JP3550607B2 - ガラス表面の防汚性コーティング - Google Patents

Description

【０００１】
［発明の分野］
本発明は、汚れ及び水による汚染の蓄積に抵抗するガラス基材等のためのコーティングを提供する。本発明のコーティングされたガラス基材は、本発明のコーティングをガラス板の外部用表面に備え、一方で同じガラス板の反対側に反射性コーティングが適用されている絶縁ガラスユニットで使用することができる。
【０００２】
［発明の背景］
窓及び他のガラス表面を清浄に保つことには比較的費用及び時間がかかる。個々の窓を清浄にすることはさほど面倒ではないが、多数の窓を清浄に保つことは大きな負担であることがある。例えば、現代的なガラスオフィスタワーでは、窓清浄化作業者に窓の外部用表面を定期的に清浄化してもらうのは、長い時間がかかりまた高価につく。
【０００３】
窓及び他のガラス表面は、種々の経路で「汚され」又は「汚染され」る。窓が汚れを集め得る主な態様の２つは、ガラス表面上での水の作用を含む。第１に、水それ自体が汚れ、又はガラスの表面の無機物若しくは汚れ等を集める。明らかに、ガラスの上に汚れた水が付着すれば、乾燥したとき、同伴された又は溶解された汚れをガラスの上に残すであろう。比較的清浄な水が窓の外部用表面に付着しても、窓の上にある各水滴は、乾燥するときに、汚れや他の空気で運ばれた粒子を集める傾向がある。これらの粒子及びこの水に溶解されるような他の化学物質は、時間と共に一層濃縮され、ガラス表面に特徴的なしみや乾燥リングを残す。
【０００４】
水が窓又は他のガラス表面に汚れた又は好ましくない外観を与える傾向がある第２の様式は、ガラス表面自体への攻撃に関連する。比較的清浄な水がガラス表面に存在する場合でさえも、それはガラスからアルカリ成分を浸出し始める。典型的なソーダ石灰ガラスについては、そのソーダ及び石灰はガラスから浸出され、この液滴のｐＨを増加させるであろう。ｐＨが増加するに連れて、ガラス表面への攻撃はより激しいものとなる。その結果、乾燥しつつある水滴の下のガラスは、この水滴が完全に乾燥するまでに少し粗くなるであろう。加えて、前記ガラスから浸出されたアルカリ成分は、乾燥リングとして前記ガラス表面に再堆積するであろう。この乾燥したアルカリ性物質はガラスの外観を損なうばかりでなく、ガラス表面が再び湿ったときに溶液に戻る傾向があり、次の水滴のｐＨを迅速に増してガラス表面に合着する。
【０００５】
板ガラスを貯蔵及び運搬において、隣接するガラス板の間の表面上に水が存在することは常習的な問題である。ガラスが水と直接に接触しないようにする工程を行うことはできる。しかしながら、ガラスを湿った雰囲気において貯蔵する場合、水はこの周囲からガラス表面に凝縮し得る。
【０００６】
これは比較的多くのガラスが集められたときに一層問題となる。多くのガラスは相当大きな熱容量を持ち、温まるまでに長時間を要する。その結果、それらは、周囲温度が増すとき（例えば、朝において）しばしば周囲空気よりも冷たくなり、空気中の湿分をガラスの表面に凝縮させるであろう。空気の循環が限られているために、ガラス板の間の湿気は乾燥するのに相当な時間がかかる。これは凝縮した湿分に、ガラスからアルカリ成分を浸出させる機会を与え、このガラス表面に悪影響を与える。この攻撃の速度は、ガラス表面に酸を適用することによって幾分低下させることができる。これは、緩酸、例えばアジピン酸を、ガラス板がくっついて相互に引っ掻き合うのを防ぐために使用する分離剤に添加することによって、一般に行われている。
【０００７】
ガラス板が清浄な外観をより長期間維持するようにするために、多数の試みがなされてきた。最近の研究の１つの方向は、ガラス及び他のセラミックスの「自己清浄化」表面である。この分野での研究は、ある種の金属が紫外線を吸収して、生物学的な物質、例えば油、植物性物質、油脂及びグリース等を光触媒的に分解する能力に基づいている。これらの光触媒金属酸化物の最も強力なものは二酸化チタンであるようであるが、この光触媒効果を有するように見える他の金属酸化物は、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、ニッケル及びコバルトの酸化物を含む。
【０００８】
そのような光触媒コーティングは生物学的由来の物質を除去することに幾らかの利益を示すかもしれないが、それらの他の物質への直接の影響は不明であり、紫外線への曝露に従って変化すると考えられる。その結果、そのようなコーティングされたガラスの表面上の水に関連する上記の問題は、そのような光触媒コーティングが直接に取り組んでいるものではない。
【０００９】
水をビーズ状にして小さな液滴にすることによって、ガラス表面の水の影響を最小にする多数の試みがなされてきた。例えば、米国特許第５，４２４，１３０号明細書（中西等、この教示はここで参照することにより本発明の記載に含める）は、フルオロアルキル基を含むシリカに基づくコーティングでガラス表面をコーティングすることを提案している。この文献は、シリコーンアルコキシドペイントをガラス表面に適用し、このペイントを乾燥させ、次いでこの乾燥したペイントを空気中で燃焼させることを教示している。中西等は、非金属元素、即ち、ＳｉＯ_２ 層の酸素の一部をフルオロアルキル基で置換することの重要性を強調している。前記酸素原子の１．５％までがそのように置換されるべきである。中西等は、０．１％未満の酸素原子がフルオロアルキル基で置換されているならば、このガラス表面と水との接触角が８０°未満となるので、このガラスは適当な撥水性を示さないとしている。
【００１０】
そのような「撥水性」コーティングはガラス表面上の水を滴状にする。高速の空気の一定した流れが表面を吹き抜ける自動車の風防ガラス等にこのコーティングを適用すると、この滴状化効果は、前記液滴が前記表面から吹き飛ぶことによってガラス表面から水を除去するのを助けることができる。しかしながら、比較的静的な用途においては、これらの液滴はガラスの表面に存在し、ゆっくりと蒸発する傾向がある。その結果、示されたこの「撥水性」コーティングは、上述の水に関連する汚れの問題を解決しない。反対に、水をより容易に液滴化することによって、実際に問題をより悪化させることがある。
【００１１】
他のシリカコーティングが種々の態様でガラス表面に適用されてきた。例えば、米国特許第５，３９４，２６９号明細書（高松等）は、反射率を低下させるために、ガラス表面上の「微細に粗い」シリカ層を提案している。この粗い表面は、この表面をハイドロシリコフルオロ酸（ｈｙｄｒｏｓｉｌｉｃｏｆｌｕｏｒｉｃ ａｃｉｄ）中の過飽和シリカ溶液で処理して、このガラス板上にシリカの多孔質層を適用することによって達成される。多成分のゾルゲル溶液を用いることによって、小さな窪みが点在し、サイズが約５０〜２００ｎｍの範囲であるとされた小さな「島状領域」を有する表面を達成することを主張している。この粗い表面は空気／ガラス界面での反射を減らす助けとなり得るかも知れないが、上述の水関連の汚れの問題を減らすとは思えない。どちらかと言えば、このコーティングの多孔性はガラス表面に水を保持する傾向があると考えられる。このことによって、ガラス表面上での水の長期残留に関連する問題は増加する可能性があると考えられる。
【００１２】
［発明の要約］
１つの側面において、本発明は水をシート状にするコーティングを有するガラス物品、及びそのようなコーティングを適用する方法を提供する。本発明の第１の態様によれば、ガラス物品は、水をシート状にするコーティングを備えた少なくとも１つのコーティングされた表面を有する。この水をシート状にするコーティングは、このガラスの外部用表面に直接にスパッタリングされたシリカを有する。この水をシート状にするコーティングの外部用面は実質的に非多孔質であるが、凹凸のある表面を有する。この水をシート状にするコーティングは、前記ガラス物品のコーティングされた表面上の水の接触角を望ましくは約２５°未満に減らし、このガラス物品のコーティングされた表面に適用された水をシート状にする。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、水との周期的接触にさらされる外部用表面を有する少なくとも１つのガラス板を有する窓が提供される。このガラス板の外部用表面は、平均厚さ約１．５ｎｍ（１５Å）〜約３５ｎｍ（３５０Å）でガラス表面に直接スパッタリングされたシリカを含む水をシート状にするコーティングを有する。この水をシート状にするコーティングは、実質的に非多孔質であるが凹凸のある表面を有する外部用表面を有する。この水をシート状にするコーティングは、このガラス板のコーティングされた表面に適用された水をシート状にする。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、ガラス板は、反射性コーティングを有する内部用表面と、水をシート状にするコーティングを有する外部用表面とを持つ。この反射性コーティングは、反射性金属の層及び少なくとも１つの誘電体層を有してもよい。この水をシート状にするコーティングは再び、前記ガラス板の外部用表面に直接スパッタリングされたシリカを有し、この水をシート状にするコーティングは実質的に非孔質であるが凹凸の表面を有する外部用面を有する。この水をシート状にするコーティングは、望ましくは、このガラス板のコーティングされた表面の水との接触角を約２５°未満に減らし、このガラス板のコーティングされた外部用表面に適用された水をシート状にする。
【００１５】
上述のように、本発明はガラス表面を防汚性及び防汚染性にする方法も意図している。１つの態様において、この方法は第１に内部用表面と外部用表面とを有するガラスを提供することを含む。前記ガラスの内部用表面及び外部用表面は清浄化する。その後、前記ガラス板の前記内部用表面には、少なくとも１つの第１の誘電体層、少なくとも１つの金属層、及び少なくとも１つの第２の誘電体層の順にスパッタリングすることによって赤外線反射性コーティングを施す。好ましくはこの赤外線反射性コーティングの可視スペクトルに対する透過率が少なくとも７０％である。前記ガラスの外部用表面には、前記ガラス板の外部用表面に直接シリカをスパッタリングすることによって、水をシート状にするコーティングを施す。望むならば、前記水をシート状にするコーティングは、前記反射性コーティングを作るのに用いられたのと同じスパッタリングコーティング装置で適用することができる。適当な材料を選ぶことにより、前記水をシート状にするコーティング及び前記反射性コーティングの誘電体層の１つは、同じスパッタリング容器にて酸化性雰囲気中で適用することもできる。望むならば、内部用表面が外部用表面の上になる一定の向きで維持しつつ、ガラス板の内部用表面及び外部用表面の両方にコーティングを施すことができる。
【００１６】
本発明の代替の方法によれば、内部用表面及び外部用表面を有するガラス板を提供する。スパッタリングライン（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｌｉｎｅ）も供給され、このスパッタリングラインは一連のスパッタリング容器を有する。このスパッタリング容器の各々は、ガラス板用の支持体を有する。前記スパッタリング容器の少なくとも１つは、前記支持体の上方の上側ターゲット及び前記支持体の下方の下側ターゲットを有する２方向スパッタリング容器を含む。前記ガラスの内部用表面及び外部用表面を清浄化し、その後、このガラス板を、内部用表面が上側ターゲットの方に向き且つ外部用表面が下側ターゲットの方に向くようにして、２方向スパッタリング容器の支持体上に配置する。前記上側ターゲットをスパッタリングして誘電体層を堆積させる。この誘電体層は、前記ガラスの内部用表面上に直接、又はこのガラスの内部用表面上に予め堆積された積層体上に堆積させることができる。前記ガラス板が２方向スパッタリング容器中に維持されている間に、下側ターゲットをスパッタリングして、このガラスの外部用表面上に水をシート状にするコーティングを堆積させる。１つの可能な好ましい態様において、上側ターゲット及び下側ターゲットの両方は同じスパッタリング容器内において酸化雰囲気中でスパッタリングする。
【００１７】
更に他の態様において本発明は、前記ガラスのいずれかの側に適用させるコーティングの性質にかかわらずに、コーティング装置を１回通過させて、１つのガラス板又は他の基材の２つの面をコーティングする方法を提供する。この方法では、清浄な内部用表面及び清浄な外部用表面を有するガラス板（又は他の基材）を提供する。スパッタリングラインも提供し、このラインは一連のスパッタリング容器を有し、各々のスパッタリング容器はその中にガラス板用の支持体を有し、前記スパッタリング容器のうちの少なくとも１つは前記支持体の上方に位置する上側ターゲットを有する下向きスパッタリング容器を構成する。前記スパッタリング容器の第２のスパッタリング容器は、前記支持体の下方に位置する下側ターゲットを有する上向きスパッタリング容器を構成する。前記ガラス板又は他の基材は、内部用表面が上側ターゲットに向くようにして下向きスパッタリング容器の支持体上に配置する。前記上側ターゲットをスパッタリングして、前記ガラスの内部用表面及び前記ガラスの内部用表面上に予め堆積させた積層体のうちの一方に直接にコーティングを堆積させる。また、前記ガラス板は、外部用表面が下側ターゲットに向くようにして、前記上向きスパッタリング容器中の支持体上に配置する。前記下側ターゲットをスパッタリングして、前記ガラスの外部用表面及び前記ガラスの外部用表面上に予め堆積させた積層体のうちの一方にコーティングを堆積させる。前記内部用表面が前記外部用表面の上に位置するような一定の向きを維持しつつ、前記ガラスの内部用表面及び外部用表面の両方にコーティングを施す。
【００１８】
［好ましい態様の詳細な説明］
図１は、本発明の１つの有用な態様による１対のコーティングを有するガラス板を概略的に示す。ガラス板１０は外部用面１２及び内部用面１４を有する。（後に続く説明における「内部用」及び「外部用」面の呼称は任意のものである。しかしながら、殆どの状況において、前記外部用面は汚れ及び水等と接触し得る周囲環境に曝されている。内部用面が同様な周囲環境に向いていてもよい。もっとも、図２及び３に示された態様において、この「内部用」面は実際には保護され、第２のガラス板は、この内部用面と周囲環境との間に存在する。）
【００１９】
ガラス１０の内部用面１４は反射性コーティング３０を有する。当業者なら容易に理解するように、この反射性コーティングは望みの性質に依存して、任意の望みの形態をもとり得る。広範な種々のそのようなフィルムが当技術分野において知られており、この反射性コーティング３０の正確な性質は本発明の範囲外である。
【００２０】
例えば前記ガラス物品を鏡として使用する場合、前記コーティング３０は単純に反射性金属の比較的厚い層を含むことができる。所望ならば、誘電体材料の保護コーティングを、前記ガラスと接触する表面と反対側の金属の表面に適用してもよい。当技術分野において知られているように、これは、化学的及び物理的攻撃から金属層を保護するのを助ける。反射性金属層の何れかの側に誘電体層を含む当技術分野において知られた種々の鏡コーティングのいずれかを採用することもできる。当技術分野で知られた多数の２色性鏡はそのようなコーティングを使用している。
【００２１】
図１の態様において、反射性コーティング３０は、低放射率太陽光制御フィルムで一般に使用されているタイプの赤外線反射性コーティングの典型である。典型的には、そのようなフィルムは一対の誘電体層の間にはさまれた金属層を含む。この構造は、積層体の赤外線反射性を更に高めるために繰り返してもよい。有用な赤外線反射性積層体の１つの例は、米国特許第５，３０２，４４９号明細書（Ｅｂｙら）によって開示されており、その教示はここで参照することによって本発明の記載に含める。
【００２２】
図１に示した積層体３０は、誘電体材料の１又はそれ以上の層を含んでもよいベースコート３２を含む。例えば、このベースコート３２は、約１５〜２７．５ｎｍ（１５０〜２７５Å）の厚さで適用された酸化亜鉛を含んでもよい。第１の金属層３４は、このベースコート３２上に直接適用することができる。この金属は、例えば約１０ｎｍ（１００Å）〜約１５ｎｍ（１５０Å）の厚さで適用された銀でよい。第２の誘電体層３８は、第１の金属層３４上に適用することができる。この誘電体層３８の厚さは、少なくとも部分的に第２の金属層４０がこの積層体に含まれるかどうかに依存する。２つの金属層を有する積層体では、図示されるように、この第２の誘電体層３８は典型的に比較的厚い金属酸化物の層、例えば７０〜７５ｎｍ（７００〜７５０Å）の酸化亜鉛を含んでいてよい。望むならば、比較的薄い犠牲層３６を、金属層３４と誘電体層３８との間で適用してもよい。これは誘電体層３８のスパッタリング堆積の間に、金属層３４を保護する助けとなる。この犠牲層３６は、例えば、厚さ２．５ｎｍ（２５Å）又はそれ以下で適用された金属チタンの層を含んでいてよい。この金属チタンは、金属酸化物誘電体３８の適用の間に犠牲となって酸化して、その下の銀層３４への被害を制限する。
【００２３】
図示された積層体では、第２の金属層４０を第２の誘電体層３８の上に適用している。この第２の金属層４０は通常、第１の金属層３４と同じ材料でできている。例えば、この第２の金属層４０は約１２．５〜１７．５ｎｍ（１２５〜１７５Å）の銀を含んでもよい。再び、チタン等の犠牲層４２をこの金属層４０の上に適用して、その後の誘電体４４及び４６の堆積の間に、金属層を保護するようにしてもよい。第３の誘電体層４４は犠牲層４２の上に適用する。この誘電体層４４も、金属酸化物、例えば２５〜３０ｎｍ（２５０〜３００Å）で適用された酸化亜鉛であり得る。望むならば、他の誘電体材料の保護オーバーコーティング４６を誘電体層４４上に適用してもよい。１つの好ましい態様において、このオーバーコーティング４６は、５．０〜６．０ｎｍ（５０〜６０Å）のＳｉ_３ Ｎ_４ の層を含んでいてもよい。
【００２４】
水をシート状にするコーティング２０は、ガラスの外部用表面１２に適用した。このコーティングは、ガラス板１２の表面に直接に適用するのが好ましい。典型的にソーダ／石灰ガラスであるガラスは、大部分がシリカでできており、水をシート状にするコーティングも望ましくはシリカでできているので、このことは、これら２つの層の間に強い結合を提供し、コーティング２０の水シート状にする性能を高めることができると考えられる。
【００２５】
本発明の水をシート状にするコーティング２０は、望ましくはガラス１０の外部用表面１２上に直接に堆積させたシリカを含む。図８〜１０に関連して以下に述べるように、このコーティング２０の外部用表面２２は凹凸のある表面を持っている。（これは概念的に、コーティング３１の外部用表面２２上の、一連の不規則に間隔の開いた様々なサイズの突起として示されている）。従って、このコーティング２０が特定の厚さを有すると考えるのは本来は幾分不正確であろう。しかしながら、コーティング２０は望ましくは、メジアン厚さが、約１．５〜約３５．０ｎｍ（約１５〜約３５０Å）、好ましくは約１．５〜約１５．０ｎｍ（約１５〜約１５０Å）である。最小コストでのこのコーティングの大きな利益は、約２．０〜約１２．０ｎｍ（約２０〜約１２０Å）の範囲で得られると考えられる。このコーティング２０をガラス１０の外部用表面１２に適用することができる１つの好ましい様式を、以下により詳細に示す。
【００２６】
図２は、本発明の更に他の態様による複数ガラス板絶縁ガラスユニットの概略図である。絶縁ガラスユニットは当技術分野で周知であり、ここではあまり立ち入った話はしない。しかしながら簡潔に述べると、そのような絶縁ガラスユニットは一般に、スペーサー１１０によって間隔を空けて保持された２枚のガラス１０、１００を含む。この態様において、ガラス１０の外部用表面によって支持される水をシート状にするコーティング２０は、第２のガラス板１００の反対側を向いており、ガラス１０の内部用表面によって支持された反射性コーティング３０は第２のガラス板１００の側を向いている。スペーサー１１０は、一方の側で第２のガラス板１００の内部用表面１０２に接合し、他方の側で第１のガラス板１０に接合している。当技術分野で知られているように、前記スペーサーは、ガラス１０の内部用表面１４に直接に接合されてもよいし、或いは反射性コーティング３０がガラス１０の周縁部にまで延びていて、前記スペーサーがそのコーティング３０に直接に接合されていてもよい。
【００２７】
典型的に、前記スペーサーは金属等でできており、乾燥剤を保持している。この乾燥剤はガラス板間の空間１１５中のガスに接しており、ガラス板間に入り込むことのある全ての湿分を取り除く。外側シール１１４は、スペーサー１１０の外側周辺部に沿って保持されて、信頼性可能なガス及び湿分のバリヤーを形成する。
【００２８】
図３は、本発明のコーティングされたガラス物品のもう１つの用途を示す。この態様において、前記ガラス板１０は、中間耐裂性プラスチックフィルム１３０によって第２のガラス板１００に接合されて、積層構造を形成する。そのような積層窓構造体は自動車窓の分野で周知である。典型的に、このプラスチック層１３０は、他の２枚のガラス板に熱融解させる比較的厚いポリビニルブチラール等の層の形を取る。望むならば、コーティング３０はなくてもよい。しかしながらより好ましくは、前記反射性フィルム３０は、熱処理可能な赤外線反射性フィルムを含む。種々のそのようなフィルムは当技術分野で知られており、このフィルムの正確な性質は本発明の範囲を超えるものであるが、任意の熱処理可能なコーティング３０を使用し得る。
【００２９】
上述のように水をシート状にするコーティングは、存在する場合の反射性コーティング３０と同様に、望ましくはスパッタリングによって適用する。これらのそれぞれのコーティングは、１つのスパッタリングラインをそれぞれのために通して２つのコーティングを適用することによって、従来のスパッタリング装置を用いて適用することができる。例えば、反射性コーティングを適用する前に、本発明の水をシート状にするコーティング２０は、ガラスの外部用表面を酸化スパッタリング雰囲気のシリコンターゲットの下に配置することにより、このガラスの外部用表面に適用することができる。その後、一連のスパッタリング容器を用いて、それぞれのスパッタリング容器が望みの積層体の１又はそれ以上の特定の層をスパッタリングするようにして、従来の様式で多層反射性コーティングを適用することができる。
【００３０】
図４は、本発明の１つの態様による２方向スパッタリング容器を概略的に示したものである。マグネトロンスパッタリング容器は当技術分野で周知であり、種々の供給者から商業的に入手可能である。そのようなマグネトロンスパッタリング容器の完全な解説は本発明の範囲を超えるが、そのような装置の１つの比較的有用な構造は、米国特許第５，６４５，６９９号明細書（Ｓｉｅｃｋ）で開示されており、その教示はここで参照することにより本発明の記載に含める。
【００３１】
それでも一般的にいえば、マグネトロンスパッタリングは、基材上に堆積させる金属又は誘電体でできたターゲットを提供することを含む。このターゲットは負の電荷を供給され、比較的正に荷電したアノードをこのターゲットに近く配置する。比較的少量の望みのガスを前記ターゲットの近くで室内に導入することにより、そのガスのプラズマを得ることができる。このプラズマ中の原子はこのターゲットに衝突し、このターゲットからターゲット物質を叩き出し、それをコーティングされるべき基材の上にスパッタリングする。ターゲットの後ろにマグネットを加えて、プラズマを形成すること、及びターゲット表面の近くの領域にプラズマを集中させることを助けることも知られている。
【００３２】
図４において、コーティングするガラス板１０は、スパッタリング容器２００の長さに沿って間隔をあけて配置された複数の支持ローラー２１０上に置かれる。これらローラー２１０間の正確な間隔は様々でよいが、以下により詳しく説明するように、これらのローラーは、下側ターゲット２６０からの有効なコーティング面積を増すために、スパッタリング容器２００の少なくとも一部の長さにわたって比較的間隔を開けて配置することが好ましい。
【００３３】
図示された態様において、ガラス板１０はこれらローラーを横切って水平に、例えば、左から右に移動するようにされている。ガラス板は、内部用表面１４が上方を向き、外部用表面１２が下方を向くようにして、ローラー２１０の上に載っている。（これは恐らく最も典型的な配置であるが、上側ターゲット２００及び下側ターゲット２６０も反対にするならば、スパッタリング容器２００内のガラスの相対的向きを変えることができると理解されるべきである。その結果、これらのターゲットを「上側」及び「下側」ターゲットと呼ぶことは、単に便宜上の目的であり、これらの要素のスパッタリング容器内での相対的向きは、望むならば容易に反対に出来る。）
【００３４】
図４に示したスパッタリング容器２００は、間隔をあけて配位された２つの上部スパッタリングターゲット２２０ａ及び２２０ｂを有する。これらのターゲットは平らなターゲットでありうるが、それらはいわゆるロータリーターゲット又はシリンダー状ターゲットとして示されている。これらのターゲットは、一般に相互に平行に配列されており、複数のアノード２３０は水平に拡がって一般にこれらのターゲットに平行である。米国特許第５，６４５，６９９号明細書で提案されているように、中間アノード２３０をこれら２つのターゲットの間に配置してもよい。
【００３５】
ターゲット２２０ａ及び２２０ｂの近くでスパッタリング容器にスパッタリングガスを供給するために、ガス分配装置が用いる。種々のガス分配装置が当技術分野で知られているが、この分配装置は、ほぼターゲットに向いて間隔をあけて配置された複数の開口部又はノズルを有する一対のパイプ２３５を有していてもよい。
【００３６】
マグネトロンスパッタリング容器中のガラス基材の上に配置された多数のターゲットの使用は、この分野においてかなり一般的なものである。それでも、図４のスパッタリング容器２００の特異な面は、「下側」ターゲット２６０の存在である。このターゲットは、本発明の水をシート状にするコーティング２０をガラスの外部用表面１２に直接にスパッタリングするために使用されるターゲットである。上側ターゲット２２０ａ及び２２０ｂと同様に、下側ターゲット２６０は、安定なプラズマを得るために、充分に接近した少なくとも１つ、好ましくは２つのアノード２７０を提供されている。上側ターゲット２２０ａ及び２２０ｂの近くに示された前記ガス分配パイプ２３５が下側ターゲット２６０から遠いことは望ましくなく、ガラス１０が中間に存在することはスパッタリング容器２００を２つの分離した機能領域に実質的に分割する。従って、ターゲットに近接したプラズマにガスを安定して供給することを確実にするために、下側ターゲット２６０に近接したガスの下方に別のガス分配パイプ２７５を配置することが好ましい。そのようなことが望まれるならば、下側パイプ２７５及び上側パイプ２３５は同じガス分配系の一部であってもよい、即ち、両方の一連のパイプは単一のガス供給に接続され得る。
【００３７】
下側パイプ２７５によって供給されるガスの性質は、少なくともある程度、スパッタリングターゲット２６０の性質に依存する。従来のマグネトロンスパッタリングにおいては、前記ターゲットはカソードとして働かなければならない。ＳｉＯ_２ の誘電性の故に、シリカターゲットを用いて信頼できるスパッタリングをするのは、非常に難しいことがある。その結果、ターゲットはシリカよりも金属シリコンからなるのが好ましい。ガラスの外部用表面１２上に実際に堆積させる物質は、下側ガス分配パイプ２７５を通して供給されるガス中に酸素を添加することによってシリカに転換できる。
【００３８】
連続的なガラス板１０はスパッタリング容器を効果的に分離するが、これはこの容器の１つの領域に導入されたガスがこの容器内の他の場所に移動することを妨げるものではない。下側ターゲット２６０は酸化性雰囲気中でスパッタリングされる金属シリコンを含むことが好ましいので、上側ターゲット２２０ａ及び２２０ｂのスパッタリングは、下側パイプ２７５を通して導入されることのある過剰な酸素の存在によって悪影響を受けないのが重要である。これは、このガラス板の一方の側に水をシート状にするコーティング２０を、他方の表面上に酸素感受性の金属を堆積するために、この２方向スパッタリング容器２００を使用することを実質的に排除することもある。
【００３９】
より有利には、図４の２方向スパッタリング容器は、ガラスの内部用表面１４上に誘電体層を堆積させ、且つ同じスパッタリング容器でシリカ水をシート状にするコーティングをこのガラスの外部用表面１２上に堆積させるのに使用できる。窒化物中にいくらかの金属酸化物が導入されるのが、適用するコーティングに悪影響を与えない限り、スパッタリングされる誘電体は窒化物等であってもよい。もっとも、理想的には、２組のパイプ２３５及び２７５を通して導入されるガスの何らかの混入が誘電体層又は水をシート状にするコーティングに悪影響を与えないように、内部用表面１４に適用する誘電体層は酸化物（又は少なくとも部分酸化物）である。例えば、ターゲット２２０ａ及び２２０ｂの一方又は両方は金属チタン又はＴｉＯ_ｘ （ここで、１＜ｘ＜２）でできていてよく、ガス分配パイプ２３５及び２７５の両方の組を通して導入されるガスは、アルゴン及び酸素の適当に釣り合わされた混合物を含んでいてよい。
【００４０】
従来のマグネトロンスパッタリング容器では、ガラスを支持するために使用されるローラー２１０間の間隔は、比較的小さいガラス基材をこれらローラーの間に落とす危険性なしに加工できるようにするために、かなり小さく保たれる。もっとも、ガラスの外部用表面１２上に水をシート状にするコーティングを適用するときには、これらローラーによる影響を最小にするために、この間隔を広げてもよい。最大安全間隔は、予想されるガラスサイズの与えられた範囲について、ケースバイケースで決定する必要がある。しかしながら、下側ターゲット２６０からガラスの外部用表面１２への経路に配置されたローラー間の間隔が大きければ大きいほど、ガラスに堆積するスパッタリングされたシリカの割合は増加する。当然に、スパッタリング設備の他の領域のローラーは、それらの通常の間隔を維持することができる。２方向スパッタリング容器２００のローラーのうちのいくつかは容易に取り除けるようにして、容器を、図示された形状から、ガラスの片方の面のみをコーティングし且つ互いに比較的狭い間隔で配置されたローラーを有する比較的一般的に操作される容器に変化させることができるようにすることも望ましいことがある。
【００４１】
ローラー間の間隔を変化させる代わりに、ローラーの直径を比較的小さくすることができる。従来のローラーは中空の金属管である。所望であれば、この直径が比較的小さいローラーは、例えば硬質の発泡体を充填することによって強化することができる。支持体に沿うガラスの同じ輸送速度を維持するために、これらの比較的直径が小さいローラーは、例えば所望のギア比を有する一対のギアによって、より速く回転させなければならない。
【００４２】
ローラー２１０は任意の従来の形状のものでよい。ケブラー（商標）のロープをらせん状に巻き付けたシリンダー状アルミニウムローラーを使用することによって良い結果が得られることが見出されている。ここで、ケブラー（商標）はガラスが直接に接触する表面を提供している。
【００４３】
いくらかの特定の用途では、図４の２方向スパッタリング容器２００は、ガラスの内部用表面と外部用表面の両方に所望のコーティングの全てを適用するのに十分なことがある。しかしながら比較的一般的に、スパッタリング容器２００は、一連のスパッタリング容器を含むスパッタリングラインの一部である。このラインのそれぞれのスパッタリング容器は、上側ターゲットと下側ターゲットの両方を具備することができるが、最も一般的な用途では、ガラスの上側表面に適用する積層体が比較的複雑であり（すなわち、様々な組成の一連の別個の層を含み）、且つ本発明の水をシート状にするコーティング２１よりも厚い。結果として、スパッタリング容器の大部分は、上側ターゲットのみを具備して支持体の下に配置された下側ターゲットを具備しない従来の下向きスパッタリング容器を構成する。
【００４４】
スパッタリングラインが下向きスパッタリング容器と２方向スパッタリング容器２００の組み合わせを含む場合、スパッタリングラインにおける２方向スパッタリング容器の位置は変化させることができる。水をシート状にする本発明のコーティングを、酸化雰囲気でのシリコン含有ターゲット（例えば、主にシリコンで作られたターゲット又はアルミニウムでドープされたシリコンで作られたターゲット）のスパッタリングによって適用する場合、この容器においてガラスの上側表面に、酸化可能な金属の層（例えば、低放射性積層体において通常使用されるタイプの赤外線反射性銀層）を堆積させようとしないべきである。従って、金属層を堆積させるために使用するこれらのスパッタリング容器だけでも、下側ターゲットなしで下向きスパッタリング容器として操作することができる。しかしながら、同じ容器において、ガラスの上側表面に金属酸化物（例えば、ＳｉＯ_３ 、ＺｎＯ、又はＳｎＯ_２ ）を堆積させることは可能である。
【００４５】
従来の認識によれば当業者は、水をシート状にする本発明のコーティングを、第１のスパッタリング容器又は必要であれば初めの複数のスパッタリング容器において適用して、容器内においてガラスを支持するローラーと接触することによってガラス表面が汚染される又は損傷を受ける前に、水をシート状にするコーティングを確実に適用することを選択する。非常に予想外に、反対の事実が判明した。つまり、本発明の水をシート状にするコーティングは最後のスパッタリング容器において適用することが最適である。スパッタリングラインを通るガラスの速度を不適当に低下させることなく水をシート状にする十分に厚いコーティングを堆積させるために、１以上の２方向スパッタリング容器２００が必要である場合、水をシート状にするコーティングは最後の複数のスパッタリング容器において適用することが最適である。
【００４６】
水をシート状にする本発明のコーティングをスパッタリングラインの最初に適用すると、ガラスの外部用表面の大部分は水をシート状にする所望の性質を示す。しかしならがら、ガラスの周縁部は、一貫したこれらの改良された性質を示さないことがある。これは、水をシート状にするコーティングの堆積の後でガラスの上側表面に適用したコーティングのわずかなオーバースプレーによると考えられる。ここでは、上側表面に適用した物質の非常に少量が下側表面に移動してきて、ガラス板の縁の近くに存在する水をシート状にするコーティングの上に重なると考えられる。このオーバースプレーによるコーティングは、ガラスの光学的な性質に容易に検知可能な影響を与えないほど薄いが、この実質的に不可視的なコーティングは、ガラスの縁に沿う水をシート状にするコーティングの利点を危険にさらす。スパッタリングラインの末端部の近くでガラスの外部用表面にシリカを適用することによって、シリカコーティング上に堆積するオーバースプレーの量を最少化することができ、このコーティングの水をシート状にする有益な効果を維持することができる。
【００４７】
図４において示されるような２方向スパッタリング容器２００は、ガラス板の両側に適用するコーティングのコストを最少化し製造効率を最大化すると考えられる。あまり望ましくないが、本発明の水をシート状にするコーティングを１回目の通過で適用し、反射性コーティングを２回目の通過でガラスの他の面に適用することができる。ここでは、通過の間にガラスを裏返しにすることによって、容器の支持体の同じ側に全てのターゲットを配置することを可能にする。しかしながらこれは、先に概略を示した方法に比べて効率が良くなく、低コストの商業的なガラスの製造には適当でないと考えられる。
【００４８】
ガラス基材は容器を通って移動するので、このガラスが、上側ターゲット２００ａ及び２００ｂを下側ターゲット２６０から効果的に保護しないとき又は下側ターゲットを上側ターゲットから効果的に保護しないときがある。結果として、上側ターゲットからの物質が下側ターゲットに堆積し、また下側ターゲットからの物質が上側ターゲットの片方又は両方に堆積することがある。図４のスパッタリング容器２００は、上側ターゲット２２０ａ及び２２０ｂの組成が下側ターゲット２６０の組成と実質的に同じ場合に理想的である。上側ターゲットと下側ターゲットの組成が異なる場合、異なるターゲットの相互汚染は、スパッタリング又は製品の一貫した品質の維持に問題をもたらすことがある。
【００４９】
少なくとも理論的には、それぞれのスパッタリングターゲットへの電力供給を独立に制御して、ガラス板が上側及び下側のターゲットを互いに保護しする位置にある場合にのみそれぞれのターゲットをスパッタリングすることを確実にすることによって、この問題を解決することができる。しかしながら、現在商業的に入手することができる電力供給制御装置は、この様な様式にはなっていない。更に、一定の大きさではなく様々な大きさのガラス基材をコーティングするためにこのスパッタリングラインを使用する場合、そのような設定のための制御理論は非常に困難なことがある。
【００５０】
図５は、１つの可能なスパッタリング容器３００を示している。このスパッタリング容器３００を使用して、スパッタリングターゲットの有意の相互汚染をなくして、一回の通過で基材の内部用表面１４及び外部用表面１２の両方をコーティングすることができる。図４に示される構成要素と類似の機能を持つ構成要素は、１００を加算した類似の参照番号で示してある。例えば、図５の上側ガス分配パイプ３３５は、図４の上側ガス分配パイプ２３５と機能的に類似である。
【００５１】
図５のスパッタリング容器３００は、一対のバリアー３４０によって、３つのコーティング領域３００ａ、３００ｂ、及び３００ｃに効果的に分けられている。１つのコーティング領域のいくらかのガス画分は、もう１つのコーティング領域に流入しており、従ってこれら３つ全ての領域において同様な雰囲気を使用することが最良である。しかしながら、バリアー３４０は、１つのコーティング領域においてスパッタリングされた物質が、他のコーティング領域のターゲットに到達する量を効果的に制限する働きをする。
【００５２】
図５に示される態様においては、３つのコーティング領域３００ａ〜３００ｃのそれぞれは４つまでのターゲットを備えるようにされており、ここでは、２つのターゲットを基材の上側に配置し、２つのターゲットを基材の下側に配置するようになっている。従って、ガラス経路の上側に配置された６個のターゲットマウント３２１〜３２６、及びガラス経路の下側に配置された６個のターゲットマウント３６１〜３６６が存在する。これは、この単一の複数領域スパッタリング容器３００を使用して、異なる性質の製品を作る最大自在性を可能にする。図５は、下側ターゲットマウント３６１〜３６６のうちの１つに垂直に配置されたそれぞれの上側ターゲットマウント３２１〜３２６の概略を示している。しかしながら、ターゲットをこの様式で垂直に配置する必要はないこと、及び水平にずらして比較的有利に配置できることを理解すべきである。
【００５３】
図５に示す配置では、第１のコーティング領域３００ａは２つの上側ターゲット（３２０ａ及び３２０ｂ）を具備しているが、下側ターゲットマウント３６１又は３６２には下側ターゲットが存在しない。第１のコーティング領域においては、上側ガス分配パイプ３３５にスパッタリングガスを供給すべきであり、また上側アノード３３０に電力を供給すべきであるが、下側ガス分配パイプ３７５にガスを輸送する必要はなく、また下側アノード３７０に電力を供給する必要はない。第２のコーティング領域３００ｂは２つの下側ターゲット３６０ｃ及び３６０ｄを具備しているが、上側ターゲットマウント３２３及び３２４にはスパッタリングターゲットが存在しない。同様に、第３のコーティング領域３００ｃは２つの下側ターゲット３６０ｅ及び３６０ｆを具備しているが、上側ターゲットマウント３２５又は３２６にはスパッタリングターゲットが存在しない。随意に（上述のように）、第１のコーティング領域３００ａは、基材の内部用表面１４によって支持される反射積層体の最も外側の層を適用するために使用し、後半の２つのコーティング領域３００ｂ及び３００ｃは、基材の外部用表面１２に水をシート状にするコーティング２０をスパッタリングするために使用する。
【００５４】
図５の複数領域スパッタリング容器３００におけるターゲットの配置は単に説明のためのものであり、ターゲットの配置を変更して、様々な製品の製造効率を最大化できることを理解すべきである。例えば、同じガラス速度で水をシート状にする比較的厚いコーティングが所望である場合、それぞれの下側ターゲットマウント３６１〜３６６にシリコン含有ターゲット等を取り付けて、上側ターゲットマウント３２１〜３２６のいずれもがターゲットを具備しないようにすることができる。比較的薄いコーティングで十分な場合（又は適当に減速させてガラスをコーティング容器に通す場合）、最後の２つのターゲットマウント３２５及び３２６のみがターゲットを具備し、初めの４つの上側ターゲットマウント３２１〜３２４のそれぞれがスパッタリングターゲットを具備するようにすることができる。当然に、同じ領域の上側ターゲットマウントと下側ターゲットマウントにターゲットを取り付けることによって、図４の２方向スパッタリング容器２００と同様に、コーティング領域３００ａ〜３００ｃの１つ又は複数を操作することができる。
【００５５】
図４及び５の装置及びそのようなコーティング設備を使用するコーティングの堆積方法は、本発明の用途では主に、ガラスの１つの面の反射性積層体を適用し、且つガラスの他の面に水をシート状にするコーティングを適用することに関して説明する。しかしながら、この装置及び方法を使用して、適用するコーティングの性質に関わらずに、ガラス板の両方の面にコーティングを適用できることを理解すべきである。例えば、この装置を使用して、ガラス板の両面に反射防止コーティングを適用すること、透明若しくは半透明の有機基材の両面に赤外線反射コーティングを適用すること、又は同じ基材のそれぞれの面に水をシート状にするコーティングを適用することができる。
【００５６】
図４及び５において説明した設備の利点は、基材を一定の向きに維持しながらコーティング装置に一回通すことによって、基材の両方の面にスパッタリングによるコーティング（組成に関わらない）を具備させられることである。すなわち、基材をひっくり返すこと、方向を転換を行うこと、又は手動で操作することが必要ないということである。これは、単純な一連の標準輸送ローラーを使用して、製造ラインに沿ってガラスを移動させることを可能にする。本発明を使用しない場合、ガラスを手動で扱ってひっくり返しそしてコーティング装置に戻して通さなければならず、又は製造プロセスの間に同じ箇所で基材を保持してひっくり返さなければならない複雑なガラス取り扱い設備を使用しなければならない。これは、コーティングの品質を低下させずに、両面をコーティングされたガラスを特に経済的に製造することを可能にする。
【００５７】
かつては、ガラスの底面側をコーティングしようとする場合でさえも、ローラーとの接触がコーティングを傷つけ及び／又はコーティングの適用の前にガラスの底面が損傷を受けると考えられてきた。しかしながら意外にも、本発明は、１回の通過でガラスの両面をコーティングすることが非常によい結果をもたらすことを示している。
【００５８】
水をシート状にする本発明のコーティングを適用する正確な操作条件（例えば、ターゲット組成、プラズマ組成等）は、必要に応じて変化させて、所望の厚さのコーティングの堆積を最適化することができる。本発明の教示によれば、過度の実験なしで、当業者は適当な操作条件を選択して本発明のコーティングを適用することができる。
【００５９】
本発明によるＳｉＯ_２ の層は、不活性雰囲気において二酸化ケイ素ターゲットを使用するスパッタリングによって堆積させることができるが、シリカは伝導性が低く、またそのような誘電体材料はＤＣスパッタリング装置においてスパッタリングすることが難しいことがある。代わりに酸化雰囲気において純粋なシリコンターゲットを使用することができるが、シリコンは半導体なので、そのようなターゲットは一定の制御された様式でスパッタリングを行うことが難しい。スパッタリングを改良しアークを減少させるために、約５％のアルミニウムを伴うシリコンを有するターゲットを、酸化雰囲気においてスパッタリングすることが好ましい。
【００６０】
アルミニウムでドープしたシリコンターゲットを使用する場合であっても、スパッタリング容器の雰囲気を変化させて、最適なスパッタリング速度を達成することができる。スパッタリング雰囲気は酸化雰囲気であるべきだが、純粋な酸素である必要はない。反対に、酸素と不活性ガスの混合物がスパッタリング速度を促進する。酸素と約４０％までのアルゴン（好ましくはアルゴンは０〜２０％）とを含有し、約３×１０^−３ｍｂａｒに維持されたスパッタリングガスが満足なものであると考えられる。スパッタリングターゲットに加えられる電力を最適化させて、最大スパッタリング速度を維持しながらアークの発生を減少させるべきである。約８０ｋＷまでの電力が許容できる結果をもたらすであろう。
【００６１】
うまく作用することが見出された１つの製造配置は、約５％のアルミニウムでドープされたシリコンのロータリースパッタリングターゲットを３つ使用し、それぞれのターゲットに約４２ｋＷの電力を加える。スパッタリング容器の雰囲気は、０．３３〜０．６０Ｐａ（約２．５〜４．５ｍＴｏｒｒ）の圧力で１００％のＯ_２ を含む。ガラス基材は、５７２〜１２７０ｃｍ／分（約２２５〜５００インチ／分）の速度で、これら３つのスパッタリングターゲットを通過させる。
【００６２】
フロートガラスの製造においては、溶融したガラスを溶融スズ浴に浮かせる。このガラスには上側と下側又は「スズ」側とが存在する。最も一般的には、フロートガラスに反射コーティングを具備させる場合、このコーティングはガラスの上側に適用する。これは、ガラスのスズ側には、アニール窯において支持ローラーと接触することによってもたらされることがあるいくらかの小さい表面欠陥が存在するためである。フロートガラス板１０に水をシート状にするコーティング２０及び反射層３０を具備させる場合、このガラス板の上側表面をガラスの内部用表面１４として使用して、反射性コーティング３０を具備させ、ガラスのスズ側を外部用表面として使用して、水をシート状にするコーティング２０を具備させることが好ましい。
【００６３】
図６は、未処理フロートガラス板のスズ側表面での１マイクロメートル四方の原子間力顕微鏡写真である。図７は、約１μｍの長さの、ガラス板の同じ側の表面の凹凸を示している。図６及び７の両方は、標準のシリコンの先端を使用するＤｅｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ ＩＩＩ原子間力顕微鏡によって得た。
【００６４】
図６及び７は比較的滑らかな表面を示している。この表面は完全に平滑ではなく、図６ではわずかな粗さを見出すことができるが、これらの画像の縮尺が非常に小さいことに注意することが重要である。これらの画像を理解するために、図７における凹凸の２つの突端を一対の矢印によって強調している。図７の左側の２つの比較的暗い矢印（横軸の約０．２５μｍの位置）は、突端Ａの初めと頂部を示しており、図７の右側の２つの比較的明るい２つの矢印（横軸の約０．９μｍの位置）は、第２の突端Ｂの頂部と終わりを示している。第１の突端Ａは高さが約０．７ｎｍ未満であり、第２の比較的高い突端Ｂでも高さが約１．７ｎｍである。
【００６５】
図８〜図１０は、スズ側の面に水をシート状にする本発明のコーティングを適用したフロートガラス板の類似の表示である。図８は、図６と同様な微細写真であり、１μｍ^２ の表面を示している。図１０は図７と同様な図であるが、図７の縦軸の範囲が５ｎｍであるのに対して、図１０では縦軸の範囲が２０ｎｍである。図９は、水をシート状にするコーティングの表面の特徴を強調した斜視図である。大きな図の右側の比較的小さい垂直棒は、基礎表面からの高さに関連するグレースケールの表示である。
【００６６】
これら２つの一連の図を比較することによって、水をシート状にする本発明のコーティングは、図６及び７で示されるコーティングされていない表面と比較すると、かなり凹凸の大きい表面を有することが分かる。図８においては、ガラス表面から立ち上がった間隔をあけて存在する一連の突端が存在することが分かるが、これらの突端の高さを決定することは困難である。図９及び１０は、これらの突端の形状及び高さを比較的よく示している。図１０においては、２つの比較的暗い矢印は、突端Ａの頂部及び終わりを示しており、２つの比較的明るい矢印は第２の突端Ｂの頂部及び終わりを示している。図７におけるかなり小さい突端と違って、図１０における第２の比較的小さい突端Ｂは高さが約４．３ｎｍであり、第１の突端Ａは高さが約１０ｎｍに近い。これは、図７で示される突端の５倍程度の大きさである。
【００６７】
図８〜１０で示されるコーティングの表面は均一ではないが、比較的気孔が存在しないことに注目することは価値がある。これは、タカマツらの米国特許第５，３９４，２６９号明細書の顕微鏡写真とはかなり異なっている。ここで、この米国特許第５，３９４，２６９号明細書の顕微鏡写真は、コーティングを貫く５０〜２００ｎｍ程度の気孔を有するゾル−ゲル法による多孔性コーティングを示している。
【００６８】
これらの画像は、ガラスの表面へのシリカのスパッタリング堆積が、一連のかなり鋭い明確な突端を持つ表面を有するコーティングをもたらすことを示唆するが、この理由は現在は理解されていない。コーティングされた表面に有意の統計的な解析は行っていないので、図６〜１０はこれらそれぞれの表面の代表であるかどうかは分からない。実際にはこれらの表面は、問題となる試料の表面全体の代表ではないので、これら２つのガラスの表面構造の視覚的な違いを重視しすぎるのは適当ではない。しかしながらこのデータは、水をシート状にする本発明のコーティング２０の表面が比較的多孔性ではなく、未処理のフロートガラスの表面とは異なることを示唆している。この違いは、水をシート状にする本発明のコーティング２０の表面が、有意に比較的不均一で凹凸があり、表面の残部からかなり立ち上がって間隔を空けて存在する別個の突端を数多く有することによる。
【００６９】
水をシート状にする本発明のコーティングを適用されたガラス板の性質は、本発明のコーティングを適用されていない同様なガラス板の性質とはかなり異なる。水をシート状にするコーティング２０を有するガラスの表面は、同じ条件の相当するガラス板と比較したときに、比較的容易に水をシート状にする傾向があり、また可視的な筋及び欠陥を残さずに清浄化することがかなり容易である。
【００７０】
本発明のコーティングと、本発明のコーティングを持たない相当するガラス板との直接の正確な比較を行うために、比較のための試料を調製した。平らで未処理のガラス板を完全に清浄化し、一連のローラー上に水平に配置した。正方形の小さいガラス片を、ガラス板の上側表面に置いて、ガラス板の表面の一部を覆うためのテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）とした。ガラス板及びその上のテンプレートをマグネトロンスパッタリング容器に通して、約３５ÅのＳｉＯ_２ のコーティングを堆積させた。その後、このテンプレートを取り除いて、表面の大部分に本発明のコーティング２０を有するが、スパッタリング操作の間にテンプレートの下にあったコーティングされていない領域を有するガラス板をもたらした。ガラス板の反対側、すなわちＳｉＯ_２ コーティングを提供された側と反対側のガラスの面には、低放射率赤外線反射性積層体をコーティングした。この赤外線反射性積層体は、複数の誘電体層を使用して、互いに及びガラスから離して配置した２つの銀層を有する。
【００７１】
ガラス板の部分的にコーティングされた表面を視覚的に検査した。完全に清浄である場合、スパッタリングの間にテンプレートの下側にあったコーティングされていない領域の境界は、肉眼では検知不可能であった。このことは、水をシート状にするコーティングの、ガラスの基本的な光学的性質への影響が最小であることを示している。家庭でのクリーニングに普通に使用するタイプの単純な手動式スプレーボトルを使用して、霧状にした水滴を表面に噴霧した。噴霧の後では、コーティングしていない領域の境界は容易に見ることができた。コーティング２０を有する領域の水は、シート状になって、明らかに均一な水のフィルムを作ったが、コーティングがない領域では外観が比較的均一ではなかった。
【００７２】
Ｗｉｎｄｅｘ（商標）という商標名で商業的に入手することができる従来のクリーニング溶液をガラス板の表面に噴霧して、コーティング２０を有する領域が乾燥して可視的な筋が見えなくなるまで、表面をペーパータオルで拭いた。拭き取りの後で、コーティングされていない領域にはまだ、湿分の可視的な筋が存在していた。コーティングされていない表面のこれらの可視的な筋はガラス上に実質的に筋を残さずに最終的に乾燥するが、平均的な人は可視的な筋が消えるまでこの領域の拭き取りを継続する傾向があると考えられるので、このことは、そのようなコーティングがないガラス物品と比較したときに、水をシート状にするコーティング２０を持つガラス物品の清浄化には比較的少ない労力と時間が必要とされることを意味する。
【００７３】
本発明によって提供される表面性質の変化は、質的なレベルでは容易に区別することができるが、有意の様式によってこれらの差を定量的なレベルで評価することは比較的難しい。にもかかわらず、以下の例はコーティングされていないガラス板と、水をシート状にする本発明のコーティング２０を具備したガラスの違いを説明しているものと考える。以下のそれぞれの実験例１〜３においては、試料Ａ及び試料Ｂの２つの試料を提供した。試料Ａはソーダ−ライムガラスのガラス板で構成されており、試料Ｂは水をシート状にする本発明のコーティング２０を有する同様なソーダ−ライムガラスのガラス板である。水をシート状にするコーティングは、３つの９５％シリコン／５％アルミニウムロータリーターゲットを使用して、１２７０ｃｍ／分（約５００インチ／分）の速度で移動するガラスに約３．５ｍＴの酸素雰囲気において４２ｋＷの電力で適用した。
【００７４】
［実験例１］
２５０時間にわたって５％の塩溶液を使用してＡＳＴＭ Ｂ１１７による塩噴霧試験を、両方の試料に行った。簡潔に示すと、これらの試料を清浄化し、そして垂直から約１５〜３０°傾けて、Ｓｉｎｇｌｅｔｏｎ ＳＣＣＨ＃２０ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃａｂｉｎｅｔ試験装置に配置した。ここで試料Ｂは、水をシート状にするコーティング２０を有する表面が下方を向くように配置した。５％塩溶液（塩化ナトリウム５ｗｔ％及び蒸留水９５ｗｔ％）を前記試験装置内において、２５０時間にわたって約３５°で噴霧した。ここで塩溶液は、試験装置内の収集容器に約１．８ｍｌ／８０ｃｍ／時の速度で回収した。その後で、試料を試験装置から取りだしてすすいで、乾燥させて可視的に検査した。試料Ａには試料Ｂによりも多くの水による汚れが存在し、試料Ａの水による汚れは試料Ｂのかすかな筋よりも可視的であった。
【００７５】
それぞれの試料はその後、ペーパータオルとＷｉｎｄｅｘ（商標）を使用して清浄化した。その後、ＢＶＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ Ｈａｚｅ−Ｇａｒｄ Ｐｌｕｓを使用し、ＡＳＴＭ Ｄ−１００３及びＡＳＴＭ Ｄ−１０４４に従って、それぞれの試料の曇りを測定した。ここでは、ＣＩＥ−Ｃ標準に関連するスペクトル範囲で積分球積分光を使用した。標準のガラス板である試料Ａの曇りの測定値は約０．１５％であり、水をシート状にするコーティング２０を有する試料である試料Ｂの曇りの測定値は約０．１０％であった。
【００７６】
ガラス板表面との水の接触角は、商業的に入手可能な測定装置を使用して測定した。ここで、試料Ｂはコーティング２０を有する表面について測定を行った。試料Ａでの接触角は約３２°であり、試料Ｂでの接触角は約１２°であった。
【００７７】
［実験例２］
つかみ具（ｔｏｎｇ）で試料を扱って、初めにそれぞれの試料を、約１００℃に維持した沸騰水のビーカーに浸漬して約５秒間維持し、その後、約０℃に維持した氷水のビーカーに浸漬して約５秒間維持した。この処理を２５回繰り替えした。その後試料を、Ｓｉｎｇｌｅｔｏｎ Ｍｏｄｅｌ ＳＬ２３湿潤試験容器に配置し、この試験容器を約５００時間にわたって約４９℃（約１２０°Ｆ）で相対湿度を約９０％に維持した。その後、それぞれの試料を視覚的に検査した。実験例１のように試料Ａには、試料Ｂと比較してより多くのより可視的な水による汚れが存在した。
【００７８】
その後、それぞれの試料を清浄化し、実験例１において概略を示したのとほぼ同じ様式で曇り及び接触角を測定した。試料Ａの曇りの測定値は０．３４％であり、試料Ｂの曇りの測定値は０．１４％であった。試料Ａの接触角は約２０℃であり、試料Ｂの接触角は約１２℃であった。
【００７９】
［実験例３］
コーティングされていないガラスの２つの試料（試料Ａ１及びＡ２）並びにコーティングされたガラスの２つの試料（試料Ｂ１及びＢ２）を清浄化し、それらの曇りを測定した。それぞれ、コーティングしていない試料の曇りの測定値は約０．０９％であり、水をシート状にするコーティング２０を有するガラスの曇りの測定値は約０．０８％であった。
【００８０】
約１１．５ｇ（４オンス）のポルトランドセメントを１０００ｍｌの水に混合することによってセメント混合物を調製した。コーティングされていないガラスの２つの試料（試料Ａ１及びＡ２）並びにコーティングされたガラスの２つの試料（試料Ｂ１及びＢ２）を、約１０分間にわたってこの溶液内に維持し、そして取り出した。その後、試料Ａ１及びＢ１は水を豊富に使ってすすぎ（ただし摩擦はなし）、試料Ａ２及びＢ２はすすがずに空気乾燥させた。
【００８１】
これら４つの試料全てを、Ｗｉｎｄｅｘ（商標）及びペーパータオルを使用して、手で清浄化した。セメント試験による試料Ａ１及びＡ２上の残っている汚れは、この清浄化の間にガラスを汚して、ガラスの清浄化を比較的困難にする。反対に、試料Ｂ１及びＢ２のいずれもが汚されず、且つこれらの試料のいずれもが、それぞれ試料Ａ１及びＡ２よりもかなり迅速に乾燥した。
【００８２】
手によって完全に試料を清浄化した後で、曇り及び接触角の測定を行った。セメント処理の後で、試料Ａ１及び試料Ｂ１の曇りはそれぞれ変化せずに０．０９％及び０．０８％であった。試料Ｂ２に関する曇りの測定でも変化はなく約０．０８％であったが、試料Ａ２の曇りの測定値はわずかに増加して約０．０９％から約０．１０％になった。セメント処理の前には、試料Ａ１及びＡ２の接触角は約２６°であり、試料Ｂ１及びＢ２の接触角は約１１°であった。セメント処理の後ですすいだ試料である試料Ａ１及びＢ１の接触角はそれぞれ、約３２°及び約１０°であった。空気乾燥した試料である試料Ａ２及びＢ２の接触角はそれぞれ、約３３°及び約１４°であった。
【００８３】
［実験例４］
水をシート状にする本発明のコーティング２０を有するガラスの性能を、未処理のコーティングされていないガラス及び表面の清浄化が容易であるとしている他のガラスコーティングと比較した。コーティングされていないガラス試料を除いて、それぞれの試料はフロートガラス板の表面にコーティングを適用したものである。それぞれの試料タイプを示す試料記号及び試料に適用されているコーティングは以下の表に示す：
【表１】

【００８４】
一連のこれらの試料に、加速耐候試験を行い、接触角及び清浄化の容易性を定期的に調べた。耐候試験においては、約７１°（約１６０°Ｆ）の温度に維持したステンレス鋼容器に試料を配置した。３００Ｗの紫外光源（Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｔａｌｕｘという商標名でＯｓｒａｍが販売）を容器の底部の近くに配置し、試料は水平から約４５°の角度で、試料の底部が電球から約２５ｃｍ（約１０インチ）離れるようにして配置した。定期的に試料を容器から取りだして、先に概略を示したのと同じ様式で接触角を測定した。接触角は以下のようなものである：
【表２】

【００８５】
更に、試料の清浄化の容易性はＷｉｎｄｅｘ（商標）の噴霧によって試験した。ここでこの噴霧は、試料のコーティングされた表面、又はコーティングされていない試料の場合にはフロート製造プロセスの間にすず浴に接触していた表面に行った。表面が清浄になり本質的に筋がなくなったと思われるまで、表面をペーパータオルによって手で拭いた。ここで、清浄の容易さは１〜５の５段階とし、環境に露出される前のコーティングされていないガラスの清浄の容易さを基準の３とし、ガラス表面の清浄化が非常に容易である試料を１、清浄が実質的に比較的困難である試料を５とした。（この格付けはいくらか主観的ではあるが、ガラスの清浄化の容易さの粗い質的な指標を与える。）この試験結果は以下に示す：
【表３】

【００８６】
これらの結果は、水をシート状にする本発明のコーティングは、標準のコーティングされていないガラス、又はガラスの清浄化を容易にすることを意図したいくつかの商業的に入手可能なコーティングのうちの１つでコーティングされたガラスと比較した場合に、ガラスの清浄化を有意に容易にする。実際には、これらの商業的に入手可能なコーティングはガラスの清浄化を比較的困難にした。（これらのコーティングはいくらかの用途においては効果的であるが、この実験例において使用された「清浄化の容易さ」基準は、平均的な家の所有者が清浄化が容易であると感じる様式の適当な代表である。例えば、ガラス板上の清浄化剤流体の筋が永続的な筋を残さずに乾燥する場合であっても、平均的な人は筋が残るのを避けるために、ガラスが清浄に見えるようになるまでその領域を拭き続けると思われる。）
【００８７】
水をシート状にする本発明のコーティングの有利な効果は、この加速耐候試験において時間の経過と共に低下した。特に、この試験において５日かそこらした後では、本発明のコーティングは、コーティングされていないガラス試料で達成される結果に相当する結果をもたらした。そのような劣化の後でさえも、水をシート状にするコーティング２０を有する試料は、この試験において評価された商業的に入手可能なコーティングと比較して、接触角が小さく且つ清浄化が容易であった。
【００８８】
通常の環境への露出とこの例で使用した加速耐候試験での時間との関係は不明確であるが、本発明のコーティング２０は比較的長い期間にわたって改良された清浄可能性を示し続けると考えられる。実際には予備試験は、コーティング２０の利益の多くは、加速耐候試験の後でさえも、適当な清浄化によって復活可能なことを示している。このことは、本発明のコーティングの利点は、周囲環境への露出によって低下した場合でも、比較的単純に復活させられることを示唆している。
【００８９】
本発明の好ましい態様を説明してきたが、様々な変更、付加、及び修飾は、本発明の特許請求の範囲及び本発明の本質の範囲内で行えることは理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のコーティングを有するガラス板の断面概略図である。
【図２】図２は、水をシート状にする本発明のコーティングを組み込んだ複数ガラス板絶縁ガラスユニットの断面概略図である。
【図３】図３は、水をシート状にする本発明のコーティングを有する自動車用風防で一般的に使用されるタイプの積層窓構造体の断面概略図である。
【図４】図４は、本発明で使用する２方向スパッタリング容器の概略図である。
【図５】図５は、本発明のもう１つの態様で使用する複数領域２方向スパッタリング容器の概略図である。
【図６】図６は、従来のフロートガラス板の未処理のコーティングされていない表面の原子間力顕微鏡写真である。
【図７】図７は、図６で示したガラス板表面の短い長さでの高さ分布を示すグラフである。
【図８】図８は、水をシート状にする本発明のコーティングを有するフロートガラス板の表面の原子間力顕微鏡写真である。
【図９】図９は、図８で示したのと同じガラス板の領域の３次元図である。
【図１０】図１０は、図７と同様なグラフであるが、図８及び９で示した水をシート状にするコーティングの表面の短い長さでの高さ分布を示すグラフである。

Claims (29)

1. 反射性コーティングを有する内部用表面と、水をシート状にするコーティングを有する外部用表面とを持つガラス板であって、前記反射性コーティングは、反射性金属層と少なくとも１つの誘電体層とを含み、前記水をシート状にするコーティングは、このガラス板の外部用表面に直接スパッタリングされたシリカを含み、この水をシート状にするコーティングの外部用面は、実質的に非多孔質であるが表面に凹凸があり、またこの水をシート状にするコーティングは、このガラス板のコーティングされた外部用表面の水との接触角を２５°未満に減少させて、このガラス板のコーティングされた外部用表面に適用された水をシートにする、反射性コーティングを有する内部用表面と水をシート状にするコーティングを有する外部用表面とを持つガラス板。
2. 前記反射性コーティングが赤外線反射性コーティングであり、この赤外線反射性コーティングが、前記ガラス板の内部用表面から外側に向かって順番に、前記少なくとも１つの誘電体層、前記反射性金属層、及び第２の誘電体層を含み、またこの赤外線反射性コーティングの可視スペクトルに対する透過率が少なくとも７０％である、請求項１に記載のガラス板。
3. スペーサーと内部用表面を持つ第２のガラス板とを更に具備し、ここで前記スペーサーは、これらのガラス板の内部用表面の間に配置され、これら内部用表面を間隔をあけて平行に維持する働きをし、そしてこれらのガラス板間の空間を定める、請求項１に記載のガラス板。
4. 耐裂性プラスチックフィルムと内部用表面を有する第２のガラス板とを更に有し、弾性の前記プラスチックフィルムが、その一方の側で前記ガラス板のうちの１つのガラス板の内部用表面に接合し、そして他方の側で他のガラス板の内部用表面に接合し、それによって積層構造を形成している、請求項１に記載のガラス板。
5. 清浄な内部用表面及び清浄な外部用表面を有するガラス板を提供すること、
   少なくとも１つの第１の誘電体層、少なくとも１つの金属層、そして少なくとも１つの第２の誘電体層の順序でスパッタリングすることによって、前記ガラス板の内部用表面に、反射性コーティングを適用すること、並びに
   前記ガラス板の外部用表面に直接に、シリカをスパッタリングすることによって、このガラス板の外部用表面に、実質的に非多孔質の水をシート状にするコーティングを適用すること、
   を含む、ガラス板の表面を防汚性及び防汚染性にする方法。
6. 酸素含有スパッタリング容器においてシリコン含有ターゲットをスパッタリングすることによって、前記ガラスの外部用表面に前記シリカの層を上向きにスパッタリングする、請求項５に記載の方法。
7. 前記ガラス板の内部用表面の上方にこの内部用表面と間隔をあけて配置された対応する一連のスパッタリングターゲットを保持する一連のスパッタリング容器に、前記ガラス板を通し、前記第１の誘電体層を、第１のスパッタリング容器で下向きにスパッタリングすることによって適用し、前記金属層を、第２のスパッタリング容器で下向きにスパッタリングすることによって適用し、前記第２の誘電体層を、第３のスパッタリング容器で下向きにスパッタリングすることによって適用する、請求項５に記載の方法。
8. 前記第１及び第３のスパッタリング容器のうちの１つが、前記ガラス板の外部用表面の下方にこの外部用表面と間隔をあけて配置されたシリコン含有ターゲットを有し、前記水をシート状にするコーティングを、前記誘電体層のうちの１つを下向きにスパッタリングすることによって適用するのと同じスパッタリング容器内で、前記シリコン含有ターゲットをスパッタリングすることによって適用する、請求項７に記載の方法。
9. 前記シリコン含有ターゲットを保持する前記スパッタリング容器が、酸化スパッタリング雰囲気である、請求項８に記載の方法。
10. 清浄な内部用表面及び清浄な外部用表面を有するガラス板と、各々がガラス板のための支持体を有する一連のスパッタリング容器を含むスパッタリングラインとを提供すること、ここで、前記スパッタリング容器のうちの少なくとも１つは、前記支持体の上方に位置する上側ターゲットを有する下向きスパッタリング容器であり、少なくとも１つの他のスパッタリング容器は、前記支持体の下方に位置する下側ターゲットを有する上向きスパッタリング容器である；
    前記内部用表面が前記上側ターゲットに向くようにして前記下向きスパッタリング容器中の前記支持体に前記ガラス板を配置し、前記上側ターゲットをスパッタリングして、前記ガラスの内部用表面及びこのガラスの内部用表面に予め堆積している積層体のうちの一方に、誘電体層を堆積させること；並びに
    前記外部用表面が前記下側ターゲットに向くようにして前記上向きスパッタリング容器中の前記支持体に前記ガラス板を配置し、前記下側ターゲットをスパッタリングして前記ガラスの外部用表面に、水をシート状にするコーティングを堆積させること；
    を含む、ガラス板の表面を防汚性及び防汚染性にする方法。
11. 前記上向きスパッタリング容器が前記支持体の上方に位置する上側ターゲットを更に具備し、前記ガラス板をこの上向きスパッタリング容器内に維持したままで、前記上側ターゲットを下向きにスパッタリングして、このガラスの内部用表面及びこのガラスの内部用表面に予め堆積している積層体のうちの一方に、誘電体層を堆積させることを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 清浄な内部用表面及び清浄な外部用表面を有するガラス板と、各々がガラス板のための支持体を有する一連のスパッタリング容器を含むスパッタリングラインとを提供すること、ここで、前記スパッタリング容器の少なくとも１つは、前記支持体の上方に位置する上側ターゲット及び前記支持体の下方に位置する下側ターゲットを有する２方向スパッタリング容器である；
    前記内部用表面が前記上側ターゲットに向き、且つ前記外部用表面が前記下側ターゲットに向くようにして、前記ガラス板を、前記２方向スパッタリング容器の前記支持体上に配置すること；並びに
    前記ガラス板を前記２方向スパッタリング容器内に維持したままで、
    （ｉ）前記上側ターゲットをスパッタリングして、前記ガラスの前記内部用表面及び前記ガラスの前記内部用表面に予め堆積している積層体のうちの一方に、誘電体層を堆積させ；且つ
    （ｉｉ）前記下側ターゲットをスパッタリングして、前記ガラスの前記外部用表面に水をシート状にするコーティングを堆積させること；
    を含む、ガラス板の表面を防汚性及び防汚染性にする方法。
13. 清浄な内部用表面及び清浄な外部用表面を有するガラス板と、各々がガラス板のための支持体を有する一連のスパッタリング容器を含むスパッタリングラインとを提供すること、ここで、前記スパッタリング容器のうちの少なくとも１つは、前記支持体の上方に位置する上側ターゲットを有する下向きスパッタリング容器であり、少なくとも１つの他のスパッタリング容器は、前記支持体の下方に位置する下側ターゲットを有する上向きスパッタリング容器である；
    前記内部用表面が前記上側ターゲットに向くようにして前記下向きスパッタリング容器の支持体上に前記ガラス板を配置し、前記上側ターゲットをスパッタリングして、前記ガラスの前記内部用表面及び前記ガラスの前記内部用表面に予め堆積している積層体のうちの一方に、直接にコーティングを堆積させること；
    前記外部用表面が前記下側ターゲットに向くようにして前記上向きスパッタリング容器の支持体上に前記ガラス板を配置し、前記下側ターゲットをスパッタリングして、前記ガラスの外部用表面及びこのガラスの外部用表面に予め堆積している積層体のうちの一方に、コーティングを堆積させること；
    を含み、前記内部用表面が前記外部用表面の上側に位置する一定の向きを維持しながら、前記ガラスの前記内部用表面と前記外部用表面の両方にコーティングをし、また前記下側ターゲットがシリコンを含み、前記下側ターゲットを酸化性雰囲気においてスパッタリングして、前記ガラスの前記外部用表面に直接に、水をシート状にするコーティングを堆積させる、コーティング装置を１回通過させることによって１つのガラス板の２つの面にコーティングをする方法。
14. 水をシート状にするコーティングを有する外部用表面を持つガラス板であって、前記水をシート状にするコーティングは、このガラス板の外部用表面に直接にスパッタリングされたシリカを含み、この水をシート状にするコーティングの外部用面は、実質的に非多孔質であるが表面に凹凸があり、またこの水をシート状にするコーティングは、このガラス板のコーティングされた外部用表面の水との接触角を２５°未満に減少させて、このガラス板のコーティングされた外部用表面に適用された水をシート状にする、水をシート状にするコーティングを有する外部用表面を持つガラス板。
15. 前記コーティングされた外部用表面が断続的に水に接触する、請求項１４に記載のガラス板。
16. 前記ガラス板に直接にスパッタリングされたシリカの平均厚さが、１５Å〜３５０Åである、請求項１５に記載のガラス板。
17. 水をシート状にするコーティングをされた内部用表面も持つ、請求項１４に記載のガラス板。
18. 前記水をシート状にするコーティングのそれぞれが、前記ガラスに直接にスパッタリングされたシリカを含み、この水をシート状にするコーティングのそれぞれが、コーティングされた表面の水との接触角を２５°未満に減少させて、コーティングされた表面に適用された水をシート状にする、請求項１７に記載のガラス板。
19. 前記ガラス板に直接にスパッタリングされたシリカの平均厚さが１５Å〜３５０Åである、請求項１に記載のガラス板。
20. 前記前記ガラス板に直接にスパッタリングされたシリカのメジアン厚さが２０Å〜１２０Åである、請求項１９に記載のガラス板。
21. 前記水をシート状にするコーティングの外側表面が、一連の不規則に間隔の開いた不規則な大きさの突起を有する、請求項１に記載のガラス板。
22. 前記シリカを１５Å〜３５０Åの平均厚さでスパッタリングする、請求項５に記載の方法。
23. 前記シリカを２０Å〜１２０Åのメジアン厚さでスパッタリングする、請求項２２に記載の方法。
24. 前記シリコン含有ターゲットを、スパッタリングの間にその上にガラス板を乗せて輸送する間隔をあけて配置された輸送ローラーの間で、上向きにスパッタリングし、それによってこれらのローラーに接触する外部用表面に、前記水をシート状にするコーティングを適用する、請求項６に記載の方法。
25. 前記ガラス板の向きを一定に維持しながらこのガラス板を 前記コーティング装置に一回通すことによって、前記ガラス板の両側をコーティングする、請求項８に記載の方法。
26. 前記水をシート状にするコーティングを適用する上向きスパッタリング容器が、前記スパッタリングラインの最後のスパッタリング容器である、請求項１０に記載の方法。
27. それぞれの前記スパッタリング容器における前記支持体が、間隔をあけて配置された複数のローラーを含み、前記スパッタリングの間にスパッタリングラインにそってガラス板を輸送することを含む、請求項１０に記載の方法。
28. 前記下側ターゲットを、間隔をあけて配置されたローラーの間で上向きにスパッタリングし、それによって前記外部用表面上の水をシート状にするコーティングが、これらのローラーに接触するようにする、請求項２７に記載の方法。
29. 前記内部用表面上のコーティングが誘電体層を有し、前記上側ターゲットを下向きにスパッタリングして、この誘電体層を堆積させる、請求項１３に記載の方法。

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