調整弁装置
【課題】弁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】調整弁装置３００は、弁体頭部３１０ａを有する弁体３１０と、弁体に動力を伝達する動力伝達部材３２０ａと、弁体を摺動可能に内蔵する弁箱３０５と、動力伝達部材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１のベローズ３２０ｂと、動力伝達部材に対して弁体側の位置に第２の空間Ｌｓを形成する第２のベローズ３２０ｃと、第１の空間と連通する第１の配管３２０ｄと、第２の空間と連通する第２の配管３２０ｅとを有する。第１の空間及び第２の空間に供給される作動流体の圧力比率に応じて動力伝達部材から弁体に動力を伝達することにより、弁体頭部によって弁箱に形成された搬送路を開閉する。弁体頭部は、弁体頭部が接する搬送路の弁座面のビッカース硬さより硬く、その硬度差は概ね２００〜３００Ｈｖである。
【解決手段】調整弁装置３００は、弁体頭部３１０ａを有する弁体３１０と、弁体に動力を伝達する動力伝達部材３２０ａと、弁体を摺動可能に内蔵する弁箱３０５と、動力伝達部材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１のベローズ３２０ｂと、動力伝達部材に対して弁体側の位置に第２の空間Ｌｓを形成する第２のベローズ３２０ｃと、第１の空間と連通する第１の配管３２０ｄと、第２の空間と連通する第２の配管３２０ｅとを有する。第１の空間及び第２の空間に供給される作動流体の圧力比率に応じて動力伝達部材から弁体に動力を伝達することにより、弁体頭部によって弁箱に形成された搬送路を開閉する。弁体頭部は、弁体頭部が接する搬送路の弁座面のビッカース硬さより硬く、その硬度差は概ね２００〜３００Ｈｖである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスにより弁体を開閉する調整弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスを使って被処理体に所望の処理を行う製造装置では、処理室にガスを運ぶ搬送路が設けられ、その搬送路には開閉や流量調整のための調整弁が設けられていることが多い。たとえば、特許文献１に記載された調整弁装置では、弁ボディのインポートとアウトポートとの間で開閉弁及び流量調整弁が同軸線上に配設されている。開閉弁と流量調整弁とが直列に配設され、開閉弁の操作機構と流量調整弁の操作機構とが各別に形成されている。開閉弁が開位置にあるときに、流量調整弁が絞り位置と開位置との間を、流量を連続的に変化させながら切り換えられるように構成されている。
【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、弁体と弁体が当接する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、弁体を繰り返し弁座面に当接すると、カジリや焼き付きが生じて大きなリークが発生する場合がある。たとえば、有機ＥＬ装置では、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。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発生して弁体の開閉精度が低下し、ガスの制御が困難になることがある。
【０００５】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、弁体及び弁体が当接する弁座面の構成を適正化することにより弁の開閉精度を向上させた調整弁装置を提供する。
【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、弁体頭部を有する弁体と、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であって前記第１のベローズにより前記第１の空間と仕切られた位置に第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、を有する。前記第１の配管から前記第１の空間に供給される作動流体と前記第２の配管から前記第２の空間に供給される作動流体との圧力比率に応じて前記動力伝達部材から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し、前記弁体頭部は、該弁体頭部が接する搬送路の弁座面のビッカース硬さより硬く、その硬度差は概ね２００〜３００Ｈｖである調整弁装置が提供される。
【０００７】
これによれば、図１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に供給されるガスと第２の空間Ｌｓに供給されるガスとの比率により、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、これにより、弁体頭部３１０ａと該弁体頭部が接する搬送路の弁座面２００ａ３との当接又は隔離により搬送路の開閉を制御することができる。
【０００８】
特に、弁体頭部は、弁座面のビッカース硬さより硬く、その硬度差は、概ね２００〜３００Ｈｖである。弁体頭部と弁座面との硬度差がない、若しくは硬度差が非常に小さいと、すべり効果が生じず、弁体の弁座面への食い込み動作不良が発生してしまう。一方、弁体頭部と弁座面との硬度差が大きすぎると、弁座面の弁体頭部が当たる部分が損傷してリーク量が大きくなる。本発明のように弁体頭部のビッカース硬さを弁座面のビッカース硬さより２００〜３００Ｈｖ程度硬くすると、図３（ａ）に示したように、開閉時の弁体頭部と弁座面との当接の繰り返しにより、２万回程度の開閉回数でシートに当たりがつき、リーク量を減少させることができる。この結果、耐久性を高め、調整弁装置を長寿命化させることができる。
【０００９】
前記弁座面のビッカース硬さは、概ね４００〜５００Ｈｖであってもよい。
【００１０】
前記弁座面は、基材上部にステライト盛りされた金属の表面であってもよい。
【００１１】
前記弁体頭部には、Ｎｉ系合金メッキが施されていてもよい。
【００１２】
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あり、前記弁体頭部の先端面に垂直な成分に対するテーパ角度θは４０°〜８０°であってもよい。
【００１３】
前記弁体頭部の前記輸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。
【００１４】
前記弁座面はテーパ形状又は円弧状に形成されていてもよい。
【００１５】
前記調整弁装置は、概ね２５℃〜５００℃の環境下において使用されてもよい。
【００１６】
前記調整弁装置は、前記第１の空間及び前記第２の空間に作動流体として所望の不活性ガスを供給してもよい。
【００１７】
前記調整弁装置は、前記第１の空間及び前記第２の空間に作動流体として所望の液体を供給してもよい。
【００１８】
前記調整弁装置の操作圧力は、０．２〜０．６ＭＰａであってもよい。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、弁体及び弁体が当接する弁座面の構成を適正化することにより弁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調整弁装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）は同実施形態に係る調整弁装置の初期リーク量を示した表であり、図２（ｂ）はその比較例である。
【図３】図３（ａ）は同実施形態に係る調整弁装置の使用回数とリーク量との関係を示したグラフであり、図３（ｂ）はその比較例である。
【図４】同実施形態に係る６層連続成膜装置の概略斜視図である。
【図５】同実施形態に係る成膜ユニットの断面図である。
【図６】同実施形態に係る蒸着源及び搬送路の断面図である。
【図７】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。
【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】
［調整弁装置］
まず、調整弁装置３００の断面を示した図１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述べる。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及び後方部材３０５ｂの２つに分かれている。弁箱３０５は中空になっていて、その略中央に破線で示した弁体３１０を内蔵している。弁箱の後方部材３０５ｂは、後方の破線で示した弁体駆動部３２０を内蔵している。
【００２４】
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の後方側部に設けられた突出部３１０ｂ１は、弁箱３０５の前方部材３０５ａに設けられた凹部３０５ａ１に挿入されている。弁箱３０５の前方部材３０５ａには、ガスを搬送する搬送路の往路２００ａ１及び復路２００ａ２が形成されている。
【００２５】
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シール部材３１５が介在している。シール部材３１５の一例としては、金属製ガスケットが挙げられる。シール部材３１５は、搬送路側の真空と弁体駆動部３２０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と弁箱の前方部材３０５ａとの機械的干渉を緩和するようになっている。
【００２６】
（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とを分離することにより、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を設けることにより、弁体頭部３１０ａの軸の微少なずれを調整することができる。これによって、テーパ形状の弁体頭部３１０ａを同じくテーパ形状の弁座面２００ａ３に偏りなく当接することができる。なお、弁座面２００ａ３は搬送路を形成する基材に密着形成されたシート部材であり、弁体頭部３１０ａが当接する部分である。
【００２７】
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。
【００２８】
第１のベローズ３２０ｂは、一端が動力伝達部材３２０ａに溶接され、他端が弁箱の後方部材３０５ｂに溶接されている。これにより、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３０５ｂとにより隔絶された第１の空間Ｕｓが形成される。
【００２９】
第２のベローズ３２０ｃは、一端が動力伝達部材３２０ａに溶接され、他端が弁箱の後方部材３０５ｂに溶接されている。これにより、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３０５ｂとにより隔絶された第２の空間Ｌｓが形成される。
【００３０】
第１の配管３２０ｄ内は、第１の空間Ｕｓと連通している。第１の配管３２０ｄは、ガス供給源６００から出力されたアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを第１の空間Ｕｓに供給する。第２の配管３２０ｅ内は、第２の空間Ｌｓと連通している。第２の配管３２０ｅは、ガス供給源６００のから出力されたアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを第２の空間Ｌｓに供給する。かかる構成により、ベローズの伸縮性によって各空間をシールするとともに各空間に不活性ガスを導入することができる。なお、第１の空間Ｕｓ及び第２の空間Ｌｓに供給する不活性ガスの替りに、ガルデン、エチレングリコール等の液体を供給するようにしてもよい。つまり、第１の空間Ｕｓ及び第２の空間Ｌｓには、ガス又は液体等の作動流体を供給することにより、各空間の圧力比率を制御することができる。
【００３１】
具体的には、第１の空間Ｕｓに供給された不活性ガスと第２の空間Ｌｓに供給された不活性ガスとの比率に応じて、動力伝達部材３２０ａを前方方向又は後方方向に移動することができる。たとえば、第１の空間Ｕｓに供給されるガス及び第２の空間Ｌｓに供給されるガスにより、第１の空間Ｕｓの圧力が第２の空間Ｌｓの圧力より相対的に高くなると、動力伝達部材３２０ａは弁軸３１０ｃを前方に押圧し、弁体頭部３１０ａが前方に移動して弁座面２００ａ３に当接し、弁は閉状態なる。また、たとえば、上記各空間に供給されるガスにより、第１の空間Ｕｓの圧力が第２の空間Ｌｓの圧力より相対的に低くなると、動力伝達部材３２０ａは弁軸３１０ｃを後方に引っ張り、弁体頭部３１０ａが後方に移動して弁座面２００ａ３から離れ、弁は開状態なる。このようにして、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搬送路の往路２００ａ１及び復路２００ａ２が開閉される。
【００３２】
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る。
【００３３】
（弁体及び弁座の材質及び表面処理）
以上に説明した構成の調整弁装置３００では、リーク量を減らすため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。たとえば、発明者らは、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ＳＵＳ３１６Ｌを採用した。加えて、発明者らは、弁体３１０の表面にＦ２コート（登録商標）を施した。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。本実施形態では、Ｆ２コートとして弁体頭部にＮｉ系合金メッキを施した。これにより、発明者らは、特に弁体頭部のビッカース硬さを約６００〜７００Ｈｖの硬度にした。
【００３４】
弁座面２００ａ３側は、ステンレス鋼にコバルト合金系の溶接盛りを施したステライトを採用し、ステライト盛りされた金属の表面を超精密研磨した。これにより、弁座面２００ａ３のビッカース硬さは４１０〜４４０Ｈｖ程度にした。この結果、弁体３１０のスムーズな開閉動作を実現し、リーク量の低減による耐久性の向上と調整弁の長寿命化を達成した。この効果について図２及び図３を参照しながら説明する。
【００３５】
［リーク状態の検証］
発明者らは、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。その際、比較例として次の弁体を用いた。比較例の弁体及び弁座側の材質として、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌを用い、弁体の表面をＦ２コート（登録商標）、弁座側をバニシング加工した。バニシング加工は、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超精密研磨により表面を鏡面状に仕上げる処理である。これにより、比較例の場合、弁体頭部３１０ａのビッカース硬さは約６００〜７００ＨＶ、弁座面のビッカース硬さは３００Ｈｖ程度、硬度差は３００〜４００Ｈｖであった。なお、比較例では、弁体が弁体頭部と弁体身部とに分離していない一体型のものを使用した。
【００３６】
まず、室温（２５℃）における初期リーク量を測定した。
実験条件は次の通りである。
・操作圧力 ０．２〜０．６（ＭＰａ）
・供給ガス 窒素ガス
・開閉時 バルブ入口側 真空引き
バルブ出口側 ガス加圧
【００３７】
（初期リーク量）
実験の結果、図２（ａ）は本実施形態に係る調整弁装置３００の初期リーク量を示した表であり、図２（ｂ）はその比較例である。本実施形態に係る調整弁装置３００では、初期リーク量は１０−６〜１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）台の値であった。一方、比較例の場合、初期リーク量は１０−７〜１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）台の値であり、本実施形態に係る調整弁装置３００よりも初期リーク量は全体的に少なかった。
【００３８】
（開閉回数とリーク量）
次に、弁の開閉回数とリーク量との関係について実験した結果を説明する。図３に示した実験は、操作圧力が０．３ＭＰａの場合であり、室温と４５０℃との両方について実験した。図３（ａ）は本実施形態に係る調整弁装置３００の開閉回数とリーク量との関係を示したグラフであり、図３（ｂ）はその比較例である。
【００３９】
実験結果によれば、本実施形態に係る調整弁装置３００では、室温及び４５０℃のいずれの条件においても、開閉回数が２万回〜５万回まで１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）の台のリーク量であり、特に開閉回数が２万回終了後から４万回まで１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）の台のリーク量で状態変化が少なく安定している。開閉回数が１万回前では１０−８〜１０−７（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）の台のリーク量であったことと比較すると、２万回程度の開閉回数で弁座面のシートに当たりが付き、リーク量が減少した可能性があると考えられる。
【００４０】
一方、比較例の場合、室温及び４５０℃のいずれの条件においても、開閉回数が増えるにつれ、リーク量が相対的に大きくなる傾向を示し、開閉回数が２万回を超えると、リーク量が概ね１０−５（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）台になった。
【００４１】
以上から、比較例のように、弁体頭部と弁座面との硬度差が３００〜４００Ｈｖ程度であると、開閉回数が増えるとともに弁座面のシートが損傷し、リーク量が大きくなることが分かった。
【００４２】
一方、本実施形態では、弁体頭部３１０ａにＦ２コートを施し、ビッカース硬さを約６００Ｈｖ以上（概ね６００〜７００Ｈｖ）とし、弁座面２００ａ３のビッカース硬さを４００以上（概ね４００〜５００Ｈｖ）とすることにより、弁体頭部３１０ａが弁座面２００ａ３よりビッカース硬さが硬く、その硬度差を２００〜３００Ｈｖ程度にし、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。この結果、２万回程度の開閉回数で弁座面のシートに当たりが付き、リーク量を低減し、耐久性を高め、長寿命化した調整弁装置３００を製造することができることがわかった。
【００４３】
［６層連続成膜装置］
次に、上記調整弁装置３００を適用した６層連続成膜装置について図４を参照しながら説明する。６層連続成膜装置１０では、所望の真空状態に維持された真空容器Ｃｈの内部に６つの成膜ユニット２０が配置されている。成膜ユニット２０は、３つの蒸着源ユニット１００、連結管２００及び蒸着源ユニット１００と対になって連結管２００の反対側に配置される３つの調整弁装置３００及び吹き出し機構４００を有している。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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は所望の温度に温められて有機材料を気化させる。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。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４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。
【００４６】
［成膜ユニット］
図４の１−１断面を示した図５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と、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、その内部空間は、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の前記動作により開閉される。
【００４７】
材料投入器１１０の端部からは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。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。
【００４８】
［搬送路の経路］
つぎに、図５の２−２断面を示した図６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。
【００４９】
［有機膜構造］
かかる構成の６層連続成膜装置１０では、図４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７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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
たとえば、本発明に係る調整弁装置は、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、有機ＥＬ装置だけでなく半導体製造装置やＦＰＤ装置等の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、概ね２５℃〜５００℃の環境下において使用することができ、０．２〜０．６ＭＰａ操作圧力で使用可能である。
【００５３】
弁体頭部の搬送路に当接する部分はテーパ形状に限られず、円弧状に形成されていてもよい。弁座面も同様にテーパ形状に限られず、円弧状に形成されていてもよい。
【００５４】
弁体頭部の搬送路に当接する部分がテーパ形状の場合、弁体頭部の先端面に垂直な成分に対するテーパ角度θは４０°〜８０°である。弁体頭部の輸送路に当接する部分が円弧状の場合、所望の曲率半径を有する構造である。
【００５５】
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】
【００５６】
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 弁箱の前方部材
３０５ｂ 弁箱の後方部材
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
４００ 吹き出し機構
６００ ガス供給源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスにより弁体を開閉する調整弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスを使って被処理体に所望の処理を行う製造装置では、処理室にガスを運ぶ搬送路が設けられ、その搬送路には開閉や流量調整のための調整弁が設けられていることが多い。たとえば、特許文献１に記載された調整弁装置では、弁ボディのインポートとアウトポートとの間で開閉弁及び流量調整弁が同軸線上に配設されている。開閉弁と流量調整弁とが直列に配設され、開閉弁の操作機構と流量調整弁の操作機構とが各別に形成されている。開閉弁が開位置にあるときに、流量調整弁が絞り位置と開位置との間を、流量を連続的に変化させながら切り換えられるように構成されている。
【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、弁体と弁体が当接する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、弁体を繰り返し弁座面に当接すると、カジリや焼き付きが生じて大きなリークが発生する場合がある。たとえば、有機ＥＬ装置では、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。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発生して弁体の開閉精度が低下し、ガスの制御が困難になることがある。
【０００５】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、弁体及び弁体が当接する弁座面の構成を適正化することにより弁の開閉精度を向上させた調整弁装置を提供する。
【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、弁体頭部を有する弁体と、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であって前記第１のベローズにより前記第１の空間と仕切られた位置に第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、を有する。前記第１の配管から前記第１の空間に供給される作動流体と前記第２の配管から前記第２の空間に供給される作動流体との圧力比率に応じて前記動力伝達部材から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し、前記弁体頭部は、該弁体頭部が接する搬送路の弁座面のビッカース硬さより硬く、その硬度差は概ね２００〜３００Ｈｖである調整弁装置が提供される。
【０００７】
これによれば、図１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に供給されるガスと第２の空間Ｌｓに供給されるガスとの比率により、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、これにより、弁体頭部３１０ａと該弁体頭部が接する搬送路の弁座面２００ａ３との当接又は隔離により搬送路の開閉を制御することができる。
【０００８】
特に、弁体頭部は、弁座面のビッカース硬さより硬く、その硬度差は、概ね２００〜３００Ｈｖである。弁体頭部と弁座面との硬度差がない、若しくは硬度差が非常に小さいと、すべり効果が生じず、弁体の弁座面への食い込み動作不良が発生してしまう。一方、弁体頭部と弁座面との硬度差が大きすぎると、弁座面の弁体頭部が当たる部分が損傷してリーク量が大きくなる。本発明のように弁体頭部のビッカース硬さを弁座面のビッカース硬さより２００〜３００Ｈｖ程度硬くすると、図３（ａ）に示したように、開閉時の弁体頭部と弁座面との当接の繰り返しにより、２万回程度の開閉回数でシートに当たりがつき、リーク量を減少させることができる。この結果、耐久性を高め、調整弁装置を長寿命化させることができる。
【０００９】
前記弁座面のビッカース硬さは、概ね４００〜５００Ｈｖであってもよい。
【００１０】
前記弁座面は、基材上部にステライト盛りされた金属の表面であってもよい。
【００１１】
前記弁体頭部には、Ｎｉ系合金メッキが施されていてもよい。
【００１２】
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あり、前記弁体頭部の先端面に垂直な成分に対するテーパ角度θは４０°〜８０°であってもよい。
【００１３】
前記弁体頭部の前記輸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。
【００１４】
前記弁座面はテーパ形状又は円弧状に形成されていてもよい。
【００１５】
前記調整弁装置は、概ね２５℃〜５００℃の環境下において使用されてもよい。
【００１６】
前記調整弁装置は、前記第１の空間及び前記第２の空間に作動流体として所望の不活性ガスを供給してもよい。
【００１７】
前記調整弁装置は、前記第１の空間及び前記第２の空間に作動流体として所望の液体を供給してもよい。
【００１８】
前記調整弁装置の操作圧力は、０．２〜０．６ＭＰａであってもよい。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、弁体及び弁体が当接する弁座面の構成を適正化することにより弁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調整弁装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）は同実施形態に係る調整弁装置の初期リーク量を示した表であり、図２（ｂ）はその比較例である。
【図３】図３（ａ）は同実施形態に係る調整弁装置の使用回数とリーク量との関係を示したグラフであり、図３（ｂ）はその比較例である。
【図４】同実施形態に係る６層連続成膜装置の概略斜視図である。
【図５】同実施形態に係る成膜ユニットの断面図である。
【図６】同実施形態に係る蒸着源及び搬送路の断面図である。
【図７】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。
【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】
［調整弁装置］
まず、調整弁装置３００の断面を示した図１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述べる。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及び後方部材３０５ｂの２つに分かれている。弁箱３０５は中空になっていて、その略中央に破線で示した弁体３１０を内蔵している。弁箱の後方部材３０５ｂは、後方の破線で示した弁体駆動部３２０を内蔵している。
【００２４】
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の後方側部に設けられた突出部３１０ｂ１は、弁箱３０５の前方部材３０５ａに設けられた凹部３０５ａ１に挿入されている。弁箱３０５の前方部材３０５ａには、ガスを搬送する搬送路の往路２００ａ１及び復路２００ａ２が形成されている。
【００２５】
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シール部材３１５が介在している。シール部材３１５の一例としては、金属製ガスケットが挙げられる。シール部材３１５は、搬送路側の真空と弁体駆動部３２０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と弁箱の前方部材３０５ａとの機械的干渉を緩和するようになっている。
【００２６】
（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とを分離することにより、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を設けることにより、弁体頭部３１０ａの軸の微少なずれを調整することができる。これによって、テーパ形状の弁体頭部３１０ａを同じくテーパ形状の弁座面２００ａ３に偏りなく当接することができる。なお、弁座面２００ａ３は搬送路を形成する基材に密着形成されたシート部材であり、弁体頭部３１０ａが当接する部分である。
【００２７】
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。
【００２８】
第１のベローズ３２０ｂは、一端が動力伝達部材３２０ａに溶接され、他端が弁箱の後方部材３０５ｂに溶接されている。これにより、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３０５ｂとにより隔絶された第１の空間Ｕｓが形成される。
【００２９】
第２のベローズ３２０ｃは、一端が動力伝達部材３２０ａに溶接され、他端が弁箱の後方部材３０５ｂに溶接されている。これにより、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３０５ｂとにより隔絶された第２の空間Ｌｓが形成される。
【００３０】
第１の配管３２０ｄ内は、第１の空間Ｕｓと連通している。第１の配管３２０ｄは、ガス供給源６００から出力されたアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを第１の空間Ｕｓに供給する。第２の配管３２０ｅ内は、第２の空間Ｌｓと連通している。第２の配管３２０ｅは、ガス供給源６００のから出力されたアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを第２の空間Ｌｓに供給する。かかる構成により、ベローズの伸縮性によって各空間をシールするとともに各空間に不活性ガスを導入することができる。なお、第１の空間Ｕｓ及び第２の空間Ｌｓに供給する不活性ガスの替りに、ガルデン、エチレングリコール等の液体を供給するようにしてもよい。つまり、第１の空間Ｕｓ及び第２の空間Ｌｓには、ガス又は液体等の作動流体を供給することにより、各空間の圧力比率を制御することができる。
【００３１】
具体的には、第１の空間Ｕｓに供給された不活性ガスと第２の空間Ｌｓに供給された不活性ガスとの比率に応じて、動力伝達部材３２０ａを前方方向又は後方方向に移動することができる。たとえば、第１の空間Ｕｓに供給されるガス及び第２の空間Ｌｓに供給されるガスにより、第１の空間Ｕｓの圧力が第２の空間Ｌｓの圧力より相対的に高くなると、動力伝達部材３２０ａは弁軸３１０ｃを前方に押圧し、弁体頭部３１０ａが前方に移動して弁座面２００ａ３に当接し、弁は閉状態なる。また、たとえば、上記各空間に供給されるガスにより、第１の空間Ｕｓの圧力が第２の空間Ｌｓの圧力より相対的に低くなると、動力伝達部材３２０ａは弁軸３１０ｃを後方に引っ張り、弁体頭部３１０ａが後方に移動して弁座面２００ａ３から離れ、弁は開状態なる。このようにして、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搬送路の往路２００ａ１及び復路２００ａ２が開閉される。
【００３２】
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る。
【００３３】
（弁体及び弁座の材質及び表面処理）
以上に説明した構成の調整弁装置３００では、リーク量を減らすため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。たとえば、発明者らは、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ＳＵＳ３１６Ｌを採用した。加えて、発明者らは、弁体３１０の表面にＦ２コート（登録商標）を施した。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。本実施形態では、Ｆ２コートとして弁体頭部にＮｉ系合金メッキを施した。これにより、発明者らは、特に弁体頭部のビッカース硬さを約６００〜７００Ｈｖの硬度にした。
【００３４】
弁座面２００ａ３側は、ステンレス鋼にコバルト合金系の溶接盛りを施したステライトを採用し、ステライト盛りされた金属の表面を超精密研磨した。これにより、弁座面２００ａ３のビッカース硬さは４１０〜４４０Ｈｖ程度にした。この結果、弁体３１０のスムーズな開閉動作を実現し、リーク量の低減による耐久性の向上と調整弁の長寿命化を達成した。この効果について図２及び図３を参照しながら説明する。
【００３５】
［リーク状態の検証］
発明者らは、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。その際、比較例として次の弁体を用いた。比較例の弁体及び弁座側の材質として、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌを用い、弁体の表面をＦ２コート（登録商標）、弁座側をバニシング加工した。バニシング加工は、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超精密研磨により表面を鏡面状に仕上げる処理である。これにより、比較例の場合、弁体頭部３１０ａのビッカース硬さは約６００〜７００ＨＶ、弁座面のビッカース硬さは３００Ｈｖ程度、硬度差は３００〜４００Ｈｖであった。なお、比較例では、弁体が弁体頭部と弁体身部とに分離していない一体型のものを使用した。
【００３６】
まず、室温（２５℃）における初期リーク量を測定した。
実験条件は次の通りである。
・操作圧力 ０．２〜０．６（ＭＰａ）
・供給ガス 窒素ガス
・開閉時 バルブ入口側 真空引き
バルブ出口側 ガス加圧
【００３７】
（初期リーク量）
実験の結果、図２（ａ）は本実施形態に係る調整弁装置３００の初期リーク量を示した表であり、図２（ｂ）はその比較例である。本実施形態に係る調整弁装置３００では、初期リーク量は１０−６〜１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）台の値であった。一方、比較例の場合、初期リーク量は１０−７〜１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）台の値であり、本実施形態に係る調整弁装置３００よりも初期リーク量は全体的に少なかった。
【００３８】
（開閉回数とリーク量）
次に、弁の開閉回数とリーク量との関係について実験した結果を説明する。図３に示した実験は、操作圧力が０．３ＭＰａの場合であり、室温と４５０℃との両方について実験した。図３（ａ）は本実施形態に係る調整弁装置３００の開閉回数とリーク量との関係を示したグラフであり、図３（ｂ）はその比較例である。
【００３９】
実験結果によれば、本実施形態に係る調整弁装置３００では、室温及び４５０℃のいずれの条件においても、開閉回数が２万回〜５万回まで１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）の台のリーク量であり、特に開閉回数が２万回終了後から４万回まで１０−９（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）の台のリーク量で状態変化が少なく安定している。開閉回数が１万回前では１０−８〜１０−７（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）の台のリーク量であったことと比較すると、２万回程度の開閉回数で弁座面のシートに当たりが付き、リーク量が減少した可能性があると考えられる。
【００４０】
一方、比較例の場合、室温及び４５０℃のいずれの条件においても、開閉回数が増えるにつれ、リーク量が相対的に大きくなる傾向を示し、開閉回数が２万回を超えると、リーク量が概ね１０−５（Ｐａ×ｍ３／ｓｅｃ）台になった。
【００４１】
以上から、比較例のように、弁体頭部と弁座面との硬度差が３００〜４００Ｈｖ程度であると、開閉回数が増えるとともに弁座面のシートが損傷し、リーク量が大きくなることが分かった。
【００４２】
一方、本実施形態では、弁体頭部３１０ａにＦ２コートを施し、ビッカース硬さを約６００Ｈｖ以上（概ね６００〜７００Ｈｖ）とし、弁座面２００ａ３のビッカース硬さを４００以上（概ね４００〜５００Ｈｖ）とすることにより、弁体頭部３１０ａが弁座面２００ａ３よりビッカース硬さが硬く、その硬度差を２００〜３００Ｈｖ程度にし、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。この結果、２万回程度の開閉回数で弁座面のシートに当たりが付き、リーク量を低減し、耐久性を高め、長寿命化した調整弁装置３００を製造することができることがわかった。
【００４３】
［６層連続成膜装置］
次に、上記調整弁装置３００を適用した６層連続成膜装置について図４を参照しながら説明する。６層連続成膜装置１０では、所望の真空状態に維持された真空容器Ｃｈの内部に６つの成膜ユニット２０が配置されている。成膜ユニット２０は、３つの蒸着源ユニット１００、連結管２００及び蒸着源ユニット１００と対になって連結管２００の反対側に配置される３つの調整弁装置３００及び吹き出し機構４００を有している。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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は所望の温度に温められて有機材料を気化させる。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。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４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。
【００４６】
［成膜ユニット］
図４の１−１断面を示した図５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と、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、その内部空間は、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の前記動作により開閉される。
【００４７】
材料投入器１１０の端部からは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。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。
【００４８】
［搬送路の経路］
つぎに、図５の２−２断面を示した図６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。
【００４９】
［有機膜構造］
かかる構成の６層連続成膜装置１０では、図４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７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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
たとえば、本発明に係る調整弁装置は、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、有機ＥＬ装置だけでなく半導体製造装置やＦＰＤ装置等の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、概ね２５℃〜５００℃の環境下において使用することができ、０．２〜０．６ＭＰａ操作圧力で使用可能である。
【００５３】
弁体頭部の搬送路に当接する部分はテーパ形状に限られず、円弧状に形成されていてもよい。弁座面も同様にテーパ形状に限られず、円弧状に形成されていてもよい。
【００５４】
弁体頭部の搬送路に当接する部分がテーパ形状の場合、弁体頭部の先端面に垂直な成分に対するテーパ角度θは４０°〜８０°である。弁体頭部の輸送路に当接する部分が円弧状の場合、所望の曲率半径を有する構造である。
【００５５】
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】
【００５６】
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 弁箱の前方部材
３０５ｂ 弁箱の後方部材
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
４００ 吹き出し機構
６００ ガス供給源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体頭部を有する弁体と、
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であって前記第１のベローズにより前記第１の空間と仕切られた位置に第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の空間に供給される作動流体と前記第２の配管から前記第２の空間に供給される作動流体との圧力比率に応じて前記動力伝達部材から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し、
前記弁体頭部は、該弁体頭部が接する搬送路の弁座面のビッカース硬さより硬く、その硬度差は概ね２００〜３００Ｈｖである調整弁装置。
【請求項２】
前記弁座面のビッカース硬さは、概ね４００〜５００Ｈｖである請求項１に記載の調整弁装置。
【請求項３】
前記弁座面は、基材上にステライト盛りされた金属の表面である請求項１又は２に記載の調整弁装置。
【請求項４】
前記弁体頭部には、Ｎｉ系合金メッキが施されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【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成分に対するテーパ角度θは４０°〜８０°である請求項１〜４のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項６】
前記弁体頭部の前記輸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のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項７】
前記弁座面はテーパ形状又は円弧状に形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項８】
前記調整弁装置は、概ね２５℃〜５００℃の環境下において使用される請求項１〜７のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項９】
前記調整弁装置は、前記第１の空間及び前記第２の空間に作動流体として所望の不活性ガスを供給する請求項１〜８のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項１０】
前記調整弁装置は、前記第１の空間及び前記第２の空間に作動流体として所望の液体を供給する請求項１〜８のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項１１】
前記調整弁装置の操作圧力は、０．２〜０．６ＭＰａである請求項１〜１０のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項１２】
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１〜１１のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項１】
弁体頭部を有する弁体と、
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であって前記第１のベローズにより前記第１の空間と仕切られた位置に第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の空間に供給される作動流体と前記第２の配管から前記第２の空間に供給される作動流体との圧力比率に応じて前記動力伝達部材から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し、
前記弁体頭部は、該弁体頭部が接する搬送路の弁座面のビッカース硬さより硬く、その硬度差は概ね２００〜３００Ｈｖである調整弁装置。
【請求項２】
前記弁座面のビッカース硬さは、概ね４００〜５００Ｈｖである請求項１に記載の調整弁装置。
【請求項３】
前記弁座面は、基材上にステライト盛りされた金属の表面である請求項１又は２に記載の調整弁装置。
【請求項４】
前記弁体頭部には、Ｎｉ系合金メッキが施されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【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成分に対するテーパ角度θは４０°〜８０°である請求項１〜４のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項６】
前記弁体頭部の前記輸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のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項７】
前記弁座面はテーパ形状又は円弧状に形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項８】
前記調整弁装置は、概ね２５℃〜５００℃の環境下において使用される請求項１〜７のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項９】
前記調整弁装置は、前記第１の空間及び前記第２の空間に作動流体として所望の不活性ガスを供給する請求項１〜８のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項１０】
前記調整弁装置は、前記第１の空間及び前記第２の空間に作動流体として所望の液体を供給する請求項１〜８のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項１１】
前記調整弁装置の操作圧力は、０．２〜０．６ＭＰａである請求項１〜１０のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【請求項１２】
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１〜１１のいずれか一項に記載の調整弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−９９５４２（Ｐ２０１１−９９５４２Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５６２１０（Ｐ２００９−２５６２１０）
【出願日】平成２１年１１月９日（２００９．１１．９）
【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２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月９日（２００９．１１．９）
【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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