(57)【要約】  移動体１は、その表面に形成された、入射する太陽光のうち０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を放出する反射制御層２１を有する。
2019035160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の表面に形成された反射制御層であって、入射する太陽光のうち０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を放出する前記反射制御層を有する移動体。
【請求項２】
前記反射制御層は、入射する太陽光のうち０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を放出する波長制御物質を有する請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記反射制御層は、
０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光の表面反射を低減する反射防止層と、
前記反射防止層と前記移動体の表面との間に形成され、入射する太陽光のうち０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を放出する波長制御層と、
を有する請求項１又は２に記載の移動体。
【請求項４】
前記波長制御物質は蛍光物質である請求項２に記載の移動体。
【請求項５】
前記波長制御層は蛍光物質を含む請求項３に記載の移動体。
【請求項６】
前記波長制御物質は燐光物質である請求項２に記載の移動体。
【請求項７】
前記波長制御層は燐光物質を含む請求項３に記載の移動体。
【請求項８】
０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、前記反射制御層の厚みは、７５ｎｍを前記反射制御層の屈折率で除した値以上、かつ、２３０１００ｎｍを前記反射制御層の屈折率で除した値以下であり、
前記反射制御層の屈折率をｎとし、前記反射制御層の下にある車体側物質の屈折率をｎｍとし、空気の屈折率をｎ０とした場合、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、前記ｎは、次式を満たす
ｎ＝（ｎｍ×ｎ０）１／２
請求項２、４及び６のいずれか一項に記載の移動体。
【請求項９】
０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、前記反射防止層の厚みは、７５ｎｍを前記反射防止層の屈折率で除した値以上、かつ、２３０１００ｎｍを前記反射防止層の屈折率で除した値以下であり、
前記反射防止層の屈折率をｎとし、前記反射防止層の下にある車体側物質の屈折率をｎｍとし、空気の屈折率をｎ０とした場合、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、前記ｎは、次式を満たす
ｎ＝（ｎｍ×ｎ０）１／２
請求項３、５及び７のいずれか一項に記載の移動体。
【請求項１０】
前記反射制御層の屈折率は、０．３４〜２．４０である請求項８に記載の移動体。
【請求項１１】
前記反射防止層の屈折率は、０．３４〜２．４０である請求項９に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その表面に反射制御層が形成された移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＤＮＡを赤外蛍光プローブで検出するために、赤外蛍光体として酸化チタンを使用することが知られていた（特許文献１参照）。特許文献１には、赤外蛍光性とは、紫外可視領域の光を吸収した際に赤外線を発光する特性を示すこと、及び、酸化チタンを０．３μｍ以上０．４μｍ以下の波長域の光で励起し、０．７μｍ以上１．２μｍ以下の波長域の光で発せられる蛍光を利用することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０４６００４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、本発明の発明者等は、移動体の空気抵抗を低減する為に、移動体の近傍の空気の流速が遅くなる領域（境界層）の外側の領域（主流）の温度を上げることが有効であるという知見を得た。そして、この知見に基づき、本発明の発明者等は、主流の温度を上げる為に、移動体の表面での太陽光の反射強度のうち、大気中の太陽光を吸収する物質（太陽光吸収物質）の吸収帯域の光の反射強度を高める、という課題を認識した。【０００５】
しかし、太陽光吸収物質の吸収帯域は０．７５μｍ以上であるため、特許文献１の酸化チタンは、太陽光吸収物質の吸収帯域の光の反射強度を高める反射制御層として有効に利用できない。【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、移動体の周囲の主流の空気温度を上げて移動体の空気抵抗を低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係わる移動体は、その表面に形成された、入射する太陽光のうち０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を放出する反射制御層を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、移動体の周囲の主流の空気温度を上げて移動体の空気抵抗を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係る自動車１の表面の構造を示す拡大断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、波長制御物質２２の蛍光を説明する為の模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、波長制御物質２２の励起波長域と蛍光波長域を説明する為の模式図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る自動車１の表面の構造を示す拡大断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態の変形例に係る自動車１の表面の構造を示す拡大断面図である。
【図５】図５は、反射光による主流２の温度上昇の検証結果を示すグラフ図である。
【図６】図６は、自動車１の周りに生じる空気の流れを示す模式図である。
【図７】図７は、図６の領域Ｘｅを拡大した拡大断面図である。
【図８】図８は、異なる屈折率の物質によって挟まれた薄膜における光の屈折の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。以下では、移動体が自動車である場合を挙げて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図６は、本実施形態に係る自動車１の、走行中に生じる空気の流れを示す。また、図７は、本実施形態に係る自動車１の表面近傍の、自動車１の進行方向に沿った拡大断面図である。
【００１２】
図１に示すように、自動車１の車体１ａの表面には車体塗装層２０が形成され、さらに車体塗装層２０の上に反射制御層２１が形成されている。
【００１３】
反射制御層２１は、太陽光の波長域（０．３μｍ〜１００μｍ）にある光のうち、波長が０．３μｍ以上０．７５μｍ未満の光を吸収し、波長が０．７５μｍ以上１００μｍ以下の光を放出する。地上に到達する太陽光の波長域は、近紫外線の波長域（０．３μｍ〜０．３８μｍ）、可視光域（０．３８μｍ〜０．７５μｍ）、赤外放射の波長域（０．７５μｍ〜１００μｍ）からなる。また、赤外放射の波長域は、近赤外線の波長域（０．７５μｍ〜３μｍ）及び中赤外線および遠赤外線の波長域（３μｍ〜１００μｍ）からなる。よって、反射制御層２１は、自動車１の表面に入射する近紫外線の波長域（０．３μｍ〜０．３８μｍ）及び可視光域（０．３８μｍ〜０．７５μｍ）の光を、赤外放射の波長域（０．７５μｍ〜１００μｍ）の光へ変換して反射する性質を有する。この性質により、自動車１の表面における０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光の反射強度を高めることができる。
【００１４】
＜走行中の自動車１の周りの空気の流れ＞
図６に示すように、自動車１の静止系で見たとき、走行中の自動車１の周りには自動車１の表面に沿った空気の流れが発生する。図７に示すように、自動車１の表面近傍では、空気と自動車１の表面との間に生じる粘性摩擦によって空気の流れは遅くなっており、境界層４１が形成されている。境界層４１では、自動車１の表面から離れるほど空気の速度は大きくなり、空気の速度は、空気に対する自動車１の相対速度に近づいていく。
【００１５】
自動車１の表面から離れて境界４２よりも外側の外部領域４３では、もはや空気と自動車１の表面との間に生じる粘性摩擦の影響はなくなっており、空気の速度は、空気に対する自動車の相対速度にほぼ等しくなっている。外部領域４３における空気の流れを主流２と呼ぶ。
【００１６】
＜空気抵抗低減のメカニズム＞
次に、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域にある光を反射する反射制御層２１を自動車１が有することによって、自動車１の空気抵抗が低減されるメカニズムを説明する。
【００１７】
一般に、走行中の自動車１が空気から受ける力は、自動車１の前後、左右、上下の各軸方向の力と各軸周りのモーメントで表され、総称して空力六分力と呼ばれる。通常、走行中の自動車１が空気から受ける力は無次元化して表され、特に前後方向の力である空気抵抗Ｆは、次の数式１によって表される空気抵抗係数Ｃｄによって表される。ここで、ρは、外部領域４３の空気の密度、Ａは、自動車１の進行方向に対する前面投影面積、Ｖは、主流に対する自動車１の相対速度である。
【００１８】
【数１】
2019035160.tif 000003
【００１９】
空気抵抗係数Ｃｄは、空気の動圧「ρＶ２／２」と前面投影面積Ａの積によって、空気抵抗Ｆを除した値である。空気抵抗係数Ｃｄは、自動車１の形状に依存して決まる量であり、走行時の燃費、最高速度、加速性能などに影響を及ぼす。自動車１のような物体の空気抵抗Ｆは、自動車１全体でみたときには圧力抵抗が支配的であり、航空機で問題となる摩擦抵抗は自動車１では小さい。そのため、自動車１において空気抵抗Ｆを低減するためには、圧力抵抗を小さくすることに着目するのが効果的である。
【００２０】
上記着目に基づいて数式１を見直すと、通常の自動車の設計において、前面投影面積Ａは、圧力抵抗を小さくするために車両の設計で対応可能なパラメータとしてみなされる。一方、主流の空気密度ρ、および、速度Ｖについては、自動車の走行環境に応じて変動しうるものであるため、車両の設計で対応可能なパラメータとしてみなされない。
【００２１】
しかしながら、上記の既存概念の枠にとらわれることなく、本発明の発明者は、主流の空気密度ρは、圧力抵抗を小さくするために車両の設計で対応可能なパラメータとなりうると考えた。そして、空気抵抗Ｆの大部分を占める圧力抵抗が主流の空気密度ρに比例することに着目し、主流２の空気を加熱することで主流２の空気密度ρを下げ、その結果、空気抵抗Ｆを低減することが可能であるとの知見を得た。
【００２２】
主流２の空気は、自動車１の表面から離れた場所にあるため、直接に加熱することはできない。しかしながら、所定の波長域にある光を反射する反射制御層２１を自動車１の表面に設けることにより、太陽、雲、空気中の水蒸気などから照射される光や、路面から放射される赤外線などの光が、反射制御層２１によって反射され、反射された光によって主流２の空気を加熱することができる。
【００２３】
以上の理由により、自動車１が反射制御層２１を有することによって、自動車１の空気抵抗が低減される。
【００２４】
＜反射光による主流２の温度上昇＞
上述したメカニズムで実際に主流２の空気を加熱可能であることを検証するため、発明者は自動車１の走行環境を模すため、風洞内に自動車のフェンダーを配置し、空気が流れる状態でフェンダー部分に疑似太陽光を照射した。そして、疑似太陽光が照射された部位を流れる空気が、当該部位を通過する前後でどの程度、温度上昇するかを測定した。ここで、同一形状のフェンダーであって、塗装を変えた３種類のフェンダーを用意し、検証を行った。フェンダー上に形成される塗装層が、本実施形態における反射制御層２１に相当する。
【００２５】
図５は、反射光による主流２の温度上昇の検証結果を示すグラフ図である。図５には、検証を行った実験例１〜３に係る評価結果が示されており、符号８１は、「スーパーブラック」と呼ばれる標準的な黒色塗装を施した実験例１、符号８２は、「ホワイトパール」と呼ばれる標準的な白色塗装を施した実験例２、符号８３は、「銀メッキ」による銀色塗装を施した実験例３に対応する。実験例１，２，３の順に、紫外線波長から遠赤外線波長までの波長域における平均反射率が大きくなる。
【００２６】
ここで、「平均反射率」とは、指定された波長域における分光反射率（単色光に対する反射率）の平均値である。すなわち、指定された波長域において、波長の関数である分光反射率を測定し、指定された波長域にわたって測定された分光反射率を平均化して得られる値を「平均反射率」として定義している。
【００２７】
検証では、自動車１のフェンダー（車体１ａの一例）の表面から表面に対して垂直方向に距離ｄ１だけ離れた位置であって、空気の流れに沿って、疑似太陽光が照射される部位の上流に熱電対３１ａを配置し、疑似太陽光が照射される部位の下流に熱電対３１ｂを配置した。ここで、フェンダーの表面の境界層よりも外側の主流の中に熱電対３１ａ、３１ｂが配置されるよう、距離ｇは１８ｍｍに設定された。熱電対３１ａと熱電対３１ｂとは、空気の流れに沿って２００ｍｍの間隔を空けて配置されており、熱電対３１ａと熱電対３１ｂで挟まれる区間に対して、疑似太陽光を照射した。また、フェンダーに対する主流２の空気の速度は、風速４０ｋｍ／ｈとした。
【００２８】
なお、検証の正確さを期すため、熱電対３１ａと熱電対３１ｂに対して、疑似太陽光が直接照射されることがないよう、注意を払った。熱電対３１ａによって測定される空気の温度は、フェンダーによって反射される疑似太陽光によって暖められる直前の空気の温度であり、熱電対３１ｂによって測定される空気の温度は、フェンダーによって反射される疑似太陽光によって暖められた直後の空気の温度である。
【００２９】
図５に示すように、熱電対３１ａで測定した温度よりも熱電対３１ｂで測定した温度の方が高いことが分かった。さらに、実験例１，２，３の順に、温度上昇ΔＴが大きくなることが分かった。すなわち、自動車１の表面の塗装の平均反射率が大きいほど、温度上昇ΔＴが大きくなることが分かった。
【００３０】
実際の自動車１の全長が４４００ｍｍであるとした場合、自動車１の全長にわたっての温度上昇は、図５に示される温度上昇ΔＴの２２倍となる。そのため、実際の自動車１であれば、実験例１，２，３の順に、約２Ｋ、約４Ｋ、約６．６Ｋの温度上昇が生じることになる。
【００３１】
以上のように、自動車１の表面に設けた反射制御層２１によって光を反射することにより、実際に主流２の空気を加熱可能であることが分かった。
【００３２】
理想気体の状態方程式に当てはめた場合、６．６Ｋの温度上昇によって３００Ｋの空気が３０６．６Ｋになったと仮定すると、約２％の密度低下をもたらす。これは、約２％の空気抵抗Ｆの低減に相当する。
【００３３】
＜太陽光吸収物質の吸収波長域＞
自動車１の表面における反射強度は、光の波長域により変化する。主流２の空気を加熱するためには、大気中に存在する太陽光を吸収する物質（太陽光吸収物質）が吸収する波長域の光の反射強度を高めることが望ましい。太陽光吸収物質は、主に、酸素（Ｏ２、Ｏ３）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、炭酸ガス（ＣＯ２）、希ガスである。これら太陽光吸収物質のうちで吸収波長が最も短い物質は酸素（Ｏ２）であり、酸素（Ｏ２）は、主に、波長が約０．７５μｍ以上の光を吸収する。近赤外線の波長域のうち、０．７５μｍ〜０．７８μｍの波長域は、大気中の酸素分子（Ｏ２）の熱吸収帯（酸素Ａバンド）である。これら太陽光吸収物質は、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を吸収する。太陽光吸収物質は、雲や水蒸気からの赤外放射の範囲（３〜１００μｍ）の光を吸収するため、波長上限値を、１００μｍとした。
【００３４】
そこで、反射制御層２１は、太陽光吸収物質が吸収しない波長域（０．３μｍ〜０．７５μｍ）の光を吸収する。そして、その吸収エネルギーを、太陽光吸収物質が吸収する波長域（０．７５μｍ以上１００μｍ以下）の光に変換して射出する。これにより、自動車１の表面における光の反射強度のうち、太陽光吸収物質が吸収する波長域の光の反射強度が高まるため、主流２の空気を加熱することができる。
【００３５】
＜反射制御層２１の構成＞
自動車の表面において波長が０．７５μｍ以上１００μｍ以下である光の反射率を向上させるため、自動車１は、図１に示すように、車体塗装層２０の上に形成された反射制御層２１を有する。反射制御層２１は、入射する太陽光のうち、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を放出する。その具体的な態様について次に説明する。
【００３６】
図１に示すように、反射制御層２１は、波長制御物質２２を有する。本実施形態における波長制御物質２２は、太陽光に対する透明度が高いクリア層の中に含浸された複数の粒体である。例えば、波長制御物質２２は蛍光物質からなる。「蛍光」とは、狭義の蛍光を意味し、入射する光のエネルギーを吸収することで外殻電子が励起された励起状態（始状態）となり、それが基底状態（終状態）に遷移する際に電磁波（光）を放出する発光現象である。始状態と終状態のスピン多重度が同一となるため、発光寿命が短い発光現象である。
【００３７】
或いは、波長制御物質２２は、燐光物質（蓄光物資を含む）であってもよい。「燐光（蓄光を含む）」とは、蛍光と同様な発光現象であるが、始状態と終状態のスピン多重度が異なる禁制遷移を利用するため、蛍光に比べて発光寿命が長い発光現象である。
【００３８】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、波長制御物質２２は、入射する太陽光のうち０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光１１を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光１２を放出する。０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を放出する蛍光物質および燐光（蓄光）物質の例は、表１及び表２に示す通りである。
【００３９】
【表１】
2019035160.tif 000004
【００４０】
【表２】
2019035160.tif 000005
【００４１】
＜反射制御層２１の厚み＞
本実施形態では、太陽光吸収物質が吸収する波長域の光の反射率を向上させるため、自動車１の表面に設ける反射制御層２１の厚みを調整している。その態様について次に説明する。
【００４２】
［薄膜での干渉を伴う反射］
図８は、異なる屈折率の物質によって挟まれた薄膜における光の屈折の様子を示す図である。
【００４３】
図８では、屈折率ｎｍの媒質Ｍ２の上に、厚みｄ、屈折率ｎの薄膜Ｉが形成され、さらに薄膜Ｉの上には屈折率ｎ０の媒質Ｍ１が存在する状況が示されている。そして、媒質Ｍ１の側から薄膜Ｉに向かって波長λの光が、入射角θで入射しているとする。このような状況を考察することは、自動車１の表面に積層された車体塗装層２０、反射制御層２１、空気の間で生じる光の干渉の様子を検討する良いモデルとなる。
【００４４】
媒質Ｍ１と薄膜Ｉの間の境界で反射した光と、薄膜Ｉと媒質Ｍ２の間の境界で反射した光の間に生じる光路差Ｌ（光学的距離の差）は、次の数式２で表される。
【００４５】
【数２】
2019035160.tif 000006
【００４６】
次に、媒質Ｍ１の側から薄膜Ｉに入射した光が、薄膜Ｉで多重反射した後、再び媒質Ｍ１に反射して戻ってくる場合の強度反射率Ｒを計算する。
【００４７】
媒質Ｍ１から薄膜Ｉへと光が進むときの境界での振幅反射率をｒ１とおき、薄膜Ｉから媒質Ｍ２へと光が進むときの境界での振幅反射率をｒ２とおく。また、媒質Ｍ１の側から薄膜Ｉに入射した光の振幅をＡ０，薄膜Ｉから反射して戻ってくる光の振幅をＡＲとおくと、次の数式３の関係が成り立つことが知られている。ただし、垂直入射の場合（入射角θが０度である場合）を仮定している。
【００４８】
【数３】
2019035160.tif 000007
【００４９】
ここで、パラメータδは次の数式４で表される。
【００５０】
【数４】
2019035160.tif 000008
【００５１】
したがって、強度反射率Ｒは、次の数式５で表される。
【００５２】
【数５】
2019035160.tif 000009
【００５３】
なお、振幅反射率ｒ１及び振幅反射率ｒ２は、次の数式６、数式７のように表される。
【００５４】
【数６】
2019035160.tif 000010
【００５５】
【数７】
2019035160.tif 000011
【００５６】
数式５からｒ１及びｒ２を消去するため、数式６及び数式７を数式５に代入して、整頓すると、強度反射率Ｒは、次の数式８で表される。
【００５７】
【数８】
2019035160.tif 000012
【００５８】
この強度反射率Ｒは、次の２条件が満たされれば０になる。第一の条件は、振幅条件と呼ばれ、振幅反射率ｒ１と振幅反射率ｒ２が等しくなることである。このとき、屈折率ｎは、屈折率ｎ０と屈折率ｎｍを用いて次の数式９のように表される。
【００５９】
【数９】
2019035160.tif 000013
【００６０】
また、第二の条件は、位相条件と呼ばれ、数式１０のように表される。なお、ｍは０以上の整数である。
【００６１】
【数１０】
2019035160.tif 000014
【００６２】
第一の条件は、媒質Ｍ１と薄膜Ｉの間の境界で反射した光と、薄膜Ｉと媒質Ｍ２の間の境界で反射した光の、振幅が一致する条件である。また、第二の条件は、媒質Ｍ１と薄膜Ｉの間の境界で反射した光と、薄膜Ｉと媒質Ｍ２の間の境界で反射した光の間の位相差が、入射する光の半波長の奇数倍であり、ちょうど波の山と谷で打ち消し合う条件である。
【００６３】
数式４及び数式１０からパラメータδを消去して整頓すると、厚みｄについての、次の数式１１が得られる。
【００６４】
【数１１】
2019035160.tif 000015
【００６５】
図８に示す状況では、単色光が入射する場合を想定した。しかしながら、実際の反射制御層２１などの薄膜の設計では、多波長の光が混在した光に対する薄膜の応答を検討する必要がある。上記で導出した強度反射率Ｒは、波長λの光に対する分光反射率とみなせるので、強度反射率Ｒの振る舞いを元に、平均反射率が大きくなる場合と小さくなる場合について検討する。
【００６６】
一般に波長λは、平均反射率を定義する際の所定の波長域にある任意の値を取りうる。そのため、数式８の右辺第２項の分母に登場する「ｃｏｓ（２δ）」の項は−１から１までの値を取りうる。
【００６７】
「ｃｏｓ（２δ）＝１」を仮定すると、強度反射率Ｒは次の数式１２のＲ１のように表される。
【００６８】
【数１２】
2019035160.tif 000016
【００６９】
なお、Ｒ１は、図８において薄膜Ｉが存在せず、媒質Ｍ１と媒質Ｍ２が直接接している場合における媒質Ｍ１と媒質Ｍ２の間の境界での強度反射率に等しい。これは、「ｃｏｓ（２δ）＝１」が、数式４との関係で、薄膜Ｉの厚みｄが０の場合を含んでいることからも理解される。
【００７０】
一方、「ｃｏｓ（２δ）＝−１」を仮定すると、強度反射率Ｒは次の数式１３のＲ２のように表される。
【００７１】
【数１３】
2019035160.tif 000017
【００７２】
強度反射率Ｒは、波長λに応じて上述のＲ１からＲ２までの間を振動する関数である。
【００７３】
Ｒ１が屈折率ｎに依存しない定数であることに着目すると、薄膜Ｉを設けない場合と比較して、図８に示す状況における平均反射率を大きくするためには、「Ｒ１＜Ｒ２」が満たされるようにすれば良い。
【００７４】
また、薄膜Ｉを設けない場合と比較して、図５に示す状況における平均反射率を小さくするためには、「Ｒ１＞Ｒ２」が満たされるようにすれば良い。
【００７５】
これらの関係から薄膜Ｉの屈折率ｎについての条件が導出される。
【００７６】
平均反射率を大きくするための条件式「Ｒ１＜Ｒ２」から、屈折率ｎについての条件を導出すると、「ｎ＞ｎ０かつｎ＞ｎｍ」又は「ｎ＜ｎ０かつｎ＜ｎｍ」となる。
【００７７】
平均反射率を小さくするための条件式「Ｒ１＞Ｒ２」から、屈折率ｎについての条件を導出すると、「ｎ０＜ｎ＜ｎｍ」又は「ｎｍ＜ｎ＜ｎ０」となる。
【００７８】
特に、平均反射率を小さくするための条件の特別な場合として「Ｒ１＞Ｒ２＝０」とすると、数式９のように屈折率ｎが屈折率ｎ０と屈折率ｎｍの相乗平均に等しい場合が導かれる。
【００７９】
さらに、Ｒ２が平均反射率の値を特徴づけていると言えるため、薄膜Ｉの厚みｄについての条件も導出される。
【００８０】
強度反射率ＲがＲ２の値を取る場合には、「ｃｏｓ（２δ）＝−１」であるため、数式１１が導かれる。平均反射率を定義する波長域が「λｍｉｎ≦λ≦λｍａｘ」であるとすると、数式１１を用いることにより、厚みｄが次の数式１４で示される範囲となることが示される。
【００８１】
【数１４】
2019035160.tif 000018
【００８２】
一見すると、ｍは０以上の整数であるため、数式１４は厚みｄについての上限を定めるものではないように見える。しかしながら、ｍの値を必要以上に大きくとった場合、波長域「λｍｉｎ≦λ≦λｍａｘ」の範囲で、強度反射率ＲがＲ１とＲ２の間で振動する回数が増大してしまう。そのため、平均反射率をＲ１に近づけてしまい、薄膜Ｉによる効果を小さくしてしまう。よって、実際の反射制御層２１などの薄膜の設計では、実用的な屈折率の範囲内で、数式１４によって定められる厚みｄの範囲に実用的な薄膜Ｉの厚みが含まれるよう、ｍの値を選択する。実用的な屈折率の範囲内で許容できるｍの最大値を選択することにより、そのようなｍの下で、数式１４は厚みｄの上限を与えている。
【００８３】
薄膜Ｉの素材として利用可能な物質としては、種々の物質が想定される。小さい屈折率を有する素材としては、銀（５６３ｎｍにおける屈折率が０．１２）が挙げられる。また、大きい屈折率を有する素材としては、ゲルマニウム（５９０ｎｍにおける屈折率が５．７５）が挙げられる。
【００８４】
上述の検討では屈折率は波長に依存しないものとし、さらに、垂直入射の場合を想定した。しかしながら、屈折率が波長に依存する場合や、垂直入射でない場合についても、定性的に上記検討結果を適用することができる。
【００８５】
［反射制御層に求められる条件］
主流２を加熱するためには、太陽光吸収物質が吸収する波長域（０．７５μｍ〜１００μｍ）の光の反射強度を高めたい。０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光は、波長制御物質２２が０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収することによって生成される。よって、波長制御物質２２が吸収する０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光の強度を高めることが望ましい。すなわち、反射制御層２１における０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光の平均反射率を低くすることにより、波長制御物質２２が０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光をより効率よく吸収することができる。
【００８６】
本実施形態では、自動車１の表面に入射する０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域にある光を吸収するため、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域にある光に対する反射制御層２１の平均反射率が低くなるように反射制御層２１を形成している。以下では、反射制御層２１が、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域にある光を反射しないための条件を検討する。
【００８７】
本実施形態では、図８に示す薄膜Ｉ、媒質Ｍ１、媒質Ｍ２に対して、反射制御層２１、空気、反射制御層２１の下にある車体塗装層２０（車体側物質）が、それぞれ対応している。
【００８８】
反射制御層２１を設けない場合と比較して、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域における反射制御層２１の平均反射率を小さくするためには、条件式「Ｒ１＞Ｒ２」が満たされればよい。そのため、先の検討に基づき、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、車体塗装層２０の屈折率より小さく空気の屈折率より大きい屈折率を有する素材で反射制御層２１は形成されていればよい。もしくは、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、空気の屈折率より小さく車体塗装層２０の屈折率より大きい屈折率を有する素材で、反射制御層２１は形成されていればよい。
【００８９】
すなわち、反射制御層２１の屈折率は、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、車体塗装層２０の屈折率と空気の屈折率で挟まれる範囲の内の値を有している。
【００９０】
或いは、数式９のように反射制御層２１の屈折率（ｎ）が空気の屈折率（ｎ０）と車体塗装層２０の屈折率（ｎｍ）の相乗平均に等しくてもよい。
【００９１】
なお、反射制御層２１を自動車１の表面に形成する場合には、製造の容易さや品質確保の観点から、反射制御層２１の厚みの範囲は「２０μｍ〜４０μｍ」程度であることが望ましい。
【００９２】
数式１４において「λｍｉｎ＝０．３μｍ」、「λｍａｘ＝０．７５μｍ」とし、実用的な屈折率ｎの範囲（０．１２≦ｎ≦５．７５）で、数式１４が厚みの範囲「２０μｍ〜４０μｍ」を含むような最大のｍを求めると、ｍ＝６１３となる。
【００９３】
よって、反射制御層２１の厚みは、７５ｎｍを反射制御層２１の屈折率ｎで除した値以上であって、２３０１００ｎｍを反射制御層２１の屈折率ｎで除した値以下であることが望ましい。
【００９４】
なお、「２３０１００ｎｍ」という数値は、本来であれば「７５０ｎｍ×（６１３×２＋１）／４＝２３００６２．５ｎｍ」であるべきだが、屈折率のデータの有効数字が４桁であることから、十の位で切り上げを行っている。
【００９５】
［反射制御層２１を設けたことによる効果］
大気中に含まれる太陽光を吸収する物質の吸収帯域は波長０．７５μｍ以上である。自動車１の表面に形成された反射制御層２１は、入射する太陽光のうち波長が０．３μｍ〜０．７５μｍ未満の光を吸収し、波長が０．７５μｍ〜１００μｍの光を放出するという特性を有する。波長が０．７５μｍ〜１００μｍの光が反射光として自動車１の表面から放出される。よって、反射制御層２１を設けない場合と比較して、自動車１の表面での太陽光の反射強度のうち、大気中の太陽光を吸収する物質（太陽光吸収物質）の吸収帯域の光の反射強度を高めることができる。よって、自動車１の表面から大気への熱放射（輻射ともいう）が強まり、自動車１の表面に接していない主流２の温度を上昇させることができる。主流２の温度上昇により、主流２の空気の密度が低下するので、自動車１の空気抵抗を低減させることができる。
【００９６】
熱伝導ではなく、自動車１の表面から熱放射によって、自動車１の周囲の主流２の空気を温めることにより、自動車１の表面近傍の境界層４１の温度上昇を抑制しつつ、自動車１の周囲の主流２の温度を上昇させることができる。境界層４１の温度上昇を抑制することにより、境界層４１の空気の粘性抵抗の上昇を抑制することができるので、自動車１の空気抵抗を低減させることができる。
【００９７】
本実施形態では、図１に示すように、反射制御層２１は、入射する太陽光のうち０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を放出する波長制御物質２２を有する。波長制御物質２２は、反射制御層２１とその下地層（車体塗装層２０）の境界で反射する０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を、励起光として吸収することができる。よって、太陽光吸収物質の吸収帯域の光の反射強度を高めることができる。
【００９８】
波長制御物質２２は蛍光物質である。蛍光によって、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光に変換することができる。
【００９９】
波長制御物質２２は燐光物質であってもよい。燐光によって、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光に変換することができる。
【０１００】
０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、反射制御層２１の厚みは、７５ｎｍを反射制御層２１の屈折率で除した値以上、かつ、２３０１００ｎｍを反射制御層２１の屈折率で除した値以下である。また、反射制御層２１の屈折率をｎとし、反射制御層２１の下にある車体側物質の屈折率をｎｍとし、空気の屈折率をｎ０とした場合、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、ｎは、数式９を満たす。これにより、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光の平均反射強度が低減され、より多くの光を励起光として利用することができる。よって、太陽光吸収物質の吸収帯域の光の反射強度を高めることができる。
【０１０１】
反射制御層２１の屈折率は、０．３４〜２．４０である。これにより、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光の平均反射強度が低減され、より多くの光を励起光として利用することができる。よって、太陽光吸収物質の吸収帯域の光の反射強度を高めることができる。
【０１０２】
（第２実施形態）
図３に示すように、自動車１の車体１ａの表面には車体塗装層２０が形成され、さらに車体塗装層２０の上に波長制御層２３が形成されている。波長制御層２３の上に反射防止層２４が形成されている。第２実施形態に係る反射制御層２１は、反射防止層２４及び波長制御層２３を備える点で、第１実施形態と異なる。第２実施形態において説明しない他の構成、作用及び効果は、第１実施形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【０１０３】
反射制御層２１は、反射防止層２４と、反射防止層２４と車体塗装層２０の表面との間に形成された波長制御層２３とを備える。反射制御層２１は、波長制御層２３及び反射防止層２４の多層構造を有する。
【０１０４】
波長制御層２３は、第１実施形態の波長制御物質２２と同様に、入射する太陽光のうち０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光１１を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光１２を放出する。第１実施形態の波長制御物質２２は粒体であったが、波長制御層２３は、膜構造を有する。
【０１０５】
［反射防止層に求められる条件］
以下では、反射防止層２４が、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域での光の反射を防止するための条件を検討する。
【０１０６】
本実施形態では、図８に示す薄膜Ｉ、媒質Ｍ１、媒質Ｍ２に対して、反射防止層２４、空気、波長制御層２３が、それぞれ対応している。
【０１０７】
反射防止層２４を設けない場合と比較して、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域における反射防止層２４の平均反射率を小さくするためには、条件式「Ｒ１＞Ｒ２」が満たされればよい。そのため、先の検討に基づき、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、波長制御層２３の屈折率と空気の屈折率で挟まれる範囲の屈折率を有する素材で、反射防止層２４が形成されていればよい。
【０１０８】
より反射防止層２４の平均反射率を小さくするためには、条件式「Ｒ１＞Ｒ２＝０」が満たされればよく、反射防止層２４の屈折率が、波長制御層２３の屈折率と空気の屈折率の相乗平均に等しくなっていればよい。
【０１０９】
なお、反射防止層２４を自動車１の表面に形成する場合には、製造の容易さや品質確保の観点から、反射防止層２４の厚みの範囲は「２０μｍ〜４０μｍ」程度であることが望ましい。
【０１１０】
数式１４において「λｍｉｎ＝０．３μｍμｍ」、「λｍａｘ＝０．７５μｍ」とし、実用的な屈折率ｎの範囲（０．１２≦ｎ≦５．７５）で、数式１４が厚みの範囲「２０μｍ〜４０μｍ」を含むような最大のｍを求めると、ｍ＝６１３となる。
【０１１１】
よって、反射防止層２４の厚みは、７５ｎｍを反射防止層２４の屈折率ｎで除した値以上であって、２３０１００ｎｍを反射防止層２４の屈折率ｎで除した値以下であることが望ましい。
【０１１２】
なお、反射防止層２４が実用的な屈折率ｎの範囲（０．１２≦ｎ≦５．７５）にあること、及び空気の屈折率が１程度であることを考慮すると、反射防止層２４の屈折率は、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、０．３４以上、かつ、２．４０以下であることが望ましい。
【０１１３】
また、反射防止層２４が波長制御層２３の働きを阻害することを防ぐため、反射防止層２４が０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光の反射を防止する効果は小さい方がよい。そのためには、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域において、波長制御層２３の屈折率および空気の屈折率の両方と等しいか、あるいは、両方より大きい屈折率を有する素材で反射防止層２４は形成されていればよい。もしくは、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域において、波長制御層２３の屈折率および空気の屈折率の両方と等しいか、あるいは、両方より小さい屈折率を有する素材で、反射防止層２４は形成されていればよい。
【０１１４】
［波長制御層２３及び反射防止層２４を設けたことによる効果］
本実施形態では、図３に示すように、反射制御層２１は、入射する太陽光のうち０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を吸収し、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光を放出する波長制御層２３を有する。波長制御層２３は、反射防止層２４を透過する０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を、励起光として吸収することができる。よって、反射防止層２４は、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光の表面反射を低減する。太陽光吸収物質の吸収帯域の光の反射強度を高めることができる。
【０１１５】
波長制御層２３は蛍光物質を含む。蛍光によって、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光に変換することができる。
【０１１６】
波長制御層２３は燐光物質を含んでいてもよい。燐光によって、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光を、０．７５μｍ〜１００μｍの波長域の光に変換することができる。
【０１１７】
０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、反射防止層２４の厚みは、７５ｎｍを反射防止層２４の屈折率で除した値以上、かつ、２３０１００ｎｍを反射防止層２４の屈折率で除した値以下である。また、反射防止層２４の屈折率をｎとし、反射防止層２４の表面側界面に接する下層（波長制御層２３）の屈折率をｎｍとし、空気の屈折率をｎ０とした場合、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域において、ｎは、数式９を満たす。これにより、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光の平均反射強度が低減され、より多くの光を励起光として利用することができる。よって、太陽光吸収物質の吸収帯域の光の反射強度を高めることができる。
【０１１８】
反射防止層２４の屈折率は、０．３４〜２．４０である。これにより、０．３μｍ〜０．７５μｍの波長域の光の平均反射強度が低減され、より多くの光を励起光として利用することができる。よって、太陽光吸収物質の吸収帯域の光の反射強度を高めることができる。
【０１１９】
なお、図４に示すように、第２実施形態に係る反射制御層２１は、波長制御層２３ａ、２３ｂ・・・及び反射防止層２４２４ａ、２４ｂ・・・を繰り返し、複数積層してもよい。これにより、波長制御層２３による波長制御効果、及び反射防止層２４による反射防止効果が増加する。
【０１２０】
上述の各実施形態では、移動体が自動車１である場合を挙げて説明したが、自動車１の他にも、空気中を運動する移動体に対して本発明は適用可能である。移動体の例としては、自動車の他に、二輪車、鉄道、航空機、ロケットなどが挙げられる。
【０１２１】
以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。この開示の一部をなす論述および図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１２２】
本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【０１２３】
１  自動車（移動体）
２１  反射制御層
２２  波長制御物質
２３波長制御層
２４反射防止層
ｎｍ  反射制御層または反射防止層の下にある車体側物質の屈折率
ｎ  反射制御層または反射防止層の屈折率
ｎ０  空気の屈折率
【図１】
2019035160.tif 000019
【図２Ａ】
2019035160.tif 000020
【図２Ｂ】
2019035160.tif 000021
【図３】
2019035160.tif 000022
【図４】
2019035160.tif 000023
【図５】
2019035160.tif 000024
【図６】
2019035160.tif 000025
【図７】
2019035160.tif 000026
【図８】
2019035160.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月26日(2020.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
自動車１の表面から離れて境界４２よりも外側の外部領域４３では、もはや空気と自動車１の表面との間に生じる粘性摩擦の影響はなくなっており、空気の速度は、空気に対する自動車１の相対速度にほぼ等しくなっている。外部領域４３における空気の流れを主流２と呼ぶ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
＜反射光による主流２の温度上昇＞
上述したメカニズムで実際に主流２の空気を加熱可能であることを検証するため、発明者は自動車１の走行環境を模すため、風洞内に自動車１のフェンダーを配置し、空気が流れる状態でフェンダー部分に疑似太陽光を照射した。そして、疑似太陽光が照射された部位を流れる空気が、当該部位を通過する前後でどの程度、温度上昇するかを測定した。ここで、同一形状のフェンダーであって、塗装を変えた３種類のフェンダーを用意し、検証を行った。フェンダー上に形成される塗装層が、本実施形態における反射制御層２１に相当する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
検証では、自動車１のフェンダー（車体１ａの一例）の表面から表面に対して垂直方向に距離ｇだけ離れた位置であって、空気の流れに沿って、疑似太陽光が照射される部位の上流に熱電対３１ａを配置し、疑似太陽光が照射される部位の下流に熱電対３１ｂを配置した。ここで、フェンダーの表面の境界層よりも外側の主流の中に熱電対３１ａ、３１ｂが配置されるよう、距離ｇは１８ｍｍに設定された。熱電対３１ａと熱電対３１ｂとは、空気の流れに沿って２００ｍｍの間隔を空けて配置されており、熱電対３１ａと熱電対３１ｂで挟まれる区間に対して、疑似太陽光を照射した。また、フェンダーに対する主流２の空気の速度は、風速４０ｋｍ／ｈとした。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
数式１４において「λｍｉｎ＝０．３μｍ」、「λｍａｘ＝０．７５μｍ」とし、実用的な屈折率ｎの範囲（０．１２≦ｎ≦５．７５）で、数式１４が厚みの範囲「２０μｍ〜４０μｍ」を含むような最大のｍを求めると、ｍ＝６１３となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
なお、図４に示すように、第２実施形態に係る反射制御層２１は、波長制御層２３ａ、２３ｂ・・・及び反射防止層２４ａ、２４ｂ・・・を繰り返し、複数積層してもよい。これにより、波長制御層２３による波長制御効果、及び反射防止層２４による反射防止効果が増加する。
【国際調査報告】
2019035160.tif 000028
2019035160.tif 000029