JPS6136703A - 金属被覆鏡およびその製造方法 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は鏡に関するものであり、更に詳しくは、銀被
覆ガラス鏡の銀波ＩＩＩの劣化を防ぐための保護被膜に
関するものである。

〈従来の技術〉 通常の市販鏡は銀被覆ガラス複合体構造を備えており、
これはガラス基材の表面に銀の薄層を被覆して光反射す
るようにしたものである。

銀が使用される理由は、その反射率が他の金属と比べて
非常に高いためである。かような鏡の最も一般的な商業
的製造方法は、湿式化学的無電解法として知られてあり
、この方法においては、化学的に還元された銀の薄層が
、増感処理したガラス表面上に析出される。この銀層を
損傷および劣化から保護するために、その露出面に保護
被膜が設けられる。通常の保護被膜は銀層の上に被覆さ
れた銅層からなり、この銅層の上にはさらにエナメルペ
イント層が設けられる。

銀層とペイント層との間に挟まれた銅層によつて、銀層
に対重るペイント層の接着性が向上する。代表的な複合
体銀被覆ガラス鏡の構造を第１図に示しである。

上述したごとき構造の銀被覆ガラス鏡は、室内で使用す
るに際しては、長年の間特に問題なく使用されてきた。

鏡の利用に関する近年の興味は、へりオスタラ１〜のよ
うな太陽熱コレクターへの利用であり、野外での鏡の試
験的設置が数多くなされるようになってきた。かような
試験の結果、鏡を用いた太陽熱コレクターはエネルギー
的観点からは経済的に成り立つ可能性を示したか、残念
ながら従来の慣用的な銀被覆カラス鏡は野外環境におい
ては良好な耐久性がないことも明らかになった。実際に
、最も一般的な鏡は野外環境で使用した場合、数カ月か
ら数年でその反射特性が実質的に劣化してしまい、かよ
うな耐久性は、経済的な太陽熱コレクターの設δ１に要
求される最小限の寿命が一般に２０年であるのに比べる
と、非常に低い。

鏡のかような生理化学的腐蝕についての正確な光学的お
よび機械的劣化機構は十分に理解されていない。環境的
および電気化学的試験によれば、鏡の面のガラス／金属
界面で起る腐蝕反応は界面環境に非常に敏感であること
を示した。

被覆された金属面の不完全個所や割目への人気中の湿度
や化学物質集中、製造工程で使用される化学薬品、ガラ
スの侵出、局所的ホットスポットや応力、および光によ
る表面金属活性化等が有害な影響を及ぼし、鏡面の耐久
性の大きな変動をもたらづものと考えられている。

野外環境で劣化した鏡の表面を詳しく分析したところ、
銀／ガラス界面のごとき臨界的界面で化学的に誘導され
る変化についてのいくつかの可能性のある機構が示され
た。鉄およびアルカリ金属イオンは共に銀／ガラス界面
で淵縮することが見出され、露出端縁部あるいは被膜の
きずから水が銀／ガラス界面へ拡散してきた場合に、こ
れらのイオンが銀のガラスに対する結合強度を低下させ
るとともに、銀の劣化に寄与するものと思われる。この
界面はまた、ガラスかその表面で水酸化物ゲルを生成す
るという傾向によっても弱められる。かようなゲル生成
は、鏡を製造する際の湿式化学的無電解法においてガラ
ス表面に塗布されるスズ複合体（増感剤）の還元反応に
より、空気中からガラス表面に吸収される水により、さ
らｋは製造法におりる後続の工程、例えば銅メッキ工程
や工丈メルまたはペイント塗布工程に起因するその他の
界面不純物により促進される。

反射特性の劣化なしに２０年またはそれ以上の長期間に
わたって野外での使用に耐えうるようなより良好な鎖構
造をうるためには、鏡の臨界的界面を上述したような分
解的化学反応から保護する必要がある。この発明以前に
は、鏡のためのそのような保護手段は知られていなか・
っ１こ。

〈発明の要旨〉 従ってこの発明の目的は、鏡構造体の積重ね層の周囲に
新規な保護バリヤを設けて、野外の湿潤な、汚染性かつ
腐蝕性環境から鏡構造体を保護することである。

また、この発明の目的は、鏡構造体における銀７／ガラ
ス界面を安定化させ、有害な化学的劣化から銀層の完全
さを保護することである。

上記の目的およびその他の目的を達成するために、この
発明によれば、反射面を形成するためにガラス基材上に
被覆された銀層と、人気中の水と腐蝕性物質を通さない
拡散バリヤを形成するために銀層の上に被覆された窒化
ケイ素の層とからなる鏡構造体が提供される。窒化ケイ
素の層をガラス基材と銀層との間の界面にも形成するこ
とにより、ガラス基材中の水分、アルカリ物質およびそ
の他の不純物が銀層に到達しないようにする拡散バリヤ
をもたらすことができる。

この発明はまた、ガラスｌ上の銀層の上下に窒化ケイ素
からなる拡散バリヤを被覆することによる鏡の製造方法
を含んでいる。窒化ケイ素は透明でありかつ銀層の上に
Ｍ！Ｉ密で有効な拡散バリヤを形成するので、この発明
の方法により製造した鏡は前面反射性鏡として使用する
ことができる。

く好ましい実施例〉 従来の湿式化学的無電解法によりつくられた代表的な鎖
構造体１０を第１図に示す。これは、カラス埜ｖＵ１２
と、このガラス基材面上に被覆された銀（Ａｇ）層１４
とからなる複合構造体である。通常は塩化スズと水と塩
酸溶液とからなる増感剤１６を銀被覆に先立ってガラス
基材１２の表面上に被覆して、銀層１４のガラス基材１
２への接着性を向上させる。この鏡を環境から守る目的
で、この鏡の上にペインｌへ層２０が被覆される。しか
しながら、ペイント層２０は銀層１４に対してはあまり
接着性がよくないため、銀層１４上に先ず薄い銅（Ｃｕ
）層１８を被覆し、この銅層１８上にペイント層２０を
被覆する。銅層１８はまた、ペイント中の成分や不純物
がもたらすかも知れない銀ま有害な化学的劣化から銀層
１４をある程度遮蔽する働きもする。

上述したような野外環境中での銀被覆ガラス鎖構造体１
０の実質的劣化は、ペイント層２０ヤ銅層１８では十分
な保護を果せないことを示している。

この発明による銀被覆ガラス鏡を製造する方法は、この
種の鏡の劣化が通常起る銀層および銀／ガラス界面の両
方に対しての優れた保護被膜をもたらす。この保護被膜
は好ましくは窒化ケイ素材料からなり、これは良好な誘
電体でありかつ耐熱衝撃性を有する非常に緻密な不透性
耐火物材料である。窒化ケイ素はまた都合の良いことに
、強い、凝集性の化学的に安定な被膜をガラス上に形成
する。実際に、窒化ケイ素は入手可能な数少ない誘電性
の透明材料の１つであり、水蒸気の透過を妨げるだけで
なく、銀および銀−ガラス結合を侵すアルカリイオンを
含む多くのイオンに対して拡散バリヤとして作用しうる
程に緻密な構造を有している。

窒化ケイ素被膜は次の３つの様式で形成された場合に鏡
に対して有利に作用する。第１の様式では、この被膜を
銀層の上を覆うように適用することにより、ガラス基材
とともに銀層を包封して気密的にシールすることができ
る。第２の様式では、銀を適用するに先立ってガラス基
材表面に窒化ケイ素被膜を適用することができる。第３
の様式では、窒化ケイ素での包封と表面シールの組合せ
により、上記第１および第２の様式の両者の保護作用を
組合せる。

第２図に示した鎖構造体３０は、窒化ケイ素被膜を用い
て銀層３４をガラス基材３２と共に被覆し包封した例を
示す。この図に示したように、ガラス基材３２の上には
従来の湿式化学的無電解法により銀層３４が被覆されて
いる。勿論、この方法においては、第１図に示したよう
な増感剤を銀／ガラス界面３３に適用する。次に、第２
図に示したように、窒化ケイ素保護被膜３６を銀層３４
の上および端縁の周囲に被覆して、銀層３４と銀／ガラ
ス界面３３を気密的にシールして外部環境から保護する
。次に、必要ならば、この窒化ケイ素層３６上にペイン
１〜被膜３８を設けることができる。勿論、真空蒸発、
スパッタリング、イオン電気メッキ、およびその他の金
属メッキ技術も同様に使用することができる。

この構造中の窒化ケイ素層３６は、ペイント層３８を通
しての水蒸気や他の不純物の銀層３４および銀／ガラス
界面３３への透過に対する保護バリヤを提供する。かく
して、これら外部物質による攻撃に起因する劣化を効果
的に阻止することができる。

この発明の第２の実施例を第３図に示す。この実施例で
は、窒化ケイ素層４６はガラス基材４２の上に直接適用
される。次に銀層４４がこの窒化ケイ素層４６上に被覆
される。慣用的な銅被膜４７とペイン１〜被膜４８が銀
層４４の露出面上に形成される。

この第２の実施例では、ペイント被膜４８を通しての水
蒸気や不純物に対する保護作用は第１の実施例はどに効
果的でない。しかしながら、従来の銀被覆ガラス鏡の劣
化の主な原因は、ガラスを通して銀／ガラス界面へのア
ルカリおよび水蒸気の移行すなわち侵出にも起因してお
り。

銀層の完全性を破壊し、かつ銀層の反射特性を劣化覆る
腐蝕Ｊ−３よびその他の有害な化学的変化は銀／ガラス
界面で起る。従って、第３図に示したようなガラス基材
４２上に被覆された窒化ケイ素層４６は、ガラス４２か
ら銀／窒化ケイ素界面４５へのアルカリの移行を防止す
ること、および外部からの水蒸気に対して気密的シール
として機能しこれにより銀被覆に先立ってガラス表面を
安定化させることという二重の作用をもたらす。

第４図に示したこの発明の第３の実施例は、第２図の第
１の実施例の構造体３０および第３図の第２の実施例の
構造体４０の両方の利点、を組合Ｕたものである。この
第３の実施例の構造体５０１．：おいては、窒化ケイ素
層５６．６０がカラス基材５２の上および銀層５４の上
の両方に被覆されている。従って、第４図に示したよう
に、これら窒化ケイ素層５６．６０が銀層５４を完全に
包封して気密シールを形成する。

この様式では、銀層５４は湿気の拡散や腐蝕性環境から
保護されるのと同様に、ガラス５２中のアルカリや他の
不純物の侵出からも保護される。要すれば、ペイント被
膜５８をこの複合構造体の上に設けることもできる。

窒化ケイ素被膜が十分な保護をもたらづので、ベント被
膜を無くすことができる点も重要である。従って、第５
図に示したように、この構造体は前面反射性鏡７０とし
て利用することができる。この鏡は、ガラス基材７２を
介しての光の伝送により妨げられることのない、向上し
た反射およびその他の光学特性をもたらすものである。

窒化ケイ素被膜７６はガラス基材７２上に被覆される。

この窒化ケイ素７６上に銀層７４が被覆され、さらにこ
の銀層やこれら複数層の界面の上に窒化ケイ素の包ｔＪ
層７８が被覆される。窒化ケイ素層７６．７８は透明で
あるため、銀層７４の両側を鏡７０の反射面として利用
することができる。

窒化ケイ素は、シラン、アンモニアおよび窒素の８温に
より誘導される化学反応の生成物である。第６図に示し
たような平行板ＲＦ出出力１ス１７ の発明の一部ではない）により、３００℃の範囲内の温
度でシシン，アンモニアおよび窒素の化学反応から窒化
ケイ素被膜を形成することができる。この技術は、ガラ
ス製造に用いられるガラス基材上に窒化ケイ素被覆を施
すために好適なものである。

第６図の平行板プラズマ反応器８０における窒化ケイ素
被覆法について以下に述べるが、これは単に説明のため
のものであり、この発明における窒化ケイ素被覆はこれ
以外の方法、例えばスパッタリング、蒸発，イオンメッ
キ等に．よっても施すことができるのは勿論である。第
６図に示した反応器８０はハウジング８２を有し、この
ハウジング８２によりチャンバ８４が包囲される。チャ
ンバ８４内には回転サセプタ９０が設置され、中空回転
軸９Ｂで支持されている。

このチャンバ内にはサセプタ９０の上方にこれと平行に
電極８６が置かれ、ＲＦシールドされた電ツノ入力８８
がハウジング８２を貫通して延びている。チャンバ８４
を約３００℃に加熱するために、サセプタ９０の下方に
ヒータ９２が置かれている。

チャンバ８４の排気は出口ボート９４．９５からなされ
る。シラン、アンモニアおよび窒素の混合物は、中空軸
９８内の入口９３を通してチャンバ８４へ導入される。

回転駆動機９６はサセプタ９０に回転運転を与え、サセ
プタ上に被覆される基材１００が置かれる。

このプラズマ反応器の作動に際しては、先ずザセブタ９
０上に基材１００を置く。チャンバ８４を排気して真空
とし、約３００℃に加熱する。

シラン、アンモニアおよび窒素ガスの混合物を矢印１０
２で示したようにチャンバ８４内の基材１００上に流す
。ＲＦ場を電極とサセプタの間に形成する。チャンバ８
４内の真空，熱および電荷の組合せにより、化学的に反
応性の気体ブラズマか生成し、これが基材上に窒化ケイ
素からなる固体被膜の沈着をもたらす。

ガラス塞材上に窒化ケイ素被膜が被覆されたのち、慣用
的方法、例えば湿式化学的無電解被覆、真空蒸発、スパ
ッタリング等によりこの上に銀が被覆される。次に、窒
化ケイ素からなる包封被膜を銀層の上に被覆して鏡組立
体を気密的にシールすることができる。

〈発明の効果〉 試験の結果、窒化ケイ素で被覆したこの発明の鏡の反則
は、被覆していない鏡と実質的に同じであった。さらに
、窒化ケイ素被覆鏡の野外環境におＧする劣化は、被覆
していない鏡に比べて非常に低減した。

以上の説明はガラス基材上に銀被覆した鏡について述べ
ているが、鏡用の窒化ケイ素からなる拡散バリヤに関す
るこの発明の構造と方法は、アルミニウムや銅等の伯の
金属で被覆した反射面に対しても等しく適用することが
できる。また、窒化ケイ素被覆に必要な温度に耐えられ
る材料、例えばセラミック、金属、プラスチック等の基
材にも適用可能である。現在の技術では上述したように
約３００℃の温度が必要とされるが、更に技術が進歩す
ればより低い温度で窒化ケイ素被覆法を施すことができ
るだろう。さらにまた、以上の説明における湿式化学的
無電解法による銀被覆は、この方法または類似方法によ
って殆んどの市販鏡が製造されているために、この発明
においても便宜的に用いたものである。

その他の方法、例えば真空蒸発、スパッタリング、電気
メッキ等の方法によって基材上に反射性金属面を施した
金属被覆鏡にも同様にこの発明を適用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の湿式化学的無電解法により製造した従来
の銀被覆ガラス鏡の構造を説明するブロック図；第２図
、第３図、第４図および第５図は各々この発明による鏡
の異なる実施例を説明する拡大断面斜視図；第６図はこ
の発明による窒化ケイ素被覆を施すために好ましく使用
できる平行板プラズマ反応器を示す模式的断面図である
。 ３０．４０．５０．７０・・・鏡構造体、３２゜４２．
５２．７２・・・ガラス基材、３３・・・銀／ガラス界
面、３４．４４．５４．７４・・・銀層、３６．４６，
５６，６０．７６．７８・・・窒化ケイ素層、３８．４
８．５８・・・ペイント層、４７・・・銅層。 特許出願人　　　アメリカ合衆国 代　理　人　　　　　尾　　股　　行　　雄ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基材表面を被覆した金属層が反射面を形成している
   金属被覆鏡において、水および腐蝕性物質を通さない拡
   散バリヤとなる窒化ケイ素層を前記金属層の上および／
   または前記金属層と基材との界面に形成させたことを特
   徴とする金属被覆鏡。 ２、前記窒化ケイ素層は、前記基材と金属層との積層体
   の端縁周囲をも覆うように形成させた特許請求の範囲第
   １項記載の金属被覆鏡。 ３、基材表面を金属層で被覆し、該金属層の上を窒化ケ
   イ素からなる保護層で被覆することを特徴とする金属被
   覆鏡の製造方法。 ４、基材表面を金属層で被覆するに先立って、前記基材
   表面を第１の窒化ケイ素層で被覆し、該第１の窒化ケイ
   素層の上を前記金属層で被覆する特許請求の範囲第３項
   記載の製造方法。