輻射伝熱制御膜
【課題】基盤の色調を維持しつつ太陽光のエネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤の加熱を抑制することができ、住宅等の冷房負荷を低減することができる輻射伝熱制御膜を提供する。
【解決手段】所定の粒径を有する第１微粒子１２が、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、所定の粒子密度で、可視光に対して透明な基材１１中に分布している。第１微粒子１２の粒径より小さい粒径を有する第２微粒子１３が、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、所定の粒子密度で基材１１中に分布している。第１微粒子１２および第２微粒子１３は、酸化チタン、アルミナまたはジルコニアから成っている。
【解決手段】所定の粒径を有する第１微粒子１２が、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、所定の粒子密度で、可視光に対して透明な基材１１中に分布している。第１微粒子１２の粒径より小さい粒径を有する第２微粒子１３が、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、所定の粒子密度で基材１１中に分布している。第１微粒子１２および第２微粒子１３は、酸化チタン、アルミナまたはジルコニアから成っている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射伝熱制御膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅や工場等の冷房負荷の低減は、地球温暖化問題に貢献する。冷房負荷低減のため、建築物の外装表面に白色塗料を塗布すると、太陽光のエネルギー吸収を低減し、室内の加熱を防ぐことができる。しかし、屋根材などの色を白色系にすることは、住宅や建物等の外観上、好ましくない場合が多い。
【０００３】
このため、従来、太陽光の遮熱コーティングとして、日射反射率が１３％以上の着色顔料のみで構成される塗料（例えば、特許文献１参照）や、図６に示すように、粒径０．３μｍ程度の白色顔料の微粒子５１や、粒径１μｍ程度の顔料の微粒子を、屋根材や外壁などの基盤５２に分散させたものが用いられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９００４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の塗料や、粒径０．３μｍ程度の白色顔料を分散させたものは、太陽光を良く反射するが、視覚的に白く見えるため、照り返しの眩しさや住宅家屋の美観を損ねるという課題があった。また、粒径１μｍ程度の顔料を分散させたものは、白熱電球の赤外線のように比較的長波長の赤外線の反射には適しているが、太陽光の近赤外成分の反射特性は良くないという課題があった。さらに、有色基盤５２に微粒子５１を直接分散させたものは、太陽光の全波長成分が基盤５２に含まれている色素等に吸収されるため、微粒子による反射効率が減少し、輻射加熱が増大するという課題もあった。
なお、太陽光に含まれる紫外線は、プラスチックなどの有機材料を劣化させ、強度を低下させる場合が多い。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、基盤の色調を維持しつつ太陽光のエネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤の加熱を抑制することができ、住宅等の冷房負荷を低減することができる輻射伝熱制御膜を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、可視光に対して透明な基材と、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の粒径を有する第１微粒子とを、有することを特徴とする。
【０００８】
第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、主に、住宅の屋根材や外壁などの基盤の上に設けられる。第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、基材が可視光に対して透明であるため、基盤の色調を維持することができる。また、基材中に分布した第１微粒子により、太陽光のエネルギー量の約４０％を占める近赤外線成分を散乱することができるため、近赤外線エネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤の加熱を抑制することができる。これにより、夏季などの日射が強い時期に、住宅等の冷房負荷を低減することができ、冷房効率を高めることができる。なお、太陽光の近赤外線は、波長が約０．７〜約２．５μｍである。可視光線は、波長が約０．３６〜約０．７μｍである。
【０００９】
基材は、可視光に対して透明であればいかなるものであってもよく、例えばプラスチックやガラスなどから成っていてもよい。第１微粒子は、白色の微粒子など、太陽光の近赤外線成分を散乱可能であればいかなるものから成ってもよい。また、第１微粒子は、可視光成分や波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さいことが好ましい。この場合、基盤の色調を維持する効果に優れるとともに、基盤の放射冷却を阻害しないため、基盤の加熱抑制効果にも優れている。また、第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、塗膜から成り、溶媒中に第１微粒子を分布させた塗料を基盤上に塗って形成されてもよい。
【００１０】
第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜で、前記第１微粒子は酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成ることが好ましい。また、前記第１微粒子は、粒径が０．６〜０．９μｍの酸化チタン、粒径が５．０〜８．０μｍのアルミナ、粒径が０．７〜３．０μｍのジルコニア、または、粒径が０．３〜１．５μｍの金属粒子から成ることが好ましい。金属粒子は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、金または銀から成ることが好ましい。特に、前記第１微粒子は、粒径が０．６〜０．９μｍの酸化チタンから成り、前記基材中に０．４３〜４．３ｇ／ｍ2の粒子密度で分布していることが好ましい。この場合、特に、第１微粒子による基盤の加熱抑制効果に優れている。
【００１１】
第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、可視光に対して透明な基材と、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の粒径を有する第２微粒子とを、有することを特徴とする。
【００１２】
第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、主に、住宅の屋根材や外壁などの基盤の上に設けられる。第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、基材が可視光に対して透明であるため、基盤の色調を維持することができる。また、基材中に分布した第２微粒子により、太陽光の紫外線成分を散乱することができるため、紫外線エネルギーを効率よく反射してプラスチック製の基盤等が紫外線により変質するのを防ぐことができる。これにより、基盤の劣化や強度低下を防止することができ、基盤の寿命を延ばすことができる。なお、太陽光の紫外線は、波長が約０．００１〜約０．３６μｍで、太陽光のエネルギー量の約５％を占めている。
【００１３】
基材は、可視光に対して透明であればいかなるものであってもよく、例えばプラスチックやガラスなどから成っていてもよい。第２微粒子は、白色の微粒子など、太陽光の近赤外線成分を散乱可能であればいかなるものから成ってもよい。また、第２微粒子は、可視光成分や波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さいことが好ましい。この場合、基盤の色調を維持する効果に優れるとともに、基盤の放射冷却を阻害しないため、基盤の加熱抑制効果も得られる。また、第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、塗膜から成り、溶媒中に第２微粒子を分布させた塗料を基盤上に塗って形成されてもよい。さらに、基材中に第２微粒子だけでなく、第１微粒子が分布していてもよく、この場合、基盤の変質防止効果と同時に、基盤の加熱を抑制する効果も得られる。
【００１４】
第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜で、前記第２微粒子は酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成ることが好ましい。また、前記第２微粒子は、粒径が０．０６〜０．１０μｍの酸化チタン、粒径が０．６〜１．０μｍのアルミナ、粒径が０．０６〜０．３μｍのジルコニア、または、粒径が０．０１〜０．３μｍの金属粒子から成ることが好ましい。金属粒子は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、金または銀から成ることが好ましい。特に、前記第２微粒子は、粒径が０．０６〜０．１０μｍの酸化チタンから成り、前記基材中に０．０８８〜０．８８ｇ／ｍ2の粒子密度で分布していることが好ましい。この場合、特に、第２微粒子による基盤の変質防止効果に優れている。
【００１５】
第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、可視光に対して透明な基材と、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の径を有する第１気泡とを、有することを特徴とする。
【００１６】
第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、主に、住宅の屋根材や外壁などの基盤の上に設けられる。第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、基材が可視光に対して透明であるため、基盤の色調を維持することができる。また、基材中に分布した第１気泡により、太陽光のエネルギー量の約４０％を占める近赤外線成分を散乱することができるため、近赤外線エネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤の加熱を抑制することができる。これにより、夏季などの日射が強い時期に、住宅等の冷房負荷を低減することができ、冷房効率を高めることができる。
【００１７】
基材は、可視光に対して透明であればいかなるものであってもよく、例えばプラスチックやガラスなどから成っていてもよい。また、第１気泡は、可視光成分や波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さいことが好ましい。この場合、基盤の色調を維持する効果に優れるとともに、基盤の放射冷却を阻害しないため、基盤の加熱抑制効果にも優れている。また、第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、塗膜から成り、溶媒中に第１気泡を分布させた塗料を基盤上に塗って形成されてもよい。さらに、基材中に第１気泡だけでなく、第１微粒子や第２微粒子が分布していてもよく、この場合、基盤の加熱抑制効果と同時に、基盤の変質防止効果も得られる。
【００１８】
第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜で、前記第１気泡は、直径が０．７〜５０μｍであることが好ましい。この場合、特に、第１気泡による基盤の加熱抑制効果に優れている。
【００１９】
第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、可視光に対して透明な基材と、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の径を有する第２気泡とを、有することを特徴とする。
【００２０】
第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、主に、住宅の屋根材や外壁などの基盤の上に設けられる。第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、基材が可視光に対して透明であるため、基盤の色調を維持することができる。また、基材中に分布した第２気泡により、太陽光の紫外線成分を散乱することができるため、紫外線エネルギーを効率よく反射してプラスチック製の基盤等が紫外線により変質するのを防ぐことができる。これにより、基盤の劣化や強度低下を防止することができ、基盤の寿命を延ばすことができる。
【００２１】
基材は、可視光に対して透明であればいかなるものであってもよく、例えばプラスチックやガラスなどから成っていてもよい。また、第２気泡は、可視光成分や波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さいことが好ましい。この場合、基盤の色調を維持する効果に優れるとともに、基盤の放射冷却を阻害しないため、基盤の加熱抑制効果も得られる。また、第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、塗膜から成り、溶媒中に第２気泡を分布させた塗料を基盤上に塗って形成されてもよい。さらに、基材中に第２気泡だけでなく、第１微粒子や第１気泡、第２微粒子が分布していてもよく、この場合、基盤の変質防止効果と同時に、基盤の加熱を抑制する効果も得られる。
【００２２】
第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜で、前記第２気泡は、直径が０．０５〜０．２μｍであることが好ましい。この場合、特に、第２気泡による基盤の変質防止効果に優れている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、基盤の色調を維持しつつ太陽光のエネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤の加熱を抑制することができ、住宅等の冷房負荷を低減することができる輻射伝熱制御膜を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は、本発明の第１の実施の形態の輻射伝熱制御膜を示している。
図１に示すように、輻射伝熱制御膜１０は、基材１１と第１微粒子１２と第２微粒子１３とを有している。なお、輻射伝熱制御膜１０は、住宅の屋根材や外壁などの基盤１の上に設けられている。
【００２５】
基材１１は、可視光に対して透明である。基材１１は、例えば、可視光に対して透明なプラスチックやガラス、透明塗料から成っている。基材１１は、基盤１が放射する波長１０μｍ程度の長波長赤外線を遮断しないよう、大略１０μｍ〜１ｍｍ程度の厚さで形成されている。なお、基材１１は、ガラスから成るとき、１μｍ程度の厚さであってもよい。
【００２６】
第１微粒子１２は、例えば酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成り、所定の粒径を有している。第１微粒子１２は、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、所定の粒子密度で基材１１中に分布している。
【００２７】
第２微粒子１３は、例えば酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成り、第１微粒子１２の粒径より小さい粒径を有している。第２微粒子１３は、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、所定の粒子密度で基材１１中に分布している。
基盤１は、黒色などの有色の基盤から成っている。
【００２８】
なお、具体的な一例では、第１微粒子１２は、粒径が０．７５μｍの酸化チタン、または、粒径が６．３μｍのアルミナから成っている。第１微粒子１２は、粒径が０．７５μｍの酸化チタンから成るとき、基材１１中に０．４３〜４．３ｇ／ｍ2の粒子密度で分布している。第２微粒子１３は、粒径が０．０８６μｍの酸化チタン、または、粒径が０．８０μｍのアルミナから成っている。第２微粒子１３は、粒径が０．０８６μｍの酸化チタンから成るとき、基材１１中に０．０８８〜０．８８ｇ／ｍ2の粒子密度で分布している。
【００２９】
次に、作用について説明する。
輻射伝熱制御膜１０は、基材１１が可視光に対して透明であり、第１微粒子１２および第２微粒子１３共に、可視光の散乱効果が小さいため、基盤１の有する色調を維持することができる。また、基材１１中に分布した第１微粒子１２により、太陽光のエネルギー量の約４０％を占める近赤外線成分を散乱することができるため、近赤外線エネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤１の加熱を抑制することができる。これにより、夏季などの日射が強い時期に、住宅等の冷房負荷を低減することができ、冷房効率を高めることができる。
【００３０】
さらに、基材１１中に分布した第２微粒子１３により、太陽光の紫外線成分を散乱することができるため、紫外線エネルギーを効率よく反射して、紫外線による加熱を抑制するだけでなく、プラスチック製の基盤１等が紫外線により変質するのを防ぐこともできる。これにより、基盤１の劣化や強度低下を防止することができ、基盤１を保護して基盤１の寿命を延ばすことができる。このように、輻射伝熱制御膜１０は、屋根や外壁などの外観を損ねることなく、太陽光による加熱を抑制し、基盤１の変質を防止することができる。
【００３１】
また、基材１１、第１微粒子１２および第２微粒子１３が、波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さく、長波長輻射の放射による基盤１からの放熱を妨げないため、太陽光による加熱抑制効果および冷房負荷の低減効果をより高めることができる。特に、第１微粒子１２および第２微粒子１３が酸化チタンから成る場合、第１微粒子１２および第２微粒子１３共に、基盤１が放射する波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対しては散乱効果がないため、基盤１の放射冷却を阻害することなく、太陽光による過熱を防止することができる。
【００３２】
なお、輻射伝熱制御膜１０は、瓦や外装タイルなどのセラミックスの基盤１に使用する場合、粒径および粒子密度を最適化した第１微粒子１２および第２微粒子１３を、釉薬に混入して焼成することにより、同様な効果を得ることができる。また、粒径および粒子密度を最適化した第１微粒子１２および第２微粒子１３を透明塗料に分散させ、基盤１上に一定厚さで塗布することにより、同様な効果を得ることもできる。粒径および粒子密度を最適化した第１微粒子１２および第２微粒子１３を分散させたプラスチックフィルムを基盤１上に融着または接着させることにより、同様な効果を得ることもできる。
【００３３】
［第１微粒子１２および第２微粒子１３による反射特性の評価］
以下に、輻射伝熱制御膜１０の第１微粒子１２および第２微粒子１３による反射特性の評価を行った。微粒子による後方散乱効率を式（１）のように定義する。
【数１】
【００３４】
単一粒子の散乱効率Ｑsca、前方散乱パラメータａ1は、Ｍｉｅ散乱理論により求めることができる。前方散乱パラメータａ１は、散乱の非対称性を表し、３のとき完全前方散乱、−３のとき完全後方散乱、０のとき等方散乱を示す。酸化チタン粒子およびアルミナ粒子に対し、式（１）により後方散乱効率Ｑsca,backの波長依存性を計算し、その結果をそれぞれ図２および図３に示す。図２および図３中には、無次元化した人間の可視光に対する標準比視感度（明所視）ならびに無次元化した近似的な太陽ふく射（T=5762K）および基盤１から放射される光エネルギー（T=300K）の単色放射能による波長特性も示している。
【００３５】
図２に示すように、酸化チタンの場合、粒径ｄPが０．０８６μｍのとき、紫外線成分の後方散乱効率が高く、粒径ｄPが０．７５μｍのとき近赤外線成分の後方散乱効率が高いことが確認できる。また、図３に示すように、アルミナの場合、粒径ｄPが０．８０μｍのとき、紫外線成分の後方散乱効率が高く、粒径ｄPが６．３μｍのとき近赤外線成分の後方散乱効率が高いことが確認できる。このため、第１微粒子１２は、粒径が０．７５μｍの酸化チタン、または、粒径が６．３μｍのアルミナから成り、第２微粒子１３は、粒径が０．０８６μｍの酸化チタン、または、粒径が０．８０μｍのアルミナから成ることが好ましく、これらの場合、特に基盤１の加熱抑制効果および基盤１の変質防止効果に優れているといえる。
【００３６】
次に、微粒子の混入量、すなわち粒子密度について検討を行った。一般に、微粒子による光の光学厚さτが１から１０程度のとき、微粒子の散乱による効果が発揮されることから、微粒子の混入量を求めた。微粒子の真密度をρとすると、微粒子の最適混入量Ｗは、式（２）で表される。
【数２】
【００３７】
式（２）によれば、第１微粒子１２が、粒径ｄPが０．７５μｍの酸化チタンから成る場合、基材１１に０．４３〜４．３ｇ／ｍ2の粒子密度で混入したとき、散乱による最適な効果が得られ、基盤１の加熱抑制効果に優れているといえる。また、第２微粒子１３が、粒径ｄPが０．０８６μｍの酸化チタンから成る場合、基材１１に０．０８８〜０．８８ｇ／ｍ2の粒子密度で混入したとき、散乱による最適な効果が得られ、基盤１の変質防止効果に優れているといえる。なお、式（２）において、酸化チタンの真密度ρを４．２ｇ/ｃｍ3とし、散乱効率Ｑscaは極大値を示す波長の値を用いて計算を行った。すなわち、図２に示すように、粒径ｄPが０．７５μｍの酸化チタンのとき、極大値の波長は１．１４μｍで、散乱効率は４．９１、粒径ｄPが０．０８６μｍの酸化チタンのとき、極大値の波長は０．３５８μｍで、散乱効率は２．７４として計算を行った。
【００３８】
輻射伝熱制御膜１０は、第１微粒子１２および第２微粒子１３の粒径および粒子密度を、太陽光の近赤外線および紫外線を良好に反射しつつ、可視光および長波長赤外線に対しては十分な透過性を持つように制御することにより、基盤１の色調を維持しつつ、優れた基盤１の加熱抑制効果および基盤１の変質防止効果を得ることができる。
【００３９】
図４および図５は、本発明の第２の実施の形態の輻射伝熱制御膜を示している。
図４に示すように、輻射伝熱制御膜３０は、基材３１と第１気泡３２と第２気泡３３とを有している。なお、輻射伝熱制御膜３０は、住宅の屋根材や外壁などの基盤１の上に設けられている。
【００４０】
基材３１は、可視光に対して透明である。基材３１は、例えば、可視光に対して透明なプラスチックやガラス、透明塗料から成っている。基材３１は、基盤１が放射する波長１０μｍ程度の長波長赤外線を遮断しないよう、大略１０μｍ〜１ｍｍ程度の厚さで形成されている。なお、基材３１は、ガラスから成るとき、１μｍ程度の厚さであってもよい。
【００４１】
第１気泡３２は、所定の直径を有し、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、基材３１中に分布している。第２気泡３３は、第１気泡３２の直径より小さい直径を有し、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、基材３１中に分布している。なお、具体的な一例では、第１気泡３２は、直径が５μｍであり、第２気泡３３は、直径が０．１μｍである。
基盤１は、黒色などの有色の基盤から成っている。
【００４２】
次に、作用について説明する。
輻射伝熱制御膜３０は、基材３１が可視光に対して透明であり、第１気泡３２および第２気泡３３共に、可視光の散乱効果が小さいため、基盤１の有する色調を維持することができる。また、基材３１中に分布した第１気泡３２により、太陽光のエネルギー量の約４０％を占める近赤外線成分を散乱することができるため、近赤外線エネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤１の加熱を抑制することができる。これにより、夏季などの日射が強い時期に、住宅等の冷房負荷を低減することができ、冷房効率を高めることができる。
【００４３】
さらに、基材３１中に分布した第２気泡３３により、太陽光の紫外線成分を散乱することができるため、紫外線エネルギーを効率よく反射して、紫外線による加熱を抑制するだけでなく、プラスチック製の基盤１等が紫外線により変質するのを防ぐこともできる。これにより、基盤１の劣化や強度低下を防止することができ、基盤１を保護して基盤１の寿命を延ばすことができる。このように、輻射伝熱制御膜３０は、屋根や外壁などの外観を損ねることなく、太陽光による加熱を抑制し、基盤１の変質を防止することができる。
【００４４】
また、基材３１、第１気泡３２および第２気泡３３が、波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さく、長波長輻射の放射による基盤１からの放熱を妨げないため、太陽光による加熱抑制効果および冷房負荷の低減効果をより高めることができる。
【００４５】
なお、輻射伝熱制御膜３０は、瓦や外装タイルなどのセラミックスの基盤１に使用する場合、直径および分布密度を最適化した第１気泡３２および第２気泡３３を、釉薬に混入して焼成することにより、同様な効果を得ることができる。また、直径および分布密度を最適化した第１気泡３２および第２気泡３３を透明塗料に分散させ、基板上に一定厚さで塗布することにより、同様な効果を得ることもできる。直径および分布密度を最適化した第１気泡３２および第２気泡３３を分散させたプラスチックフィルムを基盤１上に融着または接着させることにより、同様な効果を得ることもできる。
【００４６】
［第１気泡３２および第２気泡３３による反射特性の評価］
以下に、輻射伝熱制御膜３０の第１気泡３２および第２気泡３３による反射特性の評価を行った。まず、基材３１は屈折率１．５のポリエチレン製のプラスチックから成るものとし、第１気泡３２および第２気泡３３の屈折率を１．０とし、式（３）で示される輻射伝熱制御膜３０の紫外光反射率ρUV、式（４）で示される輻射伝熱制御膜３０の近赤外光反射率ρNIR、および式（５）で示される輻射伝熱制御膜３０の可視光の反射率ρVISを計算した。ここで、λは波長（μｍ）、ρは後方散乱効率（＝Ｑsca,back）、ＩはBirdモデルを用いたときの太陽放射、ηは人間の明所における標準比視感度である。なお、気泡の体積割合ｆＶと厚さｔとの積をパラメータとして、その値を0.5μｍとしている。
【００４７】
【数３】
【数４】
【数５】
【００４８】
次に、紫外光反射率ρUVおよび近赤外光反射率ρNIRを、それぞれ可視光の反射率ρVISで除した値RUV/VIS＝ρUV／ρVISおよびRNIR/VIS＝ρNIR／ρVISを計算し、その結果を、図５に示す。なお、RUV/VISおよびRNIR/VISの値が大きい方が、可視光の反射を押さえて、紫外光や近赤外光を多く反射できることを示している。図５に示すように、紫外光に対しては、気泡直径が０．１μｍにおいて最大の反射効果を示し、近赤外光に対しては、大略０．７−５０μｍの気泡直径で効率良く反射できることが確認できる。
【００４９】
このように、第１気泡３２は、粒径ｄPが５μｍのとき、近赤外線成分の反射効率が高く、第２気泡３３は、粒径ｄPが０．１μｍのとき、紫外線成分の反射効率が高い。このため、これらの場合、特に基盤１の加熱抑制効果および基盤１の変質防止効果に優れているといえる。また、気泡の体積割合ｆＶと輻射伝熱制御膜３０の厚さｔとの積は、0.1〜3μｍが適当である。
【００５０】
輻射伝熱制御膜３０は、第１気泡３２および第２気泡３３の直径および分布密度を、太陽光の近赤外線および紫外線を良好に反射しつつ、可視光および長波長赤外線に対しては十分な透過性を持つように制御することにより、基盤１の色調を維持しつつ、優れた基盤１の加熱抑制効果および基盤１の変質防止効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る輻射伝熱制御膜は、ファイバーグラス強化プラスチック製の外装板や屋根材、コンクリート製またはセラミック製の瓦屋根材等の外板材、一般建材などの輻射伝熱制御や、自動車の加熱防止等の様々な分野に適用することができる。
また、本発明に係る輻射伝熱制御膜は、太陽光からの加熱防止塗料やコーティング剤、塗装、紫外線によるプラスチックの劣化防止剤として広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の輻射伝熱制御膜を示す断面図である。
【図２】図１に示す輻射伝熱制御膜の第１微粒子および第２微粒子を構成する酸化チタン粒子の後方散乱効率の波長依存性を示すグラフである。
【図３】図１に示す輻射伝熱制御膜の第１微粒子および第２微粒子を構成するアルミナ粒子の後方散乱効率の波長依存性を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態の輻射伝熱制御膜を示す断面図である。
【図５】図４に示す輻射伝熱制御膜に関し、可視光に対する太陽光の紫外線および近赤外線の反射比率と気泡直径との関係を示すグラフである。
【図６】従来の微粒子を分散させた基盤を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 基盤
１０ 輻射伝熱制御膜
１１ 基材
１２ 第１微粒子
１３ 第２微粒子
３０ 輻射伝熱制御膜
３１ 基材
３２ 第１気泡
３３ 第２気泡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射伝熱制御膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅や工場等の冷房負荷の低減は、地球温暖化問題に貢献する。冷房負荷低減のため、建築物の外装表面に白色塗料を塗布すると、太陽光のエネルギー吸収を低減し、室内の加熱を防ぐことができる。しかし、屋根材などの色を白色系にすることは、住宅や建物等の外観上、好ましくない場合が多い。
【０００３】
このため、従来、太陽光の遮熱コーティングとして、日射反射率が１３％以上の着色顔料のみで構成される塗料（例えば、特許文献１参照）や、図６に示すように、粒径０．３μｍ程度の白色顔料の微粒子５１や、粒径１μｍ程度の顔料の微粒子を、屋根材や外壁などの基盤５２に分散させたものが用いられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９００４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の塗料や、粒径０．３μｍ程度の白色顔料を分散させたものは、太陽光を良く反射するが、視覚的に白く見えるため、照り返しの眩しさや住宅家屋の美観を損ねるという課題があった。また、粒径１μｍ程度の顔料を分散させたものは、白熱電球の赤外線のように比較的長波長の赤外線の反射には適しているが、太陽光の近赤外成分の反射特性は良くないという課題があった。さらに、有色基盤５２に微粒子５１を直接分散させたものは、太陽光の全波長成分が基盤５２に含まれている色素等に吸収されるため、微粒子による反射効率が減少し、輻射加熱が増大するという課題もあった。
なお、太陽光に含まれる紫外線は、プラスチックなどの有機材料を劣化させ、強度を低下させる場合が多い。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、基盤の色調を維持しつつ太陽光のエネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤の加熱を抑制することができ、住宅等の冷房負荷を低減することができる輻射伝熱制御膜を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、可視光に対して透明な基材と、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の粒径を有する第１微粒子とを、有することを特徴とする。
【０００８】
第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、主に、住宅の屋根材や外壁などの基盤の上に設けられる。第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、基材が可視光に対して透明であるため、基盤の色調を維持することができる。また、基材中に分布した第１微粒子により、太陽光のエネルギー量の約４０％を占める近赤外線成分を散乱することができるため、近赤外線エネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤の加熱を抑制することができる。これにより、夏季などの日射が強い時期に、住宅等の冷房負荷を低減することができ、冷房効率を高めることができる。なお、太陽光の近赤外線は、波長が約０．７〜約２．５μｍである。可視光線は、波長が約０．３６〜約０．７μｍである。
【０００９】
基材は、可視光に対して透明であればいかなるものであってもよく、例えばプラスチックやガラスなどから成っていてもよい。第１微粒子は、白色の微粒子など、太陽光の近赤外線成分を散乱可能であればいかなるものから成ってもよい。また、第１微粒子は、可視光成分や波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さいことが好ましい。この場合、基盤の色調を維持する効果に優れるとともに、基盤の放射冷却を阻害しないため、基盤の加熱抑制効果にも優れている。また、第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、塗膜から成り、溶媒中に第１微粒子を分布させた塗料を基盤上に塗って形成されてもよい。
【００１０】
第１の本発明に係る輻射伝熱制御膜で、前記第１微粒子は酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成ることが好ましい。また、前記第１微粒子は、粒径が０．６〜０．９μｍの酸化チタン、粒径が５．０〜８．０μｍのアルミナ、粒径が０．７〜３．０μｍのジルコニア、または、粒径が０．３〜１．５μｍの金属粒子から成ることが好ましい。金属粒子は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、金または銀から成ることが好ましい。特に、前記第１微粒子は、粒径が０．６〜０．９μｍの酸化チタンから成り、前記基材中に０．４３〜４．３ｇ／ｍ2の粒子密度で分布していることが好ましい。この場合、特に、第１微粒子による基盤の加熱抑制効果に優れている。
【００１１】
第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、可視光に対して透明な基材と、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の粒径を有する第２微粒子とを、有することを特徴とする。
【００１２】
第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、主に、住宅の屋根材や外壁などの基盤の上に設けられる。第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、基材が可視光に対して透明であるため、基盤の色調を維持することができる。また、基材中に分布した第２微粒子により、太陽光の紫外線成分を散乱することができるため、紫外線エネルギーを効率よく反射してプラスチック製の基盤等が紫外線により変質するのを防ぐことができる。これにより、基盤の劣化や強度低下を防止することができ、基盤の寿命を延ばすことができる。なお、太陽光の紫外線は、波長が約０．００１〜約０．３６μｍで、太陽光のエネルギー量の約５％を占めている。
【００１３】
基材は、可視光に対して透明であればいかなるものであってもよく、例えばプラスチックやガラスなどから成っていてもよい。第２微粒子は、白色の微粒子など、太陽光の近赤外線成分を散乱可能であればいかなるものから成ってもよい。また、第２微粒子は、可視光成分や波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さいことが好ましい。この場合、基盤の色調を維持する効果に優れるとともに、基盤の放射冷却を阻害しないため、基盤の加熱抑制効果も得られる。また、第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、塗膜から成り、溶媒中に第２微粒子を分布させた塗料を基盤上に塗って形成されてもよい。さらに、基材中に第２微粒子だけでなく、第１微粒子が分布していてもよく、この場合、基盤の変質防止効果と同時に、基盤の加熱を抑制する効果も得られる。
【００１４】
第２の本発明に係る輻射伝熱制御膜で、前記第２微粒子は酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成ることが好ましい。また、前記第２微粒子は、粒径が０．０６〜０．１０μｍの酸化チタン、粒径が０．６〜１．０μｍのアルミナ、粒径が０．０６〜０．３μｍのジルコニア、または、粒径が０．０１〜０．３μｍの金属粒子から成ることが好ましい。金属粒子は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、金または銀から成ることが好ましい。特に、前記第２微粒子は、粒径が０．０６〜０．１０μｍの酸化チタンから成り、前記基材中に０．０８８〜０．８８ｇ／ｍ2の粒子密度で分布していることが好ましい。この場合、特に、第２微粒子による基盤の変質防止効果に優れている。
【００１５】
第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、可視光に対して透明な基材と、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の径を有する第１気泡とを、有することを特徴とする。
【００１６】
第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、主に、住宅の屋根材や外壁などの基盤の上に設けられる。第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、基材が可視光に対して透明であるため、基盤の色調を維持することができる。また、基材中に分布した第１気泡により、太陽光のエネルギー量の約４０％を占める近赤外線成分を散乱することができるため、近赤外線エネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤の加熱を抑制することができる。これにより、夏季などの日射が強い時期に、住宅等の冷房負荷を低減することができ、冷房効率を高めることができる。
【００１７】
基材は、可視光に対して透明であればいかなるものであってもよく、例えばプラスチックやガラスなどから成っていてもよい。また、第１気泡は、可視光成分や波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さいことが好ましい。この場合、基盤の色調を維持する効果に優れるとともに、基盤の放射冷却を阻害しないため、基盤の加熱抑制効果にも優れている。また、第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、塗膜から成り、溶媒中に第１気泡を分布させた塗料を基盤上に塗って形成されてもよい。さらに、基材中に第１気泡だけでなく、第１微粒子や第２微粒子が分布していてもよく、この場合、基盤の加熱抑制効果と同時に、基盤の変質防止効果も得られる。
【００１８】
第３の本発明に係る輻射伝熱制御膜で、前記第１気泡は、直径が０．７〜５０μｍであることが好ましい。この場合、特に、第１気泡による基盤の加熱抑制効果に優れている。
【００１９】
第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、可視光に対して透明な基材と、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の径を有する第２気泡とを、有することを特徴とする。
【００２０】
第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、主に、住宅の屋根材や外壁などの基盤の上に設けられる。第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、基材が可視光に対して透明であるため、基盤の色調を維持することができる。また、基材中に分布した第２気泡により、太陽光の紫外線成分を散乱することができるため、紫外線エネルギーを効率よく反射してプラスチック製の基盤等が紫外線により変質するのを防ぐことができる。これにより、基盤の劣化や強度低下を防止することができ、基盤の寿命を延ばすことができる。
【００２１】
基材は、可視光に対して透明であればいかなるものであってもよく、例えばプラスチックやガラスなどから成っていてもよい。また、第２気泡は、可視光成分や波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さいことが好ましい。この場合、基盤の色調を維持する効果に優れるとともに、基盤の放射冷却を阻害しないため、基盤の加熱抑制効果も得られる。また、第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜は、塗膜から成り、溶媒中に第２気泡を分布させた塗料を基盤上に塗って形成されてもよい。さらに、基材中に第２気泡だけでなく、第１微粒子や第１気泡、第２微粒子が分布していてもよく、この場合、基盤の変質防止効果と同時に、基盤の加熱を抑制する効果も得られる。
【００２２】
第４の本発明に係る輻射伝熱制御膜で、前記第２気泡は、直径が０．０５〜０．２μｍであることが好ましい。この場合、特に、第２気泡による基盤の変質防止効果に優れている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、基盤の色調を維持しつつ太陽光のエネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤の加熱を抑制することができ、住宅等の冷房負荷を低減することができる輻射伝熱制御膜を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は、本発明の第１の実施の形態の輻射伝熱制御膜を示している。
図１に示すように、輻射伝熱制御膜１０は、基材１１と第１微粒子１２と第２微粒子１３とを有している。なお、輻射伝熱制御膜１０は、住宅の屋根材や外壁などの基盤１の上に設けられている。
【００２５】
基材１１は、可視光に対して透明である。基材１１は、例えば、可視光に対して透明なプラスチックやガラス、透明塗料から成っている。基材１１は、基盤１が放射する波長１０μｍ程度の長波長赤外線を遮断しないよう、大略１０μｍ〜１ｍｍ程度の厚さで形成されている。なお、基材１１は、ガラスから成るとき、１μｍ程度の厚さであってもよい。
【００２６】
第１微粒子１２は、例えば酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成り、所定の粒径を有している。第１微粒子１２は、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、所定の粒子密度で基材１１中に分布している。
【００２７】
第２微粒子１３は、例えば酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成り、第１微粒子１２の粒径より小さい粒径を有している。第２微粒子１３は、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、所定の粒子密度で基材１１中に分布している。
基盤１は、黒色などの有色の基盤から成っている。
【００２８】
なお、具体的な一例では、第１微粒子１２は、粒径が０．７５μｍの酸化チタン、または、粒径が６．３μｍのアルミナから成っている。第１微粒子１２は、粒径が０．７５μｍの酸化チタンから成るとき、基材１１中に０．４３〜４．３ｇ／ｍ2の粒子密度で分布している。第２微粒子１３は、粒径が０．０８６μｍの酸化チタン、または、粒径が０．８０μｍのアルミナから成っている。第２微粒子１３は、粒径が０．０８６μｍの酸化チタンから成るとき、基材１１中に０．０８８〜０．８８ｇ／ｍ2の粒子密度で分布している。
【００２９】
次に、作用について説明する。
輻射伝熱制御膜１０は、基材１１が可視光に対して透明であり、第１微粒子１２および第２微粒子１３共に、可視光の散乱効果が小さいため、基盤１の有する色調を維持することができる。また、基材１１中に分布した第１微粒子１２により、太陽光のエネルギー量の約４０％を占める近赤外線成分を散乱することができるため、近赤外線エネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤１の加熱を抑制することができる。これにより、夏季などの日射が強い時期に、住宅等の冷房負荷を低減することができ、冷房効率を高めることができる。
【００３０】
さらに、基材１１中に分布した第２微粒子１３により、太陽光の紫外線成分を散乱することができるため、紫外線エネルギーを効率よく反射して、紫外線による加熱を抑制するだけでなく、プラスチック製の基盤１等が紫外線により変質するのを防ぐこともできる。これにより、基盤１の劣化や強度低下を防止することができ、基盤１を保護して基盤１の寿命を延ばすことができる。このように、輻射伝熱制御膜１０は、屋根や外壁などの外観を損ねることなく、太陽光による加熱を抑制し、基盤１の変質を防止することができる。
【００３１】
また、基材１１、第１微粒子１２および第２微粒子１３が、波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さく、長波長輻射の放射による基盤１からの放熱を妨げないため、太陽光による加熱抑制効果および冷房負荷の低減効果をより高めることができる。特に、第１微粒子１２および第２微粒子１３が酸化チタンから成る場合、第１微粒子１２および第２微粒子１３共に、基盤１が放射する波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対しては散乱効果がないため、基盤１の放射冷却を阻害することなく、太陽光による過熱を防止することができる。
【００３２】
なお、輻射伝熱制御膜１０は、瓦や外装タイルなどのセラミックスの基盤１に使用する場合、粒径および粒子密度を最適化した第１微粒子１２および第２微粒子１３を、釉薬に混入して焼成することにより、同様な効果を得ることができる。また、粒径および粒子密度を最適化した第１微粒子１２および第２微粒子１３を透明塗料に分散させ、基盤１上に一定厚さで塗布することにより、同様な効果を得ることもできる。粒径および粒子密度を最適化した第１微粒子１２および第２微粒子１３を分散させたプラスチックフィルムを基盤１上に融着または接着させることにより、同様な効果を得ることもできる。
【００３３】
［第１微粒子１２および第２微粒子１３による反射特性の評価］
以下に、輻射伝熱制御膜１０の第１微粒子１２および第２微粒子１３による反射特性の評価を行った。微粒子による後方散乱効率を式（１）のように定義する。
【数１】
【００３４】
単一粒子の散乱効率Ｑsca、前方散乱パラメータａ1は、Ｍｉｅ散乱理論により求めることができる。前方散乱パラメータａ１は、散乱の非対称性を表し、３のとき完全前方散乱、−３のとき完全後方散乱、０のとき等方散乱を示す。酸化チタン粒子およびアルミナ粒子に対し、式（１）により後方散乱効率Ｑsca,backの波長依存性を計算し、その結果をそれぞれ図２および図３に示す。図２および図３中には、無次元化した人間の可視光に対する標準比視感度（明所視）ならびに無次元化した近似的な太陽ふく射（T=5762K）および基盤１から放射される光エネルギー（T=300K）の単色放射能による波長特性も示している。
【００３５】
図２に示すように、酸化チタンの場合、粒径ｄPが０．０８６μｍのとき、紫外線成分の後方散乱効率が高く、粒径ｄPが０．７５μｍのとき近赤外線成分の後方散乱効率が高いことが確認できる。また、図３に示すように、アルミナの場合、粒径ｄPが０．８０μｍのとき、紫外線成分の後方散乱効率が高く、粒径ｄPが６．３μｍのとき近赤外線成分の後方散乱効率が高いことが確認できる。このため、第１微粒子１２は、粒径が０．７５μｍの酸化チタン、または、粒径が６．３μｍのアルミナから成り、第２微粒子１３は、粒径が０．０８６μｍの酸化チタン、または、粒径が０．８０μｍのアルミナから成ることが好ましく、これらの場合、特に基盤１の加熱抑制効果および基盤１の変質防止効果に優れているといえる。
【００３６】
次に、微粒子の混入量、すなわち粒子密度について検討を行った。一般に、微粒子による光の光学厚さτが１から１０程度のとき、微粒子の散乱による効果が発揮されることから、微粒子の混入量を求めた。微粒子の真密度をρとすると、微粒子の最適混入量Ｗは、式（２）で表される。
【数２】
【００３７】
式（２）によれば、第１微粒子１２が、粒径ｄPが０．７５μｍの酸化チタンから成る場合、基材１１に０．４３〜４．３ｇ／ｍ2の粒子密度で混入したとき、散乱による最適な効果が得られ、基盤１の加熱抑制効果に優れているといえる。また、第２微粒子１３が、粒径ｄPが０．０８６μｍの酸化チタンから成る場合、基材１１に０．０８８〜０．８８ｇ／ｍ2の粒子密度で混入したとき、散乱による最適な効果が得られ、基盤１の変質防止効果に優れているといえる。なお、式（２）において、酸化チタンの真密度ρを４．２ｇ/ｃｍ3とし、散乱効率Ｑscaは極大値を示す波長の値を用いて計算を行った。すなわち、図２に示すように、粒径ｄPが０．７５μｍの酸化チタンのとき、極大値の波長は１．１４μｍで、散乱効率は４．９１、粒径ｄPが０．０８６μｍの酸化チタンのとき、極大値の波長は０．３５８μｍで、散乱効率は２．７４として計算を行った。
【００３８】
輻射伝熱制御膜１０は、第１微粒子１２および第２微粒子１３の粒径および粒子密度を、太陽光の近赤外線および紫外線を良好に反射しつつ、可視光および長波長赤外線に対しては十分な透過性を持つように制御することにより、基盤１の色調を維持しつつ、優れた基盤１の加熱抑制効果および基盤１の変質防止効果を得ることができる。
【００３９】
図４および図５は、本発明の第２の実施の形態の輻射伝熱制御膜を示している。
図４に示すように、輻射伝熱制御膜３０は、基材３１と第１気泡３２と第２気泡３３とを有している。なお、輻射伝熱制御膜３０は、住宅の屋根材や外壁などの基盤１の上に設けられている。
【００４０】
基材３１は、可視光に対して透明である。基材３１は、例えば、可視光に対して透明なプラスチックやガラス、透明塗料から成っている。基材３１は、基盤１が放射する波長１０μｍ程度の長波長赤外線を遮断しないよう、大略１０μｍ〜１ｍｍ程度の厚さで形成されている。なお、基材３１は、ガラスから成るとき、１μｍ程度の厚さであってもよい。
【００４１】
第１気泡３２は、所定の直径を有し、太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、基材３１中に分布している。第２気泡３３は、第１気泡３２の直径より小さい直径を有し、太陽光の紫外線成分を散乱可能に、基材３１中に分布している。なお、具体的な一例では、第１気泡３２は、直径が５μｍであり、第２気泡３３は、直径が０．１μｍである。
基盤１は、黒色などの有色の基盤から成っている。
【００４２】
次に、作用について説明する。
輻射伝熱制御膜３０は、基材３１が可視光に対して透明であり、第１気泡３２および第２気泡３３共に、可視光の散乱効果が小さいため、基盤１の有する色調を維持することができる。また、基材３１中に分布した第１気泡３２により、太陽光のエネルギー量の約４０％を占める近赤外線成分を散乱することができるため、近赤外線エネルギーを効率よく反射して太陽光による基盤１の加熱を抑制することができる。これにより、夏季などの日射が強い時期に、住宅等の冷房負荷を低減することができ、冷房効率を高めることができる。
【００４３】
さらに、基材３１中に分布した第２気泡３３により、太陽光の紫外線成分を散乱することができるため、紫外線エネルギーを効率よく反射して、紫外線による加熱を抑制するだけでなく、プラスチック製の基盤１等が紫外線により変質するのを防ぐこともできる。これにより、基盤１の劣化や強度低下を防止することができ、基盤１を保護して基盤１の寿命を延ばすことができる。このように、輻射伝熱制御膜３０は、屋根や外壁などの外観を損ねることなく、太陽光による加熱を抑制し、基盤１の変質を防止することができる。
【００４４】
また、基材３１、第１気泡３２および第２気泡３３が、波長１０μｍ程度の長波長赤外線に対する散乱効果が小さく、長波長輻射の放射による基盤１からの放熱を妨げないため、太陽光による加熱抑制効果および冷房負荷の低減効果をより高めることができる。
【００４５】
なお、輻射伝熱制御膜３０は、瓦や外装タイルなどのセラミックスの基盤１に使用する場合、直径および分布密度を最適化した第１気泡３２および第２気泡３３を、釉薬に混入して焼成することにより、同様な効果を得ることができる。また、直径および分布密度を最適化した第１気泡３２および第２気泡３３を透明塗料に分散させ、基板上に一定厚さで塗布することにより、同様な効果を得ることもできる。直径および分布密度を最適化した第１気泡３２および第２気泡３３を分散させたプラスチックフィルムを基盤１上に融着または接着させることにより、同様な効果を得ることもできる。
【００４６】
［第１気泡３２および第２気泡３３による反射特性の評価］
以下に、輻射伝熱制御膜３０の第１気泡３２および第２気泡３３による反射特性の評価を行った。まず、基材３１は屈折率１．５のポリエチレン製のプラスチックから成るものとし、第１気泡３２および第２気泡３３の屈折率を１．０とし、式（３）で示される輻射伝熱制御膜３０の紫外光反射率ρUV、式（４）で示される輻射伝熱制御膜３０の近赤外光反射率ρNIR、および式（５）で示される輻射伝熱制御膜３０の可視光の反射率ρVISを計算した。ここで、λは波長（μｍ）、ρは後方散乱効率（＝Ｑsca,back）、ＩはBirdモデルを用いたときの太陽放射、ηは人間の明所における標準比視感度である。なお、気泡の体積割合ｆＶと厚さｔとの積をパラメータとして、その値を0.5μｍとしている。
【００４７】
【数３】
【数４】
【数５】
【００４８】
次に、紫外光反射率ρUVおよび近赤外光反射率ρNIRを、それぞれ可視光の反射率ρVISで除した値RUV/VIS＝ρUV／ρVISおよびRNIR/VIS＝ρNIR／ρVISを計算し、その結果を、図５に示す。なお、RUV/VISおよびRNIR/VISの値が大きい方が、可視光の反射を押さえて、紫外光や近赤外光を多く反射できることを示している。図５に示すように、紫外光に対しては、気泡直径が０．１μｍにおいて最大の反射効果を示し、近赤外光に対しては、大略０．７−５０μｍの気泡直径で効率良く反射できることが確認できる。
【００４９】
このように、第１気泡３２は、粒径ｄPが５μｍのとき、近赤外線成分の反射効率が高く、第２気泡３３は、粒径ｄPが０．１μｍのとき、紫外線成分の反射効率が高い。このため、これらの場合、特に基盤１の加熱抑制効果および基盤１の変質防止効果に優れているといえる。また、気泡の体積割合ｆＶと輻射伝熱制御膜３０の厚さｔとの積は、0.1〜3μｍが適当である。
【００５０】
輻射伝熱制御膜３０は、第１気泡３２および第２気泡３３の直径および分布密度を、太陽光の近赤外線および紫外線を良好に反射しつつ、可視光および長波長赤外線に対しては十分な透過性を持つように制御することにより、基盤１の色調を維持しつつ、優れた基盤１の加熱抑制効果および基盤１の変質防止効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る輻射伝熱制御膜は、ファイバーグラス強化プラスチック製の外装板や屋根材、コンクリート製またはセラミック製の瓦屋根材等の外板材、一般建材などの輻射伝熱制御や、自動車の加熱防止等の様々な分野に適用することができる。
また、本発明に係る輻射伝熱制御膜は、太陽光からの加熱防止塗料やコーティング剤、塗装、紫外線によるプラスチックの劣化防止剤として広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の輻射伝熱制御膜を示す断面図である。
【図２】図１に示す輻射伝熱制御膜の第１微粒子および第２微粒子を構成する酸化チタン粒子の後方散乱効率の波長依存性を示すグラフである。
【図３】図１に示す輻射伝熱制御膜の第１微粒子および第２微粒子を構成するアルミナ粒子の後方散乱効率の波長依存性を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態の輻射伝熱制御膜を示す断面図である。
【図５】図４に示す輻射伝熱制御膜に関し、可視光に対する太陽光の紫外線および近赤外線の反射比率と気泡直径との関係を示すグラフである。
【図６】従来の微粒子を分散させた基盤を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 基盤
１０ 輻射伝熱制御膜
１１ 基材
１２ 第１微粒子
１３ 第２微粒子
３０ 輻射伝熱制御膜
３１ 基材
３２ 第１気泡
３３ 第２気泡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光に対して透明な基材と、
太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の粒径を有する第１微粒子とを、
有することを特徴とする輻射伝熱制御膜。
【請求項２】
可視光に対して透明な基材と、
太陽光の紫外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の粒径を有する第２微粒子とを、
有することを特徴とする輻射伝熱制御膜。
【請求項３】
前記第１微粒子および前記第２微粒子は酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成ることを、特徴とする請求項１または２記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項４】
前記第１微粒子は、粒径が０．６〜０．９μｍの酸化チタン、粒径が５．０〜８．０μｍのアルミナ、粒径が０．７〜３．０μｍのジルコニア、または、粒径が０．３〜１．５μｍの金属粒子から成ることを、特徴とする請求項１記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項５】
前記第１微粒子は、粒径が０．６〜０．９μｍの酸化チタンから成り、前記基材中に０．４３〜４．３ｇ／ｍ2の粒子密度で分布していることを、特徴とする請求項１記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項６】
前記第２微粒子は、粒径が０．０６〜０．１０μｍの酸化チタン、粒径が０．６〜１．０μｍのアルミナ、粒径が０．０６〜０．３μｍのジルコニア、または、粒径が０．０１〜０．３μｍの金属粒子から成ることを、特徴とする請求項２記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項７】
前記第２微粒子は、粒径が０．０６〜０．１０μｍの酸化チタンから成り、前記基材中に０．０８８〜０．８８ｇ／ｍ2の粒子密度で分布していることを、特徴とする請求項２記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項８】
前記金属粒子は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、金または銀から成ることを、特徴とする請求項３、４または６記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項９】
可視光に対して透明な基材と、
太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の径を有する第１気泡とを、
有することを特徴とする輻射伝熱制御膜。
【請求項１０】
可視光に対して透明な基材と、
太陽光の紫外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の径を有する第２気泡とを、
有することを特徴とする輻射伝熱制御膜。
【請求項１１】
前記第１気泡は、直径が０．７〜５０μｍであることを、特徴とする請求項９記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項１２】
前記第２気泡は、直径が０．０５〜０．２μｍであることを、特徴とする請求項１０記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項１】
可視光に対して透明な基材と、
太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の粒径を有する第１微粒子とを、
有することを特徴とする輻射伝熱制御膜。
【請求項２】
可視光に対して透明な基材と、
太陽光の紫外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の粒径を有する第２微粒子とを、
有することを特徴とする輻射伝熱制御膜。
【請求項３】
前記第１微粒子および前記第２微粒子は酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、または、金属粒子から成ることを、特徴とする請求項１または２記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項４】
前記第１微粒子は、粒径が０．６〜０．９μｍの酸化チタン、粒径が５．０〜８．０μｍのアルミナ、粒径が０．７〜３．０μｍのジルコニア、または、粒径が０．３〜１．５μｍの金属粒子から成ることを、特徴とする請求項１記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項５】
前記第１微粒子は、粒径が０．６〜０．９μｍの酸化チタンから成り、前記基材中に０．４３〜４．３ｇ／ｍ2の粒子密度で分布していることを、特徴とする請求項１記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項６】
前記第２微粒子は、粒径が０．０６〜０．１０μｍの酸化チタン、粒径が０．６〜１．０μｍのアルミナ、粒径が０．０６〜０．３μｍのジルコニア、または、粒径が０．０１〜０．３μｍの金属粒子から成ることを、特徴とする請求項２記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項７】
前記第２微粒子は、粒径が０．０６〜０．１０μｍの酸化チタンから成り、前記基材中に０．０８８〜０．８８ｇ／ｍ2の粒子密度で分布していることを、特徴とする請求項２記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項８】
前記金属粒子は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、金または銀から成ることを、特徴とする請求項３、４または６記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項９】
可視光に対して透明な基材と、
太陽光の近赤外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の径を有する第１気泡とを、
有することを特徴とする輻射伝熱制御膜。
【請求項１０】
可視光に対して透明な基材と、
太陽光の紫外線成分を散乱可能に、前記基材中に分布した所定の径を有する第２気泡とを、
有することを特徴とする輻射伝熱制御膜。
【請求項１１】
前記第１気泡は、直径が０．７〜５０μｍであることを、特徴とする請求項９記載の輻射伝熱制御膜。
【請求項１２】
前記第２気泡は、直径が０．０５〜０．２μｍであることを、特徴とする請求項１０記載の輻射伝熱制御膜。
【図２】
【図３】
【図５】
【図１】
【図４】
【図６】
【図３】
【図５】
【図１】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−４６０（Ｐ２０１０−４６０Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６２０５０（Ｐ２００８−１６２０５０）
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]