調整弁装置
【課題】弁体の構造や形状を適正化し、弁体の開閉精度を向上させた調整弁装置を提供する。
【解決手段】弁体３１０は、弁体頭部３１０ａと弁体身部３１０ｂとが弁軸３１０ｃにより連結された構造を有する。弁箱３０５は、弁体３１０と動力伝達部材３２０ａとを摺動可能に内蔵する。第１のベローズ３２０ｂは、動力伝達部材３２０ａ及び弁箱３０５に固着されることにより、動力伝達部材３２０ａに対して弁体と反対側の位置に第１の空間Ｕｓを形成する。第２のベローズ３２０ｃは、動力伝達部材３２０ａ及び弁箱３０５に固着されることにより、動力伝達部材３２０ａに対して弁体側の位置に第２の空間Ｌｓを形成する。第１の配管３２０ｄから第１の空間Ｕｓに供給されたエアーと第２の配管３２０ｅから第２の空間Ｌｓに供給されたエアーとの比率に応じて動力伝達部材３２０ａから弁体頭部３１０ａに動力を伝達し、搬送路２００ａを開閉する。
【解決手段】弁体３１０は、弁体頭部３１０ａと弁体身部３１０ｂとが弁軸３１０ｃにより連結された構造を有する。弁箱３０５は、弁体３１０と動力伝達部材３２０ａとを摺動可能に内蔵する。第１のベローズ３２０ｂは、動力伝達部材３２０ａ及び弁箱３０５に固着されることにより、動力伝達部材３２０ａに対して弁体と反対側の位置に第１の空間Ｕｓを形成する。第２のベローズ３２０ｃは、動力伝達部材３２０ａ及び弁箱３０５に固着されることにより、動力伝達部材３２０ａに対して弁体側の位置に第２の空間Ｌｓを形成する。第１の配管３２０ｄから第１の空間Ｕｓに供給されたエアーと第２の配管３２０ｅから第２の空間Ｌｓに供給されたエアーとの比率に応じて動力伝達部材３２０ａから弁体頭部３１０ａに動力を伝達し、搬送路２００ａを開閉する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアーにより弁体を開閉する調整弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置、ＦＰＤ（ＦＬａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置等の製造装置において、成膜等の製造に使用される流体の搬送路の開閉や流量調整のために搬送路に調整弁装置を設けることが提案されている（特許文献１，２を参照）。たとえば、特許文献１、２に記載された調整弁装置では、ベローズの一端を弁体に溶接し、他端をベローズホルダに溶接し、これにより、弁体を収納した弁箱内の搬送路と弁軸の周囲の空間とをベローズにより区画する。この状態にて弁体を摺動させて、弁体を搬送路の弁座面に当接又は弁座面から隔離することにより、搬送路の開閉や流量調整を行う。弁体及び弁座面は、たとえば、ＳＵＳ等のステンレスやアルミニウムにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−０７４３６３号公報
【特許文献２】特開平１１−１５３２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、弁体の開閉動作時、弁体と弁座面との間の機械的な干渉や、組み立て時に発生する弁体と弁座面との僅かな偏りにより弁体の開閉部分にてリークが発生する場合がある。特に、調整弁装置の内部が３００℃以上に達するプロセス条件において弁体の開閉動作が行われる場合、リークの発生頻度が高くなったり、リーク量が多くなったりする。たとえば、有機ＥＬ装置の搬送路に調整弁装置を取り付けて、調整弁装置により搬送路の開閉を行う場合について考える。蒸着源にて蒸発した成膜材料（有機分子）は、キャリアガスとともに搬送路を通過して基板まで搬送される。搬送中、付着係数を考慮して成膜材料が搬送路の内壁に付着することを回避するために、搬送路を３００℃以上の高温状態にする必要がある。これにより、弁体の近傍が３００℃以上の高温状態になる。このような状態で弁体の開閉動作を繰り返すと、機械的な干渉だけでなく熱の影響を受けて弁体と弁座面との間に摩擦や溶解が生じ、カジリや焼き付きが引き起こされる。この結果、弁体の開閉部分にてリークが頻出しかつリーク量も増加する。Ｎｉ−Ｃｏ等の樹脂が弁体にコーティングされている場合には、樹脂は耐熱温度が低いため、高温にさらされると変形及び溶解して、カジリや焼き付きが発生する可能性が高くなる。この結果、リークの発生頻度は更に高くなり、弁体の開閉精度が低下する。
【０００５】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、弁体の構造や形状を適正化し、弁体の開閉精度を向上させた調整弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、上記課題を解決するために、弁体頭部と弁体身部とが弁軸により連結された弁体と、前記弁軸を介して前記弁体に連結され、前記弁体に動力を伝達する動力伝達部材と、前記弁体と前記動力伝達部材とを摺動可能に内蔵する弁箱と、一端を前記動力伝達部材に固着し、他端を前記弁箱に固着することにより、前記動力伝達部材に対して前記弁体と反対側の位置に第１の空間を形成する第１のベローズと、一端を前記動力伝達部材に固着し、他端を前記弁箱に固着することにより、前記動力伝達部材に対して前記弁体側の位置に第２の空間を形成する第２のベローズと、前記第１の空間と連通する第１の配管と、前記第２の空間と連通する第２の配管と、を備え、前記第１の配管から前記第１の空間に供給されたエアーと前記第２の配管から前記第２の空間に供給されたエアーとの比率に応じて前記動力伝達部材から前記弁軸を介して前記弁体に動力を伝達することにより、前記弁体頭部によって前記弁箱に形成された搬送路を開閉する調整弁装置が提供される。
【０００７】
これによれば、図５に示したように第１のベローズ３２０ｂを用いて動力伝達部材３２０ａに対して弁体３１０と反対側の位置に第１の空間Ｕｓが形成され、第１のベローズ３２０ｂ及び第２のベローズ３２０ｃを用いて動力伝達部材３２０ａに対して弁体側の位置に第２の空間Ｌｓが形成される。この第１の空間Ｕｓに供給されるエアーと第２の空間Ｌｓに供給されるエアーとの比率により、第１及び第２の空間に挟まれた動力伝達部材３２０ａを弁体の閉方向又は開方向に摺動させることができる。この動力は、弁軸３１０ｃを介して弁体頭部３１０ａに伝えられる。この結果、弁体頭部３１０ａにより搬送路（往路２００ａ１及び復路２００ａ２）を開閉することができる。
【０００８】
弁体は、弁体頭部と弁体身部とが弁軸により連結された構造を有していてもよいし、弁体頭部と弁体身部とが一体構造になっていても良い。
【０００９】
また、前記弁軸は、前記弁体身部の長手方向の中央を貫通し、前記弁体頭部の中央に設けられた凹部に挿入されていてもよい。
【００１０】
さらに、前記弁体頭部の中央に設けられた凹部と前記弁軸との間には、遊びが設けられていてもよい。
【００１１】
このような構造により、図５の弁体身部３１０ｂと弁軸３１０ｃとのクリアランスを制御して弁軸３１０ｃのぶれを補正するとともに弁体頭部３１０ａの凹部３１０ａ１に遊び３１０ａ２を設けたことにより、弁体頭部３１０ａの軸の微少なずれを調整することができる。これにより、弁体頭部３１０ａを弁座面２００ａ３に偏りなく当接することにより、弁体頭部３１０ａと弁座面２００ａ３との密着性を高くして、リークを防ぐことができる。
【００１２】
一端を前記弁体頭部に固着し、他端を前記弁体身部に固着することにより、前記弁軸側の空間と前記搬送路側の空間とを遮断してもよい。
【００１３】
前記弁体頭部の前記搬送路に当接する部分はテーパ形状であり、前記弁体頭部の先端面に垂直な線分に対するテーパ開度θは、４０°〜８０°であってもよい。
【００１４】
前記弁体頭部の前記搬送路に当接する部分は円弧状であり、所望の曲率半径を有する構造であってもよい。
【００１５】
前記弁体頭部は、ビッカース硬さが５００ＨＶ以上になるようにステライト盛りされた金属であってもよい。
【００１６】
前記弁体頭部には、コバルト合金系の溶接盛りが施されていてもよい。
【００１７】
前記弁体頭部に当接する前記搬送路の弁座面は、シートバニシング加工によりビッカース硬さが概ね２００以上４００ＨＶ以下になるように表面加工された金属であってもよい。
【００１８】
前記調整弁装置は、被処理体を成膜する有機分子を被処理体近傍まで搬送する搬送路の開閉に用いられてもよい。
【００１９】
前記調整弁装置は、内部が３００℃以上になる環境下において使用されてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、弁体の構造や形状を適正化し、弁体の開閉精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る６層連続成膜装置の概略斜視図である。
【図２】同実施形態に係る成膜ユニットの断面図である。
【図３】同実施形態に係る６層連続成膜装置により形成された有機ＥＬ素子の模式図である。
【図４】同実施形態に係る蒸着源及び搬送路の断面図である。
【図５】同実施形態に係る調整弁装置の断面図である。
【図６】同実施形態に係る調整弁装置を用いてリーク量を検出した結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態にかかる調整弁装置について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。
【００２３】
なお、説明は以下の順序で行う。
１．調整弁装置を利用する６層連続成膜装置の全体構成
２．６層連続成膜装置に係る成膜ユニットの内部構成
３．成膜ユニットに係る調整弁装置の内部構成
４．弁体及び弁座面の構造、形状、表面処理
５．リーク状態の検証
【００２４】
［６層連続成膜装置］
まず、本発明の一実施形態に係る調整弁装置が用いられる６層連続成膜装置について、その概略構成を示した図１を参照しながら説明する。
【００２５】
６層連続成膜装置１０は、矩形状の真空容器Ｃｈを有している。真空容器Ｃｈの内部は、図示しない排気装置により排気され、所望の真空状態に維持されている。真空容器Ｃｈの内部には、成膜ユニット２０が６つ並んで配置されている。隣接する成膜ユニット２０の間には、隔壁板５００がそれぞれ設けられている。成膜ユニット２０は、矩形状の３個の蒸着源ユニット１００、連結管２００及び蒸着源ユニット１００と対になって配置される３つの調整弁装置３００及び吹き出し機構４００を有している。
【００２６】
蒸着源ユニット１００は、ＳＵＳ等の金属から形成されている。石英等は有機材料と反応しにくいため、蒸着源ユニット１００は、石英等でコーティングされた金属から形成されていてもよい。なお、蒸着源ユニット１００は、材料を気化する蒸着源の一例であり、ユニット型の蒸着源である必要はなく、一般的なるつぼであってもよい。
【００２７】
蒸着源ユニット１００の内部には、異なる種類の有機材料が納められている。蒸着源ユニット１００の壁面には、図示しないヒーターが埋設されている。ヒーターは、蒸着源ユニット１００を所望の温度に温め、有機材料を気化させる。なお、気化とは、液体が気体に変わる現象だけでなく、固体が液体の状態を経ずに直接気体に変わる現象（すなわち、昇華）も含んでいる。
【００２８】
気化された有機分子は、連結管２００を通って、吹き出し機構４００まで運ばれ、吹き出し機構４００の上部に設けられたスリット状の開口Ｏｐから吹き出される。吹き出された有機分子は、基板Ｇに付着され、これにより基板Ｇが成膜される。隔壁板５００は、隣接する開口Ｏｐから吹き出された有機分子同士が混在しながら成膜されることを防止する。なお、本実施形態では、図１に示したように、真空容器Ｃｈの天井位置にてスライド移動するフェースダウンの基板Ｇを成膜したが、基板Ｇはフェースアップに配置されていてもよい。
【００２９】
［成膜ユニット］
つぎに、図１の１−１断面を示した図２を参照しながら、成膜ユニット２０の内部構造について説明する。なお、図１に示した他の５つの成膜ユニット２０は、図１の１−１断面の成膜ユニット２０と同一構造であるためその説明を省略する。
【００３０】
蒸着源ユニット１００は、材料投入器１１０と外部ケース１２０とを有している。材料投入器１１０は、有機成膜材料を収納する材料容器１１０ａとキャリアガスの導入流路１１０ｂとを有する。外部ケース１２０は、ボトル状に形成され、中空の内部に材料投入器１１０が着脱可能に装着されるようになっている。材料投入器１１０が外部ケース１２０に装着されると、蒸着源ユニット１００の内部空間が画定される。蒸着源ユニット１００の内部空間は、連結管２００の内部に形成された搬送路２００ａと連通する。搬送路２００ａは、調整弁装置３００の開閉機構により開閉される。調整弁装置３００は、真空容器Ｃｈの外部に設けられたエアー供給源６００から供給される加圧エアーにより搬送路２００ａを開閉する。調整弁装置３００の内部構造については後述する。
【００３１】
材料投入器１１０の端部は、図示しないガス供給源に接続され、ガス供給源から供給されるアルゴンガスを流路１１０ｂに導入する。アルゴンガスは、材料容器１１０ａに収納された成膜材料の有機分子を搬送するキャリアガスとして機能する。なお、キャリアガスは、アルゴンガスに限られず、ヘリウムガスやクリプトンガスなどの不活性ガスであればよい。
【００３２】
成膜材料の有機分子は、蒸着源ユニット１００から連結管２００の搬送路２００ａを通って吹き出し機構４００に搬送され、バッファ空間Ｓに一時滞留した後、スリット状の開口Ｏｐを通って基板Ｇ上に付着する。
【００３３】
［有機膜構造］
本実施形態にかかる６層連続成膜装置１０では、図１に示したように、基板Ｇは１〜６番目の吹き出し機構４００の上方をある速度で進行する。進行中、図３に示したように、基板ＧのＩＴＯ上に順に、第１層のホール注入層、第２層のホール輸送層、第３層の青発光層、第４層の緑発光層、第５層の赤発光層、第６層の電子輸送層が成膜される。このようにして、本実施形態にかかる６層連続成膜装置１０では、第１層〜第６層の有機層が連続成膜される。このうち、第３層〜第５層の青発光層、緑発光層、赤発光層は、ホールと電子の再結合により発光する発光層である。また、有機層上のメタル層（電子注入層及び陰極）は、スパッタリングにより成膜される。
【００３４】
これにより、有機層を陽極（アノード）および陰極（カソード）にてサンドイッチした構造の有機ＥＬ素子がガラス基板上に形成される。有機ＥＬ素子の陽極および陰極に電圧を印加すると、陽極からはホール（正孔）が有機層に注入され、陰極からは電子が有機層に注入される。注入されたホールおよび電子は有機層にて再結合し、このとき発光が生じる。
【００３５】
［搬送路の経路］
つぎに、図２の２−２断面を示した図４を参照しながら、搬送路２００ａの経路について簡単に説明する。前述したように、連結管２００は、調整弁装置３００を経由して気化有機分子を吹き出し機構４００側へ搬送する。具体的には、調整弁装置３００の弁体は成膜中には開くため、各蒸着源ユニット１００にて気化された有機分子は、キャリアガスにより搬送されながら、搬送路の往路２００ａ１から復路２００ａ２に通され、吹き出し機構４００まで搬送される。一方、調整弁装置３００の弁体は成膜しないときには閉じるため、搬送路の往路２００ａ１と復路２００ａ２とは閉塞され、有機分子の搬送は停止させる。
【００３６】
［調整弁装置］
次に、調整弁装置３００の断面を示した図５を参照しながら、調整弁装置３００の内部構成及び動作について詳述する。調整弁装置３００は、円筒状の弁箱３０５を有している。弁箱３０５は、前方部材３０５ａ、中央のボンネット３０５ｂ、後方部材３０５ｃの３つに分かれている。弁箱３０５は中空になっていて、その略中央に弁体３１０が内蔵されている。
【００３７】
弁体３１０は、弁体頭部３１０ａと弁体身部３１０ｂとに分離されている。弁体頭部３１０ａと弁体身部３１０ｂとは、弁軸３１０ｃにより連結されている。具体的には、弁軸３１０ｃは棒状部材であって、弁体身部３１０ｂの長手方向の中央を貫通し、弁体頭部３１０ａの中央に設けられた凹部３１０ａ１に嵌入されている。弁体身部３１０ｂの突出部３１０ｂ１は、弁箱３０５のボンネット３０５ｂに設けられた環状の凹部３０５ａ１に挿入されている。弁箱３０５の前方部材３０５ａには、搬送路２００ａの往路２００ａ１及び復路２００ａ２が形成されている。
【００３８】
凹部３０５ａ１には、突出部３１０ｂ１が挿入された状態にて、弁体身部３１０ｂがその長手方向に摺動可能な空間が設けられていて、その空間には耐熱性の緩衝部材３１５が介在している。緩衝部材３１５の一例としては、金属製ガスケットが挙げられる。緩衝部材３１５は、搬送路側の真空と弁軸３１０ｃ側の大気を遮断するとともに弁体身部３１０ｂの摺動による突出部３１０ｂ１とボンネット３０５ｂとの機械的干渉を緩和するようになっている。
【００３９】
（弁体身部及び弁体頭部の分離構造）
弁体頭部３１０ａの凹部３１０ａ１にも、弁軸３１０ｃが挿入された状態で遊び３１０ａ２が設けられている。本実施形態に係る弁体３１０では、弁体身部３１０ｂと弁体頭部３１０ａとが分離されているので、弁体身部３１０ｂと弁軸３１０ｃとのクリアランス（隙間）を制御することにより、開閉動作時の弁体３１０の中心位置のずれを補正する。これに加えて、弁体頭部３１０ａの凹部３１０ａ１に遊び３１０ａ２を設けたことにより、弁体頭部３１０ａの軸の微少なずれを調整することができる。これにより、弁体頭部３１０ａを弁座面２００ａ３に偏りなく当接することにより、弁体頭部３１０ａと弁座面２００ａ３との密着性を高くして、リークを防ぐことができる。この結果、本実施形態に係る分離型の弁体３１０によれば、調整弁装置３００が高温状態にて使用されたり、低温状態にて使用されたりして金属が熱膨張することによる影響が生じたとしても、弁体３１０の分離構造により上述したようにその影響を吸収できるため、一体型の弁体に比べて開閉時の弁体部分のリークを効果的に防ぐことができる。
【００４０】
弁箱３０５の後方部材３０５ｃには、弁体駆動部３２０が設けられている。弁体駆動部３２０は、弁箱３０５に内蔵された動力伝達部材３２０ａ、第１のベローズ３２０ｂ及び第２のベローズ３２０ｃを有している。動力伝達部材３２０ａは、略Ｔ字状であって、弁軸３１０ｃの端部にねじ止めされている。
【００４１】
第１のベローズ３２０ｂは、一端が動力伝達部材３２０ａに溶接され、他端が後方部材３０５ｃに溶接されている。これにより、弁箱３０５の後部側（動力伝達部材３２０ａに対して弁体３１０と反対側の位置）に、動力伝達部材３２０ａと第１のベローズ３２０ｂと後方部材３０５ｃとにより隔絶された第１の空間Ｕｓが形成される。
【００４２】
第２のベローズ３２０ｃは、一端が動力伝達部材３２０ａに溶接され、他端が後方部材３０５ｃに溶接されている。これにより、弁箱３０５の前部側（動力伝達部材３２０ａに対して弁体側の位置）に、動力伝達部材３２０ａと第１のベローズ３２０ｂと第２のベローズ３２０ｃと後方部材３０５ｃとにより隔絶された第２の空間Ｌｓが形成される。
【００４３】
第１の配管３２０ｄは、第１のベローズ３２０ｂにより隔離された第１の空間Ｕｓと連通する。第１の配管３２０ｄは、エアー供給源６００の供給管Ａｒ１に連結されている。第１の配管３２０ｄは、エアー供給源６００から出力された加圧エアーを第１の空間Ｕｓに供給する。
【００４４】
第２の配管３２０ｅは、第１のベローズ３２０ｂと第２のベローズ３２０ｃとにより隔絶された第２の空間Ｌｓと連通する。第２の配管３２０ｅは、エアー供給源６００の供給管Ａｒ２に連結されている。第２の配管３２０ｅは、エアー供給源６００から出力された加圧エアーを第２の空間Ｌｓに供給する。
【００４５】
かかる構成によれば、第１の配管３２０ｄから第１の空間Ｕｓに供給された加圧エアーと第２の配管３２０ｅから第２の空間Ｌｓに供給された加圧エアーとの比率に応じて、動力伝達部材３２０ａから弁軸３１０ｃを介して弁体頭部３１０ａに動力が伝達される。これにより、弁体頭部３１０ａがその長手方向に進行又は後退することによって弁箱３０５に形成された搬送路の往路２００ａ１及び復路２００ａ２を開閉する。開閉方向は、第１の空間Ｕｓに供給された加圧エアーと第２の空間Ｌｓに供給された加圧エアーとの比率により定まる。
【００４６】
たとえば、第２の空間Ｌｓに供給された加圧エアーに対する第１の空間Ｕｓに供給された加圧エアーの比率が高くなった場合、動力伝達部材３２０ａは、弁体３１０を押圧する方向にスライドし、弁体頭部３１０ａが弁軸３１０ｃを介して前方方向に押され、これにより、弁体頭部３１０ａが搬送路の往路２００ａ１を閉塞し、弁体３１０が閉まる。
【００４７】
一方、第２の空間Ｌｓに供給された加圧エアーに対する第１の空間Ｕｓに供給された加圧エアーの比率が低くなった場合、動力伝達部材３２０ａは、弁体３１０を引っ張る方向にスライドし、弁軸３１０ｃを介して弁体頭部３１０ａが後方方向に引っ張られ、これにより、弁体頭部３１０ａが搬送路の往路２００ａ１から離隔し、弁体３１０が開く。
【００４８】
第３のベローズ３２５は、一端が弁体頭部３１０ａに溶接され、他端が弁体身部３１０ｂに溶接されている。これにより、弁軸側の大気空間と搬送路側の真空空間とが遮断される。また、弁体身部３１０ｂと弁体頭部３１０ａとの間を第３のベローズ３２５により支えることによって、弁体身部３１０ｂと弁軸３１０ｃとの間のクリアランスを管理することができる。これにより、弁体開閉動作時に弁体身部３１０ｂと弁軸３１０ｃとが接触して摩擦が生じないように制御されている。なお、ボンネット３０５ｂには、ボンネット３０５ｂと弁体駆動部３２０との間の密閉空間内をパージするパージポート３３０が設けられている。
【００４９】
弁箱３０５の前方部材３０５ａとボンネット３０５ｂとの接面、及びボンネット３０５ｂと後方部材３０５ｃとの接面には密閉性を確保するためにシール用の金属製ガスケット３３５が介設されている。これにより、調整弁装置３００を真空環境下での使用に適した構造とすることができる。
【００５０】
［弁体及び弁座面の表面処理］
本実施形態にかかる調整弁装置３００では、上述したように弁体３１０を分離構造にしたことに加えて、５００℃程度の高温環境においても操作性及びシール性を安定して維持できるように、弁体及び弁座の材質、形状及び表面加工の最適化を図っている。
【００５１】
（弁体及び弁座の材質及び表面処理）
具体的には、発明者らは、弁座面２００ａ３及び弁体３１０の材質として、耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を採用した。加えて、発明者らは、弁体３１０の表面を、ビッカース硬さが５００ＨＶ以上になるように、ステライト（登録商標）仕上げ又はＦ２コート（登録商標）により加工した。ステライトは、ステンレス鋼にコバルト合金系の溶接盛りを施したものであり、Ｆ２コートは、ニッケルにリンを混入させた材料にてステンレス鋼をコーティングする処理である。たとえば、ステンレス鋼をステライト盛りすると、弁体頭部３１０ａのビッカース硬さは５００ＨＶ以上になり、Ｆ２コートすると、弁体頭部３１０ａのビッカース硬さは７００ＨＶ程度になる。よって、硬度の高さからステライト盛りよりＦ２コートの方が好ましい。
【００５２】
弁座側（弁座面２００ａ３）は、たとえば、ステンレス鋼をバニシング加工する。バニシング加工では、金属表面をローラで押しつぶし塑性変形させることにより、表層を硬化させるとともに表面が鏡面に仕上げられる。本実施形態では、発明者らは、弁座面２００ａ３のビッカース硬さを概ね２００以上４００ＨＶ以下になるように表面加工する。
【００５３】
以上のように、発明者らは、弁体頭部３１０ａのＦ２コート、ビッカース硬さを５００ＨＶ以上とし、弁座面２００ａ３のビッカース硬さをシートバニシング加工により概ね２００以上４００ＨＶ以下とすることにより、弁体頭部３１０ａと弁座面２００ａ３との間に硬度差を設け、かつ弁体頭部３１０ａ及び弁座面２００ａ３に異なる表面硬化処理を施した。これにより、弁体３１０のスムーズな開閉動作を実現し、カジリや焼き付きを防止した。
【００５４】
一方、弁座面２００ａ３が硬すぎると弁座面２００ａ３を形成する材質の結晶構造が崩れて、耐食性が落ち、弁座を構成する材質が剥離して搬送路中に飛来し、搬送路中の成膜材料に混入してコンタミネーションの原因になるため、弁座面２００ａ３のビッカース硬さは、４００ＨＶ以下（好ましくは、概ね２００以上４００ＨＶ以下）とした。
【００５５】
（弁体及び弁座の形状）
弁体頭部３１０ａの弁座面２００ａ３と当接する部分はテーパ形状であり、弁体頭部３１０ａの先端面に垂直な線分に対するテーパ開度θは４０°〜８０°である。テーパ開度θを４０°〜８０°に限定したのは、シート性向上のためである。これにより、弁体３１０をさらにスムーズに開閉し、カジリや焼き付きを防止する。
【００５６】
なお、弁体頭部３１０ａの弁座面２００ａ３との当接部分は円弧状であってもよい。その場合、所望の曲率半径をもたせることが好ましい。これにより、弁体３１０をさらにスムーズに開閉し、カジリや焼き付きを防止する。
【００５７】
さらに、弁体３１０の組み立て仕上げ時には、弁座と弁体との同軸度、調芯（摺り合わせ）を行うことにより、弁体３１０と弁座面２００ａ３との中心軸のずれをなくして最適な仕上げ状態にする。このようにして、特殊な表面硬化処理を行い、カジリ、焼き付きを防止したことにより、金属同士の弁体及び弁座を用いて、操作性、シール性及び耐熱性を安定して維持できる調整弁装置３００を構築することができた。
【００５８】
［リーク状態の検証］
発明者は、上記構成の調整弁装置３００を用いて弁体３１０のリーク状態について検証した。実験は、弁箱３０５を５００℃の高温にした状態と、弁箱３０５を室温にした状態との両方について行われた。弁体頭部３１０ａの当接部分のテーパ開度θは６０℃とした。弁体頭部３１０ａは、ＳＵＳ３１６のステンレス鋼にＦ２コートの表面処理が施され、弁座面２００ａ３は、ＳＵＳ３１６のステンレス鋼にバニシング加工が施されている。弁体頭部３１０ａのビッカース硬さは７００ＨＶ、弁座（弁座面２００ａ３）のシートバニシング加工によりビッカース硬さは４００ＨＶであった。
【００５９】
弁箱３０５内（ボディ）の温度が５００℃の場合、図６に示したように、操作圧力（ＭＰａ）、すなわち、第１の配管３２０ｄから供給された加圧エアーが動力伝達部材３２０ａを押圧する際の圧力を可変させたとき、検査したすべての操作圧力（０．２０〜０．６０：ＭＰｓ）においてリーク量は１０−１１（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）以下のオーダーであった。特に、操作圧力が０．２５〜０．５５（ＭＰａ）の場合、リーク量の検出結果は、最小検出感度以下であった。これは、ほとんどリークが生じていないのでリーク量を検出不可能であったことを示している。
【００６０】
一方、弁箱内の温度が室温の場合、操作圧力（０．５０〜０．６０：ＭＰｓ）においてリーク量は、１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）以下のオーダーであった。以上から、弁箱内の温度が室温の場合であっても操作圧力が０．５０〜０．６０（ＭＰａ）の場合、リーク量は、１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）以下のオーダーを達成することができ、５００℃程度の高温状態では、更にリーク量を減少させることができることがわかった。従来の調整弁装置では、リーク量が１０−３〜１０−４（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）程度であったことと比較すると、本実施形態にかかる調整弁装置３００では、弁体３１０及び弁座の材質、形状及び表面加工の最適化を図ったことにより、ほとんどリークが生じていない状態で弁体３１０の開閉動作を繰り返すことができることが立証された。
【００６１】
特に、有機成膜の場合、搬送路２００ａを通過する有機蒸着材料は、高温、減圧の環境下で使用される。有機蒸着材料が高温下で使用される理由について説明する。図２に示したように蒸着源ユニット１００にて蒸発した成膜材料（有機分子）は、キャリアガスＡｒにより搬送路２００ａを通過して基板Ｇまで搬送される。搬送中、付着係数を考慮して、成膜材料が搬送路２００ａの内壁に付着することを回避するために、搬送路２００ａを３００℃以上の高温状態にする必要がある。また、有機蒸着材料が減圧下で使用される理由は、搬送路２００ａの内部を減圧状態にすることにより、コンタミネーションがほとんど存在しない状態で有機分子を基板Ｇまで搬送したいからである。
【００６２】
以上から、本実施形態にかかる調整弁装置３００が、有機膜の６層連続成膜装置１０に使用される場合、弁体３１０の近傍は、高温、減圧状態にある。しかしながら、上述したように、以上に説明した弁体３１０の開閉機構では、リークがほとんど生じないため、搬送路側が真空環境下にあっても、弁軸側の大気が搬送路側に流入しない。この結果、搬送路２００ａを通過する有機材料の劣化を防ぎ、良好な有機成膜を実現することができる。
【００６３】
特に、本実施形態にかかる調整弁装置３００は、５００℃程度の高温状態でも非常に高い密閉性を保つことができる。また、弁体側及び弁座側をともに金属により形成し、かつ弁体の分離構造を採用したことにより、高い精度でリークを防止できる弁機構を実現することができる。
【００６４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６５】
たとえば、本発明に係る調整弁装置は、有機ＥＬ装置に設けられた搬送路の開閉に使用されるだけでなく、半導体製造装置やＦＰＤ装置等の弁の開閉機構が必要な製造装置に使用することができる。特に、本発明にかかる調整弁装置は、５００℃程度の高温状態でも使用することができ、１０−１〜１０２Ｐａ程度の真空状態でも使用することができる。
【００６６】
なお、本発明に係る有機ＥＬ装置の成膜材料には、パウダー状（固体）の有機材料を用いることができる。成膜材料に主に液体の有機金属を用い、気化させた成膜材料を加熱された被処理体上で分解させることにより、被処理体上に薄膜を成長させるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）に用いることもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ ６層連続成膜装置
２０ 成膜ユニット
１００ 蒸着源ユニット
２００ 連結管
２００ａ 搬送路
２００ａ１ 往路
２００ａ２ 復路
３００ 調整弁装置
３０５ 弁箱
３０５ａ 前方部材
３０５ｂ ボンネット
３０５ｃ 後方部材
３１０ 弁体
３１０ａ 弁体頭部
３１０ｂ 弁体身部
３１０ｃ 弁軸
３１５ シール部材
３２０ 弁体駆動部
３２０ａ 動力伝達部材
３２０ｂ 第１のベローズ
３２０ｃ 第２のベローズ
３２０ｄ 第１の配管
３２０ｅ 第２の配管
３３０ パージポート
３３５ 金属製ガスケット
４００ 吹き出し機構
５００ 隔壁板
６００ エアー供給源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアーにより弁体を開閉する調整弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置、ＦＰＤ（ＦＬａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置等の製造装置において、成膜等の製造に使用される流体の搬送路の開閉や流量調整のために搬送路に調整弁装置を設けることが提案されている（特許文献１，２を参照）。たとえば、特許文献１、２に記載された調整弁装置では、ベローズの一端を弁体に溶接し、他端をベローズホルダに溶接し、これにより、弁体を収納した弁箱内の搬送路と弁軸の周囲の空間とをベローズにより区画する。この状態にて弁体を摺動させて、弁体を搬送路の弁座面に当接又は弁座面から隔離することにより、搬送路の開閉や流量調整を行う。弁体及び弁座面は、たとえば、ＳＵＳ等のステンレスやアルミニウムにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−０７４３６３号公報
【特許文献２】特開平１１−１５３２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、弁体の開閉動作時、弁体と弁座面との間の機械的な干渉や、組み立て時に発生する弁体と弁座面との僅かな偏りにより弁体の開閉部分にてリークが発生する場合がある。特に、調整弁装置の内部が３００℃以上に達するプロセス条件において弁体の開閉動作が行われる場合、リークの発生頻度が高くなったり、リーク量が多くなったりする。たとえば、有機ＥＬ装置の搬送路に調整弁装置を取り付けて、調整弁装置により搬送路の開閉を行う場合について考える。蒸着源にて蒸発した成膜材料（有機分子）は、キャリアガスとともに搬送路を通過して基板まで搬送される。搬送中、付着係数を考慮して成膜材料が搬送路の内壁に付着することを回避するために、搬送路を３００℃以上の高温状態にする必要がある。これにより、弁体の近傍が３００℃以上の高温状態になる。このような状態で弁体の開閉動作を繰り返すと、機械的な干渉だけでなく熱の影響を受けて弁体と弁座面との間に摩擦や溶解が生じ、カジリや焼き付きが引き起こされる。この結果、弁体の開閉部分にてリークが頻出しかつリーク量も増加する。Ｎｉ−Ｃｏ等の樹脂が弁体にコーティングされている場合には、樹脂は耐熱温度が低いため、高温にさらされると変形及び溶解して、カジリや焼き付きが発生する可能性が高くなる。この結果、リークの発生頻度は更に高くなり、弁体の開閉精度が低下する。
【０００５】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、弁体の構造や形状を適正化し、弁体の開閉精度を向上させた調整弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、上記課題を解決するために、弁体頭部と弁体身部とが弁軸により連結された弁体と、前記弁軸を介して前記弁体に連結され、前記弁体に動力を伝達する動力伝達部材と、前記弁体と前記動力伝達部材とを摺動可能に内蔵する弁箱と、一端を前記動力伝達部材に固着し、他端を前記弁箱に固着することにより、前記動力伝達部材に対して前記弁体と反対側の位置に第１の空間を形成する第１のベローズと、一端を前記動力伝達部材に固着し、他端を前記弁箱に固着することにより、前記動力伝達部材に対して前記弁体側の位置に第２の空間を形成する第２のベローズと、前記第１の空間と連通する第１の配管と、前記第２の空間と連通する第２の配管と、を備え、前記第１の配管から前記第１の空間に供給されたエアーと前記第２の配管から前記第２の空間に供給されたエアーとの比率に応じて前記動力伝達部材から前記弁軸を介して前記弁体に動力を伝達することにより、前記弁体頭部によって前記弁箱に形成された搬送路を開閉する調整弁装置が提供される。
【０００７】
これによれば、図５に示したように第１のベローズ３２０ｂを用いて動力伝達部材３２０ａに対して弁体３１０と反対側の位置に第１の空間Ｕｓが形成され、第１のベローズ３２０ｂ及び第２のベローズ３２０ｃを用いて動力伝達部材３２０ａに対して弁体側の位置に第２の空間Ｌｓが形成される。この第１の空間Ｕｓに供給されるエアーと第２の空間Ｌｓに供給されるエアーとの比率により、第１及び第２の空間に挟まれた動力伝達部材３２０ａを弁体の閉方向又は開方向に摺動させることができる。この動力は、弁軸３１０ｃを介して弁体頭部３１０ａに伝えられる。この結果、弁体頭部３１０ａにより搬送路（往路２００ａ１及び復路２００ａ２）を開閉することができる。
【０００８】
弁体は、弁体頭部と弁体身部とが弁軸により連結された構造を有していてもよいし、弁体頭部と弁体身部とが一体構造になっていても良い。
【０００９】
また、前記弁軸は、前記弁体身部の長手方向の中央を貫通し、前記弁体頭部の中央に設けられた凹部に挿入されていてもよい。
【００１０】
さらに、前記弁体頭部の中央に設けられた凹部と前記弁軸との間には、遊びが設けられていてもよい。
【００１１】
このような構造により、図５の弁体身部３１０ｂと弁軸３１０ｃとのクリアランスを制御して弁軸３１０ｃのぶれを補正するとともに弁体頭部３１０ａの凹部３１０ａ１に遊び３１０ａ２を設けたことにより、弁体頭部３１０ａの軸の微少なずれを調整することができる。これにより、弁体頭部３１０ａを弁座面２００ａ３に偏りなく当接することにより、弁体頭部３１０ａと弁座面２００ａ３との密着性を高くして、リークを防ぐことができる。
【００１２】
一端を前記弁体頭部に固着し、他端を前記弁体身部に固着することにより、前記弁軸側の空間と前記搬送路側の空間とを遮断してもよい。
【００１３】
前記弁体頭部の前記搬送路に当接する部分はテーパ形状であり、前記弁体頭部の先端面に垂直な線分に対するテーパ開度θは、４０°〜８０°であってもよい。
【００１４】
前記弁体頭部の前記搬送路に当接する部分は円弧状であり、所望の曲率半径を有する構造であってもよい。
【００１５】
前記弁体頭部は、ビッカース硬さが５００ＨＶ以上になるようにステライト盛りされた金属であってもよい。
【００１６】
前記弁体頭部には、コバルト合金系の溶接盛りが施されていてもよい。
【００１７】
前記弁体頭部に当接する前記搬送路の弁座面は、シートバニシング加工によりビッカース硬さが概ね２００以上４００ＨＶ以下になるように表面加工された金属であってもよい。
【００１８】
前記調整弁装置は、被処理体を成膜する有機分子を被処理体近傍まで搬送する搬送路の開閉に用いられてもよい。
【００１９】
前記調整弁装置は、内部が３００℃以上になる環境下において使用されてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、弁体の構造や形状を適正化し、弁体の開閉精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る６層連続成膜装置の概略斜視図である。
【図２】同実施形態に係る成膜ユニットの断面図である。
【図３】同実施形態に係る６層連続成膜装置により形成された有機ＥＬ素子の模式図である。
【図４】同実施形態に係る蒸着源及び搬送路の断面図である。
【図５】同実施形態に係る調整弁装置の断面図である。
【図６】同実施形態に係る調整弁装置を用いてリーク量を検出した結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態にかかる調整弁装置について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。
【００２３】
なお、説明は以下の順序で行う。
１．調整弁装置を利用する６層連続成膜装置の全体構成
２．６層連続成膜装置に係る成膜ユニットの内部構成
３．成膜ユニットに係る調整弁装置の内部構成
４．弁体及び弁座面の構造、形状、表面処理
５．リーク状態の検証
【００２４】
［６層連続成膜装置］
まず、本発明の一実施形態に係る調整弁装置が用いられる６層連続成膜装置について、その概略構成を示した図１を参照しながら説明する。
【００２５】
６層連続成膜装置１０は、矩形状の真空容器Ｃｈを有している。真空容器Ｃｈの内部は、図示しない排気装置により排気され、所望の真空状態に維持されている。真空容器Ｃｈの内部には、成膜ユニット２０が６つ並んで配置されている。隣接する成膜ユニット２０の間には、隔壁板５００がそれぞれ設けられている。成膜ユニット２０は、矩形状の３個の蒸着源ユニット１００、連結管２００及び蒸着源ユニット１００と対になって配置される３つの調整弁装置３００及び吹き出し機構４００を有している。
【００２６】
蒸着源ユニット１００は、ＳＵＳ等の金属から形成されている。石英等は有機材料と反応しにくいため、蒸着源ユニット１００は、石英等でコーティングされた金属から形成されていてもよい。なお、蒸着源ユニット１００は、材料を気化する蒸着源の一例であり、ユニット型の蒸着源である必要はなく、一般的なるつぼであってもよい。
【００２７】
蒸着源ユニット１００の内部には、異なる種類の有機材料が納められている。蒸着源ユニット１００の壁面には、図示しないヒーターが埋設されている。ヒーターは、蒸着源ユニット１００を所望の温度に温め、有機材料を気化させる。なお、気化とは、液体が気体に変わる現象だけでなく、固体が液体の状態を経ずに直接気体に変わる現象（すなわち、昇華）も含んでいる。
【００２８】
気化された有機分子は、連結管２００を通って、吹き出し機構４００まで運ばれ、吹き出し機構４００の上部に設けられたスリット状の開口Ｏｐから吹き出される。吹き出された有機分子は、基板Ｇに付着され、これにより基板Ｇが成膜される。隔壁板５００は、隣接する開口Ｏｐから吹き出された有機分子同士が混在しながら成膜されることを防止する。なお、本実施形態では、図１に示したように、真空容器Ｃｈの天井位置にてスライド移動するフェースダウンの基板Ｇを成膜したが、基板Ｇはフェースアップに配置されていてもよい。
【００２９】
［成膜ユニット］
つぎに、図１の１−１断面を示した図２を参照しながら、成膜ユニット２０の内部構造について説明する。なお、図１に示した他の５つの成膜ユニット２０は、図１の１−１断面の成膜ユニット２０と同一構造であるためその説明を省略する。
【００３０】
蒸着源ユニット１００は、材料投入器１１０と外部ケース１２０とを有している。材料投入器１１０は、有機成膜材料を収納する材料容器１１０ａとキャリアガスの導入流路１１０ｂとを有する。外部ケース１２０は、ボトル状に形成され、中空の内部に材料投入器１１０が着脱可能に装着されるようになっている。材料投入器１１０が外部ケース１２０に装着されると、蒸着源ユニット１００の内部空間が画定される。蒸着源ユニット１００の内部空間は、連結管２００の内部に形成された搬送路２００ａと連通する。搬送路２００ａは、調整弁装置３００の開閉機構により開閉される。調整弁装置３００は、真空容器Ｃｈの外部に設けられたエアー供給源６００から供給される加圧エアーにより搬送路２００ａを開閉する。調整弁装置３００の内部構造については後述する。
【００３１】
材料投入器１１０の端部は、図示しないガス供給源に接続され、ガス供給源から供給されるアルゴンガスを流路１１０ｂに導入する。アルゴンガスは、材料容器１１０ａに収納された成膜材料の有機分子を搬送するキャリアガスとして機能する。なお、キャリアガスは、アルゴンガスに限られず、ヘリウムガスやクリプトンガスなどの不活性ガスであればよい。
【００３２】
成膜材料の有機分子は、蒸着源ユニット１００から連結管２００の搬送路２００ａを通って吹き出し機構４００に搬送され、バッファ空間Ｓに一時滞留した後、スリット状の開口Ｏｐを通って基板Ｇ上に付着する。
【００３３】
［有機膜構造］
本実施形態にかかる６層連続成膜装置１０では、図１に示したように、基板Ｇは１〜６番目の吹き出し機構４００の上方をある速度で進行する。進行中、図３に示したように、基板ＧのＩＴＯ上に順に、第１層のホール注入層、第２層のホール輸送層、第３層の青発光層、第４層の緑発光層、第５層の赤発光層、第６層の電子輸送層が成膜される。このようにして、本実施形態にかかる６層連続成膜装置１０では、第１層〜第６層の有機層が連続成膜される。このうち、第３層〜第５層の青発光層、緑発光層、赤発光層は、ホールと電子の再結合により発光する発光層である。また、有機層上のメタル層（電子注入層及び陰極）は、スパッタリングにより成膜される。
【００３４】
これにより、有機層を陽極（アノード）および陰極（カソード）にてサンドイッチした構造の有機ＥＬ素子がガラス基板上に形成される。有機ＥＬ素子の陽極および陰極に電圧を印加すると、陽極からはホール（正孔）が有機層に注入され、陰極からは電子が有機層に注入される。注入されたホールおよび電子は有機層にて再結合し、このとき発光が生じる。
【００３５】
［搬送路の経路］
つぎに、図２の２−２断面を示した図４を参照しながら、搬送路２００ａの経路について簡単に説明する。前述したように、連結管２００は、調整弁装置３００を経由して気化有機分子を吹き出し機構４００側へ搬送する。具体的には、調整弁装置３００の弁体は成膜中には開くため、各蒸着源ユニット１００にて気化された有機分子は、キャリアガスにより搬送されながら、搬送路の往路２００ａ１から復路２００ａ２に通され、吹き出し機構４００まで搬送される。一方、調整弁装置３００の弁体は成膜しないときには閉じるため、搬送路の往路２００ａ１と復路２００ａ２とは閉塞され、有機分子の搬送は停止させる。
【００３６】
［調整弁装置］
次に、調整弁装置３００の断面を示した図５を参照しながら、調整弁装置３００の内部構成及び動作について詳述する。調整弁装置３００は、円筒状の弁箱３０５を有している。弁箱３０５は、前方部材３０５ａ、中央のボンネット３０５ｂ、後方部材３０５ｃの３つに分かれている。弁箱３０５は中空になっていて、その略中央に弁体３１０が内蔵されている。
【００３７】
弁体３１０は、弁体頭部３１０ａと弁体身部３１０ｂとに分離されている。弁体頭部３１０ａと弁体身部３１０ｂとは、弁軸３１０ｃにより連結されている。具体的には、弁軸３１０ｃは棒状部材であって、弁体身部３１０ｂの長手方向の中央を貫通し、弁体頭部３１０ａの中央に設けられた凹部３１０ａ１に嵌入されている。弁体身部３１０ｂの突出部３１０ｂ１は、弁箱３０５のボンネット３０５ｂに設けられた環状の凹部３０５ａ１に挿入されている。弁箱３０５の前方部材３０５ａには、搬送路２００ａの往路２００ａ１及び復路２００ａ２が形成されている。
【００３８】
凹部３０５ａ１には、突出部３１０ｂ１が挿入された状態にて、弁体身部３１０ｂがその長手方向に摺動可能な空間が設けられていて、その空間には耐熱性の緩衝部材３１５が介在している。緩衝部材３１５の一例としては、金属製ガスケットが挙げられる。緩衝部材３１５は、搬送路側の真空と弁軸３１０ｃ側の大気を遮断するとともに弁体身部３１０ｂの摺動による突出部３１０ｂ１とボンネット３０５ｂとの機械的干渉を緩和するようになっている。
【００３９】
（弁体身部及び弁体頭部の分離構造）
弁体頭部３１０ａの凹部３１０ａ１にも、弁軸３１０ｃが挿入された状態で遊び３１０ａ２が設けられている。本実施形態に係る弁体３１０では、弁体身部３１０ｂと弁体頭部３１０ａとが分離されているので、弁体身部３１０ｂと弁軸３１０ｃとのクリアランス（隙間）を制御することにより、開閉動作時の弁体３１０の中心位置のずれを補正する。これに加えて、弁体頭部３１０ａの凹部３１０ａ１に遊び３１０ａ２を設けたことにより、弁体頭部３１０ａの軸の微少なずれを調整することができる。これにより、弁体頭部３１０ａを弁座面２００ａ３に偏りなく当接することにより、弁体頭部３１０ａと弁座面２００ａ３との密着性を高くして、リークを防ぐことができる。この結果、本実施形態に係る分離型の弁体３１０によれば、調整弁装置３００が高温状態にて使用されたり、低温状態にて使用されたりして金属が熱膨張することによる影響が生じたとしても、弁体３１０の分離構造により上述したようにその影響を吸収できるため、一体型の弁体に比べて開閉時の弁体部分のリークを効果的に防ぐことができる。
【００４０】
弁箱３０５の後方部材３０５ｃには、弁体駆動部３２０が設けられている。弁体駆動部３２０は、弁箱３０５に内蔵された動力伝達部材３２０ａ、第１のベローズ３２０ｂ及び第２のベローズ３２０ｃを有している。動力伝達部材３２０ａは、略Ｔ字状であって、弁軸３１０ｃの端部にねじ止めされている。
【００４１】
第１のベローズ３２０ｂは、一端が動力伝達部材３２０ａに溶接され、他端が後方部材３０５ｃに溶接されている。これにより、弁箱３０５の後部側（動力伝達部材３２０ａに対して弁体３１０と反対側の位置）に、動力伝達部材３２０ａと第１のベローズ３２０ｂと後方部材３０５ｃとにより隔絶された第１の空間Ｕｓが形成される。
【００４２】
第２のベローズ３２０ｃは、一端が動力伝達部材３２０ａに溶接され、他端が後方部材３０５ｃに溶接されている。これにより、弁箱３０５の前部側（動力伝達部材３２０ａに対して弁体側の位置）に、動力伝達部材３２０ａと第１のベローズ３２０ｂと第２のベローズ３２０ｃと後方部材３０５ｃとにより隔絶された第２の空間Ｌｓが形成される。
【００４３】
第１の配管３２０ｄは、第１のベローズ３２０ｂにより隔離された第１の空間Ｕｓと連通する。第１の配管３２０ｄは、エアー供給源６００の供給管Ａｒ１に連結されている。第１の配管３２０ｄは、エアー供給源６００から出力された加圧エアーを第１の空間Ｕｓに供給する。
【００４４】
第２の配管３２０ｅは、第１のベローズ３２０ｂと第２のベローズ３２０ｃとにより隔絶された第２の空間Ｌｓと連通する。第２の配管３２０ｅは、エアー供給源６００の供給管Ａｒ２に連結されている。第２の配管３２０ｅは、エアー供給源６００から出力された加圧エアーを第２の空間Ｌｓに供給する。
【００４５】
かかる構成によれば、第１の配管３２０ｄから第１の空間Ｕｓに供給された加圧エアーと第２の配管３２０ｅから第２の空間Ｌｓに供給された加圧エアーとの比率に応じて、動力伝達部材３２０ａから弁軸３１０ｃを介して弁体頭部３１０ａに動力が伝達される。これにより、弁体頭部３１０ａがその長手方向に進行又は後退することによって弁箱３０５に形成された搬送路の往路２００ａ１及び復路２００ａ２を開閉する。開閉方向は、第１の空間Ｕｓに供給された加圧エアーと第２の空間Ｌｓに供給された加圧エアーとの比率により定まる。
【００４６】
たとえば、第２の空間Ｌｓに供給された加圧エアーに対する第１の空間Ｕｓに供給された加圧エアーの比率が高くなった場合、動力伝達部材３２０ａは、弁体３１０を押圧する方向にスライドし、弁体頭部３１０ａが弁軸３１０ｃを介して前方方向に押され、これにより、弁体頭部３１０ａが搬送路の往路２００ａ１を閉塞し、弁体３１０が閉まる。
【００４７】
一方、第２の空間Ｌｓに供給された加圧エアーに対する第１の空間Ｕｓに供給された加圧エアーの比率が低くなった場合、動力伝達部材３２０ａは、弁体３１０を引っ張る方向にスライドし、弁軸３１０ｃを介して弁体頭部３１０ａが後方方向に引っ張られ、これにより、弁体頭部３１０ａが搬送路の往路２００ａ１から離隔し、弁体３１０が開く。
【００４８】
第３のベローズ３２５は、一端が弁体頭部３１０ａに溶接され、他端が弁体身部３１０ｂに溶接されている。これにより、弁軸側の大気空間と搬送路側の真空空間とが遮断される。また、弁体身部３１０ｂと弁体頭部３１０ａとの間を第３のベローズ３２５により支えることによって、弁体身部３１０ｂと弁軸３１０ｃとの間のクリアランスを管理することができる。これにより、弁体開閉動作時に弁体身部３１０ｂと弁軸３１０ｃとが接触して摩擦が生じないように制御されている。なお、ボンネット３０５ｂには、ボンネット３０５ｂと弁体駆動部３２０との間の密閉空間内をパージするパージポート３３０が設けられている。
【００４９】
弁箱３０５の前方部材３０５ａとボンネット３０５ｂとの接面、及びボンネット３０５ｂと後方部材３０５ｃとの接面には密閉性を確保するためにシール用の金属製ガスケット３３５が介設されている。これにより、調整弁装置３００を真空環境下での使用に適した構造とすることができる。
【００５０】
［弁体及び弁座面の表面処理］
本実施形態にかかる調整弁装置３００では、上述したように弁体３１０を分離構造にしたことに加えて、５００℃程度の高温環境においても操作性及びシール性を安定して維持できるように、弁体及び弁座の材質、形状及び表面加工の最適化を図っている。
【００５１】
（弁体及び弁座の材質及び表面処理）
具体的には、発明者らは、弁座面２００ａ３及び弁体３１０の材質として、耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を採用した。加えて、発明者らは、弁体３１０の表面を、ビッカース硬さが５００ＨＶ以上になるように、ステライト（登録商標）仕上げ又はＦ２コート（登録商標）により加工した。ステライトは、ステンレス鋼にコバルト合金系の溶接盛りを施したものであり、Ｆ２コートは、ニッケルにリンを混入させた材料にてステンレス鋼をコーティングする処理である。たとえば、ステンレス鋼をステライト盛りすると、弁体頭部３１０ａのビッカース硬さは５００ＨＶ以上になり、Ｆ２コートすると、弁体頭部３１０ａのビッカース硬さは７００ＨＶ程度になる。よって、硬度の高さからステライト盛りよりＦ２コートの方が好ましい。
【００５２】
弁座側（弁座面２００ａ３）は、たとえば、ステンレス鋼をバニシング加工する。バニシング加工では、金属表面をローラで押しつぶし塑性変形させることにより、表層を硬化させるとともに表面が鏡面に仕上げられる。本実施形態では、発明者らは、弁座面２００ａ３のビッカース硬さを概ね２００以上４００ＨＶ以下になるように表面加工する。
【００５３】
以上のように、発明者らは、弁体頭部３１０ａのＦ２コート、ビッカース硬さを５００ＨＶ以上とし、弁座面２００ａ３のビッカース硬さをシートバニシング加工により概ね２００以上４００ＨＶ以下とすることにより、弁体頭部３１０ａと弁座面２００ａ３との間に硬度差を設け、かつ弁体頭部３１０ａ及び弁座面２００ａ３に異なる表面硬化処理を施した。これにより、弁体３１０のスムーズな開閉動作を実現し、カジリや焼き付きを防止した。
【００５４】
一方、弁座面２００ａ３が硬すぎると弁座面２００ａ３を形成する材質の結晶構造が崩れて、耐食性が落ち、弁座を構成する材質が剥離して搬送路中に飛来し、搬送路中の成膜材料に混入してコンタミネーションの原因になるため、弁座面２００ａ３のビッカース硬さは、４００ＨＶ以下（好ましくは、概ね２００以上４００ＨＶ以下）とした。
【００５５】
（弁体及び弁座の形状）
弁体頭部３１０ａの弁座面２００ａ３と当接する部分はテーパ形状であり、弁体頭部３１０ａの先端面に垂直な線分に対するテーパ開度θは４０°〜８０°である。テーパ開度θを４０°〜８０°に限定したのは、シート性向上のためである。これにより、弁体３１０をさらにスムーズに開閉し、カジリや焼き付きを防止する。
【００５６】
なお、弁体頭部３１０ａの弁座面２００ａ３との当接部分は円弧状であってもよい。その場合、所望の曲率半径をもたせることが好ましい。これにより、弁体３１０をさらにスムーズに開閉し、カジリや焼き付きを防止する。
【００５７】
さらに、弁体３１０の組み立て仕上げ時には、弁座と弁体との同軸度、調芯（摺り合わせ）を行うことにより、弁体３１０と弁座面２００ａ３との中心軸のずれをなくして最適な仕上げ状態にする。このようにして、特殊な表面硬化処理を行い、カジリ、焼き付きを防止したことにより、金属同士の弁体及び弁座を用いて、操作性、シール性及び耐熱性を安定して維持できる調整弁装置３００を構築することができた。
【００５８】
［リーク状態の検証］
発明者は、上記構成の調整弁装置３００を用いて弁体３１０のリーク状態について検証した。実験は、弁箱３０５を５００℃の高温にした状態と、弁箱３０５を室温にした状態との両方について行われた。弁体頭部３１０ａの当接部分のテーパ開度θは６０℃とした。弁体頭部３１０ａは、ＳＵＳ３１６のステンレス鋼にＦ２コートの表面処理が施され、弁座面２００ａ３は、ＳＵＳ３１６のステンレス鋼にバニシング加工が施されている。弁体頭部３１０ａのビッカース硬さは７００ＨＶ、弁座（弁座面２００ａ３）のシートバニシング加工によりビッカース硬さは４００ＨＶであった。
【００５９】
弁箱３０５内（ボディ）の温度が５００℃の場合、図６に示したように、操作圧力（ＭＰａ）、すなわち、第１の配管３２０ｄから供給された加圧エアーが動力伝達部材３２０ａを押圧する際の圧力を可変させたとき、検査したすべての操作圧力（０．２０〜０．６０：ＭＰｓ）においてリーク量は１０−１１（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）以下のオーダーであった。特に、操作圧力が０．２５〜０．５５（ＭＰａ）の場合、リーク量の検出結果は、最小検出感度以下であった。これは、ほとんどリークが生じていないのでリーク量を検出不可能であったことを示している。
【００６０】
一方、弁箱内の温度が室温の場合、操作圧力（０．５０〜０．６０：ＭＰｓ）においてリーク量は、１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）以下のオーダーであった。以上から、弁箱内の温度が室温の場合であっても操作圧力が０．５０〜０．６０（ＭＰａ）の場合、リーク量は、１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）以下のオーダーを達成することができ、５００℃程度の高温状態では、更にリーク量を減少させることができることがわかった。従来の調整弁装置では、リーク量が１０−３〜１０−４（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）程度であったことと比較すると、本実施形態にかかる調整弁装置３００では、弁体３１０及び弁座の材質、形状及び表面加工の最適化を図ったことにより、ほとんどリークが生じていない状態で弁体３１０の開閉動作を繰り返すことができることが立証された。
【００６１】
特に、有機成膜の場合、搬送路２００ａを通過する有機蒸着材料は、高温、減圧の環境下で使用される。有機蒸着材料が高温下で使用される理由について説明する。図２に示したように蒸着源ユニット１００にて蒸発した成膜材料（有機分子）は、キャリアガスＡｒにより搬送路２００ａを通過して基板Ｇまで搬送される。搬送中、付着係数を考慮して、成膜材料が搬送路２００ａの内壁に付着することを回避するために、搬送路２００ａを３００℃以上の高温状態にする必要がある。また、有機蒸着材料が減圧下で使用される理由は、搬送路２００ａの内部を減圧状態にすることにより、コンタミネーションがほとんど存在しない状態で有機分子を基板Ｇまで搬送したいからである。
【００６２】
以上から、本実施形態にかかる調整弁装置３００が、有機膜の６層連続成膜装置１０に使用される場合、弁体３１０の近傍は、高温、減圧状態にある。しかしながら、上述したように、以上に説明した弁体３１０の開閉機構では、リークがほとんど生じないため、搬送路側が真空環境下にあっても、弁軸側の大気が搬送路側に流入しない。この結果、搬送路２００ａを通過する有機材料の劣化を防ぎ、良好な有機成膜を実現することができる。
【００６３】
特に、本実施形態にかかる調整弁装置３００は、５００℃程度の高温状態でも非常に高い密閉性を保つことができる。また、弁体側及び弁座側をともに金属により形成し、かつ弁体の分離構造を採用したことにより、高い精度でリークを防止できる弁機構を実現することができる。
【００６４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６５】
たとえば、本発明に係る調整弁装置は、有機ＥＬ装置に設けられた搬送路の開閉に使用されるだけでなく、半導体製造装置やＦＰＤ装置等の弁の開閉機構が必要な製造装置に使用することができる。特に、本発明にかかる調整弁装置は、５００℃程度の高温状態でも使用することができ、１０−１〜１０２Ｐａ程度の真空状態でも使用することができる。
【００６６】
なお、本発明に係る有機ＥＬ装置の成膜材料には、パウダー状（固体）の有機材料を用いることができる。成膜材料に主に液体の有機金属を用い、気化させた成膜材料を加熱された被処理体上で分解させることにより、被処理体上に薄膜を成長させるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）に用いることもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ ６層連続成膜装置
２０ 成膜ユニット
１００ 蒸着源ユニット
２００ 連結管
２００ａ 搬送路
２００ａ１ 往路
２００ａ２ 復路
３００ 調整弁装置
３０５ 弁箱
３０５ａ 前方部材
３０５ｂ ボンネット
３０５ｃ 後方部材
３１０ 弁体
３１０ａ 弁体頭部
３１０ｂ 弁体身部
３１０ｃ 弁軸
３１５ シール部材
３２０ 弁体駆動部
３２０ａ 動力伝達部材
３２０ｂ 第１のベローズ
３２０ｃ 第２のベローズ
３２０ｄ 第１の配管
３２０ｅ 第２の配管
３３０ パージポート
３３５ 金属製ガスケット
４００ 吹き出し機構
５００ 隔壁板
６００ エアー供給源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体頭部と弁体身部とが弁軸により連結された弁体と、
前記弁軸を介して前記弁体に連結され、前記弁体に動力を伝達する動力伝達部材と、
前記弁体と前記動力伝達部材とを摺動可能に内蔵する弁箱と、
一端を前記動力伝達部材に固着し、他端を前記弁箱に固着することにより、前記動力伝達部材に対して前記弁体と反対側の位置に第１の空間を形成する第１のベローズと、
一端を前記動力伝達部材に固着し、他端を前記弁箱に固着することにより、前記動力伝達部材に対して前記弁体側の位置に第２の空間を形成する第２のベローズと、
前記第１の空間と連通する第１の配管と、
前記第２の空間と連通する第２の配管と、を備え、
前記第１の配管から前記第１の空間に供給されたエアーと前記第２の配管から前記第２の空間に供給されたエアーとの比率に応じて前記動力伝達部材から前記弁軸を介して前記弁体に動力を伝達することにより、前記弁体頭部によって前記弁箱に形成された搬送路を開閉する調整弁装置。
【請求項２】
前記弁軸は、前記弁体身部の長手方向の中央を貫通し、前記弁体頭部の中央に設けられた凹部に挿入される請求項１に記載された調整弁装置。
【請求項３】
前記弁体頭部の中央に設けられた凹部と前記弁軸との間には、遊びが設けられている請求項２に記載された調整弁装置。
【請求項４】
一端を前記弁体頭部に固着し、他端を前記弁体身部に固着することにより、前記弁軸側の空間と前記搬送路側の空間とを遮断する第３のベローズを備える請求項１〜３のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項５】
前記弁体頭部の前記搬送路に当接する部分はテーパ形状であり、前記弁体頭部の先端面に垂直な線分に対するテーパ開度θは４０°〜８０°である請求項１〜４のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項６】
前記弁体頭部の前記搬送路に当接する部分は円弧状であり、所望の曲率半径を有する構造である請求項１〜４のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項７】
前記弁体頭部は、ビッカース硬さが５００ＨＶ以上になるようにステライト盛りされた金属である請求項１〜６のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項８】
前記弁体頭部には、コバルト合金系の溶接盛りが施されている請求項７に記載された調整弁装置。
【請求項９】
前記弁体頭部に当接する前記搬送路の弁座面は、シートバニシング加工によりビッカース硬さが概ね２００以上４００ＨＶ以下になるように表面加工された金属である請求項１〜８のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項１０】
前記調整弁装置は、被処理体を成膜する有機分子を被処理体近傍まで搬送する搬送路の開閉に用いられる請求項１〜９のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項１１】
前記調整弁装置は、内部が３００℃以上になる環境下において使用される請求項１０に記載された調整弁装置。
【請求項１】
弁体頭部と弁体身部とが弁軸により連結された弁体と、
前記弁軸を介して前記弁体に連結され、前記弁体に動力を伝達する動力伝達部材と、
前記弁体と前記動力伝達部材とを摺動可能に内蔵する弁箱と、
一端を前記動力伝達部材に固着し、他端を前記弁箱に固着することにより、前記動力伝達部材に対して前記弁体と反対側の位置に第１の空間を形成する第１のベローズと、
一端を前記動力伝達部材に固着し、他端を前記弁箱に固着することにより、前記動力伝達部材に対して前記弁体側の位置に第２の空間を形成する第２のベローズと、
前記第１の空間と連通する第１の配管と、
前記第２の空間と連通する第２の配管と、を備え、
前記第１の配管から前記第１の空間に供給されたエアーと前記第２の配管から前記第２の空間に供給されたエアーとの比率に応じて前記動力伝達部材から前記弁軸を介して前記弁体に動力を伝達することにより、前記弁体頭部によって前記弁箱に形成された搬送路を開閉する調整弁装置。
【請求項２】
前記弁軸は、前記弁体身部の長手方向の中央を貫通し、前記弁体頭部の中央に設けられた凹部に挿入される請求項１に記載された調整弁装置。
【請求項３】
前記弁体頭部の中央に設けられた凹部と前記弁軸との間には、遊びが設けられている請求項２に記載された調整弁装置。
【請求項４】
一端を前記弁体頭部に固着し、他端を前記弁体身部に固着することにより、前記弁軸側の空間と前記搬送路側の空間とを遮断する第３のベローズを備える請求項１〜３のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項５】
前記弁体頭部の前記搬送路に当接する部分はテーパ形状であり、前記弁体頭部の先端面に垂直な線分に対するテーパ開度θは４０°〜８０°である請求項１〜４のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項６】
前記弁体頭部の前記搬送路に当接する部分は円弧状であり、所望の曲率半径を有する構造である請求項１〜４のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項７】
前記弁体頭部は、ビッカース硬さが５００ＨＶ以上になるようにステライト盛りされた金属である請求項１〜６のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項８】
前記弁体頭部には、コバルト合金系の溶接盛りが施されている請求項７に記載された調整弁装置。
【請求項９】
前記弁体頭部に当接する前記搬送路の弁座面は、シートバニシング加工によりビッカース硬さが概ね２００以上４００ＨＶ以下になるように表面加工された金属である請求項１〜８のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項１０】
前記調整弁装置は、被処理体を成膜する有機分子を被処理体近傍まで搬送する搬送路の開閉に用いられる請求項１〜９のいずれかに記載された調整弁装置。
【請求項１１】
前記調整弁装置は、内部が３００℃以上になる環境下において使用される請求項１０に記載された調整弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２１６５７７（Ｐ２０１０−２１６５７７Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６４５４６（Ｐ２００９−６４５４６）
【出願日】平成２１年３月１７日（２００９．３．１７）
【出願人】（３９００３３８５７）株式会社フジキン (148)
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１７日（２００９．３．１７）
【出願人】（３９００３３８５７）株式会社フジキン (148)
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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