(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内で連続的に走行する鋼板に蒸発材料を蒸着する成膜室の上流側において、鋼板を囲み内部が真空に保持された予備加熱室を設け、その予備加熱室内で蒸着前の鋼板に電子ビームを照射して鋼板を加熱するとともに、その予備加熱室に磁場を生じさせて、鋼板で反射した電子を偏向させて鋼板に再照射し、さらに鋼板を加熱する、ことを特徴とする連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱方法。
【請求項２】
上記反射した電子の進行方向の後方から見て左側から右側に向かう方向に磁場を生じさせて、鋼板で反射した電子を鋼板に再照射するように偏向させる請求項１記載の連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱方法。
【請求項３】
真空チャンバー内で連続的に走行する鋼板に蒸発材料を蒸着する成膜室の上流側に設けられ、鋼板を囲み内部が真空に保持された予備加熱室と、その予備加熱室内で蒸着前の鋼板に電子ビームを照射する電子銃と、その鋼板で反射した電子の進行方向の後方から見て左側から右側に向かう方向に磁場を生じさせる一対の電磁コイルと、を備え、電子ビームにより鋼板を直接加熱するとともに、その反射した電子によっても鋼板を加熱する、ことを特徴とする連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱装置。
【請求項４】
上記電子銃は予備加熱室の上流側下方から下流側上方の向きに取付けられており、一対の電磁コイルは電子銃よりも下流側に設置されている請求項３記載の連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱装置。
【請求項５】
上記電子銃は予備加熱室の下面から垂直上向きに取付けられており、上記一対の電磁コイルは電子銃の上流側および下流側の両方に設置されている請求項３記載の連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空蒸着装置は、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。かかる成膜プロセスにおいて蒸着用金属を加熱するために電子ビームを用い薄板状の連続した走行鋼板に金属を蒸着させる連続真空蒸着装置が従来から知られている。この連続真空蒸着装置は、通常の湿式メッキでは扱えない高融点金属及び窒化物、炭化物、酸化物などのセラミックスの蒸着が可能であり、かつ付着速度が大きい等の長所を有している。
【０００３】
かかる従来の連続真空蒸着装置は、例えば図５に示すように、連続走行する鋼板１と、電子ビーム２を放射する電子銃３と、溶解した蒸着材料４を収容するルツボ５と、これらを内蔵する真空チャンバー６とを備え、電子銃３により電子ビーム２を放射し、図示しない磁界により電子ビーム２の方向をルツボ５内に曲げてルツボ５内の金属を加熱・蒸発させ、蒸発金属を鋼板１の表面に凝固させて被膜を作るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した連続真空蒸着装置では、鋼板１の表面に密着性に優れた蒸着膜を形成するために、鋼板１を成膜前に適当な温度（例えば１００〜５００℃）に予備加熱する必要がある。従来かかる予備加熱は、図６に例示する抵抗加熱ヒータ７からの輻射熱を用いた輻射加熱、或いは図示しない誘導加熱により行われていた。なお、図中の８は断熱材である。
【０００５】
しかし、従来の輻射加熱及び誘導加熱では、▲１▼ヒータの熱容量が大きいため、ヒータ自体の昇温及び冷却に時間がかかり、かつ▲２▼鋼板の移動速度が変化した場合などに、ヒータ温度が一定になるまでに長時間を必要とし、さらに▲３▼内部を点検などする場合には、ヒータの酸化防止のために、発熱体の温度が２００℃以下に下がるまで大気解放することができず、長時間放置したり、２〜３時間余分に真空ポンプを運転させたりする必要がある、などの問題点があった。
【０００６】
また、▲４▼ヒータから鋼板への伝熱は真空中の熱輻射によるため、高速（５０〜４００ｍ／ｍｉｎ）で真空蒸着する場合には、ヒータ面積が相当に大きくなるとともに予備加熱領域が非常に大きくなり、かつ▲５▼鋼板以外へも熱輻射により伝熱されるため、放熱ロスが大きい、などの問題点があった。
また、かかる従来の加熱手段では、▲６▼鋼板表面に付着した油、ゴミ及び酸化物を加熱しただけでは除去できなかった。
【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、短時間に起動又は停止ができ、鋼板の移動速度の変化にも短時間に対応でき、停止後の大気解放が短時間ででき、比較的小さい予備加熱領域で高速走行する鋼板を予備加熱することができ、放熱ロスが少なく熱効率が高く、かつ鋼板表面の付着物の除去もできる、連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱方法及び装置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、真空チャンバー内で連続的に走行する鋼板に蒸発材料を蒸着する成膜室の上流側において、鋼板を囲み内部が真空に保持された予備加熱室を設け、その予備加熱室内で蒸着前の鋼板に電子ビームを照射して鋼板を加熱するとともに、その予備加熱室に磁場を生じさせて、鋼板で反射した電子を偏向させて鋼板に再照射し、さらに鋼板を加熱する、ことを特徴とする連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱方法が提供される。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態によれば、上記反射した電子の進行方向の後方から見て左側から右側に向かう方向に磁場を生じさせて、鋼板で反射した電子を鋼板に再照射するように偏向させることが好ましい。
【００１０】
また、本発明によれば、真空チャンバー内で連続的に走行する鋼板に蒸発材料を蒸着する成膜室の上流側に設けられ、鋼板を囲み内部が真空に保持された予備加熱室と、その予備加熱室内で蒸着前の鋼板に電子ビームを照射する電子銃と、その鋼板で反射した電子の進行方向の後方から見て左側から右側に向かう方向に磁場を生じさせる一対の電磁コイルと、を備え、電子ビームにより鋼板を直接加熱するとともに、その反射した電子によっても鋼板を加熱する、ことを特徴とする連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱装置が提供される。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態によれば、上記電子銃は予備加熱室の上流側下方から下流側上方の向きに取付けられており、一対の電磁コイルは電子銃よりも下流側に設置されている。
【００１２】
さらに本発明の好ましい実施の形態によれば、上記電子銃は予備加熱室の下面から垂直上向きに取付けられており、上記一対の電磁コイルは電子銃の上流側および下流側の両方に設置されている。
【００１３】
上述の本発明の方法及び装置によれば、成膜室の上流側に予備加熱室と電子銃を備えて予備加熱室内で蒸着前の鋼板に電子ビームを照射するので、電子ビームにより直接鋼板を加熱することができ、これにより、比較的小さい予備加熱領域で高速走行する鋼板を予備加熱でき、かつ電子ビームにより鋼板表面がボンバードされるので鋼板表面の付着物の除去もできる。また、電子銃は熱容量が小さく起動及び停止が瞬時にできるので、予備加熱を短時間に開始又は停止でき、鋼板の移動速度の変化にも瞬時に対応でき、停止後の大気解放が短時間でできる。
【００１４】
また、鋼板で反射した電子の進行方向の後方から見て左側から右側に向かう方向に磁場を生じさせて偏向させることにより、その反射した電子を鋼板に再照射して加熱すれば、放熱ロスを低減し、熱効率を高めるとともに、鋼板表面をボンバードして鋼板表面の付着物を除去することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図１から図４を参照して説明する。なお、各図において従来と共通する部分には同一の符号を付して使用する。
【００１６】
図１は本発明による鋼板の予備加熱装置を有する連続真空蒸着装置の全体構成図であり、図２は本発明による鋼板の予備加熱装置の詳細図であり、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその平面図である。これらの図において、連続真空蒸着装置は、真空チャンバー６内で連続的に走行する鋼板１に蒸発材料を蒸着する成膜室１１を有し、この成膜室１１内に電子銃３により電子ビーム２を放射し、図示しない磁場により電子ビーム２の方向を曲げてルツボ５内の金属を加熱及び蒸発させ、蒸発金属を鋼板１の表面に凝固させて被膜を作るようになっている。
【００１７】
本発明の鋼板の予備加熱装置１０は、成膜室１１の上流側に設けられ鋼板１を囲み内部が真空に保持された予備加熱室１２と、予備加熱室１２内で蒸着前の鋼板１に電子ビーム１３を照射する電子銃１４と、その鋼板１で反射した電子（以下、反射電子という）１５の進行方向の後方から見て左側から右側に向かう方向に磁場を生じさせる一対の電磁コイル（いわゆる電磁石）１６，１７と、を備えている。なお、電磁コイル１７は予備加熱室１２を挟んで反対側にあるので、図１および図２（Ａ）では図示していない。
【００１８】
図２に示すようにこの電磁コイル１６，１７は、鋼板１の走行方向と平行な予備加熱室１２の側面１８に対し、その軸心が垂直になるように設けられている。一方の電磁コイル１６は、その外側から見て鉄心にコイルが右巻きに巻かれ、他方の電磁コイル１７は、その外側から見て鉄心１９にコイル２０が左巻きに巻かれている。したがって、電磁コイル１６の予備加熱室１２側がＮ極、電磁コイル１７の予備加熱室１２側がＳ極となり、電磁コイル１６から電磁コイル１７に向かう磁場が発生する。なお、図中の電磁コイル１６から電磁コイル１７に向かう矢印は磁力線であり、二点鎖線は鋼板１である。ここで、電磁コイルの代わりに永久磁石を用いてもよい。
【００１９】
また、図では、電磁コイル１６，１７は予備加熱室１２の外部に設けられているが、予備加熱室１２の内部に設けるようにしてもよい。ただし、図に示すように予備加熱室１２の外部に設けた方が、電磁コイル１６，１７のメンテナンスや予備加熱室１２の洗浄などが容易になる。
【００２０】
図３は反射電子が偏向する様子を示す図である。図に示すように反射角θで反射した電子ビーム１３の反射電子１５が、電磁コイル１６，１７により紙面の表から裏に向かう向きに発生した磁場（その磁束密度をＢとする）に進入すると、反射電子１５の進行方向ｅとは反対の向きに電流Ｉが流れることになり、反射電子１５はフレミングの左手の法則により反射電子１５の進行方向ｅおよび電流Ｉの向きと垂直をなす方向に力Ｆ（＝Ｉ×Ｂ）を受ける。したがって、反射電子１５は徐々に鋼板１の方向へと偏向され、鋼板１に再照射されることになる。さらに、その再照射された反射電子１５の反射電子も同様にして鋼板１に再照射される。ここで、磁場を発生させる手段として電磁コイル１６，１７を用いることにより、電磁コイル１６，１７に流す電流の大きさを変化させるだけで、その磁束密度Ｂの大きさを自由に調節することができる。したがって、容易に最適な反射電子１５の到達範囲や衝突速度を得ることができる。また、ほとんどの反射電子１５が反射を繰り返したのち最終的に鋼板１に吸収されるため、予備加熱室１２に吸収される反射電子１５が激減し、予備加熱室１２の加熱を抑えることができる。したがって、予備加熱室１２の冷却水量を減らすなどその冷却機能を縮小することができる。
【００２１】
上述したような鋼板の予備加熱装置１０により、まず予備加熱室１２内で移動している鋼板１の下面（蒸着面）に下方向より電子銃１４から発射された電子ビーム１３を照射して鋼板１を直接加熱する。したがって、比較的小さい予備加熱領域で高速走行する鋼板を予備加熱でき、かつ電子ビーム１３により鋼板１の表面がボンバードされるので鋼板表面の付着物の除去もできる。また、電子銃１４は熱容量が小さく起動及び停止が瞬時にできるので、予備加熱を短時間に開始又は停止でき、鋼板１の移動速度の変化にも瞬時に対応でき、停止後の大気解放が短時間でできる。
【００２２】
さらに、反射電子１５を偏向させて鋼板に再照射し、さらに鋼板を加熱する。したがって、反射電子１５を予備加熱室１２に吸収させることなく再加熱に利用しているため、放熱ロスが少なく、熱効率が良い。また、その反射電子１５により、さらに鋼板１の表面がボンバードされ、鋼板表面の付着物を除去することができる。
【００２３】
図４は本発明による鋼板の予備加熱装置の他の実施の形態を示す詳細図であり、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその平面図である。この図において、電子銃１４は、予備加熱室１２の下面に垂直上向きに取付けられており、図１および図２に示す電磁コイル１６，１７と同様のものが電子銃１４の上流側および下流側の両方に設置されている。ただし、磁場の向きは図に示すように上流側と下流側とでは反対の向きになるように設置されている。鋼板１の下方向から垂直に電子ビーム１３を照射した場合、電子ビーム１３は負電荷であるので互いに反発してわずかに広がり、鋼板１により反射電子１５は四方八方に反射する。このような反射電子１５を全て吸収するように、電磁コイル１６，１７を前後に設置することにより、放熱ロスをさらに低減し、熱効率を高めることができる。
【００２４】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、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。
【００２５】
【発明の効果】
上述した本発明の鋼板の予備加熱方法及び装置により、▲１▼短時間、短距離で鋼板を急昇温することが可能であり、▲２▼電子銃から出力されるエネルギーを鋼板の昇温に有効使用でき、▲３▼電子ビームを照射することにより、鋼板の加熱はもちろんのこと、鋼板表面がボンバードされ、鋼板表面に付着している油、ゴミ及び酸化物を除去することができ、これによって膜の密着性が向上することができ、▲４▼抵抗加熱ヒータの場合は、発熱体の温度が下がるまで大気解放することができないが、本発明の場合は、電子銃の出力をＯＦＦにするだけですぐに大気解放することができるため、操業中のロス時間がなく、ランニングコストも下がり、▲５▼電子ビームは応答性が非常に良いため、鋼板の移動速度が変化した場合や予備加熱温度を変更したい場合でもすぐに対応できる。▲６▼また、予備加熱室に吸収される反射電子を激減することができるため、予備加熱室自身の加熱を抑えることができ、その冷却水量を減らすなど冷却機能を縮小することができるとともに、ランニングコストも下げることができ、▲７▼さらに、電磁コイルを予備加熱室外部に設置することにより、そのメンテナンスや予備加熱室の洗浄を容易にすることができる。
【００２６】
したがって、本発明の連続真空蒸着装置における鋼板の予備加熱方法及び装置は、短時間に起動又は停止ができ、鋼板の移動速度の変化にも短時間に対応でき、停止後の大気解放が短時間ででき、比較的小さい予備加熱領域で高速走行する鋼板を予備加熱することができ、放熱ロスが少なく熱効率が高く、かつ鋼板表面の付着物の除去もできる、などの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による鋼板の予備加熱装置を有する連続真空蒸着装置の全体構成図である。
【図２】本発明による鋼板の予備加熱装置の詳細図であり、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図３】反射電子が偏向する様子を示す図である。
【図４】本発明による鋼板の予備加熱装置の詳細図であり、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図５】従来の連続真空蒸着装置の全体構成図である。
【図６】従来の鋼板予備加熱装置の構成図である。
【符号の説明】
１  鋼板
２  電子ビーム
３  電子銃
４  蒸着材料
５  ルツボ
６  真空チャンバー
７  抵抗加熱ヒータ
８  断熱材
１０  鋼板予備加熱装置
１１  成膜室
１２  予備加熱室
１３  電子ビーム
１４  電子銃
１５  反射電子
１６，１７  電磁コイル
１８  予備加熱室の側面
１９  鉄心
２０  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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【図６】
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