JP2958664B2 - 基材のための改良された高透過率,低輻射率の塗膜 - Google Patents
基材のための改良された高透過率,低輻射率の塗膜Info
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Description
スのような透明基材のための実質的に透明な塗膜に関す
るものである。
過性,低輻射率の塗膜は、可視光線は透過されるが、他
方、赤外線スペクトル内の光のような他の波長の光の透
過を最小限にするそれらの能力を特徴とする。前記特徴
は、建築ガラス又は自動車ガラスのように、可視性を抑
制することなく輻射的な熱伝導を減少させるために特に
有用である。審美的な理由のために、多くの前記用途に
おいて、可視スペクトルに比較的一致する反射を保持す
ることが重要であり、その結果、前記塗膜は“無彩”
色、すなわち本質的に無色である。
物層の間に積層された高い赤外線反射率及び低い透過性
を持つ少なくとも一層の薄い金属のフィルム又は層を有
する“フィルム積層体(film stack)”からなる。前記
の金属層は実質的に、銀,銅又は金のような何れかの反
射性金属であってよく、銀は、それが相対的に無彩色で
あることに起因して、前記用途のために使用頻度の高い
金属である。チタン,ハフニウム,ジルコニウム,ニオ
ブ,亜鉛,ビスマス,インジウム及び錫の酸化物を包含
する金属酸化物は、高透過率,低輻射率のフィルムとし
て有用である。従来の技術体系においては、亜鉛スタネ
ート又はインジウム/錫合金の酸化物のような金属合金
の酸化物も用いられた。
立つ。第一に、それらはフィルム積層体の可視反射を減
少させ、透過率を増大させるのに役立つ。前記層中で使
用される金属酸化物は、相対的に高い反射率、例えば前
記目的を達成するために2.0又はそれより大きいオーダ
の反射率を有するべきである。従来技術において一般的
に受け入れられた原理に基づいて、透明(例えば、ガラ
ス)基材と第一金属層との間の金属酸化物層は、無彩で
高透過性の塗膜を得るために、少なくとも厚さが300Å
でなければならない;前記層は更に一般的には、厚さが
約400Åと700Åとの間である。
を保護するために役立つべきである。一旦、前記の塗布
基材が組み立てられ且つ使用のために取り付けられた場
合には、複合窓構造中の二枚の間隔をあけたガラス板の
間にフィルム積層体を配置することにより、フィルム積
層体は環境との接触からしばしば離される。しかしなが
ら、前記製品が組み立てられる前に、フィルム積層体は
しばしば、取り扱い、輸送又は洗浄によるような比較的
苛酷な条件に晒される。
に、前記金属酸化物層の能力を増大させるために種々の
試みがなされた。例えば、ジレリー(Gillery)他は、
アメリカ合衆国特許第4786563号明細書中において、保
護のためのオーバーコートとしての酸化チタンの用途を
教示しており、この教示は参考として本文中に取り込ま
れている。ジレリー他は、酸化チタンが最良の結果を与
えると説明しているが、かれらは、前記オーバーコート
は金属酸化物の代わりに金属から形成され得ると記載し
ている;前記金属層のための第一候補として、チタン及
び鉄合金又はニッケル合金が記載されている。ジレリー
他は、特定の他の酸化物は保護のためのオーバーコート
として使用するために必要とされる耐久性を全く欠くと
いうことも教示している。酸化亜鉛、酸化ビスマス及び
酸化錫は全て、耐久性の欠如のような望ましくない性質
を有するものとして記載されており、このことはそれら
を保護のためのオーバーコートとして不適当にする。
化チタンオーバーコートを使用すると、輸送及び洗浄操
作の間に擦過されるか又は摩耗する傾向があるというこ
とが判った。例えば、塗布基材が最終製品に組み立てら
れる前に洗浄される場合には、フィルム積層体は洗浄装
置と物理的に接触する。このような洗浄工程は、酸化チ
タン又は同種のものからなるオーバーコートを物理的に
摩耗することが可能であり、仕上げ物品の外観を著しく
損なうということが判った。
対的な厚さは、塗布基材における所望の性質を得るため
に、注意深く選択しなければならない。上記の如く、可
視透過率を最大とし且つ輻射率を最小とすることに加え
て、多くの場合において、フィルム積層体が無彩色であ
ることが望まれる。フィルム面に対して通常垂直な入射
角で見た場合に、透過の際に許容され得る無彩色である
基材のための塗膜を与えることは可能であった。しかし
ながら、入射角が減少した場合には、フィルム積層体は
透過の際に色の増大を示す傾向があるであろう。垂直な
角度で見た場合にほぼ完全に無彩であるフィルム積層体
の場合は、より鋭い角度で見た場合に、異なる可視色を
示す傾向があるであろうということが判った。ビル又は
自動車の窓は、種々の角度で見られるので、勿論、フィ
ルム積層体の色に関するそのような変化は、使用に際し
てしばしば検出される。
役立ち、広範囲の入射角において実質的に無彩をまだ保
持しているフィルム積層体を提供することが望まれてい
るであろう。加えて、前記基材に関する通常の取り扱い
における厳しさに耐え得る保護塗膜を持つフィルム積層
体を提供することが望まれているであろう。
酸化物から形成されたベースコートを有する高透過率,
低輻射率のフィルム積層体を提供する。基材と被覆して
いる反射金属層との間に必要な抗−反射を提供するため
には、前記厚さは通常、従来技術においては薄すぎると
考えられている。厚さ275Å及びそれ未満で形成された
金属酸化物ベースコートはその抗−反射機能を充分に役
立てることができるということを、予期せぬことに、我
々は見出した。ベースコートを塗布するために必要な材
料及びエネルギーの減少に起因する明確な経済的利益を
有することに加えて、本発明に基づいてベースコートを
減少させることは、驚くべきことに、フィルム積層体の
色の無彩性を充分に改良するということが判った。特
に、この比較的薄いベースコートは、通常従来技術のフ
ィルム積層体に関する入射角よりもより広範な入射角に
おいて無彩色を示すフィルム積層体の構成を可能にす
る。
トを含むフィルム積層体は、亜鉛,錫,インジウム又は
ビスマス、或いは前記金属を含む合金からなる群から選
択された金属の酸化物の外層も包含する。このオーバー
コート層は、前記オーバーコート層が損傷され又は擦り
落とされた場合に、塗布基材の光学的性質に実質的に影
響を及ぼさないであろう厚さで塗布される。本態様のオ
ーバーコートを含むフィルム積層体は、このようなオー
バーコートを含まないフィルム積層体に比べて、充分に
増大された物理的耐久性を示すということが判った。
覆された基材の模式図である。
様を図1に示す。本発明のフィルム積層体は、基材10
(これは、何れかの所望の材料からなっていてよい)の
上に塗布される。けれども、本発明のフィルム積層体
は、実質的に透明な基材、例えばガラス又は透明プラス
チック材料に塗布されるであろうということが意図され
ている。本発明は特に、建築の又は自動車関係の用途に
おいて窓として使用するためのガラス板を被覆する際に
有用である。
に塗布される。前記ベースコート20の金属酸化物は、少
なくとも150Åの厚さであるが、しかし約275Åの厚さを
越えるべきではないということが意図されている。約22
0Åの厚さが、前記層にとっては好ましい。
公知金属酸化物、例えば酸化チタン,酸化ハフニウム,
酸化ジルコニウム,酸化亜鉛,酸化錫,酸化インジウム
及び酸化ビスマス、並びに前記酸化物の混合物を用い
る。前記酸化物は、マグネトロンスパッターによって付
着析出される。マグネトロンスパッター法は公知技術で
あるので、本文中では詳細に議論する必要はない。
のために有用であるが、前記ベースコートの厚さは、選
択される前記金属酸化物に応じて変化してよい。比較的
低い反射率(酸化亜鉛においては2.0)を有する金属酸
化物が使用される場合には、約150Åと約275Åとの間の
ベースコートの厚さが好ましい。これは、約300Åと約5
50Åとの間の所望の光学的厚さ(有効な厚さ及び反射率
の製品)を与える。より大きい反射率を有する材料が使
用される場合には、ベースコート20の実際の厚さは減少
するであろうが、しかし、同一の所望の光学的厚さをま
だ保持するであろう;酸化チタンの場合には、約2.3-2.
6、最も普通には約2.4の反射率が使用され、ベースコー
ト20の好ましい厚さは約125Åと約230Åとの間であり、
これは酸化亜鉛約150-275Åにより与えられるものと同
一の光学的厚さを与える。
ト20の上に塗布された反射金属層30も含む。可視透過率
に大きな影響を及ぼすことなく赤外線を効率良く反射す
る何れかの適する金属層は、前記金属層として適してい
る。上記の如く、金又は銅を使用し得るけれども、フィ
ルム積層体の色の無彩性を容易に得ることができるの
で、銀が好ましい。示された態様においては、下記の如
く二つの別個の反射金属層が用いられており、所望の内
側(基材に最も近い)反射金属層30は、約100Åないし
約150Åのオーダの厚さを有し、約125Åの厚さを有する
ことが好ましい。しかしながら、本発明のフィルム積層
体は、図1の層40-50を除いて、単一の反射金属層のみ
を含んでいてもよい。前記の単一の金属層のフィルム積
層体においては、銀の層は好ましくは約100Åないし約1
75Åで塗布され、約140Åの厚さを有することが好まし
い。
も含まれる。従来技術において公知の如く、内側と外側
との反射金属層(各々、30,50)の間に中間層40を含む
ことが好ましい。中間層40は、何れかの所望の組成物か
らなるものであってよい;前記中間層として良好に機能
することが判った金属酸化物は、上記の内側の金属酸化
物層20として有用であることが判った金属酸化物と実質
的に同一である。
次の酸化物塗膜が順に塗布されるように酸化されている
チタンのような金属からなる犠牲層42を用いてオーバー
コートされている。金属層42は、それ故、金属酸化物層
44をスパッターする間、下に横たわる反射層30を保護す
るための犠牲層として役立つ。良好に機能させるため
に、約20Åの厚さでチタン金属を塗布することが見出さ
れた。
スの酸化物のような何れかの適する金属酸化物から形成
されてよい。本発明の一つの好ましい態様においては、
中間の金属酸化物層44の厚さは、ベースコート20の厚さ
の少なくとも約3倍、すなわち、中間層44に対するベー
スコート20の厚さの比率は0.33よりも大きくない。例え
ば、約220Åの厚さのベースコート20を有する本発明の
フィルム積層体においては、中間層44は約660Åと約900
Åとの間の厚さが好ましく、約700Åないし約750Åの範
囲の厚さを有することが好ましい。これは、約0.33ない
し約0.24、好ましくは約0.31(220を700で割る)及び約
0.29(220を750で割る)の範囲の第二の金属酸化物層44
の厚さに対するベースコート20の厚さの比率を与える。
金属層50も用いられている。前記反射層の金属は、内側
の反射金属層30において使用された金属と同一であって
もよいし、又は異なってもよい。前記の第二の反射金属
層の厚さは、内側及び外側の反射金属層の複合作用が、
フィルム積層体のための所望の可視透過率及び輻射率特
性、並びに色特性を与えるように選択されるべきであ
る。約125Åの内側の反射層30に対しては、外側の反射
層50は約125Åと約175Åとの間の厚さが好ましく、約15
0Åの厚さを有することが好ましい。内側及び外側の金
属層30,50に対して前記厚さを使用すると、非常に低い
輻射率が得られ、他方、比較的高い可視透過率及び色の
無彩性を保持することが判った。外側の金属酸化物層60
は、外側の反射金属層50の上に塗布される。前記の外側
の反射酸化物層60は、フィルム積層体に用いられる多数
の反射酸化物層とは無関係に用いられるということを理
解すべきである。例えば、図1の層30のように単一の反
射金属層のみが用いられる場合には、外側の酸化物層60
は前記金属層の上に直接塗布されてよい。これに対し
て、三つ又はそれより多くの反射金属層を用いるフィル
ム積層体のように付加的な反射金属層を用いるべきであ
った場合には、外側の金属酸化物層60は、前記反射金属
層の最外部の上に塗布されるべきである。
する構成からなっていてよい。好ましい態様において
は、外側の金属酸化物層60は、金属層50に直接塗布され
たバリヤー層62(このバリヤー層の上に保持されている
一つ又はそれより多くの付加的な酸化物層を有する)か
ら形成される。前記バリヤー層62は、中間の金属酸化物
層40と共に上記したバリヤー層42と実質的に同一であっ
てもよい。
体の可視反射を最小に保証し且つ下に横たわる金属層
(単数又は複数)を元のままの状態で保護するために、
バリヤー層62の上の保持された少なくとも一つの金属酸
化物層を含む。前記のバリヤー層の上に保持された前記
の金属酸化物は、フィルム積層体に対して望まれる特性
因子に合致させるために、組成及び厚さを変化させても
よい。例えば、チタン酸化物の単一層を用いてよい。し
かしながら、図1に示された好ましい態様においては、
少なくとも二つの金属酸化物層64,66がバリヤー層62の
上に設けられている。
る金属酸化物からなる第一及び第二の層64,66を形成す
ることが好ましい。二つの層64,66のうちの一つは、好
ましくはチタン,ハフニウム,ジルコニウム又はニオブ
或いは前記金属の合金の酸化物からなり、酸化チタンを
用いることが特に好ましい。このような層は、フィルム
積層体に、化学薬剤の攻撃から下に横たわる金属層を保
護するための付加的な化学的耐性を与える。前記層の厚
さは、比較的広範囲に変化させることができる。有効な
化学的バリヤーを与えるために、前記層は少なくとも約
5−10Åの厚さであることが好ましいが、しかし、前記
層は前記の最小の厚さを越えて充分に増大させることが
できる。チタン,ハフニウム,ジルコニウム及びニオブ
は比較的遅くスパッターされ、且つそれ故、前記金属の
酸化物層は塗布するためには比較的高価となり易い。そ
れ故、約100Åを越えない厚さで前記酸化物層を塗布す
ることが経済的に望ましい。好ましい態様においては、
前記層は約50Åと100Åとの間の厚さでチタン酸化物か
ら形成され、約50-60Åの厚さを用いることが特に好ま
しい。二つの金属酸化物層64,66のうちの他方及び外側
の層60は何れかの所望の金属酸化物から形成されてよ
い。酸化亜鉛,酸化錫,酸化インジウム及び酸化ビスマ
スは、前記用途において全く良く機能するということが
判った。一つの好ましい態様においては、前記層は約20
0Åと約400Åとの間の厚さの酸化亜鉛から形成され、約
300Åの厚さが好ましい。酸化チタン層と酸化亜鉛層と
相対的順序は変えてよく、前記態様において、酸化亜鉛
は酸化層64としてバリヤー層62の上に塗布され、そして
酸化チタンは酸化層66として前記酸化亜鉛層の上に塗布
される。
望ましい。前記フィルム積層体の全体の厚さを最小にす
ることは、上記の如く比較的薄いベースコート20の用途
に関連して、以下に更に詳説する如く、無彩色を示す広
範な入射角を得ることを助けると信じられている。前記
フィルム積層体の全体の厚さは約1700Åを越えないこと
が意図されており、全体の厚さは約1600Åであることが
好ましく、そして約1500-1600Åの間の厚さは特に好ま
しい。
も、無彩色である有用な高い可視透過率,低い輻射率の
フィルムは少なくとも300Åの厚さの内側の金属酸化物
層を必要とすることが通常知られている。上記の如く、
内側の金属酸化物層は基材と被覆された反射金属層との
間に設けられている。光が基材から反射金属層に又はそ
の逆に通過する場合に反射を減少させるためには、少な
くとも約300Åの厚さは必要だと考えられた。
より、適当な抗−反射を得ることができるということを
発見した。明らかに、前記ベースコートを形成する際に
金属酸化物材料を少なく使用することは、塗布基材を製
造することに関連する費用を減少させるであろう−減少
される原材料の費用のみならず、動力の必要性及び前記
フィルムを塗布する際に必要な製造時間も相対的に減少
する。全く驚くべきことに、例えベースコート中で金属
酸化物材料を少なく使用したとしても、議論されたであ
ろう従来技術において通常受け入れられた原理の場合に
は、塗布基材の光学的性質を減少させることは殆どな
い。反対に、本発明のベースコートの使用は、得られた
フィルム積層体の光学的性質、特に色の無彩性を実際に
改良することが判った。
材は無彩色を示すということが重要である。無彩色であ
るフィルム積層体を得るために適当な金属酸化物層及び
金属層を選択することに、非常な努力が払われた。塗布
基材の色は、ガラス板に実質的に垂直な角度で塗布基材
に当たる光を使用することにより通常測定される。この
ような試験を行う際には、可視スペクトルにわたって公
知の波長分布を有する光源を塗布基材の一方の側の上に
配置し、そして前記基材の表面に実質的に垂直な線に沿
って、検出器を塗布基材の他方の側の上に配置する。次
いで前記検出器で、可視スペクトルに跨がる種々の波長
において光強度を測定し、次いで塗布基材の全体にわた
る“無彩性”を決定するために、これらの測定値を公知
の波長分布と比較する。前記色試験は、従来技術におい
て良く知られており、そして本文中で詳細に説明する必
要はない。
角度で基材を透過した光の色を測定するために設定され
ているということを覚えておくことは重要である。光が
前記フィルムに当たる入射角度(図1中のα)が90°よ
りも減少した場合には、塗布基材の色は変化し得る。こ
の変化は現在の試験技術を用いて定量することは全く困
難であるかもしれないが、それは、前記変化が全く大き
いものであるかもしれないこの分野において体験したも
のにより記録された。特に、通常の入射角度の光を用い
て測定された場合に優れた無彩性を示した幾つかの塗膜
は、より鋭い入射角度で見た場合に異なる可視色、例え
ば黄味を帯びた色合いを示した。
積層体は広範な入射角にわたって、例えば約45°までの
角度において、その無彩性を保持する。
金属層30,50、及び中間の金属酸化物層40は、実質的に
上記と同じである。しかしながら、前記態様において、
本発明における外側の金属酸化物層60は、例えばベース
コート20から最も離れて与えられた何れかの位置に、フ
ィルム積層体の最も外側の層として塗布された外側のオ
ーバーコート70を含む。このオーバーコート70は、フィ
ルム積層体の下に横たわる層を摩耗から保護するために
設けられる。多くの例において、基材を一つの場所で塗
布し、次いで最終製品に組み立てるために別の場所に輸
送しなければならない。例えば、ガラス板は塗布施設で
高透過率,低輻射率の塗膜を与えられ、次いで絶縁性ガ
ラス窓ユニットへの組み立てのために別の遠方の施設に
輸送される。塗膜を甚だしく損傷させることなく塗布基
材を比較的短い距離輸送することは可能であるが、前記
基材が長距離輸送された場合には、摩耗に起因する製品
の損失は非常に大きくなる可能性がある。
且つ最も外側の層として酸化チタンを含むガラス製品
が、塗布施設から1000マイル未満離れた組み立てプラン
トに輸送された;塗膜の擦過と摩耗のために、輸送のほ
ぼ80%は、絶縁性ガラスユニットの用途に対して許容し
得ないと考えられた。実質的に同一のフィルム積層体を
設けたガラスの第二の積送りに本発明のオーバーコート
を塗布することにより、それにもかかわらず、多数の許
容し得ないように塗布された板は、非常に短い範囲輸送
され且つ製造損失に関して許容し得、予想範囲内であっ
たものと同等であった。オーバーコートを含む前記のガ
ラスの第二の積送りは、非常に僅かな擦過及び摩耗を示
し、そしてオーバーコートを施さなかった第一の積送り
よりも目視上良好であった。
を有する材料、すなわち、前記オーバーコートのすぐ下
に横たわる材料よりも摩耗又は擦過に良好に耐える材料
から形成される。本発明のオーバーコートとしてスパッ
ターされた場合に比較的高い機械的耐久性を示す材料
は、亜鉛,錫,インジウム,ビスマスの酸化物又は亜鉛
スタネートのような前記金属を含む合金の酸化物を包含
する。比較的低い価格及び高いスパッター速度に起因し
て、反射性酸素雰囲気中で亜鉛ターゲットのマグネトロ
ンスパッターにより塗布された酸化亜鉛は特に好まし
い。
属酸化物層は、酸化チタンのような他の一層慣用の外側
の層よりも化学的な攻撃に対して一層敏感な傾向がある
ことが判った。塗布ガラス板が最終ガラス製品を組み立
てる作業者により取り扱われる場合には、作業者は前記
フィルム積層体にしばしば触れる。作業者の手の上の汗
又は組み立て作業において使用される化学薬剤は前記フ
ィルム積層体に接触し得、そして前記フィルムを可視的
にまだらにし又は、もしそうでなければ劣化させる。更
に、前記板はしばしば組み立ての前に洗浄される;洗浄
液中の化学薬剤も残念ながら前記フィルムに影響を及ぼ
し得る。
響を及ぼさない厚さで本発明のオーバーコート70を塗布
することが好ましい。本発明のフィルム積層体が前記オ
ーバーコートを劣化させる苛酷な化学的環境に晒された
場合には、オーバーコートの効果は、フィルム又は塗布
基材の光学的性質に対して充分に有効ではないであろ
う。洗浄工程が前記フィルム積層体から全オーバーコー
トを洗い流すほどに苛酷である場合でさえも、前記フィ
ルムの光学的性質は実質的に変化しないであろうが、し
かし、前記オーバーコートは取り扱い、輸送又は洗浄前
の同種のものの間、摩耗から下に横たわるフィルムを保
護するために全く役立たないであろう。
れる酸化物などに基づいて変化するであろう;前記オー
バーコートの最大厚さは、比較的低い反射率を有する金
属に対してよりも、比較的高い反射率を有する材料に対
しては薄いであろう。約10Åと約40Åとの間の光学的厚
さを有するオーバーコートは、光学的性質に大きな影響
を及ぼすことなく、適する耐摩耗性を付与することがで
きるということが判った。それ故、酸化亜鉛のオーバー
コート(これは、2.0に非常に近い反射率を有する)
は、約5Åと約20Åとの間の厚さで塗布するのが都合が
良い。
思想及び添付された請求の範囲から離れない範囲内で、
種々の変化、応用及び改良が行われてよいということを
理解されたい。
Claims (5)
- 【請求項1】(a)約275Åを越えない厚さで基材の表
面に塗布された抗−反射性金属酸化物からなるベースコ
ート、 (b)前記ベースコートの上に塗布された第一の反射性
金属層、 (c)前記第1の反射性金属層の上に塗布された抗−反
射性金属酸化物からなる中間層、 (d)前記中間の抗−反射性層の上に塗布された第二の
反射性金属層、及び (e)前記第二の反射性金属層の上に保持された金属酸
化物からなる外側の抗−反射性層 からなる、広範囲な入射角にわたって実質的に無彩色で
ある塗布基材を与える表面上の塗膜を有する基材からな
る高透過率、低輻射率の塗布基材。 - 【請求項2】中間の抗−反射性層の厚さに対するベース
コートの厚さの比率が約0.33を越えない請求項1記載の
塗布基材。 - 【請求項3】塗膜の全体の厚さが1600Åを越えない請求
項1又は請求項2記載の塗布基材。 - 【請求項4】全体の厚さがほぼ1500Åと1600Åとの間で
ある請求項3記載の塗布基材。 - 【請求項5】前記外側の抗−反射性層がその最も外側の
層として耐摩耗性のオーバーコートを含み、前記オーバ
ーコートが、前記塗布基材の光学的な性質に大して影響
を及ぼさない厚さで塗布された亜鉛,錫,インジウム,
ビスマス及びそれらの合金からなる群から選択された金
属の酸化物から形成されている請求項1記載の塗布基
材。
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