JP2002543035A - ガラスへの高四面体非晶質炭素コーティング - Google Patents

ガラスへの高四面体非晶質炭素コーティング

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Abstract

(57)【要約】 ソーダ介在性のガラス基板は、ダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）を形成する高四面体非晶質炭素を介在する層でコーティングされる。ある実施例においては、非晶質炭素層は少なくとも約３５％のｓｐ3 炭素−炭素結合を有している。より好ましいのは少なくとも約７０％、最も好ましいのは少なくとも約８０％のｓｐ3 炭素−炭素結合を有しているものである。高密度（例えば、約２．４ｇ／ｃｍ3 以上）の非晶質炭素層は、ソーダがガラスを攻撃し、かつ、ガラスの表面の水と反応することを防止し、そのことにより、ガラス上で視認される汚れ（又は腐食）を最小化する。高四面体非晶質炭素層はまた、水も撥ね除けることが可能である。幾つかの実施例においては、高四面体非晶質炭素は、大きなＤＬＣコーティングの一部分であり、一方、他の実施例における高非晶質層は、基板上の全ＤＬＣコーティングを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、ガラスや、その他の基板へ（直接的、又は間接的に）提供される、
ダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）のコーティングに関するもので
ある。特に、好適な実施例として、本発明は、コーティングされた物の耐水、及
び／又は腐食低減を目的とする、ソーダ（ｓｏｄａ：ナトリウム化合物）含有性
のガラス基板への（例えば、ソーダ石灰石英ガラスへの）ダイヤモンドの特徴を
有している高四面体非晶質炭素コーティングに関するものである。イオンビーム
及びフィルターされた炭素カソードアーク蒸着は、コーティングに関する蒸着の
好ましい方法である。
【０００１】 （発明の背景） ソーダ含有性のガラスは、技術の分野において知られている。例えば、参考ま
でに挙げると、米国特許第５，２１４，００８号がある。
【０００２】 ソーダ石灰石英ガラスは、例えば、建築用ガラス、及び自動車のフロントガラ
スなどに使用されている。前記の特許’００８号では、技術分野で知られている
ソーダ石灰石英ガラスの一形態につき開示されている。
【０００３】 しかしながら、通常のソーダ含有性のガラスは、ナトリウム（Ｎａ）が、ガラ
ス内部に残留したり拡散した場合に生じる環境腐食に対して敏感である。このナ
トリウムは、ガラスの表面では、該ガラス表面で視認される汚れ、又は、しみ（
例えば、水酸化ナトリウムの汚れ）が生じるように水と反応してもよい。そのよ
うなガラスはまた、自動車の窓（例えば、バックライト、側窓、及び／又はフロ
ントガラス）として使用される場合を含み、多くの異なった環境において、その
ガラス表面に水を保持することに対しても敏感である。これらのガラスは、自動
車における窓ガラスの内表面の曇りや、その他の環境においても敏感である。
【０００４】 前記観点から、ソーダを含む、コーティングされたガラス表面の視認される汚
れ／腐食を防止し、かつ／又は最小限度に抑えることは、技術的にも必要である
ことは明らかである。また、窓基板への強固な保護コーティングを施すことも技
術的に必要である。その他、自動車における曇りに対し、コーティングされた物
の感受性を減少させるようなガラスコーティング、また、水、及び／又は汚れを
撥ね退けることができるような、コーティングされたガラス物が必要である。
【０００５】 ガラスには、ダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）コーティングが
備わることが知られている。例えば、米国特許第５，６３７，３５３号において
は、ＤＬＣはガラスに適用してもよいと述べられている。その特許’３５３号に
は、ガラスとＤＬＣタイプのようなものとの間には結合問題があり、その結合間
には中間層が存在することが述べられている。しかしながら、その特許’３５３
号には、以下で明らかにされている、多くの実施例で用いられているＤＬＣの高
四面体非晶質型については明らかにされていない。特許’３５３号でのＤＬＣは
、その低密度（おそらく２．０ｇ／ｃｍ3 以下）により、多くの例において、ガ
ラスの効果的な腐食低減材とは成り得ないであろう。更には、特許’３５３号で
のＤＬＣは、本発明の、ある実施例における効果的な方法を用いずに蒸着されて
いる。
【０００６】 ガラス基板の多くは、その表面で画定された、小さな割れ目が存在することが
知られている。典型的にガラスが割れるために必要な応力は、水に曝される機会
が増えるにつれ減少する。その小さな割れ目に水が侵入してきた場合、割れ目の
先端にある原子間結合の破壊が生じる。このことは、ガラスを弱くする。水は、
数千回以上にも渡り、割れ目の根元あるいは先端部のガラスの構造を攻撃するこ
とにより、割れ目の成長割合を加速させることが可能である。ガラスの強度は、
ガラスを貫通する割れ目の成長により幾分コントロールされる。参考までに、テ
ィー．エー．ミカルスケ（Ｔ．Ａ．Ｍｉｃｈａｌｓｋｅ）とブルース シー．バ
ンカー（Ｂｒｕｃｅ Ｃ．Ｂｕｎｋｅｒ）による（Ｔｈｅ Ｆｒａｃｔｕｒｉｎ
ｇ ｏｆ Ｇｌａｓｓ）で述べられているように、これらの割れ部における水は
、ガラスと反応して、より簡単に割れを生じさせてしまう。水分子は、ガラスの
割れ目の先端での、ケイ素−酸素結合と水分子内の水素−酸素結合がそれぞれ壊
れて、２つのシラン類（ｓｉｌａｎｏｌ ｇｒｏｕｐｓ）を形成するといった、
申し合わせたような化学反応を引き起こす。割れ目の長さは、一つの結合が破壊
されることによって増加し、それによってガラスが弱められていく。水との反応
は、約２０の要因によって、ケイ素−酸素結合が壊されるために必要なエネルギ
ーを低下させ、そのような結合破壊は、ガラスの割れ目の成長を早める。
【０００７】 したがって、ガラスを強化するために、水が、ガラス基板の割れ目の先端にお
けるケイ素−酸素結合に到達するのを抑止する技術の必要性もある。
【０００８】 本発明の異なった実施例が、いずれかの、又は全ての、前記における技術的必
要性を満たすことが目的であり、また、ひとたび以下が開示されたならば、当事
者にとっても他の必要性が明らかとなるであろう。
【０００９】 （発明の概要） 本発明の目的は、水を撥ね除けることが可能なように、コーティングされた物
を提供することである。（例えば、自動車のフロントガラス、自動車のバックラ
イト、自動車の側窓、建築物の窓）。
【００１０】 本発明の他の目的は、コーティングされたガラス物を含む、ソーダを含むコー
ティングされた物の腐食を、減少、若しくは最小化するためのシステム又は手法
を提供することにある。
【００１１】 本発明の他の目的は、コーティングされたガラス物を提供することであり、Ｄ
ＬＣコーティングが、ＨＦ、硝酸、水酸化ナトリウムのような酸から、ガラスを
保護する（そのコーティングは化学的に不活性であってもよい）。
【００１２】 本発明の他の目的は、曇ることに容易に敏感にならないような、コーティング
されたガラス物を提供することである。
【００１３】 他の目的は、ガラス基板上にピンホールのない防御層をつくることである。
【００１４】 本発明の他の目的は、摩耗抵抗となり、及び／又はゴミなどを撥ね除けること
ができるような、コーティングされたガラス物を提供することである。
【００１５】 本発明の他の目的は、基板に当接あるいは間接的に接触する、高密度四面体非
晶質炭素層のＤＬＣコーティングを含んだガラス基板を提供することである。
【００１６】 本発明の他の目的は、基板にＤＬＣコーティングを提供することであり、その
コーティングは異なった密度や、異なったｓｐ3 炭素−炭素結合の割合を有する
、異なった部分、あるいは層を含んでいる。ｓｐ2 に対するｓｐ3 の炭素−炭素
結合の割合は、コーティングの異なった層や部分により異なっていてもよい。構
成が変化するそのようなコーティングは、基板の基礎を成すものに隣接して、コ
ーティングにおける応力を、ＤＬＣコーティングの境界部分／層において直ちに
減少させるように、蒸着過程で使われるイオンエネルギーを変化させることによ
り連続的に形成されてもよい。したがって、ＤＬＣコーティングはその点におい
て、一定の密度とｓｐ3 炭素−炭素結合の割合を有する境界層や、高密度のより
高いｓｐ3 炭素−炭素結合の割合を有する他の層を備えていてもよい。
【００１７】 一般的には、本発明はコーティングされたガラスをつくることによって、前記
の技術分野における必要性／目的を満たしている。
【００１８】 ここで、そのコーティングされたガラスは、以下により構成されている。
【００１９】 少なくとも重量パーセントで約５％のソーダ／Ｎａ2 Ｏを含むガラス基板；コ
ーティングされたガラスの腐食、又は汚れを減らすために、ガラス基板へ提供さ
れるｓｐ2 やｓｐ3 炭素−炭素結合を含む非晶質炭素層；ここで、非晶質炭素層
はｓｐ2 炭素−炭素結合よりも多くのｓｐ3 炭素−炭素結合を有する。
【００２０】 また他の実施例として、本発明は、コーティングされたガラスをつくることに
よって、前記の技術分野における必要性を満たしている。
【００２１】 ここで、そのコーティングされたガラスは、以下により構成されている。
【００２２】 すなわち、重量ベースで、約６０〜８０％のＳｉＯ2 、約１０〜２０％のＮａ 2 Ｏ、約０〜１６％のＣａＯ、約０〜１０％のＫ2 Ｏ、約０〜１０％のＭｇＯ、
約０〜５％のＡｌ2 Ｏ3 から構成されるソーダ含有性のガラス基板と、また、ガ
ラス基板に施される非結晶ダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）コー
ティングであり、そのＤＬＣコーティングは、少なくとも約３５％のｓｐ3 炭素
−炭素結合を備えており、少なくとも一つの高四面体非晶質層を含む。
【００２３】 ある実施例として、ソーダ石灰石英がフロートしたガラス基板（ｓｏｄａ ｌ
ｉｍｅ ｓｉｌｉｃａ ｆｌｏａｔ ｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）が挙げ
られる。また、好適な実施例として、全てのＤＬＣコーティング、あるいはＤＬ
Ｃコーティング内部の唯一の層のいずれかは、約２．４〜３．４ｇ／ｃｍ3 の密
度を有する。最も好ましい密度は、約２．７〜３．０ｇ／ｃｍ3 である。
【００２４】 ある実施例として、四面体非晶質炭素層は前記密度範囲を有し、少なくとも約
７０％のｓｐ3 炭素−炭素結合を含むものが挙げられる。最も好ましいのは、少
なくとも約８０％のｓｐ3 炭素−炭素結合を備えているものである。
【００２５】 ある実施例として、ＤＬＣコーティングは最上層を含み（例えば、約２〜８の
原子層、約２０Å以下）、ＤＬＣコーティングの他の部分より低い密度であり、
それにより、ＤＬＣコーティングの最上面に固体潤滑部分ができる。炭素原子に
結合した層状のグラフェーネ（ｇｒａｐｈｅｎｅ）は、この薄い層の部分に提供
される。この薄い層の部分の摩擦係数は約０．１以下である。
【００２６】 本発明の他の利点は、ＤＬＣ材の蒸着中のガラス基板の温度が約２００℃以下
であることである。好ましい温度は、約１５０℃以下である。最も好ましい温度
は、約６０〜８０℃である。このことにより、蒸着過程における黒鉛化を最小化
することができる。
【００２７】 本発明は、そこで直ちに、基板と高四面体非晶質炭素層とを備えている窓を提
供することにより、更に技術分野における上記の必要性を満たしてくれる。その
点において、基板は少なくとも一つのホウケイ酸塩ガラスおよびソーダ石灰石英
ガラス、プラスチックでできているものであり、またそれを含むものである。
【００２８】 本発明を、添付図を参照しながら、その実施例に関して述べる。
【００２９】 （本発明の実施例の詳細な説明） 以下、添付図をより詳細に説明するが、全図を通して同一の部材には同一の参
照番号を付す。
【００３０】 図１は本発明の実施例に係わるコーティングされたガラス物の側断面図を示し
ており、少なくとも一つのダイヤモンドの特徴を有するようにコーティングされ
た炭素（ＤＬＣ）から成る保護被膜３は、ソーダ含有性のガラス基板１に直接供
給される。図１の実施例におけるＤＬＣコーティング３は、高密度であり（例え
ば、２．４ｇ／ｃｍ3 より大きい）水を撥ね除け、ソーダ含有性のガラス基板内
のソーダを閉じ込めるといった、少なくとも一つの高四面体非晶質炭素（ｔａ−
Ｃ）層７を含んでいる。コーティング３は、更に少なくとも一つの基板１に直接
隣接した境界層８を含んでいる。ここで層８は、ｔａ−Ｃ層７よりも低密度であ
り、ｓｐ3 炭素−炭素結合の割合も低い。このように、層８は、層７とは異なる
が、以下に述べるように、境界層８は少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ3 の密度を有
するｔａ−Ｃとして適していてもよいし、あるいは、不適であってもよい。ある
実施例において、コーティング３は、複数のｔａ−Ｃ層７、及び／又は複数の層
８を含むことが明らかである。コーティングの層７と８は、本発明の異なった実
施例における、連続あるいは不連続の蒸着過程において形成されてもよい。
【００３１】 図２は本発明の他の実施例に係わる、コーティングされたガラス物の側断面図
を示しており、少なくとも一つのＤＬＣコーティング３は、基板１へ提供される
。図２の実施例では、実質上、全てのＤＬＣコーティング３は高四面体非晶質炭
素（ｔａ−Ｃ）から構成され、層７に類似しており、少なくとも約２．４ｇ／ｃ
ｍ3 の密度を有し、高い割合（例えば、少なくとも約３５％、より好ましいのは
少なくとも約７０％、最も好ましいのは約８０％）のｓｐ3 炭素−炭素結合を備
えている。換言すれば、図１の実施例によるｔａ−Ｃ層７は、図２の実施例にお
けるＤＬＣコーティング３全体を形成している。図２の実施例におけるＤＬＣコ
ーティング３は、同じ密度、及び／又はコーティング３の全厚にわたり、ｓｐ3 炭素−炭素結合の割合が同じであってもよいし同じでなくてもよいが、これらの
パラメータは、コーティング３の蒸着過程を通して使用されるイオンエネルギー
を変化させることによって、図１、図２の実施例における層３、７、及び８を通
して変化してもよい。
【００３２】 図３の実施例では、ロウ−イー（ｌｏｗ−Ｅ）、又はその他のコーティング５
が、基板１とＤＬＣコーティング３との間に提供される（すなわち、図１、又は
図２の実施例におけるＤＬＣコーティング）。しかしながら、ＤＬＣコーティン
グ３は、図３の実施例における基板１上にあり、コーティング３のｔａ−Ｃ部分
７と一緒になっている。したがって、ここでの用語の“〜上”（ｏｎ）は、基板
１がＤＬＣコーティング３、又は、それのいずれかの層（例えば、７、８）を支
えているという意味であり、他の層５がその間に備えられているか否かには関わ
らない。したがって、保護コーティング３は、図１、図２に示されるような基板
１に直接提供されてもよいし、又は図３に示されるように、その層の間に、ロウ
−イー、又は他のコーティング５を挟んで基板１に提供されてもよい。図３に示
されている位置の代わりに、コーティング５を、コーティング３（図１、又は図
２の実施例の）がコ−ティング５と基板１との間に位置するように、ＤＬＣコー
ティング３の上面に備えられてもよい。他の実施例においても、ＤＬＣコーティ
ング３はロウ−イーコーティング５の両側に施してもよい。
【００３３】 ＤＬＣコーティングの上面または下面の、ロウ−イー、又は他のコーティング
５として用いることが可能である典型的なコーティング（これらのコーティング
の全て、またはある部分において）が、米国特許第５，８３７，１０８、５，８
００，９３３、５，７７０，３２１、５，５５７，４６２、５，５１４，４７６
、５，４２５，８６１、５，３４４，７１８、５，３７６，４５５、５，２９８
，０４８、５，２４２，５６０、５，２２９，１９４、５，１８８，８８７、及
び４，９６０，６４５号に図示、かつ／又は述べられている。それら米国特許番
号は、参考までに記載している。単純なケイ酸、及び／又はシリコン ニトライ
ド（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）コーティングは、コーティング５として
用いてもよい。
【００３４】 後述するように、高四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）層７はダイヤモンドの特徴
を有している炭素（ＤＬＣ）の特別な形状をしており、少なくとも約３５％のｓ
ｐ3 炭素−炭素結合（すなわち、このことが高四面体である）を含んでいる。本
発明のある実施例において、ｔａ−Ｃ層７は、層中における全ＳＰ結合の、少な
くとも約３５％のｓｐ3 炭素−炭素結合を有する。更に好ましいのは、少なくと
も約７０％の、最も好ましいのは、層７の密度とその結合強さとを増加させるよ
うな、少なくとも約８０％のＳＰ3 炭素−炭素結合を有するものである。総ｓｐ 3 結合は、ラマン フィンガー−プリンティング（Ｒａｍａｎ ｆｉｎｇｅｒ−
ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、及び／又は電子エネルギー損失分光法を用いて測定するこ
とができる。高い総ｓｐ3 結合は、層の密度を増加し、コーティング物表面への
ナトリウム化合物の拡散を防ぐことを可能にしてくれる。
【００３５】 Ｔａ−Ｃ層７は図２の実施例におけるＤＬＣコーティング３の全てを形成し、
ｔａ−Ｃ層７は図１の実施例におけるＤＬＣコーティング３の一部分だけを形成
する。これは、図１の実施例における、境界における非晶質炭素層８の密度が、
約２．４ｇ／ｃｍ3 より小さくなる、かつ／又はｓｐ3 炭素−炭素結合が３５％
より小さくなることが時々生じることによるものである。しかしながら、前記の
ように、ＤＬＣコーティング３は、図１、又は図２の実施例のそれぞれにおける
基板１に直接に隣接している境界層を備えていることは明らかであり、図２の実
施例における境界層は少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ3 、及び少なくとも約３５％
のｓｐ3 （より好ましいのは、少なくとも約７０％、最も好ましいのは、少なく
とも約８０％）炭素−炭素結合を有するという違いが存在する。したがって、こ
こにおける層７とは、図２の実施例におけるＤＬＣコーティング３と同様に、図
１の実施例に示されているような層７との両方を指す。
【００３６】 ＤＬＣコーティング３の少なくとも幾つか炭素原子、及び／又はいくつかのｓ
ｐ2 、及び／又はｓｐ3 炭素−炭素結合は、ガラス基板の表面（例えば、上面）
における裂け目、又は割れ目に供給される、又は、コーティング３を基板１に強
く結合させるようにするため、基板１自体のガラス表面、又は成長していくＤＬ
Ｃの表面を貫通してもよい。基板１の表面への炭素原子のサブインプランテーシ
ョン（ｓｕｂｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）は、コーティング３が基板１に強く結
合することを可能にする。
【００３７】 簡素化のため、図４は、典型的なｓｐ3 炭素−炭素、又はコーティング３にお
けるＣ−Ｃ結合（すなわち、炭素とダイヤモンドの特徴を有している炭素との結
合）、コーティング３における典型的なｓｐ2 Ｃ−Ｃ結合である図４、及び典型
的なｓｐである図５を示している。
【００３８】 ソーダ含有性のガラス基板１の密度の高い（少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ3 の
密度）ｔａ−Ｃ層７を提供することにより、基板から出ようとするソーダの総量
、又は基板若しくはコーティング物の表面に到達することが減少する（すなわち
、ｔａ−Ｃは基板からのナトリウムの拡散を制限する）。したがって、ソーダと
、水、又は物の表面における他の材料との反応を減少させてくれる。最終結果と
して、その基板へのｔａ−Ｃ層７の提供により、長い時間をかけて形成されるガ
ラス物の汚れ、及び／又は腐食が低減される。多くのｓｐ3 炭素−炭素結合は、
層７の密度を増加させ、またその層は、水を撥ね除けたり、ソーダ含有性のガラ
スからの、ソーダの拡散を最小化することを可能にする。
【００３９】 コ−ティング３や層７、８はまた、ガラス物を強化し、基板１とコーティング
３との間における結合面の応力を減少させる。また、コーティング３が物の表面
に位置するとき、物の固体潤滑面を提供する。コーティング３、及び／又は層７
は、コーティング３の中央領域より密度が低い層上面の部分（例えば、上層３Å
〜１５Å）を含んでも良く、そのことにより基板から最も遠いコーティング３の
上面における固体潤滑材を提供することができる。Ｔａ−Ｃ層７はまた、基板１
の中に侵入してくる水／湿気を防止する。コーティング３、及びｔａ−Ｃ層７は
、ガラス基板１の反対側に、連続的に、いずれの小さい穴、又は隙間の無い良好
な状態で形成／蒸着される。
【００４０】 ある実施例では、ガラス基板に隣接した層７、及び／又は８は、かなり多くの
炭素原子が、図８に示されているような、ガラス表面にある割れ目を貫通するこ
とが可能となるような、イオンエネルギーのあるところで蒸着される。小さいサ
イズの炭素原子と利用されるイオンエネルギーとにより、実在する水が割れ目の
先端に達することが防止される。このことにより、水に露出されることによって
引き起こされる、割れ目の先端におけるケイ素−酸素結合の破壊を遅らせたり、
及び／又は破壊を停止することによって、長期間ガラスを強化する。
【００４１】 本発明の、ある実施例における利点は、次のものを含んでいる：（ｉ）さまざ
まな環境で水を撥ね除けることができる、コーティングされた窓（例えば、バッ
クライト、フロントガラスのような自動車の窓、又は商用、及び住居の窓）；（
ｉｉ）曇りを防ぐための、耐霧用のコーティングされた物；（ｉｉｉ）強化コー
ティングされた窓；（ｉｖ）耐磨耗コ−ティングされた窓；（ｖ）汚れを撥ね除
けることができるコーティングされた物；（ｖｉ）表面の、視認される腐食に対
する感受性を低減するようなコーティングされたガラス物。例えば、自動車の窓
という実施例において、環境に曝された基板１の外表面は、図１〜３の実施例の
いずれかにしたがって、コーティング３でコーティングされている、耐霧用の自
動車の実施例では、自動車窓の基板１の表面は図１〜３の実施例のいずれかに従
って、コーティング３でコーティングされていてもよい。
【００４２】 ある実施例では、コーティング３は、少なくとも可視光線の約７０％の透明度
または透過率である。好ましいのは、少なくとも可視光線の約８０％、更に最も
好ましいのは、少なくとも約９０％の透明度である。
【００４３】 ある実施例では、ＤＬＣコーティング３（及び、図２の実施例における層７）
は、約３０〜３，０００Åの厚さであってもよく、最も好ましいのは、約５０〜
３００Åの厚さである。ガラス基板１に関して、約１．５〜５．０ｍｍの厚さで
あり、好ましくは約２．３〜４．８ｍｍの厚さであり、最も好ましいのは約３．
７〜４．８ｍｍの厚さである。ある実施例におけるＴａ−Ｃ層７は、少なくとも
約２．４ｇ／ｃｍ3 の密度であり、更に好ましいのは約２．４〜３．４ｇ／ｃｍ 3 であり、最も好ましいのは、約２．７〜３．０ｇ／ｃｍ3 である。
【００４４】 本発明のある実施例において、基板１は、ソーダ、又はＮａ2 Ｏを含む。した
がって、ｔａ−Ｃ層７はコーティングされた物の表面に到達し、汚れ／腐食を引
き起こす可能性があるソーダの総量を最小化する。ある実施例では、基板１は、
重量％で約６０〜８０％のＳｉＯ2 、約１０〜２０％のＮａ2 Ｏ、約０〜１６％
のＣａＯ、約０〜１０％のＫ2 Ｏ、約０〜１０％のＭｇＯ、及び約０〜５％のＡ
ｌ2 Ｏ 3を含む。他のある実施例においては、基板１は、重量％で約６６〜７５
％のＳｉＯ2 、約１０〜２０％のＮａ2 Ｏ、約５〜１５％のＣａＯ、約０〜５％
のＭｇＯ、約０〜５％のＡｌ2 Ｏ 3、及び約０〜５％のＫ2 Ｏを含む、ソーダ石
灰石英ガラスであってもよい。最も好ましいのは、基板１が、重量％で約７０〜
７４％のＳｉＯ2 、約１２〜１６％のＮａ2 Ｏ、約７〜１２％のＣａＯ、約３．
５〜４．５％のＭｇＯ、約０〜２．０％のＡｌ2 Ｏ 3、約０〜５％のＫ2 Ｏ、及
び約０．０８〜０．１５％の酸化鉄を含むソーダ石灰石英ガラスである。前記実
施例のいずれかによれば、ソーダ石灰石英ガラスは、約１５０〜１６０ｌｂ／ｆ
ｔ3 （約２４０２．８〜２５６３．０ｋｇ／ｍ3 ）（好ましいのは約１５６ｌｂ
／ｆｔ3 （約２４９８．９ｋｇ／ｍ3 ））であり、約６，５００〜７，５００ｐ
ｓｉ（約４４．８〜５１．７ＭＰａ）（好ましいのは約７，０００ｐｓｉ（約４
８．３ＭＰａ））の平均短時間曲げ応力を有し、約０．２０Ｂｔｕ／ｌｂ・°Ｆ
（約１．８２Ｊ／ｋｇ・Ｋ）の比熱（０〜１００℃）を有し、約１，３３０〜１
，３４５°Ｆ（約７２１．１〜７２９．４℃）の軟化点（ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ
ｐｏｉｎｔ）を有し、約０．５２〜０．５７Ｂｔｕ／ｈｒ・ｆｔ・°Ｆ（約０．
９０〜０．９９Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有し、約４．７×１０-6〜５．０×１
０-6°Ｆ（約−１７．７７７７７５１７〜−１７．７７７７７５００℃）の線形
拡大係数（３５０℃に対する室温）を有する。ある実施例では、米国特許第５，
２１４，００８号、又は米国特許第５，８７７，１０３号において開示された、
いずれかのガラスは、基板１として使用してもよい、なお、これらの米国特許そ
れぞれは参照のために引用した。ミシガン州、アウバーンヒルズに所在する、ガ
ーディアン工業株式会社、（Ａｕｂｕｒｎ Ｈｉｌｌｓ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ）か
ら購入できるソーダ石灰石英ガラスは、基板１として使用してもよい。
【００４５】 そのような前記のガラス基板１のいずれかは、例えば、適当な着色料がガラス
に提供されるならば、それは緑、青、又は灰色でもよい。
【００４６】 本発明における他の実施例では、基板１はホウケイ酸塩ガラス、又は実質的に
透明なプラスチックでもよく、あるホウケイ酸塩ガラスの実施例では、基板１は
約７５〜８５％のＳｉＯ2 、約０〜５％のＮａ2 Ｏ、約０〜４％のＡｌ2 Ｏ 3、
約０〜５％のＫ2 Ｏ、約８〜１５％のＢ2 Ｏ3 、及び約０〜５％のＬｉ2 Ｏを含
んでもよい。
【００４７】 更に他の実施例においても、プラスチック基板に層状に張り合わされた前記の
ガラス基板のいずれかを含む自動車の窓（例えば、フロントガラス、又は側窓）
は、基板１を製作するために結合してもよい。その基板１は、そのような窓の片
側、又は両側に提供された図１〜３の実施例のいずれかにおけるコーティング３
を備えている。他の実施例では、自動車の窓に使用する目的のプラスチックシー
トに対して、層状に張り合わされたソーダ石灰石英ガラスのシートから成る基板
１を備えていてもよい。そして、図１〜３の実施例のいずれかにおける、プラス
チックに結合されたその基板の内側においてコーティング３を有する。その他の
実施例では、窓への使用（例えば、自動車のフロントガラス、住居の窓、商用窓
、自動車の側窓、自動車のバックライト、又は後部窓）又は他の同様な環境にお
いて、基板１は、前記で述べたように、互いに層を成したガラス材料のどれにお
いても、第１の又は第２のガラスシートを含む。ある実施例において、コーティ
ング３、及び／又はｔａ−Ｃ層７は約３０〜８０ＧＰａ（最も好ましいのは約４
０〜７５ＧＰａ）の平均硬度、並びに約１．８〜２．２ｅＶのバンドギャップ（
ｂａｎｄｇａｐ）を備えていてもよい。そこでのコーティング３、及び／又は層
７、８の硬度と密度とを、蒸着装置のイオンエネルギー又は以下に述べる過程を
変更することにより調整してもよいことは、明らかである。
【００４８】 前記材料の全ての基板１が、図１から３のいずれかの実施例による、少なくと
もＤＬＣコーティング３でコーティングされる場合、結果としてのコーティング
物はある実施例における次のような特徴を有する：約６０％（好ましいのは、７
０％以上）以上の可視光伝達（Ｉ１１．Ａ）、約３８％以下のＵＶ（ｕｌｔｒａ
ｖｉｏｌｅｔ：紫外線の）伝達、約４５％以下の全太陽光伝達、及び約３５％以
下（好ましいのは２５％以下、また最も好ましいのは２１％以下）のＩＲ（ｉｎ
ｆｒａｒｅｄ：赤外線の）。ここで、参考までに紹介すると、可視光、全太陽光
、ＵＶ、及びＩＲの伝達率を測定する技術は、特許第’００８号と同様、米国特
許第５，８００，９３３号に開示されている。
【００４９】 ここで、ある実施例において利用されている、ＤＬＣのダイヤモンドの特徴を
有している炭素（ＤＬＣ）、及び特別な四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）型状７は
、以降詳細に述べる。ここでの図に示されている全てのＤＬＣ３は、非晶質であ
る。Ｔａ−Ｃ７は非晶質であり、依然として実質的にＣ−Ｃ四面体（ｓｐ3 −型
）結合を有し、これゆえに、少なくとも約３５％のｓｐ3 炭素−炭素結合（好ま
しいのは少なくとも７０％、更に最も好ましいのは、少なくとも約８０％のＳＰ 3 炭素−炭素結合を有するものである）を有するので、四面体非晶質炭素（ｔａ
−Ｃ）〔又は高ｔａ−Ｃ〕と名付けられている。ダイヤモンドの特徴を有してい
る結合は、このｔａ−Ｃ材に、高硬度、高密度、及び化学的不活性というような
、ダイヤモンドに近い光沢の物性を与える。しかしながら、ｔａ−Ｃもまた、ｓ
ｐ2 炭素−炭素の三角形結合及びその光学的、電気的な特性は、おおよそこの結
合構成物によって決定されるということを含む。ｔａ−Ｃ層におけるｓｐ2 結合
の一部分、及びここでの密度は、例えば、コーティング３、及び／又は層７、８
の蒸着の期間に使われる炭素イオンエネルギーによるものである。与えられたＤ
ＬＣコーティングの特徴は、コーティング、つまり層７、８でのｓｐ3 とｓｐ2 結合の一部分の機能である。ここにおいて議論されているＳＰ3 結合は、結果と
して高密度コーティング３、及び／又は７となるようなＳＰ3 炭素−炭素結合で
あり、高い密度を与えることができないｓｐ3 炭素−水素結合ではない。
【００５０】 蒸着技術によると、多くのｔａ−Ｃ層７は、四面体形状、又はｓｐ2 の二次元
形状を有するための炭素原子、又は直線的な重合の様な形状の中にあるｓｐ混合
されたＨの量（約４％まで）を有する。換言すれば、炭素−炭素、炭素−水素、
及び水素−水素など全て相関をもち、ある実施例での層７の平均的な構造に貢献
する。
【００５１】 Ｔａ−Ｃが完全に、又は少なくとも約９０％の水素フリー（ｈｙｄｒｏｇｅｎ
ｆｒｅｅ）のとき、炭素−炭素結合は局所構造と見なされる。Ｔａ−Ｃ膜は、
ｓｐ2 又は黒鉛結合（ｇｒａｐｈｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）の一部分を有している
。層の密度、強さ、応力などと同様に、三面体（ｓｐ2 ）や四面体炭素原子の空
間的な分布により、ガラスに対する層３の結合力を決定することが可能となる。
四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）、及びその水素化された形状であるｔａ−Ｃ：Ｈ
（それは約１０％、又はそれ位だけのＨを含む）は、高い割合の炭素−炭素（Ｃ
−Ｃ）ｓｐ3 結合をもち、更に図１の実施例における層７、図２の実施例のコー
ティング３、及び図３におけるこれらのどちらかが使用されている。このタイヤ
モンドの特徴を有している結合は、低密度、及び／又は黒鉛型ｓｐ2 及び重合の
ｓｐ炭素−炭素、又は炭素−水素結合の、より大きな比率を有するＤＬＣと呼ば
れるその他の形状により、無比のｔａ−Ｃ７特性を与える。
【００５２】 Ｔａ−Ｃ７は、低摩擦係数（以下の表１参照）と同様に、高密度（少なくとも
約２．４ｇ／ｃｍ3 ）、高硬度、高ヤング率（７００〜８００）を有する。
【００５３】
【表１】
【００５４】 本発明の実施例に係わる、コーティング３を基板１へ蒸着する方法を、以下に
説明する。
【００５５】 ガラス基板にコーティング３が形成される前に、基板１の最上面は、図１と図
２との実施例それぞれにおける、イオンビームを利用した酸素ガスによる方法で
清浄されることが好ましい。酸素ガスは約２８〜４０ａｍｕの原子量（最も好ま
しいのは、約３２ａｍｕ）を有するため、物理的に酸素ガスは表面を清浄する。
基板１は、例えば、ｔａ−Ｃ、又は他のＤＬＣ材の実際の蒸着前における、基板
のスパッタ−洗浄によって清浄されてもよい。本清浄は、酸素、及び／又は炭素
原子を利用してもよく、約８００〜１，２００ｅＶ（最も好ましいのは１，００
０ｅＶ）のイオンエネルギーでも可能である。
【００５６】 コーティング３、７、及び／又は８を蒸着するためにプラズマイオンビームを
用いる実施例において、炭素イオンは、イオンからの炭素が基板１に蒸着される
ような、基板１の方に向かうプラズマからの流れを形成するようにエネルギーが
与えられてもよい。ガス層からのイオンビームは、Ｃ＋、ＣＨ＋、Ｃ2 Ｈ、及び
／又はＣ2 Ｈ2 ＋イオン（すなわち、炭素又は炭素ベースの活性体）のビームを
生み出す。好ましいことに、アセチレンの供給原料ガス（Ｃ2 Ｈ2 ）は、重合を
防止したり、あるいは最小化するために、またそのイオンが、基板１の表面を貫
通し、その中にサブインプラント（ｓｕｂｉｍｐｌａｎｔ）されるようにするた
めの、適当なエネルギーを得るために用いられている。それにより、コーティン
グ３の原子が、幾つかの原子層からなる基板１の表面と混合されるようになる。
【００５７】 コーティング３の容積に対する衝突エネルギー（例えば、図１と図２との実施
例における層７）は、高密度のｓｐ3 炭素−炭素結合が、ＤＬＣ層の中に形成さ
れるようにするために、単位炭素原子あたり約１００〜２００ｅＶであってもよ
い。好ましいのは、約１００〜１５０ｅＶである。そのイオンは、ｓｐ3 炭素−
炭素結合の構成を促進するような、前記エネルギーを有したまま基板に衝突する
。活発な炭素イオンの衝突エネルギーは、望ましい格子構造の構成を促進する範
囲内でもよく、コーティング３の境界部分における、そのような結合（例えば、
図１の実施例における層８）は、明らかに、少なくとも一部分は、図７に示され
ているような基板の中へのサブインプランテーションによって形成される。その
流れは、ほぼ均一な重量をもつイオンで任意に構成されており、衝突エネルギー
はほぼ均一である。実質的には、成長膜の表面、及び／又は基板１に衝突する活
発なイオンは、成長膜、及び／又は基板１を高密度化させる。コーティング３、
特に層７は、小さな穴が無いことが好ましく、これにより、水の反発作用やソー
ダの拡散抑制を申し分なく達成することができる。したがって、その炭素−炭素
ｓｐ3 結合は、基板１に到達する前に、又は基板のｔａ−Ｃの成長の前に、イオ
ンエネルギーの予め決められた範囲を有するとにより、好ましく形成されている
。図１と図２との実施例における、ｔａ−Ｃ層７構成に係わる最適のイオンエネ
ルギーの窓は、単位炭素原子あたり約１００〜２００ｅＶである（好ましいのは
、約１００〜１５０ｅＶであり、さらに最も好ましいのは、約１００〜１４０ｅ
Ｖである）。これらのエネルギーにおいて、膜７（すなわち、図１と図２との実
施例における層３）は、ダイヤモンドに匹敵する。しかしながら、１００〜１５
０ｅＶでの蒸着時に、ｔａ−Ｃ内で圧縮応力が発生する。そのような応力は、１
０ＧＰａ位の高さに達し、潜在的に多くの基板からの層剥離を引き起こす可能性
がある。これらの応力は、蒸着過程において約２００〜１，０００ｅＶのエネル
ギー範囲にイオンエネルギーを増加することによって制御、及び減少されること
が明らかとなった。プラズマイオンビーム源は、ここで利用されている広範囲の
蒸着に関する工業過程での、異なる範囲内においてイオンエネルギーが制御され
ることを可能にした。非晶質炭素内でのその圧縮応力は、２００〜１，０００ｅ
Ｖという高いイオンエネルギー範囲で顕著に減少する。
【００５８】 ガラス基板１の表面に直接接触するコーティング３の、薄い境界部８における
高い応力は好ましくない。よって、例えば、コーティング３の最初の１〜４０％
厚さ８（好ましいのは、最初の１〜２０％厚さであり、更に最も好ましいのは、
最初の５〜１０％厚さである）では、約２００〜１，０００ｅＶ（好ましいのは
約４００〜５００ｅＶ）の高い耐応力エネルギーレベルを用いて基板１に蒸着さ
れる。そして、コーティング３の残りの部分ｔａ−Ｃ層７を成長させるために、
コーティング３の初期境界部８が成長した後、イオン蒸着過程でのイオンエネル
ギーは、（蒸着している間、素早く、あるいは徐々に）約１００〜２００ｅＶ（
好ましいのは約１００〜１５０ｅＶである）に減少する。
【００５９】 例えば、図１に関してのみ、ＤＬＣコーティング３が１００Åの厚さであると
仮定する。コーティング３の最初の１０Åの層８（すなわち、境界部８）は、基
板１の表面に接触するコーティング３の層８が、コーティング３の残りの部分７
と相対的な圧縮応力を減少する。約４００〜５００ｅＶのイオンエネルギーを用
いて蒸着されてもよい。コーティング３の境界部８は、ガラスの表面に混合され
るようにするために、少なくとも一部分は基板１の中にサブインプラントされる
。ある実施例においては、Ｃイオンのみが、主にＳｉＣとなる段階的な構成境界
面である、境界層８の蒸着に使用される。基板１とコーティング３との間の、こ
の境界層８は、コーティング３の基板１への接着力を改善し、徐々に構成が変化
することによって、境界域における歪みを狭く集中させる代わりに、分散する。
ＤＬＣコーティング３の層８は、異なった実施例における、少なくとも約２．４
ｇ／ｃｍ3 の密度であってもよいし、そうでなくてもよい。また、異なった実施
例における、少なくとも約３５％、７０％、又は８０％のｓｐ3 炭素−炭素結合
を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。コーティング３の最初の１０Å
（すなわち、層８）が蒸着された後、イオンエネルギーは、コーティング３の残
り（ｔａ−Ｃ、又はｔａ−Ｃ：Ｈのどちらでもよい）７に関して、徐々に、ある
いは急に１００〜１５０ｅＶに減少する。これにより層７が、高密度であり、ま
た層８よりも高いｓｐ3 炭素−炭素結合の割合を有するようになる。
【００６０】 したがって、ある実施例においては、蒸着過程の間のイオンエネルギーでの調
整のため、図１〜３のｔａ−Ｃコーティング３は、ここでの異なった領域におけ
る異なった密度とｓｐ3 炭素−炭素結合の割合とを備えている。しかしながら、
少なくとも、コーティング３の一部分は、少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ3 の密度
であり、また少なくとも約３５％のＳＰ3 を有する、高四面体ｔａ−Ｃ層７であ
る。高四面体ｔａ−Ｃ部分は、図１における基板１から最も離れた部分であって
もよいし、コーティング３の任意の他の領域であってもよい。同様に、コーティ
ング３において、ｓｐ3 炭素−炭素結合の割合が低い部分は、基板１に直ちに隣
接する部分であることが好ましい（例えば、境界層８）。
【００６１】 ある実施例においては、ＣＨ4 は、前記で述べたＣ2 Ｈ2 ガスとの組み合わせ
、又は、その代わりの蒸着過程の期間、供給原料ガスとして使用してもよい。
【００６２】 図８を参照すると、ガラス基板の表面には、その点で画定された小さい割れ目
あるいは極少の割れ目が存在することは明らかである。特に、水がその割れ目に
しみ出てきて、その割れ目の更なる結合を破壊したとき、これらの割れ目は、そ
の大きさの度合いによってガラスを弱めることが可能である。したがって、本発
明の他の利点は、ある実施例において、非晶質炭素原子、及び／又は層７あるい
は層８の網状組織は、小サイズの炭素原子（例えば、約１００ｐｍ半径以下の原
子、より好ましいのは約８０ｐｍ以下、更にもっと好ましいのは約７６．７ｐｍ
）であるため、及び、２００〜１，０００ｅＶ（好ましいのは約４００〜５００
ｅＶであるのイオンエネルギー）であるため、及び運動量のため、これらの小さ
な割れ目を満たして、又は割れ目の中に集まっている。このことは、ガラスの機
械的強度を強めてくれる。図８に示されている、ガラス表面のナノ（ｎａｎｏ）
サイズの割れ目は、時々、約０．４ｎｍから１ｎｍの幅になる。これらのナノサ
イズの割れ目において、その不活性な特質と炭素原子とのサイズにより、水が、
割れ目の先端１４での結合を攻撃したり、またガラスを弱めることを防ぐであろ
う。その炭素原子は、それらのサイズとエネルギーとにより、これらの割れ目の
先端１４の近くの位置への経路をつくる。これらの割れ目の先端１４は、一般的
に、ガラス基板の表面から下に約０．５〜５０ｎｍに存在する。層７、及び／又
は層８の最上面は、割れ目の上の約１．０ｎｍ以下の範囲において、滑らか、か
つ／又はほぼ平坦のままである。
【００６３】 現在では、炭素については、多くの形態について一般的に述べられており、本
発明の理解の助けとなる。
【００６４】 炭素は、全３次元空間的な、方向づけられた電子対を共有する結合に基づいた
た構造を造る能力がある。炭素原子の６電子のうちの２つの電子は、エルエス
コア（ｌｓ ｃｏｒｅ）に存在しており、これゆえに、結合に関係していない。
一方、２ｓと２ｐの残りの４つの電子は、隣接した原子と化学結合している。炭
素原子の１つの２ｓ又は３つの２ｐ電子軌道は、３つの異なった方法で、混種を
形成することができる。このことは、炭素が幾つかの同素体として存在すること
を可能にする。事実上、３つの同素の結晶相が存在する。つまり、ダイヤモンド
、黒鉛、及びフラーレン（ｆｕｌｌｅｒｅｎ）並びに、非結晶形態のプレソラ（
ｐｌｅｔｈｏｒａ）である。
【００６５】 ダイヤモンド結晶同素体に関して、四面体、又はｓｐ3 結合においては、４つ
の結合原子全てがσ結合を形成している。ダイヤモンドにおける空間格子を、図
４に示しているが、それぞれの炭素原子は、４つの他の炭素原子と、長さ０．１
５４ｎｍ、結合角１０９°５３”で、四面体となるように結合している。そのよ
うな結合の強さは、ダイヤモンドが、ダイヤモンド独特の物理特性：高原子密度
、透明度、極度の硬度、非常に高い熱伝導率、及び非常に高い電気抵抗（１０16 ｏｈｍ−ｃｍ）を与えるマクロ分子（完全に電子対を共有する結合）であるとい
う事実と対をなしている。
【００６６】 黒鉛の特徴は、三角結合によって支配されている。図５に示すように、外周の
２ｓ、２ｐx 及び２ｐy 軌道は、σ結合、及びｓｐ2 軌道平面に垂直なｐ−ｔｙ
ｐｅ ＩＩ軌道２ｐz を形成する、３つの共通平面ｓｐ2 軌道を与えるという方
法で、混種を形成している。黒鉛は、０．３４ｎｍの距離で互いに分離された六
角形の層から成る。一つの炭素原子は、六角形の平面内にある、０．１４２ｎｍ
の長さのσ結合によって残りの３つの炭素原子に結合されている。これらの平面
は、なぜ黒鉛が、ｓｐ2 平面に沿って柔らかいのかを説明することができるよう
な弱いファンデルワールス結合によって結びついている。
【００６７】 フラーレンに関して、Ｃ60とＣ70は、最も入手しやすい、ｓｐ2 混成状態にお
いて全て炭素でできている、フラーレンと呼ばれる閉じ込められた駕籠状（ｃｌ
ｏｓｅｄ−ｃａｇｅ）の分子の一員として知られている。それぞれのフラーレン
Ｃn は、１２個の五角形の輪と、ｍ六角形（ｍ＝（ｎ−２０）／２（オイラーの
定理を満足する））の輪から構成される。σ結合は、大きな歪みを有し、分子が
硬直したフラーレンによって包まれている。
【００６８】 非晶質炭素に関し、長いレンジオーダー（ｒａｎｇｅ ｏｒｄｅｒ）の無い、
準安定な状態における炭素の種類が存在する。材料特性は、異なる蒸着技術を使
用した場合、又は単独の技術において蒸着パラメータを変化させた場合に変化す
る。この突出した材料の範疇において、我々は、ある好適な実施例における９０
％までの炭素−炭素ｓｐ3 結合を有する、最もダイヤモンドに似ているｔａ−Ｃ
（例えば、層７）を有し、そして、炭素の熱の蒸発によって生成される、一方で
のａ−ｃ（非晶質炭素）は、９５％の黒鉛結合がいたるところに存在している。
この点を鑑み、これら２つの材料は、炭素の非結晶形態の固有の多様性を反映し
ている。
【００６９】 層３、７、及び８のような非晶質材料は、準安定の固体である。非晶質の固体
において、原子の振動に関する一組の平衡位置が存在する。非晶質材料における
原子は、２番目に近い隣との距離を超える程度のオーダを、有しないほどの３次
元的なネットワークに、しばしば拡張される。
【００７０】 再びｔａ−Ｃ層７を参照すると、ｓｐ3 ／ｓｐ2 炭素−炭素結合の一部分、又
は割合（％）は、例えば、真空アーク蒸着技術あるいは、特許’４７７号におい
て使用されている技術、あるいは上記で述べた蒸着技術であるが、付随したＣ+ イオンのエネルギーを変化させることによって制御されることが可能である。事
実上、準安定で存在する蒸着された膜は、高い圧縮応力下にある。ｓｐ2 混成軌
道をもつ炭素原子は、一団となってｓｐ3 マトリックスに埋め込まれる。後者の
結合の程度により、ダイヤモンドの特徴を有している物理特性をｔａ−Ｃに与え
る。ｓｐ2 混成軌道を有する原子の一部分は、ｓｐ2 混成軌道を有する炭素原子
が集団化する程度を決定する。歪み除去機構に見られるように、ＩＩ及びＩＩ* 状態が、膜の電子的、光学的特性を制御できる程度にまで集団化する度合いは、
正規の状態から移るようになる。高密度状態においては、ＩＩ帯は、伝導と原子
値可動帯の端（ｖａｌｅｎｃｅ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｂａｎｄ−ｅｄｇｅｓ）を
形成するように、σ状態を溶け込ませる。低密度の末尾状態においては、擬似の
隙間に与えられ、局所に制限される。四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）という用語
は、この高四面体材料と、大部分がｓｐ2 型の炭素−炭素の相関のある、他のダ
イヤモンドの特徴を有している炭素とを区別するために用いられている。
【００７１】 コーティング３におけるｓｐ3 結合は、活発なイオンの衝撃状態下での高密度
化過程で生じると信じられている。もし、更にｓｐ3 の密度が高くなり、更にｓ
ｐ2 の密度が低くなれば、炭素原子の混成化は、局所の密度に調整されると予期
されている。もし、付随したイオンが、第１の原子層を貫通し、隙間の表面下の
位置に入り込むならば、上記のことが起こることが可能である。そこで、最適な
混成軌道化が採用されるように、局所での結合は、この原子の周りとその近隣に
再形成される。高エネルギーイオンは、原則として、基板の表面層、又は成長し
ているＤＬＣを貫通することができ、ｓｐ3 結合を強めるような深層の密度を増
加させる。貫通閾値より低いエネルギーのイオンは、ａ−ｃを結合させるｓｐ2 を形成する表面に付加だけをする。
【００７２】 前記の実施例のいずれかによれば、コーティングされた物は使用されることが
可能である。例えば、自動車の窓、自動車の後部窓、自動車の側窓、建築物のガ
ラス、ＩＧガラスユニット、住居、又は商業用の窓といった状況で使用される。
【００７３】 前記実施例のいずれかにおいて、小穴の無い、タングステン二硫化物（ＷＳ2 ）１２は、ＤＬＣが空気に曝されて焼き切れるのを防ぐために、層７の最上面に
備えられてもよい。層１２（例えば、図８参照）は、約３００〜１０，０００Å
の厚さにプラズマを吹き付けることにより適用されてもよい。ＷＳ2 層１２は、
ある実施例では、取り除くことが出来ない。その他の適当な材料は、層１２の代
わりに使用されてもよい。
【００７４】 ひとたびこれまで述べてきたことが開示されるならば、多くの他の特徴、修正
、及び改良点が、当業者によって明らかにされるであろう。そのような他の特徴
、修正、及び改良点は、それゆえ、本発明の一部分を担うと考えられ、本発明の
範囲は次の請求項で決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 少なくとも２つの層を含むＤＬＣコーティングが提供された、基板の側断面図
である。
【図２】 高四面体非晶質炭素ＤＬＣコーティングが提供され接触している、基板の側断
面図である。
【図３】 ロウ−イー、又は他のコーティングが提供されている、基板の側断面図である
。ここで、上記図１、又は図２のＤＬＣコーティングも基板の上へのコーティン
グであるが、中間のロウ−イー、あるいは他のコーティング層の上に存在する。
【図４】 ｓｐ3 炭素原子の混成結合の典型例を示した図である。
【図５】 ｓｐ2 炭素原子の混成結合の典型例を示した図である。
【図６】 炭素原子のｓｐ混成化の典型例を示した図である。
【図７】 基板、又は強く結合されているＤＬＣ表面を貫通する炭素イオンの側断面図で
ある。
【図８】 ガラス基板の表面における割れ目を貫通するＤＬＣ結合を示した、コーティン
グされたガラス基板の側断面図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年５月２２日（２００１．５．２２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4G059 AA01 AB11 AC16 AC21 AC22 AC30 EA11 EB03 GA01 GA04 GA12 4G062 AA01 BB03 DA06 DA07 DB01 DB02 DB03 DC01 DD01 DE01 DF01 EA01 EB04 EC01 EC02 EC03 ED01 ED02 ED03 EE01 EE02 EE03 EE04 EF01 EG01 FA01 FA10 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM01 NN40

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量ベースで、約６０〜８０％のＳｉＯ2 と、約１０〜２０％のＮａ2 Ｏと、
    約０〜１６％のＣａＯと、約０〜１０％のＫ2 Ｏと、約０〜１０％のＭｇＯと、
    約０〜５％のＡｌ2 Ｏ 3と、非結晶ダイヤモンドの特徴を有する炭素（ＤＬＣ）
    コーティングとを含むソーダ含有性のガラス基板を備え、 前記ＤＬＣコーティングは、前記ガラス基板に提供されるとともに、少なくと
    も約３５％のｓｐ3 炭素−炭素結合であって、なおかつ少なくとも約２．４ｇ／
    ｃｍ3 の平均密度である、第１の高四面体非晶質炭素層を少なくとも備えている
    ことを特徴とするコーティングされたガラス。
  2. 【請求項２】 前記ＤＬＣコーティングは、前記基板に直接接触している非晶質炭素の第２の
    層を更に備え、 該第２の層は、前記基板と前記第１の高四面体非晶質炭素層との間に蒸着され
    た層であるとともに、 前記第１の高四面体非晶質炭素層は、前記非晶質炭素の第２の層よりも密度が
    高く、ｓｐ3 炭素−炭素結合の割合が高いことを特徴とする請求項１記載のコー
    ティングされたガラス。
  3. 【請求項３】 前記第１の高四面体非晶質炭素層は、少なくとも約７０％のｓｐ3 炭素−炭素
    結合を有しているとともに、 前記ガラス基板は、約６６〜７５％のＳｉＯ2 と、約１０〜２０％のＮａ2 Ｏ
    と、約５〜１５％のＣａＯと、約０〜５％のＭｇＯと、約０〜５％のＡｌ2 Ｏ 3 と、約０〜５％のＫ2 Ｏとを備えているソーダ石灰石英ガラス基板であることを
    特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
  4. 【請求項４】 前記高四面体非晶質炭素層は、少なくとも約８０％のｓｐ3 炭素−炭素結合を
    有していることを特徴とする請求項３記載のコーティングされたガラス。
  5. 【請求項５】 前記ＤＬＣコーティングは、少なくとも約４０ＧＰａの平均強度、及び、少な
    くとも約２．４ｇ／ｃｍ3 の平均密度を有していることを特徴とする請求項３記
    載のコーティングされたガラス。
  6. 【請求項６】 前記ＤＬＣコーティングは、約３０〜３，０００Åの厚さを有していることを
    特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
  7. 【請求項７】 前記ＤＬＣコーティングは、約５０〜３００Åの厚さを有していることを特徴
    とする請求項６記載のコーティングされたガラス。
  8. 【請求項８】 前記ＤＬＣコーティングは、約１．８〜２．２ｅＶのバンドギャップを有して
    いることを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
  9. 【請求項９】 可視光線の透過率（Ｉ１１．Ａ）が６０％よりも大きく、 紫外線の透過率が３８％未満である一方、 赤外線の透過率が３５％未満であることを特徴とする請求項１記載のコーティ
    ングされたガラス。
  10. 【請求項１０】 前記ＤＬＣコーティングは、少なくとも約７０％のｓｐ3 炭素−炭素結合を含
    むことを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
  11. 【請求項１１】 前記ＤＬＣコーティングは、少なくとも約８０％のｓｐ3 炭素−炭素結合を含
    むことを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
  12. 【請求項１２】 前記ＤＬＣコーティングは、約３０〜３，０００Åの厚さを有している一方、 該ＤＬＣコーティングの第１の高四面体非晶質炭素層は、約３０〜２，９００
    Åの厚さを有していることを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラ
    ス。
  13. 【請求項１３】 前記ＤＬＣコーティングは、該ＤＬＣコーティングが前記ガラス基板に強く結
    合されるように、該ガラス基板の表面においてサブインプラントされたｓｐ3 炭
    素−炭素結合を含むことを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス
    。
  14. 【請求項１４】 前記ガラス基板と前記ＤＬＣ層との間に備えられた、少なくとも一つの層を有
    している、ロウ−イーコーティングシステムを更に備えていることを特徴とする
    請求項１記載のコーティングガラス。
  15. 【請求項１５】 重量％で約５％のＮａ2 Ｏを含むガラス基板と、 基板の腐食を減少させるような、コーティングされたガラスの腐食や汚れを減
    少するために前記ガラス基板に提供され、少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ3 の密度
    を有している高四面体非晶質炭素層とを備え、 前記高四面体非晶質炭素層は、ｓｐ2 とｓｐ3 との炭素−炭素結合を含むとと
    もに、ｓｐ2 炭素−炭素結合よりも多くのｓｐ3 炭素−炭素結合を有しているこ
    とを特徴とするコーティングされたガラス。
  16. 【請求項１６】 前記基板と前記高四面体非晶質炭素層との間に位置する他の非晶質炭素層を更
    に備え、 前記他の非晶質炭素層は前記高四面体非晶質炭素層よりも密度が小さく、なお
    かつ前記高四面体非晶質炭素層よりもｓｐ3 炭素−炭素結合の割合が低いことを
    特徴とする請求項１５記載のコーティングされたガラス。
  17. 【請求項１７】 前記高四面体非晶質炭素層は、少なくとも約７０％のｓｐ3 炭素−炭素結合を
    有しているとともに、約３０〜３００Åの厚さを有していることを特徴とする請
    求項１５記載のコーティングされたガラス。
  18. 【請求項１８】 前記高四面体非晶質炭素層は、前記ガラス基板に直接的に接触することを特徴
    とする請求項１７記載のコーティングされたガラス。
  19. 【請求項１９】 重量ベースで、約６０〜８０％のＳｉＯ2 と、約１０〜２０％のＮａ2 Ｏと、
    約０〜１６％のＣａＯと、約０〜１０％のＫ2 Ｏと、約０〜１０％のＭｇＯと、
    約０〜５％のＡｌ2 Ｏ 3と、非結晶ダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬ
    Ｃ）コーティングとを含むソーダ含有性のガラス基板を備え、 前記ＤＬＣコーティングは、前記ガラス基板上に備えられることにより視認さ
    れる腐食を減少させるとともに、少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ3 の平均密度であ
    る一方、約５０〜３００Åの厚さであるとともに、 可視光線の透過率が６０％よりも大きく、紫外線の透過率が３８％未満であっ
    て、赤外線の透過率が３５％未満であることを特徴とするコーティングされたガ
    ラス。
  20. 【請求項２０】 重量ベースで、６０〜８０％のＳｉＯ2 と、１０〜２０％のＮａ2 Ｏと、０〜
    １６％のＣａＯと、０〜１０％のＫ2 Ｏと、０〜１０％のＭｇＯと、０〜５％の
    Ａｌ2 Ｏ 3とを含むガラス基板を提供するステップと、 腐食する可能性を低減するために、ガラス基板のｓｐ2 炭素−炭素結合よりも
    多くのｓｐ3 炭素−炭素結合を有している、少なくとも一つの高四面体非晶質炭
    素層を形成するステップとを備えていることを特徴とするコーティングされたガ
    ラスを製造する方法。
  21. 【請求項２１】 前記の形成ステップは、プラズマイオンビームとアセチレンガスとを用いて、
    ガラス基板の上に少なくとも一つの炭素層を形成するステップを含むことを特徴
    とする請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記の形成ステップは、高四面体非晶質炭素層を形成するためにプラズマイオ
    ンビームを使用するステップと、 前記基板に隣接して蒸着される非晶質炭素層の境界部分を蒸着する期間におけ
    る約２００〜８００ｅＶから、境界部分を覆うように蒸着される炭素層の、高密
    度の部分を蒸着する期間における約１００〜１５０ｅＶの低いレベルに、直ちに
    変化させるステップとを備えていることを特徴とする請求項２０記載の方法。
  23. 【請求項２３】 少なくとも可視光線の約７０％の透過率である基板と、 前記基板に提供される高四面体非晶質炭素を含むコーティングとを備え、 前記コーティングは、約５０〜３００Åの厚さを有するとともに、実質的な数
    のｓｐ3 炭素−炭素結合を備えており、 以下の光学的特徴、すなわち、可視光線の透過率が７０％よりも大きく、紫外
    線の透過率が３８％未満である一方、赤外線の透過率が３５％未満であることを
    特徴とする自動車の窓。
  24. 【請求項２４】 前記基板は、ソーダ石灰石英ガラスと、ホウケイ酸塩ガラスと、実質上光を透
    過するプラスチックとを備え、 上記コーティングは、少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ3 の平均密度を有すること
    を特徴とする請求項２３記載の自動車の窓。
  25. 【請求項２５】 自動車のフロントガラスであることを特徴とする請求項２３記載の自動車の窓
    。
  26. 【請求項２６】 先端を有しているように画定された、少なくとも１つの割れ目を有しているガ
    ラス基板を提供するステップと、 炭素原子が前記割れ目の先端の最も近い位置の割れ目に入っていく経路をつく
    るようなエネルギーレベルで、ダイヤモンドの特徴を有している炭素の層を直接
    ガラス基板に蒸着するステップとを備えている、長期間に渡るガラス基板の強度
    を改善するためのガラス基板へのコーティング方法であって、 前記割れ目における炭素原子は、幾つかの水分子が、割れ目の先端のケイ酸結
    合に到達することを防ぎ、それにより、長期間に渡るガラス基板の強度を改善す
    るガラス基板へのコーティング方法。
  27. 【請求項２７】 前記エネルギーレベルは、約２００〜１，０００ｅＶのイオンイネルギーレベ
    ルであることを特徴とする請求項２６記載の方法。
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