JP2014510693A - コーティングティンテッドガラス物品およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、放射率、可視光線透過率および太陽熱利得係数の所望の組み合わせを示すコーティングガラス物品を形成するように、ティンテッドガラス基板上に被覆された多層熱分解コーティングスタックに関連する。多層コーティングスタックをティンテッドガラス基板上に被覆する方法も、本発明の一部である。

Description

本出願は、シリアル番号第６１／４６９，１５０号下に付与された３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１１（ｂ）の下の仮出願（出願日：２０１１年３月３０日）の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下の恩恵を主張する。本明細書中、この仮出願全体を参考のため援用する。

本発明は、ガラス基板上のコーティングと、ガラス基板上にコーティングを被覆する方法とに関する。より詳細には、本発明は、所望の特性の組み合わせを示すコーティングガラス物品を形成するようにティンテッドガラス基板上に被覆された多層熱分解コーティングスタックと、ガラス製造プロセス時において多層コーティングスタックを被覆する方法とに関する。

いくつかの公知の方法のうちの１つを用いて薄膜コーティングをガラス基板上に形成することは、周知である。ティンテッドガラス基板上においてコーティングを利用することも公知である。しかし、当業者であれば、このようなコーティング基板について異なる所望の外見および性能の目的を達成するための異なるコーティングおよび基板の組み合わせは実質的に無限であることを理解する。

コーティングガラス基板についての１組のこのような外見／性能目的を挙げると、高い可視光線透過率、ガラス側の色中立性および膜側反射率および低太陽放射透過率がある。当業者は、このような外見／性能目的の困難な組み合わせを達成するための新規かつコスト効率の良い方法を続けて探している。

本発明は、ガラス基板上のコーティングと、ガラス基板上にコーティングを被覆する方法とに関する。より詳細には、本発明は、多層熱分解コーティングスタックをティンテッドガラス基板上に被覆して、所望の特性の組み合わせを示すコーティングガラス物品を形成することと、ガラス製造プロセス時において多層コーティングスタックを被覆する方法とに関する。

本発明のコーティングガラス物品は、多層コーティングスタックが被覆されたティンテッドガラス基板を含む。ガラス側の色中立性および膜側反射率を達成するために、色抑制コーティングをティンテッドガラス基板上に被覆すると好適である。ドープ酸化スズコーティングを色抑制コーティング上に被覆し、シリカオーバーコートをドープ酸化スズコーティング上に被覆した場合に得られたコーティングガラス物品は、半球放射率が＜０．４であり、可視光線透過率が＞７０％でありかつ太陽熱利得係数が≦０．５５であるという驚くべき結果が得られることが判明した。

上記したコーティングは好適には、フロートガラス製造プロセス時において化学蒸着方法（特に、大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ））によって形成される。

本発明による膜スタックの模式図である。 本発明の好適な構成による、任意選択的色抑制コーティングを用いた膜スタックの模式図である。

本発明は、ガラス基板上のコーティングと、ガラス基板上にコーティングを被覆する方法とに関する。より詳細には、本発明は、多層熱分解コーティングスタックをティンテッドガラス基板上に被覆して、所望の特性の組み合わせを示すコーティングガラス物品を形成することと、ガラス製造プロセス時において多層コーティングスタックを被覆する方法とに関する。

本発明によれば、多層コーティング（例えば、ドープ酸化スズコーティング、シリカオーバーコートおよび任意選択的に虹色抑制または反射色抑制コーティングをティンテッドガラス基板上に被覆したもの）を有するコーティングガラス物品は、比較的低い半球放射率、比較的高い可視光線透過率および低い太陽熱利得係数という驚くべき組み合わせを示すことが分かっている。このような特性の組み合わせにより、例えば建築物用窓および自動車用窓として適切に用いられるコーティングガラス物品が得られる。本発明は、ノンロード用自動車用（例えば、建築機器および農業機器）中の窓用途に特に適切に用いられる。

本発明によるコーティングガラス物品１０および１０’を作製するためのガラス基板１２は、建築物用窓または自動車用窓用途として有用な、当該分野において公知のティンテッドガラス組成のうち任意のものを含み得る。好適な基板１２は、本体がティンテッドされ、周知のフロートガラスプロセスによって形成されたガラスである（すなわち、ティントまたは色は、ガラス組成の１つ以上の化学成分の結果である）。他のティンテッドガラスも可能であるものの、本発明によるガラスに適したティントは、緑色、青色および青緑色である。より詳細には、本発明によるガラスは、光源Ｃによって測定されたＣＩＥＬＡＢ色座標範囲（ａ^＊＝−１０．５〜−４およびｂ^＊＝−６．５〜＋４）内に収まる。好適には、本発明のガラスは、光源Ｃによって測定されたＣＩＥＬＡＢ色座標範囲（ａ^＊＝−８．８〜−５．５およびｂ^＊＝−３〜＋２）内に収まる。好適には、本発明のコーティングは、フロートガラスプロセスのフロート浴部中において被覆される。ティンテッド基板は、コーティングガラス物品に対して特定のスペクトル特性を付与するように、選択され得る。

好適には、本発明の色抑制コーティング２２により、コーティングガラス物品１０’からの望ましくない虹色の観測と干渉するように光を反射および屈折させる手段が得られる。このような色抑制コーティング２２は、当該分野において周知である（例えば、米国特許第４，１８７，３３６号、第４，４１９，３８６号および第４，２０６，２５２号）。本明細書中、同文献を参考のため援用する。本発明の色抑制コーティング２２は、単一の色抑制コーティングであってもよいし、多層コーティングであってもよいし、あるいは傾斜コーティングであってもよい。多層色抑制コーティングが好適である。第１の酸化スズコーティング１４および第２のシリカコーティング１６を含む多層色抑制コーティング２２が最も好適である。第１のコーティング１４および第２のコーティング１６それぞれの厚さは典型的には、２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内である。

ドープ酸化スズ層１８は、任意の適切なドーパントでドープすることが可能であるが、ドーパントとしてはフッ素化合物が好適である。酸化スズをドーピングすることにより、低放射率値への貢献が得られる（本明細書中の本発明の場合、＜０．４、好適には＜０．３）。ドープ酸化スズコーティング１８の厚さは好適には＜３５０ｎｍである。

シリカオーバーコート層２０は、任意の適切なシリカ前駆体材料から作製することが可能であるが、シラン前駆体材料が好適である。シリカオーバーコート層２０の厚さは３０ｎｍ〜９０ｎｍであり、厚さを３０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にすると有用である。

ドープ酸化スズ１８およびシリカオーバーコート２０コーティングは、比較的高い屈折率および比較的低い屈折率をそれぞれ有し、協働して光反射を低減させ、本発明のコーティングガラス物品１０および１０’の本発明の可視光透過率を増加させる。さらに、コーティングスタックは低放射率であるため、太陽放射吸収からの太陽熱利得が最小化される。これは、太陽熱利得係数（ＳＨＧＣ）によって定量的に表すことができる。太陽熱利得係数（ＳＨＧＣ）は従来では、ガラスを通じた太陽熱利得合計と入射太陽放射との間の比として定義されていた。太陽熱利得は、ガラスを通過する太陽エネルギーと、ガラスによって吸収された後に対流により熱移動し内側方向に熱放射される太陽エネルギーとをどちらとも含む。放射率は、以下のように定義することができる：材料表面から放射エネルギーを吐出する相対能力（換言すれば、特定の材料から吐出されるエネルギーと、標準温度（すなわち、２５Ｃ）において黒色本体から吐出されるエネルギーとの比）。半球放射率は、半球上において円方向に吐出される放射である。

このような特性を用いると有用である例として、本発明に従って作製された窓を例えば農業用トラクタのキャブ内に取り付けた場合がある。農業用トラクタの場合、外方視認性を向上させるために比較的大きな面積を有しているものの、比較的小さな内部空間が密閉されているため、回避策がとられていない場合、すぐに室内の温度が上昇する。トラクタは厳しい使用条件下において用いられるため、このような窓用のガラスの厚さを５〜６ｍｍのオーダー（好適には６ｍｍ）にすると良い。このようなガラス厚さにした場合、本発明によって示される特性間のバランスをとる困難性が増加する。このような用途を受容可能とするために、本発明の窓は、自動車規格ＳＡＥＪ１７９６−光源Ａ（１０度観測）の要求を満たさなければならない。この規格の要求を挙げるとＴｖｉｓ＞７０％がある。

出願人の長年のソーラー制御ガラス製品分野における経験によれば、比較的低い太陽熱利得係数（すなわち、＜０．５５）にすると、自動車の車室内において期待される乗員快適性レベルが得られる点において極めて有利であることが分かっている。好適な構成において、本発明のコーティングガラス物品は、以下を含む。

ガラス／Ｓｎ０２（２５ｎｍ）／Ｓｉ０２（２５ｎｍ）／Ｓｎ０２：Ｆ（２５０ｎｍ）／Ｓｉ０２（約４０ｎｍ）。

このような構成において、コーティングガラス物品１０は、可視光線透過率（Ｔｖｉｓ）＞７０％、ＳＨＧＣ＜５５および半球放射率（Ｅｈ）＜０．３を示すことが分かった。

本発明のコーティングティンテッドガラス物品１０は、例えば自動車規格ＳＡＥＪ１７９６のＴｖｉｓ要求を満たさなくてもよい用途においても有用である。このような用途を挙げると、建築物用窓があり、好適にはコーティングティンテッドガラスの１枚シートまたは１枚のガラスを含む。

表１中の実施例および比較例は、譲受人のフロートガラス製造施設（Ｌａｕｒｉｎｂｕｒｇ、Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）において行ったオンライン実験から得られたものである。予測例は、出願人が行ったコンピュータモデリングによって得た。

上記オンライン実験について、一般的に本出願の別の箇所で詳述するような典型的なフロートガラス条件の下において、市販の青緑色ガラス製品を生成した。そのため、フロートガラスリボンの温度は、１０５０°Ｆ（５６５℃）〜１２００°Ｆ（６５０℃）の温度範囲内であった。非酸化性フロート槽雰囲気は、実質的に大気圧であった。複数のコーティング装置を用いて、コーティングガラス物品を含むコーティングスタックの多様な層を被覆した。

前駆体流量は、以下のように設定した。
非ドープジメチルすずジクロリド（ＤＭＴ）−２．８ｓｌｍ
シラン内側層−１．４ｓｌｍ
フッ素ドープＤＭＴ−２４．０ｓｌｍ
シラン（オーバーコート）−７．０ｓｌｍ

表１中に示すこれらの例は、本発明を実行するために本発明者が最良と考える様態を構成し、本発明をさらに例示および開示する目的のためのみに提示されるものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

表１から分かるように、６ｍｍのガラスの場合、実施例のＥ１のみが、本明細書中に上記したような自動車規格ＳＡＥＪ１７９６の基準を満たしている。比較的肉薄のシリカオーバーコート２０の場合、上記例のうちいずれか最低の膜側反射率（Ｒｆ）が得られ、また、ＳＨＧＣを＜０．５５で維持しつつ、Ｔｖｉｓを７０％を超えて増加させることが合理的に結論付けられ得る。

シリカオーバーコート２０の有効性は、特定の比較例と本発明による実施例Ｅ１との間の比較からより明確に示すことができる。非コーティングティンテッドガラスＣ４の場合、Ｔｖｉｓ＞７０％でおよび低膜側反射率を示したが、ＳＨＧＣは明らかに受容不可能であるほど高い。

Ｓｉ０２オーバーコートを含まないコーティングティンテッドガラスＣ５の場合、Ｔｖｉｓは、基準ＳＡＥＪ１７９６において要求される＞７０％を実質的に下回る。膜側反射率も比較的高い。ＥｈおよびＳＨＧＣは極めて良好であるが、この所望の特性間のバランスは、一旦は得られたものの、達成はできなかった。

Ｅ１はＣ５に類似しているものの、ドープ酸化スズ層上にＳｉ０２オーバーコートが有利に被覆されている。この付加により、予測せぬことに、Ｔｖｉｓ、ＥｈおよびＳＨＧＣが所望のバランスをとった。

上述したように、フロートガラス製造導入を、本発明の方法を実行するための手段として用いることができる。本明細書中に記載されるフロートガラス導入は、このような導入を例示するものであり、本発明を限定しない。

フロートガラス導入はより詳細には、管部を含む。この管部に沿って、溶融ガラスを溶融炉からフロート槽部へと送る。フロート槽部において、連続ガラスリボンまたは基板を周知のフロートプロセスに従って形成する。フロート槽部中の温度は典型的には、１０５０°Ｆ（５６５℃）〜１４００°Ｆ（７５０℃）である。好適には、温度は１１００°Ｆ（６００℃）〜１２００°Ｆ（６５０℃）である。ガラスリボンは、槽部から隣接する焼きなまし炉および冷却部を通じて前進する。連続ガラスリボンは好適には基板であり、本発明の薄膜が表面上に被覆される。フロート槽部は、溶融スズ槽を収容する下部と、屋根部と、対向する側壁と、端壁とを含む。屋根部、側壁および端壁は、共に筺体を規定する。筺体中に非酸化性雰囲気を維持することで、溶融スズの酸化を回避する。

動作時において、溶融ガラスは、調節綾織部の下側の管に沿って流れ、制御された量だけがスズ槽の表面上に下方に流れる。溶融スズ表面上において、溶融ガラスが重力および表面張力による影響下および特定の機械的影響下において横方向に拡散し、スズ槽上を前進して、ガラスリボンを形成する。リフトアウトロール上においてガラスリボンをスズ槽部から取り出した後、アライメントされたロール上において焼きなまし炉および冷却部を通じて搬送される。本発明の薄膜の被覆は好適にはフロート槽部において行われるが、ガラス製造ラインに沿って（例えば、フロート槽と焼きなまし炉との間の隙間または焼きなまし炉内）において被覆をさらに行うことも可能である。

適切な非酸化性雰囲気は一般的には、窒素または（大部分が窒素である）窒素および水素の混合物であり、この雰囲気をフロート槽筺体中において維持することで、フロート槽を含む溶融スズの酸化を回避する。分配マニホルドへ動作可能に接続された導管を通じて、雰囲気ガスを送る。非酸化性ガスを導入する速度は、正常損失を補償しかつ若干の陽圧を維持するに充分な速度とし、環境大気圧を約０．００１〜約０．０１気圧超えるオーダーにすることで、外部雰囲気の浸入を回避する。本発明の目的のために、上記した圧力範囲は、通常の大気圧を構成すると考えられる。フロート槽および筺体中の所望の温度体制を維持するための熱は、筺体内の放射ヒーターから提供される。炉内の雰囲気は典型的には大気である。なぜならば、冷却部は密閉されていないため、ガラスリボンは雰囲気へむき出しとなっているからである。冷却部中のファンなどにより、ガラスリボンに外気を当てることができる。ヒーターを焼きなまし炉内に設けて、所定の体制に従ってガラスリボンが炉内を通過する際にガラスリボン温度を徐々に低下させてもよい。

フロートガラス導入は、気体状反応物質分配器を好適には上記したフロート槽部中に含む。各コーティングのための所望の前駆体混合物を所定のガス分配器（単数または複数）へと供給した後、ガス分配器は、前駆体混合物のガス流れを移動中の加熱ガラス基板の表面へと方向付ける。多様な前駆体混合物はそれぞれ、ガラス表面またはその近隣において反応して、所望のコーティングを形成する。

特許法の規定に従い、本発明について、その好適な実施形態を示すものと思われるものを説明してきた。しかし、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、本発明を特定の図示および記載以外の様態で実行することが可能である点に留意されたい。

Claims (17)

1. コーティングガラス物品であって、
   ティンテッドガラス基板と、
   前記色抑制コーティング上に被覆されたドープ酸化スズコーティングと、
   前記ドープ酸化スズコーティング上に被覆されたシリカオーバーコートと、
   を含み、
   前記コーティングガラス物品は、光源Ａ（１０度観測）によって測定された可視光線透過率＞７０％と、太陽熱利得係数≦０．５５と、半球放射率＜０．４とを示す、
   コーティングガラス物品。
2. 前記ティンテッドガラスは緑色、青色または青緑色であり、光源Ｃによって測定されたＣＩＥＬＡＢ色座標範囲がａ^＊＝−１０．５〜−４およびｂ^＊＝−６．５〜＋４内に収まる、請求項１に記載のコーティングガラス物品。
3. 前記ティンテッドガラスは、光源Ｃによって測定された前記ＣＩＥＬＡＢ色座標範囲がａ^＊＝−８．８〜−５．５およびｂ^＊＝−３〜＋２内に収まる、請求項２に記載のコーティングガラス物品。
4. 前記ティンテッドガラス基板と前記ドープ酸化スズコーティングとの間に色抑制コーティングが被覆される、請求項１に記載のコーティングガラス物品。
5. 前記色抑制コーティングは、前記ティンテッドガラス基板上において２０ｎｍ〜３０ｎｍの厚さで被覆された非ドープ酸化スズコーティングと、前記非ドープ酸化スズコーティング上に２０ｎｍ〜３０ｎｍの厚さで被覆されたシリカコーティングとを含む、請求項１に記載のコーティングガラス物品。
6. 前記ドープ酸化スズコーティングの厚さは３５０ｎｍ未満である、請求項４に記載のコーティングガラス物品。
7. 前記シリカオーバーコートの厚さは３０ｎｍ〜９０ｎｍである、請求項５に記載のコーティングガラス物品。
8. 前記シリカオーバーコートの厚さは３０ｎｍ〜５０ｎｍである、請求項７に記載のコーティングガラス物品。
9. 光源Ａ（１０度観測）によって測定された前記コーティングガラス物品の膜側反射率は＜７％である、請求項６に記載のコーティングガラス物品。
10. 多層コーティングスタックを基板上に被覆してコーティングガラス物品を形成する方法であって、
    溶融金属槽上に支持された移動している高温ガラス基板をガラス製造プロセスにおいて実質的に大気圧において提供することであって、前記ガラスはティンテッドガラスである、ことと、
    前記高温ガラス基板上にスズ化合物およびドーパントを含むドープ酸化スズコーティングを被覆することと、
    シリコン化合物を含むシリカオーバーコートを前記ドープ酸化スズコーティング上に被覆することであって、前記コーティングティンテッド基板は、光源Ａ（１０度観測）によって測定された可視光線透過率＞７０％と、太陽熱利得係数≦０．５５と、半球放射率＜０．４とを示す、ことと、
    を含む、方法。
11. スズ化合物およびシリカ化合物のうち１つ以上を含む色抑制コーティングは、前記ドープ酸化スズコーティングの被覆の前に、前記ティンテッドガラス基板上に被覆される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ティンテッドガラスは、緑色、青色または青緑色であり、光源Ｃによって測定された前記ＣＩＥＬＡＢ色座標範囲はａ^＊＝−１０．５〜−４であり、ｂ^＊＝−６．５〜＝４である、請求項１０に記載の方法。
13. 前記ティンテッドガラスは、光源Ｃによって測定された前記ＣＩＥＬＡＢ色座標範囲がａ^＊＝−８．８〜−５．５およびｂ^＊＝−３〜＋２である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記色抑制コーティングは、前記ティンテッドガラス基板上において２０ｎｍ〜３０ｎｍの厚さで被覆された非ドープ酸化スズコーティングと、前記非ドープ酸化スズコーティング上に２０ｎｍ〜３０ｎｍの厚さで被覆されたシリカコーティングとを含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記ドープ酸化スズコーティングは、３５０ｎｍ未満の厚さで被覆される、請求項１０に記載の方法。
16. 前記シリカオーバーコートは、３０ｎｍ〜９０ｎｍの間の厚さで被覆される、請求項１０に記載の方法。
17. 前記シリカオーバーコートは、３０ｎｍ〜５０ｎｍの間の厚さで被覆される、請求項１６に記載の方法。