(57)【要約】【課題】ガラス等の基板の表面に金属膜としてタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成することにより、その表面に透明な膜を容易に形成し、光学的干渉による発色を生じさせて、それぞれ耐久性を有する金属光沢のある多種類のカラー基板を簡便に製造することができる、金属光沢カラー基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】ガラス等の基板１０の表面に、タンタル（Ｔａ  ）を薄膜１２として付着させ、さらにこのタンタル（Ｔａ  ）薄膜１２を酸化させて、その表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜１４を形成し、この酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜１４の光学的干渉を利用して発色させた金属光沢カラー基板。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス等の基板の表面に、タンタル（Ｔａ  ）を薄膜として付着させ、さらにこのタンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて、その表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成し、この酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜の光学的干渉を利用して発色させたことを特徴とする金属光沢カラー基板。
【請求項２】
前記タンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて、その表面に形成される酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜の膜厚を変化させてそれぞれ異なる発色からなる請求項１記載の金属光沢カラー基板。
【請求項３】
ガラス基板の表面にスパッタリング法または真空蒸着法によりタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成した後、陽極酸化法により前記タンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて、前記タンタル（Ｔａ  ）薄膜の表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成することを特徴とする金属光沢カラー基板の製造方法。
【請求項４】
ガラス基板の表面にスパッタリング法によりタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成するに際し、真空槽内を１０−６Ｔｏｒｒ  以下に真空排気すると共に、アルゴン（Ａｒ  ）ガスを６×１０−３Ｔｏｒｒ  まで導入し、タンタル（Ｔａ  ）からなるターゲットに５００Ｖ前後の負の直流電圧を印加してマグネトロン放電を行い、基板表面に５００ｎｍ以上のタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成することを特徴とする請求項３記載の金属光沢カラー基板の製造方法。
【請求項５】
ガラス基板の表面に真空蒸着法によりタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成するに際し、真空槽内を１０−６Ｔｏｒｒ  以下に真空排気すると共に、アルゴン（Ａｒ  ）ガスを９×１０−４Ｔｏｒｒ  まで導入し、電子銃で蒸発源のタンタル（Ｔａ  ）を加熱しガラス基板に対して蒸着を行い、基板表面に５００ｎｍ以上のタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成することを特徴とする請求項３記載の金属光沢カラー基板の製造方法。
【請求項６】
ガラス基板の表面に形成したタンタル（Ｔａ  ）薄膜を陽極酸化法によりその表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成するに際し、炭酸ナトリウム１％の水溶液からなる電解液に、陽極として表面にタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成したガラス基板を浸漬すると共に、陰極として白金（Ｐｔ  ）ワイヤを使用し、イオン電流を５０ｍＡに維持して所要の陽極酸化電圧まで徐々に上昇させ、その後電圧を一定に保持して前記タンタル（Ｔａ  ）薄膜の表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の金属光沢カラー基板の製造方法。
【請求項７】
前記陽極酸化電圧を３０Ｖ以上の所定電圧に保持することにより、それぞれ干渉色の異なる金属光沢カラー基板を得ることを特徴とする請求項５記載の金属光沢カラー基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属光沢を有するカラー基板およびその製造に関するものであって、特に、従来より困難とされたガラス基板に対して、金属光沢を有する多種類のカラー着色を施すことを可能とした、金属光沢カラー基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用または建築用の窓ガラスとして、冷房負荷の提言、意匠性の向上、車室内のプライバシーの保護等を図るため、日射エネルギー透過量を低減すると共に、適正な可視透過率を有すること等の要求に基づいて、着色ガラスや、あるいは透明ガラスもしくは着色ガラスの表面にＣｏ  、Ｃｒ  、Ｆｅ  等の金属酸化物からなる熱線反射性着色膜を被覆した積層ガラスが用いられている。
【０００３】
この場合、ガラス基板に、前記金属酸化物からなる着色膜を被覆した積層ガラスの製造方法としては、真空チャンバ内に配置したマグネトロンスパッタリング装置の所定個所に、Ｃｏ  ７２質量％、Ｆｅ  ８質量％およびＣｒ  ２０質量％の組成のＣｏ  系合金製ターゲットを配置し、さらにガラス基板として厚さ３．５ｍｍ×縦１００ｍｍ×横１００ｍｍのグリーン着色ソーダライムガラス板を、基板ホルダに載置して、ガラス基板を加熱しない状態で、室温でカソードに０．３ｋＷの放電電力を投入し、マグネトロンスパッタリングで１４５秒間成膜し、厚さ６０ｎｍのＣｏ  酸化物を含む着色膜を形成することが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、建築用、車両用等に好適な断熱特性、プライバシー性能、電波低反射特性を有する着色酸化物被覆ガラスとして、通常のスパッタリング法によるＴｉ  、Ｔｉ  Ｎ、ステンレス、窒化ステンレス、Ｃｒ  、Ｃｒ  Ｎ等の金属、あるいは窒化金属とは異なった着色酸化物を用いることにより、可視域および赤外域で大幅な吸収や反射が生じて、前記特性を有する着色酸化物被覆ガラスが提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
すなわち、前記特許文献２に記載の着色酸化物被覆ガラスは、ガラス基板として厚さ３ｍｍのフロート板ガラスを使用し、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を使用して、所定の膜構成および膜厚となるように成膜を行うものである。そして、着色酸化物層あるいは誘電体層としての酸化物の成膜は、金属ターゲット（Ｃｕ  、Ｃｏ  合金、Ｆｅ  合金、Ｎｉ  合金、Ｔｉ  ）を用い、酸素１００％のプロセスガス組成で真空度を調整し、２０〜６０ｋＷの電力を印加してスパッタリングを行うことにより、膜の耐久性が非常に優れた着色酸化物被覆ガラスを得ることが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３２２８３５号公報（特許請求の範囲の請求項１〜３、発明の詳細な説明全般、図１、２）
【特許文献２】
特開２００２−１７３３４１号公報（特許請求の範囲の請求項１〜６、発明の詳細な説明全般）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前記従来技術に係るガラス基板を金属酸化物からなる着色膜により被覆した積層ガラスにおいては、充分にして適正な金属光沢を有するカラー基板として満足し得るものではない。すなわち、金属光沢性に劣るばかりでなく、着色し得るカラーの種類も限定され、多種類の金属光沢カラー基板を得ることができない難点がある。
【０００８】
そこで、本発明者は、種々検討並びに試作を重ねた結果、ガラス基板の表面に、タンタル（Ｔａ  ）を薄膜として付着させ、さらにこのＴａ  薄膜を酸化させて、その表面に化学的に極めて安定である酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成し、この酸化タンタル膜の光学的干渉を利用して発色させることにより、多種類の金属光沢カラー基板を容易に製造することができることを突き止めた。
【０００９】
このように、光学的干渉を利用して発色させる方法によれば、金属膜（Ｔａ  薄膜）とその上に付着させる透明な膜（Ｔａ２Ｏ５  膜）の材料を１種類、すなわちタンタル（Ｔａ  ）のみを採用しても、その透明な膜の厚さだけを調節することにより、多種類の発色をさせることができる。これら２重の膜により起生する光の干渉作用は、図４に示す通りである。
【００１０】
図４において、透明な膜の上下で反射する光をそれぞれａ、ｂとすると、この光ａ、ｂの重なり合いによって光の干渉が生じる。そして、この光の干渉によって強められた波長の色を、視覚によって感知することができるのである。従って、透明な膜の厚さを変化させれば、強められる波長が変化して、色を変化させることができるのである。なお、光の色と波長〔ｎｍ〕との関係は、図５に示すように、従来より公知である。
【００１１】
因みに、ガラス基板に対し、物質自身が色を持つ膜を付着させる方法として、スパッタリング法により窒化チタンの膜を作製した場合、金色の着色を得ることができ、また窒素の分圧を変化させることで銀色の着色を得ることもできる。しかしながら、窒化チタンでこの２色以外の色を得ることは不可能である。その他の色を得るためには、膜の材料に別の金属を選択しなければならない。
【００１２】
そこで、本発明においては、タンタル（Ｔａ  ）を金属膜として使用することを特徴とするものであり、さらにこの金属膜を酸化させて透明な膜としての酸化タンタル膜とすることを特徴とする。しかるに、安定に存在する酸化タンタルとして確認されたものは、酸化数４，５の酸化物（Ｔａ  Ｏ２  ，Ｔａ２Ｏ５  ）である。Ｔａ  Ｏ２  はＴａ２Ｏ５  を還元して得られる。Ｔａ２Ｏ５  は還元し難いが、非常に高い温度では水素によって還元される。Ｔａ２Ｏ５  の結晶には、α，βの２つの型があり、α型は低温域でみられ、正方晶系であり、またβ型は安定域１３５０℃以上で斜方晶系である。融点は１８７０℃で、熱膨張は殆ど起きず、熱に強い。また、フッ化水素酸およびアルカリ炭酸塩の溶融塩にだけ溶解し、かなり安定した性質を有している。
【００１３】
従って、本発明の目的は、ガラス等の基板の表面に金属膜としてタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成することにより、その表面に透明な膜を容易に形成し、光学的干渉による発色を生じさせて、それぞれ耐久性を有する金属光沢のある多種類のカラー基板を簡便に製造することができる、金属光沢カラー基板およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る請求項１に記載の金属光沢カラー基板は、ガラス等の基板の表面に、タンタル（Ｔａ  ）を薄膜として付着させ、さらにこのタンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて、その表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成し、この酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜の光学的干渉を利用して発色させたことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る請求項２に記載の金属光沢カラー基板は、前記タンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて、その表面に形成される酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜の膜厚を変化させてそれぞれ異なる発色からなることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る請求項３に記載の金属光沢カラー基板の製造方法は、ガラス基板の表面にスパッタリング法または真空蒸着法によりタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成した後、陽極酸化法により前記タンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて、前記タンタル（Ｔａ  ）薄膜の表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る請求項４に記載の金属光沢カラー基板の製造方法は、ガラス基板の表面にスパッタリング法によりタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成するに際し、真空槽内を１０−６Ｔｏｒｒ  以下に真空排気すると共に、アルゴン（Ａｒ  ）ガスを６×１０−３Ｔｏｒｒ  まで導入し、タンタル（Ｔａ  ）からなるターゲットに５００Ｖ前後の負の直流電圧を印加してマグネトロン放電を行い、基板表面に５００ｎｍ以上のタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る請求項５に記載の金属光沢カラー基板の製造方法は、ガラス基板の表面に真空蒸着法によりタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成するに際し、真空槽内を１０−６Ｔｏｒｒ  以下に真空排気すると共に、アルゴン（Ａｒ  ）ガスを９×１０−４Ｔｏｒｒ  まで導入し、電子銃で蒸発源のタンタル（Ｔａ  ）を加熱しガラス基板に対して蒸着を行い、基板表面に５００ｎｍ以上のタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る請求項６に記載の金属光沢カラー基板の製造方法は、ガラス基板の表面に形成したタンタル（Ｔａ  ）薄膜を陽極酸化法によりその表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成するに際し、炭酸ナトリウム１％の水溶液からなる電解液に、陽極として表面にタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成したガラス基板を浸漬すると共に、陰極として白金（Ｐｔ  ）ワイヤを使用し、イオン電流を５０ｍＡに維持して所要の陽極酸化電圧まで徐々に上昇させ、その後電圧を一定に保持して前記タンタル（Ｔａ  ）薄膜の表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る請求項７に記載の金属光沢カラー基板の製造方法は、前記陽極酸化電圧を３０Ｖ以上の所定電圧に保持することにより、それぞれ干渉色の異なる金属光沢カラー基板を得ることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る金属光沢カラー基板およびその製造方法の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る金属光沢カラー基板の一実施例を示すものであって、基板の表面に形成する金属膜と透明な膜との積層構成を示す説明図である。
すなわち、本実例における金属光沢カラー基板は、ガラス等の基板１０の一側表面にタンタル（Ｔａ  ）を薄膜１２として付着させ、さらにこのタンタル（Ｔａ  ）薄膜１２を酸化させて、その表面に透明な膜としての酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜１４を形成し、この酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜１４の光学的干渉を利用して発色させたことを特徴とするものである。
【００２３】
そこで、図２は、本発明に係る金属光沢カラー基板を製造する装置であって、基板の表面に金属膜としてのタンタル（Ｔａ  ）薄膜１２を形成する装置の一実施例を示す概略構成図である。すなわち、図２に示す装置は、マグネトロン・スパッタリング装置を示し、参照符号２０は真空槽を示し、この真空槽２０の内部にはマグネトロン放電を行うための永久磁石を内蔵した放電用電極２１を配置すると共に、放電用電極２１に対向してガラス基板２２を配置し、前記放電用電極２１にはターゲットとしてのタンタル（Ｔａ  ）２３を載置した構成からなる。なお、前記放電用電極２１に対してこれを付勢するための直流電源２４が接続され、また前記真空槽２０には槽内を真空排気するための排気口２５と放電用アルゴン（Ａｒ  ）ガスを導入するためのアルゴン（Ａｒ  ）ガス供給口２６とがそれぞれ設けられている。
【００２４】
このように構成されたマグネトロン・スパッタリング装置において、真空槽２０の内部を１０−６Ｔｏｒｒ  まで真空排気した後、アルゴン（Ａｒ  ）ガスを６×１０−３Ｔｏｒｒ  まで導入し、タンタル（Ｔａ  ）２３からなるターゲットを保持する放電用電極２１に対して５００Ｖ前後の負の直流高電圧を印加し、マグネトロン放電を開始する。これにより、ガラス基板２２の基板表面にタンタル（Ｔａ  ）薄膜がスパッタリングにより形成される。そして、前記ガラス基板２２の基板表面にタンタル（Ｔａ  ）薄膜が少なくとも５００ｎｍ形成された際に、マグネトロン放電を停止し、真空槽２０内に乾燥空気を導入し、その後ガラス基板２２を真空槽２０から取り出す。
【００２５】
このようにして、基板表面にタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成したガラス基板２２は、タンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて、その表面に透明な膜としての酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成する。そこで、本発明においては、陽極酸化法を使用して、前記タンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜１４の形成を行う。
【００２６】
図３は、本発明に係る金属光沢カラー基板を製造する装置であって、基板の表面に形成された金属膜としてのタンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて透明な膜としての酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成する陽極酸化装置の一実施例を示す概略構成図である。すなわち、図３に示す陽極酸化装置において、参照符号３０は電解槽を示し、この電解槽３０には炭酸ナトリウム１％の水溶液を電解液３１として使用し、この電解液３１に対し、陽極として表面にタンタル（Ｔａ  ）薄膜を形成したガラス基板３２を浸漬すると共に、陰極として白金（Ｐｔ  ）ワイヤ３３を使用し、これらを直流電源３４の陽極３４ａと陰極３４ｂとにそれぞれ接続する。なお、参照符号３５は、前記ガラス基板３２を電解槽３０に対し所要位置に保持するための保持具３６を備えたスタンドを示す。
【００２７】
このように構成された陽極酸化装置において、所要の陽極酸化電圧となるまでは、イオン電流を５０ｍＡに維持しながら直流電源３４の電圧を徐々に上昇させ、所要の陽極酸化電圧（３０Ｖ以上の所定電圧）に達した際に、この陽極酸化電圧を一定に保持して陽極酸化を行った。この場合、陽極酸化が完了するまでの時間は約３分間とした。この結果、光学的干渉作用によって金属光沢を有する所要の干渉色からなるカラー基板を作製することができた。
【００２８】
そこで、本発明においては、前記陽極酸化電圧について、その設定電圧を３０Ｖ以上において多段階に変化させた場合、タンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて形成された透明な膜としての酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜による光学的干渉作用により得られる金属光沢の有る干渉色の変化は、表１に示す通りであることが確認された。
【００２９】
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【００３０】
なお、前述した実施例において、基板の表面に金属膜としてのタンタル（Ｔａ  ）薄膜１２を形成する装置の一実施例として、マグネトロン・スパッタリング装置（図２参照）について説明したが、例えば真空蒸着法により、ガラス基板の表面にタンタル（Ｔａ  ）薄膜１２を形成することも可能である。
【００３１】
すなわち、真空蒸着法によれば、マグネトロン・スパッタリング装置と同様にして真空槽内を１０−６Ｔｏｒｒ  まで真空排気した後、アルゴン（Ａｒ  ）ガスを９×１０−４Ｔｏｒｒ  まで導入し、電子銃で蒸発源のタンタル（Ｔａ  ）を加熱してガラス基板に対し蒸着を行い、基板表面に５００ｎｍ以上のタンタル（Ｔａ  ）薄膜１２を形成するものである。このようにして得られるガラス基板は、前記と同様にして、陽極酸化法によりタンタル（Ｔａ  ）薄膜を酸化させて、その表面に透明な膜としての酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜を形成することによって、光学的干渉作用により金属光沢を有する所要の干渉色からなるカラー基板を作製することができる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、例えば基板材料としてガラス基板に限定されることなく、その他の無機質材料や合成樹脂材料等からなる基板についても適宜応用することが可能であり、本発明の精神を逸脱しない範囲内において、多くの設計変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
前述した実施例から明らかな通り、本発明の請求項１および２に記載の金属光沢カラー基板によれば、従来困難とされた金属光沢を有する多種類の色彩からなるカラー基板によって、これらを建築材料ないしは各種内装材料として広範囲に利用することができる。
【００３４】
また、本発明の請求項３ないし６に記載の金属光沢カラー基板の製造方法によれば、既存の製造設備を適用して量産化が可能であり、従来において実現することができなかった素材とカラー化による建築物等の外装ないし内装の変革を、容易かつ低コストに実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属光沢カラー基板の一実施例を示すものであって、基板の表面に形成する金属膜と透明な膜との積層構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る金属光沢カラー基板を製造する装置であって、基板の表面に金属膜を形成するマグネトロン・スパッタリング装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る金属光沢カラー基板を製造する装置であって、基板の表面に形成された金属膜を酸化させて透明な膜を形成する陽極酸化装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る金属光沢カラー基板の金属膜表面における透明な膜による光の干渉作用を示す説明図である。
【図５】光の波長〔ｎｍ〕と色との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  基板
１２  タンタル（Ｔａ  ）薄膜
１４  酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５  ）膜
２０  真空槽
２１  放電用電極
２２  ガラス基板
２３  タンタル（Ｔａ  ）
２４  直流電源
２５  排気口
２６  アルゴン（Ａｒ  ）ガス供給口
３０  電解槽
３１  電解液
３２  Ｔａ  薄膜を形成したガラス基板
３３  白金（Ｐｔ  ）ワイヤ
３４  直流電源
３４ａ  陽極
３４ｂ  陰極
３５  スタンド
３６  保持具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004359493.tif 000008
【図５】
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