JP4890548B2 - 銀フリー・低放射率の日照調整コーティング - Google Patents

Description

本発明は、日照調整コーティングに関する。

従来、様々な積層プロセス（例えばスパッタリング）により作成された日照調整・低放射率膜は、誘電体材料の層の間に挟まれた１つ以上の導電性金属（例えば銀）の層から構成されていた。前記誘電体材料は、前記導電性金属層を絶縁し、前記導電性金属の酸化を防止する又は少なくとも最小限に抑える。前記積層膜は、様々な構造で、低放射率と日照調整特性に優れたコーティングを提供することが分かっているが、化学的及び物理的耐久性に乏しいことも知られている。そのため、前記積層膜は、大気湿度への暴露によって又は通常の取り扱い作業によってコーティングに損傷を与える危険性が高い。

銀含有膜の物理的及び化学的耐久性の向上は、他にも試みられている。そのような試みとしては、誘電体層の組成を変更すること、個々の誘電体層を異なる誘電体材料の副層に分割すること、銀を他の金属と合金化すること、及び、銀と誘電体層との間にいわゆる「犠牲」層を形成する様々な方法がある。

そのため、薄膜設計及び被覆製品製造の分野の当業者は、優れた放射率と日照調整特性を有し、かつ、化学的耐久性と物理的耐久性の両方に優れた薄膜構造を探し求め続けている。

本発明は、誘電体基板の上に積層された低放射率の日照調整コーティングであって、前記誘電体基板の上に積層された第１の誘電性金属酸化物層と、前記第１の誘電性金属酸化物層の上に積層された、１０，０００ｏｈｍ^−１ｃｍ^−１より大きい導電率を有する第１の高導電性銀フリー金属酸化物層と、前記第１の高導電性銀フリー金属酸化物層の上に積層された第２の誘電性金属酸化物層とを備えるコーティングを提供する。

本発明は、誘起透過フィルタ（induced transmission filters）の公知の手法を用いて、導電性金属層ではなく、１つ以上の高導電性金属酸化物層を備えた薄膜コーティング構造を形成する。前記構造は、前記高導電性金属酸化物層の両側に、誘電性金属酸化物の層をさらに備える。この層の配列は、所望する放射率及び日照調整特性を達成するのに必要なだけ繰り返される。

低い放射率、高い可視光線透過率、高いＩＲ反射性／吸収性、物理的耐久性、化学的耐久性、及び特に日照調整の求められている組み合わせを達成するためには、高導電性金属酸化物及び誘電性金属酸化物、並びに、それらの酸化物が積層される各層の厚さの選択が重要である。

これに関連して、本発明に使用できる誘電性金属酸化物としては、スズ、チタン、亜鉛、ビスマス及びこれらの合金の酸化物がある。また、シリコンの窒化物も、本発明に使用できる。本発明に適した前記誘電性金属酸化物の層の厚さは、２００〜４００Å、好ましくは２５０〜３５０Åの範囲である。

本発明に使用できる高導電性金属酸化物としては、単純酸化物（例えば、レニウム、ルテニウム、リジウム、クロミウム、及びモリブデンの酸化物）、ペロブスカイト型混合酸化物（例えば、ＣａＲｕＯ_３、ＳｒＲｕＯ_３、ＳｒＶＯ_３、ＳｒＣｒＯ_３、ＳｒＦｅＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＳｒＭｏＯ_３、ＬａＴｉＯ_３、Ｓｒ_２ＶＭｏＯ_６、ＮｉＣｏ_２Ｏ_４）、スピネル型混合酸化物（例えば、ＮｉＣｏ_２Ｏ_４）、高濃度にドープされたタングステン酸化物ブロンズ（例えば、ＮａｘＷＯ_３。ただし、ｘ＋＞０．４０）がある。本発明に適した前記高導電性金属酸化物の層の厚さは、１００Å未満、好ましくは５００Å未満の範囲である。

表１は、一般的に使用される高導電性金属（即ち、Ａｇ及びＣｕ）、並びに、本発明への使用に適した高導電性金属酸化物（例えば、ＲｅＯ_３、Ｎａ_０．８ＷＯ_３、及びＲｕＯ_２）のある例示的な電気抵抗率及び導電率を示している。前記例示的な高導電性金属酸化物の導電率は、Ａｇ及びＣｕの導電率よりも実質的に低い。しかし、表１に示した前記金属酸化物は、導電率の点では十分であること、及び、本発明に適用するために前記酸化物をＡｇ及びＣｕよりも優れたものにするここで説明された他の望ましい特性を示すことが分かっている。

さらに具体的に言うと、＞１０，０００ｏｈｍ^−１ｃｍ^−１、好ましくは＞５０，０００ｏｈｍ^−１ｃｍ^−１の導電率を有する高導電性金属酸化物が、本発明に適している。

表１に示すように、前記高導電性金属酸化物の導電率は、従来のドープされた金属酸化物（例えば、フッ素をドープした酸化スズ、及び、スズをドープした酸化インジウム）の導電率よりも明らかに優れている。

本発明に従って作成された膜は、一般に、対応する金属（例えば、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２など）の化学量論的酸化物に相当する化学量論を有する、若干酸素が欠乏した膜も作成されるが、そのような膜も使用可能である。

上述した誘電性及び高導電性金属酸化物の三層配列の組み合わせを使用した薄膜構造は、＜０．３（好ましくは＜０．１）の放射率、＞７０％の可視光透過率、及び、＜６０％の総太陽エネルギー透過率を有することが分かっている。好ましくは、前記薄膜構造は、＜４５％の総太陽エネルギー透過率を有する。

特定の理論により拘束されることを望まずに、発明者は、銀を高導電性金属酸化に置き換えることにより、膜の周囲湿度や大気汚染物質などとの反応を大幅に減少させると信じるので、上述した薄膜構造の化学的耐久性は、従来の構造を大幅に改善する。発明者は、銀を反応性が低い金属酸化物に置き換えることは、積層膜の化学的耐久性を向上させると信じる。

同様に、発明者は、延性及び展性を有する銀層を剛性及び堅性を有する金属酸化物層に置き換えることにより、前記薄膜構造の物理的耐久性が大幅に改善されると信じる。

本発明に係る前記薄膜又はコーティングは、任意の適切な誘電体基板材料の上に積層される。フロートガラスプロセスによって作成された透明ガラス、特に、ソーダ−石灰−シリカ・ガラスが適していることが分かっている。また、あるティンテッド・ガラスも適している。

本発明に係る膜は、任意の適切な方法（例えば、様々な種類のスパッタリング又はＣＶＤ技術）によって、前記基板上に積層される。特に、フロートガラスの製造プロセス中に行われるオンライン積層プロセスが適切であると考えられている。本発明に特に好ましいオンライン積層処理は、大気圧化学気相堆積である。

本発明に係るコーティングされたガラス品の前記オンライン製造に使用される装置は、一般に、フロート・セクション、徐冷がま（lehr）、及び冷却セクションを備える。フロート・セクションは、スズ浴の酸化を防ぐべく無酸化雰囲気が保たれる閉鎖領域を提供するために一体となってシールを形成する溶融スズ浴、天井、側壁及び端壁を含む底部を有する（詳細については後述する）。前記装置の作動中は、溶融ガラスは炉の中に入れられ、そこから測定壁（metering wall）の下を通って、スズ浴の表面へ下向きに流れる。そして、溶融ガラスは、スズ浴からはリフトアウトロールによって取り出され、徐冷がま、冷却セクションを通って移送される。

無酸化雰囲気は、適切なガス（例えば、９９容量パーセントが窒素で、１容量パーセントが水素のガス）をマニホールドに動作可能に接続された管路を介してコーティングを行う場所に導入することによって、フロート・セクション内で維持される。無酸化ガスは、前記ガスの損失を補うのに（無酸化雰囲気の一部は、端壁の下を通って、前記コーティング領域から流出する）、かつ、若干の正圧（周囲圧力よりも約０．００１〜０．０１気圧高いことが好ましい）を維持するのに十分な割合で、前記管路からコーティング領域に導入される。前記スズ浴及び前記閉鎖領域は、ヒーターから下向きに導かれた放射熱で過熱される。前記加熱領域は、一般に、約１２００°Ｆの温度に保たれる。前記徐冷がま内の前記雰囲気は、通常は空気であり、前記冷却セクションは密閉されていない。周囲空気は、送風機で、前記ガラスに吹き付けられる。

前記装置は、前記フロート領域に配置されたガス分配器も備える。個々のコーティングのための望ましい前駆物質混合体が、各ガス分配器に供給される。前記各ガス分配器は、前記前駆物質混合体をガラスリボンの熱面に導く。前記前駆物質混合体は、ガラス表面と反応して、所望するコーティングを形成する。

随意的に、本発明に係る前記薄膜又はコーティングは、ガラス基板と誘起透過フィルタスタックとの間に積層された下地層を備える。前記コーティングは、ガラスからコーティングへのナトリウム放散に対する障壁を提供する、又は、透明ガラス基板に適用されたときに透過及び反射における中間色を提供する。

ここで使用される「銀フリー（silver free）」という用語は、多くても微量（０．１ｍｏｌ％未満）の銀しか存在しないことを示すために使用される。

米国特許第５，７９８，１４２号は、本発明の実施形態に使用可能な、シリカ障壁層、及びフロートガラス製造プロセスについて開示している。米国特許第５，７９８，１４２号は、参照により全体として本明細書に組み込まれるものとする。

米国特許４，１８７，３３６、４，４１９，３８６及び４，２０６，２５２号は、色抑制層について開示している。米国特許４，１８７，３３６、４，４１９，３８６及び４，２０６，２５２号は、参照により全体として本明細書に組み込まれるものとする。

次の予測的な例は、本発明による、可視領域（Ｔｖｉｓ）及び太陽光線領域の（Ｔｓｏｌ）における予測される透過率を示す。ガラスの厚さはインチで示されており、コーティングの厚さはオングストロームで示されている。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、特許請求の範囲で規定された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、その形態や細部に種々の変更がなされても良いことは明らかである。

Claims (8)

1. 誘電体基板の上に積層された実質的に中間色で低放射率の日照調整コーティングであって、
   前記誘電体基板の上に積層されたスズ酸化物又はチタン酸化物からなる第１の誘電体層と、
   前記第１の誘電体層の上に積層され、レニウム酸化物又はルテニウム酸化物からなる、１０００Åより薄く、１００００ｏｈｍ^−１ｃｍ^−１より大きい導電率を有する第１の高導電性銀フリー金属酸化物層と、
   前記第１の高導電性銀フリー金属酸化物層の上に積層されたスズ酸化物又はチタン酸化物からなる第２の誘電体層とを備えることを特徴とするコーティング。
2. 請求項１に記載の日照調整コーティングであって、
   前記第１の高導電性銀フリー金属酸化物が、５００００ｏｈｍ^−１ｃｍ^−１より大きい導電率を有することを特徴とするコーティング。
3. 請求項１に記載の日照調整コーティングであって、
   前記第２の誘電体層の上に積層された第２の高導電性銀フリー金属酸化物層と、
   前記第２の高導電性銀フリー金属酸化物層の上に積層された第３の誘電体層とをさらに備えることを特徴とするコーティング。
4. 請求項１に記載のコーティングを備えた、実質的に中間色のコーティングされたガラス品であって、
   ガラス基板、
   前記ガラス基板の上に積層され、スズ酸化物又はチタン酸化物からなる第１の誘電性金属酸化物層、
   前記第１の誘電性金属酸化物層の上に積層され、レニウム酸化物又はルテニウム酸化物からなる、１００００ｏｈｍ^−１ｃｍ^−１より大きい導電率を有する第１の高導電性銀フリー金属酸化物層と、
   前記第１の高導電性銀フリー金属酸化物層の上に積層され、スズ酸化物又はチタン酸化物からなる第２の誘電性金属酸化物層とを備え、
   放射率が０．３より小さく、可視光透過率が７０％より大きく、総太陽エネルギー透過率が６０％より小さいであることを特徴とするガラス品。
5. 請求項４に記載のコーティングされたガラス品であって、
   前記放射率が０．１より小さいことを特徴とするガラス品。
6. 請求項４に記載のコーティングされたガラス品であって、
   前記第１の誘電性金属酸化物層はＴｉＯ_２を含み、
   前記第１の高導電性銀フリー金属酸化物層はＲｅＯ_３を含み、
   前記第２の誘電性金属酸化物層はＴｉＯ_２を含むことを特徴とするガラス品。
7. 請求項４に記載のコーティングされたガラス品であって、
   前記第１の誘電性金属酸化物層はＳｎＯ_２を含み、
   前記第１の高導電性銀フリー金属酸化物層はＲｕＯ_２を含み、
   前記第２の誘電性金属酸化物層はＳｎＯ_２を含むことを特徴とするガラス品。
8. 請求項４に記載のコーティングされたガラス品であって、
   前記第１の誘電性金属酸化物層はＴｉＯ_２を含み、
   前記第１の高導電性銀フリー金属酸化物層はＲｕＯ_２を含み、
   前記第２の誘電性金属酸化物層はＴｉＯ_２を含むことを特徴とするガラス品。