JPH0539565A - 昇華性材料片の蒸発槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は真空蒸着めっき法に使用される昇華
性材料片の蒸発槽に係り、蒸発する昇華性材料片を適確
な位置へ連続補給でき、均一で高品質の蒸着めっき層を
形成することを目的とするものである。 【構成】 蒸発槽の底部12Ａは側壁部に対して昇降自在
に構成され、該蒸発槽の側壁部は冷却用媒体通路13ａが
形成され、蒸発槽の上方開口部には横方向回転軸を有す
る回転突落し部材（ロール11，11）が配設されてなるも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子ビーム照射を利用し
た真空蒸着めっき用の昇華性材料片蒸発槽に関し、詳細
には電子ビーム照射部位に昇華性材料片を適確に連続供
給し、安定した蒸着めっきを実施することのできる昇華
性材料片の蒸発槽に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】真空又は希薄ガス雰囲気下で蒸発原料を
加熱蒸発し、鋼板や合成樹脂フィルム材等の被処理材表
面にめっき層を形成する真空蒸着法が工業化されてい
る。その中で蒸発原料を蒸発させるための加熱蒸発方法
としては、抵抗加熱法、高周波加熱法、電子ビーム加熱
法、イオンビーム加熱法、レーザービーム加熱法、アー
ク放電法等があり、蒸発原料の種類やめっき成膜方法等
の相違により適宜使い分けられている。

【０００３】この中で電子ビーム加熱法は、電子ビーム
が高エネルギで高エネルギ密度を有することから、蒸発
速度が大きく加熱効率が高いので、蒸気圧の小さい高融
点の金属及び各種セラミックスの蒸発が可能であり、生
産性が高いという利点を有している。さらに電子ビーム
は磁場を利用して偏向することができ、蒸発原料表面上
を走査できると共に、１台の電子銃を使用して２以上の
蒸発原料を交互に加熱蒸発することもでき、各種合金め
っき層や複合めっき層の形成手段としても有利な方法と
考えられている。その為、電子ビーム加熱法は真空蒸着
めっき法における加熱蒸発手段として汎用されている。

【０００４】ところでこの電子ビーム加熱法に用いる蒸
発原料を収納するための蒸発槽としては、蒸発原料の種
類に応じて冷却式金属製蒸発槽とセラミックス製蒸発槽
が使い分けられている。図９はるつぼ側壁部13を中空断
面構造とし、この中空部分に冷却用の媒体を流通できる
様に構成したものを示す。例えば水冷式で銅製の蒸発槽
が使用され、この様に強制冷却式のものであれば蒸発槽
の側壁の一部が、溶融した蒸発原料中に溶出する様なこ
とはなく、蒸発原料中に不純物が混入することはほとん
どなく高純度の蒸着めっき層を形成することができる。
反面電子ビームによって供給される熱エネルギは該蒸発
槽によって速やかに奪われてしまうため、加熱効率が悪
いという欠点があった。そのためセラミックス製蒸発槽
が使用できない酸化性の強い金属材料（例えばＴｉ等）
や高融点の溶融浴を形成する金属材料はこの様な冷却式
金属製蒸発槽を使用せざるを得ず、高出力の電子銃を配
設することが必要であった。

【０００５】一方セラミックス製蒸発槽としてはグラフ
ァイト系蒸発槽と酸化物系セラミックス製蒸発槽に大別
され、蒸発原料に応じて使い分けられている。これらセ
ラミックス製蒸発槽は熱伝導率が低く加熱蒸発効率が高
いという利点を有している。

【０００６】しかしながら蒸発槽を形成する素材が蒸発
原料中に不純物として混入し易く、めっき層の性質を劣
化させることがある。特に溶融浴を形成する蒸発原料の
場合、蒸発槽からの不純物が起点となって溶融浴表面か
らの飛散現象を生じ、めっき層表面の外観を著しく損ね
ることがある。またセラミックス製蒸発槽は耐スポーリ
ング性が悪く熱膨張・収縮を繰返し受けると割れを生じ
易く、耐用時間及び回数が低いという問題がある 他方蒸発原料を連続して加熱蒸発するためには、使用に
より減量した原料を補足する構成を付加しなければなら
ない。図７は蒸発原料がワイヤ状に伸線可能で、且つ溶
融浴を形成するものであるときにおける材料供給方法の
一例を示す説明図であり、Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆ
ｅ等及びこれらを主成分とする合金を蒸発原料とする場
合に用いられる。すなわちボビン22に巻取られたワイヤ
５をピンチロール21によりガイドノズル６を介して溶融
浴４ａ中に連続供給するものである。これによればピン
チロール21の回転速度をコントロールすることによって
ワイヤ６の供給量を調節することができる。なおシール
ド板23によって真空室側とワイヤ供給側を隔離したもの
もあり、これによりワイヤ用ボビン22の交換作業性を向
上することができる。

【０００７】また蒸発原料がワイヤ状に伸線加工できな
いものである場合、図８に示す様な装置によって溶融浴
４ａ中に粒状、ペレット状、ブリケット状、破片状の原
料26として連続供給する。すなわちホッパー24内に原料
26を装入しておき、バイブレータ25を駆動することによ
り原料26を蒸発槽２内へ連続して投下供給する。

【０００８】ところが上記の原料補充方法においては次
の(イ) ，(ロ) に示す様な問題点がある。 (イ) 蒸発槽内へ蒸発原料を供給する位置が常に一定とな
るので、該蒸発原料が溶融浴を形成する場合は、この供
給位置の溶融浴表面温度が低くなり蒸発速度が小さく蒸
発槽幅方向の均一な蒸発量が得られない。従って被処理
材が鋼帯の如く連続走行するものである場合、帯幅方向
の付着量が不均一となって、製品品質の低下を生じる。
また高温の溶融浴表面上へ原料26を投入すると、溶融浴
表面で飛散現象を発生して安定な蒸着めっきを行なえな
い。 (ロ) 一方蒸発原料が昇華性材料である場合、図８に示す
様なホッパー24を使用して原料を供給しても、電子ビー
ム照射位置に合致する様に供給されないと、供給原料は
ただ堆積するだけのものとなってしまう。そのためホッ
パー24の排出口は電子ビームの照射域上方に配設しなけ
ればならないことになるが、追加供給される蒸発原料自
身の温度が低いので、加熱蒸発している昇華性材料の表
面温度が急激に低下し、安定な蒸発速度に達するまで時
間を要する。このため蒸発量が不安定なものとなり、連
続する被処理材にあっては蒸着めっき層に不均一を生じ
て品質低下を引き起こす。

【０００９】そこで上記(ロ) の問題を解決する手段とし
て図９に示すものが提案されている。すなわち粉状の昇
華性材料をインゴット状に成形し、該材料４ｃを支持す
る底部12を上昇可能な構成とし、電子ビーム照射による
蒸発原料の消費に合わせ、昇華性材料４ｃを上昇するこ
とによって補い、昇華性材料４ｃの上面を電子ビーム照
射に適した位置に配置することが試みられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの様な
装置においても次の様な問題があった。すなわち昇華性
材料の表面で電子ビームが照射された部分は蒸発して表
面部から消失するが、照射を受けない周辺部分はそのま
ま残存することになり、消失部分を補充するために蒸発
原料である昇華性材料４ｃ全体を上昇させると、残存部
分は蒸発槽の上面から盛り上がって、ついには蒸発槽よ
り溢れ出てしまう。このように盛り上がった部分は電子
ビームの進路を妨げる障害物となって電子ビーム操作に
不具合を引き起こしたり、或は多数の蒸発槽を隣設する
様な場合、溢れ出す昇華性材料が他の蒸発槽内に混入し
て、目的とする蒸着めっき層の組成、付着量を達成する
ことができなくなる。

【００１１】上記の様な不具合を引き起こさない様にす
るためには、蒸発槽表面における電子ビーム照射面積を
できる限り大きく設定し、昇華性材料表面部における残
存部分の割合を小さく抑えることが望まれる。ところが
図９に示す様に蒸発槽の側壁部が冷却式金属製ハースで
構成されている場合において、何らかの事情により電子
ビームが蒸発槽の一部に直接照射されると、冷却媒体通
路を形成する壁面が溶融されて冷却媒体が真空室内に放
出されて充満する事故を引き起こし、生産不能に陥って
しまう。この様な事故を起こすと蒸発槽の修理又は交換
に多大な時間が費されることになる。

【００１２】そこで本発明の目的は、昇華性材料を電子
ビームによって連続的に蒸発させ、且つ適確な材料補給
を行なうものであり、しかも蒸発槽自体がを損傷される
様なことのない昇華性材料の蒸発槽を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明は、蒸発槽の底部は蒸発槽側壁面に沿って昇降自在に
構成されると共に、該蒸発槽の側壁部には冷却媒体用通
路が形成され、さらに該蒸発槽の上方開口側縁には横方
向回転軸を有する回転突落し部材が設けられてなること
を要旨とするものである。

【００１４】

【作用及び実施例】図１は本発明の代表的な実施例を示
す説明図であり、真空室１内には被処理材Ｓが矢印方向
に連続走行する様に配設され、その下方部にはブリケッ
ト状の昇華性材料４ｂを充填した蒸発槽３が設けられ
る。該蒸発槽３の側壁部13は冷媒通路13a を形成した冷
却式金属ハースで構成され、該側壁部13の熱変形を防止
する構造としている。すなわち電子ビームの照射によっ
て昇華性蒸発原料が加熱されると、その熱は側壁部まで
伝熱されるが、この熱によって側壁部が熱変形すると、
後述する底部12Ａをスムーズに上昇できなくなる。

【００１５】図３に示す様に底部12Ａは図示しない油圧
シリンダ等によって矢印方向に昇降自在に構成され、昇
華性材料４ｂを上方へ押上げることができる。また側壁
部13の上方開口の側縁部には、回転突落し部材として図
２、３に示す様に１対のロール11，11が水平方向に対設
される。該ロール11，11は回転自在に軸支され、自ら回
転駆動する方式のもの或は駆動しない方式のもののいず
れであっても良い。該ロール11，11は電子ビームの照射
されない領域の昇華性材料を、照射を受ける中央部へ移
動させるために設けられるものであり、図５に示す様に
底部12Ａの上昇によって上向きの力Ｆが作用された最上
部の昇華性材料４ｂ₁ はロール11のガイド作用によって
分力ｆ₁ を受けて白抜矢印に示す様に蒸発槽の中央部へ
押しやられ、電子ビーム照射によって消失した昇華性材
料空間を埋める様に移動する。

【００１６】また図６はロール11を矢印Ｒ方向に回転駆
動する様に構成した場合を示し、最上部の昇華性材料４
ｂ₁ は分力ｆ₁ を受けて白抜矢印方向へ移動し、図５に
示す例よりもより中央部に近づく方向へ移動させること
ができる。すなわち上記ロール11，11は底部12Ａの上昇
により作用される上向きの力によって昇華性材料４ｂを
噛み込むことがない様に電子ビーム照射領域へ移動する
ものである。これに対し側壁部13を上方に向かって漸次
側壁部間が減じる様なテーパ面で形成した場合には、側
壁部近傍に位置する昇華性材料を中央部側へ移動させる
ことは可能ではあるが、このとき昇華性材料は側壁部間
で詰まる様に噛み込んでしまうので、底部12Ａの上昇が
行なえなくなってしまう。

【００１７】なお上記側壁部13と底部12Ａの外側縁の間
には図３に示す様に間隙Ｇを形成しておくことが好まし
く、側壁部13及び／又は底部12Ａが熱変形したときであ
っても、底部12Ａのスムーズな昇降を行なえる。また側
壁部13は熱伝導率の高い銅又は銅合金を用い、冷却媒体
としては一般的な水冷方式を採用することが好ましい。

【００１８】図４は蒸発槽の他の例を示す側断面説明図
であり、底部12Ａには冷却媒体通路12ｂが形成されて熱
変形を防止する構造であると共に、該底部12Ａはステン
レス鋼又はＮｉ系耐熱合金で作製し、その上面をグラフ
ァイト、アルミナ等のセラミック板で覆っている。また
側壁部13の内側は上方に向かって側壁部間が漸次拡大す
る様なテーパ13ｃが形成され、昇華性材料４ｃが上向き
に末広がりに拡がって噛み込みを生じずスムーズに上昇
されることとしている。

【００１９】またロール11は電子ビームが直接照射され
る恐れがあるので、Ｎｉ系耐熱合金やセラミックス等の
耐熱性材料又は水冷構造で形成することが好ましく、ロ
ール11を回転駆動する構造としては駆動用モータを真空
室１の外側に設け、各種伝達機構を介してロール回転軸
に動力を伝達する構成とすることが好ましい。さらに該
ロール11の表面には蒸発した金属が付着することが予想
されるが、ロール自体が回転するものであれば付着層が
一部に偏在する様なことはなくなり、またロール11に接
する様に表面研削用チップ15を設け、ロール11の周面を
研削して蒸発金属等の付着を剥離するものであっても良
い。ロール11の形状は図例のものの他、外面が歯車状の
凹凸を有するものや、異径ロールとしたもの、或はロー
ル長手方向に分割して小型化したもの等であっても構わ
ない。

【００２０】他方該ロール11，11の上方には電子ビーム
の照射を遮蔽する保護板14、14を配設しておくことが好
ましく、該保護板14は各種セラミックス材料又は水冷式
金属板を使用することが推奨される。特に図１に示す様
に複数の蒸発槽２、３を設け、これを１つの電子銃７に
よってジャンピングさせながら電子ビーム照射する場
合、電子ビームがロール11上を通過することになるの
で、ロール11の損傷を防止するため保護板14の配設は必
須となる。

【００２１】本発明の適用対象となる昇華性材料はペレ
ット状、ブリケット状、破片状等のＣｒ，Ｍｇ等の金属
材料の他、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ 等のセラミックス材料
を例示することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、電子ビーム照射によって蒸発された昇華性材料片を
補充して適正位置に該材料を補給でき、電子ビーム照射
による連続的な加熱蒸発を行なって均一で高品質な蒸着
めっき層を形成できる様になった。また電子ビーム照射
等による蒸発槽側壁部の損傷事故を引き起こすこともな
くなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な実施例を示す全体説明図であ
る。

【図２】本発明蒸発槽の一例を示す平面図である。

【図３】図２の側断面説明図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す側断面説明図であ
る。

【図５】本発明実施例の作用を示す説明図である。

【図６】本発明実施例の作用を示す説明図である。

【図７】従来例を示す説明図である。

【図８】従来例を示す説明図である。

【図９】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

３ 蒸発槽 4b 昇華性材料 11 ロール 12A 底部 13 側壁部 14 保護板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 淳 神戸市東灘区北青木２−10−６ (72)発明者 木原 敦司 神戸市灘区篠原伯母野山町２−３−１ (72)発明者 今村 幸嗣 神戸市東灘区渦森台４−５−12

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを照射することにより昇華性
   材料片を加熱蒸発させて真空蒸着を行なう為の昇華性材
   料片の蒸発槽であって、 該蒸発槽の底部は蒸発槽側壁面に沿って昇降自在に構成
   されると共に、該蒸発槽の側壁部には冷却媒体用通路が
   形成され、さらに該蒸発槽の側壁上方開口部の適所には
   横方向回転軸を有する回転突落し部材が設けられてなる
   ことを特徴とする昇華性材料片の蒸発槽。
2. 【請求項２】 前記回転突落し部材はロール状の耐熱性
   材料で形成されると共に、回転駆動可能である様に構成
   されてなる請求項１に記載の昇華性材料片の蒸発槽。