JP2005315684A - 薄膜層の密着性評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性の透明基材上の片側に１層またはそれ以上の薄膜層を有する積層体の薄膜層の密着強度評価方法において、薄膜層の表面になにも触れることなく、再現性良くかつ効率的に積層体の密着性を評価する方法、および密着性を評価する試験片の構造を簡易的に作成する方法により薄膜層の密着性評価方法を提供すること。
【解決手段】所定の曲率のある、観察窓をもった冶具で、該冶具の曲率をもった面に沿って試験片を固定し、薄膜層を内側にして湾曲部を形成した試験片を、薄膜層の劣化加速試験の装置内で所定の試験条件の劣化加速試験後、冶具の観察窓を通して湾曲部の薄膜層の層間の剥離状態を観察し、剥離状態を評価することにより、層間剥離が観察された試験片の湾曲部の曲率半径の数値を用いて、密着強度を数値により評価する薄膜層の密着強度評価方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、可撓性の透明基材上に１層またはそれ以上の薄膜層を有する積層体の評価方法及び評価装置に関するものであって、特に、蒸着フィルム等の機能性を有する透明フィルムにおける薄膜層の密着強度の評価方法に関する。

従来、透明基材に対する薄膜層の付着強度を評価する試験方法としてＪＩＳ Ｋ５４００で規定されている方法に碁盤目法、碁盤目テープ法、及びＸカットテープ法がある。また、ＪＩＳ、ＡＳＴＭ、ＩＳＯの規格に曲げ試験がある。このような方法を定量的に効率良く行う提案が特許文献１等によってなされている。

以下に公知文献を記す。
特開平５−１８２２５５号公報

従来の試験方法のうち、碁盤目法は試験片上の膜を貫通して基材面に達する切り傷を碁盤目状につけ、膜の付着状態を目視により観察する方法である。しかし、切り傷周辺の付着状態の目視観察は定量的でなく、付着の微妙な差異まで判別して観察することは困難である。

碁盤目テープ法は、試験片上の膜を貫通して基材面に達する切り傷を碁盤目状につけ、この碁盤目の上に粘着テープを貼り、消しゴムでこすって薄膜層と粘着テープを密着させ、粘着テープを剥がした後の薄膜層の付着状態を目視で観察する方法である。しかしこの方法においては、薄膜層と粘着テープとの密着を得る為に消しゴムでこする際、脆い膜ではそれ自体が層破壊を起こし、正確な薄膜層の付着力を測定することができない問題がある。また、人為的な要素が多く含まれる試験方法である為、試験方法自体及びその測定結果が再現性に乏しいという欠点がある。

また、Ｘカットテープ法は試験片上の薄膜層を貫通して、基材面に達するＸ印状の切り傷をカッターナイフで付け、その上に粘着テープを貼りつけて引き剥がし、基材と、又は薄膜層との付着性の優劣を調べる方法である。しかし、この方法も碁盤目法、碁盤目テープ法と同様、測定方法として定量的でない上、粘着テープとの密着を得る為に消しゴムでこする際、膜に損傷を与えてしまう危険性があるという欠点を有している。

また曲げ試験について、図３に示す４点曲げ試験を例として説明する。歪ゲージ１１を取付けた試験片３１を２箇所の下部支点１２により支持し、上部支点１３により図面下部方向に荷重をかけ、光学顕微鏡１４により剥離状態と、その時の試験片の歪（曲率半径）を測定するものである。この方法は、非接触試験であり、膜に対しなにも触れさせることなく薄膜層の剥離の様子が観察可能である。しかし、試験片が薄く、剥離が発生する曲率半径が小さい試験片の測定では支点間隔が狭くなり、観察および支点間隔の制御が困難となる問題がある。

本発明は、前記問題点について鑑みられたものであり、その目的とするところは、積層体に形成した薄膜層の表面になにも触れさせることなく、再現性良くかつ効率的に積層体の密着性を評価する方法、および密着性を評価するための試験片の構造を簡易的に作成す
る方法により積層体の密着性を評価することができる薄膜層の密着性評価方法を提供することである。

本発明は、上記目的を達成する為になされたものであり、請求項１に係る発明は、可撓性の透明基材上の片側に１層またはそれ以上の薄膜層を有する積層体の薄膜層の密着強度評価方法において、薄膜層を内側にして積層体を湾曲させて湾曲部を形成した試験片を、薄膜層の劣化加速試験の装置内に投入し所定の試験条件で劣化加速試験を完了した後、湾曲部の薄膜層の層間の剥離状態を観察し、評価することことにより、層間剥離が観察された試験片を選別し、該試験片の湾曲部の曲率半径の距離値を用いて、密着強度を数値により評価することを特徴とする薄膜層の密着強度評価方法である。

請求項２に係る発明は、前記湾曲部の形成は、所定の曲率のある、観察窓をもった冶具を用いて、該冶具の曲率をもった面に沿って試験片を固定し、薄膜層を内側にして湾曲部を形成する方法であって、剥離状態の観察は、冶具の観察窓を通して湾曲部における試験片の薄膜層の剥離状態を観察することを特徴とする請求項１記載の薄膜層の密着強度評価方法である。

請求項３に係る発明は、前記試料片は、同一なる曲率半径を持つ複数よりなるグループであって、該グループを劣化加速試験に投入し、所定の条件下で劣化加速試験を完了した後、その薄膜層の剥離状態を同時に観察することを特徴とする請求項１、又は２記載の薄膜層の密着強度評価方法である。

請求項４に係る発明は、前記試料片は、異なる曲率半径を持つ複数種よりなるグループであって、該グループを劣化加速試験に投入し、所定の条件下で劣化加速試験を完了した後、その薄膜層の剥離状態を同時に観察することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の薄膜層の密着強度評価方法である。

本発明の密着性評価方法によれば、積層体の薄膜層形成面を内側に湾曲させて固定し、数種類の曲率を作成したものを劣化加速試験に投入し、光学顕微鏡により薄膜層の剥離が発生したときの曲率の半径値を用いて数値判定することで、積層体およびその薄膜層の表面に何も触れさせることなく、効率的、かつ簡易的に透明基材と薄膜層との密着強度の測定をすることができ、得られた測定結果は密着強度の微小な差異を曲率半径の大きさとして定量的に示すことができる。

以下に本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明による試験片の曲率保持冶具の概略図である。（ａ）は曲率保持冶具の側断面図で、（ｂ）は、試験片を固定する際の曲率保持冶具の側断面図であり、（ｃ）は、試験片の側断面図である。まず、図１（ａ）に示す曲率保持の冶具について説明する。曲率保持冶具２１は、湾曲させた試験片３１を、一定の曲率に把持する為の冶具である。この曲率保持冶具２１の湾曲部の中央には、観察窓２２が開いている。なお、破線枠内には、曲率保持冶具２１の上面図を参考として添付した。次に、図１（ｂ）のように、曲率保持冶具２１内に試験片３１を装着し、両端を端部固定手段２３により固定する。薄膜層の剥離状態の観察では、試験片３１を曲率保持したままで、観察窓を通して光学顕微鏡１４により剥離観察する。次に、図１（ｃ）に示す試験片３１は、透明基材３２の片側上に１層またはそれ以上の薄膜層３３を形成する積層体の側断面図である。

このような曲率保持冶具２１を、曲率を変化させて複数個作成する。曲率保持冶具２１
は、劣化加速試験の条件により、冶具の素材を任意に選択することが好ましい。曲率保持冶具の大きさについても、試験片を湾曲させ、固定できれば問題はないが、本実施例では幅１ｃｍ、円弧の長さは６ｃｍとした。窓の大きさについても、光学顕微鏡１４で試験片３１の剥離の有無が観察可能であれば任意であるが、本実施形態では８ｍｍ×１０ｍｍとした。

次に、試験片３１について説明する。本発明で評価することのできる積層体とは、可撓性を有する透明な基材に、薄膜層を一層または複数層積層した積層体である。具体的には蒸着膜を形成した透明防湿フィルム等が挙げられる。

このような積層体を短冊状に切り出し、本発明の試験片として評価する。試験片の形状は湾曲部を形成することができ、薄膜層の剥離の有無が測定できるならば制限はないが、本実施例で用いた試験片は、図１（ｃ）に示すように、透明基材３２上に薄膜層３３を形成した積層体をカッターにより幅１ｃｍ、長さ６ｃｍの長方形に切り出し、曲率保持冶具２１と同程度の大きさになるようにした。この試験片３１を薄膜層３３が内側になるよう湾曲させて透明基材面を曲率保持冶具２１に固定する。試験片の薄膜層について、蒸着膜だけでなく、例えばスパッタリングによる薄膜層など、その他各種薄膜層の作成方法で作られた薄膜層についても同様に評価することができる。

図２は、本発明の湾曲部の曲率半径を求める際の概略図である。試験片３１を所定の曲率半径（図２では、Ｒとした）を備えた曲率保持冶具２１にとりつけ固定した場合、実際の曲率半径（図２では、Ｒ０とした）について説明する。試験片３１の厚みによって薄膜層では、冶具の曲率半径（ＲとＲ０）と異なってくる。例えば試験片３１の厚みの違う試料で剥離発生曲率を評価したい場合などは、あらかじめ試験片の曲率（Ｒ０）を測定しておくことが望ましく、測定方法としては、例えば、図２に示すように、試験片３１の湾曲部をデジタルカメラなどにより撮影し、湾曲部の円弧の形状を座標データとして抽出し、円の方程式に最小二乗法によりフィッティングを行うことにより求める方法がある。また、簡便な方法では、試験片３１の厚みを補正する方法もある。すなわち、曲率保持冶具２１に試験片３１を固定した場合、該曲率半径の大小により、試験片の透明基材裏面と試験片の薄膜層表面との歪みが変わり、曲率が小くなるほど歪みが大きくなる。さらに曲率保持冶具２１に固定した状態で、劣化加速試験を行うことにより、密着強度の微小な差異を加速し発現させ、定量的に示すことが可能となった。

以下に本発明の曲率保持冶具及びそれを用いた測定方法の一実施例を図を用いて説明する。

試験片のセットは、図１（ｂ）を参照に、試験片３１を湾曲させ、これを曲率保持冶具２１の両端に、端部固定手段２３で固定した。本発明の実施例では端部の固定は粘着テープで行っているが、例えば接着剤等、不必要に試験片に負担をかけることなく固定の目的を果たせれば制限はない。また、試験片３１の厚みの違う試料で剥離発生曲率を評価したい場合などは、あらかじめ試験片の実際の曲率（Ｒ０）を測定しておくことが望ましい。

曲率保持冶具２１は、曲率１ｍｍ、１．５、２、２．５、３、４、５ｍｍの７種類の曲率の曲率保持冶具２１をガラスで作成し、これらを１セットとし、４セット分用意した。試験片として、厚さ１００μｍのＰＥＴ基材上に厚さ３００ｎｍの蒸着膜を形成し、それを曲率保持冶具２１に端部固定手段２３として粘着テープを用い、これにより固定した。

次に、試験片３１をとりつけた曲率保持冶具２１を耐光性試験機（スガ試験機ロングライフフェードメーター Ｕ４８）に投入した。ここで、曲率保持冶具２１の取付け方は、
通常の劣化加速試験機での試料の取付け方と同様にする必要がある。つまり劣化が熱、照射光源によるものであれば、曲率保持冶具の円弧は、その方向を向くよう耐光試験機冶具に取り付ける。

劣化加速試験機が所望の試験時間に達したその都度、曲率保持冶具２１を１セットずつとりだし、光学顕微鏡１４により、曲率保持冶具２１の観察窓２２を通して試料を観察し、どの曲率の試験片で剥離が生じているかを観察した。

実施例１では、試験片は全て同一のものを使用しているので、曲率半径は、その曲率保持冶具の曲率の値を用いることにした。耐光性試験時間は０、２４、４８、９６時間であり、実施形態で示した方法でそれぞれの剥離がどの曲率で発生するかを調べ、結果を表１に示した。耐光試験時間により、ＰＥＴ基材と蒸着膜の密着性は劣化することが知られており、この傾向が本試験からも確認された。また、これらの試験片について、碁盤目テープ法により評価した結果を表１に併せて示した。剥離したマス目の数は、マス目１００個につきｘ個のマス目で剥離が生じたことを、ｘ／１００と表記している。以下に表１を記す。

なお、剥離発生曲率は本発明に、剥がれ数はＪＩＳ Ｋ５４００に準じる。

表１から、耐光性試験０時間の曝光（未曝光）と、２４時間、および４８、９６時間曝光では薄膜層（蒸着膜）の密着強度について碁盤目テープ法で差はないことが分かる。しかし本発明の薄膜層の密着強度測定方法によれば、耐光性試験時間の増加に伴い剥離発生曲率も増加することから、薄膜層の密着強度が落ちていることが分かる。このように、本測定によれば密着強度の微小な差異が、簡易的で効率的、かつ定量的に測定できることが示された。

本発明による試験片の曲率保持冶具の概略図である。（ａ）は曲率保持冶具の図面、（ｂ）は試験片を固定する際の曲率保持冶具の側面図、（ｃ）は試験片の断面図である。 本発明の湾曲部の曲率半径を求める際の概略図である。 従来の４点曲げ試験の概略図である。

符号の説明

１１…歪ゲージ
１２…下部支点
１３…上部支点
１４…光学顕微鏡
２１…曲率保持冶具
２２…観察窓
２３…端部固定手段
３１…試験片（積層体の）
３２…透明基材
３３…薄膜層

Claims (4)

1. 可撓性の透明基材上の片側に１層またはそれ以上の薄膜層を有する積層体の薄膜層の密着強度評価方法において、薄膜層を内側にして積層体を湾曲させて湾曲部を形成した試験片を、薄膜層の劣化加速試験の装置内に投入し所定の試験条件で劣化加速試験を完了した後、湾曲部の薄膜層の層間の剥離状態を観察し、評価することことにより、層間剥離が観察された試験片を選別し、該試験片の湾曲部の曲率半径の距離値を用いて、密着強度を数値により評価することを特徴とする薄膜層の密着強度評価方法。
2. 前記湾曲部の形成は、所定の曲率のある、観察窓をもった冶具を用いて、該冶具の曲率をもった面に沿って試験片を固定し、薄膜層を内側にして湾曲部を形成する方法であって、剥離状態の観察は、冶具の観察窓を通して湾曲部における試験片の薄膜層の剥離状態を観察することを特徴とする請求項１記載の薄膜層の密着強度評価方法。
3. 前記試料片は、同一なる曲率半径を持つ複数よりなるグループであって、該グループを劣化加速試験に投入し、所定の条件下で劣化加速試験を完了した後、その薄膜層の剥離状態を同時に観察することを特徴とする請求項１、又は２記載の薄膜層の密着強度評価方法。
4. 前記試料片は、異なる曲率半径を持つ複数種よりなるグループであって、該グループを劣化加速試験に投入し、所定の条件下で劣化加速試験を完了した後、その薄膜層の剥離状態を同時に観察することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の薄膜層の密着強度評価方法。

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