JP2009534563A - 同等の単独の表面反射率を有する対向機能コーティング - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】一表面上に低保守コーティングを、その反対側の表面上に低放射率コーティングを担持するシート状窓板であって、前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方が、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有する。
【選択図】なし
【解決手段】一表面上に低保守コーティングを、その反対側の表面上に低放射率コーティングを担持するシート状窓板であって、前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方が、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有する。
【選択図】なし
Description
本発明は、基材用の薄膜コーティングを提供するものである。より詳細には、本発明は、ガラス及びその他のシート状基材用の薄膜コーティングを提供するものである。本発明はまた、ガラス及びその他のシート状基材上に薄膜コーティングを堆積させる方法も提供する。更に、本発明は、そのようなコーティングを担持する基材、並びに、そのようなコーティングされた基材を含む窓及びその他のグレージングを提供する。
低保守コーティング、例えば、光触媒コーティング及び親水性コーティングは、当該技術分野において公知である。光触媒コーティング、例えば、二酸化チタンコーティングは、コーティングの表面上に堆積された有機物が、そのコーティングにより化学的に分解されるといった自浄特性を有する。一般に、より厚い二酸化チタンコーティングの方が、有機物を分解する点ではより効果的であるが、多くの場合非常に反射性が高い。より薄い二酸化チタンコーティングは、それほど反射性は高くないが、有機物を分解することにおいてはそれほど効果的でない場合もある。反射性の高いコーティングは、幾分鏡様であり、コーティングを透明基材、例えば、窓板上に設ける場合、望ましくない外観を呈するため望ましくない。
低放射率コーティングも、当該技術分野において公知である。典型的には、それらは、２枚以上の透明誘電体膜の間にそれぞれ配置された一枚以上の赤外反射膜を含む。一般に、銀、金、又は銅などの導電性金属である赤外反射膜は、（例えば、赤外線の反射により）コーティングを介し放射熱の伝達を低減させる。透明誘電体膜は、主として、可視反射率を低下させるため、及び、色など、他のコーティング特性をコントロールするために使用される。一般に使用される透明誘電体は、亜鉛、スズ、及びチタンの酸化物、並びに、窒化ケイ素などの窒化物を含む。低放射率コーティングは、多くの場合、特定用途の要件を満たすように調整された複数の特性の組み合わせが得られるようにデザインされる。誘電体膜の厚さは、例えば、特定の透過、反射及び色特性を得るために変更することができる。
低保守コーティング及び低放射率コーティングをいずれも同一の窓板上に設けることが望ましいであろう。低保守特性、断熱特性、中間色、高い可視透過率、及び低い可視反射率のバランスのうまくとれた、そのような窓板を提供することが特に望ましいであろう。
幾つかの実施形態において、概ね対向した第１及び第２の主表面を有し、前記第１の主表面が低保守コーティングを担持し、前記第２の主表面が低放射率コーティングを担持する、シート状窓板が提供され、前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方が、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有する。幾つかの場合において、前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方は、他方のコーティングの約２．５倍未満且つ約０．４倍を超える単独の表面反射率を有する。特定の場合において、前記低保守コーティングは、前記低放射率コーティングの約２〜約２．５倍の単独の表面反射率を有する。前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングのいずれも、スパッタコーティングであってもよい。幾つかの場合において、前記基材は、前記低保守コーティングが屋外環境に曝されるように窓枠に取り付けられた窓板である。前記窓板はまた、窓板間空間に界接している２枚の間隔を置いて設けられた窓板を含む断熱ガラスユニットの一部であってもよい。
幾つかの場合において、前記低保守コーティングは、チタン含有フィルムを含む。前記チタン含有フィルムは、二酸化チタン又は準化学量論的二酸化チタンを含んでいてもよい。前記チタン含有フィルムはまた、チタニア及びシリカを含む混合フィルムとして設けられていてもよい。前記チタン含有フィルムはまた、１００オングストローム未満、約７５オングストローム未満、約７０オングストローム未満、約６０オングストローム未満、約５０オングストローム未満、又は５オングストローム〜４５オングストローム、例えば、約４０オングストローム又は約２５オングストロームの厚さを有していてもよい。幾つかの実施形態において、前記低保守コーティングは、少なくとも２枚のフィルムを含み、全厚が３５０Å未満又は１７５Å未満である。例えば、前記低保守コーティングは、ベースフィルム及びチタン含有フィルムを含んでいてもよい。特定の場合において、前記ベースフィルムは前記基材上に直接堆積され、前記チタン含有フィルムは前記ベースフィルム上に堆積される。前記ベースフィルムはケイ素含有フィルムであってもよく、幾つかの場合においては、シリカ及びアルミナを含む。
幾つかの場合において、前記低放射率コーティングは、前記第２の主表面から外側に向かって、約８０オングストローム〜約１００オングストロームの厚さを有する内側透明誘電体膜領域と、約６０オングストローム〜約８０オングストロームの厚さを有する赤外反射膜と、約１０オングストローム〜約２０オングストロームの厚さを有する金属含有遮蔽膜と、約４５０オングストローム〜約５７０オングストロームの厚さを有する中間透明誘電体膜領域と、約１１５オングストローム〜約１４５オングストロームの厚さを有する赤外反射膜と、約１０オングストローム〜約２０オングストロームの厚さを有する金属含有遮蔽膜と、約２７５オングストローム〜約３４５オングストロームの厚さを有する外側透明誘電体膜領域とを含む。
幾つかの実施形態において、第１の主表面上に低保守コーティングを、第２の主表面上に低放射率コーティングを担持するシート状窓板が提供される。前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方は、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有し、前記低保守コーティングは、約３５０オングストローム未満の厚さを有し、前記第１の主表面上に直接配置されたケイ素含有ベースフィルムと、前記ベースフィルム上に直接配置されたチタン含有フィルムとを含み、前記ケイ素含有ベースフィルムは、約１００オングストローム未満の厚さを有し、前記チタン含有フィルムは、約５０オングストローム未満の厚さを有する。
他の実施形態において、第１の主表面上に低保守コーティングを、第２の主表面上に低放射率コーティングを担持するシート状窓板が提供される。前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方は、他方のコーティングの約２〜約２．５倍の単独の表面反射率を有し、前記低保守コーティングは、約２００オングストローム未満の厚さを有し、前記第１の主表面上に直接配置されたベースフィルムと前記ベースフィルム上に直接配置されたチタン含有フィルムとを含み、前記ベースフィルムは、シリカを含み、約１００オングストローム未満の厚さを有し、前記チタン含有フィルムは、約５０オングストローム未満の厚さを有する。
他の実施形態において、シート状窓板の前記第１の主表面上に低放射率コーティングを堆積させ、前記窓板の前記第２の主表面に低保守コーティングを堆積させる方法が提供される。この方法は、第１の主表面上に低保守コーティングを堆積させる工程と、第２の主表面上に低放射率コーティングを堆積させる工程とを含み、前記低放射率コーティング及び前記低保守コーティングの一方は、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有する。前記低保守コーティングは、シリカを含むフィルムとして又は本質的にシリカから成るフィルムとして堆積させたベースフィルムを含んでいてもよい。前記低保守コーティングはまた、二酸化チタン又は準化学量論的酸化チタンを含むフィルムとして堆積させたチタン含有フィルムを含んでいてもよい。幾つかの場合において、前記チタン含有フィルムは、約５０オングストローム未満の厚さで堆積させる。同様に、幾つかの場合において、前記ベースフィルムは、約１００オングストローム未満の厚さで堆積させる。前記チタン含有フィルムもまた、チタニア及びシリカを含む混合フィルムとして堆積させてもよい。そのような場合、前記混合フィルムを、チタニアが約３０重量パーセント未満の量で存在し、その残りがシリカであるように堆積させてもよい。特定の場合において、前記方法は更に、前記第１の主表面が屋外環境に曝されるように窓枠に前記基材を取り付ける工程を含む。幾つかの実施形態においては、前記低保守コーティング及び低放射率コーティングをいずれも、スパッタリングにより堆積させる。前記スパッタリングは、摂氏約２５０度未満の温度に前記窓板を維持しながら行ってもよい。
以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきであり、異なる図面において同様の要素には同様の参照番号が付されている。図面は、必ずしも共通の縮尺とは限らず、選択された実施形態を示し、本発明の範囲を限定するものではない。当業者は、示された実施例に、本発明の範囲に属する多くの代替案があることを認識するであろう。
本発明の多くの実施形態は、コーティングされた基材を含む。多種多様な基材の種類が、本発明における使用に好適である。幾つかの実施形態において、基材１０は、概ね対向する第１の主表面１２と第２の主表面１４とを有するシート状の基材である。例えば、基材は、透明材料のシート（すなわち、透明シート）であり得る。しかし、基材は、シートである必要はなく、透明である必要もない。
基材は、任意に、種々の建築材料の何れかの部品であり得る。予想される用途例には、基材がサッシ（例えば、窓サッシ又はドアサッシ）、羽目板（例えば、アルミニウム羽目板）、テントパネル、防水シート（例えば、フルオロカーボンポリマー防水シート）、プラスチックフィルム（例えば、フルオロカーボンプラスチックフィルム）、屋根板、窓用ブラインド（金属、プラスチック、又は紙製の窓用ブラインド等）、紙製スクリーン（例えば、障子）、欄干、バラスター、又はエスカチオンである実施形態が含まれる。ある実施形態において、基材は、壁、天井、又は床タイル等のセラミックタイルである。別の実施形態において、基材は、ガラスブロックである。種々の好適なガラスブロックが、サン−ゴバン・オーバーランド（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｏｂｅｒｌａｎｄ）（ドイツ国、コブレンツ）から一般市場にて入手可能である。更にその他の実施形態において、基材は、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、テレフタル酸エステルフィルム等である。この種の好適なフィルムは、日本曹達株式会社（日本国、東京）から一般市場にて入手可能である。更なる実施形態において、基材は、防音フェンス又は防音壁等の柵又は壁である。
その他予想される用途としては、基材１０が、流し、トイレ、便器カバー、照明器具、照明器具用カバー（例えば、ランプカバー）、或いは、別の浴室部品又は器具の一部である実施形態が挙げられる。さらにまた、一実施形態において、前記基材は、コンピューター又は別の機械用の鍵、ボタン、あるいは、キーパッドである。さらに別の実施形態において、前記基材は、紙製衣料品（例えば、医療専門家用の紙をベースとしたシャツ、衣服、又はパンツ）、布製衣料品、又は別の織物の衣料品である。
多くの用途について、基材は、ガラス又はクリアプラスチック等の透明（又は少なくとも半透明）材料を含むであろう。例えば、基材は、特定の実施形態において、ガラス板（例えば、窓板）である。種々の公知のガラスの種類を用いることができ、一般的に、ソーダ石灰ガラスが好ましいであろう。特定の好適な実施形態において、基材は、窓、天窓、ドア、又はその他のグレージングの一部である。幾つかの場合において、基材は、自動車のフロントガラス、自動車のサイドウインドー、車外若しくは車内バックミラー、バンパー、ホイールキャップ、フロントガラスワイパー、又は自動車のフードパネル、サイドパネル、トランクパネル、又はルーフパネルの一部である。その他の実施形態において、基材は、水槽ガラス、プラスチック水槽窓、又は一枚の温室ガラスの一部である。更なる実施形態において、基材は、冷蔵庫ドア又は窓の一部等の冷蔵庫パネルである。
本発明において、様々なサイズの基材を用いることができる。一般的に、大面積の基材が用いられる。特定の実施形態は、少なくとも約０．５メートル、好ましくは、少なくとも約１メートル、あるいはより好ましくは、少なくとも約１．５メートル（例えば、約２メートル〜約４メートル）、幾つかの場合においては、少なくとも約３メートルの主要寸法（例えば、長さ又は幅）を有する基材１０を含む。幾つかの実施形態において、基材は、約３メートル〜約１０メートルの長さ及び／又は幅を有する巨大ガラス板、例えば、幅約３．５メートル、長さ約６．５メートルのガラス板である。約１０メートルを超える長さ及び／又は幅を有する基材も予想される。
幾つかの実施形態において、基材１０は、概ね四角形又は長方形のガラス板である。これらの実施形態における基材は、先行する段落及び／又は後続の段落に述べられた寸法の何れかを有し得る。ある特別な実施形態において、基材は、約３メートル〜約５メートル、例えば、約３．５メートルの幅と、約６メートル〜約１０メートル、例えば、約６．５メートルの長さを有する、概ね長方形のガラス板である。
本発明において、様々な厚さの基材を用いることができる。幾つかの実施形態において、（任意に、ガラス板であり得る）基材１０は約１〜５ｍｍの厚さを有する。特定の実施形態は、約２．３ｍｍ〜約４．８ｍｍ、あるいはより好ましくは、約２．５ｍｍ〜約４．８ｍｍの厚さを有する基材１０を含む。ある特別な一実施形態においては、約３ｍｍの厚さを有する一枚のガラス（例えば、ソーダ石灰ガラス）が用いられる。ある実施形態群において、（ガラス、プラスチック、又は別の材料であり得る）基材の厚さは約４ｍｍ〜約２０ｍｍである。この範囲の厚さは、例えば、水槽タンクに有用である場合もある（この場合、基材は、任意に、ガラス又はアクリル樹脂であり得る）。基材がフロートガラスである場合、それは、一般的に、約４ｍｍ〜約１９ｍｍの厚さを有するであろう。別の実施形態群において、基材は、約０．３５ｍｍ〜約１．９ｍｍの厚さを有する（例えば、ガラスの）薄板である。この種の実施形態は、任意に、一枚のディスプレイガラス等である基材１０を含むことができる。
特定の実施形態において、二つの対向した主表面を有する基材が提供される。低保守コーティングが、一表面上に設けられ、低放射率コーティングが反対側の表面上に設けられる。好ましくは、それらコーティングの一方が、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有する。好適な実施形態において、一方のコーティングが、他方のコーティングの約２〜３倍の単独の表面反射率を有する。特に好適な実施形態において、前記コーティングの一方が、他方のコーティングの約２〜約２．５倍の単独の表面反射率を有する。
図１を参照すると、第１の表面１２及び第２の表面１４を有する基材１０が提供されている。前記第１の表面１２は低保守コーティング４０を担持し、前記第２の表面１４は低放射率コーティング８０を担持している。幾つかの場合において、低放射率コーティング８０又は低保守コーティング４０のいずれかが、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える、より好ましくは、約２〜３倍、あるいは最適には約２〜約２．５倍の単独の表面反射率を有する。特定の場合において、前記コーティングの一方が、他方のコーティングの約２．１倍の単独の表面反射率を有する。
各コーティングの単独の表面反射率は、そのコーティングを担持する基材表面の反射率を、反対側の表面による反射を除外して測定することにより求められる。例えば、基材の表面１２上の低保守コーティング４０の反射率を測定する場合、表面１４での反射は除外する。同様に、表面１４での低放射率コーティング８０の反射率を測定する場合、表面１２での反射は除外する。これらの測定をする際、除外する表面上にコーティングは存在しない。また、除外する表面は、反射に寄与する物質を実質的に全て除去するよう処理する。具体的には、除外する表面をエッチングする。除外する表面にエッチングクリームを塗布し、ガラスをエッチングする。一つの好適なガラスエッチングクリームは、「アーマーエッチ（Ａｒｍｏｕｒ Ｅｔｃｈ）」という名で市販されており、ニュージャージー州ホーソーン（Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ、Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）にある会社アーマー・プロダクツ（Ａｒｍｏｕｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）から販売されている。次に、ＮＦＲＣ３００、窓ガラス材料の太陽及び赤外線光学特性及びシステムの耐光性を測定するための標準試験方法（Standard Test Method for Determining the Solar and Infrared Optical Properties of Glazing Materials and Fading Resistance of Systems) (国家窓製品評価委員会（National Fenestration Rating Council Incorporated）、２００１年１２月採択、２００２年１月公示)に従って、可視反射率を測定することができる。これら及びその他の報告されている光学特性を算出する際、周知のＷＩＮＤＯＷ５．２ａコンピュータープログラムを使用することができる。
低保守４０コーティングは、好ましくは、光触媒コーティングなどの自浄コーティング、又は親水性コーティングである。低保守コーティングの好適な例は、「低保守コーティング（Ｌｏｗ−Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｃｏａｔｉｎｇｓ）」という名称の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２４９０１号及びＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２４７３９号明細書に記載されており、その全教示はここに参照することにより組み込まれている。図２を参照すると、特定の実施形態において、低保守コーティング４０は、少なくとも２枚のフィルム：（１）基材１０の主表面１２上に堆積されたベースフィルム３０；及び（２）ベースフィルム３０上に堆積されたチタニア含有フィルム５０を含む。「チタニア含有」という用語は、本明細書においては、少なくともいくらかのチタニアを含む材料のことを指す。同様に、「チタン含有」という用語は、本明細書においては、少なくともいくらかのチタンを含む材料のことを指す。他の物質に関しても同様である（ケイ素、シリカなど）。
本発明の幾つかの実施形態において、ベースフィルム３０は、基材１０上に直接（例えば、基材の主表面１２上に直接）堆積させる。一般に、ベースフィルム３０は、任意の誘電体膜、好ましくは、非晶質又は実質的に非晶質の膜を含み得る。好適な実施形態において、このフィルム３０はシリカ（例えば、二酸化ケイ素）を含む。幾つかの場合において、ベースフィルム３０の主となる重量パーセント（すなわち、５０％以上）は、シリカである。ベースフィルム３０が、シリカフィルムである場合、フィルム３０内で酸化される場合もある、アルミニウムなどの導電性物質を少量含み得る。例えば、このフィルム３０は、ターゲットの導電性を向上させるアルミニウム又は別の金属を少量含むケイ素含有ターゲットをスパッタリングすることにより堆積させることができる。
ベースフィルム３０（その全厚は、シリカを含有していてもよい）は、好ましくは、約３００オングストローム未満、あるいはより好ましくは、１００オングストローム未満の物理的厚さを有する（例えば、１００オングストローム未満の物理的厚さで堆積させる）。 特定の実施形態において、フィルム３０の厚さは、９５オングストローム未満である。
チタニア含有フィルム５０は、幾つかの実施形態において、ベースフィルム３０上に直接堆積させる。幾つかの場合において、チタニア含有フィルム５０は、完全に又は実質的に非晶質ベースフィルム上に直接堆積させる。例えば、前記基材は、任意に、コーティング・堆積後ガラス風冷強化処理を施したガラス板であってもよく、なおかつ、ベースフィルム３０は、チタニア含有フィルム５０が完全に又は実質的に非晶質ベースフィルム上に直接あるように、完全に又は実質的に非晶質であってもよい。チタニア含有フィルム５０は、鉄、銀、銅、タングステン、アルミニウム、亜鉛、ストロンチウム、パラジウム、金、白金、ニッケル、コバルトの酸化物又はその組み合わせなどの、一以上の他の物質を含んでいてもよい。好ましくは、フィルム５０の主となるパーセンテージ（例えば、重量）がチタニアである。好適な実施形態において、このフィルム５０は、本質的に二酸化チタンから成るか、又は、二酸化チタンから成る。しかしながら、幾つかの実施形態において、フィルム５０は、本質的に準化学量論的酸化チタン（ＴｉＯx、但し、ｘは２未満）から成るか、又は準化学量論的酸化チタン（ＴｉＯx、但し、ｘは２未満）から成る。
フィルム５０（その全厚は、本質的にチタニアから成る場合もある）は、望ましくは、１００オングストローム未満の物理的厚さを有する（例えば、１００オングストローム未満の物理的厚さで堆積させる）。幾つかの実施形態において、フィルム５０の厚さは、約７５オングストローム未満、約７０オングストローム未満、約６０オングストローム未満、約５０オングストローム未満、例えば、約４５オングストローム未満である。特別な一実施形態において、フィルム５０の厚さは、約５オングストローム〜約４５オングストローム、例えば、約４０オングストローム又は約２５オングストロームである。さらに、幾つかの実施形態において、ベースフィルム３０及びフィルム５０のいずれも、スパッタフィルム（任意に、本質的にチタンからなる一以上の金属ターゲットを用いて反応的にスパッタした）であり、低温で堆積（例えば、摂氏約２５０度未満に基材を維持しながらスパッタ堆積）させたものであってもよい。
特定の実施形態において、チタニア含有フィルム５０は、チタニア及びシリカを含む混合物として設けられる。この種の幾つかの実施形態において、前記混合物は、フィルム５０の総重量に対して、約３０重量％未満の量でチタニアを含む。この種の実施形態において、混合フィルムが、例えば、約３０％のチタニアと約７０％のシリカである場合、その混合フィルムの屈折率は約１．７であろう。混合フィルムが約２０％のチタニアと約８０％のシリカである場合、その混合フィルムの屈折率は約１．６６であろう。混合フィルムが約１０％のチタニアと約９０％のシリカである場合、その混合フィルムの屈折率は約１．５７であろう。幾つかの好適な実施形態において、前記混合フィルムは、本質的にチタニアとシリカの混合物から成り、約１０〜約３０重量パーセントのチタニアを含み、その残りがシリカである。また、混合フィルム中のチタニアのパーセンテージがより高いものを用いることもできる。
混合フィルム中の異なる物質の相対量は、様々な方法でコントロールできる。例えば、チタニアとシリカの混合物を含むフィルムが、各チタン及びケイ素ターゲットを用いて共スパッタされる場合、各ケイ素ターゲットからの放出率は、各ケイ素ターゲットへのパワーを選択することによりコントロール可能であり、各チタンターゲットからのスパッタ速度（the rate of emission）は、各チタンターゲットへのパワーを選択することによりコントロール可能である。ターゲットを、同じパワーで同じ酸化雰囲気においてスパッタする場合であっても、チタン及びケイ素ターゲットに関して、スパッタリングは、異なる速度で進行する傾向にある。これらの異なる速度を考慮し、各ターゲットへのパワーレベルを、チタニア及びシリカの所望の相対量（例えば、重量パーセント）並びに／又はチタン原子及びケイ素原子の所望の相対量（例えば、原子パーセント）を有する混合シリカ−チタニアフィルムを得られるように選択する。
また、本質的にチタニア及びシリカの混合物から成るフィルムは、本質的にケイ素、チタン及び酸素から成るスパッタ可能なターゲット材を、任意に、いくらかのアルミニウムと共に有する、一つ以上のターゲットをスパッタリングすることにより堆積させることができる。ここで、得られたフィルム中のチタン及びケイ素の相対量は、ターゲット中のチタン及びケイ素に関して、所望の相対的割合を選択することによりコントロール可能である。更にまた、本質的に所望の相対量のシリカ及びチタニアから成る混合フィルムは、所望の相対量のチタニア及びシリカ前駆体物質を使用する熱分解法を用いて堆積させることができる。ソルゲル法や、前駆体及び／又は他の出発物質を使用する他の堆積法についても同様である。また、これら及びその他の方法は、本質的にシリカ及びチタニアから成るもの以外の、多くの組成物を含む混合フィルムを堆積するために使用できる。
特定の実施形態では、基材１０（例えば、ガラス板）の第１の主表面１２上に直接、シリカ（例えば、ＳｉＯ2）を含むベースフィルム３０を、１００オングストローム未満の厚さで堆積させた基材１０が提供され、本質的にチタニア（例えば、ＴｉＯ2）から成るチタニア含有フィルム５０を、５０オングストローム未満の厚さでベースフィルム３０上に直接堆積させている。この種の幾つかの好適な実施形態において、ベースフィルム３０の厚さは、約７５〜９０オングストロームであり、チタニア含有フィルム５０の厚さは、約２５〜４５オングストローム、例えば、約４０オングストローム又は約２５オングストロームである。幾つかの場合において、ベースフィルムはシリカと少量のアルミナの双方を含む。表１は、この種の例示的な実施例を示す。
図１を参照すると、図示した基材１０はまた、その基材の第２の表面１４上に低放射率コーティング８０も備えている。低放射率コーティングは、単一コーティング、二重コーティング、三重コーティングなどであってもよい。単一コーティングは単一赤外線反射層、二重コーティングは二重の赤外線反射層、そして、三重コーティングは三重の赤外線反射層（任意に、それぞれ、銀を含む）を有する。図３は、外側に向かって順に、内側透明誘電体膜領域８２、赤外反射膜８４、遮蔽膜８６、中間透明誘電体膜領域８８、赤外反射膜１８４、遮蔽膜１８６、及び外側透明誘電体膜領域９０を含む二重の低放射率コーティング８０を示している。
低放射率コーティングは、第１の表面上に低保守コーティングを担持する窓板の第２の表面に適用される場合、上述のものと同等の単独の表面反射率を得ることを容易にする。特別な一実施形態において、前記コーティングは、外側に向かって順に、厚さ約９０Åの内側透明誘電体膜領域、厚さ約７０Åの銀膜、厚さ約１５Åのチタン遮蔽膜、厚さ約５１０Åの中間透明誘電体膜領域、厚さ約１３０Åの銀膜、厚さ約１５Åのチタン遮蔽膜、及び厚さ約３１０Åの外側透明誘電体膜領域（任意に、コーティングの最外膜として）を含む（また、本質的にそれらから成っていてもよい）。また、シリカを含む任意の透明ベース層を、基材と内側透明誘電体膜領域との間に設けることも可能である。
幾つかの場合において、内側透明誘電体膜領域は、厚さ約９０オングストロームの酸化亜鉛を含む（また、本質的にそれから成っていてもよい）。同様に、幾つかの場合において、中間透明誘電体膜領域は、外側に向かって順に、厚さ約２０５Åの透明誘電体酸化亜鉛膜、厚さ約２０Åの透明誘電体酸化スズ膜、及び厚さ約２８５Åの透明誘電体酸化亜鉛膜を含む（また、本質的にそれらから成っていてもよい）。最後に、幾つかの場合において、外側透明誘電体膜領域は、外側に向かって順に、厚さ約９５Åの透明誘電体酸化亜鉛膜、厚さ約１０Åの透明誘電体窒化チタン膜、厚さ約１５５Åの透明誘電体酸化亜鉛膜、及び厚さ約５０Åの透明誘電体窒化ケイ素膜を含む（また、本質的にそれらから成っていてもよい）。下記は、この種の例示的な実施形態である。
図４に関し、基材１０は、断熱ガラスユニット１１０の一部であり得る。一般に、断熱ガラスユニット１１０は、窓板間空間８００によって隔てられた外側窓板１０と内側窓板１０’とを有する。一般に、窓板１０と１０’とを隔てるためにスペーサー９００（任意に、サッシ、枠などの一体部分であり得る）が設けられる。スペーサーは、接着剤７００を用いて、各窓板の内側表面に固定され得る。幾つかの場合において、端部シーラント６００も設けられる。
図示された実施形態において、外側窓板１０は、外側表面１２と内側表面１４とを有する。内側窓板１０’は、内側表面１６と外側表面１８とを有する。窓板１０は、外側表面１２が、屋外環境に曝されるように（例えば、低保守コーティング４０が、そのような環境に曝されるよう）枠（たとえば、窓枠）に取り付けることができる。内側表面１４と１６は共に、断熱ガラスユニットの窓板間空間８００内の雰囲気に曝される。低放射率コーティング８０は、内側表面１４上に配置される。
低保守コーティング４０は、好ましくは、窓の「第１の」表面上（例えば、外側窓板１０の外側表面１２上）にあり、低放射率コーティング８０は、好ましくは、前記窓の「第２の」表面上（例えば、内側窓板の室内側表面上）に設けられている。図５は、（ガラス窓板であってもよい）基材１０が、（例えば、建物９９の外壁９８における）窓枠９５に取り付けられる窓板である実施形態を例示している。特定の用途において、そのような窓のコーティングされた第１の表面（すなわち、表面１２）は、（例えば、コーティング４０が周期的に雨に接触するといった）屋外環境に曝されるであろう。
本発明は、コーティングされた基材の製造方法も提供する。これらの方法は、一方のコーティングが、他方のコーティングの約３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有するように、基材の一表面上に低保守コーティング４０を堆積すること、及び前記基材の反対側の表面上に低放射率コーティング８０を堆積することを含む。各コーティングは、様々な周知のコーティング技術によって堆積され得る。特定の実施形態において、コーティングは、任意に、低温で（例えば、摂氏約２５０度未満、あるいはより好ましくは、摂氏２００度未満に基材を維持しながら）、スパッタリングによって堆積される。また、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着、及び熱分解堆積を含む他のコーティング技術を使用することもできる。コーティング４０及び８０の様々な実施形態が説明されており、当該方法は、説明したコーティングの実施形態のいずれかを任意の薄膜堆積方法により堆積することを含む。
スパッタリングについては、本技術分野において周知である。図６は、例示的なマグネトロンスパッタリングチャンバー２００を示す。マグネトロンスパッタリングチャンバー及び関連機器は、様々な供給元（例えば、レイボルド（Ｌｅｙｂｏｌｄ））から市販されている。有用なマグネトロンスパッタリング技術と機器が、チャピン（Ｃｈａｐｉｎ）に発効された米国特許第４１６６０１８号明細書に記載されており、スパッタリング技術と機器に関するその全教示は、ここに参照することにより組み込まれている。
図示されているスパッタリングチャンバー２００は、基底部（又は「フロア」）２２０と、複数の側壁２２２と、天井部（又は「上蓋」又は「カバー」）２３０とを備え、これらは共にスパッタリングキャビティー２０２に界接している。図５において、２つの上部ターゲット２８０は、基材移動経路４５の上方に載置されている。また、コーティングは、上方向スパッタリング法により堆積することができる。いずれの場合も、基材１０は、フィルム堆積時、基材移動経路４５に沿って、任意に、間隔を置いて設けられた複数の移送ローラ２１０上を搬送される。図５において、２つの上部ターゲットが設けられているが、これは決して要件ではない。例えば、代わりに、各チャンバーにおいて単一の上部又は下部ターゲットを用いることができるであろう。更に、円筒状ターゲットが示されているが、チャンバーは、１つ以上の上部及び／又は下部平面ターゲットを含むことができる。
好ましくは、必要要件ではないが、両コーティング４０、８０のスパッタリングは、基材を、摂氏約２５０度未満、より好ましくは摂氏２００度未満の温度に維持しながら（例えば、基材の予備加熱なく）行われる。そのような場合、コーティングは、好ましくは、成長中のフィルムにエネルギーを供給する予備的手段を何ら用いることなく（例えば、通常のスパッタリングのプラズマ及びイオンボンバードから標準的に起こる加熱以上に基材を何ら加熱することなく）スパッタ堆積される。その他の場合において、フィルムは、予備加熱（又は、その他の予備的エネルギー供給）を含むスパッタ堆積技術により堆積される。
幾つかの実施形態において、両コーティング４０及び８０のスパッタリングは、少なくとも一つの双方向スパッタリングチャンバーを使用することを含む方法により行われる。図７は、例示的な双方向スパッタリングチャンバー３００を示す。双方向スパッタリングチャンバーについては、米国特許出願第０９／８６８５４２号、第１０／９１１１５５号、及び第１０／９２２７１９号明細書に記載されており、スパッタリング機器と技術に関するそれらそれぞれの全教示は、ここに参照することにより組み込まれている。
図７において、図示されているチャンバー３００は、基底部（又は「フロア」）３２０と、複数の側壁３２２と、天井部（又は「上蓋」又は「カバー」）３３０とを備え、これらは共にスパッタリングキャビティー３０２に界接している。２つの上部ターゲット３８０ａは、基材移動経路４５の上方に載置されており、２つの下部ターゲット３８０ｂは、基材移動経路の下方に載置されている。基材１０は、フィルム堆積時、基材移動経路４５に沿って、任意に、間隔を置いて設けられた複数の移送ローラ３１０上を搬送される。上部ターゲット３８０ａ及び下部ターゲット３８０ｂ双方は、同時にスパッタされ、基材の一表面上にコーティング４０を、反対側の表面上にコーティング８０を堆積させる。特定の実施形態において、上部ターゲット３８０ａは、基材の表面１２上に低放射率コーティング４０を下向きに堆積するようスパッタされる。下部ターゲット３８０ｂも、基材の表面１４上に低保守コーティング８０を上向きに堆積するようスパッタされる。
特定の例示的な低反射率及び低保守コーティングに関し、反射率測定結果を得た。それぞれ一主表面はコーティングがなく、反対側の主表面には低保守コーティングを有する４つのガラス基材を得た。各基材上の低保守コーティングは、上記表１に示したようなコーティングであった。それぞれ一主表面はコーティングがなく、反対側の主表面には低放射率コーティングを有する、更なる４つのガラス基材を得た。これら４つの基材のそれぞれの低放射率コーティングは、表２に示したようなコーティングであった。
各ガラス基材のコーティングのない表面は、反射に寄与する実質的に全ての物質を除去するため、化学的にエッチングした。アーマーエッチ・ガラスエッチングクリームを、スポンジ製の塗装用はけでコーティングのない表面に塗布した。各基材は、約３０分間ドラフト内に置きエッチングした。その後、エッチングクリームを、加圧した脱イオン水で洗浄することにより除去し、各基材を垂直にして乾燥させた。
そして、低放射率コーティングを担持する各基材と低保守コーティングを担持する各基材の単独の表面反射率を測定した。反射率測定結果は、ハンターラブ社のウルトラスキャン（Ｈｕｎｔｅｒ ｌａｂ Ｕｌｔｒａｓｃａｎ）を用いて得た。低保守コーティングに関する平均反射率は、約９．３８％であり、低放射率コーティングに関する平均反射率は、約４．４６％であった。よって、低保守コーティングは、低放射率コーティングの約２．１倍の反射率を有していた。
本発明の好適な実施形態について説明したが、当然のことながら、本発明の精神及び添付のクレームの範囲から逸脱することなく、種々の変更、修正、及び改良をすることが可能である。
Claims (34)
- 概ね対向した第１及び第２の主表面を有し、前記第１の主表面が低保守コーティングを担持し、前記第２の主表面が低放射率コーティングを担持する、シート状窓板であって、前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方が、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有する、シート状窓板。
- 前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方が、他方のコーティングの約２．５倍未満且つ約０．４倍を超える単独の表面反射率を有する、請求項１に記載の窓板。
- 前記低保守コーティングが、前記低放射率コーティングの約２〜約２．５倍の単独の表面反射率を有する、請求項１に記載の窓板。
- 前記低保守コーティングが、チタン含有フィルムを含む、請求項１に記載の窓板。
- 前記チタン含有フィルムが、二酸化チタン又は準化学量論的二酸化チタンを含む、請求項４に記載の窓板。
- 前記チタン含有フィルムが、１００オングストローム未満の厚さを有する、請求項４に記載の窓板。
- 前記チタン含有フィルムが、約５０オングストローム未満の厚さを有する、請求項４に記載の窓板。
- 前記チタン含有フィルムが、５オングストローム〜約４５オングストロームの厚さを有する、請求項４に記載の窓板。
- 前記低保守コーティングが、少なくとも２枚のフィルムを含み、全厚が３５０Å未満である、請求項５に記載の窓板。
- 前記全厚が１７５Å未満である、請求項９に記載の窓板。
- 前記チタン含有フィルムが、チタニア及びシリカを含む混合フィルムとして設けられている、請求項４に記載の窓板。
- 前記低保守コーティングが、ベースフィルム及びチタン含有フィルムを含む、請求項１に記載の窓板。
- 前記ベースフィルムが前記基材上に直接堆積され、前記チタン含有フィルムが前記ベースフィルム上に堆積されている、請求項１２に記載の窓板。
- 前記ベースフィルムがケイ素含有フィルムである、請求項１２に記載の窓板。
- 前記ベースフィルムがシリカ及びアルミナを含む、請求項１２に記載の窓板。
- 前記低放射率コーティングが、前記第２の主表面から外側に向かって、約８０オングストローム〜約１００オングストロームの厚さを有する内側透明誘電体膜領域と、約６０オングストローム〜約８０オングストロームの厚さを有する赤外反射膜と、約１０オングストローム〜約２０オングストロームの厚さを有する金属含有遮蔽膜と、約４５０オングストローム〜約５７０オングストロームの厚さを有する中間透明誘電体膜領域と、約１１５オングストローム〜約１４５オングストロームの厚さを有する赤外反射膜と、約１０オングストローム〜約２０オングストロームの厚さを有する金属含有遮蔽膜と、約２７５オングストローム〜約３４５オングストロームの厚さを有する外側透明誘電体膜領域とを含む、請求項１に記載の窓板。
- 前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングのいずれもが、スパッタコーティングである、請求項１に記載の窓板。
- 前記基材が、前記低保守コーティングが屋外環境に曝されるように窓枠に取り付けられた窓板である、請求項１に記載の窓板。
- 前記窓板が、窓板間空間に界接している２枚の間隔を置いて設けられた窓板を含む断熱ガラスユニットの一部である、請求項１に記載の窓板。
- 第１の主表面上に低保守コーティングを、第２の主表面上に低放射率コーティングを担持するシート状窓板であって、前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方が、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有し、前記低保守コーティングは、約３５０オングストローム未満の厚さを有し、前記第１の主表面上に直接配置されたケイ素含有ベースフィルムと、前記ベースフィルム上に直接配置されたチタン含有フィルムとを含み、前記ケイ素含有ベースフィルムが、約１００オングストローム未満の厚さを有し、前記チタン含有フィルムが、約５０オングストローム未満の厚さを有する、シート状窓板。
- シート状窓板の第１の主表面上に低保守コーティングを堆積させる工程と、
前記窓板の第２の主表面上に低放射率コーティングを堆積させる工程とを含む、
前記第１の主表面上に低放射率コーティングを堆積させ、前記第２の主表面上に低保守コーティングを堆積させる方法であって、
前記低放射率コーティング及び前記低保守コーティングの一方が、他方のコーティングの３倍未満且つ１／３を超える単独の表面反射率を有する方法。 - 前記低保守コーティングが、シリカを含むフィルムとして堆積させたベースフィルムを含む、請求項２１に記載の方法。
- 前記ベースフィルムを、本質的にシリカから成るフィルムとして堆積させる、請求項２２に記載の方法。
- 前記低保守コーティングが、二酸化チタン又は準化学量論的酸化チタンを含むフィルムとして堆積させたチタン含有フィルムを含む、請求項２１に記載の方法。
- 前記チタン含有フィルムを、約１００オングストローム未満の厚さで堆積させる、請求項２４に記載の方法。
- 前記チタン含有フィルムを、約５０オングストローム未満の厚さで堆積させる、請求項２４に記載の方法。
- 前記ベースフィルムを、約１００オングストローム未満の厚さで堆積させる、請求項２２に記載の方法。
- 前記チタン含有フィルムを、チタニア及びシリカを含む混合フィルムとして堆積させる、請求項２４に記載の方法。
- 前記混合フィルムを、チタニアが約３０重量パーセント未満の量で存在し、その残りがシリカであるように堆積させる、請求項２８に記載の方法。
- 更に、前記第１の主表面が屋外環境に曝されるように窓枠に前記基材を取り付ける工程を含む、請求項２１に記載の方法。
- 前記低保守コーティング及び低放射率コーティングをいずれも、スパッタリングにより堆積させる、請求項２１に記載の方法。
- 前記スパッタリングが、摂氏約２５０度未満の温度に前記窓板を維持しながら行われる、請求項３１に記載の方法。
- 第１の主表面上に低保守コーティングを、第２の主表面上に低放射率コーティングを担持するシート状窓板であって、前記低保守コーティング及び前記低放射率コーティングの一方が、他方のコーティングの約２〜約２．５倍の単独の表面反射率を有し、
前記低保守コーティングは、約２００オングストローム未満の厚さを有し、前記第１の主表面上に直接配置されたベースフィルムと前記ベースフィルム上に直接配置されたチタン含有フィルムとを含み、前記ベースフィルムが、シリカを含み、約１００オングストローム未満の厚さを有し、前記チタン含有フィルムが、約５０オングストローム未満の厚さを有する、シート状窓板。 - 前記チタン含有フィルムが、チタニア及びシリカを含む混合フィルムとして設けられている、請求項３３に記載の窓板。
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