JPH09255791A - 蒸着重合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基材の表面に高分子膜を形成させる蒸着重合
に続いて熱処理を行なうことができて、その冷却に長時
間を要せず、装置内に付着する重合物を容易に除去し得
る蒸着重合装置を提供すること。 【解決手段】 真空槽１１内に重合熱処理室２１を設け
てそれぞれ独立して真空排気可能とし、かつ重合熱処理
室２１の内面に近接して８５０℃以上の温度に加熱可能
なヒータ２３と開閉し得る加熱ヒータ２４を設ける。ま
た重合熱処理室２１には開閉可能な仕切ゲート３４を介
して冷却槽４１を接続し、冷却槽４１と重合熱処理室２
１との間に基材Ｓを搬送するための搬送ローラ４７を設
ける。蒸着重合の後、重合熱処理室２１の温度を上げて
熱処理することができ、熱処理の後は８５０℃以上の温
度に加熱して付着重合物を熱分解し排除し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蒸着重合装置に関す
るものであり、更に詳しくは真空下にモノマを蒸発させ
基材の表面に蒸着させ重合させて高分子膜を形成させる
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は特開昭６１−７８４６３号、
特開昭６３−１６６９６１号の各公報において蒸着重合
の技術を開示しており、特開平５−６５６２７号、特開
平５−１３２７６３号等の各公報、および特願平７−１
１３７３６号において蒸着重合に使用する装置を提示し
ている。

【０００３】図５は従来例の蒸着重合装置２の縦断面図
である。気密な横置き円筒状の真空槽５１は一方の端面
板５２に真空排気管５７が真空バルブ５７’と共に取り
付けられ図示しない真空ポンプに接続されている。ま
た、同じ端面板５２を貫通して２本の導入管５５ａ、５
５ｂが設けられており、それぞれの大気側にはバルブ５
８ａ、５８ｂを介してモノマＭ₁ の蒸発源容器５４ａ、
モノマＭ₂ の蒸発源容器５４ｂが接続されている。真空
槽５１内においては、導入管５５ａ、５５ｂにノズル５
６ａ、５６ｂが取り付けられ、基材Ｓに向けてモノマ蒸
気の噴出孔５７ａ、５７ｂが開口されている。

【０００４】蒸発源容器５４ａ、５４ｂの外周にはモノ
マＭ₁ 、Ｍ₂ を蒸発させるための加熱ヒータ６４ａ、６
４ｂが巻装されており、それぞれ独立して温度制御され
モノマＭ₁ 、Ｍ₂ を所定の比率で蒸発させるようになっ
ている。また、真空槽５１内を加熱するために、両端面
板５２には加熱ヒータ６２が、筒状の胴板５３には加熱
ヒータ６３が埋設されており、真空槽５１内の均熱化の
ために独立して温度制御される。同様に、導入管５５
ａ、５５ｂには加熱ヒータ６５ａ、６５ｂが、また真空
排気管５７には加熱ヒータ６７が埋設されているが、こ
れらはモノマ蒸気が接触して凝縮液化することを防ぐた
めに設けられている。そして基材Ｓの表面に、例えばポ
リイミド膜を形成させる場合には、モノマＭ₁ としてピ
ロメリト酸二無水物、モノマＭ₂ として４，４’−ジア
ミノジフエニルエーテルが使用される。

【０００５】この蒸発重合装置２によって基材Ｓの表面
にポリイミド膜を形成させる場合には、真空槽５１内を
温度２００℃に加熱し圧力１×１０^-3Ｔｏｒｒまで真空
排気した後、バルブ５８ａ、５８ｂを開けて、すでに２
０８℃に加熱されているモノマＭ₁ としてのピロメリト
酸二無水物、及び温度１８０℃に加熱されているモノマ
Ｍ₂ としての４，４’−ジアミノジフェニルエーテルの
蒸気を同時に真空槽１１内へ導入し、基材Ｓの表面に蒸
着させ重合させて高分子膜を形成させる。そして、所定
の膜厚が得られると、真空槽５１を冷却して高分子膜の
形成されている基材Ｓを取り出し、別の図示しない加熱
炉内で窒素ガス雰囲気下、または真空下で３００℃、１
時間の熱処理が行なわれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来例の蒸着重合装置
２を実用する過程で次の点に改良が望まれた。 （１）真空槽５１の真空シールにフッ素ゴムを使用して
いるので、２３０℃以上の温度に加熱するとフッ素ゴム
が劣化して真空を維持できなくなり、高温度での蒸着重
合ができない。 （２）ポリイミド膜の形成には蒸着重合後に３００℃、
１時間程度の熱処理を必要とするが、同じ理由によって
真空槽５１内では熱処理できず、別な炉へ移し替えて熱
処理しなければならない。 （３）真空槽５１を加熱ヒータ６２、６３で覆って加熱
しているので、加熱を停止しても温度低下し難く、蒸着
重合の後、基材Ｓを取り出せる５０℃以下の温度になる
までに長時間を要している。 （４）例えばプラスチックスの射出成型用金型の断熱膜
としてポリイミド膜（厚さ１００〜２００μｍ）の成膜
を数回ないし数十回繰り返すことにより真空槽５１の内
壁や治具に蒸着重合の積算膜厚に相当する重合物が付着
し、そのクリーニングに多大の労力を要している。

【０００７】従って、本発明は上述の欠点を解消するべ
く、高温度に加熱することが可能で蒸着重合終了後にそ
のまま熱処理することができ、かつ付着重合物を容易に
除去し得る蒸着重合装置、更にはこれに加えて、熱処理
の終了後に基材Ｓを急速に冷却し得る蒸着重合装置を提
供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の重合装置は、真
空槽内に重合熱処理室を設けて重合熱処理室の真空度を
真空槽と同等またはそれ以下となるようにし、かつ重合
熱処理室の内面側から高温度、好ましくは８５０℃以上
の温度に加熱し得るようにしたものであり、更に好まし
くは、真空槽内の重合熱処理室に冷却槽を接続し、高分
子膜の熱処理が終了した基材Ｓを急速に冷却し得るよう
にしたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面を使って本発明の実施の形態
を説明する。

【００１０】図１は本発明の蒸着重合装置１の縦断面図
である。蒸着重合装置１は真空槽１１内に重合熱処理室
２１が設けられており、重合熱処理室２１には冷却槽４
１が接続されている。重合熱処理室２１の冷却槽４１に
面する開口は仕切ゲート３４によって気密に閉じられ、
図示しない昇降機構によって上下に作動して重合熱処理
室２１を開閉する。真空槽１１は真空バルブ１９’を備
えた真空排気管１９によって、また重合熱処理室２１は
真空バルブ２９’を備えた真空排気管２９によってそれ
ぞれ独立して真空排気される。

【００１１】また、重合熱処理室２１の内壁に近接して
８５０℃以上の温度に加熱可能な加熱ヒータ２３が設け
られ、仕切ゲート３４に面する加熱ヒータ２４は跳ね上
げて開けることができるようになっている。真空槽１１
の外部には、モノマＭ₁ のための蒸発源容器５が設けら
れ、真空槽１１、重合熱処理室２１、加熱ヒータ２３を
貫通する導入管２５にバルブ２５’を介して接続されて
いる。また、モノマＭ₂ についても同様であり、その蒸
発源容器６はバルブ２６’を介して、導入管２６に接続
されている。

【００１２】冷却槽４１は基材Ｓを装入、排出するため
の扉４２を有し、冷却槽４１内には上方から不活性ガス
配管４３が装入され、その先端部は不活性ガスの噴出孔
４５が開口されたノズル４４となっている。また、不活
性ガスを冷却するための冷却器４６が設けられている。

【００１３】そして、その作用は蒸着重合によって高分
子膜を形成させるべき基材Ｓを重合熱処理室２１内にお
いて、例えば２００℃に加熱し、重合熱処理室２１の圧
力を真空槽１１の圧力と同等またはそれ以下、例えば真
空槽１１の圧力を１０^-1Ｐａ、重合熱処理室２１の圧力
を１０^-2Ｐａに維持して、モノマＭ₁ 、Ｍ₂ の蒸気をそ
れぞれ蒸発源容器５、６から同時に重合熱処理室２１内
へ導入する。この状態において基材Ｓの表面にモノマＭ
₁ 、Ｍ₂ が蒸着し重合して高分子膜が形成される。所定
の膜厚が得られるとモノマＭ₁ 、Ｍ₂ の導入を停止し、
必要な場合には重合熱処理室２１内の温度を例えば３０
０℃に上昇させて、形成されている高分子膜の熱処理が
行なわれる。

【００１４】熱処理の終了後は仕切ゲート３４、加熱ヒ
ータ２４を開け基材Ｓを冷却槽４１内へ移して加熱ヒー
タ２４、仕切ゲート３４を閉じ、基材Ｓは冷却器４５で
冷却される不活性ガスによって強制冷却される。この
間、重合熱処理室２１は８５０℃以上の温度に加熱さ
れ、付着している重合物が熱分解されて除去排出され
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例による蒸着重合装置に
ついて図面を参照し詳細に説明する。

【００１６】図１は実施例によるポリイミド膜の蒸着重
合装置１の縦断面図である。上述したように、真空槽１
１内に重合熱処理室２１が設けられており、重合熱処理
室２１には仕切部３１を介して冷却槽４１が接続されて
いる。

【００１７】真空槽１１は一般的な金属材料、例えばス
テンレス鋼で作成され、要所にはフッ素ゴムを介在させ
て真空シールされているに対し、重合熱処理室２１は例
えば炭素からなる断熱板の表面に耐熱性ステンレス板を
貼り合わせた材料を板材として構成されており、継ぎ目
は特に真空シールされていない。そして、真空槽１１は
真空バルブ１９’を備えた真空排気管１９に接続される
図示しない第１の真空ポンプによって真空排気されて１
０^-1Ｐａの圧力に維持され、重合熱処理室２１は真空バ
ルブ２９’を備えた真空排気管２９に接続される図示し
ない第２の真空ポンプによって真空排気され、１０^-2Ｐ
ａの圧力に維持される。

【００１８】重合熱処理室２１の仕切部３１に面する開
口には冷却槽４１との間を気密に閉じる仕切ゲート３４
が設けられており、図示しない昇降機構によって上下さ
れて重合熱処理室２１を開閉する。また、重合熱処理室
２１の内壁に近接して８５０℃以上の温度に加熱し得る
パネル状の加熱ヒータ２３が設けられている。そして仕
切ゲート３４に面する同様な加熱ヒータ２４は跳ね上げ
ることができ、ポリイミド膜を形成させるべき基材Ｓの
搬入、搬出時に仕切ゲート３４と共に開閉される。

【００１９】また、ポリイミド膜の蒸着重合に使用され
るモノマＭ₁ としてのピロメリト酸二無水物の蒸発源容
器５は２００度近辺への加熱が可能とされ、真空槽１１
の側壁を気密に貫通し、重合熱処理室２１の側壁、加熱
ヒータ２３を貫通する導入管２５に対しバルブ２５’を
介して接続されており、ピロメリト酸二無水物の蒸気が
導入管２５を経由して重合熱処理室２１内へ送り込まれ
る。モノマＭ₂ としての４，４’−ジアミノジフエニル
エーテルについても同様であり、その加熱可能な蒸発源
容器６から４，４’−ジアミノジフエニルエーテルの蒸
気がバルブ２６’、導入管２６を経由して重合熱処理室
２１内へ送り込まれる。

【００２０】冷却槽４１は基材Ｓの装入、排出用の扉４
２を備えており、真空バルブ４９’を備えた真空排気管
４９に接続される図示しない第３の真空ポンプによって
１０^-1Ｐａの圧力まで減圧可能となっている。また、そ
の内部にはバルブ４３’を備えた不活性ガス配管４３が
上方から装入され、Ｌ字形状に曲げられた先端部はガス
の噴出孔４５が開口されたノズル４４となっており、不
活性ガスとしての窒素ガスが導入される。更には、冷却
槽４１の内部には温度１０℃に冷却される冷却器４６が
設置されているほか、図示せずとも攪拌羽根が設置さ
れ、導入される窒素ガスを循環させるようになってい
る。更には、冷却槽４１と重合熱処理室２１との間には
基材Ｓを搬送するための搬送ローラ４７が設置されてお
り、基材Ｓはトレイ４８上に載置して搬送される。

【００２１】実施例の蒸着重合装置１は以上のように構
成されるが、次にその作用を説明する。真空槽１１は１
０^-1Ｐａの圧力、重合熱処理室２１は１０^-2Ｐａの圧力
に維持して常時真空排気されているものとする。ポリイ
ミド膜を形成させるべき基材Ｓは冷却槽４１の扉４２を
開けて台車４８と共に搬送ローラ４７上へ装入され、扉
４２は閉じられて、図１の状態となる。次いで真空バル
ブ４９’を開け、図示しない第３の真空ポンプによって
１０^-1Ｐａの圧力まで真空排気される。

【００２２】重合熱処理室２１は加熱ヒータ２３、２４
によって予め温度２００℃に加熱されているが、図２を
参照して、仕切ゲート３４が上方へ開けられ、加熱ヒー
タ２４が跳ね上げられて、基材Ｓはトレイ４８と共に搬
送ローラ４７によって重合熱処理室２１内へ搬入され、
加熱ヒータ２４、開閉ゲート３４が閉じられて図３の状
態になる。そして、基材Ｓの温度が２００℃になるまで
静置される。

【００２３】一方、モノマＭ₁ としてのピロメリト酸二
無水物は蒸発源容器５内で２０８℃の温度に、モノマＭ
₂ としての４，４’−ジアミノジフェニルエーテルは蒸
発源容器６内で１８０℃の温度に予め加熱されており、
基材Ｓの温度が２００℃になった時点でバルブ２５’、
２６’を開けてそれぞれの蒸気が導入管２５、２６を経
て重合熱処理室２１内へ所定の比率で導入される。それ
ぞれの蒸気は基材Ｓの表面に蒸着されて重合し、高分子
膜が１５μｍ／ｈｒの生成速度で形成される。この時、
真空槽１１の圧力は重合熱処理室２１の圧力よりも高い
のでモノマ蒸気が真空槽１１内へ流入することはない。
所定の膜厚が得られるとバルブ２５’、２６’を閉じ、
ピロメリト酸二無水物、４，４’−ジアミノジフェニル
エーテルの導入が停止される。

【００２４】次いで加熱ヒータ２３、２４による加熱温
度を上げて基材Ｓの温度を３００℃まで上昇させ、その
まま１時間保持する熱処理が行われて、基材Ｓの表面に
ポリイミド膜が形成される。すなわち、蒸着重合させた
後、重合熱処理室２１の温度をそのまま上昇させること
によって熱処理することが可能であり、従来例の蒸着重
合装置２のように基材Ｓを一旦冷却して真空槽５１から
外部へ取り出し、別の炉で再び加熱して熱処理するよう
な手順を必要とせず、高分子膜が短時間で形成されるほ
か、途中で大気に触れることなく熱処理されるので高分
子膜が酸化される恐れはない。

【００２５】また、熱処理は断熱材を主体とする板材で
囲われた重合熱処理室２１内で行われることに加え、真
空槽１１と重合熱処理室２１との間は真空空間となって
いるので、真空槽１１は真空シール用のフッ素ゴムが劣
化する程には温度上昇せず真空槽１１の真空度は十分に
維持され、その内部で真空槽１１よりも減圧される重合
熱処理室２１の真空度も低下しない。

【００２６】熱処理の終了後、仕切ゲート３４、加熱ヒ
ータ２４が開けられ、ポリイミド膜の形成された基材Ｓ
はトレイ４８と共に搬送ローラ４７によって冷却槽４１
内へ搬出されて加熱ヒータ２４、開閉ゲート３４が閉じ
られ、図４の状態となる。続いて冷却器４６が１０℃に
冷却され、不活性ガス配管４３のバルブ４３’を開けて
ノズル４４の噴出孔４５から窒素ガスが大気圧まで導入
され、図示しない攪拌羽根によって矢印で示すように循
環されて、ポリイミド膜の形成された基材Ｓは強制的に
冷却される。すなわち、従来例の蒸着重合装置２におい
ては加熱ヒータ６２、６３で覆われた真空槽５１内での
自然冷却であって冷却に長時間を要したに比べ、実施例
の蒸着重合装置１は冷却槽４１を備えているので冷却は
短時間で完了する。この冷却の間、重合熱処理室２１は
加熱ヒータ２３、２４によって１０００℃の温度に加熱
され、重合熱処理室２１の内壁、治具、その他に付着生
成している重合物（ポリイミド）はガス状に熱分解さ
れ、真空排気管２９を経て排出される。このことによっ
て付着物のクリーニングが極めて簡易化され、かつポリ
イミド膜の形成された基材Ｓの冷却時にこのクリーニン
グを行い得るので、蒸着重合のプロセスが大幅に合理化
される。

【００２７】また、従来例の蒸着重合装置２では基材Ｓ
の取り出しが内壁に重合物の付着したまま真空槽５１を
大気開放して行なわれ、重合物が吸湿して次ぎの排気に
長時間を要するようなことが発生したが（例えばポリイ
ミドの吸水率は約３％）、実施例の蒸着重合装置１では
冷却器４１に基材Ｓの装入、排出用の扉４２を設けてい
るので真空槽１１、重合熱処理室２１は常に真空排気状
態に維持することができ、真空槽１１、重合熱処理室２
１が吸湿し、排気に長時間を要するようなことは起こら
ない。

【００２８】以上、本発明の実施例による蒸着重合装置
１について説明したが、勿論、本発明はこれに限定され
ることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形
が可能である。

【００２９】例えば本実施例においては、真空槽１１内
の重合熱処理室２１に仕切部３１を介して冷却槽４１を
接続したが、真空槽１１内に重合熱処理室２１を設け、
それぞれ独立に真空排気して重合熱処理室２１の圧力を
真空槽１１の圧力と同等もしくはそれ以下とするだけの
構成としても、蒸着重合から続けての熱処理が可能であ
る上、熱処理が終了して基材Ｓを取り出した後、重合熱
処理室２１内を８５０℃以上の温度に加熱して付着して
いる重合物を熱分解させるクリーニングが可能であり、
従来例の蒸着重合装置２に比較して操作性は大幅に向上
したものとなる。

【００３０】また実施例においては、真空槽１１と重合
熱処理室２１とをそれぞれ独立して真空排気するように
したが、重合熱処理室２１の圧力を真空槽１１の圧力と
同等またはそれ以下とする限りにおいて、重合熱処理室
２１用の真空排気管２９を兼用して真空槽１１を真空排
気するようにしてもよい。

【００３１】また本実施例においては、ピロメリト酸二
無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルとによ
ってポリイミド膜を形成させる場合を例示したが、蒸着
重合用のモノマとしてはこれ以外の組み合わせ、例えば
ベンゾフェノンテトラカルボン二無水物とＰ−ジアミノ
ベンゼンとの組み合わせなど芳香族酸二無水物と芳香族
ジアミンとの組み合わせが可能である。そのほか本発明
の蒸着重合装置は４，４’−ジフェニルメタンジイソシ
アネートと４，４’−ジアミノジフェニルエーテルとの
組み合わせ、その他によるポリウレタン膜の形成にも使
用され、その形成プロセスを合理化させる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上に説明したような形態で実
施され、次ぎに記載するような効果を奏する。

【００３３】請求項１による蒸着重合装置によれば、真
空槽は重合熱処理室とは真空空間で隔てられているので
重合熱処理室を高温にしても温度上昇し難く、従って真
空シール用ゴムも劣化せず真空度が維持される。また、
重合熱処理室へ導入されるモノマ蒸気が真空槽へ流入し
ないので真空槽は汚染されない。更には蒸着重合の後、
続けて熱処理し得るので、形成された高分子膜は大気に
触れることなく熱処理され、熱処理時に酸化する恐れが
なく、かつ高分子膜形成のために要する時間は大幅に短
縮される。

【００３４】また請求項２による蒸着重合装置によれば
重合熱処理室の圧力を真空槽の圧力と同等またはそれ以
下に維持する操作を容易にする。

【００３５】また請求項３による蒸着重合装置によれば
重合熱処理室内を高温にしても真空槽の温度が上昇する
ことを抑制する。

【００３６】また請求項４による蒸着重合装置によれ
ば、高分子膜が形成され熱処理が終了した基材を取り出
した後、重合熱処理室内を８５０℃以上の温度に加熱し
て付着している重合物を熱分解し得るのでクリーニング
作業が極めて簡易化される。

【００３７】また請求項５による蒸着重合装置によれ
ば、高分子膜の形成された基材を急速に冷却し得るので
高分子膜の形成に要する時間が大幅に短縮される。

【００３８】また請求項７による蒸着重合装置によれ
ば、真空槽と重合熱処理槽とは吸湿することがないの
で、真空排気の所要時間が長時間化することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の蒸着重合装置の縦断面図である。

【図２】同じ縦断面図であり、図１、図３、図４共に作
用を示す。

【図３】同じ縦断面図であり、図１、図２、図４共に作
用を示す。

【図４】同じ縦断面図であり、図１、図２、図３共に作
用を示す。

【図５】従来例の蒸着重合装置の縦断面を示す。

【符号の説明】

１ 実施例の蒸着重合装置 ５ モノマＭ₁ の蒸発源容器 ６ モノマＭ₂ の蒸発源容器 １１ 真空槽 １９ 真空排気管 ２１ 重合熱処理室 ２３ 加熱ヒータ ２４ 加熱ヒータ ２５ モノマＭ₁ の導入管 ２６ モノマＭ₂ の導入管 ２９ 真空排気管 ３１ 仕切部 ３４ 仕切ゲート ４１ 冷却槽 ４２ 扉 ４３ 不活性ガス配管 ４６ 冷却器 ４７ 搬送ローラ ４８ トレイ ４９ 真空排気管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空下にモノマを蒸発させ基材の表面に
   蒸着させ重合させて高分子膜を形成させる蒸着重合装置
   において、真空槽内に該真空槽の圧力と同等またはそれ
   以下の圧力に真空排気される重合熱処理室が設けられ、
   かつ前記重合熱処理室の内面側に加熱手段が設けられて
   おり、蒸着重合の後に前記重合熱処理室の温度を前記蒸
   着重合時より上昇させて形成されている高分子膜を熱処
   理し得ることを特徴とする蒸着重合装置。
2. 【請求項２】 前記真空槽と前記重合熱処理室とが独立
   して真空排気される請求項１に記載の蒸着重合装置。
3. 【請求項３】 前記加熱手段が前記重合熱処理室を８５
   ０℃以上の温度に加熱することができ、前記熱処理の終
   了後に更に温度を上昇させ、前記重合熱処理室の内壁等
   に付着形成されている重合物を熱分解させて除去し得る
   請求項１または請求項２に記載の蒸着重合装置。
4. 【請求項４】 前記重合熱処理室に対して開閉可能な仕
   切ゲートを介し独立して真空排気が可能で冷却手段を備
   えた冷却槽が接続され、前記重合熱処理室と前記冷却槽
   との間に前記基材の搬送手段が設けられている請求項１
   から請求項３までの何れかに記載の蒸着重合装置。
5. 【請求項５】 前記冷却槽に前記基材の装入排出用の扉
   が設けられており、前記真空槽と前記重合熱処理室とが
   常に真空排気された状態で作動される請求項４に記載の
   蒸着重合装置。