JP2018178372A - エアロゲルを利用した透光部材 - Google Patents

Abstract

【課題】日射透過を抑制できるエアロゲルを利用した透光部材を提供する。【解決手段】第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂと、これら第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂの間に画成される半透明領域３とを具備するエアロゲルを利用した透光部材である。前記半透明領域３は、前記第１透光板及び第２透光板の間の区間内に少なくともエアロゲルの半透明粒子４を充填している。そして前記半透明粒子４の平均粒径を０．０５〜０．５ｍｍの範囲としている。【選択図】図１

Description

本発明は、エアロゲルを利用した透光部材、特に外壁パネルなどの建材として利用される透光部材に関する。

一般の外壁パネルは、自然光を取り込むことができない。ガラスは、自然光を取り込むことができる代わりに、グレアを引き起こし、日射により冷房負荷を増大させるとともに、不十分な断熱性により、空調負荷を増大させる。こうした問題は、プライバシーの保護を兼ねて、ブラインドやルーバーを使用することにより或る程度解消されるが、その反面、イニシャルコストの増加を招く。
トリプルガラスや真空ガラスなどの断熱ガラスも用いられるが、ブラインドやルーバーなどの使用は必須である。
建物のファザード（正面部分）にダブルスキン構造を採用することも行われているが、ダブルスキン内部の清掃に手間がかかる。
こうした状況に対して、主として北欧などの寒冷地において、最大長さが０．５〜５ｍｍ程度の顆粒状のシリカアエロゲルを２枚の透明板（又は半透明板）の間に挟んだものを外壁パネルとして使用する例が散見されている（非特許文献１）。
また内側のガラス板及び外側のガラス板の間に疎水性エアロゲルの粒状物を出し入れ可能とした二重ガラス装置（特許文献１）や、第１のガラス板と第２のガラス板との間にエアロゲルパウダなどの充填剤を充填した真空絶縁ガラス（特許文献２）も知られている。

特開平１１−３００８５ 特許第５９９２５２３号

http://www.okalux.de/en/solutions/brands/okagel.html 外国法人"Okalux Gmbh"(有限会社オカルックス)のＨＰ／商品名OKAGELの説明ページ （検索日：２０１７年３月７日）

シリカエアロゲルは熱伝導性が低いため（約２０ｍＷ／ｍｋ程度）、非特許文献１の外壁パネルは、寒冷地では暖房負荷の低減に優れた効果を発揮する。その反面、比較的温暖な土地では、夏場の冷房負荷が大きくなるという不都合があり、結局一般窓を有するファザードに比べて年間を通じた空調負荷が大きくなってしまうおそれがある。
またエアロゲルは脆弱で崩れやすいものであるために、製品化された当初では、２枚の透明板の間の空間に顆粒状のシリカエアロゲルを充填させていても、使っているうちにガラス窓に当たる風圧や地震力などの外力により顆粒がつぶれてしまい、当該空間の上部に隙間ができてしまう可能性がある。そうするとますます冷房負荷が増大する。
こうした問題に関して、特許文献１の二重ガラス装置は、粒状物の大きさが明らかではないが、透光性に優れていることを目的の一つに掲げるものであり（段落０００６）、これでは夏季の空調負荷の増大を回避できない可能性がある。
特許文献２の真空絶縁ガラスは、高い断熱性を目指すものであり、光を透過することに関して言及していない。日射を通し過ぎると前述の冷房負荷の増大の問題があるが、光を全く透過しないと室内の照明などに余分のエネルギーを必要とする。
また何れの特許文献もエアロゲルの脆弱性の問題に関しては言及していない。

本発明の第１の目的は、日射透過を抑制できるエアロゲルを利用した透光部材を提供することである。
本発明の第２の目的は、断熱性の高いエアロゲルの特性を活用しつつ、不透明性の高い他の材料を活用して可視光透過率を適度に制限した透光材料を提供することである。
本発明の第３の目的は、エアロゲルを利用しており、かつエアロゲルの脆弱性の影響を受けにくい透光部材を提供することである。

第１の手段は、透光部材であり、
第１透光板及び第２透光板と
これら両透光板の間に画成される半透明領域と
を具備し、
前記半透明領域は、前記第１透光板及び第２透光板の間の区間内に少なくともエアロゲルの半透明粒子を充填してなり、
前記半透明粒子の平均粒径が０．０５〜０．５ｍｍの範囲である。

本手段では、透光部材１が有する第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂの間の半透明領域３を、平均粒径が０．０５〜０．５ｍｍの範囲であるエアロゲルの半透明粒子４を充填させて形成している。
この構成により、ある程度の透光性は確保されるとしても、夏季の空調負荷を低減することができる。
後述の表１に示す如く、材料（エアロゲル）の透光性が同程度であっても、平均粒径が小さくなると、透光部材全体としての透光率は低減される。透光率を１５%以下にするとグレアを防止できる。
この構成により、ある程度の透光性を確保しつつ、夏季の空調負荷の低減を図ることができる。

「透光部材」とは、図１に示す透光パネルの他に、図１４に示す柱状体を含む。
「透光」とは、建築物の外壁パネルや柱状体の用途に使用される建材の厚みの範囲で光を透過することをいう。
「透光板」…透明板又は半透明板のどちらでもよい。
「半透明」とは、光は透過するが、透明ではないという程度の意味であり、例えば６ｍｍ厚のフロート板ガラス２枚の間に１２ｍｍ厚のエアロゲル層の可視光透過率が１０〜６０％となる場合をいう。
なお、本明細書では、平均粒径が０．５mmを超えるものを顆粒状粒子といい、平均半径が０．５mm以下のものを粉状粒子という。
「エアロゲル」としては、シリカエアロゲルの他に例えばキトサンエアロゲルを用いることができる。

第２の手段は、第１の手段を有し、かつ
前記半透明領域を構成する各半透明粒子の粒径をほぼ一様とすることにより、粒子同士の間に光の通過が可能な空隙が形成されている。

本手段では、半透明粒子の粒径をほぼ一様とすることにより、粒子同士の間に光の通過が可能な空隙ｇを形成している。これにより、夏季の空調負荷が過剰とならない範囲で透光性を確保することができる。
「ほぼ一様」とするのは、半透明領域が均一になるようにするためである。

第３の手段は、第１の手段を有し、かつ
前記半透明領域は、前述の半透明粒子の間に分散して混合された不透明粒子を含み、
当該半透明粒子及び不透明粒子は安息角が５５°以下であって、
半透明粒子の密度Ｍｓに対する不透明粒子の密度Ｍｏの比（Ｍｏ／Ｍｓ）が０．２以上で１１．０以下である。

本手段では、図５に示す如く、平均粒径が０．０５〜０．５ｍｍである半透明粒子の間に不透明粒子を含めている。すなわち、第１の手段で述べた半透明粒子の平均粒径を０．５ｍｍ以下にすることにより透光性を制限するというアイディアに加えて、不透明粒子を均一に分散混在することにより透光性を制限している。
これにより、透光部材全体としての透光性を限定することができる。
安息角は、崩れにくさの尺度であり、一般には、一定の高さから粉状体を落下させて、自発的に崩れることなく安定を保つときに粉体の山の斜面と水平面とがなす角度で表される。従って凝集の程度を表す指標となる安息角が大きいと均一に混合しがたく、一様な透明領域が得られにくいため、安息角の好ましい上限値を設定している。
半透明粒子に対する不透明粒子の密度比（Ｍｏ／Ｍｓ）の上限を設定したのは、この上限を超えると混合不良や分離といった欠陥を生ずるからである。

第４の手段は、透光部材であり、
第１透光板及び第２透光板と
これら両透光板の間に画成される半透明領域と
を具備し、
前記半透明領域は、前記第１透光板及び第２透光板の間の区間内にエアロゲルの半透明粒子を充填させるとともに、半透明粒子の間に分散して混合された不透明粒子を含んでおり、
前記半透明粒子の平均粒径が０．５〜５ｍｍの範囲であり、
当該半透明粒子及び不透明粒子は安息角が５５°以下であって、
半透明粒子の密度Ｍｓに対する不透明粒子の密度Ｍｏの比（Ｍｏ／Ｍｓ）が０．２以上で１１．０以下である。

本手段では、図６に示す如く、平均粒径が０．５〜５ｍｍの半透明粒子（顆粒状の半透明粒子）の間に不透明粒子を含めている。すなわち、第１の手段で述べた半透明粒子の平均粒径を０．５ｍｍ以下にすることにより透光性を制限するというアイディアに代えて、不透明粒子を均一に分散混在することにより透光性を制限している。本手段の発明特定事項のうち第３の手段と共通することに関しては、第３の手段で解説したことを援用する。

第５の手段は、第３の手段又は第４の手段を有し、かつ
不透明粒子の見かけ上の粒径Ｄｉを、１μｍ≦Ｄｉ≦１１００μｍとしたことを特徴とする。

本手段では、主として不透明粒子の見かけ上の粒径の範囲を提案するものである。
粒径の範囲の上限の意味は均一な外観を担保することであり、この上限を超えて不透明粒子が大きくなると、透過光の均一性を損ない、或いは透光部材の体裁が悪くなる可能性があるからである。
また粒径の範囲の下限の意味は取り扱いの容易性を担保することである。すなわち、
「見かけ上の粒径」とは実測して得られる粒径という程度の意味である。

第６の手段は、第１の手段から第５の手段のいずれかを有し、かつ
前記第１透光板及び第２透光板の間に、これら両板に直交する向きの仕切り板を設けた。

本手段では、図１３に示すように、第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂとの間にこれら両板に直交する仕切り板２６を設けることを提案している。当該仕切り板が水平になるように透光部材を建物に設置することにより、脆弱性を有するエアロゲルで形成された半透明粒子が潰れて半透明領域３の上側に隙間ができる不都合を低減することができる。
なお、仕切り板は、垂直となるように配置してもよい。

第１の手段に係る発明によれば、半透明領域は、前記第１透光板及び第２透光板の間の区間内に平均粒径が０．０５〜０．５ｍｍの範囲であるエアロゲルの半透明粒子を充填してなるから、透光量を適当に制限することができる。
第２の手段に係る発明によれば、空隙を介して入射光が乱反射して透過することが可能としたことにより、或る程度の透光量を確保できる。
第３の手段の発明によれば、平均粒径が０．０５〜０．５ｍｍである半透明粒子の間に不透明粒子を混合分散させたから、前述の半透明粒子の粒径を小径化することによる透光性の抑制に加えて、不透明粒子の遮光性により、透光部材全体の透光性を効果的に抑制することができる。
第４の手段の発明によれば、平均粒径が０．５〜５ｍｍである半透明粒子の間に不透明粒子を混合分散させたから、不透明粒子の遮光性により、透光部材全体の透光性を確実に抑制することができる。
また第３の手段及び第４の手段によれば、半透明粒子及び不透明粒子の安息角を５５°以下とし、粒子の凝集の程度を制限したから、当該凝集力により半透明粒子及び不透明粒子が分離する傾向を抑制することができ、
半透明粒子の密度Ｍｓに対する不透明粒子の密度Ｍｏの比を０．２≦（Ｍｏ／Ｍｓ）≦１１．０としたから、密度差により半透明粒子及び不透明粒子が分離する傾向を抑制することができる。
第５の手段に係る発明によれば、不透明粒子の見かけ上の粒径Ｄｉを、１μｍ≦Ｄｉ≦１１００μｍとしたから、透光性が不均一になることを回避することができる。
第６の手段に係る発明によれば、第１透光板及び第２透光板の間に、これら両板に両端を当接する仕切り板を設けたから、半透明粒子が崩れて沈降してしまうことを防止できる。

本発明の第１実施形態に係る透光部材の縦断面図である。 図１の透光部材の建物への適用例を示す図である。 本発明の透光部材の熱貫流率及び日射熱取得率の関係を示すグラフである。 前記透光部材に使用される粒子の粒径の好ましい標準偏差を示す図であり、同図（Ａ）は粒径と確率密度との関係を、同図（Ｂ）は粒径と累積確率密度との関係をそれぞれ示している。 本発明の第２実施形態に係る透光部材の縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る透光部材の縦断面図である。 図５及び図６の実施形態に使用する半透明粒子及び不透明粒子の混合状態での性状を視認した結果を示す図である。 主に図５及び図６の実施形態に使用する半透明粒子及び不透明粒子を各種条件で混合させた状態での可視光透過率及び熱貫流率の関係を表す試験結果を示す図であり、 同図（Ａ）では粉状の半透明粒子に不透明粒子を混合したサンプルを使用しており、 同図（Ｂ）では顆粒状の半透明粒子に不透明粒子を混合したサンプルを使用している。 主に図５及び図６の実施形態に使用する半透明粒子及び不透明粒子の層に外力を加えて沈降量を試験した結果を示す図である。なお、外力とは段落００３４に示す初期衝撃と後の衝撃である。 本発明の第４実施形態に係る透光部材の縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係る透光部材の縦断面図である。 図１１の透光部材の変形例の縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係る透光部材の縦断面図である。 本発明の変形例の横断面図である。

図１から図４は、本発明の第１実施形態に係る透光部材である透光パネル１Ａを示している。この透光パネル１Ａは、一定の間隔をおいて平行にかつ垂直に設置された第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂを有する。両透明板は例えばガラス板とすることができる。
透光パネル１Ａは、当該パネルの少なくとも各端部を封止する閉塞具５を含む。閉塞具５の構成としては、好適な一実施例として、従来の複層ガラスと同様の構造を採用することができ、透明パネルの四辺において、第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂの対応する端部同士を閉塞するループ状の形状のものとすることができる。前記閉塞具５は、一次封着材５ｃで形成する内層と二次封着材５ａで形成する外層の２構造とすることができ、その内層の巾方向中間部にスペーサ５ｂを設けてもよい。一次封着材５ｃはブチル系シーリング材などで、二次封着材５ａはシリコーン系シーリング材などで形成することができる。これらの構造は適宜変更することができ、例えばスペーサを省略してもよく、単一のシーリング材で形成しても構わない。
さらに外力（地震、風）で第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂにたわみが生じて、半透明粒子４の充填部の圧力が容易に高まり、その圧力が半透明粒子４を破壊することで、半透明粒子４の沈降が生ずる場合がある。これを防止するために、図１に示す透光パネルを垂直に、または壁部に使用する場合、上辺の水平部にある閉塞具５に部分的な開口（孔など）を設けることで、圧力の上昇を防止して、沈降を抑制できる。なお、半透明粒子４は、耐久性に優れるため、閉塞具５の一部に開口があっても長期の熱物性と光物性とを低下させることは無い。さらに、部分的な開口を小さくすることで、その開口から半透明粒子へ流入する湿分を少なくできる。したがって閉塞具５に設けた開口から流入する湿分が半透明粒子内にとどまり、カビや藻類などが生成して美観を欠く懸念はない。
第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂの間に半透明領域３が設けられている。
半透明領域３は、シリカエアロゲルの半透明粒子４を充填することで形成される。なお、シリカエアロゲルに代えてキトサンのエアロゲルを用いることもできる。キトサンは微細なキトサン繊維が三次元的に絡み合った構造を有し、シリカエアロゲルに近い透光性・断熱性を有し、またシリカエアロゲルにない柔軟性を有する。
半透明粒子４同士の間には空隙ｇが存在する。前記半透明粒子４は、平均粒径が０．０５〜０．５ｍｍである粉状体である。平均粒径をこのように設定した理由は次の通りである。次の表１は、エアロゲルの粒子の集合体の可視光透過率と粒径との関係を示している。１２ｍｍ厚のエアロゲル粒子層をフロート板ガラス（６ｍｍ厚）ではさみこんだ場合の可視光透過率である。粒径が小さいほど可視光透過率が低くなる傾向が見受けられる。エアロゲル粒子の平均粒径を前記の如く設定することにより、断熱性に優れるなどのエアロゲルの特性を残したままで、可視光透過率を制限することができる。

第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂの間に半透明粒子を充填するときには、両透明板の上端の間の隙間を充填口として、上方から当該充填口を介して両透明板の間へ自由落下させればよい。なお、密実に充填させるために、透光板２Ａ又は２Ｂの一方又は両方に振動を与えることが望ましい。振動を与えるためには、例えば壁打ちバイブレーターなどを用いるとよい。

図２は、本発明の透光パネル１Ａを建物の窓部Ｗに適用した例である。Ｆは窓部Ｗに付設された窓枠である。説明の便宜上、第１透光板２Ａは建物の外側に、第２透光板２Ｂは室Ｒの側に配置されるものとしている。

前記半透明粒子４を利用して透光パネル１Ａの可視光透過率を抑制することができる。透光パネル１Ａ全体の可視光透過率を１５%以下とするとよく、これにより、ブラインドを用いなくてもグレアを抑制することができる。半透明粒子４の表面を光が反射・屈折することにより、拡散自然光を導くことができ、さらに優れた断熱性を有する半透明壁体を提供できる。

前記半透明粒子４は、次の条件を満たすことが望ましい。
（１）半透明粒子の安息角が５５°以下であること。
半透明粒子４を２枚の透明板の間に落下させ、充填する際に不透明粒子が閉塞しないようにするためである。安息角が大きいと、不透明粒子が凝集したり、透明板にはりついて閉塞する。
（２）熱伝導率が４５ｍＷ／ｍＫ以下であること。
この条件を満たすことにより熱伝導性を良好なものとすることができる。

本実施形態の透明パネルの断熱性に関するデータを示す。
図３は、本発明の第１実施形態の透光パネルに関して熱貫流率と日射熱取得率との関係を示している。半透明層の厚みを一定とし、断熱性が一定であるという条件の下で、日射熱取得率を変化させることができることをこのグラフから読み取ることができる。換言すれば、低い日射熱取得率を選定することが可能である。
図４は、本発明の透光部材１に使用されるエアロゲル粒子の好ましい平均粒径及び標準偏差を示している。もっとも好ましいのは平均粒径が０．３ｍｍであり、かつ標準偏差が０．１４ｍｍであることである。

以下、本発明の他の実施形態に係る透光部材を説明する。これらの説明において第１実施形態と同じ構成に関しては解説を省略する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る透光部材である透光パネル１Ａを示している。この透光パネル１Ａの半透明領域３は、前記エアロゲルの半透明粒子４と不透明粒子６とを混合させてなる。これら両粒子は均一に混合させることが望ましい。
粉状のエアロゲル半透明粒子４に対する不透明粒子６の混合率は、６０vol%以下であることが望ましく、好ましくは１０vol%以下とし、さらに好ましくは５vol%以下とする。

前記不透明粒子６は、半透明粒子４に関して挙げた前述の条件（１）〜（２）を満たすことが望ましく、さらに次の条件を満たすことが望ましい。
（３）不透明粒子６の安息角が５５°以下であること。
半透明粒子４及び不透明粒子６の混合物を２枚の透明板の間に落下させ、充填する際に不透明粒子が閉塞してしないようにするためである。
（４）半透明粒子４の密度Ｍｓに対する不透明粒子６の密度Ｍｏの比（Ｍｏ／Ｍｓ）が０．２〜１１．０、より好ましくは０．４〜５．０、さらに好ましくは０．４〜２．０であること。
この数値範囲の上限値の意味は、両粒子の分離を制限することであり、下限値の意味は両粒子の分離を制限するとともに均一に混合できるようにすることである。すなわち、両者の密度比が大きすぎると、両粒子を２枚の透明板の間に充填する際や運搬中の振動などにより、密度の大きい不透明粒子が下に沈み易い傾向を生じ、その結果として混合不良や分離といった欠陥を生ずるおそれがあるからである。
（５）不透明粒子の見かけ上の粒径Ｄｉが１μｍ〜１１００μｍであること。
不透明粒子の見かけ上の粒径が１１００μｍを超えると、利用者が透光パネルを見たときに個々の不透明粒子が視認され、外観の均一性を損なう可能性があるからであり、不透明粒子の見かけ上の粒径が１μｍ未満となると、半透明粒子と均一に混合させることが難しくなるからである。
また、本実施形態のように粉状の半透明粒子（見かけ上の粒径が５０〜５００μｍ）に対して不透明粒子の見かけ上の粒径が１１００μｍを超えると、両粒子の重量の違いが大きくなり、分離を生じ易くなるという問題もある。また粒径が小さ過ぎる（１μｍ未満である）場合には混合作業を行うとき或いは混合物の充填する作業を行うときに粉塵を生じて作業性を欠くという問題もある。
エアロゲル半透明粒子４の見かけ上の粒径Ｄｓに対する不透明粒子６の見かけ上の粒径Ｄｉの比が０．１≦（Ｄｉ／Ｄｓ）＜３．０、より好ましくは０．１≦（Ｄｉ／Ｄｓ）≦１．０であることが望ましい。

不透明粒子の具体例としては、例えば中空シリカ、シリカフューム、沈殿シリカ、アルミナ、燃焼シリカ、ガラスビーズ、発泡スチロール粒子などが考えられる。こうした不透明粒子を混合させることにより、日射取得率も透過光を低減することで小さくすることができる。また一般に高価であると言われるエアロゲルの使用量を減らすことができるため、コスト低減にも寄与できる。

図６は、本発明の第３実施形態に係る透光部材である透光パネル１Ａを示している。本実施形態の透光パネル１Ａでは、図５に示す第２実施形態の構成と比較して、半透明粒子４として、前述の０．０５〜０．５ｍｍの粉状のものに代えて０．５〜５ｍｍの範囲である顆粒状のものを用いた点が異なる。
この粒径が０．５〜５ｍｍの半透明粒子４を用いた場合には、粒径が０．０５〜０．５ｍｍの場合と比較して、半透明粒子が沈降しにくいという特性を有する。
なお、不透明粒子６の構成に関して第１実施形態で記載したことは、半透明粒子との粒径比を除いて本実施形態に援用する。

以下、第２実施形態及び第３実施形態の実験例を示す。
図７は、通し番号(１)〜(２)で示す半透明エアロゲル粒子に対して様々な条件で通し番号(３)〜(１９)で示す不透明粒子を混合し、混合後の様子を視覚により視認した結果を表す。
（a）実験に使用した不透明粒子は、見かけ上の最大粒径が１５μｍであるエアロゲル微粒子｛通し番号(３)}、中空シリカ｛通し番号(４)}、シリカフューム｛通し番号(５)}、フライアッシュ｛通し番号(６)}、沈殿シリカ｛通し番号(７)}、アルミナ｛通し番号(８)}、燃焼シリカ｛通し番号(９)〜(１０)｝、大径ガラスビーズ｛通し番号(１１)〜(１２)｝、小径ガラスビーズ｛通し番号(１３)〜(１４)｝、中径ガラスビーズ｛通し番号(１５)〜(１６)｝、大径発泡スチロール｛通し番号(１７)}、小径発泡スチロール｛通し番号(１８)}である。なお、それぞれの大きさのガラスビーズは、はっ水・親水状態の表面をもつ。
通し番号(１)の半透明粒子は見かけ上の最大粒径が１９３０μｍ・最小粒径が５０３μｍで安息角が２８°である顆粒タイプの半透明エアロゲル粒子（第３実施形態に相当する）、通し番号(２)の半透明粒子は、見かけ上の最大粒径が７５３μｍ・最小粒径が１３６μｍで安息角が３９°である粉体タイプの半透明エアロゲル粒子（第２実施形態に相当する）である。
（b）なお、見かけ上の最大粒径及び最小粒径は、マイクロスコープで０．５ｍｍ角〜２ｍｍ角の複数の視野画像の範囲の粒径を測定して得た。また図７中、Ａ_opagueは不透明粒子のとりうる見かけの粒径の最小値、Ａ_gelは半透明粒子のとりうる見かけの粒径の最小値、Ｂ_opagueは不透明粒子のとりうる見かけの粒径の最大値、Ｂ_gelは半透明粒子のとりうる見かけの粒径の最大値である。そしてＡ_opague／Ａ_gel（＝Ｃ）、Ａ_opague／Ｂ_gel（＝Ｄ）、Ｂ_opague／Ａ_gel（＝Ｅ）、Ｂ_opague／Ｂ_gel（＝Ｆ）をそれぞれ計算して、これらＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆの数値のうちで最大の値をエアロゲルに対する粒径比として採用した。
安息角はＪＩＳ規格に準拠して（すなわちφ６０ｍｍの円盤から４０ｍｍの位置にあるφ４ｍｍの排出口から試料を落下させて円板上に円錐状に体積させたときの円盤面と斜面とのなす角度として３回測定して）得た。
エアロゲルに対する粒径比は、見かけの粒子径の取り得る範囲の最大値を示す。
混合の様子を観察するに際しては、間隙長さを１２ｍｍとする２枚の６ｍｍフロート板ガラスを平行に向かい合わせた容器を用いた。５００ｃｃのカップにエアロゲルと不透明粒子を計量後に投入して左右に振って混合させた後に、前記容器内へ自由落下させて１２ｍｍの混合層を形成し、観察した。
（c）観察した結果、図７に示す次の５つのケースで均一な混合状態が見られた。
・単体での安息角が２９°である通し番号(３)の不透明粒子（５vol%）と通し番号(２)のエアロゲル半透明粒子（９５vol%）との混合物。
・単体での安息角が３５°である通し番号(４)の不透明粒子（３０vol%）と通し番号(１)のエアロゲル半透明粒子（７０vol%）との混合物。
・単体での安息角が２８°である通し番号(６)の不透明粒子（３０vol%）と通し番号(１)のエアロゲル半透明粒子（７０vol%）との混合物。
・単体での安息角が４６°である通し番号(７)の不透明粒子（３０vol%）と通し番号(１)のエアロゲル半透明粒子（７０vol%）との混合物。
・単体での安息角が５１°である通し番号(８)の不透明粒子（３０vol%）と通し番号(１)のエアロゲル半透明粒子（７０vol%）との混合物。
（d）これらのケースに対して、通し番号(９)〜(１０)の燃焼シリカ、通し番号(１３)の表面がはっ水状態の小径ガラスビーズ及び通し番号(１４)の表面が親水状態の小径ガラスビーズ、通し番号(１５) の表面がはっ水状態の中径ガラスビーズ及び通し番号(１６) の表面が親水状態の中径ガラスビーズでは、混合後の様子が不均一である。これらの事例では、不透明粒子の最小粒径が１９〜４８μｍであって半透明粒子の最小粒径５０３μｍに比べてかなり小さく、そして半透明粒子に対する不透明粒子の密度比が１６.９２〜３８．４６であって段落００３１で推奨した密度比の上限（１１．０）を超えている。要するに、不透明粒子が小さくかつ比重が大きいわけであるから、不透明領域の下側に不透明粒子の中で粒が大きいものが集まって均一性が損なわれるものと解釈される。さらに、不透明粒子ははっ水・親水状態は、混合状態に大きく影響しない。
（e）通し番号(５)のシリカフュームでも、混合後の様子がやや不均一である。均一な混合状態が観察された前述の５つのケースのうちでエアロゲルに対する粒径比が特に大きい通し番号（６）及び（７）を除いて、通し番号（５）と通し番号(３)〜(４)及び(８)とを比較すると、通し番号（５）での半透明粒子に対する粒径比（０. ３０）は、通し番号(３)〜(４)及び(８)での半透明粒子に対する粒径比（０.１１、０．１２、０．１６）よりも大きい。通し番号（５）での半透明粒子に対する密度比（６．４６）は、段落００３１で２番目に奨励した密度比の上限値（５．０）を超えているために、この程度の粒径比であっても混合状態が不均一となっているものと解釈される。
（f）通し番号(１１) の表面がはっ水状態の大径ガラスビーズ及び通し番号(１２) の表面が親水状態の大径ガラスビーズでは、斑点状の模様が見えて体裁を損なっている。
これらのケースでは、半透明粒子の見かけ上の最小粒径が５０３μｍで最大粒径が１９３０μｍであるのに対して不透明粒子の最小粒径が９９１μｍで最大粒径が１３９７μｍである。両粒子の粒径が同程度であるので、混合状態としては均一である。しかしながら、不透明粒子の見かけ上の平均粒径は前述の好適な粒径の上限値（１１００μｍ）を超えているものと推測され、個々の不透明粒子を利用者が視認できてしまう。混合状態としては均一であっても外観上の均一性は損なわれている。さらに、不透明粒子ははっ水・親水状態は、混合状態に大きく影響しない。
（g）通し番号(１７)〜(１８)の発泡スチロールでも混合状態の不均一が観測された。これらは、安息角が５３°、５８°であり、推奨される安息角（５５°）に近い数値或いはこれを超える数値であって、凝集しやすい状態であるとともに、半透明粒子に対する密度比が０．３１であり、他の不透明粒子に比べて密度が低い。要するに、不透明粒子は凝集しやすくかつ低密度であるから、不透明領域の上側に集まる傾向を生じ、混合状態の均一性を損なうものと推測される。
図８は、半透明粒子と不透明粒子とを混合させてなる透光パネルに関して熱貫流率と可視光透過率との関係を示している。横軸の熱貫流率が低いほど断熱性が良く、縦軸の可視光透過率が低いほど光を通さない。
実験において、６ｍｍ厚さの２枚の平行なフロート板ガラスの間に所定厚の透光層（粒子充填層）を形成したサンプル容器を使用した。
図８（Ａ）は、平均粒子径０．４ｍｍの粉状の半透明粒子を用いた試験のデータを表す。
△で表されるデータ群は、透光層の厚さを２４ｍｍとし、半透明粒子としてエアロゲル粒子を、不透明粒子として中空シリカ粒子を用いた例であり、半透明粒子に対する不透明粒子の混合の割合は、（ａ）で０vol%、（ｂ）で５vol%、（ｃ）で１０vol%、（ｄ）で２０vol%ある。
○で表されるデータ群は、透光層の厚さを１６ｍｍとし、半透明粒子としてエアロゲル粒子を、不透明粒子として不透明エアロゲル粒子を用いた例であり、半透明粒子に対する不透明粒子の混合の割合は、（ｅ）で０vol%、（ｆ）で５vol%、（ｇ）で１０vol%ある。
図８（Ｂ）は、平均粒子径３ｍｍの顆粒状の半透明粒子を用いた試験のデータを表す。
×で表されるデータ群は、透光層の厚さを１２ｍｍとし、半透明粒子としてエアロゲル粒子を、不透明粒子として中空シリカ粒子を用いた例であり、半透明粒子に対する不透明粒子の混合の割合は、（ａ）で０vol%、（ｂ）で０．４vol%、（ｃ）で０．８vol%、（ｄ）で１．３vol%ある。
◇で表されるデータ群は、透光層の厚さを２４ｍｍとし、半透明粒子としてエアロゲル粒子を、不透明粒子として中空シリカ粒子を用いた例であり、半透明粒子に対する不透明粒子の混合の割合は、（ｅ）で０vol%、（ｆ）で１vol%、（ｇ）で５vol%ある。
□で表されるデータ群は、透光層の厚さを１６ｍｍとし、半透明粒子としてエアロゲル粒子を、不透明粒子として中空シリカ粒子を用いた例であり、半透明粒子に対する不透明粒子の混合の割合は、（ｈ）で０vol%、（ｉ）で１vol%、（ｊ）で５vol%、（ｋ）で１０vol%、（ｌ）で２０vol%、（ｍ）で３０vol%、（ｎ）で４０vol%である。
これらのデータから、中空シリカ粒子又は不透明エアロゲル粒子を、半透明エアロゲル粒子に混合することで、断熱性を一定の範囲を保ちながら、光の透過を抑制できることが分かる。さらに粒径が小さいほど、又は厚みが増すほど、或いは不透明粒子の混合量を増すほどに光の透過を抑制できるという傾向が読み取れる。
図９は、不透明粒子（エアロゲル粒子）単独および半透明粒子（エアロゲル顆粒又はエアロゲル粒子）単独を充填した容器に衝撃を加えて沈降量を調べる実験をいくつかの条件の下で観測した試験の結果を表している。半透明粒子及び不透明粒子の混合物に関しても衝撃が加わるため、本試験に表れる沈降現象の傾向は前記混合物の沈降にもあてはまると考えられる。
試験装置としては、独立発泡ポリエチレン樹脂製の枠体を介して、３００角・６ｍｍ厚の２枚のフロート板ガラスを向かい合わせ、その３辺をシリコーン系シーリング材（シーリング深さ１２ｍｍ）で接着して固定させてなる試験容器を使用した。この容器に対して、エアロゲルである不透明粒子を試験容器の内部（縦２５２ｍｍ×横２５２ｍ×厚さ１２ｍｍ）へ自由落下させて充填し、残りの一辺をシーリング材で接着してエアロゲル充填層を密閉空間とし、三日間室内で静置して、サンプルとした。
試験方法としては、次の手法により初期衝撃及び後の衝撃を加えた。
｛初期衝撃｝
それらのサンプルを水平面（机面）上に横置きして、サンプルの中央部に円柱状の重錘（φ１５０ｍｍ、高さ４０ｍｍ、５ｋｇ）を高さ１ｃｍから落下させ、衝撃を加えた。この衝撃を５０回繰返した後に、サンプルを鉛直に水平面上に立てて、サンプルから約５０ｃｍ程度離れた位置の水平面に同様に重錘を５０回繰り返して衝撃を与えた。いずれの衝撃も速やかに与えた。
｛後の衝撃｝
サンプルを水平面において、サンプル中央部にサンプルの中央部に円柱状の重錘（φ１５０ｍｍ、高さ４０ｍｍ、５ｋｇ）を高さ１ｃｍから落下させて。これを速やかに５０回繰り返した。
｛測定｝
サンプルに初期衝撃及び後の衝撃を与えて、１日、１５日、３５日静置した後に、エアロゲルの沈降量を測定したところ、図９に示す結果が得られた。これによりエアロゲルのサイズが大きい方が沈降しにくいということが分かった。

図１０は、本発明の第４実施形態に係る透光部材である透光パネル１Ａを示している。本実施形態の透光パネル１Ａでは第１透光板２Ａの内面に全反射層８が形成されている。そして“外側の層の絶対屈折率＞内側の層の絶対屈折率”という条件が満たされるようにそれぞれの素材を定める。
これにより、斜め上方から日射が入射したときに全反射し、冷房負荷を低減できる。好適な一例として第１透光板をガラス板とし、全反射層を絶対屈折率１．４９のアクリル板とすると、入射角８０．６°を超える太陽光を全反射することができる。
なお、図示例では、半透明領域３に不透明粒子６を混合しているが、不透明粒子を省略することもできる。

図１１及び図１２は、本発明の第５実施形態に係る透光部材である透光パネル１Ａを示している。本実施形態では、図１１に示す如く、前記第２透光板２Ｂの表面側（室内側）にＬｏｗ−Ｅ層１０が設けられている。
図示例では、第２透光板２Ｂの表面との間に空間Vを存して第２透光板２Ｂと平行に透明な支持板２０を設け、この支持板１２の内面にＬｏｗ−Ｅ層１０を形成している。図示のＬｏｗ−Ｅ層１０は、支持体２０表面にスパッタリングやコーティングなどの方法で形成されている。
第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂと支持板２０とは、それらの周囲に取り付ける枠部材で連結させることができる。また、閉塞具５を介して１枚のパネルとしても利用できる。
前記のようにＬｏｗ−Ｅ層１０を設けたから、再放射を効果的に抑制できる。
図１２は、本実施形態の変形例であり、第１透光板２Ａと第２透光２Ｂと支持板２０とを一体化して一枚のパネルとしたものである。第１透光板２Ａ及び第２透光２Ｂの端部同士の間、及び、第２透光２Ｂと支持板２０との端部同士の間は、それぞれ閉塞具５で封止している。図示例の閉塞具５は、単層のシール材料で形成しているが、第１実施形態と同じ構成としても構わない。

図１３は、本発明の第６実施形態に係る透光部材である透光パネル１Ａを示している。本実施形態では、第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂの間に複数の水平な仕切り板２６を含む保持体２０を挿入している。前記保持体２０は全体として透明又は半透明である。
このような構造とした理由は次の通りである。メンテナンスや防火上の観点からは、前記第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂはガラス板とすることが望ましい。しかしながら、２枚のガラス板でエアロゲル層を挟み込むと、外力でエアロゲル層が部分的に破壊されて、エアロゲル層の沈降を生じる。例えば風などによるガラスの変形にともないエアロゲル層の沈降が懸念される。これにより、透光部材１の上端側に空隙が生じ、日射が減衰されずに室内側へ入射される可能性もある。こうした不都合を回避するために前述の仕切り板２６を設けているのである。
前記保持体２０は、垂直な２枚の保持板２２の間に水平な複数の仕切り板２６を等間隔に架設してなり、これら保持板２２の上下両端を端板２４で閉塞してなる。前記仕切り板２６は、１００ｍｍ以内の間隔で設けることが望ましい。保持板２２の間には、前記複数の仕切り板２６と交差する垂直な補助板２８を形成してもよい。これらの構造は例えば合成樹脂により一体的に成形することができる。
なお、本実施形態の構成を、前記各実施形態の構成と組み合わせても構わない。図示例では、第１透光板２Ａの内側には、全反射層８（例えばアクリル板など）が第１透光板の内面に当接させた状態で配置している。保持体２０は、第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂの間に挿入されていればたり、全反射層８や第２透光板２Ｂと当接していなくてもよい。図示はしないが、第２透光板２Ｂの内方に前述のＬｏｗ−Ｅ層１０を設けてもよい。
例えば絶対屈折率が１．５１であるガラスとエアロゲルを充填した保持体２０との間に全反射層であるアクリル板（絶対屈折率１．４９）を挟むことでアクリル板を容易に固定できる。
前記保持体２０にエアロゲルを充填させる場合には、保持体２０の適所に予め設けた開口部（図示せず）を介して、所定の平均粒径のエアロゲル半透明粒子（第２実施形態の構成と組み合わせる場合には半透明粒子及び不透明粒子の混合体）を上方から落下させて充填させる。しかるのちに当該開口部をシールして密閉すればよい。

図１４は、本発明の第６実施形態に係る透光部材である透光柱を示している。
同図（Ａ）は、断面四角形状の透光柱１Ｂであり、第１透光板２Ａと第２透光板２Ｂと第３透光板２Ｃと第４透光板２Ｄとを有する。半透明領域３は互いに平行である第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂの間に、すなわち４枚の透明板で囲まれた空間内に形成されている。
同図（Ｂ）は、断面三角形状の透光柱１Ｃであり、第１透光板２Ａと第２透光板２Ｂと第３透光板２Ｃとを有し、相互に隣り合う第１透光板２Ａ及び第２透光板２Ｂの間、すなわち３枚の透明板で囲まれた空間内に形成されている。
図示例の半透明領域３は、第２実施形態のそれと同様に半透明粒子４及び不透明粒子６で形成されているが、不透明粒子６を省略することができる。

１…透光部材 １Ａ…透光パネル １Ｂ、１Ｃ…透光柱
２Ａ…第１透光板 ２Ｂ…第２透光板 ３…半透明領域
４…半透明粒子 ５…閉塞具 ６…不透明粒子 ８…全反射層
１０…Ｌｏｗ−Ｅ層 １２…支持板 １４…枠部材
２０…保持体 ２２…保持板 ２４…端板 ２６…仕切り板 ２８…補助板
ｇ…空隙 Ｖ…空間

Claims (6)

1. 第１透光板及び第２透光板と
   これら両透光板の間に画成される半透明領域と
   を具備し、
   前記半透明領域は、前記第１透光板及び第２透光板の間の区間内に少なくともエアロゲルの半透明粒子を充填してなり、
   前記半透明粒子の平均粒径が０．０５〜０．５ｍｍの範囲であることを特徴とする、エアロゲルを利用した透光部材。
2. 前記半透明領域を構成する各半透明粒子の粒径をほぼ一様とすることにより、粒子同士の間に光の通過が可能な空隙が形成されたことを特徴とする、請求項１記載のエアロゲルを利用した透光部材。
3. 前記半透明領域は、前述の半透明粒子の間に分散して混合された不透明粒子を含み、
   当該半透明粒子及び不透明粒子は安息角が５５°以下であって、
   半透明粒子の密度Ｍｓに対する不透明粒子の密度Ｍｏの比（Ｍｏ／Ｍｓ）が０．１以上で１１．０以下であることを特徴とする、請求項１に記載のエアロゲルを利用した透光部材。
4. 第１透光板及び第２透光板と
   これら両透光板の間に画成される半透明領域と
   を具備し、
   前記半透明領域は、前記第１透光板及び第２透光板の間の区間内にエアロゲルの半透明粒子を充填させるとともに、半透明粒子の間に分散して混合された不透明粒子を含んでおり、
   前記半透明粒子の平均粒径が０．５〜５ｍｍの範囲であり、
   当該半透明粒子及び不透明粒子は安息角が５５°以下であって、
   半透明粒子の密度Ｍｓに対する不透明粒子の密度Ｍｏの比（Ｍｏ／Ｍｓ）が０．１以上で１１．０以下であることを特徴とする、エアロゲルを利用した透光部材。
5. 不透明粒子の見かけ上の粒径Ｄｉを、１μｍ≦Ｄｉ≦１１００μｍとしたことを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載の、エアロゲルを利用した透明部材。
6. 前記第１透光板及び第２透光板の間に、これら両板に直交する向きの仕切り板を設けたことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載のエアロゲルを利用した透光部材。