(57)【要約】  エネルギー節約ガラスは、実質的に相互に平行な第1の表面（1）および第2の表面（2）を有し、エネルギー節約ガラスのガラスバルクは、太陽放射線エネルギー吸収材を有する。太陽放射線エネルギー吸収材は、前記第1の表面（1）に近い前記ガラスバルクの層（103）内に存在し、該層において、放射線吸収材の濃度は、前記第1の表面（1）から、前記ガラスバルクの深さに沿って、実質的に減少し、吸収材は、前記ガラスの前記第1の表面（1）から測定したとき、少なくとも0.1ミクロンの深さ位置には存在し、100ミクロンを超える深さ位置には存在しない。本方法では、ガラスの第1の表面（1）上に、粒子の層（104）が成長し、この粒子は、少なくとも一つの元素または元素の化合物を有し、ガラスの表面層に拡散および／または溶解する。粒子から溶解する少なくとも一つの元素は、ガラスの表面層を改質し、表面に太陽放射線吸収層（103）が形成される。この層において、前記少なくとも一つの元素の濃度は、ガラスの表面から、ガラスの深さ方向に沿って、実質的に減少し、元素は、ガラスの表面から測定したとき、少なくとも0.1ミクロンの深さ位置には存在するが、100ミクロンを超える位置には存在しない。
2010524836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に相互に平行な第1の表面および第2の表面を有するエネルギー節約ガラスであって、
ガラスバルクは、太陽放射線エネルギー吸収材を有し、
前記太陽放射線エネルギー吸収材は、前記第1の表面に近い前記ガラスバルクの層内に存在し、
該層において、前記放射線吸収材の濃度は、前記第1の表面から、前記ガラスバルクの深さに沿って、実質的に減少し、
前記吸収材は、前記ガラスの前記第1の表面から測定したとき、少なくとも0.1ミクロンの深さ位置には存在し、100ミクロンを超える深さ位置には存在しないことを特徴とするエネルギー節約ガラス。
【請求項２】
前記太陽放射線吸収剤は、前記第1の層に近い前記ガラスバルクの前記層内に、以下の元素の1または2以上をドーピングすることにより形成されることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー節約ガラス：
Al、Se、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Sr、Zr、Nb、Mo、Te、Ag、Sn、Sb、Au、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U、および／またはこれらの元素の化合物。
【請求項３】
前記太陽放射線吸収材は、主として太陽紫外線および近赤外線を吸収するように選択されることを特徴とする請求項1または2に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項４】
前記太陽放射線吸収材は、前記ガラスバルク中に拡散および／または溶解することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項５】
前記太陽放射線吸収材は、前記ガラスの表面が500℃を超える温度に加熱されると、粒子として、好ましくはナノ粒子として、前記ガラスバルクに供給されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項６】
前記第1の表面は、親水性のコーティングで、または太陽紫外線の影響により親水性となるコーティングでコートされることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項７】
前記コーティングは、チタン酸化物であり、前記コーティングの厚さは、100nm未満のオーダーであることを特徴とする請求項8に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項９】
前記チタン酸化物の結晶構造は、アナターゼ型であることを特徴とする請求項8に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１０】
前記第2の表面は、低放射性コーティングでコートされることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１１】
前記低放射性コーティングは、透明導電性酸化物で形成されたコーティングであることを特徴とする請求項10に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１２】
前記低放射性コーティングは、フッ素がドープされたスズ酸化物であることを特徴とする請求項10または11に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１３】
前記低放射性コーティングは、アルミニウムがドープされた亜鉛酸化物であることを特徴とする請求項10または11に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１４】
当該エネルギー節約ガラスは、建物の単一のガラス窓におけるガラスであり、
前記第1の表面は、開放外界と面する外表面であり、前記第2の表面は、前記建物の内界に面する内表面であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１５】
前記ガラスは、熱処理されることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１６】
請求項1乃至15のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラスの、建物の窓ガラスとしての使用。
【請求項１７】
ガラスバルクの上昇した温度で、前記ガラスバルクに太陽放射線エネルギー吸収材を配置する、エネルギー節約ガラスを製造する方法であって、
前記ガラスの第1の表面上に、粒子の層が成長し、
前記粒子は、少なくとも一つの元素もしくは元素の化合物を有し、前記ガラスの表面層に拡散および／または溶解し、
少なくとも一つの元素は、前記粒子から溶解し、前記ガラスの前記表面層を改質し、前記表面に、太陽放射線エネルギー吸収層が形成され、
前記層において、前記少なくとも一つの元素の濃度は、前記ガラスの表面から前記ガラスの深さに沿って実質的に減少し、
前記元素は、前記ガラスの表面から測定したとき、少なくとも0.1ミクロンの深さ位置には存在し、100ミクロンを超える深さ位置には存在しないことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記粒子の層は、前記ガラスの第1の表面上に成長し、
前記粒子は、以下の少なくとも一つの元素、および／またはこれらの元素の化合物を有することを特徴とする請求項17に記載の方法：
Al、Se、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Sr、Zr、Nb、Mo、Te、Ag、Sn、Sb、Au、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U。
【請求項１９】
前記ガラスの第1の表面に成長した、前記粒子の流体力学的な直径は、0.01乃至10ミクロンの範囲であり、好ましくは1ミクロン未満であり、より好ましくは0.1ミクロン未満であることを特徴とする請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガラスの第1の表面は、500℃を超える温度に加熱され、
前記ガラスの第1の表面は、前記ガラスの内側よりも暖められることを特徴とする請求項17乃至19のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２１】
前記ガラスの第1の表面は、対流的に加熱されることを特徴とする請求項17乃至20のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２２】
前記粒子は、フレームスプレー法、レーザアブレーション法、および／または化学気相成膜法により、前記ガラスの第1の表面上に成長することを特徴とする請求項17乃至21のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２３】
前記ガラスの第1の表面の対流加熱は、液体フレームスプレーガンのフレームを用いたフレームスプレー法により提供されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
前記ガラスの前記第1の表面から近い層を、太陽放射線エネルギーを吸収するように改質した後、前記第1の表面は、親水性のコーティングで、または太陽紫外線の影響により親水性となるコーティングで、コートされることを特徴とする請求項17乃至23のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２５】
前記コーティングの材料として、チタン酸化物が選定され、
前記コーティングの厚さは、100nm未満のオーダーとなるように形成されることを特徴とする請求項24に記載の方法。
【請求項２６】
前記ガラスの第2の表面は、低放射性コーティングでコートされることを特徴とする請求項17乃至25のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２７】
前記第1の表面が太陽放射線エネルギーを吸収するように改質されると同時に、前記低放射性コーティングが前記第2の表面に形成されることを特徴とする請求項26に記載の方法。
【請求項２８】
前記低放射性コーティングは、透明導電性酸化物で構成されることを特徴とする請求項26または27に記載の方法。
【請求項２９】
前記低放射性コーティングは、フッ素がドープされたスズ酸化物で構成されることを特徴とする請求項26乃至28のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３０】
前記低放射性コーティングは、アルミニウムがドープされた亜鉛酸化物で構成されることを特徴とする請求項26乃至28のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３１】
親水性である、あるいは太陽紫外線の効果により親水性になる前記コーティングは、前記第1の表面に、フレームスプレー法、レーザアブレーション法、および／または化学気相成膜法により、粒子で構成されることを特徴とする請求項23乃至30のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３２】
前記低放射性コーティングは、フレームスプレー法、レーザアブレーション法、および／または化学気相成膜法により、前記第2の表面に粒子で構成されることを特徴とする請求項26乃至31のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３３】
前記ガラスの前記第1の表面に近い層が太陽放射線エネルギーを吸収するように改質された後、前記ガラスが熱処理されることを特徴とする請求項17乃至32のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３４】
−ガラス製造ライン（フロートライン）、
−熱処理または曲げラインのような、ガラスを加熱するガラス処理ライン、
−前記ガラス製造ラインとは別個の、前記ガラスが加熱されるライン、
における請求項17乃至33のいずれか一つに記載の方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項1の前提部に記載のエネルギーを節約するガラスに関する。また本発明は、請求項17の前提部に記載の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽放射線エネルギーがガラス表面に衝突した際、放射線の一部は、反射され、放射線の一部は、ガラスに吸収され、放射線の一部は、ガラスを透過する。通常の窓ガラスでは、吸収は、ほとんど生じない。窓を通過した太陽放射線は、建物の内界において、表面および物体に吸収され、これにより、内界がさらに暖められ、熱が放出される。太陽放射線が高頻度で照射される領域では、熱のため、室内領域を冷却する必要が生じる。建物は、大きなエネルギー消費体であり、例えば北米では、建物の暖房、冷房、および照明が、全エネルギーの30乃至40％を占める。従って、建物の冷房および暖房の必要性を軽減する技術的解決策、およびできるだけ自然光を建物内に導入するための窓は、経済的に極めて有益である。可視波長領域内には、太陽放射線エネルギーのわずか約半分しかなく、そのため、理論上、可視光の量を抑制しなければ、紫外（UV）および（近）赤外（IR）の領域のフィルタ処理により、太陽によってもたらされる熱負荷の半分が除去されることになる。
【０００３】
太陽放射線のかなりの量は、遷移金属酸化物のような、非鉄系金属酸化物を含むガラスに吸収される。最も典型的には、そのようなガラスは灰色、青銅色、青色、緑色、またはこれらの色の組み合わせである。灰色のガラスは、可視光および赤外線をほぼ同様に伝達し、青銅色のガラスは、灰色のガラスに比べて、より少ない可視光、およびより多くのIR光を透過する。また青色と緑色のガラスは、灰色のガラスに比べて、より多くの可視光、およびより少ないIR光を透過する。また、ガラスには、二酸化チタンまたは五酸化バナジウムのような、UV線を吸収する物質が添加されても良く、これにより、可視光波長範囲において、いかなる顕著な放射線の吸収もなく、UV放射線が吸収される。
【０００４】
しかしながら、非鉄系金属酸化物でガラスバルクに着色することは、エネルギーガラスを製造する上で、あまり好適な方法ではない。太陽放射線エネルギーがあまり存在しない領域（暖房配向気候）では、ガラスは、できる限り透明である必要がある。同様に、窓が2枚以上のガラスを有する場合、外側のガラスのみが太陽放射線吸収ガラスである必要がある。ガラスバルク全体が着色されると、平坦（板）ガラス製造ラインのガラス溶融炉において、透明／着色ガラスバルク間で、ガラスバルクを規則的に変化させる必要があり、色を変化させる場合、平坦ガラス製造における費用がかなり増加してしまう。
【０００５】
米国特許第3,473,944号には、放射線反射材料が示されており、ガラスシートは、反対の表面が、アンチモン酸化物でドープされたスズ酸化物でコーティングされ、外界と面するガラスの表面は、25乃至35.5％のアンチモンを有し、ガラスの内界と接する表面は、2.2乃至6.4％のアンチモンを有する。この場合、窓の内表面は、室内領域からの熱放射線を反射し、室内領域に戻し、窓の外表面は、太陽放射線を吸収する。外側のコーティングによって、ガラスは、灰色に着色される。コーティングは、化学気相成膜法（CVD）により、ガラスの表面に製造される。
【０００６】
このガラスの問題は、平坦ガラスの製造速度で、十分に厚い吸収層を製造することができないことである。平坦ガラス製造工程では、ガラスリボンは、10乃至20m／分の速度で進行する。CVD過程で得られる成長速度は、通常、100nm／秒未満であり、コーティングに利用できる時間ユニット（1乃至2秒）では、吸収の観点から十分な厚さの層を得ることはできない。この方法の別の問題は、厚い吸収層では、ガラスにおける可視光の透過が著しく低下することである。
【０００７】
米国特許第3,652,256号には、ガラス製造工程と同時に、ホットガラスリボンにコーティングする装置が示されている。この装置では、ガラスの表面に、太陽エネルギー吸収コーティングを製造することができ、あるいはある別の方法において、ガラスを通る光の透過率を変化させることができる。この装置では、ガラスへのコーティングは、ガラス表面への塗布と熱分解を適用することに基づいている。この装置および方法の問題は、塗布−熱分解法により、ガラス表面に生成される金属酸化物層が溶解し、ゆっくりとガラス中に拡散することである。特許公報には、着色層の厚さは、約50nmであることが示されている。そのような短い距離で十分な吸収／着色特性を得るためには、ガラス表面に、別個のアンチモンドープされたスズ酸化物層が存在する必要があり、この酸化物は、ガラス中に部分的に溶解する。この場合、コーティングの長期耐久性、洗浄抵抗、および対応する機械的化学的摩耗という問題が生じる。
【０００８】
米国特許第5,721,054号には、熱分解コーティング（高温CVD）を実施するためのガラス構造が示されており、この場合、ガラスには、クロム、コバルト、および鉄を含む太陽放射線吸収層と、ガラスの外観をより強調する非吸収層とが形成される。この方法では、吸収層の厚さは、40乃至75nmの範囲であることが最も好ましい。
【０００９】
前述の特許文献に記載の方法の問題は、CVD成膜において、これらの吸収性材料用のソース材料であって、自身が柔毛性源材料として機能する材料が存在しないことである。このため、ソース材料は、特許文献に示された高温技術によって、約600℃の温度で処理される必要があり、これには高価な装置、および高価な操業コストが必要となる。この方法の別の問題は、酸化物は、主として、ガラス表面の分離コーティングとして見えることである。従って、材料の厚さは、十分に薄くして、酸化層が可視光を散乱する程度まで吸収しないようにする必要がある。
【００１０】
米国特許第6,048,621号には、一連の太陽エネルギー吸収層、および低放射性層を有するエネルギーガラスが示されている。この構造の問題は、太陽放射線エネルギーは、室内領域に近いガラス表面で吸収され、温暖なガラスからの対流による熱伝達が、主として室内で生じ、この構造では、冷房エネルギーのいかなる有意な節約も得られないことである。
【００１１】
ガラスへの太陽放射線エネルギーの吸収は、ガラス温度を上昇させる。周囲よりも温暖なガラスにより、空気は、ガラスの表面を通過して流れるようになる。熱は、ガラスから空気流に、対流的に伝達する。ガラスが放射線エネルギーを吸収すると、これは、等しく暖められ、ガラスの異なる側に対流的に伝達される熱量の比は、周囲温度に依存する。換言すれば、室内領域が機械的に冷却されている場合、ガラスから、建物の（より暖かい）外部よりも多くの熱が、内界に移動し、この場合、ガラスの太陽エネルギー吸収効果の大部分は、無駄になる（冷房要求の観点から）。より好適な解決法は、吸収がガラスの外表面で生じる際に得られる。この場合、ガラスを通る熱の対流により生成された熱輸送の抵抗は、内界に伝達される熱負荷を実質的に抑制する。
【００１２】
ガラスの外表面上の吸収層は、化学的機械的摩耗のような、周囲条件の影響に対して、十分な耐性を有する必要がある。吸収層は、ガラス内に温度差を提供し、このため、特に好ましくは、吸収層は、ガラス厚さの関数として、吸収率が徐々に低下し、ガラス内には、いかなる急激な温度差が形成されないようにする必要がある。そのような急激な温度差により、ガラス中に有害な張力が生じる。特に、太陽放射線の影響により（例えば、周囲の建物または木々によってガラス表面に生じる陰のため）、ガラス表面が均一に暖められていないガラスを使用した場合、表面に対して平行な温度差が、ガラスに生じるおそれがある。
【００１３】
従って、ガラスの外表面のガラス組成が改質され、ガラスの（およびガラスの表面に別個のコーティングを有さない）外表面が太陽放射線、特に好適には、太陽UVおよび近IR放射線が、ガラスの表面層の短い距離にわたって吸収され、ガラスの深くへ放射線が侵入するとともに、放射線の吸収量が減少するようにされた、エネルギー節約ガラスに対する要望がある。
【００１４】
また、エネルギー効率の観点から、ある用途では、ガラスの反対表面は、低放射性コーティングでコートされていることが好ましい。また、工程のコスト効率の観点から、そのようなコーティングは、太陽放射線吸収層の製造と同じ工程内で得られることが重要である。
【００１５】
低放射表面と、太陽放射線吸収ガラスの組み合わせは、冷房と暖房の双方が必要となる領域では重要である。これらの領域では、一般に、単一のガラス窓が使用され、これらを二重ガラスに置換する対応は（別個の吸収ガラスおよび低放射性ガラス）、しばしば高価な対策となる。
【００１６】
また、できる限り効率的に、ガラスから離れたガラスの表面に、エネルギー吸収を伝達することについて要望がある。このため、ガラス表面の端部は、親水性となるように別個に製作され、表面に降雨した水／付着した水は、ガラスの表面にわたって、効率的に広がり、水が表面から流れ落ちると、ガラス表面から熱が除去される。工程のコスト効率上、親水性コーティングは、他の層の製造と同じ工程で製作されることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第3,473,944号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、前述の問題を解決することである。
【００１９】
本発明のある特定の目的は、建物の冷房（空調）によって、相当のエネルギー消費が生じる領域、および建物において暖房と冷房の両方が使用される領域での、エネルギー消費の抑制に適したエネルギー節約ガラスに関する。
【００２０】
本発明の別の目的は、窓が単一の窓ガラスを有する位置での使用に適したエネルギー節約ガラスに関する。
【００２１】
本発明の別の目的は、外界空気と面するガラスの表面のできる限り薄い層に、太陽エネルギーが吸収されるような、エネルギー節約ガラスの製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明によるエネルギー節約ガラスは、請求項1に示す特徴を有する。本発明による方法は、請求項17に記載の特徴を有する。
【００２３】
本発明では、エネルギー節約ガラスは、ガラスの第1の表面に近いガラスバルクの層内に、太陽放射線エネルギー吸収材を有し、この層において、放射線エネルギー吸収材の濃度は、第1の表面からガラスバルクの深さ方向に向かって、実質的に低下する。吸収材は、ガラスの第1の表面から測定して、少なくとも0.1ミクロンの深さに存在し、100ミクロンより深い位置には存在しない。
【００２４】
本発明では、本方法において、ガラスの第1の表面に、粒子の層が成長し、この粒子は、少なくとも一つの元素または元素の化合物を有し、これらは、ガラスの表面層に拡散および／または溶解する。従って、粒子からの少なくとも一つの溶解元素は、ガラスの表面層を改質し、表面に太陽放射線吸収層が形成される。この層において、前記少なくとも一つの元素の濃度は、ガラスの表面から、ガラスの深さ方向に向かって実質的に減少し、元素は、ガラス表面から測定して、少なくとも0.1ミクロンの深さ位置には存在し、10ミクロンを超える深さ位置には存在しない。
【００２５】
換言すれば、エネルギー節約ガラスは、製造中または処理中の、平坦ガラス表面での粒子材料の成長によって提供され、この材料は、金属またはその化合物、特に金属酸化物を実質的に有する。この材料のガラスへの溶解中に、ガラスの改質が生じ、ガラスは、太陽光放射線を吸収するようになる。この方法では、ガラス表面は、別のタイプのガラスに改質され、表面には、実質的にいかなるコーティングも存在しない。ナノ粒子は、同じまたは異なる粒子中に、各種異なる金属もしくはその化合物を有しても良く、これらは、ガラスに溶解した際に、特定の波長範囲のガラス材料吸収太陽放射線を形成する。ナノ粒子は、ガラス中に拡散または溶解し、この金属のより多くがガラス表面に溶解し、溶解金属の濃度は、ガラスの深さ方向に沿って減少する。従って、エネルギー節約ガラスの太陽放射線吸収金属の濃度は、ガラスの深さ方向に沿って減少する。概して、ガラスは、0.1ミクロンから100ミクロンの範囲で、太陽放射線吸収金属を有し、これはガラスの処理温度及び時間に依存する。
【００２６】
建物の窓ガラスの場合、エネルギー節約ガラスは、建物の冷房が相当のエネルギー消費につながる領域、および建物内で暖房と冷房の両方が使用される領域において、建物のエネルギー消費を節約する。エネルギー節約ガラスは、窓が単一の窓ガラスを有する位置で使用されることが特に好ましい。
【００２７】
効率的なエネルギー節約ガラスを提供するには、外界と面するガラス表面上のできる限り薄い層内に、太陽エネルギーを吸収させることが必要となる。本発明の方法では、平坦ガラスが提供され、この製造または処理と同時に、太陽エネルギー吸収材が、好ましくはナノサイズの粒子として成長するガラス表面が提供され、これらの粒子から、これらの材料が、ガラスの表面層に溶解および／または拡散する。本発明による方法では、さらに、同じ工程において、ガラスの反対表面上に、低放射性コーティングを生成することができる。
【００２８】
ナノ粒子中に含まれる金属を徐々にガラス中に溶解させるため、すなわち、溶解金属の濃度を、ガラスの深さ方向に沿って徐々に低下させるため、ガラスを暖め、ガラスの内界よりもガラス表面を暖かくすることが重要である。この方法では、ガラスは、ガラス表面に低粘性を有するようになり、粘性は、ガラスの深さ方向に向かって上昇し、ガラスの深い位置よりもガラス表面において、より大きな金属の拡散が生じる。この場合、ガラスの昇温は、対流的に行われることが好ましい。これは、放射線による熱伝達によるガラスの昇温により、ガラスの深さ方向全体にわたって、比較的均一な熱エネルギーの吸収が生じるからである。この場合、実質的に同じ程度に、ガラス全体が暖められる。本発明では、ナノ粒子の製作に、ガラスの表面全体を暖める液体フレームスプレーガンのフレームが好ましいことが観測されている。これにより、同じ工程で、2つの好ましい効果を得ることができ、すなわちナノ粒子の製造と、ガラス表面の対流加熱の双方を行うことができる。
【００２９】
同じ工程では、太陽放射線吸収表面と反対のエネルギー節約ガラスの表面に、低放射性コーティングを成長させることが可能であり、このコーティングは、通常、200乃至900nmの厚さを有し、材料がフッ素ドープされたスズ酸化物、もしくはアルミニウムドープされた亜鉛酸化物であるコーティングである。
【００３０】
エネルギー節約ガラスの太陽放射線吸収表面に、表面を親水性に改質するコーティングを成長させることができる。例えば、表面の少なくとも一部を被覆するナノ厚さ（100nm未満）の二酸化チタンコーティング、および特に好ましくは、結晶構造がアナターゼ型の二酸化チタンコーティングがある。紫外線の効果により、このコーティングは、表面を親水性に改質し、水が表面全体に均一に広がるようになる。この方法では、ガラスの熱は、水に効率的に伝達される。また、二酸化チタンコーティングは、可視光をあまり吸収しない、太陽紫外放射線吸収材料として機能することが好ましい。
【００３１】
従って、本発明によるエネルギー節約ガラスの異なるバリエーションがある：
−外界と面する表面は、徐々に改質されたガラス組成を有し、太陽放射線の吸収は、ガラスに表面において最大となり、この吸収は、0.1乃至100ミクロンの距離にわたって、基本ガラスの吸収レベルまで徐々に低下する、エネルギー節約ガラス、
−前述のガラスであって、太陽放射線吸収表面と反対の表面が、低放射性コーティングでコーティングされ、通常、これは、放射線吸収表面と同じ工程で製作される、ガラス、
−前述のガラスであって、太陽放射線吸収表面は、該表面がそれ自身のため親水性となり、あるいは紫外線照射の効果により親水性となるようにコーティングされた、ガラス、
−エネルギー節約ガラスであって、外界と面する表面が、徐々に改質されたガラス組成を有し、太陽放射線の吸収は、ガラスの表面で最大となり、この吸収は、0.1乃至100ミクロンの範囲にわたって、ベースとなるガラスの吸収のレベルまで、徐々に低下し、太陽放射線吸収表面は、表面がそれ自身のため親水性となるように、あるいは紫外線照射の効果によって親水性となるように、コーティングされる、ガラス。
【００３２】
従って、本発明によるエネルギー節約ガラスは、ガラス表面の別個の金属酸化物層に基づくものではなく、表面層が太陽放射線を吸収するような、ガラス表面層の改質に基づくものである。評価では、そのような改質ガラスは、従来のガラスの熱処理工程で熱処理することが可能であることが観察されている。このタイプの熱処理ガラスは、太陽放射線を表面層で吸収し、例えば、ガラス表面に生じる陰により、ガラス表面に、表面と平行な温度差が生じるような位置に、好適に使用することができる。そのような位置では、ガラスの熱処理において、ガラス内の温度差に起因した破損が生じるリスクが実質的に抑制される。
【００３３】
本発明によるエネルギー節約ガラスは、液体フレームスプレー法、レーザアビエーション法、これらの組み合わせ、またはこれらの少なくとも一つと化学気相成膜法との組み合わせで製造されることが最も好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明によるエネルギー節約ガラスの一実施例の断面図である。
【図２】本発明によるエネルギー節約ガラスの一実施例における熱輸送を示した図である。
【図３】本発明によるあるエネルギー節約ガラスにおけるガラス深さの関数としての太陽放射線吸収金属の濃度を示した図である。
【図４】本発明によるエネルギー節約ガラスを製造する方法を示した図である。
【図５】本発明によるエネルギー節約ガラスを製造する方法を示した図であり、前記ガラスは、低放射性コーティングを有する図である。
【図６】本発明によるエネルギー節約ガラスを製造する方法を示した図であり、前記ガラスは、ガラスの表面を親水性にするコーティングを有する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照して、一例としての実施例により、本発明について詳しく説明する。
【００３６】
本発明は、エネルギー節約ガラスに関し、このガラスの表面層は、ガラスの表面層において、放射線エネルギー吸収材の濃度が、0.1乃至100ミクロンの距離にわたって、実質的に減少するように改質される。ガラスの層は、ガラス表面への別個のコーティングではなく、ガラス組成を改質することにより提供された層であり、この組成は、0.1乃至100ミクロンの距離にわたって、表面層の組成がベースとなるガラス組成に至るまで、徐々に変化する。このタイプの層は、表面が最も多くの放射線を吸収するように、太陽放射線を吸収し、吸収量は、放射線がガラスの深い位置に侵入するにつれ、徐々に低下する。これにより、ガラスの表面が最も暖められる状況が形成され、このため、熱は、ガラスの表面層から、（空気内の）対流により、あるいは（水への）伝導により、伝達される。徐々に昇温されるため、表面層とベースとなるガラスの間の温度差は、均等となり、表面とベースとなるガラスの間に、温度差によって生じる顕著な張力は、形成されない。
【００３７】
太陽放射線の吸収能は、以下に示す少なくとも一つの元素のガラスへのドーピングによって提供される：Al、Se、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Sr、Zr、Nb、Mo、Te、Ag、Sn、Sb、Au、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U。
【００３８】
本発明によるエネルギー節約ガラスは、前述の少なくとも一つの金属の溶解性化合物から溶液を調製し、この溶液を、例えばフィンランド特許第FI98832号に示されている、液体フレームスプレー機器により供給し、液体ソース源材料から、前記金属のナノ粒子または金属酸化物のナノ粒子を形成することにより、得られる。これらの粒子は、ガラスの表面に設置され、このガラスの表面は、500℃を超える温度にされ、これにより、粒子は、ガラス中に拡散および／または溶解し、金属濃度は、ガラスの表面で最大となり、ガラス中では深さとともに徐々に低下するようになる。金属は、通常、0.1乃至100ミクロンの深さまで、溶解および／または拡散する。この製造方法は、ガラス製造ライン（フロートライン）に一体化されても良い。これにより、平坦（板）ガラスの製造速度で、エネルギー節約ガラスを製造することができる。また、この製造方法は、ガラスの熱処理ラインまたは曲げラインなどのような、ガラスが加熱されるガラス処理ラインと一体化されても良い。またエネルギー節約ガラスは、別個のオフライン機器で製造されても良く、この場合、ガラスは、別個に加熱され、前述の方法で、ガラス表面が改質される。
【００３９】
本発明によるエネルギー節約ガラスの、太陽放射線吸収表面とは反対の表面は、例えば、フッ素でドープされた酸化スズ、またはアルミニウムでドープされた酸化亜鉛（ZnO：Al）のような、導電性酸化物コーティング（SnO2：F）でコートされる。これにより、ガラスのエネルギー節約特性が改善され、建物の内界からの熱放射線は、窓を介して放射することができなくなる（低放射性、すなわち低Eコーティング）。そのようなガラス構造は、建物において、冷房と暖房の両方が必要となる領域、および窓構造が単一のガラスである領域に適用することができる。
【００４０】
本発明によるエネルギー節約ガラスの太陽放射線吸収表面は、さらに、全体的にまたは部分的に、ナノサイズの二酸化チタン粒子でコーティングされても良く、この粒子は、太陽光の効果により、ガラス表面を親水性に改質する。この場合、ガラスの表面に当たった水は、ガラスの表面上に、水の層として均一に広がり、表面を流れ落ち、これにより、ガラス表面から水への有効な熱伝達が提供される。
【００４１】
以下、実施例により、本発明についてより詳しく説明する。
【実施例】
【００４２】
図1には、本発明によるエネルギー節約ガラスを示す。ガラスの外表面1には、ナノ粒子により、材料104の層が成長しており、この層から、材料は、ガラスバルク101に拡散および／または溶解する。これにより、0.1乃至100ミクロンの深さの領域103が提供され、ここでは、表面1から、ガラスの深さ方向に向かって、ガラスの金属酸化物濃度が徐々に減少する。これは、図1では、暗色から白色に変わる領域として示されている。この傾斜層103は、少なくとも一部が、ガラスの表面層に太陽放射線を吸収する性質を提供する。ガラス101の内表面2には、低放射性コーティング105を成長させることができ、あるいは吸収層が成長する前に、そのようなコーティングでガラスをコーティングすることができる。これは、例えば、透明導電性酸化物（TCO）からなるコーティングであっても良い。
【００４３】
図2には、図1のエネルギー節約ガラスの挙動を示す。太陽からのエネルギー106は、ガラスの表面層103、104の少なくとも一部に吸収される。表面層の材料は、放射線の吸収が、放射線の可視光の範囲に比べて、紫外線（UV）および近赤外（NIR）の範囲で強くなるように選定されることが好ましい。ガラス表面に吸収されたエネルギーは、ガラス表面層107において、ガラスを暖める。表面の昇温により、ガラスから空気への対流熱輸送109が生じる。この対流熱輸送109は、ガラスを通る伝熱輸送108と少なくとも同じオーダーであることが好ましい。建物の内界に入った放射線エネルギー110は、内界を暖め、内界は、ガラスに向かって、熱放射線111を放射する。この熱放射線111の波長は、放射線エネルギー110の波長よりも実質的に大きく、このため、ガラスの内表面上の低放射性コーティング105は、熱放射線が内界に戻る反射112を提供する。ガラスの表面層104は、親水性または超親水性であっても良く、この場合、水蒸気または水滴113が濃縮され、あるいは、表面に蓄積され、表面に水114の均一膜を形成する。水が重力効果によって下方に落下すると、この膜がガラスの外表面1を冷却する。
【００４４】
図4には、本発明によるエネルギー節約ガラスを製造する方法を示す。例えばガラス製造ライン（フロートライン）、またはガラスの熱処理のようなガラス処理ラインにおいて、駆動ローラ116上をガラス115が移動する。ダクト119から水素を、ダクト120から酸素をスプレーガン117に供給することにより、フレームスプレーガン117を用いて、水素−酸素フレーム118が提供される。さらに、ダクト121からコンテナ121に、加圧ガスが供給され、このガスは、コンテナ内の金属硝酸塩およびアルコールの混合液123に作用し、供給ダクト124に沿ってスプレーガン117を通過する。金属硝酸塩とアルコール123の混合液は、水素−酸素フレーム118内で反応して、粒子125を形成する。粒子125の空気力学的直径は、0.01乃至10ミクロンの範囲で変化するが、1μm未満であることが好ましく、0.1μm未満であることがより好ましい。水素−酸素フレーム118は、ガラスの表面115を対流により暖める。粒子125は、ガラスの表面115を移動し、層104を形成する。さらに、この層から、粒子の材料は、少なくとも部分的に、ガラス115に拡散および／または溶解し、エネルギー節約ガラス101の放射線エネルギー吸収層として機能する、傾斜層103が形成される。
【００４５】
図5には、本発明によるエネルギー節約ガラスを製造する方法が示されている。低放射性層128は、ガラスの他の表面に同時に提供される。ガラス115は、例えばガラス製造ライン（フロートライン）、またはガラス熱処理のようなガラス処理におけるラインにおいて、駆動ロール116を通過する。水素−酸素フレーム118は、ダクト119から水素を、ダクト120から酸素をスプレーガン117に供給することにより、フレームスプレーガン117を用いて提供される。さらに、ダクト121からコンテナ122に、加圧ガスが提供され、このガスは、コンテナ中の金属硝酸塩およびアルコールの混合液123に作用し、供給ダクト124に沿って、スプレーガン117を通過する。金属硝酸塩とアルコール123の混合液は、水素−酸素フレーム118内で反応して、粒子125を形成する。粒子125の空気力学的直径は、0.01乃至10ミクロンの範囲で変化するが、1μm未満であることが好ましく、0.1μm未満であることがより好ましい。粒子125は、ガラスの表面115を移動し、層104を形成する。さらに、この層から、粒子の材料は、少なくとも部分的に、ガラス115に拡散および／または溶解し、エネルギー節約ガラス101の放射線エネルギー吸収層として機能する、傾斜層103が形成される。水素および酸素は、さらに、ガラス115の外側に設置された、別のスプレーガン117に供給され、水素−酸素フレームが提供される。さらに、スプレーガンには、スズおよびフッ素を含む化合物が供給され、この化合物は、例えば、モノブチル塩化錫、フッ酸、水、およびアルコールの混合液127である。この混合液は、フッ素ドープされたスズ酸化物を含む粒子125を形成し、ガラス115の下側表面に、低放射性コーティング128を成長させるために使用される。
【００４６】
図6には、本発明によるエネルギー節約ガラスを製作する方法を示す。図において、同様の工程において、ガラス表面には、親水性表面が提供される。ガラス115は、例えばガラス製造ライン（フロートライン）、またはガラス熱処理のようなガラス処理におけるラインにおいて、駆動ローラ116上を通過する。水素−酸素フレーム118は、ダクト119から水素を、ダクト120から酸素をスプレーガン117に供給することにより、フレームスプレーガン117により提供される。さらに、ダクト121からコンテナ122に、加圧ガスが提供され、このガスは、コンテナ中の金属硝酸塩およびアルコールの混合液123に作用し、供給ダクト124に沿って、スプレーガン117を通過する。金属硝酸塩とアルコール123の混合液は、水素−酸素フレーム118内で反応して、粒子125を形成する。粒子125の空気力学的直径は、0.01乃至10ミクロンの範囲で変化するが、1μm未満であることが好ましく、0.1μm未満であることがより好ましい。粒子125は、ガラスの表面115を移動し、層104を形成する。さらに、この層から、粒子の材料は、少なくとも部分的に、ガラス115に拡散および／または溶解し、エネルギー節約ガラス101の放射線エネルギー吸収層として機能する、傾斜層103が形成される。水素および酸素120／121の混合ガスに加えて、別のスプレーガン117には、さらに、チタン化合物130が供給され、この結果、水素−酸素フレーム118内で形成された粒子は、さらに二酸化チタンを含み、このため、ガラスの表面には、二酸化チタンを含むコーティング131が提供される。これが紫外線に露光されると、エネルギー節約ガラス101の表面に、親水性コーティングが形成される。親水性コーティングにより、ガラスの表面には、衝突した水が広がり、水の均一な膜が形成され、これにより、ガラスの表面に吸収された熱は、効率的に水に伝達される。
【００４７】
エネルギー節約ガラスを製造するための、図に示した実施例とは異なる実施例があり得る。同様に、本発明の一実施例としての構造は、本発明の思想に従って変更しても良い。結果的に、スプレーガンの数および順番は、前述の実施例とは異なっていても良く、粒子を形成する方法は、フレームスプレーガンの代わりに、例えば、CVD処理方法、レーザアブレーション処理法等であっても良い。従って、本願に示された本発明の実施例は、本発明を限定するものと解してはならない。むしろ、以降の特許請求の範囲に記載された本発明の特徴の範囲内で、多くの変更が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月20日(2009.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、請求項1の前提部に記載のエネルギーを節約するガラスに関する。本発明は、特に、請求項16の前提部に記載の方法に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明によるエネルギー節約ガラスは、請求項1に示す特徴を有する。本発明による方法は、請求項16に記載の特徴を有する。
【手続補正３】
【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】
実質的に相互に平行な第1の表面および第2の表面を有するエネルギー節約ガラスであって、
ガラスバルクは、太陽放射線エネルギー吸収材を有し、
当該エネルギー節約ガラスは、配置の内界と外界の間の界面に配置され、
前記太陽放射線エネルギー吸収材は、前記配置の外界と面する前記第1の表面に近い前記ガラスバルクの層内に存在し、
該層において、前記放射線吸収材の濃度は、前記第1の表面から、前記ガラスバルクの深さに沿って、実質的に減少し、
前記吸収材は、前記ガラスの前記第1の表面から測定したとき、少なくとも0.1ミクロンの深さ位置には存在し、100ミクロンを超える深さ位置には存在せず、
前記配置の前記外界と面する側を介して、当該エネルギー節約ガラスから、熱エネルギーが抽出されることを特徴とするエネルギー節約ガラス。
【請求項２】
前記太陽放射線吸収剤は、前記第1の層に近い前記ガラスバルクの前記層内に、以下の元素の1または2以上をドーピングすることにより形成されることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー節約ガラス：
Al、Se、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Sr、Zr、Nb、Mo、Te、Ag、Sn、Sb、Au、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U、および／またはこれらの元素の化合物。
【請求項３】
前記太陽放射線吸収材は、主として太陽紫外線および近赤外線を吸収するように選択されることを特徴とする請求項1または2に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項４】
前記太陽放射線吸収材は、前記ガラスバルク中に拡散および／または溶解することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項５】
前記太陽放射線吸収材は、前記ガラスの表面が500℃を超える温度に加熱されると、粒子として、好ましくはナノ粒子として、前記ガラスバルクに供給されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項６】
前記第1の表面は、親水性のコーティングで、または太陽紫外線の影響により親水性となるコーティングでコートされることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項７】
前記コーティングは、チタン酸化物であり、前記コーティングの厚さは、100nm未満のオーダーであることを特徴とする請求項6に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項８】
前記チタン酸化物の結晶構造は、アナターゼ型であることを特徴とする請求項7に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項９】
前記第2の表面は、低放射性コーティングでコートされることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１０】
前記低放射性コーティングは、透明導電性酸化物で形成されたコーティングであることを特徴とする請求項9に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１１】
前記低放射性コーティングは、フッ素がドープされたスズ酸化物であることを特徴とする請求項9または10に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１２】
前記低放射性コーティングは、アルミニウムがドープされた亜鉛酸化物であることを特徴とする請求項9または10に記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１３】
当該エネルギー節約ガラスは、建物の単一のガラス窓におけるガラスであり、
前記第1の表面は、開放外界と面する外表面であり、前記第2の表面は、前記建物の内界に面する内表面であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１４】
前記ガラスは、熱処理されることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラス。
【請求項１５】
請求項1乃至14のいずれか一つに記載のエネルギー節約ガラスの、建物の窓ガラスとしての使用。
【請求項１６】
ガラスバルクの上昇した温度で、前記ガラスバルクに太陽放射線エネルギー吸収材を配置する、エネルギー節約ガラスを製造する方法であって、
前記ガラスの第1の表面上に、粒子の層が成長し、
前記粒子は、少なくとも一つの元素もしくは元素の化合物を有し、前記ガラスの表面層に拡散および／または溶解し、
少なくとも一つの元素は、前記粒子から溶解し、前記ガラスの前記表面層を改質し、前記表面に、太陽放射線エネルギー吸収層が形成され、
前記層において、前記少なくとも一つの元素の濃度は、前記ガラスの表面から前記ガラスの深さに沿って実質的に減少し、
前記元素は、前記ガラスの第1の表面から測定したとき、少なくとも0.1ミクロンの深さ位置には存在し、100ミクロンを超える深さ位置には存在せず、
前記エネルギー節約ガラスは、配置の内界と外界の間に配置され、前記ガラスの第1の表面は、前記配置の前記外界と面し、
前記配置の前記外界と面する側を介して、前記エネルギー節約ガラスから、熱エネルギーが抽出されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記粒子の層は、前記ガラスの第1の表面上に成長し、
前記粒子は、以下の少なくとも一つの元素、および／またはこれらの元素の化合物を有することを特徴とする請求項16に記載の方法：
Al、Se、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Sr、Zr、Nb、Mo、Te、Ag、Sn、Sb、Au、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U。
【請求項１８】
前記ガラスの第1の表面に成長した、前記粒子の流体力学的な直径は、0.01乃至10ミクロンの範囲であり、好ましくは1ミクロン未満であり、より好ましくは0.1ミクロン未満であることを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガラスの第1の表面は、500℃を超える温度に加熱され、
前記ガラスの第1の表面は、前記ガラスの内側よりも暖められることを特徴とする請求項16乃至18のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２０】
前記ガラスの第1の表面は、対流的に加熱されることを特徴とする請求項16乃至19のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２１】
前記粒子は、フレームスプレー法、レーザアブレーション法、および／または化学気相成膜法により、前記ガラスの第1の表面上に成長することを特徴とする請求項16乃至20のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２２】
前記ガラスの第1の表面の対流加熱は、液体フレームスプレーガンのフレームを用いたフレームスプレー法により提供されることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
前記ガラスの前記第1の表面から近い層を、太陽放射線エネルギーを吸収するように改質した後、前記第1の表面は、親水性のコーティングで、または太陽紫外線の影響により親水性となるコーティングで、コートされることを特徴とする請求項16乃至22のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２４】
前記コーティングの材料として、チタン酸化物が選定され、
前記コーティングの厚さは、100nm未満のオーダーとなるように形成されることを特徴とする請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
前記ガラスの第2の表面は、低放射性コーティングでコートされることを特徴とする請求項16乃至24のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２６】
前記第1の表面が太陽放射線エネルギーを吸収するように改質されると同時に、前記低放射性コーティングが前記第2の表面に形成されることを特徴とする請求項25に記載の方法。
【請求項２７】
前記低放射性コーティングは、透明導電性酸化物で構成されることを特徴とする請求項25または26に記載の方法。
【請求項２８】
前記低放射性コーティングは、フッ素がドープされたスズ酸化物で構成されることを特徴とする請求項25乃至27のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２９】
前記低放射性コーティングは、アルミニウムがドープされた亜鉛酸化物で構成されることを特徴とする請求項25乃至27のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３０】
親水性である、あるいは太陽紫外線の効果により親水性になる前記コーティングは、前記第1の表面に、フレームスプレー法、レーザアブレーション法、および／または化学気相成膜法により、粒子で構成されることを特徴とする請求項23乃至29のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３１】
前記低放射性コーティングは、フレームスプレー法、レーザアブレーション法、および／または化学気相成膜法により、前記第2の表面に粒子で構成されることを特徴とする請求項25乃至30のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３２】
前記ガラスの前記第1の表面に近い層が太陽放射線エネルギーを吸収するように改質された後、前記ガラスが熱処理されることを特徴とする請求項16乃至31のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３３】
−ガラス製造ライン（フロートライン）、
−熱処理または曲げラインのような、ガラスを加熱するガラス処理ライン、
−前記ガラス製造ラインとは別個の、前記ガラスが加熱されるライン、
における請求項16乃至32のいずれか一つに記載の方法の使用。
【国際調査報告】
2010524836.tif 000009
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2010524836.tif 000011
2010524836.tif 000012
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