(57)【要約】  ガラスの太陽光透過率を大幅に低減させ、これにより自動車、トラック、住宅及び建造物に使用されるガラス製品についての太陽光制御特性を改善させることができるガラス製品。それら自体及びそれらだけで、建造物については４０％、自動車については７０％、及び住宅については８０％を超える光透過率を有するものの、所与のレベルの可視光透過率に対して最小の太陽光透過率を有するＰＶＤ積層コーティングをガラス上に蒸着させることによる、コーティングされたガラス製品の総太陽光透過率の有意な低減。また、所与のレベルの可視光透過率について２５パーセントポイントを超える、基礎ガラスにおける選択性。選択性は可視光透過率（％）−太陽光透過率（％）と定義され、パーセントポイント単位で表すことができる。３０パーセントポイントを超える選択性が更に好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製品の総太陽光透過率を低減させる方法であって、
基礎ガラスの可視光透過率を１０パーセントポイントを超えて低減させることなく最大太陽放射量を反射させる、物理気相成長により作製されかつ該基礎ガラス上に積層される一連のコーティング層を確定することと、
２５パーセントポイントを超える前記可視光透過率と前記総太陽光透過率との差を示す基礎ガラス上に前記積層ＰＶＤコーティングを蒸着させること、
からなる、ガラス製品の総太陽光透過率を低減させる方法。
【請求項２】
前記基礎ガラスの前記可視光透過率と前記総太陽光透過率との差が３０パーセントポイントを超える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コーティングされたガラスの前記可視光透過率が最低４０％であり、前記総太陽光透過率が最大１０％である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コーティングされたガラスの前記可視光透過率が最低６０％であり、前記総太陽光透過率が最大２７％である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記コーティングされたガラスの前記可視光透過率が最低７０％であり、前記総太陽光透過率が最大３２％である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記コーティングされたガラスの前記可視光透過率が最低８０％であり、前記総太陽光透過率が最大３８％である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
所与のレベルの高可視光透過率に対して前記太陽光透過率を最小限に抑えるように、前記基礎ガラス中の第一鉄と第二鉄との総含有量を操作することによって、前記基礎ガラスの前記可視光透過率と前記総太陽光透過率との最大差を得る、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
６０％の最小可視光透過率及び３０％の最大総太陽光透過率を有する、請求項１に記載の住宅用ガラス製品。
【請求項９】
７０％の最小可視光透過率及び３５％の最大総太陽光透過率を有する、請求項１に記載の住宅用ガラス製品。
【請求項１０】
８０％の最小可視光透過率及び４０％の最大総太陽光透過率を有する、請求項１に記載の住宅用ガラス製品。
【請求項１１】
統計学的に設計した実験を実行する工程と、
かかる実験の結果を数学的に分析する工程と、
従属変数と独立変数との関係の量的モデルを開発する工程と、
最適化モデリング技法を使用する工程であって、特定のレベルの可視光透過率に対して最小の総太陽光透過率を得るように、前記基礎ガラスの特定のバッチケミストリ及びスパッタコーティングプロセスの設定を特定する、最適化モデリング技法を使用する工程と、
によって、前記コーティングされたガラスの前記太陽光透過率を、所与の可視光透過率に対して最小限に抑える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記従属変数が、前記基礎ガラスに関する特定波長における吸収及び前記ＰＶＤコーティングに関する総太陽光反射である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基礎ガラスに関する独立変数が特定レベルのバッチ要素であり、前記ＰＶＤコーティングに関する独立変数が特定のスパッタコーティング設定である、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、参照によりその全体が本明細書に援用される、２０１０年４月２７日に出願された米国仮特許出願第６１３２８３４０号からの優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車市場、住宅市場及び商業市場用の太陽光制御ガラスへの関心が高まってきている。自動車、住宅及び建造物において太陽光制御ガラスをより多く利用することで、年間１億トンを超えるＣＯ2の排出を防ぐことができると思われる。当然ながら、かかる太陽光制御ガラスをより多く利用することによる省エネは、世界的規模で重要なものであり、総エネルギー必要量を劇的に低減すると考えられる。
【０００３】
ガラス産業では１０年以上前に市場に低放射ガラスが導入されており、かかるガラスは、長年にわたって市場シェアの大半の地位を獲得してきた。低放射ガラスは、長波長放射線を家屋内に反射し返すことによって建造物又は家屋内の熱を維持する。それ故、Ｌｏｗ−Ｅガラスは暖房費を削減させる。しかしながら、本発明者（the author）は、世界の気候の大部分において、また少なくとも南部地域においては、空調費又は冷房費がエネルギー費用方程式の大半を占めていると考える。それ故、Ｌｏｗ−Ｅガラスは、かかる製品が建造物内に熱を保持することから、不適切な製品と言えるかもしれない。その代わりの改良品となるのが、初めから建造物内に熱を通さない太陽光制御ガラスである。
【０００４】
実際には、ガラスの太陽光透過率を低減させる２つの手段が存在する。第１の方法は、可視光を透過させるが、太陽放射の一部を反射する物理気相成長（ＰＶＤ）コーティングスタックをガラス上に蒸着させることである。このため、残りの太陽エネルギーがガラスを透過し、ここではエネルギーのごく一部が吸収され、更に少ないエネルギーがガラスから外へと再放出される。第２の方法は、ティンテッドガラス又は吸収ガラスを使用することである。太陽光透過率を低減させる際に従来型の太陽光吸収ガラスを使用する上での制限は、太陽光透過率の低減に伴って、可視光透過率（visible light transmission）の低減が起こることである。自動車のフロントガラスでの可視光透過率は通常、フロントガラス及びサイドウィンドウについては７０％を超え、住宅に使用されるガラスについては約８０％である。
【０００５】
ガラスにおける最大太陽光制御を実現するための現行水準の技術は、高可視光透過率（high visible transmission）ガラス上に物理気相成長（ＰＶＤ）コーティングを使用することである。この方法は、可視光を住宅又は建造物に入れることを可能とするが、一部の太陽熱を通さない。かかるコーティングは通常、ドープ酸化物及び金属、例えば、酸化インジウムスズ及び銀の層でできている。かかるＰＶＤコーティングは通常、透明又は極めてわずかな吸収をもたらすわずかに薄く色のついたガラス上に蒸着される。これらの太陽光制御製品は具体的には、ＰＶＤコーティングが可視光を入れることを可能としながらも太陽放射の一部を反射させるという能力に依拠するものである。最適なＰＶＤコーティングをガラス上に蒸着させると、現行の商業的技法（commercial practice）では、太陽光透過率を低減させることができるものは他にないと示唆されている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明者は、ガラスの太陽光透過率を大幅に低減させ、これにより自動車、トラック、住宅及び建造物において使用されるガラス製品についての太陽光制御特性を改善させることができる様々なガラス製品を考え出した。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の第１の実施形態は、それら自体及びそれらだけで、建造物については４０％、自動車については７０％、及び住宅については８０％を超える光透過率を有するものの、所与のレベルの可視光透過率に対して最小の太陽光透過率を有するＰＶＤ積層コーティングをガラス上に蒸着させることにより、コーティングされたガラス製品の総太陽光透過率の有意な低減を実現することである。
【０００８】
本発明の第２の実施形態は、所与のレベルの可視光透過率に対して２５パーセントポイントを超える、基礎ガラスにおける選択性を実現することである。選択性は可視光透過率（％）−太陽光透過率（％）と定義され、パーセントポイント単位で表すことができる。３０パーセントポイントを超える選択性が更に好ましい。
【０００９】
自動車及び住宅についての理想的な基礎ガラスは、例えば、約７５０ナノメートルを超える波長については良好な近ＩＲ吸収特徴を示すが、可視光透過率が重要となる電磁スペクトル、約４００ナノメートル〜７５０ナノメートルでは低い吸収特徴を示すと考えられ、これが本発明の第３の実施形態である。
【００１０】
ＰＶＤコーティングは、所与のレベルの可視光透過率に対して最大の太陽光反射特性を示すと考えられ、これが本発明の第４の実施形態である。
【００１１】
本発明の第５の実施形態は、所与のレベルの高可視光透過率に対して太陽光透過率を最小限に抑えるように、基礎ガラスにおける全鉄含有量及び酸化還元電位を操作することである。全鉄含有量はガラス中のＦｅ2Ｏ3の百分率であり、酸化還元電位はＦｅＯとＦｅ2Ｏ3との関係である。
【００１２】
第１の例として、本発明者は、全鉄に対する第一鉄の比率である８２．１％の酸化還元電位を有するとともに、０．７１％の全鉄含有量を有するガラスを溶融した。このガラスは、１６．５％の極めて小さい太陽光透過率を有するとともに、４１．８％の可視光透過率を有していた。そのため、選択性は２５パーセントポイントよりも大きかった。このガラスはそれだけでかなりの太陽光制御をもたらすと考えられるが、この超吸収ガラスをＰＶＤ積層コーティングと組み合わせることによって大幅な改良が実現されると考えられる。それ故、ＰＶＤ積層コーティング（高可視光透過率を維持しながら太陽放射を除去する）をこのガラス上に蒸着させると、可視光透過率を４０％と高くすることができ、そのレベルの可視光透過率で市販されているものに比べて総太陽光制御特性が大いに改善すると考えられる。これは、本発明が独自に、太陽放射をまず反射させ、その後、かなりの部分の残りの太陽エネルギーが特別な低太陽光透過率ガラスにより吸収されると考えられることから事実である。この新規なガラス構成は、商業用の建造物ガラスに関する前例のない太陽光制御をもたらすと考えられ、これが本発明の更に別の実施形態である。
【００１３】
基礎ガラスに関して２５パーセントポイント〜３０パーセントポイントを超える選択性を実現するという同様の概念は、自動車用の高可視光透過率ガラスに用いることができる。第２の例及び本発明の更に別の実施形態は、７０％の最小可視光透過率を有するとともに２５パーセントポイント〜３０パーセントポイントを超える選択性を維持するように、基礎ガラスの全鉄及び酸化還元電位を操作することである。さらに、自動車用のガラスで実現される更なる太陽光制御の利益を得るために、最適なＰＶＤコーティングをこのガラス上に蒸着させることができる。
【００１４】
基礎ガラスに関して２５パーセントポイント〜３０パーセントポイントを超える選択性を実現するという同様の概念は、住宅用の高可視光透過率ガラスに用いることができる。第３の例及び本発明の更に別の実施形態は、８０％の最小可視光透過率を有するとともに２５パーセントポイント〜３０パーセントポイントを超える選択性を維持するように、基礎ガラスの全鉄及び酸化還元電位を操作することである。さらに、住宅用のガラスに関する更なる太陽光制御の利益を実現するために、最適なＰＶＤコーティングをこのガラス上に蒸着させることができる。
【００１５】
世界中でこれらの新たな太陽光制御ガラス製品の使用が拡大することにより、ＣＯ2の排出が削減され、またエネルギーコストがかなり大きく削減されると考えられる。同様の発明概念は、可視光透過率について種々の要件を有する商業用の建造物、自動車及び住宅のためのガラスにも応用することができる。ただし全鉄及び酸化還元電位を調節する必要があり、またおそらくＰＶＤ積層コーティングに対する軽微な変更が必要となると考えられる。
【００１６】
住宅用ガラスに関する可視光透過率の規格値をおよそ８０％から７０％未満、好ましくは６０％未満まで低減させても、家屋の内側から外側を見る場合にガラスの「シースルー」特質はほんのわずかに低減するだけであると考えられる。それは、顕著なものでは断じてなく、おそらく、８０％の可視光透過率のガラスを６０％の可視光透過率のガラスに隣接させなければ、気付くことができない。しかしながら、太陽光透過率は著しく低減されると考えられる。太陽エネルギーの約半分が可視スペクトル内にあるため、可視光透過率を低減させることは、それ自体及びそれだけで、太陽光透過率を低減させる。これは、本発明の更に別の実施形態であり、つまりは、住宅用ガラスの太陽光透過率を低減させるためには、かかるガラスに関する可視光透過率の規格値を６０％〜７０％に低減させる。
【００１７】
本発明は幾つかの変数、例えば、可視光透過率、太陽光透過率、ガラスの第一鉄含有量又はＦｅＯ含有量、ガラスの全鉄含有量又はＦｅ2Ｏ3含有量、酸化還元電位、ガラスの太陽光吸収度、ＰＶＤコーティングの太陽光反射度、並びにガラス上に蒸着されるＰＶＤ層の特定の厚み及び組成を扱うため、別の実施形態は、これらの変数の相互作用のレベルを確定し、その後、太陽光特性とガラス及びコーティングの特性との関係を説明する数学的モデルを開発するのに、コンピュータ統計学的に設計した実験技法を利用するものである。この実施形態では、最適な太陽光制御特性は、種々の可視光透過率の要件を有する製品に関して導き出される。明示される方法体系は一実施形態であり、以下の工程からなる。
【００１８】
１．本発明のプロセスにおける第１の工程及び重要な実施形態は、コーティングされたガラスの太陽光学特性を最適化することに関して最良の従属変数を選択することである。従来技術は明らかに、積算太陽光透過率及び積算可視光透過率が、ガラスの太陽光学特性を最適化しようと試みる任意の実験的研究における試験に対する適切な従属変数であることを教示している。しかしながら、従来の自動車、住宅及び商業用のガラス製品における特定のドーパント及びコーティングは、電磁スペクトルにわたる異なる波長の放射線を吸収する。例えば、Ｆｅ2Ｏ3等の幾つかのドーパントは、低波長ＵＶ範囲において最も強い吸収バンドを示すのに対し、ＦｅＯ等の他の化合物は、近ＩＲにおいて最も強い吸収ピークを示す。そのため、従来技術に反して、本発明は、従属変数として、透過曲線にわたる多数の波長における吸収を使用するものを教示する。したがって、太陽光反射はＰＶＤコーティングについての従属変数であると考えられる。さらに、積算太陽光学特性は、所与の実験の実施についてコンピュータによって算出することができる。HPGIの「Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ」の使用は、本件で使用することができる方法の一例である。
【００１９】
２．本発明のプロセスにおける第２の工程及び別の実施形態は、基礎ガラスに関する適切な独立変数を選択することである。従来技術は、従来のガラス溶融中に、Ｆｅ2Ｏ3すなわち酸化第二鉄をＦｅＯすなわち酸化第一鉄に一部還元し、これらの２つの酸化物の残りがガラスの太陽光学特性を制御する上で重要であることを詳細に論じている。それ故、従来技術は、任意の実験的研究における独立変数としてガラス構成要素を使用し、かつガラスの化学的性質と太陽光学特性との関係を常に報告するものを教示している。低減された太陽光透過率に対して或る特定のレベルの可視光透過率を得るために、従来技術は、Ｆｅ2Ｏ3濃度が或る特定の値又は或る特定の範囲の値をとり、かつＦｅＯ濃度が或る特定の値又は或る特定の範囲の値をとるものとすると開示している。しかしながら、Ｆｅ2Ｏ3のＦｅＯへの還元を制御する酸化還元条件は、溶融温度、空気燃料混合物（the air to fuel mixture）、硫黄の量、Ｃ及びＺｎＳ等の還元剤の存在及び濃度、並びに他の要因によって決定される。したがって、制御がかなり難しくかつそれ自体が一連の他の変数に従属することから、ＦｅＯを独立変数として処理することはほぼ不可能であると考えられる。従来技術に反して、本発明は独自に、実験的研究における独立変数としてバッチ構成要素を使用するものを教示する。
【００２０】
３．本発明のプロセスにおける第３の工程及び別の実施形態は、ＰＶＤコーティングプロセスに関する適切な独立変数を選択することである。従来技術は通常、ＰＶＤコーティングの厚み及び組成を制御することを教示している。従来技術に反して、本発明は独自に、実験的研究における独立変数として、スパッタコーティングプロセス変数を使用するものを教示する。
【００２１】
４．本発明のプロセスにおける第４の工程及び本発明の一実施形態は、統計学的に設計した実験、好ましくはＤ−最適設計（D-Optimal designs）を用い、独立変数の数、各々についてのレベル、及び潜在的に重要な相互作用を考慮して、統計学的な有意性を有する透過、反射及び吸収の測定基準をモデル化するのに必要とされる情報量を得るために実施する実験の最小数を決定することである。HPGIの「Ｄ−Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｒｅａｔｏｒ」は、かかる実験設計を作るための特定のソフトウェアパッケージの一例である。
【００２２】
５．本発明のプロセスにおける第５の工程及び別の実施形態は、独立変数（ガラスバッチ要素及びスパッタコーティングプロセス設定）と、従属変数である各波長における吸収及び総太陽光反射との量的関係に関する予測モデルを開発することである。HPGIの「Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｅｒ」の使用は、重回帰法を用いてこれらの方程式を作成するのに使用することができるソフトウェアパッケージの一例である。
【００２３】
６．本発明のプロセスにおける第６の工程及び別の実施形態は、最小可視光透過率等の様々な制約を受ける最大太陽光吸収及び最大太陽光反射に対して、バッチケミストリ及びスパッタコーティングプロセスの設定を特定することができる最適化モデルを開発することである。例えば、最適化モデルは、特定の範囲のａ*及びｂ*（カラースケールのおよそ±５）に依存する、およそ７０％の一定の可視光透過率における最小太陽光透過率について、バッチケミストリ及びスパッタコーティングの設定を確定することができるものとする。更に別の実施形態は、複数の望ましい特性に同時に可能な限り近付くように、目的のプログラミングの方法体系を使用することである。HPGIの「Ｎｏｎ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｏｐｅｒｔｙ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒ」の使用は、これらの実施形態を遂行するのに使用することができるモデルパッケージの一例である。
【国際調査報告】
2013530910.tif 000002
2013530910.tif 000003