(57)【要約】      （修正有）【課題】光反射機能材の仕様決定方法を提供する。【解決手段】光反射機能材の構造及び材料物性を指定して光反射特性を算出し、光反射特性算出値によって物品表面からの光反射特性が所望の目標基礎要件を満足する可能性を予測し、その可能性が予測されるまで構造及び材料物性の再入力と光反射特性の算出を繰り返す。次に、当該光反射機能材を含む表面層の構造及び材料物性を設定し、当該表面層の光反射特性を算出して、同様に目標基礎要件を満足する可能性を判断し、その可能性が判断されるまで構造及び材料物性の再入力と光反射特性の算出を繰り返す。そして、当該表面層を備えた物品表面の光反射特性基礎要件を算出して、算出値の目標基礎要件に対する到達度に応じて光反射機能材、表面層あるいは物品表面の再設定にもどるかを判断して、物品表面の光反射特性が目標値に達するまで、再設定と光反射特性の算出を繰り返す。【選択図】      図１
2004177681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の物理的作用に基づく反射機能を備え、物品の表面に存在して当該物品に光反射特性を付与する光反射機能材の仕様を決定する方法であって、
光反射機能材を含有する表面層を備えた物品表面における光反射特性の目標基礎要件を設定するステップと、
上記光反射機能材の構造及び材料物性を指定するステップと、
指定された光反射機能材の構造及び材料物性に基づいて光反射機能材の光反射特性を算出するステップと、
算出された光反射機能材の光反射特性によって上記目標基礎要件が満足される可能性を判断し、可能性がない場合には、満足される可能性があると判断されるまで上記構造及び材料物性の入力変更と光反射特性の算出のステップを繰り返し実行する第１の反復工程と、
上記光反射機能材を含有する表面層の構造及び材料物性を指定するステップと、
指定された表面層の構造及び材料物性に基づいて表面層の光反射特性を算出するステップと、
算出された表面層の光反射特性によって上記目標基礎要件が満足される可能性の程度を判断するステップと、
目標基礎要件が満足される可能性が不十分な場合には、その程度に応じて光反射機能材の構造及び材料物性を再設定するか、上記表面層の構造及び材料物性を再設定するかを判断し、表面層の光反射特性によって上記目標基礎要件が満足される可能性があると判断されるまで上記判断結果に基づく再設定と再設定値による光反射特性の算出を繰り返し実行する第２の反復工程と、
光源の種類と共に、上記表面層を備えた物品表面の光源及び視線方向に対する位置を設定するステップと、
上記光源による物品表面からの光反射特性の基礎要件を算出するステップと、得られた基礎要件算出値と上記目標基礎要件を比較し、基礎要件算出値の目標基礎要件に対する到達度を判断するステップと、
目標基礎要件に対する到達度が不十分な場合には、その到達度に応じて光反射機能材の構造及び材料物性を再設定するか、上記表面層の構造及び材料物性を再設定するか、上記光源及び物品表面の位置を再設定するかを判断し、基礎要件算出値が上記目標基礎要件に到達するまで上記判断結果に基づく再設定と再設定値による光反射特性の算出のステップを繰り返し実行する第３の反復工程と、
基礎要件算出値が上記目標基礎要件に到達した段階における光反射機能材の仕様を提示するステップを含むことを特徴とする光反射機能材の仕様決定方法。
【請求項２】
光反射機能材を含有する表面層の構造及び材料物性を指定する上記ステップに先立って、上記目標基礎要件を満足する可能性があると判断されるまでに算出された光反射機能材の光反射特性データを保存してデータファイルを作成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の光反射機能材の仕様決定方法。
【請求項３】
光源及び物品表面の位置を設定する上記ステップに先立って、上記目標基礎要件を満足する可能性があると判断されるまでに算出された表面層の光反射特性データを保存してデータファイルを作成するステップを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光反射機能材の仕様決定方法。
【請求項４】
光反射機能材が紫外線反射特性、赤外線反射特性及び発色特性のうちの少なくとも１つの特性を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の光反射機能材の仕様決定方法。
【請求項５】
紫外線反射特性が、入射光に含まれる波長のうち、３００〜３８０ｎｍの近紫外線域の光を反射する特性であることを特徴とする請求項４に記載の光反射機能材の仕様決定方法。
【請求項６】
赤外線反射特性が、入射光に含まれる波長のうち、７８０〜１６００ｎｍの近赤外線域の光を反射する特性であることを特徴とする請求項４に記載の光反射機能材の仕様決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば回折、散乱作用など光の物理的作用により、可視光線、赤外線及び紫外線領域の少なくともいずれかの波長域の光を反射する光反射機能材の製造技術に係り、このような光反射機能材を含有する物品、例えば塗装膜を設計するに際して、所望の表面意匠特性を備えた塗装膜を得るため、言い換えると塗装膜の光反射特性を所望のものとするために、塗装膜中に含有させる光反射機能材の材料や構造の仕様を決定するのに適用される光反射機能材料の仕様決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車や建築物、シート、衣服等といった商品の見栄えを向上させるための設計、すなわち色を含む材質感の設計に際しては、例えばデザイナーが実写の外観写真などから、色見本を参考にしながら各パーツの色や配色を決めていくといった作業や、デザイナーのコンセプトに応じて専業メーカにより作成された多数の素材見本からの選択といった作業が行われている。
また、これまでの製品等の色彩を含めた質感の画像表示においては、レートレース法を基本とし、実際の測色光源による反射光学特性側光データ群をファイル化して用いるようにしている。
【０００３】
すなわち、近年のＣＧ（コンピュータグラフィック）分野の急速な進歩によって、商品のＣＡＤ設計方法が提案されている。
従来の自動車外板塗色の選定支援方法においては、パーソナルコンピュータの記憶装置に、ソリッド系塗色やメタリック系塗色からなる自動車外板塗色の見本色を予め格納しておき、被支援者による自動車外板塗色の選定のために、表示装置に前記見本色を表示し、被支援者が指定した見本色を有する自動車車体の３次元コンピュータグラフィックス画像を自動車車体の３次元形状データ及び前記見本色の分光反射率データを用いて前記パーソナルコンピュータで作成、表示して被支援者に提示すると共に、選定された見本色の塗料配合の情報が得られるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−６６１１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年においては、安全性や快適性の向上のために、色、すなわち可視光線域における反射機能のみならず、赤外線域や紫外線域の反射機能を備えた商品が要求されるようになってきており、このような商品表面の設計に関しては、上記のような従来のコンピュータグラフィック法を適用することができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、デザイン素材として用いられ、光の物理的作用による構造発色材として機能すると共に、紫外線反射機能や赤外線反射機能が要求される光反射機能材の設計における上記課題に着目してなされたものであって、光反射機能材自体の光反射特性や、このような光反射機能材を含む品物、例えばシートや繊維、さらには塗装膜などによる光反射特性を算出することができ、光反射機能材やこのような光反射機能材を含む物品を実際に試作したり、その光反射スペクトルを測定したりすることなく、所望の光反射特性を得るための物品表面の構造や、その表面に含まれる光反射機能材の仕様を求めることができる光反射機能材の仕様決定方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光反射機能材の仕様決定方法においては、光反射機能材を含むことによって得られる物品表面の光反射特性を目標に合致させるべく当該光反射機能材の仕様を決定するに際して、先ず光反射機能材を含有する表面層を備えた物品表面における光反射特性の目標基礎要件を設定すると共に、当該光反射機能材の構造及び材料物性を指定し、指定された構造及び材料物性に基づいて光反射機能材の光反射特性を算出し、算出された光反射特性を有する光反射機能材が物品の表面層内に含有された場合に、上記目標基礎要件を満足する可能性があるかどうかを予測し、可能性がないと判断された場合には、満足する可能性があると判断できるまで上記構造及び材料物性の変更入力と変更された構造及び材料物性による光反射特性の算出を繰り返し、望ましくはそれまでに算出された各材料及び構造による光反射機能材の光反射特性データをそれぞれ保存してデータファイルを作成する。そして、上記光反射機能材を含有する表面層の構造及び材料物性を指定して、当該表面層の光反射特性を算出すると共に、算出された光反射特性によって上記目標基礎要件を満足できるかどうかを予測し、その可能性が不十分な場合には、その程度に応じて光反射機能材の構造及び材料物性を再設定するか、表面層の構造及び材料物性を再設定するかを判断し、当該表面層の光反射特性が上記目標基礎要件を満足できる可能性が予測されるまで設定値の変更入力とこれに基づく光反射特性の算出を繰り返し、望ましくはそれまでに算出された各材料及び構造による表面層の光反射特性データをそれぞれ保存してデータファイルを作成する。その後、光源の種類や、表面層を備えた物品表面の位置を設定して、当該光源による物品表面からの光反射特性の基礎要件を算出し、当該基礎要件算出値と上記目標基礎要件を比較してその達成度を判断し、達成度が不十分な場合には、達成度に応じて光反射機能材の構造及び材料物性を再設定するか、表面層の構造及び材料物性を再設定するか、さらには光源及び物品表面の位置を再設定するかを判断し、基礎要件算出値が目標基礎要件に到達するまで、設定値の変更入力とこれに基づく光反射特性の算出を繰り返し、基礎要件算出値が目標基礎要件に到達した時点で、そのときの光反射機能材の仕様を提示するようにしており、このような光反射機能材の仕様決定方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光反射機能材の仕様決定方法における処理工程を示すフローチャートである。この処理は、例えばコンピュータシステムを利用して行うことができる。
【０００９】
図に示すステップ１０１において、まず、光反射機能材を含む物品表面による光反射機能特性の目標基礎要件を設定し、例えば、物品表面からの光反射スペクトルのピーク波長や、反射率、色相、明度、彩度などの目標値を入力する。
【００１０】
次に、ステップ１０２において、光反射機能材を構成する材料の物性や当該光反射機能材の構造を指定し、例えば規則的な微細構造を備えた光反射機能材を構成するそれぞれの誘電体の屈折率や、微細構造をなす誘電体の寸法やピッチ、配列などを入力する。
【００１１】
そして、ステップ１０３において、入力された光反射機能材の材料物性値や光反射機能材の微細構造を表わす寸法値に基づいて、例えばマックスウエルの電磁波方程式などを用いて、当該光反射機能材による光反射特性を算出する。
【００１２】
ステップ１０４においては、上記ステップ１０３で算出された光反射特性を有する光反射機能材を表面層に含有させ、この光反射機能材を含有する表面層を物品の表面に形成した場合、当該表面層における光反射特性が上記目標基礎要件を満足する可能性があるか否かを算出された光反射特性値に基づいて予測する。
このとき、目標基礎要件を満足する可能性がないと判定された場合（ＮＯ）には、上記ステップ１０２に戻って光反射機能材の構造及び材料物性を変更して再入力し、再入力されたデータに基づく光反射機能材の光反射特性の算出、及び可能性判断が再度実行され、ステップ１０４において上記目標基礎要件を満足する可能性があると判定されるまで、これらステップ１０２〜１０４が繰り返し実行されることになる。
【００１３】
そして、ステップ１０４において上記目標基礎要件を満足する可能性があると判定されたら、ステップ１０５に移行して、目標基礎要件を満足する可能性が予測される材料及び構造による光反射機能材の光反射特性データと共に、それまでに算出された各材料及び構造によるそれぞれの光反射機能材の光反射特性データを保存してデータファイルを作成する。このとき、最終的な光反射機能材の光反射特性データのみならず、それまでに算出された各材料及び構造による光反射機能材の光反射特性データ、すなわち選択過程でふるい落とされた光反射機能材の光反射特性データをも保存しておくことにより、種々の材料や構造の光反射機能材データの蓄積が可能となり、これ以降の選択過程における各ステップの繰り返し工程や、今後の光反射機能材設計に際して、データファイルを参照することができるようになり、これによって重複計算を避けることができる。
【００１４】
データファイルを作成した後、ステップ１０６において、上記光反射機能材を含有する表面層の構造及び材料物性を指定する。例えば表面層が塗装膜の場合には、クリヤ層内に含まれる上記光反射機能材の含有量やクリヤ層の屈折率、物品表面との間に形成されるベースカラー層の物性値などを指定して、ステップ１０７に移行する。
【００１５】
ステップ１０７においては、上記光反射機能材の光反射特性データを保存したデータファイルを参照して、ステップ１０６において入力された表面層の構造及び材料物性値に基づいて当該光反射機能材を含有する表面層の光学反射特性を算出する。例えば塗装膜の場合には、設定された上記塗装膜構造での塗装反射スペクトルを算出する。
【００１６】
そして、ステップ１０８において、ステップ１０７で算出された表面層の光反射特性に基づいて、当該光反射特性を有する表面層が物品の表面に形成された場合に、当該表面層を備えた物品の表面からの光反射特性が上記目標基礎要件を満足する可能性があるか否かを予測する。
【００１７】
その結果、当該表面層の光反射特性が目標基礎要件を満足する可能性がないと予測された場合（ＮＯ）には、ステップ１０９に移行して、その可能性の程度が判定され、可能性が比較的高い場合には、ステップ１０９において、上記表面層の構造及び材料物性を再設定すると判定（ＹＥＳ）されて、ステップ１０６に戻り、光反射機能材を含有する表面層の構造又は材料物性、あるいはその両方を設定し直すことによって光反射特性の算出（ステップ１０７）が行われ、ステップ１０８において目標基礎要件を満足する可能性があると判定されるまで、ステップ１０６における表面層構造や材料物性の変更入力、ステップ１０７における光反射特性の算出、ステップ１０８及び１０９の判別の各処理が繰り返される。
【００１８】
一方、表面層の光反射特性が目標基礎要件を満足する可能性が比較的低い場合には、ステップ１０９において表面層の構造及び材料物性を再設定するだけでは不十分と判定（ＮＯ）されて、ステップ１０９からステップ１０２に戻り、ステップ１０２における光反射機能材の構造及び材料物性の変更入力、ステップ１０３における光反射特性算出、ステップ１０４における可能性判断（場合によってはステップ１０２〜１０４が繰り返し実行され、ステップ１０５で作成されたデータファイルが参照されることもある）、ステップ１０６における表面層の構造及び材料物性の変更入力、ステップ１０７における表面層の光学反射特性算出、ステップ１０８及び１０９における可能性判定が実行される（場合によってはステップ１０６〜１０９が繰り返し実行される）。そして、ステップ１０８において、表面層の光反射特性が目標基礎要件を満足する可能性があると判断されるまで、ステップ１０２〜１０９の各処理が繰り返される。
【００１９】
そして、ステップ１０８において表面層の光反射特性が上記目標基礎要件を満足する可能性があると判定されたら、ステップ１１０に移行し、上記ステップ１０８において目標基礎要件を満足する可能性が判断された材料・構造による表面層の光反射特性データと共に、それまでに算出された各材料及び構造による表面層それぞれの光反射特性データを保存してデータファイルを作成する。当該ファイルは、これ以降の各ステップの反復工程や、今後の光反射機能材設計に際して、同様に参照される。
【００２０】
データファイルを作成したのち、ステップ１１１に移行して、光源の種類と共、上記表面層を備えた物品表面の位置を上記光源の方向及び視線の方向（観察者の位置）に対して設定する。例えば、蛍光灯や水銀灯、太陽光などの入射光源スペクトル（太陽光については、季節や時間（朝、昼、夕方）によっても変動する）、物品表面への入射角、観察者方向への出射角などを入力する。
このとき、物品表面が複雑な３次元的な曲面を備え、部位によって光源に対する角度が異なる場合には、例えば、表面を適当なメッシュに区切り、ｘ，ｙ，ｚ軸を設定してメッシュの各交点の座標値を入力する。
【００２１】
そして、ステップ１１２において、上記光反射機能材を含む表面層が形成された物品表面からの所定光源による光反射特性の基礎要件を算出し、ステップ１１３において、ステップ１１２において得られた基礎要件算出値をステップ１０１において設定した目標基礎要件と比較し、基礎要件算出値の目標値に対する達成度を判断する。
このとき、上記したように物品表面が３次元的な曲面を有し、表面をメッシュに区分した場合には、入力されたｘ，ｙ，ｚ座標値から、各メッシュへの入射角と出射角を求めることによってメッシュに区分された各面毎に光反射特性を算出する。
【００２２】
その結果、物品表面層における光反射特性の基礎要件算出値が目標基礎要件に達していない場合（ＮＯ）には、ステップ１１４に移行し、ステップ１１４において基礎要件算出値の目標基礎要件に対する達成度を考量し、光源及び物品位置の多少の変更だけで足りるかどうかの判断をする。そして、物品表面層の基礎要件算出値がほとんど目標レベルに達しており、目標基礎要件との差が極めて小さい場合には、光源及び物品位置を再設定する（ＹＥＳ）と判断して、ステップ１１４からステップ１１１に戻り、光源の入射角度や物品形状を可能な範囲で設定し直すことによって光反射特性の算出が行われ、ステップ１１３において物品表面層の基礎要件算出値が目標基礎要件に達していると判断されるまで、ステップ１１１における変更入力、ステップ１１２における光反射特性基礎要件の算出、ステップ１１３及び１１４の判別の各処理が繰り返される。
【００２３】
一方、ステップ１１４において、光源及び物品位置の多少の変更だけで目標基礎要件に到達できるレベルに達してはいない（ＮＯ）と判定された場合には、ステップ１１４からステップ１１５に移行し、ステップ１１５において、表面層の構造及び材料物性を再設定するかどうかを判断する。
そして、物品表面層の基礎要件算出値の上記目標基礎要件に対する達成度が比較的高い場合には、上記表面層の構造及び材料物性を再設定する（ＹＥＳ）と判定されて、ステップ１１５からステップ１０６に戻り、光反射機能材を含有する表面層の構造や材料物性を設定し直すことによって光反射特性の算出が行われ、ステップ１０８において目標基礎要件を満足する可能性があると判定され（場合によってはステップ１０６〜１０９が繰り返し実行されたり、ステップ１１０で作成されたデータファイルが参照されたりすることがある）、さらにステップ１１３において物品表面層の基礎要件算出値が目標基礎要件に達していると判断されるまで（場合によってはステップ１１１〜１１５が繰り返し実行されることがある）、ステップ１０６〜ステップ１１５の各ステップが繰り返される。
【００２４】
また、物品表面層の基礎要件算出値の達成度が低く、ステップ１１５において、表面層の構造及び材料を再設定するだけでは上記目標基礎要件を達成することができないと判断された場合（ＮＯ）は、ステップ１１５からステップ１０２に戻り、ステップ１０２〜１１５の各ステップが同様に繰り返される。
【００２５】
そして、ステップ１１３において物品表面層の基礎要件算出値が上記目標基礎要件に達したと判断されると、ステップ１１６に移行し、以上のステップによって決定された光反射機能材の仕様が提示され、例えばＣＲＴなど表示装置に、当該光反射機能材を含む表面層の材料及び構造と共に表示される。
【００２６】
すなわち、本発明の仕様決定方法においては、まず表面に光反射機能材を含有する表面層（例えば、塗装膜）を備えた物品の表面からの光反射特性について希望する目標値（目標基礎要件）を設定したのち、表面層に含まれる光反射機能材の構造やその材料の物性値を入力して、光反射機能材自体の光反射特性を算出し、更に当該算出値と入力された光反射機能材を含有する表面層の構造（塗装膜の材料及び構造）に基づいて、表面層自体の光反射特性を算出し、そして、当該算出値と入力された光源スペクトルや物品の表面位置に基づいて、物品表面に形成された表面層からの光反射特性の基礎要件を算出し、基礎要件算出値が最初に入力された目標基礎要件と合致するか否かを判断するようにしている。
【００２７】
このとき、物品表面に形成される表面層の構造を設定する前に、算出された光反射特性を有する光反射機能材では、当該光反射機能材を含む表面層による光反射特性が最初に設定された上記目標値（目標基礎要件）を満足する可能性があるかどうかを予測する第１の判定を行い、可能性がない場合には、光反射機能材の構造及び材料物性値を入力し直し、可能性があると判定されるまで、入力値の変更と、変更された値に基づく光反射特性の算出を繰り返すことによって、光反射機能材自体の性能を目標達成により好都合なものにする。
また、光反射機能材を含有する表面層の構成（塗装膜の材料及び構造）を決定するに際しては、算出された光反射特性の表面層では、当該表面層が表面に形成された物品の光反射特性が最初に設定された目標値（目標基礎要件）を満足する可能性があるかどうかを予測する第２の判定を行い、その可能性がない場合には、その程度に応じて、光反射機能材自体の設定変更にまで遡る必要があるか、あるいは表面層の構成を変更するだけでよいかについて判断を行ない、可能性が予測されるようになるまで、入力値の変更と、変更された値に基づく光反射特性の算出を繰り返すことによって、光反射機能材を含有する表面層自身の性能を目標達成に近付けるようにする。
そして、表面層を備えた物品の各光源による光反射特性の最終判定に際しては、各光源による物品表面層からの光反射特性の基礎要件算出値と目標基礎要件を比較する第３の判定を行い、基礎要件算出値が目標基礎要件に及ばない場合には、目標値に対する到達度に応じて、光反射機能材自体の設定変更にまで遡る必要があるか、表面層の構成の変更にまでも遡る必要があるか、あるいは光源や物品形状の小規模な変更だけでよいかの判断を行ない、基礎要件算出値が目標基礎要件に達するまで、それぞれのステップを繰り返し実行するようにしているので、光反射機能材や光反射機能材を含有する物品を実際に試作したり、その光反射スペクトルを実測したりすることなく、光反射機能材の仕様が最適値に決定され、当該光反射機能材を含有する塗装膜を備えた被塗装物やシートなどの物品の光反射特性を所望のものとすることができる。
【００２８】
すなわち、本発明の光反射機能材の仕様決定方法によれば、紫外線から可視光線、赤外線に到る各種波長の光を選択的に反射する光反射機能材を容易に設計することができ、健康面、安全面、快適性、意匠性などに関係する各種の特性を備えたものとすることができる。例えば、紫外線反射特性を付与した光反射機能材を含む塗料やシートをコーティングしたり、貼り付けたりすることによって車体ガラスに日焼け防止用の処理を施すこと、赤外線反射特性を付与した光反射機能材を含む塗料を車体に施すことによって、赤外線を用いた車の認知精度を向上させたり、太陽光に含まれる近赤外線（熱線）を選択的に反射させて車室内の温度上昇を抑えたりすること、さらには特殊な発色特性を利用することによって意匠性を高めることが可能になる。
【００２９】
また、とりわけポリマー材料は、波長域が３００ｎｍ〜３８０ｎｍの近紫外線域の入射光や、波長域が７８０ｎｍ〜１６００ｎｍの近赤外線域の入射光の吸収率が小さく、光学反射材料として用いることが有効であるものが数多くあるので、反射特性がこれらの波長域にある光反射機能材を適用することが望ましい。
【００３０】
なお、本発明の光反射機能材の仕様決定方法において、例えば物品の表面を部位に応じて、種類（光反射特性）が異なる光反射機能材を含有する複数の塗料によって塗り分けるような場合には、種類の異なる複数の光反射機能材や、構造の異なる複数の表面層による光反射特性の算出を並行的に実施してこれら複数のデータをファイル化しておき、それぞれの部位における光反射特性の基礎要件算出に際して、データベースからそれぞれ読み出しながら、まとめて基礎要件を算出するようにしてもよい。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１）
第１の実施例として、光反射機能材として赤外線反射材を含み、光源に対して、平均の赤外線反射率｜Ｒ｜２≧０．１（９００ｎｍ〜１２００ｎｍ）である塗装膜の設計例について説明する。
【００３３】
塗装膜に適用する光反射機能材として、誘電体断面内に規則的な微小構造を形成することによって、特定の波長域の光の反射を行うことができ、結果として特定の色域の発色をする赤外線反射材を用いた。
図２は、その赤外線反射材の構造を示すものであって、図に示す赤外線反射材（光反射機能材）１は、第１の誘電体から成り、ｘｙ断面内で２次元状に規則配列された円柱状を成す多数の微細構造体２と、この微細構造体２を取り囲み、第１の誘電体とは異なる屈折率を有する第２の誘電体からなるマトリックス３から成り立っている。
【００３４】
各微細構造体２は、それぞれ半径ｒ（径：２ｒ）を有し、ｘ、ｙ軸方向にそれぞれピッチΛだけ互いに離間し、ｘ軸方向にＭ列、ｙ軸方向にＮ行配列されているとする。そして、当該赤外線反射材１が、第３の誘電体から成る媒質中に存在するものとした。
【００３５】
この赤外線反射材１の任意の光入射角度と受光角度における反射及び任意の光入射角度と光射出角度における透過スペクトルを求めるために、式（１）〜（４）に示すマックスウエルの電磁波方程式を解法した。
【００３６】
【数１】
2004177681.tif 000003
【数２】
2004177681.tif 000004
【数３】
2004177681.tif 000005
【数４】
2004177681.tif 000006
【００３７】
ここで、Ｅは電磁波の電場、Ｈは電磁波の磁場、εは誘電体の誘電率、μは誘電体の透磁率である。現実の赤外線反射材においては、ｚ軸方向に歪みがあるので、反射スペクトルに大きく影響するのは、入射光の進行成分がｘｙ軸にあるときと考え、上記断面構造を有する系の反射、透過スペクトルの代表的な解法である２次元モデルのモーメント法を用いて計算した。
【００３８】
これによって、上記赤外線反射材１内の微細構造体２（第１の誘電体）の屈折率としてｎ１、マトリックス３（第２の誘電体）の屈折率としてｎ２、円柱状微細構造体２の径として２ｒ、微細構造体間のピッチとしてΛ、微細構造体数として（Ｎ×Ｍ）をそれぞれ指定し、任意の光の入射角度θｉｎと、光の反射角度θｒｅｆに対する反射スペクトル及び光の入射角度θｉｎと光の射出角度θｏｕｔに対する透過スペクトルのデータベースファイルを作成した。また、断面内での光吸収率は、入射光の波長依存性を考慮して計算した。
【００３９】
ここで、入射角度θｉｎは入射光の進行方向と入射光側の赤外線反射材表面における法線とのなす角度、反射角度θｒｅｆは反射光の進行方向と反射光側の赤外線反射材表面における法線とのなす角度、光の射出角度θｏｕｔは透過光の進行方向と透過光側の赤外線反射材表面における法線とのなす角度である。得られたデータベースは反射スペクトルに関して、ＩＲ（λ，θｉｎ，θｒｅｆ）、透過スペクトルに関して、ＩＴ（λ，θｉｎ，θｏｕｔ）とした。ここで、λは入射光の波長であって５００ｎｍ〜１０００ｎｍ、計算サンプリング間隔として、５ｎｍとした。θｉｎは０°から９０°、θｒｅｆ及びθｏｕｔは−９０°から９０°に亘り、各々のθｉｎ、θｒｅｆ及びθｏｕｔは、５°ずつ変化させた。
【００４０】
得られた赤外線反射材の反射スペクトルデータについては、０°入射系−０°受光系において、赤外線のピーク反射率が０．８以上でないと、当該赤外線反射材を含む塗装膜の平均の赤外線反射率｜Ｒ｜２≧０．１（９００ｎｍ〜１２００ｎｍ）とすることが難しいと予測し、これが達成できるまで、赤外線反射材１の構造（微細構造体２の数、半径、ピッチ）やその材料物性を変えて上記計算を繰り返した。
【００４１】
次に、塗装膜構造として、図３に示すように、下地としての黒色のベースカラー層１１の上にクリヤ層１２が形成され、このクリヤ層１２中に上記赤外線反射材１が含まれる塗装膜１０を想定した。
そして、この系において、以下の仮定を行った。
▲１▼クリヤ層１２の厚さは、赤外線反射材１の厚さの数倍程度である。
▲２▼クリヤ層１２内では、赤外線反射材１は、重なって存在することなく、十分に離れている。
▲３▼クリヤ層１２内の赤外線反射材１の長軸は、ベースカラー層１１の表面に対して平行である。
▲４▼クリヤ層１２内での光吸収率αは十分に小さい。
▲５▼ベースカラー層１１の反射率は、赤外線反射材１の反射率に比べて、かなり小さい。
▲６▼クリヤ層１２の屈折率ｎ´は、赤外線反射材１を構成する両誘電体の屈折率とほぼ同じ値であり、クリヤ層１２の表面での  光反射は、光の波長に依存しない反射に寄与する部分を含む。
▲７▼赤外線反射材１のｚ軸方向の長さは、１００μｍとする。
【００４２】
次に、上記塗装膜１０の表面におけるの光の反射強度を以下に示す演算式によって算出した。なお、塗装膜１０への入射光の波長はλとし、塗装膜１０の表面に対して、光の入射角度をθｉｎ、光の反射角度をθｒｅｆとする。
【００４３】
まず、ベースカラー層１１における入射光強度：Ｂ（λ，θｉｎ）は、式（５）により求めた。
【００４４】
【数５】
2004177681.tif 000007
ここで、θ´ｉｎ、θ´ｏｕｔは、各々クリヤ層１２内の赤外線反射材１への光入射角度、赤外線反射材１からの射出角度を意味する。例えば、
【数６】
2004177681.tif 000008
のような関係が、スネルの法則によって成り立っている。
Ｒｓｕｒｆ（θｉｎ，θｒｅｆ）は、クリヤ層１２の表面における光の反射率である。
【００４５】
式（５）における第１項は赤外線反射材１のない部分を透過してきた光強度に関するものであり、第２項は赤外線反射材１がある部位を透過してきた光強度に関する部分である。なお、ここで、入射光の強度分布をＩ（λ）、塗装膜面に対する赤外線反射材１のチップ被覆割合（占有割合）をＳとする。また、Σは、ベースカラー層１１の微小面積素Δｓにわたって和をとることを意味する。
【００４６】
また、ベースカラー層１１での反射強度：Ａ（λ，θ´ｉｎ）は、式（７）から求めた。
【００４７】
【数７】
2004177681.tif 000009
これは、ベースカラー層１１に入射した光のベースカラー層１１での拡散反射による反射強度である。ここで、Ｐ（λ）は、ベースカラーのデータベースを参照して得られる反射スペクトルである。
【００４８】
以上の式（５）及び（７）によって、塗装膜１０からの反射強度ＴＰ（λ，θｉｎ，θｒｅｆ）は、式（８）によって表される。
【００４９】
【数８】
2004177681.tif 000010
ここで、θ´ｒｅｆは、各々クリヤ層１２内の赤外線反射材チップ１への光反射角度を意味する。式（８）において、第１項はベースカラー層１１での拡散反射光が赤外線反射材１を透過することなく塗装膜１０の外に射出された光の反射強度であり、第２項はベースカラー層１１での拡散反射光が赤外線反射材１を透過して射出された光の強度、第３項は赤外線反射材１で直接反射して、射出されたものの強度である。また、第４項はクリヤ層１２の表面における光反射強度である。以上の算出式を用いて、反射スペクトルを算出し、その結果をファイル化した。
【００５０】
得られた反射スペクトルデータについて、０°入射系−０°受光系においては、赤外線の反射ピーク位置が１１００ｎｍ±５０ｎｍ、ピーク反射率が０．２以上、すなわち上記目標基礎要件の２倍程度でないと、塗装膜１０の表面における平均の赤外線反射率｜Ｒ｜２≧０．１（９００ｎｍ〜１２００ｎｍ）とすることが難しいことから、これが達成できるまで、上記塗装膜反射計算を繰り返した。
【００５１】
次に、上記塗装膜１０を自動車の車体に施した場合において、車体レベルの見栄えを評価するために、先ず、車体形状データやパーツの種類や形状を参照し、図４により計算法の概念を説明するように、照明Ｌと、上記した塗装膜構造（図３参照）を有する塗装膜１０の各微小表面要素１０ａと、視点Ｐｖとの空間的な配置関係から、視点Ｐｖに入る反射スペクトル強度を前記塗装膜表面の反射スペクトル計算結果に基づいた表面反射強度分布を用いて、式（９）に示す関係式によって算出する。
【００５２】
【数９】
2004177681.tif 000011
ここで、Ｌｒはθｒ、φｒ方向で単断面で受ける光反射強度、Ｌｉはθｉ、φｉ方向で単断面から入射する光強度、ρｄｂは、θｉ、φｉ方向から入射し、θｒ、φｒ方向に反射する光の各微小表面要素での表面反射強度分布である。単位強度の光を入射させ、反射強度を計算すれば、θｉ、φｉ方向から入射し、θｒ、φｒ方向に反射した光の各微小表面要素での分光反射率ρ（λ）（ρ（λ）は式（８）のＴＰに対応）を知ることができる。
【００５３】
この算出式から、車体の平均の｜Ｒ｜２が、
｜Ｒ｜２≧０．１（９００ｎｍ〜１２００ｎｍ）
となるまで，光反射機能材計算または塗装膜反射計算または車体レベルの計算にまで戻って、上記計算手順を繰り返した。
【００５４】
当該実施例における計算では、ポリマーデータベースを参考にして、円柱状の微細構造体２及びマトリックス３を構成する第１及び第２の誘電体物質として、ポリエチレンナフタレ−ト（ＰＥＮ：平均屈折率ｎ１＝１．６３）とナイロン６（Ｎｙｒｏｎ−６：平均屈折率ｎ２＝１．５３）を選択した。また、媒質（クリヤ層）を構成する第３の誘電体の屈折率ｎ３を１．５とした。また、円柱状微細構造体２の径２ｒ（初期変数２ｒ＝０．２μｍ）、微細構造体２同士のピッチΛ（初期変数Λ＝０．７５μｍ）、微細構造体２の行数Ｎ（初期変数Ｎ＝１０）、赤外線反射材１の被覆割合Ｓ（初期変数Ｓ＝０．２）を変数とする一方、微細構造体２の列数Ｍ（Ｍ＝２００）を定数とし、ベースカラーを黒色として計算を行った。
【００５５】
このとき、繰り返し計算手順における赤外線反射材レベル及び塗装膜レベルの計算を実行する段階では、条件を満足できるように、赤外線反射材の構造及び材料物性に関する変数の値を種々変化させた計算を多数実施し、構造及び材料物性に関する変数の取り得る値の選択領域を狭め、取り得る変数の値の最適化を進めた。
このような方法によって極めて短時間の内に、見栄え目標の基礎要件、かつ赤外線反射機能要求を満足する赤外線反射材１の構造仕様、赤外線反射材１を含む塗装膜１０の構造仕様等の最適化ができた。結果として、赤外反射材１の仕様としては、円柱状微細構造体２の径２ｒ＝０．２５μｍ、微細構造体２間のピッチΛ＝０．７μｍ）、微細構造体２の行数Ｎ＝１５、列数Ｍ＝２００（定数）、赤外線反射材１の被覆割合Ｓ＝０．２５が決定された。
【００５６】
（実施例２）
第２の実施例として、光反射機能材として紫外線反射材を含み、その平均の紫外線平均反射率｜Ｒ｜２≧０．１（３００ｎｍ〜３８０ｎｍ）である塗装膜の設計例について説明する。
【００５７】
塗装膜構造としては、図３と基本的に同様であり、下地としての黒色のベースカラー層１１の上にクリヤ層１２が形成され、このクリヤ層１２中に光反射機能材１としての紫外線反射材が含まれるものである。
一方、紫外線反射材についても、寸法構造以外は図２に示した光反射機能材１と基本的に同様であり、計算方法も実施例１の赤外線反射材と同様の方法で行った。
【００５８】
当該実施例２においては、ポリマーデータベースを参考にして、円柱状の微細構造体２及びマトリックス３を構成する第１及び第２の誘電体物質として、ポリエチレンナフタレ−ト（ＰＥＮ：平均屈折率ｎ１＝１．６３）とナイロン６（Ｎｙｒｏｎ−６：平均屈折率ｎ２＝１．５３）を選択した。また、媒質（クリヤ層）を構成する第３の誘電体の屈折率ｎ３＝１．５とした。紫外線反射のピーク波長を０．３５μｍとし、微細構造体２の径２ｒ（初期変数２ｒ＝０．０５μｍ）、微細構造体２同士のピッチΛ（初期変数Λ＝０．２２μｍ）、微細構造体２の行数Ｎ（初期変数Ｎ＝１０）、紫外線反射材１の被覆割合Ｓ（初期変数Ｓ＝０．２）を変数とし、微細構造体２の列数Ｍ（Ｍ＝２００）を定数とし、ベースカラーを黒色として計算を行った。
【００５９】
ここで、繰り返し計算手順における紫外線反射材レベル及び塗装膜レベルの計算を実行する段階では、実施例１と類似した条件を満足できるように、紫外線反射材の構造及び材料物性に関する変数の値を変化させた計算を多数実施し、構造及び材料物性に関する変数の取り得る値の選択領域を狭め、取り得る変数の値の最適化を進めた。
上記方法によって極めて短時間のうちに、見栄え目標の基礎要件、かつ紫外線反射機能要求を満足する紫外線反射材の構造仕様と共に、紫外線反射材を含む塗装膜１０の構造仕様等の最適化ができた。その結果、紫外反射材の仕様として、円柱状微細構造体２の径２ｒ＝０．１０μｍ、微細構造体２間のピッチΛ＝０．２３μｍ、微細構造体２の行数Ｎ＝１５、列数Ｍ＝２００（定数）、赤外線反射材１の被覆割合Ｓ＝０．２が決定された。
【００６０】
（実施例３）
第３の実施例として、光反射機能材として赤外線反射材と発色材を含み、光源に対して平均赤外線反射率｜Ｒ｜２≧０．１（９００ｎｍ〜１２００ｎｍ）であると共に、車体の塗装表面の見栄えの目標値を色相（Ｈ）、明度（Ｖ）、彩度（Ｃ）等の見栄え基礎要件に関して、全体平均でＨ＝５Ｂ（６５）、Ｖ＝５、Ｃ＝４の目標を設定した塗装膜の設計例について説明する。
【００６１】
発色材の任意の光入射角度と受光角度における反射及び任意の光入射角度と光射出角度における透過スペクトルを求めるために、先に式（１）〜（４）に示したマックスウエルの電磁波方程式を解法した。実施例１と同様の方法により、任意の光の入射角度θｉｎと、光の反射角度θｒｅｆに対する反射スペクトル及び光の入射角度θｉｎと光の射出角度θｏｕｔに対する透過スペクトルのデータベースファイルを作成した。得られたデータベースは反射スペクトルに関して、ＩＲ（λ，θｉｎ，θｒｅｆ）、透過スペクトルに関して、ＩＴ（λ，θｉｎ，θｏｕｔ）とした。ここで、λは入射光の波長であって２００ｎｍ〜１５００ｎｍ、計算サンプリング間隔として、５ｎｍとした。θｉｎは０°から９０°、θｒｅｆ及びθｏｕｔは−９０°から９０°に亘り、各々のθｉｎ、θｒｅｆ及びθｏｕｔは、５°ずつ変化させた。
【００６２】
赤外線反射材に対しても、実施例１と同様の構造のものとし、上記計算と同様にして、反射及び透過スペクトルデータを求めた。
【００６３】
得られた発色材の反射スペクトルデータについては、０°入射系−０°受光系において、ピーク反射率の目標を０．８以上としないと、全体平均でＨ＝５Ｂ、Ｖ＝５、Ｃ＝４を満足することは困難であるとした。また、赤外線反射スペクトルデータでは、０°入射系−０°受光系において、赤外線のピーク反射率の目標を０．８以上としないと、塗装膜の平均赤外線反射率｜Ｒ｜２≧０．１（９００ｎｍ〜１２００ｎｍ）以上とすることが難しいとし、これが達成できるまで、上記計算を繰り返した。
【００６４】
次に、塗装膜構造として、図５に示すように、下地としての黒色のベースカラー層１１の上にクリヤ層１２が形成され、このクリヤ層１２中に上記発色材１´と、実施例１と同様の赤外線反射材１が含まれる塗装膜２０を想定した。
【００６５】
そして、塗装膜表面の光の反射強度を求めるために以下に示す演算式によって算出した。塗装面への入射光の波長をλとし、塗装膜面に対する光の入射角度をθｉｎ、光の反射角度をθｒｅｆとする。
【００６６】
塗装膜からの反射強度ＴＰ（λ，θｉｎ，θｒｅｆ）は、式（１０）によって与えられる。
【数１０】
2004177681.tif 000012
ここで、Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２（Ｓ１は発色材１´の被覆割合、Ｓ２は赤外線反射材１の被覆割合）である。
【００６７】
式（１０）における第１項は、ベースカラーでの拡散反射が発色材及び赤外線反射材を透過せず、塗装膜外に射出された光の反射強度、第２項は、ベースカラーでの拡散反射光が発色材又は赤外線反射材を透過して射出された強度、第３項は、発色材又は赤外線反射材で直接反射して射出されたものである。第４項は、クリヤ層表面における光反射強度である。以上の算出式を用いて、反射スペクトルを算出し、結果をファイル化した。得られた反射スペクトルデータにおいて、０°入射系−０°受光系では、可視域での反射ピークが４７０±１０ｎｍ、ピーク反射率≧０．２、赤外線の反射ピーク位置が１１００±５０ｎｍ、ピーク反射率≧０．２としないことには、塗装膜２０における平均の赤外線反射率｜Ｒ｜２≧０．１（９００ｎｍ〜１２００ｎｍ）とすることが難しいとし、これが達成できるまで、上記塗装膜反射計算を繰り返した。
【００６８】
次に、塗装膜２０を自動車ボディに施した場合に、車体レベルの見栄えを評価するために、先ず、車体形状データやパーツの種類や形状を参照し、先に示した式（９）によって、車体の各部位での光反射強度を求める。
この結果から色彩工学計算に基づいて、三刺激値であるＸ，Ｙ，Ｚを式（１１）から求める。
【数１１】
2004177681.tif 000013
ここで、Ｓλは照明光のスペクトル密度、ｘバー（λ）、ｙバー（λ）、ｚバー（λ）はＸ，Ｙ，Ｚの等色関数である。
【００６９】
さらに、例えば、Ｍｕｎｓｅｌｌの修正明度基準と呼ばれる式（１２）
【数１２】
2004177681.tif 000014
から、Ｖを算出し、１９７５年の国際照明委員会（ＣＩＥ会議）においてＷｙｓｚｅｃｋｉの提案した算出式（１３）（１４）
【数１３】
2004177681.tif 000015
【数１４】
2004177681.tif 000016
によって、Ｈ，Ｃを算出する。但し、ｕ＊，ｖ＊は、Ｘ，Ｙ，Ｚによって関係づけられている。
【００７０】
そして、Ｈ、Ｖ、Ｃの計算値と、それらの目標値の差を見るため、式（１５）（１６）（１７）を算出する。
【数１５】
2004177681.tif 000017
【数１６】
2004177681.tif 000018
【数１７】
2004177681.tif 000019
ここで、添え字ｃａｌ及びｔａｒは、それぞれ計算値及び目標値を表わすものであって、Ｈｔａｒ＝６５、Ｖｔａｒ＝５、Ｃｔａｒ＝４である。
【００７１】
そして、−２．５≦ΔＨ≦２．５、−１≦ΔＶ≦１、−１≦ΔＣ≦１の各式を満足し、平均の赤外反射率｜Ｒ｜２が、｜Ｒ｜２≧０．１（９００ｎｍ〜１２００ｎｍ）となるまで、最初の発色材レベルの計算にまで戻って、上記計算手順を繰り返した。
【００７２】
当該実施例における計算では、ポリマーデータベースを参考にして、円柱状微細構造体２及びマトリックス３を構成する第１及び第２の誘電体物質として、ポリエチレンナフタレ−ト（ＰＥＮ：平均屈折率ｎ１＝１．６３）とナイロン６（Ｎｙｒｏｎ−６：平均屈折率ｎ２＝１．５３）を選択した。また、媒質（クリヤ層）を構成する第３の誘電体の屈折率ｎ３を１．５とした。
発色材１´については、微細構造体２の径２ｒ（初期変数２ｒ＝０．１３μｍ）、微細構造体２同士のピッチΛ（初期変数Λ＝０．３２μｍ）、微細構造体２の行数Ｎ（初期変数Ｎ＝１０）、発色材１´の被覆割合Ｓ１（初期変数Ｓ１＝０．２）を変数とし、微細構造体２の列数Ｍ（Ｍ＝２００）を定数とした。また、赤外線反射材１に対しては、微細構造体２の径２ｒ（初期変数２ｒ＝０．１３μｍ）、微細構造体２同士のピッチΛ（初期変数Λ＝０．７５μｍ）、微細構造体２の行数Ｎ（初期変数Ｎ＝１０）、赤外線反射材１の被覆割合Ｓ２（初期変数Ｓ２＝０．３）を変数とし、微細構造体２の列数Ｍ（Ｍ＝２００）を同様に定数とし、ベースカラーを黒色として計算を行った。
【００７３】
ここで、繰り返し計算手順における発色材及び赤外線反射材レベル及び塗装膜レベルの計算を実行する段階では、上記条件を満足できるように、構造及び材料物性に関する変数の値を変化させた計算を多数実施し、構造及び材料物性に関する変数の取り得る値の選択領域を狭めていくことによって各変数値の最適化を進めた。
上記方法によって極めて短時間のうちに、見栄え目標の基礎要件と赤外線反射機能要求を満足する発色材及び赤外線反射材の構造仕様と共に、発色材と赤外線反射材を含む塗装膜２０の構造仕様等の最適化ができた。
【００７４】
その結果、発色材の仕様としては、円柱状微細構造体２の径２ｒ＝０．１３μｍ、微細構造体２間のピッチΛ＝０．３０μｍ、微細構造体２の行数Ｎ＝１５、列数Ｍ＝２００（定数）、発色材の被覆割合Ｓ１＝０．２が決定された。
一方、赤外線反射材の仕様としては、円柱状微細構造体２の径２ｒ＝０．２５μｍ、微細構造体２間のピッチΛ＝０．７０μｍ、微細構造体２の行数Ｎ＝１５、列数Ｍ＝２００（定数）、赤外線反射材の被覆割合Ｓ１＝０．２５が決定された。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光反射機能材の仕様決定方法によれば、光反射機能材を含有する物品について、目的とする見栄え、紫外線反射特性、赤外線反射特性を満足する物品の構成部材要素の仕様を明示することができ、光反射機能材や光反射機能材含有物品を実際に製作することなく、光反射機能材の仕様を決定することができ、このような光反射機能材を含有する塗装やシートなどの物品設計を効率的に行うことができるようになるという極めて優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光反射機能材の仕様決定方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施例において使用する光反射機能材の構造を示す斜視図である。
【図３】図２に示した光反射機能材を含む塗装膜モデルの断面図である。
【図４】本発明の実施例において車体塗装膜からの反射スペクトルの算出方法を示す概念図である。
【図５】光反射機能材として発色材と赤外線反射材を含む塗装膜モデルの断面図である。
【符号の説明】
１    光反射機能材（赤外線反射材、紫外線反射材）
１´  光反射機能材（発色材）
１０，２０  塗装膜（物品）
【図１】
2004177681.tif 000020
【図２】
2004177681.tif 000021
【図３】
2004177681.tif 000022
【図４】
2004177681.tif 000023
【図５】
2004177681.tif 000024