JP4367924B2

JP4367924B2 - 高分子材料の電子染色装置

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Publication number: JP4367924B2
Application number: JP2004124907A
Authority: JP
Inventors: 晴雄田島
Original assignee: フィルジェン株式会社
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: JP2005308505A

Description

本発明は、透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと称する。）により高分子材料の高次構造を観察する際に、高分子材料を電子染色剤により染色して観察に良好なコントラストを得る高分子材料の電子染色装置に関する。

nmからμm領域における高分子材料の高次構造を解析するのにＴＥＭを使用しているが、一般に高分子材料の多くがＣ，Ｈ，Ｎ，Ｏ等の軽元素で構成されているため、ＴＥＭからの電子線が透過し、そのままでは内部構造を観察するのに必要なコントラストを得ることが困難であった。

このため、例えば特許文献１に示すように、高分子材料を、例えば四酸化オスミウム、四酸化ルテニウム、りんタングステン酸等の電子染色剤により染色して内部構造を観察して認識するのに必要なコントラストを得ている。即ち、高分子材料の分子を、電子線散乱性能が高い重金属により染色固定することによりコントラストを得て識別できるようにしている。

しかし、上記した電子染色剤自体、重金属で、特に四酸化オスミウムにあっては、毒性が強く、その取扱いに危険が伴うため、高分子材料の染色作業に時間や手間がかかり、染色作業効率が悪かった。また、特許文献１に示す方法は、密閉可能な容器内に高分子材料をセットした状態で固体の電子染色剤を投入して大気圧下で昇華してガス化させるため、ガス濃度を均一化することが困難で、電子染色作業毎に高分子材料の電子染色度が異なる問題を有していた。更に、高分子材料は電子染色剤分子が表面に付着したままの状態で電子染色されるため、この高分子材料をＴＥＭにセットして観察する際に真空化すると、表面に付着した電子染色剤が排出されて作業環境を汚染する問題を有している。
特開２００３−１３９７２８号公報

解決しようとする問題点は、電子染色剤が重金属であるため、作業者や作業環境を汚染する点にある。また、大気圧下で電子染色する場合には、高分子材料の電子染色度を最適となるように制御することが困難な点にある。更に、大気圧下で電子染色する場合には、高分子材料の表面に電子染色剤が付着し、これをＴＥＭで観察するに当たって真空形成した際に表面に付着した電子染色剤が飛散して作業環境を汚染する点にある。

本発明は、排気装置に接続され、内部に電子染色される高分子材料が載置される載置台を設けた真空容器と、上記真空容器に対する排気装置の接続を継断する排気開閉手段と、上記真空容器内と連通し、固体状の電子染色剤を昇華させて電子染色ガスに生成する昇華室と、上記昇華室から真空容器へ至る流路を開閉するガス開閉手段と、上記真空容器内の真空圧及び該真空容器内に導入された電子染色ガスのガス圧を検出する圧力検出手段と、上記真空容器内の真空圧を設定する真空圧設定手段と、上記真空容器内に供給される電子染色ガスのガス圧を設定するガス圧設定手段と、上記真空容器内の高分子材料に対する電子染色ガスの暴露時間を計数するタイマ手段と、タイマ手段による計数時間を設定するタイマ設定手段と、ａ．排気装置を駆動して真空容器内を所望の真空圧状態に形成して圧力検出手段により検出される真空容器内の真空圧が真空圧設定手段により設定された所要の真空圧に達した際に排気開閉手段を閉作動して真空容器内を上記所望の真空圧状態に保つと共に該ガス開閉手段を開作動して昇華室内で昇華された電子染色ガスを真空容器内へ導入させる、ｂ．圧力検出手段により検出される真空容器内の電子染色ガス圧がガス圧設定手段により設定された所要のガス圧に達した際に該ガス開閉手段を閉作動して真空容器内に対する電子染色ガスの導入を遮断すると共にタイマ手段を起動させる、ｃ．タイマ手段が所定の時間を計数した際に排気開閉手段を開作動して真空容器内の電子染色ガスを排気させる、上記ａ乃至ｃの各ステップを実行する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、重金属である電子染色剤による作業者や作業環境の汚染を防止することができる。また、大気圧下で電子染色する場合に比べ、高分子材料の電子染色度を最適となるように制御し、観察に最適なコントラストを得ることができる。更に、大気圧下で電子染色する場合に比べ、高分子材料の表面に電子染色剤が付着することがなく、これをＴＥＭで観察するに当たって真空形成する際に作業環境の汚染を防止することができる。

本発明は、排気装置を駆動して真空容器内を所望の真空圧状態に形成して圧力検出手段により検出される真空容器内の真空圧が真空圧設定手段により設定された所要の真空圧に達した際に排気開閉手段を閉作動して真空容器内を上記所望の真空圧状態に保つと共に該ガス開閉手段を開作動して昇華室内で昇華された電子染色ガスを真空容器内へ導入させ、次に圧力検出手段により検出される真空容器内の電子染色ガス圧がガス圧設定手段により設定された所要のガス圧に達した際に該ガス開閉手段を閉作動して真空容器内に対する電子染色ガスの導入を遮断すると共にタイマ手段を起動し、タイマ手段が所定の時間を計数した際に排気開閉手段を開作動して真空容器内の電子染色ガスを排気させる。

以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１〜図４において、高分子材料染色装置１の本体３には上面が開口した金属製又はガラス製の真空容器５が設けられ、該真空容器５の上面開口にはガラス製の蓋７が気密状で、かつ着脱可能に設けられる。

真空容器５には、例えばロータリー排気ポンプ又はレシプロ排気ポンプ等の排気装置（図示せず）に接続された排気パイプ９が、排気開閉バルブ１１を介して真空容器５内と連通可能に接続されている。該排気開閉バルブ１１としては手動バルブ又は電磁バルブの何れかにより構成すればよく、本実施例においては、電磁バルブとした構成を示し、排気パイプ９の流路を開閉する。そして排気装置を駆動して真空容器５内の空気を排気することにより真空容器５内を所望の真空度にさせる。

尚、排気パイプ９内には真空容器５内の真空圧を検出する、例えばピラニ圧力センサ等の圧力センサ１７が設けられ、該圧力センサ１７からの検出信号に基づいて本体３の正面に設けられた、例えばピラニ真空計等の真空表示部材１９に真空容器５内の圧力を表示させる。また、排気装置には後述する電子染色剤ガスの吸着フィルターを設け、電子染色後の排気時に真空容器５から排気されるガスを吸着して作業環境が汚染するのを防止する。

真空容器５内の底板上面には載置台１３が設けられ、該載置台１３上には電子染色剤により染色される高分子材料１５が載置される。電子染色される高分子材料としては、例えばエンジニアリングプラスチック、ラテックス、ゴム、接着剤等の結晶性高分子または非結晶性と結晶性とが混在した高分子材料のいずれであっても良い。

本体３の正面には電子染色剤導入手段２１が着脱可能に取付けられ、該電子染色剤導入手段２１は真空容器５内に対し、本体３内部に設けられた導入パイプ５ａを介して連通している。即ち、電子染色剤導入手段２１は四酸化オスミウムを昇華してガス化する昇華室を有した昇華部２１ａと、該昇華部２１ａの導出側で本体３内部に設けられた導入パイプ５ａと接続する導入流路２１ｂと、導入流路２１ｂの開閉する導入開閉バルブ２１ｃと、昇華部２１ａの端部に設けられた開口を気密状態で閉鎖するキャップ状の閉鎖蓋２１ｄとから構成される。

尚、導入流路２１ｂの導出端に応じた電子染色剤導入手段２１にはガス導出ノズル２１ｅが取付けられ、該ガス導出ノズル２１ｅの先端部を導入パイプ５ａが取付けられる本体３の孔３ａに密嵌させることにより、真空容器５に対して電子染色剤導入手段２１を気密状で、かつ着脱自在に取付け可能にしている。

また、昇華部２１ａには昇華室を覆うガラス製の観察窓２１ｆが設けられ、後述する四酸化オスミウムが封入されたガラス製アンプル２３の割断状態等を視認可能にしている。更に、昇華部２１ａには先端側に軸２５ａ及び基端側にねじ２５ｂが形成された割断ピン２５が螺進可能で、かつ気密状に取付けられ、螺進する割断ピン２５により昇華部２１ａの昇華室内に装着されたガラス製アンプル２３を割断して昇華させるようにしている。

また更に、電子染色剤としては、上記した四酸化オスミウムの他に、四酸化ルテニウム、りんタングステン酸等、電子染色する高分子材料の種類に応じて適宜選択する。上記した導入開閉バルブ２１ｃは手動の導入開閉バルブ又は電磁バルブの何れであってもよく、本実施例にあっては電磁バルブにより構成した例を示す。

尚、真空容器５には真空容器５内に大気を流入させるリリーフ弁（図示せず）が設けられ、電子染色作業後においては該リリーフ弁を操作して真空形成された真空容器５内を大気にさせる。

図５において、制御手段３１の入力側には圧力センサ１７が接続され、真空容器５内の真空圧やガス圧に応じた電気信号が入力される。制御手段３１には真空圧力設定手段３３が接続され、該真空圧力設定手段３３により真空容器５内の真空圧を設定する。該真空圧力設定手段３３としては、具体的には可変抵抗器により構成され、制御手段３１の一部を構成する排気圧比較器の基準電圧を、所望の真空圧に応じて可変させる。制御手段３１には真空容器５内に導入する四酸化オスミウムガスのガス圧を設定するためのガス圧設定手段３５が接続される。ガス圧設定手段３５としては、具体的には可変抵抗器により構成され、制御手段３１の一部を構成するガス圧用比較器（図示せず）の基準電圧を、所望のガス圧に応じて可変させる。制御手段３１にはタイマ設定手段３７が接続され、該タイマ設定手段３７としては、具体的には可変抵抗器により構成され、制御手段３１の一部を構成するタイマ用比較器の基準電圧を、所望の時間に応じて可変してタイマ時間を設定する。

これら真空圧力設定手段３３、ガス圧設定手段３５及びタイマ設定手段３７としては、本体３に設けられたモード設定釦３８ａ〜３８ｃと設定ダイアル３８ｄにより構成され、真空容器５内の真空圧力及びガス圧力や電子染色度に応じた電子染色ガスの曝露時間を設定する際には、対応するモード設定釦３８ａ〜３８ｃを押下操作した後に設定ダイアル３８ｄにより所望の真空圧、ガス圧及びタイマ時間を設定する。

また、制御手段３１には排気開閉バルブ１１、導入開閉バルブ２１ｃがそれぞれ接続され、真空圧力設定手段３３、ガス圧設定手段３５及びタイマ設定手段３７により予め設定された真空圧、導入ガス圧及びタイマ手段３９が所定の時間を計時した際にそれぞれ開閉動作される。

次に、高分子材料染色装置１による電子染色作用及び染色方法を説明する。
図６に示すように、蓋７を取外して真空容器５の上部開口を開放させた状態で、電子染色しようとする高分子材料１５を載置台１３上にセットした後に、蓋７を取付けて真空容器５を閉鎖させる。

また、電子染色剤導入手段２１における昇華部２１ａの開放端部から閉鎖蓋２１ｄを取外した状態でガラス製アンプル２３を昇華部２１ａ内に装着した後に、閉鎖蓋２１ｄを取付けて昇華部２１ａ内を気密化させる。このとき、導入開閉バルブ２１ｃは閉動作されており、導入流路２１ｂを遮断している。そして上記状態にて割断ピン２５を螺進させて軸２５ａをガラス製アンプル２３に押し当てることにより割断し、昇華部２１ａ内にて四酸化オスミウムを昇華して四酸化オスミウムガスを発生させる。

次に、上記状態にて排気装置を駆動して真空容器５内を排気し、真空容器５内の圧力を真空圧力設定手段３３により設定された所望の真空圧に真空形成し、真空容器５内や高分子材料に付着した塵埃を排出してクリーン状態にする。そして真空容器５内の圧力が真空圧力設定手段３３により設定された所望の真空圧に達すると、制御手段３１は排気開閉バルブ１１を閉動作して真空容器５内の圧力を所望の真空圧に保つと共に導入開閉バルブ２１ｃを開作動して昇華部２１ａ内の四酸化オスミウムガスを真空容器５内に導入させる。これにより真空容器５内の圧力は徐々に高くなる。

そして真空容器５内のガス圧が、ガス圧設定手段３５により設定された所望のガス圧力に達すると、制御手段３１は導入開閉バルブ２１ｃを閉作動して真空容器５内を、所望のガス圧に保つと共にタイマ手段３９を起動してタイマ設定手段３７により設定された時限を計時させる。この状態にて真空容器５内に導入された四酸化オスミウムは、載置台１３上にセットされた高分子材料１５内に浸透して電子染色させる。

尚、高分子材料１５の電子染色時に真空容器５内のガス圧がガス圧設定手段３５により設定されたガス圧より低くなった場合には、導入開閉バルブ２１ｃを開作動して昇華部２１ａ内の四酸化オスミウムガスを導入してガス圧設定手段３５により設定された所望のガス圧になるように戻す。

そしてタイマ手段３９がタイマ設定手段３７により設定された時限を計時すると、制御手段３１は排気開閉バルブ１１を開作動して真空容器５内の四酸化オスミウムガスを排気させる。これにより高分子材料の電子染色度を時間により制御し、最適コントラストとなるように高分子材料を電子染色することができる。また、真空容器５内に毒性を有した四酸化オスミウムガスが残留するのを回避し、電子染色作業環境が該ガスにより汚染されるのを回避する。更に、上記した電子染色時には、電子染色される高分子材料の表面に電子染色剤が付着しているが、上記した排気により表面に付着した電子染色剤を排出させることができる。

尚、高分子材料の電子染色後において真空容器５内を排気する際には、導入開閉バルブ２１ｃが閉作動されていることを条件とし、真空容器５内の残留ガスのみを排気しても良く、また反対に導入開閉バルブ２１ｃを開作動して昇華部２１ａ内の残留ガスと一緒に真空容器５内の残留ガスを排気してもよい。また、上記排気後においては、排気開閉バルブ１１を閉じた後に、リリーフ弁を開放して真空容器５内を大気圧にさせる。

本実施例は、高分子材料を電子染色する電子染色材料をガス圧で任意に設定することができ、従来の大気圧下での電子染色に比べて過剰染色を防止して最適なコントラストとなるように染色することができる。

また、電子染色後においては、昇華部２１ａ及び真空容器５内に残留する電子染色ガスを排気することにより作業環境が汚染させるのを防止し、作業者の安全性を確保することができる。

更に、電子染色後に少なくとも真空容器５内の残留ガスを排気する際に、高分子材料の表面に付着した電子染色剤も一緒に排出することができ、そのままの状態でＴＥＭにセットして真空形成する際に、従来の大気圧下での電子染色に比べてＴＥＭによる観察環境が表面に付着した電子染色剤で汚染されるのを防止することができる。

上記説明は、スタート釦がＯＮ操作されると、制御手段３１が上記した処理プロセスで高分子材料を自動的に電子染色するようにプログラムされているものとしたが、例えば真空容器５の排気時に真空圧が所定の圧力になった際、真空容器５内に導入される電子染色ガスの圧力が所定の圧力になった際、真空容器５内における電子染色ガスの導入時間が所定の時限になった際、ランプ、ブザー等により作業者に報知し、作業者はこの報知により排気開閉バルブ１１や導入開閉バルブ２１ｃを手動操作して真空排気やガス導入を継断して高分子材料を電子染色処理するものとしても良いことは勿論である。

実施例１は、１種類の電子染色剤を使用して高分子材料を電子染色する構成及び方法としたが、実施例２は少なくとも２種類の電子染色剤を使用して高分子材料を電子染色する装置及び方法を示す。

図７において、高分子材料染色装置６０には電子染色剤導入手段２１と共に第２電子染色剤導入手段６１が真空容器５内に対して連通可能に取付けられている。即ち、第２電子染色剤導入手段６１は電子染色剤導入手段２１と同様に、第２電子染色剤である四酸化ルテニウムを昇華してガス化する昇華室有した昇華部６１ａと、該昇華部６１ａの導出部と真空容器５に設けられたガス導入孔（図示せず）とを接続する導入流路（図示せず）と、導入流路の開口度を可変してガス導入量を調整する導入開閉バルブ６１ｂと、昇華部６１ａの端部に設けられた開口を気密状態で閉鎖するキャップ状の閉鎖蓋６１ｃとから構成される。昇華部６１ａ内に収容される四酸化ルテニウムは、四酸化オスミウムと同様に固形の四酸化ルテニウムがガラス製アンプル（図示せず）に封入され、該ガラス製アンプルを割断して昇華させることにより電子染色ガスを生成する。第２電子染色剤導入手段６１の構造に付いては、電子染色剤導入手段２１と同様である。

また、本体３の正面には、上記した真空圧力設定、ガス圧設定及びタイマ設定のためのモード設定釦３８ａ〜３８ｃと共に第２ガス圧モード設定釦（図示せず）及び第２タイマ設定ボタン（図示せず）が設けられ、第２ガス圧を設定する際には、第２ガス圧モード設定釦を押下操作した後に設定ダイアル３８ｄにより所望のガス圧を、また第２タイマを設定する際には第２タイマ設定釦を押下操作した後に設定ダイアル３８ｄにより所望の時限を設定する。

尚、本実施例の他の構成に付いては、実施例１と同様であり、実施例１の説明で使用した同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

次に、電子染色作用及びその方法を説明すると、図８において、実施例１と同様に蓋７を取外して真空容器５の上部開口を開放させた状態で、電子染色しようとする高分子材料１５を載置台１３上にセットした後に、蓋７を取付けて真空容器５を閉鎖させる。２種類の電子染色ガス剤で電子染色する場合には、複合高分子材料、即ち、四酸化オスミウムによる電子染色が適したポリブタジエン等の不飽和系ポリマーと四酸化ルテニウムによる電子染色が適したポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエステルの複合高分子材料とする。

また、電子染色剤導入手段２１の昇華部２１ａ内にセットされたガラス製アンプル２３を割断して四酸化オスミウムガスを発生させると共に第２電子染色剤導入手段６１の昇華部６１ａ内にセットされたガラス製アンプルを割断して四酸化ルテニウムガスを発生させる。

次に、上記状態にて排気装置を駆動して真空容器５内を排気して所望の真空圧に真空形成して真空容器５内や高分子材料をクリーン状態にする。次に、制御手段３１は排気開閉バルブ１１を閉動作して真空容器５内の圧力を所望の真空圧に保った状態で導入開閉バルブ２１ｃを開作動して昇華部２１ａ内の四酸化オスミウムガスを真空容器５内に導入し、真空容器５内のガス圧がガス圧設定手段３５により設定された所望のガス圧力に達すると、導入開閉バルブ２１ｃを閉作動して真空容器５内を所望のガス圧（例えば１０Ｐａ）に保つと共にタイマ手段３９を起動してタイマ設定手段３７により設定された時限を計時させる。これにより載置台１３上にセットされた高分子材料１５の内、四酸化オスミウムによる電子染色に適した部分を電子染色させる。

そしてタイマ手段３９がタイマ設定手段３７により設定された時限を計時すると、制御手段３１は排気開閉バルブ１１を開作動して真空容器５内及び昇華部２１ａ内に残留する四酸化オスミウムガスを排気させると共に真空容器５内を所定の真空圧に形成して排気開閉バルブ１１を閉作動した後、導入開閉バルブ６１ｃを開作動して昇華部６１ａ内の四酸化ルテニウムガスを真空容器５内に導入し、真空容器５内のガス圧がガス圧設定手段３５により設定された所望のガス圧力（例えば２０Ｐａ）に達すると、導入開閉バルブ６１ｃを閉作動して真空容器５内を所望のガス圧に保つと共にタイマ手段３９を起動してタイマ設定手段３７により設定された時限を計時させる。これにより載置台１３上にセットされた高分子材料１５の内、四酸化ルテニウムによる電子染色に適した部分を電子染色させる。

図９において、高分子材料染色装置８１は少なくとも２個の真空容器８３・８５（図示の例においては、２個の真空容器で構成する場合を示すが、３個以上であってもよいことは勿論である。）を備え、各真空容器８３・８５は分岐排気パイプ８３ａ・８５ａを介して排気パイプ９に共通接続されている。そして各分岐排気パイプ８３ａ・８５ａには排気開閉バルブ８３ｂ・８５ｂがそれぞれ設けられ、各真空容器８３・８５は個別に真空形成される。

尚、各真空容器８３・８５内には電子染色される高分子材料を載置するための載置台（図示せず）がそれぞれ設けられている。また、各分岐排気パイプ８３ａ・８５ａ内には圧力センサ（図示せず）が設けられ、各真空容器８３・８５内の圧力を個別に検出する。

各真空容器８３・８５には１個の電子染色剤導入手段８７が導入パイプ８３ｃ・８５ｃを介して接続されている。また、導入パイプ８３ｃ・８５ｃには導入開閉バルブ８７ａ・８７ｂが設けられ、これら導入開閉バルブ８７ａ・８７ｂにより電子染色ガスの導入を継断させる。

該電子染色剤導入手段８７は実施例１に示す電子染色剤導入手段２１と同様の構成であるため、必要に応じて実施例１で付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

次に、高分子材料染色装置８１による高分子材料の電子染色作用及び方法を説明すると、図１０に示すように、実施例１と同様に各真空容器８３・８５の載置台上に電子染色する高分子材料をセットして閉鎖する。また、電子染色剤導入手段８７の昇華部内にセットされたガラス製アンプルを割断して昇華させることにより、例えば四酸化オスミウムガスを発生させる。

次に、上記状態にて排気装置を駆動して各真空容器８３・８５内を排気して所望の真空圧に真空形成して各真空容器８３・８５内や高分子材料をクリーン状態にする。そして上記状態にて排気開閉バルブ８３ｂ・８５ｂを閉動作して真空容器８３・８５内の圧力を所望の真空圧に保った状態で導入開閉バルブ８７ａ・８７ｂを開作動して昇華部内の四酸化オスミウムガスを各真空容器８３・８５内に導入し、それぞれの真空容器８３・８５内のガス圧が所望のガス圧力に達すると、導入開閉バルブ８７ａ・８７ｂを閉作動して各真空容器８３・８５内を所望のガス圧に保つと共に各真空容器８３・８５毎に設けられた第１及び第２タイマ手段（図示せず）を起動して予め設定された各時限を計時させる。第１及び第２タイマ手段が計時する時限は高分子材料の電子染色度を異ならせるため、異なる時限に設定されている。

そして、例えば真空容器８３に応じた第１タイマ手段が所定の時限を計時すると、排気開閉バルブ８３ｂを開作動して真空容器８３内に残留する四酸化オスミウムガスを排気させる。これにより真空容器８３内にセットされた高分子材料は、第１タイマ手段により計時される時限に応じた染色度で電子染色される。

また、真空容器８５に応じた第２タイマ手段が第１タイマ手段と異なる時限を計時すると、排気開閉バルブ８５ｂを開作動して真空容器８５内に残留する四酸化オスミウムガスを排気させる。これにより真空容器８５内にセットされた高分子材料は、第２タイマ手段により計時される時限で、真空容器８３内にセットされて電子染色された高分子材料と異なる染色度で電子染色される。

本実施例は、一度の作業で同一の高分子材料を異なる染色度で電子染色させることができ、異なるコントラストの高分子材料を得ることができる。

上記説明は、２個の真空容器８３・８５を設ける構成としたが、１個の真空容器を複数に区画し、各区画を個別に真空形成すると共に各区画に対して電子染色ガスを共通に供給する構成としても良いことは勿論である。

図１１において、高分子材料染色装置１０１は少なくとも２個の真空容器１０３・１０５（図示の例においては、２個の真空容器で構成する場合を示すが、３個以上であってもよいことは勿論である。）を備え、各真空容器１０３・１０５は分岐排気パイプ１０３ａ・１０５ａを介して排気パイプ９に共通接続されている。そして各分岐排気パイプ１０３ａ・１０５ａには排気開閉バルブ１０３ｂ・１０５ｂがそれぞれ設けられ、各真空容器１０３・１０５は個別に真空形成される。

尚、各真空容器１０３・１０５内には電子染色される高分子材料を載置するための載置台（図示せず）がそれぞれ設けられ、各載置台には同一種類の高分子材料、又は異なる種類の高分子材料がセットされる。また、各分岐排気パイプ１０３ａ・１０５ａ内には圧力センサ（図示せず）が設けられ、各真空容器８３・８５内の圧力を個別に検出する。

各真空容器１０３・１０５には電子染色剤導入手段１０７・１０９が導入パイプ１０７ａ・１０９ａを介して個別に取付けられ、各電子染色剤導入手段１０７・１０９は異なる種類の電子染色ガス、又は同一種類の電子染色ガスを生成して対応する真空容器１０３・１０５へ導入させる。各電子染色剤導入手段１０７・１０９は実施例１に示す電子染色剤導入手段２１と同様の構成であり、導入開閉バルブ１０７ｂ・１０９ｂのみ、異なる符号を付し、他の部材に付いては必要に応じて実施例１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

次に、高分子材料染色装置１０１による高分子材料の電子染色作用及び方法を説明すると、図１２に示すように、実施例１と同様に各真空容器１０３・１０５の載置台上に電子染色する高分子材料をセットして閉鎖する。各真空容器１０３・１０５の載置台に載置される高分子材料としては、同一種類とした場合には、異なる電子染色ガスで、又異なる種類とした場合には、同一の電子染色ガスで電子染色するものとする。また、電子染色剤導入手段１０７・１０９の各昇華部２１ａ内にそれぞれセットされたガラス製アンプルを割断して昇華させることにより電子染色ガスを発生させる。

この場合、上記したように電子染色する高分子材料を同一種類とした場合には、一方の電子染色剤導入手段１０７により、例えば四酸化オスミウムガスを、また他方の電子染色剤導入手段１０９により、例えば四酸化ルテニウムを、反対に高分子材料を異なる種類として場合には、各電子染色剤導入手段１０７・１０９により同一種類の電子染色ガスを発生させれば良い。

次に、上記状態にて排気装置を駆動して各真空容器１０３・１０５内を排気して所望の真空圧に真空形成して内部や高分子材料をクリーン状態にする。そして上記状態にて各排気開閉バルブ１０３ｂ・１０５ｂを閉動作して各真空容器１０３・１０５内の圧力を所望の真空圧に保った状態で導入開閉バルブ１０７ｂ・１０９ｂを開作動して各真空容器１０３・１０５内にセットされた高分子材料に応じた電子染色ガスを導入し、それぞれの真空容器１０３・１０５内のガス圧が所望のガス圧力に達すると、対応する導入開閉バルブ１０７ｂ・１０９ｂを閉作動して各真空容器１０３・１０５内を所望のガス圧に保つと共に各真空容器１０３・１０５毎に設けられた第１及び第２タイマ手段（図示せず）を起動して予め設定された各時限を計時させる。第１及び第２タイマ手段が計時する時限は各真空容器１０３・１０５内にセットされた高分子材料の種類や導入される電子染色ガスの種類に基づく所望の電子染色度に応じた異なる時限に設定されている。

そして、例えば一方の真空容器１０３の第１タイマ手段が所定の時限を計時すると、排気開閉バルブ１０３ｂを開作動して真空容器８３内に残留する四酸化オスミウムガスを排気させる。これにより真空容器８３内にセットされた高分子材料を、第１タイマ手段により計時される時限に応じた染色度で電子染色される。また、他方の真空容器１０５の第２タイマ手段が所定の時限を計時すると、排気開閉バルブ１０５ｂを開作動して真空容器１０５内に残留する四酸化ルテニウムガスを排気させる。これにより真空容器１０５内にセットされた高分子材料を、第２タイマ手段により計時される時限に応じた染色度で電子染色される。

本実施例は、セットされた高分子材料及び導入される電子染色ガスに応じて個別に電子染色することができる。

上記説明は、２個の真空容器１０３・１０５を設ける構成としたが、１個の真空容器を複数に区画し、各区画を個別に真空形成すると共に各区画に対して電子染色剤を個別に供給する構成としても良いことは勿論である。

高分子材料染色装置の全体概略を示す斜視図である。高分子材料染色装置の概略縦断面図である。図１のＡ−Ａ線に対応する電子染色剤ガス導入手段の縦断面図である。図１のＢ−Ｂ線に対応する電子染色剤ガス導入手段の縦断面図である。高分子材料染色装置の制御概略を示す電気的ブロック図である。電子染色作業を示す説明図である。実施例２に係る高分子材料染色装置の斜視図である。実施例２の電子染色作業を示す説明図である。実施例３に係る高分子材料染色装置の斜視図である。実施例３の電子染色作業を示す説明図である。実施例４に係る高分子材料染色装置の斜視図である。実施例４の電子染色作業を示す説明図である。

符号の説明

１高分子材料染色装置
５真空容器
１１排気開閉バルブ
１７圧力センサ
２１電子染色剤導入手段
２１ｃ導入開閉バルブ
３９タイマ手段

Claims

排気装置に接続され、内部に電子染色される高分子材料が載置される載置台を設けた真空容器と、
上記真空容器に対する排気装置の接続を継断する排気開閉手段と、
上記真空容器内と連通し、固体状の電子染色剤を昇華させて電子染色ガスに生成する昇華室と、
上記昇華室から真空容器へ至る流路を開閉するガス開閉手段と、
上記真空容器内の真空圧及び該真空容器内に導入された電子染色ガスのガス圧を検出する圧力検出手段と、
上記真空容器内の真空圧を設定する真空圧設定手段と、
上記真空容器内に供給される電子染色ガスのガス圧を設定するガス圧設定手段と、
上記真空容器内の高分子材料に対する電子染色ガスの暴露時間を計数するタイマ手段と、
タイマ手段による計数時間を設定するタイマ設定手段と、
ａ．排気装置を駆動して真空容器内を所望の真空圧状態に形成して圧力検出手段により検出される真空容器内の真空圧が真空圧設定手段により設定された所要の真空圧に達した際に排気開閉手段を閉作動して真空容器内を上記所望の真空圧状態に保つと共に該ガス開閉手段を開作動して昇華室内で昇華された電子染色ガスを真空容器内へ導入させる、ｂ．圧力検出手段により検出される真空容器内の電子染色ガス圧がガス圧設定手段により設定された所要のガス圧に達した際に該ガス開閉手段を閉作動して真空容器内に対する電子染色ガスの導入を遮断すると共にタイマ手段を起動させる、ｃ．タイマ手段が所定の時間を計数した際に排気開閉手段を開作動して真空容器内の電子染色ガスを排気させる、上記ａ乃至ｃの各ステップを実行する制御手段と、
を備えた高分子材料の電子染色装置。
請求項1において、制御手段は、タイマ手段による暴露時間の計数途中において圧力検出手段により検出される真空容器内のガス圧がガス圧設定手段により設定された所要のガス圧より低くなった際には、ガス開閉手段を開作動して真空容器内へ電子染色ガスを供給して真空容器内におけるガス圧が一定になるように制御する高分子材料の電子染色装置。
請求項１において、制御手段は、上記ステップｃ．による真空容器内の排気時に該開閉手段の閉作動状態を保つように制御する高分子材料の電子染色装置。
請求項１において、制御手段は、上記ステップｃ．による真空容器内の排気時にガス開閉手段を開作動して昇華室内に残留した電子染色ガスを排気可能に制御する高分子材料の電子染色装置。