(57)【要約】【課題】透明材料に、良好な機械的および熱的安定性を有する少なくとも一つの光散乱層を設ける。【解決手段】本発明は、透明体１２、特にガラスまたはガラス・セラミック材料から成る透明体１２上に光散乱層を形成する方法に関する。本発明によると、光散乱粒子が最大層厚１００μｍで物体１２上に溶射される。また、本発明は、透明材料、特に２次元形状の光散乱粒子から成る少なくとも一つの光散乱層を有するガラスまたはガラス・セラミック材料から成る透明な材料に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明体（１２）、特にガラスまたはガラス・セラミックから成る透明体（１２）上へ、光散乱粒子を該物体（１２）の表面へ塗布して光散乱層を製造する方法であって、
前記粒子がセラミック、ガラス、またはガラス・セラミックから成り、前記物体（１２）上へ最大層厚１００μｍで溶射により塗布されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記光散乱層が塗布される前に、前記物体をまず予熱することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粒子を少なくとも２０μｍの層厚で、好ましくは約３０μｍ〜６０μｍの層厚で、特に好ましくは約４０μｍ〜５０μｍの層厚で塗布することで、不透明な光散乱層を製造することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記粒子を２０μｍ未満の層厚で塗布することで、半透明な光散乱層（１６）を製造することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
酸化アルミニウム、酸化チタニウム、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、またはこれらの混合物が粒子として用いられることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
着色顔料を前記粒子へ混ぜ合わせることを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
粉砕ガラスまたは粉砕ガラス・セラミックの粉末を前記粒子へ混ぜ合わせることを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記粒子が粉砕ガラスまたは粉砕ガラス・セラミックから成ることを特徴とする、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
前記粉末がリサイクル材料から生成されることを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子が吹き付け塗布される前に、前記物体（１２）を少なくとも１００℃、好ましくは少なくとも２００℃、より好ましくは約２００℃〜４５０℃の温度で予熱することを特徴とする、請求項１乃至９の何れかに記載の方法。
【請求項１１】
前記物体（１２）を、前記物体（１２）のガラス転移温度より低い温度で予熱することを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記粒子の吹き付けを、前記物体（１２）の先立つアニール工程の後に実施することを特徴とする、請求項１乃至１１の何れかに記載の方法。
【請求項１３】
前記粒子の吹き付けを、ガラス・セラミック製造における結晶化熱処理ステップ、プリストレスド・ガラスシート製造におけるアニール工程、ＧＫ未処理ガラス製造における熱成形、またはフロートガラス製造におけるフローティング工程に続いて実施することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記粒子が吹き付け塗布される前に、マスク工程により前記表面（１４）を部分的に覆うことを特徴とする、請求項１乃至１３の何れかに記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも一つの光散乱層を構成する透明材料、特にガラスまたはガラス・セラミックから成る透明材料であって、
前記光散乱層が、レンズ状に扁平に変形され、小さなキャビティーを形成しながら互いに密に重なり合う光散乱粒子から構成されることを特徴とする、透明材料。
【請求項１６】
前記光散乱層がその下に位置する前記材料上に、溶射により塗布されたものであることを特徴とする、請求項１５に記載の材料。
【請求項１７】
光散乱層が２０μｍ〜１００μｍの層厚を有することを特長とする、請求項１５または１６に記載の材料。
【請求項１８】
前記粒子のメディアン粒子径が、約５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする、請求項１５、１６、または１７に記載の材料。
【請求項１９】
前記粒子がガラス、ガラス・セラミック、またはセラミックから成ることを特徴とする、請求項１５乃至１８の何れかに記載の材料。
【請求項２０】
前記粒子が酸化アルミニウムから成ることを特徴とする、請求項１５乃至１９の何れかに記載の材料。
【請求項２１】
着色顔料が前記粒子へ混ぜ合わされたことを特徴とする、請求項１５乃至２０の何れかに記載の材料。
【請求項２２】
前記透明な材料がガラス・セラミック・レンジ上面であることを特徴とする、請求項１５乃至２１の何れかに記載の材料。
【請求項２３】
前記透明な材料はフロート・グラスシート、特にソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、またはアルミノケイ酸ガラスから成るフロート・グラスシートであることを特徴とする、請求項１５乃至２２の何れかに記載の材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明体上の光散乱層、特にガラスまたはガラス・セラミックの透明体上の光散乱層、およびそのような層の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス・セラミックのレンジの上面の下側にナップ（毛羽）パターンで着色剤を印刷して、ガラス・セラミック・レンジ上面に有機着色剤を塗布することは公知である。このコーティングでは、特にハロゲン照射ヒータを用いる場合、光が側面から現われないようにしなくてはならない。このため、通常は黒色の塗料を用いるが、該塗料の最大耐熱温度は永久レジストで２５０℃、短期レジストで約３５０℃までである。従って、いかなる場合においても、加熱要素上の高温領域にコーティングを施さないでおく必要がある。
【０００３】
通常ガラス・セラミック・レンジ上面の表面装飾に用いるセラミック着色剤は、ガラス・セラミック・レンジ上面の下側には使用できない。これは、該着色剤が焼成中に機械的安定性を低下させ、十分な衝撃抵抗度が得られなくなってしまうからである。この場合、衝撃抵抗度は０．５Ｎｍ未満に低下してしまう。
下記特許文献１から、ガラス・セラミックの表面にセラミック粒子を溶射により塗布することが基本的に知られている
しかしながら、この様な方法で製造されたガラス・セラミック層は、ガラス・セラミック板の下側に接触ヒータを備えたガラス・セラミック・レンジ上面の絶縁層としてのみ用いられる。ガラス・セラミックの電気抵抗は温度の上昇に伴い低下するので（ＮＴＣ特性）、接触ヒータを用いる場合はこのような絶縁層が必要である。従ってこの様な方法で製造された絶縁層は、数百マイクロメータ程度の厚みの大きな層から構成され、その絶縁特性が最適化される。加えて、ガラスまたはガラス・セラミックの表面にセラミック粒子を溶射により塗布すると、接着性の問題が生じる。つまり、コーティングが施される表面に粗面噴射仕上げによる通常の前処理を施すと、ガラスまたはガラス・セラミックの表面の機械的安定性が損なわれてしまうので、該前処理が施せないことが判明している。
【特許文献１】
米国特許第６０３７５７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、透明材料、特にガラスまたはガラス・セラミックから成る透明材料に、従来技術の欠陥を回避し、特に良好な機械的および熱的安定性を有する少なくとも一つの光散乱層を設けることを目的としている。加えて、該光散乱層は、簡単かつ経済的な方法で製造可能であり、各種の要求に対し、その光特性が調整可能なものである。また、このような材料や光散乱層の製造に好適な製造方法が開示される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、少なくとも一つの光散乱層を有する透明材料、特にガラスまたはガラス・セラミックから成る透明材料により達成され、該光散乱層は、小さなキャビティー（空隙）を形成しつつ互いに密に重なり合うレンズ状に扁平に変形された光散乱粒子から構成されている。
加えて、上記目的は、ガラスまたはガラス・セラミック体がまず予熱され、またガラス、ガラス・セラミック、またはセラミックの光散乱粒子が予熱された該物体上に溶射により最大１００μｍの層厚で塗布される上述の工程に対し達成されるものである。
【０００６】
本発明の目的は、このようにして完全に達成される。
つまり、このような層設計により、簡単な方法、特に溶射により製造可能な光散乱層には、その下に位置する材料に対し良好な接着性と、特定の要求に対し広範な調整が可能な特性とが付与される。
層の厚みを最大約１００μｍに限定することで、接着性の問題も同時に回避され、層はく離（デラミネーション）も防止される。
【０００７】
コーティングの対象体を予熱することによる本発明のさらなる成果によると、従来のサンドブラストによる粗面化を行なうことなく、粒子のガラスまたはガラス・セラミック表面への接着性を特に良好なものとすることができる。
直接加熱が可能なセラミック・レンジ上面の製造において表面絶縁層となる溶射により塗布されたセラミック層とは異なり、該光散乱層の製造には多種多様な材料が使用可能であり、ここでは熱膨張係数とコーティングの対象体の膨張特性との間に所定の釣り合いが取れるようにするだけである（ガラス・セラミックの熱膨張係数は０に近い）。
【０００８】
従って、多種多様なセラミック材料が使用可能であるが、なかでも、酸化アルミニウム、酸化チタニウム、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、またはこれらの混合物などが例として挙げられる。
特に、酸化アルミニウムおよび酸化チタニウムは、コーティングされた表面と、そこへ塗布される光散乱層との間に良好な接着性を付与する。酸化チタニウムは白色を呈するので不透明層の製造に特に好適であり、一方酸化アルミニウムは、層厚が小さい場合には半透明の光散乱層の製造に好適であり、層厚が大きい場合は不透明な層の製造に好適である。
【０００９】
不透明な光散乱層を製造するには、好適な層の厚みは少なくとも２０μｍ、好ましくは約３０μｍ〜６０μｍ、特に好ましくは約４０μｍ〜５０μｍである。
しかしながら、半透明の光散乱層を製造する場合には、層の厚みは２０μｍ未満であることが好ましい。
光散乱層の所望する着色および他の光特性に応じて、酸化鉄粒子などの着色粒子をその製造に用いてもよいし、または着色粒子を単に混ぜ合わせてもよい。例えば、着色顔料と、ガラスまたはガラス・セラミック表面に良好な接着性を付与する酸化アルミニウムまたは酸化チタニウムとを混ぜ合わせてもよい。
【００１０】
また、結果として得られる混合物が溶射可能であれば、粉砕ガラスまたは粉砕ガラス・セラミックの粉末を粒子と混ぜ合わせることも可能である。この場合、該粉末をリサイクル材料から準備するのが好ましい。
光散乱層とコーティングされた物体表面との間で良好な接着性を得るには、コーティングに先立ち、粒子を吹き付け塗布する前に、該物体を少なくとも１００℃、好ましくは２００℃、特に好ましくは約２００℃〜４５０℃の温度に加熱する。特にショット（Ｓｃｈｏｔｔ）社のセラン（Ｃｅｒａｎ；登録商標）等のガラス・セラミックスでは、該温度領域においては、吹き付けガラス・セラミック層の特に好ましい接着性が保証される。
【００１１】
該物体をガラス転移温度より低い温度で予熱することが望ましい。これは、該温度を超えてしまうと、形状安定性が損なわれてしまうからである。
粒子吹き付け前のコーティング対象体の予熱には、該物体の製造でどのみち実施される従来のアニール工程が利用できる。
このようにして特に省エネルギー化工程が達成される。
【００１２】
例えば、粒子の吹き付けは、ガラス・セラミック製造における結晶化炉でのアニール処理の直後、またはプリストレスド・ガラスシート製造におけるプリストレス炉でのアニール工程の後に実施される。加えて、ＧＫ未処理（グリーン）ガラス製造における熱成形工程、または平板ガラス製造におけるフローティング工程（例えば、ホウ素フロート(Boro-float)）を用いることも考えられる。ここで、出口温度は、通常４５０℃〜７００℃の範囲である。
【００１３】
表面が光散乱層により部分的にのみコーティングされる場合には、セラミック粒子を吹き付け塗布する前に、コーティングしない部分をマスク工程で覆ってもよい。
溶射には、プラズマ吹き付け工程、またはフレーム吹き付け工程を用いることが好ましい。
この様に製造された光散乱層の特性は、工程の流れおよび使用する吹き付けパラメータに影響される。衝撃を受けている間に、高い運動エネルギーにより粒子はレンズ状のスプラッツ（(splats)薄い平板）へ変形される。通常、粒子径は約５μｍ〜３０μｍの範囲であり、中央粒子径（メディアン粒径）は、通常１μｍ〜２０μｍの範囲である。しかしながら、粒子径もまた当該コーティング工程中に選択された作業パラメータの影響を受ける。
【００１４】
一回の吹き付け作業により、最大約１０μｍ程度の小さな層厚が得られる。これより大きい層厚の場合は、通常、複数層を塗布する。
上述および以下に記載の本発明の特徴は、例示の組み合わせに限定されるものではなく、他の組み合わせまたは単独でも発明の範囲内で適用可能である。
本発明のさらなる特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる好ましい実施形態の説明により明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１には、ガラス・セラミックであるショット社により製造されたセラン（登録商標）から成る平板状物体１２の一部の断面図が示されている。該物体１２は、その一方の表面１４にプラズマ吹き付けされたＡｌ2Ｏ3の薄いコーティング１６を有する。
１０はこの様に製造された物体全体を示す。
図１による表記は例示にすぎず、特に縮図ではない。
【００１６】
平板状物体１２の厚みは通常少なくとも数ｍｍ（通常、約４ｍｍ〜６ｍｍ）であり、溶射により塗布されるコーティング１６の厚みは、通常１００μｍ未満である。
層１６はセラミック材料から構成され、例えば酸化アルミニウム、酸化チタニウム、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、またはこれらの混合物が例として挙げられる。Ｆｅ2Ｏ3粒子等の添加着色顔料をこれらの材料に適宜加えてもよい。
【００１７】
コーティング工程における高い運動エネルギーの結果、これらの塗布粒子は、レンズ状に変形され、所謂スプラッツ(splats)を形成する。
層１６はこのように複数の単体粒子から構成されているので、該層は光散乱層として作用する。粒子径は、通常約１μｍ〜２０μｍの範囲であり、粒子のメディアン径は約５μｍとなり、粒子の９０％はその直径が３０μｍ未満である。
【００１８】
しかしながら、これらの粒子径は、選択された開始材料や溶射での選択された工程パラメータに影響される。
光散乱層１６が不透明の場合、層厚を２０μｍより大きくして塗布し、通常層厚は約４０μｍ〜５０μｍである。しかしながら、半透明の光散乱層１６が所望される場合には、層厚を２０μｍ未満、例えば約１０μｍ〜１５μｍにすることが好ましい。当然、層１６の不透明度や半透明度は、選択された層の材料の種類にも影響される。
【００１９】
酸化アルミニウムから成る層は、比較的薄い層厚でも半透明であるが、例えば、酸化チタニウムから成る層は、酸化チタニウムがもとより白色を呈しているのでより不透明に近くなる。
光散乱層１６の物体１２の表面１４に対する接着性は、幾つかの方法により保証される。
【００２０】
熱に起因するストレスを避けるため、光散乱層１６を構成する材料と物体１２を構成する材料との間で熱膨張係数に大きな差異があってはならない。
特に、物体１２が膨張係数が０に近いガラス・セラミックから成る場合、光散乱層１６は、熱膨張係数が比較的小さい材料から構成されなくてはならない。
特に酸化アルミニウムおよび酸化チタニウムは熱膨張係数に関しては好適であり、その化学特性から、ガラスまたはガラス・セラミック表面へ良好な接着性を付与することが判明した。
【００２１】
加えて、物体１２を処理前に予熱すると、熱サイクルにおいても光散乱層１６の接着性および長期安定性が大幅に向上する。この場合、特にガラス・セラミックのコーティングには、約２００℃〜４５０℃の温度領域が特に有利であることが判明した。
最後に、光散乱層１６の層厚が小さいと、良好な密着性を得易く、層厚が大きいと、熱膨張係数の違いから熱に起因するストレスの影響がより顕著となり、特にコーティングの縁領域において破損や層はく離（デラミネーション）が生じる可能性がある。
【００２２】
コーティング工程を、物体１２の製造における先立つアニール工程の直後に実施し、できるだけ省エネ化が可能な作業とすることが好ましい。図２に概略的に示す通り、例えばセラン（登録商標）のガラス・セラミック板のプラズマバーナー２０によるコーティングは、ガラス・セラミック製造におけるリチウム系ガラスを部分結晶化させる結晶化炉１８での物体１２の熱処理の直後に実施可能である。
【００２３】
コーティング工程をその直後に実施することで、省エネルギー化を図りながら各種の製造工程の熱処理が利用可能である。
様々な適用領域があるが、例えば、下側に白色もしくは色付きの光散乱層を有する、透明無色のガラス・セラミック・レンジ上面や、下側に光散乱層を有するセラン（登録商標）の色付きで透明なガラス・セラミック・レンジ上面、または、例えば透明度の低い領域を有する操作パネルやレンジ窓として用いられるプリストレスド・ソーダ石灰ガラスや、透明度の小さい領域を有するガラス・セラミックの煙突用ビューシート、もしくはガラス・セラミックの暖炉用ビューシート等が挙げられる。
【００２４】
所望の場合、コーティングを選択された領域にのみ施してもよい。このためには、コーティングを施す前に、各除外領域を、マスク工程で保護コーティングによりマスクし、溶射後に保護コーティングを除去する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】平板状物体の一部の断面図である。
【図２】結晶化炉およびプラズマバーナーの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年3月10日(2003.3.10)
【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】
透明体（１２）、特にガラスまたはガラス・セラミックから成る透明体（１２）上へ、光散乱粒子を該物体（１２）の表面へ塗布して光散乱層を製造する方法であって、
前記粒子がセラミック、ガラス、またはガラス・セラミックから成り、前記物体（１２）上へ最大層厚１００μｍで溶射により塗布され、
前記光散乱層が塗布される前に、前記物体（１２）をまず少なくとも２００℃で予熱し、
前記光散乱層が塗布される前に、前記物体を２００℃〜４５０℃かつガラス転移温度より低い温度で予熱することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記粒子を少なくとも２０μｍの層厚で、好ましくは約３０μｍ〜６０μｍの層厚で、特に好ましくは約４０μｍ〜５０μｍの層厚で塗布することで、不透明な光散乱層を製造することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粒子を２０μｍ未満の層厚で塗布することで、半透明な光散乱層（１６）を製造することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
酸化アルミニウム、酸化チタニウム、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、またはこれらの混合物が粒子として用いられることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
着色顔料を前記粒子へ混ぜ合わせることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
粉砕ガラスまたは粉砕ガラス・セラミックの粉末を前記粒子へ混ぜ合わせることを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
前記粒子が粉砕ガラスまたは粉砕ガラス・セラミックから成ることを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記粉末がリサイクル材料から生成されることを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記粒子の吹き付けを、前記物体（１２）の先立つアニール工程の後に実施することを特徴とする、請求項１乃至８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子の吹き付けを、ガラス・セラミック製造における結晶化熱処理ステップ、プリストレスド・ガラスシート製造におけるアニール工程、ＧＫ未処理ガラス製造における熱成形、またはフロートガラス製造におけるフローティング工程に続いて実施することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記粒子が吹き付け塗布される前に、マスク工程により前記表面（１４）を部分的に覆うことを特徴とする、請求項１乃至１０の何れかに記載の方法。
【請求項１２】
ガラス・セラミック・レンジ上面が前記透明体として用いられることを特徴とする、請求項１乃至１１の何れかに記載の方法。
【請求項１３】
フロート・グラスシート、特にソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、またはアルミノケイ酸ガラスから成るフロート・グラスシートが前記透明体として用いられることを特徴とする、請求項１乃至１１の何れかに記載の方法。
【国際調査報告】
2004535348.tif 000025
2004535348.tif 000026
2004535348.tif 000027
2004535348.tif 000028
2004535348.tif 000029
2004535348.tif 000030