JPH05255841A - 電子線加熱式真空蒸着めっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子線加熱方式によってめっき原料を蒸発又
は昇華させる蒸着めっき方法において、高い電子線エネ
ルギー効率によってめっき原料を加熱蒸発し、且つ蒸発
させた蒸気を被めっき材へ蒸着させる有効蒸気率を高い
ものとし、工業生産に適した真空蒸着めっき方法を提供
する。 【構成】 めっき原料上面と被めっき材下面の垂直間距
離Ｈｖを250 〜500mm とすると共に、前記めっき原料表
面への電子線入射角度θを20度以上とする電子線加熱式
真空蒸着めっき方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子線加熱によってめっ
き材を蒸発させ帯状の被めっき材に連続的に蒸着させる
電子線加熱式真空蒸着めっき方法に関し、詳細には電子
線加熱の熱効率が高く且つ蒸着させる有効蒸気率の高い
電子線加熱式真空蒸着めっき方法に関するものである。
なお以下に詳述する例においては単層の蒸着めっきを行
なうものを示しているが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、多層めっきや合金めっきを行なうものを含
み、また被めっき材の種類も制限されるものでなく鋼板
や有機フィルム等を含むものである。また「真空蒸着」
の用語は広義に理解すべきものであり、本発明は各種イ
オンプレーティング法にも適用される。

【０００２】

【従来の技術】鋼板や有機フィルムの表面処理、或は電
子部品の製造においては、真空又は希薄ガス雰囲気下で
めっき原料を加熱蒸発又は昇華させ、鋼板等の一部又は
全面にこれを蒸着させる真空蒸着めっきが実用化されて
いる。めっき原料を加熱して蒸発又は昇華させる方法と
しては、抵抗加熱法、高周波誘導加熱法、電子線加熱
法、レーザービーム加熱法等があり、めっき原料の種
類、蒸発速度、得られる製品の仕様又は用途に応じて適
宜使い分けられている。

【０００３】特に上記電子加熱法は工業的に広く利用さ
れている。この加熱法は、電子銃で発生させた電子線を
めっき原料の表面に直接照射すると共にその表面を走査
させ、これによりめっき原料を加熱して蒸発させる方法
である。電子線は高エネルギーで且つ高エネルギー密度
を有するため、蒸発めっき原料の加熱及び蒸発効率が高
く、蒸発速度を大きくできる。従って蒸発させにくい低
蒸気圧の蒸発原料を蒸発させる場合であっても十分な蒸
発速度を確保でき、加熱効率及び加熱性能の点で抵抗加
熱法や高周波加熱法よりも優れている。この様に電子線
加熱法は蒸発速度を大きくすることができるので、蒸着
めっき層の成膜速度を大きくでき連続的な蒸着を行なう
ときには高い生産性を発揮する。

【０００４】また電子線は磁場を利用して容易に偏向す
ることができ、めっき原料上面を任意の軌跡で走査させ
することができると共に、複数の蒸発槽を併置し電子線
をジャンピングすることによって両方の槽中の原料を平
行的に蒸発させることもできる。この様な電子線ジャン
ピング方式を採用すれば、各種合金めっきや多層めっき
も簡単に行なえ、さらに電子線の照射時間をコントロー
ルすることによって蒸発速度を制御できるので、めっき
組成、めっき構造、めっき付着量を比較的簡単に調節す
ることができる。上記電子線を発生させるための電子銃
は高価ではあるが、メンテナンス性に優れ且つ電子線の
発生及び停止を容易に行なえるという利点があり、電子
線加熱方式は工業生産的に有利な方法である。

【０００５】図６は真空蒸着めっき室の一例を示す説明
図である。該めっき室１内には矢印Ａ−Ｂ方向に昇降可
能な昇降台座７を設け、該台座７上にめっき原料９を収
納した蒸発槽８が設けられ、該蒸発槽８の上方にはガイ
ドロール４ａ、４ｂに支持され、矢印Ｃ方向へ連続走行
する被めっき材３が配置される。まためっき室１の側部
には、前記被めっき材３とめっき原料上面の高さ位置の
略中間に電子銃５が配設される。

【０００６】すなわち真空蒸着めっき板の工業的方法に
おいては、電子銃５より電子線６を発射して、例えば破
線位置に位置するめっき原料９′の上面に照射し、加熱
蒸発された蒸気を、その上方を走行する被めっき材３の
下面に蒸着させる。ところがめっき原料より蒸発した蒸
気の全てが被めっき材に付着してめっき膜を形成するわ
けではなく、その一部はめっき室１の内壁面等に付着す
る。このため全蒸発量のうち被めっき材に付着して蒸着
めっき膜となる割合（以下単に有効蒸気率という）は製
造コスト及び工業的生産性の向上にとって重要な意味を
有するものとなる。

【０００７】すなわち蒸着めっき膜として有効に利用さ
れない無効蒸気量が増えると、そのこと自身が生産性を
低くするだけでなく、無効蒸気の堆積物を除去するため
のメンテナンス頻度が増加し、操業の中断による生産性
の低下も招く。この様なことから有効蒸気率を高くする
手段の１つとして被めっき材３の下面とめっき原料上面
の垂直間距離Ｈｖをできるだけ短くし、被めっき材３の
下面への上記到達比率を高めることが考えられている。

【０００８】しかしながら電子銃から発射される電子線
は図６に示す様に被めっき材３と蒸発槽９の間をくぐる
様な軌跡を描いてめっき原料表面へ照射しなければなら
ず、しかもこの電子線の照射はめっき原料の高効率な加
熱及び蒸発を行なう必要があるから、上記垂直間距離Ｈ
ｖを短くするのにも限界がある。

【０００９】他方上記垂直間距離Ｈｖを短くすると、め
っき原料上面への電子線入射角度θは小さくならざるを
得ない面がある。すなわち電子線の照射にあたっては、
偏向コイル等を使用することによって電子線軌跡を偏向
させてめっき原料上面へ照射する様にしているのである
が、万一何らかの事情によって電子線軌跡が乱れる様な
ことがあると電子線が被めっき材へ照射されるという事
故を招き、製品の損傷等大きな不具合を生じる。

【００１０】一方めっき原料９の上面への電子線６の入
射角度θ（図７参照）は垂直に近づけば近づくほど、照
射投影面積が小さくなってエネルギ密度が高くなると共
に、めっき原料上面における反射散乱量が少なくなって
エネルギ効率が高くなるという利点がある。従って照射
の入射角度θはできる限り高くすることが望まれるので
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、電子線のエネルギー効率及び有効蒸気率を同時に満
足することができ、工業生産に適した電子線加熱式真空
蒸着めっき方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明は、めっき原料上面と被めっき材下面の垂直間距離
を250 〜500mm とすると共に、前記めっき原料表面への
電子線入射角度を20度以上とすることを要旨とするもの
である。

【００１３】

【作用】まず有効蒸気率を計測するため、図６に示す様
に昇降台座７を設けた真空蒸着めっき設備を用い、被め
っき材３とめっき原料９上面の垂直間距離Ｈｖを変更し
て有効蒸気率の変化を調べた。

【００１４】すなわち蒸発槽９内に収納されているめっ
き原料を蒸着工程中常に同一液面に保つために追加補給
した単位時間当たりのワイヤ量Ｑ(kg)を求めると共に、
単位時間に被めっき材に付着しためっきの総量Ｗ(kg)を
求め、100 ×Ｗ／Ｑ（％）の計算式で有効蒸気率を算出
し図１に示す様な結果を得た。なお計算による平均めっ
き付着量の誤差を無視できる様にするため、設定した各
垂直間距離Ｈｖにおける電子線の出力(kW)と、供給する
ワイヤ状めっき原料の送り速度（補給速度：kg／分）を
一定とし、めっき原料上面の高さが一定に保たれる様に
した。

【００１５】図１から分かる様に垂直間距離Ｈｖが長く
なると有効蒸気率が低下する。該有効蒸気率が50％未満
となると製造コスト及び工業的生産性の面において不適
切であり、垂直間距離Ｈｖは500mm 以下にすべきことを
見い出した。一方垂直間距離Ｈｖの下限については、後
述する電子線の入射角度や、電子銃等の物理的配置条件
による制限から、250mm 以上必要であることも分かっ
た。次いでめっき原料への電子線入射角度と電子線エネ
ルギー効率の関係について調べた。電子線がめっき原料
上面へ到達する軌跡の調節は図４及び図５に示す方法に
より行なわれる。

【００１６】図４はビーム偏向コイルに与える電流（Ｂ
Ｃ）を変化させて蒸発槽周辺の空間磁場強度を変更し、
電子線を湾曲させて電子線到達位置及び入射角度を変更
する。図中の軌跡６ＡはＢＣが小さいとき、軌跡６Ｂは
ＢＣが大きいときを示す。

【００１７】次に図５は電子銃５内に設けたデフレクシ
ョンコイルに与える電流(Ydc) を変化させて、電子銃出
口から発射される電子線発射角度を変更し、めっき原料
上面への到達位置及び入射角度を変える。図中の軌跡６
ＣはYdc が小さいとき軌跡６ＤはYdc が大きいときを示
す。尚実操業においては図４、図５を複合させた方法を
行なう。上記したデフレクションコイルの電流及びビー
ム変更コイル電流を夫々適宜調整し、前記垂直間距離Ｈ
ｖを一定にするという条件下で、電子線入射角度θとエ
ネルギー効率の関係について調べた。尚入射角度を事前
に知るため、図３に示す様に蒸発槽８内に非磁性の板材
11，11…を立設して電子線照射を行ない、該板材11にお
ける溶解貫通跡を解析することによって電子線入射角θ
を求めた。

【００１８】図２は上記測定結果を示し、縦軸のエネル
ギー効率は電子銃から発射された時点の出力を100 ％と
したとき、めっき原料蒸気発生に必要なエネルギー総量
の比率を示し、入射角度θが大きくなると蒸発原料の加
熱蒸発に利用されるエネルギー効率が大きくなることが
わかる。

【００１９】この理由は明確にできた訳ではないが、入
射角度が大きくなると、めっき原料表面で反射又は散乱
される電子線比率が低くなると共に照射密度が高くな
り、実際に加熱等に使用される電子線の比率が高くなる
ためと考えられる。

【００２０】工業生産を考えると上記エネルギー効率が
50％未満となると製造コスト、生産性の点から不経済と
なる。従ってエネルギ効率は50％以上となる様にするこ
とが必要であり入射角度θは20度以上とすべきである。
また入射角度θは90度に近づく程エネルギー効率を高く
できるが、前記垂直間距離Ｈｖの制約により、実際の入
射角度θの上限は蒸着めっき室の設計条件によって制限
されることになる。

【００２１】例えば電子銃の配設高さをできるだけ高く
し上方から電子線を照射する様にすれば、入射角度θを
大きくすることが可能となるが、このためには上記垂直
間距離Ｈｖを長くしなければならず、上述の如く有効蒸
気率の低下を招く。従ってこの手段では電子線のエネル
ギー効率と有効蒸気率の両方を満足させることはできな
い。

【００２２】一方蒸着めっき室の広さや電子銃、蒸発
槽、被めっき材の物理的配置等の条件を考慮すると、上
述の入射角度を20度以上とするためには、被めっき材下
面とめっき原料上面の垂直間距離Ｈｖは少なくとも250m
m 以上とする必要がある。

【００２３】以上のことから、上記垂直間距離Ｈｖを25
0mm 以上で500mm 以内の範囲内とし、且つ電子線の入射
角度を20度以上とすることにより、工業的生産に見合う
有効蒸気率及び電子線エネルギー効率が確保され、低コ
ストを実現し高い生産性を発揮する。

【００２４】なお本発明を行うにあたっては達成するた
めには、蒸着めっき室のレイアウト、蒸発槽の位置、被
めっき材の走行位置、電子銃の配置、ビーム偏向コイル
位置等を設計する必要があるが、本発明はこれらの設計
については特に制限を受けるものではない。

【００２５】

【実施例】図１に示す蒸着めっき設備を用い、以下の条
件で被めっき材１に各種蒸着めっきを行ない、有効蒸気
率及びエネルギー効率を測定した。 （条件） 被めっき材：低炭素冷延鋼板（Ｔｉキルド鋼） 被めっき材の前処理：アルカリ電解脱脂後に、低酸素・
低露点の環境下で水素と窒素の混合ガス雰囲気中で還元
処理を行ない、活性化前処理を実施した。その後非酸化
性雰囲気下で真空シール装置を経由して真空蒸着めっき
室へ導入した。 蒸着めっき前の被めっき材温度：200 〜300 ℃ 蒸着室真空度：１×10^-2Ｐａ以下 蒸発原料の加熱蒸発源：ピアス型電子銃（最大出力300
kw） 電子線の走査方法：電子銃内のデフレクションコイル及
び蒸着めっき室の内ビーム偏向コイルにより、電子線の
偏向及びめっき原料上面での走査を実施した。 蒸発槽：アルミナ製蒸発槽 蒸発原料：純Ａｌ，Ａｌ及びＣｒ

【００２６】表１に上記実施例における結果を示す。こ
の表から明らかな様に、被めっき材とめっき原料上面の
垂直間距離Ｈｖ及び電子線入射角度を本発明に規定する
範囲内とすることにより、有効蒸気率及び電子線エネル
ギ効率の高い蒸着めっきを行なえることが明らかとなっ
た。

【００２７】

【表１】

【００２８】なお表中の有効蒸気率において、◎は70％
を超えるもの、○は50〜70％内のもの、×は50％未満の
ものを夫々示す。また電子線エネルギ効率において、◎
は70％を超えるもの、○は50〜70％内のもの、×は50％
未満のものを夫々示す。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、電子線エネルギー効率及び有効蒸気率をいずれも工
業的生産に適した値とすることができ、製造コストが低
く高い生産効率で蒸着めっきを行なえる様になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における垂直間距離Ｈｖと有効蒸気率の
関係を示すグラフである。

【図２】本発明における電子線入射角度θとエネルギー
効率の関係を示すグラフである。

【図３】電子線入射角度の計測例を示す説明図である。

【図４】電子線入射角度の変更例を示す説明図である。

【図５】電子線入射角度の変更例を示す説明図である。

【図６】真空蒸着めっき室の構成例を示す説明図であ
る。

【図７】電子線入射角θを説明する一部破断説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 蒸着めっき室 ２ 真空排気口 ３ 被めっき材 ５ 電子銃 ６ 電子線 ７ 昇降台座 ８ 蒸発槽 ９ めっき原料

フロントページの続き (72)発明者 綾部 東太 加古川市金沢町１番地 株式会社神戸製鋼 所加古川製鉄所内 (72)発明者 加藤 淳 加古川市金沢町１番地 株式会社神戸製鋼 所加古川製鉄所内 (72)発明者 三宅 昭二 加古川市金沢町１番地 株式会社神戸製鋼 所加古川製鉄所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 めっき原料表面に電子線を照射してこれ
   を蒸発または昇華させ、該めっき原料の上方を走行する
   被めっき材へ連続的に蒸着させる電子線加熱式真空蒸着
   めっき方法において、前記めっき原料上面と被めっき材
   下面の垂直間距離を250 〜500mm とすると共に、前記め
   っき原料表面への電子線入射角度を20度以上とすること
   を特徴とする電子線加熱式真空蒸着めっき方法。