JPH03274264A - 溶融材料あるいは昇華性材料の重量監視装置及びその重量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、溶融材料あるいは昇華性材料の重量を監視す
る装置及びその重量を制御する装置に関するものである
。

従来の技術 従来、例えば長尺フィルム上へ薄膜を形成して、コンデ
ンサや磁気テープ等の素材となる機能性フィルムなどを
真空蒸着法などにより作製する際には、長時間にわたっ
て大量の蒸気を一定の蒸発速度で発生させる必要がある
。そのためには容器内で溶融された蒸着材料の量を監視
し、その量を一定に保つ必要がある。そのように、蒸着
材料の量を監視するために、例えば特開昭６３−３１２
９６８公報に示されている方法がある。この方法は、主
容器と予備容器を連通管で接続し、予備容器内の蒸着材
料の液面高さを監視することにより主容器内の蒸着材料
の量を間接的に監視するものである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記従来の方法では、主容器の他に予備容
器と連通管、及び連通管内の材料を溶融状態に保つため
のヒータが必要であり構造が非常に複雑になる等の問題
があった。特に高融点材料に適用するためには上記構造
物をｌ！ｉ４熱性を有するセラミックスで作る必要があ
るが、構造が複雑であるためそれは非常に困難であった
。また、作ることができたとしても構造が複雑であるた
め加熱時あるいは冷却時にクラ・ンクが入りやすいので
寿命が短いものであった。さらに連通管内の材料を高温
の溶融状態に保たねばならないので、多大のエネルギー
が必要となるばかりか、ヒータの負荷も非常に大きくな
り、ヒータ寿命が短いなど高融点材料に適用することは
実用的に困難であった。

またこの方法では、液体とならない例えば昇華性の金属
材料であるＣｒあるいは酸化物等の監視はおこなうこと
ができなかった。

そこで本発明は、溶融された材料あるいは昇華性材料の
重量を直接高精度に監視でき、しかも寿命の長い実用性
に優れた、溶融材料あるいは昇華性材料の重量監視装置
及び、その重量を高精度に制御できる重量制御装置を提
供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 請求項１記載の本発明は、溶融された材料あるいは昇華
性材料を収容し保持する保持手段と、前記材料及び前記
保持手段の合計重量を検知する重量検知手段と、前記合
計重量の変化から前記材料の重量の変化を検出する重量
検出手段とを幅えたことを特徴とする溶融材料あるいは
昇華性材料の重量監視装置である。

また、請求項２記載の本発明は、溶融された材料あるい
は昇華性材料を収容し保持する保持手段と、前記材料及
び前記保持手段の合計重量を検知する重量検知手段と、
前記合計重量の変化から前記材料の重量の変化を検出す
る重量検出手段と、前記溶融材料あるいは昇華性材料及
び前記重量検知手段との間、あるいは前記重量検知手段
に設けられた断熱手段とを備えたことを特徴とする溶融
材料あるいは昇華性材料の重量監視装置である。

また、請求項４記載の本発明は、溶融された材料あるい
は昇華性材料を収容し保持する保持部材と、その収容す
る保持部材を回動自在に支持する支持手段と、前記保持
部材の回動力を検知して、前記溶融された材料あるいは
昇華性材料及びその材料を収容する保持部材の合計重量
を検知する重量検知手段と、前記溶融材料あるいは昇華
性材料及び前記重量検知手段との間を流れ、前記支持手
段の構造を利用して供給される冷却液体とを備えたこと
を特徴とする溶融材料あるいは昇華性材料の重量監視装
置である。

また、請求項５記載の本発明は、溶融された材料あるい
は昇華性材料を収容し保持する保持手段と、前記材料及
び前記保持手段の合計重量を検知する重量検知手段と、
前記保持手段内に前記材料を補給する補給手段と、前記
重量検知手段からの前記材料の重量信号に基づいて、前
記材料の重量が所要の値となるよう前記補給手段を制御
する制御手段とを備えたことを特徴とする溶融材料ある
いは昇華性材料の重量制御装置である。

また、請求項６記載の本発明は、溶融された材料あるい
は昇華性材料を収容し保持する保持手段と、前記材料を
加熱し溶融あるいは昇華させる加熱手段と、前記材料及
び前記保持手段の合計重量を検知する重量検知手段と、
前記重量検知手段からの前記材料の重量信号に基づいて
、前記材料の重量減少速度が所要の値となるよう前記加
熱手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
溶融材料あるいは昇華性材料の重量制御装置である。

作用 請求項１記載の本発明では、保持手段が溶融された材料
あるいは昇華性材料を収容し保持し、重量検知手段が前
記材料及び前記保持手段の合計重量を検知し、重量検出
手段が前記合計重量の変化から前記材料の重量の変化を
検出する。上記構成により、溶融材料あるいは昇華性材
料の重量を直接高精度に監視でき、しかも寿命の長い実
用性に優れた重量監視装置を提供することができる。

また、請求項２記載の本発明では、保持手段が溶融され
た材料あるいは昇華性材料を収容し保持し、重量検知手
段が前記材料及び前記保持手段の合計重量を検知し、重
量検出手段が前記合計重量の変化から前記材料の重量の
変化を検出し、断熱手段が前記溶融材料あるいは昇華性
材料及び前記重量検知手段との間、あるいは前記重量検
知手段に設けられて断熱を行う。上記構成により、温度
上昇による重量検知手段の誤差をなくすことができるた
め、溶融材料あるいは昇華性材料の重量を直接高精度に
監視でき、しかも寿命の長い実用性に優れた重量監視装
置を提供することができる。

また、請求項４記載の本発明では、保持部材が溶融され
た材料あるいは昇華性材料を収容し保持し、支持手段が
その収容する保持部材を回動自在に支持し、重量検知手
段が前記保持部材の回動力を検知して、前記溶融された
材料あるいは昇華性材料及びその材料を収容する保持部
材の合計重量を検知し、冷却液体が前記溶融材料あるい
は昇華性材料及び前記重量検知手段との間を流れ、前記
支持手段の構造を利用して供給される。上記構成により
、冷却液体を流すバイブの重量や振動の影響を受けにく
くすることができるため、溶融材料あるいは昇華性材料
の重量を直接高精度に監視でき、しかも寿命の長い実用
性に優れた重量監視装置を提供することができる。

また、請求項５記載の本発明では、保持手段が溶融され
た材料あるいは昇華性材料を収容し保持し、重量検知手
段が前記材料及び前記保持手段の合計重量を検知し、補
給手段が前記保持手段内に前記材料を補給し、制御手段
が前記重量検知手段からの前記材料の重量信号に基づい
て、前記材料の重量が所要の値となるよう前記補給手段
を制御する。上記構成により、溶融された材料あるいは
昇華性の材料の重量を直接長期間高精度に監視できると
ともに、前記材料を補給しながらその重量を所要の値に
高精度に制御できる重量制御装置を提供することができ
る。

また、請求項６記載の本発明では、保持手段が溶融され
た材料あるいは昇華性材料を収容し保持すると、加熱手
段が前記材料を加熱し溶融あるいは昇華させ、重量検知
手段が前記材料及び前記保持手段の合計重量を検知し、
制御手段が前記重量検知手段からの前記材料の重量信号
に基づいて、前記材料の重量減少速度が所要の値となる
よう前記加熱手段を制御する。上記構成により、溶融さ
れた材料あるいは昇華性の材料の重量を直接長期部属精
度に監視できるとともに、前記重量の減少速度を所要の
値に高精度に制御できる重量制御装置を提供することが
できる。

実施例 以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

まず、真空蒸着法において、溶融した蒸着材料の重量を
監視し、さらにその重量を制御する一実施例における溶
融材料の重量監視装置を第１図及び第２図を用いてその
動作とともに説明する。

第１図において、１は蒸着材料で、保持手段の一例とし
ての、耐火物で構成された坩堝等の容器２に収納されて
おり、図示しないが例えば公知の電子ビーム加熱手段等
により加熱されて溶融されている。３はハースで、容器
２に割れ等が発生しても、急速に容器２が破損し内部の
蒸着材料ｌが流出しないように容器２を保持するもので
あり、図示しないが必要に応じて水冷される。蒸着材料
ｌ、容器２及びハース３は平行梁構造をもつ重量検知手
段の一例としての重量検知部４上に載せて設置されてい
る。そして載せられたそれらの合計重量に応じて、重量
検知部４の梁５は変形するため、その変形により生じる
歪が歪みゲージ６で検知されるようになっている。さら
に重量検出手段の一例としての重量検出装置７で、歪ゲ
ージ６からの信号に基づき先の合計重量を検出すること
によって、蒸着材料１の重量を検出するようになってい
る。

また、重量検知部４には、流路１０を内部に有する断熱
手段の一例としての断熱部８が設けられており、その流
路ｌＯには、外部から冷却バイブ１１ａ、ｂが接続され
ている。そしてそれらの内部に冷却水を満たし、矢印２
０．２１の方向に流し内部に循環させることで、蒸着材
料ｌから重量検知部４を断熱し、重量検知部４に温度上
昇による誤差が生じないようにしている。また冷却水中
に圧力変動があるとそれにより冷却バイブ１１　ａ。

１１ｂに振動が生じ重量検知部４伝わるため、それがノ
イズとなって正確な重量検出に支障をきたすことになる
。さらに冷却水中に気泡が含まれたまま重量検知部４内
に流入しても、その分冷却水の重量が変化するため誤差
を生じることになる。

ここではそれらを取り除くために、圧力緩衝器１２と気
泡トラップ１３が、重量検知部４０入り側の冷却バイブ
ｌｌａの途中に設けである。

冷却水の圧力変動を緩衝するための圧力変動緩衝器１２
は、例えば冷却水を溜められた大きなバッファ槽の上部
に気体１５の溜まった空間をもつ構成となっている。ま
た冷却水中の気泡を取り除くための気泡トラップ１３は
、例えば上部に隙間をもつ仕切り板１７が内部膜けられ
、その上部に気体の溜まった空間１６を設けた構成とな
っており、ここを通過する冷却水に含まれる気泡は空間
１６に溜るようになっている。

尚、１４ａ、ｂはフレキシブルチューブで、重量検知部
４に余分な荷重がかからないようにして測定誤差を生じ
に＜＜シている。

尚、上記構成においては、重量を直接検出することにな
るので、蒸着材量が液状とならない例えば昇華性の金属
材料であるＣ「あるいは酸化物の量の監視にも適用でき
る。

尚、蒸着材料ｌの正味重量が必要であれは、例えば、前
もって蒸着材Ｆｉ１を入れて無い状態の重量を計ってお
き、蒸着材料１が入れられた状態の重量から先の値を差
引くことで求められる。

尚、断熱手段８に冷却水を用いた場合を示したが、セラ
ミックなどの断熱材を介在させ重量検知部４への熱の流
入を防ぐ構成でも良く、重量検知部４の温度上昇を許容
値以内に抑制できれば、必ずしも断熱手段は必要ではな
い。

尚、重量検知部４は上記以外の、釣りｆげ型あるいは圧
縮型のロードセル等でも作動トランス型の荷重センサで
もよく、これらに限定するものではないが、第１図のよ
うに平行梁構造を用いると、第５図のように歪ゲージ６
を外界から密封して経時変化を防止するためのベローズ
１９をっけ内部に不活性ガスを密封する構造としても、
それを真空チャンバー内へ入れて真空引きした場合にも
平行梁のゲージ６の感度方向の歪が変わりにくいので重
量ドリフトが生しにくいという利点がある。

次に別の本発明の一実施例を、第２図（ａ）、（ｂ）を
用いて説明する。第１図の実施例では蒸着材料ｌ、容器
２及びハース３の重量が全て重量検知部４にかかるよう
にした例を示したが、この例では、蒸着材料ｌ、保持部
材の一例としての容器２、断熱部３８を設けられたハー
ス３を、支持手段の一例としての軸受は台３０と、重量
検知部３３で支持している。尚、第１図の実施例と同一
構成要素は同一番号にて説明する。

ハース３には、蒸着材料ｌと容器２及びハース３を一体
と考えたときの重心Ｃから、距離ａ離れて中空軸３１が
設けられており、その軸３１が、ベアリング３２を介し
て軸受は台３０に支持されている。また、重量検知部３
３は、先の重心Ｇから距離すだけ前記中空軸と反対側に
離れた位置でハース３を支持するよう設けられている。

従って、先の重心Ｇにかかる合計型ｔｗが、重量検知部
３３と軸受は台３０に各々、ＷＸａ／（ａ十ｂ）。

ＷＸｂ、／　（ａ＋ｂ）に分割されてかかり、その分割
されてかかった重量に応じ、片持ち梁３４に生じた変形
を歪ゲージ３５で検知している。その歪ゲージ３５から
の信号に基いて、重量検出装置７て重量を検出している
。

第２図（ｂ）に軸受は部３０の片側断面の概略を示す。

図のように中空軸：（１にはフレキシブルチューブ１４
ａが接続されており、冷却水が矢印２０の方向から流路
ｌＯに流入し、図示しないが他方の中空軸から流出する
。このように中空軸３１を介し冷却水を流入流出させる
ことで、フレキシブルチューブ１４ａの重量や振動が直
接ハース３等の被測定物に加わらないので、より高精度
に重量を検知することが可能である。

上記構成により、冷却バイブから重量検知部に伝わる振
動をなくすことができるため、蒸着材料１０重量を直接
高精度に監視することができる。

次に別の本発明の一実施例における溶融材料重量制御装
置について第３図を用いて説明する。なお第１図の実施
例と同一構成要素は同一番号にて説明する。

容器２内に補給される補給材料棒４０は、モータ４２に
より駆動される駆動ローラ４１と案内ローラ４６に挟ま
れて、蒸着材料ｌに向かって送られ、前記液面４７に接
して溶融し材料補給が行われる。重量制御装置４５は、
重量検出装置７からの重量信号の値りと目標Ｗｉ　Ｄ　
ｏの偏差を等出し、Ｄ＜Ｄｏならばモータ４２を駆動し
て材料補給を行うようモータ制御装置４３に指令を送る
。

以上、補給材料の形状は棒状で説明したが、これに限る
ものではなくワイヤー状、板状、粒状あるいはその他の
形状であっても良い。

以上の構成によれば、蒸着材料ｌの重量が蒸発により減
少するとその減少量が検出され、その減少量を補うよう
に蒸着材料が補給されるので蒸着材料ｌの重量は常に一
定の状態に保つことができる。したがって長時間にわた
って一定の蒸発速度で蒸着することが可能になる。

さらに、別の本発明の一実施例における溶融材料重量制
御装置について第４図を用いて説明する。

なお上記実施例と同一構成要素は同一番号にて説明する
。

先の第３図に示す実施例は、蒸着材料を補給することに
より容器２内の蒸着拐料ｌの重量を一定に制御し、それ
により蒸発速度を一定となるようしたものであるが、以
下の本実施例は、蒸着材料を補給しない場合に、次に示
すように重量の減少速度が一定となるようにすることで
、蒸発速度を一定とするものである。

蒸着材料１は、公知の電子ビーム加熱装置などて加熱さ
れ溶融蒸発させられる。電子ビーム加熱装置の概略は第
４図に示すように、電子ビーム制御袋＠５０により、フ
ィラメント５１に電流を流し熱電子を発生させ、そして
その電子に加速電圧をかけ電子ビーム５２として、蒸着
材料ｌに照射するものである。その電子ビーム５２のパ
ワーの制御は、フィラメント５１に流す電流と加速電圧
を電子ビーム制御装置５０により制御することにより行
われる。まに′＃、子ビーｌ、５２の照射位置の制御は
、図示しないが電子ビーム５２ζごかけられる外部磁界
を制御することにより行われる。

溶融された蒸着材料ｌは蒸発し、その重量は次第に減少
する。従って、同一パワーの電子ビーム５２を蒸着材料
１に照射していくと、次第に蒸着材料１の温度が上がる
ため、蒸発速度が上がっていくこととなる。そこで、重
量減少速度制御装置５３により、重量検出装置７か６の
重量信号りに基づき、重量の減少速度ΔＤ／Δｔを算出
し、さらに目標の重量減少速度ΔＤｏ／Δｔの指令に基
づいてΔＤ／ΔｔがΔＤｏ／Δｔに一致するように、電
子ビーム５２のパワーを電子ビーム制御装置５０に制御
するよう指令を送り、重量の減少速度が一定（即ちΔＤ
ｏ／Δｔ）となるよう制御する。

以、Ｅの構成によれば、蒸着材料ｌの蒸発により減少し
た重量が検出され、それに基いて重量の減少速度、即ち
蒸発速度を一定とするよう電子ビームのパワーが制御さ
れるので、材料の補給を行わない場合でも、蒸着材料ｌ
がほぼなくなるまで、一定の蒸発速度で蒸着することが
可能になる。

以上すべて蒸着材料の重量の、監視及びその重量の制御
について説明したが、蒸着材料に限るものではなく、金
属などの溶融加工等の工程において材料の溶融時にＬ記
監視及び制御の必要とするところにも適用可能である。

発明の効果 請求項１記載の本発明の溶融材料あるいは昇華性材料の
重量監視装置は上記構成により、重量を直接高精度に監
視でき、しかも寿命の長い実用性に優れた重量監視を実
現することができる。

請求項２記載の本発明は上記構成により、温度上昇によ
る重量検知手段の誤差をなくすことができるため、溶融
材料あるいは昇華性材料の重量を直接高精度に監視でき
、しかも寿命の長い実用性に優れた重ＩＩｋ監視装置を
提供することができる。

請求項４記載の本発明は２＃：、記構酸により、冷却液
体を流すパイプの重量や振動の影響を受けにくくするこ
とができるため、溶融材料あるいは昇華性材料の重量を
直接高精度に監視でき、しかも寿命の長い実用性に優れ
た重量監視装置を提供することができる。

請求項５記載の本発明の溶融材料あるいは昇華性材料の
重量ｍ１ｓｓ装置は上記構成により、前記材料の重量を
直接長期間高精度に監視でき、しかも前記材料を補給し
ながらその重量を目的とする値に高精度に制御できるた
め、生産におい”Ｃは、長時間にわたって安定した歩留
まりの高い生産を実現することが出来る。

請求項６記載の本発明の溶融材料あるいは昇華性材料の
重量制御装置は上記構成により、前記材料の重量を直接
に長期間高精度に監視でき、前記重量の減少速度を所要
の値に前記材料がほぼなくなるまで高精度に制御できる
ため、前記材料の利用効率の向上が実現できるとともに
、生産においては、安定して歩留まりの高い生産を実現
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における溶融材料重量監視装
置の一部切取り斜視図、第２図は別の本発明の一実施例
における溶融材料重量監視装置の概略を示す一部断面図
、第３図は別の本発明の一実施例における溶融材料重量
制＃装置の一部切取り斜視図、第４図は別の本発明の一
実施例における溶融材料重量制ｍ装置の一部切取り斜視
図、第５図は第１図の本発明の実施例における溶融材料
重量監視装置の重量検知部の断面図である。 ｌ・・・蒸着材料、２・・・保持手段（容器）、３・・
・ハース、４・・・重量検知手段、５・・・梁、７・・
・重量検出手段、８・・・断熱手段、ｌＯ・・・流路、
１１ａ、１）・・・冷却バイブ、１２・・・圧力変動緩
衝器、１３・・・気泡トラップ、３０・・・支持手段（
軸受は台）、３１・・・中空軸、４０・・・補給材料棒
、４１・・・駆動ローラ、４６・・・案内ローラ、４２
・・・モータ、４３・・・モータ制御装置、４５・・・
重量制御装置、５０・・・電子ビー１１制御装置、５１
・・・フィラメント、５２・・・電子ビーム、５３・・
・重量減少速度制御装置。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融された材料あるいは昇華性材料を収容し保持
   する保持手段と、前記材料及び前記保持手段の合計重量
   を検知する重量検知手段と、前記合計重量の変化から前
   記材料の重量の変化を検出する重量検出手段とを備えた
   ことを特徴とする溶融材料あるいは昇華性材料の重量監
   視装置。
2. （２）溶融された材料あるいは昇華性材料を収容し保持
   する保持手段と、前記材料及び前記保持手段の合計重量
   を検知する重量検知手段と、前記合計重量の変化から前
   記材料の重量の変化を検出する重量検出手段と、前記溶
   融材料あるいは昇華性材料及び前記重量検知手段との間
   、あるいは前記重量検知手段に設けられた断熱手段とを
   備えたことを特徴とする溶融材料あるいは昇華性材料の
   重量監視装置。
3. （３）断熱手段が、冷却液体が満たされて流れる流路を
   有する部材と、前記冷却液体に含まれる気泡を除去する
   手段と、前記冷却液体の圧力変動を緩衝する手段とを有
   することを特徴とする請求項２記載の溶融材料あるいは
   昇華性材料の重量監視装置。
4. （４）溶融された材料あるいは昇華性材料を収容し保持
   する保持部材と、その収容する保持部材を回動自在に支
   持する支持手段と、前記保持部材の回動力を検知して、
   前記溶融された材料あるいは昇華性材料及びその材料を
   収容する保持部材の合計重量を検知する重量検知手段と
   、前記溶融材料あるいは昇華性材料及び前記重量検知手
   段との間を流れ、前記支持手段の構造を利用して供給さ
   れる冷却液体とを備えたことを特徴とする溶融材料ある
   いは昇華性材料の重量監視装置。
5. （５）溶融された材料あるいは昇華性材料を収容し保持
   する保持手段と、前記材料及び前記保持手段の合計重量
   を検知する重量検知手段と、前記保持手段内に前記材料
   を補給する補給手段と、前記重量検知手段からの前記材
   料の重量信号に基づいて、前記材料の重量が所要の値と
   なるよう前記補給手段を制御する制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする溶融材料あるいは昇華性材料の重量制御
   装置。
6. （６）溶融された材料あるいは昇華性材料を収容し保持
   する保持手段と、前記材料を加熱し溶融あるいは昇華さ
   せる加熱手段と、前記材料及び前記保持手段の合計重量
   を検知する重量検知手段と、前記重量検知手段からの前
   記材料の重量信号に基づいて、前記材料の重量減少速度
   が所要の値となるよう前記加熱手段を制御する制御手段
   とを備えたことを特徴とする溶融材料あるいは昇華性材
   料の重量制御装置。