(57)【要約】  本発明は、測定対象物を透過する水蒸気量を、高い感度で、且つ、短期間に測定することが可能な測定装置とその方法を提供することを目的とするものであり、測定対象物により区割された第１と第２の空間において、第１の空間を大気圧下で所定の温度及び湿度に維持し、第２の空間を大気圧下で露点温度が−７０℃以下の乾燥状態として、第１の空間内に水蒸気を導入した後、第２の空間内の露点温度を測定し、前記測定された露点温度に基づいて前記測定対象物の水蒸気透過度を測定することを特徴とするものである。【選択図】  図１
2009041632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物により区割された第１と第２の空間において、第１の空間を大気圧下で所定の温度及び湿度に維持し、第２の空間を大気圧下で露点温度が−７０℃以下の乾燥状態として、第１の空間内に水蒸気を導入した後、第２の空間内の露点温度を測定し、前記測定された露点温度に基づいて前記測定対象物の水蒸気透過度を測定することを特徴とする水蒸気透過度の測定方法。
【請求項２】
第２の空間内の水蒸気を排気せずに第２の空間内に水蒸気を滞留させるようにした状態で、経時的に第２の空間内の露点温度を測定し、各測定時の露点温度から各測定時における第２の空間内の水蒸気量の積算値を算出し、前記積算値に基づいて前記測定対象物の水蒸気透過度を測定することを特徴とする請求項１に記載の水蒸気透過度の測定方法。
【請求項３】
第２の空間を乾燥状態とするために、露点温度が−７０℃以下の窒素又は空気を導入することを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項４】
第１の空間を、温度２０〜７０℃、相対湿度３０％〜９５％の範囲内に維持することを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項５】
外部から気体を導入できるように構成された第１の室と、外部から気体を導入できるように構成された第２の室と、第１の室と第２の室とを連通させる部位に備えられた測定対象物を保持するための保持手段と、第１及び第２の室の温度を所定の温度に保つための温度保持手段と、第１の室の湿度を所定の湿度に保つための湿度保持手段と、前記第２の室の気体の露点温度を測定するための露点計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】
第２の室内に導入された前記気体を外部へ排出するための排出手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項７】
前記排出された気体を、第２の室内に環流させるための環流手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の水蒸気透過度測定装置。
【請求項８】
第１の室と第２の室とを接続する部位を、金属製のフランジを対向して配置することにより構成し、前記各フランジ上に環状のシール材を設けたことを特徴とする請求項５に記載の水蒸気透過度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の水蒸気透過度を測定するための装置とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機発光デバイス、有機半導体、有機太陽電池や薄膜電池等の分野を始めとして様々な分野において、所定のエリア内が酸素や水蒸気等を含むガスに劣化されないようにするために、ガスバリア性のある材料が使用されている。
この材料の水蒸気透過度を測定するために、JIS K-7129の感湿センサー法や赤外センサー法、或いは、特許文献１及び２に開示されるカルシウム腐食法が行われている。
一方、近年、有機発光デバイスの分野においては、ガスバリア性が非常に高い材料の使用が求められており、その評価のために、10-5g/m2/dayのレベルの水蒸気透過度まで測定することが要求されるようになってきている。
しかしながら、上記感湿センサー法、赤外センサー法及びカルシウム腐食法では、10-3g/m2/day程度のレベルの水蒸気透過度しか測定できず、10-5g/m2/dayのレベルの水蒸気透過度まで測定することができないという問題があった。また、10-3g/m2/day程度のレベルの水蒸気透過度の測定であっても、数日の時間がかかるという問題もあった。
【特許文献１】特開２００５−２８３５６１号公報
【特許文献２】特開２００６−２５０８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、測定対象物を透過する水蒸気量を、高い感度で、且つ、短期間に測定することが可能な測定装置とその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明者等は、鋭意検討の結果、下記の通り解決手段を見出した。
即ち、本発明の第１の実施の形態の水蒸気透過度の測定方法は、測定対象物により区割された第１と第２の空間において、第１の空間を大気圧下で所定の温度及び湿度に維持し、第２の空間を大気圧下で露点温度が−７０℃以下の乾燥状態として、第１の空間内に水蒸気を導入した後、第２の空間内の露点温度を測定し、前記測定された露点温度に基づいて前記測定対象物の水蒸気透過度を測定することを特徴とする。
また、第２の実施の形態による本発明は、第１の実施の形態に記載の測定方法において、第２の空間内の水蒸気を排気せずに第２の空間内に水蒸気を滞留させるようにした状態で、経時的に第２の空間内の露点温度を測定し、各測定時の露点温度から各測定時における第２の空間内の水蒸気量の積算値を算出し、前記積算値に基づいて前記測定対象物の水蒸気透過度を測定することを特徴とする。
また、第３の実施の形態による本発明は、第１の実施の形態に記載の測定方法において、第２の空間を乾燥状態とするために、露点温度が−７０℃以下の窒素又は空気を導入することを特徴とする。
また、第４の実施の形態による本発明は、第１の実施の形態に記載の測定方法において、第１の空間を、温度２０〜７０℃、相対湿度３０％〜９５％の範囲内に維持することを特徴とする。
また、本発明の第５の実施の形態による水蒸気透過度測定装置は、外部から気体を導入できるように構成された第１の室と、外部から気体を導入できるように構成された第２の室と、第１の室と第２の室とを連通させる部位に備えられた測定対象物を保持するための保持手段と、第１及び第２の室の温度を所定の温度に保つための温度保持手段と、第１の室の湿度を所定の湿度に保つための湿度保持手段と、前記第２の室の気体の露点温度を測定するための露点計を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第６の実施の形態による水蒸気透過度測定装置は、第５の実施の形態に記載の水蒸気透過度測定装置において、第２の室内に導入された前記気体を外部へ排出するための排出手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第７の実施の形態による水蒸気透過度測定装置は、第６の実施の形態に記載の水蒸気透過度測定装置において、前記排出された気体を、第２の室内に環流させるための環流手段を備えたことを特徴とする。
また、第８の実施の形態による本発明は、第５の実施の形態の水蒸気透過度測定装置において、第１の室と第２の室とを接続する部位を、金属製のフランジを対向して配置することにより構成し、前記各フランジ上に環状のシール材を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、測定対象物を透過する水蒸気量を1.0×10-3g/m2/day〜1.0×10-6g/m2/dayの範囲の感度で短期間で測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施の形態の装置構成の説明図
【図２】本発明の一実施例による測定結果を示すグラフ
【図３】本発明の一実施例による測定結果を示すグラフ
【符号の説明】
【０００８】
１      第１の室
２      測定対象物
３      第２の室
４      キャリアガス導入管路
５      高温高湿水蒸気発生器
６      キャリアガス排出管路
７      循環路
８      露点計
９      ポンプ
１０      バルブ
１１      パージガス導入管路
１２      バルブ
１３      排出管路
１４      保持手段
１５      開口部
１６      フランジ
１７      溝
１８      シール材
１９      ボルト
２０      ナット
【０００９】
図１は、本発明の測定装置の概略構成を示すものであり、該装置は、水蒸気が導入されることになるフランジ１６を備えた有底の中空円筒体からなる第１の室１と、測定対象物２を介して第１の室１と反対側に配置されるフランジ１６を備えた有底の中空円筒体からなる第２の室３とを備えている。
第１の室１の一方側には、水蒸気を導入するために、キャリアガス導入管路４が高温高湿水蒸気発生器５を介して接続される。また、該室において、キャリアガス導入管路４が接続される側とは反対側には、キャリアガスを排出するためのキャリアガス排出管路６が接続される。
第２の室３には、安定して該室の気体の露点温度を測定するために、気体を循環させるための循環路７が接続される。この循環路７において、第２の室３の排出側から順に、露点計８とポンプ９が接続される。また、この循環路７において、第２の室３の吸入側には、外部からパージガスを導入するためにバルブ１０を介してパージガス導入管路１１が接続され、ポンプ９の下流側にはバルブ１２を介して排出管路１３が接続される。
尚、図示したものの場合、第２の室３内に導入された気体を外部へ排出するための排出手段は、循環路７、ポンプ９及び循環路７から分岐された排出管路１３により構成される。また、第２の室３から排出された気体を第２の室３内に環流させるための環流手段は、循環路７及びポンプ９により構成される。
また、測定対象物２は、第１の室１と第２の室３とを連通する部位の側方に備えられた保持手段１４により保持される。図示したものでは、保持手段１４は、フランジ１６，１６上に設けられた溝１７，１７間にＯリング等のシール材１８，１８を配置して構成され、測定対象物２はシール材１８，１８間に挟持される。また、フランジ１６，１６同士は、一端側からボルト１９が挿通され、反対側からナット２０締めされて固定される。
尚、各室１，３及び各管路４，６，７，１１，１３には、図示しないが、所定の温度に保つためのヒーターやチラー（温媒）等の温度調整手段が備えられている。
【００１０】
上記構成の装置において、まず、水蒸気透過度の測定開始前には、各室内１，３を大気圧に維持し、第１の室１の温度を、任意の温度（例えば、２０℃〜７０℃内の温度Ａ±０．５℃）と、任意の相対湿度（３０％〜９５％の範囲内の湿度Ｂ±２％）とに維持する。そして、バルブ１０，１２を開いた状態でポンプ９を作動させ、パージガス導入管路１１から露点温度が−７０℃以下の乾燥したパージガス、好ましくは、露点温度が−７０℃以下の乾燥状態にある窒素又は空気を導入して、第２の室３及び循環路７内の雰囲気を安定させる。
続いて測定時には、バルブ１０，１２を閉じ、ポンプ９を作動させて第２の室３及び循環路３内の気体を循環させながら、第１の室１にキャリアガス導入管路４から高温高湿水蒸気発生器５を介して水蒸気を導入する。キャリアガスとして乾燥した窒素などの不活性ガスを用いる。そして、露点計８により、循環路７内を循環する気体の露点温度を測定する。
上記露点温度は、任意の時間間隔をおいて測定し、各測定時の露点温度に基づいて、第２の室３及び循環路７内の水蒸気量を算出する。そして、測定対象物２の水蒸気透過度は、任意の時間内における水蒸気量の変化率として得る。具体的には、下記式により得ることができる。
水蒸気透過度（ｇ／ｍ２／ｄａｙ）＝（Ｗ１−Ｗ０）／Ｓ／（Ｔ／２４）
Ｓ（ｍ２）：測定対象物２の透湿面積
Ｗ０（ｇ）：第２の室３及び循環路７の測定開始前の水蒸気量
Ｗ１（ｇ）：第２の室３及び循環路７の測定終了時の水蒸気量
Ｔ（時間）：測定時間の合計
【００１１】
上記測定により、本発明では、測定対象物２を透過する水蒸気量を1.0×10-5g/m2/day以下の感度で測定することができる。
また、本発明の測定装置では、測定対象物２により区割された第１の室１と第２の室３内は、大気圧下のままでよいため、特に圧力調整をする必要がなく、測定装置を簡素化することができる。
【００１２】
上記測定において、第２の室３内の水蒸気を所定の時間毎に排気手段により排気してもよいが、好ましくは、第１の室１内に継続的に水蒸気を導入し続け、第２の室３内の気体を環流手段により第２の室３内に滞留させた状態で、第２の室３内の気体の露点温度を経時的に測定し、各測定時における露点温度から各測定時における第２の室３内（循環路７を含む）の水蒸気量の積算値を算出し、この値に基づいて、各測定時における水蒸気透過度を算出することが好ましい。短時間で、精度の高い測定ができるようになるからである。尚、積算値を使用して水蒸気透過度を求める具体的な方法としては、各測定時の露点温度から、その時点までに透過した水蒸気量（積算された水蒸気量）を記録しておき、各測定時の積算された水蒸気量を、測定開示から各測定時までの経過時間により除算する方法等が考えられる。
【００１３】
また、フランジ１６を、ステンレスやアルミニウム等金属製とすることが好ましい。フランジが樹脂製であると、水分を吸収する可能性があるため、正確な測定ができない場合があるからである。
【実施例】
【００１４】
次に、本発明の実施例について説明する。
図１に示した装置において、第１の室１及び第２の室３を、ステンレス製の直径６５ｍｍ、高さ３０ｍｍのフランジを備えた有底の中空円筒体として構成した。そして、第１の室１及び第２の室３のそれぞれを大気圧下におき、各室１，３の温度を、４０℃±０．５℃に維持し、第１の室１の湿度を、９０％±２％に維持した。また、測定対象物２として、直径６５ｍｍ、厚さ２５μｍのＰＥＴ製フィルムを使用し、これを保持手段１４により保持した。
この構成において、第１の室１内に高温高湿水蒸気発生器５により、水蒸気を含むキャリアガスを１０Ｌ／ｍｉｎで導入し、循環路７には、パージガス導入管路１１から、露点温度−７０℃の窒素を導入し、循環路７内の露点温度を、露点計８により計測した。尚、本実施例では、測定中、循環路７のバルブ１２を開放せずに計測を行った。【００１５】
図２に、上記測定を１０時間継続した結果を示す。
同図から、1.0×10-3〜1.0×10-4g/m2/dayのレベルの変化が顕著となり、1.0×10-5g/m2/dayのレベルの変化も測定できることがわかった。【００１６】
次に、測定時間を７２時間まで延長した結果を図３に示す。
同図から、７２時間程度測定を継続することにより、1.0×10-3g/m2/day〜1.0×10-5g/m2/dayのレベルの変化を容易に測定できることがわかった。また、1.0×10-6g/m2/dayのレベルでも７２時間継続すれば、測定できることがわかった。【００１７】
また、従来のモコン法による水蒸気透過度の測定した場合には、1.0×10-3g/m2/dayのレベルにおいて測定の限界があり、しかも、測定には、２週間程度の時間を要することがわかっている。この方法に比べると本発明は、極めて高いレベルの測定が短時間で行うことができることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、有機発光デバイス、有機半導体、有機太陽電池や薄膜電池等の分野を始めとして広く利用することができる。
【図１】
2009041632.tif 000003
【図２】
2009041632.tif 000004
【図３】
2009041632.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月29日(2010.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
１      第１の室
２      測定対象物
３      第２の室
４      キャリアガス導入管路
５      恒温恒湿水蒸気発生器
６      キャリアガス排出管路
７      循環路
８      露点計
９      ポンプ
１０      バルブ
１１      パージガス導入管路
１２      バルブ
１３      排出管路
１４      保持手段
１５      開口部
１６      フランジ
１７      溝
１８      シール材
１９      ボルト
２０      ナット
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
図１は、本発明の測定装置の概略構成を示すものであり、該装置は、水蒸気が導入されることになるフランジ１６を備えた有底の中空円筒体からなる第１の室１と、測定対象物２を介して第１の室１と反対側に配置されるフランジ１６を備えた有底の中空円筒体からなる第２の室３とを備えている。
第１の室１の一方側には、水蒸気を導入するために、キャリアガス導入管路４が恒温恒湿水蒸気発生器５を介して接続される。また、該室において、キャリアガス導入管路４が接続される側とは反対側には、キャリアガスを排出するためのキャリアガス排出管路６が接続される。
第２の室３には、安定して該室の気体の露点温度を測定するために、気体を循環させるための循環路７が接続される。この循環路７において、第２の室３の排出側から順に、露点計８とポンプ９が接続される。また、この循環路７において、第２の室３の吸入側には、外部からパージガスを導入するためにバルブ１０を介してパージガス導入管路１１が接続され、ポンプ９の下流側にはバルブ１２を介して排出管路１３が接続される。
尚、図示したものの場合、第２の室３内に導入された気体を外部へ排出するための排出手段は、循環路７、ポンプ９及び循環路７から分岐された排出管路１３により構成される。また、第２の室３から排出された気体を第２の室３内に環流させるための環流手段は、循環路７及びポンプ９により構成される。
また、測定対象物２は、第１の室１と第２の室３とを連通する部位の側方に備えられた保持手段１４により保持される。図示したものでは、保持手段１４は、フランジ１６，１６上に設けられた溝１７，１７間にＯリング等のシール材１８，１８を配置して構成され、測定対象物２はシール材１８，１８間に挟持される。また、フランジ１６，１６同士は、一端側からボルト１９が挿通され、反対側からナット２０締めされて固定される。
尚、各室１，３及び各管路４，６，７，１１，１３には、図示しないが、所定の温度に保つためのヒーターやチラー（温媒）等の温度調整手段が備えられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記構成の装置において、まず、水蒸気透過度の測定開始前には、各室内１，３を大気圧に維持し、第１の室１の温度を、任意の温度（例えば、２０℃〜７０℃内の温度Ａ±０．５℃）と、任意の相対湿度（３０％〜９５％の範囲内の湿度Ｂ±２％）とに維持する。そして、バルブ１０，１２を開いた状態でポンプ９を作動させ、パージガス導入管路１１から露点温度が−７０℃以下の乾燥したパージガス、好ましくは、露点温度が−７０℃以下の乾燥状態にある窒素又は空気を導入して、第２の室３及び循環路７内の雰囲気を安定させる。
続いて測定時には、バルブ１０，１２を閉じ、ポンプ９を作動させて第２の室３及び循環路３内の気体を循環させながら、第１の室１にキャリアガス導入管路４から恒温恒湿水蒸気発生器５を介して水蒸気を導入する。キャリアガスとして乾燥した窒素などの不活性ガスを用いる。そして、露点計８により、循環路７内を循環する気体の露点温度を測定する。
上記露点温度は、任意の時間間隔をおいて測定し、各測定時の露点温度に基づいて、第２の室３及び循環路７内の水蒸気量を算出する。そして、測定対象物２の水蒸気透過度は、任意の時間内における水蒸気量の変化率として得る。具体的には、下記式により得ることができる。
水蒸気透過度（ｇ／ｍ２／ｄａｙ）＝（Ｗ１−Ｗ０）／Ｓ／（Ｔ／２４）
Ｓ（ｍ２）：測定対象物２の透湿面積
Ｗ０（ｇ）：第２の室３及び循環路７の測定開始前の水蒸気量
Ｗ１（ｇ）：第２の室３及び循環路７の測定終了時の水蒸気量
Ｔ（時間）：測定時間の合計
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
次に、本発明の実施例について説明する。
図１に示した装置において、第１の室１及び第２の室３を、ステンレス製の直径６５ｍｍ、高さ３０ｍｍのフランジを備えた有底の中空円筒体として構成した。そして、第１の室１及び第２の室３のそれぞれを大気圧下におき、各室１，３の温度を、４０℃±０．５℃に維持し、第１の室１の湿度を、９０％±２％に維持した。また、測定対象物２として、直径６５ｍｍ、厚さ２５μｍのＰＥＴ製フィルムを使用し、これを保持手段１４により保持した。
この構成において、第１の室１内に恒温恒湿水蒸気発生器５により、水蒸気を含むキャリアガスを１０Ｌ／ｍｉｎで導入し、循環路７には、パージガス導入管路１１から、露点温度−７０℃の窒素を導入し、循環路７内の露点温度を、露点計８により計測した。尚、本実施例では、測定中、循環路７のバルブ１２を開放せずに計測を行った。
【国際調査報告】
2009041632.tif 000006
2009041632.tif 000007