(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＺＴ粉体を分散媒中に分散・懸濁した後、得られた懸濁液に、さらに前記粉体の０．１〜１０重量％の界面活性剤及び前記粉体の３０重量％以下の結合剤（バインダ）を添加し、次いでこの懸濁液を所定の容器に投入し、遠心分離器を用いて該容器の底部に保持したジルコニア板の基体上に前記粉体を沈降せしめ、次いで熱処理することにより、前記基体上に膜厚１〜１０μｍの膜を形成させることを特徴とする膜の形成方法。
【請求項２】
該界面活性剤が、エチレンオキサイド系又はソルビトール系界面活性剤である請求項１記載の膜の形成方法。
【請求項３】
該結合剤（バインダ）が、ポリビニルアルコール系又はポリビニルブチラール系である請求項１記載の膜の形成方法。
【請求項４】
該基体の表面が、Ｒｍａｘ（最大高さ）で０．５ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基体上に１〜１０μｍの膜を形成する工程を有する各種電子部品、光導波路等の光学部品、センサ等の化学部品の膜の形成方法と膜形成部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基体上に膜を形成する手段には、物理的手法として、ＰＶＤ法やスパッタ法があり、化学的手法としてＣＶＤ法、ゾルゲル液を用いた方法あるいはスクリーン印刷方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、従来の技術では、得られる膜厚の制限があり、例えば、ゾルゲル液を用いる方法では数ｎｍ〜数百ｎｍ、スクリーン印刷法では、１０μｍ以下の膜の形成は困難であった。
また、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法やスパッタ法では１μｍ以下の成膜に適しているが、大面積や複雑形状に適用が困難であり、成膜に時間がかかり、コスト高である。
以上のことから、基体上に膜厚１〜１０μｍの膜厚を形成する手段に、好適に用いることができる方法がないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基体上に膜厚１〜１０μｍの膜を好適に形成させることができるとともに、大面積や複雑形状への適用や、膜形成の時間短縮及びコストの削減に寄与することができる膜の形成方法と膜形成部品を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば、ＰＺＴ粉体を分散媒中に分散・懸濁した後、得られた懸濁液に、さらに前記粉体の０．１〜１０重量％の界面活性剤及び前記粉体の３０重量％以下の結合剤（バインダ）を添加し、次いでこの懸濁液を所定の容器に投入し、遠心分離器を用いて該容器の底部に保持したジルコニア板の基体上に前記粉体を沈降せしめ、次いで熱処理することにより、前記基体上に膜厚１〜１０μｍの膜を形成させることを特徴とする膜の形成方法が提供される。
【０００６】
又、本発明においては、界面活性剤が、エチレンオキサイド系又はソルビトール系界面活性剤であることが好ましい。
【０００７】
更に、本発明においては、界面活性剤が、エチレンオキサイド系又はソルビトール系界面活性剤であり、結合剤（バインダ）が、ポリビニルアルコール系又はポリビニルブチラール系であることが好ましい。
【０００８】
尚、本発明によれば、基体の表面が、Ｒｍａｘ（最大高さ）で０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の膜の形成方法は、粉体を分散媒中に分散・懸濁した後、得られた懸濁液を所定の容器に投入し、遠心分離器を用いて該容器の底部に保持した基体上に前記粉体を沈降せしめ、次いで熱処理することにより、前記基体上に膜厚１〜１０μｍの膜を形成させたものである。
【００１１】
上記のように本発明の膜の形成方法は、固／液を分離する手段として広く用いられている遠心分離法を用いることにより、膜厚１〜１０μｍの膜を好適に形成させることができるとともに、大面積や複雑形状への適用や、膜形成の時間短縮及びコストの削減に寄与することができる。
【００１２】
更に詳細には、成膜しようとする粉体を、分散媒により分散させ、懸濁液を調製した後、容器底部に膜付けしたい基体を保持あるいは静置し、懸濁液を投入後、容器を遠心分離器にかけ、遠心沈降により基体上に粉体層を形成するものである。
その後、必要な熱処理を施すことにより、最終的に１〜１０μｍの膜厚を有する緻密質あるいは多孔質の膜を形成することができる。
【００１３】
本発明の膜の形成方法は、懸濁液中の粉体量あるいは遠心分離の回転数及び時間により、任意の膜厚を有する膜の形成が可能である。
特に、従来技術で困難であった膜厚１〜１０μｍの膜を比較的短時間に作製することができる。
【００１４】
又、懸濁液の分散媒として用いる液体は、特に限定されず、水でもエタノール、キシレン等の有機溶媒でも、あるいはそれらの混合物でもよい。
特に、本発明では、分散性の高い懸濁液を調製し、遠心沈降成膜処理に供する必要があるため、例えば、水系において、懸濁液のｐＨを、酸又はアルカリに制御することにより、液中における粉体の界面電位（ξ電位）の絶対値を大きくさせ、分散性の高い状態を作り出す方法が採用されている。
【００１５】
しかしながら、この方法で分散させた懸濁液から形成される膜は、粉体同士や粉体と基体との密着性がなく、ハンドリング性が劣る場合が多い。
このため、本発明では、酸やアルカリを使用しない又はそれらに加え、各種の界面活性剤を添加することにより、分散性と成膜後の膜強度を改善するとともに、更に結合剤（バインダ）を添加することにより、熱処理後の膜の緻密化度を改善することを可能とした。
【００１６】
この場合、添加する界面活性剤の量は、粉体に対して０．１〜１０重量％であることが好ましい。
尚、０．１重量％以下の場合は、膜の強度向上の効果が少なく、１０重量％を超えると懸濁液中で凝集が生じたり、成膜後の微細構造が不均一になるため、熱処理後の膜にクラック等の発生を引き起こす原因となる。
【００１７】
界面活性剤としては、陽イオン界面活性剤や陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤の添加が好ましく、エチレンオキサイド系又はソルビトール系界面活性剤の添加がより好ましい。
【００１８】
そして、結合剤（バインダ）の添加量は、粉体に対して３０重量％以下であることが好ましい。
尚、３０重量％を超えると、再凝集が生じ、膜の微細構造が不均一になるため、結合剤の添加量は、２〜２０重量％であることがより好ましく、５〜１０重量％であることが更に好ましい。
これにより、脆性材料であるセラミックスの表面であっても好適に膜を緻密化することができる。
【００１９】
結合剤（バインダ）としては、分散媒の性質に応じて、セルロース系、ビニルアルコール系、ブチラール系、アクリル系を添加することが好ましく、特にポリビニルアルコール系又はポリビニルブチラール系の添加が、より好ましい。
【００２０】
次に、本発明の膜形成方法で用いた粉体は、特に限定されず、セラミックス、ガラス、金属等のいずれも用いることができる。
従って、絶縁体、強誘電体、圧電体、超伝導体、ガラス又はゼオライトのような多孔質材料の成膜に対しても好適に適用することができる。
【００２１】
尚、前記粉体の平均粒径がサブミクロン以下、特に５０〜８００ｎｍであることが、分散媒中に懸濁する上で好ましい。
【００２２】
また、本発明の膜形成方法で用いる基体の表面は、平滑である必要はなく、Ｒｍａｘ（最大高さ）が０．５ｍｍ以下であれば、膜厚の均一性を損なわずに成膜することができる。尚、基体の材質は、特に限定されず、セラミックス、ガラス、金属のいずれの材質でもよく、基体の形状にも制限はない。
【００２３】
ここで、Ｒｍａｘ（最大高さ）とは、ＪＩＳ  Ｂ０６５１”触針式表面粗さ測定器”によって求めた値であり、ＪＩＳ  Ｂ０６０１”表面粗さの定義と表示”による表面粗さの表示方法の一つである。
【００２４】
更に、基体の容器内での配置は、膜付けしたい面が、平底容器の底部に対してできるだけ平行に近いことが、均一な膜厚を得る上で好ましい。
また、形成する膜をパターニングする必要がある場合には、あらかじめマスクを形成しておき、成膜後、マスクとその上に形成された膜を除去するリフトオフ法によりパターニングが可能である。
【００２５】
遠心分離器を用いた遠心沈降処理は、懸濁液中の粉体量及び成膜させる膜厚によりそれぞれ異なるが、懸濁液中での粉体の凝集や成膜後の微細構造を均一にするために、１００ｇ（ｇ：重力加速度）以上の遠心力で行うことが好ましい。
【００２６】
尚、遠心沈降処理後の熱処理の条件は、成膜させる膜の原料である粉体の特性等によりそれぞれ異なる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものでない。
【００２８】
（実施例１〜３、比較例１，２：ガラス膜の形成方法）
石英ガラス粉体（平均粒径：０．２μｍ）を所定量秤量し、内径８．６ｃｍのテフロン製容器に蒸留水２００ｃｃとともに投入し、これにアンモニア水を滴下し、ｐＨを１０に調製した。白金箔を懸濁液の入った容器の底部に沈め、遠心分離器にかけ１２００ｇ（ｇ：重力加速度）の遠心力で２０ｍｉｎ遠心沈降処理を行った。得られた成形体を、電気炉を用い１６００℃の熱処理を行った。
表１に粉体の投入量と得られた膜の厚さを示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
（考察：ガラス膜の形成方法）
表１の結果から、石英ガラスの投入量を制御することにより、１０μｍ以下の膜厚を有する石英ガラス膜が作製可能であることが判明した。
【００３１】
（実施例４〜６、比較例３〜５：セラミック膜の形成方法１）
ＰＺＴ粉体（平均粒径：０．６μｍ）を所定量秤量し、内径８．６ｃｍのテフロン製容器にキシレン２００ｃｃとともに投入し、これにソルビトール系界面活性剤（製品名：ｓｐａｎ８５）を粉体に対して所定量を添加し、数時間スターラーを用いて撹拌した。
次に、白金箔を懸濁液の入った容器の底部に沈め、遠心分離器にかけ１２００ｇ（ｇ：重力加速度）の遠心力で２０ｍｉｎ遠心沈降処理を行った。得られた成形体を、電気炉を用い１２５０℃、３時間の熱処理を行った。
表２に界面活性剤の添加量と焼成後の膜の微構造の観察結果を示した。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
（考察：セラミック膜の形成方法１）
表２の結果から、界面活性剤の添加量を適切に制御することにより、クラックや剥離のない膜を得ることが可能であることが判明した。
又、基板である白金箔が軟化し、セラミックス膜の焼成収縮を容易にすることができるため、緻密な膜形成が可能であることが判明した。
【００３４】
（実施例７〜１５、比較例６〜１０：セラミック膜の形成方法２）
ＰＺＴ粉体（平均粒径：０．６μｍ）を所定量秤量し、内径８．６ｃｍのテフロン製容器にキシレン２００ｃｃとともに投入し、これにソルビトール系界面活性剤（製品名：ｓｐａｎ８５）とブチラール系結合剤（製品名：ＢＬＳ）を粉体に対してそれぞれ所定量を添加し、数時間スターラーを用いて撹拌した。
次に、厚さ３００μｍのジルコニア板を懸濁液の入った容器の底部に沈め、遠心分離器にかけ１２００ｇ（ｇ：重力加速度）の遠心力で２０ｍｉｎ遠心沈降処理を行った。得られた成形体を、電気炉を用い１２５０℃、３時間の熱処理を行った。焼成後の試料について、クラックや剥離の有無を調べるとともに、膜表面の走査型電子顕微鏡写真を画像処理して気孔率を評価した。
表３に界面活性剤及び結合剤（バインダ）の添加量と焼成後の膜のクラック・剥離の有無、気孔率の結果を示した。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
（考察：セラミック膜の形成方法２）
表３の結果から、界面活性剤の添加量を適切に制御することにより、クラックや剥離のない膜を得ることが可能であることが判明した。
又、界面活性剤及び結合剤（バインダ）の添加量を適切に制御することによって、脆性材料であるジルコニア板の表面に、より緻密な膜形成が可能であることが判明した。
【００３７】
（実施例１６〜１８、比較例１１：セラミック膜の形成方法３）
Ｂｉ２２２３系超伝導体粉体（平均粒径：０．１μｍ）を０．２ｇ秤量し、内径８．６ｃｍのテフロン製容器に水２００ｃｃとともに投入し、これにエチレンオキサイド系分散剤（製品名：ｔｗｅｅｎ６０）を粉体に対して０．１重量％添加し、数時間スターラーを用いて撹拌した。
次に、Ｒｍａｘ（最大高さ）の異なる銀板を懸濁液の入った容器の底部に沈め、遠心分離器にかけ１２００ｇ（ｇ：重力加速度）の遠心力で２０ｍｉｎ遠心沈降処理を行った。得られた成形体を、電気炉を用い８３０℃、２０時間の熱処理を行った。
表４に銀板のＲｍａｘ（最大高さ）と膜厚の平均値とばらつきを示した。
【００３８】
【表４】
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【００３９】
（考察：セラミック膜の形成方法３）
表４の結果から、Ｒｍａｘ（最大高さ）が０．５ｍｍ以下であれば、膜厚の均一性を損なわずに成膜することができることが判明した。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の膜の形成方法と膜形成部品は、従来の技術では困難とされていた基体上に膜厚１〜１０μｍの膜を好適に形成させることができるとともに、大面積や複雑形状への適用や、膜形成の時間短縮及びコストの削減に寄与することができる。