JP2002507183A - 曇りの少ない窓被覆膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 可視光の散乱をごく少なく抑えて、耐久性のあるエネルギー節約窓ガラス（５０）を製造する。典型的な構造（１００）はアルミナ、続いてフッ素添加酸化スズ（６０）、最後にケイ酸ビスマスガラス（９０）によって順次被覆されたソーダ石灰ガラス（５０）から構成されている。ケイ酸ビスマスガラス（９０）が軟化し、流動して、なめらかな表面を形成するように、構造（１００）全体を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】名称 曇りの少ない窓被覆膜発明の背景 本発明は、光の散乱又は曇りを少なくした無機被覆膜を製造することを指向し ている。さらに特定すれば、本発明は、光をより透過し且つ光の散乱が少ないエ ネルギー節約窓を製造することを指向している。 窓ガラス上に、窓を通る熱の流れを減少させる被覆膜を製造することは、当該 技術においては良く知られている。それらの「低放射率」被覆膜は窓の被覆面か らの赤外線熱線の放射を減少させる。被覆膜は銀などの金属、又はフッ素添加酸 化スズなどの半導体を含有している。金属被覆膜（「ソフトコート」）は良好な 光学的特性を有し且つほとんど曇りを示さないのであるが、摩耗、あるいは空気 又は湿気にさらされるのには耐えられない。半導体被覆膜（「ハードコート」） は機械的及び化学的にはきわめて耐久性にすぐれているが、曇りは多くなりがち である。 曇りは、被覆シートを透過したが、元の光の方向から数回偏向された光を検出 する計器により測定される。約１パーセントを越える曇り値を有する被覆ガラス は窓には不適切であると考えて良い。特殊な観察条件（明るい光、暗い背景）の 下では、１パーセント未満の曇り値しかもたない被覆ガラスであっても曇りは見 られるであろう。 被覆膜に曇りを生じさせるメカニズムの中には、被覆膜の表面又は被覆膜内部 の空隙のいずれかの凹凸がある。被覆膜の外表面の粗さは場合によっては研摩に より少なくなるが、その結果、製造過程に難しい一工程が加わることになる。ガ ラスと酸化スズの境界面の凹凸は、時により、酸化スズを形成するために使用さ れる化学前駆物質の中に含有されている塩素などの元素と組合わされるガラス中 のナトリウムからの塩結晶を生成する反応によって導入される。そのような塩結 晶は、まず、ナトリウムの拡散を抑止するシリカ又はアルミナなどの層をガラス 上に蒸着することにより回避できる。 市販のガラスの酸化スズ被覆膜の光の散乱、すなわち、曇りを減少させるため に多大な努力がなされており、現在、１パーセント以下の曇り値をもつ製品が生 産されている。しかしながら、曇り値を尚一層小さくすることが重要であると考 えられる。発明の概要 本発明の１つの目的は、被覆透明シートの粗い表面の屈折率とほぼ一致する屈 折率を有する透明ガラスの薄い層で粗い表面を被覆し且つその構造をガラス層が 流動するのに十分なほど高い温度に、十分に長い時間にわたり加熱して、なめら かな表面を形成することにより、粗い表面からの光の散乱を減少させることであ る。 本発明の別の目的は、金属又はプラスチックなどの他の物質により酸化スズ被 覆膜をこするか又は削磨したときに酸化スズ被覆膜が目に見えるほどの痕跡を形 成しようとする傾向を減少させる又は排除することである。 本発明のさらに別の目的は、被覆透明シートを通過する紫外線光の量を減少さ せることである。 広い意味では、本発明は、透明ガラスシートと、前記透明シートの少なくとも 片方の面にある低放射率の被覆膜とを具備し、前記被覆膜の外側の粗面は保護透 明ガラス層で被覆されているような透明ガラス構造である。ガラス層は低放射率 の被覆膜の上に被覆されており、なめらかな外表面を有する。このガラス層は低 放射率の被覆膜の屈折率とほぼ等しい屈折率を有し、曇りの出現を減少させる。 また、層は機械的及び化学的な抵抗を与え、構造を通過する紫外線光の透過をさ らに減少させる。 本発明は、低放射率の被覆膜の粗い面を、ビスマス及び鉛から成る元素群から 選択された金属の酸化物と、ケイ素及びホウ素から成る元素群から選択された元 素の酸化物とを組合わせたものから構成されるガラス層で被覆することを含む、 透明ガラス構造を製造する方法をも具現化する。被覆膜はガラス層を低放射率の 表面にある凹凸の中に流入させ且つ凹凸を充填させるのに十分な温度で塗布され 、また、なめらかな外表面を形成するのに十分な量である。 酸化スズ膜は、通常、１．９から２．０の屈折率を有する。従って、以上説明 した発明を実施するためには高い屈折率が必要である。また、ガラスはその下方 の酸化スズ被覆膜又はガラス基板を損傷せずに流動できるように十分に低い軟化 温度を有していなければならない。さらに、ガラスの保護膜は機械的な耐久性を 有し且つ化学的に安定していなければならない。 これら全ての必要条件に適合するガラスはいくつかあることがわかっている。 それらは、ビスマス及び鉛から成る元素群から選択された金属の酸化物と、ケイ 素及びホウ素から成る元素群から選択された元素の酸化物とを組合わせたものか ら構成される。適切な組成を選択することにより、それらのガラスに１．９から ２．０の屈折率をもたせることができる。ビスマスと鉛の含有量を増すことによ り屈折率は高くなり、一方、ケイ素とホウ素の含有量を増せば、屈折率は低くな るので、適切な屈折率をもつガラスを見出すために容易に調整を実行できる。 それらのガラス組成は透明であり且つ機械的に硬質であり、耐久性がある。そ の組成がホウ素又は鉛を高い割合いで含有していないならば、たとえば、約２５ モルパーセントを越えないならば、水や、ガラスに通常使用される洗浄剤にも化 学的耐性を有する。 それらのガラス組成は真空蒸着、スパッタリング、浸漬被覆又は化学蒸着など 、当該技術では知られている何らかの都合の良い手段によって薄い層として付着 させることができる。 それらのガラス組成のもう１つの利点は、紫外線光を強力に吸収するために、 被覆ガラス窓は建物又は自動車の内部を退色又はプラスチックの脆化等の紫外線 により誘起される損傷から遮蔽することである。図面の簡単な説明 図１は、光を散乱させる粗面を有する物体の概略横断面図である。 図２は、図１の被覆なし物体より光の散乱が少ない本発明に従って被覆した物 体の概略横断面図である。 図３は、主に表面から光を散乱させる粗い多結晶被覆膜で被覆されたガラスシ ートの概略横断面図である。 図４は、図３のシートより光の散乱が少ない、本発明に従って粗い多結晶被覆 膜及びガラス保護膜で被覆されたガラスシートの概略横断面図である。好ましい実施例の説明 図１をさらに特定して参照すると、物体２０の表面１０に入射した光は様々な 方向に反射、すなわち、散乱する。表面の粗さの度合いが顕微鏡を利用しないで は個々の構造を見てとれないほど小さい場合、そのような表面を従来はマット面 又は曇り面と表わしていた。 そのような粗面１０を同一の光学特性を有する（すなわち、同一の屈折率と吸 光率を有する）材料３０の層で被覆することにより、図２に示す構造４０が得ら れるのであるが、これは光を鏡面反射方向にのみ反射する。従来より、そのよう な構造４０を光沢面と表わし、これには曇りがない。 図３は、粗い外表面７０を有するフッ素添加酸化スズなどの多結晶材料６０で 被覆した、ガラスシート５０の概略横断面を示す。そのような物体８０は、図１ の物体２０の場合と同様に、主にその表面からの光の散乱によって曇って見える 。 図３の曇りガラス被覆膜の外表面にケイ酸ビスマスなどのなめらかなガラス層 ９０で被覆すると、図４の構造１００が得られる。ガラス層９０と多結晶被覆膜 ６０の光学定数が厳密に一致していれば、物体１００の曇りはほとんどないか又 は全くないように見える。実例１ まず、ソーダ石灰窓ガラス板を厚さ約０．０７マイクロメートルの薄いアルミ ナ層で次の手順により被覆する。すなわち、ガラスを約４５０℃に加熱し、乾燥 した空気中でアルミニウム・イソプロポキサイドの蒸気に約１０秒間さらす。ア ルミナ層は、ガラス中のナトリウムが後に蒸着される層と相互作用を起こすのを 阻止するための拡散障壁として働く。この層は、また、後続する層の干渉色をも 抑制する。 次に、アルミナ被覆層を厚さ約０．３マイクロメートルのフッ素添加酸化スズ の多結晶層で次の手順によりさらに被覆する。すなわち、ガラスを約６００℃に 加熱し、２モルパーセントの二酸化ジメチルチンと、４モルパーセントのブロモ トリフルオロメタンと、残る５８モルパーセントの空気とを含有する蒸気混合物 と約１０秒間にわたり接触させる。 この被覆ガラスは次の特性を有する。すなわち、曇りは１パーセント、室温放 射率は０．１８、電気面積抵抗率は平方当たり２０オーム、可視透過率は８２％ となっている。 最後に、アルミナと酸化スズで被覆したガラス板を厚さ約０．１マイクロメー トルのケイ酸ビスマスガラスの層で次の手順により被覆する。すなわち、ネオデ カン酸ビスマスをエタノールに溶解させて、１リットル当たり０．２モルビスマ スを含有する溶液を作る。この溶液に１リットル当たり０．２モルのジ−ｔ−ブ トキシジアセトキシシランを添加する。溶液が均質で透明な淡黄色の溶液となる まで、溶液を数分間攪拌する。この溶液にアルミナ及び酸化スズで被覆したガラ ス板を浸し、毎秒１．０ミリメートルの均一な速度で溶液から上方へ引き出す。 反応物を加水分解するために、浸漬被覆した板をほぼ室温２０℃で、相対湿度が 約５０パーセントの空気中に２４時間放置する。次に、板を約７０℃の炉の中に ３時間配置するのであるが、その後、浸漬被覆膜はさわってもねばねばとくっつ かなくなる。すなわち、被覆膜は寸法の上では安定しているが、依然としてもろ い。最後に、板を炉の中で１５分間にわたり約６００℃に加熱し、次に、ゆっく りと室温まで冷却する。そこで、ケイ酸ビスマスガラス被覆膜は、硬化すなわち 固化する。ガラスの、酸化スズとは反対の側にある望ましくないケイ酸ビスマス ガラス被覆膜を、背面をフッ化水素酸の希釈（１パーセント）の水溶液で数秒間 にわたり洗浄することにより、ガラスから除去する。 アルミナ、酸化スズ及びケイ酸ビスマスで被覆したガラス板の特性は次の通り である。すなわち、曇りは０．２パーセントまで減少し、可視透過率は８０パー セントまで減少し、紫外線透過率は１０パーセントまで減少し、放射率は０．１ ８で変わらず、また、電気面積抵抗率は平方当たり２０オームで変わらない。 この被覆板をアルミニウム金属片でこすったとき、目に見える変化は認められ ない。対照用の酸化スズ被覆ガラス片を同じ方法でこすると、酸化スズの粗面に よりすりはがされたアルミニウム金属から成る黒い痕跡が見られる。実例２ ジ−ｔ−ブトキシジアセトキシシランのモルの半分の代わりにホウ酸トリ−ｎ −ブチルを使用する点を除いて、実例１を繰り返す。その結果形成されるホウケ イ酸ビスマスガラス被覆膜は実例１に類似する結果を示す。実例３ ネオデカン酸ビスマスの代わりに２−エチルヘキサン酸鉛を使用して、実例１ を繰り返す。その結果形成されるケイ酸鉛ガラス被覆膜は実例１に類似する結果 を示す。実例４ ガラス板をアルミナで被覆し、次に、実例１と同様にフッ素添加酸化スズで被 覆する。次に、板を化学蒸着によりケイ酸ビスマスガラスで次のようにさらに被 覆する。すなわち、板を６４０℃に加熱しながら、液体スズ金属の中で浮遊させ る。板を０．３モルパーセントのトリフェニルビスマスと、０．３モルパーセン トのジクロロシランと、６０モルパーセントの酸素と、残る３９．４モルパーセ ントの窒素とを含有する蒸気混合物と接触させる。実例１に類似する特性が得ら れる。実例５ ガラス板をアルミナで被覆し、次に、実例１と同様にフッ素添加酸化スズで被 覆する。次に、板を化学蒸着によりケイ酸ビスマスガラスで次のようにさらに被 覆する。すなわち、板を６４０℃に加熱しながら、液体スズ金属の中で浮遊させ る。板を０．３モルパーセントのトリメチルビスマスと、０．３モルパーセント のシランと、３０モルパーセントの亜酸化窒素と、残る６９．４モルパーセント の窒素とを含有する蒸気混合物と接触させる。実例１に類似する特性が得られる 。実例６ ガラス板をアルミナで被覆し、次に、実例１と同様にフッ素添加酸化スズで被 覆する。次に、板を化学蒸着によりケイ酸ビスマスガラスで次のようにさらに被 覆する。すなわち、板を６４０℃に加熱しながら、液体スズ金属の中で浮遊させ る。板を０．３モルパーセントのジ−第三ブトン酸トリエチルシロキシビスマス と、２０モルパーセントの酸素と、残る７９．７モルパーセントの窒素とを含有 する蒸気混合物と接触させる。実例１に類似する特性が得られる。 実例２〜６のガラス層の平均厚さは約０．０５マイクロメートルから約０．２ マイクロメートル、たとえば、約０．１マイクロメートルである。 本発明のいくつかの実例を説明し且つ図示したが、本発明の精神又は添付の請 求の範囲の範囲から逸脱せずに様々な変更や変形を実施しうることは当業者には 明白であろう。 以上、本発明を説明したので、次に請求の範囲を示す。

【手続補正書】 【提出日】平成１１年３月２４日（１９９９．３．２４） 【補正内容】請求の範囲 １．少なくとも片方の面に粗い透明被覆膜を有する透明シートから成る構造に おいて、 前記粗い被覆膜は、それ自体、前記粗い被覆膜の屈折率とほぼ等しい屈折率を 有し、なめらかな外表面を有する透明ガラス層で被覆され、構造が前記ガラス被 覆膜をもたない構造と比較して少ない曇りと、高い耐摩耗性を示すと共に、低い 紫外線透過率を示すことを特徴とする透明シートからなる構造。 ２．少なくとも片方の面に粗い透明被覆膜を有する透明シートから構成されて おり、観察したときに曇りを示す透明ガラス構造を製造する方法において、 前記粗い被覆膜の屈折率とほぼ等しい屈折率を有するガラスの層を前記粗い透 明被覆膜の上に被覆し、そのガラス層を粗い表面に流入させてそこを充填し、な めらかな外表面を形成し、それにより、前記構造の曇りは減少し、前記構造に向 上した耐摩耗性が与えられ且つ紫外線透過率が低下することを特徴とする透明ガ ラス構造を製造する方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも片方の面に粗い透明被覆膜を有する透明シートから成る構造に おいて、 前記粗い被覆膜は、それ自体、前記粗い被覆膜の屈折率とほぼ等しい屈折率を 有し、なめらかな外表面を有する透明ガラス層で被覆され、構造が前記ガラス被 覆膜をもたない構造と比較して少ない曇りと、高い耐摩耗性を示すと共に、低い 紫外線透過率を示すことを特徴とする透明シートからなる構造。 ２．前記ガラス層は、ビスマス及び鉛から成る元素群から選択された少なくと も１つの元素の酸化物と、ケイ素及びホウ素から成る元素群から選択された少な くとも１つの元素の酸化物とから構成されている請求の範囲第１項記載の透明シ ートからなる構造。 ３．前記ガラス層はケイ酸ビスマスガラスから形成されている請求の範囲第２ 項記載の透明シートからなる構造。 ４．前記ガラス層はホウケイ酸ビスマスガラスから形成されている請求の範囲 第２項記載の透明シートからなる構造。 ５．前記ガラス層はケイ酸鉛ガラスから形成されている請求の範囲第２項記載 の透明シートからなる構造。 ６．粗い被覆膜はフッ素添加酸化スズから形成されている請求の範囲第２項、 第３項、第４項又は第５項記載の透明シートからなる構造。 ７．透明シートはソーダ石灰ガラスから形成されている請求の範囲第２項、第 ３項、第４項、第５項又は第６項記載の透明シートからなる構造。 ８．少なくとも片方の面に粗い透明被覆膜を有する透明シートから構成されて おり、観察したときに曇りを示す透明ガラス構造を製造する方法において、 前記粗い被覆膜の屈折率とほぼ等しい屈折率を有するガラスの層を前記粗い透 明被覆膜の上に被覆し、そのガラス層を粗い表面に流入させてそこを充填し、な めらかな外表面を形成し、それにより、前記構造の曇りは減少し、前記構造に向 上した耐摩耗性が与えられ且つ紫外線透過率が低下することを特徴とする透明ガ ラス構造を製造する方法。 ９．前記ガラス層はビスマス及び鉛から成る元素群から選択された少なくとも １つの元素の酸化物と、ケイ素及びホウ素から成る元素群から選択された少なく とも１つの元素の酸化物とから構成されている請求の範囲第８項記載の透明ガラ ス構造を製造する方法。 １０．前記ガラス層はケイ酸ビスマスガラスから形成されている請求の範囲第 ９項記載の透明ガラス構造を製造する方法。 １１．前記ガラス層はホウケイ酸ビスマスガラスから形成されている請求の範 囲第９項記載の透明ガラス構造を製造する方法。 １２．前記ガラス層はケイ酸鉛ガラスから形成されている請求の範囲第９項記 載の透明ガラス構造を製造する方法。 １３．粗い被覆膜はフッ素添加酸化スズから形成されている請求の範囲第９項 、第１０項、第１１項又は第１２項記載の透明ガラス構造を製造する方法。 １４．透明シートはソーダ石灰ガラスから形成されている請求の範囲第９項、 第１０項、第１１項、第１２項又は第１３項記載の透明ガラス構造を製造する方 法。 １５．ガラス層に寸法の安定性を与えるために前記層を第１の低い温度に加熱 し、 ガラス層を硬化させるために前記層を第２の高い層に加熱する請求の範囲第８ 項記載の透明ガラス構造を製造する方法。