入装置本体５１０の移動を交互に小刻みに行わざるを得なかった。しかも、被処理物が収容された投入装置本体５１０は重く、２００ｋｇ程度になることもある。そのため、投入装置本体５１０を被処理物通路５２０から分離させないまま、被処理物通路５２０の出口端５２１を移動させることは大変困難であった。このように、前記被処理物投入装置５００は、作業性に関して改良の余地があった。
【００１９】
そこで本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、被処理物収容部から被処理物を投入可能な状態のままで被処理物通路の出口端を移動させることが容易であり、作業性の良い被処理物投入装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の被処理物投入装置は、被処理物を、内部に設けられた処理部にて気密状態で処理する処理装置に対し、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置において、被処理物を一時的に収容可能で、被処理物を収容する際に用いる開閉可能な収容口を有する被処理物収容部と、前記処理装置の内部に投入される被処理物が気密状態で通過して出口端から前記投入が可能な被処理物通路と、前記被処理物収容部から前記被処理物通路へと被処理物を気密状態で取り出し可能な被処理物取出機構と、前記被処理物通路の処理装置側と被処理物収容部側とを遮断可能な閉鎖部と、前記被処理物通路のうちで前記閉鎖部よりも被処理物収容部側の位置にて、前記被処理物通路を分離及び接合可能なジョイント部とが設けられており、前記被処理物通路は、前記ジョイント部の接合位置を維持したままで、前記出口端が前記接合位置に対して接近・離反するようにして伸縮可能であることを特徴としている。
【００２１】
前記構成によると、前記被処理物通路は、前記ジョイント部の接合位置を維持したままで、前記出口端が前記接合位置に対して接近・離反するようにして伸縮可能であることから、被処理物を収容する被処理物収容部を移動させることなく、処理部に対し、被処理物通路の出口端を接近・離反させることができる。
【００２２】
そして、本発明の被処理物投入装置は、前記被処理物通路が、同一軸線上に配置された第１パイプと第２パイプとを組み合わせてなる伸縮パイプユニットを有し、前記伸縮パイプユニットが、前記第１パイプが被処理物の通過方向における上流側に配置され、前記第２パイプが同下流側に配置され、前記第１パイプの上流端に対して、前記被処理物通路の出口端となる前記第２パイプの下流端が接近・離反するように、前記第２パイプが長手方向に移動することで前記伸縮パイプユニットが伸縮するものであることが好ましい。
【００２３】
前記好ましい構成によると、第１パイプと第２パイプとを組み合わせてなる伸縮パイプユニットが伸縮するものであることから、比較的簡単な構成にて被処理物通路の出口端を、処理部に対して接近・離反させることができる。
【００２４】
そして、本発明の被処理物投入装置は、前記伸縮パイプユニットが、前記接近の際に前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入され得るように構成されており、前記閉鎖部が、前記第１パイプと前記第２パイプとの間を遮断可能に設けられ、前記閉鎖部が開かれた際に、前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入された状態で被処理物の投入がなされるものであることが好ましい。
【００２５】
前記好ましい構成によると、前記閉鎖部が開かれた際に、前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入された状態で被処理物の投入がなされるものであることから、閉鎖部における、遮断を実現する構成部材に対して被処理物が触れないようにでき、被処理物の破片が挟まること等による遮断不良の発生を抑制できる。
【００２６】
そして、本発明の被処理物投入装置は、前記処理装置と前記ジョイント部との間にて、前記伸縮パイプユニットのうち外気に接し得る部分が、気密性を有し、かつ、長手方向に伸縮可能な外被材で覆われたものであることが好ましい。
【００２７】
前記好ましい構成によると、伸縮パイプユニットが外被材で覆われたことにより直接露出せず、伸縮パイプユニットの損傷の発生を抑制できる。なお、「外気」とは、被処理物投入装置及び処理装置の外部雰囲気を指すものとする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の被処理物投入装置は、被処理物を収容する被処理物収容部を移動させることなく、処理部に対し、出口端を接近・離反させることができるため、被処理物収容部から被処理物を投入可能な状態のままで被処理物通路を移動させることが容易で作業性が良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】処理装置と被処理物投入装置とを示す概要図である。
【図２】第２被処理物通路及びジョイント部を示すものであって、（Ａ）（Ｂ）は伸縮パイプユニットが最も伸長した状態を示し、（Ｂ）は側面視の概要図、（Ａ）は（Ｂ）のＸ矢視における概要図である。（Ｃ）（Ｄ）は伸縮パイプユニットの中間的な長さの状態を示し、（Ｄ）は側面視の概要図、（Ｃ）は（Ｄ）のＹ矢視における概要図である。（Ｅ）（Ｆ）は伸縮パイプユニットが縮んだ状態を示し、（Ｅ）は側面視の概要図、（Ｅ）は（Ｆ）のＺ矢視における概要図である。
【図３】本願の発明者らが以前に発明した処理装置と被処理物投入装置とを示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明につき、一実施形態を取り上げて、図面とともに以下説明を行う。下記における方向の説明につき、「上下」とは、図１に示された上下方向を基準としたものである。また、「前後」とは、図１に示された状態にて、処理装置Ｆ１に近い側を前方、遠い側を後方としたものである。また、「上流・下流」とは、被処理物Ｓの通過方向（流れ方向）を基準としたものである。ただし、本発明はこの方向で説明した態様に限定して理解されるものではない。
【００３１】
−処理装置−
まず、本発明に係る被処理物投入装置１を取り付ける対象である処理装置Ｆ１について述べておく。この処理装置Ｆ１は、図１に示すように、内部を気密状態とでき、この内部に設けられた、処理部としての炉体（るつぼ）Ｆ１１にて被処理物Ｓを溶融できるものである。本実施形態では、半導体基板の材料である単結晶シリコンＳ２を製造するために、被処理物Ｓとして塊状である多結晶シリコン（シリコンナゲット）を炉体Ｆ１１に入れて加熱し、溶融する。ちなみに、本実施形態で用いられるシリコンナゲットの径寸法は約１０mmである。
【００３２】
本実施形態の処理装置Ｆ１では、ＣＺ法により単結晶シリコンＳ２が製造される。本実施形態の単結晶シリコンＳ２の製造方法について簡単に説明しておく。まず、不活性ガス雰囲気中にて炉体Ｆ１１に投入されたシリコンナゲットが約１８００℃に加熱されて溶融される。この溶融状態とされたシリコン（以下、「溶湯」と記す）Ｓ１に種となる単結晶シリコンを漬け、その後回転しつつゆっくりと持ち上げることで結晶を成長させていき、最終的には略円柱状の固体である単結晶シリコン（インゴット）Ｓ２が形成される。つまり、処理装置Ｆ１は、溶湯Ｓ１から単結晶シリコンＳ２を引き上げるために用いられる。
【００３３】
本実施形態における不活性ガス雰囲気とは、具体的には、処理装置Ｆ１の内部空間を一度真空引きした上で、アルゴンや窒素などの不活性ガスで満たされた雰囲気を指す。そのため、脱気ポンプ（真空ポンプ）及び不活性ガス供給管が処理装置Ｆ１に設けられている（図示していない）。なお、下記の被処理物投入装置１の内部についても、下記の閉鎖部１４が閉じられていない場合においては処理装置Ｆ１内と同じ不活性ガス雰囲気に置かれる。
【００３４】
なお、被処理物Ｓの種類によっては処理装置Ｆ１の内部を真空雰囲気としても良い。特に、溶湯Ｓ１から不純物を除去したい場合には真空雰囲気とされる場合がある。ただ、真空雰囲気とした場合は、被処理物Ｓが処理装置Ｆ１の内部で蒸発してしまう。本実施形態ではそれが不都合であるため、不活性ガスの圧力によってシリコンの蒸発を抑えるために不活性ガスを処理装置Ｆ１の内部に導入している。また、導入する不活性ガスの圧力については被処理物Ｓの種類に対して最適なものとする。
【００３５】
また、本実施形態では被処理物Ｓを構成する物質をシリコンとしているが、本発明の対象となる被処理物Ｓはこれに限定されるものではなく、シリコン以外の金属や樹脂などの種々の物質を被処理物Ｓとすることができる。
【００３６】
また、本実施形態における「処理」とは、シリコンナゲットの加熱による溶融、及び、溶湯Ｓ１からの引き上げによる単結晶シリコン（インゴット）の形成までの一連の操作を含んでいるが、本発明における「処理」とは、もっと広い概念であって、気密状態で被処理物Ｓに種々の物理変化あるいは化学変化を加えるための操作全般を指している。
【００３７】
−被処理物投入装置−
被処理物投入装置１は、図１に示すように、前記の処理装置Ｆ１に対し、処理装置Ｆ１の外部から被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入することのできるものである。なお、以下においては、下記ジョイント部１５において分離される、ジョイント部１５よりも被処理物収容部１１の側に設けられた部分の総称を投入装置本体１ａとして説明する。
【００３８】
この被処理物投入装置１は、被処理物収容部１１と搬送部１ｂとを備えている。搬送部１ｂは被処理物収容部１１に収容されていた被処理物Ｓを処理装置Ｆ１へと搬送するための部位であって、被処理物通路１２と被処理物取出機構１３を備えている。そして搬送部１ｂは、閉鎖部１４とジョイント部１５とを備えている。詳しくは後述する。
【００３９】
被処理物Ｓは、被処理物収容部１１から搬送部１ｂにおける被処理物通路１２を通り、処理装置Ｆ１まで搬送される。この搬送経路のうちで被処理物Ｓが触れる部分については、磨耗に強い材料である石英ガラス製とされているか、あるいは石英ガラスの内張りがなされており、磨耗による金属粉などの不純物が被処理物Ｓに混入する可能性を極力抑えているため、純度の高い単結晶シリコンＳ２を製造することができる。
【００４０】
本実施形態では、被処理物収容部１１、被処理物通路１２の一部、被処理物取出機構１３の各々がステンレス合金製の供給タンク１１１の内部に設けられている。そして被処理物投入装置１を処理装置Ｆ１に取り付けた場合において、この供給タンク１１１自体が外気に対する気密状態を保持できる。なお、本実施形態の説明における「外気」とは、被処理物投入装置１及び処理装置Ｆ１の外部雰囲気を指すものとする。
【００４１】
この供給タンク１１１は、略円筒形状の供給タンク本体１１１ａと、この供給タンク本体１１１ａから水平方向に突出している突出部１１１ｂとから構成されており、本実施形態では、図示のようにフランジ接続により両者が一体とされている。なお、このように供給タンク１１１を設けず、被処理物収容部１１と被処理物通路１２とを、外気に対する気密状態を保持できるように、直接接続した構造を採用しても良い。また、供給タンク本体１１１ａと突出部１１１ｂとが溶接等により一体とされていても良い。
【００４２】
−被処理物収容部（ホッパー）−
被処理物収容部１１は、搬送されるまでの間、被処理物Ｓを一時的に収容しておくことのできる部位であって、被処理物Ｓを収容する際に用いる開閉可能な収容口１１１ｃを備えている。本実施形態では、蓋部１１１ｄによって収容口１１１ｃが開閉できるようになっている。そして、本実施形態では、この被処理物収容部１１としてホッパーが用いられている。このホッパー１１は、前記の供給タンク１１１内に平板状の石英ガラスが張り合わせられて設けられている。そして形状については、上下両端部が開放された八角柱の下端に八角錐が接続されたものとされている。前記八角錐部分の下端は開放されていて、その部分から被処理物Ｓが自然落下し、被処理物Ｓが搬送部１ｂに取り出されるようになっている。
【００４３】
本実施形態のように八角柱と八角錐を組む合わせた形状とすると、平面視が長方形や台形である平板状の石英ガラスを組み合わせて形成できることから、ホッパー１１を容易に製造でき、製造コストを抑えることができる。なお、本発明の被処理物収容部１１は、本実施形態のホッパーのように八角柱と八角錐を組む合わせた形状に限られるものではなく、その他の多角柱と多角錐を組み合わせた形状であって良い。また、場合によっては円筒形状を採用しても良い。
【００４４】
本実施形態における蓋部１１１ｄは、供給タンク本体１１１ａの上端部に、外気に対する気密状態を保持できるように設けられたものであって、この蓋部１１１ｄを供給タンク本体１１１ａから外すことにより収容口１１１ｃを開放し、ホッパー１１に被処理物Ｓを補充することができるようになっている。
【００４５】
−被処理物通路−
被処理物通路１２は、処理装置Ｆ１に投入される被処理物Ｓが通過可能な部位である。上流端が前記のホッパー１１から被処理物Ｓを受けることができる位置に設けられている。そして、下流端（出口端）１２ａが処理装置Ｆ１に対して被処理物Ｓを投入できる位置に設けられている。より具体的には、この被処理物通路１２における下流端１２ａは、処理装置Ｆ１の内部であり、かつ、炉体Ｆ１１の上方に位置している。
【００４６】
本実施形態の被処理物通路１２は、ホッパー１１の側に位置する第１被処理物通路１２１と、処理装置Ｆ１側に位置する第２被処理物通路１２２とから構成されており、下記のジョイント部１５を境として第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２とが分離及び接合可能とされている。ここで、前記の下流端１２ａは第２被処理物通路１２２（より詳しくは第２パイプ１２２ｂ）に属している。本実施形態では、第１パイプ１２２ａ及び第２パイプ１２２ｂ（後述）を取り替える際を除いて、第２被処理物通路１２２を処理装置Ｆ１から分離させる必要がない。そのため、移動機構２（後述）は第１被処理物通路１２１を移動させることができれば良く、第２被処理物通路１２２の移動を負担する必要がない。すなわち、前記のように被処理物通路１２を第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２とから構成することによって、移動機構２の設計を簡素化できる。
【００４７】
そして、この被処理物通路１２とホッパー１１とは、被処理物Ｓを外気に触れさせることなく搬送することが可能な位置関係に設けられている。本実施形態では、ホッパー１１が供給タンク１１１の内部に形成され、第１被処理物通路１２１が供給タンク１１１の下部に形成されていることにより、被処理物Ｓを外気に触れさせることなく搬送させることが可能である。
【００４８】
本実施形態においては、第１被処理物通路１２１はホッパー１１の直下から前方へ水平に向かう部分とされており、供給タンク本体１１１ａの下部と、この供給タンク本体１１１ａの下部から前方に突出した突出部１１１ｂにまたがって存在している。前記突出部１１１ｂの下流側には、第１パイプ１２２ａの拡大部分１２２ａ１（後述）が位置しており、被処理物Ｓがこの拡大部分１２２ａ１から入って第２被処理物通路１２２へと搬送されていく。
【００４９】
第２被処理物通路１２２は第１被処理物通路１２１の下流端に対し、下記ジョイント部１５を介して、被処理物Ｓが通過可能なようにつながっており、下斜め前方へ傾斜するように配置されている。なお、本実施形態では、図１に示すように、第２被処理物通路１２２の一部（第１パイプ１２２ａの拡大部分１２２ａ１）が第１被処理物通路１２１に入り込んでいるが、このように第１被処理物通路１２１の下流端と第２被処理物通路１２２の上流端がラップして設けられていても良い。
【００５０】
本実施形態の第２被処理物通路１２２は、いずれも石英ガラス製であり、同一軸線上に配置された第１パイプ１２２ａと第２パイプ１２２ｂとが組み合わされてなる伸縮パイプユニット１２２ｘを有している。第１パイプ１２２ａの外径(拡大部分１２２ａ１を除く)は、第２パイプ１２２ｂの内径(拡大部分１２２ｂ１を除く)よりも小さく形成されている。これにより、第１パイプ１２２ａ（挿入側パイプ）を第２パイプ１２２ｂ（被挿入側パイプ）に挿入することが可能であり、前記挿入の度合、あるいは、未挿入の状態にある各パイプ１２２ａ，１２２ｂ間の距離に応じて、伸縮パイプユニット１２２ｘを長手方向に伸縮させることができる（伸縮パイプユニット１２２ｘの全長を変化させることができる）。この伸縮の際には、第１パイプ１２２ａの上流端に対して第２パイプ１２２ｂの下流端１２２ｂ２が接近・離反することになる。
【００５１】
第１パイプ１２２ａの上流側端部には、先端に向かうにつれ径寸法が拡大された拡大部分１２２ａ１が形成されている。図１に示すように、この拡大部分１２２ａ１は被処理物取出機構（電磁振動フィーダ）１３のトラフ１３２の下流端下方に位置し、トラフ１３２上を搬送される被処理物Ｓを受け止め、第１パイプ１２２ａ内へ導く部分である。一方、下流端１２２ａ２は、第１パイプ１２２ａの長手方向に直交する断面で切断されている。この下流端１２２ａ２は、伸縮パイプユニット１２２ｘが縮む際に、第２パイプ１２２ｂに挿入される部分である。
【００５２】
そして、第２パイプ１２２ｂの上流側端部にも、先端に向かうにつれ径寸法が拡大された拡大部分１２２ｂ１が形成されている。この拡大部分１２２ｂ１は、通路移動機構１７の駆動プレート１７５（後述）に連結された第２パイプ支持部１６に対し、第２パイプ１２２ｂを取り付けるための部分である。また、第１パイプ１２２ａを第２パイプ１２２ｂに挿入する際に、第１パイプ１２２ａの下流端１２２ａ２を導くガイドともなり得る。また、拡大部分１２２ｂ１の上方には閉鎖部１４（後述）が設けられている。この閉鎖部１４は、第２パイプ１２２ｂと一体となるように設けられている。一方、下流端１２２ｂ２（被処理物通路１２の下流端１２ａと一致）は、図示のように水平方向に切断されたものであっても良いし、垂直方向（炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃに平行な方向）に切断されたものであっても良い。
【００５３】
このように第２被処理物通路１２２が構成されたことにより、図２（Ｂ）（Ｄ）（Ｆ）に示したように、ジョイント部１５（図示上端部分）における、第１被処理物通路１２１との接合位置を維持したままで（固定した状態で）、第２パイプ１２２ｂを第１パイプ１２２ａに対して移動させ、第２被処理物通路１２２を長手方向に伸縮させることができる。このように、伸縮パイプユニット１２２ｘを挿入、あるいは、接近・離反により伸縮させるものであることから、比較的簡単な構成にて被処理物通路１２２の下流端１２ａを、炉体Ｆ１１に対して接近・離反させることができる。
【００５４】
図２（Ｂ）は伸縮パイプユニット１２２ｘが最も伸長した状態を示し、図２（Ｄ）は伸縮パイプユニット１２２ｘが少し縮んだ状態を示し、図２（Ｆ）は伸縮パイプユニット１２２ｘが更に縮んだ状態を示している。図２（Ｂ）に示した状態では、第１パイプ１２２ａがまだ第２パイプ１２２ｂに挿入されていない。なお、この状態においては閉鎖部１４内に第１パイプ１２２ａが存在していないため、閉鎖部１４を閉じることができる。図２（Ｄ）（Ｆ）に示した状態では、第１パイプ１２２ａが第２パイプ１２２ｂに挿入されており、閉鎖部１４内に第１パイプ１２２ａが存在するため、閉鎖部１４は開かれている。
【００５５】
このように、第２被処理物通路１２２を伸縮パイプユニット１２２ｘの伸縮可能な範囲内で任意の長さとすることができる。本実施形態では、第１パイプ１２２ａが固定部１２ｂによって処理装置Ｆ１に固定されている。そのため、処理装置Ｆ１に対して第１パイプ１２２ａは移動せず、第２パイプ１２２ｂが移動することとなる。よって、処理装置Ｆ１（より具体的には炉体Ｆ１１）に対する処理物通路１２２の下流端１２ａの位置を容易に変化させることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、石英ガラス製の各パイプ１２２ａ，１２２ｂを損傷から保護するため、処理装置Ｆ１とジョイント部１５との間にて、各パイプ１２２ａ，１２２ｂのうち外気に接し得る部分が、気密性を有し、かつ、長手方向に伸縮可能な外被材としての保護ベローズ１２ｃ,１２ｄで覆われている。この保護ベローズ１２ｃ,１２ｄは、例えば、ステンレス合金の薄板が溶接あるいは一体成形によって蛇腹状に形成されたものであり、伸縮パイプユニット１２２ｘの伸縮に応じて伸縮するようになっている。
【００５７】
本実施形態では、第１保護ベローズ１２ｃが、ジョイント部１５の下側ジョイント部材１５２と閉鎖部１４との間に、下側ジョイント部材１５２及び閉鎖部１４に対して気密に接続されている。また、第２保護ベローズ１２ｄが、閉鎖部１４と固定部１２ｂとの間に、閉鎖部１４及び固定部１２ｂに対して気密に接続されている。
【００５８】
なお、第２被処理物通路１２２の構成は本実施形態のものに限られず、種々の変形が可能である。例えば、蛇腹状の部材を用いることにより第２被処理物通路１２２を伸縮させるものであっても良い。また、本実施形態の各パイプ１２２ａ，１２２ｂは、拡大部分１２２ａ１，１２２ｂ１を除き、径寸法が変化しない直管状とされているが、テーパ管のように径寸法が変化するものであっても良い。また、場合によっては、所定の曲率を有して湾曲させた曲管状とされていても良い。また、伸縮パイプユニット１２２ｘが３本以上のパイプが組み合わされてなるものであっても良い。
【００５９】
−被処理物取出機構−
被処理物取出機構１３は、前記の被処理物収容部１１から被処理物通路１２へと被処理物Ｓを気密状態で搬送させるための部位である。本実施形態では、この被処理物取出機構１３として電磁振動フィーダが用いられており、この電磁振動フィーダが第１被処理物通路１２１の内部に設けられている。被処理物取出機構１３は搬送部１ｂに備えられたものであるから、本実施形態のように被処理物取出機構１３が被処理物通路１２の内部に設けられたものに限られるものではなく、被処理物通路１２とは離れた位置に設けられたものであっても良い。
【００６０】
前記の電磁振動フィーダは駆動部１３１とトラフ１３２とを備えたものであって、駆動部１３１によりトラフ１３２を振動させて、トラフ１３２に載せられた被処理物Ｓを下流側へと搬送させることができる。トラフ１３２は、上部及び下流端が開放している樋状の部位であり、本実施形態では内面に石英ガラスの内張りがなされている。このトラフ１３２は第１被処理物通路１２１の延びる方向に沿って、ホッパー１１の直下から第１被処理物通路１２１の下流端付近まで設けられている。これにより、ホッパー１１の下端から自然落下した被処理物Ｓはトラフ１３２に載って下流側に搬送されていく。そして、トラフ１３２の下流端まで来た被処理物Ｓは、前記の第１パイプ１２２ａの拡大部分１２２ａ１へと落下する。
【００６１】
本実施形態においては、被処理物取出機構１３として電磁振動フィーダを用いたことにより、処理装置Ｆ１に被処理物Ｓを連続して定量的に投入することが可能とされている。よって、炉体Ｆ１１に被処理物Ｓを少量ずつ連続的に投入することができ、処理の効率化、高精度化を図ることができる。もちろん、微量の被処理物Ｓの投入も可能である。また、従来は被処理物を一気に炉体に投入していた場合があり、その場合、溶湯の跳ねや投入時の衝撃による炉体の破損などが発生する懸念があったが、前記のように電磁振動フィーダを用いたことにより、このような懸念を払拭できる。また、被処理物Ｓの微量投入が可能であることから、処理装置Ｆ１の稼動中に被処理物Ｓを炉体Ｆ１１へ投入する場合であっても、溶湯Ｓ１の急激な温度低下を抑えることができ、品質管理上有利である。
【００６２】
本実施形態においては、第１被処理物通路１２１が水平方向に延びるものであり、第２被処理物通路１２２は下斜め前方に傾斜している。よって被処理物Ｓは、第１被処理物通路１２１においては電磁振動フィーダによって水平方向に搬送させられ、第２被処理物通路１２２においては重力による自然落下で斜め下方に搬送される。ただし、本発明はこの形態に限られるものではなく、例えば、第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２が、いずれも斜め下方あるいは下方に向かうものとされており、いずれも重力による自然落下によって被処理物Ｓを搬送させるものであっても良い。その場合においては、例えば、ホッパー１１の下部に設けたゲートあるいは弁などの流量調整機構が被処理物取出機構１３となる。
【００６３】
また、被処理物Ｓを水平方向に搬送するために被処理物取出機構１３を用いる場合であっても、本実施形態のような電磁振動フィーダに限らず、例えば、ベルトコンベアやローラコンベアのように、一方側から他方側へと被処理物Ｓを搬送させることのできる機能を有するものであれば、種々の搬送機構を用いることができる。もちろん、被処理物取出機構１３による被処理物Ｓの搬送方向を水平方向以外としても良い。
【００６４】
−閉鎖部−
閉鎖部１４は、搬送部１ｂの処理装置Ｆ１側と被処理物収容部１１側とを遮断することが可能な部位である。この閉鎖部１４は、前記遮断のために当該閉鎖部１４内の空間を閉鎖可能な開閉部材（弁体）を備えている（図示していない）。本実施形態の閉鎖部１４は、図２に示すように、第２被処理物通路１２２における第２パイプ１２２ｂの上端に一箇所設けられたゲートバルブである。閉鎖部１４と第２パイプ１２２ｂとは、気密に接続される。閉鎖部１４を閉じることで、この閉鎖部１４よりも処理装置Ｆ１側の部分を気密状態で閉鎖できる。そして、当然ではあるが、被処理物Ｓが漏れ出ないようにも閉鎖できる。閉鎖部１４に用いるバルブの種類は、ゲートバルブ以外に、条件が許せば、例えばグローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブなどの種々のバルブが使用できる。
【００６５】
ここで、第２被処理物通路１２２における第１パイプ１２２ａの下流端１２２ａ２は、図２（Ｄ）（Ｆ）に示すように、閉鎖部１４が開かれた際に、前記開閉部材よりも下流側に位置するようにされている。つまり、この際には、第１パイプ１２２ａの下流端１２２ａ２が第２パイプ１２２ｂに挿入された状態で被処理物Ｓの投入がなされることになる。これにより、開閉部材及び当該開閉部材と密着することにより前記遮断を実現する構成部材（Ｏリング、パッキン等）に対し、第２被処理物通路１２２を通過する被処理物Ｓが触れないようにでき、被処理物Ｓの破片が挟まること等による遮断不良の発生を抑制できる。
【００６６】
本実施形態では、閉鎖部１４が第２パイプ１２２ｂの上端に設けられているが、これに限られるものではなく、搬送部１ｂ中の他の位置に設けられていても良い。ただし、ジョイント部１５により被処理物通路１２を分離させる場合、分離後に処理装置Ｆ１の気密状態を保つためには、閉鎖部１４をジョイント部１５よりも処理装置Ｆ１の側に設けておく必要がある。なお、分離後において処理装置Ｆ１と投入装置本体１ａの両方ともに気密状態を保つためには、閉鎖部１４を、ジョイント部１５を挟んで処理装置Ｆ１の側と投入装置本体１ａの側の両方に設けておいても良い。
【００６７】
このように閉鎖部１４を設けることにより、閉鎖部１４を閉じれば処理装置Ｆ１の内部の不活性ガス雰囲気を保ったままで、ホッパー１１を外気に開放することが可能となる。そのため、処理装置Ｆ１の炉体Ｆ１１における被処理物Ｓの溶融を続けたまま、蓋部１１１ｄを開けてホッパー１１に被処理物Ｓを補充することが可能となる。そして、ホッパー１１への被処理物Ｓの補充後、閉鎖部１４を開くことによって、ホッパー１１に新たに補充された被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入することができるようになる。なお、ホッパー１１に新たに補充された被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入する場合には、閉鎖部１４よりもホッパー１１の側を不活性ガス雰囲気とする。
【００６８】
従来、ホッパーに収容された被処理物が無くなってしまった場合、炉体を一度冷却した上で不活性ガス雰囲気を解除し、ホッパーに被処理物を補充して、再び不活性ガス雰囲気としてから炉体を再加熱する必要があったため、時間のロス、より具体的にはアイドルタイム（稼動停止時間）が多く、品質管理上も望ましくなかった。これに対して本実施形態では、閉鎖部１４を設けることにより、処理装置Ｆ１の内部の特殊な雰囲気を崩すことなく、被処理物Ｓの被処理物投入装置Ｆ１への補充を行うことができ、これによってアイドルタイムを少なくして生産性を向上することができる。そのため、前記従来の問題点を解決することができる。
【００６９】
−ジョイント部−
前記の閉鎖部１４に加え、被処理物通路１２のうちで閉鎖部１４よりも被処理物収容部１１側の位置にて、搬送部１ｂを分離及び接合可能なジョイント部１５を備えたものとする。これにより、搬送部１ｂが分離可能とされている。ジョイント部１５も、閉鎖部１４よりも被処理物収容部１１側の位置である限り、搬送部１ｂのどの位置に設けられていても良い。そしてこのジョイント部１５により、被処理物投入装置１のうちジョイント部１５よりもホッパー１１側の部分（本実施形態では投入装置本体１ａ）を処理装置Ｆ１から分離させることができる。このことから、本実施形態では複数の処理装置Ｆ１への被処理物Ｓの供給を１台の投入装置本体１ａで担当することが可能となる。つまり、従来とは異なり、処理装置Ｆ１と同数の投入装置本体１ａが必ずしも必要でなくなる。もちろん、従来通りに、処理装置Ｆ１と投入装置本体１ａの数量が一対一で対応するものであっても良い。
【００７０】
本実施形態では、図１に示すように、ジョイント部１５が第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２との間に設けられている。より具体的に説明すると、第１被処理物通路１２１の下流端には上側ジョイント部材１５１が設けられ、第２被処理物通路１２２の上流端（ただし、第２パイプ１２２ｂの拡大部分１２２ｂ１を除く）には下側ジョイント部材１５２が設けられている。本実施形態では、各ジョイント部材１５１，１５２は略フランジ状とされており、対向する関係にある当接面同士を密着させることにより、気密に接合可能なものである。
【００７１】
前記のように閉鎖部１４とジョイント部１５とが設けられたことによって、被処理物通路１２の第１被処理物通路１２１と第２被処理物通路１２２とがジョイント部１５で分割された場合に、閉鎖部１４によって、被処理物通路１２における被処理物Ｓの移動方向を基準とした下流側部分の気密状態を保つことができる。具体的には次のようなことが可能となる。もし仮に、処理装置Ｆ１に被処理物Ｓを補充する必要が無くなった時点において、ホッパー１１の内部にまだ被処理物Ｓが残っている場合、閉鎖部１４を閉じた上でジョイント部１５を境に被処理物通路１２を分離し、投入装置本体１ａを分離前とは別の処理装置Ｆ１に付け替えることができ、これにより、ホッパー１１に残った被処理物Ｓを別の処理装置Ｆ１に投入できる。
【００７２】
ホッパー１１に収容された被処理物Ｓが無くなってしまった場合には、例えば図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、伸縮パイプユニット１２２ｘを伸長させて閉鎖部１４内に第１パイプ１２２ａが存在しない状態とし、閉鎖部１４を閉じた上でジョイント部１５を境に被処理物通路１２を分離する。そして、リフト２１を操作して投入装置本体１ａを下降させるなどして都合の良い位置に移動させ、その上でホッパー１１に被処理物Ｓを補充する。その後、投入装置本体１ａを分離前とは別の処理装置Ｆ１に付け替えることができる。ただし、投入装置本体１ａを分離前と同じ処理装置Ｆ１に再度取り付けても良い。特に、下記のリフト２１により投入装置本体１ａが支持されている場合には、前記の補充作業をより効率良くできる。
【００７３】
また、ホッパー１１への被処理物Ｓの補充を頻繁に行う必要があるというデメリットはあるものの、ホッパー１１の容量を小さくすることで投入装置本体１ａをコンパクト化し、より扱いやすくすることもできる。これはいかなる製造現場においても適用できる訳ではないが、本実施形態によると、このような選択も可能となり、製造現場の状況に応じた装置の最適化をはかることができる。
【００７４】
ここで、被処理物通路１２に閉鎖部１４が１箇所しか設けられていない場合では、ジョイント部１５の分離によって投入装置本体１ａの内部における不活性ガス雰囲気が失われてしまうため、投入装置本体１ａの内部を再度不活性ガス雰囲気に整える必要がある。そこで、被処理物通路１２に、ジョイント部１５を挟んで更に別の閉鎖部を設けることが考えられる。このようにした場合にあっては、不活性ガス雰囲気を整えるべき区間が、閉鎖部１４と前記別の閉鎖部との間の比較的短い区間とできるため、作業効率を大変良くでき、有利である。
【００７５】
また、本実施形態では、ジョイント部１５の分離時においても、第２被処理物通路１２２が処理装置Ｆ１に残される。そのため、第２被処理物通路１２２の処理装置Ｆ１に対する分離動作が不要であって、下記移動機構２による投入装置本体１ａの移動が楽である。また、石英ガラス製である第２被処理物通路１２２における各パイプ１２２ａ，１２２ｂが投入装置本体１ａの移動に伴って破損してしまう可能性も小さくできる。
【００７６】
そして、このジョイント部１５の存在により、第２被処理物通路１２２を第１被処理物通路１２１と分離して移動させることができるので、中央領域（炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃを含む、広がりを持った領域）の位置と、前記中央領域から外れた位置との間での、被処理物通路１２における下流端１２ａの移動を第２被処理物通路１２２のみの移動で行うことが可能である。そのため移動のために必要なスペースを小さくでき、被処理物投入装置１を小型化できる。また、前記通路移動機構１７による被処理物通路１２における下流端１２ａの移動が、下記移動機構２による移動とは別個に行うことが可能となるため（言い換えると、下記移動機構２が被処理物通路１２における下流端１２ａの移動を担う必要がないため）、下記移動機構２の構成を単純化でき、この点からも、被処理物投入装置１の大型化を抑制できる。
【００７７】
ここで、本実施形態に係る被処理物投入装置１を用いて被処理物Ｓを補充する手順について簡単にまとめておく。処理装置Ｆ１にて被処理物Ｓを処理中に、炉体Ｆ１１の被処理物Ｓが少なくなってきた場合、被処理物取出機構１３である電磁振動フィーダを操作することによって、ホッパー１１に収容されていた被処理物Ｓが搬送部１ｂの被処理物通路１２を通って搬送され、炉体Ｆ１１に投入される。この状態では、閉鎖部１４が開かれていて、かつ、ジョイント部１５が接合されている。
【００７８】
ホッパー１１の被処理物Ｓが無くなった場合、まず、閉鎖部１４を閉鎖し、次いでジョイント部１５を分離する。これにより、処理装置Ｆ１内部の不活性ガス雰囲気を維持したままジョイント部１５を分離できる。そして移動機構２を用いて投入装置本体１ａを都合の良い位置に移動させ、収容口１１１ｃを開放してホッパー１１に被処理物Ｓを補充する。この収容口１１１ｃの開放に先立ち、投入装置本体１ａ内に外気を導入して不活性ガス雰囲気を解除しておく。
【００７９】
前記のように被処理物Ｓを補充した後、移動機構２を用いてジョイント部１５を接合する。その後、閉鎖部１４を開くことで、被処理物Ｓが炉体Ｆ１１に投入可能な状態とされる。なお、被処理物Ｓを炉体Ｆ１１に投入する場合には、真空引きした上で不活性ガスを導入することにより、投入装置本体１ａ内を不活性ガス雰囲気とする。
【００８０】
−移動機構−
また本実施形態では、図１に示すように、投入装置本体１ａを処理装置Ｆ１に対して、接近・離反する方向に移動できる移動機構２を備えている。本実施形態の移動機構２は、リフト２１と複数の車輪２２（前輪２２１、後輪２２２）から構成されている。リフト２１は、投入装置本体１ａを上下方向に移動させることができるものである。本実施形態ではハンドル操作により投入装置本体１ａを上下動させる手動式のリフトが採用されているが、モータなどによって駆動される形式のリフトであっても良い。車輪２２は処理装置Ｆ１の設置された設置面Ｇに沿って回動するようにされており、投入装置本体１ａとリフト２１とを主に前後方向に移動させることができ、左右方向にも移動させることができるものである。
【００８１】
この移動機構２により、投入装置本体１ａを移動させて前記ジョイント部１５を分離及び接合することをより容易にできる。そして、投入装置本体１ａを異なる処理装置Ｆ１に対して移動させることができる。また、処理装置Ｆ１を設置面Ｇ近くまで下降させることで被処理物Ｓの補充を簡単にすることができる。また、図１に示すように、処理装置Ｆ１を高い位置に置くことで、被処理物通路１２のうち、重力による自然落下がなされる部分（本実施形態では第２被処理物通路１２２）における被処理物Ｓの搬送をよりスムーズにできる。このように、移動機構２を備えたものとすることで、被処理物投入装置１を非常に使い勝手の良いものとできる。また、生産現場のレイアウトに与える制限も小さいものとできる。
【００８２】
−被処理物通路の移動−
本実施形態では、被処理物通路１２における下流端１２ａの、処理装置Ｆ１に対する位置が移動できるものとされている。この移動は、炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃを含む、広がりを持った領域である中央領域の位置と、前記中央領域から外れた位置との間で移動可能になされる。前記「中央領域」とは、炉体Ｆ１１の周縁部を除いた、単結晶シリコンＳ２の引き上げが可能な領域のことである。本実施形態についてより具体的には、この移動は、炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃを基準として接近・離反する方向になされ、第２被処理物通路１２２のうち第２パイプ１２２ｂが処理装置Ｆ１（より具体的には炉体Ｆ１１）に対して移動するものとされている。なお、この移動は第１被処理物通路１２１とは別個になされる。
【００８３】
前記移動に関する接近・離反とは、被処理物通路１２における下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が、垂直線Ｃに対する接近時（下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域の位置にある場合）にあっては、この下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が、単結晶シリコンＳ２の上方への移動軌跡Ｓ２ａよりも内側に位置するようになされ、同離反時（下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域から外れた位置にある場合）にあっては、下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が、前記移動軌跡Ｓ２ａよりも外側に位置するようになされるものである。
【００８４】
よって前記垂直線Ｃに対する接近時（下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域の位置にある場合）においては、炉体Ｆ１１の略中央に被処理物Ｓを投入することが可能となる。つまり、従来の、移動軌跡Ｓ２ａよりも外側で被処理物Ｓを投入するものに比べれば、炉体Ｆ１１の中央に近い位置で被処理物Ｓを投入することが可能となる。このように、炉体Ｆ１１の中央により近い位置に被処理物Ｓを投入することができるため、炉体内で被処理物Ｓが偏りにくく、投入されたシリコン顆粒が均一に加熱されて、効率良く溶融できる。よって、単結晶シリコンの引き上げ作業もスムーズに行え、製造効率が良い。そして、溶融前の被処理物Ｓが炉体Ｆ１１からあふれてしまうこともないため、被処理物Ｓの定量投入が可能で作業効率が良い。
【００８５】
そして前記垂直線Ｃに対する離反時（下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域から外れた位置にある場合）においては、被処理物通路１２と干渉することなく、単結晶シリコンＳ２を炉体Ｆ１１から引き上げることができる。
【００８６】
なお、第２パイプ１２２ｂにおける下流端１２２ｂ２が、炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃに対して平行な平面に沿ってカットされて開口している場合にあっては、垂直線Ｃへの接近時（下流端１２ａが前記中央領域の位置にある場合）において、下流端１２ａを垂直線Ｃに重なるようにしていた場合、最低限、単結晶シリコンＳ２の移動軌跡Ｓ２ａの半径分の距離だけ第２パイプ１２２ｂを移動させれば、炉体Ｆ１１から引き上げられる単結晶シリコンＳ２と第２パイプ１２２ｂとの干渉を避けることができる。つまり、第２パイプ１２２ｂの移動距離を最小にできる。
【００８７】
被処理物通路１２のうち少なくとも一部の区間を移動させるために通路移動機構１７が設けられる。本実施形態では第２パイプ１２２ｂが、この通路移動機構１７によって長手方向に移動し、この移動に伴って処理装置Ｆ１に対して出入りする。前記のように、第１パイプ１２２ａを第２パイプ１２２ｂに挿入することが可能であり、挿入度合、あるいは、未挿入の状態にある各パイプ１２２ａ，１２２ｂ間の距離に応じて、伸縮パイプユニット１２２ｘを伸縮させることができるため、ジョイント部１５での接合位置を維持したままで、第２パイプ１２２ｂを処理装置Ｆ１に対して出入りさせ、第２被処理物通路１２２を長手方向に伸縮させることができる。
【００８８】
これにより、被処理物通路１２の下流端１２ａをできるだけ炉体Ｆ１１内にある溶湯Ｓ１の表面あるいは未溶融の被処理物Ｓに近い位置に配置した場合、既に投入されている未溶融の被処理物Ｓが炉体Ｆ１１内に山のように積み重なり、第２被処理物通路１２２の下流端１２ａを塞ぐことで、第２被処理物通路１２２内に被処理物Ｓがつかえてしまう場合があっても、処理装置Ｆ１に対して第２被処理物通路１２２を後退させることで、被処理物収容部１１から被処理物Ｓを投入可能な状態のままで、前記山のように積み重なった被処理物Ｓと第２被処理物通路１２２の下流端１２ａとの間隔を空け、これにより、被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入することができる。また、被処理物Ｓの溶融が進むに伴い、炉体Ｆ１１内の溶湯の表面が上昇し、第２被処理物通路１２２の下流端１２ａが溶湯に浸かってしまう場合があっても、処理装置Ｆ１に対して第２被処理物通路１２２を後退させることで、上昇した溶湯の表面から第２被処理物通路１２２の下流端１２ａを離すことができる。
【００８９】
−通路移動機構−
以下、本実施形態における通路移動機構１７についてより詳しく説明する。この通路移動機構１７は、図２（Ａ）（Ｃ）（Ｅ）に示すように、フレーム１７１、支持シャフト１７２、駆動シャフト１７３、被駆動部１７４、駆動プレート１７５を備えている。
【００９０】
フレーム１７１は処理装置Ｆ１に対して直接的、あるいは間接的に固定された部分であって、処理装置Ｆ１に対して不動とされている。本実施形態では、このフレーム１７１の下流側の位置に設けられた固定プレート１７１ａが処理装置Ｆ１に固定されている。
【００９１】
そして、このフレーム１７１に支持シャフト１７２が固定されている。支持シャフト１７２は、第２パイプ１２２ｂの長手方向と平行に設けられた丸棒である。また、フレーム１７１には、前記支持シャフト１７２と平行であって、かつ、第２パイプ１２２ｂを挟んだ反対側の位置に駆動シャフト１７３が設けられている。また、フレーム１７１の駆動シャフト１７３に近い側には被駆動部１７４が回動可能に設けられている。この被駆動部１７４の回動軸は駆動シャフト１７３に対して直交している。駆動シャフト１７３は外周面にねじが形成された丸棒であって、フレーム１７１に対して、周方向に回動可能とされている。この駆動シャフト１７３の下流側端部にはかさ歯車１７３ａが取り付けられており、このかさ歯車１７３ａは、被駆動部１７４の端部に同じく設けられたかさ歯車１７４ａと噛み合っている。よって、被駆動部１７４を回転させることによって、駆動シャフト１７３を回転させることができる。なお、被駆動部１７４については、モータなどの駆動手段を接続して自動操作されるものであっても、ハンドルを取り付けて手動操作されるものであっても良い。
【００９２】
駆動プレート１７５は、第２パイプ支持部１６に連結されており、第２パイプ１２２ｂを不動に支持するものであって、支持シャフト１７２及び駆動シャフト１７３が貫通するように取り付けられている。この貫通は、支持シャフト１７２に対しては摺動可能になされており、駆動シャフト１７３に対しては螺合可能になされている。これにより、被駆動部１７４の操作による駆動シャフト１７３の回転に応じ、駆動プレート１７５を固定プレート１７１ａに対して接近・離反させることができる。そして、この駆動プレート１７５が固定プレート１７１ａに対して接近する動作をする場合は、第２パイプ１２２ｂが炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線Ｃに対して近づき、下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域の位置に移動する。駆動プレート１７５が固定プレート１７１ａに対して離反する動作をする場合は、第２パイプ１２２ｂが垂直線Ｃに対して離れ、下流端１２ａのうち最も前方寄りの部分が前記中央領域外の位置に移動する。なお、前記のように、第１パイプ１２２ａと第２パイプ１２２ｂとは組み合わされて伸縮するため、ジョイント部１５の位置は変化せずに維持される。
【００９３】
処理装置Ｆ１に対する第２パイプ１２２ｂの位置は、前記駆動プレート１７５の移動範囲内であれば自由に設定が可能である。そのため、炉体Ｆ１１に対する被処理物Ｓの投入位置を自由に設定できる。しかも、前記のように、ジョイント部１５の位置は変化せずに維持されるため、投入装置本体１ａを接続したままで、第２パイプ１２２ｂを移動させることができる。
【００９４】
−他の変形例−
以上、本発明の具体的構成については、前記の実施形態及び変形例に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００９５】
例えば、ジョイント部１５における各ジョイント部材１５１，１５２のうち、少なくとも一方が誘導部を備え、他方が被誘導部を備えたものとすることができる。この誘導部と被誘導部は、各ジョイント部材１５１，１５２を接合しようとする際に、被誘導部が誘導部に誘導されることによって接合状態となるように構成されており、ジョイント部１５の接合状態への位置合わせが行われる部位である。このようにすることで、被誘導部が誘導部に誘導され、ジョイント部１５が所定の位置に位置合わせされるため、ジョイント作業を容易に行うことができる。
【００９６】
また、被処理物投入装置１が、移動機構２の上下以外の他方向への移動を規制する位置決め部としてのストッパーを備えたものとされていても良い。具体的には、前記複数の車輪２２のうち、少なくとも前輪２２１の前進方向への回転を止め、かつ、前輪２２１の処理装置Ｆ１に対する左右方向の位置を定めるためのストッパーを設置面Ｇに対して不動となるように設けることが考えられる。このようにストッパーを設けることにより、ジョイント部１５の接合を容易にできる。
【符号の説明】
【００９７】
１ 被処理物投入装置
１ｂ 搬送部
１１ 被処理物収容部、ホッパー
１１１ｃ 収容口
１２ 被処理物通路
１２ａ 被処理物通路の出口端、下流端
１２２ａ 第１パイプ
１２２ｂ 第２パイプ
１２２ｘ 伸縮パイプユニット
１２ｃ、１２ｄ 外被材、保護ベローズ
１３ 被処理物取出機構、電磁振動フィーダ
１４ 閉鎖部、ゲートバルブ
１５ ジョイント部
Ｆ１ 処理装置
Ｆ１１ 処理部、炉体（るつぼ）
Ｓ 被処理物、シリコンナゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を、内部に設けられた処理部にて気密状態で処理する処理装置に対し、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置において、
被処理物を一時的に収容可能で、被処理物を収容する際に用いる開閉可能な収容口を有する被処理物収容部と、
前記処理装置の内部に投入される被処理物が気密状態で通過して出口端から前記投入が可能な被処理物通路と、
前記被処理物収容部から前記被処理物通路へと被処理物を気密状態で取り出し可能な被処理物取出機構と、
前記被処理物通路の処理装置側と被処理物収容部側とを遮断可能な閉鎖部と、
前記被処理物通路のうちで前記閉鎖部よりも被処理物収容部側の位置にて、前記被処理物通路を分離及び接合可能なジョイント部とが設けられており、
前記被処理物通路は、前記ジョイント部の接合位置を維持したままで、前記出口端が前記接合位置に対して接近・離反するようにして伸縮可能であることを特徴とする被処理物投入装置。
【請求項２】
前記被処理物通路は、同一軸線上に配置された第１パイプと第２パイプとを組み合わせてなる伸縮パイプユニットを有し、
前記伸縮パイプユニットは、前記第１パイプが被処理物の通過方向における上流側に配置され、前記第２パイプが同下流側に配置され、
前記第１パイプの上流端に対して、前記被処理物通路の出口端となる前記第２パイプの下流端が接近・離反するように、前記第２パイプが長手方向に移動することで前記伸縮パイプユニットが伸縮することを特徴とする請求項１に記載の被処理物投入装置。
【請求項３】
前記伸縮パイプユニットは、前記接近の際に前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入され得るように構成されており、
前記閉鎖部は、前記第１パイプと前記第２パイプとの間を遮断可能に設けられ、
前記閉鎖部が開かれた際に、前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入された状態で被処理物の投入がなされることを特徴とする請求項２に記載の被処理物投入装置。
【請求項４】
前記処理装置と前記ジョイント部との間にて、前記伸縮パイプユニットのうち外気に接し得る部分が、気密性を有し、かつ、長手方向に伸縮可能な外被材で覆われたことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の被処理物投入装置。
【請求項１】
被処理物を、内部に設けられた処理部にて気密状態で処理する処理装置に対し、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置において、
被処理物を一時的に収容可能で、被処理物を収容する際に用いる開閉可能な収容口を有する被処理物収容部と、
前記処理装置の内部に投入される被処理物が気密状態で通過して出口端から前記投入が可能な被処理物通路と、
前記被処理物収容部から前記被処理物通路へと被処理物を気密状態で取り出し可能な被処理物取出機構と、
前記被処理物通路の処理装置側と被処理物収容部側とを遮断可能な閉鎖部と、
前記被処理物通路のうちで前記閉鎖部よりも被処理物収容部側の位置にて、前記被処理物通路を分離及び接合可能なジョイント部とが設けられており、
前記被処理物通路は、前記ジョイント部の接合位置を維持したままで、前記出口端が前記接合位置に対して接近・離反するようにして伸縮可能であることを特徴とする被処理物投入装置。
【請求項２】
前記被処理物通路は、同一軸線上に配置された第１パイプと第２パイプとを組み合わせてなる伸縮パイプユニットを有し、
前記伸縮パイプユニットは、前記第１パイプが被処理物の通過方向における上流側に配置され、前記第２パイプが同下流側に配置され、
前記第１パイプの上流端に対して、前記被処理物通路の出口端となる前記第２パイプの下流端が接近・離反するように、前記第２パイプが長手方向に移動することで前記伸縮パイプユニットが伸縮することを特徴とする請求項１に記載の被処理物投入装置。
【請求項３】
前記伸縮パイプユニットは、前記接近の際に前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入され得るように構成されており、
前記閉鎖部は、前記第１パイプと前記第２パイプとの間を遮断可能に設けられ、
前記閉鎖部が開かれた際に、前記第１パイプの下流端が前記第２パイプに挿入された状態で被処理物の投入がなされることを特徴とする請求項２に記載の被処理物投入装置。
【請求項４】
前記処理装置と前記ジョイント部との間にて、前記伸縮パイプユニットのうち外気に接し得る部分が、気密性を有し、かつ、長手方向に伸縮可能な外被材で覆われたことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の被処理物投入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１８９２４３（Ｐ２０１２−１８９２４３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１８０６（Ｐ２０１１−５１８０６）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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