JPH09143692A - 高蒸気圧金属の気相メッキ装置及び方法 - Google Patents

高蒸気圧金属の気相メッキ装置及び方法

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JPH09143692A
JPH09143692A JP31042095A JP31042095A JPH09143692A JP H09143692 A JPH09143692 A JP H09143692A JP 31042095 A JP31042095 A JP 31042095A JP 31042095 A JP31042095 A JP 31042095A JP H09143692 A JPH09143692 A JP H09143692A
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JP
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metal
film forming
processed
chamber
nozzle
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JP31042095A
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Hiroyuki Sato
博之 佐藤
Shiko Matsuda
至康 松田
Motoharu Mori
元治 毛利
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IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜厚精度と成膜速度が高く、かつ蒸発金属の
成膜比率が高く、これにより被処理材以外の部分に付着
する無効金属の比率が少ない高蒸気圧金属の気相メッキ
装置及び方法を提供する。 【解決手段】 蒸発室18から成膜室12に蒸発金属を
気密に案内するガイドダクト22と、ガイドダクトの先
端に取付られたノズル24とを備える。ノズルは、被処
理材1の表面に近接し、かつ高速で蒸発金属を噴射する
ように細く絞られている。また、成膜室内の圧力が臨界
圧力以下に保持され、これにより、ノズル先端の蒸発金
属の流速を音速に保持している。更に、被処理材が垂直
上向きに移動するようにガイドロール14が配置され、
2組の蒸発室18が被処理材の垂直部の両面に対向して
配置され、各蒸発室のノズル24は、被処理材の同一位
置の両面に蒸発金属を噴射するように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高蒸気圧金属の気相メ
ッキ装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)等
の高蒸気圧金属類のメッキには、従来から、溶融メッ
キ、電気メッキ、気相メッキ等が用いられている。 溶
融メッキは、図2に模式的に示すように、溶融金属中に
処理しようとする素材(被処理材1)を浸漬し、引き上
げて表面に付着した溶融金属を凝固させ、被覆層を形成
する方法である。この方法では比較的厚いメッキ層が得
られるが、ノズル(ガスワイパー)から噴射するガス圧
で膜厚を制御するため、膜厚精度が低く、かつガスワイ
パーからのガス圧による騒音と振動が大きく、処理速度
が例えば150m/min以上に高速化できない、等の
問題点があった。
【0003】一方、電気メッキは、図3に模式的に示す
ように、金属イオンを含む溶液中に処理しようとする素
材(被処理材1)を浸漬し、それを陰極として素材表面
に金属皮膜を電解析出させる方法である。この方法で
は、膜厚精度が高く、かつ400〜500m/min程
度の高速処理ができるが、大電力を必要とし、生産コス
トが高い問題点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した溶融メッキ及
び電気メッキの問題点を解決するために開発されたのが
気相メッキである。気相メッキ(或いは蒸着メッキ)
は、真空中で金属を加熱して蒸発させ、蒸発金属を基板
(鋼板)の表面に凝固させて被膜を作る成膜プロセスで
ある。
【0005】図4は、従来の気相メッキ装置の構成図で
ある。この図において、被処理材1(例えば鋼板)は、
ガイドローラ2により成膜室3内を通過し、蒸発室4か
らの供給される蒸発金属を被処理材1の表面に蒸着(成
膜)するようになっている。成膜室3の上流側及び下流
側にはシールロール6が設けられ、真空ポンプ7によ
り、内部を真空に保持したまま被処理材1を連続的に通
すことができる。蒸着室4にはルツボ8が設置され、ヒ
ータ9によりルツボ8内の蒸着金属5を加熱して蒸発さ
せるようになっており、蒸発した金属は蒸発室4から成
膜室3に供給される。
【0006】上述した従来の気相メッキ装置では、高蒸
気圧金属類をメッキする場合に、高蒸気圧金属類の気相
ガスがわずかの圧力差があっても低真空側に移動するた
め、大気と遮断された真空容器(成膜室)内のあらゆる
隙間に蒸発金属が付着して凝縮し、清掃に大変な手間が
かかる問題点があった。すなわち、高蒸気圧金属類(Z
n,マグネシウム等)の蒸気分子は自由飛翔距離が短い
ため主として拡散により蒸発室4及び成膜室3内に充満
する。そのため、成膜室3内で被処理材1の表面に成膜
される蒸発金属5の比率が低く、ガイドローラ2やシー
ルロール6の軸受にも付着し、例えば1週間の運転後に
1週間程度、清掃とメンテナンスをする必要があった。
【0007】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、膜厚
精度と成膜速度が高く、かつ蒸発金属の成膜比率が高
く、これにより被処理材以外の部分に付着する無効金属
の比率が少ない高蒸気圧金属の気相メッキ装置及び方法
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、内部が
真空に保持された成膜室と、成膜室内を連続被処理材を
案内するガイドロールと、成膜室の出入口を真空状態に
保持する真空シール装置と、成膜室に連通し蒸着金属を
蒸発する蒸発室と、を備えた高蒸気圧金属の気相メッキ
装置において、更に、蒸発室から成膜室に蒸発金属を気
密に案内するガイドダクトと、ガイドダクトの先端に取
付られたノズルとを備え、該ノズルは、被処理材の表面
に近接し、かつ高速で蒸発金属を噴射するように細く絞
られている、ことを特徴とする高蒸気圧金属の気相メッ
キ装置が提供される。
【0009】上述した本発明の構成により、ガイドダク
トの先端に取付られたノズルにより、蒸発室内で蒸発し
た蒸発金属が大きな運動エネルギーをもって被処理材に
衝突するので、金属分子が被処理材に確実に付着して凝
縮し、成膜比率を高めて無効金属の比率を下げることが
できる。また、蒸発量を制御することにより成膜量を制
御できるので、蒸発量をほぼ一定に保持したまま被処理
材の移動速度を上げるだけで、膜厚を自由に制御でき
る。更に、無効金属の比率が少なく、膜厚制御が容易な
ため、膜厚精度と成膜速度を同時に高めることができ
る。
【0010】本発明の好ましい実施形態によれば、成膜
室内の圧力が臨界圧力以下に保持され、これにより、ノ
ズル先端の蒸発金属の流速を高速に保持する。この構成
により、ノズルからの噴出速度を一定の高速に保持する
ことができ、成膜速度を更に高め、膜厚制御をより容易
にし、膜厚精度と成膜速度を更に高めることができる。
【0011】また、被処理材が垂直上向きに移動するよ
うにガイドロールが配置され、2組の蒸発室が被処理材
の垂直部の両面に対向して配置され、各蒸発室のノズル
が被処理材の同一位置の両面に蒸発金属を噴射するよう
に配置されている。この構成により、被処理材の垂直部
同一位置に両面から蒸発金属が噴射されるので、被処理
材に衝突する蒸発金属による衝撃を互いに打ち消しあっ
て緩和することができ、振動の発生を最小限に抑えるこ
とができる。
【0012】また、本発明によれば、出入口を真空状態
に保持したまま、内部が真空に保持された成膜室内を連
続被処理材を垂直に通板させ、その両面に対向して2組
の蒸発室を備え、該蒸発室で蒸発した蒸発金属を被処理
材の同一位置の両面に高速で噴射する、ことを特徴とす
る高蒸気圧金属の気相メッキ方法が提供される。この方
法により、垂直に通板する被処理材の同一位置に両面か
ら蒸発金属を高速で噴射するので、蒸発室内で蒸発した
蒸発金属を大きな運動エネルギーで被処理材に衝突させ
ることができ、金属分子を被処理材に確実に付着させ、
成膜比率を高め、無効金属の比率を下げることができ
る。また、蒸発量を制御することにより成膜量を制御で
きるので、蒸発量をほぼ一定に保持したまま被処理材の
移動速度を上げるだけで、膜厚を自由に制御できる。更
に、無効金属の比率が少なく、膜厚制御が容易なため、
膜厚精度と成膜速度を同時に高めることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。図1は、本
発明による高蒸気圧金属の気相メッキ装置の全体構成図
である。この図において、本発明の気相メッキ装置10
は、内部が真空に保持された成膜室12と、成膜室12
内を連続被処理材1を案内するガイドロール14と、成
膜室12の出入口を真空状態に保持する真空シール装置
16と、成膜室12に連通し蒸着金属を蒸発する蒸発室
18と、を備えている。
【0014】成膜室12は、ほぼ鉛直に形成され、真空
ポンプ7により内部を必要な真空度に保持している。ガ
イドロール14は、成膜室12内に上下に1対設けら
れ、連続被処理材1が垂直上向きに移動するように配置
されている。真空シール装置16は、この図では、シー
ルロール6と真空ポンプ7からなり、真空ポンプ7の容
量をシールロール6の隙間から流入する空気量よりも大
きくして成膜室12の真空度を保持するようになった、
いわゆる差動排気真空シール装置である。なお、本発明
は、シールロールを用いた真空シール装置に限定され
ず、その他の形式の真空シール装置であってもよい。
【0015】蒸発室18は、内部にルツボ8a,8bを
内蔵した気密容器であり、2組の蒸発室18が被処理材
1の垂直部の両面に対向して配置されている。ルツボ8
a,8bはそれぞれ異なる蒸着金属5a,5bを収容し
ている。この蒸着金属5a,5bは、高蒸気圧金属、例
えば、亜鉛(Zn)とマグネシウム(Mg)である。ま
た、ルツボ8a,8bにはヒータ9が取り付けられ、そ
の蒸発量を制御するようになっている。更に、蒸発室1
8にも別のヒータ19が取り付けられ、蒸発室18の内
面に付着した蒸着金属を溶融状態に保持し、蒸発室18
の下端に連通して設けられた回収容器20に回収するよ
うになっている。この構成により、ヒータ9により蒸着
金属5a,5bの蒸発速度を制御し、蒸発金属中の金属
比率を制御して被処理材1に合金膜を蒸着することがで
きる。
【0016】なお、本発明は、合金の蒸着に限定され
ず、蒸発室18内のルツボを1種類にして、単一金属の
蒸着を行ってもよい。また、この場合には、蒸発室全体
を一種のルツボに構成してもよい。
【0017】図1において、本発明の気相メッキ装置1
0は、更に、蒸発室18から成膜室12に蒸発金属を気
密に案内するガイドダクト22と、ガイドダクト22の
先端に取付られたノズル24とを備えている。ガイドダ
クト22は、この図では蒸発室18と一体に成形されて
いるが、分離して構成し、その間を気密にシールしても
よい。ノズル24はいわゆる先細ノズルであり、高速で
蒸発金属を噴射するように細く絞られており、かつ先端
開口が被処理材1の幅に広がり、かつ被処理材1の表面
に近接して配置されている。また、2組の蒸発室18に
連通する2組のノズル24は、被処理材1の同一位置の
両面に蒸発金属を噴射するように配置されている。
【0018】更に、真空ポンプ7により、成膜室12内
の圧力が臨界圧力以下に保持されている。臨界圧力と
は、先細ノズルにおいて、出口マッハ数が1のときの出
口圧力であり、出口圧力をこれ以下に下げてもノズル内
の流れには変化を生じない。従って、蒸発室18内の圧
力を適度に保持し、成膜室12内の圧力を臨界圧力以下
に保持することにより、ノズル先端の蒸発金属の流速を
一定の音速に保持することができる。
【0019】上述した本発明の気相メッキ装置は以下の
方法で使用する。まず、真空シール装置16により、出
入口を真空状態に保持したまま、真空ポンプ7により内
部が真空に保持された成膜室12内を連続被処理材1を
垂直に通板させる。次いで、被処理材1の両面に対向し
て備えた2組の蒸発室18で蒸着金属5a,5bを蒸発
させ、ガイドダクト22を通して蒸発金属をノズル24
に導き、ノズル24により、蒸発室18で蒸発した蒸発
金属を被処理材1の同一位置の両面に高速で噴射する。
【0020】上述した本発明の高蒸気圧金属の気相メッ
キ装置及び方法により、ガイドダクト22の先端に取付
られたノズル24により、蒸発室18内で蒸発した蒸発
金属が大きな運動エネルギーをもって被処理材1に衝突
するので、金属分子が被処理材1に確実に付着して凝縮
し、成膜比率を高め、無効金属の比率を下げることがで
きる。なお、付着した金属分子の凝縮を確実にするため
に、被処理材1の温度は、低温(例えば常温)に保持さ
れていることが好ましい。
【0021】また、上述した構成により、蒸発量を制御
して成膜量を制御できるので、蒸発量をほぼ一定に保持
したまま被処理材1の移動速度を上げるだけで、膜厚を
自由に制御できる。更に、無効金属の比率が少なく、膜
厚制御が容易なため、膜厚精度と成膜速度を同時に高め
ることができる。
【0022】また、成膜室12内の圧力を臨界圧力以下
に保持することにより、ノズル先端の蒸発金属の流速を
音速に保持して、ノズル24からの噴出速度を一定の高
速に保持することができ、成膜速度を更に高め、膜厚制
御をより容易にし、膜厚精度と成膜速度を更に高めるこ
とができる。更に、被処理材1が垂直上向きに移動する
ようにガイドロール14を配置し、2組の蒸発室18を
被処理材1の垂直部の両面に対向して配置し、各蒸発室
18のノズル24が被処理材1の同一位置の両面に蒸発
金属を噴射するように配置することにより、被処理材1
の垂直部同一位置に両面から蒸発金属が噴射されるの
で、被処理材1に衝突する蒸発金属による衝撃を互いに
打ち消しあって緩和することができ、振動の発生を最小
限に抑えることができる。
【0023】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【0024】
【発明の効果】上述したように、本発明の高蒸気圧金属
の気相メッキ装置及び方法は、膜厚精度と成膜速度が高
く、かつ蒸発金属の成膜比率が高く、これにより被処理
材以外の部分に付着する無効金属の比率が少ない、等の
優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による高蒸気圧金属の気相メッキ装置の
全体構成図である。
【図2】従来の溶融メッキの模式図である。
【図3】従来の電気メッキの模式図である。
【図4】従来の気相メッキの模式図である。
【符号の説明】
1 被処理材 2 ガイドローラ 3 成膜室 4 蒸発室 5 蒸発金属 5a,5b 蒸発金属 6 シールロール 7 真空ポンプ 8 ルツボ 8a,8b ルツボ 9 ヒータ 10 気相メッキ装置 12 成膜室 14 ガイドロール 16 真空シール装置 18 蒸発室 19 ヒータ 20 回収容器 22 ガイドダクト 24 ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 毛利 元治 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリ ングセンター内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部が真空に保持された成膜室と、成膜
    室内を連続被処理材を案内するガイドロールと、成膜室
    の出入口を真空状態に保持する真空シール装置と、成膜
    室に連通し蒸着金属を蒸発する蒸発室と、を備えた高蒸
    気圧金属の気相メッキ装置において、 更に、蒸発室から成膜室に蒸発金属を気密に案内するガ
    イドダクトと、ガイドダクトの先端に取付られたノズル
    とを備え、該ノズルは、被処理材の表面に近接し、かつ
    高速で蒸発金属を噴射するように細く絞られている、こ
    とを特徴とする高蒸気圧金属の気相メッキ装置。
  2. 【請求項2】 成膜室内の圧力が臨界圧力以下に保持さ
    れ、これにより、ノズル先端の蒸発金属の流速を高速に
    保持する、ことを特徴とする請求項1に記載の気相メッ
    キ装置。
  3. 【請求項3】 被処理材が垂直上向きに移動するように
    ガイドロールが配置され、2組の蒸発室が被処理材の垂
    直部の両面に対向して配置され、各蒸発室のノズルが被
    処理材の同一位置の両面に蒸発金属を噴射するように配
    置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の気相
    メッキ装置。
  4. 【請求項4】 出入口を真空状態に保持したまま、内部
    が真空に保持された成膜室内を連続被処理材を垂直に通
    板させ、その両面に対向して2組の蒸発室を備え、該蒸
    発室で蒸発した蒸発金属を被処理材の同一位置の両面に
    高速で噴射する、ことを特徴とする高蒸気圧金属の気相
    メッキ方法。
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