(57)【要約】【課題】被処理鋼板に対してＨＣＤ法によりセラミック被膜を被成する際し、被処理鋼板の板幅方向にわたって均一にセラミック被膜を被成する。【解決手段】真空槽内に、蒸発物質を収納した少なくとも一つの坩堝と、この坩堝周りに設置した集束コイルと、プラズマ発生用の少なくとも一つの中空陰極ガン（ＨＣＤガン）と、サブストレイトおよび反応ガス導入口とを有するＨＣＤイオンプレーティング装置において、上記坩堝周りに設置した集束コイルについて、基部は円形状とし、サブストレイトヘ向かうにつれて板幅方向を長軸とする楕円形状に変化させる。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に、蒸発物質を収納した少なくとも一つの坩堝と、この坩堝周りに設置した集束コイルと、プラズマ発生用の少なくとも一つの中空陰極ガン（ＨＣＤガン）と、サブストレイトおよび反応ガス導入口とを有するＨＣＤイオンプレーティング装置において、上記坩堝周りに設置した集束コイルについて、基部は円形状とし、サブストレイトヘ向かうにつれて板幅方向を長軸とする楕円形状に変化させたことを特徴とするＨＣＤイオンプレーティング装置。
【請求項２】
請求項１において、サブストレイトの裏側の板幅方向両サイド部に、円形状または楕円形状の集束コイルを別途配置したことを特徴とするＨＣＤイオンプレーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として　Ａｉｒ−ｔｏ−Ａｉｒ　方式の連続イオンコーティングラインに用いて好適なＨＣＤイオンプレーティング装置に関し、特に被処理鋼板の板幅方向にわたって均一なセラミック被膜の形成を達成しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空陰極法（ＨＣＤ法：Ｈｏｌｌｏｗ　Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）によるイオンプレーティング法は、イオン化率が極めて高いため、通常のＥＢ（エレクトロンビーム）法によるイオンプレーティング法よりも、蒸着膜質が良好で、かつ基板との密着性に優れている。また、このＨＣＤ法は、反応ガス流量、真空度、バイアス電圧、基板温度および基板の前処理等の条件が多少変動したとしても、容易にしかもスムーズに順応できるという大きな利点がある。
【０００３】
かようなＨＣＤ法用の装置として、例えば特公平４−７７０７３　号公報に、大電流で効率を高めたＨＣＤ装置が開示されている。
この公報に開示の装置では、坩堝の外周を取り囲む集束コイルを、坩堝からサブストレイトの直近まで蒸着移動経路を囲繞して延在させることによって、イオン化効果およびイオンの蒸着効率の向上を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、集束コイルを、坩堝からサブストレイトの直近まで延在させることによって、蒸着効率を向上さるせことはできたが、この装置では、被処理材である鋼板の板幅方向にわたる蒸着ムラを解消することはできなかった。
本発明は、上記の問題を有利に解決したもので、連続イオンコーティングラインを通板中の被処理鋼板に対してＨＣＤ法によりセラミック被膜を被成するに際し、被処理鋼板の板幅方向にわたって均一にセラミック被膜を形成することができるＨＣＤイオンプレーティング装置を提案することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
さて、本発明者は、上記の目的を達成すべく、プラズマコーティングの際に蒸気流の流れを制御すると考えられる集束コイルに注目して、数多くの実験と検討を行った。
その結果、集束コイルの形状をサブストレイトに近づくに従って適宜変形させることによって、蒸気流の制御が可能となり、その結果、板幅方向にわたる蒸着ムラの発生を有利に解消できることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００６】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．真空槽内に、蒸発物質を収納した少なくとも一つの坩堝と、この坩堝周りに設置した集束コイルと、プラズマ発生用の少なくとも一つの中空陰極ガン（ＨＣＤガン）と、サブストレイトおよび反応ガス導入口とを有するＨＣＤイオンプレーティング装置において、上記坩堝周りに設置した集束コイルについて、基部は円形状とし、サブストレイトヘ向かうにつれて板幅方向を長軸とする楕円形状に変化させたことを特徴とするＨＣＤイオンプレーティング装置。
【０００７】
２．上記１において、サブストレイトの裏側の板幅方向両サイド部に、円形状または楕円形状の集束コイルを別途配置したことを特徴とするＨＣＤイオンプレーティング装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明を由来するに至った実験結果について説明する。
Ｃ：０．０７６　ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．４２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０７５　ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２０　ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０２５　ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０２０　ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０７１　ｍａｓｓ％およびＭｏ：０．０１２　ｍａｓｓ％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる珪素鋼連鋳スラブを、１３４０℃、５時間の加熱処理後、熱間圧延により板厚：２．０　ｍｍの熱延板とした。ついで、この熱延板に１０００℃、２分間の均一化焼鈍を施したのち、１０５０℃の中間焼鈍を挟む２回の圧延を施して板厚：０．２３ｍｍの最終冷延板とした。
【０００９】
ついで、この最終冷延板の表面に、アルキド系樹脂を主成分とするエッチングレジストインキをグラビアオフセット印刷により、非塗布部が圧延方向にほぼ直角に幅：２００　μｍ　、間隔：４ｍｍで線状に残存するように塗布したのち、２００　℃で３分間焼き付けた。この時のレジスト厚は２μｍ　であった。このようにしてエッチングレジストを塗布した鋼板に、電解エッチングを施すことにより、幅：２００μｍ　、深さ：２０μｍ　の線状の溝を形成し、ついで有機溶剤中に浸漬してレジストを除去した。この時の電解エッチングは、ＮａＣｌ電解液中で電流密度：１０　Ａ／ｄｍ２、処理時間：２０秒の条件で行った。
【００１０】
その後、　８４０℃の湿Ｈ２中で脱炭・１　次再結晶焼鈍を行った後、鋼板表面に　ＭｇＯ（６０ｍａｓｓ％），　Ｓｒ（ＯＨ）（１０ｍａｓｓ％），　ＳｂＣｌ３（３０ｍａｓｓ％）の組成になる焼鈍分離剤スラリ−を塗布してから、　８５０℃で１５時間の焼鈍後、　８５０℃から１０℃／ｈの速度で１０８０℃まで昇温してゴス方位に強く集積した２次再結晶粒を発達させた後、１２００℃の乾Ｈ２中で純化処理を施してフォルステライト被膜を有しない一方向性珪素鋼板（以下、膜無し珪素鋼板と呼ぶ）を製造した。
【００１１】
かくして得られた膜無し珪素鋼板の表面に、図１に示すような　Ａｉｒ−ｔｏ−Ａｉｒ方式の連続セラミックコーティング装置を用い大容量ＨＣＤ法によりＴｉＮＯ被膜を被成した。なお、この図１は、本発明者らによる文献（井口　征夫ら「中空陰極放電型大電流電子銃を利用した連続イオンプレーティング装置」真空、４１巻、８号（１９９８）、Ｐ．　７１８−７２１　）に掲載した連続イオンプレーティング装置を改良したものである。
【００１２】
図１において、領域ａは差動排気系、領域ｂは予熱室、領域ｃは大容量のＨＣＤプラズマコーティング室を示したものである。
差動排気系ａにおいて、番号１は差圧シールローラ、２は差圧シール室、３は真空ポンプであり、かような差動排気系を用いて、予熱室ｂまで連続的に真空度を上げることにより、２〜５×１０−５Ｔｏｒｒの高真空状態にすることができる。
また、予熱室ｂにおいて、４はホットローラ、５は電子ビームガンであり、これらのホットローラ４と電子ビームガン５により、膜無し珪素鋼板を　１００〜４００℃まで予熱すると共に、鋼板表面の清浄化を図る。
【００１３】
次のコーティング室ｃには、図２に示すような大容量のＨＣＤ装置６が設置してある。図中、番号７は真空槽、８はサブストレートである珪素鋼板、９はＨＣＤガン、１０はＬ型のＴａカソード（図１ではＨＣＤガンとして、斜方ＨＣＤガンを示しているが、その後の実験でＬ型のＴａカソードの方が高速の成膜速度が安定して得られることが判明したので、この方式を採用することにした）、１１はプラズマ電子ビーム、１２は坩堝、１３は蒸発源（この例で溶融Ｔｉ）、１４は集束コイル、１５は反応ガス（窒素）の供給管、そして１６がＴｉ＋　イオンである。
【００１４】
さて、図３に、鋼板の板幅方向にわたって蒸気流を適正に制御することができる本発明に従う集束コイル１７を模式で示す。同図（ａ）　は集束コイルの側面図、同図（ｂ）　は集束コイルの上面図である。
この集束コイル１７は、坩堝周りについては、ＨＣＤ法でＴｉ等の金属の溶解・イオン化を均一に行うために円形状とし、サブストレイトへ向かう蒸着移動経路上でサブストレイトに近接するにつれて、板幅方向を長軸とする楕円形状に変化させてある。
かようなコイル形状とすることにより、イオン化したＴｉ＋　の蒸気流を板幅方向に分散させてサブストレイトへ導くことができ、その結果、Ｔｉ＋　イオンをサブストレイトに均一に付着させることが可能となるのである。
【００１５】
図４は、サブスレイトである珪素鋼板の板幅方向に本発明に従う集束コイル１７を２個並列に設置すると共に、サブストレイト８の裏側の板幅方向両サイド部に、円形状の集束コイル１８をそれぞれ設置した場合である。なお、同図（ａ）　は集束コイルの側面図、同図（ｂ）　は集束コイルの上面図である。
図４に示したように、サブストレイトの表側に集束コイル１７を２個並列に設置することにより、イオン化したＴｉ＋　の蒸気流を板幅方向により一層均一に付着させることができる。
【００１６】
しかしながら、サブストレイトの両サイド部では、中央部に比べると、若干ではあるがＴｉ＋　イオンの付着量が少なくなることが否めない。
この点を改善するためには、サブストレイトの裏側の板幅方向両サイド部に集束コイル１８を別途配置することが有利である。
すなわち、サブストレイト８の表側の集束コイル１７によって導かれた蒸気流は、通常サブストレイトの両サイド部から上方に逃げようとするが、上記のような構造にすると、逃げようとする蒸気流を両サイド部の集束コイル１８で捕捉することができ、その結果、両サイド部における付着量の低減が有利に改善され、板幅方向にわたって均一にセラミック被膜の形成が実現されるのである。
【００１７】
なお、板幅方向に均一にイオン化したＴｉ＋　の蒸気流をサブストレイトに導くには、これらの集束コイル中の磁場分布や磁束線を適切に計算することが重要である。
また、上述の例では、サブストレイトの表側に集束コイル１７を１個または２個設置した場合について説明したが、この集束コイル１７の個数については制限はなく、必要に応じて３個以上設置しても何ら問題はない。
さらに、サブストレイトの裏側の設置する集束コイル１８について、円形状の場合のみを示したが、この集束コイル１８の形状も表側に集束コイル１７の場合と同様、板幅方向を長軸とする楕円形状にしても良いのは言うまでもない。
【００１８】
なお、被処理鋼板についても、主に膜無し珪素鋼板について説明したが、これだけに限るものではなく、軽酸洗処理、機械研磨処理あるいは電解研磨処理を施した珪素鋼板等にも有利に適用することができる。
【００１９】
【実施例】
実施例１
Ｃ：０．０７５　ｍａｓｓ％，Ｓｉ：３．４１ｍａｓｓ％，Ｍｎ：０．０７２　ｍａｓｓ％，Ｓｅ：０．０２０　ｍａｓｓ％，Ｓｂ：０．０２５　ｍａｓｓ％，Ａｌ：０．０２０　ｍａｓｓ％，Ｎ：０．００７５ｍａｓｓ％およびＭｏ：０．０１２　ｍａｓｓ％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる珪素鋼連鋳スラブを、１３３０℃で５時間の加熱処理後、熱間圧延により厚み：２．１　ｍｍの熱延板とした。ついで１０００℃の均一化焼鈍を施したのち、１０５０℃の中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して０．２３ｍｍ厚の最終冷延板とした。
【００２０】
ついで、この最終冷延板の表面に、アルキド系樹脂を主成分とするエッチングレジストインキをグラビアオフセット印刷により、非塗布部が圧延方向にほぼ直角に幅：２００　μｍ　、間隔：４ｍｍで線状に残存するように塗布したのち、２００　℃で３分間焼き付けた。この時のレジスト厚は２μｍ　であった。このようにしてエッチングレジストを塗布した鋼板に、電解エッチングを施すことにより、幅：２００μｍ　、深さ：２０μｍ　の線状の溝を形成し、ついで有機溶剤中に浸漬してレジストを除去した。この時の電解エッチングは、ＮａＣｌ電解液中で電流密度：１０　Ａ／ｄｍ２、処理時間：２０秒の条件で行った。
【００２１】
その後、　８４０℃の湿Ｈ２中で脱炭・１次再結晶焼鈍を行った後、鋼板表面にＭｇＯ（６０ｍａｓｓ％），　Ａｌ２Ｏ３（５ｍａｓｓ％），　Ｓｒ（ＯＨ）（３ｍａｓｓ％），　ＳｂＣｌ３（３０ｍａｓｓ％），　ＳｉＯ２（２ｍａｓｓ％）の組成になる焼鈍分離剤スラリ−を塗布し、ついで　８５０℃で１５時間焼鈍後、８５０　℃から１０℃／ｈの速度で１０５０℃まで昇温してゴス方位に強く集積した２次再結晶粒を発達させたのち、１２００℃の乾Ｈ２中で純化処理を施して膜無し珪素鋼板を作製した。
【００２２】
かくして得られた珪素鋼コイルの表面に、そのままの状態で、図３または図４に示したような集束コイルを有するＨＣＤ装置を内蔵した、図１に示したようなＡｉｒ−ｔｏ−Ａｉｒ　方式の連続イオンコーティング装置を用い、ＴｉＮＯ被膜を　０．１μｍ厚成膜した。
ついで、第２層としてマグネトロン・スパッタ法により　ＳｉＮＸ　被膜を　０．２μｍ厚成膜した。
その後、この珪素鋼板の表面に燐酸塩とコロイダルシリカを主成分とする絶縁コーティング液を塗布・乾燥後、８１５　℃の窒素中で１分間焼付けたのち、窒素中にて　８００℃，　３時間の歪取り焼鈍を施した。
【００２３】
かくして得られた製品コイルの磁気特性および密着性は次のとおりであった。なお、磁気特性については、板幅方向に採取したエプスタイン試験片３６枚の平均磁気特性で示す。
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また、この場合の板幅方向におけるＴｉＮＯの膜厚分布について調べたところ、図５（ａ）　に示すように膜厚偏差は±１０％と極めて良好であった。
【００２４】
2004035942.tif 000004
また、この場合の板幅方向におけるＴｉＮＯの膜厚分布について調べたところ、図５（ｂ）　に示すように、膜厚偏差は中央部付近では±１０％と良好であったが、両サイド部では膜厚が幾分薄くなり、±１８％であった。
【００２５】
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また、この場合の板幅方向におけるＴｉＮＯの膜厚分布について調べたところ、図５（ｃ）　に示すように、二つの山ができ、膜厚偏差は±２５％にも達した。
【００２６】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、被処理鋼板に対し、板幅方向にわたって膜厚が極めて均一なセラミック被膜を安定して被成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用した　Ａｉｒ−ｔｏ−Ａｉｒ　方式の連続セラミックコーティング装置の模式図である。
【図２】本発明に使用した大容量のＨＣＤ装置の模式図である。
【図３】本発明に従う集束コイルの配置例を示す模式図である。
【図４】本発明に従う集束コイルの配置例の別例を示す模式図である。
【図５】板幅方向におけるＴｉＮＯの膜厚分布を示す図である。
【符号の説明】
ａ　差動排気系
ｂ　予熱室
ｃ　ＨＣＤプラズマコーティング室
１　差圧シールローラ
２　差圧シール室
３　真空ポンプ
４　ホットローラ
５　電子ビームガン
６　ＨＣＤ装置
７　真空槽
８　サブストレート（珪素鋼板）
９　ＨＣＤガン
１０　Ｌ型のＴａカソード
１１　プラズマ電子ビーム
１２　坩堝
１３　蒸発源（溶融Ｔｉ）
１４　集束コイル
１５　反応ガス（窒素）の供給管
１６　Ｔｉ＋　イオン
１７　サブストレイトの表側の集束コイル
１８　サブストレイトの裏側の集束コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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