JP2017165612A - 透光性材料、低密着性材料及び成形用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】低密着性材料及び成形用部材として使用され得る透光性材料を提供する。
【解決手段】透光性材料は、ガラス系材料からなる基台部１と、基台部１の上方（表面）において層状に設けられるセラミックス層２とを備える。基台部１として、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスを使用した強化ガラス、主にホウケイ酸ガラスを使用した耐熱ガラス、石英ガラスなどを使用できる。セラミックス層２は、酸化イットリウム（Ｙ_２ Ｏ_３ ）を基材にして、窒素及び４Ａ族元素のカチオンを含む。石英ガラスを使用する場合には、基台部１とセラミックス層２との間に中間層３を形成することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、基台部とセラミックス層とを備える透光性材料、低密着性材料及び成形用部材に関する。「透光性」という文言は、物質を光が透過する性質を意味する（参考：ＪＩＳ Ｒ １６００）。本出願書類において、「透光性」には「透明である状態」が含まれる。

特許文献１には、金属製の基材と、基材上に設けられ、酸化イットリウム、窒素および４Ａ族元素のカチオンを含み、成形品と接触するセラミックス層とを備える成形型が開示されている（特許文献１の段落［０００６］参照）。成形型の表面に設けられ酸化イットリウムを含むセラミックス層が、その成形型の離型性及び防汚性を向上させることが開示されている（特許文献１の段落［００３９］参照）。離型性及び防汚性の対象として、成形動作において使用される樹脂が例示される（特許文献１の段落［００５６］参照）。

特開２０１５−２１４０７０号公報

特許文献１に記載の成形型は、金属製の基材上にセラミックス層が形成された材料によって構成される。これに起因して、特許文献１に記載された成形型によれば、第１に、成形型の軽量化を図ることが困難である。第２に、特許文献１に記載された成形型を構成する材料は、透光性を必要とする用途には適用されることができない。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものである。本発明の第１の目的は、成形動作において使用される樹脂を含む多様な材料に対する低密着性及び防汚性を有する、好ましくは軽量化された、低密着性材料及び成形用部材を提供することである。本発明の第２の目的は、低密着性材料及び成形用部材として使用され得る透光性材料を提供することである。

本発明に係る透光性材料は、ガラス系材料（ガラス系物質）からなる基台部と、基台部の表面において層状に設けられるセラミックス層とを備え、セラミックス層は、酸化イットリウム（Ａｌ_２Ｏ_３ ）を基材にし、窒素及び４Ａ族元素のカチオンを含む、透光性材料である。

本発明に係る透光性材料は、上述した透光性材料において、ガラス系材料は耐熱ガラスである、という態様を有する。

本発明に係る透光性材料は、上述した透光性材料において、ガラス系材料は強化ガラスである、という態様を有する。

本発明に係る透光性材料は、上述した透光性材料において、セラミックス層は基台部に直接密着する、という態様を有する。

本発明に係る透光性材料は、上述した透光性材料において、ガラス系材料は石英ガラスである、という態様を有する。

本発明に係る透光性材料は、セラミックス層は、熱硬化性樹脂、動物油、植物油又は鉱油のうち少なくとも１つに対する低密着性を有する、という態様を有する。

本発明に係る透光性材料は、上述した透光性材料において、セラミックス層と石英ガラスからなる基台部との間に設けられた中間層を更に備える、という態様を有する。

本発明に係る低密着性材料は、材料に対する低密着性を有する低密着性材料であって、無機系材料からなる基台部と、基台部の表面において層状に設けられるセラミックス層とを備え、セラミックス層は、酸化イットリウムを基材にし、窒素及び４Ａ族元素のカチオンを含み、原材料に接触する、低密着性材料である。

本発明に係る低密着性材料は、上述した低密着性材料において、セラミックス層は基台部に直接密着する、という態様を有する。

本発明に係る低密着性材料は、上述した低密着性材料において、セラミックス層と基台部との間に設けられた中間層を更に備える、という態様を有する。

本発明に係る低密着性材料は、上述した低密着性材料において、材料は、熱硬化性樹脂、動物油、植物油又は鉱油のうち少なくとも１つを含む、という態様を有する。

本発明に係る成形用部材は、成形品を製造する際に使用される材料に接触する成形用部材であって、無機系材料からなる基台部と、基台部の表面において層状に設けられるセラミックス層とを備え、セラミックス層は、酸化イットリウムを基材にし、窒素及び４Ａ族元素のカチオンを含む、成形用部材である。

本発明に係る成形用部材は、上述した成形用部材において、セラミックス層は基台部に直接密着する、という態様を有する。

本発明に係る成形用部材は、上述した成形用部材において、セラミックス層と基台部との間に設けられた中間層を更に備える、という態様を有する。

本発明に係る成形用部材は、材料は、熱硬化性樹脂、動物油、植物油又は鉱油のうち少なくとも１つを含む、という態様を有する。

本発明によれば、第１に、成形動作において使用される樹脂を含む多様な材料に対する低密着性及び防汚性を有する、好ましくは軽量化された、低密着性材料及び成形用部材を提供することができる。第２に、低密着性材料及び成形用部材として使用され得る透光性材料を提供することができる。

（１）は本発明の各実施例に係る透光性材料、低密着性材料及び成形用部材の断面を示す図であり、（２）は本発明の変形例に係る透光性材料、低密着性材料及び成形用部材の断面を示す図である。 本発明の１つの実施例に係る透光性材料における、ガラス上におけるセラミックス層の密着性評価の結果を示す図である。 （１）及び（２）は、本発明の１つの実施例に係る透光性材料における、耐熱ガラス上及び強化ガラス上のセラミックス層の表面硬度を測定した結果を、それぞれ示す図である。 本発明の１つの実施例に係る透光性材料における、セラミック層厚による光透過率の変化を示す図である。 本発明の１つの実施例に係る透光性材料である両面製膜品と、未処理品との双方を対象にした、３点曲げ強さを示す図である。 本発明に含まれるセラミックス層が表面に形成された複合部材と、硬質クロムめっきされた表面を有する比較例に係る材料とについて、密着力を測定した結果を示す図である。 本発明に含まれるセラミックス層が表面に形成された複合部材を使用して所定回数の成形動作を行なった後の、その成形用部材のキャビティにおける内底面を示す写真である。 比較例に係る成形用部材を使用して所定回数の成形動作を行なった後の、その成形用部材のキャビティにおける内底面を示す写真である。 （１）は拭き取り用紙を使用して試料の評価面を擦る状態を、（２）は試料の評価面を、（３）は試料に評価用油を塗って加熱する工程を、それぞれ示す写真及び図である。 （１）、（２）は、それぞれ表面に指紋を付着させた２種類の試料の拭き取り前における表面と拭き取り後における表面とを、それぞれ示す写真である。 （１）、（２）は、それぞれ表面に動物油を付着させた２種類の試料を加熱して冷却させた後における拭き取り前の表面と拭き取り後の表面とを、それぞれ示す写真である。 （１）、（２）は、それぞれ表面に植物油を付着させた２種類の試料を加熱して冷却させた後における拭き取り前の表面と拭き取り後の表面とを、それぞれ示す写真である。 （１）、（２）は、それぞれ表面に鉱油を付着させた２種類の試料を加熱して冷却させた後における拭き取り前の表面と拭き取り後の表面とを、それぞれ示す写真である。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の部分又は相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

本出願書類において、「低密着性」という文言は次の２つのことを意味する。第１に、「ある材料からなる部材（例えば、成形用部材）が対象物（例えば、成形品）に接触することによって対象物に起因する汚れがその部材の表面に付着することが抑制される、という性質」を意味する。第２に、「部材の表面に付着した汚れがその部材の表面から容易に離れる（除去される）、という性質」を意味する。したがって、ある対象物に対して低密着性を示す材料はその対象物に対する防汚性を有する。言い換えれば、ある材料（物質）が低密着性材料であることは、その材料（物質）が防汚性材料であることを意味する。

（実施例１）
（実施例１に係る透光性材料）
図１を参照して、本発明の実施例１及びその変形例に係る透光性材料を説明する。実施例１に係る透光性材料は、ガラス系材料（ガラス系物質）からなる基台部１と、基台部１の上方（表面）において層状に設けられるセラミックス層２とを備える。したがって、実施例１に係る透光性材料は、複合材料である。

基台部１を構成するガラス系材料としては次の材料が挙げられる。第１に、ソーダライムガラス（ソーダ石灰ガラス）を使用できる。第２に、アルミノシリケートガラスを使用できる。第３に、ホウケイ酸ガラスを使用できる。第４に、石英ガラスを使用できる。石英ガラスを使用する場合には、基台部１とセラミックス層２との間に中間層を形成することが好ましい（後述）。

基台部１を構成するガラス系材料を次のように分類できる。第１に、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスを使用した強化ガラスである。風冷強化法を使用してソーダライムガラスを処理することによって、強化ガラスが得られる。カリウムイオンを含有する溶融カリウム塩、水溶液などを使用して、イオン交換法によってアルミノシリケートガラスを処理することにより、強化ガラスが得られる。第２に、主にホウケイ酸ガラスを使用したテンパックスフロート（登録商標）などの耐熱ガラスである。第３に、石英ガラスである。

セラミックス層２は、酸化イットリウム（Ｙ_２ Ｏ_３ ）を基材にし、窒素及び４Ａ族元素のカチオンを含む。以下、セラミックス層２を構成する材料を、「Ｙ_２ Ｏ_３ を主たる成分とする材料」などと呼ぶことがある。

図１（１）に示されるように、ガラス系材料からなる基台部１とセラミックス層２とは直接密着する。基台部１を構成するガラス系材料の熱膨張係数とセラミックス層２の熱膨張係数との差が小さい場合には、基台部１とセラミックス層２とが直接密着する構成を採用できる。

耐熱ガラスの熱膨張係数αは、３．３×１０⁻⁶程度である。セラミックス層２は酸化イットリウムを基材にする。酸化イットリウムを基材にするセラミックス層２の熱膨張係数αは、６．５×１０⁻⁶である。基台部１を構成するガラス系材料の熱膨張係数αとセラミックス層２の熱膨張係数αとの差がこの程度であれば、基台部１とセラミックス層２とを直接密着させることができる。

図１（１）に示された透光性材料の製造方法を説明する。初めに、基台部１を構成するガラス系材料を準備する。基台部１に凹凸などの立体形状が必要である場合には、切削加工、エッチング加工などを使用して、予め立体形状を形成する。

次に、基台部１の上面にセラミックス層２を形成する。基台部１の上面にセラミックス層２を形成する方法として、物理気相成長法（PVD：Physical Vapor Deposition ）を使用することができる。PVD には、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、プラズマ溶射法、イオン注入法、プラズマイオン注入法、イオンプレーティング法などが含まれる。化学的気相成長法（Chemical Vapor Deposition）、ゾル−ゲル法を使用してもよい。

図１（２）を参照して、本発明の実施例１の変形例に係る透光性材料を説明する。図１（２）は、実施例１の変形例に係る透光性材料であって、基台部１とセラミックス層２との間に中間層３が設けられた透光性材料を示す。この変形例に係る透光性材料は、ガラス系材料からなる基台部１と、基台部１の上面に密着する層状の中間層３と、中間層３の上面に密着する層状のセラミックス層２とを備える。

基台部１は石英ガラスによって構成される。石英ガラスの熱膨張係数α１は、０．５５×１０^−６程度である。セラミックス層２の熱膨張係数α２は６．５×１０⁻⁶である。基台部１を構成するガラス系材料の熱膨張係数α１とセラミックス層２の熱膨張係数α２との差がこの程度まで大きければ、基台部１とセラミックス層２とに間に熱収縮を緩和するための中間層３を設けることが好ましい。中間層３の材料としては、基台部１の熱膨張係数α１とセラミックス層２の熱膨張係数α２との中間程度の値の熱膨張係数α３を有するガラス系材料を使用することが好ましい。熱膨張係数α３を有する透光性セラミックス系材料を使用することもできる。

（透光性材料の評価１：密着性）
図２を参照して、実施例１に係る透光性材料の密着性（密着力）を評価した結果を説明する。図２の右端に示された比較例に使用された高速度鋼は、工具、金型などの材料として使用される、鋼系材料である。Ｙ_２ Ｏ_３ を主たる成分とする材料からなる層（以下適宜「本発明に含まれるセラミックス層」又は「セラミックス層」という。）とガラス系材料との密着性と、セラミックス層と鋼系材料との密着性とを比較する。

図２に示されるように、セラミックス層と鋼系材料との密着性に比較して、セラミックス層と強化ガラスとの密着性は、約１．５７倍である。セラミックス層と鋼系材料との密着性に比較して、セラミックス層と耐熱ガラスとの密着性は、約１．８８倍である。以上の結果から、セラミックス層とガラス系材料との密着性は、セラミックス層と鋼系材料との密着性に比較して大きいといえる。

密着性の評価は、スクラッチ試験によって行われた。スクラッチ試験においては、次の動作が同時進行で行われる。第１に、ＸＹ平面に置いた対象物に、スタイラス（触針）を押し当てる。第２に、スタイラスの先端から対象物に加えられる荷重を、時間の経過に従って増加させる。第３に、スタイラスをＹ方向に振動させる。第４に、スタイラスをＸ方向に沿って移動させる。まとめれば、スタイラスをＹ方向に振動させながら、スタイラスに加えられる荷重を増加させて、スタイラスの先端が対象物を引っ掻いてＸ方向に沿って進む。セラミックス層がはく離した時点におけるスタイラスに加えられた荷重を、臨界荷重値に定める。臨界荷重値が大きいほど、密着性が大きい。

スクラッチ試験の条件は以下の通りである。
試験装置 ：株式会社レスカ製 超薄膜スクラッチ試験機ＣＳＲ−２０００
励振レベル ：１００μｍ
測定終了の時間 ：１２０ｓ
測定終了時の荷重：６００ｍＮ
サンプリング周期：３６００Ｈｚ
ばね定数 ：１００ｇｆ／ｍｍ（０．９８Ｎ／ｍｍ）
スタイラス半径 ：１５μｍ

（透光性材料の評価２：表面硬度）
図３を参照して、実施例１に係る透光性材料の表面硬度を説明する。図３（１）は、異なる層厚を有するセラミックス層を耐熱ガラス（基台）の上に形成した場合における、セラミックス層の表面硬度を示す。耐熱ガラス自体の表面強度に比較して、セラミックス層の層厚が０．１８μｍである場合に、１．５０倍の表面硬度が得られた。セラミックス層の層厚が０．５３μｍである場合に、１．８２倍の表面硬度が得られた。セラミックス層の層厚が０．９８７μｍである場合に、１．８０倍の表面硬度が得られた。以上の結果から、耐熱ガラス自体の表面強度に比較して、耐熱ガラスの上に形成した場合におけるセラミックス層の表面硬度は大幅に向上したといえる。

図３（２）は、異なる層厚を有するセラミックス層を強化ガラス（基台）の上に形成した場合における、セラミックス層の表面硬度を示す。強化ガラス自体の表面強度に比較して、セラミックス層の層厚が０．０９μｍである場合に、１．０９倍の表面硬度が得られた。セラミックス層の層厚が０．１８４μｍである場合に、１．２１倍の表面硬度が得られた。セラミックス層の層厚が０．３４９μｍである場合に、１．３０倍の表面硬度が得られた。以上の結果から、強化ガラス自体の表面強度に比較して、強化ガラスの上に形成した場合におけるセラミックス層の表面硬度は向上したといえる。

表面硬度の測定の条件は以下の通りである。層表面からナノインデンテーションを実施して、得られた荷重変位曲線からヤング率と硬さとを算出した。圧子先端補正方式としては、田中方式を適用した。除荷フィッティング方式としては、上部７０％から９０％までを直線近似して接線とした。
(1)測定装置：株式会社エリオニクス製 超微小押込み硬さ試験機ＮＴ−１１００ａ
(2)圧子 ：三角錐圧子 Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ
(3)押込荷重：５ｍＮ

（透光性材料の評価３：光透過率）
図４を参照して、実施例１に係る透光性材料の光透過率を説明する。透光性材料としては、次の３種類を使用した。
(1)耐熱ガラス（厚さ１．１ｍｍ）
(2)試料Ｓ１
１．１ｍｍ厚の耐熱ガラス上に１μｍ厚のセラミックス層を形成した複合材料
(3)試料Ｓ２
０．７ｍｍ厚の強化ガラス上に０．５μｍ厚のセラミックス層を形成した複合材料

図４は、耐熱ガラスと、試料Ｓ１と、試料Ｓ２とのそれぞれについて、３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有する光線に対する光透過率を示す。３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有する光線は、可視光線の大半と近紫外線の一部の領域とを含む。図４に示された結果から次の２つのことが見出される。第１に、近紫外線の光に対して、試料Ｓ１の光透過率と試料Ｓ２の光透過率とは、それぞれ耐熱ガラスの透過率よりもわずかに小さい。第２に、可視光線の大半の光に対して、試料Ｓ１の光透過率と試料Ｓ２の光透過率とは、それぞれ耐熱ガラスの透過率に比較してほぼ同等の透過率を有する。したがって、試料Ｓ１と試料Ｓ２とは、可視光線を透過させる必要がある用途に対していずれも使用できると判断される。

光透過率の測定の条件は以下の通りである。
測定装置：
紫外・可視・近赤外分光光度計
株式会社島津製作所製 ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ−３７００／３７００ＤＵＶ
波長域 ：１７５〜２６００ｎｍ（実際の測定波長域は３００〜８００ｎｍ）

（透光性材料の評価４：曲げ強さ）
図５を参照して、実施例１に係る透光性材料に対する３点曲げ強さ試験の結果を説明する。試料である透光性材料として、次の２種類を使用した。
(1)耐熱ガラス（７５×２５×１．１ｍｍ：未処理品）
(2)試料Ｓ３
(1)の耐熱ガラスと同等品の両面に１．３μｍ厚のセラミックス層を形成した複合材料

上記 (1)の耐熱ガラス（未処理品）と試料Ｓ３とを対象にして、ＪＩＳ Ｒ １６０１のファインセラミックスの曲げ強さ試験方法（３点曲げ強さ試験）に準じた（一部の条件を変更した）、曲げ強さ試験を行った。図５に示すように、試料Ｓ３の曲げ強さの平均値は、耐熱ガラスの曲げ強さの平均値の約２．３倍であった。以上の結果から、耐熱ガラス自体の曲げ強さに比較して、耐熱ガラスの上にセラミックス層を形成した複合材料の曲げ強さは向上したといえる。

曲げ強さ試験の条件は以下の通りである。他の条件については、ＪＩＳ Ｒ １６０１に規定されたファインセラミックスの曲げ強さ試験方法に従った。
(1)クロスヘッド速度：１０ｍｍ／ｓ
(2)支持具の先端Ｒ１：０．３ｍｍ

（透光性材料の評価５：耐摩耗性）
実施例１に係る透光性材料に対する往復摩擦磨耗試験の結果を説明する。試料である透光性材料として、次の２種類を使用した。
(1)耐熱ガラス（７５×２５×厚さ１．１ｍｍ）
(2)試料Ｓ４
(1)の耐熱ガラスと同等品の両面に０．１μｍ厚のセラミックス層を形成した複合材料

上記 (1)の耐熱ガラスと試料Ｓ４とを対象にして、動摩擦係数の測定と、往復摩擦磨耗試験とを行った。その結果として次の値が得られた。耐熱ガラスの動摩擦係数は０．２６であって、試料Ｓ４の動摩擦係数は０．２４であった。耐熱ガラスが磨耗に至った回数は約１５０回であって、試料Ｓ４が磨耗に至った回数は１，０００回以上であった。以上の結果から、第１に、耐熱ガラス自体の動摩擦係数と、耐熱ガラスに０．１μｍ厚のセラミックス層を形成した複合材料の動摩擦係数とは、ほぼ同等であるといえる。第２に、耐熱ガラスに０．１μｍ厚のセラミックス層を形成した複合材料の耐摩耗性は、耐熱ガラス自体の耐摩耗性よりも、大幅に向上したといえる。

往復摩擦磨耗試験の条件は以下の通りである。
測定装置 ：
往復摩耗試験機 新東科学株式会社製 ＨＥＩＤＯＮ ＴＲＩＢＯＧＥＡＲ １４ＦＷ
相手材の種類 ：アルミナ球
相手材の球径 ：φ５ｍｍ
相手材の接触荷重：２０ｇｆ
摺動距離 ：５ｍｍ（往復１０ｍｍ）
摺動速度 ：１０ｍｍ／ｓ
摺動回数 ：１０００回（全長１０ｍ）又は層剥離時点まで

（セラミックス層の低密着性）
Ｙ_２ Ｏ_３ を主たる成分とする材料によって構成されるセラミックス層２（図１参照）の低密着性について、説明する。基台部１がガラス系材料を含む無機系材料である試料に代えて、基台部１が金属系材料である試料を使用して得られた結果を説明する。Ｙ_２ Ｏ_３ を主たる成分とする材料によって構成されるセラミックス層２の低密着性及び防汚性は、セラミックス層２自体の特性である。このことに基づいて、セラミックス層２の低密着性及び防汚性は、基台部１の種類に関係なく説明される。このことは以下の説明においても同じである。

図６を参照して、Ｙ_２ Ｏ_３ を主たる成分とする材料によって構成されるセラミックス層による低密着性の向上について、説明する。図６は、本発明に含まれるセラミックス層が表面に形成された成形型と、比較例に係る成形型（金属基材に硬質クロムめっきを施したもの）とについて、成形動作を行なった結果を示す。具体的には、図６は、Ｙ_２ Ｏ_３ を主たる成分とする材料によって構成されるセラミックス層を表面に有する成形型と、比較例に係る成形型とについて、所定回数の樹脂成形の動作を行なう。樹脂成形の動作を行った都度、成形型と硬化した樹脂との間の密着力（離型力）を測定することによって低密着性を評価した実験結果を示す。後述する実験も含めて、実験に使用された材料は熱硬化性樹脂（具体的にはエポキシ樹脂）である。

図６によれば、Ｙ_２ Ｏ_３ を主たる成分とする材料によって構成されるセラミックス層を表面に有する成形型は、比較例に係る成形型と比較して、密着性が低減されている。具体的には、２５０ショット（２５０回）の成形動作を行った時点において、本発明成形型の密着性は、比較例に係る成形型の密着性の約０．４３の大きさを有する。したがって、図１に示されたセラミックス層２が表面に形成された透光性材料は、熱硬化性樹脂に対する優れた低密着性を有するといえる。

（セラミックス層の防汚性−１）
図７，図８を参照しながら、本発明の実施例による防汚性の向上について説明する。図７は、本発明に含まれるセラミックス層が表面に形成された成形型を使用して１０００回の成形動作を行なった後の当該成形型の底面を示す写真である。図８は、図６に示された比較例に係る成形型を使用して３００回の成形動作を行なった後の当該成形型の底面を示す写真である。

図７，図８を参照すると、本発明に含まれるセラミックス層が表面に形成された成形型（図７）においては、１０００回の成形動作を行なった後も、目立った汚れは認められない。一方、比較例に係る成形型（図８）においては、３００回の成形動作の後に、Ａ部において樹脂の固着が認められ、Ｂ部において樹脂ばり（flash ）の堆積が認められる。加えて、キャビティ底面全体において変色が認められる。以上の結果から、本発明に含まれるセラミックス層が表面に形成された透光性材料は、熱硬化性樹脂に対する優れた防汚性を有するといえる。

（セラミックス層の防汚性の評価）
図９〜１３を参照しながら、本発明の実施例による防汚性の向上について説明する。以下の説明は、動物油、植物油及び鉱物油に対する防汚性に関する。評価用油として次の４種類の油を使用した。
(a)評価用油Ａ：動物油；人体に由来する油脂（指紋の付着状況を評価する）
(b)評価用油Ｂ：動物油；国産牛の牛脂（beef tallow of domestic cattle）
(c)評価用油Ｃ：植物油；キャノーラ油（canola oil）
(d)評価用油Ｄ：鉱油 ；工業用潤滑油（ＳＨＥＬＬ ＴＯＮＮＡ（登録商標）Ｓ３ Ｍ ６８）

（セラミックス層の防汚性の評価−１）
試料として、耐熱ガラスからなるガラス板と、同種の耐熱ガラスからなるガラス板の表面にセラミックス層を形成したガラス板との、次の２種類の材料を使用した。
(1)試料Ｓ５：耐熱ガラス自体（比較例）
(2)試料Ｓ６：耐熱ガラスの表面にセラミックス層を形成した複合材料
評価用油Ａ（人体に由来する油脂）を使用して、以下の評価実験を行った。まず、試料Ｓ５の表面と試料Ｓ６の表面とに手の指を押し当て、試料Ｓ５の表面と試料Ｓ６の表面とに評価用油Ａを付着させた。次に、紙ワイパーの一種であるキムワイプ（登録商標）を使用して、各試料の表面を紙ワイパーに押し当てて同時に擦った。次に、各試料の表面に付着した指紋の残り具合を観察した。各試料の表面に付着した指紋は、人体に由来する油脂が各試料の表面に付着することによって生成された。これらの作業は室温下で行われた。本出願書類において「室温」という文言は、「１５°Ｃから３５°Ｃまでの範囲内の周囲の温度」を意味する（ＪＩＳ Ｋ ６９００参照）。

付着した油類を拭き取る方法としては、次のようにして各評価用油をそれぞれ拭き取った。まず、図９（１）に示されるように、１枚を四重に折り畳んだ紙ワイパーを２枚重ねた拭き取り用紙４を作った。次に、比較する２枚の試料５が有する評価面６を相対向させて、それらの評価面６の間に拭き取り用紙４を挟んだ（図９（１）左参照）。次に、２枚の試料５が有する評価面６の反対面を指で軽く押し付けながら、拭き取り用紙４を引っ張った（図９（１）右参照）。図９（１）右に示された太い矢印は、拭き取り用紙４に対する２枚の試料５の相対的な移動方向を示す。

ここまでの作業により、２枚の試料５が有する評価面６が拭き取り用紙４によって同時に擦られた。言い換えれば、各評価面６に付着した付着物が、各評価面６と付着物との間の密着性の強さに応じて、拭き取り用紙４によって拭き取られた。比較する２枚の試料５を対象にして、この操作を５回繰り返した。これらの作業は室温下で行われた。

上述した作業を含む評価実験のうち、評価用油Ａ（動物油；人体に由来する油脂）を拭き取る作業を含む評価実験を行って得られた結果を、以下に示す。
(a)評価用油Ａ（動物油；人体に由来する油脂）を使用した場合
図１０（１）、（２）を比較すると、拭き取り後における試料Ｓ５の表面よりも、拭き取り後における試料Ｓ６の表面のほうが、明らかに指紋がきれいに拭き取られている。したがって、室温において人体に由来する油脂（動物油）を対象にする場合には、試料Ｓ５の防汚性よりも試料Ｓ６の防汚性のほうが優れる。

（セラミックス層の防汚性の評価−２）
試料として、板状の鋼系材料の表面に異なる表面処理を施して表面層を形成した、次の２種類の複合材料を使用した。
(1)試料Ｓ７：鋼板の表面にＨＣｒめっき層を形成した複合材料（比較例）
(2)試料Ｓ８：鋼板の表面にセラミックス層を形成した複合材料

図９を参照しながら、本発明の実施例が示す防汚性の評価実験について説明する。次のようにして、評価油Ｂ〜Ｄを使用した評価実験を行うことによって、２種類の試料Ｓ７、Ｓ８を対象にして防汚性を評価した。以下の一連の作業は室温下で行われた。
(1)試料Ｓ７、Ｓ８が有する広い一面からなる評価面６（図９（１）、（２）参照）を、アセトンを使用して洗浄した。
(2)試料Ｓ７、Ｓ８の評価面６における半分の領域（以下「塗布領域７」という。）に、薄いガラスエポキシ基板からなる塗布用治具８を使用して評価用油を塗った。その後に、塗布用治具８を使用して、塗られた油を伸ばした（図９（２）、（３）参照）。
(3)ホットプレート９を使用して試料Ｓ７、Ｓ８を１８０°Ｃまで加熱して、試料Ｓ７、Ｓ８が加熱された状態を３分間維持した（図９（３）参照）。
(4)試料Ｓ７、Ｓ８を室温に放置して室温まで冷却させた。
(5)試料Ｓ７、Ｓ８の評価面における評価用油が塗布された塗布領域７を、次の観点から観察した。その観点は、試料Ｓ７、Ｓ８のそれぞれの塗布領域７において、表面層として形成されたＨＣｒめっき層及びセラミックス層が各評価用油をはじく程度という観点である。この観点と、試料Ｓ７（比較例）の塗布領域７及び試料Ｓ８の塗布領域７において各評価用油によって表面層が濡れる程度という観点とは、異なる表現を有するが実質的に同じである。
(6)上記 (5)の観察を行った後に、図９（１）、（２）に示された方法によって、紙ワイパーを使用して、試料Ｓ７（比較例）の表面及び試料Ｓ８の表面を同時に擦った。言い換えれば、試料Ｓ７の塗布領域７及び試料Ｓ８の塗布領域７に付着した各評価用油を同時に拭き取った。続いて、試料Ｓ７の塗布領域７及び試料Ｓ８の塗布領域７において各評価用油が残る程度を観察した。

上記 (1)〜 (6)までの作業を含む評価実験を行って得られた結果を、以下に示す。
(b)評価用油Ｂ（動物油；国産牛（日本産の牛）の牛脂）を使用した場合
(i)表面層が評価用油をはじく程度
図１１（１）に示された、冷却後の試料Ｓ７（比較例）の表面及び試料Ｓ８の表面における、評価用油Ｂ（牛脂）の付着状況を、比較する。牛脂の融点は４０°Ｃ〜５６°Ｃであって、室温よりも高い（「おいしさを科学する 「油脂」」［online］、［平成２８年３月１２日検索］、日本水産株式会社、インターネット＜URL：http://www.nissui.co.jp/academy/taste/15/＞）。したがって、室温において牛脂は凝固した態様を示す。

ホットプレートを使用して１８０°Ｃまで試料Ｓ７、Ｓ８が加熱された状態において、牛脂は溶融することによって流動性を有する態様を示す。図１１（１）は、溶融した牛脂が表面によってはじかれた状態（又ははじかれなかった状態）のまま冷却されて凝固した状況を示す、と考えられる。したがって、図１１（１）に示された試料Ｓ７（比較例）の表面と試料Ｓ８の表面とを比較することによって、溶融した牛脂が表面によってはじかれた程度を比較することができる。

図１１（１）に示された試料Ｓ７（比較例）の表面と試料Ｓ８の表面とを比較した結果に基づいて、次のことがいえる。第１に、試料Ｓ７（比較例）の表面は、溶融した牛脂を全くはじいていない。第２に、試料Ｓ８の表面は、溶融した牛脂をかなりの程度まではじいている。これらのことに基づいて、溶融した牛脂をセラミックス層がはじく程度のほうが、溶融した牛脂をＨＣｒめっき層がはじく程度よりも、非常に強いことがわかる。したがって、溶融した牛脂（動物油）を対象にする防汚性に関しては、ＨＣｒめっき層の防汚性よりもセラミックス層の防汚性のほうが優れる。例えば、セラミックス層の上において溶融した牛脂（動物油）を拭き取ることによって、セラミックス層の表面をきれいにすることができる。

(ii)塗布面において評価用油が残る程度
図１１（２）に示された、冷却後の試料Ｓ７（比較例）の表面及び試料Ｓ８の表面における、評価用油Ｂ（牛脂）を拭き取った後の牛脂の付着状況を、比較する。試料Ｓ８が有するセラミックス層の表面において牛脂が残る程度のほうが、試料Ｓ７が有するＨＣｒめっき層において牛脂が残る程度よりも、明らかに小さいことがわかる。したがって、室温における凝固した牛脂（動物油）を対象にする場合には、ＨＣｒめっき層の防汚性よりもセラミックス層の防汚性のほうが優れる。

(c)評価用油Ｃ（植物油；キャノーラ油）を使用した場合
(i)表面層が評価用油をはじく程度
図１２（１）に示された、冷却後の試料Ｓ７（比較例）の表面及び試料Ｓ８の表面における評価用油Ｃ（キャノーラ油）の付着状況を、比較する。室温においてキャノーラ油は液状を示す。キャノーラ油は、菜種（rapeseed）から採取される植物油である。

図１２（１）から、試料Ｓ８が有するセラミックス層がキャノーラ油をはじく程度のほうが、試料Ｓ７が有するＨＣｒめっき層がキャノーラ油をはじく程度よりも、強いことがわかる。このことに基づき、ＨＣｒめっき層よりもセラミックス層のほうが、室温においてキャノーラ油が付着しにくいといえる。したがって、室温においてキャノーラ油（植物油）を対象にする場合には、ＨＣｒめっき層の防汚性よりもセラミックス層の防汚性のほうが優れる。

(ii)塗布面において評価用油が残る程度
図１２（２）に示された、冷却後の試料Ｓ７の表面及び試料Ｓ８の表面における、評価用油Ｃ（キャノーラ油）を拭き取った後のキャノーラ油の付着状況を、比較する。試料Ｓ８が有するセラミックス層の表面においてキャノーラ油が残る程度のほうが、試料Ｓ７が有するＨＣｒめっき層の表面においてキャノーラ油が残る程度よりも、小さいことがわかる。したがって、室温においてキャノーラ油（植物油）を対象にする場合には、ＨＣｒめっき層の防汚性よりもセラミックス層の防汚性のほうが優れる。

(d)評価用油Ｄ（鉱油；工業用潤滑油）を使用した場合
(i)表面層が評価用油をはじく程度
工業用潤滑油（ＳＨＥＬＬ ＴＯＮＮＡ（登録商標） Ｓ３ Ｍ ６８）の流動点は室温よりも低い。したがって、室温においてこの工業用潤滑油は液状を示す。

図１３（１）からは、試料Ｓ８が有するセラミックス層が評価用油Ｄ（工業用潤滑油）をはじく程度のほうが、試料Ｓ７が有するＨＣｒめっき層が評価用油Ｄをはじく程度よりも、強いことがわかる。このことに基づいて、ＨＣｒめっき層よりもセラミックス層のほうが、室温において工業用潤滑油が付着しにくいといえる。したがって、室温において工業用潤滑油（鉱油）を対象にする場合には、セラミックス層はＨＣｒめっき層よりも優れた防汚性を有する。

(ii)塗布面において評価用油が残る程度
図１３（２）に示された、冷却後の試料Ｓ７（比較例）の表面及び試料Ｓ８の表面における、評価用油Ｄ（工業用潤滑油）を拭き取った後の工業用潤滑油の付着状況を、比較する。試料Ｓ８が有するセラミックス層の表面において工業用潤滑油が残る程度のほうが、試料Ｓ７が有するＨＣｒめっき層の表面において工業用潤滑油が残る程度よりも、小さいことがわかる。したがって、室温において工業用潤滑油（鉱油）を対象にする場合には、ＨＣｒめっき層の防汚性よりもセラミックス層の防汚性のほうが優れる。

以上をまとめると、実施例１によれば、図１に示されるように、ガラス系材料からなる基台部１と、基台部１の表面において層状に設けられるセラミックス層２とを備える透光性材料が得られる。セラミックス層２は、Ｙ_２ Ｏ_３ を主たる成分とする材料によって構成される。これによって、第１に、実施例１によれば、低密着性と優れた防汚性とを有する透光性材料が得られる。言い換えれば、実施例１に係る透光性材料は、低密着性材料及び防汚性材料に相当する。加えて、実施例１に係る透光性材料は、金属製の基材上にセラミックス層が形成された材料よりも軽量化される。

第２に、実施例１によれば、ガラス系材料自体に比較して、同等の光透過率と以下のような優れた特性とを有する透光性材料が得られる。
(1)ガラス系材料からなる基台部１とセラミックス層２との間の密着性
(2)表面硬度
(3)曲げ強さ
(4)耐摩耗性
(5)熱硬化性樹脂、動物油、植物油及び鉱油に対する防汚性

上述した特性に基づいて、実施例１に係る透光性材料は、それぞれ優れた防汚性、機械的強度、平滑性、平坦性、耐擦傷性、耐熱性、耐プラズマ性、紫外線カット性（紫外線吸収性）、透明性、絶縁性、動物油・植物油・鉱油に対する防汚性などを要求される、例えば、次の用途に使用される。
(1)家庭製品（電子レンジ、ガスレンジ、オーブンなど）における扉用窓
(2)情報端末機器（携帯電話、タブレット端末、ウェアラブル端末、液晶モニタなど）のカバーガラス、指紋認証センサ用のカバーガラス
(3)化学工業用プラントにおける耐薬品用ライニング、サイトガラス、のぞき窓など
(4)照明機器・投光機器（スポットライト、大型投光照明機器、液晶プロジェクタなど）の保護パネル
(5)医療・生命工学用の顕微鏡用スライドガラス、滴定用プレート，ＤＮＡ泳動プレートなど
(6)半導体・電子部品製造用のガラスウェーハ、ガラス基板（glass substrate)
(7)その他の用途（太陽電池用カバーガラス、防弾ガラス、建築用ガラスなど）

（実施例２）
（低密着性材料及び防汚性材料）
本発明の実施例２に係る低密着性材料及び防汚性材料を説明する。実施例２に係る低密着性材料及び防汚性材料は、ガラス系材料以外の無機系材料からなる基台部を有する。言い換えれば、実施例２に係る低密着性材料及び防汚性材料は、図１に示された透光性材料が有するガラス系材料からなる基台部１に代えて、ガラス系材料以外の無機系材料からなる基台部を有する。

基台部を構成する材料としては、第１に、セラミックス系材料を使用できる。セラミックス系材料としては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２ Ｏ_３ ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２ ）などが挙げられる。加えて、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）、炭化タングステン（ＷＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３ Ｎ_４ ）などが挙げられる。基台部を構成する材料としては、第２に、半導体材料を使用できる。半導体材料としては、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、などが挙げられる。

本発明の実施例２の変形例に係る低密着性材料及び防汚性材料を説明する。本変形例に係る低密着性材料及び防汚性材料は、無機系材料に変えて金属系材料（金属系物質）からなる基台部を有する。言い換えれば、本変形例に係る低密着性材料及び防汚性材料は、図１に示された透光性材料が有するガラス系材料からなる基台部１に代えて、金属系材料からなる基台部を有する。基台部を構成する金属系材料としては、高速度鋼などの工具鋼、ステンレス鋼などの鋼系材料、超硬合金などを使用できる。ステンレス鋼には、比較的高い比率（３〜５％程度）のシリコン（Ｓｉ）を含有する高シリコンステンレス鋼が含まれる。軽量化を図る場合には、アルミニウムを使用してもよい。

以下、本発明に係る透光性材料及び低密着性材料をまとめて適宜「低密着性材料など」という。低密着性材料などは、成形品を製造する際に使用される成形用部材の材料として使用できる。「成形用部材」という文言は、成形品を製造する際に使用される材料（成形品の原材料自体、成形品を製造する際に使用される副材料を含む）に接触する部材を意味する。成形用部材には樹脂成形用の成形型が含まれる。成形型は、射出成形、トランスファー成形、圧縮成形などに使用される。低密着性材料などが優れた透光性（例えば、透明性）を有する場合には、光硬化性樹脂を使用する成形型の材料として、それらの低密着性材料などが使用される。成形用部材には、成形機の一種である打錠機に取り付けて使用される打錠型、炭素繊維強化プラスチックを製造する際に使用されるマンドレル（芯金）などの成形型が含まれる。

本発明に係る低密着性材料及び防汚性材料は、成形品を成形する際に使用される樹脂を製造する工程、成形品を成形する工程などにおいて使用される部品、治具類、工具類などに適用されることができる。本発明に係る低密着性材料などは、樹脂を混練して製造する際に使用される部品など、例えば、混練、タブレットの打錠などに使う部品、治具類、工具類に適用されることができる。本発明に係る低密着性材料などは、プリプレグなどの中間製品を製造する際に使用される、加熱されたプリプレグを延ばしたり形を整えたり裁断したりするための部品、治具類、工具類などに適用されることができる。これらの部品、治具類、工具類も、成形用部材に含まれる。

成形用部材には、熱硬化性樹脂、動物油、植物油及び鉱油に対する防汚性が要求される成形用部材が含まれる。成形用部材の例として、菓子を含む食品、健康食品、医薬、サニタリー用品などを製造するための成形型、打錠用臼（a mortar for tabletting）、打錠用杵（a pestle for tabletting）などが挙げられる。食品の例としては、それぞれ塊状の形態を有する即席カレーの素、即席ハヤシライス（hashed beef with rice ）の素、即席シチューの素、即席スープの素などが挙げられる。菓子の例としては、薄荷風味、果実風味などを有する錠剤状の菓子が挙げられる。サニタリー用品の例としては、それぞれ塊状の形態を有する入浴剤、芳香剤、消臭剤などが挙げられる。

杵は、錠剤を打錠する際に錠剤に接する接触部を含むものであればよい。杵のうちで打錠機に固定される本体部と接触部とが分離できないようにして、一体的に構成されてもよい。本体部と接触部とが着脱でき交換できるようにして、分離的に構成されてもよい。この構成における接触部も杵に含まれる。

ここまで説明した実験には、動物油として人体に由来した油脂を含む指紋及び牛脂を使用し、植物油としてキャノーラ油を使用した。これらに限らず、本出願に係る低密着性材料などは、豚脂（lard）、鶏油（chicken fat）、魚油などの他の動物油を対象にする低密着性及び防汚性を有すると推定される。加えて、本出願に係る低密着性材料などは、大豆油、トウモロコシ油などの他の植物油を対象にする低密着性及び防汚性を有すると推定される。

以上、本発明の実施の形態について説明した。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内におけるすべての変更が含まれることが意図される。

１ 基台部
２ セラミックス層
３ 中間層
４ 拭き取り用紙
５ 試料
６ 評価面
７ 塗布領域
８ 塗布用治具
９ ホットプレート

Claims (15)

1. ガラス系材料からなる基台部と、
   前記基台部の表面において層状に設けられるセラミックス層とを備え、
   前記セラミックス層は、酸化イットリウムを基材にし、窒素及び４Ａ族元素のカチオンを含む、透光性材料。
2. 前記ガラス系材料は耐熱ガラスである、請求項１に記載された透光性材料。
3. 前記ガラス系材料は強化ガラスである、請求項１に記載された透光性材料。
4. 前記セラミックス層は前記基台部に直接密着する、請求項１に記載された透光性材料。
5. 前記セラミックス層は、熱硬化性樹脂、動物油、植物油又は鉱油のうち少なくとも１つに対する低密着性を有する、請求項１に記載された透光性材料。
6. 前記ガラス系材料は石英ガラスである、請求項１に記載された透光性材料。
7. 前記セラミックス層と前記基台部との間に設けられた中間層を更に備える、請求項６に記載された透光性材料。
8. 材料に対する低密着性を有する低密着性材料であって、
   無機系材料からなる基台部と、
   前記基台部の表面において層状に設けられるセラミックス層とを備え、
   前記セラミックス層は、酸化イットリウムを基材にし、窒素及び４Ａ族元素のカチオンを含み、前記原材料に接触する、低密着性材料。
9. 前記セラミックス層は前記基台部に直接密着する、請求項８に記載された低密着性材料。
10. 前記セラミックス層と前記基台部との間に設けられた中間層を更に備える、請求項８に記載された低密着性材料。
11. 前記材料は、熱硬化性樹脂、動物油、植物油又は鉱油のうち少なくとも１つを含む、請求項８に記載された低密着性材料。
12. 成形品を製造する際に使用される材料に接触する成形用部材であって、
    無機系材料からなる基台部と、
    前記基台部の表面において層状に設けられるセラミックス層とを備え、
    前記セラミックス層は、酸化イットリウムを基材にし、窒素及び４Ａ族元素のカチオンを含む、成形用部材。
13. 前記セラミックス層は前記基台部に直接密着する、請求項１２に記載された成形用部材。
14. 前記セラミックス層と前記基台部との間に設けられた中間層を更に備える、請求項１２に記載された成形用部材。
15. 前記材料は、熱硬化性樹脂、動物油、植物油又は鉱油のうち少なくとも１つを含む、請求項１２に記載された成形用部材。

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