JPH0270059A

JPH0270059A - 器具およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0270059A
Application number: JP30518387A
Authority: JP
Inventors: Tomio Kazahaya; 風早　富雄; Satoshi Katsumata; 聡勝又
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1990-03-08

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］本発明は器具およびその製造方法に関し、さらに詳しく
は、耐薬品性に優れ、高強度の特に細目容器に関する。

［従来の技術およびその問題点］従来のガラス器具は、フッ化水素等の強酸や、アルカリ
等に冒される欠点がある。したがって、従来のガラス器
具をこのような強酸に接触させるための化学実験器具と
して使用することができない。

そこで、強酸やアルカリの接触する場合には、ポリエチ
レン製、テフロン製の器具を使用しなければならない。

しかしながら、このような合成樹脂製の器具は、耐酸性
や耐アルカリ性に優れている反面、耐溶剤性に問題があ
り、しかも耐熱性が低い。また、近年、透明性に優れた
プラスチック器具がでまわっているが、溶剤の使用、洗
浄等により傷が付き、透明性の低下する欠点がある。

したがって、たとえば、強酸やアルカリなどを頻繁に使
用する機会が多く、しかも耐熱性の要求される化学実験
器具としては、未だ適切な素材のものがないと言っても
過言ではない。さらには、従来の化学実験器具はガラス
やプラスチックの特性が充分生かされていない。

また、本願発明者は、高周波プラズマＣＶＤ装置により
器具の表面に硬質炭素膜を形成することにつき検討して
いるが、相対向して配置された平行平板電極間に細目の
ガラス製あるいはプラスチック製容器を配置して、炭素
源ガスを励起して得られるプラズマを前記容器に接触さ
せるとき、前記容器の外周面に硬質炭素膜が形成されて
も、内表面には硬質炭素膜を形成するのが困難であるこ
とを知った。

通常、容器内に酸性あるいはアルカリ性の液を入れるこ
とが多いのであるから、細目の容器内に硬質炭素膜を形
成して、耐薬品性、耐溶剤性の向上を図ることは重要で
ある。

本発明は、従来の欠点を克服して、耐薬品性に優れた高
強度の器具を提供することを目的とするものである。

本発明の他の目的は、小径の開口部を有する器具の内表
面に硬質炭素膜すなわちダイヤモンド状炭素および／ま
たはダイヤモンドの膜を形成してなる器具を製造する方
法を［問題点を達成するための手段］本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果
、開口部に平行な断面がその開口部と同等の内部空間お
よび／またはそれ以上の内部空間を有する陰極を用いて
反応室内で反応させることによって、比較的細口の器具
の少なくとも内周面にダイヤモンド状炭素および／また
はダイヤモンドの膜を形成して、耐薬品性に債れ、かつ
高強度の器具を得るとともにその製造方法の開発に成功
し本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の第１の構成は、開口部に平行な断面
の面積が前記開口部の面積と同等の内部空間および／ま
たはそれ以上の内部空間を有すると共にダイヤモンド状
炭素および／またはダイヤモンドの膜をその内表面に形
成してなることを特徴とする器具である。

本発明の第２の構成は、反応室内に、陽極と、開口部に
平行な断面の面積が前記開口部の面積と同等の内部空間
および／またはそれ以上の内部空間を有する陰極とを、
前記陰極の開口部と陽極とを相対向させて配置し、前記
陰極内に陰極の内部空間と同様の形状を有する器具を収
容し、この反応室内に導入した炭素源ガスを励起して得
られるプラズマを前記器具の内表面に接触させて、前記
器具の内表面にダイヤモンド状炭素および／またはダイ
ヤモンドの膜を形成することを特徴とする器具の製造方
法である。

本発明の器具は、開口部を有し、その開口部に平行な断
面の面積が開口部と同等もしくはそれ以上であるような
内部空間を有し、その内周面には、ダイヤモンド状炭素
および／またはダイヤモンドの膜が形成されている。

本発明の器具の形状は、たとえば、円筒状、角筒束、フ
ラスコ状、三角フラスコ状、角錐状など種々の形状をそ
の器具の用途等に応じて採用することができて特に制限
がないのであるが、フラスコ状、三角フラスコ状などの
開口部が内部空間よりも狭い細目容器状のものが好まし
い。

前記器具の材質としては、ガラス、プラスチック等が挙
げられる。

前記ガラスとしては、特に制限がなく、たとえば、石英
ガラス、９６％石英ガラス、ソーダ石灰ガラス（窓ガラ
ス）、ソーダ石灰ガラス（板ガラス）、ソーダ石灰ガラ
ス（ピンガラス）、ソーダ石灰ガラス（電球用ガラス）
、電気用、光学用および工芸用の鉛ガラス、アルミノホ
ウケイ酸ガラス、低膨張ホウケイ酸ガラス、低損失ホウ
ケイ酸ガラス、タングステン封着ホウケイ酸ガラスおよ
びアルミノケイ酸塩ガラスなどの実用ガラスを挙げるこ
とができる。

また、この発明で使用することのできるガラスには、光
学ガラス、化学強化ガラス、ホトクロミックガラス、結
晶化ガラスなども含めることができる。

プラスチックとしては、特に制限されることはなく、通
常のものを用いることができ、たとえば、ポリオレフィ
ン樹脂、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂およびその共重合
樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリスチレンおよびその共
重合樹脂等の一般用樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセ
タール、ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル樹脂
、ポリフェニレンオキサイドおよびノリル樹脂、ポリス
ルフォン等のエンジニアリングプラスチックが挙げられ
る。

前記ポリオレフィン樹脂としては、たとえば、超高密度
ポリエチレン、高密度ポリエチレン、中、低密度ポリエ
チレン、直鎖状低密度ポリエチレン等のポリエチレン、
アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチック
ポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン等のポリ
プロピレン、ポリブテン、４−メチルペンテン−１樹脂
等が挙げられ、また、この発明においては、エチレン−
プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、
エチレン−塩化ビニル共重合体、プロピレン−塩化ビニ
ル共重合体等のオレフィンとの共重合体をも使用するこ
とができる。

前記フッ素樹脂としては、テフロンなどを挙げることが
できる。

前記塩化ビニルの共重合樹脂としては、たとえば、塩化
ビニル−酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル−塩化ビニリデン
共重合樹脂、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合樹脂
等が挙げられる。

前記酢酸ビニル系樹脂としては、たとえば、酢酸ビニル
樹脂、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルブチラ
ール等が挙げられる。

前記ポリスチレンの共重合樹脂としては、たとえば、Ａ
ＢＳ樹脂、ＳＡＮ樹脂、ＡＣ３樹脂等が挙げられる。

前記ポリアミド系樹脂としては、たとえばナイロン６、
ナイロン８、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６
１０等が挙げられる。

前記ポリアセタールは、単一重合体であっても共重合体
であってもよい。

前記ポリカーボネートとしては、たとえば、ビスフェノ
ールＡとホスゲンとから得られるポリカポネート、ビス
フェノールＡとジフェニルカポネートとから得られるポ
リカーボネート等が挙げられる。

前記熱可塑性ポリエステル樹脂としては、たとえば、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレ
ート等が挙げられる。

いずれの材質を使用するかは、この器具の用途に応じて
適宜に決定することができる。

本発明において、ダイヤモンドの膜とは、原子間の結合
状態がダイヤモンドのそれに近似しているか完全にダイ
ヤモンド状態になっており、また、ダイヤモンド状炭素
の膜は、結晶性が弱くてアモルファス状の構造で有るが
透光性があり、硬度の点においてもダイヤモンドに良く
似た特性を有するものである。

本発明においては、上記のダイヤモンド状炭素および／
またはダイヤモンドがそれぞれ単独で膜状に形成される
場合および両者が混合して膜状に形成される場合のいず
れも本発明に包含するものである。

ダイヤモンド状炭素および／またはダイヤモンドの膜は
、たとえば、ガラス表面に１００Ａ以上、好ましくは５
００Ａ以−ヒ、さらに好ましくは５００〜ｔｏ、ｏｏｏ
λの厚みで形成するのが良い。この厚みが１００＾より
も小さいと、耐薬品性が充分に発揮されないことがある
。また、厚みが１０，０ＯＯＡよりも大きい場合、厚み
を大きくするに比例した効果が奏されないことがある。

この発明の器具は、たとえば、ビーカー、フラスコ、結
晶皿や蒸発皿などの各種のガラス皿、秤量ビンや吸引ビ
ン、採取ビンなどのビン類、冷却器、デシケータ−１吸
引装置、ピペット、メスシリンダー、ビユレット、ロー
ト、キップガス発生器および濾過器などの実験器具、コ
ツプ、皿およびボウルなどの生活用品ならびに表面にグ
イヤモンド状炭素薄膜またはダイヤモンド薄膜を形成し
てなるガラスをライニングした鋼管などの産業用部材な
どに幅広く利用することができる。

次に、本発明の方法に係る製造方法を、その製造装置と
共に説明する。

第１図は本発明の製造方法により器具の表面にダイヤモ
ンド状炭素薄膜および／またはダイヤモンド薄膜を形成
するためのホローカソード型の高周波プラズマ装置の概
念図である。

図示したように、前記高周波プラズマ装置１は、炭素源
ガスおよびキャリヤーガスの導入孔２および排気孔３を
備えた反応室４内に、上方を開口した円筒状の陰極５を
配置する。

この陰極の内部空間６は、その内部に収容される器具８
の形状と同様の形状を有する。この陰極５の内部空間６
にガラス製またはプラスチック製の器具８を収納する。

さらに、この円筒状の陰極５の上方には、開口部７に対
向させて陽極９を配置し、この陽極９には、図示しない
ヒーターが埋め込まれている。

また、加熱手段としては、別にランプ加熱等の手段を用
いることができる。

前記陰極５には、高周波型［０あるいは直流電源１１が
接続されており、これによって印加することによって、
炭素ガスを励起してプラズマを発生させる。

本発明の方法に用いる陰極５は、外形は特に制限はない
が、内部空間６の形状が、プラズマ処理される器具８の
外形と同様の形状のものを用い、たとえば、角筒状、円
筒状、フラスコ状、三角フラスコ状、角錐状など種々の
形状のものを用いることができる。

この発明においては、器具８を陰極５の内壁に近接させ
るかあるいは内壁から十分に離して上記陰極５に器具８
を収納する。陰極５の内壁に近接させた場合には器具８
の内周面にダイヤモンド状炭素および／またはダイヤモ
ンドの膜１２が形成され、内壁から離した場合には、器
具８の内周面および外周面に上記の膜が形成される。

上記陰極５にたとえばフラスコなどの細口容器状のもの
を収容する場合には、その陰極を割型に構成することに
よって収容することができる。

上記陰極５に対向して設けられる陽極９は、陰極５の開
口部７からたとえば５〜２００ｍｍ、好ましくは、１０
〜１００厘厘の距離をもって配置されるが、場合によっ
ては、陽極９を用いずに反応装置自体を電極としても良
い。

前記炭素源ガスとしては、たとえば、メタン、エタン、
プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサンなどのアルカン
類、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ブタジ
ェンなどのアルケン類、アセチレンなどのアルキン類、
ベンゼン、トルエン、キシレン、インデン、ナフタリン
、フェナントレンなどの芳香族炭化水素類、シクロプロ
パン、シクロヘキサンなどのシクロパラフィン類、シク
ロペンテン、シクロヘキセンなどのシクロオレフィン類
などが挙げられる。

また、炭素源ガスとして、−酸化炭素、二酸化炭素、メ
チルアルコール、エチルアルコールなどの含酸素炭素化
合物、メチルアミン、エチルアミン、アニリンなどの含
窒素炭素化合物なども使用することができる。さらに、
単体ではないが、ガソリンなどの消防法危険物第４類、
第１類、ケロシン、テレピン油、樟脳油、松根油などの
第２石油類、重油などの第３石油類、ギヤー油、シリン
ダー油などの第４石油類も有効に使用することができる
。また、前記各種の炭素化合物を混合して使用すること
ができる。

上記の炭素源ガスの中でもメタン、−酸化炭素、二酸化
炭素などが好ましい。

前記ギヤリヤーガスは、炭素源ガスをプラズマ反応系に
導入するキャリヤーとして使用され、プラズマを安定に
発生させ、持続させるうえで重要である。このようなキ
ャリヤーガスとしては、水素ガス、アルゴンガス、ネオ
ンガス、ヘリウムガス、キセノンガス、窒素ガスなどが
挙げられる。

これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組合
わせて用いてもよい。

上記キャリヤーガスの中でも水素ガス、窒素ガス、アル
ゴンガスなどが好ましい。

本発明においては、前記炭素源ガスまたは前記炭素源ガ
スとキャリヤーガスとの混合ガスを、導入孔２から反応
室４内へ供給し、陰極５および陽極９に高周波を印加し
て混合ガスから励起状態の炭素を生成することにより、
器具８の外面または内面にダイヤモンド状炭素および／
またはダイヤモンドの膜１２を形成する。

本発明の方法において、炭素源ガスはたとえば０．１〜
５００ｃｃ／分の流量で供給され、また。

キャリヤーガスは１〜１，０００ｃｃ／分の流量で供給
される。

本発明の方法における反応圧力は、すなわち反応室内の
圧力は、通常、１０−５〜１０３ｔｏｒｒ、好ましくは
、　１０−３〜１０２ｔｏｒｒである。この反応圧力が
１０″９ｔｏｒｒよりも低い場合には、ダイヤモンド状
炭素および／またはダイヤモンドの膜の生成速度が著し
く遅くなることがある。一方、１０３ｔｏｒｒよりも高
い場合には、ダイヤモンド状炭素および／またはダイヤ
モンドの膜が形成されないことがある。

また、器具の加熱温度は、通常、室温〜１，０００℃、
好ましくは室温〜９００℃である。この温度が室温より
も低い場合には、励起状態の炭素が生成しないことがあ
る。一方、１．０００℃以上に加熱してもそれに相当す
る効果は得られない。

本発明の製造装置においては、陰極および陽極間に高周
波を印加して炭素源ガスをプラズマ分解すると、陰極の
凹部内にプラズマが発生する。

プラズマの励起手段としては前記の外に直流電場による
電離、５０〜６０ヘルツ程度の低周波数領域から１０４
〜１０８ヘルツの高周波領域の交流電場による電離、さ
らに１０９〜１０１２ヘルツのマイクロ波領域の電磁波
による電離などを利用することができる。

本発明の方法において、器具の内周面に形成されるダイ
ヤモンド状炭素および／またはダイヤモンドの膜の成膜
速度は、たとえば１０〜１０００Ａ／分、好ましくは、
　５０へ−５０ＯＡ／分であり、通常のグロー放電プラ
ズマ装置を用いたものより一段と速いものである。この
成膜速度は周波数の領域を変化させることなどによって
適宜調整できる。

また、膜厚は、通常５００〜１０，０ＯＯＡであるが、
この膜厚は反応時間および反応条件を適当に選択するこ
とによって調整することができる。

以上のようにして本願発明にかかる器具を製造すること
ができる。

［実施例］以下、実施例を掲げて本発明をさらに詳細に説明する。

（実施例１）第１図に示すように、反応室内にホロー陰極および陽極
を配置した高周波プラズマ装置を用いて器具の製造を行
なった。第３図に示す容量１０１」のガラス容器（フラ
スコ）をホロー陰極の内部空間に収容した。

次いで、反応室内ｆＨ１Ｏ−２Ｔｏｒｒに減圧し、フラ
スコを１００℃に加熱した。導入孔から炭素源ガスとし
てメタンガスを２０ｓｃｃ園で導入した。

その後、１３．５６メガヘルツの高周波を出力３００ワ
ツトで４０分間印加してフラスコの内周面に厚さ６．０
０ＯＡのダイヤモンド状炭素膜を形成して器具を得た。

得られた器具について下記の結果を得た。

■　成膜速度　：　　１５０Ａ／分 ■　ヌープ速度　：　　４，８００ｋｇ／■層２■　耐
酸性　：４６ｚフツ化水素酸溶液に２４時間浸漬した結
果、全く異常は認められなかった。

（実施例２）実施何重と同様に第１図に示す高周波プラズマ装置を用
いて器具の製造を行なった。

第２図に示すプラスチック製容器（ビーカー）をホロー
陰極の内部空間に収容し、反応室内を２Ｏ−２Ｔｏｒｒ
に減圧した。ビーカーを５０℃に加熱し。

導入孔から炭素源ガスを２０ｓｃｃ■で導入した。

次いで、１：Ｌ５６メガヘルツの高鋼僚を出力３０Ｑワ
ツトで３０分間印加してビーカーの内周面に厚さ５．１
０ＯＡのダイヤモンド状炭素膜が形成された器具を得た
。

得られた器具について、下記の結果を得た。

■　成膜速度　：　　１７ＯＡ／ｌｉｎ■　機械的強度
　：　水をビーカーに入れ、スターラーにて１００時間
攪拌を行なったところ、全く異常は認められなかった。

また、本発明の処理を施さなかったビーカーについて同
様の試験を行なったところ、ビーカーの底に傷が付き白
くなった。

■　耐溶剤性　：　アセトンをビーカーに入れ、２４時
間放置したところ全く異常は認められなかった。

（比較例１）第３図に示すグロー放電プラズマ装置２１を用いて器具
を製造した。容量１００肩文のガラス器具２２（ビーカ
ー）を第１電極２３と第２電極２４との間に形成される
ガラス器具収容空間内に収容し、このビーカー内に第２
電極２４を挿入した。

次いで、反応室２５内を１（１２Ｔｏｒｒに減圧し、ビ
ーカーを１００℃に加熱した。導入孔２６から炭素源ガ
スとしてメタンガスを２０ｓｅｃ薦で導入した。

その後、１３．５６メガヘルツの高周波を出力３００ワ
ツトで７０分間印加してガラス器具の内周面にダイヤモ
ンド状炭素膜を５，６００＾の厚さで形成した。

得られた器具について、下記の結果を得た。

■　成膜速度　：８０λ／ｗｉｎ ■　ヌープ硬度　：　　４０００ｋｇ／ｃｍ２■　耐酸
性　：　実施例１と同様に行なった結果、全く異常は認
められなかった。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、素材としてガラスを使
用した場合、炭素またはダイヤモンドをコーティングし
ているので耐熱性があり、素材としてプラスチックを使
用した場合、軽量で割れない等の利点を生かすことがで
き、内表面にダイヤモンド状炭素および／またはダイヤ
モンドの膜を形成しているので耐酸性、耐アルカリ性お
よび耐溶剤性の大きな器具を提供することができる。

特に、この器具を実験器具に適用すると、従来のように
、耐薬品性の要求される場合にはたとえばテフロンの器
具を選び、耐熱性が要求されるときにはガラス器具を選
択するなどのように器具を使い分ける煩雑さが解消され
、しかも耐熱性と耐薬品性とが同時に要求される場合に
、本発明に係る耐熱性ガラス器具は非常に重宝である。

さらには、本発明の製造方法によれば、従来では膜形成
の困難であった細目の容器の内側表面にダイヤモンド状
炭素および／またはダイヤモンドの膜を、−段と速い成
膜速度をもって製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す説明図であり、第２
図は、本発明の変形例を示す図であり、第３図は本発明
の比較例に用いた装置の説明図である。１・・・高周波プラズマ装置、５・拳・陰極、６・・・
内部空間、８・・・器具、９・・・陽極。第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）開口部に平行な断面の面積が前記開口部の面積と
同等の内部空間および／またはそれ以上の内部空間を有
すると共にダイヤモンド状炭素および／またはダイヤモ
ンドの膜をその内表面に形成してなることを特徴とする
器具。
（２）前記器具が実験器具である前記特許請求の範囲第
１項に記載の器具。
（３）反応室内に、陽極と、開口部に平行な断面の面積
が前記開口部の面積と同等の内部空間および／またはそ
れ以上の内部空間を有する陰極とを、前記陰極の開口部
と陽極とを相対向させて配置し、前記陰極内に陰極の内
部空間と同様の形状を有する器具を収容し、この反応室
内に導入した炭素源ガスを励起して得られるプラズマを
前記器具の内表面に接触させて、前記器具の内表面にダ
イヤモンド状炭素および／またはダイヤモンドの膜を形
成することを特徴とする器具の製造方法。
（４）前記陰極がホローカソードである特許請求の範囲
第３項に記載の製造方法。