JPS6015699B2 - 帯鋼を蒸着処理するための方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、大きな幅（２８０仇舷）の帯状の金属基板、
特に帯鋼を真空中でアルミニウムで積層する方法および
装置に関する。

この積層は金属帯材料の腐食保護の目的で行われる。

従来、公知の蒸着装層およびこれを操作するための方法
は４００肋以下の基板幅で３ｍｓ‐１以下の帯状材料速
度で作業が行われた。

蒸発るつぼの加熱は２５０ＫＷまでの出力の電子ビーム
で行われた。

蒸発るつぼの電子ビームによって負荷される部分の時間
的な平均出力密度は０．雛Ｗ伽‐２〜１．２斑Ｗ−２で
ある出力密度の下限は蒸発のエネルギー効率によって定
まる。出力密度が＜０．狐Ｗ仇‐２である場合、蒸発物
質の熱放射の割合し、は利用された蒸発ェンタルピ−に
比して不経済な値し、になる。出力密度の上限はスパッ
タ限度によって定まる。出力密度が＞０．磯Ｗ弧‐２で
ある場合電子ビームが衝突する位置において蒸発物質の
凹みが現われる。この凹みの深さは出力密度の上昇と共
に大きくなる。激しい波動運動が蒸発物質上に生じる。
出力密度が１．２郎Ｗ伽‐２以上の場合、これによって
液状の蒸発物質が飛散を始める。この場合、電子ビーム
が衝突する位置と蒸発物質の負荷されていない部分間の
糟水準高さの差が約２仇岬こなる。出力密度が上記の領
域内にある場合蒸発物質上に１０仲ａ‐領域内の蒸気圧
の蒸気雲が形成する。葵着間隔（るつぼ−基板間隔）は
約４５助成となる。電子ビームを蒸発物質上で蒸着０装
置の上記の寸法にとって最適であるように出力を配分し
た場合、それでも基板案内部に対して横方向で比較的僅
かな層厚み変動と蒸着方法を行うには比較的高い、約５
０％の蒸気流の利用度が生じる。蒸気流の利用度が大き
くなればなるほど、ますます蒸着間隔に対する基板の比
率が大きくなることは公知である。

したがって経済的な放射位置を達するため、基板の幅が
定まっている際最少限可能な蒸着間隔が得られるよう努
力が払われている。こう云った点から、蒸着間隔をその
都度の作業状態に適合させるため蒸発るつぼを適当な方
法で高さが調節できる支台の上に設けることが公知にな
っている（東ドイツ特許第１１３２４７号参照）。更に
、電子ビームの磁気的な転向を不均一性の静的な磁場に
よって行い、電子軌跡修正のための不均一性の転向野内
への放射角度を力学的な転向および／又は電子ビームの
ための放射閉口と転向野の間に存在している反対樋性の
磁場によってその際の不均一性に適合させることも公知
である（東ドイツ特許第１２０７２計号参照）。これに
よって蒸発物質上での水平な方向から垂直方向に転向す
る電子ビームの曲率半径を基板の幅に比して小さい値に
保持することが可能となる。この場合、歪みの磁場の不
均一性によって行われる上記の必然的な修正を控え目に
した場合、即ち中央ビームと綾部ビーム間の放射角度の
差があまり大きくない場合、葵着間隔を更に小さくする
ことが可能である。後に述べた２つの構成を組合せるこ
とによって基板の０．６の蒸着間隔と約７５％の蒸気流
の利用度が可能となる。

更に、蒸着間隔を低減するために電子ビームを、蟹子ビ
ーム放射の方向と蒸発るつぼの基準位置間の大きな角度
で、蒸発物質上に放射することが公知になっている（東
ドイツ特許第１２１８０２号参照）。

蒸発物質上へのこの相対的に頭斜した電子ビームの放射
により、被蒸着物に放散されて残りかつ蒸気雲に吸収さ
れる電子ビーム効率を小さくすることができる。この構
成を上記の色々な構成夕と共に適用した場合、蒸着間隔
を基板の幅の０．４に低減できる。しかし、実際に作業
を行った場合、蒸気運内での蒸気圧の上記領域内におい
て最低の蒸着間隔が約４０物舷を下廻らないことが鱗つ
た。

この蒸着間Ｚ膿を下廻った場合、蒸発物質上での電子ビ
ームの最適な出力配分にも拘らず、層厚みの変動は基板
案内方向に対して横方向でも長手方向でも増大する。こ
の層厚みの変動は電子ビームの力学的な転向の周期に関
運ずけることはできない。この層厚Ｚみの変動は周期的
なものではない。層厚みの最大値と最少値は０．１ｓと
０．＄の間の時間内に行われる。このことは蒸発物質上
の波状運動に起因し、この波動運動は蒸発物質上の電子
ビームの一定の出力密度を超えた際に起きる。
２したがって、公知の構成の組合せからどんな利点を享
受することも、これらの構成を任意の帯状材料幅および
帯状材料速度に適用することも不可能であると云う欠点
がある。上記の構成が利用できたとしても、僅かな蒸着
間隔にあって蒸気流の２高い利用度は達せられるが、大
きな層厚み変動が生じるか、或し、は蒸着間隔が大きい
場合層厚みの変動が僅かであるが、蒸気流の利用度が低
いと云う結果を招く。蒸発物質上で出力密度を低減し、
波動運動が表われないようにすることは容易なことであ
る。しかし、出力密度の低減は、蒸発るつぼの長さが、
その加熱のために２つの電子ビームを必要とするか、或
いは２つの別個の蒸着装直を必要とするほどの値し、に
なると云う結果を招くことがあり得る。他方、帯状材料
速度を低減することも可能であるが、しかしこれに伴い
蒸着装暦の生産効率が低下する。いかなる場合にあって
も、蒸発物質上の出力密度の低減に伴って蒸発エネルギ
ーの効率は低下する。

蒸発物質の熱放射による出力損失、蒸発るつぼによる熱
伝導および、既に述べたように、放散して残った電子の
割合は小さくなればなるほど、蒸発物質上の出力密度は
ますます大きくなる。出力密度の低減はこれにより常に
装置の生産性の低減を伴う。本発明の目的は、エネルギ
ー伝達の高い効率を達することを目指し、公知の技術の
欠点を十分に排除することである。

本発明による装置は構造的に簡単であり、手入れするこ
とも少く、高い生産性を保証する。本発明の根底をなす
課題は、高い出力密度で作業が行われ、かつ帯状材料の
幅が２８００脚の大きさである場合でも基板の案内方向
に対して横方向および縦方向で著しい層厚さ変動が生じ
ることのない、帯状材料にアルミニウムを蒸着するため
の方法および装置を造ることである。

蒸気流は高程度で利用される。本発明により、上記の課
題を解決するため、一定の出力と出力密度の電子ビーム
を特別な転向装置で造られる磁場内に放射し、蒸発物質
方向に転向し、この場合密度の高い蒸気雲内の大きすぎ
る飛散損失の発生を防ぐように磁気的なガス集東を利用
すること、および蒸発物質上での電子ビームの作用時間
の力学的な制御により電子ビームフレックの異方性のゆ
がみによる飛散発生の危険を低減することが可能となる
。

この目的のため、集東された電子ビームを蒸発るつぼ内
に存在する蒸発物質の表面にプログラィミングにより制
御してこの蒸発物質の面に対して鏡斜して照射すること
によりアルミニウムを帯鋼材に蒸着させる方法において
、帯状材料の幅１伽当り瓜Ｗ〜１０ＫＷの出力の電子ビ
ームを適当な静的磁場を介して、約２５仇奴の電子曲率
半径でもつて蒸発物質上に帯状材料の幅にほぼ担当する
幅全体にわたって、帯状材料の走過方向に対して横方向
で蒸発により環状の凹みが形成され、この凹みの長さが
帯状材料の幅に相当しかつ３５０〜４５０の煩斜角度お
よび一定の深さを備えるように、電子ビームを蒸発るつ
ぼの幅を三つに分割した中央の領域において三つの領域
の両外例の領域の１．５倍の速度で、かつ蒸発により形
成される凹みの底部において１．弧Ｗ弧‐２〜２．歌Ｗ
−２の平的密度で転向させて、かつ電子ビームが蒸発に
よって形成され０た凹みを通過するための時間および出
発点に戻って来る時間を２２仇ｈｓに選択し、この場合
電子ビームの蒸発るつぼの面の各々の点に対する作用時
間を＜２ｍｓとして、作用させる。

これに伴い、蒸発物質上の出力密度は高まるが、その際
これまでより小さな蒸着間隔の適用を不可能としていた
蒸発物質の蒸気を放出する部分上での波動運動が生じる
ことはない。

従来１．２弧Ｗ肌‐２の平均出力が限度であったスパッ
タ発生の限界値が高くなる方向で推移する。

なぜなら出力密度の局所的な配分が、一定の形状の環状
の蒸気圧による凹みが生じるように行われるからである
。真空室、るつぼ支台を備えた冷却されないセラミック
材料から成る蒸発るつぼ、電子放射ガン、偏位装置と転
向装置並びに揺動シールドと煩斜した帯状材料案内部と
から成る本発明による方法を実施するための装置は本発
明により、電子ビームの放射位置においてこの電子ビー
ムを四方から１０位ｈ〜１２仇ｈの長さで囲続する磁気
短絡部が設けられている。

磁気転向装置のコイルは鉄で満されており、かつ鉄保磁
子を備えていない。コイル相互の間隔は帯状材料の２．
１〜２．針音である。コイルは非磁性の壁の後方で真空
外に設けられている。蒸発るつぼボートは帯状材料の幅
の２１．２倍の幅と之０．４倍の長さを有している。凹
み深さは６０肋〜１０仇ゆである。帯鋼はｌｏｏ 〜１
４ｏ の角度で、かつ帯状材料の幅の０．３〜０．４倍
の間隔で蒸発るつぼを経て案内される。装置の管理を都
合よくするために、蒸発るつぼを有するるつぼ支台、揺
動シールドおよび転向装置の半分を真空室の壁である移
動可能な扉に設けるのが有利である。公知の方法工程と
装置とを幅の広い帯鋼の蒸着に適用する際生じる磁気に
よる転向装置に対する部分的に物理学上矛盾する要件、
即ち、電子ビー３ムの作用場所と等しい環状の蒸気圧に
よる凹みが帯状材料の走過方向では僅かな伸びを、そし
てこの方向に対して垂直方向では大きな伸びを備えてい
なければならず、しかも同時に短い蒸着間隔を実現する
ために電子の僅かな曲率半径が必要であ３ると云う要件
は本発明による装置によって満される。

本発明により蒸着処理室内へのビーム放射位置の領域内
のビーム路に対する磁性脚間隔の比率が大きいことによ
り、相応して高い磁界の強さは、電子ビームを四方で囲
綾する磁気的短絡部にょよりこの領域において低減され
るかもし〈は消失される。このことにより磁極脚に相応
して転向されるべき電子ビームの小さな曲率半径が可能
となる。転向位置によって形成されたこの磁場は電子ビ
ームが走遇する領域内で強い不均一性を有している。そ
の結果、蒸発物質上での電子ビーム像の乱れとゆがみの
形で現われるいわゆる不正レプリカが生じる。ゆがみは
公知様式で力学的な修正を適用して補正される。これに
伴い線状の環状蒸気圧による凹みが生じる。電子ビーム
フレックのゆがみと蒸気雲内での飛散損失とにより、環
状の蒸気圧による凹みの広い領域内で１．歌Ｗ弧‐２の
最低限必要な出力密度が低下する。この低下は、予め０
電子ガン内において電子ビームを公知方法で磁気的にガ
ス集東された状態に置くことによって阻止される。これ
りより、既に高められた約２腿Ｗ伽‐２の出力密度の電
子ビームが磁気的転向野内に放射され、磁気的なガス集
東により放射軸線を中心夕にして衝突により拡散するビ
ーム電子のほとんど ■すべてが再び戻される。これに
より、亀子ビ−ムの密な蒸気雲を透過する能力が増大す
る。環状の蒸気圧による凹みの縁部において中央領域よ
りも著しく大きい電子ビームフレックの異万性のゆがみ
に基き、この中央領域内において使用可能な２．瓜Ｗ弧
‐２の最大の出力密度が超過し、これにより飛散が発生
する危険が生じる。環状の蒸気圧による凹みに沿って異
なりはするが、本発明により電子ビームの作用時間を制
御することにより中央領域内の出力密度が緑部領域に比
して低減される。したがって凹み底上でほぼ一定の出力
密度、したがって環状の蒸気圧による凹みのほぼ一定の
深さが得られる。蒸気圧による凹みはこれらの条件に応
じてその形状を変えるが、重要なことではない。したが
ってビームの飛散を招くこの蒸気圧による凹みの消失が
回避される。負荷されたもし〈は負荷されていない部分
において生じる比蒸発率の著しい相違によって、蒸気の
大部分が比較的静かな蒸気圧による凹みから与えられる
。長さの伸びが僅かなかつ密度の高い上記のようにして
生じる蒸気雲内で、蒸発物質からの間隔が僅かであるに
も拘らず相応して高い時間的な一定性を持つ蒸気流密度
配分が達せられる。本発明により形成されたこの蒸気源
に接続して、基板が最低限可能な蒸着間隔で設けられる
が、長手方向でのおよび横方何での危険な層厚み変動は
生じない。以下に添付図面に図示した実施例につき本発
明を詳述する。

真空室１内において（第１図）、るつぼ支台２上にアル
ミニウム用の蒸発るつぼ３が設けられている。

真空室１を通して、約８０仇凧の幅の蒸着されるべき帯
鋼４が１かの角度Ｑでかつ蒸発るつぼ３の上方２５０柵
の間隔ｈｖで案内される。出力６００ＫＷおよび出力密
度１桃Ｗ弧‐２の電子ビーム５により蒸発物質６（アル
ミニウム）が蒸発される。この場合、出力は３班２の周
波数を有する力学的な偏位装置７で、帯状材料走過方向
に対して横方向で、かつ帯状材料の幅１弧当り靴Ｗ〜１
皿Ｗの出力が作用するように配分される。帯状Ｚ材料の
走過方向に対して長手方向での出力配分は以下に述べる
転向装置８の適用とガス集東された状態での電子ビーム
５の作用によって行われる。電子ビームの作用は自動的
な制御弁９によって保証され、この制御弁は、電子ガン
１０の中間の部Ｚ分内の圧力を約０．７Ｐａに維持する
。蒸発るつぼの全幅にわたる力学的な偏向装置７内で行
われる出力配分のプログラム化制御は磁石による転向装
置８により蒸発物質６上で行われる。転向装置８の磁石
系は２００瓜ｈの磁極脚部間隔を有している。鉄を満た
された両コイルは保磁子を持たず、非磁性壁の後方で真
空外に設けられている。鉄心の直径は、１９仇吻であり
、長さは５８仇帆である。蒸発物質６上における電子ビ
ーム６の放射位置から作用位置までの間隔は磁極脚部間
隔の約１′３である。電子ビーム５の放射位置には長さ
１２０肋の磁気的短絡部１１が存在している。この寸法
により中央ビーム５ａから縁部ビーム５ｂまでの短い力
学的な疹正が必要であるに過ぎず、この修正は必要とす
る蒸着間隔を僅かに増させるに過ぎない。電子ビーム５
は約３ぴの角度でこのビームによって発生される環状の
蒸気圧による凹み１２内に当る。上記の手段によって得
られる帯状材料案内の長手方向内での出力配分は電子ビ
ーム作用の中央部において約兆Ｗ伽‐２の最大値を有し
、緑部方向に行くに従って零に降下する。この降下は、
懐斜角度。＝３０ｏ 〜４０ｏ を有する蒸気圧による
凹み１２が自動的に生じるように行われる（第２図）。
蒸着作業を中断させるための揺動シールド１３を働かせ
るため帯鋼４に対する間隔はるつぼ支台２によって変更
可能である。蒸発るつぼ３、るつぼ支台２、揺動シール
ド１３および転向装置８の磁石系のコイルは真空室１の
移動可能な壁１４の傍らに存在している。この移動可能
な壁１４は走行架台１５と結合されている。図面の簡単
な説暁 第１図は帯状材料の走行方向に沿った蒸着装層の断面図
、第２図は本発明による方法での蒸気圧による凹みを有
する蒸発るつぼの平面図と側方断面図、第３図は移動可
能な壁と結合した蒸着装道の部分図。

タ 図中符号は、３……蒸発るつぼ、４・・・・・・帯
状鋼、５・・・・・・電子ビーム、７・・・・・・力学
的な偏位系、８・・・・・・転向装置、１４・・・・・
・非磁性壁。

第１図第３図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 集束された電子ビームを蒸発るつぼ内に存在する蒸
   発物質の表面にプログライミングにより制御してこの蒸
   発物質の面に対して傾斜して照射することによりアルミ
   ニウムを帯鋼材に蒸着させる方法において、帯状材料の
   幅１ｃｍ当り５ＫＷ〜１０ＫＷの出力の電子ビームを適
   当な静的磁場を介して、約２５０ｍｍの電子曲率半径で
   もつて蒸発物質上に帯状材料の幅にほぼ担当する幅全体
   にわたつて、帯状材料の走過方向に対して横方向で蒸発
   により環状の凹みが形成され、この凹みの長さが帯状材
   料の幅に相当しかつ３５°〜４５°の傾斜角度および一
   定の深さを備えるように、電子ビームを蒸発るつぼの幅
   を三つに分割した中央の領域において三つの領域の両外
   例の領域の１．５倍の速度で、かつ蒸発により形成され
   る凹みの底部において１．５ＫＷｃｍ＾−＾２〜２．５
   ＫＷ＾−＾２の平的密度で転向させて、かつ電子ビーム
   が蒸発によつて形成された凹みを通過するための時間お
   よび出発点に戻つて来る時間を≧２０ｍｓに選択し、こ
   の場合電子ビームの蒸発るつぼの面の各々の点に対する
   作用時間を＜２ｍｓとして、作用させることを特徴とす
   る上記方法。 ２ 真空室、るつぼ支台上の冷却されないセラミツク材
   料から成る蒸発るつぼ、転向装置、電子ビームを力学的
   な偏位させるための偏位装置と磁力による転向装置のゆ
   がみの力学的な修正のための磁力による偏位装置、揺動
   シールドおよび傾斜した帯状材料案内部とから成る、帯
   鋼を蒸着処理するための方法を実施するための装置にお
   いて、放射位置において電子ビーム５が長さ１００〜１
   ２０ｍｍの磁気的短絡部１１で四方が囲繞されているこ
   と、磁気による転向装置８が鉄で満されておりかつ保磁
   子を持たず、帯状材料の幅の２．１〜２．６倍の相互間
   隔で真空外で非磁性の壁１４の後方に設けられているこ
   と、蒸発るつぼが帯状材料の幅の≧１．２倍の幅と≧０
   ．４倍の長さおよび６０〜１００ｍｍのクレータ浴深さ
   を有していること、および帯鋼４が１０°〜１４°の角
   度でかつ帯状材料の幅の０．３〜０．４の間隔で蒸発る
   つぼ３の上方に設けられていることを特徴とする、上記
   装置。 ３ 蒸発るつぼ３を備えたるつぼ支台２、揺動シールド
   １３および転向装置８の半分が真空室１の扉として移動
   可能な壁１４に設けられていることを特徴とする、特許
   請求の範囲第２項に記載の装置。