JP3901773B2 - 真空蒸着装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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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