(57)【要約】【課題】通電初期に溶融金属の這い上がりを少なくすることができるので、短絡の有無による容器への過剰の電力供給を防ぎ、その結果、容器温度上昇及びそれに伴う浸食速度の上昇を抑制することができ、更なる長寿命化を達成できる金属蒸着用容器を提供する。【解決手段】キャビティを有する導電性セラミックスからなり、その電極取り付け側上面の全面又は部分面に、溶融金属との濡れ性が悪い物質による溶融金属の這い上がり防止層が形成されてなるものであることを特徴とする金属蒸発容器。この場合において、導電性セラミックスが、二硼化チタン（ＴｉＢ２）、窒化硼素（ＢＮ）を主成分とするか、又は二硼化チタン（ＴｉＢ２）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするものであって、その相対密度が９０％以上であり、溶融金属がアルミニウムであり、溶融金属との濡れ性が悪い物質が黒鉛であることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを有する導電性セラミックスからなり、その電極取り付け側上面の全面又は部分面に、溶融金属との濡れ性が悪い物質による溶融金属の這い上がり防止層が形成されてなるものであることを特徴とする金属蒸発容器。
【請求項２】
導電性セラミックスが、二硼化チタン（ＴｉＢ２）、窒化硼素（ＢＮ）を主成分とするか、又は二硼化チタン（ＴｉＢ２）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするものであって、その相対密度が９０％以上であり、溶融金属がアルミニウムであり、溶融金属との濡れ性が悪い物質が黒鉛であることを特徴とする請求項１記載の金属蒸発容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の這い上がり防止し、更なる長寿命化を達成することができる金属蒸発容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム等の金属をフィルム等に蒸着するためには、キャビティを有する短冊状（直方体）導電性セラミックスからなる金属蒸発容器の両端部に電極を取り付け、キャビティに金属を入れながら、真空下、加熱蒸着を行い、その後冷却することが行われている。蒸着操作は、金属は連続的キャビティに投入されるが、一回毎のバッチであるため、容器には繰り返しの冷熱サイクルがかかり、更には金属による浸食を受けて寿命となる。この寿命は、導電性セラミックスが二硼化チタン（ＴｉＢ２）、窒化硼素（ＢＮ）を主成分とするものは約３００回、二硼化チタン（ＴｉＢ２）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするものは約１５０回程度である。なお、二硼化チタンは、主として、金属との濡れ性と導電性とを担い、窒化硼素、窒化アルミニウムは絶縁性を担っている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−９３７８８号公報
【０００３】
金属蒸発容器の更なる長寿命化には、蒸発金属と容器との濡れ性を高めることが必要となる。濡れ性が良くなるほど、金属の蒸発面積が広くなるので容器の加熱温度を低くすることができ、蒸発金属と容器の反応が抑制され、侵食量が低減される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、濡れ性の改善は、溶融金属と濡れ性の良好な物質を添加する方法によって行われているが、添加物質の種類によって導電性又は絶縁性が損なわれることが多くこの方法には限度があった。本発明者は、新たな観点にたってこの課題に取り組むべく、溶融金属の挙動を詳しく観察したところ、以下のことを見いだした。キャビティに投入された金属は、溶融後、キャビティの幅方向よりも長手方向（通電方向）に早く拡がり、キャビティ底面を完全に濡らす前に電極に達して短絡状態となっていた。短絡状態になると加熱に用いられる電力が低下するので容器の温度が下がり、蒸着量の低下ひいては生産能力の低下に繋がってしまう。そこで容器温度を元に戻すには、更なる電力アップを余儀なくされるが、一旦短絡が無くなった場合は、逆に容器温度が過剰に上昇し、溶融金属の浸食速度が速くなって寿命を早めている。本発明は、このような知見に基づくものであり、電極に溶融金属が到達する前にキャビティ底面を完全に溶融金属で満たすべく、溶融金属の電極への到達時間を遅らせる工夫が施された金属蒸発容器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明は、キャビティを有する導電性セラミックスからなり、その電極取り付け側上面の全面又は部分面に、溶融金属との濡れ性が悪い物質による溶融金属の這い上がり防止層が形成されてなるものであることを特徴とする金属蒸発容器である。この場合において、導電性セラミックスが、二硼化チタン（ＴｉＢ２）、窒化硼素（ＢＮ）を主成分とするか、又は二硼化チタン（ＴｉＢ２）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするものであって、その相対密度が９０％以上であり、溶融金属がアルミニウムであり、溶融金属との濡れ性が悪い物質が黒鉛であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の金属蒸着容器は、通電初期に溶融金属の這い上がりを少なくすることができるので、短絡の有無による容器への過剰の電力供給を防ぎ、その結果、容器温度上昇及びそれに伴う浸食速度の上昇を抑制することができ、更なる長寿命化が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明で用いる導電性セラミックスの構成成分は、窒化チタン、炭化珪素、炭化クロム、硼化ジルコニウム等の導電性物質と窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素、アルミナ、シリカ、酸化チタン等の絶縁物質より構成されてあればよいが、二硼化チタン、窒化硼素を主成分とするか、又は二硼化チタン、窒化硼素、窒化アルミニウムを主成分とするものであることが好ましい。特に好ましくは、二硼化チタン３０〜６０％（「質量％」、以下同じ。）、窒化硼素７０〜４０％であるか、又は二硼化チタン３５〜５５％、窒化硼素２５〜４０％、窒化アルミニウム５〜４０％である。このような組成によると、導電性セラミックスの加工性が高まる。また、導電性セラミックスの相対密度は９０％以上であることが好ましい。相対密度が９０％未満であると、溶融金属が導電性セラミックスの気孔に入って浸食するため、浸食速度が増大する。相対密度９０％以上を容易に実現するには、上記組成に焼結助剤を１０％を超えない範囲で添加することが好ましい。
【０００８】
本発明で用いる導電性セラミックスの製造方法の一例を示せば次のとおりである。
【０００９】
原料の二硼化チタン粉末としては、金属チタンとの直接反応やチタニア等の酸化物の還元反応を利用した方法等いずれの製造法によって得られたもので良い。平均粒子径は５〜２５μｍの範囲にあることが好ましい。
【００１０】
窒化硼素粉末としては、六方晶窒化硼素又はアモルファス窒化硼素又はこれらの混合粉末が使用される。これは、硼砂と尿素の混合物をアンモニア雰囲気中で８００℃以上で加熱する方法、硼酸または酸化硼素と燐酸カルシウムの混合物をアンモニウム、ジシアンジアミド等の含窒素化合物を１３００℃以上に加熱する方法などによって製造することができる。更には、窒化硼素粉末を窒素雰囲気中で高温加熱し、結晶性を高めたものであっても良い。窒化硼素粉末の平均粒子径は、１０μｍ以下、特に５μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
窒化アルニミウム粉末は、直接窒化法、アルミナ還元法などで製造されたものでよく、平均粒子径が５μｍ以下、特に２μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
焼結助剤としては、アルカリ土類金属酸化物、希土類元素酸化物及び加熱によってこれらの酸化物となる化合物から選ばれた一種又は二種以上の粉末を用いることができる。具体的には、例えばＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｐｍ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３など、更にはＣａ（ＯＨ）２等の水酸化物や、ＭｇＣＯ３等の炭酸塩等、加熱によって酸化物になる化合物である。焼結助剤の平均粒子径は５μｍ以下、特に１μｍ以下が好ましい。
【００１３】
混合原料粉末は、好ましくは造粒されてから、成形・焼結される。成形・焼結条件の一例は、０．５〜２００ＭＰａの一軸加圧又は冷間等方圧加圧した後、１８００〜２２００℃の温度下における常圧焼結又は１ＭＰａ以下の低圧焼結である。更には、１８００〜２２００℃、１〜１００ＭＰａのホットプレス又は熱間等方圧プレスである。
【００１４】
焼結は、黒鉛製容器、窒化硼素製容器、窒化硼素で内張した容器に収納して行うことが望ましい。ホットプレス法では、黒鉛又は窒化硼素製スリーブ、窒化硼素で内張したスリーブを用いて焼結する。
【００１５】
導電性セラミックスから、金属蒸着容器に加工するには、常法により適宜形状に成形体を該導電性セラミックスから切り出して行われる。本発明の金属蒸発容器は、導電性セラミックス上面のほぼ中央部にキャビティが設けられた短冊状（直方体）であり、その寸法の一例を示せば、全体寸法が縦１００〜２００ｍｍ×幅２０〜６０ｍｍ×高さ５〜２０ｍｍ、キャビティ寸法が縦８０〜１８０ｍｍ×幅１５〜５０ｍｍ×深さ１〜５ｍｍである。
【００１６】
本発明の特徴は、キャビティが設けられた残りの上面であって、しかも電極取り付け側の上面（すなわち、金属蒸発容器の長手方向にあってキャビティを除く残りの上面）の全面又は部分面に、溶融金属との濡れ性が悪い物質によって溶融金属の這い上がり防止層が形成されていることである。
【００１７】
本発明における「溶融金属との濡れ性が悪い物質」とは、溶融金属を滴下したときに溶融金属となす濡れ角が９０°以上となる物質であると定義され、それを例示すると、窒化ほう素、黒鉛、シリカ、アルミナ等である。溶融金属が溶融アルミニウムであるときは、黒鉛が最適となる。
【００１８】
溶融金属との濡れ性が悪い物質によって、溶融金属の這い上がり防止層を形成するには、この濡れ性が悪い物質と溶媒を例えばボールミル、コロイドミル、アトライターミル等の公知の混合機を用いたり、更には高圧ホモジナイザーと呼ばれている高圧下による混合装置を用いてスラリーを調整し、それを電極取り付け側の上面の全面又は部分面に塗布した後、１００℃以下で乾燥することによって行うことができる。また、黒鉛の場合は、コロイド状の黒鉛が塗料として市販されているので、これを用いることもできる。
【００１９】
這い上がり防止層の厚みは１ｍｍ以下（０を含まず）、好ましくは０．０１〜０．５ｍｍであることが好ましく、その形成位置は、キャビティ縁部から７ｍｍ以内の位置から少なくとも１ｍｍの幅をもって形成させることが好ましい。勿論、キャビティを除く全面に形成することもできる。
【実施例】
【００２０】
実施例１
二硼化チタン（平均粒子径１５μｍ）、窒化硼素（平均粒子径２．３μｍ）、窒化アルミニウム粉末（平均粒子径２．０μｍ）を４９：３０：２１の質量割合で混合し、混合原料粉末を調製した。これを、４０ｍｍ×１５ｍｍ×１６０ｍｍに成形（冷間等方圧加圧、圧力２５ＭＰａ）した後、それを窒化硼素製容器に収納し、２１００℃で２０ＭＰａの圧力にてホットプレスを行った。得られた導電性セラミックスを３５ｍｍ×１２ｍｍ×１５０ｍｍに加工し、密度を実測して相対密度を算出した後、上面中央部にキャビティ（３１ｍｍ×１ｍｍ×１２０ｍｍ）の加工を行った。キャビティの周辺部に市販の黒鉛スプレー（日本黒鉛工業社製「バニーハイト」）を塗布した後、５０℃の熱風乾燥機中で乾燥して、溶融金属との濡れ性が悪い物質によって溶融金属の這い上がり防止層を形成した。防止層厚み、形成位置（キャビティ縁部と防止層との空白距離）、防止層幅を表１に示す。
【００２１】
以上のようにして製造された金属蒸発容器を、３．０×１０−２Ｐａ以下の真空に保持し、容器に通電加熱して１６００℃に保持し、この状態で直径２ｍｍのアルミニウムワイヤーを１０ｇ／分の速度で５分間供給した。常温まで冷却してから容器を取り出し、キャビティ内の濡れ面積を画像解析装置により測定し、式、（濡れ面積比率（％））＝（濡れ面積）×１００／（キャビティ底面積）、により濡れ面積比率を算出した。ついで、この容器を再度セットし、真空とした後、１６００℃まで通電加熱した。加熱後再度Ａｌワイヤーを１０ｇ／分の速度で６０分間供給、冷却操作をそれぞれを１０回ずつ繰り返した後、蒸着容器を取り出し、最深部の浸食距離をレーザー式厚み測定機にて測定した。これらの結果を表１に示す。
【００２２】
実施例２〜５
黒鉛スプレーのかわりに市販のＢＮコート剤（日本黒鉛工業社製 商品名「ル−ＢＮ」）を塗布（実施例２）、市販の黒鉛スプレー（日本カーボン社製商品名「ピタゾル」）を塗布（実施例３）、ＢＮ粉末｛電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド  ＧＰグレード」（平均粒子径７．９μｍ、酸化ほう素含有量０．１５質量％）｝と蒸留水を、ＢＮ：蒸留水の質量比率を１５：８５の割合として調製されたスラリーを塗布（実施例４）、市販の金属蒸発容器（ワッカーセラミックス社商品名「ダイメット」、二硼化チタン、窒化硼素を主成分とするもの。）に黒鉛スプレーを塗布（実施例５）、したこと以外は、実施例１と同様にして金属蒸発容器を作製し評価を行った。
【００２３】
実施例６〜８
防止層の厚み、その形成位置、防止層の幅を変更したこと以外は、実施例１と同様にして金属蒸発容器を作製し評価を行った。
【００２４】
比較例１、２
黒鉛スプレーを塗布せず、溶融金属の這い上がり防止層を形成させない金属蒸発容器を用いたこと以外は、実施例１（比較例１）又は実施例５（比較例２）と同様にして評価を行った。
【００２５】
【表１】
2005113171.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の金属蒸着用容器は、アルミニウム等の金属をフィルム、セラミックス等に蒸着する発熱体として使用される。は