JP4903995B2 - 反射型日照調整コーティングされたガラス物 - Google Patents

Description

本発明はコーティングされたガラスに関し、特に、可視光線を反射する日照調整コーティングされたガラス物に関する。

建築用ガラスの被覆（コーティング）は、一般に、特有のエネルギー吸収性及び光線透過性を実現するために利用される。また、コーティングは、望ましい反射性又はスペクトル性（心地よい美的外観）を提供する。コーティングは、単独で又は他のコーティングと組み合わせて、窓ガラス又はウィンドウ・ユニットを形成するためによく使用される。

コーティングされたガラス物は、一般に、当技術分野では「フロートガラス製法」として知られている製法での製造時に、ガラス板を連続的にコーティングすることにより、「オンライン」で製造される。又は、コーティングされたガラス物は、スパッタリング処理により、「オフライン」で製造される。前者の製法では、適切に密閉された溶融錫槽上でガラスを鋳造し、十分に冷却された後にガラスを移動させて前記槽に整列されているロールを取り出し、そして、最終的に、前記ロールに沿って前進するにつれ、初めはガラス焼きなまし炉で、その後は外気にさらすことにより、ガラスを冷却する。スズの酸化を防止するために、ガラスが溶融錫槽と接触している間は、この製法のフロート部分では非酸化雰囲気が保たれる。また、ガラス焼きなまし炉では、酸化性雰囲気が保たれる。一般に、コーティングは、フロートガラス製法におけるフロート槽内で、ガラス板上に被膜される。又は、コーティングは、ガラス焼きなまし炉内で、ガラス板上に被膜される。

製造されたコーティングされたガラス板の特性は、フロートガラス製法又はオフラインのスパッタリング製法により被膜されたコーティングによって決定される。コーティングの組成や厚さは、コーティングに、エネルギー吸収性及び光線透過性を付与する。また、スペクトル性にも影響を及ぼす。望ましい特性は、単層又は複層の被覆層の組成又は厚さを調節することにより得ることができる。しかし、特性を高めるための調節は、コーティングされたガラス物の他の透過率又はスペクトル性に悪影響を及ぼすことがある。コーティングされたガラス物のエネルギー吸収特性と光線透過特性との組み合わせようとした場合、望ましいスペクトル性を得ることは困難である。

日照調整ガラス、特に、反射及び透過の両方において中間（ｎｅｕｔｒａｌ）色となる高性能の日照調整ガラスの需要が高まっている。「高性能」日照調整ガラスとは、入射する放射エネルギー全体（太陽熱全体）よりも、はるかに高い割合の入射光線を透過させるガラスのことである。

それ自身が中間色であるガラス物のためのコーティングされたスタック（stack）を提供することは都合がよい。前記ガラス物は、コーティングされた側からの反射色は中間色であり、透過色は選択された基礎のガラスと実質上変わらないままであるコーティングされたガラス物を製造するためのものである。低放射率かつ低太陽熱利得係数である、可視光線を反射する日照調整窓ガラスは、建物や家でのエネルギーコストを著しく改善するであろう。また、少なくともコーティングされた側の反射色を、望ましい中間色にする。窓ガラスの低放射率の性質は、吸収による間接的な熱利得の全てを最小限に抑えるであろう。

本発明によれば、ガラス基板、ガラス基板上に被膜された第一のコーティング、及び第一コーティング上に被膜された第二のコーティングを有する、可視光線を反射する日照調整物を提供することができる。第一のコーティングはドープ酸化金属から成り、特に好ましい実施形態ではフッ素ドープ酸化スズから成る。また、第一のコーティングは、コーティングされたガラス物の低放射率をもたらす。

第二のコーティングは、前記第一コーティングの屈折率よりも大きい屈折率を有している透明な酸化金属から成る。第二のコーティングを追加することにより、コーティングされたガラス物の可視光線反射率を高めることができ、コーティングされた側の反射率Ｒｆ＞１５％、かつ放射率を約０．３以下とすることができる。

好ましくは、コーティングされたガラス物は、ガラス基板とドープ酸化金属から成る第一のコーティングとの間に被膜された虹色抑制中間層（iridescence-suppressing interlayer）を含んでいる。前記コーティングは、ガラス基板が透明である場合に、透過及び反射した際に中間色を提供するためのものである。

図１を参照すると、可視光反射し、日照調整コーティングされたガラス物は、ガラス基板１１、及び低反射率層１４及び反射層１３を含む複層コーティングを有する。

図２の実施例は、ガラス物２がガラス基板２１及び複層コーティング２２を有するという点で図１の実施例と類似している。しかし、コーティング２２は、低放射率層２４及び反射層に加えて、これより後に詳述する虹色抑制アンダー層２５を有する点で前記コーティング１２と異なっている。

図３は、典型的には透明なフロートガラスである窓ガラスマテリアル３１の第二のペイン（窓ガラス）と、並行に隔置され組み立てられた図１のコーティングされたガラスペイン１を図示しており、ペインはスペーサ及びシールシステム３２によって互いに隔置されて、シールされた、エアスペース３３を有するダブル型窓ガラスユニット３を形成する。コーティング１２は、ユニットのエアスペース３３に対向しており、コーティングはグレージングされた空間（必然的ではないが、一般的には建築物である）の内部に面するコーティングを有している。窓ガラスマテリアル３１の第二のペインは、好適な実施例では、エアスペース３３に対向した低放射率層（図示せず）と共に提供されてもよい。

本発明のコーティングされたガラス物の製造に適したガラス基板は、建築学的な窓ガラスの製造に有用であるとされている当技術分野で既知の従来のガラス組成物のいずれでもよい。好適な基板は、着色されたフロートガラスリボンであり、本発明のコーティングがフロートガラスのプロセスの加熱ゾーンで塗布される。加えて、透明ガラス基板が本発明の複層化スタックを塗布するのに適していてもよい。しかし、とりわけ着色されたガラス基板は、コーティングされたガラス物のスペクトル的なインパクト、及びエネルギー透過特性に適している。

低放射率層は、通常は金属酸化物である（より低い光透過率を有する傾向にある金属窒化物や金属ケイ化物のような、他の低放射率化合物としての）金属化合物の層、及びドープされたインジウム、酸化スズ、及び酸化亜鉛のような透明半導体である。好適な材料には、スズをドープされた酸化インジウム及びフッ素をドープされた酸化スズがあり、ここではフッ素をドープされた酸化スズがとりわけ好ましい。低放射率層は、一般的には１０００オングストロームから６０００オングストロームの厚さを有していてよく、とりわけ２０００オングストロームから５０００オングストロームの厚さを有している（より薄い層の使用は結果として光透過率が不必要に減少してしまい、補償のための充分な放射率減少が伴わない）。低放射率層は、０．３よりも低い放射率を提供するが、しかしながら、ここでは０．２以下の放射率を提供する低放射率層を用いることが望ましい（詳細な説明、及び付随する特許請求の範囲における放射率値は、半球放射率（Ｅｈ）である）。

反射層は、本発明によるコーティングされたガラス物内の低放射率層を覆って被膜される。反射層は、低放射率層の屈折率よりも大きな可視スペクトル屈折率を有している。反射層における屈折率は、一般的には約２．０以上であって良い。反射層は、通常は、トランスペアレントな金属層であり、例えばそれは、チタン、ジルコニウム、若しくはクロム酸化物である。コーティングされたガラス物の反射層形成には、チタニウム酸化物がとりわけ好ましい。

米国特許番号６，２３８，７３９で開示されておりここに言及したことで本願の一部とする、大気圧化学蒸着法によって形成された酸化チタニウムコーティングは、光触媒性及び親水性であることが既知である。そして、窓ガラスの外部（ｅｘｔｅｒｉｏｒ）対向表面上における本発明のコーティングスタックの使用は、結果として、いわゆる“自浄（セルフクリーニング）”特性を有してもよい。勿論、絶縁ガラスユニットのペインの非露出表面における同一コーティングスタックの使用と比較して、絶縁ガラスユニットの外部対向表面における本発明のコーティングスタックの使用は、日照調整特性に悪影響を与えてしまうかもしれない。

結果として、本発明のような薄膜の使用によって、外観を干渉色や虹色にしうる。干渉効果によって結果として生じる所望でない色を回避し、また緩和するためには、色抑制アンダー層（副層を組み合わせたものであっても良い）が、低放射率層及び反射層の被膜よりも前にガラスへと塗布されて良い。虹色抑制コーティングは、当技術分野で既知である。例えば、ここに言及したことを持って本願の一部とする米国特許番号4,187, 336、4,419, 386、及び4,206, 252には、干渉色を抑制するために適切なコーティング技術が開示されている。本発明の中間層には、単層の虹色抑制コーティング、二層コーティング、若しくはグラディエントコーティングが含まれていてよい。よって、本発明の好適な側面によれば、虹色抑制層若しくは層群が、低放射率層及び反射層を含むコーティングの下に組み込まれて良い。

本発明の低放射層及び反射層は、例えば、反応スパッタリングを含むスパッタリング、若しくは化学蒸着法などの既知の技術によって被膜されて良い。実際、上層の双方が、ガラスの製造プロセスで、高温のガラスリボンに対するコーティング塗布の実現のために提供されている化学蒸着法による被膜を可能とすることは本発明の大きな利点である。化学蒸着法による金属酸化物の被膜方法は、米国特許番号5,698, 262、5,773, 086、及び 6,238, 738にて開示されており、ここに言及したことで本願の一部とする。

本発明は図示されているが、以下の実施例によってこれを限定するものではない。詳細な説明及び特許請求の範囲の残部（ｒｅｍａｉｎｄｅｒ）としての実施例では、Ｔｖｉｓは、パーキンエルマーラムダ１９分光光度計上の光源Ｃを用いて測定された可視光線透過率を示す。事前に規定された総合的ソーラー熱透過率（Ｔｓｏｌ）は、表面上の直接通常放熱入射（radiation incident）を示す（エアーマス １．５）ソーラースペクトル放射度機能（ASTM E891-87）を用いた重量測定で決定された。Ｒｇ及びＲｆは、ガラス側及び膜側の各々で測定された総合的可視光線反射率である。これら反射率は、ＢＹＫガードナーサイエンティフィックより入手可能な、カラースフェア分光高度計を用いて測定された。ＳＨＧＣは、ソーラー熱ゲイン係数であり、ＳＣは遮光係数である。冬期及び夏期のＵ値は、各々、Ｕｗ及びＵｓｕｍと表記される。コーティングされたガラス物の膜側よりの透過及び反射光色は、ａ^＊、及びｂ^＊のＣＩＥＬＡＢカラースケール座標によって測定される。

実施例１−３
実施例１−３の複層コーティングスタックは、フロートガラス製造プロセスの間に透明なフロートガラスリボン状に化学蒸着法によって被膜された。前記ガラスは、３−３．２ｍｍの厚さを有していた。虹色抑制中間層が、まずフロートガラス製造プロセスの加熱ゾーンでガラス基板表面に被膜された。虹色抑制層は、ガラス基板に被膜され、また付着した酸化スズコーティングを含んだ。酸化スズは、酸化性雰囲気で、基板表面にわたってジメチル二塩化スズを導入することで、フロートガラスプロセスの加熱ゾーンにおける化学蒸着法によって塗布された。次に、フロートプロセスの加熱ゾーンにおける基板表面付近で、酸素及びエチレンの存在の下、シランを反応させることによって、二酸化珪素コーティングが酸化スズコーティングの表面に塗布された。

フッ素ドープされた酸化スズコーティングは、二酸化ケイ素コーティングの表面上に被膜された。フッ素ドープされたスズ酸化物コーティングは、基板表面にわたって酸化性雰囲気の下、ジメチル二塩化スズ、水、及びフッ化水素を導入することで、フロートガラスプロセスの加熱ゾーンに化学蒸着法で被膜された。

二酸化チタンコーティングは、フッ素ドープされた酸化スズコーティングの表面上に被膜された。基板表面に四塩化チタン及び有機酸素ソースを導入することで、米国特許番号6,238, 738で開示されているように、二酸化チタンコーティングが、またフロートガラスプロセスの加熱ゾーンに化学蒸着法によって被膜された。

オングストロームレベルでの層の厚さが光学的に測定され、結果として得られるコーティングされたガラス物の特性が以下の表１に示された。各々のケースで、曇り価（ｈａｚｅ）は０．１％よりも小さかった。

実施例４−１５
コーティングされたガラス物が実施例１−３で製造され、層の厚さは、ＳｎＯ_２で２７１オングストローム、ＳｉＯ_２で１７２オングストローム、ＳｎＯ_２：Ｆで２１００オングストローム、及びＴｉＯ_２で３００オングストロームであった。サンプルのＥｈが測定されたところ、０．２２であった。次に、透明や、複数の色で着色されている、４分の１インチ厚の様々なガラス基板のコーティングスタックのため、プロパティが計算された。これら実施例には４−９の番号が付与され、以下の表２にて示された。

構造内部に対向するコーティングスタックを有する絶縁ガラスユニットで、アウトボードライト（outboard light ）として用いられるのと同様、プロパティが実施例４−９と同一コートをされたガラス物群のためにも計算された。４分の１インチの厚さを有する透明なガラスシートは絶縁ガラスユニットのインボードライト（inboard light ）として用いられ、コーティングされた物より２分の１インチの所に位置決めされた。これら実施例には１０−１５の番号が付与され、以下の表３にて示された。

上述の実施例で用いられたガラスは、すべて、オハイオ州トレドのPilkington North America, Inc.より市販されているものである。ここで、実施例４及び１０は透明のガラス、実施例５及び１１はArctic Blue（登録商標）として市販されている青色のガラス、実施例６及び１２は青緑色のガラス、実施例７及び１３はブロンズ色のガラス、実施例８及び１４はEvergreen（登録商標）として市販されている緑色のガラス、及び実施例９及び１５のガラスは灰色のガラスである。

本発明によるコーティングは、従来技術に対する大きな利点を提供する。熱分解法による製造（オンライン型アプリケーションと比較して、自身を貸し出してしまうという追加的利点を有する）に適するように、それらが高い耐久性を有する形態で獲得されて良く、処理時に特殊な保護を施す必要が減少し、マルチ型窓ガラスユニット内で保護の必要のない独立窓ガラスコーティングを用いる可能性を切り開き得る。

さらには、放射率が約０．３以下、好ましくは０．２以下であり、Ｒｆが１５％以上、好ましくは１８％以上、更に望ましくは２０％以上である、コーティングされたガラス物を用いることで、良好なパフォーマンスが達成されうる。好適な着色ガラス上で被膜がされるとき、結果として得られるコーティングされたガラス物は、０．５以下、好ましくは０．４５以下のＳＨＧＣを有する。

本発明の好適なコーティングされたガラスは、コーティングが、（ａ^＊２＋ｂ^＊２）^１／２が１２よりも小さい、好ましくは１０よりも小さい反射色（コーティングされた側から見られる場合）及び透過色（透明のフロートガラスに塗布された場合）を示すようなガラスである。特に好ましい実施例では、反射色及び透過色の各々で、（ａ^＊２＋ｂ^＊２）^１／２が７よりも小さい。

本発明の一実施形態に係るコーティングされたガラス物を示す断面図である、 本発明の第二の好適実施形態に係るコーティングされたガラス物を示す断面図である、 図１に示したコーティングされたガラス物が組み込まれた複層ガラスユニットを示す断面図である。

Claims (12)

1. コーティングされたガラス物品を含む絶縁窓ガラスユニットであって、
   前記コーティングされたガラス物品は、
   （ａ）少なくとも第一のガラス基板と、第二のガラス基板とを含み、
   前記第一及び第二のガラス基板は、それぞれ内側面と外側面とを有し、前記第一及び第二のガラス基板は互いに間隙を介して並行に隔置されて、前記第一及び第二のガラス基板のそれぞれの内側面が互いに対向するように配置されており、
   前記コーティングされたガラス物品はさらに、
   （ｂ）前記第一のガラス基板の内側面に向けられた、前記第二のガラス基板の内側面上に被膜された第一のコーティング、及び
   （ｃ）前記第一コーティング上に被膜された第二のコーティングを含み、
   前記第一コーティングは、フッ素ドープ酸化スズから成り、厚さが１０００〜６０００Åの範囲である低放射率層を含んでおり、可視スペクトルにおいて第一の屈折率を有し、
   前記第二コーティングは、チタン酸化物から成る可視光線反射層を含んでおり、可視スペクトルにおいて前記第一コーティングの第一屈折率よりも大きい第二の屈折率を有し、前記チタン酸化物は、光触媒親水面を有するコーティングを提供し、
   前記コーティングされたガラス物品は、（ｄ）前記第二のガラス基板と前記第一コーティングとの間に被膜された、光抑制層をさらに含み、
   前記光抑制層は、前記第二のガラス基板上に位置する、二酸化スズからなる下層と、前記下層と前記第一コーティングとの間に位置する、二酸化ケイ素からなる上層の二層からなり、
   コーティングされた前記第二のガラス基板は、Ｒｆ＞１５％、３０％≦Ｔｖｉｓ≦７０％、及び放射率が０．３以下であることを特徴とする絶縁窓ガラスユニット。
2. 前記第１及び第２のガラス基板のいずれか一方または両方は、１枚の着色ガラスから成ることを特徴とする請求項１に記載の絶縁窓ガラスユニット。
3. ＳＨＧＣが０．５以下であることを特徴とする請求項２に記載の絶縁窓ガラスユニット。
4. ＳＨＧＣが０．４５以下であることを特徴とする請求項２に記載の絶縁窓ガラスユニット。
5. 前記コーティングされた前記第二のガラス基板は、Ｒｆ＞１８％であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁窓ガラスユニット。
6. 前記コーティングされた前記第二のガラス基板は、Ｒｆ＞２０％であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁窓ガラスユニット。
7. 前記コーティングされた前記第二のガラス基板の放射率が０．２以下であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁窓ガラスユニット。
8. 前記第一及び第二コーティングは、熱分解により形成されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁窓ガラスユニット。
9. 前記第一及び第二コーティングは、化学蒸着法により形成されることを特徴とする請求項８に記載の絶縁窓ガラスユニット。
10. 前記コーティングは、コーティングされた側から見た場合の反射、又は透明なフロートガラスに適用された場合の透過を促し、
    それぞれの場合の色は、（ａ^＊２＋ｂ^＊２）^１／２が１２未満であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁窓ガラスユニット。
11. 前記コーティングは、コーティングされた側から見た場合の反射、又は透明なフロートガラスに適用された場合の透過を促し、
    それぞれの場合の色は、（ａ^＊２＋ｂ^＊２）^１／２が７未満であることを特徴とする請求項１０に記載の絶縁窓ガラスユニット。
12. 前記第一コーティングの厚さは２０００〜５０００Åの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁窓ガラスユニット。

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