JP2001521873A - 熱で曲げることができる鏡 - Google Patents

熱で曲げることができる鏡

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、反射率の有意の変化及びピットの発生なしに、高温において湾曲した鏡にすることができる熱成形可能な鏡に関する。この熱成形可能な鏡は、好ましくはガラスである基材を有し、この基材はこの基材の表面から外側に向かって、透明アモルファス層及び反射性層を有する。反射性層は、隣接しているが異なる金属である第1及び第2の金属フィルムを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 [発明の属する分野] 本発明は鏡、特にガラスのような平らな基材を使用して製造し、その後で熱に
よって所望の湾曲した形状に曲げる鏡に関する。
【0002】 [発明の背景] 湾曲した鏡は一般に自動車のバックミラー、望遠鏡の反射表面等として使用さ
れている。これらは初めに、ガラスのシートを所望の湾曲した形状に曲げ、その
後で基材の片側又は反対側に反射性コーティングを適用して製造することができ
る。例えば、カーニバルにおいて使用して盛り上げるタイプの湾曲した鏡では、
ビューアーの制御された反射は、初めにシートを所望の形状にし、そしてガラス
の表面を金属銀及び保護ペイントオーバーコーティングによってコーティングし
て製造することができる。
【0003】 鏡は、Chapinの米国特許第4,166,018号明細書において説明さ
れるタイプのマグネトロンスパッタリング技術を使用してガラス基材に反射性コ
ーティングを適用することによって製造することもできる。反射層としてはクロ
ム又は銀を使用することができる。マグネトロンスパッタリング法を使用して湾
曲した鏡を製造する場合、鏡のためのガラス基材は典型的に、2又はそれ以上の
鏡を製造する大きさで初めに所望の様に曲げる。曲げたガラスの部品を洗浄し、
それらを適当なキャリアーに乗せて、マグネトロンスパッタリングによってコー
ティングする。基材の湾曲のために、製造される反射性コーティングは厳密には
均一ではない。この製造方法は、複数の小さいガラス基材をキャリアーに乗せて
、これをマグネトロンスパッタリング装置に通すことを必要とし、且つこのスパ
ッタリングが完了した後でそれぞれの得られる鏡片をキャリアーから取り除くこ
とが必要とするので、冗長であり時間がかかる。
【0004】 これらの問題を避けるためには、鏡を製造する平らなガラスシートに初めに反
射性コーティングをスパッタリングによって堆積させ、そしてその後で、所望の
ように鏡を熱によって曲げて切断することが望ましい。米国特許第4,826,
525号明細書(Chesworthら)は、連続したクロム及びアルミニウム
コーティングをガラス上で使用することによって鏡を調製する例を示している。
一般的に、例えば反射性金属としてクロムを使用する反射性層によって平らなガ
ラスシートをコーティングして、ガラスの軟化温度において熱によって曲げる場
合、コーティングは、ピットと呼ばれることもある欠陥をもたらすことがある。
このピットは可視的で小さく円状の反射率が小さい欠陥として現れる。ピット発
生(「ピンホール発生」と呼ばれることもある)の現象は完全には理解されてい
ないが、反射性層を作る1又は複数の反射性スパッタリング堆積フィルムにおい
て曲げ操作の間に発生する応力の関数であると考えられる。
【0005】 [発明の概略] 本発明は、ピットの発生を伴わず且つ反射率の有意の変化を伴わないで、高温
において湾曲した鏡の形にすることができる熱成形可能な鏡に関する。この熱成
形可能な鏡は、基材、好ましくはガラス基材を有しており、この基材はその表面
から外側に向かって透明アモルファス層と反射性層とを有している。この反射性
層は第1と第2の、連続しているが異なる金属のフィルムを有している。第1の
金属フィルムは第2の金属フィルムよりも基材の近くに存在する反射性フィルム
であり、且つ第2の金属フィルムは第1の金属フィルムよりも反射性が低い保護
フィルムを有している。第2の金属フィルムとしては、ニオブ、タングステン、
タンタル、鉄、又はニッケルを挙げることができ、ニオブはかなり好ましい。好
ましくはアルミニウムである反射性金属フィルムは、反射率が少なくとも50%
の鏡を提供するのに十分な厚さであり、また第2の金属フィルムは第1の金属フ
ィルムを保護し且つ鏡の熱による成形の間に反射率を有意に減少させないのに十
分な厚さで存在している。上述のような製品は、基材から反射性層よりも離れて
位置する保護フィルムも有することができ、この保護フィルムは好ましくは誘電
性酸化物又は窒化物、例えばスパッタリングによって堆積させた窒化ケイ素、ス
パッタリングによって堆積させた酸化アルミニウム、又はスパッタリングによっ
て堆積させた酸化ケイ素を有する。当然に窒化ケイ素は好ましい。
【0006】 本発明の熱成形可能な鏡は、反射性コーティングの層を堆積させる温度よりも
高い温度において熱成形すると、原子拡散及び/又は構造再構成を様々なスパッ
タリングされたフィルムの間でもたらすことができ、曲げた鏡製品の反射性能を
変化させる。しかしながら本発明の熱成形可能な鏡は、この様式で加熱及び曲げ
を行うと、それらの重要な光学的な鏡性能(低い透過率、高い反射率)をほぼ、
好ましくは完全に維持し、更にピット発生現象が起こらない。
【0007】 もう1つの態様においては、上述のタイプの熱成形可能な鏡を提供し、そして
基材を可塑性変形させることができる温度(例えば、ガラス基材の場合にはガラ
ス転移温度)で、この鏡に曲げる力を加えるすることによって製造される湾曲し
た鏡を提供する。この温度において平らな鏡を所望の湾曲した形状に曲げて湾曲
した鏡を作り、この湾曲した形状を維持しながらこの鏡を冷却する。得られる湾
曲した鏡は、元々の熱成形可能な平らな鏡の少なくとも約100%の反射率及び
150%以下の透過率を維持しており、且つ可視的なピットが本質的に存在して
いないことが望ましい。
【0008】 本発明の湾曲した鏡は望ましくは、少なくとも50%の半球反射(200〜2
600nmの波長範囲にわたって反射計及び積分球を使用して測定)及び約4.
0%以下の透過率を示す。ここでは「反射」は、積分球及び人間の目のほぼ倍の
能力(CIE標準視感度曲線)の検知セルを利用し、25°±5°の入射角で2
854°Kのフィラメント温度においてタングステンランプを利用する反射計を
使用して測定するものである。鏡製品が光学的に良好な性質を示すのに加えて、
フィルム積層体は平らな状態及び曲げられた状態のいずれにおいても物理的及び
化学的に耐久性があるべきである。
【0009】 [好ましい態様の詳細な説明] 図1を参照すると、本発明の熱成形可能な鏡(10)が示されており、ここで
は平らなシート状基材はガラスである。基材の平らな表面(20)上の一連のス
パッタリング堆積物は、アモルファス層(14)、第1と第2の金属フィルム(
20)、(22)を有する反射性層(16)、及び保護層(18)である。
【0010】 図1の態様においては、アモルファス層(14)は、Chapinの米国特許
第4,166,018号明細書において説明されるタイプの既知のマグネトロン
スパッタリング技術を使用して、ガラス基材の平らなら表面(20)に直接にス
パッタリングによってコーティングする。「スパッタリングによる堆積」、「ス
パッタリング堆積」等の用語は、ここでは、マグネトロンスパッタリングによっ
て製造されるタイプのコーティングに言及している。
【0011】 フィルム(14)はアモルファスであり、従って断面透過電子顕微鏡(「XT
EM」)を利用して観察すると、観察可能な晶癖又は結晶秩序を示さない。一般
に、ピンホールの形成又はピット発生はガラス基材と上側反射層との間のこのア
モルファス層の使用によって防ぐことができる。このアモルファス層は誘電体材
料であり、好ましくは酸化物又は窒化物、例えば窒化ケイ素、窒化チタン、及び
酸化スズである。当然に窒化ケイ素は好ましい。このアモルファス層は望ましく
は、少なくとも200Å、好ましくは少なくとも300Å、また好ましくは30
0〜400Åの厚さで使用する。十分な厚さのアモルファス材料を使用して、ピ
ットの発生を避ける。
【0012】 図1を参照すると、上述の反射性層(16)は2つの隣接した金属フィルム(
20)及び(22)を含み、フィルム(20)は、少なくとも50%の反射率(
半球反射率、200〜2600nmの波長範囲にわたって反射計及び積分球を使
用して測定)及び約4.0%以下の透過率を有する鏡をもたらすのに十分な厚さ
の反射性金属フィルムであり、金属フィルム(22)は反射性金属フィルム(2
0)の保護の役割を果たす。反射性金属フィルムは望ましくは、アルミニウム、
チタン、ジルコニウム、モリブデン、銅、ハフニウム、金、及びステンレス鋼、
並びにそれらの組み合わせからなる群より選択する。アルミニウムは好ましい反
射性材料である。反射性金属フィルムとして避けることが望ましいものはクロム
、クロムニッケル合金、及び銀である。なぜらばこれらの反射性材料はピット形
成又はピンホール発生を促進すると考えられるためである。しかしながら少量の
これらの材料は、アルミニウム又は上述のような他の反射性材料と組み合わせて
使用することができる。
【0013】 保護金属コーティング(22)は、反射層(20)のために使用する金属とは
異なる金属で作られている。反射性金属フィルム(22)は、反射性層(20)
よりも反射率が低く、且つ好ましくは、金属フィルムの厚さ等しいときに、フィ
ルム(22)のために使用する金属は、反射性金属フィルム(20)のために使
用する金属よりも反射率が低い。フィルム(22)は好ましくは、ニオブ、タン
グステン、タンタル、鉄、及びニッケル又はそれらの組み合わせからなる群より
選択される金属で作る。ニオブは、保護層(22)のための好ましい金属である
【0014】 保護金属フィルム(22)は、その下のアルミニウム又は他の反射性金属のフ
ィルムを酸化から良く保護する厚さで利用するが、このフィルムまでの厚さは曲
げの後の反射率を有意に減少させるほどは厚くないべきである。これらのパラメ
ーターにおいて、金属フィルム(22)の厚さは所望のように変更することがで
き、且つ鏡の反射における色をいくらか調整する。上述のようにニオブは好まし
い金属フィルムであり、望ましくは約50Å〜約400Å、好ましくは100〜
150Åの厚さで使用する。
【0015】 好ましい態様において、反射性金属フィルム(20)はアルミニウム、保護金
属フィルム(22)はニオブであり、アルミニウムは約200〜約1,000、
好ましくは約530Åの厚さで存在しており、ニオブは約50〜400Å、好ま
しくは100〜150Åの厚さで存在している。これらの金属フィルムは隣接し
ており、従ってこれらは重ねて作る。
【0016】 図1においては、随意の保護層が(18)として示されており、この層は望ま
しくは反射層(16)を覆うようにスパッタリングによって堆積させ、好ましく
は反射層(16)に直接に、従って保護金属層(22)の表面に直接にスパッタ
リングによって堆積させる。外側の保護層(18)は、付随的に鏡の反射色にい
くらかの制御を行い、保護金属フィルム(22)と共に、酸素が反応性金属フィ
ルム(20)に達するのを防ぐ。窒化ケイ素及び酸化亜鉛は保護層(18)とし
て適当な材料であり、窒化ケイ素は好ましい。また、保護層(18)の厚さは約
50〜約200Åでよい。
【0017】 最も好ましい態様においては、ガラス基材上のコーティングはアモルファスフ
ィルム(14)、反射性金属フィルム(20)、及び保護金属フィルム(22)
を、重ねるようにして、従って隣接したコーティングとして作る。必須ではない
が望ましい随意の保護層(18)を使用する場合、これは保護金属フィルム(2
2)の外側表面に作る。更にアモルファス層(14)は、ガラス基材の表面(2
0)に直接に作ることが望ましい。
【0018】 スパッタリング材料の他の更なる層は、鏡に熱成形処理を行ったときにそのよ
うな追加の層がコーティングの好ましくないピット発生、変色、又は他の欠陥に
貢献しなければ、アモルファス層(14)、反射性層(16)、又は保護層(1
8)の間又は任意の側に配置できることを理解すべきである。例えば、ステンレ
ス鋼はアモルファス層(14)の任意の側に適用することができ、ステンレス鋼
をアモルファス層に適用すると、このステンレス鋼は反射性金属フィルム(20
)の反射性を改良する。
【0019】 図3は、湾曲ガラスシートの熱成形に有益な加熱型の概略を示している。この
タイプの型は一般に、例えば自動車用の湾曲した風防ガラス及び自動車のバック
ミラーとして使用するために鏡状の表面を具備させる湾曲したガラスシートの製
造において使用されている。この型は、凹型の上側表面(42)を有する雌型部
分(40)と、下向きの凸型表面(46)を有する雄型部分(44)とからなっ
ている。使用においては、型の部分をガラスの軟化点まで過熱して、図1に関し
て示されたような熱で曲げることができる鏡を、スパッタリングで堆積させたコ
ーティングが下側を向くように雌型部材の表面に配置する。平らなガラスシート
をその軟化点まで加熱すると、このガラスシートは下向きにたわんで型の上側表
面(42)の形状になる。その後、雄型部分を、ガラスシートの他の表面に向け
て下向きに動かして、表面(42)によってガラスシートの滑らかな形状が確実
になるようにする。曲げが完了したら、型の部分をガラス基材の軟化点以下の温
度に冷却して分離し、そして曲げた鏡を取り出す。このタイプの型の操作温度は
一般に約1110〜1130°F(599〜610℃)である。
【0020】 本発明の鏡の反射性コーティングは、曲げの前及び後で、実質的な耐久性を示
すべきである。つまり、コーティングは摩耗、極端な冷却及び熱、湿度、及び溶
媒、例えばアルコール類及び塩のスプレーに対して耐性を示すべきである。耐摩
耗精は、メタノールで清浄化したコーティング表面において100サイクルにわ
たって、1kgの付加をかけた通常の消しゴム(Blaisdell(商標)#
536T又は等価物)を前後に滑らせて測定することができる。許容できる耐久
性を持つコーティングは、有意のフィルムの損失又は反射率の低下を示さないべ
きである。スパッタリングによるフィルム積層体の基材への付着性は、MIL−
C−48497Aにおいて示されるような感圧接着テープによってコーティング
を引き剥がす試みによって試験することができる。アルコールに対する耐性は、
手圧(hand pressure)で、イソプロパノールを含浸させたクリー
ンクロスでコーティング領域を摩くことによって試験することができる。塩噴霧
試験はASTM B−117において示されており、240時間にわたって行っ
た。湿分への耐性の試験を行うために、コーティングした試験標本を500時間
にわたって、45℃で98%〜100%の相対湿度の湿潤容器に露出させた。上
述の試験のそれぞれの後で、試験したコーティングを視覚的に調べて全ての欠陥
を検出した。
【0021】 本発明は以下の限定をしない例を参照することによってより容易に理解するこ
とができる。
【0022】 Airco,Inc.が製造する商業的なマグネトロンスパッタリングライン
を使用して、平らなガラスシートの上側の清浄な表面を、一連の連続した領域に
おいて様々なターゲットからスパッタリングし、ガラスシートの移動速度及び様
々なマグネトロンスパッタリング装置に提供される電力を、スパッタリングされ
たフィルムが所望の厚さになるようにした。初めに、シリコンターゲットからの
シリコンを窒素含有雰囲気においてスパッタリングして約400Åの厚さで窒化
ケイ素を堆積させた。次に、アルミニウムターゲットからのアルミニウム及びニ
オブターゲットからのニオブをアルゴン雰囲気においてスパッタリングしてそれ
ぞれ約530Å及び110Åの厚さにした。最後に、シリコンターゲットからの
シリコンを窒素含有雰囲気においてスパッタリングして約100Åの厚さで窒化
ケイ素の最後の層を提供した。
【0023】 得られた熱成形可能な鏡の透過率、反射率、及び色の性質を測定して、約11
30°F(610℃)の温度において上述の曲げ操作を行った。得られた湾曲し
た鏡を型から取り外して、この鏡のコーティング欠陥を調べ、そして反射率、透
過率、及び色の測定も行った。曇り、ピット、又は他の物理的な欠陥は観察され
なかった。曲げの前及び後での反射率は59%であった。また、曲げによって透
過率は2.2%から2.6%に増加し、曲げたフィルムの初期の及び最終的な色
座標(Hunter L、a、b系、D65光源)はL=73.3、a=0.6
5、及びb=3.4であった。曲げた鏡に上述の塩噴霧、湿潤、摩耗、付着、及
びアルコール磨き試験を行ったが、顕著な欠陥は現れなかった。
【0024】 本発明の好ましい態様を説明してきたが、本発明の本質及び特許請求の範囲を
離れずに、様々な変更、付加、及び修正を行うことができることは理解すべきで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の熱成形可能な鏡の一部の断面概略図である。
【図2】 図2は、熱による曲げ装置の使用を示す概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3B111 AA05 AC01 AC03 AD01 4G015 AA03 4G059 AA01 AB09 AC05 AC19 DA02 DA04 DA05 DA08 DA09 DB02 EA01 EA05 EA16 EB04 GA02 GA04 GA14

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱の適用によって塑性流動可能な平らな基材と、この基材の
    表面に作られたスパッタリングによって堆積させたコーティングとを有する熱成
    形可能な鏡であって、前記コーティングが、基材から外側に向かって、透明アモ
    ルファス層と、隣接した第1及び第2の異なる金属フィルムを有する反射性層と
    を具備しており、前記第1の金属フィルムが、前記第2の金属フィルムよりも前
    記基材の近くに配置されている反射性金属フィルムであり、且つ前記第2の金属
    フィルムが、前記反射性金属フィルムよりも反射性が低い保護フィルムを有して
    、ニオブ、タングステン、タンタル、鉄、及びニッケルからなる群より選択され
    、前記反射性金属フィルムの厚さはこの鏡の反射率が少なくとも50%になる厚
    さであり、且つ前記第2の金属フィルムの厚さは、前記第1の金属フィルムを保
    護し且つこの鏡の熱成形での反射率の有意の減少を避ける厚さである、熱成形可
    能な鏡。
  2. 【請求項2】 前記第2の金属フィルムよりも前記基材から遠くに配置され
    た耐久性の保護層を有する請求項1に記載の熱成形可能な鏡。
  3. 【請求項3】 前記耐久性の保護層が、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、又
    は酸化ケイ素を含む請求項2に記載の熱成形可能な鏡。
  4. 【請求項4】 前記第1及び第2の金属フィルムがそれぞれアルミニウム及
    びニオブを含む請求項1に記載の熱成形可能な鏡。
  5. 【請求項5】 前記アモルファス層が250〜400Åの厚さの酸化物又は
    窒化物を含む請求項1に記載の熱成形可能な鏡。
  6. 【請求項6】 前記アモルファス層が窒化ケイ素、窒化チタン、又は酸化ス
    ズを有する請求項5に記載の熱成形可能な鏡。
  7. 【請求項7】 前記基材がガラスであり且つ前記アモルファス層が窒化ケイ
    素である請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱成形可能な鏡。
  8. 【請求項8】 平らなガラス基材と、この基材の表面にスパッタリングによ
    って堆積させたコーティングとを有する熱成形可能な鏡であって、反射性コーテ
    ィングに有意の損傷を与えずに高温において成形可能であり、前記コーティング
    が、前記基材から外側に向かって、 (a)250Å〜400Åの厚さの窒化ケイ素を含むアモルファス誘電体フィ
    ルム、 (b)隣接した第1及び第2の異なる金属のフィルムを有する反射性層であっ
    て、前記第1の金属フィルムが、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、モリブ
    デン、銅、ハフニウム、ステンレス鋼、及び金、並びにそれらの組み合わせから
    なる群より選択され、前記第2の金属フィルムよりも基材に近い位置に配置され
    ており、且つ前記第2の金属フィルムが50Å〜400Åの厚さでニオブを有す
    る反射性層、 を有する熱成形可能な鏡。
  9. 【請求項9】 前記ニオブフィルムよりも前記基材から遠くに配置された窒
    化ケイ素の耐久性保護層を有して十分な酸素透過防止を行って、熱による曲げに
    おいてこの熱成形可能な鏡の反射率の減少を50%未満に防ぐ請求項8に記載の
    熱成形可能な鏡。
  10. 【請求項10】 平らなガラス基材と、この基材の表面にスパッタリングに
    よって堆積させたコーティングとを有する熱成形可能な鏡であって、前記コーテ
    ィングが、基材から外側に向かって、透明アモルファス層と、隣接したアルミニ
    ウム及びニオブのフィルムを含む反射性層とを有し、前記アルミニウムフィルム
    が前記ニオブフィルムよりも前記基材の近くに配置されており、前記アルミニウ
    ムフィルムの厚さが、この鏡の反射率が少なくとも50%になる厚さであり、及
    び前記ニオブフィルムの厚さが50Å〜400Åである熱成形可能な鏡。
  11. 【請求項11】 前記アモルファス層が、250Å〜400Åの厚さで窒化
    ケイ素を有する請求項10に記載の熱成形可能な鏡。
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