JPH032948B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸発材料を受容するためのおう部を
有する金属体から成る、真空蒸着装置のための蒸
発容器であつて、該金属体が前記おう部を少なく
とも部分的に取り囲む冷却通路と伝熱的に結合さ
れている形式のものに関する。

上記形式を有する蒸発容器は例えばドイツ連邦
共和国特許第1262101号明細書で公知である。こ
の場合、冷却通路は内壁と外壁との間に形成され
るが冷却媒体の流れは大なり小なり偶然に任せら
れたままであり、即ち冷却媒体流は最も抵抗の少
ない運動路に従う。

上記のような液体冷却式の蒸発容器はいずれに
せよ、蒸発材料を間接的に例えば電子衝撃によつ
て加熱する蒸着装置に用いられるものであり、何
故ならば容器壁を通しての直接加熱はその液体式
冷却法により不可能だからである。通常、電子衝
撃は上方から与えられ、従つて容器の上壁部がそ
の電子の衝突を受けるので容器の事実上の危険個
所となり、特に強力に冷却される必要がある。従
つて公知の２重壁型の蒸発容器においては十分か
つ確実な冷却を保証するために極めて高い流過速
度が必要とされ、そは高い水使用量をもたらす。

更に電子ビーム式加熱のための蒸発容器が公知
であり、該容器は伝熱性の良好な金属（銅）製の
ほぼ内実のブロツクから成り、このブロツク内に
はおう部を取り囲みほぼ一様の横断面を有する冷
却通路が配置されている。このような冷却通路は
例えば同じ直径を有し互いに直角に延びる複数の
孔によつて製作され、この各孔は互いに接続され
かつ２つの外部接続開口以外は栓体によつて外部
に対して閉じられている。このような形式の冷却
通路においては冷却媒体流が、通路系の長手方向
形状に従い、即ち流れの短絡発生は排除されてい
る。しかし電子衝撃による容器への高負荷におけ
る蒸気泡の発生という別の問題は残される。

蒸発材料受容のための円筒状又は円錐状のおう
部を有する容器を冷却する際には、少なくとも１
つの冷却通路がおう部に対して同心的に配設され
ていると有利である。冷却媒体の通流時にはその
際に形成される遠心力に基づいて該冷却媒体に、
冷却通路の外周面の方向への力が作用する。そし
て冷却媒体内に該媒体に比べて比重の軽い成分、
例えば上記の蒸気泡等が存在する場合、この成分
はリング状の冷却通路の内壁に向つて押しつけら
れる（遠心作用による）。所謂気泡蒸発を生ぜし
めるような高い加熱面負荷を伴う冷却系統におい
ては、上記の遠心作用によつて、誠に不都合なこ
とには容器材料の最大熱負荷を受ける個所である
内側面の伝熱性を著しく減少させてしまう。

しかも直線的に延びる複数の孔による機構から
形成された冷却通路においてすら、場合によつて
形成された蒸気泡が重力の作用下で、それぞれの
孔の最も高い母線の所まで上昇してしまいそこで
伝熱性を著しく減少せしめる。そしてこの個所に
おいても、特に電子が容器上側縁に衝突した場合
に高い熱負荷が形成される。

実際においては冷却通路の長手方向形状にそれ
ぞれ応じて遠心力と重力との間の合力が生じ、こ
の合力作用は特に円錐状のおう部を有する容器に
おいて不利であり、何故なら電子による円錐状の
容器壁への負荷の危険性が蒸発材料量の減少に応
じて高まるからである。しかし円錐状おう部を有
する容器においては、電子衝撃の作用下での蒸着
蒸気放射が上方にほぼ乳棒形状に拡散され、また
濃淡部分発生を防ぐために容器壁と接触せしめな
いようにすることができる故にその使用は有利と
されている。

従つて本発明の課題は冒頭に述べた形式の蒸発
容器において、蒸気泡発生の場合の伝熱性の悪化
を有効に防ぎ得るものを提供することである。

上記の課題は本発明によれば、冷却通路内に少
なくとも１つの、該冷却通路内を流れる冷却媒体
に旋回運動を与えるための案内機構が配置されて
いることによつて解決された。

この旋回運動とは冷却媒体流に冷却通路の縦軸
線を中心とした回転運動を重ねたものである。こ
の縦軸線は直線的でも又は湾曲していてもよい
が、有利には円形、それも金属体のおう部に対し
て同心的であるとよい。また言い換えれば、冷却
媒体の容積要素がそのおう部を中心とした回転運
動中に付加的に、冷却通路の軸線を中心に該回転
運動より数倍早い旋回運動を行なうのであり、そ
れによつて比重の軽い蒸気泡が遠心力の作用下で
冷却通路の縦軸線の方向へ押され、同時に冷却通
路の壁部が比重の重い冷却媒体（水）によつて持
続的に濡らされている。これによつて蒸気泡に一
種の吸出作用が働き、該蒸気泡が場合によつては
過熱されている内壁からひき離され、従つて有効
な冷却作用が維持される。この結果、冷却効果の
向上、冷却液体の経済的活用（水の節約）そして
このようにして冷却される容器の耐用年数の延長
等が可能となる。

案内機構による旋回運動によつて形成される遠
心力はおう部を中心とした回転によつて作用する
遠心力よりも大きくなければならないことは明ら
かである。案内機構の適切なリード、有利には冷
却通路の壁部範囲内で該冷却通路の軸線に対して
20゜から60゜の間の角度を成すリードによつて、十
分に強力に調節された冷却媒体流においても十分
に強い旋回運動が重ね形成され得、それによつて
場合によつて形成されていた蒸気泡が冷却通路の
中央部に押される。

この場合、案内機構を冷却通路の全長に亘つて
配置形成する必要はなく、むしろ冷却通路の長手
方向形状内に複数の案内機構を間隔を置いて配置
してもよく、しかしこの場合の間隔は旋回運動が
ほぼ維持され得る程度に小さく設定されなければ
ならない。

案内機構としては、最初は軸線方向で流れてく
る流れに接線的なパルスを付与できる全てのスペ
ース形成体が考えられる。最も単純な場合には、
例えば固定したスクリユー及び他の旋回体から形
成される、流れ方向に対して斜めに位置決めされ
た面状部材が考えられる。この場合少なくとも１
つの案内機構が、冷却通路の長手方向形状に適合
されたつる巻き線体として形成されていると、特
に有利でありかつその必要な固定部材に関しても
極めて単純なものとなる。これによつて常に一様
な旋回運動を有する極めて損失の少ない連続的な
流れが形成され、この流れは効果の高い冷却のた
めに最適なものである。案内機構の取付けを考慮
しての蒸発容器の製造に関して有利には、ａ 金
属体がフランジと、おう部を取り囲み該フランジ
に結合された鉢形部分とを有し、ｂ 冷却通路が
周溝として金属体内に加工形成され、ｃ 金属体
が前記周溝を閉鎖しつつ容器下部内に装着されて
いるとよい。

更に鉢形部分の下側部分を特に強力に冷却する
ために本発明によれば特に有利には、ａ 金属体
と容器下部との間に別の環状の中空室が閉成され
ており、該中空室が鉢形部分の下側を取り囲んで
おり直径方向の仕切り壁を有し、該仕切り壁の片
側に冷却媒体供給部、他方側に冷却媒体排出部が
配置されており、ｂ 前記の別の中空室の、冷却
媒体供給部及び排出部と反対の側がそれぞれ１つ
の上昇通路を介して、該上昇通路の上方に位置す
る冷却通路に接続されており、ｃ 該冷却通路が
両方の上昇通路の間で別の仕切り壁によつて遮断
されているとよい。

これによつて冷却媒体はまず容器の下側範囲内
に流入し、鉢形部分の下部を仕切り壁に対してほ
ぼ平行に延びる方向で巡り流れ、そこから一方の
上昇通路を通つて該上昇通路の上の、案内機構を
備えた冷却通路内に流入し、そして別の仕切り壁
を介してからおう部の上側部分内を反対方向に前
述の旋回運動を同時形成しつつ巡り流れ、続いて
該冷却通路の、仕切り壁が存在しない方の側に達
し、そして次の上昇通路を介して下方へ流れ、そ
して再び反対方向で仕切り壁に対してほぼ平行に
中空室のもう１つの半部を通つて流れ、最後に冷
却媒体排出部を介して容器から排出せしめられる
ようになつている。この構造によつて流れの短絡
発生なしに容器おう部の全表面上に極めて有効な
冷却媒体流が形成され、しかも同時に特に危険で
ある容器上側範囲内での、容器への高負荷時に発
生し得る蒸気泡形成による危険が除去されてい
る。

次に図示の実施例につき本発明を説明する。

第１図乃至第５図には蒸発材料の受容のための
おう部２を有する金属体１から成る蒸発容器が示
されている。この金属体１はフランジ３と、該フ
ランジ３に一体的に結合された鉢形部分４とを有
しており、該鉢形部分４は下方に向けて円錐面５
と円筒状の突出部６とによつて制限されている
（第４図参照）。

おう部２は上方へ向けて拡大された２つの円錐
面２ａ，２ｂによつて形成されており、この両円
錐面２ａ，２ｂは同じ直径部分２ｃを以つてお互
いに接続している。おう部２の下側制限面は水平
な円形面２ｄである（第１図及び第４図）。

またおう部２は、軸線方向に延びる周溝として
金属体１内にカツト形成された冷却通路７によつ
て取り囲まれている。第４図から分るように金属
体１は上記の周溝が容器下部８によつて閉鎖され
るように該容器下部８上に装着されており、該容
器下部８の上側制限面９は冷却通路７のための第
４の制限壁を形成している。金属体１は容器上部
を指していると見なしてもよい。、 鉢形部分４はその円錐面５と円筒状の突出部６
との範囲において、中空シリンダ１０のそれぞれ
相応する各部分（第２図参照）によつて取囲まれ
ている。これによつて金属体１と容器下部８との
間で鉢形部分４の下部範囲内に、別の環状の中空
室１１が形成されており、この中空室１１は仕切
り壁１２によつて鏡面対称的に分割されている。
この仕切り壁１２は２つの部分から成り、突出部
６の両側に配置されている第２図及び第４図）。

特に第２図から分るように、仕切り壁１２の片
側には冷却媒体供給部１３が、そして他方側には
冷却媒体排出部１４が配置されており、それらの
外部導管への接続はねじ山付管片１３ａ，１４ａ
によつて行なわれている。これによつて中空室１
１内には矢印１５及び１６の方向での流れがそれ
ぞれ反対方向で形成され、しかも中空室１１内部
での流れ変向は仕切り壁１２によつて防がれてい
る。各接続部１３，１４と反対の側には更に上昇
通路１７，１８が配置されており、それによつて
中空室１１の両半部とその上方に位置する冷却通
路７との接続が形成されている。両方の上昇通路
１７，１８は第４図では左側に位置し互いに平行
に延びており、この個所での流れの短絡発生は別
の仕切り壁１９によつて阻止されている。この仕
切り壁１９は第４図では単に平面的に示され、ま
た第２図では断面で示されている。

仕切り壁１９は上方へ冷却通路７内にも突出し
ており該冷却通路７を流れ短絡発生から守つてい
る。上昇通路１７を介して上方へ冷却通路７内へ
達する冷却媒体流は、仕切り板１９の所から第５
図上で見て左方へ流れて行き、そしておう部２の
囲りを矢印２０，２１の方向で流れる。第２図と
第５図との比較から分るように、中空室１１とそ
の上に位置する冷却通路７との中の各流れ方向は
それぞれ反対方向である（矢印１５／２０及び１
６／２１の各方向で明示）。

冷却通路７内には本発明による案内機構２２が
配置されており、該案内機構の両端部２２ａ，２
２ｂは仕切り壁１９の両側に位置している（第５
図）。図面から分るようにこの案内機構２２は冷
却通路７の全長に亘つて中断なしに延びてつる巻
き線体として形成されて、その外側の外層面は円
環面として示されている。この案内機構２２によ
つて、矢印２０／２１で示された主方向での冷却
媒体流に旋回運動が重ねられ、該旋回の回数はお
う部２を中心とした流れの回転数の数倍の値であ
る。これによつて上記の実施例によれば、比重の
重い液体が常に冷却通路７の縁範囲に押のけら
れ、また比重の軽い蒸気泡が冷却通路７の軸線又
は中心線に沿つて運動して冷却媒体流と共に当該
の蒸発容器から搬出されるか又は凝縮される。

また金属体１（容器上部）と容器下部８がその
継ぎ目２３の範囲内で電子ビーム溶接によつて互
いに分離不能に結合されており、この溶接法の特
徴に従つてその材料に生ぜしめられている材料張
力は極めて僅かである。

第６図に示された案内機構２２の半径方向断面
図は、冷却通路７又は案内機構２２の縦軸線に対
して垂直に延びる平面への投影図として原理的に
示したものである。この図から分るようにつる巻
き線体から形成された案内機構２２はその縦軸線
の範囲内に解放横断面部分２４を有している。こ
の横断面部分の直径ｄは冷却媒体流にできるだけ
スムーズな通流を可能とするために可及的に大き
くなければならず、更にこの場合に考慮すべきこ
とは、冷却媒体流の中心にほぼ連行されて来た蒸
気泡の流れにできるだけ妨害が生じないようにす
ることである。従つて案内機構２２の、横断面で
見てほぼ方形の巻条は第５図の円形の冷却通路７
において、その内側円環面と該円環面に対して同
軸的な外側円環面との間に延びている。実験の結
果、元来は軸線方向に向けられていた冷却媒体流
に十分な旋回運動を強制形成するのに最も単純な
例としては、つる巻線状に巻かれた線材で十分に
事足りることが明らかになつている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の１実施例を示すものであつて、
第１図は本発明による蒸発容器の側面図、第２図
は第１図の−線に沿つた水平断面図、第３図
は第１図の矢印の方向で見た蒸発容器の正面
図、第４図は第３図の−線に沿つた鉛直方向
断面図、第５図は第４図の−線に沿つた部分
断面図、第６図は案内機構の半径方向断面図であ
る。 １……金属体、２……おう部、２ａ，２ｂ……
円錐面、２ｃ……直径部分、２ｄ……円形面、３
……フランジ、４……鉢形部分、５……円錐面、
６……突出部、７……冷却通路、８……容器下
部、９……制限面、１０……中空シリンダ、１１
……中空室、１２，１９……仕切り壁、１３……
冷却媒体供給部、１４……冷却媒体排出部、、１
３ａ，１４ａ……ねじ山付管片、１５，１６，２
０，２１……矢印、１７，１８……上昇通路、２
２……案内機構、２２ａ，２２ｂ……端部、２３
……継ぎ目、２４……解放横断面部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸発材料を受容するためのおう部を有する金
   属体から成る、真空蒸着装置のための蒸発容器で
   あつて、該金属体が前記おう部を少なくとも部分
   的に取り囲む冷却通路と伝熱的に結合されている
   形式のものにおいて、冷却通路７内に少なくとも
   １つの、該冷却通路７内を流れる冷却媒体に旋回
   運動を与えるための案内機構２２が配置されてい
   ることを特徴とする、真空蒸着装置のための蒸発
   容器。 ２ 少なくとも１つの案内機構２２が、冷却通路
   ７の長手方向形状に適合したつる巻線体として形
   成されている、特許請求の範囲第１項記載の蒸発
   容器。 ３ 案内機構２２が、冷却通路７のほぼ全長に亘
   つて途切れなく形成されている、特許請求の範囲
   第２項記載の蒸発容器。 ４ 金属体１がフランジ３と、おう部２を取り囲
   み該フランジ３に結合された鉢形部分４とを有し
   ており、冷却通路７が周溝として金属体１内に加
   工形成されており、金属体１が周溝を閉鎖するよ
   うに容器下部８に装着されている、特許請求の範
   囲第１項記載の蒸発容器。 ５ 金属体１と容器下部８との間に別の環状の中
   空室１１が閉成されており、該中空室１１が鉢形
   部分４の下側を取り囲んでおり直径方向の仕切り
   壁１２を有し、該仕切り壁１２の片側に冷却媒体
   供給部１３、他方側に冷却媒体排出部１４が配置
   されており、前記の別の中空室１１の、冷却媒体
   供給部及び排出部と反対の側がそれぞれ１つの上
   昇通路１７，１８を介して、該上昇通路の上方に
   位置する冷却通路７に接続されており、該冷却通
   路７が両方の上昇通路１７，１８の間で別の仕切
   り壁１９によつて遮断されている、特許請求の範
   囲第４項記載の蒸発容器。 ６ つる巻き線体として形成された案内機構２２
   の縦軸線の範囲内に解放横断面部分２４が設けら
   れており、該部分の直径ｄがつる巻き線体の外径
   Ｄの少なくとも25％の寸法である、特許請求の範
   囲第２項記載の蒸発容器。 ７ 案内機構２２がつる巻き線状に巻かれた線材
   として形成されている、特許請求の範囲第６項記
   載の蒸発容器。