JPH07494B2 - 高透過性及び低放射性を有する物品及びその製造方法 - Google Patents
高透過性及び低放射性を有する物品及びその製造方法Info
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Description
術に関し、特に、金属及び金属酸化物の多層膜を磁気ス
パッターする技術に関する。
号明細書には、調節された量の酸素を含む低圧雰囲気中
で400゜Fより高い温度で錫及びインジウムの如き金属を
ガラスの如き耐火性基体上に陰極スパッターすることに
より、透明導電性物品を製造することが記載されてい
る。
パッター室中に一定の圧力を維持するようにアルゴンの
流量を調節しながら、酸素の流量を調節して放電電流を
一定に維持して行われる、酸化インジウムを反応付着さ
せる陰極スパッター法が教示されている。
書には、平面状スパッター表面に隣接して磁場を形成
し、その磁場がスパッター表面上の閉じたループ状の腐
食領域上にアーチ状磁束線を生ずるようにしたスパッタ
ー装置が記載されている。
初に低温で非常に薄い酸化インジウムの下地層を付着さ
せ、次に基体を加熱して典型的な高陰極スパッター温度
で陰極スパッターすることにより主要な厚さの酸化イン
ジウムの伝導性層を付着させることにより低抵抗酸化イ
ンジウム薄膜を形成する方法が記載されている。
は、窓ガラス、そのガラス表面上の2より大きな屈折率
を有する干渉膜、その干渉膜上の熱反射性金膜、及び前
記金膜の上のクロム、鉄、ニッケル、チタン又はそれら
の合金の灰色化(neutralization)膜からなる灰色(ne
utral-color)の外観を有する熱反射性窓ガラスが記載
されている。
アルゴン・酸素混合物中でカドミウム・錫合金をd-c反
応性スパッターすることにより、低電気抵抗及び高光学
的透明性を有するカドミウム・錫酸化物膜を形成するこ
とが記載されている。
は、ガラスの如き透明基体上に、銀、銀以外の少量の金
属の層及び金属酸化物の反射防止層を陰極スパッターす
ることにより製造された低放射性(emissivity)被覆が
記載されている。反射防止層は、酸化錫、酸化チタン、
酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ビスマスは酸化ジルコ
ニウムでもよい。
せる問題で、ガラス表面の一方の上に、放射熱移動を減
少させることによりその構成体の絶縁能力を増大させる
被覆を与えることが望ましい。従って、被覆は輻肘スペ
クトルの赤外波長範囲で低い放射性をもたなければなら
ない。実用的理由から、被覆は可視波長範囲で大きな透
過性をもたなければならない。美的理由から、被覆は低
い光放射性を持つのがよく、本質的に無色であるのが好
ましい。
射を少なくするための金属酸化物誘電体層の間に挟まれ
た、赤外線反射及び低放射性を与えるための薄い金属層
を有する。これらの多層膜は、陰極スパッター、特にマ
グネトロンスパッターによって製造されるのが典型的で
ある。金属層は金又は銅でもよいが、一般には銀であ
る。従来法で記述されている金属酸化物層には、酸化
錫、酸化インジウム、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化
亜鉛、酸化ジルコニウム及び酸化鉛が含まれる。ある場
合には、良くない耐久性或は低い放射性の如き或る欠点
を解決するため、それらの酸化物には少量の他の金属、
例えば、酸化ビスマス中のマンガン、酸化錫中のインジ
ウム及びそれらの逆の場合の如き少量の他の金属が配合
されている。しかし、これらの金属酸化物は全て或る欠
点を有する。
保護されている場合には、使用される二重嵌め込み窓ガ
ラス構成体の内側表面に維持されていてもよいが、製造
及び設置の間で遭遇する取り扱い、包装、洗浄及び製造
処理に耐えることができる耐久性のある効果的な被覆が
特に望ましい。これらの性質は金属酸化物に求められて
いる。しかし、機械的耐久性を与える硬度、化学的耐久
性を与える不活性さ、及びガラス及び金属層の両方に対
する良好な接着性の外に、金属酸化物は次の性質を同様
にもつべきである。
り大きな屈折率を持ち、金属層の反射を減少させ、それ
によって被覆生成物の透過性を増大するものでなければ
ならない。金属酸化物は、被覆された生成物の透過性を
最大にするため最小の吸収も示さなければならない。商
業的な理由から金属酸化物は合理的な値段をもち、マグ
ネトロン スパッターによる付着速度が比較的大きく、
非毒性であるのがよい。
の条件は、その酸化物膜と金属膜との相互作用に関係し
ている。金属酸化物膜は、下にある金属膜を外部からの
薬物から保護するため気孔率が低くなければならず、別
の層の一体性を維持するため金属に対する拡散性が低く
なければならない。最後に、就中、金属酸化物は金属層
付着のため良好な核生成表面を与え、その結果最小の抵
抗及び最大の透過率を持つ連続的な金属膜が付着出来る
ようでなければならない。連続的及び不連続的銀膜の特
性は、ギラリーその他による米国特許第4,462,884号明
細書に記載されている(その記載は参考のためここに入
れてある)。
鉛及び酸化ビスマスからなる膜は耐久性が不十分であ
り、これらの酸化物は酸及びアルカリ性薬品の両方に溶
解し、多層膜は指紋によって劣化し、塩、二酸化硫黄及
び湿度試験で破壊される。酸化インジウム、好ましくは
錫をドープしたものは一層大きな耐久性をもち、下の金
属層を一層よく保護するが、インジウムのスパッターは
遅く、比較的高価である。酸化錫は、インジウム又はア
ンチモンがドープされていてもよく、同じく一層大きな
耐久性を持ち、下の金属層を一層よく保護するが、銀膜
の核生成のために適した表面を与えず、大きな抵抗及び
低い透過性をもたらす。後で付着される銀膜の適切な核
生成をもたらす金属酸化物膜の特性は確立されていない
が、上述の金属酸化物については試行錯誤の実験が広く
行われている。
載は参考のためここに入れてある)には、大きな透過性
及び低い放射性を持つ被覆として用いるたの亜鉛・錫合
金の酸化物の新規な膜組成物、及び銀及び亜鉛・錫合金
酸化物層をもつ新規な多層膜が記載されている。
特に反射防止金属及び(又は)金属合金酸化物層及び銀
の如き赤外線反射性金属層からなる多層膜の耐久性を、
酸化チタン如き特に化学的耐久性のある材料の外側保護
層を与えることにより改良されることが記載されてい
る。
特許出願Serial No.841,056には、多層膜、特に反射防
止金属及び(又は)金属合金酸化物層と銀の如き赤外線
反射性金属層からなる多層膜の耐久性を、金属層と金属
酸化物層との間の接着を改良する銅の如き下地層を与え
ることにより改良することが記載されている。
としての建築上の用途に対しては充分耐久性のあるもの
にされているが、そのような膜は急冷又は曲げの如き高
温処理に耐えられるような充分な温度耐久性をもつには
至っていない。
イト又はバックライトとして用いられる透明体に、可視
光を散乱反射させることなく、優れた熱負荷減少(heat
load reduction)を与える新規な多層被覆に関する。
本発明の新規な多層被覆は、亜鉛及び錫の酸化物の如き
第一反射防止金属酸化物層、銀の如き赤外線反射性金属
層、チタンを含む下地層、第二の厚い金属酸化物層、別
の銀の如き赤外線反射性金属層、付加的下地層、第三反
射防止金属酸化物層及び、好ましくはチタン金属又は酸
化チタンの外側保護層を有する。
は、陰極スパッター、好ましくはマグネトロンスパッタ
ーによって付着されるのが好ましい。陰極ターゲット
は、希望の金属又は金属合金元素からなるように製造さ
れる。次に、そのターゲットを、基体表面上に金属又は
金属合金酸化物膜を付着させるため、反応性雰囲気、好
ましくは酸素を含む雰囲気中でスパッターする。
なる合金の酸化物である。本発明に従い、亜鉛・錫合金
酸化物膜を、陰極スパッター、好ましくは磁気的に促進
されたスパッターにより付着されることができる。陰極
スパッターは、本発明に従い大きな透過性及び低い放射
性をもつ膜を付着させるための好ましい方法でもある。
そのような膜は、酸化インジウム又は酸化チタン、又は
好ましくは亜鉛・錫合金、好ましくは錫酸亜鉛を含む亜
鉛・錫合金の酸化物の如き反射防止金属酸化物層の間
に、好ましくは金又は銀の如き高度に反射性の金属の層
を挟んだ多層からなるのが典型的である。
パッターしてもよいが、本発明に従い好ましい大きな透
過性及び低い放射性を有する多層膜を生じさせるため、
錫と亜鉛の合金が好ましい。特に好ましい合金は亜鉛と
錫からなり、好ましくは10〜90%の亜鉛と90〜10%の錫
の比率の亜鉛と錫からなる。好ましい亜鉛・錫合金は30
〜60%の範囲の亜鉛を含み、好ましくは亜鉛対錫の比は
40:60〜60:40である。最も好ましい範囲は、錫対亜鉛の
重量比が46:54〜50:50である。酸化性雰囲気中で亜鉛・
錫合金の陰極を反応的にスパッターすると、亜鉛、錫及
び酸素を含む、好ましくは錫酸亜鉛、Zn2SnO4を含む金
属酸化物層を付着させる結果になる。
に、スパッターされる材料のターゲット表面を有する陰
極の方に向けるようにして入れる。本発明により好まし
い基体には、被覆方法の操作条件によって有害な影響を
受けないガラス、セラミック及びプラスチックが含まれ
る。
い長方形の形をしたものであり、電源に接続され、好ま
しくはスパッター過程を促進するための磁場と組合せて
用いられる。少なくとも一つの陰極ターゲット表面は、
金属合金酸化物膜を形成するために反応性雰囲気中でス
パッターされる亜鉛・錫の如き金属合金からなる。陽極
は、ギラリーその他による米国特許第4,478,702号明細
書(その記載は参考のためここに入れてある)に教示さ
れているように、対照的な形をし、組合せて配置される
のが好ましい。
層膜が付着され、高透過性低放射性被覆を形成する。金
属合金ターゲットの外に、少なくとも一つの他の陰極タ
ーゲット表面が、反射性金属層を形成するためにスパッ
ターされる金属からなる。少なくとも一つの付加的陰極
ターゲット表面は、酸化チタン層を付着させるためスパ
ッターされるチタンからなる。二つの反射性金属膜を三
つの反射防止金属合金酸化物膜と交互に組合せた耐久性
のある多層被覆は、金属膜と金属酸化物膜との間の付着
を改良するため酸化チタン下地層を用いて次の如く製造
される。その下地層は本発明による多層被覆に高温耐久
性を与え、その結果得られる被覆物品は、被覆を劣化さ
せることなく、曲げ、徐冷、急冷、積層又はガラス溶着
の如き高温処理にかけることが出来る。
り、膜の希望の透過率によってのみ限定され、一層好ま
しくは約12〜30Åである。単一の下地層を反射性止金属
膜の上に付着させる場合には、20Åより大きな厚さが好
ましい。反射性金属層の上の下地層の厚さが20Åより小
さい場合には、第一反射防止金属酸化物層と赤外線反射
性金属層との間に付加的下地層を付着させるのが好まし
い。
は10-4トールより低く、一層好ましくは2×10-5トール
より低く真空にする。室中に、選択された不活性ガス及
び反応性ガス、好ましくはアルゴン及び酸素の雰囲気
を、約5×10-4〜10-2トールの圧力に設定する。亜鉛・
錫金属のターゲット表面を有する陰極を、被覆すべき基
体の表面上で操作する。ターゲット金属をスパッター
し、室中の雰囲気と反応させ、ガラス表面上に亜鉛・錫
合金酸化物被覆層を付着させる。
を真空にし、純粋アルゴンの如き不活性雰囲気を約5×
10-4〜10-2トールの圧力に設定する。好ましくはチタン
のターゲット表面を有する陰極をスパッターし、亜鉛・
錫合金酸化物層の上に第一チタン金属下地層を付着させ
る。別の態様として、チタン陰極を僅かに酸化性の雰囲
気中でスパッターし、亜鉛・錫合金酸化物層の上にチタ
ン酸化物下地層を付着させる。次に銀のターゲット表面
を有する陰極をスパッターし、下地層の上に金属銀の反
射性層を付着させる。第二下地層を、反射性銀層の上に
チタンをスパッターすることにより付着させるのが好ま
しい。この場合もチタンを不活性雰囲気中でスパッター
し、チタン金属下地層を付着させるか、僅かに酸化性の
雰囲気中でスパッターし、酸化チタン下地層を付着させ
るのが好ましい。次に第二の亜鉛・錫合金酸化物層を第
二チタン下地層の上に、第一亜鉛・錫合金酸化物層を付
着させた時に用いた条件と本質的に同じ条件で付着させ
る。但しこの層の厚さは第一層の厚さのほぼ2倍であ
る。好ましくは、別の下地層付着させ、次に第二赤外線
反射性金属層を付着させ、好ましくは更に別の下地層を
付着させ、次に第一のものとほぼ同じ厚さの第三反射防
止金属酸化物層を付着させ、最後に好ましくは、チタン
酸化物の如き保護膜を付着させ、その厚さは被覆の希望
の最終的透過率によってのみ限定される。
酸化物膜の上に外側保護被覆を付着させる。外側保護被
覆、ギラリーその他による米国特許第4,594,137号明細
書に記載されているような金属の層を反射防止金属酸化
物膜の上にスパッターすることにより付着させるのが好
ましい。外側保護被覆に好ましい金属には、ステンレス
鋼又はインコネルの如き鉄又はニッケルの合金が含まれ
る。チタンは透過率が大きいため最も好ましい外側被覆
である。別の態様としては、保護層は、ギラリーその他
による米国特許第4,716,086号明細書(その記載は参考
のためここに入れてある)に記載されている酸化チタン
のような特に化学的耐久性のある材料でもよい。
を多層膜の上に付着させることにより最もよく改良され
る。好ましくは、酸化チタン保護被覆は、比較的大きな
付着速度及び低い圧力、好ましくは約3ミリトールの圧
力で陰極スパッターすることにより付着される。酸化チ
タンからなる保護被覆は、直接酸化チタンを付着させる
ため充分な酸素を含む雰囲気中でチタンをスパッターす
ることにより形成させてもよい。本発明の別の態様とし
て、酸化チタンからなる保護被覆は、不活性雰囲気中で
チタンをスパッターしてチタン含有膜を付着させ、それ
を次に空気の如き酸化性雰囲気に曝して酸化し、酸化チ
タンにすることにより形成させてもよい。
として付着させた場合には、後の高温処理によって金属
が酸化され、酸化チタンを形成する結果になる。
く理解さるであろう。実施例中、亜鉛・錫合金酸化物膜
を錫酸亜鉛として言及するが、その膜の組成が正確にZn
2SnO4である必要はない。
させ、高透過性低放射性被覆製品を製造する。12.7×4
3.2cm(5×17in)の大きさの静止陰極は、52.4重量%
の亜鉛と47.6重量%の錫からなる亜鉛・錫合金のスパッ
ター表面をもっていた。ソーダ・石灰・シリカ ガラス
基体を被覆室中に入れ、その室を真空にし、4ミリトー
ルの圧力のアルゴン/酸素、50/50の雰囲気を設定し
た。ガラスを移動させて3.0m(120in)/分の速度でス
パッター表面を通過させながら、1.7kWの電力で磁場の
中で陰極をスパッターした。錫酸亜鉛の膜がガラス表面
上に付着した。3回通過させることにより、約300Åの
厚さの膜を生じ、ガラス基体の90%から錫酸亜鉛被覆ガ
ラス基体の84%まで透過率の減少をもたらした。次に銀
陰極ターゲットを4ミリトールの圧力のアルゴンガス雰
囲気中でスパッターすることによりチタン下地層の上に
銀の層を付着させた。基体を同じ速度で銀陰極ターゲッ
トの下に通過させ、銀を約100Åまで付着させるのに2
回の通過が必要であった。透過率は更に66%に低下し
た。銀層の上に15Å厚さのチタン下地層をスパッター
し、透過率は56.5%に減少した。次に錫酸亜鉛の第二の
反射防止層を600Åの厚さに付着させ、透過率は73%に
増大し、次に100Å厚の第二の銀層を付着させ、それに
よって透過率は69.5%に低下した。15Å厚の最終チタン
下地層は透過率を58%に減少させ、その後で300Å厚の
最終錫酸亜鉛反射防止層を付着させ、それによって透過
率は最終的に78%に増大した。
静止チタン陰極を、等体積のアルゴンと酸素からなる3
ミリトールの圧力の雰囲気中で10kWでスパッターし、約
15〜20Å厚の酸化チタンからなる保護被覆を付着させ
る。酸化チタンの保護被覆は、多層被覆の耐久性及び反
射性に大きな影響は与えず、透過率の変化は約1%以下
である。
膜との間の接着が改良されることにより被覆物品の耐久
性が改良されることは、被覆した表面を湿らせた布で拭
くことからなる簡単な摩擦試験により容易に示すことが
できる。下地層をもたない錫酸亜鉛/銀/錫酸亜鉛で被
覆された表面は、湿った布で数回拭いた後反射率が約6
%〜約18%増大し、一番上の錫酸亜鉛膜と下の銀膜の両
方が除去されたことを示していた。これに対し、本発明
の錫酸亜鉛/チタン/銀/チタン/錫酸亜鉛/チタン/
銀/チタン/錫酸亜鉛/酸化チタンで被覆された物品の
場合には、湿った布で長い間激しくこすっても目に見え
る変化は生じなかった。
さを有する。一層厚い膜を用いてもよく、希望の透過性
により限定されるだけである。約20Åの厚さを有する酸
化チタン保護被覆を用いると、この実施例による多層被
覆の耐久性は、外囲温度で2 1/2%塩溶液中で2時間か
ら22時間へ増大し、約66℃(150゜F)の脱イオン水を含
むQ-パネル・クリーブランド・コンデンゼーション・テ
スター(Q-Panel Cleveland Condensation Tester)QCT
−ADO型で行われたクリーブランド湿度試験では5時間
から1週間へ増大した。
的な被覆物品は、全太陽エネルギーの40%を透過し、30
%を反射するのに対し、単一の銀層を含み約73%の同じ
光透過率を有する標準的低放射性被覆の場合には、全太
陽エネルギーの45%を透過率及び全太陽エネルギーの27
%の反射率を示している。更に、この実施例の被覆の可
視光反射率は8%で灰色であるのに対し、単一の層とし
て約130Åの銀を有する標準的低放射性被覆の場合には1
4%でブロンズ色である。上記光学的性質は、被覆した
きれいなガラスシートを着色ガラスシートへ積層した後
に測定されたものである。
る。製品及び方法の種々の変更が含まれる。例えば、他
の被覆組成物も本発明の範囲に入る。亜鉛・銀合金をス
パッターする時の亜鉛と錫の割合により、被覆は、錫酸
亜鉛の外に広い範囲の量の酸化亜鉛及び酸化錫を含んで
いてもよい。下地層は種々の酸化状態のチタン金属を含
んでいてもよい。ジルコニウム、クロム及び亜鉛・錫合
金の如き他の金属も本発明による下地層として有用であ
る。種々の層の厚さは、透過性の如き希望の光学的性質
によって主に制約される。同じく、希望の光学的性質に
より、3つより多くの反射防止層と交互にした2つ以上
の赤外線反射性層を用いてもよい。ガスの圧力及び濃度
の如き工程因子は広い範囲に亙って変えてもよい。他の
化学的耐久性のある材料からなる保護被覆を、金属又は
酸化物として被覆してもよい。本発明の被覆は、平坦な
ガラスに適用し、それを後で積層と同様、強化及び曲げ
の如き高温処理にかけてもよい。本発明の範囲は特許請
求の範囲によって規定されるものである。
Claims (9)
- 【請求項1】a.透明なガラス基体; b.前記基体表面上に付着させた第一透明亜鉛・錫酸化反
応生成物膜; c.前記酸化反応生成物膜の上に付着させた第一透明銀
膜; d.前記銀膜の上に付着させた透明チタン膜; e.前記チタン膜の上に付着させた第二透明亜鉛・錫酸化
反応生成物膜; f.前記第二透明酸化反応生成物膜の上に付着させた第二
透明銀膜; g.前記第二透明銀膜の上に付着させた第二透明チタン
膜;及び h.前記第二チタン膜の上に付着させた第三透明亜鉛・錫
酸化反応生成物膜; からなる高透過性及び低放射性を有する物品。 - 【請求項2】第一透明亜鉛・錫酸化反応生成物膜と第一
透明銀膜との間に付加的チタン層を更に有する請求項1
に記載の物品。 - 【請求項3】第二透明亜鉛・錫酸化反応生成物膜と第二
透明銀膜との間に第二の付加的チタン層を更に有する請
求項2に記載の物品。 - 【請求項4】第三透明亜鉛・錫酸化反応生成物膜の上に
付着させた保護性金属含有外側被覆を更に有する請求項
1に記載の物品。 - 【請求項5】a.酸素を含有する反応性雰囲気中で金属を
スパッターし、それによって第一亜鉛・錫酸化反応生成
物膜を基体表面上に付着させ、 b.前記酸化反応生成物膜の上に銀膜をスパッターし、 c.前記銀膜の上にチタン層をスパッターし、 d.前記チタン層の上に第二亜鉛・錫酸化反応生成物膜を
スパッターし、 e.前記第二酸化反応生成物膜の上に第二銀膜をスパッタ
ーし、 f.前記第二銀膜の上に第二チタン層をスパッターし、そ
して g.前記第二チタン層の上に第三亜鉛・錫酸化反応生成物
膜をスパッターする、 諸工程からなる高温耐久性膜を付着する方法。 - 【請求項6】第三亜鉛・錫酸化反応生成物膜上に保護性
金属含有外側被覆を付着させる工程を更に有する請求項
5に記載の方法。 - 【請求項7】第三亜鉛・錫酸化反応生成物膜の上に金属
含有保護性被覆を付着させる工程を更に有する請求項5
に記載の方法。 - 【請求項8】多層被覆物品を高温処理にかけ、それによ
って被覆の透過性を増大させる工程を更に含む請求項5
に記載の方法。 - 【請求項9】a.スパッター室中に透明ガラス基体を入
れ、 b.亜鉛と錫を酸素含有反応性雰囲気中でスパッターし、
前記基体表面上に第一透明亜鉛・錫酸化物膜を付着さ
せ、 c.チタンをスパッターして前記酸化物膜の上にチタン層
を付着させ、 d.不活性雰囲気中で銀をスパッターして前記チタン層の
上に透明銀膜を付着させ、 e.チタンをスパッターして、前記銀膜上に第二チタン層
を付着させ、 f.亜鉛と錫の陰極を、酸素を含有する反応性雰囲気中で
スパッターし、前記第二チタン層の上に第二亜鉛/錫酸
化物膜を付着させ、 g.チタンをスパッターして前記第二酸化物膜の上に第三
チタン層を付着させ、 h.不活性雰囲気中で銀をスパッターして前記第三チタン
層の上に第二銀膜を付着させ、 i.チタンをスパッターして前記第二銀層の上に第四チタ
ン層を付着させ、そして j.酸素を含有する反応性雰囲気中で亜鉛と錫をスパッタ
ーし、前記第四チタン層の上に第三亜鉛・錫酸化物膜を
付着させる、 諸工程からなる多層低放射性被覆物品の製造方法。
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