(57)【要約】【課題】昇華精製物質の内管と昇華精製物凝結部への接触頻度を増大させて収率の向上をする。【解決手段】昇華精製管２の内部には、昇華精製管２の内側に沿わして配置した内管９と、被処理物質を充填する被処理物質加熱容器７を備え、昇華精製管加熱手段４ｂは、内管９を加熱するように配置し、被処理物質加熱手段４ａは、被処理物質加熱容器７内を内管９よりも高い温度に加熱するように配置し、被処理物質加熱手段４ａにより被処理物質加熱容器７を加熱することでこの被処理物質加熱容器７内の被処理物質８を昇華させ、昇華させた被処理物質８を凝結、回収する昇華精製装置１であって、昇華精製物凝結部１１を内管９の端面から内管９の軸方向に設置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管と、この昇華精製管に備えた昇華精製管加熱手段と被処理物質加熱手段とを備え、昇華精製管の内部には、前記昇華精製管の内側に沿わして配置した内管と、被処理物質を充填する被処理物質加熱容器を備え、前記昇華精製管加熱手段は、前記内管を加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段は、前記被処理物質加熱容器内を前記内管よりも高い温度に加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段により前記被処理物質加熱容器を加熱することでこの被処理物質加熱容器内の前記被処理物質を昇華させ、昇華させた前記被処理物質を凝結、回収する昇華精製装置であって、昇華精製物凝結部を前記内管の端面から内管の軸方向に設置した昇華精製装置。
【請求項２】
前記昇華精製物凝結部が内管の端面間に配置した少なくとも二つの円筒であり、一方の端面から延設した他方の端面に当接する第１円筒と他方の端面から延設して一方の端面に当接する第２円筒を同心円状に交互に配置し、一方の端面は、最も内側の第１円筒の内側に連通する第１開口部を有し、他方の端面は、最も外側の第２円筒の外側に連通する第２開口部を有し、前記第１円筒は他方の端面側の側面に第３開口部を有し、前記第２円筒は一方の端面側に第４開口部を有し、昇華させた被処理物質を前記第１開口部から前記第２開口部へ向けて通過させる請求項１記載の昇華精製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇華性を有する有機化合物などを被処理物質として含有する混合物から昇華温度の違いを利用して、被処理物質を精製、分離する昇華精製装置および昇華精製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の昇華精製装置として、有機化合物の粉末を昇華した後に昇華精製管の内部で凝結させることで昇華精製を行う昇華精製装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
以下、その昇華精製装置について図５を参照しながら説明する。
【０００３】
図５に示すように、昇華精製装置１０１は昇華精製管１０２と昇華精製管（内管）１０２ａと減圧手段１０３と加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃとフランジ１０５ａ、フランジ１０５ｂからなる。
【０００４】
昇華精製管１０２は長手方向一ヶ所以上に開口部を有する円筒形状をしている。昇華精製管（内管）１０２ａは長手方向一ヶ所以上に開口部を有する円筒形状をしており、昇華精製管１０２内に１個以上設置されている。加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃは中心に開口部を有するドーナツ形状をしており、昇華精製管１０２の外周部を円周方向に対して連続的に覆い、昇華精製管１０２に密着するように配置されている。
昇華精製管１０２の長手方向一ヶ所以上の開口部は、フランジ１０５ａ、フランジ１０５ｂが固定されており、フランジ１０５ｂは流出口１０６を備えている。途中の配管は省略しているが、フランジ１０５ｂの流出口１０６は減圧手段１０３と接続されている。昇華精製管１０２の内部には被処理物質加熱容器１０７が設置され、被処理物質加熱容器１０７には被処理物質１０８が充填されている。
【０００５】
加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃはそれぞれ電熱線１０９を内蔵している。減圧手段１０３により昇華精製管１０２、昇華精製管（内管）１０２ａの内部を減圧し、加熱手段１０４ａの電熱線１０９に通電し加熱手段１０４ａの温度を被処理物質１０８の昇華温度以上に加熱すると、被処理物質加熱容器１０７が加熱されるので被処理物質１０８が昇華する。
【０００６】
同様に加熱手段１０４ｃにおいては被処理物質１０８の昇華温度よりもわずかに低い温度で加熱手段１０４ｃを加熱する。その結果、昇華精製管（内管）１０２ａの内壁面温度は被処理物質１０８の昇華温度よりも低い温度で加熱されている。
【０００７】
被処理物質加熱容器１０７で昇華された被処理物質１０８は昇華精製管（内管）１０２ａの内部を拡散し、昇華精製管（内管）１０２ａの内壁面の温度が被処理物質１０８の凝結すべき場所、例えば昇華温度すなわち凝結温度よりも低い場所で昇華精製管（内管）１０２ａの内壁面に凝結する。この従来の昇華精製装置においては、先に示したように、加熱手段１０４ｃの内側の昇華精製管（内管）１０２ａの内壁面が被処理物質１０８の昇華温度よりも低いので、凝結した成分を昇華精製物質１１０として回収することができる。
【０００８】
このような従来の昇華精製装置においては、不純物を含む被処理物質を昇華精製物質として精製するために、減圧下において被処理物質を加熱すると固体から気体へ昇華する特性を利用している。
【０００９】
つまり、被処理物質と被処理物質に含まれる不純物の昇華温度が異なることから、一定温度で被処理物質を昇華させると、昇華温度の高い不純物は昇華されることがないので、昇華された被処理物質のみを別の場所で凝結させると、純度の高い昇華精製物質を得ることができる。
【００１０】
また、被処理物質よりも凝結温度の低い不純物は、被処理物質が凝結する温度領域では凝結しないので、被処理物質が凝結した場所より被処理物質を回収することで純度の高い昇華精製物質を得ることができる。
【００１１】
昇華精製方法は被処理物質に含まれる不純物と被処理物質の昇華温度すなわち凝結温度の違いを利用して、昇華精製管の内壁面に純度の高い昇華精製物質を凝結させる方法であり、被処理物質の昇華温度以上かつ分解温度以下の適正な温度条件で被処理物質を昇華させる必要がある。
【００１２】
また、昇華精製管の内壁面の温度は被処理物質の凝結温度以下で安定させることが重要である。したがって、昇華精製中に被処理物質を凝結させる昇華精製管の内壁面の温度を安定させるために、昇華精製管の円周方向の全周にわたって加熱手段を備える構成となっている。
【００１３】
有機半導体や有機色素のように昇華精製方法を適用する被処理物質は、酸素または水分を含む雰囲気下では分解されやすい特性であることが多く、フランジ１０５ａに流入口を設け、微量の不活性ガスを注入または充填した状態で昇華精製する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２４６４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
このような従来の昇華精製装置においては、被処理物質が凝結するのは分割した内管の内壁面のみであるため、被処理物質の凝結する温度になっている内管の内壁面に接触しない昇華した被処理物質は回収することが出来ず収率の低下をまねいていた。
【００１６】
つまり、昇華精製管は円筒形であるために内部の容積が大きく、中心部に浮遊する被処理物質が内壁面に接触する頻度が低く、被処理物質を回収することが出来ず収率の低下をまねいていた。
【００１７】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、昇華精製物質の純度と収率を向上させる昇華精製装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
そして、この目的を達成するために、本発明は、少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管と、この昇華精製管に備えた昇華精製管加熱手段と被処理物質加熱手段とを備え、昇華精製管の内部には、前記昇華精製管の内側に沿わして配置した内管と、被処理物質を充填する被処理物質加熱容器を備え、前記昇華精製管加熱手段は、前記内管を加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段は、前記被処理物質加熱容器内を前記内管よりも高い温度に加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段により前記被処理物質加熱容器を加熱することでこの被処理物質加熱容器内の前記被処理物質を昇華させ、昇華させた前記被処理物質を凝結、回収する昇華精製装置であって、昇華精製物凝結部を前記内管の端面から内管の軸方向に設置したものであり、被処理物質の接触頻度を増加させることにより、所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、昇華精製装置において、少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管と、この昇華精製管に備えた昇華精製管加熱手段と被処理物質加熱手段とを備え、昇華精製管の内部には、前記昇華精製管の内側に沿わして配置した内管と、被処理物質を充填する被処理物質加熱容器を備え、前記昇華精製管加熱手段は、前記内管を加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段は、前記被処理物質加熱容器内を前記内管よりも高い温度に加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段により前記被処理物質加熱容器を加熱することでこの被処理物質加熱容器内の前記被処理物質を昇華させ、昇華させた前記被処理物質を凝結、回収する昇華精製装置であって、昇華精製物凝結部を前記内管の端面から内管の軸方向に設置したものであり、昇華精製物凝結部の体積の分だけ昇華した被処理物質の拡散範囲が制限され、内管と昇華精製物凝結部への接触頻度が向上するため、昇華温度より低温に加熱された内管と昇華精製物凝結部で昇華精製物質を凝結させることができるので、収率を向上させるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１の昇華精製装置の概略断面図
【図２】本発明の実施の形態２の昇華精製装置の概略断面図
【図３】本発明の実施の形態２の昇華精製物凝結部の概略斜視図
【図４】本発明の実施の形態２の昇華精製物凝結部の概略断面図
【図５】従来の昇華精製装置の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の請求項１記載の昇華精製装置は、少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管と、この昇華精製管に備えた昇華精製管加熱手段と被処理物質加熱手段とを備え、昇華精製管の内部には、前記昇華精製管の内側に沿わして配置した内管と、被処理物質を充填する被処理物質加熱容器を備え、前記昇華精製管加熱手段は、前記内管を加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段は、前記被処理物質加熱容器内を前記内管よりも高い温度に加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段により前記被処理物質加熱容器を加熱することでこの被処理物質加熱容器内の前記被処理物質を昇華させ、昇華させた前記被処理物質を凝結、回収する昇華精製装置であって、昇華精製物凝結部を前記内管の端面から内管の軸方向に設置したものである。
【００２２】
これにより、内管内に設置した昇華精製物凝結部によって、昇華精製物凝結部の体積の分だけ昇華した被処理物質の拡散範囲が制限され内管と昇華精製物凝結部への接触頻度が向上するため、昇華温度より低温に加熱された内管と昇華精製物凝結部で昇華精製物質を凝結させることができるので、昇華精製物質の収率向上という効果を奏する。
【００２３】
また、請求項２記載の昇華精製装置は、前記昇華精製物凝結部が内管の端面間に配置した少なくとも二つの円筒であり、一方の端面から延設した他方の端面に当接する第１円筒と他方の端面から延設して一方の端面に当接する第２円筒を同心円状に交互に配置し、一方の端面は、最も内側の第１円筒の内側に連通する第１開口部を有し、他方の端面は、最も外側の第２円筒の外側に連通する第２開口部を有し、前記第１円筒は他方の端面側の側面に第３開口部を有し、前記第２円筒は一方の端面側に第４開口部を有し、昇華させた被処理物質を前記第１開口部から前記第２開口部へ向けて通過させることが好ましい。
【００２４】
これにより被処理物質が昇華後に昇華精製物凝結部内を通過する際、接触せず通過することがなくなり、内管と昇華精製物凝結部と接触する頻度とともに面積を増大させて、昇華精製物質の収率を向上させることができるという効果を奏する。
【００２５】
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。
【００２６】
（実施の形態１）
図１に実施の形態１の昇華精製装置の概略断面図を示す。
【００２７】
昇華精製装置１は、昇華精製管２と被処理物質加熱手段４ａ、昇華精製管加熱手段４ｂと被処理物質加熱容器７と内管９と昇華精製物凝結部１１と減圧手段３とフランジ５ａ、５ｂからなる。
【００２８】
昇華精製管２は、長手方向の両端に開口部を有する円筒状の形状をしている。
【００２９】
昇華精製管２の長手方向両端の開口部は、フランジ５ａ、５ｂが固定されている。フランジ５ｂは流出口６を備えており、フランジ５ｂの流出口６は、図１では途中の配管は省略しているが、減圧手段３と接続されている。
【００３０】
被処理物質加熱手段４ａ、昇華精製管加熱手段４ｂは中心に開口部を有するドーナツ形状をしており、昇華精製管２の外周部を連続的に覆い、昇華精製管２に密着するように配置されている。被処理物質加熱手段４ａ、昇華精製管加熱手段４ｂは、フランジ５ａ側よりこの順に配置されている。
【００３１】
昇華精製管の内側に沿わして内管９を配置し、この内管９の内部には、さらに昇華精製物凝結部１１を備えている。
【００３２】
昇華精製物凝結部１１は前記内管９の端面から内管９の軸方向に設置したものである。すなわち、図１に示すように昇華精製物凝結部１１は平板形状にして複数を間隔をあけて、内管９内に昇華精製管２の長手方向に平行となるように設置されている。
【００３３】
被処理物質加熱容器７には被処理物質８が充填されている。被処理物質８はトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどの有機ＥＬに用いる有機色素や、ペンタセンなどの有機半導体である。
【００３４】
被処理物質加熱手段４ａ、昇華精製管加熱手段４ｂは、それぞれニクロム線等の電熱線を内蔵したヒータである。
【００３５】
昇華精製管２と内管９と昇華精製物凝結部１１は、被処理物質加熱手段４ａ、昇華精製管加熱手段４ｂの加熱に耐えることができ、昇華精製物質１０に対して不活性な素材である、貴金属類、フッ素やポリイミドなどの樹脂、アルミナなどのセラミック、石英などのガラスが使用される。
【００３６】
上記構成において、減圧手段３により昇華精製管２、内管９の内部を減圧し、被処理物質加熱手段４ａの電熱線に通電し被処理物質加熱手段４ａの温度を被処理物質８の昇華温度より高温に加熱すると被処理物質加熱容器７が加熱されるので被処理物質８が昇華する。
【００３７】
被処理物質加熱容器７で昇華された被処理物質８は昇華精製管２、内管９内部を拡散する。被処理物質加熱手段４ａによって加熱されている昇華精製管２の領域は、被処理物質８の昇華温度より高温であるので、凝結することなく接触、反射し拡散を続ける。ただし、被処理物質８に含まれる不純物が被処理物質８の昇華温度より高温で凝結する場合は、被処理物質加熱手段４ａによって加熱されている昇華精製管２の領域にて凝結する。
【００３８】
拡散した被処理物質８は被処理物質８の凝結すべき場所、例えば昇華精製管加熱手段４ｂによって昇華温度すなわち凝結温度以下に加熱されている領域に接触した際に凝結する。ただし、被処理物質８に含まれる不純物が被処理物質８の昇華温度より低温で凝結する場合は、被処理物質加熱手段４ａ、昇華精製管加熱手段４ｂによって加熱されている昇華精製管２の領域から排出される。
【００３９】
そのため、被処理物質加熱容器７で昇華された被処理物質８は昇華精製管２、内管９と昇華精製物凝結部１１と接触しながら、昇華精製管加熱手段４ｂによって昇華温度すなわち凝結温度以下に加熱されている領域で凝結する。本実施の形態の昇華精製装置１においては、凝結した成分を昇華精製物質１０として回収することができる。
【００４０】
精製後、昇華精製物質１０を回収する際は、昇華精製管２より昇華精製物凝結部１１と内管９を引き抜き、凝結している昇華精製物質１０をこそぎ落として回収する。
【００４１】
本発明の実施の形態１で昇華精製する被処理物質８はトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどの有機ＥＬに用いる有機色素や、ペンタセンなどの有機半導体であり、減圧下において昇華する特性を有するものであれば、他の有機化合物についても同様の効果を得ることができ、昇華精製物質１０としては、被処理物質８を高純度化したものが得られる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態では、少なくとも一ヶ所の開口部を有する昇華精製管２と、この昇華精製管２に備えた昇華精製管加熱手段４ｂと被処理物質加熱手段４ａとを備え、昇華精製管２の内部には、前記昇華精製管２の内側に沿わし配置した内管９と、被処理物質８を充填する被処理物質加熱容器７を備え、前記昇華精製管加熱手段４ｂは、前記内管９を加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段４ａは、前記被処理物質加熱容器７内を前記内管９よりも高い温度に加熱するように配置し、前記被処理物質加熱手段４ａにより前記被処理物質加熱容器７を加熱することでこの被処理物質加熱容器７内の前記被処理物質８を昇華させ、昇華させた前記被処理物質８を凝結、回収する昇華精製装置１であって、昇華精製物凝結部１１を内管９の端面から内管９の軸方向に設置したものである。
【００４３】
これにより、内管９内に設置した昇華精製物凝結部１１によって、昇華精製物凝結部１１の体積の分だけ昇華した被処理物質８の拡散範囲が制限され、内管９と昇華精製物凝結部１１への接触頻度が向上するため、昇華温度より低温に加熱された内管９と昇華精製物凝結部１１で昇華精製物質１０を凝結させることができるので、昇華精製物質１０の収率向上をさせることができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、昇華精製物質１０は昇華精製管加熱手段４ｂによって昇華温度すなわち凝結温度以下に加熱されている領域で凝結するものとしたが、その凝結場所はその場所に限定するものではなく、昇華精製管加熱手段４ｂをさらに複数に分割し、それぞれ複数条件の温度で加熱できるようにして、凝結場所を制御してもよいし、加熱領域内では昇華精製物質１０を凝結させずに不純物を凝結させ、加熱領域外に昇華精製物質１０を凝結させるようにしても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、昇華精製物質１０は１種類としているが、複数種類存在していてもよく、その場合は昇華精製管加熱手段４ｂを分割し適切な温度範囲を設定し、分割した昇華精製管加熱手段４ｂに対応させて複数の昇華精製物凝結部１１を設置することで複数の昇華精製物質１０を凝結させることができるため、同様の効果を得ることが出来る。
【００４６】
また、本実施の形態では昇華精製物質１０の回収方法について、特に限定しなかったが、被処理物質加熱容器７の内部に充填した被処理物質８が全て昇華された段階で、減圧手段３の運転を停止して、昇華精製管２の内部が常温常圧になった時点でフランジ５ｂを外して、昇華精製管２の開口部から内管９と昇華精製物凝結部１１を取出し、スパーテル（薬さじ）等でかきとっても良い。
【００４７】
また、本実施の形態では、被処理物質加熱手段４ａと昇華精製管加熱手段４ｂは電熱線を備えているとしたが、この構成に限ったものではなく、昇華精製管２の外部から昇華精製管２に密着した状態で加熱できるような構造であればリボンヒーター等で加熱しても同様の効果を得ることが可能である。
【００４８】
また、本実施の形態では減圧手段３の構造について特に限定しなかったが、ロータリーポンプ、ダイアフラムポンプ、ディフュージョンポンプ、ターボ分子ポンプなど、昇華精製管２の内部を１０-5Ｐａ程度まで減圧できるような能力を有する真空ポンプであればどのような真空ポンプでもよく、複数の真空ポンプを組み合わせて使用しても同様の効果を得ることが可能である。
【００４９】
また、本実施の形態では減圧手段３により昇華精製管２の内部を減圧するとしたが、その方法に限ったものではなく、フランジ５ｂに流入口を設けて、アルゴンガス等の不活性ガスを微量に注入することで、被処理物質加熱容器７で昇華した被処理物質８を不活性ガスの流れにより流出口６側に向けて搬送し、昇華精製を促進してもよい。
【００５０】
（実施の形態２）
図２に実施の形態２の昇華精製装置の概略断面図を示す。
【００５１】
図３に昇華精製物凝結部１１ａ、１１ｂの概略斜視図を示す。
【００５２】
図４に内管９、昇華精製物凝結部１１ａ、１１ｂの概略断面図を示す。
【００５３】
図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
実施の形態２では、図３に示すように昇華精製物凝結部が内管の端面間に配置した少なくとも二つの円筒であり、一方の端面から延設した他方の端面に当接する第１円筒である昇華精製物凝結部１１ａと他方の端面から延設して一方の端面に当接する第２円筒である昇華精製物凝結部１１ｂに分かれており、昇華精製物凝結部１１ａの端面は、最も内側の第１円筒の内側に連通する第１開口部１２を有し、昇華精製物凝結部１１ｂの端面は、最も外側の第２円筒の外側に連通する第２開口部１３を有している。
【００５５】
昇華精製物凝結部１１ａの第１円筒は昇華精製物凝結部１１ｂの端面側の側面に第３開口部１４を有し、昇華精製物凝結部１１ｂの第２円筒は昇華精製物凝結部１１ａの端面側に第４開口部１５を有している。
【００５６】
そして図４に示すように、内管９と昇華精製物凝結部１１ａの第１円筒と昇華精製物凝結部１１ｂの第２円筒が同心円状になるように、交互に組み合わせた状態で、昇華精製管２内に設置され、昇華精製が行われる。
【００５７】
上記構成では、矢印（点線）で示すように、昇華した被処理物質８は昇華精製物凝結部１１ａ端面の第１開口部１２より入り、第１円筒の第３開口部１４を進み、第２円筒の第４開口部１５を通り、昇華精製物凝結部１１ｂ端面の第２開口部１３より出て行く。その為、このような円筒状の昇華精製物凝結部１１ｂを備えていない場合と比較すると、被処理物質８の拡散範囲を狭く制限することとなり、内管９内で何度も往復するような経路を辿る為構成にしたことから、被処理物質８が昇華精製物凝結部１１ａ、１１ｂに接触する頻度を増大させるとともに接触する面積も増大させることができるので、昇華精製物質１０の収率を向上させることができるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明にかかる昇華精製装置は、昇華精製中に昇華精製管の内壁で不純物が形成されることを防止し、回収率を向上させるものであるので、有機ＥＬや有機太陽電池または有機半導体などに使用される昇華性を有する有機化合物の精製、分離手段等として有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１    昇華精製装置
２    昇華精製管
３    減圧手段
４ａ    被処理物質加熱手段
４ｂ    昇華精製管加熱手段
５ａ    フランジ
５ｂ    フランジ
６    流出口
７    被処理物質加熱容器
８    被処理物質
９    内管
１０    昇華精製物質
１１    昇華精製物凝結部
１１ａ    昇華精製物凝結部（第１円筒）
１１ｂ    昇華精製物凝結部（第２円筒）
１２    第１開口部
１３    第２開口部
１４    第３開口部
１５    第４開口部
１０１    昇華精製装置
１０２    昇華精製管
１０２ａ  昇華精製管（内管）
１０３    減圧手段
１０４ａ    加熱手段
１０４ｂ    加熱手段
１０４ｃ    加熱手段
１０５ａ    フランジ
１０５ｂ    フランジ
１０６    流出口
１０７    被処理物質加熱容器
１０８    被処理物質
１０９    電熱線
１１０    昇華精製物質
【図１】
2015150496.tif 000003
【図２】
2015150496.tif 000004
【図３】
2015150496.tif 000005
【図４】
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【図５】
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