JP2574008B2 - 高耐久性熱線遮へいガラスおよびその製造方法 - Google Patents

高耐久性熱線遮へいガラスおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は太陽輻射エネルギーを効果的に遮へいする建
築用もしくは自動車用の熱線遮へいガラスに関し、特に
熱的な曲げ加工や強化処理が可能な熱線遮へいガラスお
よびその製造方法に関するものである。
〔従来技術〕
熱線遮へいガラスとしては、ガラス構成成分として熱
線を吸収する材料を混入したものが最も一般的である
が、さらに優れた熱線遮へい性能を得るためにガラス表
面に金属や金属化合物の被覆がしばしば行なわれる。こ
の場合の金属としてはTi,Cr,Niなどがよく用いられる。
これは自動車用の窓ガラスとしての用途の場合のよう
に、透過と反射の色調が同様である必要があるような用
途に対してTi,Cr,Niなどの被膜が優れているからであ
る。
また建築用途においても自動車用においても、曲げガ
ラスや強化ガラスが必要な場合は数多くあり、被覆を施
した熱線遮へい板に対しても同様の要求がある。これら
に対しては一般にあらかじめ曲げ加工や強化加工を施し
たガラスに熱線遮へい機能を有する被膜を施すという方
法がとられている。しかしこのような方法ではいくつか
の不具合が生じる。一つは強化加工を施した後では、も
はやガラスが切断できないので、確定した寸法、形状の
ものにしか適用できないという欠点がある。また曲げ加
工を施したガラスに被膜を被覆する方法においては、ガ
ラスの全面にわたって均一な厚みの被膜を施すことが困
難であるという問題がある。このような不具合を解決す
るためには、あらかじめ被膜を被覆後、曲げ加工や強化
加工ができることが必要となるが、そのためには被膜が
これらの高温処理、たとえば600〜650℃の温度に少くと
も15分間程度さらされても、被膜が実質上変化しない耐
久性を有することが不可欠である。上記したTi,Cr,Niな
どの被覆はほとんど酸化してしまい、熱線遮へい機能は
消失してしまう。そこで、このような処理に耐えるよう
な高耐久性被覆が鋭意研究されてきた。特開昭62−1581
39によって開示された技術はガラス基板上に周期律表の
元素番号22から28の元素からなる金属ないしは金属合金
の層を形成し、さらにこれらの膜の上に酸素原子が不足
した状態の金属酸化物の層を10nm乃至100nmの厚さで施
すというものである。また特開昭62−235233によって開
示された技術は、ガラス基板上に白金,イリジウムまた
はロジウムの金属または合金の被膜を被覆し、さらにそ
の上に2nm乃至20nmの厚さの金属酸化物の保護層を施す
というものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上記従来の方法においては、被膜の耐久
性,成膜方法,製造コストの点で不具合があった。例え
ば元素番号22〜28の金属を被覆した上に、酸素が不足し
た状態の金属酸化物を被覆するという方法においては、
金属の酸化を完全に防ぐことはできないし、さらに金属
酸化物の酸素不足率を特開昭62−158139に述べているよ
うに、ある範囲に調節することは被膜を形成するプロセ
スの制御上容易なことではない。一方特開昭62−235233
に述べられているように、白金,イリジウムあるいはロ
ジウムの金属あるいは合金を被覆し、その上に金属酸化
物の保護層を2nm乃至20nmを施すという方法は、曲げ加
工や強化加工に耐えるだけの十分な耐久性を有するが、
白金,イリジウム,ロジウムという金属は極めて希少な
金属であり極めて高価であって、これらの被膜を利用し
た熱線遮へいガラスも高価なものとなるという問題点が
あった。
本発明は、前記したような貴金属のような高価な膜材
料を使用することなく、被膜の被覆の後に曲げ加工や強
化加工が実施でき、製造コストが安価な高耐久性の熱線
遮へいガラスおよびその製造方法を提供するものであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記従来の問題点を解決するために、本発明は透明ガ
ラス基板上に炭化珪素からなる第1層目の膜を被覆し、
該第一層目の膜の上に透明誘電体からなる第二層目の膜
を被覆してなる熱線遮へいガラスおよびその製造方法を
提供するものである。被覆される炭化珪素の膜厚として
は15nm乃至150nmの厚味が色調や透過率の点からいって
望ましい。該炭化珪素の膜の上に形成する透明誘電体膜
の材料としては、耐摩耗性に優れかつ後続するガラス基
板の高温処理の際に、空気中の酸素が該炭化珪素の膜へ
拡散して該炭化珪素が酸化されるのを防止するために
は、緻密な被膜となるものが良い。さらに可視域で透明
であることが必要で、この透明性と前記した特性の両者
を満足するものとして本発明にかかる炭化珪素の膜の上
に被覆される透明誘電体膜としては、酸化チタン,酸化
亜鉛,酸化インジウム,酸化錫,酸化ジルコニウム,酸
化タンタル,酸化ビスマスが好んで適用できる。もちろ
ん、これらの金属酸化物の少なくとも2つ以上の混合物
を炭化珪素の膜の上に被覆することもできる。すなわち
上記した金属酸化物の被膜をガラス基板上に被覆された
炭化珪素の膜の上に被覆すると、ガラス基板の曲げ加工
や強化加工に十分な高温処理、たとえばガラスの軟化点
以上の650℃に30分間保持しその後急冷または除冷して
も、良好な熱線遮へい性能を有するとともに被膜にしわ
や亀裂等の外観上の欠点がなんら生じないことを見い出
した。
また必要とする透明誘電体膜の厚みは、少なくとも8n
m以上であることが炭化珪素の膜が高温処理時に酸化さ
れるのを確実に防止する上で好ましい。8nm以下の膜厚
では、透明誘電体の膜は島状構造の膜になり、ガラス側
の炭化珪素の膜を完全に覆うことができなくなるため、
酸化防止の効果は膜厚が減少するに従って漸次低下して
いく。一方、膜厚の上限についてはとくに、後続するガ
ラス基板の曲げ加工や強化加工の工程、さらには膜の耐
摩耗性などからは制限されないが、被膜の被覆の生産性
を低下させないという観点から20nm以下の厚みであるこ
とが好ましい。
また本発明に係る2層構造からなる熱線遮へい機能を
有する膜の製造方法としては、減圧された雰囲気ガスの
組成や圧力が調節,制御できる容器内に、容器壁から電
気的に絶縁されかつ外部の電源から電力が投入され得る
カソードを有し、該カソード上にガラス基板上に被覆す
べき被膜の物質または物質の主要構成物質をターゲット
材料として設置された装置で、アルゴンの如き不活性ガ
ス、または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスによりグ
ロー放電を生起させるスパッタリング法で、炭化珪素お
よび透明誘電体の被膜の両者をそれぞれ相異なるカソー
ドに設置されたターゲットを出発物質として被覆するこ
とは、前記した2層構成からなる熱線遮へい膜を製造す
るうえで極めて有用である。
透明誘電体膜が酸化チタンの如き電気絶縁性であると
きは、ターゲットにチタン金属を用いアルゴンと酸素の
混合ガスによる反応性スパッタリングにより被覆するこ
とができ、酸化錫や酸化インジウムあるいは酸化錫を含
む酸化インジウムのような電気絶縁性がない場合はこれ
らの酸化物をターゲットとする直流スパッタリングで被
膜を形成することができる。とくに、ターゲット材料が
焼結された酸化インジウムもしくは酸化錫を含む酸化イ
ンジウムを使用する場合は、アルゴンのみの雰囲気ガス
もしくは数%の酸化ガスを含むアルゴンガスの雰囲気ガ
スによるスパッタリングにより、ガラス基板に被覆する
被膜の組成を化学量論組成よりも酸素不足の状態に安定
してできかつ、かかる被膜はその後の曲げまたは強化の
加工工程で、炭化珪素の酸化防止層として有効である。
〔作 用〕
本発明にかかる炭化珪素の膜は、太陽光線をその膜の
表面において一部反射し、また膜中に一部吸収する作用
を有する。また該炭化珪素の膜の上に被覆される透明誘
電体層は、該炭化珪素の高温における酸化反応を抑制す
る作用をすると同時に、反射色や透過色の色調をその膜
厚により変化させる作用をする。また本発明の熱線遮へ
いガラスの製造方法における雰囲気ガスは、ターゲット
材料が金属である場合該ターゲットがスパッタリングさ
れ被膜が形成される過程で、該ターゲットの金属元素と
反応し化学物に変える作用を呈する。また酸化インジウ
ムまたは酸化錫を含む酸化インジウムをターゲットとす
る被膜の形成においては、スパッタリングに用いられる
雰囲気ガスは、ターゲットがスパッタリングされ被膜が
形成されるときに、該ターゲットの物質を一部分解さ
せ、被膜を酸素不足の状態にする作用をする。
〔実施例〕
以下に本発明に係る熱線遮へいガラスの製造の、第3
図に示すスパッタリング装置を用いて行った実施例につ
いて説明する。
実施例1 使用したスパッタリング装置は、真空チャンバー11に
2つのターゲット15,16が真空チャンバーから電気的に
絶縁されて設置されているものである。第1のターゲッ
ト22として炭化珪素を、第2のターゲット23としてTi金
属を取付けた。清浄にされた2mm厚で100mm角のガラス基
板24を基板ホルダー17にセットし真空チャンバー11に入
れ、クライオポンプ14で5×10-3Paまでメインバルブ13
を開いて真空に引いた後、Arガスをガス供給管20からガ
スバルブ19を調節しながら導入し、バッフルバルブ12と
により真空チャンバー内11を0.5Paの圧力になるように
した。直流電源18Aより炭化珪素ターゲット22に電力を
投入し、スパッタリングを生起させて3Aの電流が流れる
ようにした。そのときのターゲット22とアースとの電位
差は410Vであった。ガラス基板24をセットした基板ホル
ダー17を搬送機構21を利用して100mm/分の速度で炭化珪
素ターゲット22の前面を通過させることにより、ガラス
基板24上に約600Åの炭化珪素の被膜を形成した。次い
で炭化珪素のスパッタリングを終了した後、Arガスを20
体積%含む酸素ガスを真空チャンバー11内にガス供給管
20から、ガスバルブ19を調節しながら導入し、再びバッ
フルバルブ12を調節することによって真空チャンバー11
内を0.5Paの圧力にした。それから直流電流18BよりTiの
ターゲット23に電力を投入し、グロー放電を生起させ4A
の電流が流れるようにした。そのときターゲット23とア
ースとの電位差は485Vであった。そうしてガラス基板24
をセットした基板ホルダー17を、搬送機構21により150m
m/分の速度でTiターゲット23の前面を通過させることに
より、炭化珪素の被膜の上に約100Åの酸化チタンの被
膜を形成し、スパッタリングを終了した。このようにし
て炭化珪素と酸化チタンの被膜が被覆されたその断面が
第1図で示されるガラスを大気中に取り出して、可視光
線透過率および日射透過率を測定したところ、それぞれ
28.5%,28.9%であり外観はゴールド色を呈していた。
この試料の曲げ加工や強化加工に対する耐久性を調べ
るために、これらの加工と同等の熱処理を施した。すな
わち試料を電気炉に入れ、650℃の温度に30分間保った
後除冷した。そうして電気炉から試料を取り出し可視光
線透過率および日射透過率を測定したところ、それぞれ
31.4%,32.0%であった。また外観はゴールド色を保っ
ていて、とくに被膜の剥離や亀裂などの変化は認められ
なかった。
実施例2 実施例1と同じスパッタリング装置を用いて、第2の
ターゲット23としてTi金属のかわりに酸化錫を10重量%
含む酸化インジウムを取付けた。実施例1と同一の操作
によって新しいガラス基板24上に約600Åの炭化珪素の
被膜を形成した。次いで真空チャンバー11の中にガス供
給管20からArガスのみを導入し、バッフルバルブ12を調
節することにより真空チャンバー11内を0.5Paの圧力に
した。しかるのちに直流電流18Bより、この酸化錫を10
重量%含む酸化インジウムのターゲット23に電力を投入
し、グロー放電を生起させ4Aの電流が流れるようにし
た。そのときターゲット23とアースとの電位差は430Vで
あった。ガラス基板24をセットした基板ホルダー17を、
搬送機構21により120mm/分の速度でターゲット23の前面
を通過させることにより、炭化珪素の被膜の上に約180
Åの酸化錫を含む酸化インジウムの被膜を形成した。こ
のようにして得た第2図で示される熱線遮へいガラスの
試料を大気中に取り出して可視光線透過率および日射透
過率を測定したところ、それぞれ33.8%,34.5%であり
外観はやや黒ずんだゴールド色を呈していた。この試料
を実施例1と同一の熱処理を施した後、再び可視光線透
過率および日射透過率を測定したところ、それぞれ29.1
%,30.3%であり、外観はゴールド色を呈し、かつ被膜
の亀裂や剥離などの変質は認められなかった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来極めて製造することが困難であ
るか、あるいは極めて高価格の材料を使わざるを得なか
ったところの被膜を、ガラス基板に被覆後曲げ加工や強
化加工を施すことができる高耐久性の熱線遮へいガラス
を、安価な材料を用いて、かつ能率の良い一連の成膜プ
ロセスで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明によって得られる熱線遮へ
いガラスの膜構成を示す概略断面図で、第3図は本発明
に係る熱線遮へいガラスの製造の実施に用いた装置を説
明するための図である。 1:ガラス基板、2,:炭化珪素膜、3:酸化チタン膜、4:酸
化錫を含む酸化インジウム膜、11:真空チャンバー、12:
バッフルバルブ、13:メインバルブ、14:クライオポン
プ、15,16:カソード、17:基板ホルダー、18A,18B:電
源、20:ガス供給管、21:搬送機構、22,23:ターゲット、
24:ガラス基板。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明なガラス基板の上に炭化珪素からなる
    膜が被覆され、さらに該炭化珪素膜の上に透明誘電体か
    らなる膜が被覆された熱線遮へいガラス。
  2. 【請求項2】該透明誘電体膜が酸化チタン,酸化亜鉛,
    酸化インジウム,酸化錫,酸化ジルコニウム,酸化タン
    タルおよび酸化ビスマスの群から選ばれた1つの金属酸
    化物もしくは、少なくとも2つ以上から選ばれ混合され
    た金属酸化物である特許請求範囲第1項記載の熱線遮へ
    いガラス。
  3. 【請求項3】該透明誘電体膜の厚みが8nm以上20nm以下
    である特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載の熱線
    遮へいガラス。
  4. 【請求項4】該透明誘電体膜が酸化錫を含む酸化インジ
    ウムからなるときに、該酸化物の膜が化学量論組成より
    も酸素不足の状態であることを特徴とする特許請求範囲
    第1項から第3項記載のいずれか1つの項記載の熱線遮
    へいガラス。
  5. 【請求項5】炭化珪素のターゲットを用いて減圧された
    不活性ガス中での直流スパッタリングによりガラス基板
    上に炭化珪素膜を被覆し、それに引続き金属ターゲット
    を用いる減圧された酸素を含む不活性ガス中での直流ス
    パッタリングあるいは、金属酸化物ターゲットを用いる
    減圧された不活性ガスまたは酸素を含む不活性ガス中で
    の直流スパッタリングにより、該炭化珪素膜の上に透明
    誘電体膜を被覆する熱線遮へいガラスの製造方法。
  6. 【請求項6】該金属酸化物のターゲットが酸化錫を含む
    酸化インジウムの焼結体であり、減圧されたアルゴンま
    たは、少量の酸素を含むアルゴンからなる雰囲気ガス中
    での直流スパッタリングである特許請求範囲第5項記載
    の熱線遮へいガラスの製造方法。
  7. 【請求項7】曲げ加工もしくは熱的強化の少なくとも1
    つが施された被膜付き熱線遮へいガラスの製造方法にお
    いて、曲げ加工もしくは強化処理を実施するに先立ち、
    該端子珪素および該透明誘電体膜をこの順序でガラス基
    板に被覆する、特許請求範囲第5項もしくは第6項記載
    の熱線遮へいガラスの製造方法。
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