JPH06505307A - 蒸着 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 蒸着 この発明は、特に個別に分離した物体への金属蒸着に関する。個別物体の蒸着は 、今日大きな密閉空間または室の中に金属でコーティングすべき物体をこの室の 壁に沿ってジグの中に配置しこの中央に多数の小さなタングステンフィラメント で構成した多数の蒸気源を置くという方法で工業的に行われている。これらは各 々短いアルミ線片が装填され、次にこれらのタングステンフィラメントに大電流 を流すことによって非常な高温に加熱される。ここでこのアルミが最初に蒸発し て、コーティングすべき物体上に蒸着する。この蒸発工程の前に、この室は排気 しである。いくつかの蒸気源を使うことによりおよびこれらの物体を異った方向 に運動および／または回転することによって、これら物体を比較的均一にコーテ ィングすることかできる。

これは、この蒸気源か対象物体上に所望の厚さのコーティングするには、十分な 量の金属を放出するまでにかなりの時間が必要であるので比較的時間のかかる工 程となる。全ての金属蒸気か意図した物体に付着するわけではなく、このための 室の壁やジグにも付着する。時間がたつと、壁やジグへの付着物はかなり多量と なり、例えばこの大きな蒸着室の中に空気を導入した際に金属薄片の剥離が生じ やすくする。そのような金属剥片は、たとえそれらの大きさが空気中に自由に浮 遊する小さな座棺より小さいとしても、拡大鏡を使ってもこの外乱の検出が殆ん ど不可能であるとしても、感度の高い物体、例えばデータ記憶用のコンパクトデ ィスクまたは画像記憶用ビデオディスク等が不具合にされる理由となり得る。

この蒸着室を排気し再び空気を入れる必要があることも更に時間を損失する結果 となる。これらのコーティングすべき物体を配置することも非常に時間および／ または資源を必要とする。更に、所望の正しく均一な蒸着を得るために、これら の物体に放射蒸気を当てる時間を計算し、非常に注意深くテストすることが必要 である。その上、連続する物体に均一で形状に適合したコーティングを確保する ことは困難なことが多い。装填した物体全てを工業的に一括でコーティングする 場合に、作動不良が生ずると非常に多くの物体を廃棄しなければならなくなる。

要約すると、よい結果を生ずるような蒸着技術でも今日時間がかかり再現性にお どるので、例えばコンパクトディスクのような迅速大量生産の物品には使用でき ない。

このためコンパクトディスク等の大量生産は陰極分解やスパッタリングが使われ ている。しかし、この方法は、コーティングすべきディスクや物体の材料の選択 を熱的に比較的鈍感な材料に限定する必要性が生じ、従って例えばポリカーボネ ート（ＰＣ）のように成形するのが困難な材料を使用しなければならない。従っ てこの成形問題のために例えばビデオディスクのような大きなディスクに限られ る。このディスクの縁にこの母型全体を満足に正しく充填することは極めて困難 である。これらの難点とそれによって生ずるおしゃか率が高い結果、ビデオディ スクはまだ大きな市場となっていない。

上記の問題を考慮して、本発明の目的は、迅速で効果的であり、最少のスペース と最少の機械装置で、熱的に敏感で非常に容易に成形できる材料を使用して、個 別に分離した物体を、例えば加圧成形機を併用して１個ずつ高速にコーティング てきる金属コーティング法を提供することである。

本発明によれば上記の目的は、非常に簡単に解決できるとは言え、特に敏感な材 料と形状への適用可能性を考えると従来の蒸発の技術に対応して議論のまととな る。

本発明によれば、この金属蒸気源とコーティングすべき物体をつまり互いに非常 に接近して（数センチメートル）配置する。蒸気源からの蒸気または金属放出の 速度は温度に依り、顕著な蒸発を得るためには高い温度が必要である。従って、 既知の技術から見ると微細構造のプラスチック、特に熱過敏性プラスチックは比 較的融点が低く、温度と距離の減少と共に熱負荷が増加するので、この方法でコ ーティングを行うことができない。特に非常に細かい微細構造を保持しなければ ならないいわゆるコンパクトディスク等のコーティングでは、このような物体を 蒸気源に近づけて配置して損傷させずにコーティングすることは既知の技術では 不可能であろう。

しかし、実際には高温の蒸発源と物体、例えばコンパクトディスクとの間の距離 が非常に短いにも拘らずそれをコーティングされた面の微細構造に影響すること なく高品質の金属被膜でコーティングできるということが実際に確立されたので 、この発明的思想または教示は、可能性を有するものである。

従来技術とは反対に蒸発源を大きく、即ちコンパクトディスクの表面に大体相当 する表面をもつように作ることが好ましい。この大きな表面がこの蒸発源の寿命 を延ばし、例えばコンパクトディスクの非常に均一な高品質のコーティングを可 能にする。

この蒸発源は、勿論熱を輻射し、次にその熱が金属コーティングすべき物体を加 熱する。しかし、発明方法ではコーティングすべき物体の金属コーティングが非 常に迅速に（数秒にすぎない）得られ、このコーティングがされる量温度上昇は 適度な値にとどまり、実際の測定で約３０°Ｃであることが判明している。この 理由は、多分露出時間を短く保つことができることだけではなく、いったい何故 この発明方法が可能かについての説明で、蒸発源、例えば溶融アルミがよく融け たときに鏡面状の溶融表面が得られるという事実によるものと信じられる。

この金属表面は鏡のようで、それはこの表面の熱輻射が悪くなることを意味する 。この溶融物の鏡状表面は、他の場合に生ずる熱輻射の数％を輻射するにすぎな い。、二のためこの金属蒸発はより効率的であり熱輻射より速い。

このコーティングすべき面が付加的に次々と均一にコーティングされるようにな ると、これは反射するよ・うになりこの熱輻射を反射する。アルミの場合、熱輻 射の比放出係数が低いことも貢献している。

この蒸発溶融物の表面を太き（することによって、実際には十分な蒸発速度を得 るためにこの溶融物の温度を他の場合より低くすることができる。これもコーテ ィングすべき物体の熱負荷を減少する。

上記の方法は非常に効率のよいコーティングを提供する。物体と蒸発源が非常に 接近しているので、非常にわずかの金属蒸気しかこの物体を通過しない。この方 法を加圧成形ラインに適合させると、輸送を含む各コーティングに数秒しかかか らない。この物体の移動は迅速で、このコーティングサイクルの大部分の間この 物体はコーティング位置に静止しているのが好ましい。この方法では移動はコー ティングの均一性を損うことがなく、更に非常にわずかの金属蒸気しかコーティ ングすべき物体のある場所を通過する時間はわずかである。これらの特徴は上述 したものと組合さって実際に期待した以上に低い温度で可能となる。今日行われ るように、この発明によるコーティングは極端に速いものとしても良いが、実際 には組立ラインの他の機械に適合させるためにその速度を低下させることもてき る。

本発明の方法によれば、熱負荷は表面構造が軟化違ゴーは破壊される危険がない 程小さいのでポリメタクリル酸メチルＰＭＭＡ　（登録商標Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ 　）または融点の低い他のプラスデックでできたコンバク１ヘデイスク等を金属 コーティングすることかできる。今までは敏感でないポリカーボネートＰＣを使 うことが必要であった。しかし、この材料は大きな物体（即ち、ビデオディスク ）を迅速に成形するには適さず、従って本発明は、より容易に成形できるＰＭＭ Ａプラスチックを使うことができるので、実際的観点から非常に大きな利益をも たらす。これらは更に傷かつき難く、それはまたコンパクトディスク、ビデオデ ィスク、ＣＤ　ＲＯＭ等のような光ディスクにとっては非常に有利である。

ＰＭＭＡか明らかにＰＣより高価ではなく、ＰＣより光学特性がすぐれることも 重要である。後者は例えばビデオディスクに画像を記録するように蓄積情報をア ナログで記録するときに特に重要で、情報をディジタルで記録する音のディスク にはそれほど重要ではなく、よってこの意味からもこのディスクにスパッタリン グやＰＣを使うことができるのである。

蒸発源とコーティングすべき物体との間の距離が短い本発明による方法の間接的 効果は、蒸発した金属の標的精度が高く無駄が少い、即ち材料を非常に効率的に 使うことかできる。

この発明の概念によれば、熱蓄積容量が相応して低い比較的薄いプラスチック物 体さえも蒸気を放出する金属溶融物に非常に接近して金属蒸気に短い時間当てら れるようにすることが可能である。この距離は、コーティングすべき物体の表面 と同じ大きさかそれよりも大きくさえある表面をもつ蒸発源を使用すれば、実際 にはたった数センチとすることができる。

本発明の方法の好ましい更なる変形態様によれば、コーティングの厚さを測るこ とによって物体毎の安定した良好なコーティングを得ることができる。これは、 例えばホトトランジスタを使い、鏡を介してこの金属溶融からコーティングすべ きプラスチック物体を通ってその後側すなわち非露出側へ射出する熱または光放 出物を測定することによって行うことができる。鏡を使うことでこのホトトラン ジスタが金属蒸気から保護され、この鏡は金属でコーティングされるようになっ たとしても鏡として作用し続けることができる。その反射特性は時間と共に変わ るだろうか、この工程をチェックし制御するためには相対的測定で十分であるの で、これは問題がない。

あるいは、コーティングすべき物体に対して反射された熱／光幅射線を測定する ことかできるが、これはたぶん測定精度が劣る結果となろうし、配設が困難であ る。

露出時間が非常に短いため本発明の方法をより大きな組立工程の一部の工程とし て実施することが可能であり、この金属コーティングチャンバの中に真空を確保 するために入日側と出口側に真空ゲートまたはロックを備えることができる。こ の方法により、真空チャンバが小さくでき、それで迅速に排気できるという事実 によってもこの方法は容易である。

本発明の更なる利点および特徴は、添付の図面に示す好ましい実施例についての 以下の説明から明白である。

これらの図面で、第１図はコンパクトディスクの金属コーティング用装置を示し 、第２図はこの発明による金属用蒸発源を更に詳しく示す。

第１図に示すこの金属コーティング装置には、第１ゲートチヤンバｌ、蒸発室２ および第２ゲートチヤンバ５か設けられている。これらのチャンバ１．２および ５の各々に弁４を介して真空ポンプ３が接続されている。これらのゲートチャン バｌおよび５は、それらの外端にしっかりと閉じることができるふた６を備え、 これらのゲートチャンバｌおよび５と金属コーテイング室２との間にそれぞれ弁 、ロックまたはゲートドア７が配置されている。

第２図を参照するにこのコーティングチャンバ２の底にアルミ用蒸発ユニットが 備えられている。このユニットは、８で指示され且つ駆動および制御ユニット９ に接続されている。この装置を使う際、これは、最初にコンパクトディスクを左 のゲートチャンバＩに挿入するような方法で作用する。このふた６を閉め、真空 ポンプ３によって空気を抜く。次に、弁またはゲートロアを開け、このコンパク トディスクをアルミ用蒸発源の上のコーティングチャンバ２に入れる。そこでこ のコンパクトディスクは、適当な厚さの被膜を得るために必要な短い時間の間こ のコーティングチャンバの中にとどまる。その後このコンパクトディスクをゲー トチャンバｌに戻し、弁７を閉じて、このコンパクトディスクをこのチャンバｌ のふた６から取り出す。チャンバ５にチャンバｌと同じ方法でコンパクトディス クを装填し、コーティングチャンバ２の中でゲートチャンバｌとゲートチャンバ ２から交互に来るディスクをそれぞれコーティングし、その間に装填チャンバ用 の弁またはゲートロアを閉じておく。

ディスクを左右から交互に供給するので、ディスクの取扱いか静かで確実であっ て、高い生産速度が得られる。

勿論、上記の種類の装置は、コーティングすべき物体が各工程で常に一方向に流 れる場合にも使うことができる。この例は、例えばＰＭＭＡまたはＰＣ製の、コ ンパクトディスクを引合に出しているので、それぞれのチャンバは平らな外観を している。もし、例えばヘッドライトの反射器等のような他の物体をコーティン グすべき場合は、この形状は勿論具なる。ゲートチャンバｌおよび５に接続され たポンプ３は回転２段ベーンポンプであることが好ましいが、一方コーティング チャンバに接続されたポンプはターボ分子ポンプであるのが好ましい。

第２図に示すアルミの蒸発源には、溶融アルミ１２の入ったルツボ１１がある。

このルツボは、誘導加熱装置であるコイル１３の上に位置し、このコイルも水冷 されている。このコイル１３は、駆動ユニット１４から電流と冷却水が供給され る。このルツボの周りは断熱材１５で、この外側は冷却遮蔽１６によって囲まれ 、その遮蔽はこのルツボの主要部の下におよびこの誘導加熱手段の中にも伸びて いる。最後に、ルツボと誘導加熱手段は真空密閉容器１７によって囲まれている 。アルミでコーティングするときのコンパクトディスク１８が溶融アルミの上に 破線で図示しである。コーティングを行うと、ホトトランジスタで構成される検 出器Ｉ９が検出する光／熱の輻射は減少する。この減少は制御ユニット２０によ って検出でき、次にその制御ユニットがこの誘導加熱手段用駆動ユニットを制御 してこの加熱手段で安定なコーティング速度が得られるようにする。更に、この 制御ユニット２０はコンパクトディスク１８の供給を制御する。

これは、この検出器１９がディスクの入っていないときの輻射レベルに比べて輻 射が十分下ったことを検出したとき、このディスクが十分にコーティングされ、 取り出されるような方法で行われる。このようにして供給速度をコーティング速 度に適合させることができ、これらのディスクに対して連続的に十分な適当な程 度のコーティングか得られる。あるいは、時間を大体一定に保つようにしても良 く（これは他の生産工程への連続性高める）、またはこのホトトランジスタによ って測定したコーティングの厚さを基に溶融温度を制御することによってこのコ ーティング速度を制御することができる。

このルツボと溶融アルミの上にも、遮蔽２１が配置されている。これは、一部冷 却遮蔽として作用し、一部目的物体に付着しなかったアルミ蒸気に対する収集器 として作用する。このようにして、この遮蔽２１を交換することによって、そう でなければ汚染するであろう金属付着物からこのコーティングチャンバを清浄に 保つことは簡単である。

このコーティングはコンパクトディスクの下方から行い、はこりは舞い上るより は落下しやすいので、このほこり等を閉じ込める危険は減少する。

上述の装置で、約１００時間内に１２０，０００枚のコンパクトディスクをコー ティングできると推定される。

１枚のコンパクトディスクを相応にコーティングするための時間は約３秒とする ことができる。

この発明による蒸気源は従来技術によるタングステンフィラメントに比べて寿命 がかなり改善されていること並びにこの発明による方法およびその蒸発源が従来 技術よりはるかによ〈産業用に適していることは云うまでもない。しかし、上に 説明したこの発明による蒸気源は連続使用を要せず、比較的迅速にオン・オフで きる。これは、溶融物の温度を下げることによって達成することができる。適当 に下げることで、蒸発速度が減じ、しかしてアルミは溶融状態のままである。再 び蒸発を行うべきとき、温度を再び作業温度まで上げる。これらの温度を設定す れば、この装置を完全に停止しなければならない場合と比較すると作業ははるか に速くなる。この溶融物は真空で囲まれているので、低い蒸発速度で比較的長期 間（３週間）の間、溶融物を加熱状態で液相に保持できる。

常温からの起動時間は約２０分と推定でき、一方作業温度から低い待機温度への 変更は３分程度であり、それから作業温度への復帰は約１０分ですることができ る。

この作業温度と待機温度とをそれぞれ減少および増加するとき、この時間に蒸発 したアルミは意図した特別の遮蔽で収集することができる。

上述のように、この蒸発とコーティングが排気した環境で行われたとして、もし いくらかの空気が色々な理由でこの蒸発源に入ったとしても大惨事にはなること はない。タングステンフィラメント等を備えた現在使われている従来技術の蒸発 源では、もし空気が入ればこの蒸発源の実際上完全な破壊が起こることがあり、 換言すれば生産の安全の増加が著しい。

要約すると、この発明は、既知の技術に比べて小さくて簡単であり生産安全性が よく本質的に拒絶された物体に対する危険が減少した装置で、例えば融点および 成形温度が低いプラスチックの非常に敏感な物体によくて耐久性のある付着をし て均一な被膜を個別物体および表面に１個ずつ迅速で連続的に金属コーティング できるようにする。

勿論この発明思想はあまり敏感でない材料および／または物体の金属コーティン グにも使える。

補正書の写しく翻訳文）提出書（曲法組８４条）８）ふ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）のような低融点の材料の、例え ばコンパクトディスクのような個々の物体を金属による低圧または真空中での蒸 発によって金属コーティングするための方法において、この金属によってコーテ ィングすべき個々の物体をこの金属蒸気の蒸発源に近接して短時間保持すること を特徴とする方法。
2. ２．請求の範囲第１項に記載する方法において、この金属用蒸発源が例えばアル ミまたはアルミ合金または熱輻射係数の低い他の物質の金属溶融物で構成される ことを特徴とする方法。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項のいずれか一つに記載する方法において、こ の蒸発源が大きい、即ちこの金属コーティングをすべき物体の表面に大体相当す る表面を持つことを特徴とする方法。
4. ４．請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか一つに記載する方法において、こ の蒸発源がこのコーティングすべき領域に相当するかまたはその鏡像を構成する ことを特徴とする方法。
5. ５．請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか一つに記載する方法において、こ の物体をこの蒸発源からある距離に保持し、その距離がこのコーティングすべき 領域の寸法と同じ大きさか、またはそれより小さく、例えば数センチメートルに 相当することを特徴とする方法。
6. ６．請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか一つに記載する方法において、こ の金属蒸発源からの熱負荷がある時間でこの物体を破壊するほどこの物体をこの 金属蒸発源に接近して静止して保持するが、この温度がこれを防ぐに十分低いか 、またはこの露出時間がこれを防ぐに十分短いが、実際には１個ずつ物体を移動 し蒸着することができ、各個に所望の金属コーティングを得るに十分長いもので あることを特徴とする方法。
7. ７．請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか一つに記載する方法において、こ の溶融物から金属コーティングすべき物体を通る熱／光輻射線を好ましくは鏡を 介して測定することによってこのコーティングの厚さを測ることを特徴とする方 法。
8. ８．真空コーティングで使うための金属蒸気用蒸発源において、それが誘導によ って加熱される金属溶融物によって構成されることを特徴とする蒸発源。
9. ９．請求の範囲第８項に記載する蒸発源において、それが一部温度制限のためで あり一部意図した物体に付着しない金属蒸気を受けるためである遮蔽によって囲 まれていることを特徴とする蒸発源。
10. １０．請求の範囲第８項および第９項に記載する蒸発源において、それが、周囲 から閉鎖できる装填室に弁またはゲート口を介して連結された蒸着室の中に配置 され、この連結室だけでなく蒸着室が排気できることを特徴とする蒸発源。