水蒸気透過度測定方法および装置
【課題】バリアフィルム中の微細な欠陥による水蒸気透過を、その位置と分布について高解像度で測定すること。
【解決手段】ポリエチレンテレフタレートの上にバリア膜を形成し、このバリア膜側に、Ｃａ、Ａｌの順で薄膜が形成された試料７を用意し、測定セル８の下側の空間Ｓ２底部に水が注入され、湿度調整ピン１４により気密保持された測定セル８をグローブボックス１６内に入れ、フランジ部１７に試料７をバリア面が上側になるように載せ固定する。この測定セル８を、原子間顕微鏡２０の試料ステージに固定し、試料７のＡｌ層４の表面に探針を降ろし表面形状測定を行う。次に、測定セル８の湿度調整ピン１４を緩め、試料７の樹脂基材１の表面を高湿雰囲気に晒し、一定時間後に原子間力顕微鏡２０により始めに測定した乾燥状態と同じ箇所の表面形状を測定する。
【解決手段】ポリエチレンテレフタレートの上にバリア膜を形成し、このバリア膜側に、Ｃａ、Ａｌの順で薄膜が形成された試料７を用意し、測定セル８の下側の空間Ｓ２底部に水が注入され、湿度調整ピン１４により気密保持された測定セル８をグローブボックス１６内に入れ、フランジ部１７に試料７をバリア面が上側になるように載せ固定する。この測定セル８を、原子間顕微鏡２０の試料ステージに固定し、試料７のＡｌ層４の表面に探針を降ろし表面形状測定を行う。次に、測定セル８の湿度調整ピン１４を緩め、試料７の樹脂基材１の表面を高湿雰囲気に晒し、一定時間後に原子間力顕微鏡２０により始めに測定した乾燥状態と同じ箇所の表面形状を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、プラスチィックフィルムやシート状試料の水蒸気透過を測定する水蒸気透過度測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスバリアフィルムは、プラスチック表面に、酸化ケイ素、酸化アルミなどのバリア薄膜を形成することにより、酸素や水蒸気の透過を遮断する性能を持ち、食品や薬品、電子材料などの包装材料として注目されている。
さらに近年では、プラスチック基材を用いたフレキシブルな液晶表示素子やＥＬ表示素子などでも、ガスバリアフィルムが用いられるようになってきている。
【０００３】
従来から行われているガス透過性の評価としては、ＪＩＳ Ｚ ０２０８で規定されているカップ法や、ＪＩＳ Ｋ ７１２９ Ｂ法として規定されているモコン法などがあるが、どちらの方法も、通常数１０ｃｍ２程度の一定面積に対する平均透過度を測定する。
【０００４】
一方、最近、水蒸気透過度を測定する別の方法として、カルシウムの腐食を利用するものも提案されてきている。
この方法は、図６に示すように、バリアフィルムのバリア層２上にカルシウム層３、Ａl層４の順で膜を形成し、続いてバリアフィルムの基材面１が露出するように熱可塑性樹脂５中に埋め込むとともにガラス板６に貼り付けた構成のカルシウム腐食式水蒸気透過セルを試験片として作成する。
そして、このカルシウム腐食式水蒸気透過セルを恒温恒湿環境下に一定時間放置し、バリアフィルムの基材側から透過した水蒸気によるカルシウムの腐食状態を光学顕微鏡により観察するものである。
この方法では、バリアフィルムの測定面中で水蒸気が透過した箇所のみカルシウムの腐食が進行するため、光学顕微鏡観察により透過箇所の特定が可能である。これにより、欠陥の位置や数密度といった情報を得ることが出来る（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８１３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されているカルシウム腐食を用いて水蒸気透過度を測定する方法では、欠陥の位置特定という、他の従来法にはない特徴があるが、試験片内部に腐食が発生するＣａ層があるため、観察手段が光学的な方法に限定されている。その結果、欠陥位置の特定も、光学顕微鏡の限度である〜数μｍに留まるという課題があった。
実際には、図６に示した従来技術の試験片のように、樹脂基材越しに腐食状態を観察するが、基材の厚さは１００μｍ程度あることが多く、光学レンズにも解像度は劣るが作動距離が長いものを使う必要があり、欠陥の位置特定精度はさらに低下してしまうという課題があった。
また、ガスバリアフィルムの欠陥には、μｍより疎らに分布した比較的大きな欠陥（マクロ欠陥）の他に、μｍよりも小さな領域に分布する微細な欠陥（ナノ欠陥）も多数存在すると考えられる。
この微細な欠陥は、薄膜中の構造欠陥に由来するとも考えられるため、ナノ欠陥の位置特定すなわち、分布状態を測定することは薄膜自体のバリア性を評価する上でも非常に重要である一方、このような分布状態を測定することは困難であるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、その目的は、バリアフィルム中の微細な欠陥による水蒸気透過を、その位置と分布について高解像度で測定できる蒸気透過度測定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の水蒸気透過度測定方法は、フィルム状試料の一方の面に、常温において水蒸気腐食性のある薄膜を形成するステップと、前記フィルム状試料の他方の面にのみ水蒸気供給機構により水蒸気を供給し、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給された状態の前記フィルム状試料を、湿度一定環境下に一定時間放置するステップと、前記一定時間放置する前の前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給されていない状態の前記フィルム状試料と、前記一定時間放置した後の前記フィルム状試料との前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を、表面形状測定手段により測定するステップとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の水蒸気透過度測定装置は、常温において水蒸気腐食性のある薄膜が一方の面に形成されたフィルム状試料の他方の面に水蒸気を供給する水蒸気供給機構と、前記フィルム状試料の前記薄膜が形成された一方の面が露出した雰囲気を、湿度一定に維持する湿度一定維持手段と、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給された状態で、前記湿度一定維持手段により湿度一定に維持された前記雰囲気中に一定時間放置した後と、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給されていない状態の前記一定時間放置する前の、前記フィルム状試料の前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を測定する表面形状測定手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、バリアフィルムの微細な欠陥による水蒸気透過を、その透過位置、分布について高解像度で測定できる水蒸気透過度測定方法および装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態の水蒸気透過度測定方法が適用される試料を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の水蒸気透過度測定方法が適用される水蒸気透過測定装置の試料を設置する測定セルの構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態の水蒸気透過測定装置における水蒸気透過測定を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態の水蒸気透過度測定装置に用いられる試料における乾燥状態での表面形状を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態の水蒸気透過度測定装置に用いられる湿度雰囲気に1時間晒した後の試料における表面形状を示す模式図である。
【図６】従来のカルシウム腐食式水蒸気透過セルの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明にかかる水蒸気透過度測定装置は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本実施の形態の水蒸気透過度測定方法が適用されるフィルム状試料（以下、試料という）７を示す構成図である。
この試料７は、樹脂基材１の片面に形成されたバリア層２の上にＣａ層３とＡｌ層４をこの順番で積層して形成したものである。Ｃａ層３およびＡｌ層４はどちらも厚さは約１００ｎｍであり、真空蒸着法で形成した。Ｃａ層３はバリア膜２を通じて透過してきた水蒸気により腐食し、水蒸気の透過場所を特定するためのものであり、Ａｌ層４は、Ｃａ層３がバリア膜２と接する面の反対面からの腐食を防ぐために設けたものである。
【００１３】
次に、試料７を設置する測定セル８について説明する。
図２は、本実施の形態の水蒸気透過度測定方法が適用される水蒸気透過測定装置の構成を示す模式図である。
図２に示すように、水蒸気透過測定装置は、試料７を載置する測定セル８を備えている。
測定セル８は、下容器９と、隔壁１０と、湿度調整ピン１４と、固定板１８とを含んで構成されている。
下容器９は、円形の底壁９Ａと、底壁９Ａの周囲から起立された円筒状の側壁９Ｂと、側壁９Ｂの上部内周で形成される開口部９Ｃと、側壁９Ｂの上端の全周に沿って側壁９Ｂの半径方向外方に環板状に延在するフランジ部１７とを有している。
フランジ部１７の上面にはＯリング１９が配置されている。
【００１４】
隔壁１０は、下容器９に設けられ下容器９の内部空間を上側の空間Ｓ１と下側の空間Ｓ２に２分するものである。
隔壁１０は、上下の仕切り部材Ｋ１、Ｋ２と、それら仕切り部材Ｋ１，Ｋ２の縁部間を接続する縦仕切り部材Ｋ３とを有している。縦仕切り部材Ｋ３はアルミ製である。
縦仕切り部材Ｋ３に穴１１が形成され、この穴１１と同軸上に位置する側壁９Ｂに穴１２が形成されている。
穴１１、１２の内周面には、湿度調整ピン１４に弾接するＯリング１３がそれぞれ設けられている。
また、上仕切り部材Ｋ１の下面には、板状の湿度調整ピン支持部Ｋ４が垂設されている。
湿度調整ピン支持部Ｋ４には、穴１１、１２と同軸上に延在するネジ穴３０が貫通形成されている。湿度調整ピン支持部Ｋ４はアルミ製である。
【００１５】
湿度調整ピン１４は、長手方向の中央部に形成されたネジ部３１と、ネジ部３１を除く両端部分に形成された軸部１４Ａ、１４Ｂとを有している。
湿度調整ピン１４は、ネジ部３１がネジ穴３０に螺合されることで湿度調整ピン支持部Ｋ４に支持されている。
また、湿度調整ピン１４は、一方の軸部１４ＡがＯリング１３を介して穴１１に挿通され、他方の軸部１４ＢがＯリング１３を介して穴１２に挿通されている。そして、各Ｏリング１３により穴１１，１２と湿度調整ピン１４との間の気密が保持されている。
湿度調整ピン１４を反時計方向へ回転させると、ネジ部３１がネジ穴３０内で案内されて湿度調整ピン１４は一方の軸部１４Ａが穴１１から外れる方向に移動する。
また、湿度調整ピン１４を時計方向へ回転させると、ネジ部３１がネジ穴３０内で案内されて湿度調整ピン１４は一方の軸部１４Ａが穴１１に挿入する方向に移動する。
【００１６】
固定板１８は、フランジ部１７と同形同大の環板状を呈し、したがって、開口部９Ｃと同形同大の穴が形成されている。
固定板１８は、フランジ部１７に載置された試料７の上からフランジ部１７に載置され、したがって、試料７は、固定板１８とフランジ部１７との間で挟持される。
その際、この固定には、たとえば少なくとも４本の固定用ネジを用い、下容器９のフランジ部１７上面に配置してあるＯリング１９が充分変形し、試料７とフランジ部１７との間の気密が保持されるように確実に固定する。
【００１７】
次に使用方法について説明する。
湿度調整ピン１４を反時計方向に回転させ、湿度調整ピン１４を下容器９から抜出し、穴１２を開放する。
開放された穴１２から水１５を下容器９の隔壁１０の下側の空間Ｓ２に注入する。
水１５が下容器９に注入されたならば、湿度調整ピン１４を穴１２から挿入し、湿度調整ピン１４のネジ部３１をネジ穴３０に螺合させ、一方の軸部１４Ａを穴１１に挿入する。
この状態では、湿度調整ピン１４の一方の軸部１４Ａと他方の軸部１４Ｂとがそれぞれ穴１１、１２のＯリング１３に挿入された状態となることから、各Ｏリング１３により穴１１，１２と湿度調整ピン１４との間の気密が保持されている。
このため、水１５が注入された下容器９の下側の一方の空間Ｓ２は気密状態に保持される。
一方、湿度調整ピン１４を反時計方向に回転させると、湿度調整ピン１４が一方の軸部１４Ａから他方の軸部１４Ｂに向かう方向に移動し、やがて、一方の軸部１４Ａが穴１１から引き抜かれると、穴１１が開放される。したがって、穴１１を介して隔壁１０の上側の空間Ｓ１と下側の空間Ｓ２とが連通することになる。
【００１８】
この下容器９を相対湿度がほぼ０％のグローブボックス１６に入れ、その中で、下容器９のフランジ部１７に試料７をバリア層２が上側になるように設置する。
続いて、中心に穴を有するドーナツ形状の固定板１８により、試料７を固定する。
この固定には、たとえば少なくとも４本の固定用ネジを用い、下容器９のフランジ部１７上面に配置してあるＯリング１９が充分変形し、試料７とフランジ部１７との間の気密が保持されるように確実に固定する。
また、試料７をＯリング１９の周上で均等に固定するために、固定用ネジは等間隔で取り付ける（４本の場合は９０°間隔）ことが望ましい。
【００１９】
続いて、同じグローブボックス１６内に設置してある小型の原子間力顕微鏡の試料ステージ（不図示）に測定セル８をセットする。
その際、測定セル８はネジなどにより確実に前記試料ステージに固定する。
【００２０】
続いて、通常の手順により、まず乾燥状態での試料７の表面形状測定を行う。
次に、測定セル８の湿度調整ピン１４を反時計方向へ回転させ、緩め、穴１１から湿度調整ピン１４の一方の軸部１４Ａが引き抜かれた状態にする。
そして、穴１１を通じて湿度雰囲気２１を下容器９の上側の空間Ｓ１に導き、湿度雰囲気２１の水蒸気が試料７の基材面側に達するようにする。
試料７の上面側は乾燥状態であるため、試料７の上面と下面で水蒸気の分圧が異なる。その結果、図３に示すように、湿度雰囲気２１中の水蒸気は樹脂基材１を透過し、バリア層２に達する。
さらに、バリア層２に存在する欠陥を透過した後、Ｃａ層３に到達し腐食させる。図３の符号２２は湿度雰囲気２１中の水蒸気がバリア層２に存在する欠陥を透過した後、Ｃａ層３に到達することで生じた腐食箇所を示している。腐食したＣａは体積膨張を伴う。
Ａｌ層４自体はＣａ層３に比べ腐食および体積変化は小さいが、Ｃａ層３の膨張を反映した盛り上がった形として、Ａｌ層４の表面形状は変化する。このＡｌ層４の表面形状の変化はｎｍオーダーと僅かではあるが、原子力顕微鏡の感度であれば充分検出可能である。
そこで、湿度雰囲気２１を下容器９の上側の空間Ｓ１に導入した一定時間後に、サンプル試料の表面形状測定を行い、表面形状の盛り上がった凸形状の位置、数を測定することにより、Ｃａ層３の腐食箇所、すなわち、水蒸気の透過箇所を、その位置、分布と共に測定することが出来る。
【００２１】
より好ましくは、始めに乾燥状態で測定したエリアと同じエリアを湿度雰囲気導入後も測定し比較することにより、僅かな表面形状変化、すなわち、僅かなＣａ層３の腐食の発生・進行を高感度に検出することが出来る。
【００２２】
また、凸形状の測定から、Ｃａ層３の腐食体積と要した水蒸気量を推定することが可能であり、経過時間を考慮することにより特定の欠陥からの水蒸気透過度を数値評価することも可能である。
【００２３】
本実施の形態では、小型の原子間力顕微鏡をグローブボックス１６内に設置して測定を行ったが、他にも、環境制御型の原子間力顕微鏡（例えば、Ａｇｉｌｅｎｔ ＳＰＭ５５００）を用いてもよい。
【００２４】
また、本実施の形態では、試料に湿度雰囲気２１を供給するために、湿度調整ピン１４を緩めて一方の軸部１４Ａと穴１１との間に隙間を生じさせ、水が入った空間Ｓ２の気密を破っているが、湿度調整ピン１４以外に、油圧または気圧型のシリンダー−ピストン機構を用いて、湿度雰囲気２１を供給するための連通孔（穴１１）の開け締めを行なっても良い。
【００２５】
以上のように、本実施の形態の測定セル８を上記の手順で用いることにより、試料７の樹脂基材１（下面）からバリア層２（上面）の方向に一方向的に水蒸気が透過する状態を作り、この水蒸気がバリア層２の欠陥を透過してＣａ層３を腐食・体積変化させる。
この変化を表面形状の変化として原子間力顕微鏡により高感度に測定することにより、バリアフィルムの水蒸気透過を、１μｍ以内の高解像度で、透過位置、分布と共に測定することが可能となる。
その結果、薄膜自体のバリア性評価が可能となる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
本実施例では、水蒸気透過測定に用いる下容器９として、開口直径を１５ｍｍ、上部固定面の外周直径を３０ｍｍ、高さ２５ｍｍのアルミ製カップを作成した。そのフランジ部１７には、直径２０ｍｍのOリングを配置した。次に固定板１８として、内周径１５ｍｍ、外周径３０ｍｍ、厚さ３ｍｍの中心に穴のあいたドーナツ形状のアルミ円盤を作成した。固定板１８と下容器９のフランジ部１７とには、中心から半径１２．５ｍｍの位置に、９０°間隔で３ｍｍのネジ穴４つ設け、固定板１８を下容器９のフランジ部１７へネジにより取り付けることで、固定板１８と下容器９との間を固定させた。
次に、測定セル８の隔壁１０として、外形が直径１５ｍｍ厚さ２ｍｍの符号Ｋ１、Ｋ２で示す上下の仕切り部材を２枚、長さ１５×１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの符号Ｋ３で示す縦仕切り部材を１枚（測定セル８の内壁に嵌るようにエッジを削っている）、長さ７×１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの湿度調整ピン支持部Ｋ４を構成するアルミ板１枚を用意した。
そして、図２に示すような位置関係でそれぞれをエポキシ接着剤で接着し、さらにセル内壁とも接着し、気密保持を持たせた。
縦仕切り部材Ｋ３の中央には、直径３ｍｍの穴１１とＯリング１３を設け、直径３ｍｍの湿度調整ピン１４が気密を保ちながら移動する構成とした。
また、湿度調整ピン支持部Ｋ４には、３ｍｍのネジ穴３０を設けた。さらに、縦仕切り部材Ｋ３に設けた穴１１、湿度調整ピン支持部Ｋ４に設けたネジ穴３０と同軸上になるように、縦仕切り部材Ｋ３に設けた穴１１と同じ構成の気密穴１２を下容器９の側壁９Ｂに形成した。これにより、水蒸気雰囲気２１を供給するための開閉部分を作製した。
【００２７】
また、試料フィルムとして、１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ)の上に抵抗加熱蒸着法により、酸化ケイ素バリア膜を１００ｎｍ形成したものを用いた。この試料の水蒸気透過度をモコン法で測定した結果、２ｇ/ｍ２/ｄａｙであった。
このバリア膜側に、同様に蒸着法によりＣａ、Ａｌの順で薄膜を形成した。それぞれの厚さは５０ｎｍとした。作製した試料フィルムはＣａ腐食が進行しないように、相対湿度がほぼ０％の乾燥したグローブボックス中に置いた。
【００２８】
次に、測定セル８の下側の空間Ｓ２底部に水を注入した後、湿度調整ピン１４により気密保持した測定セル８をグローブボックス１６内に入れ、その中で、測定セル８のフランジ部１７に、試料７をバリア面が上側になるように載せ、固定板１８およびネジ（４本）により固定した。
【００２９】
試料７を固定した測定セル８を、原子間顕微鏡２０の試料ステージに固定した。本実施例では、卓上型の小型ＡＦＭを同じグローブボックス内に入れ、試料７のバリア面、つまりＡｌ層４の表面に探針を降ろし表面形状測定を行なった。結果を図４に示す。測定サイズは、８００×６００ｎｍで行なった。
【００３０】
次に、測定セル８の湿度調整ピン１４を緩め、縦仕切り部材Ｋ３に形成されている穴１１と湿度調整ピン１４先端部との間に間隙を生じさせ、試料７の樹脂基材１の表面を高湿雰囲気に晒した。1時間後に原子間力顕微鏡２０により始めに測定した乾燥状態と同じ箇所の表面形状を測定した。結果を図５に示す。測定サイズは８００×６００ｎｍで行なった。
【００３１】
図５より、１時間高湿雰囲気に晒さらすことにより、Ａ，Ｂ，Ｃの3箇所において凸状の新たな形状が形成されたことが確認出来る。同様の測定を、測定セルの湿度調整ピン１４を緩めず、従って高湿雰囲気に晒さずに１時間経過後に測定した場合は、このような凸形状の発生は見られなかった。このことより、形成された凸形状は、バリア層の欠陥を透過した水蒸気により、Ｃａ層３が腐食・体積膨張した結果であると考えられる。
【００３２】
図４および図５から明らかなように、本実施例では、発生した約１００ｎｍ離れた凸形状の判別・計数が可能である。従って、この水蒸気透過測定方法および装置によれば、バリアフィルムの水蒸気透過を、１μｍ以内の高解像度で、透過位置、分布、共に測定することが可能であることが確認された。
以上、説明したように、この水蒸気透過度測定方法および装置によれば、バリアフィルムの水蒸気透過を、従来不可能であった１μｍ以内の高解像度で、透過位置、分布、共に測定することが出来、薄膜自体のバリア性評価が可能となる。各種分野のバリアフィルム製品に広く利用することが出来る。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・樹脂基材、２・・・バリア層、３・・・Ｃａ層、４・・・Ａｌ層、７・・・試料、８・・・測定セル、９・・・下容器（容器）、１０・・・隔壁、１１・・・穴（水蒸気供給機構、供給手段）、１２・・・穴、１３・・Ｏリング、１４・・・湿度調整ピン（水蒸気供給機構、供給手段、水蒸気供給操作機構）、１５・・・水、１６・・・グローブボックス（湿度一定維持手段）、１７・・・フランジ部、１８・・・固定板、１９・・・Ｏリング（封止手段）、２０・・・原子間力顕微鏡（表面形状測定手段）、２１・・・湿度雰囲気、Ｓ２・・・空間（水蒸気供給機構、供給手段、溶液貯溜部）、３０・・・ネジ穴。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、プラスチィックフィルムやシート状試料の水蒸気透過を測定する水蒸気透過度測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスバリアフィルムは、プラスチック表面に、酸化ケイ素、酸化アルミなどのバリア薄膜を形成することにより、酸素や水蒸気の透過を遮断する性能を持ち、食品や薬品、電子材料などの包装材料として注目されている。
さらに近年では、プラスチック基材を用いたフレキシブルな液晶表示素子やＥＬ表示素子などでも、ガスバリアフィルムが用いられるようになってきている。
【０００３】
従来から行われているガス透過性の評価としては、ＪＩＳ Ｚ ０２０８で規定されているカップ法や、ＪＩＳ Ｋ ７１２９ Ｂ法として規定されているモコン法などがあるが、どちらの方法も、通常数１０ｃｍ２程度の一定面積に対する平均透過度を測定する。
【０００４】
一方、最近、水蒸気透過度を測定する別の方法として、カルシウムの腐食を利用するものも提案されてきている。
この方法は、図６に示すように、バリアフィルムのバリア層２上にカルシウム層３、Ａl層４の順で膜を形成し、続いてバリアフィルムの基材面１が露出するように熱可塑性樹脂５中に埋め込むとともにガラス板６に貼り付けた構成のカルシウム腐食式水蒸気透過セルを試験片として作成する。
そして、このカルシウム腐食式水蒸気透過セルを恒温恒湿環境下に一定時間放置し、バリアフィルムの基材側から透過した水蒸気によるカルシウムの腐食状態を光学顕微鏡により観察するものである。
この方法では、バリアフィルムの測定面中で水蒸気が透過した箇所のみカルシウムの腐食が進行するため、光学顕微鏡観察により透過箇所の特定が可能である。これにより、欠陥の位置や数密度といった情報を得ることが出来る（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８１３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されているカルシウム腐食を用いて水蒸気透過度を測定する方法では、欠陥の位置特定という、他の従来法にはない特徴があるが、試験片内部に腐食が発生するＣａ層があるため、観察手段が光学的な方法に限定されている。その結果、欠陥位置の特定も、光学顕微鏡の限度である〜数μｍに留まるという課題があった。
実際には、図６に示した従来技術の試験片のように、樹脂基材越しに腐食状態を観察するが、基材の厚さは１００μｍ程度あることが多く、光学レンズにも解像度は劣るが作動距離が長いものを使う必要があり、欠陥の位置特定精度はさらに低下してしまうという課題があった。
また、ガスバリアフィルムの欠陥には、μｍより疎らに分布した比較的大きな欠陥（マクロ欠陥）の他に、μｍよりも小さな領域に分布する微細な欠陥（ナノ欠陥）も多数存在すると考えられる。
この微細な欠陥は、薄膜中の構造欠陥に由来するとも考えられるため、ナノ欠陥の位置特定すなわち、分布状態を測定することは薄膜自体のバリア性を評価する上でも非常に重要である一方、このような分布状態を測定することは困難であるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、その目的は、バリアフィルム中の微細な欠陥による水蒸気透過を、その位置と分布について高解像度で測定できる蒸気透過度測定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の水蒸気透過度測定方法は、フィルム状試料の一方の面に、常温において水蒸気腐食性のある薄膜を形成するステップと、前記フィルム状試料の他方の面にのみ水蒸気供給機構により水蒸気を供給し、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給された状態の前記フィルム状試料を、湿度一定環境下に一定時間放置するステップと、前記一定時間放置する前の前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給されていない状態の前記フィルム状試料と、前記一定時間放置した後の前記フィルム状試料との前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を、表面形状測定手段により測定するステップとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の水蒸気透過度測定装置は、常温において水蒸気腐食性のある薄膜が一方の面に形成されたフィルム状試料の他方の面に水蒸気を供給する水蒸気供給機構と、前記フィルム状試料の前記薄膜が形成された一方の面が露出した雰囲気を、湿度一定に維持する湿度一定維持手段と、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給された状態で、前記湿度一定維持手段により湿度一定に維持された前記雰囲気中に一定時間放置した後と、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給されていない状態の前記一定時間放置する前の、前記フィルム状試料の前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を測定する表面形状測定手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、バリアフィルムの微細な欠陥による水蒸気透過を、その透過位置、分布について高解像度で測定できる水蒸気透過度測定方法および装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態の水蒸気透過度測定方法が適用される試料を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の水蒸気透過度測定方法が適用される水蒸気透過測定装置の試料を設置する測定セルの構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態の水蒸気透過測定装置における水蒸気透過測定を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態の水蒸気透過度測定装置に用いられる試料における乾燥状態での表面形状を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態の水蒸気透過度測定装置に用いられる湿度雰囲気に1時間晒した後の試料における表面形状を示す模式図である。
【図６】従来のカルシウム腐食式水蒸気透過セルの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明にかかる水蒸気透過度測定装置は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本実施の形態の水蒸気透過度測定方法が適用されるフィルム状試料（以下、試料という）７を示す構成図である。
この試料７は、樹脂基材１の片面に形成されたバリア層２の上にＣａ層３とＡｌ層４をこの順番で積層して形成したものである。Ｃａ層３およびＡｌ層４はどちらも厚さは約１００ｎｍであり、真空蒸着法で形成した。Ｃａ層３はバリア膜２を通じて透過してきた水蒸気により腐食し、水蒸気の透過場所を特定するためのものであり、Ａｌ層４は、Ｃａ層３がバリア膜２と接する面の反対面からの腐食を防ぐために設けたものである。
【００１３】
次に、試料７を設置する測定セル８について説明する。
図２は、本実施の形態の水蒸気透過度測定方法が適用される水蒸気透過測定装置の構成を示す模式図である。
図２に示すように、水蒸気透過測定装置は、試料７を載置する測定セル８を備えている。
測定セル８は、下容器９と、隔壁１０と、湿度調整ピン１４と、固定板１８とを含んで構成されている。
下容器９は、円形の底壁９Ａと、底壁９Ａの周囲から起立された円筒状の側壁９Ｂと、側壁９Ｂの上部内周で形成される開口部９Ｃと、側壁９Ｂの上端の全周に沿って側壁９Ｂの半径方向外方に環板状に延在するフランジ部１７とを有している。
フランジ部１７の上面にはＯリング１９が配置されている。
【００１４】
隔壁１０は、下容器９に設けられ下容器９の内部空間を上側の空間Ｓ１と下側の空間Ｓ２に２分するものである。
隔壁１０は、上下の仕切り部材Ｋ１、Ｋ２と、それら仕切り部材Ｋ１，Ｋ２の縁部間を接続する縦仕切り部材Ｋ３とを有している。縦仕切り部材Ｋ３はアルミ製である。
縦仕切り部材Ｋ３に穴１１が形成され、この穴１１と同軸上に位置する側壁９Ｂに穴１２が形成されている。
穴１１、１２の内周面には、湿度調整ピン１４に弾接するＯリング１３がそれぞれ設けられている。
また、上仕切り部材Ｋ１の下面には、板状の湿度調整ピン支持部Ｋ４が垂設されている。
湿度調整ピン支持部Ｋ４には、穴１１、１２と同軸上に延在するネジ穴３０が貫通形成されている。湿度調整ピン支持部Ｋ４はアルミ製である。
【００１５】
湿度調整ピン１４は、長手方向の中央部に形成されたネジ部３１と、ネジ部３１を除く両端部分に形成された軸部１４Ａ、１４Ｂとを有している。
湿度調整ピン１４は、ネジ部３１がネジ穴３０に螺合されることで湿度調整ピン支持部Ｋ４に支持されている。
また、湿度調整ピン１４は、一方の軸部１４ＡがＯリング１３を介して穴１１に挿通され、他方の軸部１４ＢがＯリング１３を介して穴１２に挿通されている。そして、各Ｏリング１３により穴１１，１２と湿度調整ピン１４との間の気密が保持されている。
湿度調整ピン１４を反時計方向へ回転させると、ネジ部３１がネジ穴３０内で案内されて湿度調整ピン１４は一方の軸部１４Ａが穴１１から外れる方向に移動する。
また、湿度調整ピン１４を時計方向へ回転させると、ネジ部３１がネジ穴３０内で案内されて湿度調整ピン１４は一方の軸部１４Ａが穴１１に挿入する方向に移動する。
【００１６】
固定板１８は、フランジ部１７と同形同大の環板状を呈し、したがって、開口部９Ｃと同形同大の穴が形成されている。
固定板１８は、フランジ部１７に載置された試料７の上からフランジ部１７に載置され、したがって、試料７は、固定板１８とフランジ部１７との間で挟持される。
その際、この固定には、たとえば少なくとも４本の固定用ネジを用い、下容器９のフランジ部１７上面に配置してあるＯリング１９が充分変形し、試料７とフランジ部１７との間の気密が保持されるように確実に固定する。
【００１７】
次に使用方法について説明する。
湿度調整ピン１４を反時計方向に回転させ、湿度調整ピン１４を下容器９から抜出し、穴１２を開放する。
開放された穴１２から水１５を下容器９の隔壁１０の下側の空間Ｓ２に注入する。
水１５が下容器９に注入されたならば、湿度調整ピン１４を穴１２から挿入し、湿度調整ピン１４のネジ部３１をネジ穴３０に螺合させ、一方の軸部１４Ａを穴１１に挿入する。
この状態では、湿度調整ピン１４の一方の軸部１４Ａと他方の軸部１４Ｂとがそれぞれ穴１１、１２のＯリング１３に挿入された状態となることから、各Ｏリング１３により穴１１，１２と湿度調整ピン１４との間の気密が保持されている。
このため、水１５が注入された下容器９の下側の一方の空間Ｓ２は気密状態に保持される。
一方、湿度調整ピン１４を反時計方向に回転させると、湿度調整ピン１４が一方の軸部１４Ａから他方の軸部１４Ｂに向かう方向に移動し、やがて、一方の軸部１４Ａが穴１１から引き抜かれると、穴１１が開放される。したがって、穴１１を介して隔壁１０の上側の空間Ｓ１と下側の空間Ｓ２とが連通することになる。
【００１８】
この下容器９を相対湿度がほぼ０％のグローブボックス１６に入れ、その中で、下容器９のフランジ部１７に試料７をバリア層２が上側になるように設置する。
続いて、中心に穴を有するドーナツ形状の固定板１８により、試料７を固定する。
この固定には、たとえば少なくとも４本の固定用ネジを用い、下容器９のフランジ部１７上面に配置してあるＯリング１９が充分変形し、試料７とフランジ部１７との間の気密が保持されるように確実に固定する。
また、試料７をＯリング１９の周上で均等に固定するために、固定用ネジは等間隔で取り付ける（４本の場合は９０°間隔）ことが望ましい。
【００１９】
続いて、同じグローブボックス１６内に設置してある小型の原子間力顕微鏡の試料ステージ（不図示）に測定セル８をセットする。
その際、測定セル８はネジなどにより確実に前記試料ステージに固定する。
【００２０】
続いて、通常の手順により、まず乾燥状態での試料７の表面形状測定を行う。
次に、測定セル８の湿度調整ピン１４を反時計方向へ回転させ、緩め、穴１１から湿度調整ピン１４の一方の軸部１４Ａが引き抜かれた状態にする。
そして、穴１１を通じて湿度雰囲気２１を下容器９の上側の空間Ｓ１に導き、湿度雰囲気２１の水蒸気が試料７の基材面側に達するようにする。
試料７の上面側は乾燥状態であるため、試料７の上面と下面で水蒸気の分圧が異なる。その結果、図３に示すように、湿度雰囲気２１中の水蒸気は樹脂基材１を透過し、バリア層２に達する。
さらに、バリア層２に存在する欠陥を透過した後、Ｃａ層３に到達し腐食させる。図３の符号２２は湿度雰囲気２１中の水蒸気がバリア層２に存在する欠陥を透過した後、Ｃａ層３に到達することで生じた腐食箇所を示している。腐食したＣａは体積膨張を伴う。
Ａｌ層４自体はＣａ層３に比べ腐食および体積変化は小さいが、Ｃａ層３の膨張を反映した盛り上がった形として、Ａｌ層４の表面形状は変化する。このＡｌ層４の表面形状の変化はｎｍオーダーと僅かではあるが、原子力顕微鏡の感度であれば充分検出可能である。
そこで、湿度雰囲気２１を下容器９の上側の空間Ｓ１に導入した一定時間後に、サンプル試料の表面形状測定を行い、表面形状の盛り上がった凸形状の位置、数を測定することにより、Ｃａ層３の腐食箇所、すなわち、水蒸気の透過箇所を、その位置、分布と共に測定することが出来る。
【００２１】
より好ましくは、始めに乾燥状態で測定したエリアと同じエリアを湿度雰囲気導入後も測定し比較することにより、僅かな表面形状変化、すなわち、僅かなＣａ層３の腐食の発生・進行を高感度に検出することが出来る。
【００２２】
また、凸形状の測定から、Ｃａ層３の腐食体積と要した水蒸気量を推定することが可能であり、経過時間を考慮することにより特定の欠陥からの水蒸気透過度を数値評価することも可能である。
【００２３】
本実施の形態では、小型の原子間力顕微鏡をグローブボックス１６内に設置して測定を行ったが、他にも、環境制御型の原子間力顕微鏡（例えば、Ａｇｉｌｅｎｔ ＳＰＭ５５００）を用いてもよい。
【００２４】
また、本実施の形態では、試料に湿度雰囲気２１を供給するために、湿度調整ピン１４を緩めて一方の軸部１４Ａと穴１１との間に隙間を生じさせ、水が入った空間Ｓ２の気密を破っているが、湿度調整ピン１４以外に、油圧または気圧型のシリンダー−ピストン機構を用いて、湿度雰囲気２１を供給するための連通孔（穴１１）の開け締めを行なっても良い。
【００２５】
以上のように、本実施の形態の測定セル８を上記の手順で用いることにより、試料７の樹脂基材１（下面）からバリア層２（上面）の方向に一方向的に水蒸気が透過する状態を作り、この水蒸気がバリア層２の欠陥を透過してＣａ層３を腐食・体積変化させる。
この変化を表面形状の変化として原子間力顕微鏡により高感度に測定することにより、バリアフィルムの水蒸気透過を、１μｍ以内の高解像度で、透過位置、分布と共に測定することが可能となる。
その結果、薄膜自体のバリア性評価が可能となる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
本実施例では、水蒸気透過測定に用いる下容器９として、開口直径を１５ｍｍ、上部固定面の外周直径を３０ｍｍ、高さ２５ｍｍのアルミ製カップを作成した。そのフランジ部１７には、直径２０ｍｍのOリングを配置した。次に固定板１８として、内周径１５ｍｍ、外周径３０ｍｍ、厚さ３ｍｍの中心に穴のあいたドーナツ形状のアルミ円盤を作成した。固定板１８と下容器９のフランジ部１７とには、中心から半径１２．５ｍｍの位置に、９０°間隔で３ｍｍのネジ穴４つ設け、固定板１８を下容器９のフランジ部１７へネジにより取り付けることで、固定板１８と下容器９との間を固定させた。
次に、測定セル８の隔壁１０として、外形が直径１５ｍｍ厚さ２ｍｍの符号Ｋ１、Ｋ２で示す上下の仕切り部材を２枚、長さ１５×１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの符号Ｋ３で示す縦仕切り部材を１枚（測定セル８の内壁に嵌るようにエッジを削っている）、長さ７×１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの湿度調整ピン支持部Ｋ４を構成するアルミ板１枚を用意した。
そして、図２に示すような位置関係でそれぞれをエポキシ接着剤で接着し、さらにセル内壁とも接着し、気密保持を持たせた。
縦仕切り部材Ｋ３の中央には、直径３ｍｍの穴１１とＯリング１３を設け、直径３ｍｍの湿度調整ピン１４が気密を保ちながら移動する構成とした。
また、湿度調整ピン支持部Ｋ４には、３ｍｍのネジ穴３０を設けた。さらに、縦仕切り部材Ｋ３に設けた穴１１、湿度調整ピン支持部Ｋ４に設けたネジ穴３０と同軸上になるように、縦仕切り部材Ｋ３に設けた穴１１と同じ構成の気密穴１２を下容器９の側壁９Ｂに形成した。これにより、水蒸気雰囲気２１を供給するための開閉部分を作製した。
【００２７】
また、試料フィルムとして、１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ)の上に抵抗加熱蒸着法により、酸化ケイ素バリア膜を１００ｎｍ形成したものを用いた。この試料の水蒸気透過度をモコン法で測定した結果、２ｇ/ｍ２/ｄａｙであった。
このバリア膜側に、同様に蒸着法によりＣａ、Ａｌの順で薄膜を形成した。それぞれの厚さは５０ｎｍとした。作製した試料フィルムはＣａ腐食が進行しないように、相対湿度がほぼ０％の乾燥したグローブボックス中に置いた。
【００２８】
次に、測定セル８の下側の空間Ｓ２底部に水を注入した後、湿度調整ピン１４により気密保持した測定セル８をグローブボックス１６内に入れ、その中で、測定セル８のフランジ部１７に、試料７をバリア面が上側になるように載せ、固定板１８およびネジ（４本）により固定した。
【００２９】
試料７を固定した測定セル８を、原子間顕微鏡２０の試料ステージに固定した。本実施例では、卓上型の小型ＡＦＭを同じグローブボックス内に入れ、試料７のバリア面、つまりＡｌ層４の表面に探針を降ろし表面形状測定を行なった。結果を図４に示す。測定サイズは、８００×６００ｎｍで行なった。
【００３０】
次に、測定セル８の湿度調整ピン１４を緩め、縦仕切り部材Ｋ３に形成されている穴１１と湿度調整ピン１４先端部との間に間隙を生じさせ、試料７の樹脂基材１の表面を高湿雰囲気に晒した。1時間後に原子間力顕微鏡２０により始めに測定した乾燥状態と同じ箇所の表面形状を測定した。結果を図５に示す。測定サイズは８００×６００ｎｍで行なった。
【００３１】
図５より、１時間高湿雰囲気に晒さらすことにより、Ａ，Ｂ，Ｃの3箇所において凸状の新たな形状が形成されたことが確認出来る。同様の測定を、測定セルの湿度調整ピン１４を緩めず、従って高湿雰囲気に晒さずに１時間経過後に測定した場合は、このような凸形状の発生は見られなかった。このことより、形成された凸形状は、バリア層の欠陥を透過した水蒸気により、Ｃａ層３が腐食・体積膨張した結果であると考えられる。
【００３２】
図４および図５から明らかなように、本実施例では、発生した約１００ｎｍ離れた凸形状の判別・計数が可能である。従って、この水蒸気透過測定方法および装置によれば、バリアフィルムの水蒸気透過を、１μｍ以内の高解像度で、透過位置、分布、共に測定することが可能であることが確認された。
以上、説明したように、この水蒸気透過度測定方法および装置によれば、バリアフィルムの水蒸気透過を、従来不可能であった１μｍ以内の高解像度で、透過位置、分布、共に測定することが出来、薄膜自体のバリア性評価が可能となる。各種分野のバリアフィルム製品に広く利用することが出来る。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・樹脂基材、２・・・バリア層、３・・・Ｃａ層、４・・・Ａｌ層、７・・・試料、８・・・測定セル、９・・・下容器（容器）、１０・・・隔壁、１１・・・穴（水蒸気供給機構、供給手段）、１２・・・穴、１３・・Ｏリング、１４・・・湿度調整ピン（水蒸気供給機構、供給手段、水蒸気供給操作機構）、１５・・・水、１６・・・グローブボックス（湿度一定維持手段）、１７・・・フランジ部、１８・・・固定板、１９・・・Ｏリング（封止手段）、２０・・・原子間力顕微鏡（表面形状測定手段）、２１・・・湿度雰囲気、Ｓ２・・・空間（水蒸気供給機構、供給手段、溶液貯溜部）、３０・・・ネジ穴。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状試料の一方の面に、常温において水蒸気腐食性のある薄膜を形成するステップと、
前記フィルム状試料の他方の面にのみ水蒸気供給機構により水蒸気を供給し、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給された状態の前記フィルム状試料を、湿度一定環境下に一定時間放置するステップと、
前記一定時間放置する前の前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給されていない状態の前記フィルム状試料と、前記一定時間放置した後の前記フィルム状試料との前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を、表面形状測定手段により測定するステップと、
を備えたことを特徴とする水蒸気透過度測定方法。
【請求項２】
前記フィルム状試料を湿度一定環境下に一定時間放置するステップは、前記フィルム状試料の前記薄膜が形成された一方の面を相対湿度がほぼ０％の湿度一定環境下に露出させた状態で一定時間放置することを特徴とする請求項１記載の水蒸気透過度測定方法。
【請求項３】
前記表面形状測定手段は、前記フィルム状試料の前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を、前記薄膜の表面に探針を降ろし測定することを特徴とする請求項１記載の水蒸気透過度測定方法。
【請求項４】
前記表面形状測定手段は、原子間力顕微鏡であることを特徴とする請求項１記載の水蒸気透過度測定方法。
【請求項５】
常温において水蒸気腐食性のある薄膜が一方の面に形成されたフィルム状試料の他方の面に水蒸気を供給する水蒸気供給機構と、
前記フィルム状試料の前記薄膜が形成された一方の面が露出した雰囲気を、湿度一定に維持する湿度一定維持手段と、
前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給された状態で、前記湿度一定維持手段により湿度一定に維持された前記雰囲気中に一定時間放置した後と、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給されていない状態の前記一定時間放置する前の、前記フィルム状試料の前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を測定する表面形状測定手段と、
を備えたことを特徴とする水蒸気透過度測定装置。
【請求項６】
前記湿度一定維持手段は、前記フィルム状試料の前記薄膜が形成された一方の面が露出した雰囲気中の相対湿度をほぼ０％の湿度一定に維持することを特徴とする請求項５記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項７】
前記表面形状測定手段は、前記フィルム状試料の前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を、前記薄膜の表面に探針を降ろし測定することを特徴とする請求項５記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項８】
前記表面形状測定手段は、原子間力顕微鏡であることを特徴とする請求項５記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項９】
前記水蒸気供給機構は、
開口部の周囲にフランジ部が構成された容器と、
前記水蒸気腐食性の薄膜が形成された一方の面を、前記湿度一定維持手段により湿度一定に維持される前記雰囲気中に露出させた状態で、前記容器の開口部を覆って前記フランジ部に載置された前記フィルム状試料の他方の面と前記フランジ部との間を水蒸気が透過不能となるように封止し、前記フィルム状試料の他方の面が露出している前記容器内の空間と前記湿度一定維持手段により湿度一定に維持される前記雰囲気との間を分離遮断する封止手段と、
前記封止手段により前記雰囲気との間が分離遮断された前記容器内の空間に露出している前記フィルム状試料の他方の面へ水蒸気を供給する供給手段と、
を備えたことを特徴とする請求項５記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項１０】
前記供給手段は、
前記容器内に構成され水蒸気を発生させる溶液貯溜部と、
前記容器内の空間に露出している前記フィルム状試料の他方の面への前記水蒸気の供給を、前記溶液貯溜部と前記フィルム状試料の他方の面が露出している前記容器内の空間との間を連通させるか遮断するかで制御する水蒸気供給操作機構と、
を備えたことを特徴とする請求項９記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項１】
フィルム状試料の一方の面に、常温において水蒸気腐食性のある薄膜を形成するステップと、
前記フィルム状試料の他方の面にのみ水蒸気供給機構により水蒸気を供給し、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給された状態の前記フィルム状試料を、湿度一定環境下に一定時間放置するステップと、
前記一定時間放置する前の前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給されていない状態の前記フィルム状試料と、前記一定時間放置した後の前記フィルム状試料との前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を、表面形状測定手段により測定するステップと、
を備えたことを特徴とする水蒸気透過度測定方法。
【請求項２】
前記フィルム状試料を湿度一定環境下に一定時間放置するステップは、前記フィルム状試料の前記薄膜が形成された一方の面を相対湿度がほぼ０％の湿度一定環境下に露出させた状態で一定時間放置することを特徴とする請求項１記載の水蒸気透過度測定方法。
【請求項３】
前記表面形状測定手段は、前記フィルム状試料の前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を、前記薄膜の表面に探針を降ろし測定することを特徴とする請求項１記載の水蒸気透過度測定方法。
【請求項４】
前記表面形状測定手段は、原子間力顕微鏡であることを特徴とする請求項１記載の水蒸気透過度測定方法。
【請求項５】
常温において水蒸気腐食性のある薄膜が一方の面に形成されたフィルム状試料の他方の面に水蒸気を供給する水蒸気供給機構と、
前記フィルム状試料の前記薄膜が形成された一方の面が露出した雰囲気を、湿度一定に維持する湿度一定維持手段と、
前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給された状態で、前記湿度一定維持手段により湿度一定に維持された前記雰囲気中に一定時間放置した後と、前記水蒸気供給機構により前記他方の面に水蒸気が供給されていない状態の前記一定時間放置する前の、前記フィルム状試料の前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を測定する表面形状測定手段と、
を備えたことを特徴とする水蒸気透過度測定装置。
【請求項６】
前記湿度一定維持手段は、前記フィルム状試料の前記薄膜が形成された一方の面が露出した雰囲気中の相対湿度をほぼ０％の湿度一定に維持することを特徴とする請求項５記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項７】
前記表面形状測定手段は、前記フィルム状試料の前記一方の面に形成された前記薄膜の腐食により発生した前記薄膜の表面形状変化における凹凸を、前記薄膜の表面に探針を降ろし測定することを特徴とする請求項５記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項８】
前記表面形状測定手段は、原子間力顕微鏡であることを特徴とする請求項５記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項９】
前記水蒸気供給機構は、
開口部の周囲にフランジ部が構成された容器と、
前記水蒸気腐食性の薄膜が形成された一方の面を、前記湿度一定維持手段により湿度一定に維持される前記雰囲気中に露出させた状態で、前記容器の開口部を覆って前記フランジ部に載置された前記フィルム状試料の他方の面と前記フランジ部との間を水蒸気が透過不能となるように封止し、前記フィルム状試料の他方の面が露出している前記容器内の空間と前記湿度一定維持手段により湿度一定に維持される前記雰囲気との間を分離遮断する封止手段と、
前記封止手段により前記雰囲気との間が分離遮断された前記容器内の空間に露出している前記フィルム状試料の他方の面へ水蒸気を供給する供給手段と、
を備えたことを特徴とする請求項５記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項１０】
前記供給手段は、
前記容器内に構成され水蒸気を発生させる溶液貯溜部と、
前記容器内の空間に露出している前記フィルム状試料の他方の面への前記水蒸気の供給を、前記溶液貯溜部と前記フィルム状試料の他方の面が露出している前記容器内の空間との間を連通させるか遮断するかで制御する水蒸気供給操作機構と、
を備えたことを特徴とする請求項９記載の水蒸気透過度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−４７６８０（Ｐ２０１１−４７６８０Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４２３７（Ｐ２００９−１９４２３７）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
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