(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を反射する赤外線反射材において、
規則的な間隔で配列されたコロイド粒子と、
該コロイド粒子の間に介在する充填材と、
を備え、
上記コロイド粒子の屈折率と上記充填材の屈折率との差が、可視光領域にて０．０５以下であり、赤外線領域のうち反射波長がブラッグの法則の条件を満たしたピーク値を示す波長にて０．１以上となるように設定されていること、を特徴とする赤外線反射材。
【請求項２】
赤外線を反射する赤外線反射材において、
規則的な間隔で配列されたコロイド粒子と、
該コロイド粒子の間に介在する充填材と、
を備え、
上記コロイド粒子の屈折率と上記充填材の屈折率との差が、可視光領域にて可視光の透過率が８０％以上となり、かつ赤外線領域のうちブラッグの法則の条件を満たしたピーク値を示す波長にて赤外線の透過率が６０％以下となるように上記コロイド粒子および上記充填材の屈折率が設定されていること、を特徴とする赤外線反射材。
【請求項３】
請求項１に記載の赤外線反射材を複数積層した赤外線反射積層体であり、
上記各々の赤外線反射材は、上記コロイド粒子の粒径が異なっている赤外線反射積層体。
【請求項４】
請求項１に記載の赤外線反射材を複数積層した赤外線反射積層体であり、
上記各々の赤外線反射材は、上記コロイド粒子と上記充填材との配合割合が異なっている赤外線反射積層体。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の赤外線反射材を備えた赤外線反射構造体であって、
可視光および赤外線を透過させる支持体を備え、
上記支持体は、上記赤外線反射材を保持している赤外線反射構造体。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の赤外線反射材を備えた赤外線反射構造体であって、
可視光および赤外線を透過しない支持体を備え、
上記支持体の上に塗料膜を形成し、該塗料膜の上に赤外線反射材が形成されている赤外線反射構造体。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の赤外線反射材を製造する方法であって、
溶媒となる上記充填材を準備する工程と、
上記溶媒に、溶質となる上記コロイド粒子を添加して溶液を調製する工程と、
上記溶液を超音波により撹拌してコロイド分散液を調製する工程と、
上記コロイド分散液で膜を形成することで上記赤外線反射材を形成する工程と、
を備えたこと、特徴とする赤外線反射材の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の赤外線反射材の製造方法において、
上記赤外線反射材は、コロイド分散液を複数回、塗布することで膜が形成されている赤外線反射材の製造方法。
【請求項９】
請求項５または請求項６に記載の赤外線反射構造体の製造方法であって、
溶媒となる上記充填材を準備する工程と、
上記溶媒に、溶質となる上記コロイド粒子を添加して溶液を調製する工程と、
上記溶液を超音波により撹拌してコロイド分散液を調製する工程と、
を備え、
上記コロイド分散液を上記支持体上に複数回、塗布することで、上記赤外線反射材を形成することを特徴とする赤外線反射構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光を透過するとともに赤外線を反射する赤外線反射材およびこれを用いた赤外線反射積層体および赤外線反射構造体ならびにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光に含まれる赤外線を反射して可視光を透過する技術として、酸化スズなどの透明導電膜（特許文献１）や、酸化物などの積層構造（特許文献２）が実用化されている。これらの膜の製造には、高価で大がかりな装置が必要であり、製造工程も複雑になるという問題があった。また、他の技術として、透明基板上にコロイド粒子からなる赤外線反射膜を形成した反射板が知られている（特許文献３，４）。この反射板は、コロイド粒子を溶媒に混合して透明基板上に塗布することで、コロイド粒子が規則的に配列された赤外線反射膜を形成し、ブラッグの法則に基づいて特定波長の赤外線を反射するものである。しかし、この反射板は、窓ガラスなどに使用された場合に可視光の透過率が低く、室内が暗くなるという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−０４８７７６号公報
【特許文献２】特開２００５−０８９２４４号公報
【特許文献３】特開２００４−０２７１９５号公報
【特許文献４】特開２００６−０２８２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来の技術の課題を踏まえ、効率よく赤外線を反射するとともに、可視光の透過率の高い赤外線反射材およびこれを用いた赤外線反射積層体および赤外線反射構造体ならびにその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた本発明は、
赤外線を反射する赤外線反射材において、
規則的な間隔で配列されたコロイド粒子と、
該コロイド粒子の間に介在する充填材と、
を備え、
上記コロイド粒子の屈折率と上記充填材の屈折率との差が、可視光領域にて０．０５以下であり、赤外線領域のうちブラッグの法則の条件を満たしたピーク値を示す波長にて０．１以上となるように設定されていること、を特徴とする。
【０００６】
本発明にかかる赤外線反射材において、コロイド粒子が規則的な間隔で配列され、その間に充填材が介在している。このような赤外線反射材に太陽光を当てると、反射率が特定の反射波長λpeakで増大する。すなわち、反射波長λpeakは、ブラッグの法則およびスネルの法則に基づいて、コロイド粒子が作る（１１１）面の間隔ｄをパラメータとする式（１）により表わされる。
λpeak＝２ｄ(111)（ｎeff2−ｓｉｎ2θ）0.5   −（１）
λpeak：反射波長
θ    ：入射角
ｄ(111)  ：間隔
ｎeff：有効屈折率
すなわち、間隔ｄの相違により入射される太陽光に含まれる種々の光の波長を選択的に反射させることができる。ここで、有効屈折率ｎeffは、コロイド粒子の屈折率と充填材の屈折率、およびその割合によって、式（２）により定められる。
ｎeff  ＝（１−φ）ｎs＋φ・ｎsphere  −（２）
ｎsphere：コロイド粒子の屈折率
ｎs：充填材の屈折率
φ：体積当たりに占めるコロイド粒子の占有率
【０００７】
上述した式（１）は、コロイド粒子と充填材とが異なった屈折率の場合に成立している。本発明の赤外線反射材では、可視光領域にて、コロイド粒子の屈折率と充填材の屈折率との差は、０．０５以下であるから、反射波長のピークが表れず、可視光を高い効率で透過させる。しかし、赤外線領域のうち、ブラッグの法則を満たす波長にて、コロイド粒子の屈折率と充填材の屈折率との差が０．１以上であるから、反射波長のピークが表れ、赤外線を効率よく反射することができる。ここで、可視光領域にて、コロイド粒子の屈折率と充填材の屈折率との差が０．０５以下であるとは、可視光領域にて透過率が８０％以上であること、つまり可視光の透過量が殆ど低下しない範囲をいう。また、赤外線領域のうち反射波長がブラックの法則を満たす波長にて、コロイド粒子の屈折率と充填材の屈折率との差が０．１以上であるとは、反射波長における透過率が６０％以下であること、つまり赤外線が殆ど反射する範囲をいう。すなわち、コロイド粒子および充填材の屈折率は、光の波長によって変わることに着目して、可視光領域で同じで、可視光領域から赤外線領域へ移行するにつれて大きく変わる材料を用いることにより、可視光を透過させるとともに、赤外線を反射させている。
【０００８】
また、本発明の他の態様として、赤外線反射材を複数積層した赤外線反射積層体であり、上記各々の赤外線反射材は、上記コロイド粒子の粒径が異なっている構成や、上記コロイド粒子と上記充填材との配合割合が異なっている構成をとることができる。
赤外線反射材の反射波長は、ブラッグの法則により定まる狭い範囲であるが、上述の粒径や配合割合を各層の赤外線反射材で変えることにより、赤外線反射領域を広範囲に定めることができる。すなわち、コロイド粒子の粒径を大きくすると、赤外線波長のブラッグの法則を満たす反射波長λが長波長側へ移り、また、コロイド粒子の配合割合を変えると、コロイド粒子間の反発力が小さくなり、粒子間距離が大きくなり、反射波長λが長波長側へ移る。よって、これらの特性を活かした赤外線反射材を積層することにより、赤外線反射領域を広範囲に定めることができる。
【０００９】
ここで、コロイド粒子としては、可視光が透過でき、ほぼ球形となる材質であれば特に限定されず、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ホウ珪酸ガラス、アルミン酸カルシウム、ニオブ酸リチウム、カルサイト、酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸ストロンチウム、酸化アルミニウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、酸化イットリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、ダイアモンドなどが使用できる。また、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）などの強誘電体、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタル酸、塩化ビニル、アクリル、酸化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチルなど、ケイ素、ゲルマニウムを使用できる。また、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２のいずれか２種以上の混合体や、これら１種をコアとして他の１種以上によりコアを被覆したコアシェル構造なども用いることができる。また、コロイド粒子の配列における規則性は、特に限定されないが、例えば、面心立方、体心立方、単純立方等を例示することができ、特に面心立方構造すなわち六方最密充填構造をとることができる。
【００１０】
また、充填材としては、単一の材料で形成するほか、複数の材料を混合することにより形成してもよく、例えば、第１樹脂材料［ポリエチレングリコール＃６００ジアクリレート（製品名：新中村化学工業株式会社性；ＮＫエステルＡ−６００）］と、第２樹脂材料［メトキシポリエチレングリコール＃４００アクリレート（製品名：新中村化学工業株式会社性；ＮＫエステルＡＭ−９０Ｇ）］の混合物を用いることができる。
【００１１】
また、本発明の他の好適な態様として、赤外線反射材を備えた赤外線反射構造体であって、可視光および赤外線を透過させる支持体を備え、上記支持体は、上記赤外線反射材を保持している構成や、可視光および赤外線を透過しない支持体を備え、上記支持体の上に塗料膜を形成し、該塗料膜の上に赤外線反射材が形成されている構成をとることができる。
【００１２】
また、他の態様として、赤外線反射材を製造する方法であって、
溶媒となる上記充填材を準備する工程と、上記溶媒に、溶質となる上記コロイド粒子を添加して溶液を調製する工程と、上記溶液を超音波により撹拌してコロイド分散液を調製する工程と、上記コロイド分散液で膜を形成することで上記赤外線反射材を形成する工程と、を備えたこと、特徴とする。この超音波による撹拌により、コロイド粒子が規則性をもって均一な間隔に配置させ、反射率を増大できる。さらに、これらのコロイド分散液は、支持体や板材などに複数回、塗布することで、膜厚を制御することができ、またコロイド粒子や充填材の異なった種々のコロイド分散液を塗布することで、種々の赤外線反射材を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、発明を実施するための最良の形態を実施例にしたがって説明する。
（１）  赤外線反射構造体１０の概略構成
図１は本発明の実施例にかかる赤外線反射構造体１０を示す斜視図、図２は図１の要部を拡大した断面図である。図１および図２において、赤外線反射構造体１０は、透明基板１２と、透明基板１２上に装着された赤外線反射積層体２０とを備えている。透明基板１２は、可視光を透過可能である板材であり、ガラス板、透明樹脂などから形成されている。赤外線反射積層体２０は、複数枚の赤外線反射材２２−１，２２−２・・２２−２ｘ・・・２２−ｎをｎ枚積層することにより構成されている。赤外線反射材２２−ｘの１枚の当たりの厚さは１〜１０００μｍである。
【００１４】
図３は赤外線反射材を１層だけ形成した赤外線反射構造体１０を模式的に示す説明図である。赤外線反射積層体２０は、コロイド粒子２３ａと、コロイド粒子２３ａの間に充填された充填材２３ｂとから構成されている。コロイド粒子２３ａは、最密充填構造の格子位置と同様の位置に配置されているが、近接するコロイド粒子２３ａ間には充填材２３ｂが存在しており、コロイド粒子２３ａ同士は接触していない。コロイド粒子２３ａとして、例えば、ＳｉＯ２粒子を用いた場合には、粒径が３００ｎｍでコロイド粒子の結晶面(111)における間隔ｄ(111)が３００ｎｍに配置されている。充填材２３ｂは、第１樹脂材料［ポリエチレングリコール＃６００ジアクリレート（製品名：新中村化学工業株式会社性；ＮＫエステルＡ−６００）］と、第２樹脂材料［メトキシポリエチレングリコール＃４００アクリレート（製品名：新中村化学工業株式会社性；ＮＫエステルＡＭ−９０Ｇ）］の混合物から形成されており、その割合が１：９となっている。また、コロイド粒子２３ａは、充填材２３ｂに対して５０重量％の配合割合に調製されている。
【００１５】
また、コロイド粒子２３ａと充填材２３ｂの屈折率は、以下の条件を満たすように、各々の材料が調製されている。すなわち、可視光領域にて、コロイド粒子２３ａの屈折率が１．４５であり、充填材２３ｂの屈折率が１．４６であり、その差が０．０１である。
【００１６】
（２）  赤外線反射構造体１０の製造方法
次に、赤外線反射構造体１０の製造方法について説明する。赤外線反射構造体１０は、周知の方法を用いることができ、例えば、以下の工程により製造することができる。まず、充填材を形成するための溶媒を調製する。溶媒は、第１樹脂材料と第２樹脂材料とを混合して得られる。第１樹脂材料：第２樹脂材料との混合比は、１：９である。第１樹脂材料は、ラジカル重合により第２樹脂材料の紫外線硬化を促進するために添加する。続いて、溶媒に、溶質である粒径３００ｎｍのＳｉＯ２粒子を、最終的なコロイド分散液に対して５０重量％添加する。次に、溶液を超音波撹拌し、紫外線硬化の開始剤（商品名：チバスペシャルティーケミカルズ株式会社製；Ｄａｒｏｃｕｒ１１７３）を樹脂に対して２重量％添加する。これにより、コロイド分散液が得られる。
【００１７】
次に、透明基板１２上にコロイド分散液を１ｍｍ塗布することで膜を形成し、この膜に向けて紫外線を照射する。なお、コロイド分散液を複数回に分けて塗布することによりこの膜を形成してもよい。この紫外線により膜が硬化することで、コロイド粒子が充填材で保持される赤外線反射材が形成される。このとき、コロイド粒子は、自律的かつ規則的に配列される。さらに、別の種類のコロイド分散液を用いて、順次、この工程を繰り返す。このとき、コロイド分散液は、コロイド粒子の粒径や充填材との混合割合を変更したものを用いる。これにより、反射波長の異なる赤外線反射材を複数積層した赤外線反射積層体２０を作成することができる。
【００１８】
（３）  赤外線反射構造体１０の作用・効果
（３）−１  上述したように、式（１）は、コロイド粒子と充填材とが異なった屈折率の場合に成立している。赤外線反射材は、可視光領域にて、コロイド粒子の屈折率と充填材の屈折率との差が０．０１以下であるから、反射波長のピークが表れない。しかし、赤外線領域のうち波長が８７０ｎｍにて、コロイド粒子と充填材との屈折率との差が０．１以上であるから、ブラッグの法則およびスネルの法則による反射条件が成立し、反射波長のピークが表れ、赤外線を効率よく反射することができる。図４は赤外線反射材の材料の違いによる反射波長と透過率との関係を示すグラフであり、実線が本実施例を、１点鎖線が従来の技術に相当する比較例をそれぞれ示す。本比較例は、コロイド粒子として粒径４００ｎｍのポリスチレン（屈折率：１．５９）を用い、充填材を用いないでコロイド粒子の間が空気（屈折率：１）となっている。なお、太陽光スペクトルは、紫外線領域が４００ｎｍ以下、可視光領域が４００〜７８０ｎｍ、赤外線領域が７８０ｎｍ以上である。図４に示すように、実施例にかかる赤外線反射材の透過率は、可視光領域にて８０％以上であり、赤外線領域のうち波長８７０ｎｍにて６０％以下になっており、可視光領域にて透過率が高い。一方、比較例にかかる赤外線反射材の透過率は、赤外線領域のうち波長８７０ｎｍにて２０％以下になっているが、可視光領域にて４０％以下であり、可視光領域にて透過率が低い。
したがって、本実施例にかかる窓ガラスに用いた赤外線反射構造体は、可視光を通して室内を暗くすることがなく、また太陽光に含まれている赤外線を遮断することにより冷房効果を損なうことがない。
【００１９】
（３）−２  赤外線反射材の各層におけるコロイド粒子と充填材との配合割合を変えることにより、赤外線反射領域を広げることができる。図５はコロイド粒子と充填材との配合割合を変えたときにおける反射波長と反射率との関係を示すグラフである。ここで、試料１〜試料４は、コロイド分散液に対するコロイド粒子の割合をそれぞれ、３５重量％、４０重量％、４５重量％、５０重量％とした例である。なお、赤外線反射材の製法などは、図２と同様とした。この結果、試料３，４の配合割合が４５重量％以上にて赤外線領域における反射率が大きく、しかも配合割合の小さい試料３の方が試料４より長波長側に反射波長が移っており、しかも可視光領域にて反射率が５％以下に抑えることができることが。これは、コロイド粒子の配合割合を変えると、コロイド粒子間の反発力が小さくなり、粒子間距離が大きくなることから、反射波長が長波長側へ移るからである。よって、これらの特性を活かして、上述の配合割合を変更した赤外線反射材を多数積層することにより、赤外線反射領域を広範囲に定めることができる。
【００２０】
（３）−３  図６は赤外線反射材の膜厚を変えたときにおける反射波長と反射率との関係を示すグラフである。ここで、試料５〜８は、赤外線反射材の膜厚をそれぞれ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍとしている。なお、コロイド粒子の粒径は、３００ｎｍで、その配合割合は５０重量％とし、赤外線反射材の製法などは、図２と同様とした。この結果、試料７の膜厚が０．５ｍｍにて反射率の最大値が得られた。しかし、試料８の膜厚が１ｍｍとなると、可視光領域の反射率が１０％を越えて、白っぽくなって透明性が失われることが分かった。
【００２１】
（３）−４  図７は溶液を調製した方法を変えたときにおける反射波長と反射率との関係を示すグラフである。ここで、試料９は撹拌子で撹拌した場合を示し、試料１０は超音波で撹拌した場合を示す。この結果、超音波で撹拌することにより、反射率が増大することが分かった。これは、コロイド粒子が規則性をもって均一な間隔に配置されていると推測される。
【００２２】
（４）  この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
（４）−１  赤外線反射材は、ガラスなどの支持体に形成するほか、これを単独の膜として貼付するなどの各種の態様で用いることができる。例えば、ガラスなどの透明な基板に貼り付けたりする構成や、複数のガラス板に挟持することにより、住宅や車両用の窓ガラスに好適に適用することができる。また、不透明や半透明の支持体であって、手に触れるもの、例えば、車のハンドルやアームレスト，コンソールボックスやグローブボックスのリッド，ドアハンドル等や、建材の壁等にも好適に適用することができる。例えば、自動車の外板に塗料膜を形成し、この塗料膜の上に赤外線反射材を膜状に形成した場合には、赤外線反射材は、可視光を減衰させないで透過するから、塗料の色がそのまま活かせ、つまり塗料の色があせたり、くすんだりすることがなく、また、赤外線を高い効率で反射するから、自動車の外板の温度を上昇させず、車室への熱遮断効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例にかかる赤外線反射構造体を示す斜視図である。
【図２】図１の要部を拡大した断面図である。
【図３】赤外線反射材を１層だけ形成した赤外線反射構造体を模式的に示す説明図である。
【図４】波長に対応した透過率を説明するグラフである。
【図５】コロイド粒子と充填材との配合割合を変えたときにおける反射波長と反射率との関係を示すグラフである。
【図６】赤外線反射材の膜厚を変えたときにおける反射波長と反射率との関係を示すグラフである。
【図７】溶液を調製した方法を変えたときにおける反射波長と反射率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１０…赤外線反射構造体
１２…透明基板
２０…赤外線反射積層体
２２−１，２２−２…赤外線反射材
２３ａ…コロイド粒子
２３ｂ…充填材
【図１】
0004356779.tif 000002
【図２】
0004356779.tif 000003
【図３】
0004356779.tif 000004
【図４】
0004356779.tif 000005
【図５】
0004356779.tif 000006
【図６】
0004356779.tif 000007
【図７】
0004356779.tif 000008