JP2878173B2 - スパッタ被覆ガラス製品及びその断熱ガラス・ユニット - Google Patents

スパッタ被覆ガラス製品及びその断熱ガラス・ユニット

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低い放射率(emiss
ivity)値を有する被膜ガラス製品に関する。特に、本発
明は、これらの被膜ガラス製品から作製された断熱ガラ
ス・ユニット（例えば、ドアや窓）に関する。
【０００２】
【従来の技術】建築用窓において太陽光制御特性を実現
するためにスパッタ被覆されるガラス多層系の重要性に
ついては、現在、商品的に十分に確立されている。さら
に、断熱ガラス(insulating glass)・ユニット（当該技
術分野で「ＩＧユニット」として知られている）におい
てこのような多層系を用いることの重要性も同様に十分
に確立されている。後者の利用例としては、少なくとも
２枚の窓ガラスの周縁を密封することによりこれらの間
隙に断熱室を形成して作製された２重及び３重のガラス
による窓及びドアがある。これに関連して、このような
断熱室は、しばしばアルゴン等の空気以外の気体で充填
される。
【０００３】市場においてこのようなＩＧユニットが受
け入れられるには、採用されるスパッタ被覆多層系に直
接的に関係する次の特性が重要である。 １）許容レベルの赤外光反射率と関連付けられる所望の
量の可視光透過率 ２）鏡状でない外観 ３）中間色であるか又は不快でない色の陰影の許容範囲
内にあるような色の外観 ４）しばしば「化学的耐久性」と称される耐候性又は他
の耐化学的衝撃性 ５）取り扱い時における、特に、少なくとも１枚が上述
の多層系を予めスパッタ被覆されている２枚以上のガラ
スからＩＧユニットの窓やドアを作製するために必要な
様々な段階における耐磨耗性（しばしば「機械的耐性」
と称される）
【０００４】これらの物理的特性に加えて、使用される
被覆システムによる作製が、経済的でなければならな
い。もしそうでなければ、例えばＩＧユニットのような
最終的製品が、非常に高価となるためにその販売に支障
が生じる可能性がある。
【０００５】これらの所望される特性は、これらを得よ
うとする場合にしばしば互いに競合し合う特性であるた
めに、互いに譲歩させる必要があることは技術的に知ら
れている。例えば、許容レベルの透過率もしくはＩＲ
（赤外線）反射率を実現することは、耐久性（化学的、
機械的、又はその両方）を犠牲にしなければならない場
合がある。他の不利益としては、望ましくない色となっ
たり鏡状の窓（又はドア）となったりすることが避けら
れなくなる。更なる不利益としては、製造コストが重要
な要因となる。このような問題点から、これらの特性同
士の間のさらに良好なバランスを実現することができる
新規のスパッタ被覆多層系が要望されている。
【０００６】米国特許第５３４４７１８号では、様々な
優れたスパッタ被覆多層系が開示されている。これら
は、許容し得る低い放射率（Ｅ）の値を実現しており、
よって「低Ｅ」系のグループ（すなわち、後述の高ＩＲ
反射率被膜のグループ）として適切に分類されている。
さらに、このような被覆多層系は、グループとして、一
般的に熱分解被膜のそれに近い又は同等の耐久性を呈す
るので、極めて望ましいことである。またさらに、これ
らの被覆多層系は、特にこれらの好適例において、高い
可視光透過率を呈する。同時にこれらはまた、適正な中
間色を呈する。すなわち、青色のやや緑色側に近い領域
にあるが、実現される反射率のレベルにより適性に補わ
れるので、実質的に中間的に見える。さらに、これらの
可視光反射率特性は、２０％以下であるので、例えば窓
やドアとして使用する際に内側から見ても外側から見て
も、望ましくない鏡状の外観とはならない。
【０００７】米国特許第５３４４７１８号に開示された
多層系のグループは、１又は複数のＩＲ反射金属銀をそ
の間に挟むための、Ｓｉ3Ｎ4及びニッケル又はニクロム
による選択された順序における様々な多層を利用してい
る。これによって、所望する目的の特性が得られてい
る。当該特許の開示全体を、その従来技術の記載を含め
てここに参照する。
【０００８】一般的に云うならば、この従来技術（’７
１８特許）は、５層以上からなる多層系を用いることに
よりその独自の結果を得たものである。この多層系は、
ガラスから外側へ向かって次のように構成されている。 ａ）Ｓｉ3Ｎ4の下被覆層 ｂ）ニッケル(Ｎｉ)又はニクロム(Ｎｉ:Ｃｒ)の層 ｃ）銀(Ａｇ)の層 ｄ）ニッケル又はニクロムの層 ｅ）Ｓｉ3Ｎ4の上被覆層
【０００９】この多層系は、本質的にこれら５層からな
り、一般的に次の厚さが採用される。 層 厚さ(オンク゛ストローム) ａ）Ｓｉ3Ｎ4 約４００〜４２５ ｂ）Ｎｉ又はＮｉ:Ｃｒ 約７又はこれ未満 ｃ）Ａｇ 約９５〜１０５ ｄ）Ｎｉ又はＮｉ:Ｃｒ 約７又はこれ未満 ｅ）Ｓｉ3Ｎ4 約５２５〜５７５ この先行する特許（’７１８特許）において、例えば２
層の銀層を設ける等、５層以上の層を設ける際は、通常
ガラスから外側へ向かって次の多層系、ガラス/Ｓｉ3Ｎ
4/Ｎｉ:Ｃｒ/Ａｇ/Ｎｉ:Ｃｒ/Ａｇ/Ｎｉ:Ｃｒ/Ｓｉ3Ｎ4
を有し、そして銀層の全体の厚さ（例えば９５〜１０５
オンク゛ストローム）は、同じままであり、銀の各層自体は約５
０オンク゛ストロームである。
【００１０】この先行する’７１８特許に開示されたシ
ステムは、当時の従来技術によるシステム、特に当該特
許の「背景(BACKGROUND)」で論じられたシステムを格段
に改善するものであった。それにも拘わらず、「放射
率」特性については改善の余地が残された。例えば、’
７１８特許のシステムにおいては、通常放射率（Ｅn）
が一般的に約０．１２以下であり、一方、半球放射率
（Ｅh）は一般的に約０．１６未満であった。しかしな
がら、実際に、その現実的に得られる下限は、一般的に
Ｅnについては約０．０９であり、Ｅhについては約０．
１２であった。これに関連して、実現可能な面積抵抗率
（sheet resistance:Ｒs）は、一般に約９〜１０オーム
／sq.であった。
【００１１】より良好なＩＲ反射（すなわち、低い
「Ｅ」の値）の実現を妨げる要因は、より高いＩＲ反射
を得るために銀の厚さを増した場合に、次の４つの好ま
しくない影響のうち少なくとも１又は複数のものが発生
するためと一般的に考えられている。 （１）耐久性の低下が生じる。 （２）最終製品の反射率が高過ぎるものとなり、鏡状と
なる。 （３）色が、許容できない濃い紫色又は赤若しくは青の
外観に近くなる。 （４）可視光透過率が、許容できないほどに低くなる。
【００１２】耐久性は、機械的にも化学的にも、建築用
ガラスにおいて実現されるべき重要な要素である。この
ことは、一枚板として使用する場合であっても、又は例
えば、ＩＧユニットとして使用する場合であっても云え
ることである。前述の通り、ＩＧユニットの処理、組立
て、及び密封においては、機械的耐久性に大きく依存す
る一方で、ガラス板の間に断熱室を形成するべくガラス
板の周縁を密封する必要性があるため、必然的に被膜に
接触する密封剤の特性に基本的に耐え得る化学的耐久性
も要求される。審美的見地から、鏡状及び紫色の特性
は、これらの特性を呈するいずれの製品においても市場
性を損なう可能性がある。可視光透過率の低下は好まし
くはないが、一枚板については約７０％以下に、そして
ＩＧユニットについては約６３％以下に低下するまで
は、実際的に不利な要因とはならない。しかしながら、
所与の適用においては、特に低い遮光(shading)係数
（すなわち約０．６未満）が望ましい場合、放射率が適
正に低くさえあれば透過率が実際には高過ぎてもよい。
一般的に云えば、遮光性が望ましい場合（すなわち、空
調のコストを下げるため）、一枚板の可視光透過率を７
５％以下に、好適には７３％以下に維持するべきであ
り、そして通常のＩＧユニットの可視光透過率は、約６
５〜６８％に維持するべきである。
【００１３】上記の一般常識の一部に関しては、米国特
許第５３０２４４９号に開示のさらに複雑な多層系、及
びこれに相当するCardinal IG Companyより販売のCardi
nal171と知られるＩＧユニットの形態での商品を参照さ
れたい。当該特許に示唆されるこの多層系は、所定の太
陽光制御特性を得るべく積層中の材料の厚さと種類とを
変化させ、さらに、耐磨耗性を得るべく亜鉛錫酸塩を含
む亜鉛、錫、インジウム、ビスマスの酸化物又はこれら
の合金の酸化物による上被覆層を用いている。さらに、
その目的の特性を得るべく１又は２の金、銅、又は銀の
層を用いている。銀の２つの層が用いられる場合、第１
の層は１００〜１５０オンク゛ストロームの間、好適には１２５オ
ンク゛ストロームの厚さであり、一方第１の層の上に位置する第
２の層は、１２５〜１７５オンク゛ストロームの厚さである。１
つの銀層のみを用いる場合は、その厚さを約１００〜１
７５オンク゛ストロームとし、好適には１４０オンク゛ストロームとするべ
きであるとされている。当該特許には、積層の配列の中
にニッケル又はニクロムの使用は開示されておらず、窒
化珪素の使用も開示されていない。
【００１４】実際の商品としては、許容範囲の色特性及
び相対的に良好な非鏡状可視光反射特性（後に、比較の
ために一例を報告する）を含めて十分に許容できる太陽
光制御特性を備えるものとして前述のCardinal社のＩＧ
ユニットが提供されている。しかしながら、他の点では
完全に許容できるこの多層系には、化学的耐久性の点で
欠点が見出されている。つまり、本明細書で定義するよ
うに、所定の煮沸試験に不合格であるために化学的耐久
性に欠けるとされている。この点についての正確な理由
は明らかではないが、単純な結論として、従来技術の示
すように、他の特性の所望するレベルを実現するために
は少なくとも１つの所望する特性における犠牲が必要で
あることが云える。さらに、積層及びこれに用いられる
要素の性質に起因して、所望の結果を得るべく要求され
る層の数及び厚さに厳密に従って作製すると、この多層
系は極めて高価となる。
【００１５】前述の’７１８特許の「背景(BACKGROUN
D)」の記載では、更なる従来技術による建築用ガラス多
層系が開示されている。これは、商品ではSuper-E III
として知られており、Airco Corporationの製品であ
る。この多層系は、ガラスから外側へ向かって次の積層
構成からなる。 Ｓｉ3Ｎ4/Ｎｉ:Ｃｒ/Ａｇ/Ｎｉ:Ｃｒ/Ｓｉ3Ｎ4 実際には、このSuper-E III多層系においては、Ｎｉ:Ｃ
ｒ合金が、重量でＮｉ/Ｃｒの割合が各々８０/２０（す
なわち、ニクロム）であり、２つのニクロム層が７オンク゛
ストロームの厚さと報告され、銀層がわずか約７０オンク゛ストローム
（ただし、銀層は約１００オンク゛ストロームであると記載され
ている）であり、そしてＳｉ3Ｎ4層が相対的に厚い（例
えば、下被覆層が３２０オンク゛ストローム、上被覆層が４５０オ
ンク゛ストローム）ことが明らかとなっている。実際には、その
厚さ（すなわち、約７０オンク゛ストローム）のために、銀(Ａ
ｇ)層は、事実上、本質的にかなり半連続的となってし
まうことが判明している。
【００１６】この被膜は、良好な「耐久性」を実現し
（すなわち、被膜が耐引っ掻き性、耐摩擦性、及び化学
的安定性を有する）かつ熱分解被膜に匹敵する重要な特
性の計測結果が得られるが、約３mm厚のガラスについ
て、Ｅhが約０．２０〜０．２２、そしてＥnが約０．１
４〜０．１７にすぎない。これらの双方の放射率値は、
かなり高いものである。さらに、計測される面積抵抗率
（Ｒs）が、比較的高い１５．８オーム／sq.（許容値
は、約１０．５又はそれ未満である）である。従って、
機械的耐久性及び化学的耐久性の双方が完全に許容可能
であり、その一枚板の可視光透過率がかなり高い７６±
１％を示し、さらにこれらの被膜がＩＧユニットに用い
られる汎用的密封剤に適合することが判明したにも拘わ
らず、赤外光の処理性能については所望の範囲より低い
ものであった。さらに、一枚板の可視光透過率が７６±
１％とかなり高いために、この多層系は低い遮光特性が
要求される場合には望ましくないものであった。
【００１７】Airco Corporationは、Super-E IIIに続い
てSuper-E IVと称される系を提供した。この多層系は、
ガラスから外側へ向かって次の積層構成からなる。
【００１８】この多層系は、性能の点では、可視光透過
率がさらに高く（例えば、８０％以上）、放射率がさら
に低く（例えば、約０．１０未満）、及び遮光係数が極
めて高い（例えば、約０．８０）こと以外はSuper-E II
Iに非常に類似している。さらに、ＴｉＯ2を下被覆層と
して用いることにより、この多層系の作製は高価なもの
となる。
【００１９】このSuper-E III多層系の他に、銀及び／
又はＮｉ:Ｃｒを赤外線反射及び他の光制御を目的とす
る層として含む他の被膜が、特許及び科学技術文献に報
告されている。例えば、ファブリペロー・フィルタ及び
他の先行技術による被膜及びその技術については、米国
特許第３６８２５２８号及び第４７９９７４５号（及び
これらの特許に記述された先行技術）に開示がある。さ
らに、多くの特許において作製された誘電体と金属との
積層があり、そのごく一部の例として、米国特許第４１
７９１８１号、第３６９８９４６号、３９７８２７３
号、第３９０１９９７号、及び第３８８９０２６号等が
ある。このような他の被膜は周知であるか又は報告され
ているが、本発明より以前には、生産性の高いスパッタ
被覆プロセスを用いると同時に熱分解被膜に近いかもし
くは同等の耐久性を有しかつ優れた太陽光制御特性をも
備える建築用ガラスを得ることを示唆したり又は実現し
たりしたものはないと信ずる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】簡略すれば、上述の先
行技術は、’７１８特許に記載の多層系のグループ等の
多層系における銀層を、Ｓｉ3Ｎ4の厚さを適宜調整する
と共に実質的に厚くすることによって完全な所望する特
性が実現されるのであるという適正な示唆を与えるもの
ではない。所望の特性とは、特に、（１）許容できる非
紫又は非赤／青色であること、（２）内側及び外側の双
方において非鏡状の外観、（３）適性に高い透過率値、
（４）良好な機械的耐久性、（５）極めて低い放射率値
を組み合わせた特性を意味する。
【００２１】上記の見地から、認知された優先事項、上
述の一般的な被膜ガラス板の特性、及び特に経済的製法
によるＩＧユニットを大きく犠牲とするのではなくむし
ろ最適化するようなスパッタ被覆による多層系が要望さ
れていることは明らかである。本発明の目的は、この要
望及び他の技術的要望を、以降に開示するごとく解決す
ることである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の技術的
常識に全く反する手法により上記の目的を達成するもの
であり、またこの手法を実行することにより独自の予想
外の結果を実現するものである。これに関して本発明
は、独自の被膜ガラス製品と、その製品の一種としてこ
の多層系の特徴を用いたことによる独自のＩＧユニット
とを提供する。
【００２３】これに関して本発明は、一般的には、ガラ
ス基板から外側へ向かって次のようにスパッタ被覆され
た多層系を有するガラス製品を提供することにより前述
の要望を満足する。 ａ）約４５０〜６００オンク゛ストロームの厚さのＳｉ3Ｎ4の層 ｂ）約７オンク゛ストローム又はこれ未満の厚さのニッケル又は
ニクロムの層 ｃ）約１１５〜１９０オンク゛ストロームの厚さの銀の層 ｄ）約７オンク゛ストローム又はこれ未満の厚さのニッケル又は
ニクロムの層 ｅ）約５８０〜８００オンク゛ストロームの厚さのＳｉ3Ｎ4の層
【００２４】ガラス基板が約２〜６mmの厚さであると
き、被膜ガラス基板は、少なくとも約７０％の可視光透
過率と、約０．０７未満の通常放射率（Ｅn）、約０．
０７５未満の半球放射率（Ｅh）、約５．５オーム／sq.
の面積抵抗率（Ｒs）を有し、そして次のような反射率
及び色座標(color coordinate)を有する。すなわちガラ
ス側の特性としては、ＲGＹが、約１２〜１９、ａhが、
約−３〜＋３、ｂhが、約−５〜−２０であり、そして
膜側の特性としては、ＲFＹが、約８〜１２、ａhが、約
０〜６、ｂhが、約−５〜−３０である。ここで、ＲＹ
は反射率を示し、ａh及びｂhは、Hunter装置, Ill. C,
10°観測器で測定された色座標を示す。
【００２５】本発明の所与の実施例においては、１枚の
ガラス板が、その両面の一方の面上に上述の多層系を設
けられている。そしてこの１枚のガラス板を少なくとも
１枚の他のガラス板と共に用いることにより、各々のガ
ラス板を実質的に互いに平行としながら、互いの間に空
間を設けかつこれらの周縁を密封することによって、こ
れらの間に断熱室を形成する。このようにして、窓、ド
ア又は壁として有用な断熱ガラス・ユニットを形成す
る。多層系は、図２中の表面２４上に配置され、これに
よって反射率及び色座標の特性は、外側からみた場合
に、ＲGＹが、約１６〜１８、ａ*が、約−３〜＋３、ｂ
*が、約０〜−１５となり、内側から見た場合に、ＲFＹ
が、約１４〜１６、ａ*が、約０〜＋５、ｂ*が、約０〜
−２０となる。そして可視光透過率は、少なくとも約６
３％、好適には約６５〜６８％である。この被覆多層系
が図２中の表面２６上に配置される場合は、反射率及び
色座標については上記の内外が逆転するが、透過率につ
いては同じである。
【００２６】本明細書中、「外側」という用語は、被膜
ガラス・ユニット（すなわち、ＩＧユニット）を使用し
た家屋の外部から観察者が観察した場合を意味する。ま
た、「内側」という用語は、「外側」の反対すなわち当
該ガラス・ユニットが使用された家屋の内部から（例え
ば、住宅や社屋の「外側」に面した部屋の中から）観察
者が観察した場合を意味する。以降、本発明を、添付の
図面を参照して所与の実施例に関して説明する。
【００２７】
【発明の実施の形態】ガラス被覆技術において一般的に
用いられる所与の用語、特に、建築分野において用いら
れる被膜ガラスの性質及び太陽光制御特性を定義する用
語を用いる。このような用語は、これらの周知の意味に
従って用いられる。例えば、次のようなものがある。
【００２８】可視波長の光の「反射率」の強度は、その
パーセント(％)により規定され、ＲxＹと表される。
「x」は、ガラス側については「G」とし、膜側について
は「F」とする。「ガラス側」（すなわち「G」）とは、
被膜が存在する側とは反対側のガラス基板の側から視た
場合を意味し、一方「膜側」（すなわち「F」）とは、
被膜が存在する側のガラス基板の側から視た場合を意味
する。別の表記として、「Ｒvis.outside」又は「Ｒvi
s.inside」を用いる場合は、「G」と「outside」とが同
じであり、「F」と「inside」とが同じである。
【００２９】色特性は、「ａ」及び「ｂ」の座標につい
て測定される。本明細書中でこれらの座標については、
ASTM E 308-85(Annual Book of ASTM Standards, Vol.
06.01 「Standard Method for Computing the Colors o
f Objects by Using the CIESystem」)によるHunter法
（すなわちその装置）Ill. C, 10°観測器を汎用的に用
いたことを添字「h」で示す。別の場合、同じくASTM E
308-85に記載の別の汎用的標準すなわちIll. C, 2°観
測器を用いたことをアスタリスク「*」で示す。
【００３０】「放射率」及び「透過率」の用語について
は、技術的に周知であり、本明細書中でも周知の意味で
用いる。従って、例えば、本明細書中での「透過率」と
いう用語は太陽光透過率を意味しており、これは、可視
光透過率、赤外エネルギー透過率、及び紫外光透過率か
らなる。そして全太陽光エネルギー透過率は、通常、こ
れらの別の値の重み付平均として評価される。これらの
透過率に関して、本明細書中で記載するように可視光透
過率は、３８０〜７２０ｎｍで標準的照度(Illuminant)
Ｃ技術により評価される。それぞれ、赤外光は８００〜
２１００ｎｍ、紫外光は３００〜４００ｎｍ、及び全太
陽光は３００〜２１００ｎｍで評価される。しかしなが
ら放射率については、後述の通り、特定の赤外光範囲
（すなわち２５００〜４００００ｎｍ）が用いられる。
【００３１】可視光透過率は、周知の汎用的技術により
計測可能である。例えば、Beckman5240(Beckman Sci. I
nst. Corp.)等の分光器を用いることにより、透過率の
スペクトル曲線が得られる。その後、前述のASTM E-308
「Method for Computing theColors of Objects by Usi
ng the CIE System」(Annual Book of ASTM Standards
Vol. 14.02)を用いて可視光透過率が計算される。望ま
しい場合は、所定のものよりも小さい数の波長点を用い
てもよい。可視光を測定する別の技術としては、Pacifi
c Scientific Corporationにより製造され市販されてい
るSpectragard分光器等の分光器を用いることができ
る。この装置は、可視透過率を直接測定して表示する。
本明細書で報告され計測された可視光透過率は、Ill.
C., 10°観測器、すなわちHunter法によるものである。
【００３２】「放射率（Ｅ）」は、所与の波長の光の吸
収及び反射の双方の測度すなわち特性である。これは、
通常、次の式で表される。 Ｅ＝１−反射率film
【００３３】建築用としては、赤外線スペクトルのいわ
ゆる「中間赤外領域」、ときには「遠赤外領域」とも称
される領域、すなわち約２５００〜４００００ｎｍにお
ける放射率値が極めて重要となる。この領域は、例え
ば、後述するLawrence BerkleylaboratoriesによりWIND
OW4.1プログラム、LBL-35298(1994)で指定されている。
本明細書で用いられる「放射率」という用語は、放射強
度を計算するべく赤外光エネルギーを測定するために19
91 Proposed ASTM Standard（1991年ASTM標準）により
指定されたこの赤外領域で測定された放射率値を指すた
めに用いられる。この標準は、Primary Glass Manufact
urers' Councilにより提示され、「TestMethod for Mea
suring and Calculating Emittance of Architectural
Flat Glass Products Using Radiometric Measurements
(放射測定を用いた建築用平板ガラス製品の放射強度の
測定及び計算のための試験方法)」と題されている。こ
の標準及びその規定をここに参照する。この標準では、
放射率が半球放射率（Ｅh）及び通常放射率（Ｅn）とし
て報告されている。
【００３４】このような放射率値の測定に関するデータ
の実際的な蓄積は、汎用的なものであり、例えば、「Ｖ
Ｗ」アタッチメントを備えたBeckman Model 4260分光器
(Beckman Scientific Inst. Corp.)を用いて実行でき
る。この分光器は、波長に対する反射率を測定し、その
結果から、前述の1991 Proposed ASTM Standardを用い
て放射率が計算される。
【００３５】本明細書で用いられる他の用語は、「面積
抵抗率」である。面積抵抗率（Ｒs）は、周知の用語で
あり、本明細書中でもその周知の意味で用いられる。一
般的にこの用語は、ガラス基板上の多層系の任意の面積
についての、多層系を通して流れる電流に対する抵抗を
オームで表したものを意味する。面積抵抗率は、その層
がいかによく赤外光エネルギーを反射しているかを示す
ものであり、従って、しばしば放射率と共にこの特性の
測度として用いられるので、多くの建築用ガラスにおい
て重要である。「面積抵抗率」は、例えば、Magnetron
Instruments Corp.のヘッドを備えたSignatone Corp.
(カリフォルニア州サンタクララ)製造のディスペンサブ
ル４点探針抵抗計Model M-800等の４点探針抵抗計を用
いて簡便に測定される。
【００３６】「化学的耐久性」は、本明細書中では、
「化学的耐性」又は「化学的安定性」という用語、従来
技術的に用いられてきた用語と同義的に用いられる。化
学的耐久性は、２インチ×５インチの被膜ガラス基板の試料片
を５００ccの５％ＨＣｌの中で１時間煮沸（すなわち、
約２２０°Ｆ）することにより判断される。この１時間
の煮沸の後、試料の多層系に直径約０．００３インチより
も大きいピンホールが見られない場合は、この試料はこ
の検査に合格したと見なされる（そして、多層系は「化
学的耐久性」を有すると見なされる）。
【００３７】「機械的耐久性」は、本明細書中では、２
つの検査のいずれかにより決定される。第１の検査で
は、Pacific Scientific磨耗試験機(又は同等のもの)が
６インチ×１７インチの試料に対して用いられ、２インチ×４インチ
×１インチのナイロン製ブラシが、１５０ク゛ラムの荷重によ
り５００サイクルで多層系上を周期的に通過する。一方、第
２の検査では、汎用的なTaber磨耗試験機(又は同等のも
の)が４インチ×４インチの試料に対して用いられ、各々５０
０ク゛ラムの荷重の２つのC.S. 10F磨耗ホイールが３００回
転する。いずれの検査においても、可視光下において肉
眼で見たとき、実質的に認知されるような掻き傷が見ら
れなければ合格とされ、そしてこの試料片は機械的に耐
久性があると見なされる。
【００３８】報告される多層系内の種々の層の厚さは、
測定されたものであり、従って本明細書中での「厚さ」
という用語は、周知の光学曲線を用いて、又は汎用的な
ニードル・エリプソメータを用いることにより決定され
る厚さを意味する。このような手法及び技術は、当業者
には周知のものであるので更なる説明を要しないが、本
明細書で報告されかつ用いられる厚さは、オング スト
ローム単位で報告される光学的に決定された厚さである
ことを注記する。
【００３９】図１を参照すると、本発明の典型的な実施
例の部分断面図が示されている。図示の通り、建築分野
で汎用的に用いられる通常のガラス基板１が用いられて
いる。このようなガラスは、好適には、汎用的な「フロ
ート(float)」工程により作成されるので、「フロート
・ガラス」と称される。その通常の厚さは、約２〜６mm
である。ガラスの組成は重要ではなく、広い範囲にわた
って様々である。通常、用いられるガラスは、ガラス技
術分野において周知のガラスであるソーダライムシリカ
のグループの１つである。
【００４０】ガラス基板１上に層３、層４ａ、層５、層
４ｂ、及び層７を形成するために用いられる工程及び装
置は、Airco, Inc.により製造されているような汎用的
なマルチチャンバ（マルチターゲット）型スパッタ被覆
システムである。この点に関して、本明細書で用いられ
る好適なスパッタ被覆工程は、米国特許第５３４４７１
８号に開示された工程と同じものであり、ここにその開
示を参照する。これに関連して、層３及び層７は、本質
的にＳｉ3Ｎ4からなる層であっておそらくはその中にＳ
ｉと共にスパッタリングされ、そして共にターゲットに
用いられる少量のドーパント及び／又は他のターゲット
材料を含む。これは、例えば、システム内の陽極を導電
性に保持するためである。このような概念は、同時係属
中の米国特許出願第０８／１０２５８５号（１９９３年
８月１５日出願）であり米国特許第５４０３４５８号に
開示されている。このようなターゲット・ドーパント及
び／又は導電性材料の選択は、通常、これらの目的を達
成する一方で多層系のＳｉ3Ｎ4の目的を悪影響を与えな
いように最小限に維持される。
【００４１】下被覆層３の厚さは、約４５０〜６００オン
ク゛ストロームである。この厚さは、本発明の目的を達成する
ために重要であることが判明した。これは、事実、前述
の米国特許第５３４４７１８号の多層系とは相違する重
要な部分である。好適には、層３の厚さは、約４７５オン
ク゛ストロームである。米国特許第５３４４７１８号との更な
る重要な相違は、上被覆層７の厚さであり、これは少な
くとも約５８０オンク゛ストローム（すなわち、約５８０〜８０
０オンク゛ストローム）である。好適には、この厚さは、約５８
０〜５８５オンク゛ストロームである。このような厚さは、本発
明の目的を達成するために重要であることが判明した。
【００４２】層４ａ及び層４ｂは、銀層５を挟み込んで
いる中間層である。これらの層４ａ及び４ｂは、本質的
に金属ニッケル又は金属ニクロム（例えば、Ｎｉ:Ｃｒ
が重量比で８０:２０）からなる。ニクロムが用いられ
る場合、少なくともクロムの部分がスパッタリング工程
中に窒化物へ変換されることが好ましい。これは、前述
の米国特許第５３４４７１８号にその理由と共に記載さ
れている。これら２つの中間層に用いられる厚さは、好
適には前述の’７１８特許のものと同じ、すなわち約７
オンク゛ストローム以下であり好適には約６オンク゛ストローム以下であ
る。
【００４３】層５は、金属銀の層であり、その厚さは、
前述の’７１８特許のものとも、またAirco Super-E II
I系のものとも大きく異なる。この大きな相違によっ
て、本発明の多層系固有の結果が得られる。
【００４４】’７１８特許又はAirco Super-E III製品
における全銀層の厚さに対して、本発明による銀層５の
厚さは約１１５〜１９０オンク゛ストロームである（比較する
と、’７１８特許では約９０〜１０５オンク゛ストロームであ
り、Super-E IIIでは１００オンク゛ストローム以下、例えば約７
０オンク゛ストロームである）。好適には、層５は約１１５〜１
５５オンク゛ストロームの厚さであり、最適例としては約１５０オ
ンク゛ストロームの厚さである。ここで再度、この独自の銀層の
厚さが本発明の目的を達成するために重要であることを
注記する。
【００４５】図１により説明した本発明の多層系は、太
陽光制御特性の独自の組合せを実現するものであり、特
に、図２に概略的に示すように被膜ガラスがＩＧユニッ
トで用いられる場合に適している（後に詳述する）。一
般的に云えば、ガラス基板が約２〜６mm厚である場合、
１枚板の被膜ガラス板（もちろん、クリアガラスを用い
ている）は、少なくとも約７０％の、さらに好適には約
７１〜７３％の可視光透過率を有する。後者の好適例の
範囲の場合、優れた可視性が得られるが、本発明の多層
系の特徴を有するならば、さらに優れた遮光性も実現す
る。加えて、この被膜ガラス板は、約０．０７未満のそ
して好適には約０．０５〜０．０６の通常放射率（Ｅ
n）と、約０．０７５未満のそして好適には約０．０６
５〜０．０７の半球放射率（Ｅh）と、約５．５オーム
／sq.未満のそして好適には約４．０〜５．０オーム／s
q.の面積抵抗率（Ｒs）とを有する。さらにまた、この
ような一枚板の被膜ガラス板は、次のような反射率及び
色座標を有する。 通常の範囲 好適範囲 最適値 ＲGＹ 約１２〜１９ 約１４〜１５ １４．５ ａh 約−３〜＋３ 約１．５〜２．０ ＋１．７ ｂh 約−５〜−２０ 約−１４〜−１４．５ −１４．１ ＲFＹ 約８〜１２ 約１０〜１１ １０．２ ａh 約０〜＋６ 約４．５〜５．５ ５．１ ｂh 約−５〜−３０ 約−２４〜−２５ −２４．９
【００４６】前述の通り、図２は、いくらか概略的に、
本発明による典型的なＩＧユニットを示したものであ
る。ＩＧユニットの「内側」と、ＩＧユニットの「外
側」とを区別するために、太陽９が概略的に示されてい
る。図示のように、このようなＩＧユニットは、「外
側」ガラス板１１と「内側」ガラス板１３とから構成さ
れる。これら２枚のガラス板（例えば、２〜６mm厚）
は、汎用的な密封剤１５及び乾燥剤ストリップ１７によ
りその周縁を密封される。２枚のガラス板は、汎用的な
窓やドアの支持枠１９（部分的概略的に示されている）
により保持される。複数のガラス板の周縁を密封してそ
の断熱室２０をアルゴン等の気体で置換することによっ
て、典型的な高断熱値のＩＧユニットが形成される。こ
れに関して、通常、断熱室２０は約１／２インチの幅であ
る。
【００４７】図示の外側のガラス板１１の断熱室２０内
にある壁２４上の多層系又は内側のガラス板１３の断熱
室２０内にある壁２６上の多層系として、前述の層３、
層４ａ、層４ｂ、層５、及び層７を用いることにより、
極めて特徴的な非鏡状、非紫色もしくは非赤／青色のＩ
Ｇユニットが形成される。これに関して、もちろん図２
は、本発明による独自の多層系を用いたＩＧユニットの
一実施例を示したにすぎないことを理解されたい。実
際、本発明による多層系は、２枚以上のガラス板からな
るものを含めて多岐にわたるＩＧユニットに広く利用す
ることができる。しかしながら、一般的に本発明による
ＩＧユニットは、ＩＧユニットの断熱室内のいずれかの
ガラス板の壁上に本発明による多層系が配置された場合
に、通常、次の範囲の特性を有することになる。
【００４８】
【表１】 上記の表１中、アスタリスク(*)は、前述のIll. C. 2°
観測器ASTM法による測定であることを示す。添え字「Wi
nter」は冬をそして「Summer」は夏を示す。以下に示す
他の表においても同様とする。
【００４９】上記の特性に加えて、所与の好適例におい
て、この多層系がアルゴンで充填された１／２インチ幅の
断熱室を具備するＩＧユニットにおいて用いられる場合
は、次の表２に示す性能特性が得られる。尚、これらの
特性は、（１）可視光及び太陽光透過率及び（２）膜側
及びガラス側の太陽光反射のデータ入力のためにHitach
分光器を用い、そして（３）放射強度を測定するために
Beckman赤外分光器を用いて、さらにLawrence Berkley
Laboratories(カリフォルニア州)による「WINDOW 4.1」
として知られるソフトウェア・プログラムにより計算さ
れる。プログラムWINDOW 4.1(1988-1994)は、カリフォ
ルニア大学の評議員の著作権に帰するプログラムであり
「Fenestration Production Thermal Analysis Program
(窓割り製作熱解析プログラム)」と題される。
【００５０】
【表２】
【００５１】この実施例では、一枚板のガラス板が、化
学的耐久性を判断するべく煮沸検査を課されると共に、
機械的耐久性を判断するべく前述のPacific Scientific
磨耗検査機にも充てられた。双方の検査とも合格した。
【００５２】この実施例では、多層系を形成するため
に、Airco ILS-1600研究用被覆装置が用いられた。この
被覆装置は、５％のアルミニウムをドーパントとするシ
リコンからなる第１の陰極、銀からなる第２の陰極、及
び重量比８０／２０のＮｉ:Ｃｒすなわちニクロムから
なる第３の陰極の３個の陰極を具備する。多層系は、図
１に示したものであり、次の通りである。 アスタリスク(*)は、この層に約５％量の微量のアルミ
ニウムのドーパントが見出されることを示す。
【００５３】用いられた一枚板のガラス板は、厚さ０．
０８７インチのクリアなソーダライムシリカ・フロート・
ガラスである。次に示す被覆装置設定が用いられた。
【００５４】
【表３】
【００５５】本発明の上記の実施例の特性に対してある
いは比較するものとして、前述の従来技術の市販のＩＧ
製品である「Cardinal-171」に対して上記のWINDOW 4.1
法（１／２インチアルゴン断熱室）を適用して得られた特
性を次の表４に示す。
【００５６】
【表４】
【００５７】このＩＧ製品Cardinal-171は、市場におい
て重要な商品的価値が認められていることを注記する。
唯一の現実的欠点は化学的耐久性に欠けることである。
その正確な多層系は知られていない。しかしながら、前
述の米国特許第５３０２４４９号に開示されたものと同
一であるとされている。
【００５８】本発明による成果をこの既存の市販製品と
比較すれば、本発明が、大きく異なりかつより安価な多
層系を用いて高レベルの競争力を実現し得たことは明ら
かであろう。例えば、Carinal-171製品は本発明の実施
例よりもわずかに可視光透過率が高い（７３％対６７
％）が、本発明実施例の６７％という値は十分許容レベ
ル内にあるのみならず、前述の低い遮光係数が望ましい
場合（例えば、暑い天候のときに空調のコストを低減す
るために）には、この６７％は、７３％よりも商品的に
より望ましい。しかしながら、特に重要な点は、本発明
実施例では優れた化学的耐久性が得られたことである。
双方の製品とも放射率は極めて低く、そして実質的に等
しくかつ優れたＵ値を呈する。
【００５９】表４に参照したＩＧ製品の性能特性につい
ては、まだ本明細書中で定義していない。Ｕwinter、Ｕ
summer等の用語は、当業者には周知であり、本明細書中
でもその周知の意味で用いられる。例えば、「Ｕ」の値
は、ＩＧシステムの断熱特性の測度であり、Ｕwinter及
びＵsummerは、NFRC100-91(1991)に従って規定された、
WINDOW4.1ソフトウェアに包含される標準である。「遮
光係数(shading coefficient:S.C.)」は、NFRC200-93(1
993)に従って規定されており、先ず「太陽熱利得係数(s
olar heat gain coefficient)」を決定した後、これを
０．８７で除算することにより得られる。「相対熱利得
(rerative heat gain:r.h.g.)」は、この同じNFRC200-9
3により規定されている。全太陽光エネルギー透過率
は、周知のＵＶ光、可視光、及び赤外光の透過率の組み
合わせである。同様に、全太陽光反射率は、周知のＵＶ
光、可視光、及び赤外光の反射率の組み合わせである。
【００６０】図３は、一般的な居住家屋２８の部分概略
斜視図である。この家屋２８は本発明を適用できる様々
な開口部を有する。例えば窓３０には、本発明による多
層系を被覆した一枚板のガラス、又は「防風窓」として
図２に示した本発明によるＩＧユニットを用いることが
できる。同様に、ガラス引き戸３２又は固定ガラス壁３
４についても、そして玄関ガラスドア３６についても本
発明による１枚のガラス板もしくはＩＧユニットを用い
て構築することができる。
【００６１】以上の開示から、当業者にとっては多くの
他の特徴、変形、及び改良が明らかとなるであろう。従
ってこのような他の特徴、変形、及び改良は、特許請求
の範囲で定められる本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多層系の部分側面断面図である。
【図２】本発明により構築されるＩＧユニットの部分断
面図である。
【図３】図２に示されたＩＧユニットを、窓、ドア、及
び壁として利用した家屋の部分概略斜視図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板 ３ 銀層 ４ａ、４ｂ ニッケル又はニクロム層 ５ Ｓｉ3Ｎ4下被覆層 ７ Ｓｉ3Ｎ4上被覆層 ９ 太陽 １１ 外側ガラス板 １３ 内側ガラス板 １５ 密封剤 １７ 乾燥剤ストリップ １９ 支持枠 ２０ 断熱室 ２２ 多層系の被膜 ２４、２６ ガラス板の断熱室内側壁 ２８ 家屋 ３０ 窓 ３２ ガラス引き戸 ３４ 固定ガラス壁 ３６ 玄関ガラスドア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フィリップ・ジェイ・リングル アメリカ合衆国、48182・ミシガン、テ ンペランス、イースト・テンペランス・ ロード、43 (56)参考文献 特開 平６−345491（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開456487（ＥＰ，Ａ １) 欧州特許出願公開622645（ＥＰ，Ａ １) 欧州特許出願公開567735（ＥＰ，Ａ １) 欧州特許出願公開560534（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C03C 17/36

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガラス基板上に多層系をスパッタ被覆さ
    れたスパッタ被覆ガラス製品において、前記ガラス基板
    から外側へ向かって、 ａ）約４５０〜６００オンク゛ストロームの厚さをもつＳｉ3Ｎ4
    の層と、 ｂ）約７オンク゛ストローム又はこれ未満の厚さをもつニッケル
    又はニクロムの層と、 ｃ）約１１５〜１９０オンク゛ストロームの厚さをもつ銀の層
    と、 ｄ）約７オンク゛ストローム又はこれ未満の厚さをもつニッケル
    又はニクロムの層と、 ｅ）約５８０〜８００オンク゛ストロームの厚さをもつＳｉ3Ｎ4
    の層とを含む多層系を有し、さらに前記ガラス基板が２
    〜６mmの厚さを有するとき、 前記スパッタ被覆ガラス製品が、少なくとも約７０％の
    可視光透過率と、約０．０７以下の通常放射率(Ｅn)
    と、約０．０７５以下の半球放射率(Ｅh)と、約５．５
    オーム／sq.以下の面積抵抗率(Ｒs)とを有し、 前記スパッタ被覆ガラス製品が、前記ガラス側の特性と
    して、約１２〜１９の反射率ＲGＹと、Hunter装置, Il
    l. C, 10°観測器で測定されたそれぞれ約−３〜＋３及
    び約−５〜−２０の色座標ａh及びｂhとを有し、 前記スパッタ被覆ガラス製品が、前記多層系側の特性と
    して、約８〜１２の反射率ＲFＹと、Hunter装置, Ill.
    C, 10°観測器で測定されたそれぞれ約０〜＋６及び約
    −５〜−３０の色座標ａh及びｂhとを有するスパッタ被
    覆ガラス製品。
  2. 【請求項２】 前記層ａ）の厚さが約５８０〜５８５オン
    ク゛ストロームであり、前記層ｃ）の厚さが約１１５〜１５５オ
    ンク゛ストロームであり、及び前記層ｅ）の厚さが約４７５オンク゛
    ストローム以上である請求項１に記載のスパッタ被覆ガラス
    製品。
  3. 【請求項３】 前記層ｂ）及び前記層ｄ）の各々が、約
    ７オンク゛ストローム未満である請求項２に記載のスパッタ被覆
    ガラス製品。
  4. 【請求項４】 前記ガラス側の特性として、約１４．５
    の反射率ＲGＹと、それぞれ約１．７及び約−１４．１
    の色座標ａh及びｂhとを有し、 前記多層系側の特性として、約１０．２の反射率ＲFＹ
    と、それぞれ約５．１０及び約−２４．９０の色座標ａ
    h及びｂhとを有する請求項１に記載のスパッタ被覆ガラ
    ス製品。
  5. 【請求項５】 前記可視光透過率が約７１〜７３％であ
    り、前記通常放射率(Ｅn)が約０．０５〜０．０６であ
    り、前記半球放射率(Ｅh)が約０．０６５〜０．０７で
    あり、及び前記面積抵抗率(Ｒs)が約４．０〜５．０オ
    ーム／sq.である請求項１に記載のスパッタ被覆ガラス
    製品。
  6. 【請求項６】 前記多層系が、化学的耐久性及び機械的
    耐久性を有する請求項１に記載のスパッタ被覆ガラス製
    品。
  7. 【請求項７】 前記スパッタ被覆されたガラス基板を、
    前記ガラス側から観察した場合に、やや青色側の中間色
    の範囲内の色の外観を呈する請求項１に記載のスパッタ
    被覆ガラス製品。
  8. 【請求項８】 少なくとも１枚の請求項１に記載のスパ
    ッタ被覆ガラス製品を含み、実質的に平行でかつ間隔を
    あけた少なくとも２枚のガラス板を有する断熱ガラス・
    ユニット。
  9. 【請求項９】 前記少なくとも２枚のガラス板が、これ
    らの周縁を互いに密封されることによりその間に断熱室
    を形成し、かつ前記多層系が前記ガラス板の前記断熱室
    側の表面上に配置される請求項８に記載の断熱ガラス・
    ユニット。
  10. 【請求項１０】前記断熱ガラス・ユニットが、断熱ガラ
    ス付きの窓、ドア、又は壁である請求項９に記載の断熱
    ガラス・ユニット。
  11. 【請求項１１】 前記層ａ）の厚さが約５８０〜５８５
    オンク゛ストロームであり、前記層ｃ）の厚さが約１１５〜１５
    ５オンク゛ストロームであり、及び前記層ｅ）の厚さが約４７５オ
    ンク゛ストローム以上である請求項１０に記載の断熱ガラス・ユ
    ニット。
  12. 【請求項１２】 前記層ｂ）及び前記層ｄ）の各々が、
    約７オンク゛ストローム未満である請求項１１に記載の断熱ガラ
    ス・ユニット。
  13. 【請求項１３】 前記多層系が前記断熱室の外側のガラ
    ス板の表面上に配置されており、かつ前記断熱ガラス・
    ユニットが、 外側からみた場合に、約１６〜１８の反射率ＲGＹと、
    それぞれ約−３〜＋３及び約０〜−１５の色座標ａ*及
    びｂ*とを有し、 内側からみた場合に、約１４〜１６の反射率ＲFＹと、
    それぞれ約０〜＋５及び約０〜−２０の色座標ａ*及び
    ｂ*とを有し、 少なくとも約６３％の可視光透過率を有する請求項１０
    に記載の断熱ガラス・ユニット。
  14. 【請求項１４】 前記断熱ユニットが、 外側からみた場合に、約１６〜１７の反射率ＲGＹと、
    それぞれ約０〜＋３及び約０〜−１２の色座標ａ*及び
    ｂ*とを有し、 内側からみた場合に、約１４〜１５の反射率ＲFＹと、
    それぞれ約０〜＋４及び約０〜−１７の色座標ａ*及び
    ｂ*とを有し、 約６５〜６８％の可視光透過率を有する請求項１３に記
    載の断熱ガラス・ユニット。
  15. 【請求項１５】 前記断熱ユニットが、 外側からみた場合に、約１６．５の反射率ＲGＹと、そ
    れぞれ約＋１．０及び約−１１．０の色座標ａ*及びｂ*
    とを有し、 内側からみた場合に、約１４．８の反射率ＲFＹと、そ
    れぞれ約＋３．９及び約−１６の色座標ａ*及びｂ*とを
    有し、 約６６〜６７％の可視光透過率を有する請求項１４に記
    載の断熱ガラス・ユニット。
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