JP2022085125A - 複層構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガラス層にクラックが生じにくい複層構造体を提供する。【解決手段】本複層構造体は、支持体と、前記支持体上に粘着剤層を介して積層された樹脂層と、前記樹脂層上に積層されたガラス層と、を有し、前記ガラス層の厚みは、10μm以上300μm以下であり、前記支持体の線膨張係数をCTE[ppm/℃]、前記粘着剤層の厚みをd[μm]、前記粘着剤層の弾性率をE[GPa]とし、a=CTE/(d/E)としたときに、aの値が3以下である。【選択図】図2

Description

本発明は、複層構造体に関する。
2以上の層を積層させた複層構造体が知られている。一例として、板厚の薄いガラス層(ガラスフィルム)上に銀反射層を積層させた複層構造体が挙げられる。この複層構造体の厚みは、例えば、10~200μmの範囲内である。この複層構造体は、例えば、ダウンドロー法によって成形されたガラスロールより得られる。
特開2013-231744号公報
上記のような板厚の薄いガラス層は非常に脆いため、クラックが生じやすく、またハンドリング性に劣るため、例えば、ガラス層の片側に樹脂層等を貼り付けて補強し、ハンドリング性を向上させた複層構造体が提案されている。
しかしながら、複層構造体が高温環境下や高温高湿環境下で繰り返し使用された場合に、ガラス層にクラックが発生する場合があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ガラス層にクラックが生じにくい複層構造体を提供することを目的とする。
本複層構造体は、支持体と、前記支持体上に粘着剤層を介して積層された樹脂層と、前記樹脂層上に積層されたガラス層と、を有し、前記ガラス層の厚みは、10μm以上300μm以下であり、前記支持体の線膨張係数をCTE[ppm/℃]、前記粘着剤層の厚みをd[μm]、前記粘着剤層の弾性率をE[GPa]とし、a=CTE/(d/E)としたときに、aの値が3以下である。
開示の技術によれば、ガラス層にクラックが生じにくい複層構造体を提供できる。
本実施形態に係る複層構造体を例示する断面図である。 粘着剤層の厚み/弾性率と支持体の線膨張係数との関係を示す図である。 実施例及び比較例の条件及び結果を示す図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
図1は、本実施形態に係る複層構造体を例示する断面図である。図1に示すように、複層構造体1は、支持体10と、粘着剤層20と、樹脂層30と、金属層40と、接着剤層50と、ガラス層60とを有している。粘着剤層20、樹脂層30、金属層40、接着剤層50、及びガラス層60は、支持体10の上面10aに順次積層されている。
複層構造体1の平面形状(支持体10の上面10aの法線方向から視た形状)は、例えば、矩形状である。しかし、これには限定されず、複層構造体1の平面形状は、円形状、楕円形状、これらの複合、その他の適宜な形状とすることが可能である。
複層構造体1は、例えば、鏡として使用できる。複層構造体1において、ガラス層60の厚みは10μm以上300μm以下である。複層構造体1では、ガラス層60の厚みが薄く、ガラス層60の表面と金属層40との距離が極めて近い。そのため、複層構造体1では、像が二重に映る従来の板ガラスの課題を解決してクリアな像を映し出すことができる。
ここで、複層構造体1の各部の材料等について説明する。
[支持体]
支持体10は、樹脂層30やガラス層60を支持する。支持体10の厚みは、例えば、1mm以上5mm以下程度とすることができる。支持体10の線膨張係数は、100ppm/℃以下であることが好ましい。支持体10の材料としては、例えば、樹脂、ガラス、金属等が挙げられる。支持体10は、線膨張係数が小さい方が好ましく、この点では、支持体10の材料としてガラスや金属を用いることが好ましい。
一方で、複層構造体1のハンドリング性を向上する点では、支持体10を重量の軽い材料から形成することが好ましい。この場合、支持体10の単位面積当たりの重量は、8kg/m以下であることが好ましい。この場合、支持体10を樹脂材料から形成することができ、線膨張係数の小さい樹脂材料を選定することが好ましい。線膨張係数の小さい樹脂材料としては、例えば、溶融成膜で延伸しない製法で作製された低収縮のアクリル系樹脂や、延伸製法で作製された低収縮のポリカーボネート系樹脂等が挙げられる。
[粘着剤層]
粘着剤層20は、支持体10と樹脂層30との間に設けられる。粘着剤層20としては、任意の適切な粘着剤が用いられる。粘着剤層20の材料としては、例えば、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゴム系粘着剤等が挙げられる。粘着剤層20の厚みは、特に限定するものではないが、例えば、5μm以上500μm以下程度である。
[樹脂層]
樹脂層30は、支持体10上に粘着剤層20を介して積層されている。樹脂層30は、1つの層又は複数の層から構成されている。樹脂層30が複数の層からなる場合には、接着機能を有する密着層を介在させ積層させることが好ましい。樹脂層30の総厚みは、可撓性の観点から20μm以上1000μm以下であればよく、好ましくは25μm以上500μm以下、より好ましくは50μm以上200μm以下の範囲である。樹脂層30が1層から構成される場合には、樹脂層30の厚みは、例えば、20μm以上150μm以下の範囲とすることができる。
樹脂層30の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート系樹脂やポリエチレンナフタレート系樹脂等のポリエステル系樹脂、ノルボルネン系樹脂等のシクロオレフィン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミドアミド系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、セルロース系樹脂、ウレタン系樹脂等が挙げられる。
[金属層]
金属層40は、樹脂層30上に積層されている。金属層40は、ガラス層60及び接着剤層50を介して入射する可視光を反射する層である。金属層40の材料としては、可視光反射率が高い材料が好ましく、例えば、アルミニウム、銀、銀合金等が挙げられる。金属層40の厚みは、特に限定するものではないが、例えば、10nm以上500nm以下程度である。金属層40は、樹脂層30の上面に、例えば、スパッタ法、蒸着法、めっき法等により形成できる。
なお、金属層40は、ガラス層60の下面に形成されてもよい。この場合には、粘着剤層20、樹脂層30、接着剤層50、金属層40、及びガラス層60が支持体10の上面10aに順次積層される。金属層40は、ガラス層60の下面に、例えば、スパッタ法、蒸着法、めっき法等により形成できる。
ただし、金属層40は必要な場合に設ければよい。複層構造体1は、金属層40を有しない場合には、例えば、ガラスの質感や硬度を保有した軽量なガラスボードとして使用できる。
[接着剤層]
接着剤層50としては、可視光透過率が高い材料から形成されている。接着剤層50の厚みは、例えば、0.1μm以上25μm以下である。接着剤層50としては、例えば、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゴム系粘着剤、紫外線硬化性アクリル系接着剤、紫外線硬化性エポキシ系接着剤、熱硬化性エポキシ系接着剤、熱硬化性メラミン系接着剤、熱硬化性フェノール系接着剤、エチレンビニルアセテート(EVA)中間膜、ポリビニルブチラール(PVB)中間膜等が利用できる。
なお、本明細書において、粘着剤とは、常温で接着性を有し、軽い圧力で被着体に接着する層をいう。従って、粘着剤に貼着した被着体を剥離した場合にも、粘着剤は実用的な粘着力を保持する。一方、接着剤とは、物質の間に介在することによって物質を結合できる層をいう。従って、接着剤に貼着した被着体を剥離した場合には、接着剤は実用的な接着力を有さない。
[ガラス層]
ガラス層60は、接着剤層50を介して金属層40上に積層されている。ガラス層60は、特に限定はなく、目的に応じて適切なものを採用できる。ガラス層60は、組成による分類によれば、例えば、ソーダ石灰ガラス、ホウ酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、石英ガラス等が挙げられる。又、アルカリ成分による分類によれば、無アルカリガラス、低アルカリガラスが挙げられる。上記ガラスのアルカリ金属成分(例えば、NaO、KO、LiO)の含有量は、好ましくは15重量%以下であり、更に好ましくは10重量%以下である。
ガラス層60の厚みは、ガラスの持つ表面硬度や気密性や耐腐食性を考慮すると、10μm以上が好ましい。又、ガラス層60はフィルムのような可撓性を有することが望ましいため、ガラス層60の厚みは300μm以下が好ましい。ガラス層60の厚みは、更に好ましくは20μm以上200μm以下、特に好ましくは30μm以上150μm以下である。
ガラス層60の波長550nmにおける光透過率は、好ましくは85%以上である。ガラス層60の波長550nmにおける屈折率は、好ましくは1.4~1.65である。ガラス層60の密度は、好ましくは2.3g/cm~3.0g/cmであり、更に好ましくは2.3g/cm~2.7g/cmである。
ガラス層60の成形方法は、特に限定はなく、目的に応じて適切なものを採用できる。代表的には、ガラス層60は、シリカやアルミナ等の主原料と、芒硝や酸化アンチモン等の消泡剤と、カーボン等の還元剤とを含む混合物を、1400℃~1600℃程度の温度で溶融し、薄板状に成形した後、冷却して作製できる。ガラス層60の成形方法としては、例えば、スロットダウンドロー法、フュージョン法、フロート法等が挙げられる。これらの方法によって板状に成形されたガラス層は、薄板化したり、平滑性を高めたりするために、必要に応じて、フッ酸等の溶剤により化学的に研磨されてもよい。
なお、ガラス層60の上面(接着剤層50が形成されていない側の面)に、防汚層、反射防止層、導電層、反射層、加飾層等の機能層を設けてもよい。
[複層構造体のハンドリング性とガラス層のクラック]
ガラス層60が薄いとハンドリング性に劣るために、ガラス層60にクラックが生じやすい。そのため、複層構造体1では、最下層に支持体10を設けることで、ハンドリング性を向上している。
支持体10としてガラスを用いてもよいが、ガラスは重いため、複層構造体1の全体の重量が増加してハンドリング性が悪化する。そのため、ハンドリング性を重視する場合には、支持体10を樹脂材料から形成することが好ましい。
しかしながら、支持体10に樹脂材料を用いた場合、複層構造体1を高温環境(例えば、80℃)又は高温高湿環境(例えば、60℃95%)で使用すると、樹脂材料に熱膨張が生じる。そのため、何らの対策も施さないと、複層構造体1を高温環境又は高温高湿環境で繰り返し使用した場合に、樹脂材料の熱膨張によってガラス層60に局所的な変形が発生し、ガラス層60にクラックが入る場合がある。
そこで、複層構造体1では、支持体10に樹脂材料を用いた場合でもガラス層60にクラックが生じないような対策を施している。これに関し、以下に説明する。なお、樹脂層30は、接着剤層50を介してガラス層60と接着されているため、ガラス層60とほぼ同様の挙動を示す。そのため、ガラス層60のクラックに関し、樹脂層30の熱膨張は無視できる。
発明者らは、支持体10の熱膨張を粘着剤層20で吸収し、ガラス層60への影響を緩和することを考え、検討を繰り返したところ、図2のような関係を見出した。図2は、粘着剤層20の厚みd[μm]/弾性率E[GPa]と支持体10の線膨張係数CTE[ppm/℃]との関係を示す図である。
図2において、横軸の厚みd[μm]/弾性率E[GPa]が矢印方向(右方向)に行くほど、粘着剤層20が支持体10の熱膨張に追従しやすくなる。また、縦軸の線膨張係数CTE[ppm/℃]が矢印方向(上方向)に行くほど、支持体10が熱膨張により変形しやすくなる。
図2の斜線は、a=CTE[ppm/℃]/(厚みd[μm]/弾性率E[GPa])を示している。図2の斜線よりも下側の領域(1)及び(2)では、ガラス層60にクラックが発生しない。これに対して、図2の斜線よりも上側の領域(3)では、ガラス層60にクラックが発生する。
すなわち、支持体10のCTE[ppm/℃]が小さければ、粘着剤層20の厚みd[μm]/弾性率E[GPa]が小さくてもガラス層60にクラックは発生しない。支持体10のCTE[ppm/℃]が大きくなった場合も、粘着剤層20の厚みd[μm]/弾性率E[GPa]を大きくすることで支持体10の熱膨張が緩和されるため、ガラス層60にクラックは発生しない。
領域(1)は、例えば、支持体10にガラスを用いた場合に得られる特性である。また、領域(2)は、例えば、支持体10に樹脂材料を用いた場合に得られる特性である。つまり、支持体10にガラスを用いた場合には、粘着剤層20の厚みd[μm]/弾性率E[GPa]の大小にかかわらず、ガラス層60にはクラックが発生しない。これに対して、支持体10に樹脂材料を用いた場合には、樹脂材料の線膨張係数を考慮して、図2の斜線よりも下側になるように、粘着剤層20の厚みd[μm]/弾性率E[GPa]を調整することにより、ガラス層60のクラックを抑制できる。
発明者らの検討によれば、a=CTE[ppm/℃]/(厚みd[μm]/弾性率E[GPa])が3以下であれば、支持体10の熱膨張に起因するガラス層60のクラックを抑制できる。支持体10にガラスを用いた場合はaの値が0.3程度となり、支持体10に樹脂材料を用いた場合はaの値が1以上となる。
従って、複層構造体1の重量をある程度許容できる場合には、aの値が0.2以上3以下となるように、支持体10や粘着剤層20を選定することが好ましい。一方、複層構造体1の重量を軽くするためには、支持体10に樹脂材料を用いる必要があり、その場合にはaの値が1以上3以下となるように、支持体10や粘着剤層20を選定することが好ましい。いずれの場合にも、a≦3であれば、ガラス層60のクラックを抑制できる。
また、ガラス層60のクラックを確実に抑制する観点から、支持体10の線膨張係数は、5[ppm/℃]≦CTE≦100[ppm/℃]であることが好ましい。また、粘着剤層20の厚みは、d≧50[μm]であることが好ましく、d≧100[μm]であることが好ましく、d≧150[μm]であることが更に好ましい。
[実施例1]
実施例1では、図1に示す構造の複層構造体を作製し、ハンドリング性とガラス層のクラック発生とを検討した。実施例1で作製した複層構造体において、ガラス層の材料には日本電気硝子社製OA-10Gを使用し、厚みは約100μmとした。粘着剤層の材料にはアクリル系樹脂を使用し、厚みは約100μm、弾性率は約3[GPa]とした。支持体の材料にはアクリル系樹脂を使用し、線膨張係数は70ppm/℃とした。この場合、a=2.1[GPa・ppm/℃・μm]となる。
[実施例2]
実施例2では、図1に示す構造の複層構造体を作製し、ハンドリング性とガラス層のクラック発生とを検討した。実施例2で作製した複層構造体において、ガラス層の材料には日本電気硝子社製OA-10Gを使用し、厚みは約100μmとした。粘着剤層の材料にはアクリル系樹脂を使用し、厚みは約100μm、弾性率は約3[GPa]とした。支持体の材料には板ガラスを使用し、線膨張係数は9ppm/℃とした。この場合、a=0.3[GPa・ppm/℃・μm]となる。
[実施例3]
実施例3では、図1に示す構造の複層構造体を作製し、ハンドリング性とガラス層のクラック発生とを検討した。実施例3で作製した複層構造体において、ガラス層の材料には日本電気硝子社製OA-10Gを使用し、厚みは約100μmとした。粘着剤層の材料にはアクリル系樹脂を使用し、厚みは約150μm、弾性率は約3[GPa]とした。支持体の材料にはアクリル系樹脂を使用し、線膨張係数は70ppm/℃とした。この場合、a=1.4[GPa・ppm/℃・μm]となる。
[比較例1]
比較例1では、図1に示す構造の複層構造体を作製し、ハンドリング性とガラス層のクラック発生とを検討した。比較例1で作製した複層構造体において、ガラス層の材料には日本電気硝子社製OA-10Gを使用し、厚みは約100μmとした。粘着剤層の材料にはアクリル系樹脂を使用し、厚みは約30μm、弾性率は約3[GPa]とした。支持体の材料にはアクリル系樹脂を使用し、線膨張係数は70ppm/℃とした。この場合、a=7.0[GPa・ppm/℃・μm]となる。
実施例1~3及び比較例1の条件及び結果を図3にまとめた。なお、ガラス層のクラック発生は、実施例1~3及び比較例1のいずれも、複層構造体を温度60℃湿度95%の環境に12時間放置後に確認した。
図3より、a≦3であれば、ガラス層にクラックが生じないことが確認できた。また、ハンドリング性をより向上したい場合には、支持体に樹脂材料を用いることが好ましいといえる。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
1 複層構造体
10 支持体
10a 上面
20 粘着剤層
30 樹脂層
40 金属層
50 接着剤層
60 ガラス層

Claims (8)

  1. 支持体と、
    前記支持体上に粘着剤層を介して積層された樹脂層と、
    前記樹脂層上に積層されたガラス層と、を有し、
    前記ガラス層の厚みは、10μm以上300μm以下であり、
    前記支持体の線膨張係数をCTE[ppm/℃]、前記粘着剤層の厚みをd[μm]、前記粘着剤層の弾性率をE[GPa]とし、a=CTE/(d/E)としたときに、aの値が3以下である、複層構造体。
  2. 前記CTEは、100ppm/℃以下である、請求項1に記載の複層構造体。
  3. 前記dは、50μm以上である、請求項1又は2に記載の複層構造体。
  4. 前記支持体の単位面積当たりの重量は、8kg/m以下である、請求項1乃至3の何れか一項に記載の複層構造体。
  5. 前記aの値は、1以上である請求項4に記載の複層構造体。
  6. 前記支持体は、樹脂材料から形成されている、請求項5に記載の複層構造体。
  7. 前記樹脂材料は、アクリル系樹脂又はポリカーボネート系樹脂である、請求項6に記載の複層構造体。
  8. 前記樹脂層と前記ガラス層との間に積層された金属層を有する、請求項1乃至7の何れか一項に記載の複層構造体。
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