JP2011510178A - 蒸発器本体 - Google Patents

Abstract

ＰＶＤメタライゼーション設備において金属を蒸発させるための蒸発表面領域（３）を有する蒸発器本体（１）であり、蒸発面領域（３）は、複数の窪み（５，５’，５’’）を有し、その開口は、１．５ｍｍ以上の面積／周囲比を有する。

Description

本発明は、蒸発器本体に関する。

可撓性基板を金属で被覆するための方法としては、ＰＶＤ（物理的蒸着）技術による、いわゆる真空バンドメタライゼーションが一般的である。可撓性基板として適当なものとしては、たとえば、紙、プラスチック製の箔および織物が挙げられ、金属としては主にアルミニウムが用いられる。このような被覆された基板は、コンデンサ製造のための、および環境技術（絶縁）における、包装および装飾の用途で広く用いられている。

可撓性基板の被覆は、いわゆるメタライゼーション設備において行う。メタライゼーション設備においては、被覆すべき基板を冷却したローラ上に誘導または案内して、それと同時に金属蒸気にさらし、該金属蒸気が基板の表面上に薄い金属層として凝縮する。必要な金属の蒸気流を発生させるために、たとえば、直流を用いて約１４５０〜１６００℃まで加熱されるいわゆる蒸発器ボートの形態の、抵抗加熱可能な蒸発器本体が用いられる。金属線が蒸発面（通常は蒸発器本体の上面）に供給され、蒸発面上で液化され、約１０^−４ヘクトパスカル（ミリバール）の真空下で蒸発する。

ＰＶＤ技術によれば、たとえばフラッシュ蒸発によって、非可撓性基板を非連続工程において回分式で被覆する。非可撓性基板は、たとえば、ＴＶ画面やプラスチック製部品である。

たとえば、従来の蒸発器本体は、熱プレスされたセラミック材料からなり、その主要部品は、二ホウ化チタン、窒化ホウ素、および窒化アルミニウムの少なくとも一つである。この関係において、二ホウ化チタンが導電性成分であり、窒化ホウ素および窒化アルミニウムの少なくとも一方が電気絶縁性成分である。これらの成分は混合されると、６００〜６０００μΩ・ｃｍという特定の電気熱耐性をもたらし、この場合、非導電性成分に対する導電性成分の混合比は、それぞれ、５０質量％（±１０質量％）である。

実務上頻繁に起こるのは、被蒸発金属による蒸発器本体の蒸発面の濡れ、特にメタライゼーション工程の開始時における初期濡れの問題である。その結果、メタライゼーション工程の開始時に、濡れ面の縮小または減少に起因する蒸発速度（キログラム金属／時間単位）の低下が実現されるに過ぎない。さらに、蒸発面が不均一かつ不完全に濡らされると、全体として導電性蒸発器本体の導電性が、蒸発器本体（並列抵抗）に接触している被蒸発金属のために変化するという問題がある。すなわち、導電性は、供給されて蒸発する金属の量および範囲に応じて不規則に変化する。したがって、均一な蒸発速度を維持できるようにするために、蒸発器本体への電流供給を再調整する必要がある。

よって、従来技術において、被蒸発金属との濡れ性を高めるために、蒸発面を形成する蒸発器本体の表面に層構造が適用されることが多い。
さらに、導電性の蒸発器本体コア部分と、このコア部分を受容または収容する電気絶縁性の蒸発器本体外側部分とを有し、蒸発器本体の外側部分が濡れ促進材料からなることを特徴とする、２つの部分からなる蒸発器ボートが知られている。

さらに、特許文献１より、蒸発面に複数の溝または流路が設けられたセラミック蒸発器ボートが知られている。溝は、それらが電流の方向と平行にならないように、すなわち、溝が蒸発器ボートの長手方向軸に対して傾斜するように配置されている。溝は、幅が０．１〜１．５ｍｍ、深さが０．０３〜１ｍｍ、長さが少なくとも１ｍｍである。溝は、蒸発動作の最中、液体アルミニウムによる濡れを促進すると想定される。特に、特許文献１によれば、溝は、蒸発器本体の長手方向における蒸発面の濡れを抑制または低減し、かつ蒸発器本体の横断方向における蒸発面の濡れを促進し、すなわち、溝によって蒸発器表面のより広いまたは広範な濡れが得られるとされている。このことは、主に次の２つの効果によって達成される。一つには、溝の小さい幅によって一種の毛細管作用が達成され、その結果、溝内の液体アルミニウムが溝の長手方向端部に向けて「引っ張られ」る。今一つには、溝内の温度が、溝の側壁における熱放射の反射によって上昇する。温度の上昇によって、濡れ角が小さくなり、結果として金属による濡れが高められる。

このような従来技術の蒸発器本体は、図７に示されており、そこでは溝は横断方向の流路として形成されている。
これらの既知の蒸発器ボートは、多数の比較的細い溝を蒸発面に設けなければならないことから、製造が複雑であるという欠点を有する。さらなる欠点は、金属線が長手方向の中央に供給されなければ、蒸発器ボートの長手方向において均一な金属浴または金属溶融物が形成されないということである。これは、金属線の接触位置を基点として、金属浴は両側に、長手方向に等しい範囲で広がっていくためである。図７に示すように、金属線の接触位置が中心に配置されない場合には、蒸発器ボートの蒸発面は、金属によって（特に、長手方向において）不完全に濡らされることになる。このような一方向的な濡れは、金属浴が長手方向の片側の水冷された銅固定上に流れ、反対側は濡れないままであるという効果を有する。そして、この反対側では液体金属溶融物による冷却効果がないために、過熱が起こる。

特許文献２からは、溶融ゾーンと、溶融ゾーンに連結した蒸発ゾーンとを有するるつぼを含む蒸発器装置が知られている。
特許文献３は、蒸発面の底部に複数の溝が形成された、金属を蒸発させるためのレセプタクルを開示している。

欧州特許出願公開第１６８８５１４号明細書 独国実用新案第２０２００５０２０５４４号明細書 独国特許出願公開第１０２００５０５７２２０号明細書

本発明の目的は、操作が容易で、金属線の接触点または金属供給の場所に関係なく、蒸発器本体の長手方向と横断方向との両方において、金属による蒸発面の適切な（すなわち、実質的に均一かつ完全な）濡れを可能にする、比較的不感応な蒸発器を提供することにある。さらに、蒸発器本体は、簡単かつ安価に製造できる。

この目的のために、本発明は、請求項１による蒸発器本体を提供する。さらに、本発明による蒸発器本体の実施形態は、従属項に記載されている。
本発明による蒸発器本体は、供給される金属を蒸発させる蒸発面を含む。たとえば、金属線の形態のアルミニウムなどの金属を蒸発面に供給してもよい。代替または追加として、すでに溶融した金属を蒸発面に供給してもよい。金属線の場合、蒸発面に供給される金属は、最初に熱い蒸発面上で液化または溶融され、その後蒸発する。

本発明によれば、蒸発面は、複数の凹部、たとえば２つ〜４つの凹部を含む。各凹部は、１．５ｍｍ以上、たとえば２ｍｍ以上、たとえば３ｍｍ以上の面積／周長比を有する開口を有する。たとえば円形の開口を有する凹部を設けられる場合には、開口の半径は、少なくとも３ｍｍである。たとえば円形環の形状の開口を有する凹部を設ける場合には、開口の環の幅は少なくとも３ｍｍである。たとえば四角形の開口を有する凹部を設ける場合には、開口の辺の長さは少なくとも６ｍｍである。

凹部は、凹部の側壁と蒸発面の隣接部分との間の縁における濡れ角の変化に主として基づく濡れ促進効果を有している。この縁において、液体金属はせき止められ、縁に沿って開口の周りを流れ、溶融金属は最初に蒸発面を主として縁に沿って濡らすことになる。「張り出した」せき止められた金属は、実質的に突然に凹部を濡らす。面積／周長比が１．５ｍｍ以上であると、蒸発器本体の長手方向および横断方向の両方において蒸発面の濡れが促進される。さらに、このような凹部は、金属が中心に供給されない場合であっても、蒸発面を均一かつ大面積で濡らすことができ、これにより金属溶融物のオーバーフローが防止されることがわかった。すなわち、液体金属は金属線が蒸発面に接触する点が蒸発器面の中心にない場合であっても、実質的に蒸発面全体を濡らす。したがって、蒸発器本体は、使用し易く、動作条件下では不感応である。さらに、凹部は製造が容易である。

たとえば、蒸発面上に空洞を形成し、その空洞の底面に複数の凹部を形成するようにしてもよい。空洞が溶融金属の境界を形成し、溶融金属の側方へのオーバーフローを防止する。

たとえば、凹部は０．０５〜１ｍｍの深さを有していてもよい。たとえば、凹部は、０．１５〜０．４ｍｍの深さを有する。
たとえば、各凹部または窪みの側壁が、該凹部に隣接する蒸発面の部分と８０〜１５０°の角度をなしていてもよい。その場合、縁における液体金属に対する濡れ角の変化は、（１８０−８０）°＝１００°から（１８０−１５０）°＝３０°となる。たとえば、この角度は、９０°〜１３５°の範囲、たとえば、９０〜１２０°の範囲であってよい。これに関連して、たとえば、前記角度は、側壁と蒸発面の隣接部分の間の縁での溶融金属の蓄積が促進されるように、すなわち、溶融金属の凹部への流入が妨げられるように選択して、蒸発器本体の動作中に溶融金属が最初に主として側壁とそれに隣接する（凹部の続く上縁における）蒸発面の部分とによって形成される縁に沿って、かつ凹部の周りに流れるように選択してもよい。

たとえば、各凹部の側壁は、部分的にまたは区間的に湾曲するか、一貫して湾曲していてもよい。たとえば、側壁は、少なくとも凹部の底面に隣接した部分、すなわち底面と凹部の側壁の間の縁の部分において湾曲していてもよい。これにより、蒸発器本体の動作中にホットスポットが発生するのを防止することができる。凹部がフライス加工によって作成される場合には、対応する角の丸みを有するフライスを用いてもよい。たとえば、湾曲は０．０５〜３ｍｍの半径、たとえば０．１〜１ｍｍの半径、たとえば０．３〜０．５ｍｍの半径を有していてもよい。

たとえば、凹部は、すべて同じ形状を有していてもよい。あるいは、凹部は異なる形状を有していてもよい。たとえば、１つ、それ以上または複数、またはすべての開口を、円形または円形環の形状に形成してもよい。たとえば、開口の１つ以上またはすべてが、楕円または楕円環の形状を有していてもよい。たとえば、１つ以上またはすべての開口部は、菱形を形成するように２つの角が蒸発器本体の長手方向軸上に配置された、等辺四辺形（たとえば正方形）または等辺四辺環の形状を有していてもよい。たとえば、１つ以上またはすべての開口が、二等辺三角形または三角環の形状を有していてもよく、各三角形または三角環の斜辺は蒸発器本体の長手方向軸に対して垂直に配置される。

たとえば、複数の凹部は、蒸発器本体の長手方向に直列に配置されてもよい。この関係において、たとえば、個々の凹部は離間していてもよい。たとえば、個々の凹部間の距離は、１〜８０ｍｍ、たとえば２〜１０ｍｍ、たとえば３〜８ｍｍであってもよい。個々の凹部間の距離は、不定であってもよいし、一定であってもよい。個々の凹部は、互いに分離または隔離されていてもよいし、連結流路を介して互いに連結されていてもよい。しかしながら、個々の凹部は、互いに当接するか、互いに部分的に重なることにより、ネックを形成していてもよい。個々の凹部は、蒸発器本体の横断方向の実質的に中心、すなわち蒸発器本体の長手方向軸または対称軸上に配置されてもよい。しかしながら、凹部は、蒸発器本体の長手方向軸または対称軸から外して、または離して配置されてもよい。さらに、いくつかの凹部は、蒸発器本体の横断方向に直列に配置されてもよい。

たとえば、蒸発器本体は、導電性かつ抵抗加熱可能な蒸発器本体コア部分を受容するための内側中空空間を有する電気絶縁性の蒸発器本体外側部分として形成されてもよい。この場合、外側部分は挿入されたコア部分を介して加熱される。あるいは、蒸発器本体は、導電性かつ抵抗加熱可能な蒸発器本体として一体形成されてもよい。いずれの場合においても、蒸発器本体の蒸発面には、濡れ促進層またはコーティングをさらに設けてもよい。そのようなコーティングは、摩耗および腐食に対する保護の役割も果たしうる。

たとえば、凹部はフライス加工によって形成されてもよい。したがって、既存の蒸発器本体を簡単かつ安価な方法で改変して、本発明の蒸発器本体を形成するようにしてもよい。素地を焼結することにより蒸発器本体を形成する場合には、凹部は素地の形成時に、たとえば対応するように該素地の塊に刻印することによって形成してもよい。これにより、蒸発器本体のフライスまたは同等の工具による後処理を容易にするか、完全に省くことができる。

以下、本発明を実施例により、図面を参照しながら説明する。

本発明の第１の実施形態による蒸発器本体の上面図。 蒸発器本体の動作中の図１ａの蒸発器本体の上面模式図。 図１ａの蒸発器本体のさらなる上面図。 蒸発器本体の動作中の図１ａの蒸発器本体の詳細模式図。 本発明の第２の実施形態による蒸発器本体の上面図。 本発明の第３の実施形態による蒸発器本体の上面図。 本発明によるさらなる蒸発器本体の上面図。 本発明による蒸発器本体の凹部の詳細図。 本発明による蒸発器本体の凹部の詳細図。 従来技術による蒸発器本体の図。

図１は、本発明の第１の実施形態による蒸発器本体の上面図である。蒸発器本体１は、いわゆる蒸発器ボートの形状を有するように形成されており、主成分として二ホウ化チタンおよび窒化ホウ素を含む熱プレスされたセラミック材料からなる。ここで、二ホウ化チタンが導電性成分であり、窒化ホウ素が電気絶縁性成分である。非導電性成分に対する導電性成分の混合比は、それぞれ５０％（±１０％）であり、約６００〜６０００μΩ・ｃｍの比抵抗が得られる。蒸発器本体１は、長さ約１２０ｍｍ、幅約３５ｍｍ、高さ約１０ｍｍの板状体として形成される。４つの円筒状凹部または窪み５が蒸発器本体１の蒸発面３に形成され、蒸発面は板の上面によって形成されている。たとえば、凹部は対応するフライスで形成されてもよい。すなわち、本実施形態によれば、各凹部５は、円形開口および円形底面を有する。凹部５は蒸発器本体の長手方向に直列に配置され、互いに離れている。本実施形態によれば、個々の凹部５間の距離は約５ｍｍであり、それぞれの深さは約０．３ｍｍである。各凹部の円形開口および円形底面の直径は約２０ｍｍである。その結果、それぞれの面積／周長（＝円形開口に対してはｒ／２またはｄ／４）は５ｍｍとなる。

図１ｂは、動作中の図１ａの蒸発器本体１を概略的に示す。金属線またはアルミニウムは、蒸発面３上に中心を外して、すなわち参照符号７によって示されるように右側から２番目の凹部５に供給した。それにもかかわらず、オーバーフローすることなく実質的に蒸発面３全体を均一に濡らすまたは覆う金属浴９を形成することができた。詳細な実験において、液体アルミニウムは開口の各円周または周長（＝凹部５の側壁と隣接する蒸発面３との間の縁）に沿って分布することが確認された（たとえば、左側から２番目の凹部の右側を参照のこと）。これに関する効果が図１ｃおよび１ｄに示されている。図１ｄに示すように、溶融金属９は、最初は凹部５の上縁において蓄積するか、またはせき止められる。これは、凹部５の上縁において濡れ角度が９０°変化することに起因する。これにより、溶融金属９は、図１ｃの矢印１１によって示されるように、最初に主として凹部５の上縁に沿って蒸発面３を濡らす。凹部５の円形形状は、蒸発面３上への溶融アルミニウム９の特に有益な分布に寄与する。最終的に、凹部５およびそれらの底面が溶融金属９、すなわちせき止められたアルミニウムによって濡らされる。

図１ｃの破線によって示されるように、蒸発面３上には、その底面に４つの凹部５が形成された空洞１３を任意に形成してもよい。空洞１３の側壁は溶融金属に対するバリアを形成し、これにより、溶融金属９のオーバーフローを防止することができる。

図２は、本発明の第２の実施形態による蒸発器本体の上面図である。蒸発器本体１は、２つの凹部５’を有する蒸発面３を含む。各凹部５’は、円形環の形状を有する開口と、円形環の形状を有する底面とを有する。蒸発器本体１の寸法は、第１の実施形態のものに相当する。それぞれの開口および底面の外径は３０ｍｍであり、それぞれの内径は１８ｍｍである。これにより、面積／周長比が３ｍｍ（＝環幅／２）となる。各凹部５’は、０．３ｍｍの深さを有する。凹部５’間の距離は２５ｍｍである。

図３は、本発明の第３の実施形態による蒸発器本体の上面図である。蒸発器本体１の蒸発面３は、４つの凹部５’’を含む。各凹部５’’の開口および底面は、二等辺三角形の環の形状である。凹部５’’は、各三角形環の斜辺が、蒸発器本体１の長手方向軸または対称軸に実質的に垂直となるように配置される。２つの内側凹部５’’、すなわち蒸発器本体の長手方向の中央の近傍に配置された凹部は、斜辺が長手方向の中央から見て外側に向くように配置される。２つの外側凹部５’’は、斜辺が長手方向の中央に向くように配置される。２つの凹部５’’は、それぞれ菱形の形状をなす。蒸発器本体１の寸法は、第１の実施形態のものに相当する。斜辺は、長さが２５ｍｍ、幅が４ｍｍである。三角形の他の二辺の長さは、長手方向および横断方向における適切な溶融金属９の分布が得られるように、必要に応じて調節してもよい。示された実施形態において、三角形開口の表面は、それぞれ１４８ｍｍ^２であり、周長／円周はそれぞれ８２．１ｍｍである。これにより、面積／周長比が１．８ｍｍとなる。凹部５’’はそれぞれ０．３ｍｍの深さを有する。２つの内側凹部５’’間の距離は２５ｍｍであり、内側と外側の凹部の間の距離はそれぞれ５ｍｍである。

示された実施形態において、凹部の数（および特定の大きさおよび特定の面積／周長比）は、必要に応じて変更してもよい。さらに、異なる形状を互いに組み合わせてもよい。たとえば、２つの内側の三角形凹部のみを設けてもよいし、または２つの内側の三角形凹部を２つの外側の円形凹部と組み合わせてもよい。

図４は、本発明による蒸発器本体のさらなる実施形態、すなわち、凹部の開口の形状について示している。ただし、最後の４つの例以外では、簡潔化のために蒸発器本体につき１つの凹部のみを示している。勿論、図４に示した凹部の異なる形状を、互いにかつ上述の形状と組み合わせてもよい。図４に見られるように、たとえば、凹部５の開口は、楕円形状または楕円環形状を有していてもよい。たとえば、楕円の主軸は、蒸発器本体の長手方向軸に対して垂直であってもよい。あるいは、その主軸は蒸発器本体の長手方向軸に対して、平行であっても、または傾斜していてもよい。

図４の一番下の３つの例に示されるように、たとえば、少なくとも２つの凹部を連結流路を介して互いに連結してもよいし、部分的に重なるようにしてもよい。それぞれの面積／周長比を求めるために、各凹部または開口の円周線は重なった部分において単純に対称的に連続するようにしてもよい。２つの開口が重なると、２つの凹部又は開口の間にネック、狭窄または凹みを作ることになる。異なる形状の開口が重なるようにしてもよい。

凹部５またはその開口の幾何学的形状は、示されている形状に限定されない。実際、１．５ｍｍ以上の面積／周長比を有し、蒸発器本体１の蒸発面３上に適切に配置された場合、蒸発器本体の適当な濡れを可能にする他の形状および開口を使用してもよい。

図５は、本発明による蒸発器本体１の凹部５を詳細に示している。凹部５の側壁は、湾曲部１５を有する。これにより、蒸発器本体の動作中における凹部５の領域でのホットスポットの発生を防止または低減することができる。

図６は、本発明による蒸発器本体１の凹部５を詳細に示す。凹部の側壁は、凹部５に隣接する蒸発面３の部分と約９０°の角度をなし、これにより、蒸発器本体の動作の開始時における凹部５の上縁での溶融金属９の蓄積またはせき止めを促進する。

Claims (12)

1. ＰＶＤメタライゼーション設備における金属を蒸発させるための蒸発面（３）を有する蒸発器本体（１）において、蒸発面（３）は、複数の凹部（５，５’，５’’）を含むとともに、各凹部の開口は１．５ｍｍ以上の面積／周長比を有することを特徴とする蒸発器本体。
2. 蒸発面（３）は、空洞（１３）を含むとともに、複数の凹部（５，５’，５’’）は、空洞の底面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器本体（１）。
3. 凹部（５，５’，５’’）は、０．０５〜１ｍｍの深さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発器本体（１）。
4. 各凹部（５，５’，５’’）の側壁は、該凹部（５，５’，５’’）に隣接する蒸発面（３）の部分に対して８０〜１５０°の角度をなすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸発器本体（１）。
5. 各凹部（５，５’，５’’）の側壁は、少なくとも該凹部（５，５’，５’’）の底面に隣接する部分において、湾曲していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の蒸発器本体（１）。
6. １つまたは複数またはすべての開口が円形であるか、または円形環の形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸発器本体（１）。
7. １つまたは複数またはすべての開口が楕円形状または楕円環の形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の蒸発器本体（１）。
8. １つまたは複数またはすべての開口が、等しい辺を有する四辺形または等しい辺を有する四辺形環として形成されるとともに、２つの角が蒸発器本体の長手方向軸上に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の蒸発器本体（１）。
9. １つまたは複数またはすべての開口が、二等辺三角形または二等辺三角形環として形成されるとともに、各斜辺が蒸発器本体の長手方向軸に対して垂直に配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の蒸発器本体（１）。
10. 複数の凹部（５，５’，５’’）が、蒸発器本体の長手方向に直列に配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の蒸発器本体（１）。
11. 蒸発器本体の、導電性かつ抵抗加熱可能なコア部分を受容するための内側中空空間を有する蒸発器本体の電気絶縁性外側部分として形成される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の蒸発器本体（１）。
12. 導電性かつ抵抗加熱可能な蒸発器本体として形成される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の蒸発器本体（１）。

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