JP7292540B1 - ガラス体 - Google Patents
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Abstract
ガラス体（１００）は、第１面と、第１面とは反対側の第２面（１２）と、を有する第１ガラス板（１）を備え、第１面及び第２面（１２）の少なくとも一方の板面は、直進性のある波長を有する電波が透過可能な電波透過領域（４３）を含んでおり、電波透過領域（４３）は、電波を通過させる互いに離間した複数の電波通過部（４３Ａ）と、隣り合う電波通過部（４３Ａ）の間で電波の遮断性がある導電膜が形成された導電膜部（４３Ｂ）と、を有しており、電波透過領域（４３）は、複数の電波通過部（４３Ａ）を通過した電波の一部が回折して導電膜部（４３Ｂ）と対向する空間で重なり合う電波拡散構造で構成されている。
Description
本発明は、ガラス体に関する。
車両や建物の窓ガラスの板面にＬｏｗ－Ｅ膜（低放射膜）が形成された、断熱性又は遮熱性を有するガラス体が知られている（例えば、特許文献１参照）。このＬｏｗ－Ｅ膜は、数百ＭＨｚ～数十ＧＨｚの周波数帯域の電波に対して透過性が低い（遮断性を有する）といった問題がある。
そこで、特許文献２に記載のガラス体は、平行な複数の線で構成される開口部をＬｏｗ－Ｅ膜に設けており、この複数の線の長さとＬｏｗ－Ｅ膜の面積との比率を規定することで、数百ＭＨｚ～数十ＧＨｚの周波数帯域の電波に対して電波透過性を高めている。
また、特許文献３に記載のガラス体は、不連続な複数の島からなるＬｏｗ－Ｅ膜を有する第１膜領域に設けており、この第１膜領域が電波透過性を有している。また、特許文献３には、第１ガラス板の第２面に第１膜領域を設け、第２ガラス板の第４面のうち第１膜領域に対向する位置にアンテナを設けた複層ガラスパネルの実施形態が開示されている。
第４世代移動通信システム（以下、「４Ｇ」という）及び第５世代移動通信システム（以下、「５Ｇ」という）で使用される周波数帯域に含まれる７００ＭＨｚ～３０ＧＨｚの電波はそれより低い周波数帯の電波と比較して直進性が高く、特許文献２に記載の開口部や特許文献３に記載の第１膜領域は、この電波の直進性を担保する形状に設定されている。特に、特許文献２に記載の開口部は、平行な複数の線をＬｏｗ－Ｅ膜に設けているため、縞模様として視認されやすく、外観上の影響が大きくなってしまう。また、４Ｇや５Ｇは直進性が高いため、室内側において、屋外の基地局から飛来する電波に対して該開口部に対向する空間以外では電波が弱くなりやすく、電波を受信し難いといった問題がある。このため、直進性が高い電波における室内側の通信環境の改善が必要となる。
そこで、受信エリアを拡げることが可能な電波透過性を有するガラス体が望まれている。
本発明に係るガラス体の特徴構成は、第１面と、当該第１面とは反対側の第２面と、を有する第１ガラス板を備え、前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方の板面は、直進性のある波長を有する電波が透過可能な電波透過領域を含んでおり、前記電波透過領域は、前記電波を通過させる互いに離間した複数の電波通過部と、隣り合う前記電波通過部の間で前記電波の遮断性がある導電膜が形成された導電膜部と、を有しており、前記電波透過領域は、複数の前記電波通過部を通過した前記電波の一部が回折して前記導電膜部と対向する空間で重なり合う電波拡散構造で構成されている点にある。
上述したように、例えば４Ｇの周波数帯域である７００ＭＨｚ～３．５ＧＨｚの電波や５Ｇの周波数帯域である３．６ＧＨｚ～３０ＧＨｚの電波は直進性が高く、ガラス体を通過する電波は、第１ガラス板の導電膜のない領域に対向する範囲内において電波強度が高くなる。一方、電波受信エリアを大きくするために、ガラス体に導電膜を設けなければ良いが、その場合は、断熱性や遮熱性（以下、「断熱性能」という）が無くなり、断熱性能と電波透過性とのトレードオフの関係にあった。
本構成のガラス体は、電波透過領域において、電波を通過させる互いに離間した複数の電波通過部を設け、隣り合う電波通過部の間に導電膜部を設けている。つまり、電波透過領域においても導電膜部を設けることにより、断熱性能を高め、複数の電波通過部を設けることにより、電波透過性を高めている。
さらに、本構成の電波透過領域は、複数の電波通過部を通過した電波の一部が回折して導電膜部と対向する空間で重なり合う電波拡散構造で構成されている。つまり、電波通過部を通過した電波が直進するだけでなく回折し、電波回折成分が導電膜部と対向する空間で重なり合う。これにより、電波強度が弱くなりやすい導電膜部と対向する空間において、電波強度を高めることが可能となり、電波受信エリアを大きくすることができる。このように、受信エリアを拡げることが可能な電波透過性を有するガラス体となっている。
他の特徴構成として、前記電波通過部は、中心を通る線分の最大長が、前記波長の４倍以下である点にある。
例えば、電波通過部が矩形状であり、一辺の長さが１００ｍｍであれば、波長が２５ｍｍ以上（周波数帯が約１２ＧＨｚ以下）の電波回折成分が増加するとの知見を得た。本構成のように、電波通過部の中心を通る線分の最大長を波長の４倍以下とすれば、使用する周波数帯域に応じて、広い受信エリアで電波強度を高めることが可能な電波通過部の寸法を決定することができる。
他の特徴構成として、隣り合う前記電波通過部の最短距離となる前記導電膜部の幅は、１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下である点にある。
本構成のように、隣り合う電波通過部の最短距離となる導電膜部の幅が１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であれば、断熱性能と電波透過性とを両立させることができる。なお、導電膜部の幅が１０ｍｍより小さい場合、導電膜部による電波遮断性が低下して電波透過領域全体が一体的な電波透過性を有することとなるため、電波回折成分が低下し、導電膜部の幅が５００ｍｍよりも大きい場合、第１ガラス板の近傍空間で電波の重なりが無いデッドスペースが生じ易くなる。
他の特徴構成として、前記少なくとも一方の板面は、前記電波透過領域の周囲に前記導電膜が形成された電波非透過領域を含んでおり、前記電波通過部には、互いに離間した前記導電膜で覆われた複数の島を有するパターニングが形成されている点にある。
本構成のように、電波通過部に、互いに離間した導電膜で覆われた複数の島を有するパターニングが形成されていれば、電波非透過領域と電波透過領域との間で外観上の影響を小さくすることができる。
他の特徴構成として、隣り合う前記島の間には、１μｍ以上１００μｍ以下の線幅を有する細線が形成されており、隣り合う前記細線の間隔が２００μｍ以上１０ｍｍ以下である点にある。
本構成のように、隣り合う島の間には、１μｍ以上１００μｍ以下の線幅を有する細線が形成されており、隣り合う細線の間隔が２００μｍ以上１０ｍｍ以下であれば、電波透過性を担保しつつ、外観上の影響を小さくすることができる。なお、細線の線幅が１μｍより小さくなれば隣り合う島と島の絶縁が取り難くなるため電波透過性の確保が難しくなり、１００μｍより大きくなれば、断熱性能が低下しやすくなる。また、隣り合う細線の間隔が２００μｍより小さくなれば、断熱性能が低下し、１０ｍｍより大きくなれば、電波透過性が低下しやすくなる。
他の特徴構成として、前記島は、矩形状である点にある。
本構成のように島が矩形状であれば、パターニング加工が容易である。
他の特徴構成として、前記波長は、１０ｍｍ以上４２８ｍｍ以下である点にある。
本構成のように波長が１０ｍｍ以上４２８ｍｍ以下（周波数帯が７００ＭＨｚ以上３０ＧＨｚ以下）であれば、特に直進性が高くなるため、上記構成のガラス体を採用することによる有用性を高めることができる。
他の特徴構成として、前記導電膜は、Ｌｏｗ－Ｅ膜である点にある。
本構成のように導電膜をＬｏｗ－Ｅ膜とすれば、断熱性能を高めつつ、受信エリアを拡げることが可能な電波透過性を担保できる。
他の特徴構成として、前記第２面に対向する第３面と、当該第３面とは反対側の第４面と、を有する第２ガラス板と、前記第２面と前記第３面とに接触し、前記第１ガラス板と前記第２ガラス板との間に空隙層を形成するスペーサと、を更に備え、前記電波透過領域は、前記第２面又は前記第３面に形成されている点にある。
本構成のような複層ガラスにおいて、第１ガラス板の第２面、又は、第２ガラス板の第３面にＬｏｗ－Ｅ膜を配置すれば断熱性能が高まる。この断熱性能を高めたガラス体において、電波透過領域を第２面又は第３面に形成すれば、上記構成のガラス体を採用することによる有用性を高めることができる。
以下に、本発明に係るガラス体の実施形態について、図面に基づいて説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
本実施形態におけるガラス体１００は、種々の用途に用いることができ、例えば、建物の窓ガラス、自動車、航空機、船舶、列車などの移動体の窓ガラスとして用いることができる。図１には、ガラス体１００を建物の窓ガラスに用いた模式図が示されている。なお、ガラス体１００は、外気と接する窓ガラスであっても良いし、室内を区画する窓ガラスであっても良い。
図１に示すように、ガラス体１００は、板面が矩形の外形を有する第１ガラス板１を備えている。ガラス体１００は、直進性を有する４Ｇの周波数帯域である７００ＭＨｚ～３．５ＧＨｚ（波長４２８ｍｍ～８５ｍｍ）や５Ｇの周波数帯域３．６ＧＨｚ～３０ＧＨｚ（波長８３ｍｍ～１０ｍｍ）の全帯域または一部の帯域に対応する電波が透過可能な電波透過領域４３と、電波透過領域４３の周囲にＬｏｗ－Ｅ膜４１（導電膜の一例）が形成された電波非透過領域４２とを含んでいる。本実施形態における電波透過領域４３は、電波の一部が回折して電波受信エリアを拡げる電波拡散構造となっている。電波透過領域４３の詳細は後述する。
第１ガラス板１（後述する第２ガラス板２も同様）の材料は特には限定されず、公知のガラス板を用いることができる。例えば、熱線吸収ガラス、クリアガラス、グリーンガラス、ＵＶグリーンガラス、ソーダライムガラスなど種々のガラス板を用いることができる。第１ガラス板１の厚みは、特には限定されないが、例えば、２～１５ｍｍであることが好ましく、２．５～８ｍｍであることがさらに好ましい。
＜第一実施形態：単板ガラス＞
図２に示すように、第１ガラス板１は、第１面１１と、第１面１１とは反対側の第２面１２とを有する。この第１ガラス板１の第２面１２に、電波遮断性を有するＬｏｗ－Ｅ膜４１（導電膜の一例）が形成されている。Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、電波の遮断性がある導電性薄膜である。導電性薄膜の表面抵抗率は２０Ω未満であると好ましい。こうすると、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は赤外域から電波域（数百ＭＨｚ～数十ＧＨｚの周波数帯域）にわたる波長領域で高い反射率を有する。そのためＬｏｗ－Ｅ膜４１が形成されている第１ガラス板１の板面は、電波の透過性は低くなるが、放射率も低くなる。第１ガラス板１の第２面１２に、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１が全域に形成されている電波非透過領域４２を有する。また、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１が形成された板面である第２面１２の一部（図では中央部分）に、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１の一部がレーザ加工等により除去された電波透過領域４３が設けられている。この電波透過領域４３は、直進性を有する４Ｇの周波数帯域である７００ＭＨｚ～３．５ＧＨｚ（波長４２８ｍｍ～８５ｍｍ）や５Ｇの周波数帯域３．６ＧＨｚ～３０ＧＨｚ（波長８３ｍｍ～１０ｍｍ）の全帯域または一部の帯域に対応する電波の透過を可能にするように配置される。なお、第１ガラス板１の第１面１１に、電波非透過領域４２及び電波透過領域４３を設けても良い。
図２に示すように、第１ガラス板１は、第１面１１と、第１面１１とは反対側の第２面１２とを有する。この第１ガラス板１の第２面１２に、電波遮断性を有するＬｏｗ－Ｅ膜４１（導電膜の一例）が形成されている。Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、電波の遮断性がある導電性薄膜である。導電性薄膜の表面抵抗率は２０Ω未満であると好ましい。こうすると、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は赤外域から電波域（数百ＭＨｚ～数十ＧＨｚの周波数帯域）にわたる波長領域で高い反射率を有する。そのためＬｏｗ－Ｅ膜４１が形成されている第１ガラス板１の板面は、電波の透過性は低くなるが、放射率も低くなる。第１ガラス板１の第２面１２に、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１が全域に形成されている電波非透過領域４２を有する。また、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１が形成された板面である第２面１２の一部（図では中央部分）に、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１の一部がレーザ加工等により除去された電波透過領域４３が設けられている。この電波透過領域４３は、直進性を有する４Ｇの周波数帯域である７００ＭＨｚ～３．５ＧＨｚ（波長４２８ｍｍ～８５ｍｍ）や５Ｇの周波数帯域３．６ＧＨｚ～３０ＧＨｚ（波長８３ｍｍ～１０ｍｍ）の全帯域または一部の帯域に対応する電波の透過を可能にするように配置される。なお、第１ガラス板１の第１面１１に、電波非透過領域４２及び電波透過領域４３を設けても良い。
＜第二実施形態：複層ガラス＞
図３に示すように、ガラス体１００は、板面がほぼ同じ矩形の外形を有する２つのガラス板、つまり第１ガラス板１及び第２ガラス板２を有する複層ガラスである。一対のガラス板１，２は、その周縁部に配置されたスペーサ５によって互いに連結されている。スペーサ５により、一対のガラス板１，２間には空隙層３が形成される。第１ガラス板１は、室外側の板面である第１面１１と、第１面１１とは反対側の空隙層３側の板面である第２面１２とを有する。第２ガラス板２は、空隙層３側の板面である第３面１３と、第３面１３とは反対側の室内側の板面である第４面１４とを有する。つまり、スペーサ５は、第２面１２と第３面１３とに接触している。空隙層３の側の板面（第２面１２）に、電波遮断性を有するＬｏｗ－Ｅ膜４１（導電膜の一例）が形成されている。なお、図示を省略するが、スペーサ５よりも外側に配置されたシール材が配置された枠体により、空隙層３は密閉されている。
図３に示すように、ガラス体１００は、板面がほぼ同じ矩形の外形を有する２つのガラス板、つまり第１ガラス板１及び第２ガラス板２を有する複層ガラスである。一対のガラス板１，２は、その周縁部に配置されたスペーサ５によって互いに連結されている。スペーサ５により、一対のガラス板１，２間には空隙層３が形成される。第１ガラス板１は、室外側の板面である第１面１１と、第１面１１とは反対側の空隙層３側の板面である第２面１２とを有する。第２ガラス板２は、空隙層３側の板面である第３面１３と、第３面１３とは反対側の室内側の板面である第４面１４とを有する。つまり、スペーサ５は、第２面１２と第３面１３とに接触している。空隙層３の側の板面（第２面１２）に、電波遮断性を有するＬｏｗ－Ｅ膜４１（導電膜の一例）が形成されている。なお、図示を省略するが、スペーサ５よりも外側に配置されたシール材が配置された枠体により、空隙層３は密閉されている。
第１ガラス板１の第２面１２に、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１が全域に形成されている電波非透過領域４２を有する。また、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１が形成された板面である第２面１２に、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１の一部がレーザ加工等により除去された電波透過領域４３が設けられている。この電波透過領域４３は、直進性を有する４Ｇの周波数帯域である７００ＭＨｚ～３．５ＧＨｚ（波長４２８ｍｍ～８５ｍｍ）や５Ｇの周波数帯域３．６ＧＨｚ～３０ＧＨｚ（波長８３ｍｍ～１０ｍｍ）の全帯域または一部の帯域に対応する電波の透過を可能にするように配置される。なお、本実施形態のような複層ガラスにおいて、第１ガラス板１の第２面１２、又は、第２ガラス板２の第３面１３にＬｏｗ－Ｅ膜４１を配置すれば断熱性能が高まる。また、第１ガラス板１の第１面１１又は第２ガラス板２の第４面１４に、電波非透過領域４２及び電波透過領域４３を設けても良い。また、ガラス体１００の室内側の板面（第４面１４）に、電波送受信用のアンテナ（不図示）を設置してもよいし、室内の天井等にアンテナを設置しても良い。
＜Ｌｏｗ－Ｅ膜＞
Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好ましくは、銀を主成分とする層を含む多層膜である。また、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、金属層、金属酸化物層、金属窒化物層および金属酸窒化物層から選ばれる２種以上の層を積層した多層からなるのも好ましい。金属層の好適な例としては銀層が挙げられる。金属酸化物層の好適な例としては、酸化スズ層、酸化チタン層または酸化亜鉛層が挙げられる。金属窒化物層の好適な例としては窒化ケイ素が挙げられる。金属酸窒化物層の好適な例としては酸窒化ケイ素が挙げられる。Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）等の真空成膜法が好ましく、特にスパッタリング法が大面積を均一に成膜できるため好ましい。電波透過領域４３は、例えば、スパッタリング法によりガラス板にＬｏｗ－Ｅ膜４１を成膜した後、レーザ加工等によりＬｏｗ－Ｅ膜４１を除去することで形成される。電波透過領域４３は、各種のマスキング材を用いて形成してもよい。電波透過領域４３は、このような手法で形成することで、ガラス板の所望の位置に容易に配置することができる。
Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好ましくは、銀を主成分とする層を含む多層膜である。また、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、金属層、金属酸化物層、金属窒化物層および金属酸窒化物層から選ばれる２種以上の層を積層した多層からなるのも好ましい。金属層の好適な例としては銀層が挙げられる。金属酸化物層の好適な例としては、酸化スズ層、酸化チタン層または酸化亜鉛層が挙げられる。金属窒化物層の好適な例としては窒化ケイ素が挙げられる。金属酸窒化物層の好適な例としては酸窒化ケイ素が挙げられる。Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）等の真空成膜法が好ましく、特にスパッタリング法が大面積を均一に成膜できるため好ましい。電波透過領域４３は、例えば、スパッタリング法によりガラス板にＬｏｗ－Ｅ膜４１を成膜した後、レーザ加工等によりＬｏｗ－Ｅ膜４１を除去することで形成される。電波透過領域４３は、各種のマスキング材を用いて形成してもよい。電波透過領域４３は、このような手法で形成することで、ガラス板の所望の位置に容易に配置することができる。
また、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、酸化スズ層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素層、酸化チタン層、酸化亜鉛層および銀層から選ばれる３種以上の層を積層した多層からなるのがより好ましく、ガラス板表面から順次、（１）酸化スズ層（第１反射防止層）、酸化亜鉛層（第１反射防止層）、銀層（金属層）、酸化亜鉛層（第２反射防止層）および酸化スズ層（第２反射防止層）、（２）窒化ケイ素層（第１反射防止層）、酸化亜鉛層（第１反射防止層）、銀層（金属層）および酸化亜鉛層（第２反射防止層）を積層した３層または５層からなるのが最も好ましい。
Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、銀を主成分とする金属層を含有する。金属層の膜厚は５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが更に好ましい。Ｌｏｗ－Ｅ膜４１が、銀を主成分とする所定の膜厚の金属層を有することで、熱の放射を抑制することができる。これにより、ガラス体１００は、断熱性能を向上させることができる。また、金属層の膜厚が１５ｎｍ以下であることで、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１による外観上の影響を小さくすることができる。
Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、金属層の内側である、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１が形成された板面に近い側に第１反射防止層を有し、第１反射防止層の光学膜厚の合計が２０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であると好適である。Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、金属層の外側である、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１が形成された板面から遠い側に第２反射防止層を有し、第２反射防止層の光学膜厚の合計が６０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であると好適である。光学膜厚は、（屈折率ｎ）×（膜厚ｄ）によって算出することができる。第１反射防止層（第２反射防止層）が複数の膜によって構成される場合には、それぞれの膜で算出される光学膜厚の合計が第１反射防止層（第２反射防止層）の光学膜厚となる。光学膜厚を算出する上で、屈折率は可視光の波長により値が変動する。ここでは、可視光の波長を一般的な可視域の基準波長（５５０ｎｍ）の場合の屈折率に基づいた光学膜厚である。
上記のように、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、金属層を基準にして第１ガラス板１の第２面１２に近い側に所定の膜厚の第１反射防止層が存在することで、金属層が保護されてＬｏｗ－Ｅ膜４１は低反射性能を有することになり、熱を確実に遮断することができる。また、ガラス体１００において高い可視光透過率と好適な反射色調を実現できる。
また、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１は、金属層を基準にして第１ガラス板１の第２面１２に遠い側に所定の膜厚の第２反射防止層が存在する場合においても、金属層が保護されてＬｏｗ－Ｅ膜４１は低反射性能を有することになり、熱を確実に遮断することができる。また、ガラス体１００において高い可視光透過率と好適な反射色調を実現できる。
＜電波透過領域＞
図４に示すように、本実施形態における電波非透過領域４２は、電波透過領域４３の周囲にＬｏｗ－Ｅ膜４１が形成された領域となっており、電波透過領域４３は、電波の一部が回折して電波受信エリアを拡げる電波拡散構造となっている。電波透過領域４３は、直進性のある波長（１０ｍｍ～５００ｍｍ）を有する電波を通過させる互いに離間した複数（本実施形態では５×５の２５個）の電波通過部４３Ａと、隣り合う電波通過部４３Ａの間で電波遮断性があるＬｏｗ－Ｅ膜４１が形成された導電膜部４３Ｂとを有している。この電波透過領域４３は、複数の電波通過部４３Ａを通過した電波の一部が回折して導電膜部４３Ｂと対向する空間で重なり合う電波拡散構造で構成されている。
図４に示すように、本実施形態における電波非透過領域４２は、電波透過領域４３の周囲にＬｏｗ－Ｅ膜４１が形成された領域となっており、電波透過領域４３は、電波の一部が回折して電波受信エリアを拡げる電波拡散構造となっている。電波透過領域４３は、直進性のある波長（１０ｍｍ～５００ｍｍ）を有する電波を通過させる互いに離間した複数（本実施形態では５×５の２５個）の電波通過部４３Ａと、隣り合う電波通過部４３Ａの間で電波遮断性があるＬｏｗ－Ｅ膜４１が形成された導電膜部４３Ｂとを有している。この電波透過領域４３は、複数の電波通過部４３Ａを通過した電波の一部が回折して導電膜部４３Ｂと対向する空間で重なり合う電波拡散構造で構成されている。
本実施形態における電波通過部４３Ａは矩形状に形成されており、４辺のうち最も長い辺が、通過する電波の波長（１０ｍｍ～５００ｍｍ、以下、単に「波長」という）に対して４倍以下となっている。換言すると、電波通過部４３Ａは、中心を通る線分の最大長Ｌ（偏波となる電波の電界振動方向）が、波長の４倍以下である。このように、電波通過部４３Ａの中心を通る線分の最大長Ｌを波長の４倍以下とすれば、使用する周波数帯域に応じて、広い受信エリアで電波強度を高めることが可能な電波通過部４３Ａの寸法を決定することができる。一方、５Ｇ（ミリ波）の周波数帯域３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ（波長１１ｍｍ未満）に対応する電波については、電波通過部４３Ａの加工が困難となるため、本実施形態に係る電波拡散構造として好ましくなく、通過する電波の波長を１０ｍｍ以上としても良いし、５Ｇ（ｓｕｂ６帯）の波長４９ｍｍ以上（周波数帯６ＧＨｚ以下）に限定しても良い。なお、本実施形態では、電波通過部４３Ａが正方形であるため、４辺全て電波通過部４３Ａの中心を通る線分の最大長Ｌと等しくなるが、長方形である場合は、４辺のうち長い方の２辺が電波通過部４３Ａの中心を通る線分の最大長Ｌと等しくなる。
また、電波通過部４３Ａは、中心を通る線分の最大長Ｌが１０ｍｍ以上、且つ、波長の４倍以下であることが好ましく、２０ｍｍ以上、且つ、波長の２倍以下であることが更に好ましい。なお、電波通過部４３Ａの中心を通る線分の最大長Ｌは、１０ｍｍより下回ると、後述するパターニング加工が困難となり、波長の４倍を超えると電波回折成分が減少し、広い受信エリアで電波強度を高めることが困難となる。
隣り合う電波通過部４３Ａの最短距離となる導電膜部４３Ｂの幅Ｗは、１０ｍｍ以上、且つ、５００ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上、且つ、１００ｍｍ以下であることが更に好ましい。このように、隣り合う電波通過部４３Ａの最短距離となる導電膜部４３Ｂの幅Ｗが１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であれば、断熱性能と電波透過性とを両立させることができる。なお、導電膜部４３Ｂの幅Ｗが１０ｍｍより小さい場合、導電膜部４３Ｂによる電波遮断性が低下して電波透過領域４３全体が一体的な電波透過性を有することとなるため、電波回折成分が低下し、導電膜部４３Ｂの幅Ｗが５００ｍｍよりも大きい場合、第１ガラス板１の近傍空間で電波の重なりが無いデッドスペースが生じ易くなる。
夫々の電波通過部４３Ａには、互いに離間したＬｏｗ－Ｅ膜４１で覆われた複数の島４３Ａａを有するパターニングが形成されている。電波通過部４３Ａは、例えば、スパッタリング法によりガラス板にＬｏｗ－Ｅ膜４１を成膜した後、レーザ加工等によりＬｏｗ－Ｅ膜４１のみを除去することで、隣り合う島４３Ａａの間に細線４３Ａｂが形成される。
このように細線４３Ａｂを形成すれば、ガラス板に傷が付かず、細線４３Ａｂを目立たなくすることができる。本実施形態における複数の島４３Ａａは、同一の線幅を有する細線４３Ａｂを介して、互いに等間隔に離間したシンメトリー形状で形成されている。
このように細線４３Ａｂを形成すれば、ガラス板に傷が付かず、細線４３Ａｂを目立たなくすることができる。本実施形態における複数の島４３Ａａは、同一の線幅を有する細線４３Ａｂを介して、互いに等間隔に離間したシンメトリー形状で形成されている。
この細線４３Ａｂの線幅は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下であることが更に好ましい。細線４３Ａｂの線幅が１μｍより小さくなれば一体的なＬｏｗ－Ｅ膜４１となって隣り合う島４３Ａａと島４３Ａａの絶縁が取り難くなるため電波透過性の確保が難しくなり、１００μｍより大きくなれば、断熱性能が低下しやすくなる。
隣り合う細線４３Ａｂの間隔（隣り合う細線４３Ａｂの線中心間距離）は、２００μｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以上３ｍｍ以下であることが更に好ましい。また、隣り合う細線４３Ａｂの間隔が２００μｍより小さくなれば、断熱性能が低下し、１０ｍｍより大きくなれば、電波透過性が低下しやすくなる。なお、隣り合う細線４３Ａｂの間隔の上限値は、波長の３分の１以下であることが好ましい。
＜評価試験＞
（試験条件）
第１ガラス板１の厚みが６ｍｍのソーダライムガラスを用い、第２面１２を覆うＬｏｗ－Ｅ膜４１は、第１ガラス板１の第２面１２側から、ＳｎＯ２／ＺｎＯ／Ａｇ／ＳＵＳ／ＺｎＯ／ＳｎＯ２として、合計膜厚が８０ｎｍ、放射率が０．１とした。Ｌｏｗ－Ｅ膜４１を除去するレーザ加工条件は、ガラスを除去すること無くＬｏｗ－Ｅ膜４１のみ除去できるように、ＹＡＧ：Ｎｄレーザを用いて、繰り返し周波数１００ｋＨｚ，波長３５５ｎｍ，操作速度３００ｍｍ／ｓｅｃとした。
（試験条件）
第１ガラス板１の厚みが６ｍｍのソーダライムガラスを用い、第２面１２を覆うＬｏｗ－Ｅ膜４１は、第１ガラス板１の第２面１２側から、ＳｎＯ２／ＺｎＯ／Ａｇ／ＳＵＳ／ＺｎＯ／ＳｎＯ２として、合計膜厚が８０ｎｍ、放射率が０．１とした。Ｌｏｗ－Ｅ膜４１を除去するレーザ加工条件は、ガラスを除去すること無くＬｏｗ－Ｅ膜４１のみ除去できるように、ＹＡＧ：Ｎｄレーザを用いて、繰り返し周波数１００ｋＨｚ，波長３５５ｎｍ，操作速度３００ｍｍ／ｓｅｃとした。
（放射率）
フーリエ変換赤外分光度計（Perkin Elmer製 Frontier Gold）を用い、ＪＩＳ－Ｒ３１０６に従い放射率を測定した。電波通過部４３Ａの個数及び大きさ、細線４３Ａｂの線幅及び間隔を変化させた場合における電波通過部４３Ａの放射率を表１に示す。電波通過部４３Ａ及び島４３Ａａを全て正方形で形成し、隣り合う電波通過部４３Ａの最短距離となる導電膜部４３Ｂの幅を５０ｍｍに設定した。
フーリエ変換赤外分光度計（Perkin Elmer製 Frontier Gold）を用い、ＪＩＳ－Ｒ３１０６に従い放射率を測定した。電波通過部４３Ａの個数及び大きさ、細線４３Ａｂの線幅及び間隔を変化させた場合における電波通過部４３Ａの放射率を表１に示す。電波通過部４３Ａ及び島４３Ａａを全て正方形で形成し、隣り合う電波通過部４３Ａの最短距離となる導電膜部４３Ｂの幅を５０ｍｍに設定した。
表１の試験番号（３）に示すように、細線４３Ａｂの線幅が１００μｍより大きくなれば、電波通過部４３Ａの放射率が著しく悪化し、断熱性能が低下することが理解できる。また、試験番号（１），（２），（４），（５），（６）に示すように、電波通過部４３Ａの個数や大きさに関わらず、細線４３Ａｂの線幅を１００μｍ以下、且つ、細線４３Ａｂの間隔を２００μｍ以上とすれば、第１ガラス板１の板面全域をＬｏｗ－Ｅ膜４１で覆う場合に比べて、放射率の悪化を抑制し、断熱性能が維持されることが理解できる。
（電波透過特性）
続いて、本実施形態におけるガラス体１００の電波透過領域４３は、電波の一部が回折して電波受信エリアを拡げる電波拡散構造となっていることを立証するシミュレーション結果について説明する。図５～図１４には、本実施形態に係るガラス体１００及び比較例に係るガラス体の電波透過特性を確認したシミュレーション結果が示されている。なお、図５～図８は、Micro-Stripes2高周波電磁界シミュレータを用い、図９～図１４は、Altair Feko高周波電磁界シミュレータを用いた。また、図５～図１２は、第１ガラス板１の第１面１１に対して電波を垂直に入射させる垂直入射とし、図１３及び図１４は、第１ガラス板１の第１面１１に対して電波を斜めに入射させる斜め入射とした。
続いて、本実施形態におけるガラス体１００の電波透過領域４３は、電波の一部が回折して電波受信エリアを拡げる電波拡散構造となっていることを立証するシミュレーション結果について説明する。図５～図１４には、本実施形態に係るガラス体１００及び比較例に係るガラス体の電波透過特性を確認したシミュレーション結果が示されている。なお、図５～図８は、Micro-Stripes2高周波電磁界シミュレータを用い、図９～図１４は、Altair Feko高周波電磁界シミュレータを用いた。また、図５～図１２は、第１ガラス板１の第１面１１に対して電波を垂直に入射させる垂直入射とし、図１３及び図１４は、第１ガラス板１の第１面１１に対して電波を斜めに入射させる斜め入射とした。
図５～図８には、電波透過領域４３の電波通過部４３Ａとして、１００ｍｍ×１００ｍｍの開口（中心を通る線分の最大長Ｌが１００ｍｍ）を有する平面視（開口の上辺）から見たシミュレーション結果が示されている。この電波通過部４３Ａに対し、３０ＧＨｚ～１ＧＨｚ（波長１０ｍｍ～３００ｍｍ）の電波を照射するシミュレーションを行った。図の破線で囲まれた領域が強い電波（入射する電波を０ｄＢとしたときの電波透過損失１０ｄＢ以下）の分布を示している。
比較例としての図５に示すように、周波数帯が比較的高い３０ＧＨｚ～１５ＧＨｚ（波長１０ｍｍ～２０ｍｍ）においては、電波通過部４３Ａを通過した電波がほぼ回折すること無く直進していることが分かる。一方、本実施例としての図６に示すように、周波数帯が比較的低い１０ＧＨｚ～１ＧＨｚ（波長３０ｍｍ～３００ｍｍ）においては、電波通過部４３Ａを通過した電波が導電膜部４３Ｂに対向する空間まで拡がるように回折していることが分かる。
図７～図８には、導電膜部４３Ｂの幅Ｗを５０ｍｍに設定したときにおける隣り合う電波通過部４３Ａを通過した電波の重なり状況を示している。図７に示すように、周波数帯５ＧＨｚ（波長６０ｍｍ）では、導電膜部４３Ｂに対向する空間で広い重なりを有しており、周波数帯１０ＧＨｚ（波長３０ｍｍ）では、やや重なり度合が低下するものの、電波透過領域４３は、複数の電波通過部４３Ａを通過した電波の一部が回折して導電膜部４３Ｂと対向する空間で重なり合う電波拡散構造で構成されていることが理解できる。図８に示すように、周波数帯が低い３ＧＨｚ～１ＧＨｚ（波長１００ｍｍ～３００ｍｍ）では、導電膜部４３Ｂに対向する空間で広い重なりを有している。これらから、電波の波長（３０ｍｍ～３００）が開口長さ１００ｍｍ（中心を通る線分の最大長Ｌ）に対して、４分の１よりも大きいことが好ましいことが分かる。換言すると、電波通過部４３Ａは、波長の４倍以下であることが好ましい。なお、電波の波長（６０ｍｍ～３００ｍｍ）が開口長さ１００ｍｍ（中心を通る線分の最大長Ｌ）に対して、２分の１よりも大きいことが更に好ましく、この場合、電波通過部４３Ａは波長の２倍以下となる。
図９～図１２には、第１ガラス板１の第１面１１側から３．５ＧＨｚの周波数帯（波長８６ｍｍ）を有する電波を垂直に入射させ、第１ガラス板１の第２面１２から平行に１ｍ離間した空間（図では２点鎖線）における電波の拡がりのシミュレーション結果が示されている。図９は、第１ガラス板１の第２面１２の全体がＬｏｗ－Ｅ膜４１で覆われた比較例１を示し、図１０は、第１ガラス板１の第２面１２の中央のＬｏｗ－Ｅ膜４１を除去して形成された１００ｍｍ×１００ｍｍの開口を１つ有する比較例２を示し、図１１は、第１ガラス板１の第２面１２の中央のＬｏｗ－Ｅ膜４１を除去して形成された５００ｍｍ×５００ｍｍの開口を１つ有する比較例３を示している。図１２は、上述した実施形態に係るガラス体１００のように、１００ｍｍ×１００ｍｍの電波通過部４３Ａを５×５個並べて合計５００ｍｍ×５００ｍｍの電波透過領域４３を第１ガラス板１の第２面１２の中央に形成した本実施例を示している。
図９に示す比較例１では電波が遮断されており、電波透過損失が３０ｄＢ以上であったため、第１ガラス板１の第２面１２側では、ほとんど電波を受信できていない。図１０に示す比較例２では開口から直進した電波のみであり、電波の拡がりが全く無かった。図１１に示す比較例３では、５００ｍｍの開口長さであり、電波波長８６ｍｍに対して４倍以上であることから、電波の拡がりがほとんど無かった。一方、図１２に示す本実施例では、電波透過損失が３ｄＢ以上１５ｄＢ以下の範囲に拡がっており、電波強度がやや低下するものの、電波の受信エリアを拡大することができた。
図１３及び図１４には、第１ガラス板１を板面方向に４枚並べて配置した場合における電波の拡がりのシミュレーション結果が示されている。具体的には、図１３及び図１４では、３．５ＧＨｚの周波数帯（波長８６ｍｍ）を有する電波を各々の第１ガラス板１の第１面１１側から第２面１２に向けて右向きの入射角４５度で斜め入射させ、ｘｙ平面沿って水平方向に形成される領域Ｒ（図では２点鎖線）における電波の拡がりが示されている。領域Ｒは、４枚の第１ガラス板１が並べて配置される第１辺部Ａと第１辺部Ａに垂直となる第２辺部Ｂとによって形成される矩形領域である。図１３及び図１４では、第１辺部Ａの長さが７８００ｍｍに設定され、第２辺部Ｂの長さが５５００ｍｍに設定されている。第１辺部Ａに沿う複数の開口（電波透過領域４３）は、第１辺部Ａの両端から開口までの距離Ｐ１が９００ｍｍに設定され、隣接する開口間の距離Ｐ２が１８００ｍｍに設定されている。図１３では、第１ガラス板１として第２面１２の中央のＬｏｗ－Ｅ膜４１を除去して形成された５００ｍｍ×５００ｍｍの開口を１つ有する比較例３のガラス体が用いられている。図１４では、第１ガラス板１として、上述した実施形態に係るガラス体１００のように、１００ｍｍ×１００ｍｍの電波通過部４３Ａを５×５個並べて合計５００ｍｍ×５００ｍｍの電波透過領域４３を第２面１２の中央に形成した本実施例のガラス体が用いられている。
比較例３のガラス体が用いられた図１３では、第１ガラス板１の開口を通過した夫々の電波はいずれも水平方向の拡がりが小さいため、電波が領域Ｒの半分程度しか行き渡らない。一方、本実施例のガラス体が用いられた図１４では、電波透過領域４３を通過した夫々の電波はいずれも水平方向の拡がりが大きいため、電波が領域Ｒに対して全体的に行き渡るようになった。以下、具体的に説明する。領域Ｒについて、左上の角から右下の角に向けて仮想の対角線Ｃを引き、領域Ｒのうち対角線Ｃに対して左側を第１領域Ｒ１とし右側を第２領域Ｒ２とする。この場合、図１３では、第１ガラス板１の開口を通過した電波は、第１領域Ｒ１には行き渡るものの、第２領域Ｒ２のうち対角線Ｃから離れた領域には行き渡らない。一方、図１４では、電波強度がやや低下するものの、電波が第１領域Ｒ１だけでなく第２領域Ｒ２にも広く行き渡り、電波が領域Ｒに対して全体的に行き渡ることが確認された。
このように、本実施形態におけるガラス体１００は、電波透過領域４３において、電波を通過させる互いに離間した複数の電波通過部４３Ａを設け、隣り合う電波通過部４３Ａの間に導電膜部４３Ｂを設けている。つまり、電波透過領域４３においても導電膜部４３Ｂを設けることにより、断熱性能を高め、複数の電波通過部４３Ａを設けることにより、電波透過性を高めている。
また、電波透過領域４３は、複数の電波通過部４３Ａを通過した電波の一部が回折して導電膜部４３Ｂと対向する空間で重なり合う電波拡散構造で構成されている。つまり、電波通過部４３Ａを通過した電波が直進するだけでなく回折し、電波回折成分が導電膜部４３Ｂと対向する空間で重なり合う。これにより、電波強度が弱くなりやすい導電膜部４３Ｂと対向する空間において、電波強度を高めることが可能となり、電波受信エリアを大きくすることができる。よって、受信エリアを拡げることが可能な電波透過性を有するガラス体１００となっている。
［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態における電波透過領域４３は、矩形状に限定されず、例えば、円形状、長円状、楕円状、十字形等であっても良い。この場合でも、電波通過部４３Ａは、中心を通る線分の最大長Ｌが１０ｍｍ以上、且つ、波長の４倍以下であることが好ましい。
（２）図１５に示すように、電波透過領域４３の電波通過部４３Ａを円環状に形成しても良い。この場合でも、電波通過部４３Ａに複数の細線４３Ａｂを同心円状に等間隔で形成したパターニング加工が施されることが好ましい。電波透過領域４３の各種寸法範囲は、上述した実施形態と同様である。
（３）上述した実施形態における電波通過部４３Ａに形成された複数の島４３Ａａを省略して、電波通過部４３Ａの全域に亘ってＬｏｗ－Ｅ膜４１を除去しても良い。また、島４３Ａａの形状も矩形状に限定されず、例えば、円形状、長円状、楕円状等であっても良い。
（４）電波透過領域４３は、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１を除去してガラス板を露出させる必要はなく、少なくとも銀を主成分とする金属層が除去されていれば良い。
（１）上述した実施形態における電波透過領域４３は、矩形状に限定されず、例えば、円形状、長円状、楕円状、十字形等であっても良い。この場合でも、電波通過部４３Ａは、中心を通る線分の最大長Ｌが１０ｍｍ以上、且つ、波長の４倍以下であることが好ましい。
（２）図１５に示すように、電波透過領域４３の電波通過部４３Ａを円環状に形成しても良い。この場合でも、電波通過部４３Ａに複数の細線４３Ａｂを同心円状に等間隔で形成したパターニング加工が施されることが好ましい。電波透過領域４３の各種寸法範囲は、上述した実施形態と同様である。
（３）上述した実施形態における電波通過部４３Ａに形成された複数の島４３Ａａを省略して、電波通過部４３Ａの全域に亘ってＬｏｗ－Ｅ膜４１を除去しても良い。また、島４３Ａａの形状も矩形状に限定されず、例えば、円形状、長円状、楕円状等であっても良い。
（４）電波透過領域４３は、Ｌｏｗ－Ｅ膜４１を除去してガラス板を露出させる必要はなく、少なくとも銀を主成分とする金属層が除去されていれば良い。
（５）第二実施形態における複層ガラスにおいて、第１ガラス板１の第２面１２に遮熱膜を配置し、第２ガラス板２の第３面１３にＬｏｗ－Ｅ膜４１を配置しても良い。遮熱膜は、好ましくは、チタンの窒化物を主成分とする層を含む多層膜である。金属窒化物層の好適な例としては窒化チタン層が挙げられる。遮熱膜の膜厚は、積層される膜の種類により適宜選択されるが、通常、５～１００ｎｍであり、好ましくは１０～５０ｎｍである。遮熱膜は、例えば熱線吸収膜によって構成されている。遮熱膜が熱線吸収膜であると、遮熱膜によって赤外線を吸収することができるので、ガラス体１００において遮熱性を向上することができる。
本発明は、建物の窓ガラス、自動車、航空機、船舶、列車などの移動体の窓ガラスとしてのガラス体に利用可能である。
１ ：第１ガラス板
２ ：第２ガラス板
３ ：空隙層
５ ：スペーサ
１１ ：第１面
１２ ：第２面
１３ ：第３面
１４ ：第４面
４１ ：Ｌｏｗ－Ｅ膜（導電膜）
４２ ：電波非透過領域
４３ ：電波透過領域
４３Ａ ：電波通過部
４３Ａａ ：島
４３Ａｂ ：細線
４３Ｂ ：導電膜部
１００ ：ガラス体
Ｌ ：中心を通る線分の最大長
Ｗ ：導電膜部の幅
２ ：第２ガラス板
３ ：空隙層
５ ：スペーサ
１１ ：第１面
１２ ：第２面
１３ ：第３面
１４ ：第４面
４１ ：Ｌｏｗ－Ｅ膜（導電膜）
４２ ：電波非透過領域
４３ ：電波透過領域
４３Ａ ：電波通過部
４３Ａａ ：島
４３Ａｂ ：細線
４３Ｂ ：導電膜部
１００ ：ガラス体
Ｌ ：中心を通る線分の最大長
Ｗ ：導電膜部の幅
Claims (6)
- 第１面と、当該第１面とは反対側の第２面と、を有する第１ガラス板を備え、
前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方の板面は、直進性のある１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の波長を有する電波が透過可能な電波透過領域を含んでおり、
前記電波透過領域は、前記電波を通過させる互いに離間した複数の電波通過部と、隣り合う前記電波通過部の間で前記電波の遮断性がある導電膜が形成された導電膜部と、を有しており、
前記電波透過領域は、複数の前記電波通過部を通過した前記電波の一部が回折して前記導電膜部と対向する空間で重なり合う電波拡散構造で構成されており、
前記少なくとも一方の板面は、前記電波透過領域の周囲に前記導電膜が形成された電波非透過領域を含んでおり、
前記電波通過部には、互いに離間した前記導電膜で覆われた複数の島を有するパターニングが形成されており、
前記電波通過部は、中心を通る線分の最大長が、前記波長の４倍以下であり、
隣り合う前記電波通過部の最短距離となる前記導電膜部の幅は、１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であるガラス体。 - 隣り合う前記島の間には、１μｍ以上１００μｍ以下の線幅を有する細線が形成されており、隣り合う前記細線の間隔が２００μｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１に記載のガラス体。
- 前記島は、矩形状である請求項１又は２に記載のガラス体。
- 前記波長は、１０ｍｍ以上４２８ｍｍ以下である請求項１又は２に記載のガラス体。
- 前記導電膜は、Ｌｏｗ－Ｅ膜である請求項１又は２に記載のガラス体。
- 前記第２面に対向する第３面と、当該第３面とは反対側の第４面と、を有する第２ガラス板と、
前記第２面と前記第３面とに接触し、前記第１ガラス板と前記第２ガラス板との間に空隙層を形成するスペーサと、を更に備え、
前記電波透過領域は、前記第２面又は前記第３面に形成されている請求項５に記載のガラス体。
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