JPH02145458A - 太陽エネルギー反射性製品及びその製法 - Google Patents

太陽エネルギー反射性製品及びその製法

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JPH02145458A
JPH02145458A JP1252499A JP25249989A JPH02145458A JP H02145458 A JPH02145458 A JP H02145458A JP 1252499 A JP1252499 A JP 1252499A JP 25249989 A JP25249989 A JP 25249989A JP H02145458 A JPH02145458 A JP H02145458A
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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〕 本発明は、一般に非金属基体上に金属含有膜をスパッタ
リングする分野に関し、特にガラス上に多層金属/誘電
体透明膜を磁気スパッタリングする分野に関する。
〔従来の技術〕
ゲルバーによる米国特許第3,990,784号明細書
には、透明基体と、第−及び第二金属層で、両者の間に
誘電体層を入れたものからなる多層被覆とを有する建築
用被覆ガラス構造体が記載されており、この場合第−及
び第二金属層は、それら金属層の厚さを、比率を一定に
保ちながら変えることにより反射性特性とは無関係に被
覆の透過率を変化させることができるような厚さ比を有
する。誘電体は、被覆からの反射が強く着色しないよう
な厚さを有する。 グラブその他による米国特許第4.
022,947号明細書には、入射太陽輻射線の大部分
を反射しながら希望の可視光部分を透過することができ
る透明パネル及び、鉄、ニッケル及びクロム合金をスパ
ッタリングすることにより透明金属膜を得、同じ又は同
様な合金を酸素の存在下で反応的にスパッタリングして
酸化物膜を形成することによりそれを製造する方法が記
載されている。
一つの好ましい態様として、金属膜は基体と金属酸化物
膜との間に横たわる。別の好ましい態様として、金属酸
化物膜は基体と金属膜との間に横たわる。
ハルティッヒその他による米国特許第4,534,84
1号明細書には、最初に酸素含有雰囲気中での陰極蒸発
により透明基体に20〜280nmの光学的厚さを有す
る酸化物層を適用し、第二にアルゴン及び窒素の如き不
活性ガスからなる雰囲気中で適用された10〜40r+
a+の幾何学的厚さを有する窒化クロム層を適用するこ
とにより製造された太陽光調節はめ込みガラスが記載さ
れている。第三の光学的誘電体層を第二の層に適用して
もよい。酸化物層は、錫、チタン及びアルミニウムの酸
化物から選択される。
金属及び(又は)金属酸化物膜を有する建築用カラス製
品は、暖房及び冷房のためのエネルギー料金が次第に高
くなってきているので、益々重要になってきている。被
覆ガラス建築用製品は、一般に二つの範鴫、太陽エネル
ギー調節製品及び高透過性、低放射性被覆製品に分けら
れる。
太陽エネルギー調節ガラス製品は、一般に、窓を通って
建物の中に入る太陽エネルギー透過率を減少させ、それ
によって空調コストを低下させる可視光低透過性着色膜
で被覆された、屡々着色したガラス基体からなる。これ
らの製品は、暖かい気候で最も有効であり、商業的構造
物に最も多く見られる。暖房コストが大きな問題になる
地方では、特に住居建造物では、建物内部に熱を維持す
るため、赤外線を反射しながら可視光線を内部へ高度に
透過させるため高透過性低放射性被覆が望ましい。高透
過性低放射性被覆は、銀、金又は銅の如き赤外線反射性
金属が、ビスマス、インジウム及び(又は)錫の酸化物
の如き非反射性金属酸化物層の間に挾れている多層膜で
あるのが典型的である。一方、太陽エネルギー調節膜は
、コバルト、鉄、クロム、ニッケル、銅等の如き一種類
以上の金属又は金属酸化物の単一層膜であるのが典型的
である。
着色反射性被覆を製造する最も簡単な方法は、金属の本
体の色を用いることである。例えば、銅を付着させると
、銅の色をした被覆を生じ、金は金色を生じ、ニッケル
は灰色を生ずる等である。
−層複雑な被覆方法は、金属の前面に吸収着色の被覆を
入れることによって金属色を変化させるか或は新しい色
を生じさせる方法である。干渉効果は通常弱いが、合理
的に大きな等しい反射を干渉させると、その効果を極め
て強くすることができる。これは高屈折率の誘電体を用
いるか、誘電体層の反射を金属層で強めることにより行
なうことができる。これは、金属酸化物誘電体/金属の
2層順序又は金属/金属酸化物誘電体/金属の3層順序
を用いることを含んでいる。
初期によく知られた膜は、種々の本体の色をもつもので
あった。太陽エネルギー調節のためのそのような膜を製
造する化学的方法は、米国特許節3.848,152号
、第4,091,172号、第3,723,158号及
び第3,457,138号からよく知られている。真空
被覆技術が商業的に利用できるようになった時、これら
の存在する着色被覆は、最初のものと本質的に同じ金属
を用いて複製することができた。太陽エネルギー調節金
属性膜を製造するためのスパッタリング法は、米国特許
節4,512,863号及び第4.594,137号明
細書に記載されている。金属被覆の欠点は色の多様性及
び色の濃さがないことであり、それらを作るのに多種類
の材料及びターゲット順序が必要であった。望ましい一
連の新しい被覆は、最小数の材料から最大数の色を与え
られるべきである。これを達成するため干渉色型の被覆
が理想的である。何故ならその色は誘電体層の厚さを変
えることによって変化させることができ、その透過率及
び反射率は、金属層(単数又は複数)の厚さを変えるこ
とにより、変化させることができるからである。新しい
一連の被覆の他の望ましい性質は、濃い飽和色、低い屈
折率及び第二表面の一体的耐久性である。即ち被覆は固
く化学的に耐久性があるのがよい。更に、用いられる材
料は安価で、毒性がなく、速くスパッターされるべきで
ある。材料の反射色は、光反射分光光度曲線によって記
述される。強い色は曲線の大きな振幅によって生じ、低
い反射はその曲線が0に近い最小値になることを必要と
する。二次干渉色は一次よりも強いが、三次干渉色の強
さは小さくなる。−般に高屈折率材料は高度の反射即ち
、大きな曲線振幅を生ずる。高屈折率誘電体材料も二重
層被覆に対し一層強い色を与える。金属/誘電体/金属
の層順序について、屈折率の低い誘電体材料が許容出来
る結果を与えるようである。
F、H,ギラリーによる1987年11月25日出願の
米国特許第出願S erial N o、125,43
7明細書には、錫/アンチモン酸化物膜が、窒化クロム
の如き金属性膜と組合せて付着された比較的飽和した色
を持つ多層膜が記載されている。その記載は参考のため
ここに入れである。
〔本発明の要約〕
本発明は、ガラス上の種々の建築用多層被覆に用いられ
る新規で優れた誘電体膜を与える。本発明は、亜鉛/#
l酸化物からなる被覆を付着させるため、酸素を含む雰
囲気中で亜鉛と鍋を同時にスパッタリングすることを含
む。本発明の亜鉛/錫酸化物膜は、比較的飽和した色を
持つ種々の着色多層被覆を形成するため、窒化クロムの
如き金属性膜と組合せて付着される。
〔好ましい態様についての記述〕
本発明は、最小数の層及び材料で一連の着色被覆を製造
することができるようにしている0本発明の被覆系は、
比較的低い反射、高度の色飽和及び一体的耐久性を有す
る。
透明誘電体材料の層を取り囲む第−及び第二金属層によ
って一連の色を生じさせることができることは知られて
いる。色はその誘電体層の厚さを変えると変化する。し
かし、今まで知られていた誘電体材料は、高屈折率、速
いスパッタリング及び一体的耐久性の要求される性質の
一つ以上が不足している。本発明の亜鉛/錫酸化物はそ
れらの性質を持つ外、適切な金属性膜と組合わさって、
強く着色した建築用被覆を生ずる能力を有する。
例えば、クロムを基にした膜と組合せた亜鉛/錫酸化物
は、優れた耐久性を持つ成る範囲の魅力的な色を生じさ
せるのに用いることができる。
反射色円グラフ及びコンピューター計算を用いて、金属
と誘電体の二つの層の組合せが、両層について、最小屈
折率と最高の色飽和との組合せを与える最適厚さを有す
ることが決定された。誘電体の屈折率が大きくなる程、
最適の被覆の透過率は低くなり、色飽和は大きくなる。
媒体中の電磁波の伝播を定める複素屈折率の実数部分及
び複素数部分を夫々n及びkとして、小さいn及び大き
いkを有する金属は、最も低い透過率及び最も大きな飽
和を与える傾向がある。
透過率を低下させるため金属の厚さを増大すると、屈折
率が増加し、色の強度が減少する。誘電体層を付着させ
る前に薄い金属性層を付着させると、屈折率を低下し、
−層強い飽和色を与えることができる。非常に薄い金属
層の付着と組合せて主金属性層の厚さを増大すると、低
透過率、低反射性の高度に着色した被覆をつくることが
できる。
もし二つの主金属性層を用いると、小さいn、大きいk
を持つ金属と組合せた低屈折率誘電体は最も魅力的な外
観を与える。計算によると、2.3の屈折率を持つ誘電
体と組合せて金属を用いると、20%の光透過率で適切
な飽和を得ることができることが示されている。−層低
い屈折率の誘電体については、金属・誘電体・金属系が
好ましい。
本発明の亜鉛/錫酸化物では、良好な性質を持つ多層被
覆を与えるのに、多くの金属又は金属合金膜を用いるこ
とができる。好ましい膜には、クロムの如くき金属、僅
かに酸化したクロム及び最も好ましくは窒化クロムの如
き金属性被覆が含まれる。他の好ましい金属性膜には、
チタン及び窒化チタンの外、ステンレス鋼の如き金属合
金及びインコネルの如きニッケル合金が含まれる。
慣用的マグネトロンスパッタリング法では、スパッター
しようとする材料からなるターゲット表面を有する陰極
に向けて基体を被覆室内に入れる。本発明により好まし
い基体には、被覆工程の操作条件によって有害な影響を
受けないガラス、セラミック及びプラスチックが含まれ
る。
陰極は、電源に接続されたどのような慣用的設計のもの
でもよく、好ましくは長方形の形をしており、スパッタ
リング工程を促進するため磁場と組合せて用いられるの
が好ましい。陽極は対称的な形をしているのが好ましく
、ギラリーその他による米国特許第4,478,702
号明細書くその記載は参考のためここに入れである)に
教示されているように組合せて配置される。
奇麗なガラス基体を被覆室に入れ、その室を減圧、好ま
しくはto−’ トールより低く、−層好ましくは2x
lO−’)−ルより低い圧力にする。選択された反応性
ガスの雰囲気、好ましくはアルゴンと酸素を、室中に約
5X10−’〜10−” )−ルの圧力まで入れる。亜
鉛と錫のターゲット表面を有する陰極を、被覆すべき基
体の被覆上で操作する。ターゲット金属はスパッターさ
れ、室中の雰囲気と反応してガラス表面上に亜鉛/錫酸
化物被覆層を付着する。
亜鉛/錫酸化物の最初の層が付着された後、被覆室を真
空にし、純粋窒素の如き不活性雰囲気を約5X1G−’
〜X 10−” )−ルの圧力に確立する。金属又は金
属合金、好ましくはクロムのターゲット表面を有する陰
極を、亜鉛/錫酸化物被覆表面の上で操作する。ターゲ
ットをスパッターし、亜鉛/錫酸化物被覆ガラス表面上
に金属性層を付着させる。クロム金属及び僅かに酸化し
た状態のクロムが本発明に従って有用であるが、窒化ク
ロムが好ましい。しかし、チタン、窒化チタン、ステン
レス鋼及びニッケル合金も適切な膜を生ずる。
本発明の最も好ましい態様として、金属性膜を亜鉛/錫
酸化物膜の上と同様下にも付着させる。
二層膜の場合と同様、未被覆表面からの反射色の主たる
波長は、亜鉛/錫酸化物層の厚さに殆ど全て依存する。
一番上の金属層の厚さは、透過率がほぼ必要な値になる
まで変化させ、次に下の金属性層の厚さを、物品の未被
覆側からの希望の反射が得られるまで変化させる。最適
最終透過率を得るのに、一番上の金属性膜の厚さを最終
的に修正することが必要かもしれない。問題の厚さ範囲
以内で、一番上の金属性膜の厚さを増大すると、透過率
が減少し、被覆物品の未被覆側からの反射が増大する。
問題の厚さ範囲以内で一番下の金属性膜の厚さを増大す
ると、透過率が減少し、未被覆側からの反射率が減少す
る。
被覆は、その厚さにより、誘電体層の干渉効果からその
色を生ずる。。本発明により窒化クロム・亜鉛/酸化錫
・窒化クロム膜は、深い青色状で特に魅力的である。亜
鉛/錫酸化物層は、亜鉛/錫合金陰極をスパッターする
ことにより付着させるのが好ましい、亜鉛と錫の割合は
、好ましくは夫々10〜90%、−層好ましくは30〜
70%の錫及び残余の亜鉛、最も好ましくは夫々的50
%の亜鉛と錫である。
実施例1 ガラス基体上に次の条件により亜鉛/錫酸化物及び窒化
クロムの多層被覆を付着させた。奇麗なガラス基体を、
真空室中2.2ミリトールの圧力の純粋窒素雰囲気中に
維持する。377Vで7.5kWの電力で作動させた陰
極、約0.4X2.7履(15X 106in)の大き
さのクロムターゲット及び1分当たり約2.54m(1
00in>の線速度を用いて、35人厚の窒化クロム層
を付着させ、ガラスの透過率を70%へ減少させた。3
20〜340Vの電圧で、合計76kWの電力で3ミリ
トールの圧力のアルゴン/酸素、50/ 50の雰囲気
中で操作した亜鉛/錫、50150の四つのターゲット
から、同じガラス速度で酸化物層を適用した。透過率は
亜鈴/錫酸化物層により58%まで減少した。492■
及び54kWの電力で作動させた単一のクロム陰極から
、3ミリトールの純粋窒素の雰囲気中で最終窒化クロム
層を付着させた。同じガラス速度で一回の通過により、
透過率は22%に減少した。被覆は、未被覆ガラス表面
からの反射で、色度座標でY=9.28、x=0.23
25及びy−0,2460である深い青色を持っていた
。被覆は極めて固く、テーバ(Taber)摩耗試験機
で80回転のC3lOF摩耗輪にかけても僅か1.6%
しか透過率は増大しなかった。被覆は、30%硝酸又は
20%の塩化水素酸中への30分間の浸漬、約66℃(
150°F)での少なくとも1力月のクリーブランド(
C1eveland)(水分凝縮)試験、及び1力月の
5%塩噴霧に耐えることができた。
実施例2〜12 これらの実施例のために、窒化クロム膜を純粋窒素中で
付着させ、亜鉛/錫酸化物膜を、前の実施例の場合の如
く、アルゴン/酸素、50150中で付着させた0次の
表は、各層の付着後の透過率、色度座標による反射色及
び被覆物品の未被覆ガラス表面からの目による観察結果
を示している。
上記実施例は本発明を例示するためにり、えられている
。本発明の亜鉛/錫酸化物誘電体層の一方の側又は両側
に、希望の透過性及び反射性により広い範囲の厚さで、
種々の金属含有層を用いてもよい。亜鉛/錫酸化物誘電
体膜自体の厚さは、希望の色を生ずるように変化させる
。圧力、雰囲気、電力、電圧、線速度等の如きスパッタ
リング条件の範囲は、用いられるスパッタリン装置及び
希望の生産率に依存する。本発明の範囲は特許請求の範
囲によって規定されるものである。
代 理 人 浅 村 皓

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)a、透明な基体、 b、前記基体表面上に付着された、干渉効果により色を
    示す厚さの亜鉛/錫酸化物の透明膜、及び c、前記亜鉛/錫酸化物膜の上に付着させた反射性透明
    金属性膜、 からなる太陽エネルギー反射のための製造物品。
  2. (2)基体がガラスである請求項1に記載の製造物品。
  3. (3)反射性金属性膜がクロム、チタン、ステンレス鋼
    及びニッケル合金からなる群から選択された金属を含む
    請求項2に記載の製造物品。
  4. (4)反射性金属性膜がクロム金属、酸化クロム、窒化
    クロム、チタン金属、窒化チタン、ステンレス鋼及びイ
    ンコネルからなる群から選択される請求項3に記載の製
    造物品。
  5. (5)反射性金属性膜が窒化クロムである請求項4に記
    載の物品。
  6. (6)基体と亜鉛/錫酸化物膜との間に付着された第二
    透明反射性金属性膜を更に有する請求項1に記載の物品
    。
  7. (7)第二透明反射性金属性膜がクロム、チタン、ステ
    ンレス鋼及びニッケル合金からなる群から選択された金
    属を含む請求項6に記載の物品。
  8. (8)第二金属性膜がクロム金属、酸化クロム、窒化ク
    ロム、チタン金属、窒化チタン、ステンレス鋼及びイン
    コネルからなる群から選択される請求項7に記載の物品
    。
  9. (9)第二金属性膜が窒化クロムである請求項8に記載
    の物品。
  10. (10)亜鉛/錫酸化物透明膜の厚さが、被覆物品が青
    色干渉色を示すのに充分である請求項1に記載の物品。
  11. (11)a、基体の表面上に、干渉効果により色を示す
    亜鉛/錫酸化物の第一透明被覆をスパッタリングし、そ
    して b、前記亜鉛/錫酸化物膜の上に反射性透明金属性膜を
    スパッタリングする、 それら工程からなる太陽エネルギー反射性被覆物品の製
    造方法。
  12. (12)基体がガラスであり、スパッタリングが磁気的
    に促進されている請求項11に記載の方法。
  13. (13)金属性膜が、クロム、チタン、ステンレス鋼及
    びニッケル合金からなる群から選択された金属をスパッ
    タリングすることにより付着される請求項12に記載の
    方法。
  14. (14)クロムを不活性雰囲気中でスパッターし、クロ
    ム金属を付着させる請求項13に記載の方法。
  15. (15)クロムを酸化性雰囲気中でスパッターし、わず
    かに酸化された状態でクロムを付着させる請求項13に
    記載の方法。
  16. (16)クロムを純粋窒素の雰囲気中でスパッターし、
    窒化クロムを付着させる請求項13に記載の方法。
  17. (17)透明金属性膜を、亜鉛/錫酸化物被覆をスパッ
    タリングする前に、基体上に付着させる請求項11に記
    載の方法。
  18. (18)透明金属性膜を、亜鉛/錫酸化物膜の前に、ク
    ロムをスパッタリングすることにより基体上に付着させ
    る請求項17に記載の方法。
  19. (19)クロムを不活性雰囲気中でスパッターし、クロ
    ム金属を付着させる請求項18に記載の方法。
  20. (20)クロムを酸化性雰囲気中でスパッターし、わず
    かに酸化したクロムを付着させる請求項18に記載の方
    法。
  21. (21)クロムを純粋窒素の雰囲気中でスパッターし、
    窒化クロムを付着させる請求項18に記載の方法。
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