(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
張力を掛けられた建築用膜層および微多孔性またはナノ多孔性材料を含む層を含んでなる建築用膜構造体であって、該張力を掛けられた建築用膜層が、可撓性であり、課される負荷の要求を満足させ、かつ支持要素に負荷を伝達し、かつ該建築用膜構造体は、該建築用膜構造体中の張力および支持構造体の形状によって定められる形状を有している、建築用膜構造体。
【請求項２】
前記材料が、エーロゲルである、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項３】
前記エーロゲルが、複合材中に、モノリス、ブランケット、マット、シートで存在する、または粒子状の形状で存在する、請求項２記載の建築用膜構造体。
【請求項４】
前記構造体が、第１の層、第２の層および、該第１および第２の層の間に前記微多孔性またはナノ多孔性材料を含んでいる１つもしくは２つ以上の挿入層、ならびに場合によっては１つもしくは２つ以上の更なる層および／または挿入層を有している、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項５】
前記第１の層および第２の層の１つ以上が繊維ガラス、天然繊維、膜、メッシュ材料、またはそれらのいずれかの組み合わせを含むか、または前記第１の層および第２の層の１つ以上がポリテトラフルオロエチレン、ビニル、シリコーン、二酸化チタンまたはそれらのいずれかの組み合わせで被覆されている、請求項４記載の建築用膜構造体。
【請求項６】
天然繊維が綿であり、膜が、エチレンテトラフルオロエチレンから作られ、またはメッシュ材料が、金属メッシュもしくは繊維のバッティングである、請求項５記載の建築用膜構造体。
【請求項７】
前記第１の層および第２の層の１つ以上が、アラミド、オレフィン、ポリアミド、アクリル、ハロポリマーを含むか、または前記第１の層および第２の層の１つ以上が、ポリテトラフルオロエチレン、ビニル、シリコーン、二酸化チタンまたはそれらのいずれかの組み合わせで被覆されている、請求項４記載の建築用膜構造体。
【請求項８】
前記第１の層および第２の層が同じであるか、または第１の層および第２の層が異なっている、請求項４記載の建築用膜構造体。
【請求項９】
封止もしくはクランプされた少なくとも１つの端部または角部を有する、請求項４記載の建築用膜構造体。
【請求項１０】
２以上の断熱Ｒ値を有する、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項１１】
０％超の％Ｔを有する、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項１２】
前記微多孔性またはナノ多孔性材料が、第１の層と第２の層の間に配置され、かつそれらの層の唯一つが張力を掛けられている、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項１３】
前記微多孔性またはナノ多孔性材料が、第１の層と第２の層の間に配置され、かつそれらの層間で荷重を転移させる、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項１４】
前記微多孔性またはナノ多孔性材料が、層に接着されている、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項１５】
設置する時に、前記微多孔性またはナノ多孔性材料が、隙間の空間における体積変化に適応するのに十分に圧縮されており、そして該体積変化が、風、クリープ、機械的力またはそれらのいずれかの組み合わせによって引き起こされる、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項１６】
前記微多孔性またはナノ多孔性材料が、圧縮に対して弾性的応答を有している、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項１７】
前記微多孔性またはナノ多孔性材料が、荷重または圧縮に伴って、一定のままであるか、あるいは減少する熱伝導率値を有している層中に存在している、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項１８】
前記構造体が、断熱特性、電気絶縁特性、防音特性またはそれらのいずれかの組み合わせを有している、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項１９】
請求項１記載の建築用膜構造体を含む建築用または構造用膜であって、該膜は、可撓性要素、非可撓性要素および固定する要素からなる群から選ばれる少なくとも１つの更なる要素を更に含む、建築用または構造用膜。
【請求項２０】
固定装置および請求項１記載の建築用膜構造体を含むシステム。
【請求項２１】
顆粒材料を含む、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項２２】
耐荷重性の絶縁体を含む、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項２３】
前記形状が、三次元曲線を含む、請求項１記載の建築用膜構造体。
【請求項２４】
前記張力を掛けられた建築用膜層が、前記建築用構造体のライフサイクルの間に予測される荷重を基にした値にまで前もって張力を掛けられる、請求項１〜２２のいずれか１項記載の建築用膜構造体。
【請求項２５】
第１の建築用膜層、第２の建築用膜層および該第１および第２の建築用膜層の間のナノ多孔質材料を含んでなる建築用膜構造体であって、該第１および第２の建築用膜層の少なくとも一方は張力を掛けられており、該第１または第２の建築用膜層の張力を掛けられている該少なくとも一方が、可撓性であり、課される負荷の要求を満足させ、かつ支持要素に負荷を伝達し、かつ該建築用膜構造体は、該建築用膜構造体中の張力および支持構造体の形状によって定められる形状を有している、建築用膜構造体。
【請求項２６】
前記形状が、三次元曲線を含む、請求項２５記載の建築用膜構造体。
【請求項２７】
前記第１および第２の張力を掛けられた建築用膜層の少なくとも一方が、前記建築用構造体のライフサイクルの間に予測される荷重を基にした値にまで前もって張力を掛けられる、請求項２５記載の建築用膜構造体。
【請求項２８】
第１および第２層の間にエーロゲル材料を固定することを含む、請求項２５記載の建築用膜構造体の製造方法。
【請求項２９】
前記第１の層、前記のエーロゲル材料を含む挿入層および前記第２の層の少なくとも２つが互いに接着またはラミネートされている、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記エーロゲル材料が、微粒子の形態である、請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
前記エーロゲル材料が、機械的な圧縮、層に張力を掛けること、真空封止、またはそれらのいずれかの組み合わせによって前記の層間の空間に囲い込まれる、請求項２８記載の方法。
【請求項３２】
前記形状が、三次元曲線を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３３】
前記張力を掛けられた建築用膜層が、前記建築用構造体のライフサイクルの間に予測される荷重を基にした値にまで前もって張力を掛けられる、請求項２８〜３１のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年３月２３日出願の米国仮出願第６０／８９６６６４号、２００７年３月２４日出願の米国仮出願第６０／８９６９０４号、および２００７年３月２６日出願の米国仮出願第６０／９０８０５７号の利益を主張する。これらの出願の教示は、ここに参照によりその全てを組み込む。
【背景技術】
【０００２】
建築用膜（また引張構造体または張力構造体として知られる）は、空港、貯蔵施設、競技場（arenas）、活動センター（activity centers）、スポーツもしくは集会場、ドーム、ミュージアム、住宅などの建造に、ますます使用されている。建築用膜は、屋根材、天蓋、張り出し、および他の膜構造体に大きな設計の柔軟性を与える。建築用膜は種々の形状に誂えて作ることができる。前もって組み立てるモジュールもまた利用可能である。
【０００３】
建築用膜を組み込んだ既存の設計の例としては、カナダのカルガリーのタリスマン（Talisman）センター、英国のミレニアムドーム、デンバー国際空港、インディアナポリスＲＣＡドームで用いられているようなエアサポートドーム、およびその他多くのものが挙げられる。
【０００４】
建築用膜は、その照明、エネルギー、耐久性または音響特性に関して、また周知の技術、規則および工業規格、例えば米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）によって開発された工業規格を用いた耐火性能に関して特徴付けることができる。光透過率およびスペクトル反射は、例えばＡＳＴＭ  Ｅ４２４を用いて測定することができ、音響特性はＡＳＴＭ  Ｅ−９０を用いて、また耐火性能はＡＳＴＭ  Ｅ−１０８またはＡＳＴＭ  Ｅ−８４を用いて測定することができる。
【０００５】
既存の建築用膜としては、サンゴバン社（Saint-Gobain Corporation）から供給されているシアフィル（Sheerfill）（登録商標）が挙げられる。通常は、シアフル（Sheerfill）（登録商標）建築用膜は、テフロン（Teflon）（登録商標）被覆された織られた繊維ガラス布帛を主成分としている。実際の設置においては、シアフィル（Sheerfill）（登録商標）建築用膜はしばしば、例えば音響的障害を最小限にするために設計された、１つまたはそれ以上の更なる裏張りと併せて用いられる。
幾つかの種類のシアフィル（Sheerfill）（登録商標）建築用膜が、例えば、インターネット（URL：http://www.birdair.com）から入手可能なバードエアー（Birdair）の技術仕様および布帛の特徴（Technical Specification & Fabric Characteristics）に記載されており、その教示の全てをここに参照によって組み込む。
【０００６】
通常は、建築用膜に基づく膜は、永久構造体よりも軽く、より容易に組み立てや取り壊しができ、また地震のような破壊力に耐える傾向にある。
【０００７】
建築用膜での設計は、しばしば慣用の建造物を設計する場合に考慮されるのと同じ基準の幾つか、例えば、基礎荷重、風圧その他、を考慮に入れる。このような基準は、地域の建築規則または権限を有する模範規則によって定義されている。更に、設計過程はまた、膜の引張形状、形状生成、２軸挙動、応力および構造解析などに関する原理を含むことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】技術仕様および布帛の特徴（Technical Specification & Fabric Characteristics）、インターネット（URL：http://www.birdair.com）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
省エネルギーならびに「グリーン」建築の材料および実行への要求の増加に伴い、それらが通常用いられる設計および用途に柔軟性を維持し、また改善された光透過率および良好な断熱を与える軽量の建築用膜への要求が存在し続けている。改善された音響および高反射率、例えばＵＶ反射率特性を有する系への要求もまた存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は広くは、建築用および／または構造体用布帛用途に用いることができる構造体に関する。本発明の多くの好ましい態様が、建築用膜構造体に関しており、それは絶縁または光透過特性、および好ましくはその両方を有する材料を含んでいる。
【００１１】
本発明の建築用膜構造体に組み込むことができる材料としては、エーロゲルおよびその他の材料、例えば、多孔質の、例えば、微多孔性もしくはナノ多孔性材料を含んでいる。具体的な例では、この材料は粒状である。他の例では、この材料はモノリス、または複合材料である。更に他の例では、この材料は、実質的に一定のままであるか、また好ましくは荷重および／もしくは圧力によって減少する熱伝導率（ｋ−値）を有している。また更なる例では、この構造体は耐荷重性の絶縁材を含んでいる。
【００１２】
本発明の具体的な実施においは、該建築用膜構造体は多重の構造体である。例えば、この構造体は第１の層、第２の層、ならびに第１および第２の層の間のモノリスのもしくは粒子状のエーロゲル、またはエーロゲル複合材のような材料、を含んでいる。エーロゲルまたは他の適切な材料が単一の層に接着もしくはさもなければ貼り付けられた配置も用いることができる。
【００１３】
本発明の態様はまた、本質的に同じままであるか、あるいは荷重および／もしくは圧力によって減少する熱伝導率またはｋ−値を有する建築用膜構造体を指向している。
【００１４】
実施の多くにおいては、本発明の建築用膜は、次の特性の１つまたはそれ以上を有している：０．２５超、好ましくは０．５％超、そして最大０．８０％以上の光透過率；６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上の反射率；０．０５以上の太陽取得係数（a solar gain coefficient）；３〜３８の範囲のＲ値；および／または更に以下に記載する他の特性。
【００１５】
本発明の態様はまた、建築用膜構造体を製造する方法に関する。１つの例では、この方法はエーロゲル材料を第１および第２の層の間に固定する方法を含んでいる。
【００１６】
本発明の態様は、建築用または構造体用膜、例えば屋根材、天蓋、壁、張り出し、エアサポート構造体、例えばクッション（cushions）もしくはピロー（pillows）および他の建築要素、に用いることができ、ここで開示された構造体は、可撓性の、被覆もしくは積層された構造体用布帛または膜で作られており、また課された負荷要求を満足させることができ、そして負荷を支持要素に伝達することができる既存の建築用膜を置き換えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
慣用の建築用膜のように、本発明の構造体は軽量であり、布帛構造体技術に適切な引張特性を有し、またかなりの量の堆積した雪を支持することができる。本発明の構造体は、種々の形状および用途に設計することができ、また良好な耐久性および耐火特性を有することができる。多くの場合には、この構造体は、半透明であり、屋内を照明する必要性を低減、または最小限にする。好ましくは、この構造体は良好な絶縁特性を有し、また暖房および／または冷房の要求を低減することを手助けすることができる。幾つかの態様では、本発明は、既存の絶縁系と同じ全体強度、およびそれよりも低コストを得る、より軽量の、より半透明の布帛要素の使用を可能にする。
【００１８】
例えば、ここで開示されるサンドイッチ型の複合材は、シアフィルム（登録商標）膜を用いた既存の系よりもより薄くできる。本発明の幾つかの態様の中で用いられる３層の配置もまた、４またはそれ以上の層を含む既存の膜系の幾つかよりも、製造がより単純であり、またより容易であることができる。多くの場合において、本発明のサンドイッチ型の複合材の底面の膜もしくは層が設置され、そして張力を掛けられた場合には、これは構造的に用いられ、また従って、取り囲まれた空間への障壁として働くことができるので、建築過程の間の早い時期に、適合および仕上げに安全に取り掛かることができる。
【００１９】
添付の図面において、参照符号は個々の図を通して同じ部分を参照している。この図面は必ずしも計測するためものではなく、本発明の原理を説明するために、むしろ強調がなされている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の建築用または構造体用複合材の断面図であり、外側層および挿入物、もしくは内側層を示している。
【図２】図２は、本発明の建築用または構造体用複合材を固定するための締め付けシステムを含む配置の断面図である。
【図３】図３は、本発明の建築用または構造体用複合材を固定するための他の種類の締め付けシステムを含む他の配置の断面図である。
【図４】図４Ａは、本発明の複合材を用いることができる屋根を含む建造物の側面断面図である。
【図５】図４Ｂは、図４Ａ中に示した建造物の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
建築および部品の組み合わせの種々の詳細を含む、本発明の上記の、および他の特徴、ならびに他の利点が、ここに添付の図面を参照してより詳細に記載され、また特許請求の範囲中に示される。本発明に用いられる特定の方法および装置は、説明のために示されるのであり、そして本発明を限定するものではないことが理解されなければならない。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から乖離することなく、種々の、そして多くの態様で用いることができる。
【００２２】
本発明は、概して建築用および／または構造体用の要素に関し、より具体的には「布帛構造体」（ここではまた「建築用膜構造体」、「建築用構造体」または単に「構造体」もしくは「複合材」とも称する）に関し、最後の２つの用語は互換可能に用いられる。多くの態様において、本発明は、柔軟な、そして多数重なった、すなわち２またはそれ以上の層を有している建築用構造体に関している。
【００２３】
幾つかの態様では、本構造体は張力を掛けた、または引張構造体であり、これは通常は、圧縮または曲げなしに、張力応力のみを支えている。具体的な例では、ここに開示した本構造体は、膜の平面の中でのみ張力または剪断を支えるための工業標準案に適合する。
【００２４】
他の態様では、本構造体は、構造体用布帛用途で用いられる既存の建築用膜、例えば張力膜、エアーサポート建築用膜、クッション（cushions）もしくはピロー（pillows）、ひだ状である膜、テンセグリティーサポート膜、トラスおよびドームサポート可撓性被覆材（claddings）、建物前面（building facades）、屋根材、建物膜材（envelopes）など、の置き換えとして用いることができる。既存の建築用布帛は、永久構造体または移動可能構造体に分類することができ、そしてここに開示する複合材は、その両方に組み合わせて、またはその両方への置き換えとして用いることができる。
【実施例】
【００２５】
本発明の具体的な実施においては、本複合材または構造体は、第１層、第２層を含み、これらの層はまたここでは、「外側層」および内側層と称され、またここでは第１層と第２層の間の「挿入層」または「挿入」と称される。例えば、図１に示したように、３層構造体１０は、外側層１２および１４、ならびにその間にサンドイッチされた挿入物１６を含んでいる。実際の膜設置では、外側層は底面層および上面層と称することができ、上面層は建築構造体の内部からみて外側に面している。一方または両方の外側層は、１つまたはそれ以上の裏張りまたは被覆をなされていてもよい。設置される場合には、一方または両方の層に張力を掛けることができる。本発明による建築用膜構造体は、張力を掛けられた建築用膜構造体であることができ、微多孔性またはナノ多孔性材料が、第１の層と第２の層の間に配置され、かつそれらの層の唯一つが張力を掛けられていることができる。
【００２６】
更なる層および／または挿入物を用いることもできる。例えば、第１の挿入物は第１層上に重ねることができ、また第２層で被覆されていてよく、この第２層は同様に第２の挿入物を支持し、他の層で被覆され、任意の挿入物および更なる層がその上に配置されていてもよい。
【００２７】
本発明の幾つかの態様では、１つまたはそれ以上の内側層（図１中には示されていない）があってもよく、例えば挿入物の中に組み入れられている。他の態様では、少なくとも１つの更なる外側層（これもまた図１中には示されていない）が上面または底面層の上もしくは下にそれぞれ配置されていてもよい。
【００２８】
これらの層は、全体の構造体中で所望される特性を改善するのに用いることができ、例えば全体の強度を増し、耐磨耗性を向上させ、所望の音響、太陽光および／または光特性を与える。内側層および／または更なる外側層は、構造体の表面全体に及んでいてもよく、または特定の領域に適用されていてもよい。
【００２９】
この外側層は同じでも異なっていてもよい。既存の布帛もしくは構造体用膜、またはそれらの層を用いることができる。一方または両方の外側層は、補強された布帛膜であることができる。構造用でない外側層もまた用いることができる。一方または両方の外側層は裏張りを含んでいてもよく、またはそれ自身が複合材であってもよい。エアーサポート構造体に用いられる膜もまた、一方または両方の外側層として用いることができる。
【００３０】
これらの外側層は、建造物および設計仕様に適合するように寸法を合わせ、また成形することができ、また同じまたは異なる厚さを有することができる。この層厚は、例えば０．１０ミリメートル（ｍｍ）以上、また約６０ｍｍ以下であることができる。通常は、これらの層は約２２ｍｍ〜約４０ｍｍの範囲の厚さを有している。
【００３１】
１つの例では、一方または両方の外側層は織物材料を含むことができる。他の例では、一方または両方の外側層は不織材料である。
【００３２】
本発明の好ましい態様では、少なくとも一方、そして好ましくは両方の外側層は半透明である。構造抵抗、耐火性、耐ＵＶ性、防菌性、耐水性および/または耐候性を有する外側層が好ましい。
【００３３】
一方または両方の外側層を作るのに用いることができる材料としては、繊維ガラス、メッシュ材料、例えば金属メッシュ、繊維のバッティング（batting）、アラミド、オレフィン、ナイロン、アクリル、ポリエステル、天然繊維、例えば綿、ハロポリマー、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（例えばテフロン（登録商標）の商標で入手可能である）など、またこれらの材料の組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない。膜、例えばエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）（例えばテフゼル（Tefzel）（登録商標）の名称でデュポン（Dupont）から入手可能である）から作られる膜、もまた用いることができる。
【００３４】
織られていても、不織でも、第１層および／または第２層はＰＴＦＥ、ビニル、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、シリコーン、ウレタン、アクリル、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、他の材料またはそれらの組み合わせで被覆されていてもよい。この被覆は塗装、浸漬、噴霧、蒸着技術、ラミネーションまたは当技術分野で知られている他の方法によって適用することができる。
【００３５】
１つの態様では、少なくとも一方の、そして好ましくは両方の外側層がサンゴバン社から入手可能なシアフィル（登録商標）膜材料で作られている。他の商業的に入手可能で、用いることのできるＰＴＦＥ被覆の繊維ガラス膜としては、タコニックインターナショナルエルティーディー（Taconic International Ltd.）のソーラス（Solus）（登録商標）膜、フェルザイダークシーミーユーエスインク（Verseidag Seemee US Inc.）のデュラスキン（Duraskin）（登録商標）またはチューコーケミカルインダストリーズエルティーディー（Chukoh Chemical Industries LTD.）のＰＴＦＥ被覆繊維ガラス膜、が挙げられる。延伸された織物ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）膜、例えばダブリュエルゴアアソシインク（W. L. Gore Assoc. Inc.）のテナラ（Tenara）（登録商標）の商品名で知られるもの、もまた適切である。
【００３６】
商業的に入手可能で、用いることのできるシリコーン被覆繊維ガラス膜としては、ファブリマックス（Fabrimax）のアーキファブ（Archifab）（登録商標）、インターグラス（Interglas）のエイテックス（Atex）（登録商標）およびフェラーリテクスタイルス（Ferrari Textiles）のスカイ（Sky）（登録商標）３００、が挙げられる。シリコーン被覆ポリエステル膜としては、ＰＤインターグラス（Interglas）によって開発されたものがある。原料染め（Solution-Dyed）ポリエステル膜が、セーフティーコンポーネンツファブリックテクノロジーズインク（Safety Components Fabric Technologies Inc）によるウエザーマン（Weathermax）ＦＲ（登録商標）、またはグレンラーヴェンカスタムファブリックスエルエルシー（Glen Raven Custom Fabrics L.L.C.）のファイアーセット（Firesist）ＨＵＶ（登録商標）として商業的に入手可能である。
【００３７】
オレフィンを主成分とする膜としては、エンジニアードコーテッドプロダクツ（Engineered Coated Products）によるノバシールド（Nova-Shield）（登録商標）、インターラップ（Inter Wrap）によるトゥイリウム（Twillium）（登録商標）およびシンセシスファブリックス（Synthesis Fabrics）によるランドマーク（Landmark）（登録商標）の名称で知られているものが挙げられる。オレフィンの糸目の粗い織りの両面編みのメッシュの例としては、ソーラーファブインク（Solarfab Inc.）のポリテックス（登録商標）およびゲイルパシフィック（Gale Pacific）のクーラールー（Coolaroo）（登録商標）が挙げられる。織物ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）は、ダッカーズアンドフレンズ（Duckers & Friends）からフーガラックス（Fugalux）（登録商標）の名称のもとに、商業的に入手可能である。
【００３８】
第１層および／または第２層を形成するのに用いることのできる、商業的に入手可能なアクリル被覆ポリエステルとしては、ジョーンボイル（John Boyle）のメインストリート（Main Street）（登録商標）、グラナイトビルスペシャルティファブリックス（Graniteville Specialty Fabrics）のアヴェニュー（Avenue）（登録商標）およびマーケムコーティドファブリックスインク（Marchem coated Fabrics Inc.）のホリデー （Holiday）（登録商標）が挙げられる。
【００３９】
光起電性の膜、例えばパワーフィルムインク（PowerFilm Inc.）のパワーフィルム（登録商標）およびコナルカテクノロジーズ（Konarka Technologies）のパワープラスチックス（Power Plastics）（登録商標）もまた用いることができる。
【００４０】
一方または両方の外側層はまた、可撓性で、また好ましくは建築用張力膜用途に十分な強度である他の材料から作ることもできる。
【００４１】
場合によっては、いずれか一方または両方の外側層は、紫外線（ＵＶ）反射膜、染色膜もしくは引掻き傷防止膜、または他の適切な被覆材で被覆されている。
【００４２】
もしも更なる外側層および／または内側層が用いられるのであれば、それらはここに記載されたような材料または他の適切な材料から作ることができる。
【００４３】
１つの層に、例えば、接着によって固定された挿入物を用いた配置もまた用いることができる。例えば、該建築用膜構造体は、挿入物によって裏張りされた単一の層からなることができ、または挿入物が固定された層を含むことができる。
【００４４】
本発明の多くの実施においては、該建築用膜構造体はエーロゲルまたは他の多孔質の、好ましくはナノ多孔質の材料を含むことができる。幾つかの例では、この材料は一方または両方の外側層への裏張りとして提供されてもよい。好ましい態様では、この材料は挿入層中にあり、エーロゾルおよび／または他の多孔質材料からなり、から本質的になり、またはそれらを含むことができる。
【００４５】
エーロゾルは低密度の多孔質な固体であり、大きな粒子内細孔容積を有している。通常は、エーロゾルは細孔液体を湿式ゲルから取り除くことによって生成される。しかしながら、この乾燥過程はゲル細孔中の毛細管力によって複雑にされる可能性があり、ゲルの収縮および緻密化を引き起こす可能性がある。製造の取り組みの１つでは、三次元構造の崩壊は、超臨界乾燥を用いることによって基本的になくすことができる。湿式ゲルはまた、周囲圧を用いても乾燥することができ、非超臨界乾燥方法とも呼ばれる。例えば、シリカを主成分とする湿式ゲルに適用する場合には、乾燥の前に実施された表面改質、例えばエンドキャッピングが、乾燥生成物の永久的な収縮を防止する。このゲルは、乾燥の間になお収縮する可能性があるが、しかしながらその従前の気孔率に跳ね戻る。
【００４６】
「キセロゲル」と称される生成物もまた、液体が取り除かれた湿式ゲルから得ることができる。この用語は、しばしば乾燥の間に毛細管力によって圧縮された乾燥ゲルを指し、永久的な変化および固体相ネットワークの崩壊によって特徴付けられる。
【００４７】
便宜上、用語「エーロゲル」はここでは広い意味で用いられ、「エーロゲル」および「キセロゲル」の両方を指している。
【００４８】
エーロゲルは通常は、低い嵩密度（約０．１５ｇ／ｃｍ３以下、好ましくは約０．０３〜０．３ｇ／ｃｍ３）、非常に大きな表面積（通常は約３００〜約１０００平方メートル／グラム（ｍ２／ｇ）以上、好ましくは約６００〜約１０００ｍ２／ｇ）、高い気孔率（約９０％以上、好ましくは約９５％以上）および比較的に大きな細孔容積（約３ミリリットル／グラム（ｍＬ/ｇ）、好ましくは約３．５ｍＬ/ｇ以上）、を有している。エーロゲルは、１ミクロン（μｍ）未満の細孔を備えたナノ多孔質構造を有することができる。しばしば、エーロゲルは約２０ナノメータ（ｎｍ）の平均細孔直径を有している。アモルファス構造におけるこれらの特性の組み合わせは、低い熱伝導率値（例えば、平均温度３７℃および１気圧で、９〜１６（ｍＷ）／ｍ・Ｋ）を与える。エーロゲルは透明に近く、または半透明であり、青色を散乱するか、または不透明であることができる。
【００４９】
通常の種類のエーロゲルはシリカを主成分とするものである。ケイ素以外の金属、例えばアルミニウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、イットリウムおよびその他、またはそれらの混合物、の酸化物を主成分とするエーロゲルもまた用いることができる。
【００５０】
有機エーロゲル、例えばホルムアルデヒドと組み合わされたレソルシノールもしくはメラミン、樹枝状ポリマー（dendritic polymer）などもまた知られており、そして本発明はこれらの材料を用いても実施することができる。
【００５１】
適切なエーロゲルおよびその調製方法が、例えば２００１年１０月２５日に公開されたシュヴェルトフェーガー（Schwertfeger）らの、米国特許出願公開第２００１／００３４３７５号明細書中に記載されており、その教示をここに参照によりその全てを組み込む。
【００５２】
用いられるエーロゲル材料は疎水性であることができる。ここで用いられる「疎水性」および「疎水化された」は、完全に疎水化されたエーロゲルと同様に、部分的に疎水化されたエーロゲルも指している。部分的に疎水化されたエーロゲルの疎水性は、更に増大させることができる。完全に疎水化されたエーロゾルにおいては、適用範囲は最大程度に達しており、そして基本的に全ての化学的に達成可能な基は改質されている。
【００５３】
疎水性は、当技術分野で知られている方法、例えば接触角測定によって、またはメタノール（ＭｅＯＨ）湿潤性によって、測定することができる。エーロゲルに関する疎水性の議論が、２００４年３月２３日発行の、Hrubeshらの米国出願第６７０９６００号明細書中に見出され、その教示をここに参照によりその全てを組み込む。
【００５４】
疎水性エーロゲルは、疎水化剤、例えばシリル化剤、ハロゲン、および特にはフッ素含有化合物、例えばフッ素含有アルコキシシランもしくはアルコキシシロキサン、例えばトリフルオロプロピルトリメトキシシラン（ＴＦＰＴＭＯＳ）および当技術分野で知られている他の疎水化化合物、を用いることによって生成することができる。疎水化剤はエーロゲルの形成の間、および／またはそれに続く処理過程、例えば表面処理の中で用いることができる。
【００５５】
シリル化化合物、例えばケイ素、ハロシラン、ハロアルキルシラン、アルコキシシラン、アルコキシアルキルシラン、アルコキシハロシラン、ジシロキサン、ジシラザンおよびその他が好ましい。適切なシリル化剤の例としては、ジエチルジクロロシラン、アリルメチルジクロロシラン、エチルフェニルジクロロシラン、フェニルエチルジエトキシシラン、トリメチルアルコキシシラン、例えばトリメチルブトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルメチルジクロロシラン、ｓｙｍ−ジフェニルテトラメチルジシロキサン、トリビニルトリメチルシクロトリシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、ペンチルメチルジクロロシラン、ジビニルジプロポキシシラン、ビニルジメチルクロロシラン、ビニルメチルジクロロシラン、ビニルジメチルメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキセニルメチルジクロロシラン、ヘキセニルジメチルクロロシラン、ジメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、ビス−｛３−（トリエトキシシリル）プロピル｝テトラスルフィド、ヘキサメチルジシラザンおよびそれらの組み合わせ、が挙げられるが、これらには限定されない。
【００５６】
該エーロゲルは、顆粒状、ペレット、ビーズ、粉末、または他の粒子状の形状であることができ、そして意図した用途に適切ないずれかの粒子径であることができる。例えば、粒子は、約０．０１ミクロン（μｍ）〜約１０．０ミリメータ（ｍｍ）の範囲にあることができ、そして好ましくは０．３〜４．０ｍｍの範囲の平均粒径を有している。
【００５７】
粒子状の形態にある商業的に入手可能なエーロゲルの例は、マサチューセッツ州、ビレリカ（Bilerica）のキャボットコーポレーション（Cabot Corporation）からナノゲル（Nanogel）（登録商標）の商標で供給されているものである。ナノゲル（Nanogel）（登録商標）顆粒は、大きな表面積を有しており、約９０％超の多孔質であり、そして特定の寸法範囲、例えば約８μｍ〜約１０ｍｍ、で入手可能である。
【００５８】
エーロゲルはまた、モノリスの形状、例えば剛構造、半剛構造、半柔構造または柔構造、例えば繊維を含むマット形状の複合材、として生成することができる。柔モノリスもしくは半柔モノリスは、ここに記載した挿入物中での使用に好ましい。
【００５９】
粒子状またはモノリス形状のどちらであっても、該エーロゲルは１種またはそれ以上の添加剤、例えば繊維、乳白剤、着色顔料、染料およびそれらの混合物を含むことができる。例えば、シリカエーロゲルは、添加剤、例えば繊維および／または１種またはそれ以上の金属もしくはそれらの化合物を含むように調製することができる。具体的な例としては、アルミニウム、錫、チタン、ジルコニウムまたは他の非シリカの金属、およびそれらの酸化物が挙げられる。乳白剤の限定のためでない例としては、カーボンブラック、二酸化チタン、ケイ酸ジルコニウム、およびそれらの混合物が挙げられる。添加剤は、例えば、所望の特性および／または特定の用途によって、いずれかの適切な量で供給される。
【００６０】
繊維およびエーロゲル（例えば繊維補強エーロゲル）ならびに、場合によっては少なくとも１種の結合剤を含む複合材もまた用いることができる。この繊維はいずれかの適切な構造を有していることができる。例えば、この繊維は構造を持たなくてもよい（例えば、非関連繊維（unassociated fibers））。この繊維はマトリックス構造または同様のマット様構造を有することができ、それはパターン化されていても、または不規則そして無作為であってよい。繊維を含む材料の好ましい複合材としては、エーロゲルおよび繊維から形成される複合材が挙げられ、この繊維は、高い（lofty）繊維状の構造、中綿（batting）またはスチールウールパッドに似た形態を有していてよい。高い（lofty）繊維状の構造の調製に用いられる適切な材料としては、繊維ガラス、有機ポリマー繊維、シリカ繊維、石英繊維、有機樹脂を主成分とする繊維、炭素繊維など、が挙げられる。高い（lofty）繊維状の構造を有する材料は、それ自身で、または第２の開放気泡の材料、例えばエーロゲル材料と組み合わせて用いることができる。例えば、ブランケットは高い（lofty）繊維状の構造を有する材料の中に分散したシリカエーロゲルを有していることができる。
【００６１】
挿入層の形成に適切な他の複合材料としては、少なくとも１種のエーロゲルおよび少なくとも1種の合成発泡体が挙げられる。このエーロゲルは、例えば発明の名称がエーロゲルを主成分とする複合材である国際公開第２００７／０４７９７０号中に記載されているように、エーロゲルの細孔中へのポリマーの浸入を防ぐために、被覆されていてもよく、この出願の教示をここに参照によりその全てを組み込む。
【００６２】
１つの具体的な例では、挿入物は、フランク（Frank）らに１９９８年８月４日付けで交付された米国特許第５７８９０７５号明細書中に記載されているような割れ目のあるエーロゲル（cracked aerogel）モノリスであるか、またはそれを含んでおり、この出願の教示をここに参照によりその全てを組み込む。好ましくは、この割れ目（cracks）はエーロゲル断片を取り囲んでおり、このエーロゲル断片は繊維によって結合されている。エーロゲル断片は０．００１ｍｍ３〜1ｃｍ３の平均体積を有することができる。１つの複合材では、このエーロゲル断片は０．１ｍｍ３〜３０ｍｍ３の平均体積を有している。
【００６３】
他の具体的な例では、挿入物は、フランク（Frank）らに２００５年５月３日付けで交付された米国特許第６８８７５６３号明細書に記載されているような、エーロゲル材料、結合剤および少なくとも１種の繊維物質を含む複合材であり、この出願の教示をここに参照によりその全てを組み込む。
【００６４】
エーロゲルを主成分とする挿入物の他の具体的な例は、繊維のウエブ／エーロゲル複合材であり、これはフランク（Frank）らに１９９８年７月２８日付けで交付された米国特許第５７８６０５９号明細書に開示されているような２成分繊維を含んでおり、この出願の教示をここに参照によりその全てを組み込む。このような複合材は少なくとも１つの繊維のウエブおよびエーロゲル粒子を用いており、この繊維のウエブは少なくとも１種の２成分繊維材料を含んでおり、この２成分繊維材料は低融点領域および高融点領域を有していて、またこのウエブの繊維はエーロゲル粒子に結合しているだけでなく、繊維材料の低融点領域によって互いに結合してもいる。幾つかの用途では、この２成分繊維は人造繊維であり、これは、異なる化学的および／または物理的構造の、２つの堅固に相互結合したポリマーから構成されており、また異なる融点を有する領域、すなわち低融点領域および高融点領域を有している。
【００６５】
上記で参照した特許に記載されているように、２成分繊維はコア−シース構造を有することができる。この繊維のコアはポリマー、好ましくは熱可塑性ポリマーであり、その融点はシースを形成する熱可塑性ポリマーの融点よりも高い。この２成分繊維は好ましくはポリエステル／コポリエステル２成分繊維である。ポリエステル／ポリオレフィン、例えばポリエステル／ポリエチレン、もしくはポリエステル／コポリオレフィンから構成された２成分繊維の変形、または弾力性のあるシースポリマーを有する２成分繊維を用いることもまた可能である。並列の（side-by-side）２成分繊維もまた用いることができる。
【００６６】
この繊維ウエブは更に、少なくとも１つの単体繊維材料を含むことができ、これは温度圧密の過程で、２成分繊維の低融点領域に結合するようになる。この単体繊維は、有機ポリマー繊維、例えばポリエステル、ポリオレフィンおよび／またはポリアミド繊維、好ましくはポリエステル繊維である。この繊維は、断面が円形、三つに分かれた形、五裂葉状、八裂葉状、リボン状、クリスマスツリー状、ダンベル形、または星形であることができる。単純に中空の繊維を用いることもできる。これらの単一繊維の融点は、２成分繊維の低融点領域の融点を上回る必要がある。
【００６７】
更なる具体的な例では、挿入層はエーロゲルシートまたはブランケットの形態である。このシートまたはブランケットとしては、例えば繊維中に分散したエーロゲル粒子が挙げられる。他の場合には、このシートまたはブランケットとしては、全体を通して連続したエーロゲルを備えた繊維のバッティング（batting）が挙げられる。シートまたはブランケットは、例えば、共にリー(Lee）らの、２００５年３月３日公開の米国特許出願第２００５／００４６０８６号明細書、および２００５年８月４日公開の米国特許出願第２００５／０１６７８９１号明細書に記載されているような湿潤ゲル構造から生成することができ、その教示はここに参照によりそれらの全てを組み込む。
【００６８】
この挿入物はまた、エーロゲル以外の多孔質材料からなっていても、エーロゲル以外の多孔質材料から本質的になっていても、またはエーロゲル以外の多孔質材料を含んでいてもよい。具体的な例では、この材料は、金属、例えばケイ素、アルミニウム、ジルコニア、チタン、ハフニウム、バナジウム、イットリウムなど、および／またはそれらの混合物の微小孔性の、好ましくはナノ多孔性の酸化物である。ここで用いられる用語「微小孔性の」は、約１μｍ以上の細孔を有する材料を指し、用語「ナノ多孔性の」は、約１μｍ未満、好ましくは約０．１μｍ未満の細孔を有する材料を指す。細孔径は当技術分野で知られている方法、例えば水銀浸入ポロシメータ、または顕微鏡によって測定することができる。好ましくは、細孔は相互に連結していて開放型の気孔率を生じさせる。
【００６９】
上記したような絶縁材料の組み合わせもまた用いることができる。例えば、該挿入物は異なる種類のエーロゲル、例えば、微粒子状の、および／またはモノリス形態のエーロゲルを含んでいてもよい。
【００７０】
エーロゲルはまた、非エーロゲル材料、例えば１種またはそれ以上の慣用の絶縁材、例えば気体、例えばアルゴン、空気、二酸化炭素、真空；パーライト；繊維ガラス；シリカ；アルミナシリケート；プラスチックス；または建設業界で知られている他のものと組み合わせることもできる。もしも透明性が重要であるならば、エーロゲル材料は透明または半透明の非エーロゲル材料、例えばガラスマイクロビースもしくはマイクロスフェア、例えば３Ｍ社から商業的に入手可能なもの、と組み合わせることもできる。
【００７１】
非エーロゲル材料は、この用途に適切な粒子径を有することができる。例えば、非エーロゲル材料の好ましい粒子径は、約０．０５ｍｍ〜約４ｍｍの範囲にあることができる。
【００７２】
エーロゲルおよび非エーロゲル材料は、この用途に適切ないずれかの比率で混合することができる。要求価格、絶縁特性、光透過率、建造物全体の中の複合材の機能が、考慮することができる要因の一部である。通常は、非エーロゲル材料は、０％〜９９％のいずれかの量で混合物中に存在することができる。例えば、エーロゲルおよび非エーロゲル材料は２０：８０〜８０：２０の比、例えば６０：４０、５０：５０または４０：６０で混合することができる。他の比率も用いることができる。
【００７３】
場合によっては、挿入層または挿入物、例えば遊離したエーロゲル粒子または他の粒状材料を形成するのに用いられる材料は、１種またはそれ以上のポリマー、例えばナイロン、ポリカーボネート、金属シート、または他の適切な材料で作られた膜もしくは外皮（casing）で包み込まれて、ピロー（pillow）、マット、袋などを形成していてもよい。この材料はまた、層になって存在していてもよい。
【００７４】
挿入層は、建築および設計仕様に適合するような大きさおよび形状にされる。説明のための例としては、この挿入物は約０．３１８ｃｍ（０．１２５インチ）以上の厚さを有している。好ましくは、この挿入物は約２５ｍｍ〜約２００ｍｍの範囲の厚さを有している。
【００７５】
本発明の１つの態様では、この挿入層は約０．５ｇ／ｃｍ３未満、好ましくは約０．３ｇ／ｃｍ３未満、そしてより好ましくは約０．１ｇ／ｃｍ３未満の密度を有している。本発明の他の態様では、この挿入物は約１０％以上、そして好ましくは５０％以上の空隙容量比を有している。具体的な例では、この挿入物は９０％以上の空隙容量を有している。
【００７６】
好ましい実施においては、この挿入物は０％超、そして好ましくは半透明の光透過率を有している。ここで用いられる用語「半透明」は、可視光の波長で測定した場合に０．５％以上の光透過率（％Ｔ）を指している。好ましくは、この挿入材料は、０．６４ｃｍ（０．２５インチ）の厚さで、１０％以上の％Ｔを有している。１つの例としては、ナノゲル（Nanogel）（登録商標）で作られ、そして２５ｍｍの厚さを有する挿入物は約５３％の可視光透過率を有し、一方でナノゲル（Nanogel）（登録商標）で作られ、５０ｍｍの厚さを有する挿入物は約２６％の可視光透過率を有している。本発明の更なる態様では、絶縁材料はまぶしさをなくし、日光の柔らかく、奥行きのある配光を可能にする。ナノゲル（Nanogel）（登録商標）絶縁材を通した光透過は、例えば拡散した、と言うことができる。
【００７７】
絶縁材である挿入層が好ましい。ここで用いられる用語「絶縁」または「絶縁材」は、熱的、音響的または電気的絶縁特性を指している。好ましい実施では、この挿入物は２種またはそれ以上の絶縁特性を組み合わせている。
【００７８】
１つの例では、この挿入物は断熱材である。多くの実施においては、この挿入物は２以上、より好ましくは３〜３８の範囲のＲ値を有している。「Ｒ値」は建築材料を表現するのによく知られたパラメータであり、そして熱流量への熱抵抗の尺度である。
【００７９】
他の例では、この挿入層は実質的に一定の熱伝導率（ｋ値）を有しており、３７℃で、１気圧において、約１２〜約３０（ｍＷ）／ｍ・Ｋである。挿入物の熱伝導率またはｋ値が一定であるか、または好ましくは荷重もしくは圧力で減少する挿入物もまた好ましい。
【００８０】
更なる例では、この挿入物は防音材である。ナノゲル（Nanogel）（登録商標）エーロゲル粒子は、例えば構造体を通した音の速度を低下させ、特に４０〜５００Ｈｚの低〜中周波数範囲の騒音を低減する。
【００８１】
更に他の例では、この挿入物は電気絶縁体である。
【００８２】
疎水性の挿入物が好ましい。より好ましいのは耐水性および防菌性の挿入物である。適切な挿入物はまた、耐火性または防炎性能を有している。
【００８３】
この挿入層は弾力性、および／または圧縮性であることができる。本発明の幾つかの実施においては、この挿入材料は弾性的な圧縮性を有しており、この圧縮性材料の大部分の量に加えた圧力は、この圧縮性材料によって占有されている体積の減少をもたらし、そして圧力の開放後にこの圧縮性材料の体積は増加し、そして好ましくは圧力を加える前と実質的に同じ値に戻る。従って、圧縮への弾性的応答または「圧縮の跳ね返り」は、圧迫が取り除かれた時に、挿入物の厚さの回復、好ましくは最大限の挿入物厚さ、をもたらす。
【００８４】
１つの例では、この挿入物は圧縮性であり、また圧縮の跳ね戻り力を有しており、このことはこの材料が層の間の適所にしっかりと保たれることを可能にする。この挿入物は７ＫＰａ（１ｐｓｉ）、もしくは好ましくは６９ＫＰａ（１０ｐｓｉ）、もしくはより好ましくは６９０ＫＰａ（１００ｐｓｉ）、もしくは更により好ましくは（６８９５ＫＰａ）１０００ｐｓｉの圧力に、永久的な損傷および破壊なしで、耐えることができる。この挿入物は、第二の体積への体積圧縮（volumetric compression）を経験することができ、第二の体積は、圧縮荷重の下に置かれた場合にその最初の体積の、例えば５％〜８０％少ない。この挿入物は次いで、最終的な体積に跳ね戻ることができ、最終的な体積は、荷重が減じられた時に、第二の体積よりも実質的に大きい。この挙動は、層間の体積が風荷重、クリープ、機械的圧力または他の外力によって変化したとしても、挿入物が層間の体積を実質的に満たす系をもたらす。
【００８５】
上記のような材料の、建築用膜用途に適切な構造体または複合材への組み込みは、複合材の製造の間に行なうことができる。既存の組立品もまた、エーロゲルのような材料を含むように、現場において、もしくは現地外で、改造し、また改修することができる。例えば、既存の建築用膜は、モノリスのエーロゾルブランケットで裏打ちすることができ、場合によっては上記の第１または第２の層によって、または他の方法によって支持することができる。エアーサポートされたクッション（cushions）またはピロー（pillow）もまたエーロゲルまたはここに記載された他の材料を含むように設計され、または改修することができる。
【００８６】
建築用膜構造体を生成するために、幾つかの手法を用いることができる。１つの例では、モノリス構造、例えばエーロゲルブランケットが、積み重ねまたは層化によって構造体もしくは複合材に組み込まれる。例えば、モノリス挿入物は底面層の上に配置され、次いで上面層で覆われることができる。材料、例えば遊離の顆粒は、覆い（sheath）または外皮（casing）中に保持され、同様の方法で組み込むことができる。
【００８７】
複合材を生成するために、材料、例えばモノリスもしくは顆粒状の形態の、または複合材の一部としてのエーロゲルを、上記の第１および第２の層の間に形成された隙間の空間に供給することもできる。多層を有する組立体は、この材料を１つの、１超の、または全ての隙間空間中に含むことができる。微粒子材料、例えばエーロゲルは１つの隙間空間に加えることができ、一方でモノリス材料、例えばエーロゲルブランケットを他の隙間空間に供給することができる。
【００８８】
１つの例では、構造体は、微粒子材料を挿入物として層間に配置することによって、例えば微粒子材料を２つの外側層によって定義される空間中に導入し、次いで層間の材料をしっかりと囲い込む機構を用いることによって、生成される。この囲い込みは作るのに用いることができる方法としては、機械的な圧縮、層伸長（layer tensioning）、真空封止、または他の方法が挙げられる。挿入材料が圧縮性で、また弾力性がある場合には、挿入材料は、まとまることなく、流れることなく、または著しく壊れることなく、堅固に適所に保たれるであろう。１気圧の下での体積圧縮の水準は、最初の嵩密度に比較して、１０％以上、好ましくは２５％以上、またはより好ましくは４０％以上であることができる。
【００８９】
具体的な実施では、体積変化が、風、クリープ、機械的力またはそれらの組み合わせによって引き起こされる場合には、この材料の圧縮は、隙間の空間における体積変化に適応するか、体積変化を克服するか、または体積変化を維持するのに十分である。
【００９０】
他の例では、エーロゲルまたは他の適切な材料が、建築用膜構造体の中に、例えば、２００３年７月２９日付でルアネット（Rouanet）らに発行された米国特許第６５９８２８３号明細書中に開示されている技術によって組み込まれ、その教示をここに参照によりその全てを組み込む。米国特許第６５９８２８３号明細書には、例えば大気圧未満の第１の空気圧の下にエーロゾル粒子を含む第１の封止した容器を準備することを含む方法が記載されている。第１の空気圧におけるエーロゲル微粒子の非拘束の体積は、第１の空気圧よりも大きい第２の空気圧の下のエーロゲル微粒子の非拘束の体積よりも小さい。封止された第１の容器は第２の容器、例えば外側層間の空間中に配置され、そして封止された第１の容器は、第１の容器と第２の容器の間で空気圧を、第２の空気圧に等しくし、またエーロゲル微粒子の体積を増加するために破壊され、それによって絶縁物品を形成する。
【００９１】
２００６年１２月７日付けで公開されたディノン（Dinon）らの米国特許出願公開第２００６／０２７２７２７号明細書に開示されている技術はまた、ここに開示した構造体中に挿入材料を組み込むのに適用することができる。米国特許出願公開第２００６／０２７２７２７号明細書には、（ａ）少なくとも１つの内側パイプ、（ｂ）その少なくとも１つの内側パイプの周りに配置され、外側パイプと内側パイプの間に環状の空間を創出するように配置される外側パイプ、（ｃ）この環状の空間に配置された多孔質の、弾力性のある、圧縮性の材料、および（ｄ）先にこの環状空間に配置されており、この環状空間にある前記圧縮性材料の体積よりも小さい体積でこの圧縮性物質を先に保持していた容器の残部とを含む絶縁されたパイプ・イン・パイプ組立体を開示されている。このような絶縁されたパイプ・イン・パイプ組立体を製造する方法もまた記載されている。
【００９２】
具体的な例では、遊離した顆粒材料が層間で、結合剤物質とともに用いられる。この層は上記のように、この材料をしっかりと囲い込むか、またはこの物質を緩く囲い込むかのいずれかであることができる。緩い囲い込みでは、ピロー（pillow）様の形態の中で、層は空気によって離れ離れで保持されていてよい。この場合には、挿入材料はピロー（pillow）の内部領域を完全に満たすか、またはこの領域を部分的に満たすことができ、１つまたはそれ以上の外側層と所望による結合剤によって貼り付けられている。
【００９３】
他の適切な方法を、顆粒材料をエアーサポート構造体、例えばピロー（pillow）またはクッション（cushion）中に組み込むために用いることができる。更に、エアーサポートクッションまたはピロー構造体は、モノリスおよび／または複合材、例えばエーロゾルブランケットなどを用いて形成することができる。
【００９４】
空隙の沈降（settling）および形成を低減または最小化するために、外側層の間の空間または隙間の体積は「過剰充填され」、または「過剰に詰め込まれ」てもよい。過剰に詰め込まれた系は、少なくともタップ密度程の大きさの密度を有することができる。エーロゲル微粒子では、過剰充填はタップ密度よりも大きい密度になる。比較的に重い支持構造体に比べて非常に軽いエーロゲルで満たされた系では、密度はタップ密度よりもかなり大きく、例えばタップ密度の約１０５％から約１１５％〜１２０％以上である。
【００９５】
場合によっては、挿入材料から、建築用膜構造体を形成するために添加する前、途中または後に、水分を除去することができる。
【００９６】
製造および製作過程は、更に第１の層、挿入層および第２の層（すなわち層（plies））の２つまたはそれ以上を互いに接着することを含むことができる。非接着技術もまた用いることができ、非接着の少なくとも２つの層をもたらす。２つまたはそれ以上の層を一緒に結合する具体的な方法としては、層を一緒に縫い合わせること、層を一緒にラミネートすること、層を一緒に粉体結合すること、または他の適切な方法が挙げられる。これらの層は直接に結合していてもよく、またはそれらは介在する物質によって互いに間接的に結合されていてもよい。
【００９７】
本発明の建築用膜構造体を生成するのに用いることができる適切な技術としては、ラミネーション、接着、２つの張力を掛けた層の間にサンドイッチすること、縫い付けること、リベットで留めること、遊離した材料を吹き込むこと、湿式法で、複合材の形態にすることなどが挙げられるが、それらには限定されない。
【００９８】
本発明の建築用複合材はパネルに仕上げることができる。この複合材の複合材端部および／または角部を仕上げるために、構造体は封止または一緒にクランプで固定することができる。本発明の複合材を用いたパネルの端部の状態を図２および図３に示した。図２および図３にはまた、本発明の複合材と組み合わせて用いることができる締結システムまたは装置を示した。
【００９９】
図２には、例えばパネル４２を固定するための端部バー４０を含む締結装置が示されている。パネル４２としては、上記のような複合材が挙げられ、挿入物１６および場合によっては封止された外側層１２および１４（図１に示されている）を有している。このパネルは、ロープで縛った（roped）、または玉状になった端部５２を与えられている。端部バー４０は、層を捉え、そして支持する、もしくは周囲の部品（図示されてはいない）に固定することができる。
【０１００】
上記のような複合材を固定する他の方法を図３に示した。図３には、挿入物１６を有する複合材を含むパネル６２を固定するための固定装置６０が示してある。図２では、複合材は非構造性の外側層および単一の補強された繊維外側層を含み、そしてパネルはロープで縛った（roped）端部およびクリップを用いて固定されている。
【０１０１】
図２および図３中に描いた固定システムは、アルミニウムもしくは他の適切な材料から全体を、または一部を製作することができる。図２および図３に描いたもの以外の固定方法もまた用いることができる。
【０１０２】
本発明の建築用膜構造体は、実質的に一定の厚さを有することができ、この厚さは、例えば約０．６４ｃｍ（０．２５インチ）〜１０ｃｍ（約４インチ）、好ましくは約０．９５３ｃｍ（０．３７５インチ）〜約８ｃｍ（３インチ）の範囲である。
【０１０３】
好ましい実施では、この構造体は熱流量に対する熱抵抗の基準を有することができ、それはここで「Ｒ」値と称され、２以上、好ましくは約３〜３８の範囲である。全体の構造体または複合材の望ましいＲ値は、挿入物なしの外側層のＲ値よりも大きい値である。
【０１０４】
好ましくは、建築用膜構造体の断熱特性は、荷重または圧縮に伴って増加する。具体的な実施では、この構造体は一定に維持される、または好ましくは荷重および／または圧縮に伴って減少する熱伝導率（ｋ値）を有している。
【０１０５】
いくつかの態様では、建築用膜構造体は、０％超、例えば約０．２５％以上、好ましくは約０．５％以上、例えば約０．５％〜２％の範囲内、より好ましくは２以上、例えば約２％〜１０％の範囲、そして最も好ましくは約１０％超〜８０％以下もしくはそれ以上の、光、例えば可視光透過率（％Ｔ）を有している。高い光反射率、例えば６０％以上、好ましくは７０％以上、そしてより好ましくは８０％以上、を有する複合材もまた好ましい。光透過率および分光反射の適切な測定方法は、欧州標準ＥＮ４１０またはＡＳＴＭ  Ｅ４２４中に規定されている。
【０１０６】
太陽熱利得係数は、例えば約０．２１〜０．７３の範囲にあることができる。
【０１０７】
該建築用構造体は、好ましくは音の吸収および拡散の特別な性質を備え、またＯＩＴＣ等級（屋外室内伝達等級）において、４０〜４００Ｈｚの範囲で、改善された性能を備えた防音を提供する。
【０１０８】
好ましい実施では、この建築用膜構造体は耐荷重性絶縁材を含んでおり、すなわち絶縁材は、機械的な荷重の下で、１つまたはそれ以上のその絶縁特性を維持、もしくは実質的に維持する。
【０１０９】
具体的な例では、例えば風のような条件下で、挿入物が外側層間の荷重を伝達し、この場合１つの層、例えば膜は１つの方向からの、例えば複合材の中への圧力に耐え、そして他方の層、もしくは膜は同じ方向からの、例えば複合材からの圧力に耐える。これらの圧力は４８０〜１９００Ｐａ（１０〜４０ポンド／平方フット（ｐｓｆ））の水準であることができる。ここで開示される構造体は好ましくはまた、雪荷重にも絶えられ、この場合は圧力は通常は最上層のみに発生し、これらの圧力は１．０ｋＰａ〜４．８ｋＰａ以上（２０ｐｓｆ〜１００ｐｓｆ以上）の範囲であることができる。
【０１１０】
幾つかの実施では、１つまたは両方の外側層は、部分的にそして、好ましくは全体に挿入物によって支持されている。
【０１１１】
本発明の他の例では、ここに開示された建築用膜構造体は耐火性能を有しており、そして好ましくは防炎性である。更に、この構造体は耐水性、耐候性および／または防菌性であることができる。
【０１１２】
この構造体または複合材は、建築用要素、構造用要素を構成するか、またはその両方として役目を果たすことができる。慣用の建築用膜のように、本発明の複合材は、前もって組み立てられるモジュールを製造するのに用いることができる。
【０１１３】
幾つかの実施では、該建築用膜構造体は空気で支持されたクッション（cushion）またはピロー（pillow）である。
【０１１４】
他の実施では、本発明の構造体または複合材は、張力構造体に用いられ、張力構造体は複合材中の張力および支持構造の形状によって決められる形状を有している。通常は、この構造体は、可撓性要素（例えば複合材およびケーブル）、非可撓性要素（例えば、支柱、マスト、梁、リング（rings）、アーチ）および固定するもの（anchorage）（例えば、支持および基礎）を含んでいる。好ましくは、設置された場合に、張力層は底面層である。
【０１１５】
三次元曲線に加えて、本発明の複合材は、例えばこの建築用構造体または複合材のライフサイクルの間に予測される荷重を基に計算された、予備張力の値にまで前もって張力を掛けることができる。好ましくは、予備張力はいずれかの可能な条件の下に両方の方向に最小の張力を有するのに十分な大きさである。もしも予備張力が小さ過ぎたならば、この複合材は風によって引き起こされる振動に影響を受け易くなる可能性がある。もしも予備張力が大き過ぎたならば、この複合材は重く、そして高価な支持構造および／または基礎を必要とする可能性がある。
【０１１６】
単独で、もしくは組み合わせて用いることのできる形状としては、シンクラスティック（synclastic）、例えば球形またはドーム、アンチクラスティック（anticlastic）、例えば鞍様などが挙げられる。従って、本発明の複合材は、ドーム、円錐形の、波形、シンクラスティック、アンチクラスティック、ひだを付けた、および他の形状として建築または予め加工・組み立て（prefabricated）することができる。
【０１１７】
本発明による建築用膜複合材は、膜構造体、例えば屋根材、張り出し、天蓋、テントおよびテント様の構造体、壁、芸術的表示、空港の設計および建造物中に一体化することができる美的なもしくは他の構造体、貯蔵施設、格納庫、競技場（arenas）、活動センター（activity centers）、スポーツもしくは集会場、ドーム、温室、住居用もしくは商業用建物、製造施設、ミュージアム、ホテル、大学、鉄道、バスもしくは地下鉄の駅、待合所、劇場、オペラハウス、円形劇場（競技場）、建物間の通路、工業施設内の接続ジョイントなどに用いることができる。
【０１１８】
ここに開示される複合材を含む膜構造体は、既存の建築用膜を用いた膜の置き換えとして、またはそれに追加して用いることができる。
【０１１９】
ここに開示されている建築用膜構造体は、被覆材として用いることができ、またはドームおよび他の建造物に一体化することができ、それらは、１９８８年４月１２日に、ガイガー（Geiger）に発行された米国特許第４７３６５５３号明細書、１９９２年４月１４日に、ガイガー（Geiger）およびキャンベル（Campbell）に発行された米国特許第５１０３６００号明細書、ウィーバー（Wieber）らに１９９３年１１月１６日に発行された米国特許第５２６１１９３号明細書および１９９５年７月１１日に発行された米国特許第５４３０９７９号明細書の両方、１９９６年４月２日に、テリー（Terry）に発行された米国特許第５５０２９２８号明細書、２００１年９月４日に、シーメンス（Simens）に発行された米国特許第６２８２８４２号明細書およびその他多くに記載されている。ここに開示されている建築用膜構造体は、既存の材料、例えば２００６年１２月２６日にサーリン（Sahlin）らに発行された米国特許第７１５３７９２号明細書記載された柔軟な複合材を置換することができ、またはそれと組み合わせることができる。これらの特許の教示をここに参照によりその全てを組み込む。
【０１２０】
図４Ａおよび４Ｂに例として示されているのは建造物２００であり、壁２０２および２０４および屋根２０６を含んでいる。ここに記載されているような複合材が梁２０８によって支持されている。ビーム２０８に替えて、またはそれに加えて、他の支持手段、例えばケーブルおよび／もしくは空気圧、を用いることができる。
【０１２１】
ここに開示された複合材を種々の建築用設計に一体化するための工学的取り組みは、この膜の目的、その機能、形状、求める特性その他の因子に因る。これらの取り組みは、既存の建築用膜について知られている、または開発されてきた取り組みと同じであるか、もしくは異なっていることができる。
【０１２２】
例が、例えば１９９６年４月２日にテリー（terry）に発行された米国特許第５５０２９２８号明細書、および１９８８年４月１２日にガイガー（Geiger）に発行された米国特許第４７３６５５３号明細書に記載されており、その教示をここに参照によりその全てを組み込む。他の例が、インターネット（URL：http://www.geigerengineers.com）から入手可能な以下のような文献中に記載されている。（ｉ）デー．キャンベル（D. Campbell）、デー．チェン（D. Chen）およびピー．ゴッセン  ピー．イー．（P. Gossen P. E.）による非線形張力を基準とした系：テント、トラスおよびテンセグリティー、（ｉｉ）カズオイシイ（Kazuo Ishii）編集の、世界の膜の設計および構造、（ｉｉｉ）デー．キャンベル（D. Campbell）らによる、「テンセグリティー」ドームのための張力繊維膜屋根。これらの文献をここに参照によりその全てを組み込む。
【０１２３】
本発明を、好ましい実施態様を参照して具体的に示し、また記載してきたが、形態および詳細について種々の変化が、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく為し得ることが、当業者には理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明による建築用膜複合材は、膜構造体、例えば屋根材、張り出し、天蓋、テントおよびテント様の構造体、壁、芸術的表示、空港の設計および建造物中に一体化することができる美的なもしくは他の構造体、貯蔵施設、格納庫、競技場（arenas）、活動センター（activity centers）、スポーツもしくは集会場、ドーム、温室、住居用もしくは商業用建物、製造施設、ミュージアム、ホテル、大学、鉄道、バスもしくは地下鉄の駅、待合所、劇場、オペラハウス、円形劇場（競技場）、建物間の通路、工業施設内の接続ジョイントなどに用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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