(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムからなる支持体（１）とこの支持体（１）の一方の側（Ａ）で支持体（１）の上にある中間層（２）とこの中間層（２）上に設けられた光学機能多層構造体（３）とを備え、この光学機能多層構造体（３）は３つの層（４，５，６）からなり、その上側の２つの層（４，５）は誘電体層または酸化物層あるいはその両方であるとともに最も下側の層（６）は中間層（２）上に設けられた金属層である複合材料において、
光学機能多層構造体（３）の最も上側の層（４）が誘電体層であり、光学機能多層構造体（３）の中央の層（５）はＣｒＯxの化学組成式で表される酸化クロム層であり、光学機能多層構造体（３）の最も下側の層（６）は金、銀、銅、クロム、アルミニウム、モリブデンのうちから選択されたものでできており、その際前記添字ｘは化学量論的、または非化学量論的な組成比を表していることを特徴とする複合材料。
【請求項２】
前記誘電体層（４）が屈折率がｎ＜１．８であるそれぞれＭｅＯＺ、ＭｅＦｒ、ＭｅＮＳの化学組成式で表される酸化物層、フッ化物層、窒化物層のうちから選択されたものであり、その際添字ｚ、ｒ、ｓはそれぞれ酸化物、フッ化物、窒化物における化学量論的、または非化学量論的な組成比を表していることを特徴とする請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
光学機能多層構造体（３）の最も上側の層（４）が、ＳｉＯｙの化学組成式で表される酸化珪素層であり、その際添字ｙは化学量論的、または非化学量論的な組成比を表していることを特徴とする請求項２記載の複合材料。
【請求項４】
中間層（２）が陽極酸化されたアルミニウム、または電解研磨されて陽極酸化されたアルミニウムでできていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合材料。
【請求項５】
光学機能多層構造体（３）と反対の側（Ｂ）で支持体（１）に設けられている下層（７）を備えており、この下層は陽極酸化されたアルミニウム、または電解研磨されて陽極酸化されたアルミニウムでできていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合材料。
【請求項６】
化学量論的、または非化学量論的な組成比ｘが０＜ｘ＜３の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の複合材料。
【請求項７】
化学量論的、または非化学量論的な組成比ｙが１≦ｙ≦２の範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の複合材料。
【請求項８】
光学機能多層構造体（３）の最も下側の層（６）が、金、銀、銅、クロム、アルミニウム、モリブデンのうちから選択されたものが互いに重なり合って配置された複数の部分層から構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の複合材料。
【請求項９】
光学機能多層構造体（３）の上側の２つの層（４，５）が、スパッタリング層またはＣＶＤ層もしくは電子衝撃によって形成された層である請求項１０に記載の複合材料。
【請求項１０】
光学機能多層構造体（３）の金属層が、スパッタリング層またはＣＶＤ層もしくは電子衝撃によって形成された層である請求項１０に記載の複合材料。
【請求項１１】
光学機能多層構造体（３）が、真空連続プロセスで形成される層で構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１２】
光学機能多層構造体（３）の最も上側の層（４）が、３ｎｍを超えていて最大で約５００ｎｍの厚さ（Ｄ４）を有していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１３】
光学機能多層構造体（３）の中央の層（５）が、１０ｎｍを超えていて最大で約１μｍの厚さ（Ｄ５）を有していることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１４】
光学機能多層構造体（３）の最も下側の層（６）が、少なくとも３ｎｍ、最大で約５００ｎｍの厚さ（Ｄ６）を有していることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１５】
光学機能多層構造体（３）の側（Ａ）における、ＤＩＮ５０３６のパート３に基づいて規定される光全反射率が５％よりも低いことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１６】
光学機能多層構造体（３）と反対の側（Ｂ）における、ＤＩＮ５０３６のパート３に基づいて規定される光全反射率が少なくとも８４％であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１７】
光学機能多層構造体（３）の側（Ａ）または光学機能多層構造体（３）と反対の側（Ｂ）あるいはその両方の側における、ＤＩＮ５０３６のパート３に基づいて規定される光全反射率が、４３０℃／１００時間の温度負荷を受けたときに７％よりも低い変動しか受けないことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１８】
支持体（１）のアルミニウムが９９．０％よりも高い純度を有していることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１９】
光学機能多層構造体（３）の最も下側の層（６）が９９．５％よりも高い純度を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の複合材料。
【請求項２０】
その幅が１６００ｍｍ以下、そのトータル厚さ（Ｄ）が０.１から１.５ｍｍのコイルとして構成されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の複合材料。
【請求項２１】
光学機能多層構造体（３）と反対の側（Ｂ）の下層（７）下面に、装飾層（８）が設けられていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の複合材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムからなる支持体とこの支持体の一方の側で支持体の上にある中間層とこの中間層に設けられた光学機能多層構造体とを備え、この光学機能多層構造体は３つの層からなり、その上側の２つの層は誘電体層または酸化物層あるいはその両方であるとともに最も下側の層は中間層に設けられた金属層である複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような種類の複合材料は表面加工アルミニウムテープとして、照明工学、自然光システム、装飾用の用途などにＭＩＲＯ（登録商標）の名称で広く普及している。この場合の表面処理は、敏感なアルミニウム表面をより良く保護し、光反射率を高める役目をしている。加工工程は２つの異なるプロセスからなっており、両者を連続的に進めることが可能である。すなわち加工工程は、ひとまとめにして陽極処理と呼ばれる、電解研磨と陽極酸化とを含んでいる湿式化学プロセスでの中間層の形成と、光学機能多層構造体の真空中での形成とで構成されている。その際両方の上側の層は一般に誘電体層であり、たとえば酸化アルミニウムや酸化チタンなどの酸化物層を上側の層として使用して二酸化珪素を中央の層として使用するのは、一つの好適な特殊例である。公知のＭＩＲＯ（登録商標）方式の詳細については、たとえば”ｅｌｅｋｔｒｏｗａｅｒｍｅ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ”５３（１９９５）Ｂ４−１１月、Ｓ．Ｂ２１５−Ｂ２２３を参照されたい。
【０００３】
一般に、放射ビームが当たった物体では、反射される部分と、吸収される部分と、透過される部分とにビームが分かれ、これらはその物体の反射率（反射能）、吸収率（吸収能）、透過率（透過能）として規定される。反射能、吸収能、透過能は光学的な特性であり、入射ビームの波長（たとえば紫外線領域、可視光の領域、赤外線領域、熱放射の領域）に応じて、同一の材料でも異なる値をとることがある。その際吸収能に関してはキルヒホッフの法則が知られており、それによれば特定の温度と波長のとき、吸収率は放射度と一定の比率になる。したがって吸収能についてはウィーンの変位則ないしプランクの法則、ならびにステファン・ボルツマン法則も重要となり、これらの法則によって、いわゆる「黒体」のビーム強度、スペクトル分散密度、波長、温度の間の所定の関係により説明される。その際計算にあたって注意すべき点は、「黒体」はそれ自体としては存在しておらず、現実の物質はそれぞれ特徴的な仕方で理想分布とは異なっているという点である。
【０００４】
公知の複合材料では、特に、可視光の領域における高い反射能が重要な役割を演じており、このような反射能は、たとえばＤＩＮ５０３６のパート３に規定されている光全反射率では、最大９５パーセントのピーク値として表現されている。さらに、好ましくは半製品として納品される公知の材料では、その優れた加工性、特に変形性が強調される。
【０００５】
特定の応用例では、入射するビームの波長領域ではできるだけ高い反射率が求められ、それ以外の領域ではできるだけ低い反射率と、その代わりにいっそう高い吸収率とが求められるという事態が生じる可能性がある。このことは、たとえばソーラーコレクタの分野に当てはまり、この場合、太陽光の波長領域（約３００から約２５００ｎｍ）では最大の吸収率が求められ、熱放射の領域（約２５００ｎｍ以上）では最大の反射率が求められる。これらの要求を満たす複合材料が用いられた平型コレクタのための吸収体が、たとえばＴｉｎｏｘの名称で公知である。この材料は、銅テープからなる支持体と、その上に形成された窒化酸化チタンの層と、二酸化珪素の被覆層とでできている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記実状に鑑み、本発明の課題は、さまざまな波長領域で吸収率と反射率を的確に選択的に調整可能であるような、発明の属する技術分野で述べたタイプの改善された複合材料を提供することである。さらにこの複合材料は、優れた加工性、特に変形性と、高い熱伝導性、ならびに高い熱的、化学的な長期間耐久性を備えることを特徴とするのが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば、光学機能多層構造体の最も上側の層が誘電体層であり、光学機能多層構造体の中央の層はＣｒＯｘの化学組成式で表される酸化クロム層であり、光学機能多層構造体の最も下側の層は金、銀、銅、クロム、アルミニウム、モリブデンのうちから選択されたものでできていることによって解決される。なお、前記添字ｘは化学量論的、または非化学量論的な組成比を表している。さらに好適には、前記誘電体層を、ＭｅＯＺの化学組成式で表される酸化物層、ＭｅＦｒの化学組成式で表されるフッ化物層、ＭｅＮＳの化学組成式で表される窒化物層のうちから選択されたもので、屈折率がｎ＜１．８であるとすることが提案され、特にそれぞれ、金属酸化物層、金属フッ化物層、金属窒化物層が好ましい。その際、添字ｚ、ｒ、ｓは酸化物、フッ化物、または窒化物における化学量論的、または非化学量論的な組成比を表している。
【０００８】
本発明による光学機能多層構造体は、まず第一に有利なことに、製造時に、環境に害があり部分的に有毒な塩溶液を使わずに形成可能である。たとえば光学機能多層構造体の金属層は、スパッタ層、または蒸着によって形成された層、特に電子衝撃によって形成された層もしくは熱源から形成された層であってよい。光学機能多層構造体の両方の上側の層は、同じくスパッタ層、特に反応スパッタリングによって形成された層、ＣＶＤ層もしくはＰＥＣＶＤ層、または蒸着によって形成された層、特に電子衝撃によって形成された層もしくは熱源から形成された層であってよいので、光学機能多層構造体全体が、真空プロセスで、特に連続的な方法で形成される層で構成されている。
【０００９】
最も上側の層は、好ましくは、ＳｉＯｙの化学組成式で表される酸化珪素層であってよく、その際添字ｙは同じく酸化物の組成中における化学量論的または非化学量論的な組成比を表している。
【００１０】
上述した提案に加え、最も上側の層の化学組成式ＭｅＯＺ、ＭｅＦｒ、ＭｅＮＳと、酸化クロム層の化学組成式ＣｒＯｘとにおいて、添字ｘ、ｙ、ｚ、ｒおよびｓに関して特定の離散した値に設定するだけでなく、例えば酸化物質と酸素の間で化学量論的または非化学量論的な組成比を一定の範囲内で流動的に変えることも可能にする。それにより、たとえば機械的な耐久性を表す値（ＤＩＮ５８１９６、パート５）の増加ももたらす、反射を減衰する最も上側の層の屈折率と、酸化クロム層の吸収率とを的確に設定することができる。なおその際、添字ｘの値が増えるにつれて吸収能は低下する。
【００１１】
本発明によれば、光学機能多層構造体が設けられている側における、ＤＩＮ５０３６のパート３に基づいて規定される光全反射率を、５％よりも低い有利な値に設定することができ、その際高い耐老化性に加えて高い熱的な安定性も確保することができるが、光学機能多層構造体の側では４３０℃／１００時間の温度負荷をかけたときに、本来の反射率の７％よりも低い変動、好ましくは４％よりも低い変動しか生じない。しかも、このような温度負荷をかけたとき有利なことにガスの発生も起こらない。
【００１２】
本発明による複合材料は、相乗効果で作用する次のような特性の組み合わせによって、ソーラーコレクタの吸収体のために、ならびに、たとえば原動機付き車両のヘッドライトやその他の照明装置を製作するときの光吸収体といった他の用途のために、優れた利用性を備えている。
‐１）支持体層はたとえばその優れた変形性によって、実行されるべき形成プロセスのとき、再加工の負荷に問題なく耐えるとともに、たとえばその高い熱伝導性や、太陽光の波長領域で追加的に吸収を促進するような表面構成ができる能力を備えており、この場合には他の層も起伏をこのような表面構成に追随させられる。さらにその支持体層は熱放射の領域で光学的な三層構造体の金属層の作用を増強する反射能を備えている。
‐２）中間層は、一方では支持体のための機械的な保護と腐食を防ぐ保護を保証するとともに、他方では、光学機能多層構造体のための高い付着性を保証する。
‐３）金属層は、その構成要素が熱放射の領域で高い反射能とこれに伴う低いエミッションとを有していることにより、ランバート・ブーゲの法則に基づき、照射出力は侵入深さが増加するにつれて指数特性で吸収されるとともに、多くの無機物について、非常にわずかな深さ（約１μｍ以下）ですでに蓄積可能な熱エネルギーとして利用できるという事実がある。
‐４）酸化クロム層は、吸収率の高い選択性（太陽光の領域では９０％以上のピーク値、＞約２５００ｎｍの波長領域では１５％以下の最低値）と、前述したような調節能力（添字ｘに依存する）とを備えている。
‐５）特に酸化珪素でできている最も上側の層の利点については、すでに部分的に指摘したとおりであり、反射防止作用に加えて高い透過能を有しており、それによって太陽光の領域で酸化クロム層で吸収可能なビーム量の割合を高める。
【００１３】
たとえば本発明による複合材料を利用して、動作温度が１００℃以下である低温コレクタばかりでなく、高温コレクタも製造することができる。その際２５０℃以上の停止温度が可能であり、この温度は、物質が周囲との熱平衡の状態にある、理論的に可能なその都度最高の使用温度である。
【００１４】
本発明のその他の実施形態は、従属請求項および以下の詳細な説明に記載されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
添付の図面に図示されている実施例を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
【００１６】
ここで説明する実施例は、太陽光の波長領域と熱放射の領域で、吸収率と反射率の高い選択性を備える本発明の複合材料を対象とするものである。
【００１７】
この複合材料は、アルミニウムからなる、特に変形性のあるテープ状の支持体１と、支持体１の側Ａに形成された中間層２と、中間層２の上に形成された光学機能多層構造体とで構成されている。
【００１８】
ＤＩＮ５０３６のパート３に基づいて規定される光全反射率は、光学機能多層構造体３が設けられた側Ａでは５％よりも低い。
【００１９】
この複合材料は、好ましくは、幅が１６００ｍｍ以下、好ましくは１２５０ｍｍ以下、厚さＤが約０．１から１．５ｍｍ、好ましくは約０．２から０．８ｍｍのコイルとして構成されている。その際支持体１は、好ましくは約０．１から０．７ｍｍの厚さＤ１を有していてよい。
【００２０】
支持体１のアルミニウムは特に９９．０％を超える純度を有しており、それによって熱伝導性が促進される。
【００２１】
中間層２は、支持体材料から構成された、陽極酸化されたアルミニウム、または電解研磨されて陽極酸化されたアルミニウムでできている。
【００２２】
多層構造体３はさらに３つの個別層４、５、６からなっており、上側の２つの層４、５は酸化物層であり、最も下側の層６は中間層２の上に設けられた金属層である。光学機能多層構造体３の最も上側の層４は、ＳｉＯｙの化学組成式で表される酸化珪素層である。中央の層５は、ＣｒＯｘの化学組成式で表される酸化クロム層であり、最も下側の層６は金、銀、銅、クロム、アルミニウム、モリブデンから選択されたものでできている。
【００２３】
その際添字ｘ、ｙは、酸化物における酸化された物質と酸素との化学量論的または非化学量論的な組成比を表している。化学量論的または非化学量論的な組成比ｘは、好ましくは０＜ｘ＜３の範囲内であってよく、それに対して化学量論的または非化学量論的な組成比ｙは１≦ｙ≦２の範囲内の値をとることができる。
【００２４】
光学機能多層構造体３の両方の上側の層４、５がスパッタ層であってよく、特に反応スパッタリングで形成された層、ＣＶＤ層もしくはＰＥＣＶＤ層、または蒸着によって形成された層、特に電子衝撃で形成された層もしくは熱源から作成された層であってよいことにより、組成比ｘ、ｙを無段階で（つまり添字の非化学量論的な値に）設定することが可能であり、それによってその都度の層特性を変えることができる。
【００２５】
その際光学機能多層構造体３の最も上側の層４は、好ましくは３ｎｍを超える厚さＤ４を有している。このような厚さＤ４のとき、この層はすでに十分な効率を備えているが、時間コスト、材料コスト、およびエネルギーコストはわずかな値しかとらない。層厚Ｄ４の上側の限界値は、このような観点からして約５００ｎｍである。光学機能多層構造体３の中央の層５について前述した観点から最適な値は、１０ｎｍを超える最低厚さＤ５であり、最大で約１μｍである。最も下側の層６についての値は最低３ｎｍの厚さＤ６であり、最大で約５００ｎｍである。
【００２６】
光学機能多層構造体３の最も下側の層６は、高い効率という意味合いから、好ましくは９９．５％を超える純度を有しているのが望ましい。この層は、すでに述べたようにスパッタ層または蒸着によって形成された層、特に電子衝撃で形成された層もしくは熱源から形成された層であってよいので、光学機能多層構造体３の全体が、好ましくは真空プロセスで連続的な方法で設けられた層４、５、６で構成される。
【００２７】
テープ状の支持体１の、光学機能多層構造体３とは反対の側Ｂには、中間層２と同じく陽極酸化されたアルミニウム、または電解研磨されて陽極酸化されたアルミニウムからなる下層７が設けられている。中間層２と下層７は、好ましくは湿式化学的な方法で同時に生成することができ、その際酸化アルミニウム層の小孔は、湿式化学のプロセス連鎖の最終段階で加熱圧縮によってほぼ閉じることができるので、恒久的に耐久性のある表面が生成される。したがって下層７は、中間層２と同じく、支持体１に対して機械的な保護と腐食を防ぐ保護とを提供する。
【００２８】
その際光学機能多層構造体３と反対を向いている側Ｂでの、ＤＩＮ５０３６のパート３に基づいて規定される光全反射率は、好ましくは少なくとも８４％であってよい。
【００２９】
本発明によれば、特に、光学機能多層構造体３の側Ａまたは光学機能多層構造体３と反対を向いている側Ｂあるいはその両方の側における、ＤＩＮ５０３６のパート３に基づいて規定される光全反射率が、４３０℃／１００時間の温度負荷を受けたときに７％よりも低い変動、好ましくは４％よりも低い変動しか受けないような層構造を得ることが可能である。
【００３０】
本発明は図示した実施例に限定されるものではなく、本発明の意味で同じ作用をもつあらゆる手段と方策を含んでいる。たとえば、光学機能多層構造体３の最も下側の層６を、金、銀、銅、クロム、アルミニウム、モリブデンから選択されたものが互いに重なり合って配置された複数の部分層から構成することも可能である。すでに述べたように、最も上側の層は、別案としてフッ化物または窒化物でできていてもよい。
【００３１】
さらに当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、追加の有利な方策を本発明に補足することができる。たとえば、同じく図面に示すように、光学機能多層構造体３が設けられている方とは反対側Ｂには、特に下層７の上に追加的に装飾層８が設けられていてもよい。この装飾層８は、たとえば光沢に加えて一定の色合いが失われることのない金属材料、または窒化チタンその他の適当な材料からなる鏡面層であってよい。
【００３２】
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合材料を示す原理的な構造を示す断面図
【符号の説明】
１  支持体
２  中間層
３  光学機能多層構造体
４  光学機能多層構造体の上側の層
５  光学機能多層構造体の中央の層
６  光学機能多層構造体の下側の層
７  下層
８  装飾層
Ａ  光学機能多層構造体が形成されている側の領域
Ｂ  光学機能多層構造体が形成されていない側の領域
Ｄ  （全体の）厚さ
Ｄ１  １の厚さ
Ｄ４  ４の厚さ
Ｄ５  ５の厚さ
Ｄ６  ６の厚さ
【図１】
0003577034.tif 000002