JP7427217B2 - フッ素樹脂成形品 - Google Patents

Description

本発明は、フッ素樹脂成形品に関する。

四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）のようなフッ素樹脂からなるフッ素樹脂一体槽は、アイソスタティック成形法で作製されている。アイソスタティック成形法として、例えば特許文献１に、ポリテトラフルオロエチレン粉末を１５００ｋｇ／ｃｍ²～１００００ｋｇ／ｃｍ²の高圧条件で等圧圧縮成形した後、この成形体を焼成することが記載されている。

一方、フッ素樹脂一体槽をラバーバッグ成形法、すなわち、一面がゴム膜からなる成形金型にＰＴＦＥモールディングパウダーを充填した後、静水圧を成形圧力として加えることにより予備成形品を得た後、焼成し、冷却する方法により得ることが試みられている。その他、外金型と内金型との間にＰＴＦＥモールディングパウダーを充填した後、プレスで上下方向から加圧する方法により、フッ素樹脂一体槽を成形することも検討されている。

ＰＴＦＥモールディングパウダーを圧縮し焼成する成形品には、バージンの樹脂単体から成るもの、つまり無添加の樹脂成形品がある。また、バージンの樹脂に充填剤を混ぜ合わせて得られた成形品がある。充填剤を添加することにより成形品に所望の性質を付与できる一方で、成形品の用途に応じてバージンの樹脂から成る成形品が用いられることがある。例えば、半導体洗浄装置用の部品では、バージンのＰＴＦＥが用いられている。

半導体ウェハ及びフォトマスク等の電子基板の洗浄には、超音波洗浄などの物理的な洗浄および薬液を用いた化学的な洗浄などを挙げることができる。化学的な洗浄は、物理的な洗浄と比較して電子基板への負荷が少なく、微細な塵を適切に処理し易い。それ故、電子基板を洗浄する際には、主に化学的な洗浄が行われている。

薬液を用いた洗浄には、例えば、枚葉式洗浄装置が使用される。特許文献２には、ウェハを静止させるか又は低速回転させた状態で薬液をウェハ表面に滴下し、この初回の薬液滴下によるウェハ表面上での薬液の広がり方が不均一であることを確認してから、薬液が広がっていない位置に薬液を再滴下することにより、薬液を均一に塗布する方法が記載されている。

枚葉式洗浄装置においてウェハ上に滴下された薬液は、ウェハの回転により生じる遠心力でウェハ上に広がる。余剰の薬液はウェハの縁から飛ばされる。飛ばされた薬液は、装置が備えているカップの内壁面に当たった後、排液される。カップは、例えば、ＰＴＦＥ成形品であり得る。カップの内壁に当たった薬液がウェハ上に跳ね返ることがあるため、充填剤を含んだ成形品から成るカップを用いると充填剤がウェハ上に不純物として残留してしまうことがある。不純物が残留したウェハは、要求される性能を満たさないため、不良品になる可能性がある。

このように設備や部品に高いクリーン度が要求される半導体洗浄装置では、特に接液部おいて金属イオンの溶出およびコンタミネーション等によるウェハの汚染が問題となる為、充填剤入りのＰＴＦＥは基本的には使用不可である。しかしながら、バージンＰＴＦＥは静電気を帯びやすい。そのため、注意を払っていても、空気中の塵、埃、及びゴミ等が帯電したＰＴＦＥの表面に付着してしまい、ウェハの汚染につながる場合がある。

特開平６－１８２７９１号公報 特開２００３－４５７６８号公報 特開昭６２－１０８５２０号公報

不純物汚染が少ないフッ素樹脂成形品を提供することを目的とする。

本発明によれば、平板部と、平板部の主面方向と交差する方向に延出する枠状の壁部とを有する容器構造を有する、フッ素樹脂成形品が提供される。平板部は主面方向と交差する方向に平板部を貫通する貫通孔を有する。導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂とを含む第１部が、平板部の外側主面と枠状の壁部の外周面とで露出する。第１部と隣接し四フッ化エチレン樹脂からなる第２部が、平板部の内側主面と枠状の壁部の内周面とで露出する。
また、本発明によれば、第１部と第２部とを含む、フッ素樹脂成形品が提供される。第１部は導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂とを含む。第２部は、第１部と隣接する。第２部は、四フッ化エチレン樹脂からなる。第１部は、第１平板部と第１平板部の第１主面方向と交差する方向に延出する枠状の第１壁部とを有する第１容器からなる。第１平板部は、第１主面方向と交差する方向に第１平板部を貫通する第１貫通孔を有する。第２部は、第２平板部と第２平板部の第２主面方向と交差する方向に延出する枠状の第２壁部とを有する第２容器からなる。第２平板部は第２主面方向と交差する方向に第２平板部を貫通し第１貫通孔と連結する第２貫通孔を有する。第１平板部の内側主面と第２平板部の外側主面とが密着しており、第１壁部の内周面と前記第２壁部の外周面とが密着している。

本発明によれば、不純物汚染が少ないフッ素樹脂成形品を提供することができる。

実施形態に係るフッ素樹脂成形品の一例を概略的に示す平面図。 図１に示すフッ素樹脂成形品をII－II’線に沿って切断した断面図。 図１に示す例のフッ素樹脂成形品の使用を表す概略断面図。 実施形態に係るフッ素樹脂成形品の他の例を示す概略断面図。 実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す概略断面図。 実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す概略断面図。 実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す概略断面図。 図７に示すVIII－VIII’線に沿って切断した断面図。 実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す概略断面図。 図９に示すX－X’線に沿って切断した断面図。 実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す概略断面図。 実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す概略断面図。 実施形態に係るフッ素樹脂成形品を製造する際に得られる未加工成形品を示す概略断面図。 図１３に示す未加工成形品の切削加工を表す概略断面図。

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。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態は、フッ素樹脂成形品に係る。第１の実施形態に係るフッ素樹脂成形品は、導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂とを含む第１部を含んでいる。このフッ素樹脂成形品は、第１部に隣接し四フッ化エチレン樹脂からなる第２部をさらに含む。

上記フッ素樹脂成形品は第１部に導電性充填剤を含んでいるため、単体の四フッ化エチレン樹脂から成る成形品、即ちバージンＰＴＦＥ単体から成る成形品と比較して帯電しにくい。そのため、空気中の塵、埃、及びゴミ等といった不純物がフッ素樹脂成形品に付着しにくい。つまり第１部は、抗塵性能を示すといえる。第２部は、クリーンな環境では不純物となり得る充填剤を含んでいない。つまり第２部は、非汚染性(nonpolluting)の部材であるといえる。従って、高度なクリーン性が要求される用途にフッ素樹脂成形品を好適に用いることができる。

第１部に含むことができる導電性充填剤は、例えば、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、チタン酸カリウム、金属酸化物、銀粉末、銅粉末、鉄粉末、及びアルミニウム粉末からなる群より選択される１以上を含むことができる。第１部における導電性充填剤の含有量は、例えば、３質量％以上５質量％以下であり得る。ここでいう導電性充填剤の含有量は、第１部の総質量に対する質量割合を示す。

フッ素樹脂成形品は、例えば、容器(vessel)構造を有し得る。具体的には、平板部と枠状の壁部とを有する容器構造を挙げることができる。一例の容器構造では、枠状の壁部は平板部の主面方向と交差する方向に延出する。第１部は、平板部の外側主面と枠状の壁部の外周面とで露出し得る。そして第２部は、平板部の内側主面と枠状の壁部の内周面とで露出する。つまり、容器の外側に第１部が配置されているとともに、容器の内側に第２部が配置されている。

上記容器構造を有するフッ素樹脂成形品では、外側の第１部の抗塵性能により塵等の不純物が付着しにくい。その一方で、内側の第２部は充填剤等の添加物を含んでいないため、容器の内側では充填剤により汚染されない。従って、高度なクリーン性が要求される用途にフッ素樹脂成形品を好適に用いることができる。

フッ素樹脂成形品は、例えば、第１部が第１容器からなり、第２部が第２容器からなる、２層積層構造の容器であり得る。一例の第１容器は、第１平板部と第１平板部の第１主面方向と交差する方向に延出する枠状の第１壁部とを有する。一例の第２容器は、第２平板部と第２平板部の第２主面方向と交差する方向に延出する枠状の第２壁部とを有する。第１平板部の内側主面と第２平板部の外側主面とが密着している。そして第１壁部の内周面と第２壁部の外周面とが密着している。第１主面方向と第２主面方向とは、互いに平行であり得る。つまり容器構造の第１部と容器構造の第２部とが重なっており、第１部および第２部がそれぞれ容器の外側と内側に配置されている。

その他、フッ素樹脂成形品は、例えば、シート状の構造を有し得る。シートの一方の主面に第１部が位置し、その裏側にある他方の主面に第２部が位置し得る。具体例として、シート形状の第１部とシート形状の第２部とが積層された積層体を挙げることができる。

フッ素樹脂成形品の各部位にて、総厚みが５ｍｍ以上であることが望ましい。十分な厚みを有することで、機械的強度を保持できる。上記容器構造でいうと、主面方向と交差する平板部の板厚が５ｍｍ以上であるとともに、枠状の壁部の壁厚が５ｍｍ以上であることが望ましい。２層積層構造の容器でいうと、第１主面方向と交差する方向への第１平板部の板厚と第２主面方向と交差する方向への第２平板部の板厚との合計の厚みが５ｍｍ以上であるとともに、第１壁部の壁厚と第２壁部の壁厚との合計の厚みが５ｍｍ以上であることが望ましい。シート状の構造では、シートの主面と交差する方向への厚みが５ｍｍ以上であることが望ましい。ここでいう厚みは、第１部と第２部との積層方向への厚みであり得る。フッ素樹脂成形品の各部位における総厚みは、例えば、２０ｍｍ以下であり得る。総厚みが２０ｍｍ以下であると、重量やコストの増加を抑えられる。

フッ素樹脂成形品の各部位において、第１部の厚みが３ｍｍ以上であることが望ましい。第１部を厚くすることで、抗塵性能を確保できる。上記容器構造でいうと、主面方向と交差する方向への平板部における第１部の板厚が３ｍｍ以上以下であるとともに、枠状の壁部における第１部の壁厚が３ｍｍ以上であることが望ましい。２層積層構造の容器でいうと、第１主面方向と交差する方向への第１平板部の板厚が３ｍｍ以上であるとともに、第１壁部の壁厚が３ｍｍ以上であることが望ましい。シート状の構造では、シートの主面と交差する方向への第１部の厚みが３ｍｍ以上であることが望ましい。ここでいう厚みは、第１部と第２部との積層方向への厚みであり得る。フッ素樹脂成形品の各部位における第１部の厚みは、例えば、１５ｍｍ以下であり得る。

フッ素樹脂成形品の各部位において、第２部の厚みが２ｍｍ以上であることが望ましい。第２部を厚くすることで、充填剤による汚染を低減できる。上記容器構造でいうと、主面方向と交差する方向への平板部における第２部の板厚が２ｍｍ以上であるとともに、枠状の壁部における第２部の壁厚が２ｍｍ以上であることが望ましい。２層積層構造の容器でいうと、第２主面方向と交差する方向への第２平板部の板厚が２ｍｍ以上であるとともに、第２壁部の壁厚が２ｍｍ以上であることが望ましい。シート状の構造では、シートの主面と交差する方向への第２部の厚みが２ｍｍ以上であることが望ましい。ここでいう厚みは、第１部と第２部との積層方向への厚みであり得る。フッ素樹脂成形品の各部位における第２部の厚みは、例えば、１５ｍｍ以下であり得る。

フッ素樹脂製品の具体的な用途として、例えば、枚葉式の半導体洗浄装置用のカップを挙げることができる。図１－図４を参照して、フッ素樹脂製品の具体的な形態として、枚葉式洗浄装置に用いられるカップとしての態様を説明する。

図１は、実施形態に係るフッ素樹脂成形品の一例を概略的に示す平面図である。図２は、図１に示すフッ素樹脂成形品をII－II’線に沿って切断した断面図である。図３は、図１に示す例のフッ素樹脂成形品の使用を表す概略断面図である。図４は、実施形態に係るフッ素樹脂成形品の他の例を示す概略断面図である。

図１及び図２に示すカップ１は、第１円盤部１１及び第１壁部１２からなる第１カップ１０と第２円盤部２１及び第２壁部２２からなる第２カップ２０とを含む。第１カップ１０は、導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂とから成る。第２カップ２０は、四フッ化エチレン樹脂から成る。第２カップ２０は、充填剤や他の添加物を含まない。つまりこのカップ構造を有するフッ素樹脂成形品では、第１カップ１０は第１部に該当し、第２カップ２０は第２部に該当する。

第１壁部１２は、第１円盤部１１の第１主面方向と交差する方向に延出する円環状の枠の形状を有する。第２壁部２２は、第２円盤部２１の第２主面方向と交差する方向に延出する円環状の枠の形状を有する。第１円盤部１１の第１主面方向と第１壁部１２の延出方向とが交差する位置は、第１円盤部１１の外周の縁に沿い得る。同様に、第２円盤部２１の第２主面方向と第２壁部２２の延出方向とが交差する位置は、第２円盤部２１の外周の縁に沿い得る。

第１カップ１０の寸法と比較して第２カップ２０の寸法が小さく、第１カップ１０の内側に第２カップ２０が収まっている。第１円盤部１１と第２円盤部２１とがそれぞれの平面方向と交差する方向に積層されて、２層構造の円盤部を形成している。第１壁部１２の内壁に沿って第２壁部２２が設けられるように第１壁部１２と第２壁部２２とが積層されて、２層構造の円環状壁部を形成している。つまり、図示する例のフッ素樹脂成形品は、第１カップ１０と第２カップ２０とが重なっている２層構造のカップ１である。

図２に示す平面状接面４は、第１円盤部１１の内側盤面と第２円盤部２１の外側盤面とが密着している部分を表す。円環状接面７は、第１壁部１２の内周面と第２壁部２２の外周面とが密着している部分を表す。第１カップ１０と第２カップ２０との間には隙間がなく、平面状接面４及び円環状接面７を境界に第１カップ１０と第２カップ２０とは一体化されている。第１壁部１２が形作る円環の内周の直径と第２壁部２２が形作る円環の外周の直径は、等しくあり得る。

第１円盤部１１及び第２円盤部２１は、それぞれ第１貫通孔１３及び第２貫通孔２３を有する。第１貫通孔１３は、第１主面と交差する方向に第１円盤部１１を貫通する。第２貫通孔２３は、第２主面と交差する方向に第２円盤部２１を貫通する。第１貫通孔１３と第２貫通孔２３とは連結されており、連結された第１貫通孔１３と第２貫通孔２３とから成る貫通孔３３が２層構造の円盤部を積層方向へ貫通している。

カップ１では、第１カップ１０からなる第１部がカップ形状の容器構造の外側に位置し、第２カップ２０からなる第２部がカップ形状の容器構造の内側に位置する。そのため、カップ１の外側盤面２と円環状の壁部の外周面５とで、導電性充填剤を含んだ第１部が露出する。そしてカップ１の内側盤面３と円環状の壁部の内周面６とで無添加の四フッ化エチレン樹脂から成る第２部が露出する。

図３を参照しながら、カップ１の用途の一例を説明する。具体的には、洗浄装置におけるカップ１の使用を説明する。

図３に示す洗浄装置は、例えば、治具４０と、カップ１とを備える。洗浄装置は、洗浄液供給ノズル（図示していない）を更に備えていてもよい。洗浄液供給ノズルは、被洗浄物を洗浄するための薬液を供給することができる。カップ１は、例えば、図１及び図２を参照して説明したカップ１であり得る。

治具４０は、回転軸４３に沿って伸びた支持部４１、及び、被洗浄物９９を固定することが可能であり且つ上記支持部４１と共に回転可能な固定面４２を備え得る。支持部４１は、例えば、回転軸４３を軸として回転することができ得る。支持部４１は、例えば、３０００ｒｐｍ以下の回転数で回転する。支持部４１の形状は、例えば、回転軸４３を軸とした軸対称形状を有し得る。軸対称形状とは、軸を中心に、円周方向には形状が変化せず、中心軸からの距離のみに依存して形状が変化する形状を意味する。支持部４１の形状の例として、円柱又は角柱などの柱体形状、及び、錐台形状などを挙げることができる。

図３に示す治具４０は、回転台４４を備える。回転台４４は、被洗浄物９９を固定することが可能な固定面４２を備える。治具４０は、回転台４４を備えていなくてもよい。この場合、支持部４１が固定面４２を備える。

治具４０が回転台４４を備えている場合、回転台４４は、支持部４１の回転軸方向の端部と連結している。それ故、回転台４４は、支持部４１と共に回転することができる。回転台４４の形状も、支持部４１の形状と同様に、回転軸４３を軸とした軸対称形状であり得る。

図３では一例として、支持部４１及び回転台４４が何れも円柱形状である場合を描いている。回転台４４は、２つの円形の底面を有している。これら２つの底面のうち、一方の底面は支持部４１と連結されている。他方の底面は固定面４２である。

固定面４２は、例えば、真空吸着などで被洗浄物９９を固定することができる。固定面４２は、回転軸４３と垂直に交わっていることが好ましい。この場合、回転軸４３を軸として治具４０を回転させながら被洗浄物９９を洗浄する際に、被洗浄物９９に滴下する薬液が、被洗浄物９９の主面上に均一に広がり易くなる。その結果、被洗浄物９９を均一に洗浄することができる。

被洗浄物９９は、例えば、主面が円形の半導体ウェハである。被洗浄物９９は、固定面４２に固定することができるものであれば特に限定されない。

カップ１は、治具４０から離間した位置に配置されている。カップ１は、治具４０を取り囲む円環状の壁部を有したカップである。カップ１が有する円環状の壁部は、先に説明した第１カップ１０の第１壁部１２と第２カップ２０の第２壁部２２とを含む。カップ１は、先に説明した第１円盤部１１と第２円盤部２１とを含む円盤部をさらに含む。カップ１の内面側の円盤部の主面、つまり第２円盤部２１の主面でもある内側盤面３は、固定面４２と向き合っている。円盤部は、省略してもよい。

円盤部は、その一方の主面から他方の主面まで貫通した貫通孔３３を備える。貫通孔３３は、例えば、被洗浄物９９上に薬液を供給するために使用される。

カップ１のうち治具４０及び被洗浄物９９へ向かって面する内側盤面３と内周面６とは、バージンＰＴＦＥからなる第２部である第２カップ２０の内面に対応する。そのため、洗浄中に薬液がカップ１の内面から被洗浄物９９へ跳ね返っても、充填剤が不純物として残留する心配がない。それと同時に、カップ１の外側の部分に対応する導電性充填剤を含む第１部である第１カップ１０は抗塵性能を示し、カップ１への塵および埃などのゴミの付着が低減されている。従って、被洗浄物９９の不純物汚染を少なくできる。

カップ１の形状は、図１－図３に示したものに限られない。例えば、カップ１の内壁に角度勾配を設けてもよい。又は、カップ１の内壁をブラスト処理することにより表面粗さを高めてもよい。これらの手段により、被洗浄物への薬液の跳ね返りを低減することができる。そのため、カップ１の材料の充填剤以外に起因する不純物による汚染を減少させることができ、洗浄における不純物汚染を総合的に少なくできる。図４示す例の成形品は、カップ１の内壁に角度勾配を設けた変形例である。

図４に示すカップ１では、第１カップ１０は第１円盤部１１と第１壁部１２との間を連絡する第１勾配部１４をさらに含む。第２カップ２０は、第２円盤部２１と第２壁部２２との間を連絡する第２勾配部２４をさらに含む。第１勾配部１４により外側勾配面８が形成されており、第２勾配部２４により内側勾配面９が形成されている。第１勾配部１４は、省略してもよい。内側勾配面９の傾斜を適切に設定することで、被洗浄物から飛散した薬液を内側勾配面９にあたった時に重力方向に跳ね返させることができる。その結果、被洗浄物に跳ね返る薬液の量を低減することができる。

カップ１の内壁の少なくとも一部をブラスト処理して表面粗さを高めると、次の理由から被洗浄物への薬液の跳ね返りを低減できる。表面粗さを高くした面に薬液が当たると、この薬液は、薬液の入射角に対応した反射角で跳ね返る可能性が低い。例えば、ブラスト処理した内壁に当たった薬液は、複数の小さな液滴に分裂し、それぞれの液滴が様々な角度で跳ね返る。その結果、被洗浄物に跳ね返る薬液の量を低減することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法に係る。

一例の製造方法は、例えば、筒形の外金型内の下部に導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂粒子とを含む第１原料粉末を充填する工程と、外金型内の下部に充填した第１原料粉末の上に枠形状の内金型を載置する工程と、外金型の側面と内金型の側面との間に第１原料粉末をさらに充填する工程と、内金型の内側に四フッ化エチレン樹脂粒子からなる第２原料粉末を充填する工程と、内金型を除く工程と、外金型内に充填された第１原料粉末と第２原料粉末とにプレス成形を施して予備成形品を得て焼成することで未加工成形品を得る工程と、未加工成形品に切削加工を施す工程とを含む。

第１原料粉末は、導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂粒子とを含む。導電性充填剤としては、第１の実施形態にて説明した第１部に含むことができる導電性充填剤を用いることができる。第１原料粉末における導電性充填剤の含有量は、例えば、３質量％以上５質量％以下であり得る。ここでいう導電性充填剤の含有量は、第１原料粉末の総質量に対する質量割合を示す。四フッ化エチレン樹脂粒子に導電性充填剤を混合した混合材料を、第１原料粉末に用いてもよい。或いは、造粒により四フッ化エチレン樹脂と導電性充填剤との複合粒子を得て、この複合粒子を第１原料粉末に用いてもよい。

第２原料粉末は、四フッ化エチレン樹脂粒子からなる。つまり第２原料粉末は、四フッ化エチレン樹脂の粒子のみを含んだバージンＰＴＦＥ粉末である。第２原料粉末には、添加物を含ませない。

四フッ化エチレン樹脂粒子には、例えば、ＰＴＦＥモールディングパウダーを使用することができる。ここで、モールディングパウダーとは、懸濁重合で得られた原料粉末を意味する。モールディングパウダーは、いったん数十μｍ～数百μｍの大きさに粉砕され、続いて成形用途に応じ、粒状化｛造粒（pelletizing）｝、微粉化（finecutting）、前加熱（presintering）などの処理が施されたものである。また、granular resinとも言われる。

第１原料粉末および第２原料粉末にそれぞれ用いる四フッ化エチレン樹脂粒子の粒径は、例えば、２００μｍ以上５００μｍ以下であり得る。第１原料粉末に含まれている四フッ化エチレン樹脂粒子の粒径と第２原料粉末に用いる四フッ化エチレン樹脂粒子の粒径とは、同等であってもよく、或いは、異なっていてもよい。第１原料粉末と第２原料粉末との間で、四フッ化エチレン樹脂粒子の粒径が一致していることが望ましい。

図５－図１４を参照しながら、製造方法の具体例を説明する。

図５－図７、図９、図１１、及び図１２は、それぞれ実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す概略断面図である。図８は、図７に示すVIII－VIII’線に沿って切断した断面図である。図１０は、図９に示すX－X’線に沿って切断した断面図である。図１３は、実施形態に係るフッ素樹脂成形品を製造する際に得られる未加工成形品を示す概略断面図である。図１４は、図１３に示す未加工成形品の切削加工を表す概略断面図である。

図５は、外金型内の下部に導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂粒子とを含む第１原料粉末を充填する工程を示す。図５に示すように、枠状の外金型５２は、支持板５１の上に載置されている。外金型５２は、例えば、金属製の円筒であり得る。支持板５１は、例えば、金属板であり得る。外金型５２の内側の下部に第１原料粉末６１を所望の高さまで充填する。ここで、充填した第１原料粉末６１の表面を平坦にすることが望ましい。第１原料粉末６１の粒径が小さい方が平坦に充填しやすい。

図６は、外金型内の下部に充填した第１原料粉末の上に枠形状の内金型を載置する工程を示す。図６に示すとおり、外金型５２の中に充填した第１原料粉末６１の上に枠状の内金型５３を載置する。内金型５３は、例えば、金属製の円筒であり得る。内金型５３が倒れないよう安定させるために、内金型５３の下部が第１原料粉末６１に部分的にくい込んでも構わない。

図７及び図８は、外金型の側面と内金型の側面との間に第１原料粉末をさらに充填する工程を示す。外金型５２の下部に充填した第１原料粉末６１ａの上部の空間のうち、外金型５２の側面と内金型５３の側面との間に挟まれた部分に追加の第１原料粉末６１ｂを所望の高さまで充填する。内金型５３の内側には追加の第１原料粉末６１ｂを充填しない。下部に充填した第１原料粉末６１ａと外金型５２と内金型５３との間に充填する追加の第１原料粉末６１ｂとが同一のものであることが望ましい。以降、第１原料粉末６１ａと追加の第１原料粉末６１ｂとを区別せず、単に“第１原料粉末６１”と呼ぶ。

図９及び図１０は、内金型の内側に無添加の四フッ化エチレン樹脂粒子からなる第２原料粉末を充填する工程を示す。内金型５３の側面に囲まれた内側にバージンPTFE粒子からなる第２原料粉末６２を所望の高さまで充填する。例えば、第１原料粉末６１を外金型５２と内金型５３との間に充填した高さと第２原料粉末６２を内金型５３の内側に充填する高さとは、一致し得る。第２原料粉末６２は、第１原料粉末６１の一部の上に積み重ねられる。

図１１及び図１２は、内金型を除く工程および外金型内に充填された第１原料粉末と第２原料粉末とにプレス成形を施して予備成形品を得て焼成することで未加工成形品を得る工程を示す。図１１に示すとおり間を仕切っていた内金型５３を取り除いても、それぞれの原料粉末は、内金型５３を取り除く前と取り除いた後とで凡そ同じ分布を維持する。

内金型５３を取り除いた後、外金型５２内のそれぞれの原料粉末の上にプレス盤５４を載せる。プレス盤５４を用いて所定の圧力で第１原料粉末６１及び第２原料粉末６２を加圧する。図１２に示すとおり加圧後の予備成形品においても、第２原料粉末６２は中央の上部の分布を維持し、第１原料粉末６１は残部に分布する。

得られた予備成形品を焼成して未加工成形品を得る。予備成形品の焼成温度は、特に限定されるものではない。例えば、ＰＴＦＥの未焼成ポリマーの融点３４０℃以上の温度で焼成する。好ましい焼成温度は、３６０℃以上３８０℃以下である。

第１原料粉末６１及び第２原料粉末６２は、何れも主に四フッ化エチレン樹脂粒子から構成されているため、互いに親和性が高い。そのため、予備成形品を焼成することで、第１原料粉末６１と第２原料粉末６２とが溶融し、一体化した未加工成形品が得られる。

図１３及び図１４は、未加工成形品に切削加工を施す工程を示す。予備成形品により得られた未加工成形品７０は、第１部７１と第２部７２とを含む。第１部７１には、導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂とが含まれている。つまり第１部７１は、導電性充填剤を含有する四フッ化エチレン樹脂から成る。第２部７２は、無添加の四フッ化エチレン樹脂から成る。未加工成形品７０に対し切削加工を施し、所望の形状のフッ化エチレン樹脂成形品を得ることができる。例えば、図１４に示す破線７３で示すように、図１で示したカップ１の形状の成形品を削り出すことができる。

上記方法では、第１部の原料である第１原料粉末と第２部の原料である第２原料粉末とを粉末の状態で共に充填して焼成した一体成形品が得られる。一体成形であるため、個別に製造した第１部と第２部との溶接結合が不要になる。また、個別に製造した部材同士を溶接結合するときに発生し得る歪みが生じない。

第１の実施形態に係るフッ素樹脂成形品を製造する方法は、上記例に限られない。例えば、円盤部を省略した半導体洗浄装置用カップを製造する場合は、内金型を載置する前に外金型に第１原料粉末を充填する工程を省略する他の例の製造方法を採用してもよい。

実施形態に係る製造方法の他の例は、例えば、筒形の外金型の側面と外金型の中に載置した枠形状の内金型の側面との間に上記第１原料粉末を充填する工程と、内金型の内側に上記第２原料粉末を充填する工程と、内金型を除く工程と、外金型内に充填された第１原料粉末と第２原料粉末とにプレス成形を施して予備成形品を得て焼成することで未加工成形品を得る工程と、未加工成形品に切削加工を施す工程とを含む。

例えば、第１原料粉末を外金型に充填する前に、支持板の上に内金型を直接載置できる。外金型と内金型との間に第１原料粉末を充填し、内金型の内側に第２原料粉末を充填し、続いてプレス成形および焼成することで、例えば、第２部からなる芯部とこの芯部の外側に位置する第１部とを有する円柱形状の未加工成形品を得ることができる。所望の形状に切削加工を行うことで、フッ素樹脂成形品が得られる。

以上説明した実施形態によれば、導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂とを含む第１部と、四フッ化エチレン樹脂からなり第１部と隣接する第２部とを含む、フッ素樹脂成形品が提供される。このフッ素樹脂成形品は、不純物汚染を少なくできる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲を付記する。
［１］ 導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂とを含む第１部と、
前記第１部と隣接し四フッ化エチレン樹脂からなる第２部とを含む、フッ素樹脂成形品。
［２］ 前記導電性充填剤は、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、チタン酸カリウム、金属酸化物、銀粉末、銅粉末、鉄粉末、及びアルミニウム粉末からなる群より選択される１以上を含む、［１］に記載のフッ素樹脂成形品。
［３］ 前記第１部における前記導電性充填剤の含有量は３質量％以上５質量％以下である、［１］又は［２］に記載のフッ素樹脂成形品。
［４］ 平板部と、
前記平板部の主面方向と交差する方向に延出する枠状の壁部とを有する容器構造を有し、
前記平板部の外側主面と前記枠状の壁部の外周面とで前記第１部が露出し、前記平板部の内側主面と前記枠状の壁部の内周面とで前記第２部が露出する、［１］乃至［３］の何れか１つに記載のフッ素樹脂成形品。
［５］ 前記主面方向と交差する方向への前記平板部の板厚が５ｍｍ以上であり、前記枠状の壁部の壁厚が５ｍｍ以上である、［４］に記載のフッ素樹脂成形品。
［６］ 前記主面方向と交差する方向への前記平板部における前記第１部の板厚が３ｍｍ以上であり、前記主面方向と交差する方向への前記平板部における前記第２部の板厚が２ｍｍ以上であり、前記枠状の壁部における前記第１部の壁厚が３ｍｍ以上であり、前記枠状の壁部における前記第２部の壁厚が２ｍｍ以上である、［５］に記載のフッ素樹脂成形品。
［７］ 前記第１部は、第１平板部と前記第１平板部の第１主面方向と交差する方向に延出する枠状の第１壁部とを有する第１容器からなり、
前記第２部は、第２平板部と前記第２平板部の第２主面方向と交差する方向に延出する枠状の第２壁部とを有する第２容器からなり、
前記第１平板部の内側主面と前記第２平板部の外側主面とが密着しており、前記第１壁部の内周面と前記第２壁部の外周面とが密着している、［１］乃至［３］の何れか１つに記載のフッ素樹脂成形品。
［８］ 前記第１主面方向と交差する方向への前記第１平板部の板厚が３ｍｍ以上であり、前記第１壁部の壁厚が３ｍｍ以上であり、前記第２主面方向と交差する方向への前記第２平板部の板厚が２ｍｍ以上であり、前記第２壁部の壁厚が２ｍｍ以上である、［７］に記載のフッ素樹脂成形品。

１…カップ、２…外側盤面、３…内側盤面、４…平面状接面、５…外周面、６…内周面、７…円環状接面、８…外側勾配面、９…内側勾配面、１０…第１カップ、１１…第１円盤部、１２…第１壁部、１３…第１貫通孔、１４…第１勾配部、２０…第２カップ、２１…第２円盤部、２２…第２壁部、２３…第２貫通孔、２４…第２勾配部、３３…貫通孔、４０…治具、４１…支持部、４２…固定面、４３…回転軸、４４…回転台、５１…支持板、５２…外金型、５３…内金型、５４…プレス盤、６１…第１原料粉末、６１ａ…第１原料粉末、６１ｂ…第１原料粉末、６２…第２原料粉末、７０…未加工成形品、７１…第１部、７２…第２部、７３…破線、９９…被洗浄物。

Claims (9)

1. 平板部と、
   前記平板部の主面方向と交差する方向に延出する枠状の壁部とを有する容器構造を有し、
   前記平板部は前記主面方向と交差する方向に前記平板部を貫通する貫通孔を有し、
   導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂とを含む第１部が前記平板部の外側主面と前記枠状の壁部の外周面とで露出し、
   前記第１部と隣接し四フッ化エチレン樹脂からなる第２部が前記平板部の内側主面と前記枠状の壁部の内周面とで露出する、フッ素樹脂成形品。
2. 前記導電性充填剤は、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、チタン酸カリウム、金属酸化物、銀粉末、銅粉末、鉄粉末、及びアルミニウム粉末からなる群より選択される１以上を含む、請求項１に記載のフッ素樹脂成形品。
3. 前記第１部における前記導電性充填剤の含有量は３質量％以上５質量％以下である、請求項１又は２に記載のフッ素樹脂成形品。
4. 前記主面方向と交差する方向への前記平板部の板厚が５ｍｍ以上であり、前記枠状の壁部の壁厚が５ｍｍ以上である、請求項１乃至３の何れか１項に記載のフッ素樹脂成形品。
5. 前記主面方向と交差する方向への前記平板部における前記第１部の板厚が３ｍｍ以上であり、前記主面方向と交差する方向への前記平板部における前記第２部の板厚が２ｍｍ以上であり、前記枠状の壁部における前記第１部の壁厚が３ｍｍ以上であり、前記枠状の壁部における前記第２部の壁厚が２ｍｍ以上である、請求項４に記載のフッ素樹脂成形品。
6. 導電性充填剤と四フッ化エチレン樹脂とを含む第１部と、
   前記第１部と隣接し四フッ化エチレン樹脂からなる第２部とを含み、
   前記第１部は、第１平板部と前記第１平板部の第１主面方向と交差する方向に延出する枠状の第１壁部とを有する第１容器からなり、
   前記第１平板部は前記第１主面方向と交差する方向に前記第１平板部を貫通する第１貫通孔を有し、
   前記第２部は、第２平板部と前記第２平板部の第２主面方向と交差する方向に延出する枠状の第２壁部とを有する第２容器からなり、
   前記第２平板部は前記第２主面方向と交差する方向に前記第２平板部を貫通し前記第１貫通孔と連結する第２貫通孔を有し、
   前記第１平板部の内側主面と前記第２平板部の外側主面とが密着しており、前記第１壁部の内周面と前記第２壁部の外周面とが密着している、フッ素樹脂成形品。
7. 前記導電性充填剤は、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、チタン酸カリウム、金属酸化物、銀粉末、銅粉末、鉄粉末、及びアルミニウム粉末からなる群より選択される１以上を含む、請求項６に記載のフッ素樹脂成形品。
8. 前記第１部における前記導電性充填剤の含有量は３質量％以上５質量％以下である、請求項６又は７に記載のフッ素樹脂成形品。
9. 前記第１主面方向と交差する方向への前記第１平板部の板厚が３ｍｍ以上であり、前記第１壁部の壁厚が３ｍｍ以上であり、前記第２主面方向と交差する方向への前記第２平板部の板厚が２ｍｍ以上であり、前記第２壁部の壁厚が２ｍｍ以上である、請求項６乃至８の何れか１項に記載のフッ素樹脂成形品。