JPWO2011021541A1

JPWO2011021541A1 - 熱線反射ガラス

Info

Publication number: JPWO2011021541A1
Application number: JP2011527645A
Authority: JP
Inventors: 藤井　健司; 健司藤井
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2013-01-24
Also published as: WO2011021541A1

Abstract

【課題】可視光透過率を保ちつつ、最近のより紫外線・赤外線透過率を低くするような仕様を満足し、かつ大量生産も可能であるようなガラスの製法及びガラスは未だ得られていない。【解決手段】紫外線及び赤外線を吸収するガラス上に、金属酸化物または金属窒化物の膜を形成することにより、該ガラスの4ｍｍ厚のＪＩＳＲ−３１０６による日射熱取得率を55%以下とすることを特徴とする熱線反射ガラス。4ｍｍ厚のＪＩＳＲ−３１０６による可視光線透過率が60%以上である特徴も有す。

Description

本発明は比較的高い透視性と紫外線・赤外線遮蔽性を有することにより、建築や自動車用ガラスとして有用な熱線反射ガラスに関する。

従来、冷房負荷の低減に代表される省エネルギーの観点から、赤外線の影響を極力小さくしようとする社会的な流れがある。このような流れは、地球の温暖化現象や環境問題に関する意識の高まり等から、ますます増大される方向にある。この流れは、ガラス産業にも種々の変化をもたらし、吸収機能や反射機能をガラス自体またはガラス表面に付与することにより、赤外線の影響を小さくするガラスが開発されている。また、紫外線は人体への悪影響のみならず、内装物の色劣化の原因となることから、同様に影響を小さくすることが求められている。

紫外線・赤外線の影響を小さくする方法には２種類ある。１つはガラスの成分により紫外線・赤外線を吸収するもので、紫外線・赤外線吸収ガラスといわれる。もう１つはガラス表面に金属酸化物や金属窒化物などの紫外線・赤外線を反射する膜を形成するもので、紫外線・赤外線反射ガラスといわれる。

例えば紫外線・赤外線吸収ガラスでは、一般的なソーダライムガラスにＦｅ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、ＴｉＯ₂成分を加えることによって、赤外線及び紫外線を吸収するガラスが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、紫外線・赤外線反射ガラスでは、ＴｉＯ₂及びＴｉＮ膜をガラスに成膜することで、紫外線・赤外線を反射するガラスが知られている（例えば特許文献２参照）。

特開平03-187946号公報特開昭63-190742号公報

前述した例えば特開平03-187946号公報に代表される紫外線・赤外線吸収ガラスには、吸収した熱線が再放射されるという問題がある。つまり、測定による赤外線透過率の値は低くても、実用に於いては時間経過とともにガラスから熱線が再放射され、熱線の遮蔽効果が損なわれる。また、赤外線の吸収効果を高めるために吸収成分を多くすると、熱線が透過しづらくなるため、ガラスの製造に於いて、特にフロート法等の大量生産で、電熱ヒーターの熱がガラスを通らず、溶解が難しくなる。従って、大量生産しづらいという問題がある。

また、前述した特開昭63-190742号公報に代表される紫外線・赤外線反射ガラスでは、金属酸化物や金属窒化物が広い波長範囲で光を反射してしまうという問題がある。すなわち、例えばハーフミラーのような用途には向いているが、可視光は透過し、紫外線・赤外線のみ反射するような膜を作ることは困難であり、一部の建築用や自動車用のように、可視光透過が必要な用途では使用に限界がある。特開昭63-190742号公報では、ＴｉＯ₂とＴｉＮを複数層重ねることで、干渉効果により、種々の色合いを作成する方法が記載されており、これによって選択的に可視光を透過させ紫外光・赤外光を反射させることは可能と思われるが、そのためには膜を多数層形成する必要があり、実用的とは言えない。

このように、可視光透過率を保ちつつ、最近のより紫外線・赤外線透過率を低くするような仕様を満足し、かつ大量生産も可能であるようなガラスの製法及びガラスは未だ得られていないのが現状である。

本発明は、紫外線・赤外線を吸収するガラス上に、金属酸化物または金属窒化物の膜を形成することにより、該ガラスの4ｍｍ厚のＪＩＳＲ−３１０６による日射熱取得率を55%以下とすることを特徴とする熱線反射ガラスである。

また、4ｍｍ厚のＪＩＳＲ−３１０６による可視光線透過率が60%以上であることを特徴とする、上記の熱線反射ガラスである。

また、金属酸化物または金属窒化物が、それぞれＴｉの酸化物またはＴｉの窒化物であることを特徴とする、上記の熱線反射ガラスである。

さらに、紫外線・赤外線を吸収するガラスが、質量％表示で、ＳｉＯ₂ 67〜75％、Ａｌ₂Ｏ₃ 0.05〜3.0 ％、ＣａＯ 7.0 〜11.0％、ＭｇＯ 2.0 〜4.2 ％、Ｎａ₂Ｏ 12.0〜16.0％、Ｋ₂Ｏ 0.5〜3.0 ％、ＳＯ₃ 0.05〜0.30％、Ｆｅ₂Ｏ₃ 0.40〜0.90％、ＣｅＯ₂ 1.0〜2.5 ％、ＴｉＯ₂ 0.1〜1.0 ％、ＭｎＯ 0.0010〜0.0400％、ＣｏＯ 0.0001〜0.0009％、Ｃｒ₂Ｏ₃ 0.0001〜0.0010％、ＳｎＯ₂ 0〜1 ％であり、かつＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂ 70〜76％、ＣａＯ＋ＭｇＯ 10〜15％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ 13〜17％であることを特徴とする、上記の熱線反射ガラスである。

本発明によれば、可視光透過率を保ちつつ、最近のより紫外線・赤外線透過率を低くするような仕様を満足し、かつ大量生産も可能であるガラスの製法及びガラスを得ることが出来る。

本発明は、紫外線・赤外線を吸収するガラス上に、金属酸化物、金属窒化物の膜を形成することにより、該ガラスの4ｍｍ厚のＪＩＳＲ−３１０６による日射熱取得率を55％以下とすることを特徴とする熱線反射ガラスである。

ガラス成分により紫外線・赤外線を吸収するだけでは、赤外線の再放射を防ぐことが出来ず、また電気ヒーターによる溶解がしづらくなり大量生産に向いていない。また、金属酸化物または金属窒化物の膜による反射では、紫外線・赤外線を遮蔽し可視光を透過するというような波長選択性に限界がある。本発明は、両者の組み合わせにより、可視光透過率を高く保ちつつ、紫外線・赤外線を遮蔽するようなガラスを得るものである。

4ｍｍ厚のＪＩＳＲ−３１０６による可視光線透過率が60%以上であることが望ましい。60％以上であれば、建築用途やバックドアガラス等の自動車用途として、十分な視認性を得られる。

金属酸化物または金属窒化物に使用する金属としてはＴｉが望ましく、これらの膜はスパッタリング法にて作製することが望ましい。スパッタリング法は大面積のガラスに均一な薄膜を作製することができ、生産性に優れ、所望の光学特性を得る生産方法として適しているからである。熱線反射用途に使用できる金属はＴｉの他、ステンレス、Ｓｎ、Ｃｒ等があるが、Ｔｉが酸化物及び窒化物の割合により、色や特性を簡易に変えることが出来るからである。

ＳｉＯ₂は質量％で67〜75％が望ましい。67％未満では表面にヤケ等が発生しやすく耐候性が下がり実用上の問題が生じ、75％を超えると、溶融が難しくなるからである。

Ａｌ₂Ｏ₃ は質量％で0.05〜3.0 ％が望ましい。0.05％未満では耐候性が下がり表面にやけ等が発生しやすく実用上の問題が生じ、３％を超えると失透が生じやすくなり成形温度範囲が狭くなり製造が難しくなるからである。

ＣａＯは質量％で7.0 〜11.0％が望ましい。7.0 ％未満では融剤として不足気味となり溶融温度も高くなりまた流動温度を低くしないので製造しにくくなり、11％を超えると失透し易くなり、成形作業範囲が狭くなり製造が難しくなるからである。

ＭｇＯは質量％で2.0 〜4.2 ％が望ましい。2.0 ％未満では溶融温度が上がり操作範囲を狭めるので製造がしにくくなり、4.2 ％を超えると易強化性が下がるからである。

Ｎａ₂Ｏは質量％で12.0〜16.0％が望ましい。12.0％未満では溶融性が悪化しかつ易強化性が下がり、成形性が難しくなり、失透も生じ易くなるので操作範囲が狭まり製造しにくくなり、16％を超えると耐候性が下がり、表面にやけ等が発生しやすくなり実用上の問題が生じてくるからである。

Ｋ₂Ｏは質量％で0.5 〜3.0 ％が望ましい。0.5 ％未満では易強化性が下がり、3.0 ％を超えると耐候性が下がりかつコストも高くなるからである。

ＳＯ₃は質量％で0.05〜0.30％が望ましい。0.05％未満では例えば通常の溶融において脱泡あるいは均質性状不充分となり易く、0.30％を超えると特にガラスの着色状態に影響を与え、例えば黄色やアンバー色がかった色調に移行し易くなるからである。

Ｆｅ₂Ｏ₃は質量％で0.40〜0.90％が望ましい。赤外線を吸収するＦｅＯ成分量と紫外線を吸収し所期の色調を確保するＦｅ₂Ｏ₃成分量との総量として、前述した各種光学特性を安定して得るために、他のＣｅＯ₂、ＴｉＯ₂等の各成分量とともに必要であり、0.40％未満では上述に対する作用が劣り、0.90％を超えると特に可視光線透過率が低下するとともに、色調を制御することが困難になって不安定化するからである。好ましくは質量％で0.45〜0.85％程度であって、より好ましくは質量％で0.50〜0.80％程度である。

ＣｅＯ₂ 1.0〜2.5 ％、ＴｉＯ₂ 0.1〜1.0 ％、ＭｎＯ 0.0010〜0.0400％、ＣｏＯ 0.0001〜0.0009％、Ｃｒ₂Ｏ₃ 0.0001〜0.0010％、ＳｎＯ₂ 0〜1 ％は、特に紫外線を吸収させるためにこの範囲とした。この範囲よりも少ない場合は紫外線吸収の効果が低下する。また、これら範囲を超えると、可視光も吸収するため、この範囲が望ましい。

また、Ｆｅの還元率としては、色調の点から（ＦｅＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃）×100 の表示で約20〜45％程度であり、好ましくは25〜42％程度である。このためにも酸化性が強いＣｅＯ₂成分を2.5 ％以下にすることが望ましい。

ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂は質量％で70〜76％が望ましい。70％未満では耐候性が下がり、76％を超えると易強化性が下がる問題が生じるからである。好ましくは70〜74％程度である。

ＣａＯ＋ＭｇＯは質量％で10〜15％が望ましい。ＣａＯ及びＭｇＯはともに溶融温度を下げるために用いられるとともに、10％未満では易強化性が下がり、15％を超えると失透しやすくなり製造上難しくなるからである。好ましくは11.5〜15％程度である。

Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏは質量％で13〜17％が望ましい。13％未満では易強化性が下がり、失透も生じやすくなって成形において作業温度範囲が狭くなり、製造が難しくなり、17％を超えると耐候性が下がり実用上の問題を生じるとともに、コスト的にも高くなるからである。

以下、実施例により説明する。
ガラス原料として、珪砂、長石、ソーダ灰、ドロマイト、石灰石、芒硝、ベンガラ、酸化チタン、炭酸セリウムを用いた。さらに、イルメナイト、カーボン、スラグの他、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＣＯ₃、ＭｇＣＯ₃、Ｎａ₂ＣＯ₃、Ｋ₂ＣＯ₃、ＣｅＯ₂、ＴｉＯ₂の化学試薬等も併せて用いた。これらを用い、所期のガラス組成を目標組成として予め定め、秤量調合した。なお、原料バッチとして、芒硝／（珪砂＋長石）を約１％前後程度、カレットを約５０％程度とした。

該調合原料をルツボに入れ、約１４５０℃前後に保持した実窯（例えば投入口横側壁部、コンディション部側壁部）または窒素ガスあるいは該ガスを含む混合ガス等を用いながら実窯と同様にした電気炉中で約３〜４時間程度溶融しガラス化して、さらに均質化および清澄のため、１４２０〜１４３０℃で約２時間保持した後、型に流し出しガラスブロックとして大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍで厚み約４ｍｍのガラス板として切り出し、またはガラスを板状に流し出し大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍで厚さ約４ｍｍとし、その後研削研磨して各試料を得た。

この試料について、ガラス成分組成（重量％）としてはＪＩＳＲ−３１０１に基づく湿式分析法等で行い、光学特性については日立製作所製Ｕ４０００自記分光光度計とＪＩＳＺ−８７２２、ＪＩＳＲ−３１０６にて測定した。

ガラス組成は重量表示で、ＳｉＯ₂ 69.93％、Ａｌ₂Ｏ₃ 1.96％、ＣａＯ 7.93％、ＭｇＯ 3.46％、Ｎａ₂Ｏ 12.79％、Ｋ₂Ｏ1.07％、ＳＯ₃ 0.18％、Ｆｅ₂Ｏ₃ 0.631％、ＴｉＯ₂ 0.30％、ＣｅＯ₂ 1.70％、ＭｎＯ 280ppm、ＣｏＯ 2.4ppm、Ｃｒ₂Ｏ₃ 2.0ppmと成り、また成分の総和が約99.979％であってかつＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂ 72.19 ％、ＣａＯ＋ＭｇＯ 11.39％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ 13.86％であり、還元率〔（ＦｅＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃）×100 〕は約35.5％であった。

また、このガラスの可視光線透過率は76％、日射熱取得率は64％であった。

次にこのガラスをマグネトロンＤ．Ｃ．スパッタ装置にセットし、陰極上にＴｉをセットし、プロセスガスとしてＡｒ及び窒素を用い、ガラス上にＴｉＮ膜を作製した。ＴｉＮ膜は可視光透過率60%となるように膜厚を制御した（このときのＴｉＮ膜厚は5ｎｍであった）。
このガラスの日射熱取得率は54％であった。

実施例１と同様に作製したガラスをマグネトロンＤ．Ｃ．スパッタ装置にセットし、陰極上にＴｉをセットし、プロセスガスとしてＡｒ及び酸素を用い、ガラス上にＴｉＯｘ膜を作製した。なお、ここでＴｉＯｘ膜とは、ｘ≦２であるＴｉの酸化物膜である。ＴｉＯｘ膜は可視光透過率60%となるように膜厚を制御した（このときのＴｉＯｘ膜厚は33ｎｍであった）。
このガラスの日射熱取得率は54％であった。

本発明は、建築用窓ガラスや自動車用窓ガラス等の従来用いられてきた板ガラス分野はもちろん、紫外線や赤外線の吸収特性が必要とされる電子材料分野にも利用できるものである。

Claims

紫外線及び赤外線を吸収するガラス上に、金属酸化物または金属窒化物の膜を形成することにより、該ガラスの4ｍｍ厚のＪＩＳＲ−３１０６による日射熱取得率を55%以下とすることを特徴とする熱線反射ガラス。
4ｍｍ厚のＪＩＳＲ−３１０６による可視光線透過率が60%以上であることを特徴とする、請求項１に記載の熱線反射ガラス。
金属酸化物または金属窒化物が、それぞれＴｉの酸化物または窒化物であることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱線反射ガラス。
紫外線・赤外線を吸収するガラスが、質量％表示で、
ＳｉＯ₂ 67〜75％、
Ａｌ₂Ｏ₃ 0.05〜3.0 ％、
ＣａＯ 7.0 〜11.0％、
ＭｇＯ 2.0 〜4.2 ％、
Ｎａ₂Ｏ 12.0〜16.0％、
Ｋ₂Ｏ 0.5〜3.0 ％、
ＳＯ₃ 0.05〜0.30％、
Ｆｅ₂Ｏ₃ 0.40〜0.90％、
ＣｅＯ₂ 1.0〜2.5 ％、
ＴｉＯ₂ 0.1〜1.0 ％、
ＭｎＯ 0.0010〜0.0400％、
ＣｏＯ 0.0001〜0.0009％、
Ｃｒ₂Ｏ₃ 0.0001〜0.0010％、
ＳｎＯ₂ 0〜1 ％
であり、かつ
ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂ 70〜76％、
ＣａＯ＋ＭｇＯ 10〜15％、
Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ 13〜17％
であることを特徴とする、請求項１乃至３に記載の熱線反射ガラス。