JPH01119661A - 有機物薄膜の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電界離脱法を応用して有機物薄膜を製造する
方法に関し、さらに詳しくは、金属、セラミックス、そ
の他の無機物質または有機物質等の基板上に所望の特性
を持ち、かつ基板との密着性に優れた有機物の薄膜を製
造する方法に関する。

従来の技術 固体表面に各種有機物質材料の薄い被膜を形成し、該有
機物質と同様の表面特性を与えることはよく知られた技
術である。従来、基板上に有機物質の薄膜を形成する方
法として、溶液塗布法、溶射法、プラズマ重合法、真空
蒸着法、真空蒸着法をさらに改変したスパッタリング法
やイオンブレーティング法など各種の方法が知られてい
る。

これらの方法は、それぞれ特有の利点を有するが、他方
、欠点も多く、かつ技術的に解決すべき研究課題が数多
く残されている。

例えば、溶液塗布法は、高分子物質の溶液を基板上に塗
布した後、溶媒を乾燥除去して高分子物質の被膜を形成
する方法であり、従来から行なわれてきた簡単な方法で
あるが、溶剤の乾燥という後処理が必要であること、ま
た、溶剤の蒸発に伴なう環境衛生上の問題があること、
発泡、アバタ等の膜厚のむらが生じやすいこと、しかも
基板との密着性を改善することが難しいことなどの欠点
がある。

溶剤を用いない方法としては、熱可塑性樹脂を高電圧ア
ーク火花で溶融させ、基板上に吹き付けて被覆層を形成
させる溶射法があるが、成膜中にピンホールを含みやす
く、緻密な膜を形成することが難しいという欠点がある
。

プラズマ重合法は、原料物質としてモノマーガスをプラ
ズマ雰囲気中に供給し、基板上に重合膜を形成させる方
法であり、例えば、プラズマ反応室内部の電極上に基板
を載置し、０．２〜０．４Ｔｏｒｒの圧力でテトラフル
オロエチレン（Ｔ　Ｆ　Ｅ）七ツマ−を流しながら、該
電極と対電極との間に高周波を印加すると、ＴＦＥは励
起されプラズマを生成し基板表面にポリマーを形成する
。このプラズマ重合法は、比較的接着強度の高い薄膜を
形成することができるけれども、重合反応の制御が難し
く、また、分子構造が規則正しい高分子物質を形成する
ことができないという欠点がある。

真空蒸着法は、真空室中で、材料を加熱して蒸発させ、
薄膜として基板上に沈着させる方法である。この方法を
有機物材料からの薄膜形成に適用するにあたって、基板
との密着性を高めるために基板を加熱しておく方法があ
るが、基板を加熱しながら成膜すると、析出物の再蒸発
が起こり成膜速度が遅くなるという欠点がある。

最近、これらの薄膜製造技術の欠点を克服するために、
原料の有機物質の分解を制御しながら、これを粒子状と
して取り出す電界離脱法を利用して薄膜を形成する方法
が提案されているが、この方法で有機物質を基板上に析
出させたものは、基板との密着性が十分ではないという
欠点があった。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、従来技術における有機物薄膜の形成方
法の欠点を改良し、ピンホールがなく、しかも基板との
密着性の良好な有機物質の薄膜を製造する方法を提供す
ることにある。さらに具体的には、一般的に加熱すると
蒸発が起こる前に熱分解が起こる有機物質を、熱分解さ
せずに微細な粒子とするために電界離脱法を応用し、有
機物粒子を基板上へ析出させ、その析出物を真空中ある
いは加圧下で焼付を行なう有機物薄膜の製造方法を提供
することにある。

問題点を解決するための手段 かくして本発明によれば、真空室内において、薄膜形成
原料である有機物質をその軟化点または融点以上の温度
に加熱できる電極に保持して軟化点または融点以上に加
熱し、次いでその電極と空間を隔てて対向する対電極と
の間に電圧を印加し、その電界の吸引力により原料物質
を保持電極から分子イオンおよび／または帯電粒子とし
て気相中へ離脱させ、基板上へ薄膜状に析出させた後、
１０−４Ｔｏｒｒ以上の圧力下で原料有機物質の融点の
上下５０℃の範囲内で析出物を加熱することを特徴とす
る有機物薄膜の製造法が提供される。

以下１本発明の構成要素について説明する。

（電界離脱法） 本発明においては、原料物質の分解を抑制し。

これを粒子状とするために、いわゆる電界離脱法（Ｆｉ
ｅｌｄ　［１ｅｓａｒｐｔｉｏｎ）を利用する。すなわ
ち、エミッタで有機物質を軟化点もしくは融点以上に加
熱した状態とし、空間を隔てた対電極との間に高電圧を
印加し、それにより発生する電界の吸引力により、有機
物を微細な粒子として気相中に引き出す、これを基板上
に導いて析出させ、その析出物を真空中あるいは加圧下
で焼付けを行なう。

ところで、高分子材料などが塗っである鋭く尖った針金
やカミソリの刃の先端などと対向電極との間に高電圧を
かけ、約１０８Ｖ／ｃｍ以上の強い電場を作り、徐々に
温度を下げると、先端に塗られた有機物材料が部分的に
イオン化されて飛び出す、この場合、有機物材料は非常
に微細な液滴になり、ジェット噴射状として飛び出す場
合と分子状のいわゆる分子イオンとしてで飛び出す場合
とがある。質量分析法においては、後者の現象が難揮発
性物質の分子イオンスペクトルを測定するためのイオン
化法として応用されているが、非常に１ｍのイオンで質
量スペクトルが得られるので、ジェット噴射現象は利用
されず、むしろ質量分析にとって有害なものとして前処
理により除去される。

本発明の方法においては、電界離脱法として前記ジェッ
ト噴射による帯電粒子および分子イオンの両方を有効に
利用する０本発明では、電界離脱法により高分子物質等
の難揮発性有機物質の分解を最少限に抑え、これを分子
状にして気相中に取り出し、次いで、直接被覆すべき基
板上に導き有機物薄膜を形成させる。そして、有機物薄
膜の基板への’ＦＡＲ性を付与するために、特定条件下
での加熱処理を行なうのである。

以下、本発明の電界離脱法について、さらに具体的に説
明する。

第１図および第２図は、本発明の弊造法に用いる装置を
模式的に表した略図である。第１図において、電極（２
）は有機物質（１）をその軟化点または融点以上に加熱
することができる電極（ヒーター）であり、有機物質は
その電極上に載置するなどして保持される。有機物質は
、予めこのヒーターにより軟化点または融点以上に加熱
される０通常、有機物質は加熱により溶融状態にされる
ので、有機物質を保持するために、多孔質金属を用いる
とよい、多孔質金属とは、ＮｔあるいはＮｉ−Ｃｒ合金
製等からなる骨格が三次元の網目状の金属であり、その
形状は板状で、粉末状の有機物を空孔内に保持する。対
向電極（３）は、第１図では、電極（１）の上方に一定
の間隔をあけて設けているが、必ずしも上方にある必要
はなく、電界の吸引力を生じさせる位置にあればよい、
基板（４）は、適当な支持装置で保持し、通常、有機物
質から気相中へ遊離した分子イオンおよび／または帯電
粒子が析出し易い位置に置く。

第１図では、両電極の上、したがって有機物質を載置し
た電極の上方に設こしである。

これら両電極および有機物質は、真空室（真空チャンバ
ー）内に置く、原料の有機物質が溶融状態などの適当な
加熱状態に達すると、電極（２）と対電極（３〕との間
に高電圧電源（５）により高電圧を印加し、有機物質か
ら気相中へ分子イオンおよび／または帯電粒子を遊離さ
せる。この場合、真空室内は、１０−２Ｔｏｒｒ以下、
好ましくはｌＸｌ０−８〜１０−２Ｔａｒｒ程度の真空
にしておく、印加する電圧は、使用する有機物質の種類
にもよるが、１０〜３０ＫＶの範囲であり、通常は２０
ＫＶ程度である。気相中へ遊離した有機物質の分子イオ
ンおよび／または帯電粒子は、基板上に析出して薄膜を
形成する。電圧を印加する時間は、基板上に析出する有
機物薄膜の所望の厚みにもよるが、通常、１０〜３０分
程度である。もちろん、これらの操作条件は、使用する
有機物質の種類や所望の表面特性を得る等のために、当
業者であれば適宜変更し得るものである。

次いで、基板上に析出した有機物質の析出物は、１０−
４Ｔｏｒｒ以上の圧力下、好ましくは１０−４〜Ｉ　Ｏ
−１丁ｏｒｒの圧力下で、加熱処理に付される。

大気圧下でもよい、　　１０−４Ｔｏｒｒ以上の圧力下
で加熱処理を行なう理由は、析出物の再遊離を避けるた
めである。加熱温度は、原料の有機物質の融点の上下５
０℃の範囲内にあることが必要である。

この範囲以下の低温では、加熱処理による密着性付与効
果が劣り、逆にあまり高い温度であると、析出した有機
物質が分解したり、再遊離するので、いずれも好ましく
ない、加熱処理の時間は、１〜５分程度で十分である。

本発明においては、この加熱処理により有機物質からな
る５４膜を基板上に焼付けて強固に密着させるのである
。

本発明の方法により、連続的に有機物薄膜を製造するこ
とができる。第２図は、有機物薄膜の連続的製造法を示
す例である。第２図面に示す連続成膜装置は、成膜室（
１０）、加熱処理（焼付）室（６）および差動排気室（
１１）からなり、箔やシート、フィルムなどの形状の基
板（８）を巻取機を用いて成膜室から焼付室へ連続的に
供給するように構成している。差動排気室（１１）によ
り、成膜室と焼付室との真空度をそれぞれ所定の気圧と
なるように調節している。多孔質金属に保持された有機
物質（７）は、電極（ヒーター）（１２）によって加熱
され、高電圧電源（１３）で電圧を印加される。気相中
へ遊離した分子イオンおよび／または帯電粒子は、基板
（８）の表面に析出する０次いで、焼付室（６）に送ら
れた有機物の薄膜を有する基板は、ヒーター（１４）に
より加熱処理される。

（有機物質） 本発明で使用する有機物質としては、従来から有機物の
薄膜を製造する際に用いられてきた多くのものが挙げら
れ、特に制限されるものではないが、加熱すると蒸発が
起こる前に熱分解が生じる有機物質に好適に適用できる
。中でも、特に耐熱性に優れた高分子や撥水性、防湿性
などに優れた高分子、例えばポリフェニレンサルファイ
ドやポリテトラフルオロエチレン、ポリ−４−メチルペ
ンテン−１などを用いれば、基板表面にそれらの有機物
質が有する特性を付与することができるので好ましい。

（基板） 基板としては、各種固体物質が使用される０例えば、ス
テンレス板やアルミ箔などの各種金属類、プラスチック
などが挙げられる。基板の形状は特に制限されない。

（有機物薄膜） 本発明の製造法により基板上に得られる有機物薄膜は、
厚さ０．１〜５ＪＬｍ程度のものであり、ピンホールや
発泡のない！＆密な膜である。しがも、この薄膜は基板
との密着性に優れている。

そして、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）のｉ膜を被覆した基板は、ＰＴＦＥなみの撥水性を
示すようになり、また、緻密で防湿性が付与される。こ
のように１表面に有機物質の被膜を設けることによって
、その有機物質の有する特性を基板（各種固体物品）表
面に付与することができるので、本発明は、エレクトロ
ニクス、光学、精密機械、その他の広範な産業分野にお
いて利用することができる。

実施例 以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説
明するが１本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

実施例１ 第１図に示すように、原料の有機物質として融点が２７
０℃のポリフェニレンスルフィド（以下、ＰＰＳと略称
する。）を用い、これを多孔質金属に保持し、この多孔
質金属をヒーター（２）により３００℃に加熱し、原料
物質を溶融状態にする０次に、この多孔質金属と空間を
隔てて対向した電極（３）との間に電圧を２０ＫＶ印加
する。このとき真空チャンバー内は、１０−４↑ａｒｔ
以下にしておき、２０分経過後基板であるステンレス板
に膜厚５０００Ａのｐｐｓｇ膜が得られた。

この基板を大気中に取り出し、ヒーター上で２８０℃に
加熱した後、ピーリングテープで密着性テストをしたと
ころ、はがれたものはＯ／１００（個）であった、この
ように、本発明の薄膜は基板に対するｖＥ着性に優れて
いることが分る。

ここで、密着性テストは１次のようにして行なった。ま
ず、薄膜にナイフあるいはカッター等で１ｍｍ角の基盤
目を１００個作り、この基盤目１７）全体にピーリング
テープをしっかりと貼りつける。その後、テープをはが
し、このときにはがれた基盤目の数を調べた。

比較例１ 大気中で加熱処理しなかったこと以外は、実施例１と全
く同様の条件でＰＰＳの薄膜を作成した。この大気中で
の加熱前のＰＰＳ［膜についてピーリングテープにて密
君性を調べたところ、その結果は１００／１００（個）
であり、密着性が極めて劣るものであった。

実施例２ 第２図に示す連続成膜用の装置を用いて連続的に有機物
薄膜を製造した。この装置は、前記したとおり成膜室（
１０）と焼付室（６）を備えている。原料の有機物とし
て融点が３１５℃のポリテトラフルオロエチレン（以下
、ＰＴＦＥと略称する。）を用い、これを多孔質金属（
７）に保持し、この多孔質金属を４００℃に加熱し、原
料ＰＴＦＥを溶融状態にする。これを空間を隔てて対向
した対向電極（１５）との間に電圧を２０ＫＶ印加する
。

このとき基板であるアルミ箔は、ｉｎ／分の速度で移動
させ、成膜室から焼付室へ連続的に供給する。焼付室は
、３５０℃に保っておき、巻取機（９）によりアルミ箔
を連続的に巻取って行く。

ここで、成膜室の真空度は、１０−４Ｔｏｒｒとし、焼
付室は１０−３Ｔｏｒｒにしておく、これにより作成し
たＰＴＦＥ膜は、厚さが約５００ＯＡで、撥水性が良好
であり、基板との密着性も良好であった。

発明の効果 本発明の有機物薄膜の製造法により、従来の方法に比べ
てはるかに基板との密着性に優れた、ピンホールのない
ｆ＆密な有機物薄膜を得ることができる。

（以下余白）

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の製造法に用１．％る装
置の例を模式的に表した略図である。 １、有機物質を保持した　　９．捲取機多孔質全屈　　
　　　　１０．成膜室 ２、電極（ヒーター）　　　　＋１．差動排気室３、対
向電極　　　　　　　１２．電極（ヒーター）４、基板
　　　　　　　　　１３．高電圧電源５、高電圧電源　
　　　　　１４．ヒーター６、焼付室　　　　　　　　
１５．対向電極７、有機物質を保持した 多孔質全屈 ８、基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空室内において、薄膜形成原料である有機物質をその
   軟化点または融点以上の温度に加熱できる電極に保持し
   て軟化点または融点以上に加熱し、次いでその電極と空
   間を隔てて対向する対電極との間に電圧を印加し、その
   電界の吸引力により原料物質を保持電極から分子イオン
   および／または帯電粒子として気相中へ離脱させ、基板
   上へ薄膜状に析出させた後、１０−４Ｔｏｒｒ以上の圧
   力下で原料有機物質の融点の上下５０℃の範囲内で析出
   物を加熱することを特徴とする有機物薄膜の製造法。