JP2014161743A - 昇華精製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、昇華精製管内壁面の温度を均一、もしくは滑らかな温度勾配を実現可能とすることで不純物の混入を防止し、昇華精製物質の高純度化を目的とするものである。
【解決手段】昇華精製管２の内部の被処理物質加熱容器７には被処理物質８が充填されている。減圧手段３により減圧した昇華精製管２の内部において、加熱手段４ａにより被処理物質加熱容器７を加熱すると被処理物質８が昇華する。昇華された被処理物質８は昇華精製管２の内部を拡散するので、内壁面で凝結した成分を昇華精製物質１０として回収することができる。昇華精製管２内部にシート９を設置しているので、昇華精製管内壁面の温度を均一、もしくは滑らかな温度勾配を実現可能とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、昇華性を有する有機化合物などを被処理物質として含有する混合物から昇華温度の違いを利用して、被処理物質を精製、分離する昇華精製装置に関するものである。

従来の昇華精製装置として、有機化合物の粉末を昇華した後に昇華精製管の内部で凝結させることで昇華精製を行う昇華精製装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

以下、その昇華精製装置について図３を参照しながら説明する。

図３に示すように、昇華精製装置１０１は昇華精製管１０２と昇華精製管内管１０２ａと減圧手段１０３と加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃとフランジ１０５ａ、フランジ１０５ｂからなる。

昇華精製管１０２は長手方向の両端に開口部を有する円筒形状をしている。昇華精製管内管１０２ａは長手方向の両端に開口部を有する円筒形状をしており、昇華精製管１０２内に１個以上設置されている。加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃは中心に開口部を有するドーナツ形状をしており、昇華精製管１０２の外周部を円周方向に対して連続的に覆い、昇華精製管１０２に密着するように配置されている。

昇華精製管１０２の長手方向両端の開口部は、フランジ１０５ａ、フランジ１０５ｂが固定されており、フランジ１０５ｂは流出口１０６を備えている。途中の配管は省略しているが、フランジ１０５ｂの流出口１０６は減圧手段１０３と接続されている。昇華精製管１０２の内部には被処理物質加熱容器１０７が設置され、被処理物質加熱容器１０７には被処理物質１０８が充填されている。

加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃはそれぞれ電熱線１０９を内蔵している。減圧手段１０３により昇華精製管１０２、昇華精製管内管１０２ａの内部を減圧し、加熱手段１０４ａの電熱線１０９に通電し加熱手段１０４ａの温度を被処理物質１０８の昇華温度以上に加熱すると、被処理物質加熱容器１０７が加熱されるので被処理物質１０８が昇華する。

同様に加熱手段１０４ｃにおいては被処理物質１０８の昇華温度よりもわずかに低い温度で加熱手段１０４ｃを加熱する。その結果、昇華精製管内管１０２ａの内壁面温度は被処理物質１０８の昇華温度よりも低い温度で加熱されている。

被処理物質加熱容器１０７で昇華された被処理物質１０８は昇華精製管内管１０２ａの内部を拡散し、昇華精製管内管１０２ａの内壁面の温度が被処理物質１０８の昇華温度すなわち凝結温度よりも低い場所で昇華精製管内管１０２ａの内壁面に凝結する。この従来の昇華精製装置においては、先に示したように、加熱手段１０４ｃの内側の昇華精製管内管１０２ａの内壁面が被処理物質１０８の昇華温度よりも低いので、凝結した成分を昇華精製物質１１０として回収することができる。

このような従来の昇華精製装置においては、不純物を含む被処理物質を昇華精製物質として精製するために、減圧下において被処理物質を加熱すると固体から気体へ昇華する特性を利用している。

つまり、被処理物質と被処理物質に含まれる不純物の昇華温度が異なることから、一定温度で被処理物質を昇華させると、昇華温度の高い不純物は昇華されることがないので、昇華された被処理物質のみを別の場所で凝結させると、純度の高い昇華精製物質を得ることができる。

また、被処理物質よりも凝結温度の低い不純物は、被処理物質が凝結する場所では凝結せず、昇華精製管から排出されるので、被処理物質が凝結した場所だけから被処理物質を回収することで純度の高い昇華精製物質を得ることができる。

昇華精製方法は被処理物質に含まれる不純物と被処理物質の昇華温度すなわち凝結温度の違いを利用して、昇華精製管の内壁面に純度の高い昇華精製物質を凝結させる方法であり、被処理物質の昇華温度以上かつ分解温度以下の適正な温度条件で被処理物質を昇華させる必要がある。

また、昇華精製管の内壁面の温度は被処理物質の凝結温度以下で安定させることが重要である。したがって、昇華精製中に被処理物質を凝結させる昇華精製管の内壁面の温度を安定させるために、昇華精製管の円周方向の全周にわたって加熱手段を備える構成となっている。

有機半導体や有機色素のように昇華精製方法を適用する被処理物質は、酸素または水分を含む雰囲気下では分解されやすい特性であることが多く、微量の不活性ガスを注入または充填した状態で昇華精製する場合もある。

特開２００７−２４６４２４号公報

このような従来の昇華精製装置においては、昇華精製管を二重管として内管に昇華精製物質を凝結させ内管ごと取り出すことで、昇華精製物質の回収や昇華精製装置のメンテナンスを容易にしている。

また内管を分割することで、分割しない場合の内管長手方向中央に凝結している昇華精製物質を回収する際、内管長手方向外側に凝結している材料を混合してしまうことを抑制し、また内管を割って回収する場合の内管の再利用が不可となることを防いでいる。

しかし、内管を分割し複数本設置すると、接続部において昇華精製管（内管）の内壁面温度が低下してしまい、昇華精製物質よりも凝結温度の低い物質が凝結してしまい、昇華精製物質の純度が低下するという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、昇華精製物質の純度を向上することができる昇華精製装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、昇華精製装置において、昇華精製管内部に昇華精製物質に対し不活性かつ耐熱性のシートを設置する昇華精製装置としたものであり、昇華精製管内壁面の温度を均一、もしくは滑らかな温度勾配を実現することにより、所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、昇華精製装置において、昇華精製管内部に昇華精製物質に対し不活性かつ耐熱性のシートを設置する昇華精製装置とすることで、昇華精製管内壁面の温度を均一、もしくは滑らかな温度勾配を実現可能とし、昇華精製物質の純度を向上することができるという効果を得ることができる。

さらに、シートを丸めて昇華精製管内部に入れているため、昇華精製管から取り出したときは広がり平らなシートとなるため、昇華精製物質の回収作業が容易となる。

本発明の実施の形態１の昇華精製装置の概略断面図 本発明の実施の形態１の昇華精製後のシートの形態を示す概略構成図 従来の昇華精製装置の概略断面図

本発明の請求項１記載の昇華精製装置は、一ヶ所以上の開口部を有する昇華精製管と減圧手段と加熱手段と被処理物質加熱容器を備え、前記減圧手段により減圧した前記昇華精製管の内部において、前記加熱手段により被処理物質加熱容器を加熱することで被処理物質加熱容器内の被処理物質を昇華させるとともに、前記昇華精製管を加熱し、前記昇華精製管の内壁面に昇華された前記被処理物質を凝結させる昇華精製装置であって、前記昇華精製管の被処理物質が凝結する内壁面に昇華精製物質に対し不活性かつ耐熱性のシートを設置し、前記被処理物質を昇華精製する昇華精製装置である。

これにより昇華精製装置において、昇華精製管内部に昇華精製物質に対し不活性かつ耐熱性のシートを設置する昇華精製装置とすることで、昇華精製管内壁面の温度を均一、もしくは滑らかな温度勾配を実現可能とし、昇華温度の異なる物質の混入を抑制し、昇華精製物質の純度を向上することができるという効果を奏する。

また昇華精製物質が内管にまたがって凝結することがなくなり、複数個の内管を取り出す際に昇華精製物質を取りこぼすことを防止するという効果を奏する。

また回収時にシートを広げることが可能であるため、内管内側からこそぎ落すという不便な作業を無くし、昇華精製物質の回収作業が容易になり、また必要に応じて必要な部分のみをシートごと切り出し、保管・使用が可能となるという効果を奏する。

また、シートの耐熱性を３００℃以上にするのが好ましい。

これにより被処理物質の昇華温度以上かつ分解温度以下の適正な温度条件で被処理物質を昇華させることができるという効果を奏する。

また、シートの熱伝導率が室温（２０℃）、大気圧（１ａｔｍ）で１〜５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である昇華精製装置とするのが好ましい。

これにより昇華精製管内壁面の温度を迅速に均一、もしくは滑らかな温度勾配を実現可能とし、昇華精製時間の短縮と昇華精製管内壁面の昇温時の不純物の混入を抑制し昇華精製物質の純度を向上という効果を奏する。

また、蒸着などの工程に昇華精製物質をシートごと使用する際に、昇華精製物質全体を均一に加熱できるため、昇華精製物質の分解を抑制し、昇華精製物質の使用効率の向上という効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に実施の形態１の昇華精製装置の概略断面図を示す。昇華精製装置１は昇華精製管２とシート９と減圧手段３と加熱手段４ａ、４ｂとフランジ５ａ、５ｂからなる。昇華精製管２は長手方向の両端に開口部を有する円筒状の形状をしており、加熱手段４ａ、４ｂは中心に開口部を有するドーナツ形状をしており、昇華精製管２の外周部を連続的に覆い、昇華精製管２に密着するように配置されている。シート９は昇華精製管２の内部に一枚のシート９を円筒状に丸め、昇華精製管２に密着するように設置されている。昇華精製管２は加熱手段４ａ、４ｂの加熱に耐えることができる、金属やセラミック、ガラスが使用される。

また、加熱手段４ａ、加熱手段４ｂは、それぞれニクロム線等の電熱線１１を内蔵したヒータである。

昇華精製管２の長手方向両端の開口部は、フランジ５ａ、５ｂが固定されており、フランジ５ｂは流出口６を備えている。途中の配管は省略しているが、フランジ５ｂの流出口６は減圧手段３と接続されている。昇華精製管２の内部には被処理物質加熱容器７が設置され、被処理物質加熱容器７には被処理物質８が充填されている。被処理物質８はトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどの有機ＥＬに用いる有機色素や、ペンタセンなどの有機半導体である。

上記構成において、減圧手段３により昇華精製管２、シート９の内部を減圧し、加熱手段４ａの電熱線１１に通電し加熱手段４ａの温度を被処理物質８の昇華温度以上に加熱すると、被処理物質加熱容器７が加熱されるので被処理物質８が昇華する。

被処理物質加熱容器７で昇華された被処理物質８はシート９の内部を拡散し、シート９の内壁面の温度が被処理物質８の昇華温度すなわち凝結温度よりも低い場所でシート９の内壁面に凝結する。本実施の形態の昇華精製装置においては、先に示したように、加熱手段４ｂの付近のシート９の内壁面が被処理物質８の昇華温度よりも低いので、凝結した成分を昇華精製物質１０として回収することができる。

本発明の実施の形態で昇華精製する被処理物質８はトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどの有機ＥＬに用いる有機色素や、ペンタセンなどの有機半導体であり、減圧下において昇華する特性を有するものであれば、他の有機化合物についても同様の効果を得ることができ、昇華精製物質１０としては、被処理物質８を高純度化したものが得られる。

シート９を丸めて昇華精製管２内部に入れているため、昇華精製管２から取り出したときは、図２に示すように、広がり平らなシート９となり、昇華精製後のシート９上には、昇華精製物質１０が凝結しており、削り出して回収やシートごと切り出して回収することが出来る。

本実施の形態では、シート９の耐熱性は３００℃以上が望ましい。昇華精製する被処理物質８を昇華させるために３００℃程度まで昇温することが多く、被処理物質８の昇華温度以上かつ分解温度以下の適正な温度条件で被処理物質８を昇華させることができるためである。具体的には、昇華精製物質１０に不活性で耐熱性が３００℃以上の材質は、ポリイミド系、シリコン系、ガラス系、フッ素系、セラミック系などの材質が挙げられる。

本実施の形態では、シート９の熱伝導率が室温（２０℃）、大気圧（１ａｔｍ）で１〜５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。これにより加熱手段で加熱された昇華精製管２の熱がシート９に伝わりやすくなり、シート９内面の温度を迅速に均一、もしくは滑らかな温度勾配を実現可能とし、昇華精製時間の短縮と昇華精製管２内壁面の昇温時の不純物の混入を抑制し昇華精製物質１０の純度を向上という効果を奏する。

したがって、本実施の形態では従来の昇華精製装置と異なり、回収時にシート９を広げることが可能であるため、内管内側からこそぎ落すという不便な作業を無くし、昇華精製物質１０の回収作業が容易になり、また必要に応じて必要な部分のみをシート９ごと切り出し、保管・使用が可能となるという効果を奏する。

また、昇華精製物質１０を蒸着などの工程に使用する際、粉体状態でるつぼなどに充填させて加熱する場合は、るつぼと接する部分と充填内部では熱の伝達に差が存在するため、加熱温度にムラができてしまい、加熱時間が長くなったり、昇華精製物質１０の使用効率が悪くなったりしていた。

しかし、昇華精製物質１０をシート９上に凝結させている本発明では、昇華精製物質１０がシート９上に薄く広く凝結しており、昇華精製物質１０全体を均一に加熱できるため、昇華精製物質１０の分解を抑制し、昇華精製物質１０の使用効率の向上という効果を奏する。熱伝導率向上のために、熱伝導率の高い金属等の伝熱部材を積層する、織り込むなど加工する方法が挙げられ、同様の効果を得られるのであれば、加工部位に関して全体に施しても良いし、必要な部分にのみ施しても良い。

本実施の形態では従来の昇華精製装置と異なり、昇華精製物質１０が内管にまたがって凝結することがなくなり、複数個の内管を取り出す際に昇華精製物質を取りこぼすことを防止するという効果を奏する。

また、本実施の形態ではシート９を一種類しか使用していないが、複数種類使用しても良い。その際、同様の効果を得られるのであれば、場所による使い分け、積層して使用するなど使用の形態は限定されない。

また、本実施の形態ではシート９を昇華精製管全長、円周すべてにわたって密着させているが、その長さ、周長は限定されない。例えば、昇華精製物質１０の凝結部位が把握できておれば、必要最低限のシート９使用量ですむように昇華精製管２の一部分を覆うような形状や、シート９端に敢えて昇華精製物質１０を凝結させず、広がり平らにさせた際に、昇華精製物質１０の取りこぼしを抑制するように、全周以上の長さでシート９の重なり部分が存在していても良い。

また、本実施の形態ではシート９の形状を長方形としているが、その形状は限定されない。例えば、被処理物質加熱容器７付近では狭く、流出口６付近では広くなるような台形上のシート９を設置することなどが挙げられる。

また、本実施の形態では、昇華精製物質１０は加熱手段４ｂの内側のシート９に凝結するものとしたが、その凝結場所はその場所に限定するものではなく、凝結させる部位の近傍の温度が被処理物質８の昇華温度すなわち凝結温度よりも低くなるように、加熱手段４ｂの温度を設定すればよく、昇華精製管２の内壁面において加熱手段４ｂの内側であり加熱手段４ａに近い位置に昇華精製物質１０を凝結させても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、昇華精製物質１０は１種類としているが、複数種類存在していてもよく、その場合は複数の温度範囲を設定するか、温度勾配を存在させることで複数の昇華精製物質１０を凝結させることができるため、同様の効果を得ることが出来る。

また、本実施の形態では、昇華精製物質１０が凝結する部位の昇華精製管２の外周部に加熱手段４ｂを設置するものとしたが、この構成に限ったものではなく、複数条件の温度で昇華精製管２を加熱できるよう、加熱手段４ｂを分割して異なる温度で加熱させても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では昇華精製物質１０の回収方法について、特に限定しなかったが、被処理物質加熱容器７の内部に充填した被処理物質８が全て昇華された段階で、減圧手段３の運転を停止して、昇華精製管２の内部が常温常圧になった時点でフランジ５ｂを外して、昇華精製管２の開口部からシート９を取出し、広げ、スパーテル（薬さじ）等で、昇華精製物質１０をかきとっても良い。さらには、取り出したシート９の必要な部分のみ切り出して、保管してもよい。保管の際は丸めてロール上にすることが望まれる。特に、熱伝導率の高い金属等の伝熱部材を積層、編み込んでいる場合はシートとシートのセパレーターとして機能し、蒸着などに使用する際に昇華した昇華精製物質１０の移動空間を確保できるため特に好ましい。ただし同様の効果を得ることが出来れば刻む、畳むなどの形態は限定されない。

また、本実施の形態では加熱手段４ａ、４ｂ、４ｃは電熱線１１を備えているとしたが、この構成に限ったものではなく、昇華精製管２の外部から昇華精製管２に密着した状態で加熱できるような構造であればリボンヒーター等を昇華精製管２に巻きつけて加熱しても同様の効果を得ることが可能である。

また、本実施の形態では減圧手段３の構造について特に限定しなかったが、ロータリーポンプ、ダイアフラムポンプ、ディフュージョンポンプ、ターボ分子ポンプなど、昇華精製管２の内部を１０^-4Ｐａ程度まで減圧できるような能力を有する真空ポンプであればどのような真空ポンプでもよく、複数の真空ポンプを組み合わせて使用しても同様の効果を得ることが可能である。

また、本実施の形態では減圧手段３により昇華精製管２の内部を減圧するとしたが、その方法に限ったものではなく、フランジ５ｂに流入口を設けて、アルゴンガス等の不活性ガスを微量に注入することで、被処理物質加熱容器７で昇華した被処理物質を不活性ガスの流れにより流出口６側に向けて搬送し、昇華精製を促進してもよい。

本発明にかかる昇華精製装置は、昇華精製中に昇華精製管の内壁で不純物が形成されることを防止するものであるので、有機ＥＬや有機太陽電池または有機半導体などに使用される昇華性を有する有機化合物の精製、分離手段等として有用である。

１ 昇華精製装置
２ 昇華精製管
３ 減圧手段
４ａ 加熱手段
４ｂ 加熱手段
５ａ フランジ
５ｂ フランジ
６ 流出口
７ 被処理物質加熱容器
８ 被処理物質
９ シート
１０ 昇華精製物質
１１ 電熱線
１０１ 昇華精製装置
１０２ 昇華精製管
１０２ａ 昇華精製管内管
１０３ 減圧手段
１０４ａ 加熱手段
１０４ｂ 加熱手段
１０４ｃ 加熱手段
１０５ａ フランジ
１０５ｂ フランジ
１０６ 流出口
１０７ 被処理物質加熱容器
１０８ 被処理物質
１０９ 電熱線
１１０ 昇華精製物質

Claims (3)

1. 一ヶ所以上の開口部を有する昇華精製管と減圧手段と加熱手段と被処理物質加熱容器を備え、
   前記減圧手段により減圧した前記昇華精製管の内部において、
   前記加熱手段により被処理物質加熱容器を加熱することで被処理物質加熱容器内の被処理物質を昇華させるとともに、前記昇華精製管を加熱し、
   前記昇華精製管の内壁面に昇華された前記被処理物質を凝結させる昇華精製装置であって、
   前記昇華精製管の被処理物質が凝結する内壁面に、
   昇華精製物質に対し不活性かつ耐熱性のシートを設置し、
   前記被処理物質を昇華精製する昇華精製装置。
2. 前記耐熱性のシートの耐熱性が３００℃以上である請求項１記載の昇華精製装置。
3. 前記耐熱性のシートの熱伝導率が室温（２０℃）、大気圧（１ａｔｍ）で１〜５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である請求項１から２いずれか記載の昇華精製装置。

Images