JP7128358B2 - Ｐｖｄめっき工程におけるめっき層制御装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、物理的気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＶＤ））工程におけるめっき層制御装置及び方法に関するものであって、より詳細には、ＰＶＤを用いて鋼板をめっきするＰＶＤめっき工程において、めっき層の厚さを制御するために溶湯の蒸発量を制御する装置及び方法に関するものである。
真空中で移動する基板を、金属蒸気でめっきするＰＶＤめっき工程は、坩堝を直接加熱してめっき媒質を溶融または加熱することにより大量の金属蒸気を発生させるか（例えば、欧州公開特許公報第１７８５０１０号を参照）、非接触式の方法で電磁誘導によって導電性媒質を加熱して金属蒸気を発生させることで行われる（例えば、韓国公開特許公報第２００７－００６７０９７号を参照）。このような文献には、真空中でめっき蒸気を発生させ、基板をめっきするＰＶＤに対する基本的な概念は提示されているが、めっき量制御に対する実行技術は提示されていない。すなわち、めっき製品を製造するためにＰＶＤに対する固有のめっき量制御技術の開発が求められる。
一方、移動する鋼板（ｓｔｒｉｐ）の表面を金属蒸気でめっきするにあたり、従来には溶融めっきと電気めっきが主に使用されてきた。従来技術においてめっき量を制御するためには、エアナイフ（ａｉｒ ｋｎｉｆｅ）の間隔及び圧力を制御するか（溶融めっきの場合）、電流ｘ時間を制御する（電気めっきの場合）方法が適用されている。上記技術は、めっき量を直接制御する方法によりめっき製品を生産する。
本発明者は、前述したＰＶＤめっき工程を移動する鋼板のめっきに適用するＰＶＤめっき装置を開発した。このＰＶＤめっき装置を商用化するためには、めっき量を制御することができる技術が必ず必要である。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためのものであって、ＰＶＤめっき工程で発生する金属蒸気の量を制御することにより、鋼板のめっき層を制御する装置及び方法を提供することを一つの課題とする。
本発明の一態様は、金属蒸気で鋼板を物理的気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＶＤ））してめっき層を形成するＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御装置を提供する。めっき層制御装置は、溶解材料が投入される坩堝；坩堝の外側周りに配置されて坩堝内に投入された溶解材料を加熱し溶湯を形成して、溶湯から金属蒸気を発生させる電磁誘導コイル；電磁誘導コイルに電流を供給する電源部；及び電磁誘導コイルのインピーダンスを測定し、一定の供給速度で坩堝に投入される溶解材料に応じてインピーダンスが一定に維持されるように上記電磁誘導コイルに供給される電流を制御する制御部を含む。
一実施例において、制御部は、電磁誘導コイルの共振周波数を測定して電磁誘導コイルのインピーダンスを獲得することができる。
一実施例において、制御部は、電磁誘導コイルによる発熱量が一定となるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御することができる。
一実施例において、発熱量は、電磁誘導コイルの電力量に対応し、制御部は、電磁誘導コイルの電力量が一定となるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御することができる。
本発明の他の態様において、金属蒸気で鋼板を物理的気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＶＤ））してめっき層を形成するＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御方法を提供する。めっき層制御方法は、坩堝内に溶解材料を投入する段階；坩堝の外側周りに配置された電磁誘導コイルで坩堝内の溶解材料を加熱し溶湯を形成して、金属蒸気を発生させる段階；電磁誘導コイルのインピーダンスを測定する段階；及び一定の供給速度で坩堝に投入される溶解材料に応じて電磁誘導コイルのインピーダンスが一定に維持されるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階を含む。
一実施例において、電磁誘導コイルのインピーダンスを測定する段階では、電磁誘導コイルの共振周波数を測定して電磁誘導コイルのインピーダンスを獲得することができる。
一実施例において、電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階では、電磁誘導コイルによる発熱量が一定となるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階を含むことができる。
一実施例において、発熱量は電磁誘導コイルの電力量に対応し、電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階では、電磁誘導コイルの電力量が一定となるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御することができる。
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴のすべてを列挙したものではない。また、このような特徴群のサブコンビネーションも発明となることができる。
本発明の実施例によると、ＰＶＤめっき工程で生産される金属蒸気の量を一定に制御することで、鋼板に形成されるめっき層を均一に制御することができる。
本発明の一実施例によるＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御装置の概略図を示す。 本発明の一実施例によるＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御方法の概略的なフローチャートを示す。
以下、図面を参照して、本発明の実施例によるＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御装置及び方法を説明する。
図１は、本発明の実施例によるＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御装置１００のブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施例によるめっき層制御装置１００は、金属蒸気で鋼板を物理的気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＶＤ））してめっき層を形成するＰＶＤめっき工程で用いられる。めっき層制御装置１００は、溶解材料Ａが投入される坩堝１１０と、坩堝１１０の外側周りに配置されて坩堝１１０内に投入された溶解材料Ａを加熱し溶湯Ｂを形成して、溶湯Ｂから金属蒸気Ｃを発生させる電磁誘導コイル１２０と、電磁誘導コイル１２０に電流を供給する電源部１３０と、電磁誘導コイル１２０に供給される電流を制御する制御部１４０と、を含む。
ＰＶＤめっき工程において、所定の成分のめっき媒質（すなわち、溶解材料Ａ）を電磁誘導コイル１２０が外側周りに配置された坩堝１１０内に投入し、電磁誘導コイル１２０に電流を供給して坩堝１１０内に溶湯Ｂを形成し、これにより金属蒸気Ｃを発生させ、金属蒸気Ｃを鋼板に蒸着させることでめっき層が形成される。したがって、めっき層は金属蒸気Ｃの量を制御することにより制御することができる。
本発明は、金属蒸気Ｃの量を制御するために、発生すべき金属蒸気Ｃの量と同じ量の溶解材料Ａを坩堝１１０に投入し、溶湯Ｂの量、すなわち、溶湯Ｂの体積を一定に維持することにより、めっき層を制御する方案を提供する。
このために、制御１４０は、電磁誘導コイル１２０のインピーダンスを測定し、インピーダンスが一定に維持されるように電磁誘導コイル１２０に供給される電流を制御することができる。例えば、電流の大きさなどを含む電磁誘導コイル１２０に供給される電流のパラメータを制御することができる。坩堝１１０内の溶湯Ｂの体積の変動に応じて電磁誘導コイル１２０のインピーダンスは変動する。したがって、一定の供給速度で坩堝１１０に投入される溶解材料Ａに応じて電磁誘導コイル１２０のインピーダンスが一定となるように電磁誘導コイル１２０に供給される電流、例えば、電流の大きさなどを制御すれば、溶湯Ｂの体積を一定に制御することができる。溶湯Ｂの量と電磁誘導コイル１２０のインピーダンスをシミュレートした結果は、以下の表１の通りである。
Figure 0007128358000001
したがって、溶湯Ｂの体積が大きいほど、電磁誘導コイル１２０のインピーダンスは小さくなることが分かる。一方、制御部１４０は、電磁誘導コイル１２０の共振周波数を測定して電磁誘導コイル１２０のインピーダンスを獲得することができる。共振周波数とインピーダンスの関係は、次の通りである。
Figure 0007128358000002
ここで、ｆは電磁誘導コイル１２０の共振周波数であり、Ｌは電磁誘導コイル１２０のインピーダンスであり、ＣはＰＶＤめっき装置におけるキャパシタンスとして固定された値である。
したがって、共振周波数を測定し、共振周波数が一定になるように電磁誘導コイル１２０に供給される電源を制御することによりめっき層を制御することができる。
一方、坩堝に供給される溶解材料Ａの供給速度と金属蒸気Ｃの発生速度は、互いに一致する必要がある。すなわち、単位時間当たり供給される溶解材料Ａの量と単位時間当たり発生する金属蒸気Ｃの量は、互いに一致しなければならない。このために、一定の供給速度で坩堝１１０に投入される溶解材料Ａに応じて溶湯Ｂの体積を一定に維持することに加え、一定の供給速度で坩堝１１０に投入される溶解材料Ａに応じて電磁誘導コイル１２０の発熱量を一定に維持することで、金属蒸気Ｃを投入される溶解材料Ａに応じて一定に維持することができる。
一方、このような発熱量は、溶湯Ｂの温度を維持、供給される溶解材料Ａの温度上昇及び気化熱に必要なエネルギーに対応する。この発熱量は、電磁誘導コイル１２０の電力量に対応し、制御部１４０は、電磁誘導コイル１２０の電力量が一定となるように電磁誘導コイル１２０に供給される電流を制御することができる。
このように、本発明の一実施例によるＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御装置によると、一定の供給速度で供給される溶解材料に対応して電磁誘導コイルのインピーダンス（例えば、共振周波数）と発熱量（例えば、電力量）を一定に制御することにより、金属蒸気の発生量を一定に維持することができる。これにより、一定のめっき層を形成することができる。
次に、図２を参照して、本発明の一実施例によるＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御方法を説明する。図２は、本発明の一実施例によるＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御方法の概略的なフローチャートを示す。本発明の一実施例によるめっき層制御方法は、金属蒸気で鋼板を物理的気相蒸着してめっき層を形成するＰＶＤめっき工程で用いられる。
めっき層制御方法は、まず、坩堝内に溶解材料を投入する段階Ｓ１１０から開始される。その次に、段階Ｓ１２０において、坩堝の外側周りに配置された電磁誘導コイルで坩堝内の上記溶解材料を加熱し溶湯を形成して、金属蒸気を発生させる。その次に、段階Ｓ１３０において、電磁誘導コイルのインピーダンスを測定し、段階Ｓ１４０において、一定の供給速度で坩堝に投入される溶解材料に応じて電磁誘導コイルのインピーダンスが一定に維持されるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御する。めっき層制御方法の各段階の過程及び原理は、前述のめっき層制御装置１００の各構成要素について説明された内容と実質的に同一であるため、ここでは、より詳細な説明を省略する。
一方、一実施例において、電磁誘導コイルのインピーダンスを測定する段階Ｓ１３０では、電磁誘導コイルの共振周波数を測定して電磁誘導コイルのインピーダンスを獲得することができる。前述したように、共振周波数からインピーダンスを計算することができるため（例えば、数１を利用して）、共振周波数が一定となるように電磁誘導コイルの電流を制御すれば、インピーダンスが一定となることができる。
一実施例において、電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階Ｓ１４０では、一定の供給速度で坩堝に投入される溶解材料に応じて電磁誘導コイルのインピーダンスが一定に維持されるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御することに加え、電磁誘導コイルによる発熱量が一定となるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御することができる。
この場合、発熱量は電磁誘導コイルの電力量に対応する。したがって、電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階Ｓ１４０では、電磁誘導コイルの電力量が一定となるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御することにより、発熱量を一定にすることができる。
このように、本発明の一実施例によるＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御方法によると、前述しためっき層制御装置と同様に、一定の供給速度で供給される溶解材料に対応して電磁誘導コイルのインピーダンス（例えば、共振周波数）と発熱量（例えば、電力量）を一定に制御することにより、金属蒸気の発生量を一定に維持することができる。これにより、一定のめっき層を形成することができる。
以上、本発明を、実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施例に記載された範囲に限定されない。上記実施例に、様々な変更または改良を加えることができるということは、本発明が属する技術分野における通常の技術者にとって明らかである。かかる変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るということは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１００ めっき層制御装置
１１０ 坩堝
１２０ 電磁誘導コイル
１３０ 電源部
１４０ 制御部
Ａ 溶解材料
Ｂ 溶湯
Ｃ 金属蒸気

Claims (8)

  1. 金属蒸気で鋼板を物理的気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＶＤ））してめっき層を形成するＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御装置において、
    溶解材料が投入される坩堝；
    前記坩堝の外側周りに配置されて前記坩堝内に投入された溶解材料を加熱し溶湯を形成して、前記溶湯から金属蒸気を発生させる電磁誘導コイル；
    前記電磁誘導コイルに電流を供給する電源部；及び
    前記電磁誘導コイルのインピーダンスを測定し、一定の供給速度で前記坩堝に投入される前記溶解材料に応じて前記インピーダンスが一定に維持されるように前記電磁誘導コイルに供給される電流を制御する制御部を含む、めっき層制御装置。
  2. 前記制御部は、前記電磁誘導コイルの共振周波数を測定して前記電磁誘導コイルのインピーダンスを獲得する、請求項１に記載のめっき層制御装置。
  3. 前記制御部は、前記電磁誘導コイルによる発熱量が一定となるように前記電磁誘導コイルに供給される電流を制御する、請求項１または２に記載のめっき層制御装置。
  4. 前記発熱量は、前記電磁誘導コイルの電力量に対応し、前記制御部は、前記電磁誘導コイルの電力量が一定となるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御する、請求項３に記載のめっき層制御装置。
  5. 金属蒸気で鋼板を物理的気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＶＤ））してめっき層を形成するＰＶＤめっき工程におけるめっき層制御方法において、
    坩堝内に溶解材料を投入する段階；
    前記坩堝の外側周りに配置された電磁誘導コイルで前記坩堝内の前記溶解材料を加熱し溶湯を形成して、金属蒸気を発生させる段階；
    前記電磁誘導コイルのインピーダンスを測定する段階；及び
    一定の供給速度で前記坩堝に投入される前記溶解材料に応じて前記電磁誘導コイルのインピーダンスが一定に維持されるように前記電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階を含む、めっき層制御方法。
  6. 前記電磁誘導コイルのインピーダンスを測定する段階は、前記電磁誘導コイルの共振周波数を測定して前記電磁誘導コイルのインピーダンスを獲得する段階を含む、請求項５に記載のめっき層制御方法。
  7. 前記電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階は、前記電磁誘導コイルによる発熱量が一定となるように前記電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階を含む、請求項５または６に記載のめっき層制御方法。
  8. 前記発熱量は、前記電磁誘導コイルの電力量に対応し、
    前記電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階は、前記電磁誘導コイルの電力量が一定となるように電磁誘導コイルに供給される電流を制御する段階を含む、請求項７に記載のめっき層制御方法。
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