(57)【要約】  ビル、車両、家屋などの窓としてまたは窓ガラス等に貼って使用され、日射からの採光を確保しつつ、空調の熱負荷となる日射中の熱線を反射して遮断し、省エネに有効な可視光透過と熱線反射機能を併せ持つシートを実現する。可視光透過日射熱反射膜は、透光性基材に形成され、屈折率２．０〜２．６の１０〜３２５ｎｍ厚の高屈折率材料の層、屈折率１．８以下の１０〜３２５ｎｍ厚の低屈折率材料の層をそれぞれ１層以上含む多層膜であって、波長４００〜７００ｎｍの光に対する平均透過率が６０％以上であり、かつ、日射に含まれる熱線の内で大気中の水蒸気等による吸収のために地球表面でのエネルギー密度が極小となる波長１１１５ｎｍ近傍および１３８５ｎｍ近傍の反射率を犠牲にすることにより、エネルギー密度の比較的高い波長８００〜１０４０ｎｍの熱線に対する平均反射率を８０％以上、波長１１５０〜１３００ｎｍの熱線に対する平均反射率を５０％以上に向上させる。
2008152887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基材に形成された可視光透過日射熱反射膜であって、屈折率２．０〜２．６の１０〜３２５ｎｍ厚の高屈折率材料の層、屈折率１．８以下の１０〜３２５ｎｍ厚の低屈折率材料の層をそれぞれ１層以上含む多層膜から成り、波長４００〜７００ｎｍの光に対する平均透過率が６０％以上であり、かつ、日射に含まれる熱線のうちで大気中の水蒸気等による吸収のために地球表面でのエネルギー密度が極小となる波長１１１５ｎｍ近傍および１３８５ｎｍ近傍の反射率を犠牲にすることにより、エネルギー密度の比較的高い波長８００〜１０４０ｎｍの熱線に対する平均反射率を８０％以上、波長１１５０〜１３００ｎｍの熱線に対する平均反射率を５０％以上に向上させた構成であることを特徴とする可視光透過日射熱反射膜。
【請求項２】
前記透光性基材がガラスまたはプラスチックであることを特徴とする請求項１に記載の可視光透過日射熱反射膜。
【請求項３】
前記の高屈折率材料層が、チタン、インジウム、スズ、亜鉛、セリウム、ビスマス、ジルコニウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選ばれた１種または２種以上からなる金属の酸化物を主成分とする材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の可視光透過日射熱反射膜。
【請求項４】
前記低屈折率材料が、カルシウム、バリウム、リチウム、マグネシウムのフッ化物またはシリカを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項１、２または３に記載の可視光透過日射熱反射膜。
【請求項５】
上記の反射された熱線を太陽電池へ照射することにより発電することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可視光透過日射熱反射膜。
【請求項６】
上記の反射された熱線を集熱器を介して熱電変換器へ供給することにより発電することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可視光透過日射熱反射膜。
【請求項７】
上記の反射された熱線を集熱器を介してエネルギーとして熱機関へ供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可視光透過日射熱反射膜。
【請求項８】
透光性基材に形成された可視光透過日射熱反射膜であって、屈折率２．０〜２．６の１０〜３２５ｎｍ厚の高屈折率材料の層、屈折率１．８以下の１０〜３２５ｎｍ厚の低屈折率材料の層をそれぞれ１層以上含む多層膜から成り、波長８００MHz〜２.４GHzの電磁波に対する減衰が２ｄＢ以下であり、かつ、波長４００〜７００ｎｍの光に対する平均透過率が６０％以上であり、かつ、日射に含まれる熱線のうちで大気中の水蒸気等による吸収のために地球表面でのエネルギー密度が極小となる波長１１１５ｎｍ近傍および１３８５ｎｍ近傍の反射率を犠牲にすることにより、エネルギー密度の比較的高い波長８００〜１０４０ｎｍの熱線に対する平均反射率を８０％以上、波長１１５０〜１３００ｎｍの熱線に対する平均反射率を５０％以上に向上させた構成であることを特徴とする可視光透過日射熱反射膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビル、家屋、車両の窓としてまたは窓ガラス等に貼って使用され、日射による採光を確保しつつ熱作用の強い近赤外線を遮断できる省エネに有効な日射熱反射膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネへの関心の高まりとともに、冷房負荷の主原因である日射熱を避けつつ日照を確保する技術へのニーズが増している。即ち、ビル、車両、家屋などの窓において、太陽光による採光（日照）を確保しつつ、人間にとっての明るさに寄与しない赤外線の透過を遮断する省エネに有効な機能が求められている。【０００３】
省エネ基準（１９９２年基準）によれば、冷房が必要とされるような夏の昼間には、建物内に流入する熱量の７１％が窓から入りこむとされる。流入する熱の源は日射であり、日射エネルギーの約５０％は人間にとっての明るさに寄与しないで熱作用を生ずることから、熱線反射が省エネに極めて効果的であることが分かる。【０００４】
従来、必要な波長の光に対する高い透過率を確保しつつ不要な波長の光を反射する技術は、光学多層膜、プラズマ反射、金属薄膜によるもの３つに大別される。【０００５】
例えば、紫外線吸収性物質を含ませた酸化チタン、酸化セリウムおよび酸化亜鉛からなる光学多層膜を被覆した紫外線赤外線遮断ガラスが公知である（特許文献１参照）。また、酸化チタン、酸化セリウムおよび酸化ビスマスからなる光学多層膜を被覆した紫外線吸収熱線反射ガラスの作製方法が公知である（特許文献２参照）。【０００６】
そして、導電性微粒子のプラズマ反射を利用した熱線反射膜の作製方法が公知である（特許文献３参照）。さらに、紫外線を吸収する性質の膜と熱線を反射する性質の金属または金属窒化物の膜を積層した構造の紫外線熱線遮断ウィンドウが公知である（特許文献４参照）。【０００７】
【特許文献１】特開平０９−２７８４９２号公報
【特許文献２】特開平１０−２３６８４７号公報
【特許文献３】特開２０００−７２４８４号公報
【特許文献４】特開平０７−１３８０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来のプラズマ反射による熱線反射は、原理的に長波長側の熱線反射に有用であり、短波長側の熱線反射には不向きである。日射に含まれる熱線のエネルギー密度は短波長側ほど大きいので、プラズマ反射による熱線反射の利用では高い日射熱遮蔽効果を得ることは困難である。【０００９】
金属薄膜による熱線反射技術では高い熱線反射率を容易に得ることができるが、反射特性が比較的平坦なために、高い熱線反射率を実現するためには可視光透過率を犠牲にする必要がある。【００１０】
加えて、金属などの導電性材料を導入した熱線反射膜は電磁波を反射する性質を有するので、広く普及しつつある携帯電話やETCなどの利用を妨げることが問題となっている。【００１１】
光学多層膜による熱線反射は、プラズマ反射や金属薄膜によるものと比較して高コストになる傾向はあるが、光学多層膜の特徴である高い透過率と急峻な遷移特性を利用することにより高い可視光透過率と効果的な熱線反射を両立できると見込まれる。【００１２】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みて、窓ガラスとして使用したときに日射熱反射による省エネ効果を従来技術よりも大幅に改善することを主眼として、光学多層膜の長所である急峻な遷移特性を生かしつつ電磁波透過機能を有する可視光透過日射熱反射膜を実現しようとするものである。【００１３】
即ち、本発明は、可視光を透過しつつ日射に含まれる不要な熱線を効果的に反射する膜を得ることを目的とする。日射の性質を輻射エネルギーの観点から評価すると、図１に示すような波長分布を有することが報告されている。熱線に関して着目すべき性質は、短波長側の熱線はエネルギー密度が高く、長波長になるにつれエネルギーとしての重みが低下することである。日射熱は光の形で建物内へ流入するので、日射熱排除のためには熱線の高エネルギー密度部分を反射させることが効果的である。【００１４】
可視光透過については、その特性を図２に示すような人間の眼の比視感度（明所視）に調和させることが必要である。図２によれば、可視光透過のためには波長４００ｎｍから７００ｎｍまでの光を透過する特性が適当と考えられる。その結果、理想的な可視光透過日射熱反射膜としては、波長４００ｎｍから７００ｎｍまでの光を透過しつつ波長７００ｎｍ以上の熱線全てを反射させる特性が要求される。【００１５】
しかし、従来の光学多層膜技術では、可視光域をできるだけ平坦に高い透過率で透過させ、かつ、およそ７００ｎｍ以上の熱線をできるだけ高い反射率でより長波長まで反射させることを意図しても、波長１０５０ｎｍ以上では反射率が急激に低下することが知られている。このように、従来の光学多層膜技術では可視光透過と熱線反射に対する上記２つの要求を満たすことは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では、日射エネルギーの波長分布（図１）を詳細に検討し、その性質を利用して効果的な熱線反射を図った。図１によれば、日射エネルギーのほぼ９割は紫外光からおよそ波長１４００ｎｍ（＝１.４μｍ）の範囲にあるので、この範囲の熱線を優先的に反射することにより効果的な日射熱排除を試みた。【００１７】
具体的には、図３の実線の特性のように熱線に対する部分的な反射率低下を容認することによって日射熱排除にとって重要な部分の反射率を向上させる。まず、大気中の水蒸気等による吸収のために日射のエネルギー密度が極小となる波長１１１５ｎｍおよび１３８５ｎｍ近傍の反射率を犠牲にして、これら波長よりもエネルギー密度が高い波長域の反射率を高めることを基本的な技術思想とした。【００１８】
次に、可視光域での透過率の多少の低下についても容認して、熱線に対する反射率の向上を図った。光学多層膜の可視光透過率はもともと９０％程度の高い値を有するので、上記の解決手段により、窓ガラス等に使用するに十分な可視光透過率を維持したまま反射する熱線エネルギーの総量を増すことができた。ここで、波長１１１５ｎｍ近傍とは、図１に示す日射のエネルギー密度の波長分布から判断して、１０８０ｎｍ〜１１５０ｎｍとするのが適当である。同様に、波長１３８５ｎｍ近傍とは１３３０ｎｍ〜１４５０ｎｍとするのが適当である。【００１９】
以上、整理すると、本発明は、透光性基材に形成された可視光透過日射熱反射膜であって、屈折率２．０〜２．６の１０〜３２５ｎｍ厚の高屈折率材料の層、屈折率１．８以下の１０〜３２５ｎｍ厚の低屈折率材料の層をそれぞれ１層以上含む多層膜から成り、波長４００〜７００ｎｍの光に対する平均透過率が６０％以上であり、かつ、日射に含まれる熱線のうちで大気中の水蒸気等による吸収のために地球表面でのエネルギー密度が極小となる波長１１１５ｎｍ近傍および１３８５ｎｍ近傍の反射率を犠牲にすることにより、エネルギー密度の高い波長８００〜１０４０ｎｍの熱線に対する平均反射率を８０％以上、同様に波長１１５０〜１３００ｎｍの熱線に対する平均反射率を５０％以上に向上させた構成であることを特徴とする可視光透過日射熱反射膜である。【００２０】
前記の高屈折率材料層は、チタン、インジウム、スズ、亜鉛、セリウム、ビスマス、ジルコニウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選ばれた１種または２種以上からなる金属の酸化物を主成分とする材料からなることが好ましい。【００２１】
前記低屈折率材料は、カルシウム、バリウム、リチウム、マグネシウムのフッ化物またはシリカを主成分とする材料からなることが好ましい。【００２２】
前記透光性基材としては、ケイ酸塩やホウ酸塩系のガラス、およびポリカーボネートやポリエチレンテレフタレートなどのプラスチックを使用可能である。本発明に係る可視光透過日射熱反射膜をこれらガラス基材に形成したものは窓ガラスとして、プラスチックシート基材に形成したものは可視光透過日射熱反射シートとして利用可能である。【００２３】
また、本発明は、透光性基材に形成された可視光透過日射熱反射膜であって、屈折率２．０〜２．６の１０〜３２５ｎｍ厚の高屈折率材料の層、屈折率１．８以下の１０〜３２５ｎｍ厚の低屈折率材料の層をそれぞれ１層以上含む多層膜から成り、波長８００MHz〜２.４GHzの電磁波に対する減衰が２ｄＢ以下であり、かつ、波長４００〜７００ｎｍの光に対する平均透過率が６０％以上であり、かつ、日射に含まれる熱線のうちで大気中の水蒸気等による吸収のために地球表面でのエネルギー密度が極小となる波長１１１５ｎｍ近傍および１３８５ｎｍ近傍の反射率を犠牲にすることにより、エネルギー密度の比較的高い波長８００〜１０４０ｎｍの熱線に対する平均反射率を８０％以上、波長１１５０〜１３００ｎｍの熱線に対する平均反射率を５０％以上に向上させた構成であることを特徴とする可視光透過日射熱反射膜である。
【発明の効果】
【００２４】
上記本発明に係る可視光透過日射熱反射膜によると、次のような顕著な効果が生じる。
（１）本発明による機能膜を透明なガラス板やプラスチック板上に形成したものは窓ガラスのように利用でき、日射熱の反射により冷房電力の節減に寄与する。統計によると、温暖な地方では夏の冷房のために電力需要のピークが生じる。省エネ基準（１９９２年基準）による試算では、夏の昼間の冷房が必要とされるような時には、建物内に侵入する熱量の７１％が窓から入りこむとされる。その約半分が日射に含まれる熱線として入ることから、本発明により生じる熱線反射が冷房負荷を低減し省エネに有効であることが分かる。【００２５】
（２）本発明では、光に対して透過率の高い材料を使用して可視光の透過と熱線反射を実現するので、光の吸収ならびにそれに伴う発熱を極めて少なくできる。【００２６】
（３）本発明による機能薄膜をプラスチックシート上に形成した物をフィルムとして窓ガラスなどに貼付けることにより、採光や視界を遮らずに熱線を反射させる機能を容易に付加することができる。すなわち、既設の窓ガラスに対しても効果的に省エネ機能を付加することができる。【００２７】
（４）本発明による可視光透過日射熱反射膜は日射を可視光と熱線に分離する機能を有するので、可視光を室内の採光に利用するのみならず、日射から分離した熱線を発電等に利用することができる。本発明によれば、およそ波長７５０ｎｍから長波長側の熱線を分離できるので、これを発電のためのエネルギーとして太陽電池等へ供給することにより容易に可視光透過太陽光発電機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】日射エネルギー密度の波長分布を示す図である。
【図２】人間の眼の比視感度曲線を示す図である。
【図３】本発明による特性改善（実線）の考え方を従来技術による特性（破線）と比較して示す概念図である。可視光透過光学多層膜では熱線に対する反射帯域拡大が困難なため、反射率低下を部分的に容認することによって日射中の熱線エネルギー密度が高い部分の反射率を向上させる。
【図４】本発明に係る可視光透過日射熱反射膜の１４層膜を用いた実施例１を示す図であり、（ａ）は構成材料と層構造の概要を、（ｂ）は各層の材料および厚さを示す図である。
【図５】本発明に係る実施例１によって得られた透過率および反射率特性を示す図である。
【図６】本発明に係る実施例１によって得られた反射率特性。比較のために従来の光学多層膜技術により得られる特性と日射エネルギー密度の波長分布を併せて示す図である。
【図７】本発明に係る可視光透過日射熱反射膜の１２層膜を用いた実施例２を示す図であり、（ａ）は構成材料と層構造の概要を、（ｂ）は各層の材料および厚さを示す図である。
【図８】本発明に係る実施例２によって得られた可視光透過・熱線反射特性を示す図である。
【図９】本発明に係る可視光透過日射熱反射膜の１４層膜を用いた実施例３を示す図であり、（ａ）は構成材料と層構造の概要を、（ｂ）は各層の材料および厚さを示す図である。
【図１０】実施例４として、反射された熱線が太陽電池へ供給されるエネルギーとなるように構成した可視光透過日射熱反射膜を示す図である。
【図１１】実施例５として、反射された熱線が熱電変換器へ供給されるエネルギーとなるように構成した可視光透過日射熱反射膜を示す図である。
【図１２】実施例６として、反射された熱線が熱機関へ供給されるエネルギーとなるように構成した可視光透過日射熱反射膜を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００、１１０、１２０〜１２２  可視光透過日射熱反射膜付ガラス
１０１  太陽電池
１１１、１２３  集熱器
１１２  熱電変換器
１２４  熱機関
１２５  発電機
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明に係る可視光透過日射熱反射膜を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。【００３１】
本発明では人間の眼の比視感度との調和を図りつつ、日射中の熱線エネルギーの効率的な反射を実現すべく可視光透過日射熱反射膜を設計した。まず人間の眼の比視感度曲線（図２）から、透過すべき可視光域として波長４００ｎｍから７００ｎｍまでを選んだ。次に、波長７５０ｎｍ以上の熱線については全て反射させることが理想であるが、すでに記したように透明材料からなる多層膜のみでこれらの熱線全てを反射させることは極めて困難である。【００３２】
そこで、本発明では図３の実線の特性のように部分的な反射率低下を容認することによって重要な部分の反射率を向上させた。反射率低下を容認するに適当な波長は日射エネルギーの波長分布（図１）から判断して、大気中の水蒸気等による吸収のために日射のエネルギー密度が極小となる波長１１１５ｎｍおよび１３８５ｎｍ近傍とした。【００３３】
ここで、波長１１１５ｎｍ近傍とは、図１に示す日射のエネルギー密度の波長分布から判断して、１０８０ｎｍ〜１１５０ｎｍとするのが適当である。同様に、波長１３８５ｎｍ近傍とは１３３０ｎｍ〜１４５０ｎｍとするのが適当である。さらに、可視光透過特性についても多少の透過率低下を容認して、熱線反射率の向上を図った。【００３４】
日射中の熱線を効果的に反射するための最適な特性は、数学的にはSchwarzの不等式を利用して求めることができる。熱線を適当な波長域に分割しそのエネルギーをそれぞれE1,E2,E3,・・・,Enとおき、これらの各波長域に対する熱線反射膜の反射率をR1,R2,R3,・・・,Rnと表記すると、反射される熱線エネルギーはPr=R1・E1+R2・E2+R3・E3+R4・E4+・・・+Rn・Enで与えられる。Schwarzの不等式によれば、次の数式（１）の関係が成り立つ。【００３５】
【数１】
2008152887.tif 000003
【００３６】
ここで、エネルギーおよび反射率は正なので、次の数式（２）の関係が成り立つ。【００３７】
【数２】
2008152887.tif 000004
【００３８】
ここで、等式が成り立つのは、次の数式（３）の場合である。
【数３】
2008152887.tif 000005
【００３９】
ここで、Ej(j=1,2,3.....)は、熱線を各波長域に分割したエネルギーなので定数である。Rj(j=1,2,3.....)は、熱線各波長域に対する反射率であり、これらの値の平方和が一定ならば、反射される熱線エネルギーPrを最大にする条件は前記数式（３）となる。【００４０】
すでに記したように、透明材料な多層膜のみで波長７００ｎｍ以上の熱線全てを反射させることは極めて困難である。具体的には、平坦な可視光透過特性ならびに波長７５０ｎｍ〜１０００ｎｍあたりの高反射率確保を優先すると波長１０５０ｎｍ以上の熱線対しての反射率が急激に低下する。このような状況を考慮すると、熱線反射膜の特性を変化させたとき、反射される熱線エネルギーPrは大きく変動するがRj(j=1,2,3.....)の平方和の変動は少ないことがわかる。【００４１】
そこで、熱線各波長域に対する反射率の平方和が一定であるとする近似を用いると、反射される熱線エネルギーPrが最大になるのは反射率Rj(j=1,2,3.....)が式（３）を満足する場合であると結論される。すなわち、近似に用いた制約条件の下では、入射する熱線エネルギーの波長分布と比例関係にある反射特性が熱線反射膜として最適の特性となる。【００４２】
本発明に係る可視光透過日射熱反射膜は、上記の設計指針に基づいたもので、人間の眼の比視感度に適合した可視光透過特性に加えて、およそ波長８００ｎｍ以上においては日射エネルギーの波長分布に適合した反射特性を実現する。【００４３】
本発明に係る可視光透過日射熱反射膜は、光学多層膜による光の干渉効果を利用するため、屈折率差が大きい２種類の透光性材料、すなわち高屈折率材料の層と低屈折率材料の層をそれぞれ１層以上を、交互に積層する構造が好ましい。【００４４】
高屈折率材料の層には屈折率２．０〜２．６の１０〜３２５ｎｍ厚の透光性材料を用い、低屈折率材料の層には屈折率１．８以下の１０〜３２５ｎｍ厚の透光性材料を用いる。【００４５】
ここで、本発明において光学材料である高屈折率材料及び低屈折材料として用いる透光性材料のそれぞれの屈折率と厚さの数値範囲は次のようにして設定した。まず、屈折率についは次のとおりである。本発明に係る可視光透過日射熱反射膜は、基材の表面に形成されて利用されるが、このような膜形成の基材として代表的なものは、ケイ酸塩やホウ酸塩系のガラス、およびポリカーボネートやポリエチレンテレフタレートなどのプラスチックである。これらのガラス基材の屈折率は約１．５、プラスチック基材では約１．６である。【００４６】
ところで、本発明のための材料選択では次の２点を考慮した。第１は、本発明のように光学反射を利用して熱線のみを選択的に反射させるためには、屈折率差が大きい透光性材料を組み合わせることが好ましい。第２は、組み合わせる光学材料の一方の材料としては、基材と同程度の屈折率を有する材料を選ぶことが多層構造の光学的な周期性を高め、優れた特性を得るために有利である。【００４７】
そこで、低屈折率側の材料についてみると、低屈折率の最小値は真空によってのみ実現される１．０であり、実際の光学用固体材料で１．４より小さな屈折率を得ることは困難である。そして、前記基材と同程度の屈折率を考慮すると、低屈折率側の材料は１．５前後の屈折率であることが好ましい。【００４８】
高屈折率側の材料についてみると、屈折率２．０以上の誘電体材料として代表的な酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム等の利用が有利である。特殊な材料ではガリウムヒ素などのように屈折率が３．０を越えるものもあるが、非実用的である。上述のような基材と、実用的な薄膜材料の組み合わせを考慮すると、低屈折率側は屈折率１．８以下、高屈折率側は屈折率２．０〜２．６程度となる。【００４９】
次に多層膜を形成している各層の厚さについては、光の干渉効果を利用するために有効な厚さとすることが必要である。特定の波長を例にすれば、位相が１／２波長ずれた光波の合成により光が弱められることが知られている。このように光の位相差を生じさせ、かつ干渉の特性を制御するために光波長のおよそ１／４０〜１／２程度の値が各層の厚さとして必要である。本発明では可視光からおよそ波長１４００ｎｍの熱線までの範囲をおよそ波長４００ｎｍと波長７５０ｎｍを境界として制御しているので、各層の厚さは１０〜３２５ｎｍとするのが適当である。【００５０】
可視光透過特性については、用途によりスモークガラスが使われるなど必要とされる透過率は大きく異なるが、車両のフロントガラス等として利用するためには少なくとも７０％以上の平均透過率が必要であり、通常の窓ガラスのように利用するためには平均透過率の下限値は６０％程度が適当であり、上限は理論的には１００％であるが実際的には反射率９５％程度が製作できる限度である。【００５１】
日射に含まれる熱線エネルギーの最も主要な部分はおよそ波長８００〜１０５０ｎｍ前後の光によって運ばれる。このため、日射からの効果的な遮熱のためには波長８００〜１０４０ｎｍにて平均６０％以上の反射率が必要であるが、より明確な効果を得るためには８０％以上の反射率が好ましく、上限は理論的には１００％であるが実際的には９０％程度が製作できる限度である。【００５２】
エネルギー密度が少し下がった長波長側１１５０〜１３００ｎｍの熱線については、遮熱効果を高めるには少なくとも平均４０％以上の反射率が必要であるが、５０％以上の反射率があれば効果がより明確に得られ、上限は理論的には１００％であるが実際的には反射率７０％程度が製作できる限度である。【００５３】
波長１３００ｎｍより長波長側では日射のエネルギー密度がさらに下がり、日射熱としての重みが小さくなる。このような日射の特性から、波長１３００ｎｍ以上における熱線反射特性は遮熱効果を左右するものではなく、補助する程度として扱った。【００５４】
電磁波透過特性については、携帯電話および無線ＬＡＮを主な利用法と想定して設計した。これらの無線通信のためには数百MHz〜数GHzの周波数範囲を透過する必要がある。プラズマ反射の理論によれば、電磁波を透過させるには絶縁性の材料が有利であることが示唆される。本発明では絶縁性の酸化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル等の材料を用いることにより、上記範囲の電磁波透過と可視光透過日射熱反射の両立を図った。電波による安定な無線通信を確保するためには電磁波のエネルギー透過率として８０％以上が適当と考えられる。そこで、この値をデシベルに換算した２ｄＢ以下を減衰の目標とした。【００５５】
なお、本発明に係る可視光透過日射熱反射膜における多層膜の製造には、周知のスパッタ法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザ蒸着法を始めとしてＣＶＤ法、塗布法、スプレー法などの膜形成技術を利用する。
【実施例１】
【００５６】
本発明に係る可視光透過日射熱反射膜の実施例１を図４に示す。図４（ａ）は実施例１の可視光透過日射熱反射膜の層構造を示し、図４（ｂ）は可視光透過日射熱反射膜を構成する各層の材料および厚さを示している。実施例１では、図４（ａ）に示すように、ガラス基板上に、スパッタ法を利用して下から順次、第２材料の層と第１材料の層を７回繰り返し交互に重ねて形成し、１４層からなる光学多層膜を形成する。【００５７】
ここで、第１材料は高屈折率材料であり酸化チタン（ＴｉＯ２）を利用し、第２材料は低屈折率材料でありシリカ（ＳｉＯ２）を利用している。よって、実施例１の可視光透過日射熱反射膜は、下から「ＳｉＯ２／ＴｉＯ２」を７回繰り返してなる光学多層膜から構成され、ガラス基板上に設けられている。【００５８】
スパッタ法を利用して試作した実施例１の可視光透過日射熱反射膜における実際の測定結果を図５に示す。図５に示すように、可視光域での透過特性は多少低下したものの平均８２％の高い可視光透過率を保ったまま、熱線として高いエネルギー密度を有する代表的な波長８５０ｎｍにおいて９０％を越える高い反射率を達成した。このように、本発明により高い可視光透過と効果的な日射熱反射を両立できることが示された。【００５９】
さらに、反射特性を従来発明による１４層膜の特性、および日射エネルギー波長分布と比較して図６に示す。日射エネルギー密度の波長分布曲線と反射率特性の相関が、２４００ｎｍまでの広い波長範囲にわたって従来発明よりも大幅に改善された。得られた反射率特性から日射熱に対するエネルギー反射率を計算し、波長７５０ｎｍから２４００ｎｍまでの熱線域では日射エネルギーの約６０％を反射すると概算された。【００６０】
従来発明では可視光域でのエネルギー透過率は約９０％と高いが、波長７５０ｎｍから２４００ｎｍまでの熱線域では日射エネルギー反射率は約５０％と概算された。このように、本発明は従来技術と比較して約１．２倍の日射熱反射性能を有することが概算された。【００６１】
例１の可視光透過日射熱反射膜を厚み１.５mmのガラス基板上に形成した試料を用いて電磁波透過を確認した。１５ｃｍ Ｘ ３ｃｍの窓を有するシールドボックスを用い、窓を開放したときと試料で覆ったときの電波の強度変化をスペクトラムアナライザーで解析した。受信アンテナをシールドボックス内に、送信アンテナをシールドボックス外の遠方に置き、周波数８００MHz及び２.４GHzにて測定した結果を表１に示す。これら周波数において電磁波の減衰は１ｄＢ未満と極めて低く、さらに広い周波数範囲の電磁波を透過すると推定できる。さらに、対となる無線ＬＡＮ用アンテナの片方をこのシールドボックス内に置き、支障なく無線ＬＡＮを運用できることを確認した。【００６２】
【表１】
2008152887.tif 000006
【００６３】
実施例１では、比較的多い１４層構成とすることにより、透過と反射の急峻な遷移特性を実現したが、本発明によれば１４層より少ない層数でも類似の特性を実現することができる。
【実施例２】
【００６４】
図７に示す実施例２は、下から「ＳｉＯ２／ＴｉＯ２」を６回繰り返してなる光学多層膜構造とし、ガラス基板上に設けている。スパッタ法を利用して試作した実施例２の可視光透過日射熱反射膜の実際の測定結果を図８に示す。図８に示すように、平均８０％の高い可視光透過率を保ったまま、熱線として高いエネルギー密度を有する代表的な波長８００ｎｍにおいて約８５％の高い反射率を達成した。さらに、図８の反射率特性から日射熱に対するエネルギー反射率を計算し、波長７００ｎｍから２４００ｎｍまでの熱線域では日射熱エネルギーの約６０％を反射すると概算された。【００６５】
実施例１および実施例２では「ＳｉＯ２／ＴｉＯ２」の繰り返しを基本構造としたが、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）やＮｂ添加ＴｉＯ２などのように透光性と導電性を兼ね備えた材料を用いることにより長波長側での反射特性を改善することができる。３０００ｎｍを越える長波長域の反射率向上は室内の熱輻射を反射させることにより冬季の暖房負荷軽減に寄与できる。【００６６】
可視光域で透明な導電性材料の導入による熱線反射の原理はプラズマ反射であり、１×１０２７／ｍ３程度のキャリア濃度を有する透明な導電性材料の導入はおよそ波長２０００ｎｍ以上での熱線反射に効果的であることが理論的に示唆される。このようなキャリア濃度はＩＴＯやＮｂ添加ＴｉＯ２などの透明導電性材料により得られることが知られている。
【実施例３】
【００６７】
実施例３としてＮｂ添加ＴｉＯ２、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２からなる本発明に係る可視光透過日射熱反射膜の例を図９に示す。
【実施例４】
【００６８】
実施例４として、可視光透過日射熱反射膜付ガラス１００により反射させた熱線を太陽電池１０１に照射することにより発電する可視光透過日射熱反射膜の例を図１０に示す。本発明によれば、およそ波長７５０ｎｍから長波長側の熱線を分離できるので、可視光を室内の採光に利用するのみならず日射から分離した熱線を太陽光発電に利用することができる。
【実施例５】
【００６９】
実施例５として、可視光透過日射熱反射膜付ガラス１１０により反射させた日射熱を集熱器１１１を介して熱電変換器１１２にエネルギーとして供給することにより発電する可視光透過日射熱反射膜の例を図１１に示す。太陽電池に光エネルギーを照射する実施例４では発電に利用できる光の波長が太陽電池の材料である半導体により制限される。たとえば、シリコン太陽電池で発電に利用できるのはおよそ波長１１００ｎｍ以下の光であるが、熱電変換器を利用するとこの制限を解消できる利点がある。
【実施例６】
【００７０】
実施例６として、可視光透過日射熱反射膜付ガラス１２０〜１２２により反射させた日射熱を集熱器１２３を介して熱機関１２４にエネルギーとして供給することにより発電機１２５を回転させて発電する可視光透過日射熱反射膜の例を図１２に示す。この例では、可視光透過日射熱反射膜付ガラス１２０〜１２２を複数用い、これらが反射する日射中の熱線を集中させることで効率的な集熱を行うように構成した。熱機関としては、蒸気タービン、ガスタービン、スターリングエンジンなどを利用することができる。
【産業上の利用の可能性】
【００７１】
本発明に係る可視光透過日射熱反射膜は、ビル、車両、家屋などの窓に適用すると、日射からの採光を確保しつつ熱作用の強い赤外線を反射できるので、省エネのための部材として利用価値が高い。冷房を必要とするような夏季には日射熱の反射による冷房負荷の軽減を、暖房を必要とするような冬季には室内からの熱輻射を反射させることにより暖房負荷を軽減できる。
【００７２】
さらに、可視光透過日射熱反射膜と太陽光発電機器との組み合わせからなる本発明品は、採光のための可視光の利用、熱負荷軽減のための熱線反射、ならびに熱線発電の機能を併せ持つのでビル、車両、家屋などの省エネのために利用価値が高い。
【００７３】
加えて、本発明品は高い可視光透過率と急峻な遷移特性、並びに電磁波透過の性質を併せ持つので、電波による無線通信を妨げずに日射からの遮熱を図る必要がある車両のフロントガラスや展望室の窓などに最適である。
【図２】
2008152887.tif 000007
【図３】
2008152887.tif 000008
【図４】
2008152887.tif 000009
【図５】
2008152887.tif 000010
【図６】
2008152887.tif 000011
【図７】
2008152887.tif 000012
【図８】
2008152887.tif 000013
【図９】
2008152887.tif 000014
【図１】
2008152887.tif 000015
【図１０】
2008152887.tif 000016
【図１１】
2008152887.tif 000017
【図１２】
2008152887.tif 000018
【国際調査報告】
2008152887.tif 000019
2008152887.tif 000020
2008152887.tif 000021
2008152887.tif 000022