特許 7166174 電磁ポンプの温度制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-27

(45)【発行日】2022-11-07

(54)【発明の名称】電磁ポンプの温度制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 44/04 20060101AFI20221028BHJP

   C23C 14/24 20060101ALI20221028BHJP

【ＦＩ】

H02K44/04

C23C14/24 D

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2018557819

(86)(22)【出願日】2017-05-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-06-06

(86)【国際出願番号】 EP2017060315

(87)【国際公開番号】W WO2017191081

(87)【国際公開日】2017-11-09

【審査請求日】2020-04-30

(31)【優先権主張番号】16168173.9

(32)【優先日】2016-05-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】505008419

【氏名又は名称】タタ、スティール、ネダーランド、テクノロジー、ベスローテン、フェンノートシャップ

【氏名又は名称原語表記】ＴＡＴＡ ＳＴＥＥＬ ＮＥＤＥＲＬＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＢＶ

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100120617

【弁理士】

【氏名又は名称】浅野 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100172557

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 啓靖

(72)【発明者】

【氏名】エッゾ、ゾエストベルヘン

(72)【発明者】

【氏名】コリン、コマンダー

(72)【発明者】

【氏名】ローランド、ヤン、スネイデルス

(72)【発明者】

【氏名】エデュアルト、パウル、マッテース、バッケル

(72)【発明者】

【氏名】ピーター、ウィリアム、ヘーゼレット

(72)【発明者】

【氏名】ダグラス、アレクサンダー、ハミルトン

(72)【発明者】

【氏名】スティーブン、ジェームズ、ウィディス

(72)【発明者】

【氏名】ティモシー、ディーン、カイザー

【審査官】服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／０６７６６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０２－０９９２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１９４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１８１６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０８－５０９１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭３６－００１８３２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実開平０１－１２０７８４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２０１６－５３５１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２０５４７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ４４／０４

Ｃ２３Ｃ １４／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置における電磁ポンプの温度を制御する方法であって、液体金属を収容するように構成された容器から供給管を通して真空チャンバ内の蒸発装置へ液体金属を供給し、前記液体金属の前記供給は、前記容器内の前記液体金属に力をかけることと、前記蒸発装置内の圧力と、前記供給管に介設された前記電磁ポンプによって制御され、
少なくとも部分的に導電材料で構成される電磁ポンプを準備すること、
前記導電材料を介して前記電磁ポンプの電流を供給すること、並びに
前記容器内の前記液体金属に作用する前記力と、
前記電磁ポンプの前記電流、および／または
前記電磁ポンプの磁場の強度、
のうちの１つ以上を制御することによって前記電磁ポンプの温度を制御すること、
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記容器内の前記液体金属に作用する前記力、前記電磁ポンプの前記電流、および／または前記電磁ポンプの前記磁場の前記強度は、前記蒸発装置への液体金属の前記必要な供給に依存して制御される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

液体金属を含有するように構成された前記容器は密閉容器であり、前記容器内の前記液体金属に作用する前記力が、前記密閉容器内のガスの圧力を制御することによって制御される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記電磁ポンプが少なくとも部分的にグラファイトから構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記電磁ポンプ用の前記電流を供給するための電極が前記電磁ポンプに対して設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記電磁ポンプは、真空筐体内に設けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記真空筐体は、前記供給管の少なくとも一部をさらに囲む、請求項６記載の方法。

【請求項8】

前記供給管が加熱される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記供給管は、抵抗加熱によって加熱されるか、または前記供給管の壁に設けられたヒータによって加熱される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

戻り管と前記戻り管に介設された電磁ポンプとが設けられており、前記戻り管は、前記蒸発装置から前記密閉容器まで敷設されており、前記戻り管に介設された前記電磁ポンプは、少なくとも部分的に導電材料からなり、前記戻り管に介設された前記電磁ポンプの電流は、前記導電材料を通して供給され、前記戻り管に介設された前記電磁ポンプの温度は、前記戻り管に介設された前記電磁ポンプの前記電流および／または前記戻り管に介設された前記電磁ポンプの磁場の強度を制御することにより制御される、前記請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記戻り管に介設された前記電磁ポンプは、前記供給管に介設された前記電磁ポンプと平行に配置される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記戻り管に介設された前記電磁ポンプと前記供給管に介設された前記電磁ポンプは、共通の磁石を有する、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記戻り管に介設された前記電磁ポンプは、前記供給管に介設された前記電磁ポンプと直列に配置されており、前記電磁ポンプの対向電極は接続されている、請求項１０に記載の方法。

【請求項14】

前記戻り管に介設された前記電磁ポンプと前記供給管に介設された前記電磁ポンプは、それぞれ自身の磁石を有する、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記電磁ポンプの前記磁場は、前記電磁ポンプに対する磁極の距離を制御することによって、および／または電磁石のコイルを通る直流または交流の制御により前記電磁石によって与えられる磁場の制御によって制御される、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空チャンバ内の蒸発装置に液体金属を供給する電磁ポンプの温度を制御する方法および該電磁ポンプに関する。このような装置は、例えば、物理的蒸着（ＰＶＤ）による基板上への金属コーティングの蒸着に使用される。

【背景技術】

【0002】

工業規模での連続または半連続的なＰＶＤコーティングの工程では、経年的に多量のコーティング材料を処理することができる真空コーティング設備が必要とされている。さらに、熱蒸発を使用する場合、蒸発装置内の液体の温度は、蒸発させる材料の融点よりもはるかに高い温度である必要がある。したがって、小型蒸発装置を有すること、および蒸発装置に材料を供給して需要を満たすことが望ましく、費用対効果が高い。材料は、固体または液体のいずれかの状態で供給を行うことができる。しかし、最良の方法は、蒸発器中の酸化物含有量が最少化するという利点、および溶融物の潜熱や材料の比熱を蒸発装置で補う必要がないという利点を有する大型液体リザーバから液体金属を供給することである。

【0003】

米国特許第２６６４８５２号明細書に開示されたＰＶＤコーティング装置は、真空チャンバ内に液体金属用のリザーバを有する。この設備では、作用期間の最大値は非常に限られている。より最近のＰＶＤコーティング装置において、液体金属リザーバは、真空チャンバの外側に配置されるが、例えば国際公開第２０１２０８１７３８号パンフレットを参照されたい。しかし、蒸発装置での真空と液体金属リザーバとの圧力差により、制御すべきリザーバ内の液体金属に対して力がかかる。この力は、リザーバ内の液体レベルが低下するか、蒸発装置における真空圧力が変化するか、或いは、蒸発装置内のレベルが変化したために蒸発装置への一定の供給を維持して一定の蒸発を確保する制御が必要となったときに変化する。

【0004】

液体金属容器から蒸発装置への液体金属の供給は、異なる方法で制御することができる。米国特許第３０５９６１２号明細書では、蒸発装置内の液体金属表面と液体金属容器内のレベルとの間の高さの差を一定に維持するために、液体金属の容器を上昇させることが開示されている。
しかし、気圧の変化により、ただでさえ蒸発装置におけるレベルが変わるため、結果として蒸発の変化を生じさせることになる。

【0005】

米国特許第３５８１７６６号明細書では、主液体金属容器と蒸発装置との間に追加のリザーバが設けられる。この中間リザーバでは、液体が中間リザーバから主液体金属容器に戻るオーバーフロードレインによって、レベルが一定に保たれる。しかし、気圧が変化する問題は依然として存在しており、真空を破ることなくシステムを開始または停止する方法は困難であることが明らかにされている。したがって、まず、液体金属容器と蒸発装置との間には、弁が必要とされるが、例えば、国際公開第２０１２０８１７３８号パンフレットを参照されたい。このような弁を使用して流量を制御することが試みられているが、これは実用的ではなく、また、真空を破らずに実験の最後に蒸発装置を空にすることは不可能である。国際公開第２０１３１４３６９２号パンフレットでは、流れを制御するために弁とポンプの両方を使用するという、より良い解決法が開示されている。

【0006】

しかし、上記の公報には記載されていない他の問題も依然として存在する。真空チャンバの外側に配置されたリザーバの問題の１つは、供給管が真空チャンバの壁を通過する必要があるということに関連している。供給管による供給は、設備全体の加熱中に生じる膨張差を吸収できなければならないが、チャンバ内の真空状態に影響を与えるべきではない。これは、ベローズ型の接続によって達成できるが、（例えば、英国特許第１２２００２０号明細書を参照）、この設備は、溶融物を凍結させ、閉塞などを生じさせる可能性のあるコールドスポットを生成しないことが重要である。

【0007】

もう１つの要件は、全ての管および電磁ポンプが必要な温度に加熱され、運転中にその温度に維持されるべきであるということである。特に、電磁ポンプの加熱は、電磁ポンプの構造上、ポンプ内にコールドスポットが起こりやすいため、特別な注意が必要である。

【0008】

リザーバが外側に配置されていることによる別の問題は、蒸発器または管に導入され、蒸発または閉塞の問題を引き起こし得る液体容器からの酸化物による供給システムの汚染の可能性である。特開昭５９３８３７９号では、還元性ガスを使用して酸化物を除去する開始手順が記載されている。しかし、これはあらゆる種類の液体に対して機能するわけではなく、真空はこの工程中に変化する。

【0009】

また別の要件は、全ての管が必要な温度に加熱されるべきであり、さらに米国特許第３４０８２２４号明細書で述べられているように、蒸着前に液体材料を脱気して、蒸発工程を妨害し得る脱気が蒸発器に生じないようにする必要があることである。

【0010】

最後に、国際公開第２０１５０６７６６２号パンフレットに開示された方法により、真空を破ることなく蒸発器から排出できるようになるが、それは、追加の対策なしには、システム内の全ての管を空にすることはできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】米国特許第２６６４８５２号明細書

【文献】国際公開第２０１２０８１７３８号パンフレット

【文献】米国特許第３０５９６１２号明細書

【文献】国際公開第２０１３１４３６９２号パンフレット

【文献】英国特許第１２２００２０号明細書

【文献】特開昭５９３８３７９号

【文献】国際公開第２０１５０６７６６２号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の目的は、電磁ポンプを十分に加熱するための方法を提供することである。

【0013】

本発明の別の目的は、システムの管を十分に加熱するための方法を提供することである。

【0014】

本発明の別の目的は、電磁ポンプおよびシステムの管の熱損失がさらに制限される方法を提供することである。

【0015】

本発明のさらに別の目的は、電磁ポンプの加熱を容易に制御する手段を備えた電磁ポンプを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の第１の態様によると、本発明の１つ以上の目的は、装置における電磁ポンプの温度を制御する方法であって、液体金属を収容するように構成された容器から供給管を通して真空チャンバ内の蒸発装置へ液体金属を供給し、液体金属の供給は、容器内の液体金属に力をかけることと、蒸発装置内の圧力と、供給管に介設された電磁ポンプによって制御され、
少なくとも部分的に導電材料で構成される電磁ポンプを提供すること、
導電材料を介して電磁ポンプの電流を供給すること、並びに
容器内の液体金属に作用する力と、
電磁ポンプの電流、および／または
電磁ポンプの磁場の強度
のうちの１つ以上を制御することによって電磁ポンプの温度を制御すること、を含む方法により実現される。

【0017】

電磁ポンプの温度は、電磁ポンプの導電材料を通る電流によって少なくとも部分的に決定される。電磁ポンプは、印加された磁場と液体金属を通る電流とに依存する液体金属に作用するローレンツ力によって、液体金属の流れを制御する。本方法では、力は容器から真空チャンバへの流れに対して作用する。液体金属上の電磁ポンプと共に作用する力は、
Ｆ＝Ｂ＊Ｉ＊Ｃ
と等しく、
式中、Ｂは磁場であり、Ｉは電磁ポンプを通り、液体金属を通る電流であり、Ｃは定数である。電磁ポンプの加熱のためには、一定時間電流を増加させる必要があり、それは
流量を一定に保つために、電磁ポンプによってより大きな反力を必要とする容器内の液体金属に作用する力を増加させることと、
磁場を減少させ、同時に電流を増加させて流量を一定に保つことと、
電磁ポンプと液体金属に電流を交互に流すことと、
によって行うことができ、蒸発装置内の液体金属の容積は、異なるレベル間で変動する。電流を増減させることによる、Ｐ＝１^Λ２×Ｒの正味の効果は、電磁ポンプの温度が上昇することである。

【0018】

最後に述べた選択肢では、電流のみが変更され、他の２つの選択肢では、関連するパラメータの２つが変更される。もちろん、３つのパラメータを全て変更することも、容器内の液体金属のレベルと蒸発装置の高さの差を他のパラメータと組み合わせて変更することも可能であるが、これらの制御方法は複雑であり、その理由から、好ましくない。

【0019】

容器内の液体金属に作用する力、電磁ポンプの電流、および／または電磁ポンプの磁場の強度は、蒸発装置への液体金属の必要な供給に依存して制御される。これらのパラメータは、電磁ポンプの加熱を制御するように変更することができるが、蒸発装置への液体金属の供給は、蒸発装置内の液体金属の必要量に対応し、蒸発した金属の量を補足することができる。蒸発装置に含まれる液体金属の量が比較的多いため、蒸発装置内の液体金属の最小レベルと最大レベルとの間に十分な遊びがあり、結果として、蒸発装置内の液体金属のレベルに影響を及ぼす制御パラメータを変化させる余地が十分にある。

【0020】

本発明のさらなる態様によれば、液体金属を含有するように構成された容器は、密閉容器である。「密閉容器」という用語は、容器内のガスの圧力および／または組成が制御される容器を意味する。

【0021】

容器内の液体金属に作用する力は、密閉された密閉容器内のガスの圧力を制御することによって制御されることが好ましい。このようにして、容器内の液体金属に作用する力を非常に容易に制御することができ、必要な場合には急速に変化させることができる。

【0022】

電磁ポンプは、少なくとも部分的にグラファイトから構成されることが好ましい。グラファイトは導電材料であり、高温に耐えることが可能であるとともに、亜鉛およびマグネシウムのような液体金属の化学的侵食に耐えることが可能である。電磁ポンプは、１つ以上の導電材料から構成することができるが、実用的ではなく、利点を有するよりも多くの問題を生じさせる。

【0023】

本発明のさらなる態様によれば、電磁ポンプ用の電流を供給するための電極がポンプに対して設けられる。ポンプ本体の外部またはポンプ本体の凹部に電極を有することにより、電磁ポンプの制御に必要な電流は、電磁ポンプの本体を介した部分、そして、電磁ポンプで制御される液体金属を介した部分に対して伝導することができる。

【0024】

さらに、電磁ポンプは、真空筐体内に設けられている。このような真空筐体では熱対流による熱損失が大きく減少するため、電磁ポンプの熱損失が小さくなる。

【0025】

本発明のさらなる態様によれば、真空筐体は、供給管の少なくとも一部を包囲することを特徴とする。供給管の少なくとも一部が液体金属および真空チャンバを含むように構成された密閉容器の外側にある限り、供給管に部分的または全体的に関係する。

【0026】

真空筐体は、真空チャンバおよび／または密閉容器に接続されることが好ましい。この設備により、密閉容器と真空チャンバの外側にある供給管の比較的大きい部分あるいは全体が真空筐体内にある。

【0027】

本発明のさらなる態様によれば、真空筐体は、可撓性接続部材によって真空チャンバおよび／または密閉容器に接続されることを特徴とするものである。この機能により、温度変化によって引き起こされる密閉容器、真空筐体、真空チャンバの各々または全ての膨張分を収容することができるようになる。

【0028】

真空筐体内の電磁ポンプと供給管とにより、対流を介した熱損失は、密閉容器と真空チャンバとの間で最も多くの熱損失を与えるのみに制限されている。このようにして、電磁ポンプと供給管のコールドスポットが防止され、液体金属の流れが制限されたり、目詰まりが生じたりすることが防止される。

【0029】

真空筐体内の圧力は１ミリバールから大気圧（おおよそ１０００ミリバールである）の範囲である。運転サイクルまたは装置のキャンペーンの開始と終了、すなわち供給管および電磁ポンプの充填と排出をそれぞれ伴う、真空筐体内の圧力は、おおよそ大気圧である。運転中、真空筐体内の圧力は、好ましくは、１～２００ミリバールの範囲内に維持される。真空筐体内の圧力を低真空域に維持することにより、真空チャンバ内の圧力損失は、真空筐体がない場合よりもはるかに小さくなる。真空チャンバ内のこのような圧力損失は、供給管を通じての真空チャンバ内への供給時に発生し、設備全体の異なるコンポーネントの膨張差に影響される。

【0030】

さらに、供給管が加熱される。供給管は、抵抗加熱によって加熱されるか、または供給管の壁に設けられたヒータによって加熱される。供給管の熱損失は、真空筐体内の供給管の少なくとも一部を囲むことによって部分的に防止されるが、密閉容器と電磁ポンプとの間、および電磁ポンプと蒸発装置との間には距離があるため、供給管を加熱することは依然として必要となる。

【0031】

本発明のさらに別の態様によれば、戻り管と戻り管に介設された電磁ポンプとが設けられており、戻り管は、蒸発装置から密閉容器まで敷設されており、戻り管に介設された電磁ポンプは、少なくとも部分的に導電材料からなり、電磁ポンプの電流は、導電材料を通して供給され、戻り管に介設された電磁ポンプの温度は、電磁ポンプの電流および／または電磁ポンプの磁場の強度を制御することにより制御される。

【0032】

供給管と戻り管とを用いて、蒸発装置内の液体金属の組成を制御することができる。組成の制御とは、組成が可能な限り一定を保つことを意味し、成分の蒸発速度が異なることにより変化することはない。

【0033】

第１の実施形態では、戻り管に介設された電磁ポンプは、供給管に介設された電磁ポンプと平行に位置決めされる。この構成では、電磁ポンプは互いに対向するように配置され、電磁ポンプは、戻り管に介設された電磁ポンプと供給管に介設された電磁ポンプと共通の磁石を提供することができる。各管の流量を制御できるようにするために、供給管と戻り管用に別個の電源が設けられる。

【0034】

第２の実施形態では、戻り管に介設された電磁ポンプは、供給管に介設された電磁ポンプと直列に配置されており、電磁ポンプの対向電極は接続されている。電磁ポンプを互いに配置することにより、対向する電極が接続される。この構成では、戻り管に介設された電磁ポンプと供給管に介設された電磁ポンプはそれぞれ独自の磁石を有し、両方の管に対して１つの電源のみが必要とされる。

【0035】

磁場の強度を制御して液体金属の流量を制御する場合、２つの選択肢がある。第１の選択肢は電磁ポンプに対する磁極の距離を制御することによって電磁ポンプの磁場を制御することである。第２の選択肢は、２つの極間の距離を変化させることができる第２のヨークアームを設けることによって磁束を制御することである。第３の選択肢は、電磁石のコイルを通して直流または交流の電流を制御することによって、電磁石によって供給される磁場を制御することである。

【0036】

永久磁石の場合は、第１および第２の選択肢のみが利用可能であり、電磁石の場合は３つの選択肢がすべて利用可能であるが、後者の場合には、第３の選択肢が選択すべき選択肢である。

【0037】

本発明はまた、液体金属と共に使用するための電磁ポンプを提供し、電磁ポンプは少なくとも部分的に導電材料で構成され、電磁ポンプの電極は電磁ポンプに対して設けられる。好ましくは、電磁ポンプは、少なくとも部分的にグラファイトで構成される。

【0038】

さらに、電磁ポンプの電流を制御するため、および／または電磁ポンプのための磁場を制御するための制御手段が設けられている。

【0039】

本発明のさらなる態様によれば、電磁ポンプを制御するための制御手段は、電磁ポンプに対する磁極の距離を制御し、および／または、磁場が直流電磁石または交流電磁石によって供給される場合に、電磁石のコイルを通る電流を制御する。

【0040】

本発明について、下記の図に示す例によってさらに説明する。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】液体金属用容器、真空筐体内の電磁ポンプおよび真空チャンバを備えた装置の概略図である。

【図2A】供給管の電磁ポンプの概略図を示す。

【図2B】供給管の電磁ポンプおよび戻り管の電磁ポンプの概略図を示す。

【図2C】供給管の電磁ポンプおよび戻り管の電磁ポンプの概略図を示す。

【図3A】電磁ポンプへの磁極の距離を制御するための２つの構成を概略的に示す。

【図3B】電磁ポンプへの磁極の距離を制御するための２つの構成を概略的に示す。

【図4】加熱手段を用いた供給管の詳細を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0042】

＜図面の詳細な説明＞
図１は、両側に真空ロック２、３を備える真空チャンバ１を備えた装置の概略図であり、ストリップ４は該装置を貫通するように誘導される。蒸発装置５は、真空チャンバ１の内側に配置され、蒸気分配器６に接続されている。誘導コイルなどの蒸発装置に十分なエネルギーを供給する手段も、真空チャンバの内部に配置される。分かりやすくするため、これらの手段は図面には示されていない。真空チャンバはさらに、真空ポンプ７と、圧力計８とを備えている。

【0043】

図１の底部では、密閉容器９は容器内部に液体金属を保持する容器１０が設けられている。密閉容器９はさらにポンプ１１、圧力計１２、および過圧中継装置１３を備えている。容器には加熱手段（図示せず）が設けられ、金属を加熱して溶融させ、および／または液体金属を一定の温度で維持する。弁３２を有するガス源３１は密閉容器９に接続され、容器９内に最初から存在する空気を、例えば、Ｎ_２などの非酸化性ガスと置換する。昇降手段１４が設けられ、容器１０を昇降させて、供給管１５の端部を液体金属の中に浸漬したり、液体金属から取り出したりする。昇降手段１４は、昇降させることにより、容器内の液体レベルと、蒸発装置内の液体レベルの距離が変わるので、液体金属の蒸発装置５への流量を制御するために使用することもできる。

【0044】

容器１０は、容器１０の内容物の重量を連続的に測定することができる重量測定装置３５上に配置され、液体金属の流量および蒸発速度に関する付加的な情報を提供する。

【0045】

ポンプ１１は、密閉容器内の圧力を低下させるために使用される。容器中の液体金属の酸化を防止するために、密閉容器内の空気を除去し、完全にまたは部分的に不活性ガスと置換することができる。この操作により、まず空気が、不活性ガスと置換される前に部分的に除去されて減圧され、その後、密閉容器内の圧力が調整および制御されて、蒸発装置への液体金属の流量を制御する。

【0046】

供給管１５は、密閉容器９内の容器１０から上方向に、蒸発装置５に向かって敷設されており、供給管には電磁ポンプ１６と弁１７とが介設されている。電磁ポンプ１６および弁１７は、真空筐体１８の内部に配置されている。真空筐体１８は、運転中に低真空に維持されることにより、電磁ポンプ１６からの対流、および供給管１５からの対流による熱損失を大幅に防止する。そのために、真空筐体１８は真空ポンプ３４と圧力計３５とを備えている。

【0047】

真空筐体１８は、ベローズ１９、２０によって密閉容器９および真空チャンバ１に接続する。ベローズ１９、２０による接続は、密閉容器９および真空チャンバ１の外側であり、容器９および真空チャンバ１の内部空間とは接続していない。しかし真空筐体１８内の真空度が低いため、供給管１５の真空チャンバ１内への供給時の避けられない真空漏れは非常に小さい。

【0048】

電磁ポンプ１６であるポンプには、永久磁石２１が設けられており、電磁ポンプ内の液体金属を通して電流を流すための磁場および電源を生成する。磁場と電流によって生じるローレンツ力は液体金属に力を与え、液体金属の流量の制御に用いられる。ローレンツ力は、液体金属が電磁ポンプの電極２２と接触し、永久磁石２１の磁場中に存在する場合にのみ作用する。結果として、液体金属が下向きに押し出されるときに、液体金属レベルを電極の高さ付近のレベルより低くすることはできない。

【0049】

磁石２１は、過熱されると磁場の強度を減少させるため、過熱されないことが重要である。そのため、磁石２１は真空筐体１８の外側に配置され、少なくとも磁石とその磁場の位置は非強磁性材料で形成されている。

【0050】

液体金属の上向きの力は、下式により圧力差とカラムの高さによって求める。
Ｐ３－Ｐ１－（Ｘ－Ｙ）＊密度液体
（式中、
Ｐ３＝密閉容器内の圧力であり、
Ｐ１＝真空チャンバ内の圧力であり、
Ｘ＝蒸発装置内、または供給管内のどこかに存在する可能性がある液体金属の高さの上部レベルであり、
Ｙ＝密閉容器内の容器内の液体金属の高さレベルである。）

【0051】

蒸発装置内の液体金属の蒸発が開始されると、液体金属の駆動力は次式のようになる。
Ｐ３－Ｐ４－（Ｘ－Ｙ）＊密度液体
（式中、Ｐ４は、真空チャンバ内の圧力よりも高くなる蒸気分配器６内の圧力である。）

【0052】

電磁ポンプが液体金属の上向き流れに対して力を加えると、力は次式のようにして求められる。
Ｐ３－Ｐ１－（Ｘ－Ｙ）＊密度液体－Ｂ＊Ｉ＊Ｃ
（式中、Ｂは磁場であり、Ｉは液体金属を通した電流であり、Ｃは定数である。）蒸発が開始すると、式は次のように変化する。
Ｐ３－Ｐ４－（Ｘ－Ｙ）＊密度液体－Ｂ＊Ｉ＊Ｃ

【0053】

電磁ポンプの加熱を増加させる必要がある場合、上向きの流れに対してより大きなローレンツ力を必要とするＰ３を増加させることにより、上向きの流れを一定に保つ。ローレンツ力をより大きくすることにより、電磁ポンプおよび液体金属を通して電流を増加させることができ、これにより、抵抗加熱を更に提供することになる。

【0054】

図２Ａは、電磁ポンプ１６の本体に対して対向する両側の電極２２を有する供給管１５用の電磁ポンプ１６の概略図である。電極２２は電源２３、この場合には可変ＤＣ電源に接続されている。

【0055】

磁石２１の極は電極２２に対して垂直であり、この構成では磁石２１はヨーク（図示せず）によって接続された２つの永久磁石である。永久磁石の代わりに、電磁石を使用することも可能であり、例えばＤＣコイルを有する電磁石を使用することも可能である。コイルを通して電流を変化させることによって磁場を変化させることができる。

【0056】

可変ＤＣ電源およびＤＣコイルの代わりに、電磁石に対して可変ＡＣ電源およびＡＣコイルを使用することも可能である。

【0057】

図２Ｂは、互いに隣接する供給管１５および戻り管２４と、供給管１５および戻り管２４のそれぞれのための電磁ポンプ１８および２５とを備えた、構成を示す。供給管１５と戻り管２４の両方の磁場は、同じ永久磁石２１を備えている。また、ローレンツ力は逆方向である必要があるため、供給管１５と戻り管２４とのそれぞれには別の可変ＤＣ電源２３および２６が設けられ、各電極に逆向きに接続されている。供給管１５と戻り管２４は、互いに熱的に接触しているが、互いに電気的に絶縁されている。戻り管の流量は、蒸発速度によって、供給管内の流量とは異なり、そのため、戻り管２４を通る電流は、供給管１５を通る電流よりも大きくなる。

【0058】

図２Ｃは、供給管１５の電極２２と供給管２４の電極２２とが直列に接続され、そのため一方の電源２３のみが必要であり、同じ電流が両方の供給管を通過する構成を示す図である。各管内の流量を制御するために、各管１５および２４の磁石２１および３６の磁場は別々に制御される。

【0059】

図３Ａおよび３Ｂは、磁束を短絡させることによって、または磁極の電磁ポンプへの距離を変更することによって、永久磁石の磁場の強度を制御するための概略的な２つの構成を示す。図３Ａによる構成では、磁石２１の極間の磁束は、第２の脚部３８により磁束を短絡させることによって変化させることができる。磁束は、この第２の脚部の極間の距離を変化させることによって変化する。このため、ヨークの脚部３８は、このような直線的な変位を可能にするように設計されている。

【0060】

図３Ｂによる構成では、磁石２１の極間の距離を変化させることによって、磁気強度を変化させることができる。これは、回転または直線変位によって変化させることができる。回転変位は図３Ｂに示されるが、ヨーク３７は旋回点３９と、回転を制御すると同時に磁石２１の極間の距離の変化を制御することができるスピンドル装置４０を備える。

【0061】

図４は、チャネル２７および２つの異なる加熱形態を有する供給管１５のセグメントを概略的に示している。第１の加熱方法は、供給管の材料が抵抗として働く電源２８を用いた抵抗加熱による供給管の加熱である。第２の加熱方法は、供給管１５の穴または凹部に設けられている、電源３０を備えたシースヒータ２９による加熱である。電源２８および３０はＤＣまたはＡＣ電源であってもよい。これは実際には抵抗加熱であり、抵抗はシース内に封入され、供給管から電気的に絶縁される。全ての管は、液体金属の融点より高い温度に加熱されなければならないが、溶融温度より４０℃高ければ概ね十分である。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図4】