JP2011212892A - 機能性積層体及び機能性構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 機能性積層体として、所定の立体的形状に形成された無機物層を含有する機能性層1と;機能性層の2つの主面のそれぞれに密着し、機能性層1を狭持するように配置された第1の樹脂層2および第2の樹脂層3と;第1の樹脂層2の、機能性層1と接している面とは反対側の面、および第2の樹脂層の、機能性層1と接している面とは反対側の面にそれぞれ接して配置され、第1の樹脂層および前記第2の樹脂層に比べ弾性率が大きい、第1の支持体及び第2の支持体とを有する機能性積層体を形成する。
【選択図】 図1
Description
実質的に平坦な表面とキューブコーナー型再帰反射構造を備える裏面とを有する、光 透過性材料でなる光学構造層と;
該光学構造層の裏面上に設けられた、可視光は透過させて可視光以外の特定波長域の 光を選択的に反射する、波長選択反射層と;
該波長選択反射層の、光学構造層と反対側の面上に設けられた光透過性樹脂層と
を有する、透明波長選択性再帰反射体などが提案されている。
所定の立体的形状に形成された無機物層を含有する機能性層と、
前記機能性層の2つの主面のそれぞれに密着し、前記機能性層を狭持するように配置 された第1の樹脂層及び第2の樹脂層と、
前記第1の樹脂層の、前記機能性層と接している面とは反対側の面、及び前記第2の 樹脂層の、前記機能性層と接している面とは反対側の面にそれぞれ接して配置され、前 記第1の樹脂層及び前記第2の樹脂層に比べ弾性率が大きい、第1の支持体及び第2の 支持体と
を有し、前記第1の支持体及び前記第2の支持体の一方は、それと同等以上の弾性率を有する外部支持体で代替される場合には、省略可能である、機能性積層体に係わるものである。
実施の形態1では、請求項1〜16に記載した機能性積層体の例について説明する。
図1(a)は、実施の形態1に基づく機能性積層体10の構造を示す断面図である。機能性積層体10は、機能性層1と、機能性層1の2つの主面のそれぞれに密着し、機能性層1を狭持するように配置された第1の樹脂層2および第2の樹脂層3と、第1の樹脂層2の、機能性層1と接している面とは反対側の面に接して配置された第1の支持体4、第2の樹脂層3の、機能性層1と接している面とは反対側の面に接して配置された第2の支持体5とを有する。機能性層1は所定の立体的形状に形成された無機物層を含有し、その材料、層構造、および立体的形状に応じて、特定の機能を発現する層である。
図2および図3は、実施の形態1に基づく機能性積層体10の作製工程を示す断面図である。
機能性積層体10または11は、機能性層1の所定の立体的形状がその機能の発現に必須のものであること以外に、とくに限定されることはない。代表的には、機能性積層体10または11は、入射光を反射、吸収、半透過、又は透過する光学的機能性積層体である。この場合、とくに、機能性層1が、指向反射性を有する光学的機能性層であるのがよい。また、機能性積層体10または11が、特定の波長領域の入射光を選択的に反射、吸収、半透過、又は透過する光学的機能性積層体であるのがよい。この場合、とくに、機能性層1が、特定の波長領域の入射光を選択的に反射又は透過する光学的機能性層であるのがよい。
図4(a)は、機能性積層体10における機能性層1の形状の例を示す斜視図である。見やすくするため、機能性層1と第2の樹脂層3のみを示した。この例は請求項7に対応する。機能性層1の反射面は、2種類の反射面7aおよび7bからなる多数の反射面群で構成されており、多数の反射面7aおよび7bは交互に一方向に向かって一次元的に配列されている。反射面7aおよび7bの平面形状は細長い長方形で、互いに同じ大きさである。反射面7aおよび7bの長辺は、光入射面(例えば、第1の支持体4の表面;図4(b)参照。)に対して平行であるが、短辺は、それぞれ、光入射面に対して一定の角度で傾いて形成されている。隣接する反射面7aと反射面7bとがなす角を二等分する面Nは光入射面に直交し、反射面7aと反射面7bとは面Nに関して対称である。この対称に形成された反射面7aと反射面7bとの組が、多数組み、反射面7の長手方向に直交する方向に向かって一次元的に配列されて、機能性層1の反射面が構成されている。従って、機能性層1の反射面は、一次元配列方向に関して反転対称性を有する。以下、機能性層1のこの形状をV字溝形状と呼ぶことにする。反射面7aおよび7bとのなす角に特に制限はないが、代表的には90°である。この場合、配列方向に平行な面で反射面7aおよび7bを切断すると、直角二等辺三角形の直角を挟む2つの短辺に切断される。ここではV字形の溝が形成されている例を示したが、溝がU字形であってもよい。
図4〜図6にそれぞれ示した機能性層1、機能性層21および機能性層31は、特定の波長領域の入射光を選択的に反射又は透過する光学的機能性層である。このような層は、高屈折率層と金属層とが積層された複数層、または低誘電率層と高誘電率層とが交互に積層された複数層によって構成することができる。
(1)クロミック材料層
クロミック材料を主成分として機能性層1を形成すると、外部刺激によって反射性能などが可逆的に変化する光学的機能性積層体を構成することができる。クロミック材料は、例えば、熱、光、侵入分子などの外部刺激により構造を可逆的に変化させる材料である。クロミック材料としては、例えば、熱によって着色するサーモクロミック材料、電圧印加によって着色するエレクトロクロミック材料、光によって着色するフォトクロミック材料、ガスとの接触で着色するガスクロミック材料などを用いることができる。
コレステリック液晶などのフォトニックラティスを用いることもできる。コレステリック液晶は層間隔に応じた波長の光を選択的に反射することができ、この層間隔は温度によって変化するため、加熱により、反射率や色などの物性を可逆的に変化させることができる。この時、層間隔の異なるいくつかのコレステリック液晶層を用いて反射帯域を広げることも可能である。
機能性層1は、入射光の何割かを指向反射し、かつ、散乱が少なく、反対側を視認できる透明性を有する半透過層であってもよい。半透過層としては、例えば、単層または複数層の金属層からなり、半透過性を有するものである。構造体上に製膜する金属層の材料としては、例えば、上述の積層膜の金属層と同様のものを用いることができる。半透過層の具体例を下記に示す。
(a)厚さ8.5nmのAgTi層(質量比 Ag:Ti=98.5:1.5)
(b)厚さ3.4nmのAgTi層(質量比 Ag:Ti=98.5:1.5)
(c)厚さ14.5nmのAgNdCu層(質量比 Ag:Nd:Cu=99.0:0.4:0.6)
半透過層の形成方法としては、例えば、スパッタ法、蒸着法、ディップコーティング法、ダイコーティング法などを用いることができる。
第1の樹脂2および第2の樹脂3の弾性率は、機能性積層体10が可とう性を有するように、25〜60℃程度の温度領域で7.2×1010Pa以下であることが好ましい、より好ましくは3.1×109Pa以下であることが好ましい。ガラス転移温度に関しては、特に機能を限定することはないが、金属層または酸化物層をスパッタリング法や蒸着法などで成膜する際には、樹脂表面の温度が局所的に高温になるため、第1の樹脂および第2の樹脂のガラス転移温度は60℃以上であることが望ましい。
第1の支持体4および第2の支持体5として好適な材料は、例えば、ガラスや、セルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂などの樹脂が挙げられるが、これらの材料に特に限定されるものではない。また、支持体と樹脂との密着性を向上させるため、支持体に表面処理を施したり、支持体上に薄い樹脂層を形成したりしてもよい。
以下、これから用いる入射光の入射方向および反射光の反射方向の表示方法を明らかにしておく。図7は、機能性積層体に入射する入射光の入射方向と、機能性積層体によって反射される反射光の反射方向とを整理して示すための斜視図である。機能性積層体は、入射光Lが入射する平坦な入射面S1を有する。入射光の入射方向および反射光の反射方向を示すために、下記のように2つの偏角θおよびφを定義する。すなわち、入射光Lが入射面S1に入射する点Oにおいて入射面S1に立てた垂線をOP、点Oを起点として入射光Lの光源側に引いた特定の半直線をOQとする。Oを起点とする任意の半直線の、垂線OPからの偏角をθとする。そして、入射光Lの、垂線OPからの偏角をθL(0≦θL≦90°)、垂線OPを基準として入射光Lと対称の方向の偏角を−θL(0≧−θL≧−90°)とおく。また、Oを起点とする任意の半直線を入射面S1に射影し、得られる半直線の、半直線OQからの偏角(方位角)をφとする。この際、半直線OQから時計回り方向に回転した角度を正とし、反時計回り方向に回転した角度を負とする。そして、入射光Lを入射面S1に射影し、得られる半直線OMと半直線OQとがなす角をφL(−90°≦φL≦90°)とおく。このように定めると、入射光Lの入射方向は、偏角θとφの組み(θ、φ)を用いて(θL、φL)と表され、その正反射方向は(−θL、φL+180°)と表される。
測定装置:全自動微細形状測定機 サーフコーダーET4000A (株式会社小坂研究所)
λc:0.8mm
評価長さ:4mm
カットオフ:×5倍
データサンプリング間隔:0.5μm
図8は、変形例1に基づく機能性積層体50の構造を示す断面図である。この例は請求項16に対応する。機能性積層体50が機能性積層体10と異なるのは、洗浄効果を発現する自己洗浄効果層51を入射面上に備えていることである。自己洗浄効果層51は、例えば、酸化チタンTiO2などの光触媒を含んでおり、光触媒の親水性によって、機能性積層体50の表面に付着した汚れを雨水などで均一に洗い流すことができる。なお、自己洗浄効果層51に代えて、撥水性を有する層(例えば、撥水性を有するフッ素系やシリコーン系の樹脂層)を形成してもよい。
図9は、変形例2に基づく機能性積層体52の構造を示す断面図である。機能性積層体52が機能性積層体10と異なるのは、特定波長領域以外の光L2を透過させるのではなく、散乱させることである。本変形例によれば、赤外線などの、特定波長領域の光L1を指向反射し、かつ可視光などの、特定波長領域以外の光L2を散乱させることができる。このようにすると、機能性積層体52に曇りガラスのような意匠性を付与することができる。
図10は、変形例3に基づく機能性層61の形状を示す斜視図(a)、および機能性積層体60の構造を示す断面図(b)である。図10(a)では、見やすくするため、機能性層61と第2の樹脂層63のみを示した。この例は請求項9に対応する。機能性層61の反射面は、機能性層1と同様に、平面形状が細長い長方形である2種類の反射面64aおよび64bからなる多数の反射面群で構成されており、多数の反射面64aおよび64bは交互に一方向に向かって一次元的に配列されている。また、反射面64aおよび64bは、長辺は光入射面(例えば、第1の支持体4の表面;図10(b)参照。)に対して平行であるが、短辺は、それぞれ、光入射面に対し一定の角度で傾いて形成されている。しかし、機能性層1とは異なり、反射面64aと反射面64bとは、短辺の長さおよび光入射面に対する傾きが互いに異なる。隣接する反射面64aと反射面64bとがなす角を二等分する面Nは、光入射面に直交する方向からαだけ傾いている。すなわち、反射面64aと反射面64bとは二等分面Nに関して非対称であり、機能性層61の反射面は一次元配列方向に関して反転対称性を有していない。機能性層61で再帰反射率が最大になる方向は、概ね二等分面N内にある。機能性層61では二等分面Nが光入射面に直交していないので、再帰反射率が最大になる方向は入射面に直交する方向から傾斜した方向になる。
図11は、変形例4に基づく機能性層66の形状を示す斜視図(a)、および機能性積層体65の構造を示す断面図(b)である。図11(a)では、見やすくするため、機能性層66と第2の樹脂層68のみを示した。この例は請求項10に対応する。機能性層66の反射面は、機能性層1と同様に、平面形状が細長い長方形である1種類の反射面64からなる多数の反射面群で構成されており、多数の反射面64は一方向に向かって一次元的に配列されている。また、反射面64は、長辺は光入射面(例えば、第1の支持体4の表面;図11(b)参照。)に対して平行であるが、短辺は光入射面に対し一定の角度で傾いて形成されている。
図12は、変形例6に基づく機能性層71の形状を示す斜視図である。見やすくするため、図12では、機能性積層体70の機能性層71と第2の樹脂層73のみを示した。機能性層71は、図5に示した機能性層21の変形例である。機能性層71の反射面は、機能性層21の反射面と同様に、多数の単位凹部72が規則正しく配置されて構成されている。しかし、機能性層71の反射面は、機能性層21の反射面と異なり、頂部が丸みを帯びた形状(曲率半径Rを有する形状)となっている点が異なっている。
図13は、変形例6に基づく機能性層74における二次元配列を示す平面図(a)と、平面図(a)に13B−13B線および13C−13C線で示した位置における断面図(b)および(c)である。図5に示した機能性層21や、図6に示した機能性層31と同様に、機能性層74の反射面は、多数の単位凹部75が規則正しく稠密に配置されて構成されている。単位凹部75は外形の平面形状が長方形で、この長方形の内部に、滑らかな曲面からなる反射面を有する凹部が形成されている。機能性層21や機能性層31と同様に、機能性層74も再帰反射層として機能する。
図14は、変形例7に基づく機能性層における二次元配列を示す平面図(a)と、平面図(a)に14B−14B線および14C−14C線で示した位置における断面図(b)および(c)である。図13に示した機能性層74と同様に、機能性層77の反射面は、多数の単位凹部78が規則正しく稠密に配置されて構成されている。単位凹部78は外形の平面形状が六角形で、この六角形の内部に、滑らかな曲面からなる反射面を有する凹部が形成されている。機能性層74と同様に、機能性層77も再帰反射層として機能する。
実施の形態2では、請求項17〜20に記載した機能性構造体の例について説明する。本発明の機能性積層体は、代表的には、ガラスなどに貼りつけ、窓材などの機能性構造体を構成するようにすることができる。また、本発明の機能性積層体は、種々の内装部材や外装部材などの機能性構造体を構成するように用いることもできる。これらの機能性構造体は、壁や屋根のように固定された部材のみならず、季節や時間変動など、必要に応じて光学的機能性積層体の適用量を変更できる部材なども挙げられる。より具体的には、光学的機能性積層体を複数の要素に分割し、角度を変更するなどの手段により、光学的機能性積層体への入射光線の透過量を調整可能な部材、例えばブラインドなどが挙げられる。また、巻き取ったり、折り畳んだりすることが可能である光学的機能性積層体を適用した部材、例えばロールカーテンなどが挙げられる。更に、光学的機能性体を枠組みなどに固定し、必要に応じ枠組みごと取り外しが可能な部材、例えば障子などが挙げられる。
本適用例では、複数の日射遮蔽部材からなる日射遮蔽部材群の角度を変更することにより、入射光線の遮蔽量を調整可能な日射遮蔽装置の一例であるブラインド装置に機能性積層体を適用した例について説明する。
本適用例では、日射遮蔽部材を巻き取る、または巻き出すことで、入射光線の遮蔽量を調整可能な日射遮蔽装置の一例であるロールスクリーン装置について説明する。
本適用例では、指向反射性能を有する光学的機能性体を採光部に備える建具(内装部材または外装部材)に対して機能性積層体を適用した例について説明する。
実施例1〜6では、図1(a)に示した機能性積層体10として、近赤外光を選択的に指向反射する一方、可視光を透過させる光学機能性フィルムを作製した。この際、ピッチは50μmとし、第1の樹脂と第2の樹脂、および第1の支持体と第2の支持体は、それぞれ同一材料とした。樹脂および支持体の材料として種々の弾性率を有する材料を用い、その影響を調べた。
まず、図2(a)に示したように、バイトによる切削加工によって、ニッケル・リン(Ni・P)製の金型31の表面に、機能性層1と同一の立体形状を形成した。
トリエチレングリコールビス(2−エチルヘキサン酸) 30質量%
ベンジルメタクリレート(ライトエステルBZ) 8.5質量%
光重合開始剤(イルガキュア184) 3質量%
ベンジルメタクリレート(ライトエステルBZ) 48.5質量%
光重合開始剤(イルガキュア184) 3質量%
ベンジルメタクリレート(ライトエステルBZ) 41質量%
架橋剤(T2325) 15質量%
光重合開始剤(イルガキュア184) 3質量%
光重合開始剤(イルガキュア184) 3質量%
架橋剤(T2325) 15質量%
光重合開始剤(イルガキュア184) 3質量%
界面での膜の欠損に関しては、ヒートサイクル前後での可視透過率測定を行った。ヒートサイクル試験はエスペック株式会社製のTSA−301L−Wを用いた。試験条件としては、−40℃で1時間保持した後、85℃で1時間保持する工程を1サイクルとし、このサイクルを100回繰り返した後、常温で取り出した。膜に欠損があると、透過率が低下するので、膜の欠損の度合いを透過率によって間接的に評価した。
ダンベル形状に打ち抜いた厚さ0.1mmのフィルム状樹脂を、5mm/分の引っ張り速度で各5回測定を行った。ひずみ0.0005%とひずみ0.0025%での各々の引っ張り応力から、25℃における弾性率を求めた。ガラスの場合は、厚さが100μmのガラス片をガラスカッターで切り出した。
V−7100(日本分光株式会社製)を用いて、波長550nmにおける透過率の測定を行った。高温高湿試験前後での透過率を比較し、550nmでの透過率の減少率が2%以上である場合を不合格、2%未満である場合を合格とした。
実施例7では、図1(b)に示した機能性積層体11として、近赤外光を選択的に指向反射する一方、可視光を透過させる光学機能性フィルムを作製した。この際、ピッチは50μmとした。離型剤としてリリエース(商品名;東レダウコーニング(株)製)を用いて離型処理を施した石英板を第2の支持体として、実施例1〜6と同様にして機能性積層体を作製し、その後、石英板を剥離させて機能性積層体11である光学機能性フィルムを得た。第1の基材、および第1の樹脂と第2の樹脂として、下記の材料を用いた。
第1の基材:PET樹脂コスモシャインA4300(商品名;東洋紡績(株)製) 弾性率3.9×109Pa
第1および第2の樹脂:樹脂E 弾性率1.4×109Pa
実施例1〜6と同様にして測定した可視光の透過率の減少率は−1.3%であり、評価は良であった。
5…第2の支持体、6…外部支持体、7a、7b…反射面、10、11…機能性積層体、
20…機能性積層体、21…機能性層、22a〜22d…反射面、23…単位凹部、
24…第2の樹脂層、30…機能性積層体、31…機能性層、32a〜32c…反射面、
33…単位凹部、34…第2の樹脂層、41…金型、42…第1の樹脂材料層、
43…第2の樹脂材料層、50…機能性積層体、51…自己洗浄効果層、
52a〜52c…機能性積層体、53…微粒子、54、55…光拡散層、
60…機能性積層体、61…機能性層、2…第1の樹脂層、63…第2の樹脂層、
64a、64b…反射面、65…機能性積層体、66…機能性層、67…第1の樹脂層、
68…第2の樹脂層、69a、69b…反射面、70…機能性積層体、71…機能性層、
72…反射面、73…第2の樹脂層、74…機能性層、75…反射面、
76…第2の樹脂層、77…機能性層、78…反射面、79…第2の樹脂層、
80…ブラインド装置、81…スラット(羽)、82…スラット群(日射遮蔽部材群)、
83…ヘッドボックス、84…ボトムレール、85…昇降コード、
86…昇降操作コード、87…ラダーコード、88…基材、89…機能性積層体、
90…ロールスクリーン装置、91…スクリーン、92…ヘッドボックス、93…芯材、
94…チェーン、95…基材、96…建具、97…光学的機能性体、98…枠材、
99…基材、100…キューブコーナーシート材料、112…キューブコーナー要素、
114…本体部、116…ランド層、118…本体層、120…裏面、121…前面、
122a、122b、122c…キューブコーナー要素を構成する平面
Claims (20)
- 所定の立体的形状に形成された無機物層を含有する機能性層と、
前記機能性層の2つの主面のそれぞれに密着し、前記機能性層を狭持するように配置 された第1の樹脂層及び第2の樹脂層と、
前記第1の樹脂層の、前記機能性層と接している面とは反対側の面、及び前記第2の 樹脂層の、前記機能性層と接している面とは反対側の面にそれぞれ接して配置され、前 記第1の樹脂層及び前記第2の樹脂層に比べ弾性率が大きい、第1の支持体及び第2の 支持体と
を有し、前記第1の支持体及び前記第2の支持体の一方は、それと同等以上の弾性率を有する外部支持体で代替される場合には、省略可能である、機能性積層体。 - 前記第1の支持体又は前記第2の支持体が省略されており、前記第1の樹脂層及び前記第2の樹脂層に比べ弾性率が大きい前記外部支持体に、前記第1の樹脂層又は前記第2の樹脂層を接着するように構成されている、請求項1に記載した機能性積層体。
- JIS 7161に基づいて測定された、前記第1の支持体及び前記第2の支持体の弾性率が、25℃において7×108〜7.2×1010Paである、請求項1に記載した機能性積層体。
- 前記第1の樹脂と前記第2の樹脂とが同種の材料からなる、請求項1に記載した機能性積層体。
- 前記第1の支持体の表面を光入射面とし、入射光を反射、吸収、半透過、又は透過する光学的機能性積層体である、請求項1に記載した機能性積層体。
- 前記機能性層が、指向反射性を有する光学的機能性層である、請求項5に記載した機能性積層体。
- 前記機能性層の反射面が第1の反射面群と第2の反射面群からなる多数の反射面群で構成され、前記第1の反射面及び前記第2の反射面の平面形状は細長い長方形で、長辺は互いに同じ長さであり、前記長辺は前記光入射面に対して平行であるが、前記第1の反射面および前記第2の反射面の短辺は、それぞれ、前記光入射面に対して一定の角度で傾いて形成されており、多数の前記第1の反射面及び多数の前記第2の反射面が、前記反射面の長手方向に直交する方向に向かって一次元的に交互に配列されている、請求項6に記載した機能性積層体。
- 前記機能性層の反射面は、多数の単位凹部又は単位凸部が規則正しく配置されて構成されており、前記単位凹部又は単位凸部の立体的形状が、角錐形、円錐形、半球形、又はシリンドリカル形である、請求項6に記載した機能性積層体。
- 前記機能性層の反射面の対称面の面内方向又は対称軸の方向、すなわち、再帰反射率が最大又は概ね最大になる方向が、前記入射面に直交する方向から傾斜している、請求項6に記載した機能性積層体。
- 前記機能性層の反射面が、1種類の、個片化された、多数の反射面群で構成され、前記反射面の平面形状は細長い長方形で、その長辺は前記光入射面に対して平行であるが、その短辺は前記光入射面に対して一定の角度で傾いて形成されており、前記反射面がその長手方向に直交する方向に向かって一次元的に配列されている、請求項5に記載した機能性積層体。
- 特定の波長領域の入射光を選択的に反射、吸収、半透過、又は透過する光学的機能性積層体である、請求項1に記載した機能性積層体。
- 前記機能性層が、特定の波長領域の入射光を選択的に反射又は透過する光学的機能性層である、請求項11に記載した機能性積層体。
- 前記機能性層が、高屈折率層と金属層とが積層された複数層からなる、請求項12に記載した機能性積層体。
- 前記機能性層が、低誘電率層と高誘電率層とが交互に積層された複数層からなる、請求項12に記載した機能性積層体。
- 前記機能性層が、可視光領域において透明性を有する導電性材料を主成分とする透明導電層、又は外部刺激により反射性能が可逆的に変化するクロミック材料を主成分とする機能性層である、請求項12に記載した機能性積層体。
- 前記機能性積層体の表面に、撥水性又は親水性を有する層を備える、請求項5に記載した機能性積層体。
- 請求項1〜16のいずれか1項に記載した機能性積層体を備える、機能性構造材。
- 請求項5〜16のいずれか1項に記載した光学的機能性積層体を備え、窓材として構成されている、請求項17に記載した機能性構造材。
- 請求項5〜16のいずれか1項に記載した光学的機能性積層体を備え、日射遮蔽部材として構成されている、請求項17に記載した機能性構造材。
- 請求項5〜16のいずれか1項に記載した光学的機能性積層体を採光部に備え、建具として構成されている、請求項17に記載した機能性構造材。
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