JPH03503630A - 珪化チタン被覆ガラス窓 - Google Patents

珪化チタン被覆ガラス窓

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 珪化チタン被覆ガラス窓 発明の背景 本発明は、透明で中立色のガラス窓製品、特に暖かい季節に強すぎる日差しから 窓を守るために用いられる製品の改良に関する。
建物の窓部から入る太陽エネルギーを制御することは、暖かい季節に屋内環境を 快適に保つために重要でちる。太陽光線の調整は、光応答性の着色料をガラスに 加えることによシ行われていた。しかしながら、色合いを変えるには長時間かか る場合があるので、このようにガラスに着色する方法は製造上欠点がある。さら に最近は、反射吸収フィルムを透明ガラスに被覆して太陽光線を調節することも 行われている。望ましくない光を反射することは、吸収するよシは効率がよい。
というのは、反射は完全に光を取シ除くのに対して、吸収された熱の一部は結局 建物内部に入シ込むからである。
また、米国特許3,885,855号は、チタン、ジルコニウム、ハフニューム 、バナジウム、ニオビウム、タンタル、クローム、モリブデン、タングステン等 の金属の窒化物、炭化物、ホウ化物等の反応スパッター法によシ、太陽熱調整フ ィルムを製造する方法を提案している。
これらの材料のいくつかは、効果的な光学特性が得られるが、反応スパッター真 空電気法によシ、建築用のガラスを大規模に生産するには、時間もかかシ費用も 高額となる。
1985年8月12日に付与された米国特許4゜535.000号で、Roy  G、Gordonは、窒化チp7よシ成る透明太陽光連間スクリーンを高速で蒸 着し、しかも被覆を施す板面に曇シや欠陥のない被覆方法を開示している。窒化 チタン蒸着方法におけるこのような改良も、建築用ガラスのような市場で、太陽 光連間用ガラス被覆材料としてTiNが広く受は入れられることを妨げる固有の 諸問題を解決することはできなかった。この問題の中には、例えば、機械的化学 的影響に弱いこと、またTiNフィルムの外観上の特性に関する限界、特に建物 の中にいる人が通常見た場合にTiN窓製品に色が写シこんでしまうことなどの 点が含まれている。
珪化チタン被覆もガラス被覆として利用することが以前から考えられていた。例 えば、米国特許4゜696 、834号のVarapathは、ガラス上にTi Si2を被覆した場合銀色の反射が出ると述べている。これは、新しいCVD法 を説明するに当たってVarapathが提案または研究した数十枚のフィルム の一つである。また米国特許3,885,885のGrossも珪化物について 述べており、太陽光速閉被覆用として第■族周期表の一部である珪化チタンを示 唆しているものと推定される。ただし、両者のどちらも、窒化チタン被覆として のこのようなフィルムに対する、珪化チタン被覆の特性に対して特に価値を認め ていない。
概して次のように云って差し支えないだろう。すなわち公知技術におけるこのよ うな研究は、 TiSi2について、窓用として特に望ましい商品として、GO rdonに対する米国特許4,535,000号で述べられたTiN被覆のよう なその他同様の太陽光線連間被覆とは質的に区別できる特性を見いだすことは出 来なかった。
これに対して、本発明者は以下に述べるように、実際ある種のTiSi2被覆ガ ラス製品の複合的特性は、太陽光速間の用途においては独自の性質をもつことを 発見した。特にこれは、透過後の外観に関しては従来評判の良かった窒化チタン フィルムよシ優れた性質、をもつことが明らかになった。
Gordonの米国特許4,265,974及び4,146.657にはまた別 の型の太陽光線調整窓が開示されており、その一つは弗素添加の酸化錫を被覆す る方法に依っている。この種の酸化錫の被覆は、太陽光線の透過率を高く、放射 率はごく低く抑えたい場合、すなわち冬季の暖房費を節約したい場合には、特に 有効である。本発明による窓は、太陽光線の透過率も放射率も共に低く、建物の 空調を経済的にしたい場合多くの適用例で評価を得ている。
なお、この「背景の部」に引用された技術は、前記公知技術の収集と解釈におけ る手引として本発明を利用しつつ、必然的に引用されたものであることに注目す る必要がある。このような多様な技術は、こうした収集に対する手引として、こ こに記載した発明を利用せずに収集するとは考えられないのである。
発明の要約 米国特許4,535,000.4,265,974 、4,690.871.4 .146,657をすべてここに引用する。
本発明の主たる目的は、良好な太陽光線速量特性と、透過光によシ見た場合の自 然な色合いを特徴とする、改良太陽光線連間フィルムを提供することである。
本発明の他の目的は、反射光によシ見た場合でも色合いが自然である、上述のよ うな窓を得ることである。
本発明の他の目的は、フィルムを蒸着するガラス板の高温処理工程中TiSi2 の酸化防止手段を提供する仁とである。
本発明の他の目的は、フロートガラスバス装置で成形後、あるいは高温焼きなま し、焼き入れ、曲げ工程などを経た後、優れた摩耗耐性、優れた酸化耐性をもつ 、珪化チタン基の太陽光線速閉窓を提供することである。
本発明の他の目的は、建築用窓の太陽5光線遮閉スクリーンとしてTiSi2   を使用して、暑い季節における太陽熱の上昇を抑える工程を提供することであ る。
本発明のその他の目的は、以下の開示を読むことによシ当業者には自明であろう 。
以上の目的は、近赤外線及び可視光線に対する主たる障壁として、珪化チタンを 付着させた窓を形成することにより、はぼ達成された。本発明の一部実施例では 、珪化物被覆をさらに望ましくは酸化錫のような透明保護フィルム被覆で覆って いる。この使用方法は、Gordonに対する米国特許4 、690 、871 でTiN型の被覆用に開示されたもの七類似している。
その他の保護フィルムも、 TiSi2の上に使用することができる。例えば、 珪素、酸化珪素、酸化アルミニュームなどは良好な保護特性をもっている。ただ し、酸化錫および珪素フィルム、特に弗素添加酸化錫は、TiSi2被覆窓を太 陽光連間用に使用する場合、その性質を補う最も優れた機械的、光学的及び赤外 線放射率上の特性を併せもっていると考えられる。
酸化錫フィルムは、高透過率のガラス板の保護被覆、例えば厚さ200オングス トロームのTiSi2フィルムに被覆されたものとして利用するのが望ましい。
−例として、約70チの可視光線透過率を持つ必要がある、自動車用窓ガラスの 主たる視界部分を示す。
いずれにしても、保護被覆は、1000度以上の焼きなまし、焼き入れ温度で十 分窓ガラスを保護できるものでなければならない。
TiSi2という用語は、主として珪化チタンを含む被覆に関わるが、ここに記 載したTiSi2被覆の窓製品の長所に対して抵触しない程度の多少の不純物は 含まれていることは当然である。
透過率の低い使用例では(例えば自動車のサンルーフや建築用ガラスなど)、厚 さ約500オングストロームの珪化チタンに、望ましくは厚さ300オングスト ロームの酸化錫カバー被覆フィルムを組み合わせれば、13tijの可視透過率 を呈する極めて適切な組合せが得られる。
従って、本発明の所望実施例の一つは、近赤外線及び可視光線の透過を減する、 主たる太陽光線連間スクリーン層として、珪化チタンを有し、その上に約100 ないし400オングストローム厚さの酸化金属またはシリコンの薄い保護フィル ム層を設けたものである。酸化錫層は、特に温度1000度以上でガラスの焼き 入れ、曲げなどの高温処理工程において、珪化チタンを酸化から保護し、耐摩耗 性を向上させるのに適している。約300オングストローム以上の保護層のが望 ましい。
これらの太陽光線調整用被覆の性能は、その被覆を設けて窓を形成するガラスの 基板そのものによっては、それほど変わることはない。しかしながら、所定の基 板と、放射率、太陽光線透過率、可視光線透過率などの所望パラメータを選定す れば、珪化物と他の保護被覆と両方の最適厚さに関して、よシ正確な値を定める ことができる。
本発明の一所望適用例においては、窒化チタンをベースとした副被覆を、珪化チ タンの2枚の保護被覆の間に挾んでいる。このような装置においては、窒化チタ ンフィルムは、可視波長の透過率をそれほど犠牲にすることなく、近赤外線(約 0.7から2ミクロンの波長)透過率を減らすという主要な機能を果たす。ただ し、窒化チタンに好ましくない透過時の色が出るという問題は、被覆に珪化チタ ンを大部分使用することによって、大幅に抑えることができる。珪化物を覆う保 護層はやはシ、耐摩耗性を高める役目を果たし、また製造時及び被覆作業自体終 了後、続いて焼きなまし、焼き入れ、曲げ工程などの高温製作過程における酸化 保護層として機能する。
このような使用例では、全体の被覆厚(保護層を除く)を600オンゲス)a− ム以下にするのが望ましい。これによシ、殆どすべての使用例において、十分な 太陽光線保護特性が得られ、例えばフロートガラス製造ラインなどの連続処理装 置で極めて簡易に製造可能な製品となる。
厚さ約300から800オングストロームのTiSi2は、中立色すなわち銀色 の反射色をしている。さらに、この中立色は、’l’1s12の被覆の厚さが変 わっても変わらず保たれる。従って、本発明による窓ガラスは、中立の色合いを なし、太陽光線調節用窓として、どちらの側からみても好ましい優れた外観上の 美しさを呈するのである。
本発明による保護被覆珪化物製品は、太陽光線調節用窓と、透過時に見て中立色 に見えること(例えば、ごく淡い灰色で厚みが増すほど濃くなる)と、T i  S i 2に比べて酸化錫が優れた耐摩耗性を持っていることなどと相まって、 大変有利である。ただし、酸化錫のような保護被覆を用いることが処理工程にお いて特に大切である。以上によシ、例えば本発明によシ製作された透明ガラスは 、通常のガラス板焼きなまし温度10007で1時間焼きなました場合、太陽光 線連間フィルムには目立つ酸化はもちろん、その痕跡も生じないで焼きなますこ とができる。同様に、約1150″Fの温度で5分間焼き入れした場合も製品の 劣化が生じることはない。
本発明のもう一つの重要な工程上の側面は、米国特許4,535,000で記載 されたような高温の被覆工程によれば、熱いガラスにTiSi2を被覆する工程 途上で、酸化して失われてしまう可能性のある珪化チタン被覆を十分保存できる という、処理上の利点である。このような工程では、珪化チタンフィルムがフロ ートバスの出口から酸化錫外被覆に10フィ−ト移動するのに約20秒かかると 想定すると、かなりの量の珪化チタンが酸化して酸化チタンになってしまうだろ う。このよりなTiSi2の損失は、許容できるか、補償できる場合も多い。し かし、全体以上のような、被覆作業中における珪化物の損失を避けるには、保護 被覆が特に有効である。このように、珪化物を酸化物に変換することもまた、製 品に別の変数を導入し、被覆処理後の焼きなましや焼き入れを加えたとき、製品 の色合いが変化する場合もある。酸化錫は、8007以上、通常1000から1 200”Fの温度で焼きなまし、焼き入れを行うとき、新たに形成された珪化チ タンを酸化から保護するには特に有効である。
従って、被覆するガラス板を形成する錫バス構造の雰囲気中で、珪化物に酸化錫 を外被覆することは、必須ではなくても有利な方法である。この工程によシ、所 要量の珪化物を太陽光連間としてよシ効率よく使用することが可能でアシ、また 酸化に対して大幅な余裕を見ておく必要がないので、より速やかに定着させるこ とができる。
珪化チタンは、塩化チタンとモノシランを反応させることによシ、簡単に形成す ることができる。反応は、液体金属の層にガラスを形成するフロートガニ7 ス moガラス保護工程において、フロードパ、XK通常の温度で急速に発生する。
フロートバス環境において毎秒300オングストロ一ム以上の被覆形成速度・を 達成でき、生産ラインを不当に減速することはない。実際には、毎秒400オン グストロ一ム以上の速度も可能で、窓ガラスにふされしい光学的に透明な被覆を 形成するもので、このような速度を達成できる公知技術は存在しないと考えられ る。
通常の反応混合物は約1 qbOTiCl4.394(D SiH4、そして残 シは不活性ガス、できればヘリウムとする。
これらモルパーセントで重量パーセントではない。
これらは、室温をそれほど越えない温度で(すなわちTiCl4の露点以上 ) 簡単に混合することができ混合物は概ね安定で、最高約900下(約482℃) までの温度て運搬することができる。900?を大きく上回ると、保存された混 合物の成分の反応によシ、TiSi2微粉の形成が早すぎる場合も出てくる。
TiSi2被覆を形成する反応は、1200”F以上で急速に発生する。熱の大 部分は、約12507のガラスから生じる。
本発明によるTiSi2被覆窓ガラスは、同等の可視透過率を有するシリコンフ ィルムよシも優れた(低い)連間係数をもっており、可視スペクトル全体及び近 赤外線スペクトルへの驚くほど高い吸収及び/または反射を行う。またこのフィ ルム社、厚くなるにつれて干渉色を示すということが力い。従って、色の中立性 に対して外に工程の変化を5設ける必要もなく、所望量の太陽光連間効果を得る 。ことができる。
ガラスにおいて塩素(TiCl4からの)とナトリウムの反応によって曇シが生 じるのを抑えるために、ガラス基板とTiSi2被覆の間に、極めて薄いシリコ ン予備被覆(ガラス製作技術では公知である)を形成することが望ましい場合が 多い。このようなシリコン予備被覆はまた、TiSi2の性質を改善し、その導 電性と赤外線反射率を高めるとともに、放射率を低下させる。
本発明の図示実施例 この適用例及び添付図面において、本発明の所望−実施例及び各種代替例と変形 例を提案するが、すべてを網羅することは意図せず、本発明の範囲内でその他の 変更及び修正が可能であることは明らかである。ここに記載するこれらの提案は 、例示を目的として選ばれ、記載されたもので、嶋業者が本発明とその原理をよ シ十分に理解し、様々の形態において、それぞれ特定の事例に最適な条件に合う ように、これを修正し実施することができるようにするものである。
図面の簡単な説明 図1は、本発明の特定実施例を概略示す。
図2は、2枚の珪化チタン層の間に窒化チタン層を使用し、本発明実施例を示す 。
図3は・本製品を作成する上で有効な反応被覆装萱を示す。
図1は、フレーム120に保持され、建築用ガラスとしての使用に適した透明の 太陽光速閉窓製品88を概略示すもので、ソーダライムガラス基板901厚さ約 400オングストロームのTiSi2被覆82.300オングストロームの弗素 添加錫の保護被覆84よ構成る。酸化錫被覆は、公知の5n02用反応系で、米 国特許4,265.974と4.146,657に記載したものを使用して形成 することができる。
図1による構成は、−例では、酸化錫に代えて200オングストロームのシリコ ンを私用し、またもう一つの例では200オングストロームの酸化アルミニュー ムを使用して修正することもできる。どちらの酸化フィルムも、珪化錫の対する 優れた保護被覆を形成する。
TiNとTiSi2は、これらのフィルムを形成する反応条件が大変よく似てい るので、中間的な性質の製品を形成するために両者を一緒に定着すること木でき る。ただし、Ti8i2は中立色の点では完全に満足の行く製品であるので、こ うすることKそれほど大きな利点はない。
これに対して、図2杜ガラス基板90に窒化チタンを付着した被覆をもつ窓製品 108の透明部分を示すもので、その構成は以下の通シである。
被覆82 : 200オングストロームのTiSi2被覆84 : 200オン グストロームのTiN被覆86 : 200オングストロームのTi5i2(は ぼ300オングストロームのシリコンまたハ酸化金属で保護上掛被覆を施すこと が望ましいが、図2には示されていない)。この製品は、装置の太陽光遅閉特性 を改善するためにTiNを使用するものである。TiSi2の層は、その太陽光 遅閉特性だけでなく、TiN被覆窓を反射光で見た場合に明らかに見える感じの 悪い黄色を効果的に抑えるにも役立つ。
反応装置は、Gordon与えられた米国特許4,535゜000に示すように 、あるいは本開示の図1に記載するように使用して差し支えない。
図3において、例えばフロートガラス処理ラインのような工程ラインに沿って、 高温のガラス板を受は取るよう、被覆装置10を構成したものが見られる。
フロートガラス工程のハウジングに設けるのが最適の装置10は、ガラス板14 用投入口12、第一の被覆反応域16、第二の被覆反応域18、及びガラス取出 し口20より成る。被覆反応域16と18には、それぞれガス吸気マニホルド2 2と24、それぞれガス給気オリフィス26と28を経て、気体状反応混合物を 供給する。マニホルド22とガス給気オリフィス26よ構成る流体路を経て供給 される反応混合物は、部分16でガラスに沿って反対方向に流れ、ガス出口ボー ト30とガス排気マニホルド32に向かって進む反応混合物を形成する。
マニホルド24とガス給気オリフィス28より成る流体路を経て供給される反応 混合物は、区域18でガラスに沿って同方向に流れ、ガス出口ボート34とガス 排気マニホルド36に向かって進む反応混合物を形成する。各反応混合物は、適 当な厚さの薄い被覆を定着させるよう選定される。ただし、被覆の形成方法はこ こに記載する方法で変更することができる。反応混合物は、ガス出口ボートに達 する前にほぼ消耗するように選定する。
ガス入口からガス出口までの装置の全体の長さは、約12インチと設定すると便 利である。装置は、支持バイブ38から吊してもよいし、これに取9付けてもよ い。反応速度及びその他反応域の条件は、反応域にある装置10の表面を比較的 低温に維持し、その上に被覆材料が定着するのを妨げることによシかなシ改善さ れる。従って、窒素ガス等の冷却液を、反応域16と18にそれぞれ接続する2 つの冷却室40にそれぞれ供給する。冷却ガスはボート42を経て冷却液供給パ イプ44に入る。ガスは出口ボート46で被覆装置10から排出される。
投入口12と取出し020におけるガラス近辺の手続補正書(自発) 平成3年7月12日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.透明被覆ガラス部材を有する窓において、前記部材は、建物の外側に面する 第一の表面形成手段と、前記建物の内側に面する第二の表面手段とをもつよう窓 枠に設置されており、前記窓は、 (a)透明ガラス基板と、 (b)前記基板上に珪化チタンを有し、前記珪化チタンは前記窓の太陽光遮閉特 性を高めるとともに、前記建物の内側と外側とどちらから見ても中立色の外観を 保つ手段を形成するものである、透明被覆とを有する改良。 2.前記珪化チタン表面は序さ約200から800オングストロームである、ク レーム1に定義した窓。 3.前記窓に対する前記珪化チタン用被覆の保護外被覆として、シリコンまたは アルミナ、シリカおよび酸化錫より選ばれた酸化金属の被覆を有する、クレーム 2に定義した窓。 4.前記保護被覆は厚さ約200から400オングストロームである、クレーム 3に定義した窓。 5.前記窓製品は、前記ガラス基板に加えて、その上に一連の被覆層を有し、前 記一連の被覆層は、ガラスの外から順に、 (1)珪化チタンの約200オングストロームの被覆、(2)窒化チタンの約2 00オングストロームの被覆、(3)珪化チタンの約200オングストロームの 被覆を有する、クレーム1に定義した窓。 6.前記窓に対する前記珪化チタン被覆用保護外被覆として、シリコンまたはア ルミナ、シリカおよび酸化錫より選ばれた酸化金属の被覆を有する、クレーム1 または5に定義した窓。 7.前記被覆は酸化錫より形成される、クレーム6に定義した窓。 8.ガラス基板上に珪化チタンフイルムを高速で形成する工程において、 (1)ガラス基板を約1100F以上で前記ガラス基板の軟化点以下の温度に維 持し、 (2)前記ガラス基板上部の反応域に、以下の成分より形成される気体混合物を 供給し、 (a)テトラクロライド・チタン (b)シラン (c)不活性ガス (3)前記混合物を前記ガラス基板からくる熱で加熱し、 (4)前記ガラス基板を前記気体混合物と接触させ、(5)その上に珪化チタン の被覆を定着させる、名手続きを有する工程。 9.前記被覆は毎秒300オングストロームの速度で形成するとともに、セクタ ー域に供給される各気体のモル濃度を以下の値 (a)約1%のTiC14 (b)約3%のSiH4 (c)残りは、少なくとも50%のヘリウムを含んでいて、反応域を約680℃ に保つ不活性ガスに保持する手続きを有する、クレーム8に定義した工程。 10.透過して見た場合に中立色の外観をもつ透明被覆ガラス板を製作する工程 において、近赤外線と可視光線が被覆ガラスに透過するのを抑える手段として珪 化チタン層を有し、 前記工程は、 (a)前記ガラスに、有効な厚さの珪化チタン形成手段を被覆して前記光線の通 過を抑え、(b)前記珪化チタンにさらに厚さ100から400オンダストロー ムの酸化錫で外被覆を施す手続きを有する工程。 11.近赤外線と可視光線が被覆ガラスに透過するのを抑える手段として珪化チ タン層を有する、焼きなまし透明板製品を製作する工程において、前記工程は、 (a)前記ガラスに、有効な厚さの珪化チタン形成手段を被覆して前記光線の通 過を抑え、(b)前記珪化チタンにさらに厚さ100から400オングストロー ムの酸化錫で外被覆を施し、(c)前記板ガラスを1000F以上の温度で焼き なます手続きを含む工程。 12.近赤外線と可視光線が被覆ガラスに透過するのを抑える手段として珪化チ タン層を有する、焼き入れ透明板製品を製作する工程において、前記工程は、( a)前記ガラスに、有効な厚さの珪化チタン形成手段を被覆して前記光線の通過 を抑え、(b)前記珪化チタンにさらに厚さ100から400オングストローム の酸化錫で外被覆を施し、(c)前記板ガラスを1000F以上の温度で焼き入 れする手続きを含む工程。 13.前記被覆及び外被覆手続きは、フロートガラス生産ラインの錫フロートガ ラス槽空間の還元雰囲気中で、前記フロートパスで形成された板ガラス上に行わ れるものである、クレーム11に定義した工程。 14.透過時に中立色をなし、800F以上の温度で焼きなまし、焼き入れ、曲 げその他の工程に,いても酸化耐性を示すことを特徴とした太陽光遮閉透明板製 品において、 (a)珪化チタンフイルムを機械的化学的に保護する手段を形成する酸化錫の外 装フイルムと、(b)前記酸化錫の下にあつて、この種の製品の近赤外線および 可視光線に対する主たる障壁をなす前記珪化チタンフイルムと、 (c)前記珪化チタンフイルムの下にある透明ガラス基板とを有する板製品。 15.前記シリコンまたは酸化金属の外装フイルムは、厚さ約100から400 オングストロームの範囲にあるものである、クレーム14に定義した板製品。 16.前記外装フイルムは酸化錫より成り、珪化チタンの耐摩耗性より優れた耐 摩耗性を示す手段である、クレーム14に定義した板製品。 17.近赤外線と可視光線が被覆ガラスに透過するのを抑える手段として珪化チ タン層を有する、透明板製品を製作する工程において、前記工程は、(a)前記 ガラスに、前記光線の通過を抑える手段を形成する、有効な厚さの珪化チタンを 被覆して(b)前記珪化チタンにさらに厚さ100から400オンダストローム のシリコンまたは酸化錫の保護外被覆を施す手続きを含む工程。 18.800F以上の温度で焼きなまし、焼き入れ、曲げその他の工程において も酸化耐性を示すことを特徴とした太陽光遮閉透明板製品において、(a)珪化 チタンフイルムを機械的化学的に保護する手段を形成する、錫、シリコン、酸化 アルミニュームまたはその混合物より選ばれた保護酸化物より成る外装フイルム と、 (b)前記外装フイルムの下にあつて、この種の製品の近赤外線および可視光線 に対する主たる障壁をなす前記珪化チタンフイルムと、 (c)前記珪化チタンフイルムの下にある透明ガラス基板、とを有する板製品。 19.前記保護酸化物は酸化錫である、クレーム18に定義した板製品。
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