JP2010013345A - 熱放射反射配列構造体、同製造方法、及び同利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペクトルの赤外域においては熱放射が可能な限り多く反射される一方において、スペクトルの可視域は完全に透過される熱放射反射配列構造体を提供する。
【解決手段】５００℃以下の温度に対して高耐熱性である熱反射配列構造体を、基板と、基板の少なくとも片面上に設けられるインジウム酸化錫（ＩＴＯ）含有熱反射層(Ａ)と、熱反射層（Ａ）を被覆するためであって、少なくとも１種の金属酸化物及び少なくとも１種の金属窒化物を含有するバリア層（Ｂ）から構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱反射金属酸化物層が設けられ、また必要な場合において基板の少なくとも片側に他の金属酸化物層が設けられた、特にガラス又はガラスセラミックス基板等の透明基板から構成される熱放射反射配列構造体に関する。本発明はさらに、かかる配列構造体の製造方法及びその利用にも関する。

多くの材料、実際の例えばガラス等の不透明及び透明基板において、それら基板へ層形成を行うことによって、それら基板へ新たな特性を付与することが可能である。例えば、可視光に対しては透過であるが、スペクトルの赤外域及び紫外域の放射に対しては透明性を制限することが可能なコーティングが既知である。このようなタイプの製品あるいは方式は、建築用ガラス、工業用プラント、炉床、焼成オーブンにおいて、さらに自動車ウィンドにも使用されている。

例えば、近年プライベート用途の木燃焼型暖炉ストーブには覗き窓ガラス板であるロバックス（登録商標）が装備されている。近年これらストーブの発熱能力はかなり高くなっているため、生成される熱のかなりの部分は覗き窓ガラス板を通して放射される。従って、加熱開始時に室内へより多くの熱が伝達され、出来るだけ早く加熱が為されるように、前記コーティングがストーブにも実用化されることが望ましい。

他方、火が出来るだけ速く制御燃焼状態に到達し、すなわち燃料が出来るだけ高温で燃焼するように、大量の高熱が生ずることが要求される。しかしながら、ストーブが所望の燃焼温度にまで達しても、それら熱の大部分は暖炉の覗き窓ガラス板を通して放出され、暖炉周囲付近の床や他の対象物を加熱する。暖炉の覗き窓ガラス板に近接して木製の床や他の高価な家具があれば、木の種類によってはかなりの老化現象が起こる可能性がある。

通常、使用時における暖炉覗き窓ガラス板の温度は明らかに２５０℃を超える。そのため、暖炉覗き窓ガラス板は遊んでいる子供たちにとっての一つの危険の要因となっている。

燃焼条件によるが、燃焼中には煤、微粉、窒素酸化物、一酸化炭素、及び又は二酸化炭素が発生する。これらの生成物は燃焼開始時にのみ発生するのでなく、その定格加熱出力に達して猶発生する。

さらに、最新の暖炉は多くの場合セントラルヒーティングシステムと連結されており、このシステムへ暖炉から排気ガスが導入されるため、暖炉の過剰な熱を再利用することも可能である。利用しなければ暖炉中あるいは暖炉周囲に残存するこの過剰熱エネルギーは、付加的有用エネルギーとして利用可能なものである。

米国特許出願公開公報２００５／００６４２０５には、透明耐熱平板ガラスからなり、幾分不透明な窓が設けられたガラ製品について記載されている。この窓を通した可視光の平均透過率は波長３７０〜３８０ｎｍにおいて０．０３〜１４％であり、赤外域における波長１０００〜２５００ｎｍでの平均屈折率は少なくとも５０％である。

ＷＯ０３／０９３１８３には、光起電電池に特に適するコーティングガラスが記載されている。このガラスには電極として機能する伝導層があり、この伝導層は少なくとも１又は２種の元素でドープされた酸化インジウム層として構成されている。この層自体を微粒子金属又は金属窒化物から成る保護層でコーティングすることも可能である。前記ＷＯ特許公報にはこの種の電極を加熱絶縁層として用いることも記載されている。

本発明は、スペクトルの赤外域においては熱放射が可能な限り多く反射される一方において、スペクトルの可視域は完全に透過される熱放射反射配列構造体を提供することを目的とする。

本発明はさらに、特に５００℃までの高温使用温度において耐熱性の保持が可能な配列構造体を提供することを目的とする。

本発明はさらに、暖炉覗き窓ガラス板前部の温度を下げて暖炉からの熱の作用による暖炉前対象物の老化を防止する熱反射配列構造体を提供することを目的とする。特に、暖炉中に熱がある状態において、暖炉の作動中に短時間外から触れても少なくとも重篤なやけどをすることがなくなる熱反射構造とされるべきである。

本発明はさらに、暖炉中における燃焼が、短期間でより高い燃焼温度での燃焼状態へ達するように、また燃焼の全期間に亘って温度を上昇させることも可能な熱反射配列構造体を提供することも目的とする。かかる方式によれば、煤及び微細な埃の生成、及び窒素酸化物の生成を減ずることが可能である。さらに、この方式によれば、排気ガスによって伝搬でき、かつ再利用可能な付加熱を得ることも可能である。

上記目的及び以下においてさらに明らかとされる他の目的は、添付の特許請求の範囲において限定された特徴をもつ配列構造体によって達成される。

本発明によって、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）を含有する金属酸化物薄膜によって赤外線が特によく反射されることが見出された。この層は以下において層Ａとして記述する。熱反射層には、インジウム酸化錫の他に他成分も当然含まれており、これら他成分に関しては最新技術によって既知である。しかしながら、これら他成分の含量は好ましくはインジウム酸化錫の少なくとも３０重量％、より好ましくは少なくとも５０重量％、特に好ましくは少なくとも７０重量％とされる。しかしながら、最も好ましくは、前記他成分は熱反射層にインジウム酸化錫の少なくとも８０重量％が含まれる。典型的な実施態様においては、どうしても含まれてしまう不純物を除き、成分のほぼすべてがインジウム酸化錫とされる。

従って、本発明による熱反射配列構造体は、好ましくは平坦又は平面状であり、少なくとも片側へインジウム酸化錫（ＩＴＯ）から成るか、あるいはそれを含む熱反射層が設けられた基板から構成される。この熱反射層上には前記ＩＴＯ層を被覆するバリア層が設けられる。このバリア層には特に少なくとも１層の金属酸化物層及び又は少なくとも１層の金属窒化物層が含まれる。それゆえ、層は、基板／ＩＴＯ層（Ａ）／バリア層（Ｂ）の連続層とされる。

前記バリア層（Ｂ）によって耐熱性はさらに向上される。特にこのバリア層（Ｂ）により、温度４５０〜５５０℃の範囲内、好ましくは５００℃において、８０時間以上、特に好ましくは１００時間以上に亘る暖炉使用が可能となる。しかしながら、暖炉の使用は１３０時間以上に及ぶことが特に好ましい。

好ましい酸化物及び又は窒化物としては、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（但しｘ＝０〜２、及びｙ＝０〜４／３）、ＺｒＯ_２、ＭｏＯ_２及びＮｂ_２Ｏ_５が挙げられる。

窒化珪素の成分を前記化学量論と異なる成分とすることも可能であり、また酸化物として酸素等の他の元素が含まれていてもよい。しかしながら、窒化珪素には５原子％未満の酸素、特に好ましくは２原子％未満の酸素がせいぜい含まれるべきである。最も好ましくは、窒化珪素には酸素は全く含まれない。

前記バリア層（Ｂ）の厚さは、好ましくは少なくとも５０ｎｍ程度であり、通常は少なくとも１００ｎｍ程度である。前記バリア層の最大厚は好ましくは４００ｎｍである。前記バリア層（Ｂ）の特に好ましい厚さは３００〜４００ｎｍ前後である。前記バリア層は好ましくは二酸化珪素から成る。

本発明によるバリア層は、ＡＡＳ（原子吸収分光分析）法によれば、バリア性あるいは遮断性が高い。

さらに、このバリア層は０．１ｍＨＣｌを用いて１時間に亘って９８℃で溶脱され、Ｎａ_２Ｏの残存量が測定される。本発明による前記バリア層中における前記残存量は、例えば原子吸収分光分析（ＡＡＳ）によって測定した場合において１μｇ／ｄｍ^２以下である。

前記ＩＴＯ層及びバリア層は共同して反射体及び干渉系として働く。この干渉系を用いてプラズマ縁部（ｅｄｇｅ）をより低波長側へずらすことが可能である。この場合、プラズマ縁部は好ましくは１２００〜１３００ｎｍの範囲内である。バリア層（Ｂ）の厚さは該バリア層の屈折率に対応して選択される。プラズマ縁部の低波長側への転移はこのような干渉光学効果によって達成可能である。もちろん、約２００ｎｍ、好ましくは３００ｎｍの波長において７０％の屈折率は好ましい屈折率である。屈折率７０％は４００ｎｍ以上の波長において特に好ましい屈折率である。

理解されるように、本発明による熱反射コーティング又は熱反射層とは別に、ＩＴＯ層の上側あるいは下側へ熱反射コーティング又は熱反射層を付加的に設けることが可能である。このような層系は熱源に面する基板面、あるいは反射されたＩＲあるいは熱放射がぶつかる基板面に形成される。理解されるように、前記層系は熱源から遠い側に面して配列されてもよい。特に好ましい実施態様においては、本発明に係る層系は基板の両面へ形成される。

好ましくは、ガラス、ガラスセラミックス及び又は他セラミックス等の透明材料が前記層系用の平面基板あるいはキャリヤーとして用いられる。しかしながら、原則として、下側に配列される基板を過剰な高熱あるいは強熱から保護するため、他の不透明あるいは透明材料、例えば金属、木又はプラスチック材料を本発明による熱反射層系と共に使用することが可能である。

熱反射性インジウム酸化錫（ＩＴＯ）層の本発明の構成における厚さは好ましくは１００ｎｍ以上である。この層の最小厚は３００〜４５０ｎｍの範囲内であり、最大厚は好ましくは７００〜８００ｎｍの範囲内である。しかしながら、最大厚を６００ｎｍとした実施態様であっても特に好ましい実施態様と言える。

さらに別の好ましい実施態様において、熱反射性ＩＴＯ層の電子密度、すなわち単位容積当たりの電子数は１．０×１０^２１〜１．７×１０^２１／ｃｍ^３、好ましくは１．２×１０^２１／ｃｍ^３である。

インジウム酸化錫（ＩＴＯ）は透明であり、そして半導体である。インジウム酸化錫中に含まれる錫含量は、好ましくはＩＴＯ材料中に含まれる錫及びインジウム全量に対して５〜２０％、あるいは７〜１３％の範囲内である。最も好ましい錫含量は、ＩＴＯ材料中に含まれる錫及びインジウムの全量に対して８〜１２％であり、特に好ましくは９〜１１％の範囲内である。通常に用いられる錫含量は、ＩＴＯ材料に含まれる錫及びインジウム全量に対して約１０％である。

前記ＩＴＯ層は透明であり、そして伝導性である。しかしながら、このような透明性及び伝導性は、電子密度の変化に伴って互いに反対の特性へと変化することを見落としてはならない。電子密度と共に伝導性は増大し、他方可視スペクトル域における光透過性は電子密度の増大につれて減少する。それゆえ、本発明において電子密度が極めて高くなるべきでなく、赤外線反射のための装置がその光透明性が失われることがあってはならない。

前記ＩＴＯ層中の電子は移動性であり、その速度は好ましくは２５ｃｍ^２／Ｖｓ以上、とりわけ４０ｃｍ^２／Ｖｓ以上であるが、特に好ましい電子移動速度は４２ｃｍ^２／Ｖｓである。好ましい最大移動速度は５０ｃｍ^２／Ｖｓ、とりわけ４８ｃｍ^２／Ｖｓである。典型例といえる実施態様における電子移動速度は、温度２０℃において約４５±１ｃｍ^２／Ｖｓである。

前記プラズマ縁部は反射率スペクトルの特徴的特性である。この縁部は所謂プラズマ共鳴が生ずる固形体のスペクトル中に位置している。プラズマ縁部によって固形体の反射率スペクトルが効率的に２つの領域、すなわち、放射線が固形体から反射される長波長域と、短波長放射線が固形体中を通過する短波長域とに分けられる。

前記ＩＴＯ層に、大きさとして１２００〜１８００ｎｍ、好ましくは１２００〜１６００ｎｍの範囲内のプラズマ縁部が設けられれば有利である。ガラスセラミックスは４．５μｍ未満の波長を反射しないため、その炎光スペクトルは最大で約３．５μｍであり、またその白熱スペクトルは２．５μｍで最大に達し、可能な最も効率的な熱反射を得るためにはより低波長側へシフトされた極めて急峻なプラズマ縁部が必要とされる。

可視光とマイクロ波放射線の間のスペクトル域に入る電磁波は赤外線と称される。このスペクトル域は約７８０ｎｍ〜１ｍｍの波長に相当するものであるが、本発明においては特に３５０ｎｍ〜５μｍのスペクトル域について関連する。

可視光は３８０〜７８０ｎｍのスペクトル域の波長をもつ。

反射の度合（反射率）は入射強度に対する反射強度の比として定義される。例えば可視光に対する反射率は入射光強度に対する反射光強度の比である。

対象物の透過率は、該対象物へ当たる入射光強度の対象物透過後の光の光強度に対する比として定義される。

屈折率は波長に伴って変化する。本発明の目的において、用語「屈折率」は波長５５０ｎｍにおける光の屈折率を意味する。本発明の目的において、屈折率の評価及び表示において屈折率の虚数成分は無視できるものである。

上記熱放射反射配列構造体及び又は層系の赤外線域（すなわち波長５μｍ）における反射率は、好ましくは０．７以上、特に好ましくは０．８以上、最も好ましくは０．９以上である。これらの数値は、少なくとも１００時間の間５００℃の熱負荷を加えた後においても猶維持される。赤外線に対する反射率は波長に依存して変化し、本発明の好ましい実施態様においては干渉効果に依存して変化するが、その値は通常波長１．４５〜１．６μｍの範囲では５０％以上、１．５〜１．８μｍの範囲では通常６０％以上、及び１．６３〜２．０５μｍの範囲では通常７０％以上である。

本発明による層系の色変化は、少なくとも１００時間５００℃の熱負荷を加えた後でもＬＡＢカラーシステムにおいてｄＥ＜４である。

このような反射率値は従来型の分光光度計を用いて容易に測定可能である。

前記熱反射層（Ａ）の可視光域における光透過率は、好ましくは７０％以上、特に好ましくは８０％以上、最も好ましくは８５％以上である。熱反射層（Ａ）とバリア層（Ｂ）を組み合わせた層系の光透過率もこのような数値であれば有利である。

前記ＩＴＯ層（Ａ）の表面抵抗は好ましくは＜１０Ω／□、特に好ましくは＜７Ω／□、最も好ましくは＜４Ω／□（”□”は”平方”を意味する）である。また、ＩＴＯ層（Ａ）の屈折率は好ましくは１．８〜２の範囲内である。

熱放射反射配列構造体の基板は好ましくはガラス又はガラスセラミックス製である。この基板に適するガラスとしては、特に硼珪酸ガラス（例えばボロフロート（登録商標）３３又はボロフロート（登録商標）４４などのボロフロート（登録商標）ガラス、又はショット社（在マインツ）のデュラン（登録商標））などのアルカリ含有フロートガラス、特に無アルカリガラス（例えばショット社（在マインツ）のＡＦ３７、ＡＦ４５）、アルミノ珪酸ガラス（例えばショット社（在マインツ）のフィオラックス（登録商標）、イルラックス）、アルカリ土ガラス（例えばショット社（在マインツ）のＢ２７０及びＢＫ７）、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２フロートガラス、脱色又は漂白フロートガラス、及びソーダライムガラスを挙げることができる。

本発明による装置における基板として用いられるガラスセラミックスの典型例として、アルカリ含有ガラスセラミックス、例えばリチウムアルミ珪酸塩（セラン（登録商標）、ロバックス（登録商標）又はゼロデュール（登録商標）、すべてショット社（在マインツ）の登録商標製品）等のＬＡＳガラスセラミックス、さらにマグネシウムアルミノ珪酸塩（ＭＡＳ）等のアルカリ無含有ガラスセラミックスを挙げることができる。ＤＥ１０２００５０

３２７８６Ａ１に記載されているようなリチウムアルミニウム珪酸ガラスセラミックスを、本発明の構造体においてガラスセラミックス基板として用いることが可能である。

本発明の配列構造体は、基板に関し特に制限があるわけではなく、また形状又は形式においても制限はない。そのため、本発明構造体は平面状、円形、曲線状、大形状、あるいは小形状とすることが可能である。但し、好ましくは平面状形状とされる。本発明においてガラス及び又はガラスセラミックス基板は好ましくは例えば暖炉又はオーブンに用いられる窓ガラス板形状に形状化される。

従って、本発明は、熱反射を行う厚さ５８０〜６３０ｎｍ、好ましくは厚さ６００±５ｎｍのＩＴＯ含有層（Ａ）と、好ましくはＳｉＯ_２から成る厚さ３４０〜３６０ｎｍ、好ましくは厚さ３５５±４ｎｍのバリア層（Ｂ）を備える熱放射反射配列構造体にも関する。

ＩＴＯ層（Ａ）とバリア層（Ｂ）から成る層系を備える熱放射反射透明配列構造体の可視光スペクトル域における透過率は、好ましくは該配列構造体自体に対して＞８５％、とりわけ＞９０％である。

前記バリア層（Ｂ）の屈折率は好ましくは１．３〜１．８、より有利には１．４〜１．７の範囲内である。ＩＴＯ層（Ａ）及びバリア層（Ｂ）について屈折率指数を適切に選択しているため、この層系に干渉色は生じない。前記層系を含んで成る本発明構造体は、５００℃以下の熱負荷を受けた後でも、ＬＡＢカラーシステムにおいて、好ましくは最大でｄＥ＝１０、特に好ましくは最大でｄＥ＝８、最も好ましくは最大でｄＥ＝４の色変化を示す。

さらに別の好ましい実施態様では、前記バリア層は複数の別個の下位層、とりわけ３〜５層の下位層から成り、これらの下位層はインタフェースを介して得られるＳＥＭ写真を用いて観察可能である。

特に好ましい実施態様においては、前記バリア層（Ｂ）によって、ＩＴＯ層（Ａ）及び透明基板に破損またはひび割れが生じないように保護される。このバリア層（Ｂ）の厚さは好ましくは３００〜４００ｎｍの範囲内である。

前記バリア層（Ｂ）はさらにＩＴＯ層（Ａ）を化学的腐食から保護するＩＴＯ層保護層として、またスクラッチ耐久層等の機械的保護層として、また光学的機能をもつ層として、さらに該光学的層を被覆してその付着性を向上させる層としても機能する。この種の層の組成はＤＥ１０２００５０３２７８６Ａ１の開示内容、例えば亜鉛及びマグネシウム含有ＬＡＳセラミックス、から知得可能である。

バリア層（Ｂ）それ自体に、コーティングあるいは被覆により容易に清浄化可能な表面を形成することが可能である。さらに別の実施態様において、前記形成されたコーティングあるいは被覆層の表面を極めて硬い硬質面とすることも可能である。パン焼きオーブン覗き窓ガラス板の内面へこのバリア層（Ｂ）を設ける場合、該バリア層には下記特性が要求される。
− ３００℃、１０時間の熱処理に対して耐熱性であること、
− 種々汚染物（例えばチーズ、ケチャップ、カード、豚脇腹肉、プラムバター）を高温（３００℃以下）で容易に洗浄できること、
− 輻射線試験、通常の雑巾又はスポンジ、例えば微細繊維を用いた擦り磨き試験において良好な機械的強度を示すこと、及び
− 多種クリーニング剤、例えばパン焼きオーブンクリーナー、洗浄剤、ビネガークリーナー、及び食品に対して耐薬品性であること。

本発明はさらに、少なくとも１種の金属酸化物及び又は金属窒化物を含む分離層（Ｃ）が基板とＩＴＯ層（Ａ）との間に配列される製品又は配列にも関する。この分離層（Ｃ）は、好ましくは二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）及び又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）から成る。ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（式中、ｘ＝０〜２、ｙ＝０〜３／４）、ＺｒＯ_２、ＭｏＯ_２及びＮｂ_２Ｏ_５も前記分離層に適する材料である。

先に述べたプラズマ縁部の位置は分離層（Ｃ）によっては変更されない。分離層（Ｃ）によって基板から熱反射層（Ａ）中へのアルカリイオンの拡散が減少し、また伝導性の低下が防止される。さらに、分離層（Ｃ）によって基板と熱反射層（Ａ）との間の境界面中へのインジウムイオンの拡散が妨害される。

前記分離層（Ｃ）の厚さは好ましくは５０〜２００ｎｍ、特に好ましくは８０〜１２０ｎｍの範囲内である。なお、前記分離層の最も好ましい厚さは１００ｎｍである。

分離層（Ｃ）は好ましくは二酸化珪素から成る。

有利な実施態様において、本発明による熱放射反射配列構造体は、厚さ８０〜１２０ｎｍ、好ましくは１００±１０ｎｍ、特に好ましくは１００±５ｎｍの分離層（Ｃ）と、厚さ５８０〜６３０ｎｍ、好ましくは６００±１０ｎｍのＩＴＯ層（Ａ）、及び厚さ３４０〜３６０ｎｍ、好ましくは３５５±５又は２ｎｍのバリア層（Ｂ）を備えて構成される。

このような層系はさらに干渉系としても働き、これによって暖炉あるいはパン焼きオーブン内の温度をさらに上昇させることが可能となる。同時に、暖炉の前の温度を低下させることも可能となる。

分離層（Ｃ）／ＩＴＯ層（Ａ）／バリア層（Ｂ）から成る層系を備える本発明に係る熱反射配列構造体の光透過率は、可視スペクトル域において、好ましくは８５％以上、特に好ましくは９０％以上である。

バリア層（Ｂ）、ＩＴＯ層（Ａ）及び分離層（Ｃ）から成る本発明に係る層系を、暖炉覗き窓ガラス板あるいはパン焼きオーブン覗き窓ガラス板の外面及び内面の双方へ設けることも可能である。この層系を外面上へ設ける場合、外側から内側へ向けての層順はバリア層（Ｂ）／ＩＴＯ層（Ａ）／分離層（Ｃ）／基板の順である。かかる層系を設けることにより最終的に暖炉覗き窓ガラス板から煤を容易に取り除くことが可能となる。

前記層系を暖炉の内面へ設ける場合、暖炉の内側から外側へ向けての層順はバリア層（Ｂ）／ＩＴＯ層（Ａ）／分離層（Ｃ）／基板の順とする。このような層系に構成することにより、最終的に暖炉覗き窓ガラス板上の煤の除去が容易となる。

本発明による熱放射反射透明配列構造体のさらに別の実施態様においては、前記層系の順序はバリア層（Ｂ）／ＩＴＯ層（Ａ）／分離層（Ｃ）／基板／分離層（Ｃ）／ＩＴＯ層（Ａ）／バリア層（Ｂ）とされる。基板の両面へコーティングが施されることにより、基板外側における温度は覗き窓ガラス板に触れても明らかに安全な温度となる。

前記ＩＴＯ層は好ましくはスパッタリング処理（カソードスパッタリング）によって作製される。

スパッタリング処理は、好ましくはＤＣマグネトロンスパッタリング、ＲＦスパッタリング、ＨＦスパッタリング、ＤＣダイオードスパッタリング、ＤＣトリオードスパッタリング、及び反応ＭＦスパッタリングから選択して実施されるが、特に好ましいスパッタリング方法はＤＥマグネトロンスパッタリング及び反応ＭＦスパッタリングである。

スパッタリングは物理的処理であり、この処理では高エネルギーイオン（主として希ガスイオン）を用いて原子へ衝撃を加えることによって原子が固形体から放出される。衝撃を受けたターゲットから放出された物質はスパッタリング処理中に所定のターゲット電力密度で蒸着される。

本発明においては、熱反射性インジウム酸化錫から成る層（Ａ）の処理においては、好ましくは４〜８Ｗ／ｃｍ^２、特に好ましくは４〜６又は５Ｗ／ｃｍ^２の範囲内の目標電力密度が、本発明に従って用いられる。

インジウム（Ｉｎ）酸化物１種及び錫（Ｓｎ）酸化物１種を含む複合金属酸化物の焼成体をスパッタリングのターゲットとして用いることが可能である。このような処理に用いるターゲットの焼成濃度は通常８０％以上、好ましくは９０％以上であるが、特に好ましい焼成濃度は９５％以上である。さらに、このターゲットには、錫酸化物の一部に代えて、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、セリウム（Ｃｅ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、鉛（Ｐｂ）及び他の金属の各酸化物から選択される少なくとも１種の金属酸化物が少量、例えば１０％、あるいは置き換え可能な錫酸化物の全量相当量が含まれていてもよい。

バリア層（Ｂ）は、スパッタリング処理、ＣＶＤ（化学蒸着）及びＰＶＤ（物理蒸着）等の真空蒸発処理、電子ビーム蒸発、イオンメッキ処理、及び炎光熱分解、浸漬コーティング、及び噴霧熱分解から選択される方法による処理と同時にＩＴＯ層上へ形成される。透明基板上への前記分離層（Ｃ）の形成処理も同様に行われる。窒化珪素の施用又は蒸着方法に関しては、例えばＤＥ６９８１３６４８及びＤＥ６９５０３８９６に開示がある。

二酸化珪素から成る層はＤＥ１０３３６０４１に記載されているようなゾルゲル法を用いて処理することも可能である。

同様に、分離層（Ｃ）の処理は、ＤＥ１０２００４０５３７０６に記載されている等の炎光熱分解法を用いても実施可能である。

バリア層（Ｂ）はスパッタリング法を用いてＩＴＯ層（Ａ）へ処理される。この際に用いられる目標電力密度は、１０〜２０Ｗ／ｃｍ^２、好ましくは１２〜１７Ｗ／ｃｍ^２、特に好ましくは１５±１Ｗ／ｃｍ^２である。

分離層（Ｃ）は好ましくはスパッタリング法を用いて基板へ処理される。この際に用いられる目標電力密度は、この場合においても１０〜２０Ｗ／ｃｍ^２、好ましくは１２〜１７Ｗ／ｃｍ^２、特に好ましくは１５±１Ｗ／ｃｍ^２である。

本発明のさらに別の実施態様においては、ＩＴＯ層（Ａ）及びバリア層（Ｂ）を有する基板から成る製品は、該バリア層（Ｂ）の処理後に焼き戻される。

上記に関し、「焼き戻し」とは温度３５０〜７００℃、好ましくは３５０〜５００℃の範囲内における熱処理を意味する。焼き戻し時間は、１時間から１００時間の範囲内、好ましくは２時間以上、特に好ましくは３時間以上である。

前記焼き戻し処理を行うことにより、ＩＴＯ層（Ａ）中の欠陥を取り除くことができる。このような方法により、ＩＴＯ層の伝導性を向上させることが可能である。前記焼き戻し処理は好ましくはバリア層（Ｂ）が存在する状態において実施される。

本発明はさらに、高温対象物の熱遮断に関連する前記配列構造体の利用方法にも関する。これら利用方法の例として、例えば工業規模プラントにおけるガラスあるいは金属の溶融等の熱処理状態の観察や、オーブン処理あるいは加熱システムの燃焼における熱処理の観察が挙げられる。好ましくは、熱反射配列構造体は暖炉、特に透明覗き窓ガラス板に利用され、このように利用することにより、暖炉内部における燃焼過程を観察することが可能となる。他に、原則としてであるが、本発明による配列構造体を暖炉燃焼室の内張りに利用することも可能である。

本発明に係る配列構造体によれば、暖炉中の燃焼温度をさらに高めることが可能である。この温度上昇によって短時間内に暖炉内部空間の温度が高められるため、燃焼中に生成される酸化窒素、煤、及び他の微細な塵の発生量が減じられる。また、煤も燃焼されるのでさらに高熱が得られる。

本発明による前記透明製品はパン焼きオーブンへの利用にも適する。前記透明製品は、好ましくはパン焼きオーブンの覗き窓ガラス板として、あるいはパン焼きオーブンのチャンバー内部空間の内張りとして利用される。

本発明による暖炉覗き窓ガラス板と従来技術による暖炉覗き窓ガラス板について、それぞれの覗き窓ガラス板の前部３ｃｍの箇所において測定した温度を燃焼開始後の時間経過で示したグラフである。 本発明による暖炉覗き窓ガラス板と従来技術による暖炉覗き窓ガラス板について、それぞれの覗き窓ガラス板が備えられた暖炉の内部温度を燃焼開始後の時間経過で示したグラフである。 暖炉覗き窓ガラス板として具現化された本発明による熱放射反射配列構造体の一実施態様を示す模式的断面図である。

発明を実施するための手段

本発明の目的、特徴、及び利点について、添付図面を参照しながら、以下に記載した好ましい実施態様を用いてさらに詳細に説明する。

高スバッタリング電力を用いたスパッタリング処理により赤外線反射層系を作製した。この層系は、図３に示すように、ＳｉＯ_２から成るバリア層（Ｂ）、赤外線反射ＩＴＯ層（Ａ）、及び分離層（Ｃ）の順に設けられ、層の厚さはそれぞれ３５５ｎｍ、６００ｎｍ、１００ｎｍとした。このＳｉＯ_２層に関しては、良好なバリア効果（ＡＡＳ：≦１μｇ／ｃｍ^２）を得るために、１５Ｗ／ｃｍ^２のスパッタリング電力を用いてスパッタリングを行った。前記ＩＴＯ層は、可能な限り耐熱性のＴＣＯコーティングを得るため、４．３Ｗ／ｃｍ^２のスパッタリング電力を用いて作製した。この製造において、ＩＴＯの積載量は３Ｗ／ｃｍ^２以下とした。基板両面上へ作製した層系について以下において述べる温度分布測定を実施した。

測定結果
Ａ）暖炉覗き窓ガラス板の温度
前記層系が設けられた覗き窓ガラス板を暖炉に取り付けた。ＥＮ１３２４０に従って、熱放射を抑えるために取り付けられた暖炉覗き窓の直前の異なる５箇所(左側、右側、上側、下側、中央)における温度を、重量分布の均質な特殊オーク材又はビーチ材構造体の燃焼中に温度器具を用いて測定した。あるいは上記に代えて、加熱用の水についてカロリメーターを用いて暖炉からの全熱出力を測定することも可能である。暖炉から遠い側の側面には前記層系が設けられる。前記層系が設けられていない暖炉覗き窓ガラス板を用いた場合における燃焼中の該覗き窓前方３ｃｍの部位における温度は１８０℃に達した。さらに、窓ガラス板自体の温度はさらに高温となり、３００〜４００℃にまで達した。

市販のＦ：酸化錫コートガラスセラミックスを用いた場合、暖炉前方３ｃｍの箇所における温度は最高温度で約９０〜１００℃まで降下した。

覗き窓ガラス板の片側へ上記層系を設けた場合、窓ガラス板前方３ｃｍの箇所における温度は最大で７０℃まで降下した。

ガラス窓ガラス板の両面上へ本発明による層系をコーティングした場合、覗き窓前方３ｃｍの箇所における温度は最高温度で約４０〜５０℃まで降下した。

燃焼処理開始後の時間経過別の温度変動を、本発明による層系を設けた暖炉覗き窓ガラス板と、添付の図１に示した従来技術による層系を設けた暖炉覗き窓ガラス板についてそれぞれ説明する。

Ｂ）暖炉の排気パイプ中における温度の変動
本発明に係る赤外線高度反射層系を用いているため、覗き窓ガラス板上へ煤が沈着する傾向が減じられている。また層系にITO層が設けられていることより、覗き窓ガラス板上への煤の付着も減じられている。窓ガラス板の内面上へ沈着した煤やカーボンは燃焼されるため、当然窓ガラス板はさらに熱くなる。しかしながら、窓ガラス板前の暖炉内部の温度はさらに高く、また樹脂化合物がまず燃焼されるため、窓ガラス板上には殆ど純粋な煤がより少ない量沈着される。本発明による覗き窓ガラス板は乾燥布を用いて容易に清掃可能である。対照的に、本発明に係る赤外線反射層系をもたない窓ガラス板の場合は、洗浄剤をしみ込ませた乾燥布を用いてクリーニングしなければならない。暖炉内部における温度上昇は排気ガスパイプ中における急速な温度上昇によって示される。図２から理解されるように、本発明によるコーティングによって、同様に燃焼開始時における急速な温度上昇が得られる。これに対し、従来技術によるコーティングでは、温度上昇はもっと遅い段階になってからしか得られなかった。

本発明は熱放射反射のための配列構造体、同製造方法、及び同利用方法として具現化されて説明及び記載されているが、本発明の精神から逸脱することなく本発明に対して種々変更及び変形を加えることが可能であることより、本発明を上記詳細に限定する意図ではない。

上記記載において本発明の要旨はさらなる分析を要することなく十分に開示されていることから、第三者は最新技術を適用し、また従来技術の観点に立って、本発明の全体的あるいは特定の観点において必須の特徴を構成している特長を漏らすことなく本発明を種々用途へ容易に適用することが可能である。

Claims (19)

1. 基板、
   インジウム酸化錫（ＩＴＯ）を含有し、かつ該基板の少なくとも片面上へ設けられる熱反射層（Ａ）と、
   前記熱反射層（Ａ）を被覆するための層であって、少なくとも１種の金属酸化物及び少なくとも１種の金属窒化物を含有するバリア層（Ｂ）、
   から構成される、５００℃以下の温度に対して高耐熱性である熱反射配列構造体。
2. 前記熱反射層（Ａ）の厚さが１００〜８００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１項記載の熱反射配列構造体。
3. 前記熱反射層（Ａ）の電子密度が１．０×１０^２１〜１．７×１０^２１電子／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１項記載の熱反射配列構造体。
4. 前記基板が透明であることを特徴とする請求項１項記載の透明熱反射配列構造体。
5. 前記熱反射層（Ａ）の光透過率が可視域において７０％以上であることを特徴とする請求項１項記載の熱反射配列構造体。
6. 熱反射層（Ａ）中の電子の移動度が２０℃において２５〜５０ｃｍ^２／Ｖｓであることを特徴とする請求項１項記載の熱反射配列構造体。
7. 前記基板が透明であって、ガラス及び又はガラスセラミックス製であることを特徴とする請求項１項記載の熱反射配列構造体。
8. バリア層（Ｂ）に、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｒＯ_２、ＭｏＯ_２、及びＮｂ_２Ｏ_５が含まれることを特徴とする請求項１項記載の熱反射配列構造体。
9. バリア層（Ｂ）の厚さが５０〜４００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１項記載の熱反射配列構造体。
10. 分離層（Ｃ）が基板と熱反射層（Ａ）の間に配列され、及び前記分離層（Ｃ）に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）及び酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）から選択される少なくとも１種の酸化物が含まれることを特徴とする請求項１項記載の熱反射配列構造体。
11. 前記分離層（Ｃ）の厚さが１０〜２００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１０項記載の熱反射配列構造体。
12. 前記分離層（Ｃ）の厚さが８０〜１２０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１１項記載の熱反射配列構造体。
13. 前記分離層（Ｃ）の厚さが１００ｎｍであることを特徴とする請求項１１項記載の熱反射配列構造体。
14. 基板と、
    インジウム酸化錫（ＩＴＯ）を含有し、かつ該基板の少なくとも片面上へ設けられる熱反射層（Ａ）と、
    少なくとも１種の金属酸化物及び又は少なくとも１種の金属窒化物を含有し、かつ前記熱反射層（Ａ）を被覆するバリア層（Ｂ）から構成される熱反射配列構造体の製造方法であって、
    ａ）スパッタリング処理を用いて基板上へ熱反射層（Ａ）を処理する工程と、
    ｂ）熱反射層（Ａ）の処理後に、該熱反射層の全体上へバリア層（Ｂ）を処理する工程から構成されることを特徴とする前記方法。
15. 熱反射層（Ａ）の前記処理が４〜５Ｗ／ｃｍ^２のターゲット電力密度を用いて実施されることを特徴とする請求項１４項記載の方法。
16. 前記熱反射層を処理する工程の前に、分離層（Ｃ）を前記基板へ処理する工程がさらに含まれ、さらにバリア層（Ｂ）と分離層（Ｃ）の少なくとも一方が、スパッタリング処理、ゾルゲル処理、真空蒸着処理、電子ビーム蒸発処理、イオンメッキ処理、及び熱分解処理から選択される少なくとも１つの方法を用いて処理されることを特徴とする請求項１４項記載の方法。
17. 前記真空蒸着処理を行う方法が、化学蒸着及び物理蒸着のいずれであってもよいことを特徴とする請求項１６項記載の方法。
18. 請求項１項記載の配列構造体を備えて構成される暖炉。
19. 請求項１項記載の配列構造体を備えて構成されるパン焼きオーブン。

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