(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量ベースで、６０〜８０％のＳｉＯ２、１０〜２０％のＮａ２Ｏ、０〜１６％のＣａＯ、０〜１０％のＫ２Ｏ、０〜１０％のＭｇＯ、及び０〜５％のＡｌ２Ｏ３と、非結晶ダイヤモンドの特徴を有する炭素（ＤＬＣ）コーティングとを含むソーダ含有性のガラス基板を備え、
前記ＤＬＣコーティングは、前記ガラス基板に提供され、該ガラス基板に直接的に接触するものであり、少なくとも７０％のｓｐ３炭素−炭素結合であって、なおかつ少なくとも２．４ｇ／ｃｍ３の平均密度を有する第１の四面体非晶質炭素層と、境界層を備えており、
前記境界層のｓｐ３炭素−炭素結合が、前記ガラス基板にサブインプラントされており、
前記第１の四面体非晶質炭素層は、ｓｐ２炭素−炭素結合よりも多くのｓｐ３炭素−炭素結合を有していることを特徴とするコーティングされたガラス。
【請求項２】
前記ガラス基板は、６６〜７５％のＳｉＯ２と、１０〜２０％のＮａ２Ｏと、５〜１５％のＣａＯと、０〜５％のＭｇＯと、０〜５％のＡｌ２Ｏ３と、０〜５％のＫ２Ｏとを備えているソーダ石灰石英ガラス基板であることを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
【請求項３】
前記第１の四面体非晶質炭素層は、少なくとも８０％のｓｐ３炭素−炭素結合を有していることを特徴とする請求項２記載のコーティングされたガラス。
【請求項４】
前記ＤＬＣコーティングは、３０〜３，０００Åの厚さを有していることを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
【請求項５】
前記ＤＬＣコーティングは、５０〜３００Åの厚さを有していることを特徴とする請求項４記載のコーティングされたガラス。
【請求項６】
前記ＤＬＣコーティングは、１．８〜２．２ｅＶのバンドギャップを有していることを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
【請求項７】
可視光線の透過率（Ｉ１１．Ａ）が６０％よりも大きく、
紫外線の透過率が３８％未満である一方、
赤外線の透過率が３５％未満であることを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
【請求項８】
前記ＤＬＣコーティングは、少なくとも７０％のｓｐ３炭素−炭素結合を含むことを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
【請求項９】
前記ＤＬＣコーティングは、少なくとも８０％のｓｐ３炭素−炭素結合を含むことを特徴とする請求項１記載のコーティングされたガラス。
【請求項１０】
重量％で少なくとも５％のＮａ２Ｏを含むガラス基板と、
前記基板の腐食を減少させるような、コーティングされたガラスの腐食や汚れを減少するために前記ガラス基板に提供されている四面体非晶質炭素層と、境界層とを備え、
前記四面体非晶質炭素層は、ｓｐ２及びｓｐ３炭素−炭素結合を含むとともに、ｓｐ２炭素−炭素結合よりも多くのｓｐ３炭素−炭素結合を有しており、少なくとも７０％のｓｐ３炭素−炭素結合を有するとともに、少なくとも２．４ｇ／ｃｍ３の平均密度を有し、
前記境界層において、該ｓｐ３炭素−炭素結合における炭素原子が、該ガラス基板にサブインプラントされていることを特徴とするコーティングされたガラス。
【請求項１１】
前記四面体非晶質炭素層は、３０〜３００Åの厚さを有していることを特徴とする請求項１０記載のコーティングされたガラス。
【請求項１２】
重量ベースで、６０〜８０％のＳｉＯ２、１０〜２０％のＮａ２Ｏ、０〜１６％のＣａＯ、０〜１０％のＫ２Ｏ、０〜１０％のＭｇＯ、及び０〜５％のＡｌ２Ｏ３と、ダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）コーティングとを含むソーダ含有性のガラス基板を備え、
前記ＤＬＣコーティングは、前記ガラス基板に提供され、ｓｐ３炭素−炭素結合における炭素原子が、該ガラス基板にサブインプラントされている境界層と、なおかつ少なくとも、２．４ｇ／ｃｍ３の平均密度である一方、ｓｐ２炭素−炭素結合よりも多くのｓｐ３炭素−炭素結合を有しており、少なくとも７０％のｓｐ３炭素−炭素結合を有する四面体非晶質炭素層とを備え、
５０〜３００Åの厚さであるとともに、可視光線の透過率が６０％よりも大きく、紫外線の透過率が３８％未満である一方、赤外線の透過率が３５％未満であることを特徴とするコーティングされたガラス。
【請求項１３】
重量ベースで、６０〜８０％のＳｉＯ２と、１０〜２０％のＮａ２Ｏと、０〜１６％のＣａＯと、０〜１０％のＫ２Ｏと、０〜１０％のＭｇＯと、０〜５％のＡｌ２Ｏ３とを含むガラス基板を提供するステップと、
腐食する可能性を低減するために、炭素イオンを含むプラズマイオンビームを用いて、前記ガラス基板上に炭素を蒸着させることによりｓｐ３炭素−炭素結合を前記ガラス基板にサブインプラントさせて境界層を形成するステップと、ｓｐ２炭素−炭素結合よりも多くのｓｐ３炭素−炭素結合を有し、少なくとも７０％のｓｐ３炭素−炭素結合を有するとともに、少なくとも２．４ｇ／ｃｍ３の平均密度を有している少なくとも一つの四面体非晶質炭素層を前記ガラス基板上に形成するステップと、を備えていることを特徴とするコーティングされたガラス品を製造する方法。
【請求項１４】
前記の形成ステップは、前記プラズマイオンビームとして、アセチレンガスから生成されたプラズマイオンビームを用いて、前記ガラス基板の上に少なくとも一つの炭素層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記の境界層の形成ステップは、４００〜５００ｅＶのイオンエネルギーを用いること、を含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、ガラスや、その他の基板へ（直接的、又は間接的に）提供される、ダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）のコーティングに関するものである。特に、好適な実施例として、本発明は、コーティングされた物の耐水、及び／又は腐食低減を目的とする、ソーダ（ｓｏｄａ：ナトリウム化合物）含有性のガラス基板への（例えば、ソーダ石灰石英ガラスへの）ダイヤモンドの特徴を有している四面体非晶質炭素コーティングに関するものである。イオンビーム及びフィルターされた炭素カソードアーク蒸着は、コーティングに関する蒸着の好ましい方法である。
【０００１】
（発明の背景）
ソーダ含有性のガラスは、技術の分野において知られている。例えば、参考までに挙げると、米国特許第５，２１４，００８号がある。
【０００２】
ソーダ石灰石英ガラスは、例えば、建築用ガラス、及び自動車のフロントガラスなどに使用されている。前記の特許’００８号では、技術分野で知られているソーダ石灰石英ガラスの一形態につき開示されている。
【０００３】
しかしながら、通常のソーダ含有性のガラスは、ナトリウム（Ｎａ）が、ガラス内部に残留したり拡散した場合に生じる環境腐食に対して敏感である。このナトリウムは、ガラスの表面では、該ガラス表面で視認される汚れ、又は、しみ（例えば、水酸化ナトリウムの汚れ）が生じるように水と反応してもよい。そのようなガラスはまた、自動車の窓（例えば、バックライト、側窓、及び／又はフロントガラス）として使用される場合を含み、多くの異なった環境において、そのガラス表面に水を保持することに対しても敏感である。これらのガラスは、自動車における窓ガラスの内表面の曇りや、その他の環境においても敏感である。
【０００４】
前記観点から、ソーダを含む、コーティングされたガラス表面の視認される汚れ／腐食を防止し、かつ／又は最小限度に抑えることは、技術的にも必要であることは明らかである。また、窓基板への強固な保護コーティングを施すことも技術的に必要である。その他、自動車における曇りに対し、コーティングされた物の感受性を減少させるようなガラスコーティング、また、水、及び／又は汚れを撥ね退けることができるような、コーティングされたガラス物が必要である。
【０００５】
ガラスには、ダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）コーティングが備わることが知られている。例えば、米国特許第５，６３７，３５３号においては、ＤＬＣはガラスに適用してもよいと述べられている。その特許’３５３号には、ガラスとＤＬＣタイプのようなものとの間には結合問題があり、その結合間には中間層が存在することが述べられている。しかしながら、その特許’３５３号には、以下で明らかにされている、多くの実施例で用いられているＤＬＣの高四面体非晶質型については明らかにされていない。特許’３５３号でのＤＬＣは、その低密度（おそらく２．０ｇ／ｃｍ３以下）により、多くの例において、ガラスの効果的な腐食低減材とは成り得ないであろう。更には、特許’３５３号でのＤＬＣは、本発明の、ある実施例における効果的な方法を用いずに蒸着されている。
【０００６】
ガラス基板の多くは、その表面で画定された、小さな割れ目が存在することが知られている。典型的にガラスが割れるために必要な応力は、水に曝される機会が増えるにつれ減少する。その小さな割れ目に水が侵入してきた場合、割れ目の先端にある原子間結合の破壊が生じる。このことは、ガラスを弱くする。水は、数千回以上にも渡り、割れ目の根元あるいは先端部のガラスの構造を攻撃することにより、割れ目の成長割合を加速させることが可能である。ガラスの強度は、ガラスを貫通する割れ目の成長により幾分コントロールされる。参考までに、ティー．エー．ミカルスケ（Ｔ．Ａ．Ｍｉｃｈａｌｓｋｅ）とブルース シー．バンカー（Ｂｒｕｃｅ Ｃ．Ｂｕｎｋｅｒ）による（Ｔｈｅ Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ Ｇｌａｓｓ）で述べられているように、これらの割れ部における水は、ガラスと反応して、より簡単に割れを生じさせてしまう。水分子は、ガラスの割れ目の先端での、ケイ素−酸素結合と水分子内の水素−酸素結合がそれぞれ壊れて、２つのシラン類（ｓｉｌａｎｏｌ ｇｒｏｕｐｓ）を形成するといった、申し合わせたような化学反応を引き起こす。割れ目の長さは、一つの結合が破壊されることによって増加し、それによってガラスが弱められていく。水との反応は、約２０の要因によって、ケイ素−酸素結合が壊されるために必要なエネルギーを低下させ、そのような結合破壊は、ガラスの割れ目の成長を早める。
【０００７】
したがって、ガラスを強化するために、水が、ガラス基板の割れ目の先端におけるケイ素−酸素結合に到達するのを抑止する技術の必要性もある。
【０００８】
本発明の異なった実施例が、いずれかの、又は全ての、前記における技術的必要性を満たすことが目的であり、また、ひとたび以下が開示されたならば、当事者にとっても他の必要性が明らかとなるであろう。
【０００９】
（発明の概要）
本発明の目的は、水を撥ね除けることが可能なように、コーティングされた物を提供することである。（例えば、自動車のフロントガラス、自動車のバックライト、自動車の側窓、建築物の窓）。
【００１０】
本発明の他の目的は、コーティングされたガラス物を含む、ソーダを含むコーティングされた物の腐食を、減少、若しくは最小化するためのシステム又は手法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、コーティングされたガラス物を提供することであり、ＤＬＣコーティングが、ＨＦ、硝酸、水酸化ナトリウムのような酸から、ガラスを保護する（そのコーティングは化学的に不活性であってもよい）。
【００１２】
本発明の他の目的は、曇ることに容易に敏感にならないような、コーティングされたガラス物を提供することである。
【００１３】
他の目的は、ガラス基板上にピンホールのない防御層をつくることである。
【００１４】
本発明の他の目的は、摩耗抵抗となり、及び／又はゴミなどを撥ね除けることができるような、コーティングされたガラス物を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、基板に当接あるいは間接的に接触する、四面体非晶質炭素層のＤＬＣコーティングを含んだガラス基板を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、基板にＤＬＣコーティングを提供することであり、そのコーティングは異なった密度や、異なったｓｐ３炭素−炭素結合の割合を有する、異なった部分、あるいは層を含んでいる。ｓｐ２に対するｓｐ３の炭素−炭素結合の割合は、コーティングの異なった層や部分により異なっていてもよい。構成が変化するそのようなコーティングは、基板の基礎を成すものに隣接して、コーティングにおける応力を、ＤＬＣコーティングの境界部分／層において直ちに減少させるように、蒸着過程で使われるイオンエネルギーを変化させることにより連続的に形成されてもよい。したがって、ＤＬＣコーティングはその点において、一定の密度とｓｐ３炭素−炭素結合の割合を有する境界層や、高密度のより高いｓｐ３炭素−炭素結合の割合を有する他の層を備えていてもよい。
【００１７】
一般的には、本発明はコーティングされたガラスをつくることによって、前記の技術分野における必要性／目的を満たしている。
【００１８】
ここで、そのコーティングされたガラスは、以下により構成されている。
【００１９】
少なくとも重量パーセントで約５％のソーダ／Ｎａ２Ｏを含むガラス基板；コーティングされたガラスの腐食、又は汚れを減らすために、ガラス基板へ提供されるｓｐ２やｓｐ３炭素−炭素結合を含む非晶質炭素層；ここで、非晶質炭素層はｓｐ２炭素−炭素結合よりも多くのｓｐ３炭素−炭素結合を有する。
【００２０】
また他の実施例として、本発明は、コーティングされたガラスをつくることによって、前記の技術分野における必要性を満たしている。
【００２１】
ここで、そのコーティングされたガラスは、以下により構成されている。
【００２２】
すなわち、重量ベースで、約６０〜８０％のＳｉＯ２、約１０〜２０％のＮａ２Ｏ、約０〜１６％のＣａＯ、約０〜１０％のＫ２Ｏ、約０〜１０％のＭｇＯ、約０〜５％のＡｌ２Ｏ３から構成されるソーダ含有性のガラス基板と、また、ガラス基板に施される非結晶ダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）コーティングであり、そのＤＬＣコーティングは、少なくとも約３５％のｓｐ３炭素−炭素結合を備えており、少なくとも一つの四面体非晶質層を含む。
【００２３】
ある実施例として、ソーダ石灰石英がフロートしたガラス基板（ｓｏｄａ ｌｉｍｅ ｓｉｌｉｃａ ｆｌｏａｔ ｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）が挙げられる。また、好適な実施例として、全てのＤＬＣコーティング、あるいはＤＬＣコーティング内部の唯一の層のいずれかは、約２．４〜３．４ｇ／ｃｍ３の密度を有する。最も好ましい密度は、約２．７〜３．０ｇ／ｃｍ３である。
【００２４】
ある実施例として、四面体非晶質炭素層は前記密度範囲を有し、少なくとも約７０％のｓｐ３炭素−炭素結合を含むものが挙げられる。最も好ましいのは、少なくとも約８０％のｓｐ３炭素−炭素結合を備えているものである。
【００２５】
ある実施例として、ＤＬＣコーティングは最上層を含み（例えば、約２〜８の原子層、約２０Å以下）、ＤＬＣコーティングの他の部分より低い密度であり、それにより、ＤＬＣコーティングの最上面に固体潤滑部分ができる。炭素原子に結合した層状のグラフェーネ（ｇｒａｐｈｅｎｅ）は、この薄い層の部分に提供される。この薄い層の部分の摩擦係数は約０．１以下である。
【００２６】
本発明の他の利点は、ＤＬＣ材の蒸着中のガラス基板の温度が約２００℃以下であることである。好ましい温度は、約１５０℃以下である。最も好ましい温度は、約６０〜８０℃である。このことにより、蒸着過程における黒鉛化を最小化することができる。
【００２７】
本発明は、そこで直ちに、基板と四面体非晶質炭素層とを備えている窓を提供することにより、更に技術分野における上記の必要性を満たしてくれる。その点において、基板は少なくとも一つのホウケイ酸塩ガラスおよびソーダ石灰石英ガラス、プラスチックでできているものであり、またそれを含むものである。
【００２８】
本発明を、添付図を参照しながら、その実施例に関して述べる。
【００２９】
（本発明の実施例の詳細な説明）
以下、添付図をより詳細に説明するが、全図を通して同一の部材には同一の参照番号を付す。
【００３０】
図１は本発明の実施例に係わるコーティングされたガラス物の側断面図を示しており、少なくとも一つのダイヤモンドの特徴を有するようにコーティングされた炭素（ＤＬＣ）から成る保護被膜３は、ソーダ含有性のガラス基板１に直接供給される。図１の実施例におけるＤＬＣコーティング３は、高密度であり（例えば、２．４ｇ／ｃｍ３より大きい）水を撥ね除け、ソーダ含有性のガラス基板内のソーダを閉じ込めるといった、少なくとも一つの四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）層７を含んでいる。コーティング３は、更に少なくとも一つの基板１に直接隣接した境界層８を含んでいる。ここで層８は、ｔａ−Ｃ層７よりも低密度であり、ｓｐ３炭素−炭素結合の割合も低い。このように、層８は、層７とは異なるが、以下に述べるように、境界層８は少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ３の密度を有するｔａ−Ｃとして適していてもよいし、あるいは、不適であってもよい。ある実施例において、コーティング３は、複数のｔａ−Ｃ層７、及び／又は複数の層８を含むことが明らかである。コーティングの層７と８は、本発明の異なった実施例における、連続あるいは不連続の蒸着過程において形成されてもよい。
【００３１】
図２は本発明の他の実施例に係わる、コーティングされたガラス物の側断面図を示しており、少なくとも一つのＤＬＣコーティング３は、基板１へ提供される。図２の実施例では、実質上、全てのＤＬＣコーティング３は四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）から構成され、層７に類似しており、少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ３の密度を有し、高い割合（例えば、少なくとも約３５％、より好ましいのは少なくとも約７０％、最も好ましいのは約８０％）のｓｐ３炭素−炭素結合を備えている。換言すれば、図１の実施例によるｔａ−Ｃ層７は、図２の実施例におけるＤＬＣコーティング３全体を形成している。図２の実施例におけるＤＬＣコーティング３は、同じ密度、及び／又はコーティング３の全厚にわたり、ｓｐ３炭素−炭素結合の割合が同じであってもよいし同じでなくてもよいが、これらのパラメータは、コーティング３の蒸着過程を通して使用されるイオンエネルギーを変化させることによって、図１、図２の実施例における層３、７、及び８を通して変化してもよい。
【００３２】
図３の実施例では、ロウ−イー（ｌｏｗ−Ｅ）、又はその他のコーティング５が、基板１とＤＬＣコーティング３との間に提供される（すなわち、図１、又は図２の実施例におけるＤＬＣコーティング）。しかしながら、ＤＬＣコーティング３は、図３の実施例における基板１上にあり、コーティング３のｔａ−Ｃ部分７と一緒になっている。したがって、ここでの用語の“〜上”（ｏｎ）は、基板１がＤＬＣコーティング３、又は、それのいずれかの層（例えば、７、８）を支えているという意味であり、他の層５がその間に備えられているか否かには関わらない。したがって、保護コーティング３は、図１、図２に示されるような基板１に直接提供されてもよいし、又は図３に示されるように、その層の間に、ロウ−イー、又は他のコーティング５を挟んで基板１に提供されてもよい。図３に示されている位置の代わりに、コーティング５を、コーティング３（図１、又は図２の実施例の）がコ−ティング５と基板１との間に位置するように、ＤＬＣコーティング３の上面に備えられてもよい。他の実施例においても、ＤＬＣコーティング３はロウ−イーコーティング５の両側に施してもよい。
【００３３】
ＤＬＣコーティングの上面または下面の、ロウ−イー、又は他のコーティング５として用いることが可能である典型的なコーティング（これらのコーティングの全て、またはある部分において）が、米国特許第５，８３７，１０８、５，８００，９３３、５，７７０，３２１、５，５５７，４６２、５，５１４，４７６、５，４２５，８６１、５，３４４，７１８、５，３７６，４５５、５，２９８，０４８、５，２４２，５６０、５，２２９，１９４、５，１８８，８８７、及び４，９６０，６４５号に図示、かつ／又は述べられている。それら米国特許番号は、参考までに記載している。単純なケイ酸、及び／又はシリコン ニトライド（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）コーティングは、コーティング５として用いてもよい。
【００３４】
後述するように、四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）層７はダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）の特別な形状をしており、少なくとも約３５％のｓｐ３炭素−炭素結合（すなわち、このことが高四面体である）を含んでいる。本発明のある実施例において、ｔａ−Ｃ層７は、層中における全ＳＰ結合の、少なくとも約３５％のｓｐ３炭素−炭素結合を有する。更に好ましいのは、少なくとも約７０％の、最も好ましいのは、層７の密度とその結合強さとを増加させるような、少なくとも約８０％のＳＰ３炭素−炭素結合を有するものである。総ｓｐ３結合は、ラマン フィンガー−プリンティング（Ｒａｍａｎ ｆｉｎｇｅｒ−ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、及び／又は電子エネルギー損失分光法を用いて測定することができる。高い総ｓｐ３結合は、層の密度を増加し、コーティング物表面へのナトリウム化合物の拡散を防ぐことを可能にしてくれる。
【００３５】
Ｔａ−Ｃ層７は図２の実施例におけるＤＬＣコーティング３の全てを形成し、ｔａ−Ｃ層７は図１の実施例におけるＤＬＣコーティング３の一部分だけを形成する。これは、図１の実施例における、境界における非晶質炭素層８の密度が、約２．４ｇ／ｃｍ３より小さくなる、かつ／又はｓｐ３炭素−炭素結合が３５％より小さくなることが時々生じることによるものである。しかしながら、前記のように、ＤＬＣコーティング３は、図１、又は図２の実施例のそれぞれにおける基板１に直接に隣接している境界層を備えていることは明らかであり、図２の実施例における境界層は少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ３、及び少なくとも約３５％のｓｐ３（より好ましいのは、少なくとも約７０％、最も好ましいのは、少なくとも約８０％）炭素−炭素結合を有するという違いが存在する。したがって、ここにおける層７とは、図２の実施例におけるＤＬＣコーティング３と同様に、図１の実施例に示されているような層７との両方を指す。
【００３６】
ＤＬＣコーティング３の少なくとも幾つか炭素原子、及び／又はいくつかのｓｐ２、及び／又はｓｐ３炭素−炭素結合は、ガラス基板の表面（例えば、上面）における裂け目、又は割れ目に供給される、又は、コーティング３を基板１に強く結合させるようにするため、基板１自体のガラス表面、又は成長していくＤＬＣの表面を貫通してもよい。基板１の表面への炭素原子のサブインプランテーション（ｓｕｂｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）は、コーティング３が基板１に強く結合することを可能にする。
【００３７】
簡素化のため、図４は、典型的なｓｐ３炭素−炭素、又はコーティング３におけるＣ−Ｃ結合（すなわち、炭素とダイヤモンドの特徴を有している炭素との結合）、コーティング３における典型的なｓｐ２Ｃ−Ｃ結合である図４、及び典型的なｓｐである図５を示している。
【００３８】
ソーダ含有性のガラス基板１の密度の高い（少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ３の密度）ｔａ−Ｃ層７を提供することにより、基板から出ようとするソーダの総量、又は基板若しくはコーティング物の表面に到達することが減少する（すなわち、ｔａ−Ｃは基板からのナトリウムの拡散を制限する）。したがって、ソーダと、水、又は物の表面における他の材料との反応を減少させてくれる。最終結果として、その基板へのｔａ−Ｃ層７の提供により、長い時間をかけて形成されるガラス物の汚れ、及び／又は腐食が低減される。多くのｓｐ３炭素−炭素結合は、層７の密度を増加させ、またその層は、水を撥ね除けたり、ソーダ含有性のガラスからの、ソーダの拡散を最小化することを可能にする。
【００３９】
コ−ティング３や層７、８はまた、ガラス物を強化し、基板１とコーティング３との間における結合面の応力を減少させる。また、コーティング３が物の表面に位置するとき、物の固体潤滑面を提供する。コーティング３、及び／又は層７は、コーティング３の中央領域より密度が低い層上面の部分（例えば、上層３Å〜１５Å）を含んでも良く、そのことにより基板から最も遠いコーティング３の上面における固体潤滑材を提供することができる。Ｔａ−Ｃ層７はまた、基板１の中に侵入してくる水／湿気を防止する。コーティング３、及びｔａ−Ｃ層７は、ガラス基板１の反対側に、連続的に、いずれの小さい穴、又は隙間の無い良好な状態で形成／蒸着される。
【００４０】
ある実施例では、ガラス基板に隣接した層７、及び／又は８は、かなり多くの炭素原子が、図８に示されているような、ガラス表面にある割れ目を貫通することが可能となるような、イオンエネルギーのあるところで蒸着される。小さいサイズの炭素原子と利用されるイオンエネルギーとにより、実在する水が割れ目の先端に達することが防止される。このことにより、水に露出されることによって引き起こされる、割れ目の先端におけるケイ素−酸素結合の破壊を遅らせたり、及び／又は破壊を停止することによって、長期間ガラスを強化する。
【００４１】
本発明の、ある実施例における利点は、次のものを含んでいる：（ｉ）さまざまな環境で水を撥ね除けることができる、コーティングされた窓（例えば、バックライト、フロントガラスのような自動車の窓、又は商用、及び住居の窓）；（ｉｉ）曇りを防ぐための、耐霧用のコーティングされた物；（ｉｉｉ）強化コーティングされた窓；（ｉｖ）耐磨耗コ−ティングされた窓；（ｖ）汚れを撥ね除けることができるコーティングされた物；（ｖｉ）表面の、視認される腐食に対する感受性を低減するようなコーティングされたガラス物。例えば、自動車の窓という実施例において、環境に曝された基板１の外表面は、図１〜３の実施例のいずれかにしたがって、コーティング３でコーティングされている、耐霧用の自動車の実施例では、自動車窓の基板１の表面は図１〜３の実施例のいずれかに従って、コーティング３でコーティングされていてもよい。
【００４２】
ある実施例では、コーティング３は、少なくとも可視光線の約７０％の透明度または透過率である。好ましいのは、少なくとも可視光線の約８０％、更に最も好ましいのは、少なくとも約９０％の透明度である。
【００４３】
ある実施例では、ＤＬＣコーティング３（及び、図２の実施例における層７）は、約３０〜３，０００Åの厚さであってもよく、最も好ましいのは、約５０〜３００Åの厚さである。ガラス基板１に関して、約１．５〜５．０ｍｍの厚さであり、好ましくは約２．３〜４．８ｍｍの厚さであり、最も好ましいのは約３．７〜４．８ｍｍの厚さである。ある実施例におけるＴａ−Ｃ層７は、少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ３の密度であり、更に好ましいのは約２．４〜３．４ｇ／ｃｍ３であり、最も好ましいのは、約２．７〜３．０ｇ／ｃｍ３である。
【００４４】
本発明のある実施例において、基板１は、ソーダ、又はＮａ２Ｏを含む。したがって、ｔａ−Ｃ層７はコーティングされた物の表面に到達し、汚れ／腐食を引き起こす可能性があるソーダの総量を最小化する。ある実施例では、基板１は、重量％で約６０〜８０％のＳｉＯ２、約１０〜２０％のＮａ２Ｏ、約０〜１６％のＣａＯ、約０〜１０％のＫ２Ｏ、約０〜１０％のＭｇＯ、及び約０〜５％のＡｌ２Ｏ３を含む。他のある実施例においては、基板１は、重量％で約６６〜７５％のＳｉＯ２、約１０〜２０％のＮａ２Ｏ、約５〜１５％のＣａＯ、約０〜５％のＭｇＯ、約０〜５％のＡｌ２Ｏ３、及び約０〜５％のＫ２Ｏを含む、ソーダ石灰石英ガラスであってもよい。最も好ましいのは、基板１が、重量％で約７０〜７４％のＳｉＯ２、約１２〜１６％のＮａ２Ｏ、約７〜１２％のＣａＯ、約３．５〜４．５％のＭｇＯ、約０〜２．０％のＡｌ２Ｏ３、約０〜５％のＫ２Ｏ、及び約０．０８〜０．１５％の酸化鉄を含むソーダ石灰石英ガラスである。前記実施例のいずれかによれば、ソーダ石灰石英ガラスは、約１５０〜１６０ｌｂ／ｆｔ３（約２４０２．８〜２５６３．０ｋｇ／ｍ３）（好ましいのは約１５６ｌｂ／ｆｔ３（約２４９８．９ｋｇ／ｍ３））であり、約６，５００〜７，５００ｐｓｉ（約４４．８〜５１．７ＭＰａ）（好ましいのは約７，０００ｐｓｉ（約４８．３ＭＰａ））の平均短時間曲げ応力を有し、約０．２０Ｂｔｕ／ｌｂ・°Ｆ（約１．８２Ｊ／ｋｇ・Ｋ）の比熱（０〜１００℃）を有し、約１，３３０〜１，３４５°Ｆ（約７２１．１〜７２９．４℃）の軟化点（ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を有し、約０．５２〜０．５７Ｂｔｕ／ｈｒ・ｆｔ・°Ｆ（約０．９０〜０．９９Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有し、約４．７×１０-6〜５．０×１０-6°Ｆ（約−１７．７７７７７５１７〜−１７．７７７７７５００℃）の線形拡大係数（３５０℃に対する室温）を有する。ある実施例では、米国特許第５，２１４，００８号、又は米国特許第５，８７７，１０３号において開示された、いずれかのガラスは、基板１として使用してもよい、なお、これらの米国特許それぞれは参照のために引用した。ミシガン州、アウバーンヒルズに所在する、ガーディアン工業株式会社、（Ａｕｂｕｒｎ Ｈｉｌｌｓ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ）から購入できるソーダ石灰石英ガラスは、基板１として使用してもよい。
【００４５】
そのような前記のガラス基板１のいずれかは、例えば、適当な着色料がガラスに提供されるならば、それは緑、青、又は灰色でもよい。
【００４６】
本発明における他の実施例では、基板１はホウケイ酸塩ガラス、又は実質的に透明なプラスチックでもよく、あるホウケイ酸塩ガラスの実施例では、基板１は約７５〜８５％のＳｉＯ２、約０〜５％のＮａ２Ｏ、約０〜４％のＡｌ２Ｏ３、約０〜５％のＫ２Ｏ、約８〜１５％のＢ２Ｏ３、及び約０〜５％のＬｉ２Ｏを含んでもよい。
【００４７】
更に他の実施例においても、プラスチック基板に層状に張り合わされた前記のガラス基板のいずれかを含む自動車の窓（例えば、フロントガラス、又は側窓）は、基板１を製作するために結合してもよい。その基板１は、そのような窓の片側、又は両側に提供された図１〜３の実施例のいずれかにおけるコーティング３を備えている。他の実施例では、自動車の窓に使用する目的のプラスチックシートに対して、層状に張り合わされたソーダ石灰石英ガラスのシートから成る基板１を備えていてもよい。そして、図１〜３の実施例のいずれかにおける、プラスチックに結合されたその基板の内側においてコーティング３を有する。その他の実施例では、窓への使用（例えば、自動車のフロントガラス、住居の窓、商用窓、自動車の側窓、自動車のバックライト、又は後部窓）又は他の同様な環境において、基板１は、前記で述べたように、互いに層を成したガラス材料のどれにおいても、第１の又は第２のガラスシートを含む。ある実施例において、コーティング３、及び／又はｔａ−Ｃ層７は約３０〜８０ＧＰａ（最も好ましいのは約４０〜７５ＧＰａ）の平均硬度、並びに約１．８〜２．２ｅＶのバンドギャップ（ｂａｎｄｇａｐ）を備えていてもよい。そこでのコーティング３、及び／又は層７、８の硬度と密度とを、蒸着装置のイオンエネルギー又は以下に述べる過程を変更することにより調整してもよいことは、明らかである。
【００４８】
前記材料の全ての基板１が、図１から３のいずれかの実施例による、少なくともＤＬＣコーティング３でコーティングされる場合、結果としてのコーティング物はある実施例における次のような特徴を有する：約６０％（好ましいのは、７０％以上）以上の可視光伝達（Ｉ１１．Ａ）、約３８％以下のＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：紫外線の）伝達、約４５％以下の全太陽光伝達、及び約３５％以下（好ましいのは２５％以下、また最も好ましいのは２１％以下）のＩＲ（ｉｎｆｒａｒｅｄ：赤外線の）。ここで、参考までに紹介すると、可視光、全太陽光、ＵＶ、及びＩＲの伝達率を測定する技術は、特許第’００８号と同様、米国特許第５，８００，９３３号に開示されている。
【００４９】
ここで、ある実施例において利用されている、ＤＬＣのダイヤモンドの特徴を有している炭素（ＤＬＣ）、及び特別な四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）型状７は、以降詳細に述べる。ここでの図に示されている全てのＤＬＣ３は、非晶質である。Ｔａ−Ｃ７は非晶質であり、依然として実質的にＣ−Ｃ四面体（ｓｐ３−型）結合を有し、これゆえに、少なくとも約３５％のｓｐ３炭素−炭素結合（好ましいのは少なくとも７０％、更に最も好ましいのは、少なくとも約８０％のＳＰ３炭素−炭素結合を有するものである）を有するので、四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）〔又は高ｔａ−Ｃ〕と名付けられている。ダイヤモンドの特徴を有している結合は、このｔａ−Ｃ材に、高硬度、高密度、及び化学的不活性というような、ダイヤモンドに近い光沢の物性を与える。しかしながら、ｔａ−Ｃもまた、ｓｐ２炭素−炭素の三角形結合及びその光学的、電気的な特性は、おおよそこの結合構成物によって決定されるということを含む。ｔａ−Ｃ層におけるｓｐ２結合の一部分、及びここでの密度は、例えば、コーティング３、及び／又は層７、８の蒸着の期間に使われる炭素イオンエネルギーによるものである。与えられたＤＬＣコーティングの特徴は、コーティング、つまり層７、８でのｓｐ３とｓｐ２結合の一部分の機能である。ここにおいて議論されているＳＰ３結合は、結果として高密度コーティング３、及び／又は７となるようなＳＰ３炭素−炭素結合であり、高い密度を与えることができないｓｐ３炭素−水素結合ではない。
【００５０】
蒸着技術によると、多くのｔａ−Ｃ層７は、四面体形状、又はｓｐ２の二次元形状を有するための炭素原子、又は直線的な重合の様な形状の中にあるｓｐ混合されたＨの量（約４％まで）を有する。換言すれば、炭素−炭素、炭素−水素、及び水素−水素など全て相関をもち、ある実施例での層７の平均的な構造に貢献する。
【００５１】
Ｔａ−Ｃが完全に、又は少なくとも約９０％の水素フリー（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｒｅｅ）のとき、炭素−炭素結合は局所構造と見なされる。Ｔａ−Ｃ膜は、ｓｐ２又は黒鉛結合（ｇｒａｐｈｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）の一部分を有している。層の密度、強さ、応力などと同様に、三面体（ｓｐ２）や四面体炭素原子の空間的な分布により、ガラスに対する層３の結合力を決定することが可能となる。四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）、及びその水素化された形状であるｔａ−Ｃ：Ｈ（それは約１０％、又はそれ位だけのＨを含む）は、高い割合の炭素−炭素（Ｃ−Ｃ）ｓｐ３結合をもち、更に図１の実施例における層７、図２の実施例のコーティング３、及び図３におけるこれらのどちらかが使用されている。このタイヤモンドの特徴を有している結合は、低密度、及び／又は黒鉛型ｓｐ２及び重合のｓｐ炭素−炭素、又は炭素−水素結合の、より大きな比率を有するＤＬＣと呼ばれるその他の形状により、無比のｔａ−Ｃ７特性を与える。
【００５２】
Ｔａ−Ｃ７は、低摩擦係数（以下の表１参照）と同様に、高密度（少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ３）、高硬度、高ヤング率（７００〜８００）を有する。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
本発明の実施例に係わる、コーティング３を基板１へ蒸着する方法を、以下に説明する。
【００５５】
ガラス基板にコーティング３が形成される前に、基板１の最上面は、図１と図２との実施例それぞれにおける、イオンビームを利用した酸素ガスによる方法で清浄されることが好ましい。酸素ガスは約２８〜４０ａｍｕの原子量（最も好ましいのは、約３２ａｍｕ）を有するため、物理的に酸素ガスは表面を清浄する。基板１は、例えば、ｔａ−Ｃ、又は他のＤＬＣ材の実際の蒸着前における、基板のスパッタ−洗浄によって清浄されてもよい。本清浄は、酸素、及び／又は炭素原子を利用してもよく、約８００〜１，２００ｅＶ（最も好ましいのは１，０００ｅＶ）のイオンエネルギーでも可能である。
【００５６】
コーティング３、７、及び／又は８を蒸着するためにプラズマイオンビームを用いる実施例において、炭素イオンは、イオンからの炭素が基板１に蒸着されるような、基板１の方に向かうプラズマからの流れを形成するようにエネルギーが与えられてもよい。ガス層からのイオンビームは、Ｃ＋、ＣＨ＋、Ｃ２Ｈ、及び／又はＣ２Ｈ２＋イオン（すなわち、炭素又は炭素ベースの活性体）のビームを生み出す。好ましいことに、アセチレンの供給原料ガス（Ｃ２Ｈ２）は、重合を防止したり、あるいは最小化するために、またそのイオンが、基板１の表面を貫通し、その中にサブインプラント（ｓｕｂｉｍｐｌａｎｔ）されるようにするための、適当なエネルギーを得るために用いられている。それにより、コーティング３の原子が、幾つかの原子層からなる基板１の表面と混合されるようになる。
【００５７】
コーティング３の容積に対する衝突エネルギー（例えば、図１と図２との実施例における層７）は、高密度のｓｐ３炭素−炭素結合が、ＤＬＣ層の中に形成されるようにするために、単位炭素原子あたり約１００〜２００ｅＶであってもよい。好ましいのは、約１００〜１５０ｅＶである。そのイオンは、ｓｐ３炭素−炭素結合の構成を促進するような、前記エネルギーを有したまま基板に衝突する。活発な炭素イオンの衝突エネルギーは、望ましい格子構造の構成を促進する範囲内でもよく、コーティング３の境界部分における、そのような結合（例えば、図１の実施例における層８）は、明らかに、少なくとも一部分は、図７に示されているような基板の中へのサブインプランテーションによって形成される。その流れは、ほぼ均一な重量をもつイオンで任意に構成されており、衝突エネルギーはほぼ均一である。実質的には、成長膜の表面、及び／又は基板１に衝突する活発なイオンは、成長膜、及び／又は基板１を高密度化させる。コーティング３、特に層７は、小さな穴が無いことが好ましく、これにより、水の反発作用やソーダの拡散抑制を申し分なく達成することができる。したがって、その炭素−炭素ｓｐ３結合は、基板１に到達する前に、又は基板のｔａ−Ｃの成長の前に、イオンエネルギーの予め決められた範囲を有するとにより、好ましく形成されている。図１と図２との実施例における、ｔａ−Ｃ層７構成に係わる最適のイオンエネルギーの窓は、単位炭素原子あたり約１００〜２００ｅＶである（好ましいのは、約１００〜１５０ｅＶであり、さらに最も好ましいのは、約１００〜１４０ｅＶである）。これらのエネルギーにおいて、膜７（すなわち、図１と図２との実施例における層３）は、ダイヤモンドに匹敵する。しかしながら、１００〜１５０ｅＶでの蒸着時に、ｔａ−Ｃ内で圧縮応力が発生する。そのような応力は、１０ＧＰａ位の高さに達し、潜在的に多くの基板からの層剥離を引き起こす可能性がある。これらの応力は、蒸着過程において約２００〜１，０００ｅＶのエネルギー範囲にイオンエネルギーを増加することによって制御、及び減少されることが明らかとなった。プラズマイオンビーム源は、ここで利用されている広範囲の蒸着に関する工業過程での、異なる範囲内においてイオンエネルギーが制御されることを可能にした。非晶質炭素内でのその圧縮応力は、２００〜１，０００ｅＶという高いイオンエネルギー範囲で顕著に減少する。
【００５８】
ガラス基板１の表面に直接接触するコーティング３の、薄い境界部８における高い応力は好ましくない。よって、例えば、コーティング３の最初の１〜４０％厚さ８（好ましいのは、最初の１〜２０％厚さであり、更に最も好ましいのは、最初の５〜１０％厚さである）では、約２００〜１，０００ｅＶ（好ましいのは約４００〜５００ｅＶ）の高い耐応力エネルギーレベルを用いて基板１に蒸着される。そして、コーティング３の残りの部分ｔａ−Ｃ層７を成長させるために、コーティング３の初期境界部８が成長した後、イオン蒸着過程でのイオンエネルギーは、（蒸着している間、素早く、あるいは徐々に）約１００〜２００ｅＶ（好ましいのは約１００〜１５０ｅＶである）に減少する。
【００５９】
例えば、図１に関してのみ、ＤＬＣコーティング３が１００Åの厚さであると仮定する。コーティング３の最初の１０Åの層８（すなわち、境界部８）は、基板１の表面に接触するコーティング３の層８が、コーティング３の残りの部分７と相対的な圧縮応力を減少する。約４００〜５００ｅＶのイオンエネルギーを用いて蒸着されてもよい。コーティング３の境界部８は、ガラスの表面に混合されるようにするために、少なくとも一部分は基板１の中にサブインプラントされる。ある実施例においては、Ｃイオンのみが、主にＳｉＣとなる段階的な構成境界面である、境界層８の蒸着に使用される。基板１とコーティング３との間の、この境界層８は、コーティング３の基板１への接着力を改善し、徐々に構成が変化することによって、境界域における歪みを狭く集中させる代わりに、分散する。ＤＬＣコーティング３の層８は、異なった実施例における、少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ３の密度であってもよいし、そうでなくてもよい。また、異なった実施例における、少なくとも約３５％、７０％、又は８０％のｓｐ３炭素−炭素結合を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。コーティング３の最初の１０Å（すなわち、層８）が蒸着された後、イオンエネルギーは、コーティング３の残り（ｔａ−Ｃ、又はｔａ−Ｃ：Ｈのどちらでもよい）７に関して、徐々に、あるいは急に１００〜１５０ｅＶに減少する。これにより層７が、高密度であり、また層８よりも高いｓｐ３炭素−炭素結合の割合を有するようになる。
【００６０】
したがって、ある実施例においては、蒸着過程の間のイオンエネルギーでの調整のため、図１〜３のｔａ−Ｃコーティング３は、ここでの異なった領域における異なった密度とｓｐ３炭素−炭素結合の割合とを備えている。しかしながら、少なくとも、コーティング３の一部分は、少なくとも約２．４ｇ／ｃｍ３の密度であり、また少なくとも約３５％のＳＰ３を有する、四面体ｔａ−Ｃ層７である。四面体ｔａ−Ｃ部分は、図１における基板１から最も離れた部分であってもよいし、コーティング３の任意の他の領域であってもよい。同様に、コーティング３において、ｓｐ３炭素−炭素結合の割合が低い部分は、基板１に直ちに隣接する部分であることが好ましい（例えば、境界層８）。
【００６１】
ある実施例においては、ＣＨ４は、前記で述べたＣ２Ｈ２ガスとの組み合わせ、又は、その代わりの蒸着過程の期間、供給原料ガスとして使用してもよい。
【００６２】
図８を参照すると、ガラス基板の表面には、その点で画定された小さい割れ目あるいは極少の割れ目が存在することは明らかである。特に、水がその割れ目にしみ出てきて、その割れ目の更なる結合を破壊したとき、これらの割れ目は、その大きさの度合いによってガラスを弱めることが可能である。したがって、本発明の他の利点は、ある実施例において、非晶質炭素原子、及び／又は層７あるいは層８の網状組織は、小サイズの炭素原子（例えば、約１００ｐｍ半径以下の原子、より好ましいのは約８０ｐｍ以下、更にもっと好ましいのは約７６．７ｐｍ）であるため、及び、２００〜１，０００ｅＶ（好ましいのは約４００〜５００ｅＶであるのイオンエネルギー）であるため、及び運動量のため、これらの小さな割れ目を満たして、又は割れ目の中に集まっている。このことは、ガラスの機械的強度を強めてくれる。図８に示されている、ガラス表面のナノ（ｎａｎｏ）サイズの割れ目は、時々、約０．４ｎｍから１ｎｍの幅になる。これらのナノサイズの割れ目において、その不活性な特質と炭素原子とのサイズにより、水が、割れ目の先端１４での結合を攻撃したり、またガラスを弱めることを防ぐであろう。その炭素原子は、それらのサイズとエネルギーとにより、これらの割れ目の先端１４の近くの位置への経路をつくる。これらの割れ目の先端１４は、一般的に、ガラス基板の表面から下に約０．５〜５０ｎｍに存在する。層７、及び／又は層８の最上面は、割れ目の上の約１．０ｎｍ以下の範囲において、滑らか、かつ／又はほぼ平坦のままである。
【００６３】
現在では、炭素については、多くの形態について一般的に述べられており、本発明の理解の助けとなる。
【００６４】
炭素は、全３次元空間的な、方向づけられた電子対を共有する結合に基づいたた構造を造る能力がある。炭素原子の６電子のうちの２つの電子は、エルエス コア（ｌｓ ｃｏｒｅ）に存在しており、これゆえに、結合に関係していない。一方、２ｓと２ｐの残りの４つの電子は、隣接した原子と化学結合している。炭素原子の１つの２ｓ又は３つの２ｐ電子軌道は、３つの異なった方法で、混種を形成することができる。このことは、炭素が幾つかの同素体として存在することを可能にする。事実上、３つの同素の結晶相が存在する。つまり、ダイヤモンド、黒鉛、及びフラーレン（ｆｕｌｌｅｒｅｎ）並びに、非結晶形態のプレソラ（ｐｌｅｔｈｏｒａ）である。
【００６５】
ダイヤモンド結晶同素体に関して、四面体、又はｓｐ３結合においては、４つの結合原子全てがσ結合を形成している。ダイヤモンドにおける空間格子を、図４に示しているが、それぞれの炭素原子は、４つの他の炭素原子と、長さ０．１５４ｎｍ、結合角１０９°５３”で、四面体となるように結合している。そのような結合の強さは、ダイヤモンドが、ダイヤモンド独特の物理特性：高原子密度、透明度、極度の硬度、非常に高い熱伝導率、及び非常に高い電気抵抗（１０１６Ω−ｃｍ）を与えるマクロ分子（完全に電子対を共有する結合）であるという事実と対をなしている。
【００６６】
黒鉛の特徴は、三角結合によって支配されている。図５に示すように、外周の２ｓ、２ｐｘ及び２ｐｙ軌道は、σ結合、及びｓｐ２軌道平面に垂直なｐ−ｔｙｐｅ  ＩＩ軌道２ｐｚを形成する、３つの共通平面ｓｐ２軌道を与えるという方法で、混種を形成している。黒鉛は、０．３４ｎｍの距離で互いに分離された六角形の層から成る。一つの炭素原子は、六角形の平面内にある、０．１４２ｎｍの長さのσ結合によって残りの３つの炭素原子に結合されている。これらの平面は、なぜ黒鉛が、ｓｐ２平面に沿って柔らかいのかを説明することができるような弱いファンデルワールス結合によって結びついている。
【００６７】
フラーレンに関して、Ｃ６０とＣ７０は、最も入手しやすい、ｓｐ２混成状態において全て炭素でできている、フラーレンと呼ばれる閉じ込められた駕籠状（ｃｌｏｓｅｄ−ｃａｇｅ）の分子の一員として知られている。それぞれのフラーレンＣｎは、１２個の五角形の輪と、ｍ六角形（ｍ＝（ｎ−２０）／２（オイラーの定理を満足する））の輪から構成される。σ結合は、大きな歪みを有し、分子が硬直したフラーレンによって包まれている。
【００６８】
非晶質炭素に関し、長いレンジオーダー（ｒａｎｇｅ ｏｒｄｅｒ）の無い、準安定な状態における炭素の種類が存在する。材料特性は、異なる蒸着技術を使用した場合、又は単独の技術において蒸着パラメータを変化させた場合に変化する。この突出した材料の範疇において、我々は、ある好適な実施例における９０％までの炭素−炭素ｓｐ３結合を有する、最もダイヤモンドに似ているｔａ−Ｃ（例えば、層７）を有し、そして、炭素の熱の蒸発によって生成される、一方でのａ−ｃ（非晶質炭素）は、９５％の黒鉛結合がいたるところに存在している。この点を鑑み、これら２つの材料は、炭素の非結晶形態の固有の多様性を反映している。
【００６９】
層３、７、及び８のような非晶質材料は、準安定の固体である。非晶質の固体において、原子の振動に関する一組の平衡位置が存在する。非晶質材料における原子は、２番目に近い隣との距離を超える程度のオーダを、有しないほどの３次元的なネットワークに、しばしば拡張される。
【００７０】
再びｔａ−Ｃ層７を参照すると、ｓｐ３／ｓｐ２炭素−炭素結合の一部分、又は割合（％）は、例えば、真空アーク蒸着技術あるいは、特許’４７７号において使用されている技術、あるいは上記で述べた蒸着技術であるが、付随したＣ＋イオンのエネルギーを変化させることによって制御されることが可能である。事実上、準安定で存在する蒸着された膜は、高い圧縮応力下にある。ｓｐ２混成軌道をもつ炭素原子は、一団となってｓｐ３マトリックスに埋め込まれる。後者の結合の程度により、ダイヤモンドの特徴を有している物理特性をｔａ−Ｃに与える。ｓｐ２混成軌道を有する原子の一部分は、ｓｐ２混成軌道を有する炭素原子が集団化する程度を決定する。歪み除去機構に見られるように、ＩＩ及びＩＩ＊状態が、膜の電子的、光学的特性を制御できる程度にまで集団化する度合いは、正規の状態から移るようになる。高密度状態においては、ＩＩ帯は、伝導と原子値可動帯の端（ｖａｌｅｎｃｅ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｂａｎｄ−ｅｄｇｅｓ）を形成するように、σ状態を溶け込ませる。低密度の末尾状態においては、擬似の隙間に与えられ、局所に制限される。四面体非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）という用語は、この高四面体材料と、大部分がｓｐ２型の炭素−炭素の相関のある、他のダイヤモンドの特徴を有している炭素とを区別するために用いられている。
【００７１】
コーティング３におけるｓｐ３結合は、活発なイオンの衝撃状態下での高密度化過程で生じると信じられている。もし、更にｓｐ３の密度が高くなり、更にｓｐ２の密度が低くなれば、炭素原子の混成化は、局所の密度に調整されると予期されている。もし、付随したイオンが、第１の原子層を貫通し、隙間の表面下の位置に入り込むならば、上記のことが起こることが可能である。そこで、最適な混成軌道化が採用されるように、局所での結合は、この原子の周りとその近隣に再形成される。高エネルギーイオンは、原則として、基板の表面層、又は成長しているＤＬＣを貫通することができ、ｓｐ３結合を強めるような深層の密度を増加させる。貫通閾値より低いエネルギーのイオンは、ａ−ｃを結合させるｓｐ２を形成する表面に付加だけをする。
【００７２】
前記の実施例のいずれかによれば、コーティングされた物は使用されることが可能である。例えば、自動車の窓、自動車の後部窓、自動車の側窓、建築物のガラス、ＩＧガラスユニット、住居、又は商業用の窓といった状況で使用される。
【００７３】
前記実施例のいずれかにおいて、小穴の無い、タングステン二硫化物（ＷＳ２）１２は、ＤＬＣが空気に曝されて焼き切れるのを防ぐために、層７の最上面に備えられてもよい。層１２（例えば、図８参照）は、約３００〜１０，０００Åの厚さにプラズマを吹き付けることにより適用されてもよい。ＷＳ２層１２は、ある実施例では、取り除くことが出来ない。その他の適当な材料は、層１２の代わりに使用されてもよい。
【００７４】
ひとたびこれまで述べてきたことが開示されるならば、多くの他の特徴、修正、及び改良点が、当業者によって明らかにされるであろう。そのような他の特徴、修正、及び改良点は、それゆえ、本発明の一部分を担うと考えられ、本発明の範囲は次の請求項で決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】少なくとも２つの層を含むＤＬＣコーティングが提供された、基板の側断面図である。
【図２】四面体非晶質炭素ＤＬＣコーティングが提供され接触している、基板の側断面図である。
【図３】ロウ−イー、又は他のコーティングが提供されている、基板の側断面図である。ここで、上記図１、又は図２のＤＬＣコーティングも基板の上へのコーティングであるが、中間のロウ−イー、あるいは他のコーティング層の上に存在する。
【図４】ｓｐ３炭素原子の混成結合の典型例を示した図である。
【図５】ｓｐ２炭素原子の混成結合の典型例を示した図である。
【図６】炭素原子のｓｐ混成化の典型例を示した図である。
【図７】基板、又は強く結合されているＤＬＣ表面を貫通する炭素イオンの側断面図である。
【図８】ガラス基板の表面における割れ目を貫通するＤＬＣ結合を示した、コーティングされたガラス基板の側断面図である。
【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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【図７】
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【図８】
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