JP3192138B2 - 電波反射抑制型の透明熱線反射ガラス - Google Patents

電波反射抑制型の透明熱線反射ガラス

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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、テレビ電波反射障害を起こさず建築意匠性
が高い透明熱線反射ガラスに関する。更に詳しく述べる
と、ガラス基板の表面に、窒素100%の雰囲気中でのス
パッタリングにより表面抵抗値が1kΩ以上の窒化クロム
層を形成し、テレビ電波の反射減衰量を増大させた透明
熱線反射ガラスに関するものである。
[従来の技術] 建築意匠性の向上と冷房負荷の軽減のため、近年、ビ
ル等の建築物に透明熱線反射ガラスが多用されている。
なかでも高性能熱線反射ガラスは、ガラス基板の表面に
金属や金属酸化物、金属窒化物などの薄膜を真空中でス
パッタリング法などによりコーティングしたものであ
り、次のような優れた特徴がある。
シルバー、ブロンズ、ブルー、グリーンなど豊富なカ
ラーバリエーションをもつので建築意匠性が優れてい
る。
可視光透過率8〜40%、可視光反射率10〜45%と可視
光線のバランスが良いので快適な室内空間を作り出し、
またプライバシーの保護に有効である。
優れた日射光線の遮蔽性能を呈するため冷房負荷の低
減に役立つ。
ところで従来技術の一つに、金属窒化物として窒化ク
ロムを用いる例があり、特開昭60−36355号公報に記載
されている。この窒化クロム膜は、希ガスと窒素ガスと
の混合ガス中でスパッタリングされ、その表面電気抵抗
値は0.1〜0.55(推定値)kΩ程度である。
[発明が解決しようとする課題] 従来の高性能熱線反射ガラスは、コーティング薄膜と
して前記のように金属や金属窒化物を用いており、その
表面抵抗値が低いため入射するテレビ電波に対して金属
板に近い性質をもち反射減衰量が低くなる傾向にある。
従来の代表的な高性能熱線反射ガラスは、コーティン
グ薄膜の表面抵抗値が250Ω/□以下であり、このガラ
スの反射減衰量はVHF帯とUHF帯とで7dB以下であった。
反射減衰量は、入射した電波エネルギーに対する反射し
た電波エネルギーの割合を表しており、その値が大きい
ほど反射が少なく、ゴースト障害は発生し難くなる。ガ
ラスの反射減衰量が上記のようにVHF帯とUHF帯とで7dB
以下であると、使用環境によっては(特に高層ビルに大
面積使用された場合)テレビ電波のゴースト障害を起こ
す。
またスパッタリング装置、特にインライン式大型スパ
ッタリング装置を使用する場合には、混合ガス中では動
作が不安定になり、均質で良好な成膜が困難なものもあ
る。その理由は、大きな基板を搬送する時、基板がチャ
ンバー内に進入するにつれて混合ガス組成が変動してス
パッタリングが不安定になり、途中から膜組成が変化し
て膜の光学的並びに電気的特性、及び耐久性などが変わ
ることがあるからである。
本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、成膜性が良好で、優れた建築意匠性を維持したまま
テレビ電波のゴースト障害を起こさない新しい透明熱線
反射ガラスを提供することである。
[課題を解決するための手段] 透明熱線反射ガラスは、その反射減衰量が15dB以上で
あれば問題になるようなゴースト障害は起こさないとさ
れている。そこで、まず理論からゴースト障害を起こさ
ない薄膜の表面抵抗値を求めた。第3図に示すように裏
面に薄膜の付いたガラスにテレビ電波が入射するモデル
を考える。このモデルは一般に第4図のような分布定数
回路に等価的に書き換え得る。端子A−Bから右側を見
た入力インピーダンスZinは(1)式で表される。
またガラスの固有インピーダンスと伝搬定数は
それぞれ(2)式と(3)式で表される。
Z0:空間のインピーダンス,Z0=377Ω j:虚数単位 :ガラスの誘電率,=7−0.1j t:ガラスの厚さ λ0:電波の波長 一方、薄膜は金属板のような完全反射体ではないので
RとZ0の並列抵抗で表され、その入射特性インピーダン
は(4)式のようになる。
以上よりガラスによる反射率Γは(5)式で表され
る。
従って反射減衰量ηは(6)式のようになる。
η=20logΓ …(6) ここで波長λ=300cm(周波数f=100MHz)、ガラ
スの厚さt=10mmの時、ゴースト障害を起こさないため
に必要な反射減衰量η≧15dBを得るためには、薄膜の表
面抵抗は1kΩ/□以上でなければならない。
そこで、このように表面抵抗値が1kΩ/□以上で且つ
優れた熱線反射性能と建築意匠性をもつ薄膜材料を検討
した結果、窒素100%の雰囲気中でのスパッタリングに
よる窒化クロム膜が有用であることが判明した。この窒
化クロム膜は、窒素とアルゴンの混合ガス雰囲気中で成
膜した従来技術で開示されている窒化クロム膜とは異な
り、表面電気抵抗値が著しく高くなる。従って、このよ
うな膜は電波反射抑制型の透明熱線反射膜として使用で
きる。
即ち本発明は第1図に示すように、ガラス基板10の表
面に、光学的厚さndが1nm≦nd≦300nmの第1の透明誘電
体層12を形成し、その上に窒素100%の雰囲気中でのス
パッタリングによる幾何学的厚さ(物理的厚さ)dが10
nm≦d≦40nmの窒化クロム層14を形成し、更にその上に
光学的厚さndが5nm≦nd≦200nmの第2の透明誘電体層16
を形成し、それら薄膜による並列抵抗値を1kΩ以上とし
た電波反射抑制型の透明熱線反射ガラスである。
ここで第1の透明誘電体層12の膜厚範囲を光学的厚さ
ndで1nm≦nd≦300nmとしたのは、1nm未満では光学特性
及び耐久性の改善に殆ど効果がなく、一方300nmを超え
る厚い膜を形成しても300nm以下の膜と比べて特に優れ
た反射色が得られるわけでもなく、成膜時間が長くなり
製造コストが上昇するだけだからである。窒化クロム層
14の膜厚範囲を幾何学的厚さdで10nm≦d≦40nmとした
のは、10nm未満だと熱線反射性能が低下してしまうし、
一方40nmを超えると表面抵抗値が1kΩ/□より小さくな
ってしまいゴースト障害を起こすようになるからであ
る。また第2の透明誘電体膜16は耐久性の改善(特に耐
磨耗性の改善)と光学特性の改善(透過率と反射率の改
善と色調の調節)のために使用されるが、その膜厚範囲
を光学的厚さndで5nm≦nd≦200nmとしたのは、5nm未満
では耐久性の改善と光学特性の改善(透過率と反射率の
改善と色調の調節)に殆ど効果がなく、一方200nmを超
える厚い膜を形成しても成膜時間が長くなり製造コスト
が上昇するディメリットの方が大きくなるからである。
ガラス基板に形成する膜は直流スパッタリングによる
のが好ましい。透明誘電体膜としてはSnO2,TiO2,ZrO2,T
a2O5,Nb2O5等が好ましい。
[作用] 窒素100%のガス雰囲気中でのスパッタリングにより
窒化クロム膜を形成し、その表面抵抗値を1kΩ/□以上
すると、入射するテレビ電波に対して反射減衰量が15dB
以上になるため、ゴースト障害は実質的に発生しない。
またこの膜は優れた熱線反射特性を呈し、透明誘電体膜
との組合せと相俟て透過率や反射色を調整できる。
透明誘電体膜は、電気的特性とは無関係であるが、透
過率や反射率を改善し反射色調の調節を行い、耐摩耗性
と耐薬品性を向上させる。
[実施例1] ガラス基板の表面に光学的厚さが10nmの酸化スズ層
(第1の透明誘電体層に相当する)と、幾何学的厚さが
10nmの窒化クロム層と、光学的厚さが40nmの酸化スズ層
(第2の透明誘電体層に相当する)とを順次直流スパッ
タリング法により成膜した。
実施例で用いた直流スパッタリング装置の概略を第2
図に示す。アースされた真空槽20の一部にバリアブルバ
ルブ22を設けた排気口24を形成し、この排気口24を介し
て真空ポンプ26に接続して真空槽20内を減圧できるよう
にする。また真空槽20の上部には、マグネトロンカソー
ド28a,28bを設け、直流電源30a,30bに接続する。両マグ
ネトロンカソード28a,28bの間にバルブ32を備えたガス
供給管34を設け、真空槽20内にガスを供給できるように
する。更に各マグネトロンカソード28a,28bの下方には
往復可能な搬送ベルト36を配置する。
まずカソード28aの下面にSnターゲット38aを、カソー
ド28bの下面にCrターゲット38bを取り付ける。そして搬
送ベルト36上の基板ホルダ40に洗浄したガラス基板10を
載置し、バリアブルバルブ22を開け、真空槽20内を5×
10-6Torr以下まで減圧する。次にガス供給管34により酸
素ガスを供給し、バリアブルバルブ22を閉じ、真空槽20
内の圧力を2×10-3Torrにする。カソード28aに400Vの
負電圧を印加し、ガラス基板10をカソード28a下を移動
させることでガラス基板10の表面に第1層として光学的
厚さ10nmの酸化スズ層を形成する。そしてカソード28a
のパワーを切り、バリアブルバルブ22を開き、再び5×
10-6Torr以下の圧力に引いた後、ガス供給管34から窒素
を導入し、バリアブルバルブ22を閉じ、真空槽20内の圧
力が2×10-3Torrとなるようにする。次にカソード28b
に500Vの負電圧を印加し、ガラス基板10をカソード28b
下を移動させることで前記酸化スズ層上に第2層として
幾何学的厚さ10nmの窒化クロム層を形成する。カソード
28bのパワーを切り、再び5×10-6Torr以下の圧力まで
引いた後、ガス供給管34から酸素を内圧2×10-3Torrに
なるまで導入し、前記と同様にカソード28aに400Vの負
電圧を印加し、窒化クロム層上に第3層として光学的厚
さ40nmの酸化スズ層を形成する。
製作した透明板の薄膜の並列抵抗値は3.4kΩ/□であ
った。また可視光透過率は31%、非膜面反射は2゜視野
C光(JIS Z8729)でL=53.1,a=−1.4,b=−
3.8であり、シルバー反射色であった。
[実施例2] 実施例1と同様の方法により、ガラス基板上に光学的
厚さが70nmの酸化スズ層、幾何学的厚さが25nmの窒化ク
ロム層、更に光学的厚さが70nmの酸化スズ層を順次成膜
した。なお膜厚はガラス基板の移動速度を変えることで
調整した。
この透明板の薄膜の並列抵抗値は1.6kΩ/□であっ
た。また可視光透過率は21%で、非膜面反射は2゜視野
C光でL=61.7,a=−2.7,b=−11.0であり、ブ
ロンズ反射色であった。
[実施例3] 実施例1と同様の方法により、ガラス基板上に光学的
厚さが170nmの酸化スズ層、幾何学的厚さが30nmの窒化
クロム層、更に光学的厚さが50nmの酸化スズ層を順次成
膜した。
この透明板の薄膜の並列抵抗値は1.3kΩ/□であっ
た。また可視光透過率は15%で、非膜面反射は2゜視野
C光でL=60.6,a=−3.0,b=−11.2であり、ブ
ルー反射色であった。
[実施例4] 実施例1と同様の方法により、ガラス基板上に光学的
厚さが210nmの酸化スズ層、幾何学的厚さが30nmの窒化
クロム層、更に光学的厚さが70nmの酸化スズ層を順次成
膜した。
この透明板の薄膜の並列抵抗値は1.3kΩ/□であっ
た。また可視光透過率は16%で、非膜面反射は2゜視野
C光でL=67.7,a=−8.1,b=−0.6であり、グリ
ーン反射色であった。
なお上記の実施例では成膜に直流スパッタリング法を
使用した。この方法は高周波スパッタリングのようなマ
ッチングが不要であり、また成膜速度も大きくコスト上
有利であり好ましい。透明誘電体膜としてはSnO2,TiO2,
Al2O3,ZnO,Bi2O3,ZrO2,Ta2O5,Nb2O5,AlN等もあるが、耐
久性と反射色調などからSnO2,TiO2,ZrO2,Ta2O5,Nb2O5
好ましい。
[発明の効果] 本発明は上記のようにガラス基板に、第1の透明誘電
体層と窒素100%のガス雰囲気中でのスパッタリングに
よる窒化クロム層と第2の透明誘電体層を形成し、それ
らの層を特定膜厚としてそれらによる並列抵抗値を1kΩ
以上とした透明熱線反射ガラスだから、入射するテレビ
電波に対して反射減衰量が大きく、ゴースト障害の発生
を防止できる。またブルーやグリーンなどの反射色をだ
すことができ優れた建築意匠性と熱線反射特性を発現さ
せうる。
更に窒化クロム層を窒素100%のガス雰囲気中でのス
パッタリングにより成膜するものであり、希ガスと窒素
との混合ガス中でのスパッタリングではないため、表面
抵抗値が高く、且つインライン式大型スパッタリング装
置を用いる場合でも安定した成膜動作が行われ、均質で
良好なスパッタリング膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る透明熱線反射ガラスの構成を示す
断面図、第2図はその製造に好適な直流スパッタリング
装置の説明図である。第3図は透明熱線反射ガラスへの
電波入射モデル説明図、第4図はその等価回路図であ
る。 10……ガラス基板、12……第1の透明誘電体層、14……
窒化クロム層、16……第2の透明誘電体層。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス基板の表面に、光学的厚さndが1nm
    ≦nd≦300nmの第1の透明誘電体層を形成し、その上に
    窒素100%のガス雰囲気中でのスパッタリングによる幾
    何学的厚さdが10nm≦d≦40nmの窒化クロム層を形成
    し、その上に光学的厚さndが5nm≦nd≦200nmの第2の透
    明誘電体層を形成し、それら薄膜の並列抵抗値を1kΩ以
    上としたことを特徴とする電波反射抑制型の透明熱線反
    射ガラス。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6397913B1 (en) 1997-09-29 2002-06-04 The Yokohama Rubber Co., Ltd. Pneumatic tire having crescent sectional shape reinforcing liner layer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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