JPWO2016208331A1 - 熱線遮蔽材、及びこれを用いる建築部材、ケージ部材並びに側面壁 - Google Patents
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- B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
- B32B3/12—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by a layer of regularly- arranged cells, e.g. a honeycomb structure
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- B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
- B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
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- B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
- B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
- B32B3/30—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
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- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
- B32B5/022—Non-woven fabric
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- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
- B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
- B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
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- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
- B32B7/04—Interconnection of layers
- B32B7/08—Interconnection of layers by mechanical means
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- B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
- B32B7/04—Interconnection of layers
- B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
- E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
- E04B1/82—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to sound only
- E04B1/84—Sound-absorbing elements
- E04B1/86—Sound-absorbing elements slab-shaped
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
- E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
- E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
- E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
- G02B1/11—Anti-reflection coatings
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- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2250/00—Layers arrangement
- B32B2250/02—2 layers
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- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2255/00—Coating on the layer surface
- B32B2255/10—Coating on the layer surface on synthetic resin layer or on natural or synthetic rubber layer
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Abstract
Description
このような熱線反射型の熱線遮蔽性付与材料としては、自動車用ガラスや建物の窓ガラス等の表面に貼り付ける熱線遮蔽材、及び合わせガラス用中間膜として用いられる熱線遮蔽材等が提案されている(特許文献1、2及び3参照)。
この特許文献1では、上記構成により、反射波長選択性及び反射帯域選択性が高く、可視光線透過性及び電波透過性に優れた熱線遮蔽材を提供することができるとしている。
また、本出願人の出願に係る特許文献2では、特許文献1と同様に、銀等の金属粒子を含有する金属粒子含有層を有し、金属粒子として金属平板粒子を含み、金属粒子含有層の表面に対して垂直方向から見た時、金属粒子含有層の正射影の面積に対する金属粒子の正射影の面積の合計との比で表される面積被覆率(百分率)が30%以上、かつ全金属粒子の円相当径の変動係数が22%以下である熱線遮蔽材、これを含む合わせガラス中間膜及びこれを用いる合わせガラスを開示している。
この特許文献2では、上記構成により、金属粒子の面積被覆率が高い場合にも、高い可視光透過率と低い全日射透過率を両立することができるとしている。
この特許文献3では、上記構成により、日射遮蔽性と遮音性と耐衝撃性能を備えた軽量の合わせガラスを得ることができるとしている。
このように、これらの特許文献1〜3に開示された従来の熱線遮蔽材等の遮熱フィルムは、支持体として機能するガラスやアクリル樹脂などの透明部材上に直接形成する、又は貼り付ける形、もしくは透明部材間に挟み込む形を前提として薄膜フィルム状に形成していた。これは、生産性としても、ロールトゥロールの技術でフィルム上に形成することが優位だったということ、及び使用方法の想定として車輌や建築物等の窓部に使うことが多いため、ガラスの表面上、もしくはガラス内部に中間膜として入れる形態を想定したためであった。
しかしながら、このような、従来の熱線遮蔽材等の遮熱フィルムは、建築物の窓等のガラスやアクリル樹脂などの透明部材に遮熱機能を持たせるために透明部材に直接形成して、貼り付けて、又は挟み込んで用いられているため、時間帯や季節や使用形態によって、窓等の透明部材において、遮熱ではなく、日射(太陽光の照射)が必要となると、遮熱フィルムが貼り付けられた窓ガラスを開放するか、遮熱フィルムが貼り付けられた窓ガラス自体を取り外し、遮熱フィルムが貼り付けられていない窓ガラスを取り付けなければならなくなるという問題があった。
しかしながら、上記特許文献1〜3に開示の従来の熱線遮蔽材等の遮熱フィルムは、薄膜フィルム状に形成されており、自立できないため、ガラスやアクリル樹脂などの透明部材に直接形成して、貼り付けて、又は挟み込んで用いることが前提となっており、カーテンや、ブラインドや、網戸や、雨戸等の代わりに用いることができないという問題があった。
また、網戸やペット用ケースの場合、空気の交換が可能な機構が求められるため、分厚いガラス板やアクリル板はその点でも加工の難易度やコストの観点から難しいことが多いという問題があった。
ここで、複数の膜の少なくとも一部は、近赤外光を選択的に遮蔽して可視光を透過することが好ましく、また、可視光において反射を防止することが好ましく、また、可視光に対して透明であることが好ましい。
また、複数の枠の少なくとも一部は、可視光に対し透明であることが好ましい。
また、複数の金属粒子の総数の60%以上は、金属粒子の直径の厚みに対する比が3以上である金属平板粒子であり、金属平板粒子の主平面は、金属粒子含有層の表面に対して0°〜30°の範囲で面配向しており、金属粒子含有層において、複数の金属粒子は、導電路を形成することなく配置されていることが好ましい。
また、金属粒子は、銀を含むことが好ましい。
また、金属粒子の総数の60%以上は、局在プラズモンの基本波長を780nm〜2500nmの間に有することが好ましい。
また、誘電体の厚みは、光路長が第2の入射光波長の1/4以下であることを特徴とすることが好ましい。
また、更に、基材と金属粒子含有層との間に第1の屈折率より大きい第3の屈折率を有する高屈折率層を備えていることが好ましい。
また、第2の入射光波長は、380nm〜780nmであることが好ましい。
また、更に、1つ以上の開口孔を有することが好ましい。
また、複数の膜の少なくとも一部は、1つ以上の開口孔を有することが好ましい。
また、複数の枠及び複数の膜からなる構造体は、10〜100000Hzの範囲内の第1の周波数において、5dB以上防音することが好ましい。
d1 <λ2 < λ1 < R < λ3 …(1)
d1 <λ2 < λ1 < R < λ3 < λ …(2)
ここで、建築部材が用いられる建築物、又は空間において、複数の膜が外側に、かつ枠体が内側に来るように配置されたことが好ましい。
また、熱線遮蔽材を外窓の透明部として用いた窓部材であることが好ましい。
また、熱線遮蔽材を網戸の透明部として用いた網戸部材であることが好ましい。
また、熱線遮蔽材を枠体が折りたためる構造として用いたブラインド、カーテン、又は仕切りであることが好ましい。
また、上記目的を達成するために、本発明のケージ部材は、直方体の形状を有するケージ部材であって、直方体の少なくとも1面を、上記熱線遮蔽材を用いて形成したことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明の側面壁は、道路又は鉄道線路の側面に設置される側面壁であって、少なくとも一部に、上記熱線遮蔽材を用いたことを特徴とする。
また、本発明によれば、膜が透明なものでは、上記の効果に加え、更に、透明かつ軽量で、外部の視認性の調整も可能でありながら、熱線(近赤外光線)を遮蔽することができる。
また、本発明によれば、上記の各効果に加え、更に、可聴域の低周波側及び高周波側において音響を遮蔽して防音することができる。
また、本発明によれば、膜が開口孔を持つものでは、上記効果に加え、更に、風を通すことができ、即ち通気性を有する熱線遮蔽材を提供することができ、更に、低周波側の特定の周波数の音を特に強く遮蔽して防音することができる。
また、本発明によれば、上記各効果を奏する熱線遮蔽材を用いる建築部材、ケージ部材並びに側面壁を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る熱線遮蔽材の一例を模式的に示す平面図であり、図2は、図1に示す熱線遮蔽材のII−II線で切断した模式的断面図である。
図1及び図2に示す本発明の熱線遮蔽材10は、開口12をそれぞれ有し、2次元的に配置されたセル構造の複数、図示例では36個の枠14を形成する枠体16と、それぞれの枠14の開口12を覆うようにそれぞれの枠14に固定される、複数、図示例では36個の膜18を形成するシート状の膜体20とを有する。
本実施形態の熱線遮蔽材10において、1つの枠14と、この枠14に固定された膜18とは、1つの遮蔽セル22を構成する。したがって、熱線遮蔽材10は、2次元的に配置された複数、図示例では36個の遮蔽セル22を有するものである。
図示例においては、枠体16の全体にシート状の膜体20を固定して取り付けることにより、36個の枠14の全てにそれぞれ36個の膜18が固定されて取り付けられているが、本発明は、これに限定されず、複数の枠14の一部に複数の膜18が固定されるものであっても良い。
枠14は、厚みのある板状部材である枠材15で環状に囲むように形成された、内部に開口12を有し、少なくともの一方の側において開口12を覆うように膜18を固定し、支持するためのもので、この枠14に固定された膜18からなる遮蔽セル22に必要な強度を付与するものである。したがって、枠14は、膜18に比べて、剛性が高く、具体的には、単位面積当たりの質量及び剛性は、共に高い必要がある。
枠14の形状は、膜18の全外周を抑えることができるように膜18を固定できる閉じた連続した形状であることが好ましいが、本発明は、これに限定されず、枠14が、これに固定された膜18を支持でき、遮蔽セル22に必要な強度を付与することができれば、一部が切断され、不連続な形状であっても良い。即ち、枠14の役割は、膜18を固定して支持することにあるため、枠14に小さな切れ目が入っていても、極わずかに接着していない部位が存在していても効果を発揮する。
また、枠14のセルサイズ(以下、単にサイズと言う)は、平面視のサイズであり、その開口12のサイズとして定義できるが、図1に示す正方形のような正多角形、又は円の場合には、その中心を通る対向する辺間の距離、又は円相当直径と定義することができ、多角形、楕円又は不定形の場合には、円相当直径と定義することができる。本発明において、円相当直径及び半径とは、それぞれ面積の等しい円に換算した時の直径及び半径である。
なお、本発明の熱線遮蔽材10において、枠14のサイズは、全ての枠14において、一定であっても良いが、異なるサイズ(形状が異なる場合も含む)の枠が含まれていても良く、この場合には、枠14のサイズとして、枠14の平均サイズを用いればよい。
また、枠14の平均サイズは、可視光を透過させるため、少なくとも可視光光学波長(380nm〜780nm)より大きい必要がある。
例えば、枠14のサイズは、0.5mm〜200mmであることが好ましく、1mm〜100mmであることがより好ましく、2mm〜30mmであることが最も好ましい。
なお、枠14のサイズは、各枠14で異なるサイズが含まれる場合などは、平均サイズで表しても良い。
例えば、枠14の幅は、枠14のサイズが、0.5mm〜50mmの場合には、0.5mm〜20mmであることが好ましく、0.7mm〜10mmであることがより好ましく、1mm〜5mmであることが最も好ましい。
枠14の幅が、枠14のサイズに対して比率が大きくなりすぎると、全体に占める枠14の部分の面積率が大きくなり、デバイスとしての熱線遮蔽材10が重くなる懸念がある。一方、上記比率が小さくなりすぎると、その枠14部分において接着剤などによって膜を強く固定することが難しくなってくる。
また、枠14の幅は、枠14のサイズが、50mm超、200mm以下の場合には、1mm〜100mmであることが好ましく、3mm〜50mmであることがより好ましく、5mm〜20mmであることが最も好ましい。
また、枠14の厚さは、0.5mm〜200mmであることが好ましく、0.7mm〜100mmであることがより好ましく、1mm〜50mmであることが最も好ましい。
なお、枠14の幅及び厚さは、各枠14で異なる幅及び厚さが含まれる場合などは、それぞれ平均幅及び平均厚さで表すことが好ましい。
ここで、本発明の熱線遮蔽材10の枠14の数、即ち図示例では、枠体16を構成する枠14の数は36個であるが、本発明では、特に制限的ではなく、本発明の熱線遮蔽材10の上述した用途(適用物)に応じて設定すればよい。もしくは、上述した枠14のサイズは、上述した用途(適用物)に応じて設定されている場合には、枠14の数は、枠14のサイズに応じて設定すればよい。
例えば、枠14の数、即ち、遮蔽セル22の数は、1個〜100000個であることが好ましく、2個〜50000個であることがより好ましく、4個〜10000個であることが最も好ましい。
また、これらの枠14の材料の複数種を組み合わせて用いてもよい。
膜18は、枠14の内部の開口12を覆うように枠14に抑えられるように固定されるもので、外部からの熱線(近赤外線)のエネルギを反射して遮蔽する機能を有するものである。なお、膜18は、熱線のエネルギを吸収して遮蔽するものであっても良い。なお、膜18は、空気に対して不浸透性であることが好ましい。
なお、本発明において、熱線とは、太陽光エネルギの約50%を占める近赤外線又は近赤外光(780nm〜2,500nm)を意味する。
一方、膜18は、枠14に取り付けられて所定の強度持つ必要があるので、枠14に確実に抑えられるように固定され、近赤外光のエネルギを反射、もしくは吸収して熱線を遮蔽する必要がある。このため、膜18は、可撓性のある弾性材料製であることが好ましい。
なお、膜18の形状は、枠14の開口12の形状であり、また、膜18のサイズは、枠14のサイズ、より詳細には、枠14の開口12のサイズであるということができる。
膜18は、近赤外光を選択的に遮蔽して可視光を透過する機能を有することが好ましく、可視光において反射を防止する機能を有することが好ましく、可視光に対し透明であることが好ましい。
例えば、膜18の厚さは、枠14のサイズが0.5mm〜50mmの場合には、0.005mm(5μm)〜5mmであることが好ましく、0.007mm(7μm)〜2mmであることがより好ましく、0.01mm(10μm)〜1mmであることが最も好ましい。
また、膜18の厚さは、枠14のサイズが、50mm超、200mm以下の場合には、0.01mm(10μm)〜20mmであることが好ましく、0.02mm(20μm)〜10mmであることがより好ましく、0.05mm(50μm)〜5mmであることが最も好ましい。
なお、膜18の厚みは、1つの膜18で厚みが異なる場合、又は各膜18で異なる厚さが含まれる場合などは、平均厚さで表すことが好ましい。
このような樹脂材料としては、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、アクリル(PMMA)、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリ塩化ビニリデン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、芳香族ポリアミド、シリコーン樹脂、エチレンエチルアクリレート、酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルペンテン、ポリブテン等の膜状にできる樹脂材料を挙げることができる。
ここで、熱線遮蔽材10の複数の枠14の開口12の同じ側に全ての膜18が設けられていても良いし、一部の膜18が、複数の枠14の一部の開口12の一方の側に一部の膜18が設けられ、複数の枠14の残りの一部の開口12の他方の側には残りの膜18が設けられていても良いし、更に、枠14の開口12一方の側、他方の側、及び両側に設けられた膜が混在していても良い。
接着剤を用いる方法は、接着剤を枠14の開口12を囲む表面上に接着剤を塗布し、その上に膜18を載置し、膜18を接着剤で枠14に固定する。接着剤としては、特に制限的ではなく、様々なものを用いることができ、例えば、エポキシ系接着剤(アラルダイト(ニチバン社製)等)、シアノアクリレート系接着剤(アロンアルファ(登録商標)(東亞合成社製)等)、アクリル系接着剤等を挙げることができる。特に、接着剤としては、様々なものを枠材、膜材に合わせて選ぶことができる。例えば、具体例としては、枠14としてアクリル樹脂を用い、膜18としてTACフィルム(Triacetylcellulose:トリアセチルセルロース)を透明基材とする場合などには、接着剤としてはセメダイン社製エポキシ・変性シリコーン樹脂系接着剤EP001を用いることができ、枠14として金属材料であるアルミを用い、膜18としてシリコーンゴムを用いた場合等でも、セメダイン社製スーパーXシリーズを用いるなどすれば接着することができる。
物理的な固定具を用いる方法としては、枠14の開口12を覆うように配置された膜18を枠14と棒等の固定部材との間に挟み、固定部材をネジやビス等の固定具を用いて枠14に固定する方法等を挙げることができる。
図3は、図1に示す熱線遮蔽材の膜として好ましく用いられる第1の実施形態の遮熱フィルムの一例の模式的な概略断面図である。
(遮熱フィルム)
図3に示す遮熱フィルム30は、本発明において膜18として好ましく用いられるもので、反射波長選択性及び反射帯域選択性が高く、可視光線透過性及び電波透過性に優れたものであり、基材32と、基材32上に形成され、微細な金属粒子36を含有する金属粒子含有層34とを有する。
基材32としては、光学的に透明な基板であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、可視光線透過率が70%以上のもの、好ましくは80%以上のもの、又は近赤外線域の透過率が高いものが挙げられる。
基材32の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、上述した膜の樹脂材料などが挙げられるが、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、トリアセチルセルロース(TAC)等の樹脂材料が挙げられる。
(金属粒子含有層)
金属粒子含有層34は、バインダ38中に、複数の金属粒子36を含有する層である。金属粒子含有層34は、少なくとも1種の金属粒子36を含有する層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
金属粒子含有層34は、金属粒子36として少なくとも金属平板粒子36aを含み、金属粒子36の局在プラズモン効果により近赤外光の波長を含む所定の第1の光学波長(λ1)の光を遮蔽するように機能する。
金属粒子36としては、金属の平板粒子(以下、「金属平板粒子」ともいう)36aを含むものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば金属平板粒子の他、粒状、立方体状、六面体状、八面体状、ロッド状などが挙げられる。
金属粒子含有層34において、金属粒子36の存在形態としては、金属粒子含有層34と基材32との界面に対して略水平に偏在していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、基材32と金属粒子36とが略接触する形態、基材32と金属粒子36とが遮熱フィルム30の深さ方向に一定の距離で配置されている形態などが挙げられる。
なお、金属粒子含有層34と基材32との界面とは、金属粒子含有層34の一方の表面と基材32の表面とが接する面であり、両表面と同様に、フラットな平面である。
金属粒子36の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、500nm以下の平均粒子径を有するものであってもよい。
金属粒子36の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、熱線(近赤外線)の反射率が高い点から、例えば銀、金、アルミニウム、銅、ロジウム、ニッケル、白金、酸化インジウムスズ(ITO)、チタンもしくはそれらの合金等が好適であり、その中でも銀が最も好ましい。
なお、導電路形成の有無についてはSEMで観察した2.5μm×2.5μmの領域において、左端から右端まで、金属粒子が連続して繋がっている場合に導電路が形成されているとし、途中で金属微粒子が離れている場合には導電路が形成されていないと判断するものとする。
なお、金属粒子36の分布状態が金属粒子により導電路が形成されてない状態であれば、電波も透過することもできるので、遮熱フィルム30も、電波透過性を持つことになる。なお、導電路が形成されず、孤立して配置されている金属微粒子の割合が高いほど、電波透過性が優れたものになることは勿論である。
金属平板粒子36aとしては、2つの主平面からなる粒子(図4A及び図4B参照)であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、略六角形状、略円盤形状、略三角形状の粒子などが挙げられる。これらの中でも、可視光透過率が高い点で、主平面の形状が六角形以上の多角形状〜円形状の粒子であることが好ましく、例えば、図4Aに示すような略円盤形状の金属平板粒子36b、及び図4Bに示すような略六角形状の金属平板粒子36cであることが特に好ましい。
略円盤形状とは、後述する金属平板粒子36aの平均円相当径の50%以上の長さを有する辺の個数が1個の金属平板粒子36a当たり0個である形状のことを言う。略円盤状の金属平板粒子としては、透過型電子顕微鏡(TEM)で金属平板粒子を主平面の上方から観察した際に、角が無く、丸い形状であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
金属粒子含有層34に存在する金属粒子36のうち、略六角形状又は略円盤形状の金属平板粒子36aは、金属粒子の全個数に対して、個数として、60%以上であるのが好ましく、65%以上がより好ましく、70%以上が更に好ましい。金属平板粒子36aの個数の割合が、60%未満であると、可視光線透過率が低くなってしまうことがある。
遮熱フィルム30において、金属平板粒子36aは、その主平面が金属粒子含有層34の一方の表面(基材32との界面)に対して所定の範囲で面配向することが好ましい。
金属平板粒子36aの存在状態は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、金属平板粒子36aは、金属粒子含有層34の一方の表面に偏析されていることが好ましく、図3に示すように基板上に並んでいることがより好ましい。
面配向としては、金属平板粒子36aの主平面(円相当径Dを決める面:図4A、図4B参照)と、金属粒子含有層34の一方の表面(基材32との界面)とが、所定の範囲内で略平行になっている態様であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、面配向の角度(±θ)は、0°〜±30°であることが好ましく、0°〜±20°であることがより好ましく、0°〜10°の範囲で面配向していることが特に好ましい。
図5Aにおいて、基材32の表面と、金属平板粒子36aの主平面又は主平面の延長線とのなす角度(±θ)は、面配向における所定の範囲に対応する。即ち、面配向とは、遮熱フィルム30の断面を観察した際、図5Aに示す傾角(±θ)が小さい状態をいい、特に、図3は、基材32の表面と金属平板粒子36aの主平面とが接している状態、即ち、θが0°である状態を示す。遮熱フィルム30の断面を観察した際、金属平板粒子36aは、図5Aに示す傾角(±θ)が小さい状態で配向していることがより好ましい。基材32の表面に対する金属平板粒子36aの主平面の面配向の角度、即ち図5Aにおけるθが±30°を超えると、遮熱フィルム30の所定の波長(例えば、可視光域長波長側から近赤外光領域)の反射率が低下してしたり、あるいは、可視光線の吸収が増加してしまったり、ヘイズが大きくなってしまう恐れがある。
また、上述の角度θが0°〜±30°の範囲で面配向している金属平板粒子36aが、全金属平板粒子数の50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。
金属粒子含有層34の一方の表面(基材32との界面)に対して金属平板粒子36aの主平面が面配向しているかどうかの評価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、適当な断面切片を作製し、この切片における金属粒子含有層34、又は基材32及び金属平板粒子36aを観察して評価する方法であってもよい。具体的には、遮熱フィルム30を、ミクロトーム、集束イオンビーム(FIB)を用いて遮熱フィルム30の断面サンプル又は断面切片サンプルを作製し、これを、各種顕微鏡(例えば、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)等)を用いて観察して得た画像から評価する方法などが挙げられる。
上述の通り作製した断面サンプル又は断面切片サンプルの観察としては、サンプルにおいて金属粒子含有層34の一方の表面(基材32との界面)に対して金属平板粒子36aの主平面が面配向しているかどうかを確認し得るものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、FE−SEM、TEM、光学顕微鏡などを用いた観察が挙げられる。断面サンプルの場合は、FE−SEMにより、断面切片サンプルの場合は、TEMにより観察を行ってもよい。FE−SEMで評価する場合は、金属平板粒子の形状と傾角(図5Aの±θ)が明瞭に判断できる空間分解能を有することが好ましい。
粒子径となる円相当径は、個々の粒子の投影面積と等しい面積を有する円の直径で表される。個々の粒子の投影面積は、電子顕微鏡(TEM)写真上での面積を測定し、撮影倍率で補正する公知の方法により得ることができる。
金属平板粒子36aの平均粒子径(平均円相当径)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、70nm〜500nmが好ましく、100nm〜400nmがより好ましい。平均粒子径(平均円相当径)が、70nm未満であると、金属平板粒子の吸収の寄与が反射より大きくなるため十分な熱線反射能が得られなくなることがあり、500nmを超えると、ヘイズ(散乱)が大きくなり、基板の透明性が損なわれてしまうことがある。
ここで、平均粒子径(平均円相当径)とは、TEMで粒子を観察して得た像から任意に選んだ200個の平板粒子の主平面直径(最大長さ)の平均値を意味する。即ち、平均粒子径(平均円相当径)は、200個の金属平板粒子の円相当径Dの統計で粒径分布(粒度分布)が得られ、算術平均を計算することができる。
金属粒子含有層中に平均粒子径(平均円相当径)が異なる2種以上の金属粒子を含有することができ、この場合、金属粒子の平均粒子径(平均円相当径)のピークが2つ以上、即ち2つの平均粒子径(平均円相当径)を有していてもよい。
ここで、金属平板粒子の粒度分布における変動係数は、例えば粒度分布の標準偏差を前述の平均粒子径(平均円相当径))で割った値(%)で求めることができる。即ち、変動係数は、上述の平均値の算出に用いた200個の金属平板粒子の粒子径の分布範囲をプロットし、粒度分布の標準偏差を求め、上述の主平面直径(最大長さ)の平均値(平均粒子径(平均円相当径))で割った値(%)である。
金属平板粒子36aの大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、平均粒子径は10〜500nmが好ましく、20〜300nmがより好ましく、50〜200nmがさらに好ましい。
本発明に用いられる遮熱フィルムでは、金属平板粒子36aの厚みTは、特に制限はないが、20nm以下であることが好ましく、2〜15nmであることがより好ましく、4〜12nmであることが特に好ましい。
粒子厚みTは、金属平板粒子の主平面間距離に相当し、例えば、図4A及び図4Bに示す通りである。粒子厚みTは、原子間力顕微鏡(AFM)や透過型電子顕微鏡(TEM)により測定することができる。
AFMによる平均粒子厚みの測定方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス基板に金属平板粒子を含有する粒子分散液を滴下し、乾燥させて、粒子1個の厚みを測定する方法などが挙げられる。
TEMによる平均粒子厚みの測定方法としては、例えば、シリコン基板上に金属平板粒子を含有する粒子分散液を滴下し、乾燥させた後、カーボン蒸着、金属蒸着による被覆処理を施し、集束イオンビーム(FIB)加工により断面切片を作成し、その断面をTEMによる観察することにより、粒子の厚み測定を行う方法などが挙げられる。
図3に示す遮熱フィルム30において、図5Bに示すように、金属粒子含有層34における金属平板粒子36aを構成する金属のプラズモン共鳴波長(図6における吸収ピーク波長)をλとし、金属粒子含有層34における媒質の屈折率をnとするとき、金属粒子含有層34が、遮熱フィルム30の水平面からの深さ方向において、(λ/n)/4の範囲で存在することが好ましい。この範囲外であると、遮熱フィルム30の上側と下側のそれぞれの銀層の界面空気界面での反射波の位相により反射波の振幅が強めあう効果が小さくなってしまい、ヘイズ特性、可視光透過率及び熱線最大反射率が低下してしまうことがある。
金属粒子含有層34における金属平板粒子36aを構成する金属のプラズモン共鳴波長λは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、熱線反射性能を付与する点で、400nm〜2,500nmであることが好ましく、さらに、可視光透過率を付与する点から、700nm〜2,500nmであることがより好ましい。
金属粒子含有層34におけるバインダ(媒質)38としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ポリマーを含むことが好ましく、透明ポリマーを含むことがより好ましい。ポリマーとしては、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、(飽和)ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ゼラチンやセルロース等の天然高分子等の高分子、二酸化珪素、酸化アルミニウム等の無機物、などが挙げられる。その中でも、主ポリマーがポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、(飽和)ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂であることが好ましく、ポリエステル樹脂およびポリウレタン樹脂であることがより好ましい。
ポリマーとしては、商業的に入手できるものを好ましく用いることもでき、例えば、互応化学工業(株)製の水溶性ポリエステル樹脂である、プラスコートZ−687などを挙げることができる。
また、本明細書中、金属粒子含有層に含まれる主ポリマーとは、金属粒子含有層に含まれるポリマーの50質量%以上を占めるポリマー成分のことを言う。
金属粒子含有層に含まれる金属微粒子に対するポリエステル樹脂およびポリウレタン樹脂の含有量が1〜10000質量%であることが好ましく、10〜1000質量%であることがより好ましく、20〜500質量%であることが特に好ましい。
バインダ38の屈折率nは、1.4〜1.7であることが好ましい。
遮熱フィルム30を上から見た時の基材32の面積A(金属粒子含有層34に対して垂直方向から見たときの金属粒子含有層34の全投影面積A)に対する金属平板粒子36aの面積の合計値Bの割合である面積率〔(B/A)×100〕が、15%以上であることが好ましく、20%以上で、70%未満であることがより好ましい。面積率が、15%未満であると、熱線の最大反射率が低下してしまい、遮熱効果が十分に得られないことがある。面積率が70%未満であれば、導電路が形成せず、可視光の吸収と反射を抑制して透過率の低下を抑制することができる。
ここで、面積率は、例えば、遮熱フィルム30基板を上からSEM観察で得られた画像や、AFM(原子間力顕微鏡)観察で得られた画像を画像処理することにより測定することができる。
金属粒子含有層における水平方向に隣接する金属平板粒子の平均粒子間距離は、可視光線透過率及び熱線の最大反射率の点から金属平板粒子の平均粒子径の1/10以上であることが好ましい。
金属平板粒子の水平方向の平均粒子間距離が、金属平板粒子の平均粒子径の1/10未満となると、熱線の最大反射率が低下してしまう。また、水平方向の平均粒子間距離は、可視光線透過率の点で、不均一(ランダム)であることが好ましい。ランダムでない場合、即ち、均一であると、可視光線の吸収が起こり、透過率が低下してしまうことがある。
ここで、金属平板粒子の水平方向の平均粒子間距離とは、隣り合う2つの粒子の粒子間距離の平均値を意味する。また、平均粒子間距離がランダムであるとは、「100個以上の金属平板粒子が含まれるSEM画像を二値化した際の輝度値の2次元自己相関を取ったときに、原点以外に有意な極大点を持たない」ことを意味する。
本実施形態の遮熱フィルム30において、金属平板粒子36aは、図3、図5A、図5B及び図7に示すように、金属平板粒子36aを含む金属粒子含有層34の形態で配置される。
金属粒子含有層34としては、図3、図5A及び図5Bに示すように、単層で構成されてもよく、図7に示すように、複数の金属粒子含有層で構成されてもよい。図4のように複数の金属粒子含有層で構成される場合、遮熱性能を付与したい波長帯域に応じた遮蔽性能を付与することが可能となる。
複数の金属粒子含有層が積層されている場合において、隣接する金属粒子含有層間距離は、多重散乱を抑制する点から、15μm以上であることが好ましい。
ここで、隣接する金属粒子含有層間距離Lは、図7において、金属粒子含有層34Aと金属粒子含有層34Bの間の距離を示す。
隣接する金属粒子含有層間距離が、15μm未満であると、金属平板粒子の干渉ピークのピッチ幅が金属平板粒子を含む金属粒子含有層の共鳴ピーク半値幅(約300nm〜400nm)の1/10より大きくなり、反射スペクトルに影響が出るため好ましくない。
ここで、隣接する金属粒子含有層間距離は、例えば遮熱フィルム30の断面試料をSEM観察した画像より測定することができる。
金属平板粒子の合成方法としては、略六角形状又は略円盤形状を合成し得るものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、化学還元法、光化学還元法、電気化学還元法等の液相法などが挙げられる。これらの中でも、形状とサイズ制御性の点で、化学還元法、光化学還元法などの液相法が特に好ましい。六角形又は三角形状の金属平板粒子を合成後、例えば硝酸、亜硫酸ナトリウムなどの銀を溶解する溶解種によるエッチング処理、又は加熱によるエージング処理を行うことにより、六角形又は三角形状の金属平板粒子の角を鈍らせて、略六角形状又は略円盤形状の金属平板粒子を得てもよい。
金属平板粒子の合成方法としては、の他、予めフィルムやガラスなどの透明基材の表面に種晶を固定後、平板状に金属粒子(例えばAg)を結晶成長させてもよい。
金属平板粒子は、可視光域透明性を更に高めるために、可視光域透明性が高い高屈折率材料で被覆されてもよい。
高屈折率材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばTiOx、BaTiO3、ZnO、SnO2、ZrO2、NbOxなどが挙げられる。
被覆する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Langmuir、2000年、16巻、p.2731−2735に報告されているように,テトラブトキシチタンを加水分解することにより,銀の金属平板粒子の表面にTiOx層を形成する方法であってもよい。
本実施形態の遮熱フィルムにおいて、金属平板粒子は、該金属平板粒子を構成する銀などの金属の酸化を防止するために、メルカプトテトラゾール、アスコルビン酸等の酸化防止剤を吸着していてもよい。また、酸化防止を目的として、Ni等の酸化犠牲層が金属平板粒子の表面に形成されていてもよい。また、酸素を遮断することを目的として、SiO2などの金属酸化物膜で被覆されていてもよい。
金属平板粒子は、分散性付与を目的として、N元素、S元素、P元素を含む低分子量分散剤、例えば、4級アンモニウム塩、アミン類、高分子量分散剤などの分散剤を添加してもよい。
本実施形態の遮熱フィルムの製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、基板上に、金属平板粒子を有する分散液を、ディップコーター、ダイコーター、スリットコーター、バーコーター、グラビアコーター等による塗布や、LB膜法、自己組織化法、スプレー塗布などの方法で面配向させる方法が挙げられる。
また、金属平板粒子の基板表面への吸着性や面配向性を高めるために、静電的な相互作用を利用して、面配向させる方法であってもよい。具体的には、金属平板粒子の表面が負に帯電している場合(例えば、クエン酸等の負帯電性の媒質に分散した状態)は、基板の表面を正に帯電(例えば、アミノ基等で基板表面を修飾)させておき、静電的に面配向性を高めることにより、面配向させる方法であってもよい。また、金属平板粒子の表面が親水性である場合は、基板の表面をブロックコポリマーやμコンタクトスタンプ法などにより、親疎水の海島構造を形成しておき、親疎水性相互作用を利用して面配向性と金属平板粒子の粒子間距離とを制御してもよい。
なお、面配向を促進するために、金属平板粒子を塗布後、カレンダーローラーやラミローラー等の圧着ローラーを通すことにより促進させてもよい。
(保護層)
本実施形態の遮熱フィルム30において、基板との密着性を向上させたり、機械強度的に保護するため、保護層を有することが好ましい。
保護層は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、バインダ、界面活性剤、及び粘度調整剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
保護層のバインダとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、可視光透明性や日射透明性が高い方が好ましく、例えば、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。なお、バインダが熱線を吸収すると、金属平板粒子による反射効果が弱まってしまうことから、熱線源と金属平板粒子との間に中間層を形成する場合は、780nm〜1,500nmの領域に吸収を持たない材料を選択したり、保護層の厚みを薄くすることが好ましい。
本実施形態の遮熱フィルムの可視光線透過率は、60%以上であることが好ましい。可視光線透過率が、60%未満であると、例えば自動車用ガラスや建物用ガラスとして用いた時に、外部が見にくくなることがある。
本実施形態の遮熱フィルムのヘイズは、20%以下であることが好ましい。ヘイズが20%を超えると、例えば自動車用ガラスや建物用ガラスとして用いた時に、外部が見にくくなったり、安全上好ましくないことがある。
本実施形態の遮熱フィルムは、反射波長選択性及び反射帯域選択性が高く、可視光線透過性及び電波透過性に優れた性能を発揮することができる。
図8は、図1に示す熱線遮蔽材の膜として好ましく用いられる第2の実施形態の遮熱フィルムの一例の模式的な概略断面図である。
図8に示す遮熱フィルム40は、本発明において膜18として好ましく用いられるもので、透過率、特に可視光透過率の低下を生じさせることなく、より広い帯域幅において高い反射防止効果を得ることができるものであり、媒質の屈折率n0より大きい第1の屈折率n1を有する透明基材42と、複数の微細な金属粒子36を含有する金属粒子含有層34と、媒質の屈折率n0より大きい第2の屈折率n2を有する誘電体層44とをこの順に積層してなる積層構造を有している。
なお、図8に示す遮熱フィルム40は、図3に示す遮熱フィルム30と、金属粒子含有層34上に積層された誘電体層44を有している点で大きく異なるが、透明基材42と基材32とは類似しており、同一の番号を付しているように、金属粒子含有層34の構成は略同一であるので、以下の説明では、同一の部分の説明は省略し、主に、異なる点について説明する。
また、誘電体層44の厚みTHは、入射光が誘電体層44の表面側から積層構造へ入射する場合の該誘電体層の表面における反射光LR1が、誘電体層44と金属粒子含有層34との界面における反射光LR2と干渉して打ち消される厚みである。
所定の媒質とは、遮熱フィルムが用いられる空間を満たす媒質であり、基本的に、空気(n0=1)であるが、その他の媒質、例えば水(n0=1.33)等であっても良く、遮熱フィルムの用途により異なり、何ら限定されるものではない。従って、各層の屈折率は使用用途(使用空間の媒質)によって適宜設定される。
所定波長の入射光とは、反射を防止したい波長の光であり、目的に応じて任意に設定することができるが、例えば、目の視感度のある可視光波長域である380nm〜780nmとする。
また、反射防止効果としては、例えば、反射率0.5%以下の波長域が100nm以上の範囲に亘っていることが好ましい。
(透明基材)
透明基材42としては、所定の媒質の屈折率n0より大きい第1の屈折率n1を有する所定波長の入射光に対し光学的に透明なものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。所定波長の入射光とは、以下においては、可視光を意味するものとする。例えば、透明基材としては、可視光線透過率が70%以上のもの、好ましくは80%以上のもの、近赤外線域の透過率が高いものなどが挙げられる。
第1の屈折率n1は所定の媒質の屈折率n0より大きければよいが、屈折率差が大きいほど、透明基材に光が入射する際の反射は大きくなり、反射防止の必要性が高まることから、屈折率差は所定の媒質の屈折率の12%以上、特には20%以上であることが好ましい。特に所定の媒質が空気でありn0=1である場合には、屈折率差が大きくなることから本発明は効果的である。
形状としては、例えば、フィルム状、平板状などが挙げられ、構造は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、大きさは、用途に応じて定めればよい。
透明基材42の材料としては、例えば、ガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ4−メチルペンテン−1、ポリブテン−1等のポリオレフィン系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂;ポリカーボネート系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリエーテルサルフォン系樹脂、ポリエチレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、セルロースアセテート等のセルロース系樹脂などからなるフィルム又はこれらの積層フィルムが挙げられる。これらの中で、特にトリアセチルセルロース(TAC)フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムが好適である。
本実施形態の遮熱フィルム40においても、図3に示す遮熱フィルム30と同様に、金属粒子含有層34は、バインダ38中に複数の金属粒子36が含有されてなる層で、基本的な構成は同一であり、その機能や性質の好ましい形態が異なるのみであるので、異なる点のみを説明する。
[平均粒子径(平均円相当径)及び変動係数]
本実施形態の遮熱フィルム40においては熱線遮蔽性能に加え、反射防止性能を優先させるので、金属平板粒子の粒度分布における変動係数としては、35%以下が好ましく、30%以下がより好ましく、20%以下が特に好ましい。変動係数が、35%以下であることが反射防止構造における可視光線の吸収を減らす観点から好ましい。
また、金属平板粒子の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、平均粒子径は10〜500nmが好ましく、20〜300nmがより好ましく、50〜200nmがさらに好ましい。
図9および図10は、本実施形態の遮熱フィルム40において、金属粒子36の金属粒子含有層28における存在状態を示した概略断面図である。
本実施形態の遮熱フィルム40において、金属粒子含有層34の塗布膜厚みdは、塗布膜厚みdを下げるほど、金属平板粒子36aの面配向の角度範囲が0°に近づきやすくなり、可視光線の吸収を減らすことができることから、100nm以下であることが好ましく、3〜50nmであることがより好ましく、5〜40nmであることが特に好ましい。
図9は、金属粒子含有層34の厚みdがd>D/2である場合を表した模式図であり、特に,金属平板粒子36aの80個数%以上がfの範囲に含まれており、f<d/2であることを表した図である。
また、金属平板粒子36aが金属粒子含有層34の一方の表面に露出しているとは、金属平板粒子36aの一方の表面の一部が、誘電体層44との界面位置となっていることを意味する。図9は,金属平板粒子36aの一方の表面が誘電体層44との界面に一致している場合を示す図である。
本実施形態の遮熱フィルム40では、金属粒子含有層34の塗布膜厚みdは金属平板粒子36aの平均円相当径Dに対し、d<D/2の場合が好ましく、より好ましくはd<D/4であり、d<D/8がさらに好ましい。金属粒子含有層34の塗布厚みを下げるほど、金属平板粒子36aの面配向の角度範囲が0°に近づきやすくなり、可視光線の吸収を減らすことができるため好ましい。
金属粒子含有層34における金属平板粒子36aのプラズモン共鳴波長λは、反射防止したい波長より長波である限り制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、上述のように、熱線を遮蔽するために、700nm〜2,500nmであることが好ましい。
本実施形態の遮熱フィルム40では、遮熱フィルム40を上から見た時の基材の面積Aに対する金属粒子の面積の合計値Bの割合である面積率〔(B/A)×100〕としては、5%以上が好ましく、10%以上70%未満がより好ましい。面積率が、5%以上であれば十分な反射防止効果が得られる。面積率が70%未満であれば、導電路が形成せず、可視光透過率の低下を抑制することができる。
広い波長域で低反射率とするために、面積率は、金属平板粒子36aの厚みTと誘電体層の屈折率n2に応じて最適な値とすることが好ましい。金属粒子36が全て金属平板粒子36aであり、所定の媒質が空気(n0=1)であるときについて検討する。例えば金属平板粒子36aの厚みが4nm、誘電体層44の屈折率が1.4の時には、面積率は40%以上70%未満が好ましく、50%以上65%未満がより好ましい。また、例えば金属平板粒子36aの厚みが8nm、誘電体層44の屈折率が1.4である場合には、面積率は5%以上、40%未満が好ましく、6%以上30%未満がより好ましい。また、例えば、金属平板粒子36aの厚みが18nm、誘電体層44の屈折率が1.4である場合には、面積率は5%以上30%未満が好ましく、5%以上25%未満がより好ましい。
金属粒子含有層34における金属平板粒子36aの配列は均一であることが好ましい。ここで言う配列の均一とは、各粒子に対する最近接粒子までの距離(最近接粒子間距離)を粒子の中心間距離で数値化した際、各々の粒子の最近接粒子間距離の変動係数(=標準偏差÷平均値)が小さいことを指す。最近接粒子間距離の変動係数は小さいほど好ましく、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、理想的には0%である。最近接粒子間距離の変動係数が大きい場合には、金属粒子含有層34内で金属平板粒子の粗密や粒子間の凝集が生じ、ヘイズが悪化する傾向があるため好ましくない。最近接粒子間距離は金属粒子含有層塗布面をSEMなどで観察することにより測定が可能である。
また、金属粒子含有層34と誘電体層44との境界は同様にSEMなどで観察して決定することができ、金属粒子含有層34の厚みdを決定することができる。なお、金属粒子含有層34にバインダ38として含まれるポリマーと同じ種類のポリマーを用いて、金属粒子含有層34の上に誘電体層44を形成する場合であっても、通常はSEM観察した画像によって金属粒子含有層34との境界を判別できることができ、金属粒子含有層34の厚みdを決定することができる。なお、境界が明確でない場合には、最も基板から離れて位置されている平板金属の表面を境界と看做す。なお、本実施形態の遮熱フィルム40では、ポリマーとしては、図3に示す遮熱フィルム30と同様なものを用いることができるが、金属平板粒子の80個数%以上を金属粒子含有層の表面からd/2の範囲に存在させやすい観点からポリエステル樹脂およびポリウレタン樹脂であることがより好ましい。
誘電体層44の厚みTHは、誘電体層44の表面からの入射光の誘電体層44における反射光LR1が、入射光Lの金属粒子含有層34における反射光LR2と干渉して打ち消される厚みである。ここで、「反射光LR1が、入射光Lの金属粒子含有層34における反射光LR2と干渉して打ち消される」とは、反射光LR1と反射光LR2とが互いに干渉して全体としての反射光を低減することを意味し、完全に反射光がなくなる場合に限定されるものではない。
誘電体層44の厚みTHは、400nm以下であることが好ましく、誘電体層の厚みTHは、所定波長(第2の入射光波長)をλ2としたとき光路長λ2/4以下の厚みであることがより好ましい。
原理的には、誘電体層44の厚みTHとしては、光路長λ2/8が最適であるが、金属粒子含有層34の条件によって、λ2/16〜λ2/4程度の範囲で最適値は変化するため、層構成に応じて適宜設定すればよい。
誘電体層44は、所定の媒質の屈折率より大きい第2の屈折率を有するものであればその構成材料は特に制限されない。例えば、バインダ、マット剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤及び界面活性剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。バインダとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、アルキド系樹脂、フッ素系樹脂等の熱硬化型又は光硬化型樹脂などが挙げられる。
本実施形態の遮熱フィルムは、上記各層以外の層を備えていてもよい。
(赤外線吸収化合物含有層)
本実施形態の遮熱フィルムは、熱線を遮蔽するために、赤外領域に吸収を有する化合物を含有する赤外線吸収化合物含有層を有してもよい。以下、赤外領域に吸収を有する化合物を含有する層のことを、赤外線吸収化合物含有層ともいう。なお、赤外線吸収化合物含有層は、他の機能層の役割を果たしてもよい。
本実施形態の遮熱フィルムは、粘着剤層(以下、粘着層ともいう)を有することが好ましい。粘着層は、紫外線吸収剤を含むことができる。
粘着層の形成に利用可能な材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂、アクリル樹脂、スチレン/アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの材料からなる粘着層は、塗布やラミネートにより形成することができる。
更に、粘着層には帯電防止剤、滑剤、ブロッキング防止剤などを添加してもよい。粘着層の厚みとしては、0.1μm〜10μmが好ましい。
耐擦傷性を付加するために、ハードコート性を有するハードコート層を含むことも好適である。ハードコート層には金属酸化物粒子や紫外線吸収剤を含むことができる。
ハードコート層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜その種類も形成方法も選択することができ、例えば、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、アルキド系樹脂、フッ素系樹脂等の熱硬化型又は光硬化型樹脂などが挙げられる。ハードコート層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1μm〜50μmが好ましい。
(バックコート層)
一方、本実施形態の遮熱フィルムにおいて、透明基材42の金属粒子含有層34とは反対側の面上に、バックコート層を有していてもよい。バックコート層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、赤外領域に吸収を有する化合物を含む層としてもよく、後述の金属酸化物粒子含有層としてもよい。
(紫外線吸収剤)
本実施形態の遮熱フィルムは、紫外線吸収剤が含まれている層を有することが好ましい。
紫外線吸収剤を含有する層は、目的に応じて適宜選択することができ、粘着層であってもよく、また、粘着層と金属粒子含有層との間の層であってもよい。いずれの場合も、紫外線吸収剤は、金属粒子含有層に対して、太陽光が照射される側に配置される層に添加されることが好ましい。
本実施形態の遮熱フィルムは、熱線を遮蔽するために、少なくとも1種の金属酸化物粒子を含有していても良い。
金属酸化物粒子の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、錫ドープ酸化インジウム(以下、「ITO」とする)、アンチモンドープ酸化錫(以下、「ATO」とする)、酸化亜鉛、アンチモン酸亜鉛、酸化チタン、酸化インジウム、酸化錫、酸化アンチモン、ガラスセラミックス、6硼化ランタン(LaB6)、セシウムタングステン酸化物(Cs0.33WO3、以下「CWO」とする)などが挙げられる。これらの中でも、熱線吸収能力に優れ、金属平板粒子と組み合わせることにより幅広い熱線吸収能を有する反射防止構造が製造できる点で、ITO、ATO、CWO、6硼化ランタン(LaB6)がより好ましく、1,200nm以上の赤外線を90%以上遮蔽し、可視光透過率が90%以上である点で、ITOが特に好ましい。
金属酸化物粒子の一次粒子の体積平均粒径としては、可視光透過率を低下させないため、0.1μm以下が好ましい。
金属酸化物粒子の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、球状、針状、板状などが挙げられる。
金属粒子含有層34の形成方法には、特に制限はない。例えば、透明基材42の表面上に、金属平板粒子36aを含有する分散液(金属平板粒子分散液)を、ディップコータ、ダイコータ、スリットコータ、バーコータ、グラビアコータ等により塗布する方法、LB膜法、自己組織化法、スプレー塗布などの方法で面配向させる方法が挙げられる。
なお、面配向を促進するために、金属平板粒子36aを塗布後、カレンダーローラやラミローラなどの圧着ローラを通してもよい。
[誘電体層の形成方法]
誘電体層44は、塗布により形成することが好ましい。このときの塗布方法としては、特に限定はなく、公知の方法を用いることができ、例えば、紫外線吸収剤を含有する分散液を、ディップコータ、ダイコータ、スリットコータ、バーコータ、グラビアコータ等により塗布する方法などが挙げられる。
ハードコート層は、塗布により形成することが好ましい。このときの塗布方法としては、特に限定はなく、公知の方法を用いることができ、例えば、紫外線吸収剤を含有する分散液を、ディップコータ、ダイコータ、スリットコータ、バーコータ、グラビアコータ等により塗布する方法などが挙げられる。
[粘着層の形成方法]
粘着層は、塗布により形成することが好ましい。例えば、基材、金属粒子含有層、紫外線吸収層などの下層の表面上に積層することができる。このときの塗布方法としては、特に限定はなく、公知の方法を用いることができる。
粘着剤を予め離型フィルム上に塗工及び乾燥させたフィルムを作製しておいて、当該フィルムの粘着剤面と本実施形態の遮熱フィルムの表面とをラミネートすることにより、ドライな状態のままの粘着剤層を積層することが可能である。このときのラミネートの方法としては、特に限定はなく、公知の方法を用いることができる。
本実施形態の遮熱フィルム41は、透明基材42と金属粒子含有層34との間に、透明基材42の屈折率n1よりも高い屈折率n2を有する高屈折率層46を備えている点で第1の実施形態の遮熱フィルム40と異なる。他の構成要素については第1の実施形態のものと同一であり、同等の要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
透明基材42の屈折率n1よりも高い屈折率n2を有する高屈折率層46を備えることにより、さらに反射防止効果を高めることができる。
高屈折率層46の屈折率は1.55以上、特に1.6以上であることが好ましい。
高屈折率層46は、屈折率が1.55より大きいものであればその構成材料は特に制限されない。例えば、バインダ、金属酸化物微粒子、マット剤、及び界面活性剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。バインダとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、アルキド系樹脂、フッ素系樹脂等の熱硬化型又は光硬化型樹脂などが挙げられる。
金属酸化物微粒子の材料としては、バインダの屈折率よりも大きな屈折率を持つ金属微粒子を用いる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば錫ドープ酸化インジウム(ITO)、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニア等が挙げられる。
以上のように構成される本実施形態の遮熱フィルムは、金属粒子含有層が屈折率の調整層として働き、低い反射率を達成することができる。また、本実施形態の遮熱フィルムは、金属粒子含有層の可視光に対する吸収率が、球状の金属粒子を備える場合と比較して非常に小さくなり、可視光について非常に高い透過率を得ることができる。
このような本発明の熱線遮蔽材10の複数の遮蔽セル22は、枠14及び膜18を組み合わせた枠−膜構造であるので、剛性が高く、質量が重い枠14は、剛性が低く、軽い膜18を固定しているので節となり、膜18に膜振動を生じさせることができる。即ち、遮蔽セル22では、膜18が枠14に膜振動の節となるように固定されている。このため、本発明の熱線遮蔽材10の複数の遮蔽セル22は、防音セルとして機能させることができる。本発明の熱線遮蔽材10において、遮蔽セル22が、防音セルとして機能するためには、枠14及び膜18が防音セルとして適した形状、寸法、強度などの物理的な特性を有していなければならないことは勿論である。
膜18は、枠14の内部の開口12を覆うように枠14に抑えられるように固定されるもので、外部からの音波に対応して膜振動することにより音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するものである。そのため、膜18は、空気に対して不浸透性であることが好ましい。
ところで、膜18は、枠14を節として膜振動する必要があるので、枠14に確実に抑えられるように固定され、膜振動の腹となり、音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音する必要がある。このため、膜18は、可撓性のある弾性材料製であることが好ましい。
以下では、基本的に、「反射」と「吸収」とを区別せずに、両者を含めて「遮音」及び「遮蔽」と言い、両者を区別する時に、「反射」及び「吸収」と言う。
なお、枠14及び膜18からなる構造における、即ち枠14に抑えられるように固定された膜18の第1共振周波数は、共鳴現象により音波が膜振動を最も揺らすところであり、音波がその周波数で大きく透過する固有振動モードの共振周波数であるということができる。
この遮蔽セル22は、図16に示すように、第1共振周波数の低周波側及び高周波側の両側で透過損失が大きくなることから、第1共振周波数の低周波側及び高周波側の両側で防音、即ち音の反射と音の吸収からなる遮音の効果を有することが分かる。
なお、遮蔽セル22においては、後述する同じ実施例1の結果である図17に示すように、第1共振周波数に起因する吸収率の極大がこの場合も現れる。
まず、本発明の熱線遮蔽材10の遮蔽セル22の枠−膜構造は、上述したように、膜面が共鳴的に振動して音波が大きく透過する周波数である第1共振周波数をもつ。この第1共振周波数は、上述した膜の厚み、膜の種類(ヤング率、密度等の物性)、及び/又は枠のサイズ(開口、膜のサイズ)等の実効的な堅さによって決定され、堅い構造ほど高周波数に共振点を持つ。
このような枠−膜構造の第1共振周波数以下の周波数領域である剛性則領域では、枠での固定部が膜を引っ張るバネ方程式が支配的であり、このとき膜を通過する音波の位相は遅れ、例えば90°遅れ、キャパシタ的な振る舞いをするということができる。一方で、第1共振周波数以上の周波数領域である質量則領域では、膜自体の重さによる運動方程式が支配的となり、このとき膜を通過する音波の位相は進み、例えば90°進み、インダクタンス的な振る舞いをするということができる。即ち、この枠−膜構造は、キャパシタ(コンデンサ)とインダクタンス(コイル)とを接続したものと見做すことができる。
ところで、上述した図16は、図1に示す熱線遮蔽材10について、周波数に対する透過損失で表される遮音特性の測定結果を示すグラフである。図16は、枠14を3mm×2mmのアクリル材を用い、枠14のサイズを1辺が20mmの正方形とし、膜18として金属粒子含有層34を両面に形成した、厚み120μmのTACフィルムとした時の透過損失を表わしている。図16において、例えば、遮蔽セル22の第1共振周波数は、透過損失が極小(0dB近傍)となる可聴域内の約800Hzであるので、その低周波側及び高周波側の両側のそれぞれ所定の周波数帯域において、選択的に遮音することができる。
したがって、枠14と膜18との組み合わせを適切に選ぶことにより、希望する特定の周波数帯域を選択的に遮音することができる。
ここで、本実施形態の熱線遮蔽材10において、枠14及び膜18からなる構造の遮蔽セル22の第1共振周波数は、複数の遮蔽セル22の枠14の幾何学的形態、例えば枠14の形状及び寸法(サイズ)と、複数の遮蔽セル22の膜18の剛性、例えば膜の厚さ及び可撓性等の物性とによって定めることができる。
なお、膜18の第1固有振動モードを特徴づけるパラメータとしては、同種材料の膜18の場合は、膜18の厚み(t)と枠14のサイズ(a)の2乗との比、例えば、正四角形の場合には一辺の大きさとの比[a2/t]を用いることができ、この比[a2/t]が等しい場合、例えば、(t、a)が、(50μm、7.5mm)の場合と(200μm、15mm)の場合とは、上記第1固有振動モードが同じ周波数、即ち同じ第1共振周波数となる。即ち、比[a2/t]を一定値にすることにより、スケール則が成立し、適切なサイズを選択することができる。
例えば、膜18のヤング率は、1000Pa〜3000GPaであることが好ましく、10000Pa〜2000GPaであることがより好ましく、1MPa〜1000GPaであることが最も好ましい。
防音効果を得る場合の膜18の材料は、上述した膜材料において、防音対象物に適用する際に適した強度を持ち、防音対象物の防音環境に対して耐性があり、膜18が音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するために膜振動することができるものであれば、特に制限的ではなく、防音対象物及びその防音環境などに応じて選択することができる。
ここで、本発明においては、図20に示すように、図12に示す遮蔽セル22aからなる本実施形態の熱線遮蔽材11も、図1に示す熱線遮蔽材10と同様に、開口孔24の有無にかかわらず、遮蔽セル22aの枠14及び膜18の組み合わせからなる枠−膜構造に依存する第1共振周波数が現れる。
しかしながら、本実施形態の熱線遮蔽材11では、この第1共振周波数よりも低周波側に開口孔24に起因して遮蔽がピーク(極大)となる透過損失のピークが現れ、この遮蔽(透過損失)がピーク(極大)となる周波数が遮蔽ピーク周波数となる。
まず、本実施形態の熱線遮蔽材11の遮蔽セル22aの枠−膜−孔構造が、図1に示す熱線遮蔽材10の遮蔽セル22の枠−膜構造と同様に、枠−膜構造に起因する第1共振周波数を持ち、第1共振周波数以下の周波数領域である剛性則領域では、枠−膜−孔構造に起因して膜及び開口孔を通過する音波の位相は遅れ、例えば90°遅れ、キャパシタ的な振る舞いをし、一方で、第1共振周波数以上の周波数領域である質量則領域では、枠−膜構造に起因して膜を通過する音波の位相は進み、例えば90°進み、インダクタンス的な振る舞いをするということができる。
即ち、枠−膜構造(遮蔽セル22a)に開口孔24を穿孔することだけで、特定の周波数領域に強い音響遮音が実現できる。
これが、本発明の本実施形態の熱線遮蔽材11における枠−膜−孔構造による防音構造の防音の原理である。
したがって、本発明の熱線遮蔽材11は、遮蔽ピーク周波数において遮蔽(透過損失)がピーク(極大)となるため、遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域の音を選択的に防音することができる。
本発明においては、第1に、音の遮蔽を大きくすることができ、かつ遮蔽のピークをコントロールできるが、更にこれらに加えて、貫通する開口孔24の効果により、音(音波のエネルギ)の吸収がより低周波側で現れるという特徴がある。
即ち、単に、開口孔24の穿孔位置が変わっただけでは、本実施形態の熱線遮蔽材11の遮音特性は変化しない。
しかしながら、本発明では、開口孔24は、開口12の周縁部の固定端から膜18の面の寸法の20%超離れた範囲内の領域に穿孔されていることが好ましく、膜18の中心に設けられていることが最も好ましい。
また、遮蔽セル22a内の開口孔24の数は、図12に示すように、1個の遮蔽セル22aに対して、1個であっても良いが、本発明はこれに限定されず、2個以上(即ち複数)であっても良い。
ここで、本実施形態の熱線遮蔽材11は、通気性の点からは、図12に示すように、各遮蔽セル22aの開口孔24は、1つの開口孔24で構成することが好ましい。その理由は、一定の開口率の場合、風としての空気の通り易さは、一つの穴が大きく境界での粘性が大きく働かない場合の方が大きいためである。
なお、遮蔽セル22a内の開口孔24の開口率(開口12を覆う膜18の面積に対する全開口孔24の合計面積率(全ての開口孔24の合計面積の割合)が同一の場合には、単一開口孔24と複数開口孔24で同様の熱線遮蔽材11が得られるため、ある開口孔24のサイズに固定しても様々な熱線遮蔽材を作製することができる。
本実施形態の熱線遮蔽材11は、製造適性の点からは、1つの遮蔽セル22a内には、同一サイズの開口孔24を複数個有することが好ましい。即ち、各遮蔽セル22aには、同一サイズの複数の開口孔24を穿孔することが好ましい。
更に、本実施形態の熱線遮蔽材11は、全ての遮蔽セル22aの開口孔24を同一サイズの穴とすることが好ましい。
このため、1つの遮蔽セル22a内の複数の開口孔24、又は、全ての遮蔽セル22a内の1個又は複数個の開口孔24を同一サイズとすると、レーザ加工、パンチング、又は針加工で孔をあける場合に、加工装置の設定や加工強度を変えることなく連続して開口孔をあけることができる。
また、図12に示す本実施形態の熱線遮蔽材11においては、遮蔽セル22a(又は膜18)内の開口孔24のサイズ(大きさ)は、各遮蔽セル22a(又は膜18)毎に異なっていても良い。このように遮蔽セル22a(又は膜18)毎にサイズの異なる開口孔24がある場合には、それらの開口孔24の面積を平均した平均面積に対応した遮音特性を示す。
また、本実施形態の熱線遮蔽材11の各遮蔽セル22aの開口孔24は、70%以上が同一サイズの孔で構成されることが好ましい。
しかしながら、開口孔24のサイズは、その下限側では、レーザの絞りの精度等のレーザ加工の加工精度、又はパンチング加工もしくは針加工などの加工精度や加工の容易性などの製造適性の点から、2μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることが最も好ましい。
なお、これらの開口孔24のサイズの上限値は、枠14のサイズより小さい必要があるので、通常、枠14のサイズはmmオーダであり、開口孔24のサイズをμmオーダに設定しておけば、開口孔24のサイズの上限値は、枠14のサイズを超えることはないが、もし、超えた場合には、開口孔24のサイズの上限値を枠14のサイズ以下に設定すればよい。
このような通気性のある代表的な部材としては網戸の網があげられる。一例として、NBCメッシュテック社製のアミドロジー30メッシュ品が挙げられるが、本発明者らは、これによって開口孔24を塞いでも得られるスペクトルは変化しないことを確認している。
また、上述の通気性のある部材は、網戸の網に限定されず、網の他にも、不織布素材、ウレタン素材、シンサレート(3M社製)、ブレスエアー(東洋紡社製)、ドットエアー(東レ社製)などが挙げられる。本発明では、このような通気性を有する素材で覆うことで、虫や砂が孔から侵入することを防ぐこと、開口孔24の部分から中が見える等のプライバシー性を確保すること、及び隠ぺい性を付与することなどができる。
ここで、本発明者らは、本発明の熱線遮蔽材11において、遮蔽セル22a、即ち枠14の円相当半径をR1(mm)、膜18の厚みをt1(μm)、膜18のヤング率をE1(GPa)、開口孔24の円相当半径をr(μm)とする時、下記式(3)で表されるパラメータAと、熱線遮蔽材11の遮蔽ピーク振動周波数(Hz)とは、遮蔽セル22の円相当半径R1(mm)、膜18の厚みt1(μm)、膜18のヤング率E1(GPa)、開口孔24の円相当半径r(μm)を変化させた時にも、図23に示すように、略線形な関係にあり、略一次式で表され、2次元座標上で、略同一直線上に乗ることを知見した。なお、音響パラメータAは、膜の密度やポアソン比には、略依存しないことも分かった。
A=√(E1)*(t11.2)*(ln(r)−e)/(R12.8)…(3)
ここで、eは、ネイピア数を示し、ln(x)は、eを底としたxの対数である。
ここで、遮蔽セル22a内に複数個の開口孔24が存在するとき、円相当半径rは複数個の開口部の合計面積から求めるものとする。
本発明の熱線遮蔽材11において、第1固有振動周波数を10Hz〜100000Hzとする時、遮蔽ピーク振動周波数は、第1固有振動周波数以下の主端数となることから、遮蔽ピーク振動周波数を10Hzから100000Hzまでの間の複数の値に対応する音響パラメータAの値を表1に示す。
以上のように規格化された音響パラメータAを用いることにより、本実施形態の熱線遮蔽材において遮蔽ピーク周波数を決定することができ、遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域の音を選択的に遮音することができる。また、逆に、この音響パラメータAを用いることにより、選択的に遮音すべき周波数帯域の中心となる遮蔽ピーク周波数を持つ本発明の熱線遮蔽材を設定することができる。
B=t2/R22*√(E2/d2) …(4)
y=0.7278x0.9566 …(5)
ここで、yは、第1固有振動周波数(Hz)であり、xは、音響パラメータBである。
なお、図24は、後述する実施例の実験前の設計段階におけるシミュレーションの結果から得られたものである。
第1固有振動周波数を10Hzから100000Hzまでの間の複数の値に対する音響パラメータBの値を表2に示す。
以上のように規格化された音響パラメータBを用いることにより、本発明の熱線遮蔽材において遮蔽ピーク周波数の高周波側の上限となる第1固有振動周波数を決定することができ、選択的に遮音すべき周波数帯域の中心となる遮蔽ピーク周波数を決めることができる。また、逆に、この音響パラメータBを用いることにより、選択的に遮音すべき周波数帯域の中心となる遮蔽ピーク周波数を持つことができる第1固有振動周波数を有する本発明の熱線遮蔽材を設定することができる。
ここで、メタマテリアルとは、ある波動現象に対してその波動の波長サイズより十分小さい基本構造を機能の単位とする構造をさす。メタマテリアルに対しての波動現象は、波長サイズより小さい単位構造であるために各単位構造からの散乱や回折現象は互いに波動的に打ち消し合い、あたかもバルクの物質と同様に反射・透過・吸収・屈折などの現象が起こる。
音響メタマテリアルは、図1に示す熱線遮蔽材10自体であり、音響メタマテリアルの基本単位は、1つの枠14と1つの膜18からなる1つの遮蔽セル22であり、その基本単位のサイズは、音の波長のサイズよりはるかに小さい。
また、光学マテリアルは、遮蔽セル22の膜18を構成する図3及び図8に示す遮熱フィルム30及び40であり、光学メタマテリアルの基本単位は、図4Bに示すような1個の金属粒子36(金属平板粒子36c)であり、その基本単位のサイズは、光の波長のサイズよりはるかに小さい。
d1 <λ2 < λ1 < R < λ3 …(1)
また、本発明の熱線遮蔽材は、更に、枠14、膜18、及び開口孔24からなる枠−膜−孔構造体は、枠−膜構造体の共振周波数より低周波側に防音の極大値を示すピーク周波数の音響波長をλ4とする時、下記不等式(2)で表されるスケールの関係を持つことが好ましい。
d1 <λ2 < λ1 < R < λ3 < λ4 …(2)
ここで、本発明の熱線遮蔽材は、光学機能として、λ1を中心に光を遮蔽する機能、及びλ2を中心に反射防止機能を持ち、また、音響機能としてλ4を中心に低周波側の音を遮蔽する機能を持つことが好ましい。
更に、本発明の熱線遮蔽材の遮熱構造では、従来と比べて軽量で取り扱いがしやすいだけではなく、従来にはなかった防音効果も得ることができ、遮熱性を有する膜、例えば遮熱フィルムをセル構造の枠に貼り付けるだけで、遮熱効果は勿論のこと、枠−膜構造から剛性と防音効果の両方を得ることができる。
このように、本発明の熱線遮蔽材では、遮熱性の膜に枠を取り付けたことで、可聴域の低周波側と高周波側において防音効果が現れる。特に、低周波側は、従来の連続的な重い支持体を取り付けた場合と比べても防音性が大きい。また、風を通すための開口孔を設けた場合には、低周波側で防音の周波数特性が変化し、特定の周波数を特に強く防音できる。
したがって、本発明の熱線遮蔽材は、透明・軽量で外部の視認性の調整も可能でありながら、熱線(近赤外線)と音響とを遮蔽することができ、また、膜に開口孔を備えるものでは風を通すことができる。
以上から明らかなように、軽量・小型で取り扱いのしやすい遮熱構造を持つ本発明の熱線遮蔽材は、環境に重要な技術であり、そこに防音効果も加わることで、光学、音響及び力学の複合機能を持つ窓部材、網戸部材、ブラインド、カーテン、又は仕切り等の建築部材、ペットケージとしてのケージ部材、及び道路又は鉄道線路の側面に設置される側面壁等、非常に広い範囲に適用可能性を有することができる。
[難燃性]
建材や機器内蔵部材として本発明の熱線遮蔽材を使用する場合、難燃性であることが求められる。
そのため、膜は、難燃性のものが好ましい。膜としては、例えば難燃性のPETフィルムであるルミラー(登録商標)非ハロゲン難燃タイプZVシリーズ(東レ社製)、テイジンテトロン(登録商標)UF(帝人社製)、及び/又は難燃性ポリエステル系フィルムであるダイアラミー(登録商標)(三菱樹脂社製)等を用いればよい。
また、枠も、難燃性の材質であることが好ましく、アルミニウム等の金属、セミラックなどの無機材料、ガラス材料、難燃性ポリカーボネート(例えば、PCMUPY610(タキロン社製))、及び/又はや難燃性アクリル(例えば、アクリライト(登録商標)FR1(三菱レイヨン社製))などの難燃性プラスチックなどが挙げられる。
さらに、膜を枠に固定する方法も、難燃性接着剤(スリーボンド1537シリーズ(スリーボンド社製))、半田による接着方法、又は2つの枠で膜を挟み固定するなどの機械的な固定方法が好ましい。
環境温度変化にともなう、本発明の熱線遮蔽材の構造部材の膨張伸縮により防音特性が変化してしまう懸念があるため、この構造部材を構成する材質は、耐熱性、特に低熱収縮のものが好ましい。
膜は、例えばテイジンテトロン(登録商標)フィルム SLA(帝人デュポン社製)、PENフィルム テオネックス(登録商標)(帝人デュポン社製)、及び/又はルミラー(登録商標)オフアニール低収縮タイプ(東レ社製)などを使用することが好ましい。また、一般にプラスチック材料よりも熱膨張率の小さいアルミニウム等の金属膜を用いることも好ましい。
また、枠は、ポリイミド樹脂(TECASINT4111(エンズィンガージャパン社製))、及び/又はガラス繊維強化樹脂(TECAPEEKGF30(エンズィンガージャパン社製))などの耐熱プラスチックを用いること、及び/又はアルミニウム等の金属、又はセラミック等の無機材料やガラス材料を用いることが好ましい。
さらに、接着剤も、耐熱接着剤(TB3732(スリーボンド社製)、超耐熱1成分収縮型RTVシリコーン接着シール材(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製)、及び/又は耐熱性無機接着剤アロンセラミック(登録商標)(東亜合成社製)など)を用いることが好ましい。これら接着を膜または枠に塗布する際は、1μm以下の厚みにすることで、膨張収縮量を低減できることが好ましい。
屋外や光が差す場所に本発明の熱線遮蔽材が配置された場合、構造部材の耐侯性が問題となる。
そのため、膜は、特殊ポリオレフィンフィルム(アートプライ(登録商標)(三菱樹脂社製))、アクリル樹脂フィルム(アクリプレン(三菱レイヨン社製))、及び/又はスコッチカルフィルム(商標)(3M社製)等の耐侯性フィルムを用いることが好ましい。
また、枠材は、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリル(アクリル)などの耐侯性が高いプラスチックやアルミニウム等の金属、セラミック等の無機材料、及び/又はガラス材料を用いることが好ましい。
さらに、接着剤も、エポキシ樹脂系のもの、及び/又はドライフレックス(リペアケアインターナショナル社製)などの耐侯性の高い接着剤を用いることが好ましい。
耐湿性についても、高い耐湿性を有する膜、枠、及び接着剤を適宜選択することが好ましい。吸水性、耐薬品性に関しても適切な膜、枠、及び接着剤を適宜選択することが好ましい。
長期間の使用においては、膜表面にゴミが付着し、防音機能を備える本発明の熱線遮蔽材の熱遮蔽特性、及び/又は防音特性に影響を与える可能性がある。そのため、ゴミの付着を防ぐ、または付着したゴミ取り除くことが好ましい。
ゴミを防ぐ方法として、ゴミが付着し難い材質の膜を用いることが好ましい。例えば、導電性フィルム(フレクリア(登録商標)(TDK社製)、及び/又はNCF(長岡産業社製))などを用いることで、膜が帯電しないことで、帯電によるゴミの付着を防ぐことができる。また、フッ素樹脂フィルム(ダイノックフィルム(商標)(3M社製))、及び/又は親水性フィルム(ミラクリーン(ライフガード社製)、RIVEX(リケンテクノス社製)、及び/又はSH2CLHF(3M社製))を用いることでも、ゴミの付着を抑制できる。さらに、光触媒フィルム(ラクリーン(きもと社製))を用いることでも、膜の汚れを防ぐことができる。これらの導電性、親水性、及び/又は光触媒性を有するスプレー、及び/又はフッ素化合物を含むスプレーを膜に塗布することでも同様の効果を得ることができる。
また、図12に示すような膜18に通気孔となる開口孔24を有する熱線遮蔽材11の場合には、図25、及び図26にそれぞれ示す熱線遮蔽材50a、及び50bのように、膜18上に設けられたカバー52にも孔54を空けて、膜18上に直接風やゴミが当たらないように、配置することが好ましい。
付着したゴミを取り除く方法としては、膜の共鳴周波数の音を放射し、膜を強く振動させることで、ゴミを取り除くことができる。また、ブロワー、又はふき取りを用いても同様の効果を得ることができる。
強い風が膜に当たることで、膜が押された状態となり、共鳴周波数が変化する可能性がある。そのため、膜上に、不織布、ウレタン、及び/又はフィルムなどでカバーすることで、風の影響を抑制することができる。図12に示すような膜18に開口孔24を有する熱線遮蔽材11の場合には、上記のゴミの場合と同様に、図25、及び図26にそれぞれ示す熱線遮蔽材50a、及び50bのように、膜18上に設けられたカバー52にも孔54を空けて、膜18上に直接風が当たらないように、配置することが好ましい。
図1、図2、及び図12に示す本発明の熱線遮蔽材10、及び11は、複数の枠14が連続した1つの枠体16によって構成されているが、本発明はこれに限定されず、1つの枠とそれに取り付けられた1枚の膜とを持つ、又はこの1つの枠と1枚の膜と膜に形成された貫通穴を持つ単位ユニットセルとしての遮蔽セルであっても良い。即ち、本発明の熱線遮蔽材は、必ずしも1つの連続した枠体によって構成されている必要はなく、単位ユニットセルとして枠構造とそれに取り付けられた膜構造とを持つ、又は1つの枠構造と1つの膜構造と膜構造に形成された穴構造を持つ遮蔽セルであっても良く、このような単位ユニットセルを独立に使用する、もしくは複数の単位ユニットセルを連結させて使用することもできる。
複数の単位ユニットセルの連結の方法としては、後述するが、枠体部にマジックテープ(登録商標)、磁石、ボタン、吸盤、及び/又は凹凸部を取り付けて組み合わせてもよいし、テープなどを用いて複数の単位ユニットセルを連結させることもできる。
本発明の熱線遮蔽材を壁等に簡易に取り付け、又はり取外しできるようにするため、熱線遮蔽材に磁性体、マジックテープ(登録商標)、ボタン、吸盤などからなる脱着機構が取り付けられていることが好ましい。例えば、図27に示すように、熱線遮蔽材50cの枠体16の外側の枠14の底面に脱着機構56を取付けて置き、熱線遮蔽材50cに取り付けられた脱着機構56を壁58に取付けて、熱線遮蔽材50cを壁58に取り付けるようにしても良いし、図28に示すように、熱線遮蔽材50cに取り付けられた脱着機構56を壁58から取り外して、熱線遮蔽材50cを壁58から離脱させるようにしても良い。
また、遮蔽セルに凹凸部を設け、例えば図30に示すように、遮蔽セル51dに凸部62aを設け、かつ遮蔽セル51eに凹部62bを設け、それらの凸部62aと凹部62bとをかみ合わせで遮蔽セル51dと遮蔽セル51eとの脱着を行ってもよい。複数の遮蔽セルを組み合わせることができれば、1つの遮蔽セルに凸部及び凹部の両方を設けても良い。
更に、上述した図29に示す脱着機構60と、図30に示す凹凸部、凸部62a及び凹部62bとを組み合わせて遮蔽セルの着脱を行うようにしても良い。
本発明の熱線遮蔽材のサイズが大きくなるにつれ、枠が振動しやすくなり、膜振動に対し固定端としての機能が低下する。そのため、枠の厚みを増して枠剛性を高めることが好ましい。しかし、枠の厚みを増すと熱線遮蔽材の質量が増し、軽量である本熱線遮蔽材の利点が低下していく。
そのため、高い剛性を維持したまま質量の増加を低減するために、枠に孔や溝を形成することが好ましい。例えば、図31に示す遮蔽セル64の枠66に対して、図32に側面図として示すようにトラス構造を用いることで、又は図33に示す遮蔽セル68の枠70dに対して、図34に図33のA−A線矢視図として示すようにラーメン構造を用いることで、高い剛性かつ軽量を両立することができる。
こうすることにより、高剛性化と軽量化を両立することができる。
なお、上述した図27〜図37に示す各遮蔽セルの膜18には、開口孔が穿孔されていないが、本発明はこれに限定されず、図12に示す実施例の遮蔽セル22aのように、開口孔24を有していても良いのは勿論である。
図1に示す本発明の熱線遮蔽材10は、以下のようにして製造される。
まず、複数、例えば225の枠14を有する枠体16と、枠体16の全ての枠14の開口12を全て覆う、遮熱性を持つシート状の膜体20、例えば、図3、図7、図8、又は図11に示すシート状の遮熱フィルム30、40、又は41を準備する。
次に、枠体16の全ての枠14にシート状の膜体20を接着剤によって固定し、全ての枠14の開口12をそれぞれ覆う膜18を形成して、枠14と膜18とからなる枠−膜構造を持つ複数の遮蔽セル22を構成する。
こうして、本発明の熱線遮蔽材10を製造することができる。
また、図12に示す本発明の熱線遮蔽材11は、以下のようにして製造される。
上述した図1に示す本発明の熱線遮蔽材10と同様にして、枠14と膜18とからなる枠−膜構造を持つ複数の遮蔽セル22を構成した後、更に、複数の遮蔽セルの個々の膜18に、レーザ加工などのエネルギを吸収する加工方法、もしくはパンチング、又は針加工などの物理的接触による機械加工方法によって1個以上の開口孔24をそれぞれ穿孔して、各遮蔽セル22aに開口孔24を形成する。
こうして、本発明の熱線遮蔽材11を製造することができる。
本発明の熱線遮蔽材の製造方法は、以上のようなものである。
建築部材としては、本発明の熱線遮蔽材を、可動部材、又は取外し可能な部材として用いることができる。このような建築部材の場合には、その建築部材が用いられる建築物、又は空間において、この熱線遮蔽材の複数の膜が外側に、かつ枠からなる枠体が内側に来るように配置されているのが好ましい。
可動部材、又は取外し可能な部材として用いる建築部材としては、この熱線遮蔽材を、移動又は取外し可能な窓、特に2重窓の内窓に対する外窓の透明部として用いた窓部材、及びこの熱線遮蔽材を、移動又は取外し可能な網戸の透明部として用いた網戸部材を挙げることができ、更に、この熱線遮蔽材を枠体が折りたためる構造として用いたブラインド、カーテン、又は仕切り等を挙げることができる。
なお、上述した窓部材、網戸部材、及びケージ部材は、膜に開口孔が穿孔された通気性のある特定の低周波音を防音できる本発明の熱線遮蔽材を用いて形成することが好ましい。
また、道路又は鉄道線路の側面に設置される側面壁に、本発明の熱線遮蔽材を用いる場合には、側面壁自体をこの熱線遮蔽材で構成しても良いが、別途設けられた側面壁と併用するように構成しても良い。
本発明の熱線遮蔽材、並びにこれを用いる建築部材、ケージ部材、及び道路又は鉄道線路の側面壁は、基本的に以上のように構成される。
例えば、本発明の防音機能を備えた熱線遮蔽材の防音部材としての用途としては、
建材用防音部材:建材用として使用する防音部材、
空気調和設備用防音部材:換気口、空調用ダクトなどに設置し、外部からの騒音を防ぐ防音部材、
外部開口部用防音部材:部屋の窓に設置し、室内又は室外からの騒音を防ぐ防音部材、
天井用防音部材:室内の天井に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
床用防音部材:床に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
内部開口部用防音部材:室内のドア、ふすまの部分に設置され、各部屋からの騒音を防ぐ防音部材、
トイレ用防音部材:トイレ内またはドア(室内外)部に設置、トイレからの騒音を防ぐ防音部材、
バルコニー用防音部材:バルコニーに設置し、自分のバルコニーまたは隣のバルコニーからの騒音を防ぐ防音部材、
室内調音用部材:部屋の音響を制御するための防音部材、
簡易防音室部材:簡易に組み立て可能で、移動も簡易な防音部材、
ペット用防音室部材:ペットの部屋を囲い、騒音を防ぐ防音部材、
アミューズメント施設:ゲームセンター、スポーツセンター、コンサートホール、映画館に設置される防音部材、
工事現場用仮囲い用の防音部材:工事現場を多い周囲に騒音の漏れを防ぐ防音部材、
トンネル用の防音部材:トンネル内に設置し、トンネル内部および外部に漏れる騒音を防ぐ防音部材、等を挙げることができる。
まず、実施例として、PETフィルム上に銀のナノ平板粒子が平面上に塗布されている構成の遮熱フィルムを「膜」として用いて、それにアクリル製の「枠」を取り付けた構成を熱線遮蔽材のサンプルの基本として用いた。
本発明の熱線遮蔽材の実施例を製造して実験を行う前に遮熱・防音構造の設計について示す。
光学に関しては、FDTD法(Finite-difference time-domain method:有限差分時間領域法)を用いた自社開発のFDTDシミュレーションを用いて、粒子形状とその粒子群がランダムに配置されたときの光学スペクトルを計算した。このシミュレーション結果は、例えば富士通社製の光学用の電磁波解析ソフトウェア「Poynting for Optics」や、FEM(Finite Element Method:有限要素法)計算では、FEMベースの汎用物理シミュレーションソフトウェアであるCOMSOLver5.0(COMSOL AB社(スウェーデン)製)のRF(Radio Frequency:無線周波数)モジュールを用いて再現した。この計算により、最適な粒子サイズや密度設計を行った。また、反射防止機能に関しても、同様にFDTDシミュレーションにより最適な誘電体層厚みを決定した。
また、防音性に関してもFEM計算COMSOLver5.0の音響モジュールを用いて設計した。
なお、この設計に基づいて、サンプルの形状や材質を決定した。実験結果における光学特性及び音響特性は、シミュレーションからの予測とよく一致した。
−銀平板粒子分散液A1の調液−
NTKR−4(日本金属工業(株)製)製の反応容器にイオン交換水13Lを計量し、SUS316L製のシャフトにNTKR−4製のプロペラ4枚およびNTKR−4製のパドル4枚を取り付けたアジターを備えるチャンバーを用いて撹拌しながら、10g/Lのクエン酸三ナトリウム(無水物)水溶液1.0Lを添加して35℃に保温した。8.0g/Lのポリスチレンスルホン酸水溶液0.68Lを添加し、更に0.04Nの水酸化ナトリウム水溶液を用いて23g/Lに調製した水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.041Lを添加した。0.10g/Lの硝酸銀水溶液13Lを5.0L/minで添加した。
10g/Lのクエン酸三ナトリウム(無水物)水溶液1.0Lとイオン交換水11Lを添加して、更に80g/Lのヒドロキノンスルホン酸カリウム水溶液0.68Lを添加した。撹拌を800rpmに上げて、0.10g/Lの硝酸銀水溶液8.1Lを0.95L/minで添加した後、30℃に降温した。
調製液のpH変化が止まった段階で、1NのNaOH水溶液5.0Lを0.33L/minで添加した。その後、2.0g/Lの1−(m−スルホフェニル)−5−メルカプトテトラゾールナトリウム水溶液(NaOHとクエン酸(無水物)とを用いてpH=7.0±1.0に調節して溶解した)0.18Lを添加し、更に70g/Lの1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン(NaOHで水溶液をアルカリ性に調節して溶解した)0.078Lを添加した。このようにして銀平板粒子分散液A1を調製した。
SUS316L製の溶解タンクにイオン交換水16.7Lを計量した。SUS316L製のアジターで低速撹拌を行いながら、脱イオン処理を施したアルカリ処理牛骨ゼラチン(GPC重量平均分子量20万)1.4kgを添加した。更に、脱イオン処理、蛋白質分解酵素処理、および過酸化水素による酸化処理を施したアルカリ処理牛骨ゼラチン(GPC重量平均分子量2.1万)0.91kgを添加した。その後40℃に昇温し、ゼラチンの膨潤と溶解を同時に行って完全に溶解させた。
SUS316L製の溶解タンクにイオン交換水8.2Lを計量し、100g/Lの硝酸銀水溶液8.2Lを添加した。SUS316L製のアジターで高速撹拌を行いながら、140g/Lの亜硫酸ナトリウム水溶液2.7Lを短時間で添加して、亜硫酸銀の白色沈澱物を含む混合液を調製した。この混合液は、使用する直前に調製した。
上述した銀平板粒子分散液A1を遠沈管に800g採取して、1NのNaOH及び/又は1Nの硫酸を用いて25℃でpH=9.2±0.2に調整した。遠心分離機(日立工機(株)製himacCR22GIII、アングルローターR9A)を用いて、35℃に設定して9000rpm60分間の遠心分離操作を行った後、上澄液を784g捨てた。沈殿した銀平板粒子に0.2mMのNaOH水溶液を加えて合計400gとし、撹拌棒を用いて手撹拌して粗分散液にした。これと同様の操作で24本分の粗分散液を調製して合計9600gとし、SUS316L製のタンクに添加して混合した。更に、Pluronic31R1(BASF社製)の10g/L溶液(メタノール:イオン交換水=1:1(体積比)の混合液で希釈)を10cc添加した。プライミクス(株)製オートミクサー20型(撹拌部はホモミクサーMARKII)を用いて、タンク中の粗分散液混合物に9000rpmで120分間のバッチ式分散処理を施した。分散中の液温は50℃に保った。分散後、25℃に降温してから、プロファイルIIフィルター(日本ポール(株)製、製品型式MCY1001Y030H13)を用いてシングルパスの濾過を行った。
このようにして、分散液A1に脱塩処理および再分散処理を施して、銀平板粒子分散液B1を調製した。
銀平板粒子分散液A1の中には、六角形状乃至円形状および三角形状の平板粒子が生成していることを確認した。なお、分散液A1中においては、金属微粒子は全て金属平板粒子であった。銀平板粒子分散液AのTEM観察により得られた像を、画像処理ソフトImageJに取り込み、画像処理を施した。数視野のTEM像から任意に抽出した500個の粒子に関して画像解析を行い、同面積円相当直径を算出した。これらの母集団に基づき統計処理した結果、平均直径は120nmであった。
銀平板粒子分散液B1を同様に測定したところ、粒度分布の形状も含め銀平板粒子分散液A1とほぼ同じ結果を得た。
銀平板粒子分散液B1をシリコン基板上に滴下して乾燥し、銀平板粒子の個々の厚みをFIB−TEM法により測定した。銀平板粒子分散液B1中の銀平板粒子10個を測定して平均厚みは8nmであった。
したがって、アスペクト比は、15.0であった。
塗布液C1A及びD1を表3に示す材料の組成比で調製した。
なお、表3において、各値の単位は質量部である。
透明基材42としてのTACフィルム(フジタック、120μm、屈折率1.5)の両表面上に、金属粒子含有層用の塗布液C1Aを、ワイヤーバーを用いて、各面の乾燥後の平均厚みがそれぞれ20nmになるように塗布した。その後、130℃で1分間分間加熱し、乾燥、固化し、金属粒子含有層34を形成した。形成した金属粒子含有層34の上に、誘電体層用の塗布液D1を、ワイヤーバーを用いて、乾燥後の平均厚みが60nmになるように塗布した。その後、130℃で1分間加熱し、乾燥、固化し、誘電体層44を形成して、実施例1の反射防止効果を有する遮熱フィルムを得た。
なお、実施例1で用いられる遮熱フィルムは、図8に示す遮熱フィルム40のように、透明基材42の片面ではなく、両面にそれぞれ金属粒子含有層34及び誘電体層44の積層体を備えるものである。
島津製作所製オートグラフを用いてこの膜のヤング率を測定したところ、3GPaであることが分かった。金属粒子含有層34の塗布液を塗布する前のTACフィルム自体のヤング率を測定したところ、そちらも3GPaとなり変化していないことが確認された。これは、透明基材42となるTACフィルムに対して塗布層(金属粒子含有層34)の厚みが非常に薄いために、力学特性にはほとんど影響を与えなかったと考えられた。
「枠」14としてはアクリル材質で厚み3mm×幅2mmを用い、枠14の形状を正方形として、その正方形開口12の一辺を20mmとして加工を行ったものを用いた。枠構造(枠体16の枠14のセル構造)の開口12は、6×6個の合計36個を有する。
この時、36個の枠14からなる枠体16の重さは約12gとなる。一方で、厚み3mmのアクリル板を上記枠体16と同じ外形面積で用意すると重さは約64gとなり、36個の枠14の枠体16とすることで20%程度の重さに軽量化できた。
仮に、正方形開口12を持つ枠14が合計10000個ある枠体16を同じ厚みと同じ幅で作成すると、その重さは約3kgとなるが、一方で、同じ大きさのアクリル板の場合には17kgとなってしまう。このとき1辺は2m20cmの長さの正方形となるため、重いアクリル板と比べて枠構造とすることで大幅に使用しやすくなることが分かる。
接着剤を枠体16の各枠14の表面部に塗布し、そこに膜18を貼り付けた。この時、膜18となる遮熱フィルムにしわがよらないように注意して接着することで、見た目にクリアに透明となり、また剛性や防音性も均一なものとなった。
枠−膜構造体の構造の強さを測定するために、イマダ製デジタルフォースゲージZP−5NをXYZステージで垂直に稼働できるようにし、枠-膜構造に垂直に押し当ててフィルム垂直方向における移動距離とフィルムのテンションメータを押す力を測定した。このとき、垂直方向の移動距離と力は二次曲線の関係となる。測定される力をF(mN)、垂直方向の押し込み距離をZ(mm)とした時に、F=a*Z2の関係式に従う。ここで、aは定数である。
この係数aが、フィルムの張力と関係し、aが大きいほどフィルムの押し込みに対する反発力が強いことを示し、張力が大きいことを示す。
測定されたパラメータaは、1570(mN/mm2)であった。枠−膜構造体の強度は、膜である遮熱フィルム自体の強度に対して、大幅に大きくなり、自立して移動させることができることが分かった。
実施例1の熱線遮蔽材においては、図15に示すように、可視光波長域(380nm〜780nm)においては反射率が抑制される一方で、近赤外光の領域である1100nm付近では30%程度の反射率が現れた。また、図14に示すように、透過率も、800nm〜1300nmの領域で50%以下となっており、近赤外光の領域で大きく遮蔽していた。このように、枠−膜構造体でも、可視光の反射防止と近赤外光の遮蔽を兼ね備える光学機能を付与できることが分かった。
実施例1の枠−膜構造の熱線遮蔽材を音響管の測定部位に配置し、100Hz〜2000Hzの範囲で音響透過損失測定を行った。
透過損失の測定結果を図16に示した。
また、上述の音響管を用いて透過率と反射率を求めて、それより吸収率の周波数依存性を求めた。その結果を図17に示した。
図16に示すように、実施例1の熱線遮蔽材を枠−膜構造としたことにより膜の振動が太鼓状となり、その第1共振周波数が800Hz付近に存在することが分かった。その第1共振周波数より低周波側を剛性則、高周波側を質量則に従って強く遮蔽していることが分かった。
また、図16に示すように、第1共振周波数において音を吸収が大きくなった。
このように、枠14の片面に遮熱性の膜18をつけた構造を用いて外窓の部材を作成する場合、配置は遮熱性の膜18が家の外側となり、枠14が家の内側に来る方が望ましい。こうすることで、外の日射の遮蔽に関して枠14の影響を受けずに膜18の前面が近赤外光を選択的に反射できるとともに、引き戸形式の網戸や外窓として使用する場合、枠14がついていることで家の中では指で動かしやすくなる。一般に網戸は家の中から開け閉めすることが多いため、膜18が外側で、枠14が内側の構造の方がより望ましい。
上記実施例1において、両面に金属粒子含有層を塗布したTACフィルムからなる遮熱フィルムを用いる代わりに、元のTACフィルム自体を用いて同じように枠−膜構造体を作成した。この構造体に関して実施例1と同一の方法で光学特性、音響特性及び電気的特性の測定を行った。光学特性は、両面で8%程度の通常のTACフィルムの反射率を示し、近赤外光を特異に遮蔽することも可視光の反射を防止することもできなかった。一方、音響特性に関しては、実施例1と同様に質量則と剛性則による遮音が得られた。電気的特性に関しては、実施例1と同様に、電気的絶縁性であり、電波透過性を有することが確認された。
実施例1において、遮熱フィルムの膜18を枠14に固定せずに膜単体での評価を実施例1と同様に行った。光学特性としては、実施例1と同じ特性が得られた。音響の測定では、上述の音響管内で膜端部を強く固定せずに緩く支持することによって、音響管の影響を防ぎ、膜自体の音響特性を測定するようにした。測定した等価損失を図22に示した。枠14がないことで特定の振動や剛性による遮音が消えて、5dB未満の遮音効果となった。また、明確な第1共振周波数も消失した。電気的特性に関しては、実施例1と同様であった。
また、膜単体の強さを測定するために、実施例1と同様にして、膜18自体に垂直に負荷された張力を測定した。膜単体の縦方向の押し込みによる張力測定は非常に困難であるため、仮に直径8cmの円形枠に軽くテープで固定された状態で測定を行った。測定されたパラメータaは、0.009 (mN/mm2)であった。膜自体の張力では、膜自体が自立できないため、支持体が必要であることが分かる。
実施例1の熱線遮蔽材10(図1参照)に対して、直径1mmの開口孔24を各遮蔽セル22に対して穿孔して、図12に示す熱線遮蔽材11を作製した。穿孔手法は、ポンチにより力学的に開口孔24を形成した。
こうして得られた実施例2の熱線遮蔽材の光学特性、音響特性及び電気的特性を実施例1と同様にして測定した。
実施例2の熱線遮蔽材の枠−膜−孔構造の光学測定結果を図18及び図19に示した。
図18及び図19に示す結果は、それぞれ実施例1の図14及び図15に示す結果と同様になった。開口孔24の面積率が0.25%以下であるため、実施例2の熱線遮蔽材全体の光学特性はほぼ変化がなかった。
なお、電気的特性に関しては、実施例1と同様であった。
また、この実施例2の熱線遮蔽材の枠−膜−孔構造体の背面にファンを設置し、表面まで風が穴をとおって抜けてくることを確認した。
このように、実施例2の熱線遮蔽材では、光学特性に関してはほぼ変化がなく、一方で音響特性に関しては、この開口孔24の孔サイズでも遮蔽ピークや音の吸収の増加など大きな変化が現れた。
これは、開口孔24の孔サイズが光学波長より十分大きく、音響波長より十分小さい階層性メタマテリアルの効果で音響に大きな効果を作用させることができた結果であることが分かった。
実施例1において、膜18を枠14に固定する際に、接着剤を使う代わりに力学的な固定を行った。アクリル樹脂製の枠14からなる枠体16の厚みを3mmではなく1.5mmとし、それを2枚用意した。片方の枠体16の枠14にはねじ穴を切り、もう片方の枠体16の枠14には、ねじが通る穴をあけた。
また、膜18となるシート状膜体20に対して、ピッチ22mmの正方格子配列で開口孔24を形成した。手法は、インクジェットで黒点を形成し、その後レーザによって開口孔24を形成した。
実施例3の熱線遮蔽材では、ねじ部が力学的な固定部となり、両面から枠14によって膜18を挟む構造であるため膜18が枠14にそって固定された。この方法を使えば、接着剤で固定が難しい異種材料同士であっても固定することができる。
実施例3の熱線遮蔽材の光学特性、音響特性及び電気的特性を実施例1と同様に測定し、それらの結果に変化がないことを確認した。
更に、実施例2の熱線遮蔽材は、通気性に優れていることに加え、狙った特定の周波数成分を極めて強く遮蔽することができるという優れた遮音特性を持ち、更に、より低周波側の成分の吸収を増大させることができることが分かった。
以上から、本発明の熱線遮蔽材の効果は、明らかである。
12 開口
14、66、70、76 枠
15、78a、78b 枠材
16、78 枠体
18 膜
20 膜体
22、22a、51a、51b、51c、51d、51e、64、68、74 遮蔽セル
24 開口孔
30、40、41 遮熱フィルム
32 基材
34、34A,34B 金属粒子含有層
36 金属粒子
36a、36b、36c 金属平板粒子
38 バインダ
42 透明基材
44 誘電体層
52 カバー
54 孔
56、60 脱着機構
58 壁
62a 凸部
62b 凹部
また、更に、1つ以上の開口孔を有することが好ましい。
また、複数の膜の少なくとも一部は、1つ以上の開口孔を有することが好ましい。
また、複数の枠及び複数の膜からなる構造体は、10〜100000Hzの範囲内の第1の周波数において、5dB以上防音することが好ましい。
[0015]
また、複数の膜は、枠体の一方の側にのみ固定され、複数の枠及び複数の膜からなる構造体は、10〜100000Hzの範囲内の第1の周波数において、5dB以上防音することが好ましい。
また、複数の膜は、枠体の一方の側にのみ固定され、且つ、枠体の複数の枠の全部、又は一部に単一膜で取り付けられ、複数の枠及び複数の膜からなる構造体は、10〜100000Hzの範囲内の第1の周波数において、5dB以上防音することが好ましい。
また、複数の膜の少なくとも一部は、第1の屈折率を持つベースとなる基材と、複数の金属粒子を含有する金属粒子含有層と、第2の屈折率を持つ誘電体層と、を有し、基材と、金属粒子含有層と、誘電体層とは、この順で順次積層された積層構造を構成し、金属粒子含有層は、金属粒子として少なくとも金属平板粒子を含み、金属粒子の局在プラズモン効果により近赤外光の波長を含む第1の光学波長λ1の光を遮蔽するように機能し、誘電体層の厚みは、入射光が誘電体層の表面側から積層構造へ入射する場合の誘電体層の表面における反射光が誘電体層と金属粒子含有層との界面における反射光と干渉して打ち消される厚みであり、それによって、第2の入射光波長λ2の入射光の反射を防止し、複数の枠の平均セルサイズをR、複数の金属粒子の平均サイズをd1、第1の光学波長をλ1、第2の入射光波長をλ2、複数の枠及び複数の膜からなる構造体の共振周波数の音響波長をλ3とする時、下記不等式(1)で表されるスケールの関係を持ち、光学機能として、λ1を中心に光を遮蔽する機能、及びλ2を中心に反射防止機能を持つことが好ましい。
d1 < λ2 < λ1 < R < λ3 …(1)
[0016]
また、複数の膜の少なくとも一部は、1つ以上の開口孔を有し、複数の枠、複数の膜、及び1つ以上の開口孔からなる構造体は、共振周波数より低周波側に防音の極大値を示すピーク周波数を有し、ピーク周波数の音響波長をλ4とする時、下記不等式(2)で表されるスケールの関係を持ち、光学機能として、λ1を中心に光を遮蔽する機能、及びλ2を中心に反射防止機能を持ち、音響機能としてλ4を中心に低周波側の音を遮蔽する機能を持つことが好ましい。
また、誘電体層の厚みは、光路長が第2の入射光波長の1/4以下であることを特徴とすることが好ましい。
また、更に、基材と金属粒子含有層との間に第1の屈折率より大きい第3の屈折率を有する高屈折率層を備えていることが好ましい。
また、第2の入射光波長は、380nm〜780nmであることが好ましい。
また、複数の膜は、枠体の一方の側にのみ固定され、且つ、枠体の複数の枠の全部、又は一部に単一膜で取り付けられ、複数の枠及び複数の膜からなる構造体は、10〜100000Hzの範囲内の第1の周波数において、5dB以上防音することが好ましい。
また、複数の膜の少なくとも一部は、第1の屈折率を持つベースとなる基材と、複数の金属粒子を含有する金属粒子含有層と、第2の屈折率を持つ誘電体層と、を有し、基材と、金属粒子含有層と、誘電体層とは、この順で順次積層された積層構造を構成し、金属粒子含有層は、金属粒子として少なくとも金属平板粒子を含み、金属粒子の局在プラズモン効果により近赤外光の波長を含む第1の光学波長λ1の光を遮蔽するように機能し、誘電体層の厚みは、入射光が誘電体層の表面側から積層構造へ入射する場合の誘電体層の表面における反射光が誘電体層と金属粒子含有層との界面における反射光と干渉して打ち消される厚みであり、それによって、第2の入射光波長λ2の入射光の反射を防止し、複数の枠の平均セルサイズをR、複数の金属粒子の平均サイズをd1、第1の光学波長をλ1、第2の入射光波長をλ2、複数の枠及び複数の膜からなる構造体の共振周波数の音響波長をλ3とする時、下記不等式(1)で表されるスケールの関係を持ち、光学機能として、λ1を中心に光を遮蔽する機能、及びλ2を中心に反射防止機能を持つことが好ましい。
d1 < λ2 < λ1 < R < λ3 …(1)
Claims (26)
- セル構造を持つ複数の枠を備える枠体と、
前記枠体の前記複数の枠の全部、又は一部に取り付けられた複数の膜と、を有し、
前記複数の膜の少なくとも一部が、近赤外光を遮蔽し、
前記複数の枠のセルサイズは、可視光光学波長より大きいことを特徴とする熱線遮蔽材。 - 前記複数の膜の少なくとも一部は、近赤外光を選択的に遮蔽して可視光を透過することを特徴とする請求項1に記載の熱線遮蔽材。
- 前記複数の膜の少なくとも一部は、可視光において反射を防止することを特徴とする請求項1又は2に記載の熱線遮蔽材。
- 前記複数の膜の少なくとも一部は、可視光に対して透明であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。
- 前記複数の枠の少なくとも一部は、可視光に対し透明であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。
- 前記複数の膜の少なくとも一部は、少なくとも、複数の金属粒子を含有する金属粒子含有層を有し、
該金属粒子含有層は、前記金属粒子として少なくとも金属平板粒子を含み、前記金属粒子の局在プラズモン効果により前記近赤外光の波長を含む第1の光学波長の光を遮蔽するように機能し、
前記複数の金属粒子の平均サイズは、前記第1の光学波長未満のサイズであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。 - 前記複数の金属粒子の総数の60%以上は、前記金属粒子の直径の厚みに対する比が3以上である前記金属平板粒子であり、
前記金属平板粒子の主平面は、前記金属粒子含有層の表面に対して0°〜30°の範囲で面配向しており、
前記金属粒子含有層において、前記複数の金属粒子は、導電路を形成することなく配置されていることを特徴とする請求項6に記載の熱線遮蔽材。 - 前記金属粒子は、銀を含むことを特徴とする請求項6又は7に記載の熱線遮蔽材。
- 前記金属粒子の総数の60%以上は、前記局在プラズモンの基本波長を780nm〜2500nmの間に有することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。
- 前記複数の膜の少なくとも一部は、
第1の屈折率を持つベースとなる基材と、
複数の金属粒子を含有する金属粒子含有層と、
第2の屈折率を持つ誘電体層と、を有し、
前記基材と、前記金属粒子含有層と、前記誘電体層とは、この順で順次積層された積層構造を構成し、
前記誘電体層の厚みは、入射光が前記誘電体層の表面側から前記積層構造へ入射する場合の前記誘電体層の表面における反射光が前記誘電体層と前記金属粒子含有層との界面における反射光と干渉して打ち消される厚みであり、それによって、第2の入射光波長の入射光の反射を防止する光学機能を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。 - 前記誘電体の厚みは、光路長が前記第2の入射光波長の1/4以下であることを特徴とする請求項10に記載の熱線遮蔽材。
- 更に、前記基材と前記金属粒子含有層との間に前記第1の屈折率より大きい第3の屈折率を有する高屈折率層を備えていることを特徴とする請求項10又は11に記載の熱線遮蔽材。
- 前記第2の入射光波長は、380nm〜780nmであることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。
- 電波透過性を持つことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。
- 更に、1つ以上の開口孔を有することを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。
- 前記複数の膜の少なくとも一部は、1つ以上の開口孔を有することを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。
- 前記複数の枠及び前記複数の膜からなる構造体は、10〜100000Hzの範囲内の第1の周波数において、5dB以上防音することを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。
- 前記複数の膜の少なくとも一部は、
第1の屈折率を持つベースとなる基材と、
複数の金属粒子を含有する金属粒子含有層と、
第2の屈折率を持つ誘電体層と、を有し、
前記基材と、前記金属粒子含有層と、前記誘電体層とは、この順で順次積層された積層構造を構成し、
前記金属粒子含有層は、前記金属粒子として少なくとも金属平板粒子を含み、前記金属粒子の局在プラズモン効果により前記近赤外光の波長を含む第1の光学波長λ1の光を遮蔽するように機能し、
前記誘電体層の厚みは、入射光が前記誘電体層の表面側から前記積層構造へ入射する場合の前記誘電体層の表面における反射光が前記誘電体層と前記金属粒子含有層との界面における反射光と干渉して打ち消される厚みであり、それによって、第2の入射光波長λ2の入射光の反射を防止し、
前記複数の枠の平均セルサイズをR、前記複数の金属粒子の平均サイズをd1、前記第1の光学波長をλ1、前記第2の入射光波長をλ2、前記複数の枠及び前記複数の膜からなる構造体の共振周波数の音響波長をλ3とする時、下記不等式(1)で表されるスケールの関係を持ち、光学機能として、λ1を中心に光を遮蔽する機能、及びλ2を中心に反射防止機能を持つことを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材。
d1 <λ2 < λ1 < R < λ3 …(1) - 前記複数の膜の少なくとも一部は、1つ以上の開口孔を有し、
前記複数の枠、前記複数の膜、及び前記1つ以上の開口孔からなる構造体は、前記共振周波数より低周波側に防音の極大値を示すピーク周波数を有し、該ピーク周波数の音響波長をλ4とする時、下記不等式(2)で表されるスケールの関係を持ち、光学機能として、λ1を中心に光を遮蔽する機能、及びλ2を中心に反射防止機能を持ち、音響機能としてλ4を中心に低周波側の音を遮蔽する機能を持つことを特徴とする請求項18に記載の熱線遮蔽材。
d1 <λ2 < λ1 < R < λ3 < λ4 …(2) - 請求項1〜19のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材を、可動部材、又は取外し可能な部材として用いたことを特徴とする建築部材。
- 前記建築部材が用いられる建築物、又は空間において、前記複数の膜が外側に、かつ前記枠体が内側に来るように配置されたことを特徴とする請求項20に記載の建築部材。
- 前記熱線遮蔽材を外窓の透明部として用いた窓部材であることを特徴とする請求項20又は21に記載の建築部材。
- 前記熱線遮蔽材を網戸の透明部として用いた網戸部材であることを特徴とする請求項20又は21に記載の建築部材。
- 前記熱線遮蔽材を前記枠体が折りたためる構造として用いたブラインド、カーテン、又は仕切りであることを特徴とする請求項20又は21に記載の建築部材。
- 直方体の形状を有するケージ部材であって、前記直方体の少なくとも1面を、請求項1〜19のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材を用いて形成したことを特徴とするケージ部材。
- 道路又は鉄道線路の側面に設置される側面壁であって、
少なくとも一部に、請求項1〜19のいずれか1項に記載の熱線遮蔽材を用いたことを特徴とする側面壁。
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