JP7260459B2 - 箔基材の真空熱処理装置、箔基材の熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、箔基材に熱処理を施す、箔基材の真空熱処理装置、箔基材の熱処理方法に関する。

従来、ステンレス、銅、アルミニウムなどのベースメタル、白金や金・銀などの貴金属、チタンやニッケルなどのレアメタルなどの各種の金属箔がさまざまな分野で使用されている。このような金属箔の表面の清浄化や改質を目的とした、熱処理装置が知られている。

特許文献１には、チタン等の反応性が高い金属が、バッチ式真空炉において光輝焼鈍等の熱処理を受ける技術が開示されている。当該技術では、加熱処理で炉壁等から放出されるアウトガスの影響で還元作用が低下することを防ぐために、炉内を数Ｐａ程度の圧力に維持しながら、被処理物を囲むリフレクターの内部にＡｒ等の不活性ガス又は還元性ガスを流しながら、被処理物が加熱される。

また、特許文献２には、チタン箔の成形加工時の損傷を引き起こす表面影響層を排除するために、表面を傷付けることなく表面影響層を除去する技術が開示されている。これらのチタン箔の表面影響層には、酸化着色による変色が見られない表面影響層（酸素、窒素、炭素、水素等による表面硬化層）、チタン箔の冷延時における圧延潤滑油との反応層も含まれている。当該技術では、硝弗酸水溶液で酸洗溶解除去した後に、バッチ式真空炉で１Ｅ^－２Ｐａ以下の真空雰囲気（酸素・窒素の雰囲気背圧として）で光輝焼鈍を行い、チタン箔から圧延油の影響層を除去することで、スケールも一定量以下に制御された焼鈍チタン製品を得ることができる。

更に、特許文献３には、チタン箔の酸素や窒素、水素、等との反応で形成される表面のスケール形成を抑制するために、酸素含有量０．０７％以下、露点－１５℃以下に調整されたＡｒ等の不活性雰囲気の炉内において、箔を連続的に通過させて７８０℃以上に加熱、保温し、表面反応物生成での着色や脆化を防ぎながら、加工に適した硬度に大粒径化と焼鈍処理を行った後、引き続き箔にＡｒを吹付け、冷却することで、箔のコイルに連続処理が行われる。

実開昭５２－３３６０９号公報 特開昭６０－２３８４６５号公報 特開昭５３－６０３１０号公報

特許文献１乃至３に記載された技術では、金属箔からなる基材に対して、高い処理精度で連続的に熱処理を行うことが困難であった。特許文献１に記載された技術を用いて巻きコイル状の金属箔に対して所定の熱処理を行う場合、巻きコイル内に箔が巻込まれているため、コイルの内部において箔自身から出てくるアウトガスの影響や炉の加熱による温度分布の影響などによって、コイル内、特に幅方向における部分的な処理状態のムラが生じやすいという問題があった。

同様に、特許文献２に記載された技術においても、特許文献１と同様に巻きコイル内の位置に応じて、処理ムラが発生する問題があった。また、特許文献２に記載された圧延残留油除去にはウェット処理（酸洗除去処理）が用いられており、真空条件では連続的な処理が困難である。

更に、特許文献３に記載された技術では、特許文献１、２のようなバッチ処理におけるムラの問題は低減される一方、大気圧条件下におけるＡｒガスの純度に限界があり、清浄な低濃度の不純物条件を必要とするような熱処理を行うことは困難であった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、金属箔からなる基材に対して、高い処理精度で連続的に熱処理を行うことが可能な箔基材の真空熱処理装置、箔基材の熱処理方法を提供することを目的とする。

本発明の箔基材の真空熱処理装置は、内部空間を有する真空チャンバと、前記内部空間を真空状態とするための真空ポンプと、前記内部空間に配置され、コイル状に巻かれた箔基材を保持するとともに、前記箔基材が巻き出されることを可能とする、巻出し軸と、前記内部空間に配置され、前記巻出し軸から巻き出され前記内部空間内の所定の処理経路を経由した前記箔基材を巻き取る巻取り軸と、前記処理経路において前記箔基材の表面および裏面にそれぞれ対向して配置され、前記箔基材を加熱する、少なくとも表裏一対の加熱機構と、前記処理経路において前記加熱部材よりも前記巻取り軸側で前記箔基材の前記表面および前記裏面にそれぞれ対向して配置され、前記箔基材を冷却する、少なくとも表裏一対の第１冷却機構と、を備える。

本構成によれば、真空熱処理装置の内部空間において箔基材を連続的に巻き出しながら搬送することで、箔基材が真空空間に晒される。このため、コイル状の箔基材内に巻き込まれた残留ガスや箔基材の表面に吸着する水分や油等を十分に除去（排気）することができる。また、箔基材が真空環境において処理されるため、不純物濃度が低く、高純度の環境での熱処理が可能とされる。更に、搬送中の箔基材の表裏に対向する様に少なくとも表裏一対の加熱機構が配置されているため、箔基材を表裏から効率よく加熱することができる。この結果、箔基材の面方向における温度分布が小さくなり、箔基材の熱処理ムラを抑制することができる。このように、金属箔からなる基材に対して、高い処理精度で連続的に熱処理を行うことが可能な箔基材の真空熱処理装置が提供される。

上記の構成において、前記処理経路において前記第１冷却機構よりも前記巻取り軸側に配置され、前記箔基材を冷却する第２冷却機構を更に備え、前記第２冷却機構は、前記箔基材の前記表面および前記裏面のうちの一方の面を支持する外周面を有し、所定の回転方向に回転され前記箔基材を案内するととともに前記箔基材を冷却する冷却ローラーと、を有することが望ましい。

本構成によれば、第２冷却機構に冷却ローラーを有することで、箔基材を更に冷却して巻き取ることができる。このため、巻取り軸の周辺部材の温度上の耐久性の問題を低減することができるとともに、箔基材のスター座屈の発生や基材収縮による基材コアの損傷を抑制することができる。

上記の構成において、前記第２冷却機構は、前記箔基材の前記表面および前記裏面のうち前記一方の面とは反対の他方の面に前記冷却ローラーの径方向において所定のギャップ空間を介して対向して配置される内周面を有する隔壁体と、前記隔壁体の前記内周面と前記箔基材の前記他方の面との間の前記ギャップ空間に、所定の伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部と、を更に有することが望ましい。

本構成によれば、箔基材と反応しない高純度な不活性ガスまたは非反応ガスが冷却ローラーと隔壁体との間の空間に供給され、箔基材がガス伝熱冷却されることで、前記ガスと箔基材との間の不必要な反応を抑制しながら、箔基材を更に冷却して巻き取ることができる。このため、巻取り軸の周辺部材の温度上の耐久性の問題を更に低減することができるとともに、箔基材のスター座屈の発生や基材収縮による基材コアの損傷を更に抑制することができる。

上記の構成において、前記隔壁体は、前記冷却ローラーの軸方向と直交する水平な方向の一方側で前記内周面の一部を構成する第１内周面を含み、前記ギャップ空間が拡縮するように前記冷却ローラーに対して前記水平な方向に沿って移動可能な第１隔壁部と、前記冷却ローラーに対して前記水平な方向において前記第１内周面の反対側で前記内周面の一部を構成する第２内周面を含み、前記ギャップ空間が拡縮するように前記冷却ローラーに対して前記水平な方向に沿って移動可能な第２隔壁部と、を有することが望ましい。

本構成によれば、隔壁体が第１隔壁部および第２隔壁部を含むため、隔壁体を容易に分割し開放することが可能となる。このため、箔基材が冷却ローラーに絡まった場合にも、隔壁体の内部を開放することで作業者が容易にアクセスすることができるため、絡まった箔基材の除去や冷却ローラーの清掃などのメンテナンスが容易に実現される。

上記の構成において、前記少なくとも表裏一対の第１冷却機構は、それぞれ、前記箔基材に対向する表面を有する冷却パネルからなることが望ましい。

本構成によれば、搬送中の箔基材の表裏に対向する様に少なくとも表裏一対の第１冷却機構の冷却パネルが配置されているため、箔基材を表裏から効率よく冷却することができる。

上記の構成において、前記冷却パネルは、パネル基材と、前記パネル基材の表面に形成され前記パネル基材よりも高い放射率を有する表面層とを有していることが望ましい。

本構成によれば、冷却パネルの輻射冷却効率が向上し、第１冷却機構が配置される輻射冷却ゾーンの長さを短くできる、または、輻射冷却ゾーン通過後の箔基材の冷却到達温度をより低温にすることができる。

上記の構成において、前記冷却パネルを冷却する冷却機構を更に備えることが望ましい。

本構成によれば、冷却パネルに冷却機構が接続されることで、冷却パネルの温度上昇が抑制され、長時間運転でも安定して箔基材を効率的に冷却することができる。

上記の構成において、前記真空チャンバは、内部に前記巻出し軸を有する巻出し室と、前記巻出し室に連通し、内部に前記少なくとも表裏一対の加熱機構および前記少なくとも表裏一対の第１冷却機構を有する熱処理室と、前記熱処理室に連通し、内部に前記巻取り軸を有する巻取り室と、と、を備えることが望ましい。

本構成によれば、箔基材の巻出し、箔基材の加熱および輻射冷却、箔基材の巻取りという各処理をそれぞれの処理室において安定して実現することができる。

上記の構成において、前記処理経路において前記第１冷却機構よりも前記巻取り軸側に配置され、前記箔基材を冷却する第２冷却機構を更に備え、前記第２冷却機構は、前記箔基材の前記表面および前記裏面のうちの一方の面を支持する外周面を有し、所定の回転方向に回転され前記箔基材を案内するととともに前記箔基材を冷却する冷却ローラーを有することが望ましい。また、前記熱処理室と前記巻取り室との間に配置され、内部に前記第２冷却機構を有する冷却室（真空チャンバ） を備える構成としてもよい。

本構成によれば、箔基材の低温域でも更なる冷却が可能となり、箔基材の巻取りもより安定して実現することができる。

上記の構成において、前記第２冷却機構は、前記箔基材の前記表面および前記裏面のうち前記一方の面とは反対の他方の面に前記冷却ローラーの径方向において所定のギャップ空間を介して対向して配置される内周面を有する隔壁体と、前記隔壁体の前記内周面と前記箔基材の前記他方の面との間の前記ギャップ空間に、所定の伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部と、を更に有することが望ましい。

本構成によれば、箔基材のガス伝熱冷却が可能となり、箔基材の巻取りを更に安定して実現することができる。

上記の構成において、少なくとも前記熱処理室における前記箔基材の張力が、前記巻出し室および前記巻取り室における前記箔基材の張力よりも小さくなるように、前記箔基材を支持する張力分離機構を備えることが望ましい。

本構成によれば、熱処理を受ける際に箔基材に大きな張力が付与されず、箔基材が変形、損傷することが抑止される一方、箔基材の巻出し、巻き取りを大きな張力で安定して実現することができる。

本構成によれば、箔基材が冷却エリアにおいて冷却される際にも、箔基材に大きな張力が付与されることがなく、箔基材の変形、損傷が抑止される。

本発明の箔基材の熱処理方法は、内部空間を有する真空チャンバに、コイル状に巻かれた箔基材を保持するとともに前記箔基材が巻き出されることを可能とする巻出し軸と、前記巻出し軸から巻き出され前記内部空間内の所定の処理経路を経由した前記箔基材を巻き取る巻取り軸と、を配置することと、前記内部空間を真空状態とすることと、前記箔基材を前記巻出し軸から連続的に送り出し、前記処理経路において前記箔基材の表面および裏面にそれぞれ対向して配置される少なくとも表裏一対の加熱機構によって前記箔基材を加熱することと、前記処理経路において前記加熱部材よりも前記巻取り軸側で前記箔基材の前記表面および前記裏面にそれぞれ対向して配置される少なくとも表裏一対の冷却機構によって前記箔基材を冷却することと、冷却された前記箔基材を前記巻取り軸に巻き取ることと、を備える。

本方法によれば、真空熱処理装置の内部空間において箔基材を連続的に巻き出しながら搬送することで、箔基材が真空空間に晒される。このため、コイル状の箔基材内に巻き込まれた残留ガスや箔基材の表面に吸着する水分や油等を除去（排気）することができる。また、箔基材が真空環境において処理されるため、不純物濃度が低く、高純度の環境での熱処理が可能とされる。更に、搬送中の箔基材の表裏に対向する様に少なくとも表裏一対の加熱機構が配置されているため、箔基材を表裏から効率よく加熱することができる。この結果、箔基材の面方向における温度分布が小さくなり、箔基材の熱処理ムラを抑制することができる。このように、金属箔からなる基材に対して、高い処理精度で連続的に熱処理を行うことが可能な箔基材の熱処理方法が提供される。

上記の構成において、前記表裏一対の冷却機構の下流側で、所定の冷却ローラーに前記箔基材を巻き付けることで前記箔基材を更に冷却することを更に備え、当該更に冷却された前記箔基材を前記巻取り軸に巻き取ることが望ましい。

更に、上記の構成において、前記冷却ローラーの外周面との間で所定のギャップ空間を形成する隔壁を設けて、当該ギャップ空間にガスを供給することで、前記箔基材にガス伝熱冷却を行うことを備えることが望ましい。

本発明によれば、金属箔からなる基材に対して、高い処理精度で連続的に熱処理を行うことが可能な箔基材の真空熱処理装置、箔基材の熱処理方法が提供される。

本発明の一実施形態に係る真空熱処理装置の模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る真空熱処理装置の巻出し室の模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る真空熱処理装置の熱処理室の模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る真空熱処理装置のガス伝熱冷却室の模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る真空熱処理装置の巻取り室の模式的な断面図である。 本発明の第１変形実施形態に係る真空熱処理装置の模式的な断面図である。 本発明の第２変形実施形態に係る真空熱処理装置の模式的な断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る真空熱処理装置１について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る真空熱処理装置１の模式的な断面図である。図２は、本実施形態に係る真空熱処理装置１の巻出し室１０の模式的な断面図である。図３は、本実施形態に係る真空熱処理装置１の熱処理室２０の模式的な断面図である。図４は、本実施形態に係る真空熱処理装置１の冷却室３０の模式的な断面図である。図５は、本実施形態に係る真空熱処理装置１の巻取り室４０の模式的な断面図である。

真空熱処理装置１は、箔基材（金属箔）を水平方向に沿って搬送しながら、箔基材に熱処理を行う。なお、他の実施形態において、真空熱処理装置１は、箔基材を鉛直方向に沿って搬送しながら、箔基材に熱処理を行う縦型炉でも良い。

真空熱処理装置１は、巻出し室１０（ＵＷ室）と、熱処理室２０と、冷却室３０（ＧＣ室）と、巻取り室４０（ＲＷ室）と、制御部５０（図２）と、を備える。巻出し室１０、熱処理室２０、冷却室３０および巻取り室４０は、互いに連通されており、内部空間を有する本発明の真空チャンバ（真空容器）を構成している。なお、各室の連通部には、不図示のＯリングが配置され、気密性が保持されている。

本実施形態では、チタン箔などの箔基材Ｗが筒状のコアに巻かれたコイル状態（箔コイルＷＲ）で巻出し室１０内に挿入され、真空環境で順に搬送されながら熱処理（例えば焼鈍）を受けた後、再び巻きとられる、ロール・トゥー・ロールのバッチ処理方式が採用される。箔基材Ｗは、巻出し室１０の後記の巻出し軸１２（図２）から巻き出され、前記内部空間内の所定の処理経路を経由して、巻取り室４０の後記の巻取り軸４６（図５）によって巻き取られる。箔基材Ｗに対する処理は、真空環境内で連続して行われることから、処理の再現性および安定性が高く維持される。なお、箔コイルＷＲ（原反コイル）の巻き量（巻き径）が大きくなる程、バッチ処理量が増大し、生産性を高めることができる。

図１、図２で示すように、巻出し室１０は、巻出し筐体１１（真空チャンバ）と、巻出し軸１２と、フリーローラー１３と、ロードセルローラー１４と、ブライドルローラー１５と、ロードセルローラー１６と、ガス供給部１７と、第１駆動部１８と、を備える。

巻出し筐体１１は、略直方体形状からなり、前述の真空チャンバの一部を構成している。巻出し筐体１１は、開閉壁１１Ａを有する。開閉壁１１Ａは、図２に矢印で示すように左右方向（水平方向）に移動可能（開閉可能）とされ、巻出し筐体１１の内部空間を開放または封止する。作業者は、巻出し筐体１１の内部が大気で開放された状態で、開閉壁１１Ａを開放し、巻出し筐体１１の内部に箔コイルＷＲを着脱する。また、巻出し筐体１１は、開閉可能な不図示の正面扉を有しており、当該正面扉を通じて、巻出し筐体１１の内部に進入可能とされており、箔基材Ｗを各ロールに通箔することや、巻出し筐体１１内のメンテナンスを行うことができる。巻出し筐体１１は、巻出し室出側Ｓを有する。

巻出し軸１２は、巻出し筐体１１に回転可能に支持されている。巻出し筐体１１は、第１駆動部１８によって回転駆動される。巻出し軸１２は、巻出し筐体１１の内部空間に配置され、箔コイルＷＲ（コイル状に巻かれた箔基材Ｗ）を保持するとともに、箔基材Ｗが巻き出されることを可能とする。

図２に示すように、巻出し軸１２から巻き出された箔基材Ｗは、フリーローラー１３、ロードセルローラー１４、ブライドルローラー１５、ロードセルローラー１６によって順に案内された後、巻出し筐体１１に開口された排出部１１Ｔから、次の熱処理室２０に搬入される。フリーローラー１３は、一定の抱き角を有しており、箔基材Ｗが搬送される方向を変える機能を有している。フリーローラー１３は、駆動されることなく、箔基材Ｗの搬送力で回転する（従動回転する）。なお、後記の他のフリーローラーについても同様である。

ロードセルローラー１４は、巻出し筐体１１に回転可能に支持されている。ロードセルローラー１４も、フリーローラー１３と同様に、箔基材Ｗに従動して回転する。ロードセルローラー１４の両端部には、不図示のロードセルが備えられ、当該ロードセルは、箔基材Ｗの張力に応じた信号を出力する。当該信号は、後記の制御部５０に入力される。なお、後記の他のロードセルローラーについても同様である。

ブライドルローラー１５は、第１ローラー１５１、第２ローラー１５２および第３ローラー１５３の３つのローラーから構成される。このようなブライドルローラー１５の箔基材Ｗの抱き角は十分に確保され、十分なグリップ力が発現できる。なお、第１ローラー１５１、第２ローラー１５２および第３ローラー１５３は、ゴムライニング等でローラー表面の摩擦係数が高く設定され制御部５０で制御駆動され、摩擦グリップ力によって箔基材Ｗの巻出し軸１２側とブライドルローラー１５の後段側との張力差を箔基材Ｗのすべりなく生じることができる。この結果、ブライドルローラー１５において箔基材Ｗの張力をカットすることが可能となり、ブライドルローラー１５よりも上流側（ロードセルローラー１４側）と比較して、ブライドルローラー１５よりも下流側（ロードセルローラー１６）の箔基材Ｗの張力を小さくすることができる。なお、ブライドルローラー１５は、後記の第１駆動部１８によって回転駆動される。

ロードセルローラー１６は、ブライドルローラー１５と熱処理室の入側（巻出し室出側）Ｓとの間に配置され、箔基材Ｗを熱処理室２０に向かって送り出すとともに、箔基材Ｗの張力に応じた信号を制御部５０に出力する。

第１駆動部１８は、巻出し軸１２およびブライドルローラー１５を回転駆動するための駆動力を発生する。第１駆動部１８は、不図示のモーターやギア機構を含む。

制御部５０は、ガス供給部１７および第１駆動部１８の動作を制御する。また、制御部５０は、ロードセルローラー１４およびロードセルローラー１６から入力される信号に応じて、ブライドルローラー１５の回転速度を制御する。

図１、図３で示すように、熱処理室２０は、前述の巻出し室１０に連通し、箔基材Ｗに所定の熱処理を実行する。図１に示すように、熱処理室２０は、加熱ゾーンＰと、輻射冷却ゾーンＱと、を有しており、箔基材Ｗに対して、加熱処理および輻射冷却処理を実行する。このために、熱処理室２０は、熱処理筐体２１（真空チャンバ）と、上下複数対のヒーター２２（少なくとも箔基材Ｗの表裏一対の加熱機構）と、上下複数対の冷却パネル２３（少なくとも箔基材Ｗの表裏一対の第１冷却機構）と、冷却システム２４（補助冷却機構）と、真空ポンプ２５と、を有する。

ガス供給部１７は、巻出し室１０の巻出し筐体１１から窒素Ｎ_２や酸素Ｏ_２などの反応性ガスを熱処理室２０に供給する。本実施形態では、ガス供給部１７は、熱処理室の入側（巻出し室出側）Ｓの近傍において箔基材Ｗが送り出される方向と交差（直交）する方向に沿って、前記反応性ガスを供給する。巻出し室１０から供給されるガスは熱処理室２０の真空ポンプ２５で排気されるため、巻出し室１０の圧力は熱処理室２０の圧力よりも高くなり、ガスの流れは巻出し室１０から熱処理室２０に向かうこととなり、当該反応性ガスが熱処理室の入側（巻出し室出側）Ｓを封止するエアカーテンの役割を果たして、後記の熱処理室２０から不純物を含んだガスが巻出し室１０内に流入することが抑止される。

熱処理筐体２１は、略直方体形状からなり、前述の真空チャンバの一部を構成している。熱処理筐体２１の下面部には、左右一対の脚部２１１が固定されている。熱処理筐体２１は、熱処理室の入側Ｓと、熱処理室の出側Ｔと、を有する。箔基材Ｗは、熱処理室の入側（巻出し室の出側）Ｓを通じて熱処理筐体２１の内部空間に搬入され、熱処理室の出側（冷却室の入側）Ｔを通じて熱処理筐体２１の内部空間から搬出される。図１、図３に示すように、箔基材Ｗは、熱処理筐体２１内を水平方向に沿って搬送される。この際、本実施形態では、熱処理筐体２１内に箔基材Ｗに接触するローラー部材は配置されておらず、巻出し室１０および冷却室３０に配置されたローラーにガイドされ箔基材Ｗの搬送が行われる。熱処理筐体２１は、開閉可能な上蓋２１Ａを有しており、通箱やメンテナンスの作業者は、上蓋２１Ａを開放することで、熱処理筐体２１内にアクセスすることができる。

上下複数対のヒーター２２は、真空熱処理装置１の前記処理経路において、箔基材Ｗの上面（裏面）および下面（表面）にそれぞれ対向して配置され、箔基材Ｗを加熱する。各ヒーター２２は、制御部５０から入力される信号に応じて発熱する。例えば、ステンレス材の光輝焼鈍処理の場合、箔基材Ｗはヒーター２２によって８００℃から１０００℃の範囲まで加熱される。なお、加熱部の保温のためヒーター２２の背面（ヒーター２２うちの箔基材Ｗの反対側）は、ヒーター熱を遮断する不図示のリフレター板や水冷パネルが配置される。また、ヒーター２２は上下一対に加え、箔基材Ｗの一対の側面にもそれぞれ対向するように側部一対のヒーター２２を更に備えてもよい。この場合、各ヒーター２２が断面で四角形を構成し、箔基材Ｗを囲むように配置される。更に、ヒーター２２と箔基材Ｗとの間には、温度分布をより均一にするために、熱伝導性のある板材からなる均熱板を配置してもよい。

上下複数対の冷却パネル２３は、真空熱処理装置１の前記処理経路においてヒーター２２よりも巻取り軸４６（図５）側で、箔基材Ｗの上面（裏面）および下面（表面）にそれぞれ対向して配置され、箔基材Ｗを輻射冷却する。箔基材Ｗに対向する冷却パネル２３は、銅板からなるパネル基材と、そのパネル基材のうち箔基材Ｗと対向する表面側に形成され前記パネル基材（銅板）よりも高い放射率を有する表面層（ジルコニア層）と、を有している。本実施形態では、耐熱性と高い放射率とを有するジルコニアがパネル基材に溶射され、表面層が実現されている。一例としては、箔基材Ｗは、冷却パネル２３によって輻射冷却されることで、約４００℃以下の温度領域まで冷却される。また、冷却パネル２３は上下一対に加え、箔基材Ｗの一対の側面にもそれぞれ対向するように側部一対の冷却パネル２３を更に備えてもよい。この場合、各冷却パネル２３が断面で四角形を構成し、箔基材Ｗを囲むように配置される。

冷却システム２４は、上下複数対の冷却パネル２３に冷却水を循環させることで、各冷却パネル２３を冷却している。具体的には、冷却パネル２３にろう接された冷却水パイプ２４１内に冷却水を循環させている。なお、熱処理筐体２１は箔基材の送り方向に長くなるので製造しやすくするために、ヒーター部と冷却パネル部とを分割してもよい。この冷却パネル２３、冷却システム２４は、本発明の第１冷却機構を構成するものである。

真空ポンプ２５は、熱処理筐体２１から開口を通して連通する巻出し室１０、冷却室３０および巻取り室４０の内部空間を真空状態とする。真空ポンプ２５には、低・中真空用のドライポンプや高真空用のターボ分子ポンプ等が適用される。真空ポンプ２５は、真空熱処理装置１の真空引きや後記のガス供給時には、真空熱処理装置１の内部空間を所定の処理圧力に維持する排気機能を有する。なお、後記の他の真空ポンプも同様である。

図１、図４で示すように、冷却室３０は、前述の第１冷却機構を含む熱処理室２０に連通し、巻取り前に箔基材Ｗを更に冷却する。冷却室３０は、熱処理室２０と巻取り室４０との間に配置されている。冷却室３０は、伝熱筐体３１（真空チャンバ）と、フリーローラー３２と、フリーローラー３３と、水冷ローラー３４（冷却ローラー、第２冷却機構）と、フリーローラー３５と、隔壁部３６（隔壁体、第２冷却機構）と、第２駆動部３７と、ガス供給部１７と、伝熱ガス供給ユニット３８（伝熱ガス供給部、第２冷却機構）と、を有する。なお、図４に示す形態は、図１に本発明に係る隔壁体を追加した実施形態に相当する。本発明に係る第２冷却機構は、後記のとおり、水冷ローラー３４によって構成されるものでも、水冷ローラー３４および隔壁部３６によって構成されるものでもよい。

伝熱筐体３１は、略直方体形状からなり、前述の真空チャンバの一部を構成している。伝熱筐体３１は、冷却室入側（熱処理室出側）Ｔと、冷却室出側（巻取り室入側）Ｕと、を有する。箔基材Ｗは、冷却室入側（熱処理室出側）Ｔを通じて伝熱筐体３１の内部空間に搬入され、冷却室出側（巻取り室入側）Ｕを通じて伝熱筐体３１の内部空間から搬出される。伝熱筐体３１には、開閉可能な不図示の正面扉および背面扉が備えられており、これらの扉を通じて作業員は伝熱筐体３１内に進入またはアクセスすることができる。

フリーローラー３２は、３つのローラーからなる。フリーローラー３３は、フリーローラー３２を経由した箔基材Ｗを水冷ローラー３４に向かって案内する。水冷ローラー３４は、箔基材Ｗの前記表面および前記裏面のうちの一方の面を支持する外周面を有し、所定の回転方向に回転され箔基材Ｗを案内するととともに箔基材Ｗを冷却する。水冷ローラー３４の内部には、不図示の冷却水路が形成されており、この水路を冷却水が循環することで、水冷ローラー３４は内周側から冷却される。本構成（水冷ローラー３４）は、本発明の第２冷却機構を構成するものである。

フリーローラー３５は、水冷ローラー３４の外周面に沿って搬送された箔基材Ｗを冷却室出側（巻取り室入側）Ｕに向かって案内する。第２駆動部３７は、水冷ローラー３４を回転駆動する回転力を発生する。第２駆動部３７は、制御部５０によって制御される。

隔壁部３６は、箔基材Ｗの前記表面および前記裏面のうち前記一方の面とは反対の他方の面に水冷ローラー３４の径方向において所定のギャップ空間を介して対向して配置される円筒状の内周面を有する。隔壁部３６は、第１隔壁ブロック３６１（第１隔壁部）と、第２隔壁ブロック３６２（第２隔壁部）と、複数の車輪３６３と、を有する。

第１隔壁ブロック３６１は、左右方向（水冷ローラー３４の軸方向と直交する水平な方向）の一方側で隔壁部３６の前記内周面の一部を構成する第１内周面３６Ｓを含む。第１隔壁ブロック３６１は、隔壁部３６と水冷ローラー３４との間の前記空間が拡縮するように水冷ローラー３４に対して左右方向に沿って移動可能とされている。このため、第１隔壁ブロック３６１の下面部には、伝熱筐体３１の底面部上を転動可能な複数の車輪３６３が配置されている。

第２隔壁ブロック３６２は、左右方向において第１隔壁ブロック３６１の内周面３６Ｓの反対側で隔壁部３６の内周面の一部を構成する第２内周面３６Ｓを含む。第２隔壁ブロック３６２は、隔壁部３６と水冷ローラー３４との間の前記空間が拡縮するように水冷ローラー３４に対して左右方向（水平方向）に沿って移動可能とされている。このため、第２隔壁ブロック３６２の下面部にも、伝熱筐体３１の底面部上を転動可能な複数の車輪３６３が配置されている。このような隔壁部３６を左右方向に移動することで水冷ローラー表面に容易にアクセスすることができるようになり、水冷ローラーの清掃などのメンテナンスを行うことが可能となる。

伝熱ガス供給ユニット３８は、隔壁部３６の前記内周面と箔基材Ｗの前記他方の面との間の前記ギャップ空間に、適切な所定の伝熱ガスを供給する。本実施形態では、伝熱ガス供給ユニット３８は、高純度Ａｒガスを伝熱ガスとして供給する。この結果、箔基材Ｗは、２００℃以下、より好ましくは１００℃以下まで、ガス伝熱冷却される。なお、伝熱ガス供給ユニット３８による伝熱ガスの供給量は、制御部５０によって制御される。

なお、水冷ローラー３４、隔壁部３６および伝熱ガス供給ユニット３８は、本発明の第２冷却機構であってその冷却効果を強めた形態を構成するものである。当該第２冷却機構は、真空熱処理装置１の前記処理経路において、冷却パネル２３よりも巻取り軸４６側に配置され、箔基材Ｗを接触伝熱およびガス伝熱の効果で冷却する。第２冷却機構では、隔壁部３６および伝熱ガス供給ユニット３８を有さず、水冷ローラー３４に箔基材Ｗを巻きつけ搬送する形態でも、水冷ローラー３４と箔基材Ｗとの接触伝熱での冷却でも一定の冷却効果を得られる。

ガス供給部１７は、冷却室３０から窒素Ｎ_２や酸素Ｏ_２などの反応性ガスを熱処理室２０に供給する。本実施形態では、ガス供給部１７は、冷却室入側Ｔの近傍において箔基材Ｗが搬入される方向と交差（直交）する方向に沿って、前記反応性ガスを供給する。冷却室３０から供給されるガスは、熱処理室２０の真空ポンプ２５で排気されるため、熱処理室２０の圧力は冷却室３０の圧力よりも低くなる。このため、ガスの流れは、冷却室３０、更に熱処理室２０に向かうこととなり、当該反応性ガスがガス伝熱冷却室入側Ｔを封止するエアカーテンの役割を果たして、熱処理室２０から不純物を含んだガスが冷却室３０、巻取り室４０側に流入することが抑止される。

図１、図５に示すように、巻取り室４０は、巻取り筐体４１（真空チャンバ）と、フリーローラー４２と、ブライドルローラー４３と、ロードセルローラー４４と、フリーローラー４５と、巻取り軸４６と、第３駆動部４８と、を備える。

巻取り筐体４１は、略直方体形状からなり、前述の真空チャンバの一部を構成している。巻取り筐体４１は、開閉壁４１Ａを有する。開閉壁４１Ａは、図５に矢印で示すように左右方向（水平方向）に移動可能（開閉可能）とされ、巻取り筐体４１の内部空間を開放または封止する。作業者は、巻取り筐体４１の内部が大気で開放された状態で、開閉壁４１Ａを開放し、巻取り筐体４１の内部から処理材の箔コイルＷＲを取り出すことができる。また、巻取り筐体４１は開閉可能な不図示の正面扉を有しており、作業者は当該正面扉を通じて巻取り筐体４１の内部に進入可能とされており、箔基材Ｗを各ロールに通箔することや、巻取り筐体４１内のメンテナンスを行うことができる。巻取り筐体４１は、巻取り室入側（ガス伝熱室出側）Ｕを有する。

フリーローラー４２は、巻取り室入側（ガス伝熱室出側）Ｕから搬入された箔基材Ｗをブライドルローラー４３に向かって案内する。

ブライドルローラー４３は、第１ローラー４３１、第２ローラー４３２および第３ローラー４３３の３つのローラーから構成される。このようなブライドルローラー４３の箔基材Ｗの抱き角は十分に確保され、十分なグリップ力を発現できる。なお、第１ローラー４３１、第２ローラー４３２および第３ローラー４３３は、ゴムライニング等でローラー表面の摩擦係数が高く設定され、制御部５０で駆動制御され、摩擦グリップ力によって箔基材Ｗのブライドルローラー４３までの張力と、ブライドルローラー４３から巻取り軸４６側までの箔基材Ｗの張力との間の張力差を箔基材Ｗのすべりなく生じることができる。この結果、ブライドルローラー４３において箔基材Ｗの張力をカットすることが可能となり、ブライドルローラー４３よりも下流側（ロードセルローラー４４側）と比較して、ブライドルローラー４３よりも上流側（フリーローラー４２側）の箔基材Ｗの張力を小さくすることができる。なお、ブライドルローラー４３は、後記の第３駆動部４８によって回転駆動される。

フリーローラー４５は、ブライドルローラー４３を通過した箔基材Ｗを巻取り軸４６に向かって案内する。

巻取り軸４６は、巻取り筐体４１に回転可能に支持されている。巻取り軸４６は、第３駆動部４８によって回転駆動される。巻取り軸４６は、巻取り筐体４１の内部空間に配置され、巻出し軸１２から巻き出され真空熱処理装置１の内部空間内の所定の処理経路を経由した箔基材Ｗを巻き取る。

第３駆動部４８は、ブライドルローラー４３および巻取り軸４６を回転駆動するための駆動力を発生する。第３駆動部４８は、不図示のモーターやギア機構を含む。

前述の制御部５０は、第３駆動部４８の動作を制御する。また、制御部５０は、ロードセルローラー４４から入力される信号に応じて、ブライドルローラー４３の回転速度を制御する。

＜真空熱処理装置１における箔基材Ｗの加熱処理について＞
上記のように、本実施形態では、真空熱処理装置１の真空チャンバ内の箔基材Ｗの搬送は、ロール搬送システムによって実現される。箔基材Ｗは、処理前のコイル（箔コイルＷＲ）が装着された巻出し軸１２（ＵＷ（ＵｎＷｉｎｄ）軸）から巻き出され、連続的に搬送されながら、加熱ゾーンＰで熱処理された後、輻射冷却ゾーンＱで冷却される。更に、冷却室３０において冷却された箔基材Ｗは、巻取り軸４６（ＲＷ（ＲｅＷｉｎｄ）軸）でコイル状に再び巻かれる。箔基材Ｗの処理経路の所定の位置には、一定の抱き角を有して箔基材Ｗの搬送経路を変える各フリーローラーが配置されている。箔基材Ｗを安定して巻出し、巻き取るためには、箔基材Ｗに所定の張力が付与されている必要がある。一方、箔基材Ｗに熱処理を行う際には、箔基材Ｗに過剰な張力が付与されていることは望ましくない。このため、巻出し側および巻取り側の高張力と、熱処理（加熱＆冷却）を行うための低張力とが、各ロードセルローラーが検出する張力を制御部５０にフィードバックすることで調整される。この結果、図１に示すように、熱処理室２０および冷却室３０が、箔基材Ｗに対する張力が相対的に低い低張力領域ＬＴＡに設定され、巻出し室１０および巻取り室４０が、箔基材Ｗに対する張力が相対的に高い高張力領域ＨＴＡに設定される。

より詳しくは、例えば、ステンレス材の光輝焼鈍等の熱処理では箔基材Ｗの温度は８００～１０００℃の高温となり、箔基材Ｗの強度が低下するため箔基材Ｗに高い張力は掛けられない。一方、低張力での箔基材Ｗの巻取りでは、コイルに緩みが出来て箔基材Ｗに折れや蛇行などの問題が生じる。したがって、箔基材Ｗの巻取りは高張力で硬巻きしておき、当該箔基材Ｗを安定して巻き出すためには巻出し軸側も高張力で巻き出すことが望ましく、少なくとも熱処理ゾーン（加熱ゾーンＰ、輻射冷却ゾーンＱおよび冷却室３０）の入口では低張力で搬送させる必要がある。このため、真空熱処理装置１では、前記熱処理ゾーンの前後において前記ブライドルローラーが配置され、箔基材Ｗの張力カットが可能とされている。

低張力で搬送される加熱ゾーンＰには、箔基材Ｗを上下で挟む様に各ヒーター２２が配置され、輻射冷却ゾーンＱでは、各冷却パネル２３が箔基材Ｗを上下で挟む様に配置されている。箔基材Ｗは搬送されながら加熱され、箔基材Ｗの特性や必要な処理に応じた温度（ステンレス材の光輝焼鈍なら８００～１０００℃程度）に昇温され熱処理が行われた後、次の輻射冷却ゾーンＱでは搬送されながら輻射冷却され、約４００℃以下の温度まで冷却される。この様な高温域では箔基材Ｗの強度が低くなり変形し易く、また、各ローラーを支持する軸受構造も高温による影響を受けやすい。このため、図２に示すようにこれらの処理ゾーンにはローラーが配置されておらず、箔基材Ｗが空中を通過するいわゆる「スパン処理」状態で搬送処理がなされる。

更に、約４００℃以下まで冷却された箔基材Ｗは、熱処理室２０の輻射冷却ゾーンＱから、水冷ローラー３４および隔壁部３６を含む冷却室３０に搬送され、水冷ローラー３４の外周面との接触伝熱による冷却と、水冷ローラー３４と隔壁部３６との間の空間に高純度Ａｒガスが伝熱ガスとして供給されてガス伝熱による冷却とが行われる。この結果、処理済みの箔コイルＷＲにスター座屈が生じにくくコアも損傷しない１００℃以下まで箔基材Ｗが充分冷却され、箔基材Ｗが巻取り軸４６によって安定して巻き取られるとともに、巻取り室４０の巻取り軸４６の損傷が抑止される。

なお、冷却室３０内の箔基材Ｗの冷却搬送長を確保するために、水冷ローラー３４は大径とされている。また、水冷ローラー３４の外周面に対向して配置される隔壁部３６は、水冷ローラー３４の外周面との間に狭い空間（ギャップ）を形成することが可能な水冷された第１隔壁ブロック３６１および第２隔壁ブロック３６２を有する。第１隔壁ブロック３６１および第２隔壁ブロック３６２は、水冷ローラー３４の左右（水平）で分割可能に配置され、それぞれの隔壁ブロックには車輪３６３が配置されるとともに、伝熱筐体３１の底面部には不図示のレールが配置されている。この結果、作業者は隔壁部３６を水平方向に沿って容易に移動させることができるため、水冷ローラー３４において詰まった箔基材Ｗの処理や拭き取り等のメンテナンス処理を容易に行うことができる。

なお、水冷ローラー３４と隔壁部３６との間のギャップは狭いほど望ましいが、箔基材Ｗが熱処理によって変形した場合には、隔壁部３６の内周面３６Ｓと箔基材Ｗとが干渉する可能性があるため、箔基材Ｗの幅方向外側で箔基材Ｗが通過しない非通過領域では、前記ギャップが０．３ｍｍ前後に設定され、箔基材Ｗが通過する通過領域では、前記ギャップが非通過領域よりも大きく、２ｍｍ前後に設定されることが望ましい。この結果、伝熱ガスのギャップ空間からの漏れ量を抑えて、箔基材Ｗを冷却する隔壁性能を実用レベルとすることができる。

以上のように、本実施形態では、真空熱処理装置１の内部空間において箔基材Ｗを連続的に巻き出しながら搬送することで、箔基材Ｗが真空空間に晒される。このため、箔コイルＷＲ内に巻き込まれた残留ガスや箔基材Ｗの表面に吸着する水分や油等を除去（排気）することができる。なお、従来の大気圧環境で箔基材Ｗを処理する装置において、不活性雰囲気形成のＡｒガス供給装置では、高価かつ高純度のシックス９（９９．９９９９％）のガスでも１ｐｐｍ程度の不純部濃度が限界であった。本実施形態の真空熱処理装置では、箔基材Ｗを十分真空に晒した状態での熱処理が可能である。大気圧は１Ｅ^５（Ｐａ）であるため、０．１（Ｐａ）の真空環境は１ｐｐｍの不純部濃度の環境と同等となり、本真空環境を更にこれ以上の１Ｅ^－４（Ｐａ）程度の高真空環境とすれば、不純物濃度がより低減され、ｐｐｂのより高純度環境での熱処理が可能となる。また、搬送中の箔基材Ｗは帯状に広げられた状態で、箔基材Ｗの表裏に対向する様にヒーター２２が配置されているため、箔基材Ｗを効率よく加熱することができる。この結果、箔基材Ｗの面方向における温度分布が小さくなり、箔基材Ｗの熱処理ムラを抑制することができる。また、搬送中の箔基材Ｗの表裏に対向する様に冷却パネル２３が配置されているため、箔基材Ｗを表裏から効率よく冷却することができる。

また、真空環境内で箔基材Ｗに対して例えば８００～１０００℃まで高温熱処理が施された後に、箔基材Ｗが真空環境内を搬送されながら巻き取られる場合、高温条件では輻射伝熱が支配的である。また、箔基材Ｗの温度が４００℃程度の高温領域では輻射冷却での箔基材Ｗの冷却が進む。しかしながら、箔基材Ｗの温度が４００℃以下の領域、特には２５０℃以下の低温領域では輻射冷却効率が大幅に下がり、箔基材Ｗの温度は輻射冷却だけでは容易に下がらない。

また、箔基材Ｗが２５０℃以上のまま、巻取り軸４６に何回も巻き取られると、巻取り軸４６の温度が次第に上昇して２５０℃以上となり、巻取り軸４６の周辺の部材、特に耐熱性の低い部材（真空シール部材など）が損傷を受けることがある。更に、巻取り軸４６の初期の温度は常温であるため、２５０℃以上の箔基材Ｗが巻かれることで、巻取り軸４６の温度は徐々に上昇する。このため、巻取り軸４６に巻かれた箔コイルＷＲの内周側部分が後縮みすることになり、高温の外周側が座屈する、いわゆるスター座屈によって箔基材Ｗが損傷し、巻取り不具合が発生し易くなる。なお、箔基材Ｗを巻き取る金属コアも箔基材Ｗが巻かれた状態で冷却が進むとコアを巻き締めコアを損傷する不具合や、座屈変形によって破壊する不具合も発生しやすい。本実施形態では、このような不具合も抑止することができる。

一方、本実施形態では、輻射冷却ゾーンＱと巻取り軸４６との間に、隔壁構造を有する冷却室３０が備えられている。そして、箔基材Ｗと反応しない高純度な不活性ガスまたは非反応ガスが水冷ローラー３４と隔壁部３６との間に供給され、箔基材Ｗがガス伝熱冷却されることで、前記ガスと箔基材Ｗとの間の不必要な反応を抑制しながら、箔基材Ｗを１００℃以下に冷却して巻き取ることができる。このため、上述のような周辺部材の耐久性の問題を回避するとともに、箔基材Ｗのスター座屈の発生を抑制することができ、コア損傷も回避することができる。

なお、前述のように、冷却室３０に代えて、隔壁のない大径の水冷ローラー３４のみを有する冷却室とした場合でも、水冷ローラー３４への接触伝熱があるため、ある程度は箔基材Ｗの冷却が促進される。この場合は、比較的低速の搬送条件であれば、箔基材Ｗをより冷却した後に、巻取り軸４６に巻き取ることができ、巻取り軸４６の周辺部材の温度上の耐久性の問題を低減することができるとともに、箔基材Ｗのスター座屈の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、輻射冷却ゾーンＱの冷却パネル２３の表面に放射率を上げる表面処理が行われている。このため、冷却パネル２３の輻射冷却効率が向上し、輻射冷却ゾーンＱの長さを短くする、または、輻射冷却ゾーンＱ通過後の箔基材Ｗの冷却到達温度をより低温にすることができる。前者の場合には、真空熱処理装置１の真空チャンバを小型化することができるとともに、真空熱処理装置１の設置面積の縮小や真空熱処理装置１のコストダウンを実現することができる。一方、後者の場合には、輻射冷却ゾーンＱの後の冷却室３０の冷却負担が減少するため、水冷ローラー３４のローラー径（＝ガス冷却長）を縮小することで、冷却室３０が小型化され、結果として、真空熱処理装置１の小型化とコストダウンが実現される。また、複数の冷却パネル２３に冷却システム２４（水冷式補助冷却機構）が接続されることで、冷却パネル２３の温度上昇が抑制され、箔基材Ｗを長時間安定して冷却することができる。この場合、長時間の安定運転が実現可能とされる。

また、本実施形態では、隔壁部３６が第１隔壁ブロック３６１および第２隔壁ブロック３６２を含むため、隔壁部３６を容易に分割することが可能となる。このため、箔基材Ｗが水冷ローラー３４に絡まった場合にも、隔壁部３６の内部を開放することで作業者が容易にアクセスすることができるため、絡まった箔基材Ｗの除去や水冷ローラー３４の清掃などのメンテナンスが容易に実現される。

また、本実施形態では、真空熱処理装置１の前記真空チャンバは、内部に巻出し軸１２を有する巻出し室１０と、前記巻出し室１０に連通し内部に前記少なくとも表裏一対のヒーター２２および前記少なくとも表裏一対の冷却パネル２３を有する熱処理室２０と、前記熱処理室２０に連通し内部に水冷ローラー３４、隔壁部３６を有する冷却室３０と、前記冷却室３０に連通し、内部に巻取り軸４６を有する巻取り室４０と、を備える。このような構成によれば、箔基材Ｗの巻出し、箔基材Ｗの加熱および輻射冷却、箔基材Ｗの接触伝熱冷却およびガス伝熱冷却、箔基材Ｗの巻取りという各処理をそれぞれの処理室において実現することができる。なお、冷却速度とのバランスで搬送速度によっては、前述のように、冷却室３０に代えて内部に隔壁のない大径の水冷ローラー３４のみを有する冷却室が配置されてもよい。また、第２冷却機構を構成する冷却室３０が備えられることなく、熱処理室２０に巻取り室４０が直接連通するように配置されてもよい。

また、本実施形態では、少なくとも熱処理室２０における箔基材Ｗの張力が、巻出し室１０および巻取り室４０における箔基材Ｗの張力よりも小さくなるように、箔基材Ｗの張力を分離しながら箔基材Ｗを支持するブライドルローラー１５（図２）およびブライドルローラー４３（図５）（いずれも張力分離機構）を、真空熱処理装置１が備えている。このような構成によれば、熱処理を受ける際に箔基材Ｗに大きな張力が付与されず、箔基材Ｗが変形、損傷することが抑止される一方、箔基材Ｗの巻出し、巻き取りを大きな張力で安定して巻き取ることができる。このため、熱処理室２０において大きな張力が付与され大きなクリープ変形や塑性変形によって箔基材Ｗのフラット性確保が困難になることが抑止される。

更に、本実施形態では、ブライドルローラー１５およびブライドルローラー４３は、冷却室３０における箔基材Ｗの張力が、巻出し室１０および巻取り室４０における箔基材Ｗの張力よりも小さくなるように、箔基材Ｗを張力制御する。このような構成によれば、箔基材Ｗが接触伝熱冷却およびガス伝熱冷却によって冷却される際に、箔基材Ｗに大きな張力が付与されることがなく、冷却ローラー上での箔基材Ｗの縮小すべりによる箔基材Ｗの損傷が抑止される。

また、本実施形態に係る箔基材Ｗの熱処理方法は、
内部空間を有する真空チャンバに、コイル状に巻かれた箔基材Ｗを保持するとともに前記箔基材Ｗが巻き出されることを許容する巻出し軸１２と、前記巻出し軸１２から巻き出され前記内部空間内の所定の処理経路を経由した前記箔基材Ｗを巻き取る巻取り軸４６と、を配置することと、
前記内部空間を真空状態とすることと、
前記箔基材Ｗを前記巻出し軸１２から連続的に送り出し、前記処理経路において、前記箔基材Ｗの表面および裏面にそれぞれ対向して配置される少なくとも表裏一対のヒーター２２によって前記箔基材Ｗを加熱することと、
前記処理経路において前記ヒーター２２よりも前記巻取り軸４６側で、前記箔基材Ｗの前記表面および前記裏面にそれぞれ対向して配置される少なくとも表裏一対の冷却パネル２３によって前記箔基材Ｗを冷却することと、
冷却された前記箔基材Ｗを前記巻取り軸４６に巻き取ることと、
を備える。

このような箔基材Ｗの熱処理方法によれば、真空熱処理装置の内部の真空空間において箔基材Ｗを連続的に巻き出しながら搬送することで、箔基材Ｗが真空に晒される。このため、コイル状の箔基材Ｗ（箔コイルＷＲ）内に巻き込まれた残留ガスや箔基材Ｗの表面に吸着する水分や油等を除去（排気）することができる。また、箔基材Ｗが真空環境において処理されるため、不純物濃度が低く、高純度の環境での熱処理が可能となる。更に、搬送中の箔基材Ｗの表裏に対向する様に少なくとも表裏一対のヒーター２２が配置されているため、箔基材Ｗを表裏から効率よく加熱することができる。この結果、箔基材Ｗの面方向における温度分布が小さくなり、箔基材Ｗの熱処理ムラを抑制することができる。このように、金属箔からなる基材に対して、高い処理精度で連続的に熱処理を行うことが可能な箔基材Ｗの熱処理方法が提供される。

なお、前記表裏一対の冷却機構の下流側で、所定の水冷ローラーに前記箔基材Ｗを巻き付けることで前記箔基材Ｗを更に接触伝熱で冷却することを更に備え、当該更に冷却された前記箔基材Ｗを前記巻取り軸４６に巻き取ることが望ましい。

また、前記水冷ローラーの外周面との間で所定のギャップ空間を形成する隔壁を設けて、当該ギャップ空間にガスを供給することで、前記箔基材Ｗにガス伝熱冷却を行うことを更に備えることが望ましい。

なお、上記の実施形態では、真空熱処理装置１の熱処理室２０において、箔基材Ｗに光輝焼鈍処理が施される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。箔基材Ｗに対して光輝焼鈍処理以外の処理が施されてもよい。一例として、本発明に係る真空熱処理装置１を、大気圧で箔を処理する連続光輝焼鈍処理炉と同様の加熱処理を大気圧よりも清浄な真空環境で実行し平坦度を改善する、真空テンションアニール装置として利用することもできる。また、焼鈍処理以外に、窒化処理装置として、高真空バックプレッシャーで不純物の少ない真空環境において、不純物の少ない高純度の窒素ガスが供給されながら所定の圧力、所定の温度で窒化処理を箔基材に連続して実行してもよい。また、酸化処理装置として、同様に酸素を供給しながら処理するものでもよい。

以上、本発明の一実施形態に係る真空熱処理装置１および箔基材Ｗの熱処理方法について説明したが、本発明はこれらの形態に限定されるものではなく、以下のような変形実施形態が可能である。

（１）図６は、本発明の第１変形実施形態に係る真空熱処理装置１Ａの模式的な断面図である。本変形実施形態に係る真空熱処理装置１Ａでは、装置全体が小型とされており、小径（少量）の箔基材Ｗを熱処理する場合に適している。図６に示すように、箔基材Ｗの巻出し、巻取りおよび熱処理（加熱、輻射冷却、接触伝熱冷却、ガス伝熱冷却）が１つの真空チャンバにまとめて配置されている。以下では、先の実施形態との相違点を中心に説明する。

真空熱処理装置１Ａは、筐体６０と、巻出し軸６１と、フリーローラー６２と、ロードセルローラー６３と、フリーローラー６４と、フリーローラー６５と、複数のヒーター６６（少なくとも表裏一対の加熱機構）と、複数の水冷パネル６７（少なくとも表裏一対の第１冷却機構）と、フリーローラー６８と、水冷ローラー６９（第２冷却機構、冷却ローラー）と、隔壁７０（第２冷却機構、隔壁体）と、ニップローラーユニット７１と、ロードセルローラー７２と、フリーローラー７３と、巻取り軸７４と、真空ポンプ７５と、を備える。なお、図６の真空熱処理装置１Ａにおいても、先の実施形態と同様の伝熱ガス供給ユニット３８（図４）が備えられており、水冷ローラー６９と隔壁７０との間の空間に、伝熱ガスが供給される。

筐体６０は、本変形実施形態における真空チャンバを構成する。筐体６０の内部空間は、真空ポンプ７５によって真空引きされる。筐体６０の左右には大きな扉（開閉壁６０Ａ参照）が備えられており、当該扉が開放されると、巻出し軸６１に箔コイルＷＲが装着されるとともに、巻取り軸７４から処理後のコイルが搬出される。

本変形実施形態に係る真空熱処理装置１Ａは、小径の箔コイルＷＲに好適に使用される。このため、スター座屈などの巻取り上の問題は生じにくいため、巻出し・巻取りのために箔基材Ｗに付与される張力は、先の実施形態と比較して低くてもよい。このため、先の実施形態に係るブライドルローラー１５、ブライドルローラー４３を必ずしも必要とせず、巻出し、巻取り時の箔基材Ｗの張力と、熱処理時の箔基材Ｗの張力とが、ほぼ同じ張力で運転される。一方、このように箔基材Ｗが低い張力で搬送される場合、箔基材Ｗの送り速度が制御される水冷ローラー６９において箔基材Ｗの滑りを抑制するために、水冷ローラー６９のうち、箔基材Ｗの温度が十分に下がった隔壁７０の下流側には、ゴムライニングされたニップローラ（押し付け圧が印加されるフリーローラー）を含むニップローラーユニット７１が設けられている。

巻出し軸６１から巻出された箔基材Ｗはフリーローラー６２、ロードセルローラー６３によって軌道を変えながら、筐体６０の上部に引き回されたのち、筐体６０の右側部を上方から下方に搬送される。ここで、箔基材Ｗの表面、裏面にそれぞれ対向したヒーター６６（加熱ゾーン）および水冷パネル６７（輻射冷却ゾーン）を介して、箔基材Ｗに加熱処理および輻射冷却処理が施される。その後、箔基材Ｗは、水冷ローラー６９と隔壁７０との間に搬送され、水冷ローラー６９との間で接触伝熱冷却され、更に、高純度Ａｒの伝熱ガスを介してガス伝熱冷却され、巻取り軸７４によって巻き取られる。このように、箔基材Ｗがガス伝熱冷却されることで巻取り軸７４周辺では、箔基材Ｗが１００℃以下に冷却されているため、前述のような巻取り軸７４の耐熱問題も抑止される。

（２）また、図７は、本発明の第２変形実施形態に係る真空熱処理装置１の模式的な断面図である。図１に示される先の実施形態では、真空ポンプ２５が熱処理室２０の熱処理筐体２１に連通する態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図７に示すように、巻出し室１０にターボ分子ポンプ１９が連通し、巻取り室４０にもターボ分子ポンプ１９が連通することで、真空熱処理装置１の内部空間が高真空とされる態様でもよい。ここで、冷却室の熱処理室出側（ガス伝熱冷却室入側）Ｔ近傍のガス供給部１７から不活性ガスアルゴンを多量に供給しながら、冷却室入側（巻取り室出側）Ｕの近傍のガス供給部１７から窒素を供給する形態では、熱処理室を不活性雰囲気にしながら巻取り室を窒化雰囲気にすることができる。このように、他の処理室にターボ分子ポンプ１９を配置し、ガス供給の配置の組み合わせと排気の配置の組み合わせを変えることにより、各室の反応雰囲気を制御することもできる。

１、１Ａ 真空熱処理装置
１０ 巻出し室
１１ 巻出し筐体（真空チャンバ）
１２ 巻出し軸
１５ ブライドルローラー（張力分離機構）
１７ ガス供給部
１８ 第１駆動部
２０ 熱処理室
２１ 熱処理筐体（真空チャンバ）
２２ ヒーター（加熱機構）
２３ 冷却パネル（第１冷却機構）
２４ 冷却システム（冷却機構）
２５ 真空ポンプ
３０ 冷却室
３１ 伝熱筐体（真空チャンバ）
３４ 水冷ローラー（第２冷却機構、冷却ローラー）
３６ 隔壁部（第２冷却機構、隔壁体）
３６１ 第１隔壁ブロック（第１隔壁部）
３６２ 第２隔壁ブロック（第２隔壁部）
３６３ 車輪
３６Ｓ 内周面
３７ 第２駆動部
３８ 伝熱ガス供給ユニット（伝熱ガス供給部）
４０ 巻取り室
４１ 巻取り筐体（真空チャンバ）
４３ ブライドルローラー（張力分離機構）
４６ 巻取り軸
４８ 第３駆動部
５０ 制御部
６０ 筐体（真空チャンバ）
６１ 巻出し軸
６６ ヒーター（加熱機構）
６７ 水冷パネル（第１冷却機構）
６９ 水冷ローラー（第２冷却機構、冷却ローラー）
７０ 隔壁（第２冷却機構、隔壁体）
７１ ニップローラーユニット
７４ 巻取り軸
７５ 真空ポンプ
ＨＴＡ 高張力領域
ＬＴＡ 低張力領域
Ｐ 加熱ゾーン
Ｑ 輻射冷却ゾーン
Ｗ 箔基材
ＷＲ 箔コイル

Claims (10)

1. 内部空間を有する真空チャンバと、
   前記内部空間を真空状態とするための真空ポンプと、
   前記内部空間に配置され、コイル状に巻かれた箔基材を保持するとともに、前記箔基材が巻き出されることを可能とする、巻出し軸と、
   前記内部空間に配置され、前記巻出し軸から巻き出され前記内部空間内の所定の処理経路を経由した前記箔基材を巻き取る巻取り軸と、
   前記処理経路において前記箔基材の表面および裏面にそれぞれ対向して配置され、前記箔基材を加熱する、少なくとも表裏一対の加熱機構と、
   前記処理経路において前記加熱機構よりも前記巻取り軸側で前記箔基材の前記表面および前記裏面にそれぞれ対向して配置され、前記箔基材を冷却する、少なくとも表裏一対の第１冷却機構と、
   前記処理経路において前記第１冷却機構よりも前記巻取り軸側に配置され、前記箔基材を冷却する第２冷却機構と、
   を備え、
   前記第２冷却機構は、
   前記箔基材の前記表面および前記裏面のうちの一方の面を支持する外周面を有し、所定の回転方向に回転され前記箔基材を案内するととともに前記箔基材を巻き付けることで前記箔基材を冷却する冷却ローラーと、
   前記箔基材を前記冷却ローラーに向かって案内する第１案内ローラーと、前記冷却ローラーの外周面に沿って搬送された前記箔基材を前記巻取り軸側に向かって案内する第２案内ローラーと、
   前記箔基材の前記表面および前記裏面のうち前記一方の面とは反対の他方の面に前記冷却ローラーの径方向において所定のギャップ空間を介して対向して配置される内周面を有する隔壁体と、
   前記隔壁体の前記内周面と前記箔基材の前記他方の面との間の前記ギャップ空間に、所定の伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部と、
   を有し、
   前記冷却ローラーの外径は、前記第１案内ローラー及び前記第２案内ローラーの外径よりも大きく設定されている、箔基材の真空熱処理装置。
2. 前記隔壁体は、
   前記冷却ローラーの軸方向と直交する水平な方向の一方側で前記内周面の一部を構成する第１内周面を含み、前記ギャップ空間が拡縮するように前記冷却ローラーに対して前記水平な方向に沿って移動可能な第１隔壁部と、
   前記冷却ローラーに対して前記水平な方向において前記第１内周面の反対側で前記内周面の一部を構成する第２内周面を含み、前記ギャップ空間が拡縮するように前記冷却ローラーに対して前記水平な方向に沿って移動可能な第２隔壁部と、
   を有する、請求項１に記載の箔基材の真空熱処理装置。
3. 前記少なくとも表裏一対の第１冷却機構は、それぞれ、前記箔基材に対向する表面を有する冷却パネルからなる、請求項１または２に記載の箔基材の真空熱処理装置。
4. 前記冷却パネルは、パネル基材と、前記パネル基材の表面に形成され前記パネル基材よりも高い放射率を有する表面層とを有している、請求項３に記載の箔基材の真空熱処理装置。
5. 前記冷却パネルを冷却する冷却機構を更に備える、請求項３または４に記載の箔基材の真空熱処理装置。
6. 前記真空チャンバは、
   内部に前記巻出し軸を有する巻出し室と、
   前記巻出し室に連通し、内部に前記少なくとも表裏一対の加熱機構および前記少なくとも表裏一対の第１冷却機構を有する熱処理室と、
   前記熱処理室に連通し、内部に前記巻取り軸を有する巻取り室と、
   と、を備える、請求項１に記載の箔基材の真空熱処理装置。
7. 前記熱処理室と前記巻取り室との間に配置され、内部に前記第２冷却機構を有する冷却室を更に備える、請求項６に記載の箔基材の真空熱処理装置。
8. 少なくとも前記熱処理室における前記箔基材の張力が、前記巻出し室および前記巻取り室における前記箔基材の張力よりも小さくなるように、前記箔基材を支持する張力分離機構を更に備える、請求項６または７に記載の箔基材の真空熱処理装置。
9. 少なくとも前記熱処理室における前記箔基材の張力が、前記巻出し室および前記巻取り室における前記箔基材の張力よりも小さくなるように、前記箔基材を支持する張力分離機構を更に備え、
   前記張力分離機構は、更に、前記冷却室における前記箔基材の張力が、前記巻出し室および前記巻取り室における前記箔基材の張力よりも小さくなるように、前記箔基材を支持する、請求項７に記載の箔基材の真空熱処理装置。
10. 箔基材の熱処理方法であって、
    内部空間を有する真空チャンバに、コイル状に巻かれた箔基材を保持するとともに前記箔基材が巻き出されることを許容する巻出し軸と、前記巻出し軸から巻き出され前記内部空間内の所定の処理経路を経由した前記箔基材を巻き取る巻取り軸と、を配置することと、
    前記内部空間を真空状態とすることと、
    前記箔基材を前記巻出し軸から連続的に送り出し、前記処理経路において前記箔基材の表面および裏面にそれぞれ対向して配置される少なくとも表裏一対の加熱機構によって前記箔基材を加熱することと、
    前記処理経路において前記加熱機構よりも前記巻取り軸側で前記箔基材の前記表面および前記裏面にそれぞれ対向して配置される少なくとも表裏一対の冷却機構によって前記箔基材を冷却することと、
    前記表裏一対の冷却機構の下流側で、第１案内ローラーによって前記箔基材を所定の冷却ローラーに向かって案内するとともに、前記冷却ローラーに前記箔基材を巻き付けることで前記箔基材を更に冷却することと、
    前記冷却ローラーの外周面との間で所定のギャップ空間を形成する隔壁を設けて、当該ギャップ空間にガスを供給することで、前記箔基材にガス伝熱冷却を行うことと、
    前記冷却ローラーの外周面に沿って搬送された前記箔基材を、第２案内ローラーによって前記巻取り軸側に向かって案内することと、
    冷却された前記箔基材を前記巻取り軸に巻き取ることと、
    前記冷却ローラーの外径を、前記第１案内ローラー及び前記第２案内ローラーの外径よりも大きく設定することと、
    を備える、箔基材の熱処理方法。

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