(57)【要約】  二重コーティングスキームおよび関連付けられる形成方法であって、航空機の窓の適用例において用いられるアクリル基板の耐久性を改善するために組合せて用いられるシロキサン系軟質コーティングとプラズマ系ＳｉＯxＣy硬質コーティングとを含む。
2009519117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重コーティングであって、
基板と、
軟質コーティングと、
硬質コーティングとを備え、
前記軟質コーティングは前記基板の表面に塗布され、前記硬質コーティングは前記軟質コーティングに塗布される、二重コーティング。
【請求項２】
前記基板はアクリル基板を備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項３】
前記アクリル基板は延伸されたアクリル基板を備える、請求項２に記載の二重コーティング。
【請求項４】
前記軟質コーティングは接着性のポリシロキサンコーティングを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項５】
前記軟質コーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項６】
前記硬質コーティングは、シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項７】
前記硬質コーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項８】
前記硬質コーティングは、ダイヤモンドシールドコーティングを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項９】
二重コーティングであって、
延伸されたアクリル基板と、
接着性のポリシロキサンコーティングと、
シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングとを備え、
前記接着性のポリシロキサンコーティングは前記延伸されたアクリル基板の表面に塗布され、前記シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングは、前記ポリシロキサンでコーティングされた、延伸されたアクリル基板上に堆積される、二重コーティング。
【請求項１０】
前記接着性のポリシロキサンコーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項９に記載の二重コーティング。
【請求項１１】
前記シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項９に記載の二重コーティング。
【請求項１２】
前記シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングは、ダイヤモンドシールドコーティングを備える、請求項９に記載の二重コーティング。
【請求項１３】
基板上に二重コーティングを形成する方法であって、
基板の表面上に接着性のポリシロキサンコーティングを堆積させることと、
前記接着性のポリシロキサンコーティング上にプラズマＣＶＤ系コーティングを堆積させることとを備える、方法。
【請求項１４】
前記基板は延伸されたアクリル基板を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記接着性のポリシロキサンコーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記プラズマＣＶＤ系コーティングは、ＳｉＯxＣyのプラズマＣＶＤ系コーティングを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記プラズマＣＶＤ系コーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記ポリシロキサンでコーティングされた接着性の基板を洗浄して、汚染物質を取除くことをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記洗浄は、溶媒または水性洗浄剤における超音波洗浄を備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記洗浄は、不活性イオンおよび／または酸素イオンを用いた真空環境でのスパッタ洗浄を備える、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
この発明は、延伸されたアクリル製の窓用の保護コーティングに関し、より詳細には、光学的品質を維持しかつ使用中の窓のひび割れを低減する保護コーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
旅客機の窓は、軽量であり、可撓性があり、成形性があるという理由から、典型的には延伸されたアクリル（すなわち、アクリル基板）で作られる。しかしながら、アクリルは粒子（たとえば、砂）および水によって引き起こされる浸食ならびにひび割れを受けやすい。その上、航空機の窓は、飛行中、航空機の内側と外側との間の圧力の差によって引き起こされる差圧に晒される。この差圧によって、窓は屈曲し、したがって大半のコーティングに亀裂が入る可能性があり、化学薬品がアクリル基板を腐食させ、場合によってはコーティングをアクリル基板から剥離させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
窓は、航空機のメンテナンスにおいて用いられる洗浄剤および他の化学薬品などのさまざまな化学薬品にも晒され得る。
【０００４】
現在、アクリル製の航空機の窓および他のタイプの航空機の窓は、ゾルゲル系ポリシロキサンコーティングによって保護されている。ゾルゲルコーティングは、処理されて好適なコーティングを形成する溶媒、オルガノシラン、アルコキシドおよび触媒の均質な混合物である。
【０００５】
ゾルゲルコーティングは、高い透過率を与えるが、摩耗およびＵＶによって引き起こされる劣化に対しての耐久性は限られている。ゾルゲルコーティングが示す耐久性は、現場の結果から判断されるように、中程度に過ぎない。これは図１において明らかであり、図１では、約４年間稼動していた航空路からはずした窓１００の主要な部分に硬質コーティングは存在していない。広範囲に亘る掻き傷およびひび割れ１０２も見ることができる。
【０００６】
したがって、窓の寿命を延ばすであろう、耐久性が改善した透明硬質コーティングが必要である。コーティングを改善することによって、航空機のメンテナンスにおいて一般的に直面する化学薬品に対する回復力も改善し、耐候性特徴も改善する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
この発明は、二重コーティングスキームを提供する。この発明の一局面において、コーティングスキームは、航空機の窓の耐久性を改善するために組合せて用いられるシロキサン系軟質コーティングとプラズマ系ＳｉＯxＣy硬質コーティングとを含む。
【０００８】
現在用いられているシロキサン（１，２）系コーティングに関連する耐久性の問題を回避するために、この発明は、可撓性、航空機のメンテナンスにおいて用いられる化学薬品に対する不活性、ならびにひび割れに対する極度の耐久性および耐性を示す二重コーティングを提供する。
【０００９】
この発明の一局面において、接着性のポリシロキサンコーティングと、シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングとを含む二重コーティングを提供する。接着性のポリシロ
キサンコーティングは、延伸されたアクリル基板の表面に塗布される。プラズマＣＶＤ系コーティングは、ポリシロキサンでコーティングされた、延伸されたアクリル基板上に堆積される。
【００１０】
この発明の別の局面において、基板上に二重コーティングを形成する方法を提供する。この方法は、基板の表面上に接着性のポリシロキサンコーティングを堆積させることと、接着性のポリシロキサンコーティング上にプラズマＣＶＤ系コーティングを堆積させることとを含む。
【００１１】
この発明の二重コーティングは、耐候性、化学薬品暴露に対する耐性、耐摩耗性、および屈曲によって引き起こされる延伸されたアクリルのひび割れに対する耐性を改善する。二重コーティングの耐摩耗性は、テーバ摩耗試験（Taber Wear testing）（ＡＳＴＭ  Ｄ
１０４４−９９）によって測定されて、現在使用されているシロキサンコーティングよりも１桁以上優れていることが明らかになった。二重コーティングは、屈曲によって引き起こされるアクリル基板のひび割れも改善する。
【００１２】
二重コーティングを有するアクリル基板の光学的特性（太陽スペクトルの可視域における光透過率、透明度およびヘーズ）は、単一のポリシロキサンコーティングを有する窓の光学的特性とほぼ同じであることが明らかになった。
【００１３】
この発明のさらなる利点、目的および特徴は、以下の詳細な説明に部分的に記載される。前述の一般的な説明も以下の詳細な説明も単にこの発明の例示であり、記載されているとおりにこの発明の本質および特徴を理解するための概要または枠組を提供するように意図されることを理解すべきである。
【００１４】
添付の図面は、この発明をさらに理解できるようにし、この発明の種々の実施例を示し、説明と共にこの発明の原理および動作を説明する役割を果たすために含まれる。図中、同じ構成要素は同じ参照数字を有する。示す実施例は、この発明を例示するように意図されており、この発明を限定するように意図されるものではない。図面は以下の図を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明の詳細な説明
図２に示すように、この発明の二重コーティング２００は、アクリル基板２０６などの基板２０６の上に堆積された第１のコーティング２０２と第２のコーティング２０４との組合せを含む。一実施例において、アクリル基板２０６は一般的な旅客機の窓１００であってもよい。
【００１６】
一実施例において、第２のコーティング２０４は、プラズマ系化学気相成長（Chemical
Vapor Deposition）（ＣＶＤ）コーティングプロセスを用いて、アクリル基板２０６の上に堆積される。プラズマＣＶＤコーティングは比較的「硬質の」コーティングであり、ゾルゲルコーティングなどの湿式化学法によって生成される他のコーティングよりも耐摩耗性、化学的不活性などが優れている。シリコン系透明コーティングのプラズマＣＶＤ中に生じるイオン衝撃効果は、コーティングの硬度および耐久性を改善することが明らかになった。堆積中のイオン衝撃は、堆積種の表面移動度を高める傾向があり、したがって、ヘーズおよび透明度の観点からコーティングの光学的品質を改善する傾向がある。
【００１７】
この発明に従って、硬質コーティング２０４は、たとえばＳｉＯxＣy系層またはダイアモネクス・インコーポレイテッド（Diamonex Inc.）から入手可能なダイヤモンドシールド（Diamondshield）層などのシリコン系層を含んでいてもよい。
【００１８】
プラズマＣＶＤ系のまたは硬質のコーティング２０４では硬度および耐久性が増大し、光学的特徴が改善したが、第１のコーティング２０２は、単独ではアクリル基板２０６に対して低い接着性を示すプラズマＣＶＤ系硬質コーティング２０４に対して、改善された接着性および可撓性特徴を提供するために設けられる。
【００１９】
この発明に従って、第１のコーティングまたは「軟質」コーティング２０２は、接着性のポリシロキサン系層を含んでいてもよい。軟質コーティング２０２は、結合層をもたらすため、硬質コーティング２０４を堆積させる前に形成される。組合せられて、硬質コーティング２０４と組合せられた軟質コーティング２０２は、この発明に従う二重コーティング２００を形成する。
【００２０】
軟質コーティング２０２は、硬質コーティング２０４に上記の利点を提供するのにそれほど厚いものである必要はない。一実施例において、軟質コーティング２０２の厚さは約１００から２００オングストロームの間であってもよく、これはアクリル基板２０６に対する硬質コーティング２０４の接着性を保証するのに十分である。一例では、約４ミクロンの厚い軟質コーティング２０２を有する延伸されたアクリル基板２０６が摩耗試験において十分に機能することが試験から明らかになった。
【００２１】
再び図２を参照して、例示的な一実施例において、延伸されたアクリル基板２０６がまず処理され、軟質コーティング２０２でコーティングされる。この実施例では、軟質コーティング２０２は４ミクロンの厚さのポリシロキサン系の接着性の透明コーティングを含む。
【００２２】
次に、イオンアシストプラズマプロセスを用いて、シリコン系透明硬質コーティング２０４、たとえばダイヤモンドシールドが、軟質のコーティングされたアクリル基板２０６上に堆積される。堆積プロセスは、ヘキサメチルジシロキサンおよび酸素などの前駆体を含むシリコンの使用を含む。周知のプラズマＣＶＤ原理に従って硬質透明コーティングを製造するために、気体流量、堆積圧力、プラズマ出力などのプラズマＣＶＤ条件は最適化され得る。
【００２３】
一実施例において、アクリル基板２０６は、真空チャンバに装填して硬質コーティング２０４を塗布する前に、まず、炭化水素および他の望ましくない材料などの汚染物質を取除くために化学的に洗浄され得る。洗浄プロセスは、たとえば溶媒または水性洗浄剤における超音波洗浄を用いて達成されてもよい。所望の真空条件が得られると、基板２０６は不活性イオンおよびまたは酸素イオンを用いてスパッタ洗浄され得る。洗浄ステップが完了すると、硬質コートの塗布を開始することができる。
【００２４】
一実施例において、たとえば窓の適用例において、硬質コーティング２０４の厚さは４から５ミクロンの間であってもよい。
【００２５】
コーティングの性能評価：
この発明を限定するように意図するのではなく、アクリル基板を用いる適用例において、現在使用されているポリシロキサンコーティングに対する二重コーティング２００の性能の改善を実証するために、以下の比較を行なう。
【００２６】
比較を行なうために、延伸されたアクリル基板の第１のグループ（グループＩ）をポリシロキサンコーティングでコーティングして、約４ミクロンの厚さにする。延伸されたアクリル基板の第２のグループ（グループＩＩ）をまずポリシロキサンコーティングでコーティングして４ミクロンの厚さにし、続いてプラズマ系硬質コーティングでコーティングして約５ミクロンの厚さにして、この発明の二重にコーティングされたアクリル基板を形
成する。
【００２７】
摩耗試験：
コーティングされた基板（グループＩおよびグループＩＩ）は、「透明プラスチックの、表面摩滅に対する耐性についての標準的な試験法（Standard Test Method for Resistance of Transparent Plastics to Surface Abrasion）」であるＡＳＴＭ  Ｄ−１０４４−９９に記載される手順に従って、摩耗について試験される。この試験は、５００ｇｍの予め定められた負荷が各々にかけられる２つのＣＳ−１０Ｆ車輪を用いることからなっている。この車輪は、回転したときにコーティングされたアクリル基板の表面を摩滅させるように作られている。摩滅の激しさを測定するための基準としてヘーズの増加を用いる。この試験は、摩滅の結果としてヘーズが５％増加するまで行なわれる。試験の結果を図３に示す。図３のグラフに示すように、二重コーティングは、ポリシロキサンコーティングと比較すると１桁以上の耐摩耗性の改善を示す。
【００２８】
屈曲試験：
修正されたＡＳＴＭ  Ｄ−７９０試験プロトコルが、コーティングされた構成要素の屈曲試験を行なう際に用いられる。図４に示すように、コーティングを有する、寸法が１″Ｘ１２″Ｘ０．５″のサンプル（グループＩおよびＩＩ）を３点曲げ試験にかける。硬質コーティングを有する側はこの図では下向きに向いている。ファイバグラスフィルタおよびテフロン（登録商標）テープを用いて、水中で７５重量％の硫酸の薄膜をコーティングに塗布する。図５に示すように、試験対象を周期的な負荷／温度プロファイルにかける。３６００ＰＳＩの極限荷重がこれらの試験において用いられる。これらの試験は、コーティングに亀裂が入るかまたは表面がひび割れを示す（どちらが最初に生じても）まで続けられる。ポリシロキサンでコーティングされた基板（グループＩ）は５０サイクルで機能しなくなったが、この発明の二重にコーティングされた基板（グループＩＩ）には５００サイクル後であっても亀裂またはひび割れが見られないことが結果から明らかである。
【００２９】
化学薬品暴露試験：
この発明に従う二重コーティングを有する延伸されたアクリル基板は、航空機のメンテナンスを行なう際に通常用いられる化学薬品に晒される。サンプルは、２４時間に亘って各化学薬品に晒され（例外：ＭＥＫへの暴露は４時間であった）、次いで接着性（修正されたＡＳＴＭ  Ｄ  ３３３０−ＢＳＳ７２２５）およびＡＳＴＭ  Ｄ−１０４４−９９によって試験されたときの摩耗に起因するヘーズの％変化について試験される。この結果を、ポリシロキサンでコーティングされた基板（グループＩ）および二重にコーティングされた基板（グループＩＩ）について、図６、図７および図８に示す。二重コーティングを有するサンプルは、化学薬品暴露の結果としての（接着指数が示すような）接着性の劣化または摩耗によって引き起されるヘーズの変化を示さない。
【００３０】
ＵＶ／湿気暴露：
コーティングされた（グループＩおよびグループＩＩ）基板は、ＳＡＥ  Ｊ１９６０に従って合計露光が３００ＫＪ／ｍ２で紫外線（ピーク波長が３４０ｎｍであるＵＶ−Ａランプ）／湿気に晒される。露光は、４０分間の点灯、前部スプレーでの２０分間の点灯、前部および後部スプレーでの６０分間の点灯および６０分間の消灯からなっている。グループＩおよびＩＩからの別の１組のサンプルはまず（上記の化学薬品試験によって）種々の化学薬品に晒され、次いでＵＶ／湿気試験プロトコルにかける。これら両方の試験において、二重コーティングを有するサンプルは、ＵＶ／湿気暴露の結果としての劣化を見せず、単一のポリシロキサンコーティングしか持たないサンプルよりも優れて機能した。
【００３１】
したがって、この発明の範囲は、本来単なる例示であるため、本明細書に示しかつ記載する特定の実施例に限定されるべきではなく、以下に添付する特許請求の範囲およびその
機能的な等価物のものに十分に見合っているべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】使用される窓の一例である。
【図２】この発明の実施例に従う二重コーティングでコーティングされたアクリル基板の略図である。
【図３】ポリシロキサンおよびこの発明の二重コーティングを有する延伸されたアクリルについてのテーバ摩耗試験結果を示すグラフである。
【図４】３点屈曲試験の簡略図である。
【図５】この発明の実施例に従うコーティングされたアクリル製切取試片についての負荷／温度屈曲試験サイクルの簡略図である。
【図６】この発明の実施例に従ってポリシロキサンおよび二重にコーティングされた延伸されたアクリルを２４時間にわたって（図に示す）種々の化学薬品に晒した結果としての乾式接着指数の変化を示すグラフである。
【図７】この発明の実施例に従ってポリシロキサンおよび二重にコーティングされた延伸されたアクリルを２４時間にわたって（図に示す）種々の化学薬品に晒した結果としての湿式接着指数の変化を示すグラフである。
【図８】この発明の実施例に従うポリシロキサンおよび二重の層でコーティングされた延伸されたアクリルについての、化学薬品暴露後のテーバ摩耗試験結果を示すグラフである。
【図１】
2009519117.tif 000003
【図２】
2009519117.tif 000004
【図３】
2009519117.tif 000005
【図４】
2009519117.tif 000006
【図５】
2009519117.tif 000007
【図６】
2009519117.tif 000008
【図７】
2009519117.tif 000009
【図８】
2009519117.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月3日(2008.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重コーティングであって、
基板と、
軟質コーティングと、
硬質コーティングとを備え、
前記軟質コーティングは前記基板の表面に塗布され、前記硬質コーティングは前記軟質コーティングに塗布される、二重コーティング。
【請求項２】
前記基板はアクリル基板を備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項３】
前記アクリル基板は延伸されたアクリル基板を備える、請求項２に記載の二重コーティング。
【請求項４】
前記軟質コーティングは接着性のポリシロキサンコーティングを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項５】
前記軟質コーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項６】
前記硬質コーティングは、シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項７】
前記硬質コーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項８】
前記硬質コーティングは、ダイヤモンドシールドコーティングを備える、請求項１に記載の二重コーティング。
【請求項９】
二重コーティングであって、
延伸されたアクリル基板と、
接着性のポリシロキサンコーティングと、
シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングとを備え、
前記接着性のポリシロキサンコーティングは前記延伸されたアクリル基板の表面に塗布され、前記シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングは、前記ポリシロキサンでコーティングされた、延伸されたアクリル基板上に堆積される、二重コーティング。
【請求項１０】
前記接着性のポリシロキサンコーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項９に記載の二重コーティング。
【請求項１１】
前記シリコンを含むプラズマＣＶＤ系コーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項９に記載の二重コーティング。
【請求項１２】
基板上に二重コーティングを形成する方法であって、
基板の表面上に接着性のポリシロキサンコーティングを堆積させることと、
前記接着性のポリシロキサンコーティング上にプラズマＣＶＤ系コーティングを堆積させることとを備える、方法。
【請求項１３】
前記基板は延伸されたアクリル基板を備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記接着性のポリシロキサンコーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記プラズマＣＶＤ系コーティングは、ＳｉＯxＣyのプラズマＣＶＤ系コーティングを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記プラズマＣＶＤ系コーティングは、約４から５ミクロンの間の厚さを備える、請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】
2009519117.tif 000011
2009519117.tif 000012