JP3901773B2 - 真空蒸着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空蒸着装置に関し、特に帯鋼に金属蒸気を蒸着させる場合に用いて有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来技術に係る真空蒸着装置を示す図である。同図において、１０は帯鋼、１１７，１１７′は真空シール室で真空チャンバ１１５に接続されるとともにこの真空チャンバ１１５よりも高圧に形成してある。１１６，１１６′は真空シールロール、１０４，１０４′は帯鋼を真空チャンバ１１５へ進入および退出させるための案内ロール、１２６，１２６′はロール室１２１，１２１′と真空チャンバ１１５を接続する伸縮自在のジャバラ、１１９は帯鋼１０を巻付けて金属蒸気を蒸着させる回転セル、１２９は回転セルを加熱するヒータ、１１２は回転セル１１９に近接され僅かな隙間１１３を持たせるように取付られた帯鋼１０の進入側および退出側のカバー、１１０は該カバー１１２を加熱するヒータ、１０６は溶融金属を溶解するためのルツボ、１０８は該ルツボ１０６を加熱するヒータ、１２０は蒸発した金属蒸気１２４を蒸着面１２２へ案内するフード、１１８は隙間１１３を帯鋼１０の板厚に応じて自在に調節するためにカバー１１２とフード１２０の間に設けられた伸縮自在のベローズ、１０９はフード１２０を加熱するヒータ、１３０は真空チャンバ１１５を真空にするための真空ポンプ、１２５，１２５′はカバー１１２を開閉させ隙間１１３を調節する開閉装置、矢印１３６，１３６′は帯鋼１０の入方向および出方向、矢印１３７は回転セル１１９の回転方向を示す。
【０００３】
かかる真空蒸着装置は次の様な作用・効果を有する。すなわち、ルツボ１０６の中の溶融金属１０７をヒータ１０８により所定の温度範囲、例えば当該溶融金属１０７がＺｎの場合は約４３０〜５５０℃に加熱溶解する。
【０００４】
ここで真空ポンプ１３０で真空チャンバ１１５の圧力を１〜１０^-4Torrにすると蒸発室１２３内も同様に隙間１１３を介して同一の真空圧となる。また回転セル１１９の内側はヒータ１２９にて金属蒸気１２４が蒸着しない温度に加熱され、回転セル１１９表面への金属蒸気１２４の蒸着を防止し、かつ、回転セル１１９の外周側を通る帯鋼１０は金属蒸気１２４が蒸着しない温度以上に加熱されることなく維持される。
【０００５】
かくして、帯鋼１０に一旦蒸着された金属蒸気１２４は再蒸発することはない。このとき金属蒸気１２４の流量は、蒸発室１２３と蒸着面１２２との間に設けられた板状のシャッタ１０３によって制御される。すなわち、シャッタスライド板１０３ａの摺動により金属蒸気１２４の流通経路の開口径を変化させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術において帯鋼１０が蒸着される面は片面であり、両面を蒸着するには、当該真空蒸着装置を２箇所に設ける必要がある。
【０００７】
また、従来技術に係る真空蒸着装置のシャッタ１０３では、シャッタ開度と蒸気流量が比例関係にあり、また、シャッタスライド弁の曲がり変形などにより、微量蒸着時の流量を制限して蒸着する場合に形成される蒸着面１２２に大きなバラツキを生じる欠点があった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、同一装置による両面の蒸着を可能にするとともに均一な蒸着面の形成も可能とする真空蒸着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１０】
（１） 圧力が１Ｔｏｒｒから１０ ^-4 Ｔｏｒｒの真空チャンバに帯鋼を通し、溶融ルツボ内の溶融金属を加熱して生じた金属蒸気を、二股に分岐する分流フード及びこれに連通して帯鋼の両面にそれぞれ開口する開口部を有する蒸着フードを介して帯鋼の両面に蒸着させるとともに、蒸着フード内には１個若しくは複数個の整流用の多孔板を設け、さらに各分流フードに流入する金属蒸気の流量をそれぞれ独立に制御し得るよう各分流フードの入口側開口部にシャッタを配設し、
シャッタは、入口開口部、出口開口部及びこれら入口開口部、出口開口部を連通する複数の連通路をシャッタブロック内に形成する一方、連通路の途中に各連通路と対応する孔を有するシャッタシャフトをこのシャッタシャフトの軸回りに回動可能に挿入し、さらにこのシャッタシャフトの回動量を制御することにより各孔と連通路との交叉による重なり面積を制御して金属蒸気の流量を調整すること。
【００１１】
（２） （１）のシャッタは、孔と連通路との交叉開始時期が各孔相互間で異なること。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１は本形態に係る真空蒸着装置を示す側面図、図２はその平面図、図３はその正面図である。これら図１〜図３に示すように、真空ポンプ３０により高真空度を有するように形成された真空チャンバ１５内には、蒸着フード１，１′、分流フード２，２′、シャッタ３、蒸発室４、ベローズ５、溶融金属７を収納した溶融ルツボ６及び誘導加熱コイル８を収納、配設してある。
【００１４】
所定温度に予備加熱した帯鋼１０は、真空チャンバ１５の左上部（図３参照）から該真空チャンバ１５内に水平に導入して中央部で垂直下方に向きを変え、さらに再度水平に向きを変えて右下部から導出するように構成してある。
【００１５】
真空チャンバ１５内への帯鋼１０の導入・導出は各シールロール１６，１６′に真空ポンプ３１，３２を設けたロール室１７，１７′を通じて行なうとともに、上，下の案内ロール９，９′を介して蒸着フード１，１′間を垂直下方に走行させる。
【００１６】
誘導加熱コイル８により加熱される溶融ルツボ６内の溶融金属７は金属蒸気２４となって蒸発室４及びベローズ５に至り、シャッタ３を介して分流フード２，２′及び蒸着フード１，１′に至るように構成してある。このとき分流フード２，２′は二股に分岐し、各分流フード２，２′に連通する蒸着フード１，１′の開口部１ｂ，１′ｂが蒸着フード１，１′間を垂直方向に流れる帯鋼１０の両面の蒸着面１０ａ，１０ｂに臨むようになっている。かくして帯鋼１０の両面に同時に金属蒸気を蒸着することができる。
【００１７】
また、蒸着フード１，１′は、帯鋼１０への蒸着を均一化するため、それぞれの内部に配設した多孔板１ａ，１′ａを有する。この多孔板１ａ，１′ａは蒸気の流れを整流する線径２ｍｍ、開口率６０％のステンレス鋼製の部材である。シャッタ３はベローズ５と各分流フード２，２′との境界部分に配設してあり、各分流フード２，２′に流入する蒸気流量を独立に調整するものである。このシャッタ３の構成の詳細は後に説明する。
【００１８】
フード移動装置２５，２５′は帯鋼１０の蒸着面１０ａ，１０ｂと蒸着フード１，１′の開口部１ｂ，１′ｂとの間の間隙Ｇ（図２参照）を保持して金属蒸気２４の真空チャンバ１５内への漏洩を可及的に低減している。また、ベローズ５はシャッタ３と蒸発チャネルとの間の昇温に伴なう変形、変位を吸収するものである。金属蒸気２４の生成は溶融ルツボ６中の溶融金属７を誘導加熱コイル８で加熱することで実現し、５００℃に加熱保持している。蒸発金属の補充は、大気中溶融金属２１からライジングスノーケル２０を介して行なう。
【００１９】
蒸気フード１，１′、分流フード２，２′および蒸発室４の外面には図面に記してないが、壁面への蒸着を防ぐためのヒータを設け２５０〜５８０°に加熱するようにしている。またロール室１７，１７′の入口側及び出口側に不活性ガス導入管２６，２６′を設け、真空チャンバ１５内への酸素の侵入を小さくするようにした。
【００２０】
シャッタ３は分流フード２，２′に対応して配設した同構成の２個のブロックからなり、分流フード２，２′に流入する金属蒸気２４の流量を独立に制御し得るように構成してある。図４及び図５はシャッタ３の一方のブロックを抽出・拡大して示す図であり、図４（ａ）は一部破断して示す正面図、図４（ｂ）はそのシャッタシャフトを抽出して示す正面図、図５は図４（ａ）の縦断面図である。
【００２１】
これらの図に示すように、シャッタブロック３ａには入口開口部３ｂ、出口開口部３ｃ及びこれら入口開口部３ｂと出口開口部３ｃとを連通する複数個（図では５個）の連通路３ｄ₁ ，３ｄ₂ ，３ｄ₃ ，３ｄ₄ ，３ｄ₅ が設けてある。連通路３ｄ₁ 〜３ｄ₅ の途中には各連通路３ｄ₁ 〜３ｄ₅ の位置に対応する孔３ｆ₁ ，３ｆ₂ ，３ｆ₃ ，３ｆ₄ ，３ｆ₅ を有する円柱状のシャッタシャフト３ｅが挿入してある。ここで、シャッタシャフト３ｅはその径を１２０ｍｍとする一方、径が５０ｍｍ，７０ｍｍ，８０ｍｍ，６０ｍｍ，５０ｍｍの孔３ｆ₁ 〜３ｆ₅ を開口完了時が同時になるように穿孔した。すなわち、７０ｍｍの孔３ｆ₂ は５ｍｍ、６０ｍｍの孔３ｆ₄ は１０ｍｍ、５０ｍｍの孔３ｆ₁ ，３ｆ₅ は１５ｍｍ、それぞれ同じ側に偏心させてある。
【００２２】
かかるシャッタシャフト３ｅはその軸回りに回動可能に形成してあり、その回動量に対応して孔３ｆ₁ 〜３ｆ₅ により通路３ｄ₁ 〜３ｄ₅ の開口面積を連続的に変化させて当該シャッタ３を通過する金属蒸気２４の量を制御している。特にこのとき、シャッタシャフト３ｅに穿孔される孔３ｆ₁ 〜３ｆ₅ はシャッタブロック３ａの連通路３ｄ₁ 〜３ｄ₅ と時間をずらして交叉するように穿孔し、蒸着速度の小さい微量蒸着時においてシャフト回転角に対する蒸気通過量を制御する開口量の増加幅が小さくなるようにした。シャッタシャフト３ｅの回動角と開口面積の関係の一例を図６に示す。図６は開口開始時の面積増加率は小さく、徐々に面積増加率が大きくなる特性を表わしている。
【００２３】
なお、上記シャッタ３の各部の寸法は勿論開示したものに限定されるものではない。また、孔３ｆ₁ 〜３ｆ₅ の形状も円形に限る必要はない。三角形，楕円等であっても良い。但し、加工性は円形が最も良好である。
【００２４】
上述の如き真空蒸着装置を用いる帯鋼１０への金属蒸気の蒸着の際には、真空ポンプ３０，３１，３２にて、真空チャンバ１５内を１〜１０^-4Torrとする。これに伴ない蒸発室４も蒸着フード１，１′、分流フード２，２′、シャッタ３、ベローズ５を通じて真空となる。蒸着用の溶融金属７は誘導加熱コイル８により加熱されると共に温度調節されて、金属蒸気２４となる。
【００２５】
金属蒸気２４の流量は蒸着フード１，１′の金属蒸気圧と溶融金属と７の温度及びシャッタ３の開度、流路のコンダクタンス等によって決まる。
【００２６】
本形態では、分流フード２，２′を設けて金属蒸気２４の通路をシャッタ３から蒸着フード１，１′へ向って２分割して設けると共に、シャッタ３に対して、シャッタシャフト３ｅを２本設け、各々独立して制御するようにしているので、帯鋼１０の両面蒸着、片面蒸着及び差厚蒸着が１回の帯鋼１０の通板で可能となる。
【００２７】
このとき、分流フード２，２′と帯鋼１０の蒸着面２２との間に整流用の１枚ないし複数枚の多孔板１ａ，１ａ′を設けているので迂回して進入してきた金属蒸気２４は整流され帯鋼１０の表面に均一に蒸着される。
【００２８】
このとき、シャッタ３の開度を適宜独立に制御することにより帯鋼１０の蒸着面１０ａ，１０ｂに形成する蒸着膜の膜厚を任意に選定し得る。
【００２９】
ちなみに、真空チャンバ１５を１０^-2Torrに保ち、溶融金属Ｚｎを５００℃として５００ｍｍ幅×０．２ｍｍ厚の帯鋼１０を１５０℃に予熱してライン速度５０ｍ／min で蒸着したところ、３μｍ厚のＺｎ蒸着を両面に形成できた。また、シャッタ３の片方の開口面積を零とすることで、片面蒸着が実現できた。さらに、シャッタ３の一方の開度を２０度、他方の開度を１５度とすることにより、蒸着めっき層の厚さ比が１：２のめっき層を得ることができた。
【００３０】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明したように、本発明によれば、帯鋼の両面蒸着、片面蒸着および差厚蒸着が可能となった。また、開口面積の大きさと微量蒸着時期において細かく制御できるようになり、蒸着量のバラツキが小さくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置を示す側面図。
【図２】上記真空蒸着装置の平面図。
【図３】上記真空蒸着装置の正面図。
【図４】シャッタの一方のブロックを抽出・拡大して示す図であり、（ａ）は一部破断して示す正面図、（ｂ）はシャッタシャフトを抽出して示す正面図。
【図５】図４（ａ）の縦断面図。
【図６】シャッタの特性（開度に対する流量）を示すグラフ。
【図７】従来技術に係る真空蒸着装置を概念的に示す説明図。
【符号の説明】
１，１′ 蒸着フード
１ａ，１′ａ 多孔板
１ｂ，１′ｂ 開口部
２，２′ 分流フード
３ シャッタ
３ａ シャッタブロック
３ｄ₁ 〜３ｄ₅ 連通路
３ｅ シャッタシャフト
３ｆ₁ 〜３ｆ₅ 孔
６ 溶融ルツボ
７ 溶融金属
８ 誘導加熱コイル
１０ 帯鋼
１５ 真空チャンバ
２４ 金属蒸気

Claims (2)

1. 圧力が１Ｔｏｒｒから１０ ^-4 Ｔｏｒｒの真空チャンバに帯鋼を通し、溶融ルツボ内の溶融金属を加熱して生じた金属蒸気を、二股に分岐する分流フード及びこれに連通して帯鋼の両面にそれぞれ開口する開口部を有する蒸着フードを介して帯鋼の両面に蒸着させるとともに、蒸着フード内には１個若しくは複数個の整流用の多孔板を設け、さらに各分流フードに流入する金属蒸気の流量をそれぞれ独立に制御し得るよう各分流フードの入口側開口部にシャッタを配設し、
   シャッタは、入口開口部、出口開口部及びこれら入口開口部、出口開口部を連通する複数の連通路をシャッタブロック内に形成する一方、連通路の途中に各連通路と対応する孔を有するシャッタシャフトをこのシャッタシャフトの軸回りに回動可能に挿入し、さらにこのシャッタシャフトの回動量を制御することにより各孔と連通路との交叉による重なり面積を制御して金属蒸気の流量を調整する
   ことを特徴とする真空蒸着装置。
2. 請求項１に記載の真空蒸着装置において、
   シャッタは、孔と連通路との交叉開始時期が各孔相互間で異なる
   ことを特徴とする真空蒸着装置。

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