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JP2000233947A - 薄膜の積層体を具備した透明基材 - Google Patents

薄膜の積層体を具備した透明基材

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JP2000233947A
JP2000233947A JP11300808A JP30080899A JP2000233947A JP 2000233947 A JP2000233947 A JP 2000233947A JP 11300808 A JP11300808 A JP 11300808A JP 30080899 A JP30080899 A JP 30080899A JP 2000233947 A JP2000233947 A JP 2000233947A
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Saint Gobain Vitrage SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 断熱性及び/又は太陽光保護窓の製造のため
の基材を提供する。 【解決手段】 本発明は、誘電体に基づく2つのコーテ
ィングの間に配置された赤外線反射能力を持つ少なくと
も1つの金属層(4、5)を有する薄膜の積層体(2−
8)を具備した透明基材(1)に関し、前記金属層の上
に配置された前記誘電体に基づくコーティング(6、
7、8)が、(a)屈折率ni-2 が最大で2.2の材料
の層、(b)屈折率ni-1 が最小で0.3であり、最後
の層よりも屈折率が小さい材料の層、(c)屈折率ni
が実質的にni-2 に等しい材料の最後の層、の順序で配
置された層を有することを特徴とする積層を具備した透
明基材とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2つの誘電体に基
づくコーティングの間に配置され、赤外線を反射する性
質を持ち、特に低放射率である少なくとも1つの金属層
を有する薄膜の積層体を具備した透明基材、特にガラス
で作られた透明基材に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】本発明
が目的とする主な用途は、断熱性及び/又は太陽光防護
窓の製造のためのそのような基材の使用である。
【0003】これらは建築物及び乗り物の両方に適用す
ることを意図している。特に、空調の負荷の減少及び/
又は部屋と乗員区画の窓ガラス領域の継続的な増大によ
る過剰な熱を減少させることを目的としている。
【0004】透明基材に熱的な性質、特に低放射率の性
質を与えるために、あるタイプの薄膜の積層体がよく知
られている。これは上述の必要とされる用途にふさわし
く、また金属層、特に銀層で作られており、金属酸化物
又は金属窒化物タイプの2つの誘電体に基づくコーティ
ングの間に配置された金属層を有している。この積層体
は通常、真空技術、例えばカソードスパッタリングを使
用する一連の堆積によって製造する。また、これは磁場
によって補助することができる。
【0005】銀層の劣化を防止するための保護をする金
属オーバーコーティングを、この積層体に具備させても
よい。
【0006】このタイプの積層体において、銀層は本質
的に、完成した窓の熱的、太陽光防護、及び/又は低放
射率の性質を支配しており、誘電体層は主に、干渉によ
って得られる窓の光学的な外観に影響を与える。更にそ
れらは、銀層を化学的及び/又は機械的攻撃から保護す
る機能を持つ。
【0007】上述のタイプの積層体を具備した窓の製造
に関する改良は、それらを熱的及び光学的な性能に関し
て満足できるものに維持しつつ、それらの用途を増加さ
せた。しかしながら、光学的な点に関して、色彩的な外
観には更に改良の余地があり、特に反射の中立的な色に
関しては改良の余地がある。
【0008】従って、本発明の目的は、改良された色彩
的な外観、特に反射における比較的中立な色を持つ上述
のタイプの薄膜の積層体を具備した基材を提供すること
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、2つ
の誘電体に基づくコーティングの間に配置され、赤外線
を反射する性質を持ち、特に低放射率の少なくとも1つ
の金属層を有する薄膜の積層体を具備した透明基材、特
にガラスで作られた透明基材に関する。本発明によれ
ば、この金属層の上のこの誘電体に基づくコーティング
は、(a)屈折率ni-2 が最大で2.2の1又は複数の
材料を伴う1又は複数の層、(b)屈折率ni-1 が最小
で0.3であり、後記最後の層の屈折率ni よりも屈折
率が小さい1又は複数の材料を伴う1又は複数の層、
(c)屈折率ni が実質的にni-2 に等しい1又は複数
の材料を伴う1又は複数の最後の層、の順序で配置され
た一連の層を有する。
【0010】本発明の明細書の記載においては、「積層
体の1又は複数の最後の層」とは基材から最も離れた積
層中の1又は複数の層を意味しており、これは周囲雰囲
気、例えば空気とと直接に接触している層を含む。
【0011】本発明の解決手段は、全く予想外の利点を
与える。
【0012】本発明が意図するタイプの積層体に大きな
反射防止効果を与えるためには、直接に保護金属層に接
触する層が、高屈折率の材料に基づく層である誘電体の
基づく上側コーティングを得ることが必要である。ここ
で、この高屈折率の材料は赤外線を反射する性質を持つ
金属層の「反射防止」をする利点を持つ。この上側のコ
ーティングは、好ましくは「屈折率勾配(index
grading)」で終わる。ここでこの「屈折率勾
配」は、周囲雰囲気、例えば空気と接触する最後の層
が、1.7程度の最も周囲雰囲気に近い屈折率を持つよ
うにする。
【0013】これは、積層体の最後の層の物質と空気の
間の屈折率の差が小さくなると、積層体の最後の層と空
気の界面での反射も小さくなるという事実によって認め
られる。
【0014】意外にも、本発明が意図するタイプの積層
体では、周囲雰囲気、例えば空気と接触している高屈折
率の最後の層の存在にも関わらず、本発明の順序を使用
することによって、所望の反射防止効果が得られた。
【0015】更に、結果として、本発明の積層体を具備
した基材は反射において中立的な色を持ち、金属機能
層、例えば銀の厚さが幾何学的に大きい形状においても
このことがいえる。
【0016】従って、そのような基材を組み合わせた窓
は、非常に美しく、且つ熱的に非常に良好な性能を持
つ。
【0017】反射において満足できる色を得るために、
屈折率の勾配を有することが必要である従来技術の順序
と比較すると、本発明の積層体の順序には多くの利点が
ある。
【0018】特に、本発明によれば最後の層が最も大き
い屈折率を持つので、積層体の機械的耐久性をかなり改
良する構成材料、例えばSnZnOx に基づく材料、又
はその性質を変更しないで「温度処理が可能な(tem
perable)」特徴を与える構成材料、例えばSi
3 4 に基づく材料を選択することが容易に可能であ
る。
【0019】機能金属層は銀で作ることが有利である。
低放射率で光透過率が高い窓(特に、TL が少なくとも
70〜80%)を得ることが望まれている場合、特に寒
冷地域での建築物に適応させることを意図した窓の場
合、この層の厚さは7〜20nmでよく、特に9〜15
nmでよい。反対に、暖かい地域での建築物に適応させ
ることを意図しており、太陽光防護機能を持つ反射窓が
望ましい場合、銀層は比較的厚く、例えば20〜25n
mでよい(これは明らかに、かなり低い光透過率、例え
ば60%未満の光透過率を持つ窓を結果としてもたら
す)。
【0020】好ましくは、赤外光線を反射する性質を持
つ層のすぐ上に接触して配置される保護金属層を本発明
の積層体に提供する。
【0021】提供される保護層は、ニオブNb、チタン
Ti、クロムCr、ニッケルNiから選択される1つの
金属、又はこれらの金属の少なくとも2つの合金、特に
ニッケルとクロムの合金(Ni/Cr)に基づいてお
り、且つ幾何学的な厚さが2nm以下であることが有利
である。この態様では、層を構成している金属又は合金
は、パラジウムPdでドープすることができる。反応性
スパッタリングによって次の層を堆積させる場合、この
保護層は機能層を保護する「犠牲」層としての機能を果
たす。
【0022】赤外線を反射する機能を持つ金属層の下に
配置される誘電体に基づくコーティングは、少なくとも
2つの層の重なりであることが有利である。これは2つ
の層でよく、特に2つの金属酸化物層が重なり、又は窒
化物層、例えばAlN又はSi3 4 と金属酸化物層、
例えばSnO2 、ZnO、TiO2 との重なりでよい。
好ましくは、前記コーティングと前記金属反射層とは直
接接触している。好ましい態様は、赤外線を反射する性
質を持つ前記層と接触している酸化亜鉛ZnO、随意に
アルミニウムでドーピングした酸化亜鉛ZnO:Alに
基づく濡れ(wet)層を持つコーティングからなる。
好ましくは、コーティングは濡れ層を有する2つの層を
持っている。濡れ層の幾何学的な厚さは、好ましくは5
〜40nm、特に15〜30nmである。そのような厚
さでは、その濡れ機能に加えて、この濡れ層は、機能層
の上側に配置された第1の誘電体コーティングと組み合
わさって積層体の光学的な外観を調整する機能を果た
す。この濡れ層は、部分的に結晶化した酸化亜鉛に基づ
いていることが有利なことがある。
【0023】そのような層は、キャリアー基材を曲げ又
は温度処理タイプの熱処理にかけた場合に、積層体が光
学的な損傷を受けることを避けられるようにする。
【0024】本発明の1つのかなり有利な特徴では、積
層体の1又は複数の最後の層は、酸化スズSnO2 、酸
化亜鉛、スズ及び亜鉛の混合酸化物SnZnOx のうち
のいずれか1つから選択される金属酸化物の層であって
もよい。またこれは、窒化ケイ素Si3 4 、随意にア
ルミニウムでドープした窒化ケイ素Si3 4 :Al、
窒化アルミニウムAlNのうちのいずれか1つから選択
される金属窒化物でよく、随意に酸素拡散バリアーであ
ってよい。
【0025】最後に、これはキャリアー層、随意に酸素
拡散バリアーであってよい。これはSiC、TiC、C
rC、TaCのうちのいずれか1つの材料から選択され
る。
【0026】上述のように、そのような層は積層体の耐
久性を改良し及び/又は「温度処理が可能な」特徴を与
えることを可能にする。
【0027】この最後の層の幾何学的な厚さは好ましく
は、5〜20nmである。有利には、積層体の最後の層
のうちの1つに接触させてそのすぐ下側に配置された層
の屈折率ni-1 は、1.75未満である。
【0028】この層は好ましくは、酸化ケイ素Si
2 、酸化アルミニウムAl2 3 、又はこれら2つの
酸化物の混合物Al2 3 :SiO2 に基づいている。
【0029】本発明の他の特徴では、最後の層のうちの
1つのすぐ下に接触して配置された層の下の層の屈折率
i-2 は、積層体の最後の層の屈折率に近くなるように
選択し、好ましくは2程度である。
【0030】従って、本発明の定義を満たす積層は以下
のようなタイプである。ガラス/SnO2 又はSi3
4 :Al又はAlN/ZnO又はZnO:Al/Ag/
Ti又はNiCr/ZnO又はSnO2 /SiO2 又は
Al2 3 又はSiO2 :Al2 3 /SnO2 又はZ
nO又はSnZnOX 又はAlN又はSi3 4 :Al
又は(AlN/Si3 4 :Al)又は(Si3 4
Al/AlN)又は(SnO2 /SnZnOX
【0031】本発明の基材では、放射率が最大で0.0
5であることも重要である。
【0032】ここまでで説明してきた発明は、非常に多
くの用途に適用することができる。これは特に、低放射
率の太陽光防護多重ガラス、特に2重ガラスであって、
上述の基材を有し、本発明の積層体が面2及び/又は面
3に、また適用できる場合には面5にあるガラスを包含
する。
【0033】本発明は、上述の少なくとも1つの基材を
有する低放射率又は太陽光防護2重ガラス、特に光透過
率TL が少なくとも72%の2重ガラスにも関する。
【0034】2つのガラス板を有するそのような2重ガ
ラスは、この2つのガラス板を空気の層によって隔てた
ときは係数Kが1.4W/K・m2 以下であり、これら
のガラス板をアルゴンの層によって隔てたときはこの係
数Kが1.1W/K・m2 以下であることも注目され
る。
【0035】
【発明の実施の形態】他の細部及び有利な特徴は、以下
の限定をしない例の詳細な説明を読むことによって明ら
かになる。以下の例は図1及び図2を参照しながら説明
する。ここで、例1は比較例であり、例2は本発明に従
って行った。
【0036】これらの2つの例において、連続的な薄層
の堆積は、磁場で補助するカソードスパッタリング技術
を使用して行った。本発明の範囲では、得られる層の厚
さを適当に制御する任意の他の技術を使用して行うこと
も当然に可能である。
【0037】ここでは、薄膜の積層体を堆積させる基材
は、PLANILUXという名称でSAINT−GOB
AIN VITRAGE社が販売しているタイプのシリ
カ−ソーダ−ライムガラスで作られた基材である。
【0038】[例1]−(比較例) ヨーロッパ特許出願第0818250号明細書の記載に
よれば、図1では、基材1の上に、酸素及びNa+ イオ
ンの拡散に対するSnO2 に基づくバリアー層2、酸化
亜鉛ZnOに基づく濡れ層3、そして銀の層4、チタン
Tiの保護層5、酸化亜鉛ZnOに基づく層6、そして
最後にSi3 4 に基づく酸素バリアー層7がある。物
質の厚さの割合は様々な値でよいことに注意すべきであ
る。
【0039】従って、この積層体は以下のタイプであ
る。 ガラス/SnO2 /ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si
3 4
【0040】以下の表1は、厚さが4mmの基材上の積
層のそれぞれの層の厚さをナノメートル単位で示してい
る。
【表1】
【0041】この積層体を作るために、それぞれの層の
堆積に推薦される堆積条件は以下のようなものである。 →酸化スズSnO2 に基づく層2は、アルゴン/酸素雰
囲気において1.5×10-3mbar(1.5×10-1
Pa)の圧力で、スズターゲットを使用して堆積させ
た。 →酸化亜鉛ZnOに基づく層3及び6は、アルゴン/酸
素雰囲気において8×10-3mbar(8×10-1
a)の圧力で、亜鉛ターゲットを使用して堆積させた。 →銀Agの層4は、アルゴン雰囲気において8×10-3
mbar(8×10-1Pa)の圧力で、銀ターゲットを
使用して堆積させた。 →チタンTiの層5は、アルゴン雰囲気において8×1
-3mbar(8×10 -1Pa)の圧力で、チタンター
ゲットを使用して堆積させた。 →窒化ケイ素Si3 4 の層7は、アルゴン/窒素雰囲
気において8×10-3mbar(8×10-1Pa)の圧
力で、8%のアルミニウムでドープしたケイ素ターゲッ
トを使用して堆積させた。
【0042】出力及び基材を動かす速度は、上述の所望
の厚さを得るために、それ自体は既知の様式で調節し
た。
【0043】以下の表2は、光透過率の値TL をパーセ
ントで、光反射の値RL をパーセントで、反射について
(L、a* 、b* )表色系のa* (R)及びb* (R)
の値を無次元で、並びに、放射率の値εを無次元で表
す。これらの測定の全ては、D 65光源を参照して行っ
た。
【表2】
【0044】上記の基材1をその後、厚さが4mmのも
う1つの裸のガラス基材と共に二重ガラスとして組み立
てて、中間のアルゴン層を15mmにして、薄膜の積層
体を面(face)3にした。
【0045】以下の表3は、この二重ガラスに関して、
同じ特徴TL 、RL 、a* (R)、b* (R)、及びε
の値を示し、並びに係数Kの値をW/K・m2 を表す。
【表3】
【0046】[例2]−(本発明の態様) 図2で示される薄膜の積層体は、比較例1のものと同様
であるが、但し、屈折率が1.45に等しいSiO2
基づく層8を、酸化亜鉛ZnOに基づく層6と積層体の
窒化ケイ素Si3 4 に基づく最後の層7との間に配置
している。
【0047】従って、この積層体は以下のタイプであ
る。 ガラス/SnO2 /ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si
2 /Si3 4
【0048】本発明のSiO2 に基づく層8の厚さは1
7nmである。ここではSi3 4オーバーコーティン
グの厚さが12nmであることを除いて、他の層の厚さ
は比較例1の層の厚さと同じである。
【0049】SiO2 に基づくこの層8は、アルゴン/
酸素雰囲気において約1.5×10 -3mbar(1.5
×10-1Pa)の圧力で、プラズマ補助反応性スパッタ
リングによって堆積させた。
【0050】以下の表4は、この例に関するモノリシッ
ク基材1のTL 、RL 、a* (R)、b* (R)、及び
εの値をそれぞれ表す。
【表4】
【0051】この基材1をその後、同じ厚さ、つまり4
mmのもう1枚の透明ガラス基材と共に二重ガラスとし
て組み立てて、中間のアルゴン層を15mmにして、本
発明の積層体がこの二重ガラスの面3になるようにし
た。
【0052】以下の表5は、この二重ガラスに関して、
同じ特徴TL 、RL 、a* (R)、b* (R)、及びε
の値を示し、並びに係数Kの値をW/K・m2 を表す。
【表5】
【0053】分光光度的な値及び熱的な性能に関する様
々な表の値を、従来技術による比較例と本発明による例
のそれぞれに関して比較することによって、以下のこと
が容易に理解できる。→本発明の積層体は、反射が比較
的中立的な色の、色彩的な外観が比較的良好なガラス基
材を与える。これは、非常に小さいa* 及びb* の値に
よって裏付けられる。→光学的な改良は、熱的な性能に
好ましくない影響を与えない。
【0054】更に、機械的な耐久性試験は、本発明の積
層体が比較的良い耐久性を持つことを示した。
【0055】最後に、本発明の積層体は劣化を伴わず
に、曲げ及び/又は温度処理タイプの熱処理を受けるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、従来技術の薄膜の積層体を具備した基
材を示す図である。
【図2】図2は、本発明の薄膜の積層体を具備した基材
を示す図である。
【符号の説明】
1…基材 2…SnO2 のバリアー層 3…酸化亜鉛ZnOに基づく濡れ層 4…銀の層 5…チタンの保護層 6…酸化亜鉛に基づく層 7…Si3 4 に基づく酸素バリアー層 8…SiO2 の層

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの誘電体に基づくコーティングの間
    に配置されており、赤外線を反射する性質を持ち、特に
    低放射率である少なくとも1つの金属層を有する薄膜の
    積層体を具備した透明基材、特にガラスで作られた透明
    基材であって、 前記金属層の上に配置された前記誘電体に基づくコーテ
    ィングが、 (a)屈折率ni-2 が最大で2.2の1又は複数の材料
    の1又は複数の層、 (b)屈折率ni-1 が最小で0.3であり、屈折率が後
    記最後の層の屈折率n i よりも小さい1又は複数の材料
    の1又は複数の層、 (c)屈折率ni が実質的にni-2 に等しい1又は複数
    の材料の1又は複数の最後の層、の順序で堆積した一連
    の層を有することを特徴とする、薄膜の積層体を具備し
    た透明基材。
  2. 【請求項2】 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層
    が、銀Agに基づく層であることを特徴とする請求項1
    に記載の基材。
  3. 【請求項3】 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層
    が、下側の誘電体に基づくコーティングに直接に接触し
    ていることを特徴とする請求項1又は2に記載の基材。
  4. 【請求項4】 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層
    の幾何学的な厚さが7〜20nm、特に9〜15nmで
    あって低放射率の性質を基材に与え、又は20〜25n
    mで太陽光防護の性質を基材に与えることを特徴とする
    請求項1〜3のうちの1項に記載の基材。
  5. 【請求項5】 保護金属層が、赤外線を反射する性質を
    持つ前記金属層のすぐ上に接触して配置されたことを特
    徴とする請求項1〜4のうちの1項に記載の基材。
  6. 【請求項6】 前記保護金属層が、ニオブNb、チタン
    Ti、クロムCr、又はニッケルNiから選択される単
    一の金属、又はこれらの金属のうちの少なくとも2つの
    ものの合金、特にニオブとクロムの合金(Nb/Cr)
    又はニッケルとクロムの合金(Ni/Cr)に基づいて
    おり、且つ好ましくはこの層の幾何学的な厚さが2nm
    以下であることを特徴とする請求項5に記載の基材。
  7. 【請求項7】 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層
    の下側に配置された誘電体に基づく前記コーティング
    が、少なくとも2つの層、特に2つの金属酸化物の層、
    又はAlN若しくはSi3 4 を含む窒化物層とSnO
    2 、ZnO、TiO2 を含む金属酸化物との重なりであ
    り、好ましくはこのコーティングと赤外線を反射する性
    質を持つ前記金属層が直接に接触していることを特徴と
    する請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載の基材。
  8. 【請求項8】 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層
    の下の誘電体に基づくコーティングが、赤外線を反射す
    る性質を持つ前記金属層と接触している酸化亜鉛Zn
    O、随意にアルミニウムでドーピングした酸化亜鉛Zn
    O:Alに基づく濡れ層を持ち、且つ好ましくはこの濡
    れ層を含む2つの層を有することを特徴とする請求項7
    に記載の基材。
  9. 【請求項9】 前記濡れ層の幾何学的な厚さが、5〜4
    0nm、特に15〜30nmであることを特徴とする請
    求項8に記載の基材。
  10. 【請求項10】 前記濡れ層が、少なくとも部分的に結
    晶化した酸化亜鉛に基づいていることを特徴とする請求
    項8及び9のいずれか1項に記載の基材。
  11. 【請求項11】 前記積層体の最後の層が、窒化ケイ素
    Si3 4 、随意にアルミニウムでドープした窒化ケイ
    素Si3 4 :Al、窒化アルミニウムAlN、酸化ス
    ズSnO2 、スズと亜鉛の混合酸化物SnZnOx 、及
    びSiC、TiC、CrC、TaCを包含する炭化物の
    うちのいずれか1つから選択される材料の層であること
    を特徴とする請求項1〜10のうちのいずれか1項に記
    載の基材。
  12. 【請求項12】 前記積層体の最後の層の幾何学的な厚
    さが、5〜20nmであることを特徴とする請求項1〜
    11のうちのいずれか1項に記載の基材。
  13. 【請求項13】 前記積層体の最後の層のうちの1つに
    接触してすぐ下側に配置された層の屈折率ni-1 が、
    1.75未満であることを特徴とする請求項1〜12の
    うちのいずれか1項に記載の基材。
  14. 【請求項14】 前記最後の層のうちの1つに接触して
    すぐ下側に配置された層が、酸化ケイ素SiO2 、酸化
    アルミニウムAl2 3 、又はこれら2つの酸化物の混
    合物Al2 3 :SiO2 に基づくことを特徴とする請
    求項1〜13のうちのいずれか1項に記載の基材。
  15. 【請求項15】 前記積層体の前記最後の層のうちの1
    つに接触してすぐ下側に配置された前記層の下の層の屈
    折率ni-2 が、前記積層体の前記最後の層の屈折率ni
    に近く、好ましくは2程度であることを特徴とする請求
    項1〜14のうちのいずれか1項に記載の基材。
  16. 【請求項16】 前記積層体が、 ガラス/SnO2 又はSi3 4 :Al又はAlN/Z
    nO又はZnO:Al/Ag/Ti又はNiCr/Zn
    O又はSnO2 /SiO2 又はAl2 3 又はSi
    2 :Al2 3 /SnO2 又はZnO又はSnZnO
    X 又はAlN又はSi3 4 :Al又は(AlN/Si
    3 4 :Al)又は(Si3 4 :Al/AlN)又は
    (SnO2 /SnZnOX )であることを特徴とする請
    求項1〜15のうちのいずれか1項に記載の基材。
  17. 【請求項17】 放射率εが最大で0.05であること
    を特徴とする請求項1〜16のうちのいずれか1項に記
    載の基材。
  18. 【請求項18】 請求項1〜17のうちのいずれか1項
    に記載の基材を有し、前記薄膜の積層体が面2及び/又
    は面3、及び適当である場合は面5にされている低放射
    率又は太陽光防護の多重ガラス、特に2重ガラス。
  19. 【請求項19】 光透過率TL が少なくとも72%であ
    ることを特徴とする請求項1〜17のうちのいずれか1
    項に記載の基材を少なくとも1つ有する低放射率2重ガ
    ラス。
  20. 【請求項20】 2枚のガラス板を空気の層によって隔
    てたときは係数Kが1.4W/K・m2 以下であり、2
    枚のガラス板をアルゴンの層によって隔てたときはこの
    係数Kが1.1W/K・m2 以下である請求項19に記
    載の2重ガラス。
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