JPH0460939B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐摩耗性機能性ガラスの製造方法に
関する。機能性ガラスとは、ガラス表面に光学薄
膜を形成したガラスであり、反射防止、反射増加
等の機能を有する。機能性ガラスとしては、例え
ば熱線反射ガラスがある。

本発明の製造方法によつて製造した機能性ガラ
スの用途は特に限定するものではないが、耐摩耗
性及び機械的、熱的衝撃力に対する強度が優れて
いるため、例えば自動車用窓ガラスのように、屋
外で用いられ、苛酷な条件に晒されやすい物品に
利用できる。

従来、機能性ガラスは、ガラス基板の表面上に
光学薄膜を真空蒸着法、イオンプレーテイング
法、スパツタリング法等のPVD又は化学蒸着法
（CVD）によつて形成して製造していた。自動車
用窓ガラスに用いる場合ガラス基板としては一般
に機械的、熱的な衝撃力に対する強度を増すため
に予め加熱風冷強化した、いわゆる強化ガラスを
用いていた。一方、光学薄膜は一般に機械的な摩
擦力に対する耐摩耗性が劣るため、例えば耐摩耗
コーテイングを施す等の処理をし、耐摩耗性を向
上させていた。ここに光学薄膜とは、ガラス等の
基板表面上に該基板表面における反射防止、反射
増加等を目的として形成された薄膜であり、光の
干渉効果を利用するものである。光学薄膜は一層
のみで形成されることもあるが、高屈折率物質と
低屈折率物質とを交互に積層したいわゆる多層膜
として形成されることもある。光学薄膜を多層膜
として形成した場合は反射防止効果、反射増加効
果を一層高めることができる。又、反射防止、反
射増加を生じさせる光の波長域を広げたり、薄膜
を形成する物質の屈折率との関係において該物質
の選択の自由度を増すことができる。

しかし、上記したような従来の機能性ガラス
は、耐摩耗性が十分なものではなかつた。そのた
め自動車用窓ガラス等に用いるにはやや難があつ
た。また、前記したような従来の製造方法は、ガ
ラスの強化処理と、光学薄膜の耐摩耗性を向上さ
せるための処理とを別個に行なつているため工程
が複雑であり、製造に要する時間も長く、又、製
造に消費するエネルギーも大きかつた。

本発明は従来の機能性ガラスの製造方法の上記
欠点に鑑み案出されたものであり、耐摩耗性及び
熱的、機械的衝撃力に対する強度の優れた機能性
ガラスを、従来よりも短かい工程で消費エネルギ
ーを少なく製造する方法を提供することを目的と
する。

上記目的に沿い、本発明者等は研究を重ねた結
果、以下の如き結論に達した。

第１に光学多層薄膜の耐摩耗性は、該多層薄膜
を構成する各薄膜層の境界部に拡散層を形成すれ
ば向上させることができる。拡散層とは、前記多
層薄膜の各薄膜層の境界面を通して、各薄膜層中
の分子がそれぞれ異なる薄膜層中へ相互に拡散し
て形成される層をいう。

第２に、前記拡散層の形成は、前記光学多層薄
膜を450℃程度以上に加熱することによつて形成
することができる。一方、前記ガラスの加熱風冷
強化処理に際し、ガラスを加熱する温度は、該ガ
ラスの軟化温度領域近い温度であり、これは一般
に650℃〜700℃程度である。したがつて、前記ガ
ラスの加熱風冷強化処理と、前記拡散層の形成は
同一温度で行なうことができる。

第３に光学多層薄膜の耐摩耗性の劣る理由の１
つは、該多層薄膜を構成する各薄膜層間の密着力
が弱いためである。例えば、光学多層薄膜の形成
材料として二酸化珪素（SiO₂）と酸化セリウム
（CeO₂）を用いた場合、両者の密着力は弱いため
耐摩耗性も劣る。従つて両者間に両者と親和性の
良い物質（中間物質）を介在させて両者間に中間
層を形成すれば耐摩耗性を改善することができ
る。また、中間物質を両者へそれぞれ拡散させ、
拡散層を形成すれば密着力はさらに向上する。

以上の結論に基づき本発明者等は、以下の如き
機能性ガラスの製造方法を案出した。

即ち、本発明は透明ガラス基板上に、少なくと
も一層の二酸化珪素の薄膜と少なくとも一層の酸
化セリウムの薄膜とから成る光学薄膜をPVD又
はCVDによつて形成する耐摩耗性機能性ガラス
の製造方法において、前記二酸化珪素の薄膜層
と、前記酸化セリウムの薄膜層との層間に、アル
ミナ（Al₂O₃）及びジルコニア（ZrO₂）の少なく
とも１種より成る中間物質の層を前記PVD又は
CVDによつて形成し、その後強度強化処理温度
に加熱し、前記中間物質層における前記アルミナ
及びジルコニアの少なくとも１種をそれに隣接す
る二酸化珪素の薄膜層及び酸化セリウムの薄膜層
へ拡散させるとともに、該中間物質層を挟む二酸
化珪素の薄膜層及び酸化セリウムの薄膜層におけ
る二酸化珪素及び酸化セリウムを該中間物質層へ
拡散させることにより、拡散層を形成し、その後
急速冷却し、前記加熱と該急速冷却によつて透明
ガラス基板を強化することを特徴とする耐摩耗性
機能性ガラスの製造方法である。

拡散層とは中間物質であるアルミナ、ジルコニ
アが多層構造の光学薄膜の境界部から各多層薄膜
の構成物質である二酸化珪素の薄膜、及び酸化セ
リウムの薄膜中に拡散して形成された層をいう。
拡散層は、又二酸化珪素及び酸化セリウムがそれ
ぞれ相互に各薄膜中へ拡散することによつても形
成される。かかる拡散層は前記したように光学多
層薄膜を処理温度である450℃程度以上の強度強
化処理温度に加熱することによつて形成すること
ができる。拡散層の厚さは３〜10nm程度が良い。
又、拡散層はその中心部において前記中間物質の
濃度も最も高めるのが良い。

光学薄膜はたとえば真空蒸着法、スパツタリン
グ法等のようなPVD又はCVDによつて透明ガラ
ス基板表面上に形成することができる。

耐摩耗性機能性ガラスは、強化ガラス上に光学
薄膜を形成し、その後加熱して拡散層を形成する
ことによつて製造することもできるが、本発明で
は、ガラスの強度を向上させるための加熱風冷強
化処理と、光学薄膜の耐摩耗性を向上させるため
の拡散層の形成とを同一工程で行なうことによつ
て製造する。その場合加熱温度は650℃〜700℃程
度とする。何となれば光学薄膜中の拡散層の形成
は450℃程度以上に加熱することによつて可能で
あるが、ガラスの強度を増すための加熱風冷強化
処理はガラスの軟化点温度領域である700℃近く
まで加熱する必要があるからである。又、ガラス
の強度を十分なものとするためには前記加熱後急
冷する必要があり、その降温速度は100℃／sec程
度より速くすることが望ましい。加熱は加熱炉内
で行ない、冷却は該加熱したガラスの両面に空気
をむらなく吹きつけることによつて行なう。かか
る加熱風冷強化処理によつて該ガラスの表面には
圧縮応力が発生し、熱的、機械的衝撃に対する強
度が普通のガラスの３〜５倍程度に強化される。
尚、該圧縮応力が発生する理由は、前記冷却によ
つてガラスの表面が先に固化するためである。

かかる製造方法によつて本発明の機能性ガラス
を製造すると、ガラスの加熱風冷強化処理と、耐
摩耗性を向上させるための拡散層の形成とを同一
工程で行なうことができるため消費エネルギーも
少なく、又、短時間で製造できる。さらに、加熱
処理が全工程を通じて１回ですむため加熱による
ガラス面の歪みが少なく滑かな機能性ガラスを製
造することができる。

本発明の製造方法によつて製造した機能性ガラ
スは、拡散層の存在により、耐摩耗性が従来の機
能性ガラスよりも非常に優れ、又、機械的、熱的
な衝撃に対するガラスの強度も従来の強化ガラス
に比較し、遜色がないものである。

以下、本発明の実施例を説明する。

第１図は本実施例の熱線反射ガラスの製造方法
の説明図である。第２図ａは本発明の製造方法に
よつて製造した耐摩耗性熱線反射ガラスの断面を
模式的に示した図であり、第２図ｂは該熱線反射
ガラスの拡散層の部分を拡大して示した断面模式
図である。又、第３図は上記製造方法における熱
処理の温度と、該方法によつて製造した熱線反射
ガラスのヘーズ値および強化の度合との関係を示
す特性図である。第１図に示すように、本実施例
の方法は、強化処理を施していないガラス基板１
０上に光学多層薄膜２を真空蒸着法によつて形成
した後、650℃〜700℃程度に15分間加熱し、その
後150℃／secの降温速度で50℃まで急冷して製造
するものである。冷却は、加熱したガラスを空気
中で、該ガラスの両面に空気をむらなく吹きつけ
ることによつて行なつた。

光学多層薄膜２の層構成は第２図ａに示すよう
に高屈折率物質である酸化セリウムの薄膜層２１
と低屈折率物質である二酸化珪素の薄膜層２２と
が交互に積層された構造である。さらに、酸化セ
リウムの薄膜層と酸化珪素の薄膜層との境界部付
近には第２図ｂに示すように拡散層２３としてア
ルミナの拡散した層が介在する。酸化セリウムの
薄膜層２１及び二酸化珪素の薄膜層２２の光学膜
厚nd（ｎは屈折率、ｄは膜厚）は反射すべき赤外
線の波長λの1/4である。例えば、光学多層薄膜
２に1000nm程度の波長の赤外線に対する反射増
加機能を具備させたい場合は、酸化セリウムの薄
膜層２１の膜厚ｄは115nm程度とし、二酸化珪素
の薄膜層２２の膜厚ｄは170nmとする。なお、ア
ルミナによつて形成される前記拡散層２３の厚さ
は３〜10nmとし、中間物質であるアルミナの濃
度は中間層の中心部付近で最も高く、酸化セリウ
ムおよび二酸化珪素の薄膜層に入り込むに従つて
低くする。かかる構成の多層薄膜は、真空蒸着法
において、蒸発する物質を量的、時間的に規制す
ることによつて構成した。

中間物質であるアルミナは前記加熱によつて第
２図ｂに示すように二酸化珪素、及び酸化セリウ
ムの各薄膜中へ拡散し、又、逆に二酸化珪素およ
び酸化セリウムもそれぞれ境界面を通して相互に
拡散した。又、前記加熱及び急速冷却によつて表
面が先に固化するため安定した圧縮応力層がで
き、ガラスは機械的、熱的な衝撃力に対し、強度
を増加した。前記加熱処理の温度の最適値を求め
るため各温度において以上の如き実験を行なつ
た。その結果は第３図に示すグラフのようであつ
た。即ち、耐摩耗性の度合を示すヘーズ値は450
℃以上の温度での熱処理によつて非常に改善され
る。一方ガラスの強化の度合を示す値は650℃以
上の温度での加熱処理によつて向上する。従つて
ガラスの強化と、及び耐摩耗性の向上の両者を一
度の加熱によつて実現しようとする場合は、その
加熱処理の温度は650℃〜700℃程度が最適であ
る。

以上、要するに本発明は、光学薄膜が少なくと
も一層の二酸化珪素の薄膜と少なくとも一層の酸
化セリウムの薄膜によつて構成される多層膜であ
る耐摩耗性機能性ガラスの製造方法において、ガ
ラスの強化処理と拡散層の形成とを同一の熱処理
工程で行なうことを特徴とするものである。

実施例に詳述したところからも明らかな様に本
発明の方法によつて製造した機能性ガラスは耐摩
耗性が第３図に示すように優れ、ガラスの強度も
従来の強化ガラスに比べ遜色がないものである。
従つて自動車の窓ガラスのように屋外で用いら
れ、苛酷な条件に晒されやすい物品に特に利用価
値が高い。又、本発明の製造方法は、ガラスの強
化及び多層膜の耐摩耗性の向上を一度の熱処理に
よつて行なうことができるため全工程が短縮さ
れ、又、消費エネルギーも少ない。さらに加熱処
理が一度ですむためガラス板の歪みも少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である熱線反射ガラス
の製造方法の説明図である。第２図ａ及びｂは本
発明の方法によつて製造した耐摩耗性熱線反射ガ
ラスの断面を模式的に示した図であり、ａは断面
の全体図、ｂは拡散層を拡大して示した図であ
る。第３図は上記熱線反射ガラスを製造した際の
加熱処理の温度と、ヘーズ値及びガラス強化の度
合を示す特性図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透明ガラス基板上に、少なくとも一層の二酸
   化珪素の薄膜と少なくとも一層の酸化セリウムの
   薄膜とから成る光学薄膜をPVD又はCVDによつ
   て形成する耐摩耗性機能性ガラスの製造方法にお
   いて、 前記二酸化珪素の薄膜層と、前記酸化セリウム
   の薄膜層との層間に、アルミナ（Al₂O₃）及びジ
   ルコニア（ZrO₂）の少なくとも１種より成る中
   間物質層を前記PVD又はCVDによつて形成し、 その後強度強化処理温度に加熱し、前記中間物
   質層における前記アルミナ及びジルコニアの少な
   くとも１種をそれに隣接する二酸化珪素の薄膜層
   及び酸化セリウムの薄膜層へ拡散させるととも
   に、該中間物質層を挟む二酸化珪素の薄膜層及び
   酸化セリウムの薄膜層における二酸化珪素及び酸
   化セリウムを該中間物質層へ拡散させることによ
   り、拡散層を形成し、 その後急速冷却し、前記加熱と該急速冷却によ
   つて透明ガラス基板を強化することを特徴とする
   耐摩耗性機能性ガラスの製造方法。