JPS59184744A

JPS59184744A - 耐摩耗性機能性ガラス

Info

Publication number: JPS59184744A
Application number: JP6039983A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakano; 健司中野
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1983-04-06
Filing date: 1983-04-06
Publication date: 1984-10-20
Also published as: JPH046661B2

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】本発明は、耐摩耗性機能性カラスに関する。機能性ガラ
スとは、ガラス表面に光学薄膜を形成したガラスであり
、反則防止、反射増加等の機能を有する。機能性ガラス
としては、例えば熱線反射ガラスがある。

本発明の機能性ガラスの用途は１．′Ｉに限定づ−るも
のではないが、耐摩耗性及び機械的、熱的衝撃力に対１
゛る強度が優れているため、例えば自動車用窓ガラスの
ように、屋外で用いられ、荀酷な条件に晒されやずい物
品に利用できる。

従来、機能性ガラスは、カラス基板の表面上に光学薄膜
を物理的又は化学的表面処理技術によって形成して製造
していた。たとえば自ｉｊＪ＋車用窓カラスに用いる場
合、ガラス基板としては一般に機械的、熱的な衝撃力に
対する強度を増すために予め加熱風冷強化した、いわゆ
る強化ガラスを用いていた。一方、光学薄膜は一般に機
械的な］？。擦ノｊに対する耐摩耗性が劣るため、例え
ば耐摩耗コーティングを施す等の処理をし、耐摩耗性を
向上させていた。ここに光学薄膜とは、ノ」ラス等の基
板表面上に該基板表面における反則防止、反射増加等を
目的として形成された薄膜であり、光のＥ「渉効果を利
用するものである。光学薄膜は一層のみで形成されるこ
ともあるが、高屈折率物質と低屈折率物質とを交互に積
層したいわゆる多層膜として形成されることもある。光
学薄膜を多層膜として形成した場合は反射防止効果、反
射増加効果を一層高めることができる。又、反射防止、
反射増加を生じさける光の波長域を広げたり、薄膜を形
成する物質の屈折率との関係において該物質の選択の自
由度を増ずことができる。

しかし、上記したような従来の機能性ガラスは、耐摩耗
性が十分なものではなかった。そのため自動車用窓ガラ
ス等に用いるにはやや難があった。

また、前記したような従来の製造方法は、ガラスの強化
処理と、光学薄膜の耐摩耗性を向上さけるための処理と
を別個に行なっているため工程が複雑であり、製造に要
する時間も長く、又、製造に消費するエネルギーも大き
かった。

本発明は従来の機能性ガラスの係る欠点に鑑み案出され
たものであり、耐摩耗性及び熱的、機械的衝撃力に対す
る強度の優れた機能性ガラスを、提供することを目的と
する。

上記目的に沿い、本発明者等は研究を重ねた結果、以下
の如き結論に達した。

第１に光学多層薄膜の耐摩耗性は、該多層薄膜を構成す
る各薄膜層の境界部に拡散層を形成覆れば向上させるこ
とができる。拡散層とは、前記多層薄膜の各薄膜層の境
界面を通して、各薄膜層中の分子がそれぞれ異なる薄膜
層中へ相互に拡散して形成される層をいう。

第２に、前記拡散層の形成は、前記光学多層簿膜を４５
０℃程度以上に加熱することによって形成することがで
きる。一方、前記ガラスの加熱風冷強化処理に際し、ガ
ラスを加熱する温度は、該ガラスの軟化温度領域近い温
度であり、これは一般に６５０°Ｃ〜７００℃程度であ
る。したがって、前記ガラスの加熱風冷強化処理と、前
記拡散層の形成は同一温度で行なうことができる。

以上の結論に基づき本発明者弯は、以下の如き機能性ガ
ラスを案出した。

即ち、本発明は透明ガラス基板と、該透明ガラス基板上
に積層された少なくとも二層の高屈折率物質の薄膜及び
少なくとも一層の低屈折率物質の薄膜によって構成され
る光学薄膜とから成る耐摩耗１１機能性ガラスであって
、前記高屈折率物質はジルコニア（Ｚｒ　０２　）、酸化
ヂタン（Ｔｉｌｔ）の少なくとも１種であり、前記低屈
折率物７１は二酸化珪素（ＳｉＯｚ）、アルミナ（Ａｔ
　　２０３）の少なくとｂ１種であり、法高屈折率物質
と該低屈折率物質とは両者の境界面付近でそれぞれ両省
の境界面から相互に拡散した拡散層を形成していること
を特徴とづる耐摩耗性１幾能性ガラスである。

拡散層とはジルコニア、酸化チタン等の高屈折率物質の
薄膜層と、二酸化珪素、アルミナ等の低屈折率物質の薄
膜層との境界面イ４近（こ形成される層であり、これら
の物質がそれぞれ相互に各薄膜中へ拡散することによっ
て形成される。かかる拡散層は前記したように光学多層
薄膜を４５０℃程度以上に加熱することによって形成す
ることができる。拡散層の厚さは３〜１Ｑ１１１１１程
度が良い。

光学薄膜はジルコニア、酸化チタン等の高屈折率物質と
、二酸化珪素、アルミヅ等の低屈折率物質とを交互に積
層した多層膜として構成する。これは、真空蒸着法、ス
パッタリング法等のにうな各種真空表面処理技術によっ
て透明ガラス基板表面上に形成することができる。

本発明の耐摩耗性機能性ガラスは、強化ガラス上に光学
薄膜を形成し、その後加熱して拡散層を形成することに
よって製造りることもできるが、しかし、ガラスの強度
を向上させるための加熱風冷強化処理と、光学薄膜の耐
摩耗性を向上させるための拡散層の形成とを同一工程で
行なうことによって製造することもできる。その場合加
熱温度は６５０℃〜７００℃程瓜とづ−る。何となれば
光学薄膜中の拡散層の形成は４５０℃程度以上に加熱す
ることによって可能であるが、ガラスの強度を増すため
の加熱風冷強化処理はガラスの軟化ｆｍ温度領域である
７００℃近くまで加熱りる必要があるからである。又、
ガラスの強度を十分なしのとするためには前記加熱後急
冷覆る必要があり、その降温速度は１００℃／ＳｅＣ程
度より速くすることが望ましい。加熱は加熱炉内で行な
い、冷却は該加熱したカラスの両面に空気をむらなく吹
きつけることによって行なう。かかる加熱風冷強化処理
によって該ガラスの表面には圧縮φカが発生し、熱的、
機械的衝撃に対する強度が普通のガラスの３〜５イ８程
度に強化される。尚、該圧縮応力が発生する理由は、前
記冷却によってガラスの表面が先に固化するためである
。

かかる製造方法によって本発明の機能性ガラスを製造づ
′ると、ガラスの加熱風冷強化処理と、耐摩耗性を向上
させるための拡散層の形成とを同一工程でｆｌなうこと
ができるため消費エネルギーも少なく、又、短時間で製
造できる。さらに、加熱処理が全工程を通じて１回です
むため加熱によるカラス面の歪みが少な（滑かな機能性
カラスを製造することができる。

本発明の機能性ガラスは、拡散層の存イモにより、耐摩
耗性が従来の機能性ガラスよりも非常に優れ、又、機械
的、熱的な衝撃に対するガラスの強度も従来の強化ガラ
スに比較し、遜色がないものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本実施例の機能性ガラスである熱線反射ガラス
の製造方法の説明図である。第２図（ａ　）は本発明の
耐摩耗性熱線反則ガラスの断面を模式的に示した図であ
り、第２図（１））は該熱線反射ガラスの拡散層の部分
を拡大して示した断面模式図である。又、第３図は上記
製造方法にｄ３　ｋノる熱処理の温度と、該方法によっ
て製造した本実施例の熱線反射ガラスのベース値および
強化の度合との関係を示す特性図である。第１図に示す
ように、本実施例の熱線反射ガラスは強化処理を施して
いないガラス基板１０上に光学多層薄膜２を真空蒸着法
によって形成した後、６５０℃〜７００℃程度に１５分
間加熱し、その後１５０℃／　Ｓｅｅの降温速度で５０
℃まで急冷して製造し１ご。ン１）入１１は、加熱した
ガラスを空気中で、該ガラスの両面に空気をむらなく吹
きつけることによって行なった。

光学多層薄膜２の層構成は第２図（ａ　）に示づ−よう
に高屈折宰物質であるジルコニアの薄膜層２１と低屈折
率物質であるアルミナの？ｊ膜層２２とが交互に積層さ
れた構造である。さらに、酸化セリウムの薄膜層と酸化
珪素の薄膜層との境界部イ］近には第２図（ｂ）に示ず
にうに拡散層２３が介在Ｊる。ジルコニアの薄膜層２１
及びアルミナの薄膜層２２の光学膜厚１１ｄ（１１は屈
折率、ｄは膜厚）は反射ずぺぎ赤外線の波長λの１／４
である。例えば、光学多層薄膜２に１１０００ｍ稈度の
波長の赤外線に対する反射増加機能を具備させたい場合
は、ジルコニアの薄膜層２１の膜厚ｄは１Ｑ　５　ｎｍ
稈度とし、アルミナの薄膜層２２の膜Ｊヅｄは１５５１
１ｍとする。なＪ′３、前記拡散層２３の厚さは３〜１
０ｎｍとする。かがる構成の多層薄膜は、真空蒸着法に
おいて、蒸発する物質を量的、時間的に規ｆｒｉｌｌ−
ｊることによって構成した。

アルミナおよびジルコニアは前記加熱によってそれぞれ
境界面を通して第２図（１））に示ずように相互に拡散
した。又、前記加熱及びＢ速冷却によって表面が先に固
化するため安定した圧縮′応力層ができ、ガラスは機械
的、熱的な衝撃力に対し、強度を増加した。前記加熱処
理の温度の最適値を求めるため各温度において以上の如
き実験を？’Ｊ　＜；った。その結果は第３図に示覆グ
ラフのようであった。即ち、耐摩耗性の度合を示Ｊ−ヘ
ーズ（！１゛目、１４５０℃以上の温度での熱処理にょ
っ（非１信に改善される。一方力ラスの強化の度合を示
プ値は６５０℃以上の温度での加熱処理によって向」−
り゛る。

従ってガラスの強化、及び６（摩耗性の向」二の両名を
一度の加熱によって実現しようと１８場合は、その加熱
処理の温度は６５０’Ｃ〜７００　’Ｇ程度が最適であ
る。

以上、要するに本発明は、光学薄膜が少４１りとも一層
のアルミナ又は二酸化珪素の肋膜と少なくとも一層のジ
ルコニア又は酸化チタンの薄膜によって構成される多層
膜である耐摩耗性機能性ガラスであって、二酸化珪素の
薄Ｈ３とｎり化セリウムの薄膜の境界部に拡散層が存在
りることを特徴どりるものである。又、本発明の耐摩耗
性機能性カラスは、ガラスの強化処理と拡散層の形成と
をＩｉｉ］　−の熱処理工程で行なうことによって′ｌ
！Ａ造することがてさる。

実施例に詳ｊボしたところからも明らかな様に本発明の
機能性ガラスは耐摩耗性が第３図に示すように優れ、ガ
ラスの強度も従来の強化ガラスに比べ遜色がないもので
ある。従って自動車の窓カラスのように屋外で用いられ
、苛酷な条件に晒され（′）づい物品に特に利用価値が
高い。又、実施例に詳述した製造方法は、ガラスの強化
及び多層膜の耐摩耗性の向上を一度の熱処理によって行
なうことができるため全工程が短縮され、又、消費エル
ルギーも少ない。さらに加熱処理か一度ですむためカラ
ス板の歪みも少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である熱線反射ガラスの製造方
法の説明図である。第２図（ａ　）及び（ｂ）は本発明
の耐摩耗性熱線反射ガラスの断面を模式的に示した図で
あり、（ａ＞は断面の全体図、（ｂ）は拡散層を拡大し
て示した図である。第３図は上記熱線反射ガラスを製造した際の加熱処理の
温度と、ヘーズ値及びガラス強化の度合を示す特性図で
ある。特許出願人　　トヨタ自動車株式会社代理人　　弁理士　　大川　宏同　　　弁理士　　藤谷　修同　　　弁理士　　丸山明夫第１図第２図（ｂ）第３図類処ｆａ度

Claims

【特許請求の範囲】透明カラス基板と、該透明ガラス基板上に積層された少
な（ども一層の高屈折率物質の薄膜及び少なくとも一層
の低屈折率物質の薄膜によって構成される光学薄膜とか
ら成る耐摩耗性機能性ガラスであって、前記高屈１１１率物質はジル−１ニアに’１−０２＞、
酸化ヂタン（ＴｉＯｚ）の少なくとも１種であり、前記
低屈折率物質はＸ酸化珪素（ＳｉＯｚ）、アルミナ（Ａ
）２０３）の少な（とも１種であり、該高屈折率物質ど
該低屈折率物質とは両者の境界面イ」近でそれぞれ両者
の境界面から相互に拡散した拡散層を形成していること
を特徴とする耐摩耗性機能性ガラス。