WO2019189122A1 - ターゲット交換装置および表面処理設備 - Google Patents

Abstract

ＰＶＤ法に用いるターゲットを容易に交換できるターゲット交換装置およびこれを用いた表面処理設備を提供する。上記ターゲット交換装置は、ターゲットを交換するターゲット交換装置であって、上記ターゲットが、チャンバ内部の減圧空間の被表面処理材に対して、ＰＶＤ法により表面処理を施すために用いられ、上記ターゲットを保持するターゲット保持部と、上記ターゲット保持部を、上記ターゲットが上記減圧空間の上記被表面処理材と対面する位置で、上記チャンバに着脱自在に取り付ける着脱機構と、上記チャンバに取り付けられた上記ターゲット保持部を、上記減圧空間から開閉自在に遮断する遮断機構と、を備える。

Description

ターゲット交換装置および表面処理設備

　本発明は、ターゲット交換装置および表面処理設備に関する。

　方向性電磁鋼板は、変圧器および発電機等の鉄心材料として用いられる軟磁性材料である。方向性電磁鋼板は、鉄の磁化容易軸である〈００１〉方位が、鋼板の圧延方向に高度に揃った結晶組織を有する。このような集合組織は、方向性電磁鋼板の製造工程において、いわゆるＧｏｓｓ方位と称される｛１１０｝〈００１〉方位の結晶粒を優先的に巨大成長させる、仕上げ焼鈍を通じて形成される。方向性電磁鋼板の製品の磁気特性としては、磁束密度が高く、鉄損が低いことが要求される。

　方向性電磁鋼板の磁気特性は、鋼板表面に引張応力（張力）を印加することによって良好になる。鋼板に引張応力を印加する従来技術としては、鋼板表面に厚さ２μｍ程度のフォルステライト被膜を形成し、その上に、厚さ２μｍ程度の珪リン酸塩を主体とする被膜を形成する技術が一般的である。鋼板と比べて低い熱膨張率を有する珪リン酸塩被膜を高温で形成し、それを室温まで低下させ、鋼板と珪リン酸塩被膜との熱膨張率の差によって、鋼板に引張応力を印加する。この珪リン酸塩被膜は、方向性電磁鋼板に必須の絶縁被膜としても機能する。絶縁によって、鋼板中の局部的な渦電流の発生が防止される。

　仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面を化学研磨または電解研磨により平滑化し、その後、鋼板上の被膜により引張応力を印加することにより、鉄損を大きく低下できる。
　しかし、鋼板と珪リン酸塩被膜との間にあるフォルステライト被膜は、アンカー効果により鋼板に密着する。そのため、必然的に鋼板表面の平滑度は劣化する。また、珪リン酸塩と金属との密着性は低く、表面を鏡面化した鋼板に直接珪リン酸塩被膜を成膜できない。このように、従来の方向性電磁鋼板の被膜構造（鋼板／フォルステライト被膜／珪リン酸塩被膜）においては、鋼板の表面を平滑化することはできない。

　そこで、鋼板表面の平滑度を維持し、更に鋼板に大きな引張応力を印加するために、鋼板上に、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法を用いて、ＴｉＮなどからなるセラミックス被膜を成膜する技術が開示されている（特許文献１～２を参照）。

特開平０１－１７６０３４号公報 特開昭６２－０４０３６８号公報

　フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板などの被表面処理材に対して、ターゲットを用いて、ＰＶＤ法により成膜などの表面処理を施す場合、ターゲットは、チャンバ内の減圧空間に配置され、高温にした条件で使用される。表面処理が進行してターゲットが消耗した場合には、ターゲットを交換する。
　しかし、ターゲット交換のたびに、チャンバ内を全体的に大気に開放したり冷却したりする必要がある。このため、生産性が劣る。

　とりわけ、搬送される被表面処理材に対して、ターゲットを用いて、連続的に表面処理を施す場合は、ターゲット交換のたびに、表面処理設備の操業を停止することを要するので、表面処理設備の稼働率などが低下する。

　ＰＶＤ法の１種であるイオンプレーティング法により表面処理する場合は、ターゲットの裏側（被表面処理材とは反対側）にプラズマ誘導用の磁石を設置する。このため、巨大なターゲットは使えず、相対的に小さいターゲットを用いる。そうすると、ターゲットの消耗がより早くなり、ターゲットをより頻繁に交換する必要が生じる。

　本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、ＰＶＤ法に用いるターゲットを容易に交換できるターゲット交換装置およびこれを用いた表面処理設備を提供することを目的とする。

　本発明者らは、鋭意検討した結果、下記構成を採用することにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させた。

　すなわち、本発明は、以下の［１］～［２１］を提供する。
　［１］ターゲットを交換するターゲット交換装置であって、上記ターゲットが、チャンバ内部の減圧空間の被表面処理材に対して、ＰＶＤ法により表面処理を施すために用いられ、上記ターゲットを保持するターゲット保持部と、上記ターゲット保持部を、上記ターゲットが上記減圧空間の上記被表面処理材と対面する位置で、上記チャンバに着脱自在に取り付ける着脱機構と、上記チャンバに取り付けられた上記ターゲット保持部を、上記減圧空間から開閉自在に遮断する遮断機構と、を備えるターゲット交換装置。
　［２］上記被表面処理材が、上記減圧空間を搬送され、上記ターゲットを用いて連続的に表面処理が施される、上記［１］に記載のターゲット交換装置。
　［３］上記着脱機構は、複数の上記ターゲット保持部を、上記被表面処理材の搬送方向に沿って並列配置し、それぞれ個別に上記チャンバに着脱自在に取り付ける機構であり、上記遮断機構は、上記搬送方向に沿って並列配置された複数の上記ターゲット保持部を、それぞれ個別に、上記減圧空間から開閉自在に遮断する機構である、上記［２］に記載のターゲット交換装置。
　［４］上記ターゲット保持部は、上記被表面処理材の搬送方向と直交する方向に、複数の上記ターゲットを保持する、上記［２］または［３］に記載のターゲット交換装置。
　［５］複数の上記ターゲットが、上記被表面処理材の搬送方向に沿って、直線状に配列されている、上記［４］に記載のターゲット交換装置。
　［６］複数の上記ターゲットが、上記被表面処理材の搬送方向に沿って、千鳥配列されている、上記［４］に記載のターゲット交換装置。
　［７］上記被表面処理材が縦方向に搬送される、上記［２］～［６］のいずれかに記載のターゲット交換装置。
　［８］搬送される上記被表面処理材の両面側に配置される、上記［２］～［７］のいずれかに記載のターゲット交換装置。
　［９］上記減圧空間から遮断された上記ターゲット保持部を大気に開放するバルブを更に備える、上記［１］～［８］のいずれかに記載のターゲット交換装置。
　［１０］上記被表面処理材が、金属帯である、上記［１］～［９］のいずれかに記載のターゲット交換装置。
　［１１］上記被表面処理材が、フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板である、上記［１］～［１０］のいずれかに記載のターゲット交換装置。
　［１２］搬送される被表面処理材に対して、ターゲットを用いて、ＰＶＤ法により連続的に表面処理を施す表面処理設備であって、内部に減圧空間を有し、上記減圧空間を上記被表面処理材が搬送されるチャンバと、上記ターゲットを保持するターゲット保持部と、上記ターゲット保持部を、上記ターゲットが上記減圧空間を搬送される上記被表面処理材と対面する位置で、上記チャンバに着脱自在に取り付ける着脱機構と、上記チャンバに取り付けられた上記ターゲット保持部を、上記減圧空間から開閉自在に遮断する遮断機構と、を備える表面処理設備。
　［１３］上記着脱機構は、複数の上記ターゲット保持部を、上記被表面処理材の搬送方向に沿って並列配置し、それぞれ個別に上記チャンバに着脱自在に取り付ける機構であり、上記遮断機構は、上記搬送方向に沿って並列配置された複数の上記ターゲット保持部を、それぞれ個別に、上記減圧空間から開閉自在に遮断する機構である、上記［１２］に記載の表面処理設備。
　［１４］上記ターゲット保持部は、上記被表面処理材の搬送方向と直交する方向に、複数の上記ターゲットを保持する、上記［１２］または［１３］に記載の表面処理設備。
　［１５］複数の上記ターゲットが、上記被表面処理材の搬送方向に沿って、直線状に配列されている、上記［１４］に記載の表面処理設備。
　［１６］複数の上記ターゲットが、上記被表面処理材の搬送方向に沿って、千鳥配列されている、上記［１４］に記載の表面処理設備。
　［１７］上記被表面処理材が縦方向に搬送される、上記［１２］～［１６］のいずれかに記載の表面処理設備。
　［１８］上記着脱機構および上記遮断機構が、搬送される上記被表面処理材の両面側に配置される、上記［１２］～［１７］のいずれかに記載の表面処理設備。
　［１９］上記減圧空間から遮断された上記ターゲット保持部を大気に開放するバルブを更に備える、上記［１２］～［１８］のいずれかに記載の表面処理設備。
　［２０］上記被表面処理材が、金属帯である、上記［１２］～［１９］のいずれかに記載の表面処理設備。
　［２１］上記被表面処理材が、フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板である、上記［１２］～［２０］のいずれかに記載の表面処理設備。

　本発明によれば、ＰＶＤ法に用いるターゲットを容易に交換できるターゲット交換装置およびこれを用いた表面処理設備を提供することができる。

チャンバと共にターゲット交換装置を示す断面図である。 ターゲット保持部を示す分解斜視図である。 着脱機構を示す斜視図である。 レール溝にターゲット保持部が差し込まれた状態を示す斜視図である。 遮断機構を示す斜視図である。 位置Ｐ１のシャッター板が開口を閉じた状態を示す断面図である。 位置Ｐ１のターゲット保持部が引き出された状態を示す断面図である。 ターゲットの配列を示す模式図である。 ターゲットの別の配列を示す模式図である。 搬送される被表面処理材の両面側にターゲット交換装置が配置された状態を示す断面図である。 縦方向に搬送される被表面処理材の両面側にターゲット交換装置が配置された状態を示す断面図である。 表面処理設備を概略的に示す模式図である。 前処理室にターゲット交換装置を設置した表面処理設備を示す模式図である。

　以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。以下の図面では、一部の部材を切り欠いて示している場合がある。

［ターゲット交換装置］
　図１は、チャンバ２０１と共にターゲット交換装置１０１を示す断面図である。
　チャンバ２０１の内部は、図示しない排気口から排気されることによって、減圧空間２０４となっている。チャンバ２０１の減圧空間２０４を、矢印Ａの方向（搬送方向ともいう）に、被表面処理材Ｓが搬送される。被表面処理材Ｓの詳細は後述するが、被表面処理材Ｓが圧延された金属帯である場合、被表面処理材Ｓは圧延方向に搬送される。

　減圧空間２０４では、搬送される被表面処理材Ｓに対して、ＰＶＤ法により、ターゲットＴを用いて、連続的に、成膜などの表面処理が施される。表面処理に際しては、減圧空間２０４において、ターゲットＴにスパッタリングやアーク放電が施される。表面処理に際して、ターゲットＴは、図示しないヒータによって加熱される。

　図１に示すように、ターゲット交換装置１０１は、ターゲットＴを保持するターゲット保持部１２１を有し、更に、着脱機構１５１および遮断機構１７１を有する。

　着脱機構１５１は、複数のターゲット保持部１２１を、被表面処理材Ｓの搬送方向に沿って並列配置し、それぞれ個別にチャンバ２０１に着脱自在に取り付ける。ターゲット保持部１２１が保持するターゲットＴは、着脱機構１５１によって、減圧空間２０４を搬送される被表面処理材Ｓと対面する位置に位置付けられる。

　遮断機構１７１は、チャンバ２０１に取り付けられたターゲット保持部１２１を、減圧空間２０４から開閉自在に遮断する。より詳細には、遮断機構１７１は、被表面処理材Ｓの搬送方向に沿って並列配置された複数のターゲット保持部１２１を、それぞれ個別に、減圧空間２０４から開閉自在に遮断する。

　次に、図２～図５に基づいて、ターゲット交換装置１０１の各部（ターゲット保持部１２１、着脱機構１５１、および、遮断機構１７１）を、より詳細に説明する。

　図２に基づいて、ターゲット保持部１２１を説明する。図１も参照する。
　図２は、ターゲット保持部１２１を示す分解斜視図である。ターゲット保持部１２１は、一方向に長い板状の保持部本体１２２を有する。保持部本体１２２は、周囲に突出した突出部１２３を有する。突出部１２３によって突出面１２４が形成されている。突出部１２３の一端面には、把持部１３０が設けられている。

　図２に示すように、保持部本体１２２の一面側（図２では上面側）には、円柱状に削られた凹部１２５が設けられている。凹部１２５の中に、ターゲットＴが配置される。ターゲットＴの形状は特に規定されないが、取り回しの自由度および原料の使用効率の観点から、丸型が好ましい。本実施形態のターゲットＴは、シルクハット状であり、ツバ部１２６を有する。凹部１２５の中に配置されたターゲットＴのツバ部１２６を押さえるようにして、更に、リング状部材１２７が凹部１２５に嵌め込まれる。リング状部材１２７は、公知の手段により、凹部１２５に外れ止めされる。こうして、ターゲットＴは、ターゲット保持部１２１に保持される。

　図２に示すように、突出部１２３の突出面１２４には、Ｏリングなどのシール部材１２８が配置される。シール部材１２８は、突出面１２４に接着していることが好ましい。

　図２では図示しないが、保持部本体１２２には、凹部１２５に配置されるターゲットＴと重なる位置に、磁石１２９（図１を参照）が埋め込まれている。磁石１２９は、例えばＰＶＤ法の１種であるイオンプレーティング法で用いられる公知の磁石である。

　次に、図３および図４に基づいて、着脱機構１５１を説明する。図１も参照する。
　図３は、着脱機構１５１を示す斜視図である。チャンバ２０１を構成するチャンバ部材２０２によって、レール溝１３１が形成されている。レール溝１３１は、チャンバ２０１を搬送される被表面処理材Ｓ（図３では図示せず）の一面側（図１では、被表面処理材Ｓの下側）に、被表面処理材Ｓの幅方向に沿って、設けられている。一対のレール溝１３１が、空隙１３２を挟んで相対している。一対のレール溝１３１に、ターゲット保持部１２１の突出部１２３およびシール部材１２８が差し込まれる。すなわち、図３は、レール溝１３１にターゲット保持部１２１が差し込まれる前の状態を示す斜視図である。

　図４は、レール溝１３１にターゲット保持部１２１が差し込まれた状態を示す斜視図である。突出部１２３およびシール部材１２８の合計厚よりも、レール溝１３１の溝幅（図４中の上下方向の距離）の方が短い（狭い）。このため、ターゲット保持部１２１がレール溝１３１に差し込まれた状態では、シール部材１２８がチャンバ部材２０２に密着する。こうして、チャンバ２０１の減圧空間２０４は密閉される。

　図４に示すように、ターゲット保持部１２１がレール溝１３１に差し込まれた状態では、チャンバ部材２０２に形成された開口１３３から、ターゲットＴが露出する。こうして、ターゲット保持部１２１に保持されたターゲットＴと、チャンバ２０１を搬送される被表面処理材Ｓとが対面する（図１も参照）。

　レール溝１３１に差し込まれたターゲット保持部１２１は、例えば把持部１３０を把持して引き抜くことによって、レール溝１３１から引き出して、チャンバ２０１から取り外すことができる。

　このように、チャンバ部材２０２、レール溝１３１、開口１３３、突出部１２３、シール部材１２８などによって、ターゲット保持部１２１をチャンバ２０１に着脱自在に取り付ける着脱機構１５１が構成される。

　着脱機構１５１は、図３および図４に基づいて説明した実施形態に限定されない。
　例えば、ターゲット保持部１２１は、被表面処理材Ｓの幅方向に抜き出し（差し込み）されるものに限定されず、被表面処理材Ｓから離反する方向（図１中の下方向）に取り外しされるものであってもよい。

　次に、図５に基づいて、遮断機構１７１を説明する。図１も参照する。
　図５は、遮断機構１７１を示す斜視図である。チャンバ２０１を搬送される被表面処理材Ｓと、着脱機構１５１との間には、チャンバ部材１４５によって開口１４６が形成されている。通常、開口１４６は閉じていない。このため、搬送される被表面処理材ＳとターゲットＴとは対面している（図１を参照）。

　チャンバ部材１４５における着脱機構１５１が位置する側には、シャッター板１４１が配置されている。シャッター板１４１は、軸１４２を中心にして、電気的な作用によって回動する。軸１４２は、チャンバ部材１４５に固定された軸保持部１４３によって回転自在に保持されている。軸１４２の軸方向は、被表面処理材Ｓの幅方向である。

　図５に示すように、シャッター板１４１の一面側（開口１４６を覆う側）には、Ｏリングなどのシール部材１４４が配置されている。シール部材１４４は、シャッター板１４１に接着していることが好ましい。

　シャッター板１４１は電気的な作用によって開口１４６を閉じる方向に回動する。これにより、シール部材１４４がチャンバ部材１４５に密着する。こうして、チャンバ２０１に取り付けられたターゲット保持部１２１が減圧空間２０４から遮断される。開口１４６を閉じているシャッター板１４１は、電気的な作用によって、開口１４６を開ける方向に回動する。

　このように、シャッター板１４１、軸１４２、軸保持部１４３、シール部材１４４、チャンバ部材１４５、開口１４６などによって、遮断機構１７１が構成される。

　遮断機構１７１は、図５に基づいて説明した実施形態に限定されない。
　例えば、シャッター板１４１は、軸１４２を中心に回動するものに限定されず、被表面処理材Ｓの幅方向に抜き出し（差し込み）されるものであってもよい。

　更に、図１に示すように、バルブ１６１が、開口１４６と、レール溝１３１に差し込まれているターゲット保持部１２１との間に設けられている。バルブ１６１は、チャンバ２０１の外側に設置されており、チャンバ２０１の内部に接続している。バルブ１６１が開くことにより、チャンバ２０１の外側と内部とが連通される。
　シャッター板１４１が開口１４６を閉じてターゲット保持部１２１が減圧空間２０４から遮断されている場合、このターゲット保持部１２１は、バルブ１６１が開くことによって、大気に開放される。

　このような構成において、通常は、図１に示すように、全てのシャッター板１４１は開いており、開口１４６を塞いでいない。かつ、全ての一対のレール溝１３１にターゲット保持部１２１が差し込まれている。このとき、ターゲット保持部１２１のシール部材１２８は、チャンバ部材２０２に密着しているので、減圧空間２０４は密閉されている。

　このような状態で、減圧空間２０４を被表面処理材Ｓが搬送されている。搬送されている被表面処理材Ｓに対して、ターゲットＴを用いて、連続的に表面処理が施されている。全てのターゲット保持部１２１のターゲットＴが、被表面処理材Ｓに対する表面処理に使用されている。

　ここで、図６および図７に基づいて、被表面処理材Ｓの搬送方向の最も上流側の位置Ｐ１のターゲットＴを交換する場合を説明する。
　ターゲットＴを交換するタイミングは、通常、表面処理に使用されたターゲットＴが消耗したタイミングである。このようなタイミングは、経験的に導かれるものであってもよいし、図示しない公知の機構によってターゲットＴの経時的な質量減少をセンシングし、そのセンシング結果から判断されるものであってもよい。

　図６は、位置Ｐ１のシャッター板１４１が開口１４６を閉じた状態を示す断面図である。まず、交換される位置Ｐ１のターゲットＴの加熱が停止される。そして、図６に示すように、位置Ｐ１のシャッター板１４１を回動させて、開口１４６を閉じる。これにより、位置Ｐ１のターゲット保持部１２１は、減圧空間２０４から遮断される。その後、位置Ｐ１のバルブ１６１を開ける。これにより、位置Ｐ１のターゲット保持部１２１のターゲットＴは、大気に開放され、冷却される。このとき、開口１４６を閉じているシャッター板１４１は、大気圧に押圧され、密閉度が増す。

　図７は、位置Ｐ１のターゲット保持部１２１が引き出された状態を示す断面図である。次に、位置Ｐ１のシャッター板１４１が開口１４６を閉じた状態のまま、図７に示すように、位置Ｐ１のターゲット保持部１２１を引き出す。このとき、把持部１３０を把持して、ターゲット保持部１２１をレール溝１３１に沿って引き抜けばよい。
　引き出したターゲット保持部１２１において、リング状部材１２７を取り外し、消耗したターゲットＴを凹部１２５から取り除く。その後、新たなターゲットＴを、凹部１２５に配置し、その後、リング状部材１２７を嵌め込む。こうして、新たなターゲットＴがターゲット保持部１２１に保持される。

　新たなターゲットＴを保持したターゲット保持部１２１を、位置Ｐ１の一対のレール溝１３１に差し込む。これにより、位置Ｐ１のターゲット保持部１２１は、再び図６と同じ状態になる。この時点で、位置Ｐ１の新たなターゲットＴの加熱を開始してもよい。その後、バルブ１６１を閉じたうえで、位置Ｐ１のシャッター板１４１を回動させて、開口１４６を開ける。これにより、位置Ｐ１のシャッター板１４１は、再び図１と同じ状態となる。位置Ｐ１のターゲットＴは、再び減圧空間２０４に曝露され、被表面処理材Ｓの表面処理に使用され始める。このようにして、チャンバ２０１の内部を全体的に大気に開放したり冷却したりすることなく、位置Ｐ１のターゲットＴのみを容易に交換できる。

　位置Ｐ１のターゲットＴを交換した後、例えば、位置Ｐ１よりも搬送方向の下流側（位置Ｐ２、位置Ｐ３…）に位置するターゲットＴを、同様に交換できる。

　１つの位置（例えば、位置Ｐ１）のターゲットＴが交換されている間においても、被表面処理材Ｓは搬送されており、別の位置（例えば、位置Ｐ２、位置Ｐ３…）のターゲットＴを用いて連続的に表面処理が施されている。
　したがって、本実施形態によれば、操業（被表面処理材Ｓの搬送や、搬送される被表面処理材Ｓに対する連続的な表面処理）を停止することなく、ターゲットＴを交換できる。
　このような効果を得るため、ターゲット保持部１２１は２個以上が好ましい。すなわち、少なくとも、ターゲットＴが交換されるターゲット保持部１２１と、その交換の最中に表面処理に使用されるターゲット保持部１２１とが存在することが好ましい。

　被表面処理材Ｓの搬送方向（圧延方向）に配置されるターゲット保持部１２１の個数が多いほど、搬送速度を上げることができる。このため、ターゲット保持部１２１は４個以上がより好ましい。もっとも上記個数が多すぎるとチャンバ２０１が長くなりすぎる等の問題が生じ得ることから、ターゲット保持部１２１は８０個以下が好ましい。

　一度にチャンバ２０１から取り外されるターゲット保持部１２１の個数は、特に限定されないが、操業を停止することなくターゲットＴを交換するためには、少なくとも１個のターゲット保持部１２１は取り外さないことが好ましい。

　バルブ１６１の設置および開閉は省略してもよい。例えば、シャッター板１４１を回動させて開口１４６を閉じた後（図６を参照）、バルブ１６１を開けることなく、ターゲット保持部１２１を引き抜くことができれば（図７を参照）、そのようにしてもよい。その場合、ターゲット保持部１２１は、引き抜かれることにより、当然に、大気に開放され、冷却される。ターゲット保持部１２１が引き抜かれた後、開口１４６を閉じているシャッター板１４１は、大気圧に押圧され、密閉度が増す。
　そして、引き抜いたターゲット保持部１２１において、上記と同様に、消耗したターゲットＴを取り外し、新たなターゲットＴを保持させる。新たなターゲットＴを保持させたターゲット保持部１２１を、レール溝１３１に差し込む。
　その後、新たなターゲットＴの加熱を開始しつつ、シャッター板１４１を回動させて開口１４６を開ける。これにより、新たなターゲットＴは、再び減圧空間２０４に曝露され、被表面処理材Ｓの表面処理に使用され始める。

　次に、図８および図９に基づいて、ターゲットＴの配列状態を説明する。
　図８は、ターゲットＴの配列を示す模式図である。ターゲット保持部１２１ごとのターゲットＴの個数は、特に限定されず、被表面処理材Ｓの幅方向の長さに応じて、適宜設定される。図２～図４においては、被表面処理材Ｓの幅方向に沿って、３個のターゲットＴがターゲット保持部１２１に保持された例を図示した。しかし、これは模式的な図示に過ぎず、例えば、図８に示すように、７個のターゲットＴがターゲット保持部１２１に保持されていてもよい。
　図８においては、ターゲット保持部１２１のターゲットＴは、被表面処理材Ｓの搬送方向（矢印Ａの方向）に沿って、仮想線Ｌ１のように、直線状に配列されている。

　図９は、ターゲットＴの別の配列を示す模式図である。ターゲット保持部１２１のターゲットＴは、図９に示すように、被表面処理材Ｓの搬送方向（矢印Ａの方向）に沿って、仮想線Ｌ２のように、千鳥配列（稲妻形に配列）されていてもよい。この場合、被表面処理材Ｓの幅方向に満遍なく、ターゲットＴを用いた表面処理が施されるため、好ましい。

　次に、図１０および図１１に基づいて、ターゲット交換装置１０１の配置の変形例を説明する。

　図１０は、搬送される被表面処理材Ｓの両面側にターゲット交換装置１０１が配置された状態を示す断面図である。図１０においては、ターゲットＴが、チャンバ２０１の内部を搬送される被表面処理材Ｓの両面側に配置されている。
　搬送される被表面処理材Ｓの両面に成膜する場合、片面ずつ成膜すると、片面側だけ成膜されたときに、被表面処理材Ｓに反りが発生し、この反り等の影響から、成膜が不均一になるおそれも考えられる。
　しかし、図１０に示すように、ターゲットＴを被表面処理材Ｓの両面側に配置することにより、搬送される被表面処理材Ｓの両面側を同時に成膜でき、均一な被膜が得られる。

　図１１は、縦方向に搬送される被表面処理材Ｓの両面側にターゲット交換装置１０１が配置された状態を示す断面図である。図１１においては、被表面処理材Ｓが縦方向（図１１中、下から上に向かう方向）に搬送されている。このような場合においても、搬送される被表面処理材Ｓの片面側または両面側に、ターゲットＴおよびターゲット交換装置１０１を配置できる。図１１に示すように、被表面処理材Ｓの両面側に配置することにより、搬送される被表面処理材Ｓに対して、両面側を同時に成膜でき、均一な被膜が得られる。

［表面処理設備］
　次に、図１２に基づいて、本発明の表面処理設備の一実施形態を説明する。
　図１２は、表面処理設備１を概略的に示す模式図である。表面処理設備１は、ペイオフリール１９を有する。ペイオフリール１９には、被表面処理材Ｓの搬送前コイル１１が掛けられている。ペイオフリール１９から引き出された被表面処理材Ｓは、表面処理設備１の各部を搬送され、巻取りリール２０で再び巻き取られて、搬送後コイル１８となる。

　表面処理設備１は、被表面処理材Ｓの搬送方向順に、入側減圧設備２１、前処理設備３１、成膜設備４１、および、出側減圧設備５１を有する。
　入側減圧設備２１は、複数段の入側減圧室２２を有する。前処理設備３１は、前処理室３２を有する。成膜設備４１は、成膜室４２を有する。出側減圧設備５１は、複数段の出側減圧室５２を有する。
　入側減圧室２２、前処理室３２、成膜室４２、および、出側減圧室５２の内部を除き、被表面処理材Ｓは、大気圧雰囲気内を搬送される。

　被表面処理材Ｓの組成や材質は、特に限定されず、被表面処理材Ｓとしては、例えば、金属帯、フィルム、半導体などが挙げられる。

　以下では、被表面処理材Ｓが、金属帯の１種である、仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板である場合を例に説明する。すなわち、ペイオフリール１９には、仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板Ｓ（以下、単に「鋼板Ｓ」とも表記する）の搬送前コイル１１が掛けられている。
　仕上げ焼鈍を経た方向性電磁鋼板は、通常、フォルステライト被膜を有する。
　鋼板Ｓは、フォルステライト被膜を有する場合、入側減圧設備２１の入側減圧室２２に導入される前に、図示しない研磨設備などで研磨され、フォルステライト被膜が除去される。一方、鋼板Ｓがフォルステライト被膜などの酸化物被膜を有しないものである場合には、研磨されずに、入側減圧設備２１の入側減圧室２２に導入される。

　鋼板Ｓ（フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板）は、入側減圧設備２１の入側減圧室２２に導入される。複数段の入側減圧室２２の内圧は、前処理室３２および成膜室４２に接近するに従い、段階的に減少する。こうして、鋼板Ｓにかかる圧が、大気圧から、前処理室３２および成膜室４２の内圧に近づく。
　段階的に内圧を変化させることにより、圧力差による鋼板Ｓの蛇行を抑制できる。入側減圧室２２の段数は、３段以上が好ましい。

　入側減圧室２２を通過した鋼板Ｓ（フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板）は、前処理設備３１の前処理室３２に導入され、減圧条件下で前処理が施されて、表面に付着した不純物が除去される。
　前処理が施された鋼板Ｓ（フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板）は、成膜設備４１の成膜室４２に導入される。成膜室４２を搬送される鋼板Ｓの表面上に、減圧条件下で成膜が施される。

　成膜後の鋼板Ｓは、出側減圧設備５１の出側減圧室５２に導入される。複数段の出側減圧室５２の内圧は、成膜室４２から離反するに従い、段階的に上昇する。こうして、鋼板Ｓにかかる圧が、前処理室３２および成膜室４２の内圧から、大気圧に戻される。
　段階的に内圧を変化させることにより、圧力差による鋼板Ｓの蛇行を抑制できる。出側減圧室５２の段数は、３段以上が好ましい。

　出側減圧設備５１を出た鋼板Ｓは、その後、巻取りリール２０に巻き取られて、搬送後コイル１８となる。

　次に、前処理設備３１および成膜設備４１をより詳細に説明する。先に成膜設備４１を説明する。

 〈成膜設備〉
　成膜設備４１の成膜室４２の内部は、排気され、減圧空間となっている。成膜室４２の減圧空間を搬送される鋼板Ｓ（フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板）の表面上に、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法により、成膜が施される。

　成膜室４２には、例えば、窒素ガスなどの成膜のための原料ガス（雰囲気ガス）が導入される。鋼板Ｓは、加熱され、窒化物被膜などの被膜が、鋼板Ｓの表面上に形成される。
　鋼板Ｓを加熱する手段としては、成膜室４２の内部が減圧空間であることから、必然的にバーナーなどは使用できない。代わりに、例えば、誘導加熱（ＩＨ）、電子ビーム照射、レーザー、赤外線などの酸素を必要としない手段であれば特に限定されず、適宜用いられる。

　ＰＶＤ法は、イオンプレーティング法が好ましい。成膜温度は、製造の都合上、３００～６００℃が好ましく、成膜室４２の内部の圧力（内圧）は、０．１～１００Ｐａが好ましい。成膜に際しては、鋼板Ｓを陰極として－１０～－１００Ｖのバイアス電圧を印加することが好ましい。原料のイオン化にプラズマを用いることにより、成膜速度を上げることができる。

　鋼板Ｓに成膜される被膜としては、窒化物被膜が好ましく、金属窒化物被膜がより好ましく、Ｚｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｚｒ、ＷおよびＴａからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属窒化物被膜が更に好ましい。これらは岩塩型構造をとりやすく、鋼板Ｓの地鉄の体心立方格子と整合しやすいため、被膜の密着性を向上させることができる。
　鋼板Ｓに成膜される被膜は、単層からなる被膜であってもよく、複数の層からなる被膜であってもよい。

　成膜室４２においては、鋼板Ｓの表面での反応により生成するガス量、および、投入される原料ガス量などが支配的となる。一方、排気を強めすぎると、原料ガスが鋼板Ｓまで十分にたどり着かないことがある。これらの事項を考慮して、所望の内圧となるように排気する（前処理室３２においても同様）。
　成膜室４２が有する排気口および原料ガスの投入口などは、図示を省略している（前処理室３２においても同様）。
　成膜室４２においては、投入する原料ガス量の０．５～１倍の排気量が好ましい。

　本実施形態においては、チャンバである成膜室４２において、図１～図７に基づいて説明した複数のターゲット交換装置１０１の着脱機構１５１および遮断機構１７１（いずれも図１２では図示せず）が、搬送される鋼板Ｓの下面側および上面側に設置されている（図１０を参照）。鋼板Ｓは、成膜室４２を、縦方向に搬送されてもよい（図１１を参照）。成膜室４２には、上述したバルブ１６１（図１２では図示せず）が設けられている。
　成膜に際しては、被膜の原料となるターゲットが用いられる。ターゲット保持部１２１（図１２では図示せず）には、鋼板Ｓの搬送方向と直交する方向に、複数のターゲットが保持されている。複数のターゲットは、鋼板Ｓの搬送方向に沿って、直線状に配列されていてもよいし（図８を参照）、千鳥配列されていてもよい（図９を参照）。
　鋼板Ｓの搬送方向における、ある位置のターゲットが消耗した場合、ターゲット交換装置１０１によれば、表面処理設備１の操業を停止することなしに、その位置のターゲットを容易に交換できる。

 〈前処理設備〉
　次に、成膜設備４１（成膜室４２）の上流側に配置された前処理設備３１（前処理室３２）を説明する。
　入側減圧室２２を経た鋼板Ｓは、前処理設備３１の前処理室３２に導入され、減圧条件下で、鋼板Ｓの表面上に付着した酸化物等の不純物を除去する前処理が施される。
　成膜前に前処理することにより、成膜設備４１で形成される被膜（例えば、窒化物被膜）の鋼板Ｓに対する密着性が顕著に向上する。このため、前処理設備３１は、必須の設備ではないが、設けることが好ましい。
　前処理の方法としては、イオンスパッタリングが好ましい。イオンスパッタリングの場合、使用するイオン種としては、アルゴンおよび窒素などの不活性ガスのイオン、または、ＴｉおよびＣｒなどの金属のイオンを用いることが好ましい。
　前処理室３２の内部は減圧され、スパッタリングイオンの平均自由工程を上げるために、前処理室３２の内圧は０．０００１～１Ｐａが好適である。
　鋼板Ｓを陰極として、－１００～－１０００Ｖのバイアス電圧を印加することが好ましい。

　図１３は、前処理室３２にターゲット交換装置１０１を設置した表面処理設備１を示す模式図である。図１３においては、表面処理設備１の一部の図示を省略している。
　前処理室３２での前処理に、ＴｉおよびＣｒなどの金属のイオンを用いる場合、金属のターゲットを用いて、ＰＶＤ法（特に、イオンプレーティング法）により前処理できる。
　この場合、例えば、図１３に示すように、チャンバである前処理室３２において、図１～図７に基づいて説明した複数のターゲット交換装置１０１の着脱機構１５１および遮断機構１７１（いずれも図１３では図示せず）を、搬送される鋼板Ｓの下面側および上面側に設置できる（図１０を参照）。鋼板Ｓは、前処理室３２を、縦方向に搬送されてもよい（図１１を参照）。前処理室３２には、上述したバルブ１６１（図１３では図示せず）が設けられている。
　図１３に示すような前処理室３２にすることで、ターゲットを用いて、鋼板Ｓの両面側から同時に前処理できる。このとき、ターゲット保持部１２１（図１３では図示せず）には、鋼板Ｓの搬送方向と直交する方向に、複数のターゲットを保持させる。複数のターゲットは、鋼板Ｓの搬送方向に沿って、直線状に配列されていてもよいし（図８を参照）、千鳥配列されていてもよい（図９を参照）。
　鋼板Ｓの搬送方向における、ある位置のターゲットが消耗した場合、ターゲット交換装置１０１を用いることにより、表面処理設備１の操業を停止することなしに、その位置のターゲットを容易に交換できる。

　以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。

　〈実施例１〉
　仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板Ｓ（板厚：０．２３ｍｍ）の搬送前コイル１１（総質量８ｔ）を、図１２に基づいて説明した表面処理設備１に供して成膜した。鋼板Ｓの搬送速度は３０ｍ／ｍｉｎとした。より詳細には、機械研磨によりフォルステライト被膜を除去した鋼板Ｓを、前処理室３２に導入して、Ａｒイオンスパッタリングにより表面の不純物を除去した。次いで、成膜室４２にて、鋼板Ｓの表面に、ＰＶＤ法により、ＴｉＮ被膜（膜厚：０．３μｍ）を成膜した。ＰＶＤ法は、イオンプレーティング法とし、成膜温度は４００℃とした。

　実施例１においては、図１２に示すように、鋼板Ｓの搬送方向に沿って１０個のターゲット交換装置１０１を成膜室４２に設置した。１個のターゲット保持部１２１（図１２には図示せず）には、鋼板Ｓの幅方向に３個のターゲットを保持させた。ターゲットの形状は、φ１００ｍｍ、高さ５０ｍｍとした。

　実施例１においては、２時間ごとに、一度に２個のターゲット保持部１２１（図１２には図示せず）を引き出して、成膜に使用されて消耗した旧ターゲットを、未使用の新ターゲットに交換した。新ターゲットが成膜に使用され始めるタイミングを、旧ターゲットを成膜に使用することを止めてから丁度２時間後とした。すなわち、実施例１においては、成膜に使用されるターゲット列数は、常に８列とした。

　成膜室４２の出側にて、鋼板Ｓの両面側に形成されたＴｉＮ被膜の膜厚を検査した。膜厚は、蛍光Ｘ線でＴｉ強度を測定することにより検査した。
　検査の結果、全体として膜厚の変動が非常に少なかった。
　１０００時間の試験中、成膜室４２の内部を全体的に大気に開放したり冷却したりするほどのメンテナンスは不要であった。このため、試験中の表面処理設備１の稼働率を極限まで高めることができた。具体的には、稼働率は９９％程度であった。

　〈比較例１〉
　成膜室４２にターゲット交換装置１０１を設置しないで、ターゲットを成膜室４２の内部に固定した。成膜に使用されるターゲット列数は、実施例１と同様に８列とした。１列のターゲット数は、鋼板Ｓの幅方向に３個とした。
　それ以外の条件は、実施例１と同様にして、成膜を施し、成膜室４２の出側にて、鋼板Ｓの両面側に形成されたＴｉＮ被膜の膜厚を検査した。
　検査の結果、成膜の初期は両面で膜厚の差はほとんど見られず均一に被膜を形成できたが、成膜の開始から約８時間で膜厚が減少し始め、１０時間でほぼ成膜されなくなった。つまり、ターゲットを成膜室４２の内部に固定した比較例１においては、８時間ごとにメンテナンスを要することが分かった。
　８時間ごとのメンテナンスに際しては、成膜室４２の開放および冷却に約３時間、再排気および再加熱に約５時間を要したことから、１０００時間の試験中の表面処理設備１の稼働率は、５０％程度であった。

１：表面処理設備
１１：搬送前コイル
１８：搬送後コイル
１９：ペイオフリール
２０：巻取りリール
２１：入側減圧設備
２２：入側減圧室
３１：前処理設備
３２：前処理室（チャンバ）
４１：成膜設備
４２：成膜室（チャンバ）
５１：出側減圧設備
５２：出側減圧室
１０１：ターゲット交換装置
１２１：ターゲット保持部
１２２：保持部本体
１２３：突出部
１２４：突出面
１２５：凹部
１２６：ツバ部
１２７：リング状部材
１２８：シール部材
１２９：磁石
１３０：把持部
１３１：レール溝
１３２：空隙
１３３：開口
１４１：シャッター板
１４２：軸
１４３：軸保持部
１４４：シール部材
１４５：チャンバ部材
１４６：開口
１５１：着脱機構
１６１：バルブ
１７１：遮断機構
２０１：チャンバ
２０２：チャンバ部材
２０４：減圧空間
Ａ：矢印
Ｓ：被表面処理材（仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板）
Ｔ：ターゲット
Ｐ１：位置
Ｐ２：位置
Ｐ３：位置

Claims (21)

1. 　ターゲットを交換するターゲット交換装置であって、前記ターゲットが、チャンバ内部の減圧空間の被表面処理材に対して、ＰＶＤ法により表面処理を施すために用いられ、
   　前記ターゲットを保持するターゲット保持部と、
   　前記ターゲット保持部を、前記ターゲットが前記減圧空間の前記被表面処理材と対面する位置で、前記チャンバに着脱自在に取り付ける着脱機構と、
   　前記チャンバに取り付けられた前記ターゲット保持部を、前記減圧空間から開閉自在に遮断する遮断機構と、
   を備えるターゲット交換装置。
2. 　前記被表面処理材が、前記減圧空間を搬送され、前記ターゲットを用いて連続的に表面処理が施される、請求項１に記載のターゲット交換装置。
3. 　前記着脱機構は、複数の前記ターゲット保持部を、前記被表面処理材の搬送方向に沿って並列配置し、それぞれ個別に前記チャンバに着脱自在に取り付ける機構であり、
   　前記遮断機構は、前記搬送方向に沿って並列配置された複数の前記ターゲット保持部を、それぞれ個別に、前記減圧空間から開閉自在に遮断する機構である、請求項２に記載のターゲット交換装置。
4. 　前記ターゲット保持部は、前記被表面処理材の搬送方向と直交する方向に、複数の前記ターゲットを保持する、請求項２または３に記載のターゲット交換装置。
5. 　複数の前記ターゲットが、前記被表面処理材の搬送方向に沿って、直線状に配列されている、請求項４に記載のターゲット交換装置。
6. 　複数の前記ターゲットが、前記被表面処理材の搬送方向に沿って、千鳥配列されている、請求項４に記載のターゲット交換装置。
7. 　前記被表面処理材が縦方向に搬送される、請求項２～６のいずれか１項に記載のターゲット交換装置。
8. 　搬送される前記被表面処理材の両面側に配置される、請求項２～７のいずれか１項に記載のターゲット交換装置。
9. 　前記減圧空間から遮断された前記ターゲット保持部を大気に開放するバルブを更に備える、請求項１～８のいずれか１項に記載のターゲット交換装置。
10. 　前記被表面処理材が、金属帯である、請求項１～９のいずれか１項に記載のターゲット交換装置。
11. 　前記被表面処理材が、フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板である、請求項１～１０のいずれか１項に記載のターゲット交換装置。
12. 　搬送される被表面処理材に対して、ターゲットを用いて、ＰＶＤ法により連続的に表面処理を施す表面処理設備であって、
    　内部に減圧空間を有し、前記減圧空間を前記被表面処理材が搬送されるチャンバと、
    　前記ターゲットを保持するターゲット保持部と、
    　前記ターゲット保持部を、前記ターゲットが前記減圧空間を搬送される前記被表面処理材と対面する位置で、前記チャンバに着脱自在に取り付ける着脱機構と、
    　前記チャンバに取り付けられた前記ターゲット保持部を、前記減圧空間から開閉自在に遮断する遮断機構と、
    を備える表面処理設備。
13. 　前記着脱機構は、複数の前記ターゲット保持部を、前記被表面処理材の搬送方向に沿って並列配置し、それぞれ個別に前記チャンバに着脱自在に取り付ける機構であり、
    　前記遮断機構は、前記搬送方向に沿って並列配置された複数の前記ターゲット保持部を、それぞれ個別に、前記減圧空間から開閉自在に遮断する機構である、請求項１２に記載の表面処理設備。
14. 　前記ターゲット保持部は、前記被表面処理材の搬送方向と直交する方向に、複数の前記ターゲットを保持する、請求項１２または１３に記載の表面処理設備。
15. 　複数の前記ターゲットが、前記被表面処理材の搬送方向に沿って、直線状に配列されている、請求項１４に記載の表面処理設備。
16. 　複数の前記ターゲットが、前記被表面処理材の搬送方向に沿って、千鳥配列されている、請求項１４に記載の表面処理設備。
17. 　前記被表面処理材が縦方向に搬送される、請求項１２～１６のいずれか１項に記載の表面処理設備。
18. 　前記着脱機構および前記遮断機構が、搬送される前記被表面処理材の両面側に配置される、請求項１２～１７のいずれか１項に記載の表面処理設備。
19. 　前記減圧空間から遮断された前記ターゲット保持部を大気に開放するバルブを更に備える、請求項１２～１８のいずれか１項に記載の表面処理設備。
20. 　前記被表面処理材が、金属帯である、請求項１２～１９のいずれか１項に記載の表面処理設備。
21. 　前記被表面処理材が、フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板である、請求項１２～２０のいずれか１項に記載の表面処理設備。

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