JPH06219785A - 耐摩耗性の高い撥水性ガラス - Google Patents

耐摩耗性の高い撥水性ガラス

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JPH06219785A
JPH06219785A JP1123293A JP1123293A JPH06219785A JP H06219785 A JPH06219785 A JP H06219785A JP 1123293 A JP1123293 A JP 1123293A JP 1123293 A JP1123293 A JP 1123293A JP H06219785 A JPH06219785 A JP H06219785A
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JP
Japan
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oxygen
nitride
glass
carbide
water
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JP1123293A
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Toshiaki Mizuno
水野俊明
Kureemaa Sutefuan
クレーマー ステファン
Takashi Yamagishi
隆司 山岸
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
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    • C03C17/22Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラスの透明性を損なうことがない耐摩耗性
の高い撥水性ガラスを提供することを目的とする。 【構成】 最表面部に、少なくとも1nmの厚さの、そ
れぞれ0〜20モル%の酸素を含有する窒化物または/
および炭化物の層を有する耐摩耗性の高い撥水性ガラス
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、撥水性ガラス、特に、
建築用、自動車用等、広範囲に適用できる、耐摩耗性が
高い撥水性ガラスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、ガラスなどの表面に被覆するため
の撥水性物質として開発されているのは、シリコン化合
物を中心とした有機物がほとんどである。一般的に、こ
れらは直線状のシロキサン高分子で、その側鎖に水との
接触角を高めるため、メチル基等の有機官能基を有した
構造になっている。
【0003】一方、近年、ゾル−ゲル法で、有機−無機
複合体が製造できることが認められ、その応用として、
例えば、土谷らの研究(日本セラミックス協会1991
年年会、講演番号:1Dー18)に示されたように、撥
水性膜の開発が行われている。テトラメトキシシランを
含有する溶液にフッ素系の化合物を添加して、有機−無
機複合体の膜をガラス基板上に形成する方法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記シリコン化合物を
ガラス基材に塗布し、撥水性ガラスを構成すると、これ
らの化合物とガラス基材が結合を作らないため、この膜
は使用中に容易に流出してしまい、撥水効果を失ってし
まう。また、初期の状態でも、膜自身が弱くて柔らかい
ので、耐摩耗性が低い。
【0005】上記ゾル−ゲル法による膜は、上記撥水性
有機化合物の膜と比較して、耐久性が改善されたもの
の、多孔質であるため耐摩耗性が充分でない、有機
物が均一に分散せず、撥水効果が最表面にしか認められ
ない、等の問題点がある。
【0006】本発明は、上記の、従来の撥水性材料の欠
点であった、低い耐摩耗性を大幅に改善し、しかも、ガ
ラスの透明性を損なうことがない耐摩耗性の高い撥水性
ガラスを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本研究者らは、ガラス上
の撥水性薄膜の研究を鋭意行い、各種の材料の撥水特性
を検討した結果、ガラス基板最表面付近の酸素は、ガラ
ス基板上の水滴との間で水素結合を容易に形成し、この
水素結合によって、ガラス表面上の水滴は動きにくくな
るという知見を得た。この現象は、一般的に評価されて
いる撥水特性である接触角、即ちガラス基板上の水滴と
ガラス基板が形成する角度、にはさほど影響を及ぼさな
いが、転落角、即ちガラス基板を傾斜させることにより
ガラス基板上の水滴が動き始める最低角度、の増大を招
き、実用上大きな問題となる。
【0008】このような知見から、本発明者らは、撥水
性、特に転落角、を改善するためには、ガラス最表面に
酸素含有量の少ない薄膜を形成すればよいとの結論に達
した。
【0009】この考えを実践するための研究を継続した
ところ、本発明者らは、酸素を含有した窒化物あるいは
炭化物のいずれか、もしくはこれらの混合物の薄膜をガ
ラス基板に形成するのが最も好ましいとの結論に達し
た。これらの化合物は、同一金属元素の酸化物と比較し
て、いずれも結合強度が高く、高強度、高耐摩耗性であ
ることが既に知られている。従って、このような膜を最
表面に形成したガラス基板は、高い撥水性と同時に、高
い耐摩耗性をも実現できる。
【0010】即ち本発明は 最表面部に、少なくとも1
nmの厚さの、それぞれ0〜20モル%の酸素を含有す
る窒化物または/および炭化物の層を有する耐摩耗性の
高い撥水性ガラスである。
【0011】本発明における、0〜20モル%の酸素を
含有する窒化物または/および炭化物の層は、具体的に
は、珪素、ホウ素、アルミ、チタン、ジルコニウム、ク
ロム、ニッケル、亜鉛等の金属の、窒化物、炭化物、酸
素含有窒化物あるいは酸素含有炭化物がより有効であ
る。むろん、これらは必ずしも単体で用いられる必要は
なく、2種以上を混合してもよい。
【0012】なお、上記本発明者らの知見によれば、最
表面付近の酸素はできるだけ少ない方がより好ましいの
は明白である。ところが、酸素を含有していない純粋な
窒化物あるいは炭化物をガラス基板上に形成するのは、
実質的に困難である。通常のガラス形成方法、より具体
的には、スパッタリングあるいは有機金属化合物の熱分
解等、で得られるこれらの化合物は、酸素の高い活性に
より、ほとんど常に酸素を含有している。そこで、本発
明者らは、許容限界酸素量を検討した結果、20モル
%、より好ましくは10モル%が限界であるとの結論を
得た。これより多量に酸素を含有している膜は、撥水性
の改善が認められない。酸素含有量の下限は特になく、
上記に示したように、低ければ低い方が好ましい。
【0013】本発明における、窒化物または/および炭
化物の薄膜の厚さは、先の知見から、厚ければ厚いほう
がよいが、製造上は薄い方が好まれる。ガラス表面上の
水滴と水素結合の強度を考慮すると、1nm以上の厚さ
があれば、実質上充分である。これより薄いと、ガラス
表面の水滴と酸素の分離が充分でなく、水滴と膜中の酸
素の間での水素結合が無視できなくなり、転落角の改善
が充分なされない。そして製造上からは500nm以下
の厚みであることが好ましい。これらの薄膜をガラス基
板上に形成する方法は、各種考えられるが、特に限定さ
れるものではなく、具体的には、窒素雰囲気中でのスパ
ッタリング法、ポリシラザン等の有機金属化合物高分子
の熱分解法等が例示される。
【0014】また、窒化物あるいは炭化物の屈折率は、
通常ガラス基板より大きいため、膜の組成あるいは厚さ
を適当に制御することで、反射率を向上させたり、特定
の色を付与する等、光学特性の改善も可能であるが、こ
のように組成あるいは膜厚を制御しても、本発明の開示
事項を満たしていれば、撥水特性には何ら問題がない。
【0015】
【実施例】以下に実施例を示す。 実施例−1 10cm角の3mm厚通常フロートガラスを充分洗浄、
乾燥した後、真空チャンバーに入れた。真空にする前に
雰囲気を大気から窒素に置換した。真空ポンプで脱気し
て、10-3torr以下にした。ターゲットとして、市販の
窒化珪素を用意し、放電電流3.0アンペアでスパッタ
ーした。得られたガラス基板は、やや屈折率が高くなっ
たが、透明な基板であった。断面を観察した結果、膜厚
は10nmであり、ESCAの測定結果では、酸素含有
量は8モル%であった。
【0016】この基板の上に純水0.05gを落とし
て、接触角と転落角を測定した。前者は市販の接触角測
定装置を用いて測定した。後者は、ガラス基板をゆっく
りと傾斜させ、ガラス表面上の水滴が動き出す瞬間の傾
斜角を測定することで評価した。この基板の測定結果
は、接触角が95度、転落角が28度であった。
【0017】耐摩耗性は、テーバー試験法で行った。こ
の方法は、ゴム製のローラーを、荷重1kgでガラス基
板に押さえつけて擦り、テスト前後の値を比較して耐摩
耗性を評価した。今回、回転数は1000回とした。
【0018】この基板のテーバーテスト後のそれぞれの
値は、接触角が98度、転落角が23度であり、耐摩耗
テスト前に比べ、撥水性が向上した。これは、恐らく、
耐摩耗テストで、大気中の酸素を吸着した最表面層がな
くなって、より酸素の少ない状態の窒化珪素が表面に出
てきたためと考えられる。
【0019】比較例−1 上記実施例−1と同様な条件で窒化珪素薄膜を、ガラス
表面に作製したが、その際、スパッター雰囲気を窒素で
なく、酸素を導入して行った。その結果、得られた窒化
珪素膜の酸素含有量は30モル%であった。
【0020】この膜の接触角および転落角を測定したと
ころ、それぞれ45度および50度であり、通常のガラ
ス基板と比較してさほど改善は認められなかった。
【0021】実施例−2 市販のポリシラザン溶液(含有量10重量%、溶媒;T
HF)に洗浄、乾燥した10cm角のガラス基板を浸漬
し、3cm/minの速度で引き上げ、80℃で乾燥し
て、薄膜を作製した。このガラス基板を、窒素雰囲気中
で400℃4時間熱処理して、窒化珪素とした。この窒
化珪素薄膜は、厚さ20nm、酸素含有率5モル%であ
った。
【0022】この膜の撥水性を評価したところ、接触角
105度、転落角20度であった。
【0023】実施例−3 ターゲットとして窒化クロムを用い、実施例−1と同様
の条件でガラス基板上に製膜した。断面の観察から、膜
厚は250nm、ESCAの測定から、酸素含有量は1
0モル%であった。
【0024】この膜の撥水特性を評価したところ、接触
角が102度、転落角が22度であった。実施例−1と
同様の条件で、耐摩耗性を評価したところ、ほとんど変
化なかった。なお、この膜は屈折率が非常に高く、従っ
て、このサンプルはハーフミラー状の外観をしていた。
【0025】比較例−2 市販のテトラメトキシシラン(TMOS)50mlをエタ
ノール450mlに溶解し、これに1規定の塩酸5mlを添
加して加水分解した。この溶液に、トリフロロプロピル
トリメトキシシラン、CF3CH2CH2Si(OCH3
3、0.5mlを更に添加した。
【0026】この溶液によく洗浄、乾燥した10cm角
のガラス基板を浸漬し、3cm/minの速度で引き上げ、8
0℃で乾燥して、薄膜を作製した。このガラス基板を、
大気中で400℃2時間熱処理した。得られた膜の撥水
特性を評価したところ、接触角が99度、転落角が30
度と、良好な撥水性を示した。
【0027】実施例−1と同様の条件で、耐摩耗性を評
価したが、テーバーテスト後には、ガラス表面には膜が
ほとんど残留せず、従って、撥水特性も通常のガラス程
度でしかなかった。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、従来の撥水性ガラス基
板に比較して、撥水性、特に転落角、が改善され、かつ
耐摩耗性が非常に高いガラス基板が、簡単かつ効率的に
製造できる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 最表面部に、少なくとも1nmの厚さ
    の、それぞれ0〜20モル%の酸素を含有する窒化物ま
    たは/および炭化物の層を有する耐摩耗性の高い撥水性
    ガラス。
  2. 【請求項2】 前記窒化物は珪素、ホウ素、アルミニウ
    ム、チタニウム、ジルコニウム、クロム、ニッケル、お
    よび亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属
    の窒化物、または酸素含有窒化物である請求項1記載の
    耐摩耗性の高い撥水性ガラス。
  3. 【請求項3】 前記炭化物は珪素、ホウ素、アルミニウ
    ム、チタニウム、ジルコニウム、クロム、ニッケル、お
    よび亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属
    の炭化物、または酸素含有炭化物である請求項1記載の
    耐摩耗性の高い撥水性ガラス。
JP1123293A 1993-01-27 1993-01-27 耐摩耗性の高い撥水性ガラス Pending JPH06219785A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3802904A1 (de) * 1987-01-30 1988-08-11 Nissan Motor Servounterstuetzte lenkanlage
WO2003002478A1 (en) * 2001-06-27 2003-01-09 Guardian Industries Corp. Hydrophobic metal oxide coating
WO2010005019A1 (ja) * 2008-07-09 2010-01-14 国立大学法人東京大学 無機薄膜及びその製造方法、並びにガラス

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