JP7479734B1 - 電波透過型遮熱複層ガラス - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、高い可視光透過率と優れた日射遮蔽性能及び紫外線遮蔽性能を有し、かつ第５世代移動通信システムに使用されるミリ波帯（２８ＧＨｚ帯）及びＳｕｂ６帯（周波数４．５ＧＨｚ帯及び３．７ＧＨｚ帯）の電波を透過する電波透過遮熱複層ガラスを提供することを目的する。【解決手段】複層ガラスを構成する１枚の板ガラスの空気層側に、一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜が形成されていて、前記アンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）のＭｘＷＯｙに対する割合が５から２０ｗｔ％であって、前記金属ＭのタングステンＷに対するモル比ｘが０．８～１．１の範囲にあり、金属Ｍが少なくともアルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含有する。【選択図】図３
Description
本発明は、日射光の近赤外線領域を遮蔽しつつ、高い可視光透過率を有する遮熱複層ガラスで、かつ第５世代移動通信システムに用いられるミリ波帯である周波数２８ＧＨｚ帯及びＳｕｂ６帯である周波数４．５ＧＨｚ帯及び周波数３．７ＧＨｚ帯の電波を透過する電波透過型遮熱複層ガラスに関する。なお、２８ＧＨｚ帯の周波数範囲は２７．０ＧＨｚ～２９．５ＧＨｚであり、４．５ＧＨｚ帯の周波数範囲は４．４ＧＨｚ～４．９ＧＨｚであり、３．７ＧＨｚ帯の周波数範囲は３．６ＧＨｚ～４．２ＧＨｚであって、これらの点は当業者にとって周知であり、自明な事項である。
複層ガラスとしては、図１に示す構造のものが一般的である。すなわち、略平行に配置された２枚の板ガラス１１及び１２の四周に乾燥剤が封入されたスペーサー１３が配置されて、２枚の板ガラスの間に中空層１６が形成されている。中空層の効果で熱伝導性が抑えられることから断熱性が高められる。近年では、板ガラス１１及び１２のうち、いずれか一方を低放射率ガラス（いわゆるＬｏｗＥガラス）として、放射伝熱を抑えることによりさらに断熱性を高めたものが普及している。そして、ＬｏｗＥガラスが、可視光領域では高い透過率を有し透明性を確保するととも、日射光透過率が低いことから夏場の遮熱性を高めることができることにより、冬の断熱にも夏の遮熱にも住宅用に好適なガラスとして、さらに急速に普及してきている。
このようなＬｏｗＥガラスは、最近の研究によると、次世代（第５世代）移動通信システムで用いられる２８ＧＨｚのミリ波を１／１００００に減衰することが判明した。そのため、ＬｏｗＥガラスを用いた複層ガラス窓が５Ｇ電波を透過させるためには、ＬｏｗＥガラスの被膜をミクロン単位の縞模様に加工する必要のあることがわかってきた（非特許文献１）。
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/05529/
本発明は、第５世代移動通信システムに用いられる５Ｇ電波のミリ波帯である周波数２８ＧＨｚ帯及びＳｕｂ６帯である周波数４．５ＧＨｚ帯及び周波数３．７ＧＨｚ帯を屋外から屋内に取り込み易くする電波透過型遮熱複層ガラスを提供するものである。すなわち、本発明は、優れた断熱性能と遮熱性能を保ちつつ５Ｇの電波を遮らない「５Ｇ対応電波透過型遮熱複層ガラス」を提供する。
ここで遮熱ガラスとして機能するには、高い遮熱性能を有すると同時に、高い可視光透過率を有する必要がある。特に、住宅の窓として機能するには、日射光を遮蔽する中で、可視光線の多くを透過し、透明である必要があるからである。また人体や家具類を日焼けから守るために、紫外線の多くを遮蔽することが望ましい。
このような遮熱ガラスにおいて、可視光透過率が７０％以上、日射透過率が４０％以下、紫外線透過率が１％以下という性能を全て満足することは難しく、また、該遮熱ガラスを、複層ガラスを構成する１枚の板ガラスとして用いた複層ガラスにおいても、可視光透過率が７０％以上、日射透過率が４０％以下、紫外線透過率が１％以下という性能を全て満足することも困難であった。
すなわち、このような複層ガラスにおいて、可視光透過率が７０％以上、日射透過率が４０％以下、紫外線透過率が１％以下という性能を満足させて高透明な日射遮蔽複層ガラスとすることは難しいが、本発明では、これらの性能を満足させつつ、さらに５Ｇの電波も透過させることを目的とする。５Ｇの電波を透過させるとは、具体的にはミリ波帯である周波数２８ＧＨｚ帯及びＳｕｂ６帯である周波数４．５ＧＨｚ帯及び周波数３．７ＧＨｚ帯の電波が、本発明の遮熱複層ガラスを透過した後も、これらの周波数範囲の電波の強度が５０％以上ある（これは、電波の電圧減衰率が６ｄＢ以下に相当する。）、さらに望ましくはこれら周波数範囲での電波の強度が７０％以上ある（これは、電波の電圧減衰率が３ｄＢ以下に相当する。）という意味である。
前記従来の課題を解決するために、本発明は、複層ガラスであって、該複層ガラスを構成する１枚の板ガラスの空気層側に、一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜が形成されていて、前記アンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）のＭｘＷＯｙに対する割合が５から２０ｗｔ％であって、前記金属ＭのタングステンＷに対するモル比ｘが０．８～１．１の範囲にあり、金属Ｍが少なくともアルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含有し、該複層ガラスの光学特性が、可視光線透過率が７０％以上及び日射透過率が４０％以下であり、紫外線透過率が１％以下であり、さらに第５世代移動通信システムで用いられるミリ波帯である周波数２８ＧＨｚ帯の電波減衰率が６ｄＢ以下であることを特徴とする電波透過型遮熱複層ガラスである。
さらに本発明は、複層ガラスであって、該複層ガラスを構成する１枚の板ガラスの空気層側に、一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜が形成されていて、前記アンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）のＭｘＷＯｙに対する割合が５から２０ｗｔ％であって、前記金属ＭのタングステンＷに対するモル比ｘが０．８～１．１の範囲にあり、金属Ｍが少なくともアルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含有し、該複層ガラスの光学特性が、可視光線透過率が７０％以上及び日射透過率が４０％以下であり、紫外線透過率が１％以下であり、さらに第５世代移動通信システムで用いられるＳｕｂ６帯である周波数４．５ＧＨｚ帯及び周波数３．７ＧＨｚ帯の電波減衰率が３ｄＢ以下であることを特徴とする電波透過型遮熱複層ガラスである。
本発明において、一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜中の複合酸化タングステンＭｘＷＯｙ中の金属Ｍは、酸化タングステンにおけるタングステン原子を置換するか酸化タングステン中に固溶して存在し、そのことにより酸素欠損を生じさせ、5価のタングステンイオンであるＷ５＋を効率的に生成させ、酸化タングステンの近赤外光吸収効果、すなわち遮熱効果を促進する。本発明においては、金属Ｍとして、Ａｌ、Ｓｎ及びＺｎを含有することが必須であるが、これら以外にカリウム（Ｋ）、イットリウム（Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ニオビウム（Ｎｂ）及び鉄（Ｆｅ）を含有していてもよい。
本発明において、金属ＭのタングステンＷに対するモル比Ｘは、０．８～１．１であるのがよい。Ｘが１．１を超えると、金属イオンが過多になって可視光透過率が低下する。逆に、Ｘが０．８より小さいと、５価のタングステンイオンの生成が不足し、日射透過率が増大してしまう。
本発明では、複合タングステン酸化物が、Ｗ以外の金属ＭとしてＺｎを含有し、さらに少なくともＡｌ及びＳｎを含有させる。これらの作用によって、近赤外線の吸収効果に加えて、紫外線の遮蔽効果を併せ持つことができる。
本発明において一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜を形成する複合酸化タングステン微粒子は、特許文献１等に開示されている公知の方法を利用して作製することができる。すなわち、酸化タングステン原料としては酸化タングステン水和物（H2WO4）等を、酸化亜鉛原料としては酢酸亜鉛二水和物（Zn(CH3COO)2・2H2O）等を、酸化アルミニウム原料としては硫酸アルミニウム水和物（Al2(SO4)3・16H2O）等を、酸化スズ原料としては塩化スズ二水和物（SnCl2・2H2O）等を、酸化カリウム原料としては水酸化カリウム（KOH）等を、酸化イットリウム原料としては硝酸イットリウム水和物（Y（NO3）3・6H2O）等を、酸化ジルコニウム原料としてはジルコニアナノ粒子分散液等を利用することができる。これら原料を所定の比率で含有させた水溶液を均一に撹拌し、不活性ガス雰囲気中で約６５０℃の温度で焼成することにより、分子レベルで均一な複合酸化タングステン微粒子を得ることができる。
本発明において一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜を形成するアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子は、例えば特許文献２に開示された方法を用いて作製することができる。
本発明の、一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜は、前記複合酸化タングステン微粒子と前記アンチモンドープ酸化錫微粒子とを、ブチルセロソルブアセタート４０～５０ｗｔ％、酢酸ブチル５～１５ｗｔ％、メチルエチルケトン５～１５ｗｔ％の混合溶液に、前記複合酸化タングステン微粒子１５～２０ｗｔ％、アンチモンドープ酸化錫１～３％を分散させ、スプレーガンにより板ガラス表面に噴霧し塗布することができる。
本発明において、複合酸化タングステン微粒子は平均粒径が５０ｎｍ以下の球形とすることが望ましい。平均粒径を５０ｎｍ以下の球形とすることにより、複合酸化タングステン微粒子の分散状態がよく、可視光の散乱が少ない被膜が得られる。また、微粒子の粒径が小さく、凝集体を形成することなく均一に分散していることから、微粒子の機能が向上し、可視光透過率を高く保ち、日射遮蔽性も向上し、ヘイズ率も低く抑えることができる。そして、このように凝集体を形成することなく、高度に分散していることも、５Ｇ電波の透過率を高めることに貢献しているものと考えられる。但し、複合タングステン酸化物微粒子の平均粒径を４０ｎｍ以下にすることは容易ではなく、実用上は平均粒径が４０ｎｍ～６０ｎｍの複合酸化タングステン微粒子を利用することになる。
本発明において前記一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜中のアンチモンドープ酸化錫微粒子の混合割合は、複合酸化タングステン微粒子１００部に対して５部から２０部であることが望ましい。５部より少ないと、該混合被膜の放射率が高くなってしまい、複層ガラスとした場合に断熱性を高くすることができない。一方、２０部を超えると混合被膜の透過率が急激に低下する。
前記アンチモンドープ酸化錫微粒子中のアンチモンのドープ割合は３～１０ｍｏｌ％が適当であって、より望ましくは５～７ｍｏｌ％である。５ｍｏｌ％を下回ると、前記混合被膜の近赤外線遮蔽能が低下しはじめ、また放射率が高くなることから複層ガラスとした場合の断熱性が悪化する。ドープ割合が７ｍｏｌ％を超えるに従い可視光透過率が急激に低下するので好ましくない。
前記複合酸化タングステンと前記アンチモンドープ酸化錫の混合被膜を板ガラス表面に塗布し、常温でセルフレベリング特性により薄く均一な厚さとする。その後30℃から60℃で約10分間加熱乾燥し、さらに一昼夜自然乾燥（温度約25℃、湿度約50％）させて、複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫微粒子からなる被膜を形成し、本発明の電波透過型遮熱複層ガラスの作製に用いる遮熱ガラスを作製することができる。
本発明の電波透過型遮熱複層ガラスは、前記した方法で得た遮熱ガラスを、構成する1枚の板ガラス１１又は１２として、図１に示した一般的な複層ガラスを作製することにより、得ることができる。その場合、遮熱ガラス表面に形成した複合酸化タングステン微粒子と前記アンチモンドープ酸化錫微粒子の混合被膜は空気層１６に面するように配置する。
なお、高い可視光線透過率とは、複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫微粒子の混合被膜が塗布された電波透過型遮熱複層ガラスにおいて、７０％以上であって、本発明の構成によって達成することができる。
また、優れた日射遮蔽性とは、本発明の電波透過型遮熱複層ガラスで、日射透過率が４０％以下、紫外線透過率が１％以下という性能を満足することができることを言うが、本発明の構成によって達成することができる。
そして、本発明の電波透過型遮熱複層ガラスにおいて、５Ｇにおける高い電波透過性とは、ミリ波帯である周波数２８ＧＨｚ帯の電波の減衰率が５０％を上回らない（６ｄＢ以下）こと及びＳｕｂ６帯である周波数４．５ＧＨｚ帯及び周波数３．７ＧＨｚ帯の電波の減衰率が３０％上回らない（３ｄＢ以下）ことである。逆に言えば、本発明の電波透過型遮熱複層ガラスを透過後も、２８ＧＨｚ帯の電波の透過率が、電波の強度として５０％以上あり、４．５ＧＨｚ帯及び３．７ＧＨｚ帯の電波の透過率が、電波の強度として７０％以上あることを言う。
本発明の電波透過型遮熱複層ガラスに用いることのできる板ガラスとしては、一般的なクリアガラスであるフロート板ガラスを用いればよい。また、遮熱性を高めるために、グリーンガラスなどの熱線吸収ガラスを用いてもよい。あるいは、紫外線遮蔽性を高めるために、紫外線吸収ガラスを用いることもできる。
ここで、本発明の特徴を明確にするため、いくつかの公知例と比較して、本発明の優位点を説明する。
特許文献３は、熱遮断ガラスおよびそれを用いた複層ガラスを開示したもので、熱線・紫外線吸収緑色系ガラスに、銀層を含む多層膜からなる垂直放射率０．２以下の低放射性膜を被膜形成した熱遮断ガラス、および該熱遮断ガラスを屋外側、クリアー系ガラスを屋内側に配設し、前記低放射性膜を熱遮断ガラスの内側面に配した複層ガラスからなる。優れた日射遮蔽性（４０％以下）と比較的高い可視光透過性（６７～６９％）と断熱性を有するが、電波透過性についてはなんら言及がなく、導電性の高い銀層を含む多層膜を利用していることから第５世代移動通信システムに用いられる電波を反射するものと考えられる。
特許文献４は、熱線反射性、透明性、かつテレビや通信機器、携帯電話等の周波数帯域の電波透過性に優れた熱線反射電波透過透明積層体を提供することを目途としたもので、透明プラスチックフィルムなどからなる基材Ａの少なくとも一方の面に、透明誘電体層Ｂ、不連続な金属層Ｃ、透明誘電体層Ｄが順次積層された熱線反射電波透過透明積層体であって、特定の電波遮蔽効果、特定の可視光線透過率、及び特定の赤外線透過率を有する熱線反射電波透過透明積層体である。ここで、不連続な金属層Ｃの例として斑点状に形成した銀膜が挙げられている。テレビや通信機器、携帯電話等の周波数帯域電波を透過させるためには連続膜としての銀膜は不適当であって、不連続な斑点状などの形態で形成する必要があるのである。
特許文献５は、太陽の熱線遮蔽による室内温度の上昇防止や省エネ、可視光線の透過による透明性の保持、向上、通信機器やテレビ、携帯電話等の周波数帯域の電波の透過性に優れた熱線反射電波透過透明積層体を提供することを目途としたもので、熱線反射電波透過透明積層体は、基材Ａの少なくとも一方の面に、絶縁体層Ｂ、透明誘電体層Ｃ、不連続な金属層Ｄ、透明誘電体層Ｅが順次積層されている。ここでも、通信機器やテレビ、携帯電話等の周波数帯域の電波の透過させるためには、金属層Ｄ（銀を例示）は島状等の不連続な形態で形成する必要があるのである。
特許文献６は、十分な断熱性を有しつつ電波透過性の確保が可能な複層ガラスパネルを提供することを目途として、第１ガラス板と、第１ガラス板と対向配置される第２ガラス板と、第１ガラス板と第２ガラス板との間に配置され、第１ガラス板と第２ガラス板の間に空隙層を形成するスペーサーとを備え、第１ガラス板及び第２ガラス板の少なくとも一方の板面に、ＬｏｗＥ膜が形成された被膜領域と、ＬｏｗＥ膜が形成されていない露出領域とを有する複層ガラスパネルを開示している。ここでも、電波透過性を確保するため、Ｌｏｗ－Ｅ膜が形成されていない露出領域を設けることが必須で、実施例によれば、露出領域に対応する位置に電波を受信するためのアンテナが設けられている。
このように従来の低放射率膜（ＬｏｗＥ膜）を用いた複層ガラスにおいては、通信等に用いられる電波を透過させようとすると、低放射率膜を斑点状や島状の不連続な膜として形成するか、電波を透過させるための切り欠きを設ける必要があったが、本発明においては、複合酸化タングステン微粒子と前記アンチモンドープ酸化錫微粒子の混合被膜は、そのような不連続な形態にしたり切り欠きを設ける必要はない。
特許文献７は、簡単な膜構成等で、透明性とミラー性並びに断熱性を効果的にバランスよく持たせて同時に満足し、人や環境に優しくかつ居住性に優れ、濃いグリーン色系ガラス面反射色調を呈しかつ電波透過性を有するガラス板を得ることを目途として、透明なガラス基板の一方の表面に、ガラス面側から第１層目として膜厚が10nm以上200nm 以下であるＳｎの酸化物薄膜、第１層の上に第２層目として膜厚が１nm以上15nm以下でかつその表面抵抗率が１ｋΩ／口以上であるＴｉ、ＳＵＳ、ＮｉＣｒの金属ならびにこれらを主成分とする窒化物の群から選ばれた少なくとも一つの薄膜、さらに第２層の上に膜厚が30nm以上200nm 以下であるＳｎの酸化物薄膜を被覆積層した積層膜からなり、かつ第１層目と第３層目のうちどちらか一方の膜厚が70nm～200nm であり、しかもガラス面側からの反射光の可視光線波長域での刺激純度が10％以上である高彩度のグリ－ン色系のガラス面反射色調を呈する居住性を高めたガラス板が開示されている。この引例においては、電波透過性については、前記薄膜の表面抵抗値が１～５ｋΩ／□であったことが記載されているだけで５Ｇ電波を透過するかどうかは不明である。そして何よりも、可視光透過率を５０～７０％確保しようとすると日射透過率が５０～６０％と高い値となり、日射遮蔽性が極めて劣る。
本発明の電波透過型遮熱複層ガラスは、７０％以上という高い可視光透過率を維持しながら、日射透過率が４０％以下という優れた遮熱性及び紫外線透過率が１％以下という優れた紫外線遮蔽性を示す。また、第５世代移動通信システムで用いられる５Ｇ電波である周波数２８ＧＨｚ帯のミリ波帯の透過損失を６ｄＢ以下に、及び周波数４．５ＧＨｚ帯及び周波数３．７ＧＨｚ帯のＳｕｂ６帯の透過損失を３ｄＢ以下に抑えることができる。これは、市販のいわゆるＬｏｗＥ複層ガラスが、電波を反射する金属膜（銀膜）を使用しているか、遮熱性の低い金属酸化物膜を利用しているのに対して、本発明では遮熱性の高い複合金属酸化物膜を利用しているためと考えられる。これらのことから、本発明の電波透過型遮熱複層ガラスは、今後の住宅に用いられる遮熱複層ガラスとして極めて好適である。
なお、板硝子協会によると、省エネ対策の推進によってＬｏｗＥガラスの普及が進み日本の新築１戸建ては２０１９年時点でその使用が８割にまで増えている。このＬｏｗ－Ｅガラスの金属膜が５Ｇ電波の透過を阻害するのである。この対策としてガラス大手メーカーＡ社は、ＬｏｗＥガラスの優れた遮熱性を保ちつつ５Ｇの電波を遮らない技術を開発に成功している（ＦＳＳ（Frequency Selective Surface）技術：非特許文献１）。しかし、この技術は一度製品になったＬｏｗＥガラスをレーザービームで精密加工するので、コストや手間が掛かる。これに対して、本発明の「５Ｇ対応電波透過型遮熱複層ガラス」は、製造の過程で電波透過型遮熱膜を塗布する方式なので、コスト的にも有利である。
以下に、本発明の実施例を具体的に説明する。可視光線透過率（波長範囲：380nm～780nm）、紫外線透過率（波長範囲：300nm～380nm）及び日射透過率（波長範囲：300nm～2500nm）は、日立製作所（株）製の分光光度計UH－4150を用いて測定した。
遮熱複層ガラス作製用の分散液の作製において、複合酸化タングステンは、酸化タングステン原料として酸化タングステン水和物（H2WO4）を、酸化亜鉛原料として酢酸亜鉛二水和物（Zn(CH3COO)2・2H2O）を、酸化アルミニウム原料として硫酸アルミニウム水和物（Al2(SO4)3・16H2O）を、酸化スズ原料として塩化スズ二水和物（SnCl2・2H2O）を、モル分率で１：０．１：０．２５：０．４となるよう秤量し、乳鉢で粉砕して粉末とし、公知の方法で還元し焼成し複合酸化タングステン微粒子を得た。この例では、金属ＭのタングステンＷに対するモル比ｘは化学量論的には１．０となる。
また、遮熱複層ガラス作製用の分散液の作製において、アンチモンドープ酸化錫は市販のアンチモンドープ酸化錫（三菱マテリアル電子化成製）を用いた。アンチモンのドープ割合は５ｍｏｌ％である。
前記複合酸化タングステン微粒子１７．５ｗｔ％及びアンチモンドープ酸化錫２．５ｗｔ％を、分散剤としてブチルセロソルブアセタート５０ｗｔ％、酢酸ブチル１５ｗｔ％及びメチルエチルケトン１５ｗｔ％からなる有機溶剤に分散させた。分散をよくするために、撹拌機を用いて回転数１０００ｒｐｍで１０分間の処理を行い、複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫微粒子の混合分散液を作製した。
幅１５０mm×長さ１５０mm×厚み３mmの透明板ガラス（いわゆるＦＬ３）の表面に少量の重曹粉末を散布し、水に濡らしたスポンジを擦り付けて洗浄した。このガラス表面の重曹を水で完全に洗い落とした。
前記板ガラスの表面を洗浄した後、その表面に先に作製しておいた複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫微粒子の混合分散液を、スプレーガンを用いてガラス基板上に約５ｇ／枚を噴霧し塗布した。
前記板ガラス上に分散液を塗布した後、常温でセルフレベリング特性により薄く均一な厚さとした。その後30℃から60℃で約10分間加熱乾燥し、さらに一昼夜自然乾燥（温度約25℃、湿度約50％）させて、複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫微粒子からなる被膜を形成し、本発明の電波透過型遮熱複層ガラスの作製に用いる遮熱ガラスを作製した。膜厚を測定したところ、３μｍであった。
上記で作製した遮熱ガラスと同寸法の板ガラスを、６ｍｍ厚みのスペーサーを介して図１の構造の複層ガラスを組み立てることにより、空気層厚みが６ｍｍの電波透過型遮熱複層ガラスを得た。複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫微粒子の混合被膜は、図１において板ガラス１１又は１２の空気層に面した側に配置されている。
このようにして得た電波透過型遮熱複層ガラス（実施例１）の光学特性を評価した結果を表１にまとめた。表１には本発明の電波透過型遮熱複層ガラスの光学特性の他、市販の２種類の複層ガラスの光学特性も記載している。２種類のうち、１つはガラス表面にＡｇ膜からなる低放射率膜（いわゆるソフトコートＬｏｗＥ膜）が形成されたものであり、もう一つはガラス表面にフッ素ドープ酸化錫膜からなる低放射率膜（いわゆるハードコートＬｏｗＥ膜）が形成されたものである。市販複層ガラス１は、可視光透過率がやや低く、紫外線透過率がやや高い。また、市販複層ガラス２は、日射透過率が６１％と高く、遮熱性に劣り、紫外線透過率も高い。
次に、表1に示した本発明の実施例１及び２種類の市販のＬｏｗＥ膜付き複層ガラスの電波透過性の測定を、地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所にて実施した。ネットワークアナライザを用いて、アンテナを対向させた状態で、これらのガラスを挟んだ場合と挟まない場合の受信電力比を測定することにより評価した。
ミリ波帯である周波数２８ＧＨｚ帯の周波数領域を挟んだ測定領域である１５ＧＨｚ～４０ＧＨｚの周波数範囲での電波透過率の測定結果を図２に示す。図２中、Ｓ２１は透過した電波の強度に対応するもので、破線がアンテナ間に何も挟まない状態での基準値を示している。サンプルＡ、サンプルＢは、それぞれ市販の複層ガラス１、市販の複層ガラス２である。２８GHｚ帯近傍の電波が３０～５０ｄＢ程度となっており減衰していることがわかる。一方、本発明の実施例１に対応するサンプルＣでは基準値からの乖離は小さく電波の減衰が少ないことがわかる。
図３は、ガラスを挟まない状態、すなわち何もない空気だけの状態を基準値として本発明の実施例１（サンプルＣ）と市販の複層ガラス１（サンプルＡ）及び２（サンプルＢ）を挟んだ場合のミリ波帯（周波数２８ＧＨｚ帯）の受信電力の比である。つまり、空気の状態を０ｄＢとして、本発明の実施例を挟んだ場合の電波減衰率と市販の複層ガラス１及び２を挟んだ場合の電波減衰率を示している。こうして表すことにより、サンプルＡ及びサンプルＢと本発明であるサンプルＣの違いがより明らかになる。第５世代移動通信システムで用いられる、いわゆる５Ｇ電波の周波数の１つであるミリ波帯（周波数２８ＧＨｚ帯）では、本発明の実施例１であるサンプルＣ（電波透過型遮熱複層ガラス）では、１５ＧＨｚでの減衰率はほぼ０ｄＢであり、その後、周波数２８ＧＨｚに向けて、徐々に減衰率が増大するが、２８ＧＨｚでの減衰率は２．８ｄＢであって、約７０％の電波が透過していて、電波の減衰率が、小さいことがわかった。２８ＧＨｚを超えると、２９．５ＧＨｚで減衰率は４．９７ｄＢになる。その後、３２～３３ＧＨｚまで徐々に減衰率が増大し、電波の減衰率が約１０ｄＢに達する。その後、４０ＧＨｚに向けて徐々に減衰率は低下し、４０ＧＨｚでの減衰率は１ｄＢ以下となる。
一方、市販の複層ガラス１では、１５ＧＨｚでの減衰率は３５ｄＢに達し、その後、周波数２８ＧＨｚに向けて、減衰率に大きな変化はない。２８ＧＨｚでの減衰率は３１ｄＢであって、電波が１／４０まで減衰することがわかった。２８ＧＨｚを超えると、徐々に減衰率は大きくなり、４０ＧＨｚでの減衰率は約４３ｄＢとなる。
市販の複層ガラス２でも、１５ＧＨｚでの減衰率は２２ｄＢを超え、その後、周波数２８ＧＨｚに向けて、減衰率は小さな増減を示す。そして、２８ＧＨｚでの減衰率は１６．３ｄＢであって、電波は１／７程度まで減衰することがわかった。２８ＧＨｚを超えると、徐々に減衰率は大きくなり、４０ＧＨｚでの減衰率は約２９ｄＢとなる。
これらをすべてのデータを記載すると膨大になるので、本発明のサンプルＣについて、ミリ波帯の測定結果として２４ＧＨｚから３０ＧＨｚまで０．２５ＧＨｚピッチで、３０ＧＨｚから４０ＧＨｚまで０．５ＧＨｚピッチでの測定結果を表２に示す。減衰率が３ｄＢ近傍と６ｄＢ近傍は細かく示した。また、２８ＧＨｚ帯の周波数である２７．０ＧＨｚ～２９．５ＧＨｚのデータは太枠で囲っている。
５Ｇ通信に用いられるミリ波帯の周波数である２７．０～２９．５ＧＨｚでは、本発明の実施例であるサンプルＣは、減衰率は２．１５ｄＢ～４．９８ｄＢであり、５ｄＢを下回っている。特に、２７．０～２８．１６ＧＨｚの周波数領域では、減衰率は３ｄＢ以下であり、７０％以上の電波を透過する。２８．１９～２９．５０ＧＨｚの領域では３ｄＢ～５ｄＢの減衰率である。２９．５ＧＨｚを超えると３０ＧＨｚ未満では５ｄＢ～６ｄＢの減衰率であると判断できる。
次に、Ｓｕｂ６帯である周波数４．５ＧＨｚ帯及び３．７ＧＨｚ帯の電波透過率の測定結果を図４及び図５に示す。測定した周波数領域は、２ＧＨｚ～１８ＧＨｚである。図４は、ガラスを挟まない状態（対向するアンテナ間に空気しかない状態）の基準値とガラスを挟んだ場合を比較した測定結果であり、図５は本発明の実施例１（サンプルC）と市販の複層ガラス１（サンプルＡ）及び市販の複層ガラス２（サンプルＢ）のそれぞれの測定結果と基準値との差を表したものである。
本発明の実施例１（サンプルＣ）は、２ＧＨｚでは電波の減衰がほとんどなく、３．７ＧＨｚで減衰率は０．９ｄＢであり、４．５ＧＨｚでは１．６ｄＢであり、その後、１０～１１ＧＨｚの領域で約１０ｄＢの極大値を示す。一方、市販の複層ガラス１（サンプルＡ）は、２ＧＨｚで２５ｄＢの減衰を示し、その後、４．５ＧＨｚ近傍、１０ＧＨｚ近傍及び１４ＧＨｚ近傍で極大値を示し、４０ｄＢ以上の減衰率であって、電波の強度は１／１００以下まで減衰する。７ＧＨｚ近傍、１２ＧＨｚ近傍、１６ＧＨｚ近傍で極小値を示すが、減衰率は３０ｄＢ以上であり、電波の強度は３％程度まで減衰している。市販の複層ガラス２（サンプルＢ）は、２ＧＨｚ近傍で２０ｄＢの減衰を示し、その後、１８ＧＨｚまで２０ｄＢ～３０ｄＢ程度の減衰率であって、電波の強度は少なくとも１／１０以下にまで減衰している。
本発明の実施例であるサンプルＣについて、Ｓｕｂ６帯の５Ｇ通信の電波である３．７ＧＨｚ帯及び４．５ＧＨｚ帯での減衰率のデータを表３に示す。
本発明の実施例であるサンプルＣでは、３ＧＨｚにおいて減衰率は０．０４５ｄＢとほとんど減衰はなく、３．７ＧＨｚ帯である３．６ＧＨｚ～４．２ＧＨｚの周波数領域では、減衰率は０．７５～１．３５ｄＢであって、８５％以上の電波が透過している。また、４．５ＧＨｚ帯である４．４ＧＨｚ～４．９ＧＨｚの周波数領域では、減衰率は１．５２ｄＢ～１．９２ｄＢであって、８０％以上の電波が透過していることがわかった。なお、さらに高周波数側では、６．０６ＧＨｚまで減衰率は３ｄＢ以下であり、７．６ＧＨｚ未満まで６ｄＢ以下と判断される。
以上の測定結果を整理して、第５世代移動通信システムに用いられるミリ波帯（周波数２８ＧＨｚ帯）及びＳｕｂ６帯（周波数４．５ＧＨｚ帯及び周波数３．７ＧＨｚ帯）の電波が、本発明の実施例１、市販の複層ガラス１及び市販の複層ガラス２でどの程度減衰するのかを表４に整理してまとめた。本発明の実施例1では、第５世代移動通信システムに用いられるミリ波帯である２８ＧＨｚ帯の周波数２７．０ＧＨｚ～２９．５ＧＨｚでは減衰率は２．１６ｄＢ～４．９８ｄＢであり、Ｓｕｂ６帯である４．５ＧＨｚ帯の周波数４．４ＧＨｚ～４．９ＧＨｚでは減衰率は１．５２～１．９２ｄＢであり、同じくＳｕｂ６帯である３．７ＧＨｚ帯の周波数３．６ＧＨｚ～４．２ＧＨｚでは減衰率は０．７６ｄＢ～１．３５ｄＢであることがわかった。すなわち、ミリ波帯の電波は、少なくとも５０％以上が透過し、Ｓｕｂ６帯の電波は、少なくとも７０％以上が透過することがわかった。
なお、これまで電波の減衰率と電波の透過率の関係は、以下の関係式を用いて計算している。すなわち、出射電波の電圧と、電波透過率を測定するためネットワークアナライザの間に置いたガラスからの透過電波の電圧の比が、電波透過率であり、これの対数をとって２０倍したものが電波減衰率（ｄＢ）であり、電波の受信電力比に相当する。この式に、例えば、電波の透過率として０．７（７０％）を代入すると、電波の減衰率は－３．０９と計算される。これを電波減衰率が３．０９ｄＢと表している。もう一例として、電波の透過率を０．１（１０％）を代入すると、－２０ｄＢとなり、これを電波減衰率が２０ｄＢと表している。
電波の受信電力比＝電波の減衰率（ｄＢ）＝２０ｌｏｇ１０［電波の透過率］
電波の透過率＝透過電波の電圧（振幅）／出射電波の電圧（振幅)
電波の受信電力比＝電波の減衰率（ｄＢ）＝２０ｌｏｇ１０［電波の透過率］
電波の透過率＝透過電波の電圧（振幅）／出射電波の電圧（振幅)
１０・・・複層ガラス
１１，１２・・・板ガラス
１３・・・スペーサー
１４ｂ、１４ｃ・・・一次シール材
１５・・・二次シール材
１６・・・空気層
１１，１２・・・板ガラス
１３・・・スペーサー
１４ｂ、１４ｃ・・・一次シール材
１５・・・二次シール材
１６・・・空気層
Claims (4)
- 複層ガラスであって、該複層ガラスを構成する１枚の板ガラスの空気層側に、一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜が形成されていて、前記アンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）のＭｘＷＯｙに対する割合が５から２０ｗｔ％であって、前記金属ＭのタングステンＷに対するモル比ｘが０．８～１．１の範囲にあり、金属Ｍが少なくともアルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含有し、該複層ガラスの光学特性として可視光線透過率が７０％以上及び日射透過率が４０％以下であり、紫外線透過率が１％以下であり、さらに第５世代移動通信システムで用いられるミリ波帯である周波数２８ＧＨｚ帯の電波減衰率が６ｄＢ以下であることを特徴とする電波透過型遮熱複層ガラス。
- 複層ガラスであって、該複層ガラスを構成する１枚の板ガラスの空気層側に、一般式ＭｘＷＯｙで表される複合酸化タングステン微粒子とアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）微粒子の混合被膜が形成されていて、前記アンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）のＭｘＷＯｙに対する割合が５から２０ｗｔ％であって、前記金属ＭのタングステンＷに対するモル比ｘが０．８～１．１の範囲にあり、金属Ｍが少なくともアルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含有し、該複層ガラスの光学特性として可視光線透過率が７０％以上及び日射透過率が４０％以下であり、紫外線透過率が１％以下であり、さらに第５世代移動通信システムで用いられるＳｕｂ６帯（周波数４．５ＧＨｚ帯及び周波数３．７ＧＨｚ帯）の電波減衰率が３ｄＢ以下であることを特徴とする電波透過型遮熱複層ガラス。
- 前記アンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）中のＳｂのドープ割合が３～１０ｍｏｌ％である請求項１又は２に記載の電波透過型遮熱複層ガラス。
- 前記複合酸化タングステン微粒子の平均粒径が４０ｎｍ～６０ｎｍである請求項１又は２に記載の電波透過型遮熱複層ガラス。
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