JP2008003283A - 赤外線反射材、赤外線反射積層体および赤外線反射構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】赤外線反射構造体10は、複数積層した赤外線反射材22からなる赤外線反射積層体20と、赤外線反射積層体20の側面に接触配置された感温性部材30とを備えている。赤外線反射材22は、規則的な面間隔で配列されたコロイド結晶粒子23と、コロイド結晶粒子23の間に介在した膨張収縮材24とを備えている。感温性部材30は温度により水分を膨張収縮材24に供給し、膨張収縮材24が膨潤することでコロイド結晶粒子23の面間隔を変更する。面間隔は、ブラッグの法則およびスネルの法則に基づいて、反射波長を紫外線領域から赤外線領域に変わるから赤外線の透過量を効率よく調節することができる。
【選択図】図1
Description
赤外線を反射する赤外線反射材において、
規則的な面間隔で配列されたコロイド結晶粒子と、
該コロイド結晶粒子の間に介在し外部刺激により膨張収縮して該コロイド結晶粒子の面間隔を変更することにより反射波長を、赤外線より低い波長の領域から赤外線領域に変更する膨張収縮材と、
を備えたことを特徴とする。
λpeak=2d(111)(neff2−sin2θ)0.5 −(1)
λpeak:反射波長
θ :入射角
d(111) :面間隔
neff:有効屈折率
すなわち、面間隔dの相違により入射される太陽光に含まれる波長を選択的に反射させることができる。ここで、有効屈折率neffは、コロイド結晶粒子の屈折率と膨張収縮材の屈折率、およびその割合によって、式(2)により定められる。
neff =(1−φ)ns+φ・nsphere −(2)
nsphere:コロイド結晶粒子の屈折率
ns:膨張収縮材の屈折率
φ:体積当たりに占めるコロイド結晶粒子の占有率
膨張収縮材は、外部刺激により、膨張収縮してコロイド結晶粒子の面間隔を変更して、反射波長λpeakが赤外線より低波長の領域から赤外線領域に変わる。このため、太陽光に含まれている赤外線反射材を透過しまたは反射する量を効果的に調整することができる。ここで、赤外線より低い波長の領域として、X線の領域を除く、紫外線領域または可視光の領域をいう。
上記赤外線反射材は、規則的な面間隔で配列されたコロイド結晶粒子と、該コロイド結晶粒子の間に介在し外部刺激により膨張収縮して該コロイド結晶粒子の面間隔を変更する膨張収縮材とを備え、上記コロイド結晶粒子の屈折率と膨張する前の上記膨張収縮材の屈折率とがほぼ同じ値であり、該膨張収縮材が膨張したときに該膨張収縮材の屈折率を変えるとともに、反射波長が赤外線領域に設定されるように構成したこと、を特徴とする。
また、コロイド結晶粒子の配列における規則性は、特に限定されないが、例えば、面心立方、体心立方、単純立方等を例示することができ、特に面心立方構造すなわち六方最密充填構造をとることができる。また、コロイド結晶粒子の面間隔は、膨張収縮材による膨張率に依存するが、膨張したときにブラッグの法則などの反射波長が赤外線領域であることが必要である。
また、膨張収縮材として、水素吸蔵合金としてパラジウムを用いれば、可逆移動体としての水素を吸収・排出して膨張収縮することができる。
感温性部材は、可逆移動体が液体である場合には、温度に応じて上記吸水性高分子に液体を放出または吸収する感温性高分子から構成することができる。こうした感温性高分子として、ポリビニルメチルエーテル、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリビニルオキサゾリジノン、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)等のポリ(N−アルキルアクリルアミド)の1種又は2種以上からなる熱応答性を有する高分子、または特開平7−62038,7−82320,8−143631,10−17622,10−310614で公開されているポリ(N−ビニルイソブチルアミド)等のポリ(N−ビニル酸アミド)の熱応答性を有する高分子、N−ビニルホルムアミド等のN−ビニルアルキルアミドと酢酸ビニル等の疎水性モノマーの共重合体で熱応答性を有する高分子等を例示することができる。
ここで、感温性部材は、該感温性部材内に保持することができる液体量が、吸水性高分子が赤外線の反射を行なう面間隔まで膨張するのに必要な液体量と同等か多い性質をもっている場合には、吸水性高分子に効率よく液体を供給しまたは吸収することができる。
A.第1実施例
(1) 赤外線反射構造体10の概略構成
図1は本発明の第1実施例にかかる赤外線反射材を用いた赤外線反射構造体を説明する説明図である。図1において、赤外線反射構造体10は、所定間隙を隔てて平行に配置された透明基板12,12と、透明基板12,12の間に配置された赤外線反射積層体20と、赤外線反射積層体20の側面を囲むように配置された感温性部材30,30と、感温性部材30,30の外側を覆うシール部材40とを備えている。
透明基板12,12は、太陽光のうち可視光および赤外線を透過可能である板材であり、ガラス板、透明樹脂などから形成されている。赤外線反射積層体20は、複数枚の赤外線反射材22−1,22−2・・22−2x・・・22−nをn枚積層することにより構成され、例えば、赤外線反射材22−xの1枚の厚さを1.27μmとし、これを21枚積層した場合には、26.5μmの厚さになっている。
赤外線反射構造体10は、周知の方法(特開2004−109178および特開2004−170447)を用いることができ、例えば、一例として以下の工程により製造することができる。すなわち、透明基板12を準備し、その透明基板12にコロイド単分散溶液を摘下する。コロイド単分散溶液は、コロイド結晶粒子を溶媒(水など)に分散させ、脱塩処理することにより調製する。次に、透明基板12上の溶媒を乾燥させてコロイド結晶粒子を規則的に配列する。このとき、コロイド結晶粒子は、自律的かつ規則的に配列される。さらに、規則的に配列されたコロイド結晶粒子上に、膨張収縮材(PVAゲル)を摘下し、乾燥させ、これにより赤外線反射材22−xが1枚作成される。そして、順次、この工程を繰り返す。このとき、膨張収縮材24を形成するPVAゲルと、デンプンとアクリル酸系吸水性高分子との混合材との配合率を変更する。これにより、赤外線反射材22−xを複数積層した赤外線反射積層体20を作成することができる。
(4)−1 赤外線反射材の原理
赤外線反射材を用いた赤外線の反射の原理について説明する。コロイド結晶粒子が作る(111)面の面間隔dにより定められる反射波長λpeakは、ブラッグの法則および屈折率と反射との関係を表すスネルの法則により式(1)により表わされる。
λpeak=2d(111)(neff2−sin2θ)0.5 −(1)
λpeak:反射波長
θ :入射角
d(111) :面間隔
neff:有効屈折率
すなわち、面間隔dの相違により入射される太陽光に含まれる波長を選択的に反射させることができる。
ここで、有効屈折率neffは、コロイド結晶粒子の屈折率と膨張収縮材の屈折率、およびその割合によって、式(2)により定められる。
neff =(1−φ)ns+φ・nsphere −(2)
nsphere:コロイド結晶粒子の屈折率
ns:膨張収縮材の屈折率
φ:体積当たりに占めるコロイド結晶粒子の占有率
ここで、上記法則によると、コロイド結晶粒子の屈折率nsphereと膨張収縮材の屈折率nsとが同じ場合には入射光は透過し、これらが異なる場合に特定の波長を反射する。本実施例では、図3に示すように、ポリスチレンからなるコロイド結晶粒子の屈折率が1.59、膨張収縮材の屈折率が1.5で異なるから、式(1)(2)から、コロイド結晶粒子の面間隔dに対応して反射波長λpeakが変わる。コロイド結晶粒子の面間隔dは、膨張収縮材の吸水性高分子の吸水率によって変えられるから、反射波長λpeakを赤外線の領域に設定することにより、特定波長の赤外線を選択的に反射させることができる。
次に、上述したブラッグの法則に基づいて、赤外線反射構造体10の動作について説明する。感温性部材30,30は、外気温の影響で所定温度(25℃)以下である場合には、水分を赤外線反射材22−xの膨張収縮材24に放出しないから、コロイド結晶粒子23の面間隔は、96.3nmのままである。よって、反射波長λpeakは、302nmであり、紫外線領域にあるから、可視光および赤外線を透過させる。したがって、窓ガラスに用いた赤外線反射構造体10は、外気温が低い場合に、可視光を通して室内を暗くすることがなく、また太陽光に含まれている赤外線を透過させることにより暖房効果を損なうことがない。
本実施例は、赤外線反射材のコロイド結晶粒子の粒径を各層毎に変更した構成に特徴を有する。すなわち、コロイド結晶粒子の粒径と面間隔との関係は、式(3)により表わされる。
D=(3/2)^0.5d(111) −(3)
D:粒径
d(111):面間隔
式(3)から粒径Dを変えることにより、面間隔d(111)が変わり、式(1)により、反射波長λpeakが変わる。この原理を利用して、本実施例では、コロイド結晶粒子の粒径を各層毎に異にし、さらに膨張収縮材の膨張率を各層で同じにすることにより、膨張収縮材が膨張したときの反射波長λpeakを赤外線領域に設定する。これにより、第1実施例と同様な作用効果を得ることができる。
第3実施例は、赤外線反射材の各層におけるコロイド結晶粒子の粒径を変えるとともに、膨潤前におけるコロイド結晶粒子の屈折率と膨張収縮材の屈折率とが同じ材料を用いた構成に特徴を有する。図5は赤外線反射材の構成および特性を説明する説明図であり、赤外線反射材の組成の違いにより、3例(反射材4,5,6)を示している。すなわち、コロイド結晶粒子として、屈折率を1.5に調製したTiO2とSiO2との複合体を用い、コロイド結晶粒子の粒径を220nm,300nm,400nmに変え、このときの面間隔が180nm,245nm,327nmになる。また、膨張収縮材として、吸水率200%のPVAゲルを用いている。コロイド結晶粒子および膨張収縮材の膨潤前の屈折率は、1.5で同じである。
一方、膨張収縮材の膨潤後には、コロイド結晶粒子の屈折率が1.5で変わらず、膨張収縮材の屈折率だけが1.44に小さくなるから、ブラッグの法則による反射条件が成立し、赤外線の反射波長は、1555nm,2121nm,2828nmへ変わる。これにより、太陽光に含まれている赤外線を効率よく反射することができる。
12...透明基板
20...赤外線反射積層体
22...赤外線反射材
23...コロイド結晶粒子
24...膨張収縮材
30...感温性部材
40...シール部材
Claims (11)
- 赤外線を反射する赤外線反射材において、
規則的な面間隔で配列されたコロイド結晶粒子と、
該コロイド結晶粒子の間に介在し外部刺激により膨張収縮して該コロイド結晶粒子の面間隔を変更することにより反射波長を、赤外線より低い波長の領域から赤外線領域に変更する膨張収縮材と、
を備えたことを特徴とする赤外線反射材。 - 請求項1に記載の赤外線反射材において、
上記赤外線より低い波長の領域は、紫外線領域である赤外線反射材。 - 赤外線を反射する赤外線反射材において、
規則的な面間隔で配列されたコロイド結晶粒子と、該コロイド結晶粒子の間に介在し外部刺激により膨張収縮して該コロイド結晶粒子の面間隔を変更する膨張収縮材とを備え、
上記コロイド結晶粒子の屈折率と膨張する前の上記膨張収縮材の屈折率とがほぼ同じ値であり、該膨張収縮材が膨張したときに該膨張収縮材の屈折率を変えるとともに、反射波長が赤外線領域に設定されるように構成したこと、
を特徴とする赤外線反射材。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の赤外線反射材を複数積層した赤外線反射積層体であり、
上記各々の赤外線反射材は、上記コロイド結晶粒子の粒径が異なっている赤外線反射積層体。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の赤外線反射材を複数積層した赤外線反射積層体であり、
上記各々の赤外線反射材は、上記膨張収縮材の膨張率が異なっている赤外線反射積層体。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の赤外線反射材を備えた赤外線反射構造体であって、
上記膨張収縮材は、可逆移動体を吸収・排出することで上記コロイド結晶粒子の面間隔を変更する高分子である赤外線反射構造体。 - 請求項6に記載の赤外線反射構造体であって、
上記赤外線反射材に隣接して配置され、温度に応じて上記高分子に可逆移動体を放出または吸収する感温性高分子からなる感温性部材を備えた赤外線反射構造体。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の赤外線反射材を備えた赤外線反射構造体であって、
上記膨張収縮材は、電気または光を含む外部刺激により上記コロイド結晶粒子の面間隔を変更するように構成した赤外線反射構造体。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の赤外線反射材を備えた赤外線反射構造体であって、
可視光および赤外線を透過させる支持体を備え、
上記支持体は、上記赤外線反射材を保持している赤外線反射構造体。 - 請求項9に記載の赤外線反射材において、
上記支持体は、可視光および赤外線を透過させる複数の基板であり、
上記赤外線反射材を、上記基板の間に介在させている赤外線反射構造体。 - 請求項10に記載の赤外線反射材において、
上記基板は、少なくとも一方が可視光を透過させる透明体である赤外線反射構造体。
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