JP2007191384A - 低放射ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】
高い可視光透過性を有しながら、とりわけ高い遮熱性を有する低放射ガラスの提供を課題とする。
【解決手段】
透明基板上に誘電体膜とＡｇ膜とがこの順に交互に２ｎ層（ｎ≧１）積層されてなり、最上層のＡｇ膜の上に誘電体膜が積層されてなる低放射ガラスにおいて、Ａｇ膜の透明基板側に隣接してＺｎＯ膜が積層されてなり、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折法による、該ＺｎＯ膜の００２結晶面による回折ピークの角度２θが３３．９°以下とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低抵抗膜およびその低抵抗膜を用いた低放射ガラスに関するものである。

特許文献１に開示されているような、ガラス板上に誘電体膜とＡｇ膜とを２ｎ＋１（ｎ≧１）層繰り返して積層し、最上層を誘電体膜とした、低放射ガラスが知られている。誘電体膜には、金属の透明酸化物膜が用いられている。

前記低放射ガラスは、Ａｇ膜に前後して積層される誘電体膜により可視光の反射を防止して高い可視光透過性を確保しながら、Ａｇ膜の優れた赤外線反射作用により、高い遮熱性を発現する開口部材としてよく知られている。

このような低放射ガラスは、断熱性を十分に活用させるため、建築物の窓ガラスに空気断熱層を備えた複層ガラス構成で使用されることが多い。

この低放射ガラスの誘電体膜やＡｇ膜は、窓に使用するため、大面積のガラス板に成膜ができ、しかも量産性が要求されるため、スパッタリング法によって成膜される。特に、スパッタリングのターゲット背後に磁石を配置し、発生する磁場により、ターゲット表面近傍にプラズマを閉じ込め、ターゲットからスパッタリングされた粒子により成膜を行うマグネトロンスパッタリング法により作製される。

Ａｇ膜を用いる低放射ガラスには、開口部に用いるために、高い遮熱性と可視光の高い透過性が要求されている。

遮熱性の発現には、Ａｇ膜の高い赤外線反射率が必要であり、Ａｇ膜の抵抗が小さいほど赤外線反射率も高くなる。Ａｇ膜の抵抗は、Ａｇ膜の厚みを大きくすることによって下げられるが、厚みを増すとＡｇ膜の可視光の透過率が下がるので、Ａｇ膜の厚みは、Ａｇ膜の透過率と放射率との兼ね合いで決定される。
特開２００２−１７３３４３号公報

本発明は、高い可視光透過性を有しながら、とりわけ高い遮熱性を有する低放射ガラスの提供を課題とする。

本発明の低放射ガラスは、透明基板上に誘電体膜とＡｇ膜とがこの順に交互に２ｎ層（ｎ≧１）積層されてなり、最上層のＡｇ膜の上に誘電体膜が積層されてなる低放射ガラスにおいて、Ａｇ膜の透明基板側に隣接してＺｎＯ膜が積層されてなり、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折法による、該ＺｎＯ膜の００２結晶面による回折ピークの回折角度２θが３３．９°以下であることを特徴とする低放射ガラスである。

また、本発明の低放射ガラスは、前記低放射ガラスにおいて、ｎ＝１であり、最上層の誘電体膜がＺｎＯ膜を含み、第１層の誘電体膜に用いるＺｎＯ膜の厚さが２０〜６０ｎｍの範囲にあり、第２層のＡｇ膜の厚さが５〜３０ｎｍの範囲にあり、第３層の誘電体膜に用いられるＺｎＯ膜の厚さが２０〜６０ｎｍの範囲にあることを特徴とし、あるいは、ｎ＝２であり、最上層の誘電体膜がＺｎＯ膜を含み、第１層の誘電体膜に用いられるＺｎＯ膜の厚さが２０〜６０ｎｍの範囲にあり、第２層のＡｇ膜の厚さが、７．５〜１７．５ｎｍの範囲にあり、第３層の誘電体膜に用いられるＺｎＯ膜の厚さが４０〜１２０ｎｍの範囲にあり、第４層のＡｇ膜の厚さが７．５〜１７．５ｎｍの範囲にあり、第５層の誘電体膜に用いられるＺｎＯ膜の厚さが２０〜６０ｎｍの範囲にあることを特徴とする低放射ガラスである。

また、本発明の低放射ガラスは、前記低放射ガラスにおいて、 誘電体膜の少なくとも一つの膜が、ＺｎＯ膜のみであることを特徴とする低放射ガラスである。

また、本発明の低放射ガラスは、前記低放射ガラスにおいて、Ａｇ膜の直上に、該Ａｇ膜の酸化を防ぐための、Ａｌを２〜１２重量％含む酸化亜鉛層を形成することを特徴とする低反射ガラスである。

また、本発明の低放射ガラスは、前記低放射ガラスにおいて、Ａｇ膜の直上に、Ａｇ膜の酸化を防ぐための保護金属層を形成することを特徴とする低反射ガラスである。

また、本発明の低放射ガラスは、前記低放射ガラスにおいて、保護金属層が、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ、Ｚｎ合金、及びＳｎ合金のみから成る群から選択される金属を含んでいて、該金属がＡｌ又はＳｂを０．０〜１０．０重量％含んでいることを特徴とする低反射ガラスである。

本発明の低放射ガラスは、可視光透過率が大きい、採光性に優れた低放射ガラスを提供する。

本発明の低抵抗膜は、透明性が高く、建物の窓の遮熱を目的とする低放射ガラスに用いることが好ましい。

低放射ガラスは、図１に示すように、透明基板３に、透明基板から誘電体膜１１とＡｇ膜１２とを交互に繰り返して２ｎ（ｎ≧１）層積層され、最上層の膜が誘電体膜１１でなる低抵抗膜を形成してなるものである。

透明基板３には、ソーダーライムガラスや石英ガラスなどの板ガラス、ポリカーボネートやポリエステルテレフタレート等の透明な樹脂板あるいはフィルム、等を好適に用いることができる。特に廉価なフロート板ガラスが好適である。

透明基板３に接して積層される誘電体膜１１は、透明性基板とＡｇ膜１２との密着性や、低抵抗膜を膜相互の密着性を高めて、低放射ガラスの積層膜の強度と耐久性を高めるために、さらには、低放射ガラスの可視光の透過率を高めるために用いられる。

誘電体膜１１は、低放射ガラスの好適な膜強度や耐久性および高い透過率を得るために、Ａｇ膜の透明基板側に隣接して、ＺｎＯ膜をもちいることが好適である。

さらに誘電体膜１１には、ＺｎＯ膜の他に、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｔｉ等の透明酸化物膜、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ等の窒化物膜や窒酸化物膜のなかから少なくとも１種類以上を選んでなる誘電体膜を用いてもよい。

前述する誘電体膜の選択は、光学膜厚、可視域の光の吸収特性、誘電体膜自体の機械強度、隣接する誘電体膜およびＡｇ膜との密着性を考慮して、行うことが望ましい。

透明性基板３に直接成膜される誘電体膜１１に用いるＺｎＯ膜の厚みと最上層の誘電体膜１１に用いるＺｎＯ膜の厚みは、２０ｎｍ〜６０ｎｍとすることが好ましく、それ以外の誘電体膜１１に用いるＺｎＯ膜の厚みは、４０〜１２０ｎｍとすることが好ましい。

さらに、透明性基板３に直接成膜される最下層の誘電体膜１１と、低抵抗膜の最上層として成膜される誘電体膜１１の厚さは、低抵抗膜の可視域での透過性を高めるために、膜厚を同じ程度にすることが好ましい。

ＺｎＯ膜の膜厚の下限値を２０ｎｍとするのは、隣接層との密着性を維持するためである。また、ＺｎＯ膜の膜厚がその上限値（透明性基板に直接成膜される最下層の誘電体膜１１と最上層の誘電体膜１１の場合は６０ｎｍ、その他の誘電体膜の場合は１２０ｎｍ）を越えると、可視域での好ましい透過率を得られなくなる。

ｎ＝１の場合、すなわち、Ａｇ膜が１層の場合は、Ａｇ膜１２の厚みは５〜３０ｎｍの範囲にあることが好ましい。５ｎｍ未満の場合、抵抗値が大きく有効な遮熱性能が得られず、また、３０ｎｍを越えると、透明性が損なわれ、建物の窓に用いるには好ましいとはいえなくなる。

さらに、ｎ＝２の場合、すなわち、Ａｇ膜が２層の場合は、２層のＡｇ膜１２の、厚みの合計は、１５〜３５ｎｍの範囲にあることが好ましい。２層のＡｇ膜の厚みの合計が１５ｎｍ未満の場合、抵抗値が大きく有効な遮熱性能が得られず、また、厚みの合計が３５ｎｍを越えると、透明性が損なわれ、建物の窓に用いるには好ましいとはいえなくなる。

さらに、Ａｇ膜１２の酸化を防ぐために、Ａｇ膜１２と誘電体膜１１の間に保護金属層を成膜することが望ましい。

保護金属層には、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ、Ｚｎ合金、Ｓｎ合金、および各金属にＡｌ，Ｓｂ金属を０．０〜１０．０重量％含んだもの等を用いることができる。

また、保護金属層の代わりに、Ａｌを２〜１２重量％含む酸化亜鉛（ＺｎＡｌＯｘ）（以後ＡＺＯ膜と呼ぶ）を用いることが好ましい。

Ａｇ膜１２および誘電体膜１１は、スパッタリング法で成膜することが好ましく、特に図２に示すような、マグネトロンスパッタリング装置を用いて成膜することが好ましい。

図２に示す成膜装置において、ターゲット１に金属または酸化物ターゲットを用い、透明性基板３を基板ホルダー２に保持させた後、真空チャンバー８内を真空ポンプ５を用いて排気し、さらに、真空チャンバー８内にガス導入管７より、金属酸化物膜を作製する場合にはＯ２ガスまたはＡｒとＯ２の混合ガス、Ａｇ膜を作製する場合にはＡｒガスを、マスフローコントローラー（図示せず）により制御して導入し、透明性基板上に低抵抗膜を作製する。

透明酸化物膜は、ターゲット１に金属ターゲットを用い、ガス導入管から酸素ガスを導入して成膜するか、あるいは、ターゲット１に、成膜される酸化物と同じ酸化物ターゲットを用いて成膜することができる。

例えば、ＺｎＯを成膜する場合、Ｚｎターゲットをターゲット１に用いて、ガス導入管７から適当な混合比のＡｒガスと酸素ガスを導入して成膜することができる。あるいは、ＺｎＯターゲットをターゲット１に用いて、ガス導入管７からＡｒガスのみを導入し、ＺｎＯ膜の成膜をしてもよい。

さらに、ＺｎＯ膜は、Ｘ線回折測定によるＺｎＯ（００２）面による回折ピーク最大強度位置が３３．９°以下になることが好ましい。成膜時の真空チャンバー８内の圧力は、真空ポンプとマスフローコントローラーにより制御して導入するＯ２ガス流量とにより調整されるが、安定な放電が維持できる範囲で、できるだけ低い圧力にして成膜することが好ましい。真空チャンバー８内の圧力は、真空計８′によって測定される。

ＣｕＫα線を用いたＸ線回折法により測定される、ＺｎＯ（００２）面による回折ピーク最大強度の回折角度２θが３４°以上になると、Ａｇ膜の単位厚みあたりの抵抗値が大きい。したがって、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折法により測定される、ＺｎＯ（００２）面による回折ピーク最大強度の回折角度２θが３４°以上の場合は、Ａｇ膜の抵抗値を小さくするために、Ａｇ膜を厚くしなければならず、好ましい可視光透過率が得にくくなる。

ＣｕＫα線を用いたＸ線回折法により測定される、ＺｎＯ（００２）面による回折ピーク最大強度の回折角度２θは、成膜中の真空チャンバー内の圧力を調整することによって変えることが望ましい。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。

実施例１
図３に示すような、透明性基板３に、誘電体膜１１、Ａｇ膜１２、誘電体膜１１の順に積層した低放射ガラスを作製した。透明性基板としては、厚さ６ｍｍのガラスを用いた。

Ａｇ膜および誘電体膜の成膜は、図２に示すＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用いて行った。

誘電体膜１１として、透明性基板３上にＺｎＯ膜を成膜した。ターゲット１にＺｎターゲットを用い、透明性基板３を基板ホルダーに保持させた後、真空チャンバー８内を真空ポンプ５によって排気した。成膜中、真空ポンプは連続して稼働させた。

真空チャンバー８内の雰囲気ガスは、ガス導入管７より、酸素ガスを導入し、酸素ガスの流量を図示しないマスフローコントローラーにより制御して調整した。

真空ポンプ５にはクライオポンプを用いた。成膜中の真空チャンバ−８内の圧力は、図示しないマスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を２０ｓｃｃｍに制御して、０．１Ｐａに調節した。

ＺｎＯ膜は、Ａｇ膜と透明性基板との密着性を高めるもので、３７ｎｍの膜厚で成膜した。なお、このＺｎＯ膜と上層に成膜される透明酸化物膜の膜厚は、低放射ガラスの可視域の透過率を高めるようにしたものである。

次に、真空チャンバー８内を排気した後、Ａｒガスをガス導入管７から図示しないマスフローコントローラーで制御して真空チャンバー８内に導入して、真空チャンバー８内をＡｒガス雰囲気にし、Ａｇターゲットをターゲット１に用いて、ＺｎＯ膜１１の上にＡｇ膜１２を成膜した。Ａｇ膜１２の厚みは、１０ｎｍとした。

Ａｇ膜１２の成膜中、真空チャンバー内の圧力は、真空ポンプ５と開閉バルブ６によって０．５Ｐａ以下を保つようにした。

次に、Ａｇ膜１２の上に、ＡＺＯ（Ａｌ２ｗｔ％含有ＺｎＯ）ターゲットを用い、図３には図示しない、５ｎｍの厚みのＡＺＯ膜を成膜した。

ＡＺＯ膜の成膜中、圧力チャンバー８内のガス雰囲気および圧力は、Ａｇ膜１２の成膜と同様にした。

さらに、ＡＺＯ膜の上にＺｎＯ膜を３７ｎｍの厚みで成膜した。成膜中の真空チャンバ−８内の圧力は、図示しないマスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を１００ｓｃｃｍに制御して、０．５Ｐａに調節した。その他の条件は透明性基板３に成膜したＺｎＯ膜と同様にして行った。

実施例２
膜構成および厚みは全て実施例１と同様にした。また、透明性基板３上にＺｎＯ膜を成膜するときの、成膜中の真空チャンバ−８内の圧力を、図示しないマスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を６０ｓｃｃｍに制御して、０．３Ｐａに調節した他は、成膜条件は全て実施例１と同様にした。

実施例３
膜構成および厚みは全て実施例１と同様にした。また、透明性基板３上にＺｎＯ膜を成膜するときの、成膜中の真空チャンバ−８内の圧力を、図示しないマスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を１００ｓｃｃｍに制御して、０．５Ｐａに調節した他は、成膜条件は全て実施例１と同様にした。

実施例４
膜構成および厚みは全て実施例１と同様にした。また、透明性基板３上にＺｎＯ膜を成膜するときの、成膜中の真空チャンバ−８内の圧力を、図示しないマスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を2００ｓｃｃｍに制御して、０．９Ｐａに調節した他は、成膜条件は全て実施例１と同様にした。

比較例１
膜構成および厚みは全て実施例１と同様にした。また、透明性基板３上にＺｎＯ膜を成膜するときと、ＡＺＯ膜の上にＺｎＯ膜を成膜するときの、成膜中の真空チャンバ−８内の圧力を、図示しないマスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を１００ｓｃｃｍに制御して、１．０〜１．２Ｐａに調節した他は、成膜条件は全て実施例１と同様にした。

比較例２
膜構成および厚みは全て実施例１と同様にした。また、透明性基板３上にＺｎＯ膜を成膜するときと、ＡＺＯ膜の上にＺｎＯ膜を成膜するときの、成膜中の真空チャンバ−８内の圧力を、図示しないマスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を２００ｓｃｃｍに制御して、１．０〜１．２Ｐａに調節した他は、成膜条件は全て実施例１と同様にした。

実施例１〜４および比較例１〜２で作製した低放射ガラスの、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折法により測定される、ＺｎＯ（００２）面による回折ピーク最大強度の回折角度２θ、比抵抗および光学特性を表１に示す。

表１に示すように、実施例１から実施例４については、回折角が３３．７度から３３．８度の範囲にあり、比抵抗は５．１×１０―６Ωｃｍ以下であった。比較例１と比較例２は、回折角が３４度以上であり、比抵抗も６．３×１０―６Ωｃｍ以上で、実施例に較べ大きいものであった。

また、実施例１から実施例４の可視光透過率と日射反射率は、表１に示すように、共に比較例１、２よりも大きく、遮熱性能の良い、しかも明るい低放射ガラスとして開口部に用いられるものであった。可視光透過率と日射反射率は、ＪＩＳ Ｒ３１０６−１９９８に準じて測定される値である。

実施例５
図４に示すような、透明性基板３に、誘電体膜１１とＡｇ膜１２を交互にそれぞれ２層成膜し、最上膜に誘電体膜１１を成膜して、低放射ガラスを作製した。

Ａｇ膜１２および誘電体膜１１の成膜は、図２に示すＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用いて行った。誘電体膜１１として、ＺｎＯ膜を成膜した。

透明性基板３上および透明基板から数えて４層目に形成するＺｎＯ成膜中の真空チャンバ−８内の圧力は、マスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を２０ｓｃｃｍ以下に制御して、０．１Ｐａに調節し、その他の成膜条件は実施例１と同様とした。

透明性基板３に成膜される透明酸化物膜１１の厚みと最上層の透明酸化物膜１１の厚みはともに３７ｎｍとした。また、２層に成膜したＡｇ膜１２の間の、透明酸化物膜１１の厚みは、７４ｎｍとした。

また、Ａｇ膜１２の上に誘電体膜１１を成膜する前に、Ａｇ膜１２の上に、実施例１と同様に、図示しないＡＺＯ膜を成膜した。

２層のＡｇ膜１２は同じ膜厚１０ｎｍとし、２層の厚みの合計が２０ｎｍとなる低放射ガラスを作製した。

実施例６
膜構成および厚みは全て実施例５と同様にした。透明性基板３上および透明基板から数えて４層目に形成するＺｎＯ膜成膜中の真空チャンバ−８内の圧力は、マスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を６０ｓｃｃｍ以下に制御して、０．１Ｐａに調節し、その他の成膜条件は実施例１と同様とした。

実施例７
膜構成および厚みは全て実施例５と同様にした。透明性基板３上および透明基板から数えて４層目に形成するＺｎＯ膜成膜中の真空チャンバ−８内の圧力は、マスフローコントローラーによりＯ２ガス流量を２００ｓｃｃｍ以下に制御して、０．９Ｐａに調節し、その他の成膜条件は実施例１と同様とした。

比較例３
膜構成および厚みは全て実施例５と同様にした。また、３層のＺｎＯ膜の成膜は、比較例１と同様にした。その他の成膜は全て実施例１と同様にした。

実施例５〜７および比較例３で作製した低放射ガラスの、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折法により測定される、ＺｎＯ（００２）面による回折ピーク最大強度の回折角度２θ、比抵抗および光学特性を表２に示す。可視光透過率と日射反射率は、ＪＩＳ Ｒ３１０６−１９９８に準じて測定される値である。

表２に示すように、実施例５から実施例７については、回折角が３３．６度から３３．９度の範囲にあり、比抵抗は５．１×１０―６Ωｃｍ以下であった。比較例３は、回折角が３４度以上であり、比抵抗も６．５×１０―６Ωｃｍ以上で、実施例に較べ大きいものであった。

また、実施例５から実施例７の可視光透過率と日射反射率は、表２に示すように、共に比較例３よりも大きく、遮熱性能の良い、しかも明るい低放射ガラスとして開口部に用いられるものであった。

なお、実施例１〜４、比較例１、２の膜構成と成膜条件を表３に、また実施例５〜７、比較例３の膜構成と成膜条件を表４に示す。

低放射ガラスの膜構成を示す断面図である。 成膜装置の概略図である。 実施例１〜４および比較例１〜２で作製した低放射ガラスの、膜構成を示す断面図である。 実施例５〜７および比較例３で作製した低放射ガラスの、膜構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ターゲット
２ 基板ホルダー
３ 透明基板
４ カソードマグネット
５ 真空ポンプ
６ 開閉バルブ
７ ガス導入管
８ 真空チャンバー
８′ 真空計
９ 電源コード
１０ ＤＣ電源
１１ 誘電体膜
１２ Ａｇ膜

Claims (7)

1. 透明基板上に誘電体膜とＡｇ膜とがこの順に交互に２ｎ層（ｎ≧１）積層されてなり、最上層のＡｇ膜の上に誘電体膜が積層されてなる低放射ガラスにおいて、Ａｇ膜の透明基板側に隣接してＺｎＯ膜が積層されてなり、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折法による、該ＺｎＯ膜の００２結晶面による回折ピークの回折角度２θが３３．９°以下であることを特徴とする低放射ガラス。
2. ｎ＝１であり、最上層の誘電体膜がＺｎＯ膜を含み、第１層の誘電体膜に用いるＺｎＯ膜の厚さが２０〜６０ｎｍの範囲にあり、第２層のＡｇ膜の厚さが５〜３０ｎｍの範囲にあり、第３層の誘電体膜に用いられるＺｎＯ膜の厚さが２０〜６０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の低放射ガラス。
3. ｎ＝２であり、最上層の誘電体膜がＺｎＯ膜を含み、第１層の誘電体膜に用いられるＺｎＯ膜の厚さが２０〜６０ｎｍの範囲にあり、第２層のＡｇ膜の厚さが、７．５〜１７．５ｎｍの範囲にあり、第３層の誘電体膜に用いられるＺｎＯ膜の厚さが４０〜１２０ｎｍの範囲にあり、第４層のＡｇ膜の厚さが７．５〜１７．５ｎｍの範囲にあり、第５層の誘電体膜に用いられるＺｎＯ膜の厚さが２０〜６０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の低放射ガラス。
4. 誘電体膜の少なくとも一つの膜が、ＺｎＯ膜のみでなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の低放射ガラス。
5. Ａｇ膜の直上に、該Ａｇ膜の酸化を防ぐための、Ａｌを２〜１２重量％含む酸化亜鉛層を形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の低反射ガラス。
6. Ａｇ膜の直上に、Ａｇ膜の酸化を防ぐための保護金属層を形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の低反射ガラス。
7. 保護金属層が、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ、Ｚｎ合金、及びＳｎ合金のみから成る群から選択される金属を含んでいて、該金属がＡｌ又はＳｂを０．０〜１０．０重量％含んでいることを特徴とする請求項６に記載の低反射ガラス。