JPH04120269A - Method and device for vapor-depositing metal - Google Patents
Method and device for vapor-depositing metalInfo
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Abstract
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、物品の表面に金属を蒸着させるのに利用され
、例えば、オーディオ・ビデオテープや各種電子部品等
を製造する際に適用される金属の蒸着方法および蒸着装
置に関するものである。
（従来の技術）
従来、例えば、オーディオΦビデオテープや各種電子部
品等を製造するに際しては、金属を高温に加熱してその
蒸発を促進することにより対象物品の表面にガス状金属
を蒸着させることが一般的におこなわれている。
この場合、例えば、第６図に示すように、巻き出し側リ
ール１０１に巻かれた対象物品（フィルム）１０２をル
ーパーロール１０３，１０４を介して巻き込み側ロール
１０５に巻き込み、前記ルーバーロール１０３，１０４
間に位１１する対象物品（フィルム）１０２に対向させ
てマグネジするつぼ１０６を設置し、このマグネジする
つぼ１０６内に入れたコバルト合金１０７に対しエレク
トロンビーム１０８の照射を行うことによってこのコバ
ルト合金１０７を蒸発させ、ガス状となったコバルト合
金を対象物品（フィルム）１０２の表面に蒸着させるよ
うにしていた。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、このような従来の金属の蒸着技術にあっ
ては、金属を蒸発させるための加熱溶解をマグネシアの
ごとき酸化物系セラミックス製のつるぼ１０６を用いて
溶解していたため１次に示すような問題点があった。
（１）金属によるるつぼの侵食によって長時間の操業が
できず、るつぼ交換等のタイムロスが多くなって工程の
円滑性を欠くとともにコストアップの要因となること。
（２）金属とるつぼとの反応を抑制するために溶解金属
の温度を下げる必要があり、このため金属の蒸発速度が
遅くなって作業能率が低下すること。
（３）低温度の溶解金属と平衡する金属の蒸気圧は低い
ため、装置内雰囲気の圧力をこの蒸気圧よりも低くする
必要がある（例えば、０．０ＩＴｏｒｒ以下）ことから
、装置の気密性管理が煩雑になること。
（４）金属の蒸発を促進するために溶解金属にエレクト
ロンビームの照射を行うが、このエレクトロンビームを
効率よく照射するためには装置内雰囲気の圧力を低くす
る必要がある（例えば。
０ 、００１Ｔｏ ｒ ｒ以下）ことから、本来の蒸発
促進（装置内の雰囲気圧力が高くなること）と矛盾する
対策になりがちであること。
したがって、このような諸問題点を解決することが課題
となっていた。
（発明の目的）
本発明は、上記した従来の課題にかんがみてなされたも
ので、金属の蒸着作業を安定した条件下で能率よくしか
も低コストで実施することが可能である金属の蒸着方法
および蒸着装置を提供することを目的としている。(Industrial Application Field) The present invention is a metal vapor deposition method and vapor deposition apparatus that are used to vapor deposit metal on the surface of an article, for example, when manufacturing audio/video tapes, various electronic components, etc. It is related to. (Prior Art) Conventionally, for example, when manufacturing audio Φ video tapes and various electronic components, gaseous metals have been vapor-deposited on the surface of the target products by heating the metals to high temperatures and promoting their evaporation. is commonly practiced. In this case, for example, as shown in FIG. 6, the target article (film) 102 wound on the unwinding side reel 101 is wound onto the winding side roll 105 via the looper rolls 103, 104, and the louver rolls 103, 104
A magnetically screwing pot 106 is placed facing the target article (film) 102 placed between them, and the cobalt alloy 107 placed in the magnetically screwing pot 106 is irradiated with an electron beam 108. was evaporated, and the gaseous cobalt alloy was deposited on the surface of the target article (film) 102. (Problem to be Solved by the Invention) However, in such conventional metal vapor deposition technology, heating and melting to vaporize the metal is performed using a crucible 106 made of oxide-based ceramics such as magnesia. As a result, there were problems as shown below. (1) Corrosion of the crucible by the metal makes it impossible to operate for long periods of time, increasing time loss in crucible replacement, etc., resulting in a lack of process smoothness and an increase in costs. (2) It is necessary to lower the temperature of the molten metal in order to suppress the reaction between the metal and the crucible, which slows down the evaporation rate of the metal and reduces work efficiency. (3) Since the vapor pressure of the metal in equilibrium with the low-temperature molten metal is low, the pressure of the atmosphere inside the device must be lower than this vapor pressure (for example, 0.0 ITorr or less), so the airtightness of the device Management becomes complicated. (4) The molten metal is irradiated with an electron beam to promote the evaporation of the metal, but in order to efficiently irradiate the electron beam, it is necessary to lower the pressure of the atmosphere inside the device (for example, 0,001To r r or less), therefore, countermeasures tend to be inconsistent with the original promotion of evaporation (increasing the atmospheric pressure within the device). Therefore, it has been a challenge to solve these various problems. (Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides a metal vapor deposition method and a metal vapor deposition method that allow metal vapor deposition work to be carried out efficiently and at low cost under stable conditions. The purpose is to provide a vapor deposition apparatus.
（課題を解決するための手段）
本発明の第１ｉＩ求項に係わる金属の蒸着方法は、電気
的絶縁スリットを縦方向に有する水冷銅製るつぼ内で誘
導加熱により金属を溶解し、溶解した金属を蒸発させて
ガス状金属を対象物品に蒸着させる構成としたことを特
徴としており、本発明の第２請求項に係わる金属の蒸着
方法は、電気的絶縁スリットを縦方向に有する複数の水
冷銅製るつぼ内で誘導加熱により蒸発特性の異なる複数
種の金属を溶解し、溶解した各金属を蒸発させてガス成
金ｌ！（合金である場合を含む、）を対象物品に蒸着さ
せる構成としたことを特徴としており、本発明に係わる
金属の蒸着装置は、蒸着される対象物品に対向しうる位
置に、電気的絶縁スリットを縦方向に有するｌないしは
複数の水冷銅製るつぼを配設すると共に、前記水冷銅製
るつぼ内に入れた工ないしは複数種の溶解金属母材を誘
導加熱して蒸発させる誘導加熱手段を備えた構成とした
ことを特徴としており、必要に応じて採用される実施態
様においては、水冷銅製るつぼの底部に溶解金属母材装
入口を設けると共に、前記溶解金属母材装入口より水冷
銅製るつぼ内に溶解金属母材を送給する溶解金属母材送
給手段を備えた構成とし、同じ〈実施態様においては、
水冷銅製るつぼの水平断面形状が、円形、長円形、楕円
形、正方形、長方形のうちから選ばれる構成としたこと
を特徴としており、上述した金属の蒸着方法および蒸着
装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段
としている。
（発明の作用）
本発明に係わる金属の蒸着方法および蒸着装置は、前述
した構成を有するものであり、問題の根本であるセラミ
ックス製るつぼを使用せず、また、エレクトロンビーム
を使用せず、代わりに電気的絶縁スリットを縦方向に有
する水冷銅製るつ０ぼを使用すると共に誘導加熱により
金属を溶解しそして蒸発させるようにしていることから
、この水冷銅製るつぼでは電磁気力によって溶解金属が
るつぼに対して非接触の状態に保たれるようになるため
、溶解金属に汚染が生じないものになると共に、溶解金
属の温度は従来以上に高いものとしうるので、金属の蒸
発速度がより大きいものとなって蒸着作業能率が向上し
たものとなり、したがって蒸着作業は安定した条件下で
能率よくしかも低コストで実施されるようになる。
（実施例）
第１図および第２図は本発明に係わる金属の蒸着方法の
実施に使用する金属の蒸着装置の一実施例を示すもので
あって、図に示す金属の蒸着装置１は、天板２と、四方
の側板３と、底板４と、母材金属収納体５とで囲まれる
密閉空間６を有し、この密閉空間６の図示左側には、対
象物品であるフィルム１０を巻き出す巻き出し側リール
１１を備えていると共に、同密閉空間６の図示右側には
、前記フィルム１０を巻き込む巻き込み側り−ル１２を
そなえ、両リール１１．１２の間には前記フィルム１０
のルーパーロール１３．１４をそなえている。
また、前記天板２には監視窓１５をそなえていると共に
、側板３には排気管１６をそなえており、排気管１６を
通して矢印Ａ方向に排気することによって密閉空間６の
内部を真空排気することができるようにしている。
さらに、密閉空間６の中央部分には、第１図に示すよう
に対向する側板を貫通する状態で、電気的絶縁スリット
２１を多数有する長円形状の水冷銅製るつぼ２２が設置
しである。
この水冷銅製るつぼ２２は、縦方向に電気的絶縁スリッ
ト２１を有する多数（この実施例では２４個）の水冷銅
製セグメント２３を長円形状に連続させた構造をなすも
のであって、各水冷銅製セグメント２３には冷却水バイ
ブ２４が設けである。
また、前記水冷銅製るつぼ２２のまわりには誘導加熱手
段として機能する同じく長円形の高周波誘導加熱用コイ
ル２６が設けてあって、これら水冷銅製るつぼ２２と高
周波誘導加熱用コイル２６とでコールドクルーシブルレ
ビテーション溶解炉を構成するようにしている。
さらに、前記母材金属収納体５の下端部分には溶解金属
母材送給手段である昇降用アクチュエータ３１が固定し
てあり、この昇降用アクチエエータ３１のロッド３１′
の先端部分に溶解金属母材３２が固定してあって、この
溶解金属母材３２が水冷銅製るつぼ２２の底部に設けた
溶解金属母材装入口２２′を通して水冷銅製るつぼ２２
内に位置することにより高周波誘導加熱されるようにな
っている。
次に、このような金属の蒸着装置１によって対象物品で
あるフィルム１ｏの表面に蒸着を行う要領について説明
する。
この実施例において、溶解金属母材３２はコバルト合金
であり、フィルム１０は輻が３００ｍｍの高分子系プラ
スチック膜よりなるものである。
また、水冷銅製るつぼ２２は縦方向に２４個所の絶縁ス
リット２１を有しかつその水平断面形状は長円形状をな
すものであって、その短径が３０ｍ ｍ 、長径が４０
０ ｍ ｍのものであり、幅が３００ｍｍのプラスチッ
ク膜よりなるフィルム１０を十分にカバーすることので
きる長さを有するものである。
さらに、高周波誘導加熱用コイル２６に接続する電源の
出力は２００ ｋＷ 、周波数は３０．０００１（ｚの
ものである。
そこで、昇降用アクチュエータ３１によって板状をなす
溶解金属母材３２を水冷銅製るつぼ２２の底部に設けた
溶解金属母材装入口２２′より上方に向けて連続的に供
給すると共に高周波誘導加熱用コイル２６に通電するこ
とにより溶解して溶解金属３３としそしてまたガス成金
ｊｉ：３４として上昇させて、フィルム１０の表面に蒸
着させた。
このとき、水冷銅製るつぼ２２を構成する個々の水冷銅
製セグメント２３には表皮効果によりそれぞれ円電流が
流れ、この円電流群によって溶解金属母材３２が誘導加
熱されるが、金属の表面電流とるつぼの円電流群とはそ
の位相が１８０度異なるためにお互いの電流により形成
する磁界は反発して金属に斥力（ローレンツ斥力）が働
き、溶解金属３３は水冷銅製るつぼ２２と非接触の状態
となる。
したがって、溶解金属３３の汚染は回避されると共に、
溶解金属３３の温度を高くすることが可能である。この
場合、溶解金属３３の温度はその縦方向に勾配を有し、
最も高温となる上面において約２５００℃（約２７７３
Ｋ）であった、そして、このときの溶解金属３３である
溶融コノヘルドの蒸気圧は。
旦ｏｇＰ＝−２０８４３Ｔ−’＋６．７８５Ｐ：金属の
蒸気圧（ａｔｍ）
Ｔ：絶対温度（Ｋ）
で表わされ、２７７３Ｋにおける溶融コバルトの蒸気圧
は０．１８５ａｔｍ（１４０Ｔｏｒｒ）となる。
ここで、通常の油回転式真空ポンプの到達圧力は０．１
Ｔｏｒｒ以下であり、金属の蒸発を妨げない圧力に雰囲
気を管理することは著しく容易であった。
そして、この装置を用いて連続１５０時間の蒸着操業を
実施したが、何んらの問題も生じず円滑に稼働すること
ができた。
ところで、上記実施例においては、水冷銅製るつぼ２２
を１個そなえているだけであることから、蒸発特性の異
なる複数種の金属から成る蒸着金属組成を自由に制御す
ることは困難である。
すなわち、第３図に例示するように、蒸着すべき金属の
温度と蒸気圧との関係は金属の種類によって大きく異な
る。
そこで、このような場合には、電気的絶縁スリットを縦
方向に有する水冷銅製るつぼを複数個そなえるようにし
、各々の水冷銅製るつぼ内で誘導加熱により個別の条件
で溶解することによって、蒸発特性の異なる複数種の金
属を溶解し、溶解した各金属を蒸着させてガス状金属を
対象物品に蒸着させるようにする必要がある。
第４図および第５図は蒸気圧の異なる複数種（この実施
例では２種）の金属から成る蒸着金属組成を自由に制御
することができるようにした本発明に係わる金属の蒸着
方法の実施に使用する金属の蒸着装置の一実施例を示す
ものであって、図に示す金属の蒸Ｍ装置４１は、天板４
２と、四方の側板４３と、底板４４と、母材金属収納体
４５とで囲まれる密閉空間４６を有し、この密閉空間４
６の図示左側には、対象物品であるフィルム５０を巻き
出す巻き出し側リール５１を備えていると共に、同密閉
空間４６の図示右側には、前記フィルム５０を巻き込む
巻き込み側リール５２をそなえ１両リール５１．５２の
間には前記フィルム５０のルーパーロール５３．５４を
そなえている。
また、前記天板４２には監視窓５５をそなえていると共
に、側板４３には排気管５６をそなえており、排気管５
６を通して矢印Ａ方向に排気することによって密閉空間
４６の内部を真空排気することができるようにしている
。
さらに、密閉空間４６の中央部分には、第４図に示すよ
うに対向する側板を貫通する状態で、電気的絶縁スリッ
）６１ａ、６１ｂを多数有する２つの長円形状の水冷銅
製るつぼ６２ａ、６２ｂが並列に設置しである。
上記各水冷銅製るつぼ６２ａ、６２ｂは、縦方向に電気
的絶縁スリー２トロ１ａ、６１ｂを有する多数（この実
施例では１８個）の水冷銅製セグメン）６３ａ、６３ｂ
を長円形状に連続させた構造をなすものであって、各水
冷銅製セグメント６３ａ、６３ｂには冷却水バイブロ４
ａ、６４ｂが設けである。
また、前記水冷銅製るつぼ６２ａ、６２ｂのまわりには
誘導加熱手段として機能する同じく長円形の高周波誘導
加熱用コイル６６ａ、６６ｂが設けてあって、これら水
冷銅製るつぼ６２ａ。
６２ｂと高周波誘導加熱用コイル６６ａ、６６ｂとでコ
ールドクルーシブルレビテーション溶解炉を構成するよ
うにしている。
さらに、前記母材金属収納体４５の下端部分には溶解金
属母材送給手段である昇降用アクチュエータ７１ａ、７
１ｂが固定してあり、前記昇降用アクチエエータ７１ａ
、７１ｂのロッド７１ａ’、７１ｂ’の先端部分に溶解
金属母材７２ａ、７２ｂが固定してあって、各溶解金属
母材７２ａ、７２ｂが水冷銅製るつぼ６２ａ。
６２ｂの底部に設けた溶解金属母材装入口６２ａ’
、６２ｂ’を通して各水冷銅製るつぼ６２ａ、６２ｂ内
に位置することにより高周波誘導加熱されるようになっ
ている。
次に、このような金属の蒸着装置４１によって対象物品
であるフィルム５０の表面に蒸着を行う要領について説
明する。
この実施例において、溶解金属母材７２ａ。
７２ｂはそれぞれコバルトおよびクロムであり、フィル
ム５０は幅が３００ｍｍの高分子系プラスチック膜より
なるものであって、目標とすべき蒸着組成と成るように
コバルトおよびクロムの蒸発速度を制御した。
また、水冷銅製るつぼ６２ａ、６２ｂは縦方向に１８個
所の絶縁スリッ）６１ａ、６１ｂを有しかつその水平断
面形状は長円形状をなすものであって、それぞれの短径
が３０ ｍ ｍ 、長径が４００ｍｍのものであり、幅
が３００ｍｍのプラスチック膜よりなるフィルム５０を
十分にカバーすることのできる長さを有するものである
。
さらに、高周波誘導加熱用コイル６６ａ。
６６ｂに接続する電源の出力はそれぞれ２００ｋＷ、周
波数は３０．０ＯＯＨｚのものである。
そこで、昇降用アクチュエータ７１ａ、７１ｂによって
板状をなす溶解金属母材７２ａ、７２ｂを水冷銅製るつ
ぼ６２ａ、６２ｂの底部に設けた溶解金属母材装入口６
２ａ’ 、６２ｂ’より上方に向けて連続的に供給す
ると共に高周波誘導加熱用コイル６６ａ、６６ｂに通電
することによりそれぞれ個別の条件で溶解して溶解金属
７３ａ。
７３ｂとしそしてまたガス状金属７４ａ、７４ｂとして
上昇させて、フィルム５０の表面に蒸着させた。
このとき、水冷銅製るつぼ６２ａ、６２ｂを構成する個
々の水冷銅製セグメン）６３ａ、６３ｂには表皮効果に
よりそれぞれ円型流が流れ、この円電流群によって溶解
金属母材７２ａ、７２ｂが誘導加熱されるが、金属の表
面電流とるつぼの円電流群とはその位相が１８０度異な
るためにお互いの電流により形成する磁界は反発して金
属に斥力（ローレンツ斥力）が働き、溶解金ｊ１７３ａ
。
７３ｂは水冷銅製るつぼ６２ａ、６２ｂと非接触の状態
となる。
したがって、溶解金属７３ａ、７３ｂの汚染は回避され
ると共に、溶解金属７３ａ 、７３ｂの温度を個別に高
く設定して目標とすべき蒸着金属組成となるようにコバ
ルトおよびクロムの蒸発速度を制御することが可能であ
る。
この実施例において、蒸着金属組成をコバルトが６０重
量％、クロムが４０重量％となるように制御する場合に
ついて示す。
また、単位面積あたりの金属の蒸発速度は、ラングミュ
ア−によると下記（１）式で示される。
Ｖ：蒸発速度
α：定数
Ｐ：蒸気圧（ａｔｍ）
ｍ：金属の原子量
に：ポルツマン定数
Ｔ：絶対温度（Ｋ）
他方、溶融コバルトの蒸気圧と温度との関係は下記（２
）式で示され、溶融クロムの蒸気圧と温度との関係は下
記（３）式で示される。
１ｏｇＰ＝−２０８４３Ｔ−”＋６．７８５・・・（２
）
ｌｏｇＰ＝−１９７８７７−”＋６．９３２・・・（３
）
Ｐ：金属の蒸気圧（ａｔｍ）
Ｔ：絶対温度（Ｋ）
上記（２）式によると、例えば、２７７３Ｋ（２５００
℃）における溶融コバルトの蒸気圧は０．１８５ａｔｍ
（１４０Ｔｏｒｒ）となる、また、このときの溶融コ
バルトの蒸発速度はとなる。
また、蒸着金属の濃度は蒸発速度に比例するから、前記
目標成分組成より溶融クロムの蒸発速度は溶融コバルト
の蒸発速度の４０／６０とすべきであり、
を目標とする必要がある。
したがって、上記（３）式から計算すると、この条件を
満足する溶融クロムの溶解温度は２５１０Ｋ（２２３７
℃）、蒸気圧は０．１２２ａｔｍである。
そこで、上記により算出された溶解温度となるように高
周波誘導加熱用コイル６６ａ、６６ｂに通電して操業を
行ったところ、蒸着金属の分析結果は、コバルトが６１
重量％、クロムが３９重量％であり、はぼ目標どおりと
なった。
なお、通常の油回転式真空ポンプの到達圧力は０．１Ｔ
ｏｒｒ以下であり、金属の蒸発を妨げない圧力に雰囲気
を管理することは著しく容易であった。
そして、この装置を用いて連続１５０時間の蒸着操業を
実施したが、何んらの問題も生じず円滑に稼働すること
ができた。(Means for Solving the Problems) A metal vapor deposition method according to Item 1iI of the present invention involves melting metal by induction heating in a water-cooled copper crucible having electrically insulating slits in the vertical direction. The metal vapor deposition method according to the second aspect of the present invention is characterized by having a structure in which gaseous metal is deposited on a target article by evaporation. Multiple types of metals with different evaporation characteristics are melted by induction heating in the chamber, and each melted metal is evaporated to form a gas metal! The metal vapor deposition apparatus according to the present invention has an electrically insulating slit at a position facing the target article to be vapor-deposited. 1 or a plurality of water-cooled copper crucibles having 1 or more water-cooled copper crucibles in the vertical direction, and an induction heating means for inductively heating and evaporating the metal or a plurality of types of molten metal base material placed in the water-cooled copper crucible. In an embodiment adopted as necessary, a molten metal base material charging port is provided at the bottom of the water-cooled copper crucible, and the molten metal is introduced into the water-cooled copper crucible from the molten metal base material charging port. The configuration includes a molten metal base material feeding means for feeding the base metal, and the same <in the embodiment,
The horizontal cross-sectional shape of the water-cooled copper crucible is selected from among circular, oval, oval, square, and rectangular. It is used as a means to solve problems. (Function of the invention) The metal vapor deposition method and vapor deposition apparatus according to the present invention have the above-described configuration, and do not use a ceramic crucible, which is the root of the problem, and do not use an electron beam. In this water-cooled copper crucible, a water-cooled copper crucible with electrically insulating slits in the vertical direction is used, and the metal is melted and evaporated by induction heating. Since the molten metal is kept in a non-contact state, there is no contamination of the molten metal, and the temperature of the molten metal can be higher than before, so the evaporation rate of the metal is faster. As a result, the efficiency of the vapor deposition work is improved, and therefore the vapor deposition work can be carried out efficiently and at low cost under stable conditions. (Example) FIG. 1 and FIG. 2 show an example of a metal vapor deposition apparatus used for carrying out the metal vapor deposition method according to the present invention. It has a sealed space 6 surrounded by a top plate 2, four side plates 3, a bottom plate 4, and a base metal storage body 5, and a film 10, which is a target article, is wrapped on the left side of the sealed space 6 in the figure. It is provided with an unwinding side reel 11 for taking out the film 10, and a winding side reel 12 for winding up the film 10 on the right side of the sealed space 6 in the drawing.
It is equipped with looper rolls of 13 and 14. Further, the top plate 2 is provided with a monitoring window 15, and the side plate 3 is provided with an exhaust pipe 16, and the inside of the sealed space 6 is evacuated by evacuating the air in the direction of arrow A through the exhaust pipe 16. I'm trying to do that. Further, in the center of the sealed space 6, as shown in FIG. 1, an oval water-cooled copper crucible 22 having a large number of electrically insulating slits 21 is installed so as to penetrate through the opposing side plates. This water-cooled copper crucible 22 has a structure in which a large number (24 in this embodiment) of water-cooled copper segments 23 having electrically insulating slits 21 in the longitudinal direction are continuous in an oval shape, and each water-cooled copper crucible The segment 23 is provided with a cooling water vibrator 24 . Further, around the water-cooled copper crucible 22, there is provided an oval high-frequency induction heating coil 26 which also functions as an induction heating means. tion melting furnace. Further, an elevating actuator 31 serving as a molten metal base material feeding means is fixed to the lower end portion of the base metal storage body 5, and a rod 31' of this elevating actuator 31 is fixed.
A molten metal base material 32 is fixed to the tip of the water-cooled copper crucible 22 through the molten metal base material charging port 22' provided at the bottom of the water-cooled copper crucible 22.
By being located inside, high-frequency induction heating is performed. Next, a method for performing vapor deposition on the surface of the film 1o, which is a target article, using such a metal vapor deposition apparatus 1 will be explained. In this embodiment, the molten metal base material 32 is a cobalt alloy, and the film 10 is made of a polymeric plastic film with a radius of 300 mm. The water-cooled copper crucible 22 has 24 insulating slits 21 in the vertical direction, and its horizontal cross-sectional shape is an ellipse, with a short axis of 30 mm and a long axis of 40 mm.
0 mm, and has a length that can sufficiently cover the film 10 made of a plastic film with a width of 300 mm. Furthermore, the output of the power supply connected to the high-frequency induction heating coil 26 is 200 kW, and the frequency is 30.0001 (z). Therefore, the molten metal base material 32 in the plate shape is moved into a water-cooled copper crucible by the lifting actuator 31. The molten metal base material is continuously supplied upward from the molten metal base material charging port 22' provided at the bottom of the molten metal base material 22, and is melted by energizing the high-frequency induction heating coil 26 to form a molten metal 33. At this time, a circular current flows through each of the water-cooled copper segments 23 constituting the water-cooled copper crucible 22 due to the skin effect, and this group of circular currents causes the molten metal base material to flow. 32 is heated by induction, but since the phase of the surface current of the metal and the group of circular currents in the crucible are 180 degrees different, the magnetic fields formed by the currents repel each other, and a repulsive force (Lorentz repulsion) acts on the metal, causing it to melt. The metal 33 is in a non-contact state with the water-cooled copper crucible 22. Therefore, contamination of the molten metal 33 is avoided, and
It is possible to increase the temperature of the molten metal 33. In this case, the temperature of the molten metal 33 has a gradient in its longitudinal direction,
Approximately 2,500℃ (approximately 2,773℃) at the top surface, which is the highest temperature
K), and the vapor pressure of the molten metal 33 at this time was: 0gP=-20843T-'+6.785P: Vapor pressure of metal (atm) T: Absolute temperature (K) The vapor pressure of molten cobalt at 2773K is 0.185 atm (140 Torr). Here, the ultimate pressure of a normal oil rotary vacuum pump is 0.1
It was extremely easy to control the atmosphere to a pressure that was below Torr and did not prevent metal evaporation. Then, a continuous 150-hour vapor deposition operation was carried out using this apparatus, and the operation could be performed smoothly without any problems. By the way, in the above embodiment, the water-cooled copper crucible 22
It is difficult to freely control the composition of the deposited metal, which is composed of multiple types of metals with different evaporation characteristics. That is, as illustrated in FIG. 3, the relationship between the temperature and vapor pressure of the metal to be vapor-deposited varies greatly depending on the type of metal. Therefore, in such cases, a plurality of water-cooled copper crucibles having electrically insulating slits in the vertical direction are provided, and melting is performed under individual conditions by induction heating in each water-cooled copper crucible, thereby changing the evaporation characteristics. It is necessary to melt a plurality of different metals and deposit each melted metal to deposit the gaseous metal onto the target article. FIGS. 4 and 5 show the implementation of the metal evaporation method according to the present invention, in which the composition of the evaporated metal consisting of multiple types (two types in this example) of metals having different vapor pressures can be freely controlled. The metal evaporation device 41 shown in the figure is an embodiment of a metal evaporation device used for
2, side plates 43 on all sides, a bottom plate 44, and a base metal storage body 45.
6 is provided with an unwinding side reel 51 for unwinding the film 50 which is the target article, and a winding side reel 52 for winding up the film 50 is provided on the right side of the sealed space 46 as shown in the drawing. Looper rolls 53, 54 of the film 50 are provided between the reels 51, 52. Further, the top plate 42 is provided with a monitoring window 55, and the side plate 43 is provided with an exhaust pipe 56.
6 in the direction of arrow A, the inside of the sealed space 46 can be evacuated. Furthermore, in the central part of the sealed space 46, two oval water-cooled copper crucibles 62a and 62b having a large number of electrically insulating slits 61a and 61b are provided, penetrating through the opposing side plates as shown in FIG. are installed in parallel. Each water-cooled copper crucible 62a, 62b has a large number (18 in this embodiment) of water-cooled copper segments 63a, 63b having electrically insulating sleeves 1a, 61b in the longitudinal direction.
Each water-cooled copper segment 63a, 63b has a cooling water vibro 4.
a and 64b are provided. Further, around the water-cooled copper crucibles 62a, 62b, similarly oval high-frequency induction heating coils 66a, 66b, which function as induction heating means, are provided. 62b and high-frequency induction heating coils 66a and 66b constitute a cold crucible levitation melting furnace. Further, at the lower end portion of the base metal storage body 45, lifting actuators 71a and 7, which are molten metal base material feeding means, are provided.
1b is fixed, and the lifting actuator 71a
, 71b are fixed to the tip portions of the rods 71a', 71b', and each molten metal base material 72a, 72b is a water-cooled copper crucible 62a. Molten metal base material charging port 62a' provided at the bottom of 62b
, 62b' are placed in each of the water-cooled copper crucibles 62a, 62b, thereby being heated by high frequency induction. Next, a method for performing vapor deposition on the surface of the film 50, which is a target article, using such a metal vapor deposition apparatus 41 will be explained. In this example, the molten metal matrix 72a. 72b is cobalt and chromium, respectively, and the film 50 is made of a polymeric plastic film with a width of 300 mm, and the evaporation rates of cobalt and chromium were controlled so as to achieve the target evaporation composition. The water-cooled copper crucibles 62a and 62b have 18 insulating slits 61a and 61b in the vertical direction, and their horizontal cross-sectional shape is an oval shape, each having a short axis of 30 mm and a long axis. is 400 mm, and has a length that can sufficiently cover the film 50 made of a plastic film with a width of 300 mm. Furthermore, a high frequency induction heating coil 66a. The power supplies connected to the power supplies 66b each have an output of 200 kW and a frequency of 30.000 Hz. Therefore, the molten metal base material charging port 6 provided at the bottom of the water-cooled copper crucibles 62a, 62b, in which plate-shaped molten metal base materials 72a, 72b are moved by lifting actuators 71a, 71b.
The molten metal 73a is continuously supplied upward from 2a' and 62b' and melted under individual conditions by supplying current to the high-frequency induction heating coils 66a and 66b. 73b and also rose as gaseous metals 74a, 74b and were deposited on the surface of the film 50. At this time, circular currents flow through the individual water-cooled copper segments 63a and 63b constituting the water-cooled copper crucibles 62a and 62b due to the skin effect, and the molten metal base materials 72a and 72b are inductively heated by this group of circular currents. However, since the surface current of the metal and the group of circular currents in the crucible have a phase difference of 180 degrees, the magnetic fields formed by the currents repel each other, exerting a repulsive force (Lorentz repulsion) on the metal, and the molten gold j173a
. 73b is in a non-contact state with the water-cooled copper crucibles 62a and 62b. Therefore, contamination of the molten metals 73a and 73b is avoided, and the evaporation rate of cobalt and chromium can be controlled so that the temperature of the molten metals 73a and 73b is individually set high to achieve the target deposited metal composition. is possible. In this example, a case is shown in which the deposited metal composition is controlled to be 60% by weight of cobalt and 40% by weight of chromium. Further, according to Langmuir, the evaporation rate of metal per unit area is expressed by the following equation (1). V: Evaporation rate α: Constant P: Vapor pressure (ATM) m: Atomic weight of metal: Portzmann constant T: Absolute temperature (K) On the other hand, the relationship between the vapor pressure and temperature of molten cobalt is as follows (2
), and the relationship between the vapor pressure of molten chromium and temperature is shown by the following equation (3). 1ogP=-20843T-"+6.785...(2
) logP=-197877-"+6.932...(3
) P: vapor pressure of metal (atm) T: absolute temperature (K) According to the above equation (2), for example, 2773K (2500
The vapor pressure of molten cobalt at ℃) is 0.185 atm
(140 Torr), and the evaporation rate of the molten cobalt at this time is as follows. Further, since the concentration of the deposited metal is proportional to the evaporation rate, the evaporation rate of molten chromium should be 40/60 of the evaporation rate of molten cobalt based on the target component composition, and it is necessary to aim for the following. Therefore, when calculated from equation (3) above, the melting temperature of molten chromium that satisfies this condition is 2510K (2237
℃), and the vapor pressure is 0.122 atm. Therefore, when the high-frequency induction heating coils 66a and 66b were energized and operated so as to achieve the melting temperature calculated above, the analysis result of the vapor-deposited metal revealed that cobalt was 61
% by weight, chromium was 39% by weight, which was almost on target. The ultimate pressure of a normal oil rotary vacuum pump is 0.1T.
It was extremely easy to control the atmosphere to a pressure that was below orr and did not prevent metal evaporation. Then, a continuous 150-hour vapor deposition operation was carried out using this apparatus, and the operation could be performed smoothly without any problems.
本発明に係る金属の蒸着方法および蒸着装置によれば、
電気的絶縁スリットを縦方向に有する水冷銅製るつぼ内
で誘導加熱することにより溶解しそして蒸発させるよう
にしているので、金属によるるつぼの侵食のおそれが著
しく小さく、長時間の蒸着操業が可能であると共に、金
属とるつぼとの反応を抑制する必要がないため溶解金属
の温度を下げる必要がないことから、金属の蒸発速度を
高めて作業能率の向上をはかることが可能であり、装置
内雰囲気の圧力を従来はど低くする必要がないため装置
の気密性管理が比較的容易なものになり、蒸発特性の異
なる複数種の金属からなる蒸着金属組成のものを得る場
合であっても水冷銅製るつぼを複数個以上設置して各々
個別の条件で誘導加熱により金属を溶解しそして蒸発さ
せるようになすことによって比較的自由に蒸着金属組成
を制御することが可能であり、金属の蒸着作業を安定し
た条件で能率よくしかも低コストで実施することができ
るようになるという著大なる効果がもたらされる。According to the metal vapor deposition method and vapor deposition apparatus according to the present invention,
Since the metal is melted and evaporated by induction heating in a water-cooled copper crucible that has electrically insulating slits in the vertical direction, there is extremely little risk of metal corrosion of the crucible, and long-term deposition operations are possible. At the same time, since there is no need to suppress the reaction between the metal and the crucible, there is no need to lower the temperature of the molten metal, so it is possible to increase the evaporation rate of the metal and improve work efficiency. Since there is no need to lower the pressure as low as it used to be in the past, it is now relatively easy to manage the airtightness of the equipment, and even when obtaining a deposited metal composition consisting of multiple metals with different evaporation characteristics, water-cooled copper crucibles can be used. It is possible to control the composition of the deposited metal relatively freely by installing multiple evaporators and melting and evaporating the metal by induction heating under individual conditions, making the metal evaporation work stable. This brings about a significant effect in that it can be carried out efficiently under various conditions and at low cost.
第１図および第２図は本発明に係わる金属の蒸着方法の
実施に使用する金属の蒸着装置の一実施例を示す各々平
面説明図および縦断面説明図、第３図は元素の蒸気圧と
絶対温度との関係（実線は固体状態、破線は液体状態、
Ｏ印は融点を表わす、）を例示するグラフ、第４図およ
び第５図は本発明に係わる金属の蒸着方法の実施に使用
する金属の蒸着装置の他の実施例を示す各々平面説明図
および縦断面説明図、第６図は従来の金属の蒸着方法を
例示する斜面説明図である。
１．４１・・・金属の蒸着装置、
１０．５０・・・フィルム（対象物品）、２１．６１ａ
、６１ｂ・・・電気的絶縁スリット、２２．６２ａ、６
２ｂ−水冷銅製るつぼ、２６．６６ａ、６６ｂ・・・誘
導加熱用コイル（誘導加熱手段）、
３２．７２ａ、７２ｂ−−−溶解金ｍ母材、３３．７３
ａ、７３ｂ・−・溶解金属。
３４．７４ａ、７４ｂ−−・ガス状金属。
第３図
■
（Ｋ）
１／Ｔ ｘ１ｏ４1 and 2 are an explanatory plan view and an explanatory longitudinal cross-sectional view, respectively, showing an embodiment of a metal vapor deposition apparatus used for carrying out the metal vapor deposition method according to the present invention, and FIG. Relationship with absolute temperature (solid line indicates solid state, broken line indicates liquid state,
4 and 5 are plan views showing other embodiments of the metal vapor deposition apparatus used to carry out the metal vapor deposition method according to the present invention, respectively. FIG. 6 is an explanatory diagram of a slope illustrating a conventional metal vapor deposition method. 1.41...Metal vapor deposition device, 10.50...Film (target article), 21.61a
, 61b... electrically insulating slit, 22.62a, 6
2b-water-cooled copper crucible, 26.66a, 66b...induction heating coil (induction heating means), 32.72a, 72b---molten gold m base material, 33.73
a, 73b --- molten metal. 34.74a, 74b--Gaseous metal. Figure 3 ■ (K) 1/T x1o4
Claims (5)
つぼ内で誘導加熱により金属を溶解し、溶解した金属を
蒸発させてガス状金属を対象物品に蒸着させることを特
徴とする金属の蒸着方法。(1) A metal vapor deposition method characterized by melting metal by induction heating in a water-cooled copper crucible having electrically insulating slits in the vertical direction, and vaporizing the melted metal to vapor-deposit gaseous metal onto a target article. .
銅製るつぼ内で誘導加熱により蒸発特性の異なる複数種
の金属を溶解し、溶解した各金属を蒸発させてガス状金
属を対象物品に蒸着させることを特徴とする金属の蒸着
方法。(2) Multiple types of metals with different evaporation characteristics are melted by induction heating in multiple water-cooled copper crucibles with electrically insulating slits in the vertical direction, and each melted metal is evaporated to deposit gaseous metal onto the target article. A metal vapor deposition method characterized by:
絶縁スリットを縦方向に有する１ないしは複数の水冷銅
製るつぼを配設すると共に、前記水冷銅製るつぼ内に入
れた１ないしは複数種の溶解金属母材を誘導加熱して蒸
発させる誘導加熱手段を備えたことを特徴とする金属の
蒸着装置。(3) One or more water-cooled copper crucibles having electrically insulating slits in the vertical direction are disposed at a position facing the target article to be vapor-deposited, and one or more water-cooled copper crucibles are placed in the water-cooled copper crucible. A metal vapor deposition apparatus comprising an induction heating means for induction heating and evaporation of a molten metal base material.
けると共に、前記溶解金属母材装入口より水冷銅製るつ
ぼ内に溶解金属母材を送給する溶解金属母材送給手段を
備えた請求項第３項に記載の金属の蒸着装置。(4) A molten metal base material charging port is provided at the bottom of the water-cooled copper crucible, and a molten metal base material feeding means is provided for feeding the molten metal base material from the molten metal base material charging port into the water-cooled copper crucible. The metal vapor deposition apparatus according to claim 3.
，楕円形，正方形，長方形のうちから選ばれる請求項第
３項または第４項に記載の金属の蒸着装置。(5) The metal vapor deposition apparatus according to claim 3 or 4, wherein the horizontal cross-sectional shape of the water-cooled copper crucible is selected from circular, oval, elliptical, square, and rectangular.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24031590A JPH04120269A (en) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | Method and device for vapor-depositing metal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24031590A JPH04120269A (en) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | Method and device for vapor-depositing metal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04120269A true JPH04120269A (en) | 1992-04-21 |
Family
ID=17057639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24031590A Pending JPH04120269A (en) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | Method and device for vapor-depositing metal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04120269A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008050698A (en) * | 2006-07-28 | 2008-03-06 | Netsusan Heat Kk | Alloy production method and alloy production device |
| KR101509835B1 (en) * | 2007-09-04 | 2015-04-06 | 푼다시오 프리바다 아스캄 | Device and apparatus for selectively depositing molten plastic material and production method comprising selective deposition |
-
1990
- 1990-09-11 JP JP24031590A patent/JPH04120269A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008050698A (en) * | 2006-07-28 | 2008-03-06 | Netsusan Heat Kk | Alloy production method and alloy production device |
| KR101509835B1 (en) * | 2007-09-04 | 2015-04-06 | 푼다시오 프리바다 아스캄 | Device and apparatus for selectively depositing molten plastic material and production method comprising selective deposition |
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