JP2007039782A - 真空蒸着用蒸発源ハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】電子ビームによる蒸発ガスの分子構造変形を防止し、蒸発ガスの蒸発時に一定方向性を提示して被蒸着物に対して均一の蒸着環境を造成し初期蒸発速度が早く、付着性が向上するようにする真空蒸着用蒸発源ハウジングを提供する。
【解決手段】真空蒸着用蒸発源を収容するハウジングにおいて、ハウジング内部に蒸発源が収容されるチャンバーを形成し、該ハウジングの上部に前記チャンバーと外部が通じるように少なくとも一つの排気口を形成するとともに、水平面と前記水平面に対する垂直面を形成する。
【効果】特別な蒸着方法の教育を必要とせず、また蒸着物の膜が均一な分布を成し、その厚さが厚くて耐久性が向上し蒸発ガスが電子ビームに露出かたは干渉することはないので、蒸発ガス固有特性が低下せず、高付着性を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空蒸着装置内で電子ビーム方式により蒸発源を加熱、蒸発させ被蒸着物の表面に所期の物質膜を形成し被蒸着物の特性を向上させる真空蒸着に関するもので、特に電子ビームにより蒸発源が直接露出しないようにしながらも初期蒸発速度に優れ蒸着層の耐久性を向上させることができる真空蒸着装置用蒸発源ハウジングに関する。

真空蒸着は光学素子など被蒸着物の表面に特定物質をコーティングして特性を改善するのに利用されている。例えばプラスチックのような透明な合成樹脂剤表面に蒸着を行い、光透過性を改善したりあるいは硝子表面に撥水コーティングをして露が降りたり水滴が下がるようにするものとして使われている。ほかに合成樹脂表面に金属材質のコーティングを通して美麗さを付与するものとして使われている技術である。

一般的な真空蒸着は、真空環境において電気抵抗で蒸発源が安着した金属素材のハウジングを加熱させて蒸発源を間接加熱する。この際に低温の被蒸着物の間の飽和蒸気圧差を利用して蒸発源で発散されるガスが被蒸着物の表面に蒸着するようにしてあり、最近では大量生産に適合するよう電子ビームによる加熱方式を取っている。

電子ビームとはタングステンのようなフィラメントに電気を加えれば熱を持った熱電子が発生して放出され、これを磁場の大きさで調節することによって熱電子を執束して一ケ所に集めることができるもので、熱電子の集中時には最高３０００℃の高温を発したりする。電子ビームの照射角は適切に調節することがきるが真空蒸着時には一般的に１８０°回転する電子ビームが多く使われている。

電子ビームを利用した真空蒸着の一形態であるレンズ表面に撥水コーティングを行おうとする場合、まずはレンズを洗浄した後レンズを適当な温度に予熱してから真空チャンバーに入れ真空チャンバーの内部を真空状態とする。そして、図３のごとく撥水処理剤３０を銅、タングステン、モリブデンなどから選ばれた材料で製造されたハウジング１に入れ、数個の排気口３を形成したカバー２で覆ってからカバー２の表面に１８０°回転可能な電子ビームを照射する。そうすると、電子ビームはカバー２の上部にぶつかって反射しながらカバー２及びハウジング１は高温に加熱される。この時撥水処理剤３０が気化しながら数個の排気口３を通じて蒸発ガス３１が上昇し上部に位置したレンズ表面に付着せしめる。

しかしながら、前記構造の蒸着方式は、蒸発源の加熱によって気化した蒸発ガス３１が数個の排気口３を通じて排出される際上昇時の渦流現象により被蒸着物まで到達する時間が長く、蒸着温度を制御しにくいだけでなく、蒸発ガスが広い範囲に核酸されるので拡散損失によって蒸着物の密度が低く厚さが薄く蒸着表面の耐久性が際立って低下する。また数個の被蒸着物に対して全体的に均一に蒸着が行われないため被蒸着物の位置によって蒸着物の厚さが均一にならないという問題点がある。また、カバー２で反射した電子ビームが蒸発ガスとぶつかりながら蒸発ガスの分子構造を不完全な状態に造成するようになって蒸発ガスの固有特性の低下が発生するので、例のように撥水コーティングの時撥水特性が際立って落ちるという問題点を内包してている。

本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子ビームによる蒸発ガスの分子構造変形を防止し、蒸発ガスの蒸発時に一定方向性を提示して数個の被蒸着物に対して均一の蒸着環境を造成し初期蒸発速度が早く、付着性が向上するようにする真空蒸着用蒸発源ハウジングを提供することにある。

前記の目的を達成するために本発明は、蒸発源を収容するハウジングはカバーとベースで構成されるが、前記カバー上に電子ビームが到達する水平面と前記水平面に到達した電子ビームを反射させるための垂直面と蒸発源を集中排出する排気口からなることを特徴とする。

特別な蒸着方法の教育なしに既存の真空蒸着装置をそのまま使うことができ、また蒸着物の膜が均一な分布を成し、その厚さが厚くて耐久性が向上し蒸発ガスが電子ビームに露出または干渉されないので蒸発ガスの固有特性が低下しないことは勿論のこと、高付着性を実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面に基づき、より詳しく説明する。図１は本発明の実施例による蒸発源ハウジングの全体構成を示す分解斜視図で、図２は本発明の実施例による蒸発源ハウジングの使用状態を示す断面図である。

図１を参照した本発明の蒸発源ハウジングはカバー１０とベース２０から構成される。前記カバー１０は内部が空間を有するチャンバー１１を持っており、上段に所定大きさの排気口１２を備えている。またカバー１０の上部に水平面１３と前記水平面から直角の壁を有する垂直面１４を含む。前記水平面１３と垂直面１４は９０°の角を成すように直角形態であることが好ましいが、これのみに限定されず７０°ないし１００°の範囲以内ならば本発明で解決しようとする目的を達成することができる。

一方、ベース２０には前記カバー１０が安着できる結合溝２１が備えられ、カバー１０とベース２０との結合時にベース２０からカバー１０が流動しないように構成してあり、図示のごとく前記ベース２０上に蒸発源３０が置かれ、その上にカバー１０を覆うことによって蒸発源３０がチャンバー１１内部に位置するように構成される。電波は直進性と回折特性を持っており、真空装置に使われる電子ビームの場合は回折特性よりは直進特性が重要な要素として前述のごとく１８０°回転して所定目標物に到達するようになる。

図２を参照すると、前述した特性を有する電子ビーム４１は通常の真空蒸着装置に装着された電子ビーム出力機４０から出力され１８０°回転してカバー１０の上段に位置した水平面１３に到達するようになり、この時電子ビーム４１は屈折と散乱そして初期にターゲットである水平面でスライドされるが大部分の電子ビーム４１は図示のごとく水平面１３から反射して垂直面１４に到達するようになる。さらに、垂直面１４から反射した後カバー１０及びベース２０は電子ビームによって早い速度で加熱される。加熱された熱により蒸発源３０が気化され排気口１２を通じて上部へ蒸発される。

この時、蒸発ガス３１は一つの排気口１２に集中するので初期蒸発速度が早いだけでなく蒸発ガスが真空チャンバー室の広い範囲に拡散せずに被蒸着物（図示せず）が位置したところまで集中的に上昇し被蒸着物の表面に多量の蒸発ガスが集中的に付着せしめられるため拡散損失が発生しなくなる。さらに、水平面１３をターゲットとして到達した電子ビーム４１はまた垂直面１４から反射するので、ほとんど蒸発ガスに影響を与えることがなく蒸発ガスの分子構造に変形を加えなくなるので蒸発ガス固有の特性を保存した状態で被蒸着物に到達せしめることができる。

前記排気口１２の径はチャンバー１１の大きさや作業条件によって変更することができるが１．５ないし５ｍｍの範囲内であることが好ましい。カバー１０及びベース２０の材質は熱伝導度の高い材質なら制限されないが、金属の場合にはベースが置かれた底に流れている冷却水によって冷える速度が早いので蒸着時間が長くなる。それ故、なるべくカーボン素材、石英、アルミナ、磁気類で製造するが前記カーボン素材は純度９９％以上のカーボン原料を３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）等加圧成形して製造した等方性素材にすることが好ましい。

単体として、非結晶性炭素、黒煙、ダイヤモンドのように炭素（Ｃ）が多量含有された素材やガラス繊維、石材などを利用し得るし、カバー１０及びハウジング２０の製造方法は金型で成形後焼結したりまたは旋盤やミーリングのような工作機械で加工して成形させることができる。前記カバー１０とベース２０は真空チャンバー内での位置特性によってこれらの材料から選択したり組み合わせたりすることができ、これはカバー１０とベース２０を互いに違う材料で製造し得ることを含むものであ。

本発明の前記構成のような形態でメタルカーボン（モデル：Ｒ８５００（VI１４６６）、ドイツＳＧＬ ＣＡＲＢＯＮ ＧＲＯＵＰ社）を利用してハウジングを製造した後、その内部に撥水処理剤を内入させ眼鏡レンズに対する撥水コーティングテストを行った。比較対象試料は図３に示すような一般的なハウジングに同じ撥水処理剤を用い次の条件下で行った。コーティング装置は韓国の韓一真空（株）製のチャンバ直径６５０ｍｍのコーティング装置（ＲＰ−１２００Ｌ／ｍｉｎ，ＤＰ−１４”）を使用し、作業真空度は３．０×１０^-5状態であり、電子ビーム条件はＳＣＡＮ Ｘ−０．５、Ｙ−１．０、Ｅｍｉｓｓｉｏｎ −２０ｍＡである。上記条件でのテスト結果は次の表１に示す通りである。

表１
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番号 コーティング方法 担体量 撥水処理剤 コーティング厚 平均 比較
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１ 既存方法 同じ 同じ 1544Å 1642.5 (±6%) 100%
２ 既存方法 同じ 同じ 1741Å 1642.5 (±6%) 100%
３ 開発品利用 同じ 同じ 3997Å 4162 (±4%) 253.4%
４ 開発品利用 同じ 同じ 4327Å 4162 (±4%) 253.4%
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上記テスト結果によると、既存方法と本発明のハウジングにより蒸着された結果に相当の差があることがわかる。これは本発明が解決しようとする目的のとおり蒸発ガスの電子ビームに対する露出可否や初期蒸発速度及び蒸発ガスの拡散損失により蒸着物のコーティング厚に多くの影響を及ぼしていることをあらわしている。

以上の説明は好ましい実施例の図面により説明されたものであるが、ハウジング上部に電子ビームが到達する水平面とそれに対する垂直面と排気口を形成すればその形状は円状や多角状など制限がなく、前記技術的思想によって多くの変更が加えられことは勿論であるが、そのような変更は特許請求の範囲の内にあるということを当業者は理解するべきである。

以上のとおり、本発明の蒸発源ハウジングによると、特別な蒸着方法の教育なしに既存の真空蒸着装置をそのまま使うことができ、また蒸着物の膜が均一な分布を成し、その厚さが厚くて耐久性が向上し蒸発ガスが電子ビームに露出されないので蒸発ガスの固有特性が低下しないことは勿論のこと、高付着性を実現することができる。このように生産性向上と被蒸着物の品質の優秀性を実現することによって競争力と蒸着における世界市場を主導することができるようになる。

本発明の実施例による蒸発源ハウジングの全体構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施例による蒸発源ハウジングの使用状態を示す断面図である。 従来の真空蒸着用蒸発源ハウジングの使用状態を示す断面図である。

符号の説明

１０・・・ハウジング
１１・・・チャンバー
１２・・・排気口
１３・・・水平面
１４・・・垂直面
２０・・・ベース
２１・・・結合溝
３０・・・蒸発源

Claims (6)

1. 真空蒸着用蒸発源を収容するハウジングにおいて、ハウジング内部に蒸発源が収容されるチャンバーを形成し、該ハウジングの上部に前記チャンバーと外部が通じるように少なくとも一つの排気口を形成するとともに、水平面と前記水平面に対する垂直面が形成されたことを特徴とする真空蒸着用蒸発源ハウジング。
2. 前記ハウジングは、カバーとベースが上・下部に結合され前記水平面、垂直面及び排気口はカバー上部に形成されたことを特徴とする請求項１記載の真空蒸着用蒸発源ハウジング。
3. 前記ベース上にカバーが案着されるように結合溝が形成されたことを特徴とする請求項２記載の真空蒸着用蒸発源ハウジング。
4. 前記垂直面と水平面は相互７０°ないし１００°の範囲で形成されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の真空蒸着用蒸発源ハウジング。
5. 前記排気口の直径は１．５ｍｍないし５ｍｍの範囲で形成されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の真空蒸着用蒸発源ハウジング。
6. 前記カバーとベースで構成されたハウジングは３軸等加圧成形にて製造された等方性カーボン素材、石英、アルミナ、セラミックス、ガラス繊維、石材、金属中で択一されるか少なくとも一つ以上の材料を混用し製造されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の真空蒸着用蒸発源ハウジング。

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