SE502384C2 - Förfarande för styckvis metallbeläggning av CD-skivor - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 502 384 2 marknad. Mot bakgrund härav har uppfmningen till uppgift att ge ett metalliseringsförfarande för styckvis metallbeläggning av känsliga föremål såsom CD-skivor av PMMA med hjälp av förångning av metall vid lågt tryck eller vakuum, som är snabbt och effektivt, och som kräver ett minimum av plats och maskinutrustning.

Ovanstående uppgift har i enlighet med uppfinningen en förvånande enkel lösning, som emellertid är helt i strid med de konventionella tankegångarna för förångning i synnerhet med tanke på att den skall kunna användas för känsligare material. I enlighet med uppfinningen placeras nämligen källan för metallånga och föremålet som skall bestrålas mycket nära var- andra. Förångningshastigheten från en strålningskälla är beroende av temperaturen och en hög temperatur krävs för att överhuvudtaget få någon märkbar förångning. Man kan därför knapp- ast tänka sig att plaster och i synnerhet då inte värmekänsliga sådana, skulle kunna beläggas på detta sätt eftersom de ju har en förhållandevis låg smältpunkt och även värmebelastningen ökar med temperaturen och minskningen i avstånd. I synnerhet vad det gäller beläggandet av så kallade CD-skivor och liknande där en mycket fin ytstruktur måste bibehållas är det enligt den kända tekniken helt osannolikt att man skulle kunna placera strålningskällan så nära före- målet som skall bestrålas utan att föremålet fördärvas. Det osannolika i uppñnningstanken är emellertid skenbart eftersom det visat sig i praktiken att trots hög temperatur på för- ångningskällan och ett kort avstånd till denna så kan exempelvis CD-skivor beläggas med ett tillfredställande metallskikt. Förångningskällan görs stor, det vill säga med en yta mer eller mindre motsvarande CD-skivan. Den stora ytan ger dessutom lång livslängd för förångnings- källan och en jämn beläggning av exempelvis CD-skivor.

Förångningskällan kommer naturligtvis att stråla ut värme som i sin tur vänner upp det föremål som skall metalliseras. Det har emellertid visat sig att metallbeläggningen på det fö- remål som skall beläggas sker mycket snabbt (fåtal sekunder) och när metalliseringen är klar så har fortfarande temperaturstegringen stannat vid ett måttligt värde, i praktiken uppmätt till cirka 30”. Skälet härtill är inte endast att exponeringstiden kan hållas kort, utan när man efter- forskar sannolika förklaringar till att uppfinningsförfarandet överhuvudtaget kan fungera så ligger detta snarare i att när en förångningskälla såsom exempelvis smält aluminium väl blir smält så erhålles en spegelblank smältyta. Det faktum att metallytan är spegelblank innebär i sin tur att den blir en dålig värmeutstrâlare. Ett faktum är att smältans spegelblanka yta endast har några få procent av den värmeutstrålning som eljest skulle föreligga. Till följd härav blir således metallförångningen effektivare och snabbare än värmeutstrålningen. När 10 15 20 25 30 502 384 3 dessutom successivt den avsedda ytan belägges blir ju även denna blank och äterreflekterar värrnestrålningen. I fallet med aluminium bidrar även den låga specifika emissionsfaktorn för värmestrålning.

Genom att, i enlighet med en vidareutveckling av uppfmningen, använda en stor yta för förángningssmältan kan i praktiken även dennas temperatur tillåtas vara lägre än vad som annars skulle vara fallet för att åstadkomma avgivandet av en given erforderlig ångmängd per tidsenhet. Även härigenom minskas värmebelastningen för det föremål som skall beläggas.

Med hjälp av uppfinningsförfarandet är det även möjligt att metallisera CD-skivor tillverkade av polymetylmetaakrylat (PMMA) (plexiglas) eller andra plaster med låg smält- punkt, detta eftersom värrnebelastningen blir sä pass liten att ytstrukturen ej riskerar att mju- kas upp. Hitintills har man istället varit tvungen att använda polykarbonat (PC). Denna plast är emellertid i sig inte idealisk med tanke på snabba forrnningsförfaranden och uppfinningen medger därför en stor vinst ur praktiskt hänseende eftersom den medger användandet av de lättare forrnbara PMMA plasterna. Dessa är dessutom mindre känsliga för repor vilket också är av intresse just för optiska skivor, såsom CD-, video-, CD-ROM- skivor etc. Inte oväsentligt är också att PMMA är påtagligt billigare än PC och har bättre optiska egenskaper än PC. Det senare är särskilt viktigt vid analogt lagrad information som till exempel bilder på videoskivor, men mindre viktigt vid ljudskivor med digital lagring av informationen, varför man där kunnat använda så kallad sputtering samt (PC).

En indirekt effekt av uppfmningsförfarandet med det korta avståndet mellan förång- ningskällan och beläggningsföremål blir att träffsäkerheten för den förångade metallen blir stor eller spillet litet det vill säga man får ett mycket gott utnyttjande av metallen.

I enlighet med uppfinningstanken är det således möjligt att låta även förhållandevis tunna plastföremâl med ty åtföljande låg värrneupptagningskapacitet under kort tid exponeras för metallånga på nära avstånd till den metallångan avgivande metallsmältan. Avståndet kan faktiskt tillåtas vara endast några få centimeter med en förångningskälla som har lika stor eller t o m större yta än det föremål som skall metalliseras.

I en lämplig vidareutveckling av uppfinningsförfarandet kan säkerställas en från föremål till föremål konstant och god beläggning genom att skikttjockleken mätes. Detta kan exempel- vis ske genom att en fototransistor via en spegel mäter den värme eller ljusstrålning som passerar från metallsmältan genom plastföremålet och ut på dess baksida. Med spegel- användningen skyddas fototransistorn från metallbeläggning och spegeln fortsätter att fungera 10 15 20 25 30 502 384 4 som spegel även om den blir metallbelagd. Visserligen ändras dess reflektionsförhållanden med tiden, men eftersom ett relativt mätande är tillräckligt för processens kontrollerande respektive styrande är detta inget problem. Alternativt kan den mot beläggningsföremâlet reflekterade värmeljusstrâlningen mätas men detta ger sannolikt en mindre mätnoggrannhet och är besvärligare att anordna.

Till följd av de korta exponeringstidema är det möjligt att utföra uppfmningsförfarandet som ett delsteg i en större fabrikationsprocess, där för säkerställandet av vakuum i metallise- ringskarnmaren denna kan vara försedd med vakuumslussar på in- och utgångssida. För- farandets realiserande underlättas även av att vakuum-kammaren kan vara liten och därigenom snabbt kan evakueras.

Ytterligare fördelar och kännetecken på uppfinningen framgår närmare av nedanstående beskrivning av ett utföringsexempel i anslutning till bifogade ritning. Härvid visar fig 1 sche- matiskt en anläggning för metallisering av CD-skivor och ñg 2 mera i detalj för- ângningskällan för metall i enlighet med uppfinningen.

Den i fig 1 visade metalliseringsanläggningen innefattar en första slusskammare 1, ett förångningsrum 2 och en andra slusskammare 5. Till kamrarna 1, 2 och 5 är vardera anslutet en vakuumpump 3 via vardera en ventil 4. Slusskamrarna 1 och 5 är i sina ytterändar för- sedda med tätt tillslutbara lock 6 och mellan slusskamrarria 1 och 5 respektive metal- liseringskammaren 2 är ventiler eller slussportar 7 anordnade.

Beläggningskammaren 2 är på undersidan försedd med en förángningsenhet för aluminium i enlighet med fig 2. Denna enhet har betecknats med 8 och den är ansluten till en driv- och styrenhet 9.

Vid användningen av anläggningen arbetar denna pâ så sätt att först införes en CD-skiva i exempelvis den vänstra slusskammaren 1. Locket 6 tillslutes och luften evakueras med va- kuumpumpen 3. När detta har skett öppnas ventilen eller slussporten 7 och CD-skivan förs in i beläggningskammaren 2 ovanför föràngningskällan för aluminium. CD-skivan kvarblir sedan i beläggningskammaren den korta tid som krävs för att en fullgod beläggning skall erhållas. Därefter återförs CD-skivan till slusskammaren 1, ventilen 7 stänges och CD-skivan kan tas ut via kammarens 1 lock 6. Kammaren 5 laddas på samma sätt som kammaren 1 med CD-skivor och omväxlande belägges i beläggningskammaren 2 skivor från slusskammaren 1 respektive slusskammaren 5, varvid ventilema eller slussportarna 7 är stängda mot den kammare som under tiden laddas. 10 15 20 25 30 502 384 5 Genom att skivor omväxlande matas från höger och vänster erhålles en stor pro- duktionshastighet med lugnt och säkert hanterande av skivorna.

Naturligtvis kan en anordning av det ovan beskrivna slaget även anpassas för att fö- remålen som skall beläggas hela tiden strömmar igenom i en och samma riktning stegvis.

Eftersom det i exemplet är fråga om CD-skivor, exempelvis av PMMA eller PC så har de olika karnrama ett platt utseende. Om andra föremål exempelvis strålkastarreflektorer eller dylikt skall beläggas får naturligtvis formen bli en amian.

Pumparna 3 som är anslutna till slusskamrarna 1 och 5 kan lämpligtvis vara tvåstegs ro- tationsvingpumpar under det att pumpen som är ansluten till beläggningskammaren lämpligtvis är en turbomolekylärpump.

Den i tig 2 visade förångningskällan för aluminium innefattar en degel 11 med smält aluminium 12. Degeln vilar på en induktionsuppvärmare det vill säga spole 13, vilken även är vattenkyld. Spolen 13 erhåller ström och kylning från drivenheten 14. Runt om är degeln 11 omgiven av en värmeisolering 15 och utanför denna av en kylskärm 16, vilken även snäc- ker sig under större delen av degeln och in i induktionsvärmaren. Slutligen omges degel och induktionsvärmare av en vakuuminneslutning 17. Ovanför smältan 12 av aluminium har strec- kat inritats läget för en CD-skiva 18 när denna beläggs med aluminium. När beläggning sker minskar den ljusvärxnestrålriing som kan detekteras av detektorn 19, bestående av en fo- totransistor. Demia minskning detekteras av en styrenhet 20 som i sin tur styr drivenheten för induktionsvärmaren så att en stabil beläggningshastighet erhålles för värmaren. Dessutom styr styrenheten 20 framrnatningen av CD-skivorna 18. Detta sker på så sätt att när detektorn 19 noterat en tillräcklig sänkning av strålningen i förhållande till den strålningsnivå som erhålles då ingen skiva finns på plats så är skivan fårdigbelagd och bortföres. På detta sätt kan mat- ningstakten anpassas till beläggningshastigheten och en kontinuerlig tillräcklig men ej överdriven beläggning för skivorna erhållas. Alternativt kan tiden hållas mer eller mindre konstant (vilket underlättar för övriga produktionssteg) varvid istället beläggningstakten påverkas genom att smältans temperatur styrs av den av fototransistom mätta belägg- ningstjockleken. Även ovanför degeln och aluminiumsmältan är en skärm 21 anordnad. Demia fungerar dels som kylskärm dels som uppsamlare av aluminiumånga som ej fastnat på de avsedda fö- remålen. Härigenom är det enkelt att genom byte av skärmen 21 hålla beläggningskammaren ren från metallavlagringar som annars skulle kunna fungera som nedsmutsning. 10 15 20 25 30 502 384 6 Genom att beläggningen sker underifrån på CD-skivorna minskas risken för att damm och liknande inneslutes, eftersom dammet hellre faller ner än upp.

Med den beskrivna anläggningen kan uppskattningsvis cirka 120.000 CD-skivor beläggas under en tid av cirka 100 timmar. Tiden för att belägga en CD-skiva tillfredställande kan upp- skattas till cirka 3 sekunder.

Det säger sig självt att förångningskällan enligt uppfinningen har betydligt längre livslängd än Wolframtrådama i den kända tekniken och att uppfinningsförfarandet samt dess strålningskälla lämpar sig betydligt bättre för industriellt utnyttjande än vad tidigare känd teknik gör. Strålningskällan enligt uppfinningen som beskrivits ovan kräver emellertid ej kontinuerlig drift utan kan slås av och på relativt snabbt. Detta kan ske genom att tem- peraturen för smältan sänks. Genom en måttlig sänkning minskas nämligen förångningshas- tigheten och aluminiumet blir kvar i smältan. När sedan förångning återigen skall ske höjs temperaturen återigen till driftstemperaturen. Åstadkommandet av dessa temperturvariationer går betydligt snabbare än ifall man skulle ner till total avstängning. Genom att smältan befinner sig i vakuum kan den under förhållandevis lång tid hållas uppvärmd och flytande men icke arbetande.

Starttiden från normal rumstempertur kan uppskattas till ungefär tjugo minuter, under det att en förändring från drifttemperatur till en lägre vilotempertur är i storleksordningen tre minuter och en återgång till drifttemperatur kan sedan ske på ungefär två minuter. Vid dessa sänkningar respektive höjningar av temperaturen mellan drifttemperatur och beredskaps- temperatur kan härvid förångad aluminium uppsamlas av en härför särskilt avsedd skärm. Även om såsom ovan sagts förångningen och beläggningen sker i en evakuerad omgivning så är det ingen katastrof om lite luft skulle råka komma in till förångníngskällan exempelvis i samband med service eller till följd av bristande täthet. Vid de hitintills använda förångningskällorna med Wolframtrådar etc. kan man däremot räkna med en så gott som full- ständig förstöring av förångningskällorna om luft skulle råka komma in, med andra ord är höjningen i driftsäkerhet stor.

Sammanfattningsvis möjliggör uppfinningen snabb kontinuerlig styckvis och ytvis metallbeläggning med god och varaktig vidhäftning även på känsliga föremål av exempelvis plaster med låg smält- och förångningstemperatur med, i förhållande till den kända tekniken, en enkel och liten apparatur med stor driftsäkerhet och väsentligen reducerad kassationsrisk.

Uppfinningen kan även användas för metallisering av mindre känsliga material.

Claims (3)

»502 384 7 Patentkrav

1. Förfarande för styckvis metallbeläggning av känsliga föremål såsom CD-skivor av PMMA med hjälp av förångning av metall vid lågt tryck eller vakuum, kännetecknat av att föremålet som skall metalliseras under kort tid, några få sekunder, hålles tätt intill en med induktion uppvärmd strålningskälla för metallânga på ett avstånd från strålningskällan, vilket avstånd är i samma storleksordning som, eller mindre än dimensionerna hos den yta som skall beläggas, motsvarande några få centimetrar och att strålningskällan är stor, det vill säga med en yta mer eller mindre motsvarande föremålet som skall metalliseras.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att strålningskällan för metallånga utgöres av en metallsmälta av ett ämne med en låg värmeutstrâlningskoefficient, exempelvis aluminium eller aluminiumlegering.

3. Förfarande enligt något av kraven 1 eller 2, kännetecknat av att strålningskällan motsvarar eller utgör en spegelbild av beläggningsytans form.