JPH04132639A - 熱線遮蔽ガラス - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は熱線遮蔽ガラスに関し、とりわけ単板の状態で
使用可能な耐摩耗性を有し、自動車や建築用の窓ガラス
に適した熱線遮蔽性のガラスに関する。

［従来技術］ 近年、車両や建築物の窓ガラスに、車両内部に流入する
太陽光エネルギーを低減する目的で、熱線遮蔽性の被膜
を被覆した熱線遮蔽ガラスが用いられている。このよう
な熱線遮蔽ガラスの例としては、ｃｕＸ　ＡｌＡｇのよ
うな金属膜や、窒化チタン、窒化ジルコニウムのような
金属窒化膜の熱線反射特性を利用したもの、あるいは高
屈折率材料の膜と低屈折率材料の膜を交互に積層して光
学干渉作用により熱線を反射するようにしたガラスが知
られている。これらの中でＣｕＸ　ＡｌＡｇのような金
属膜を利用したものは、化学的耐久性すなわち酸やアル
カリを含む雰囲気による腐食や機械的な耐久性すなわち
スクラッチによる被膜の傷の問題を克服するために、複
層ガラスや合せガラスにして被膜を外部環境に露出しな
いようにして用いられている。また、熱線遮蔽性の膜と
して耐久性が優れているといわれる金属窒化膜を利用し
たものでも、単板ガラスとして用いるには耐久性が十分
とは言えない。

したがって熱線遮蔽ガラスの耐久性を向上させるために
最上層に耐久性の優れた保護膜を被覆する研究が活発に
行われており、例えば基板の土に耐摩耗性の被膜を被覆
した耐久性の高い熱線遮蔽ガラスとしては、特開昭６３
−２０６３３３号に開示されているように、被膜の最上
層に酸化物の厚膜、例えばＳ　ｉ　０２膜の少なくとも
１μｍ以上を被覆したものが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 車両や建築用のガラスのように直接外部の雰囲気にさら
される状態で用いられる場合、被膜には機械的および化
学的耐久性が要求されるが、とりわけスクラッチに対す
る耐摩耗性が強いことが重要である。上記した従来技術
の５ｉ０２の如き酸化物の厚膜を最上層に被覆したもの
は、十分な耐久性を有するようにするには被膜の厚みを
厚くすることが必要であり、そのために被覆に長時間を
必要とし、生産性が悪いという欠点がある。また」二記
の５ｉ０２膜は、石英ガラスをターゲットとして高周波
スパッタリングで被覆されるか、シリコンをターゲット
として直流スパッタリングにより被覆されるが、いずれ
の方法でも大面積の基体に被覆するのに必要な大きなプ
ラズマ放電を安定して得るのは困難であるという問題点
があった。本発明の目的は、上記の５ｉ０２の如き酸化
物を保護膜とする熱線遮蔽ガラスを製造する際の問題点
を解決するためになされたものであって、保護膜のスク
ラッチ傷のような機械的強度が大きく、かつ、前記保護
膜の被覆を大面積の基板に安定してできる熱線遮蔽ガラ
スを提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、透明なガラス板の上に少なくとも一層からな
る熱線遮蔽性の被膜が被覆され、前記熱線遮蔽性の被膜
の上にシリコンと炭素と窒素と酸素とからなる保護膜が
被覆された熱線遮蔽ガラスである。本発明の保護膜は、
５ｉＣｘＮｙＯＺなる化学式であられすことができ、Ｘ
ｓ　　ｙｓ　　Ｚの比は必要とする透明性や耐摩耗性や
熱線遮蔽性を考慮して定められる。すなわち可視域の全
波長にわたって透明であることを重視する場合は、Ｘを
相対的に小さな値とし、一方ｙとＺを大きくする。

Ｘが１，２２以下、ｙが０．　７以下、２が０．４以上
とした保護膜は、可視域における光学的な吸収が実質上
止じることがなく、かつ、膜の屈折率が２．０以下にな
るので、可視域において高透過性、低反射性で、かつ、
耐久性が優れた熱線遮蔽ガラスの保護膜となる。本発明
にかかるシリコンと炭素と窒素と酸素とからなる保護膜
の被覆方法としては、減圧した雰囲気内でおこなうスパ
ッタリング法やアーク蒸着法や真空蒸着法が用いられる
が、なかでもスパッタリング法が大きな面積の基板の上
に安定して被膜を被覆する土で好ましい。

上記方法で被覆するときの雰囲気ガスとしては、不活性
ガスと窒素と酸素の混合ガス、または窒素と酸素の混合
ガスのいずれも用いることができる。

そしてこれらのガスの割合を変えることにより保護膜の
組成が調整される。アルゴンと窒素と酸素の雰囲気では
、少な（とも窒素は０．０６６Ｐａ以上の分圧を有し、
全圧の２０％以上を占めるように雰囲気の組成を調整す
るのが好ましい。さらに、酸素の分圧は全圧の１％以上
とすることが好ましい。

また、得られるガラスの熱線遮蔽性を重視するときは、
可視域での吸収が大きくならない程度にＸを相対的に大
きな値とし、一方ｙとＺの値を相対的に小さくすること
ができる。Ｚを０．　４以下にすることにより可視域の
透過率を大きく低下させることなく熱線遮蔽性能を太き
スすることができる。

本発明の保護膜をスパッタリングで被覆するときは、炭
化ケイ素の焼結体からなるターゲットを用い、少なくと
も窒素と酸素を含む減圧された雰囲気内でおこなう反応
性スパッタリングの方法を用いるのが好ましい。このと
き遊離シリコンを含をしている炭化ケイ素のターゲット
を用いることは、ターゲットの導電性が向」ニし、直流
による反応性スパッタリングが可能となるので、窓ガラ
スのような大きなサイズの絶縁性の基板に安定して被覆
をおこなう」二で好ましい。ここで炭化ケイ素に含有さ
せるシリコンの重量比率は、５〜２０重量％が好ましく
１０−１５重量％がさらに好ましい。５重量％よりも少
ないと、ターゲットの導電性が十分でなく、大電流を印
加する高速直流スパッタリングを行うときのグロー放電
が不安定になるので好ましくない。また２０重量％より
多いと、ターゲットがもろくなり安定した放電を長く続
けることか困難になるので好ましくない。

本発明にかかる保護膜の厚みとしては５ｎｍ以上である
ことが望ましい。これよりも薄い厚みでは、実用上必要
な耐摩耗性を得ることが困難となる。逆に１１００ｎ以
」二厚く被覆しても、耐摩耗性が厚みに応じて大きくな
ることがなく被覆に＋１ｒ１間がかかるばかりでなく、
膜の剥離を生じることがあるので好ましくない。上記の
理由から被覆の経済性、得られるガラスの光学特性を考
慮して２０〜８０ｎｍの範囲に設定するのがさらに好ま
しい。

透明なガラス板上に被覆される熱線遮蔽性を存する被膜
は、特に限定されない。窒化チタン、窒化ジルコニウム
、窒化ハフニウム、窒化クロムの群から選ばれる少なく
とも一種が好んで用いられる。このときの金属窒化物の
膜の厚みは、可視光線透過率を高くするためには薄い方
が好ましく、熱線の遮蔽性を大きくするためには厚い方
が好ましく、とりわけ自動車の窓ガラスとして要求され
可視光線透過率が高いガラスとするには２，５〜７ｎｍ
の範囲が好ましい。さらに前記熱線遮蔽（１の被膜が、
低屈折率材料の被膜と高屈折率飼料の被膜が交互に積層
された多層膜の構成の被膜であってもよい。低屈折率材
料の被膜七高屈折率祠料の被膜の厚みは、遮蔽したい熱
線の波長をλとすると、その先学膜厚で約λ／４に定め
られる。

ここで高屈折率材料の被膜としては、ＴｉＯ２，５ｎ０
２、Ｉｎ２０Ｂ、ＩＴＯ（酸化錫を含む酸化インジウム
）、ＺｒＯ２、Ｚｎ０ｓ　　ＴａＯ２などの高屈折率を
有する被膜が例示でき、低屈折率材料の膜としては、５
ｉ０２、Ａｌ２Ｏ，、ＭｇＦ２などの膜が例示できる。

本発明にかかる保護膜は、光の吸収率が小さいことに基
づき可視光線透過率が高く、また屈折率が小さいことに
基づき表面反射率が小さいので、熱線遮蔽性の被膜の厚
みと保護膜の厚みを選ぶことにより、自動車の窓ガラス
に適した可視光透過率が７０％以上の熱線遮蔽性のガラ
スとすることができる。

本発明の透明なガラス板としては、無色透明のフロート
ガラスやブロンズ、グレー　ブルーなどの着色フロート
ガラスを用いることができる。

［作用］ 本発明の熱線遮蔽ガラスの最上層のシリコンと炭素と窒
素と酸素とからなる保護膜は、可視域で透明でかつ摩耗
強度が大きいので、透明基体上に被覆された熱線遮蔽性
の被膜を摩耗やスクラッチなどの外力から保護し、キズ
を生じにくくする。

また、保護膜中の酸素は、被膜の屈折率を低下させると
ともに、被膜の耐摩耗性を向上させる。

これは酸素を含むことによって、膜中および基板との間
の５ｉ−０の結合が増加することによると考えられる。

さらに、保護膜の厚みおよび屈折率を調整することによ
り、熱線遮蔽ガラスの可視光反射率を低く抑えることが
できる。

［実施例コ 以下の実施例に基づいて、本発明の詳細な説明する。第
１図は本発明の熱線遮蔽ガラスの一部断面図で、■はガ
ラス板、２は熱線遮蔽性の被膜、３はシリコンと炭素と
窒素と酸素とからなる保護膜である。

実施例１ ２つのカソードが設置された直流マグネトロンスパッタ
装置の一方のカソードには金属チタンを、他方のカソー
ドには約１８重電％の遊離のシリコンを含む炭化ケイ素
焼結体を、それぞれターゲットとじて設置した。清浄に
された２、＋ｍｍ厚のフロートガラス板をスパッタ装置
の真空槽に入れ、クライオポンプで５．３Ｘ］Ｏ−’Ｐ
ａまで真空に排気した。その後、窒素ガスを５０ｓｅｃ
ｍの流量で真空槽内に導入して、真空槽内の圧力を０゜
４ＰａにＷＲ節した。そして、直流電源から金属チタン
ターゲットに電力を投入しグロー放電を生起させた。Ｉ
Ａの電流値にセラｌ−した後、金属チタンターゲラ）・
の上方にあるンヤッターを２０秒間開いて、金属チタン
に対向する位置にあるガラス板に窒化チタンの膜を被覆
した。ターゲットへの電力の印加を停止し、さらにガス
導入を停止して、再びクライオポンプで５．３Ｘ１０−
’ＰａまでｉＪｌ気後、窒素ガスを４７．５ｓｅｃｍ１
酸素ガス２゜５ｓｅｃｍ真空槽内１こ導入し、真空槽内
の圧力を０．４Ｐａに調整した。そして直流電源から炭
化ケイ素ターゲットに電力を印加し、２Ａの電流値でグ
ロー放電を生起させた。その後炭化ケイ素ターゲット上
のシャッターを１分間開いて、前記窒化チタン被膜の上
にさらにシリコンと炭素と窒素と酸素とからなり化学式
で５ｉＣｘＮｙＯｚで表せる保護膜を被膜した。

このようにして得たガラスサンプルは、ガラス上に約５
ｎｍの厚みの窒化チタンの被膜およびその上に約７５ｎ
ｍのシリコンと炭素と窒素と酸素とからなる保護膜が被
覆された熱ｐＨ遮蔽性を有するガラスで、可視光線透過
率が７２．３％、可視光線反射率がガラス面から入射す
る光ζこ対して６．４％、太陽輻射透過率が６５．３％
であった。このガラスサンプルの被膜を市販のテーパー
摩耗試験機を用いて耐摩耗試験をおこなった。Ｎｏ、Ｃ
８１０Ｆの２つの摩耗輪に各５００ｇの荷重をかけ、６
０　ｒ　ｐｍの回転数で１０００回転の摩耗を被膜に加
えた後、ヘイズ率を測定したところ、わずか０．１％の
変化が認められたのみで、キズはほとんど目立たなかっ
た。

同じスパッタ装置を用いて、ガラス基板上に約７５ｎｍ
のシリコンと炭素と窒素と酸素上からなる化合物の単層
の被膜をイｉｊ若させ、Ｘ線回折測定と電子顕微鏡観察
をおこなった。Ｘ線回折によれば、ガラス板に基づくブ
ロードなピーク以外には、保護膜の結晶に基づく回折ピ
ークは観測されず、得られた保護膜は非晶質であること
が分かった。

一方電子顕微鏡観察によれば、保護膜はち密で柱状構造
は認められず、かつその被膜の表面は極めて平滑である
ことがわかった。

実施例２ 実施例】と同様の方法を用い、真空槽に導入するガスの
流量の割合を種々変化させて、シリコンと炭素と窒素と
酸素上からなる保護膜のみをガラス板の上に被覆した。

得られた被膜について耐摩耗性を測定し、保護膜５ｉＣ
ｘＮｙＯｚの光学定数を測定した結果を第１表に示す。

第１表より耐摩耗試験前後の可視光線透過率の変化は１
．２３％以下の小さい値であり、また試験後の被膜のヘ
イズ率も約２．１％と小さく、保護膜５ｉＣｘＮｙＯ２
は耐摩耗性が優れていることが分かった。

実施例３ 炭化ケイ素ターゲットに印加する電流とスパッタリング
する時間を変えてシリコンと炭素と窒素と酸素とからな
り化学式で５ｉＣｘＮｙＯｚで表せる保護膜の厚みを１
０ｎｍとしたことのほかは、実施例１と同じようにして
熱線遮蔽ガラスを製作した。このガラスサンプルの被膜
を市販のテーパー摩耗試験機を用いて、実施例１と同じ
ようにして耐摩耗試験をおこなった。Ｎｏ、Ｃ８］ＯＦ
の２つの摩耗輪に各５００ｇの荷重をかけ、６０ｒｐｍ
の回転数で１０００回転の摩耗を被膜に加えた後、ヘイ
ズ率を１ｌｌｌｌ定したところ、わずかＯ，１％の変化
が認められたのみで、キズはほとんど「１立たなかった
。

第１表 比較例１ 実施例１と同様の方法を用い、真空槽内に導入するガス
流量の割合を種々変化させて、／リコンと炭素と酸素と
からなる保護膜のみをガラス板の上に被覆した。得られ
たシリコンと炭素と酸素とからなる化学式でＳ　ｉ　Ｃ
ｘ０ｚと表せる被膜の耐摩耗性試験を実施例１と同じよ
うに行い、また光学定数を測定した結果を第２表に示す
。第２表に示すとおり、摩耗試験の結果可視光線透過率
は１０％以上変化し、またヘイズ率も３〜４％であった
。

比較例２ 実施例１と同じスパッタ装置を用いて洗浄した２、１ｍ
ｍ厚のガラス板上に、アルゴンのみを真空槽に導入した
雰囲気によるスパッタリングにより、５ｉＣｘの化学式
で表せる被膜を７５ｎｍ被覆した。この被膜の屈折率は
３．７９と極めて高（、かつ可視域で光の吸収を示すも
のであった。

また同条件での耐摩耗試験後のヘイズ率は４．０％と大
きい値であった。

内 第２表 比較例３ 実施例１と同じスパッタ装置を用いて洗浄した２、１ｍ
ｍ厚のガラス板」二に、窒素ガスのみを真空層に導入し
た雰囲気によるスパッタリングで５ｉｃｘＮｙの化学式
で表せる被膜を７５ｎｍ被覆した。この被膜の屈折率は
２．０４であった。また実施例１と同条件行った耐摩耗
試験後のヘイズ率は３，１％であった。

上記のように、本発明にかかるシリコンと炭素と窒素と
酸素とからなる保護膜は、耐摩耗性が優れていることが
わかる。

［発明の効果］ 本発明の熱線遮蔽ガラスの空気と接する最外層は、シリ
コンと炭素と窒素と酸素とからなる耐摩耗性に優れた保
護膜を育するので、直接外気に触れる状態で使用しても
スクラッチなどによる傷がつきに（い。したがって自動
車の窓ガラスや建物の窓ガラスとして複層ガラスや合わ
せガラスにすることなく単板の状態で用いることができ
る。

また、本発明の保護膜は直流スパッタリング法により被
覆できるので、大きな基板に安定して被覆することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱線遮蔽ガラスの一部断面図である
。 １・・・ガラス板、２書Φ・熱線遮蔽性の被膜、３・命
・シリコンと炭素と窒素と酸素とからなる保護膜。 Ｖ？眸 ξ１４願人 口太析諸子 ｖＪ°〒１″合２１ １合 手１２年１２月１９　日

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明なガラス板の上に少なくとも一層からなる熱
   線遮蔽性の被膜が被覆され、前記熱線遮蔽性の被膜の上
   にシリコンと炭素と窒素と酸素とからなる保護膜が被覆
   された熱線遮蔽ガラス。
2. （２）前記熱線遮蔽性の被膜が、窒化チタン、窒化ジル
   コニウム、窒化ハフニウム、窒化クロムの群から選ばれ
   た少なくとも一種であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の熱線遮蔽ガラス。
3. （３）前記熱線遮蔽性の被膜が、低屈折率材料からなる
   被膜と高屈折率材料からなる被膜が交互に積層された多
   層構成の被膜であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第２項に記載の熱線遮蔽ガラス。
4. （４）前記保護膜の厚みが、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下
   である特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの
   項に記載の熱線遮蔽ガラス。
5. （５）前記保護膜が、遊離のシリコンを含有する炭化ケ
   イ素のターゲットを用いて、減圧された雰囲気内での直
   流反応性スパッタリングにより被覆されたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかの項
   に記載の熱線遮蔽ガラス。