(57)【要約】【課題】  光の入射角の制限や、基材の大きさや形状、材質による制限のない光吸収体を実現する。【解決手段】  黒色粒子２０の表面には、粒状の核体２１の表面にメッキされたニッケル・リン合金の皮膜２２に対するエッチング処理によって光を吸収するための微細な凹凸２２ａが核体２１を中心にして放射状に形成されており、核体２１の中心に向かうあらゆる方向からの光を低反射率で吸収する。この黒色粒子２０を、基材の所定面に接着することで、光の入射角の制限や、基材の大きさや形状、材質による制限のない光吸収体を構成することができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の核体（２１）の表面に光を吸収するための微細な凹凸（２２ａ）が前記核体を中心にして放射状に形成されている黒色粒子。
【請求項２】
一つの粒子内に前記核体が複数含まれていることを特徴とする請求項１記載の黒色粒子。
【請求項３】
前記微細な凹凸が、前記核体の表面にメッキされたニッケル・リン合金に対するエッチング処理によって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の黒色粒子。
【請求項４】
黒色粒子の元になる粒状の核体の表面に金属をメッキするための黒色粒子製造用メッキ装置であって、
有底筒状に形成され、一端側の開口部から前記複数の核体とメッキ液を受け入れて他端側の底部に収容する容器（１０１）と、
前記容器を、前記開口部と底部とを結ぶ線が鉛直線に対し傾いた状態で支持する支持部材（１０２）と、
前記容器の底部に収容されたメッキ液を所定温度に加熱および維持するための加熱保温器（１０３）と、
前記支持部材に支持された前記容器を、前記開口部と底部とを結ぶ線を中心軸として回転させ、前記底部内のメッキ液を攪拌させるとともに該メッキ液中の前記核体を転がす回転駆動装置（１０４）とを備えていることを特徴とする黒色粒子製造用メッキ装置。
【請求項５】
基材の所定面に前記請求項１または請求項２または請求項３記載の黒色粒子が接着された光吸収体。
【請求項６】
前記黒色粒子が前記基材の曲面または凹凸面に接着されていることを特徴とする請求項５記載の光吸収体。
【請求項７】
前記黒色粒子が、可撓性を有するシート状の基材の表面に接着されていることを特徴とする請求項５記載の光吸収体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を吸収するための光吸収体に関し、基材の大きさ、形状、材質の制限や、光の入射角の制限をなくすための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光のパワーを精密測定するための光パワー計では、測定対象の光を受光部で受けて熱に変換し、その熱による温度変化を測定しており、その受光部として光吸収体が用いられている。
【０００３】
このような目的で使用される光吸収体は、光の吸収率が高いこと、即ち、反射率が低いことが要求される。
【０００４】
現在、光の吸収率が最も高い光吸収体として、基板の表面にＮｉＰ（ニッケル・リン）合金をメッキし、そのＮｉＰ合金の皮膜をエッチング処理して光を吸収するための微細な凹凸を形成（黒化という）したものが多く用いられている（特許文献１）。
【０００５】
このように形成された光吸収体の光反射率は、広い波長帯域で０．１〜０．４％が得られている。
【０００６】
【特許文献１】特許第２６６１９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のように、光吸収体自身の基材に対するメッキ処理とエッチング処理を行なって所望の光吸収体を製造する方法では、製造できる光吸収体の大きさ、形状、材質に制限を受ける。
【０００８】
即ち、基本的にメッキ槽やエッチング槽より大きな光吸収体を作ることができず、また、顕微鏡、望遠鏡等のように筒状の基材の内壁面に光吸収層を形成したり、あるいは幅の狭い溝等がある場合、筒内や溝内にメッキ液やエッチング液を流動させることが困難となり、製造品質が大きくばらついてしまう。
【０００９】
また、光吸収体の基材としては、メッキ処理やエッチング処理に耐えられるように硬質で変形しないものに限定されてしまい、例えば紙や布等のように可撓性を有するシート材を基材とする光吸収体を作ることができなかった。
【００１０】
また、別の問題として、光の吸収率が高い入射角が限定されるという問題がある。即ち、図１３に示すように、基材１の表面にメッキされた皮膜２はエッチング処理によってその厚さ方向に浸食されるため、微細な凹凸２ａが基材１の表面に直交する方向にほぼ沿って山形に形成されるので、その基材１の表面に直交する方向に入射する光Ａは谷部に深く進入して吸収されるので反射率は非常に低くなるが、基材１の表面に対して浅い角度で入射する光Ａ′は、各山部の先端側斜面で入射方向に反射されて谷部に進入できないので、反射率が高くなってしまう。つまり、吸収する光の入射角の範囲に制限を受ける。
【００１１】
本発明は、これらの問題を解決し、吸収しようとする光の入射角の制限や、基材の大きさや形状、材質による制限のない光吸収を実現できる黒色粒子、黒色粒子製造用メッキ装置および光吸収体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】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の黒色粒子は、
粒状の核体（２１）の表面に光を吸収するための微細な凹凸（２２ａ）が前記核体を中心にして放射状に形成されている。
【００１３】
また、本発明の請求項２の黒色粒子は、請求項１記載の黒色粒子において、
一つの粒子内に前記核体が複数含まれていることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項３の黒色粒子は、請求項１または請求項２記載の黒色粒子において、
前記微細な凹凸が、前記核体の表面にメッキされたニッケル・リン合金に対するエッチング処理によって形成されている。
【００１５】
また、本発明の請求項４の黒色粒子製造用メッキ装置は、
黒色粒子の元になる粒状の核体の表面に金属をメッキするための黒色粒子製造用メッキ装置であって、
有底筒状に形成され、一端側の開口部から前記複数の核体とメッキ液を受け入れて他端側の底部に収容する容器（１０１）と、
前記容器を、前記開口部と底部とを結ぶ線が鉛直線に対して傾いた状態で支持する支持部材（１０２）と、
前記容器の底部に収容されたメッキ液を所定温度に加熱および維持するための加熱保温器（１０３）と、
前記支持部材に支持された前記容器を、前記開口部と底部とを結ぶ線を中心軸として回転させ、前記底部内のメッキ液を攪拌させるとともに該メッキ液中の前記核体を転がす回転駆動装置（１０４）とを備えている。
【００１６】
また、本発明の請求項５の光吸収体は、
基材の所定面に前記請求項１または請求項２または請求項３記載の黒色粒子が接着されている。
【００１７】
また、本発明の請求項６の光吸収体は、請求項５記載の光吸収体において、
前記黒色粒子が前記基材の曲面または凹凸面に接着されている。
【００１８】
また、本発明の請求項７の光吸収体は、請求項５記載の光吸収体において、
前記黒色粒子が、可撓性を有するシート状の基材の表面に接着されている。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明の黒色粒子は、粒状の核体の表面に光を吸収するための微細な凹凸が核体を中心にして放射状に形成されているので、この黒色粒子を基材の所定面に接着することで、任意の大きさ、形状、材質で、あらゆる方向からの光の吸収が可能な光吸収体を構成することができる。
【００２０】
また、核体が小さい場合、一つの粒子に複数の核体が含まれた黒色粒子が得られる場合があり、このような黒色粒子であっても、その表面に形成された微細な凹凸により、光を効率よく吸収する。
【００２１】
また、微細な凹凸を核体の表面にメッキされたニッケル・リン合金に対するエッチング処理によって形成したものでは、あらゆる方向からの入射光に対して極めて低い反射率が得られる。
【００２２】
また、黒色粒子の元になる核体にメッキ処理するための装置として、メッキ液と核体を収容する有底筒状の容器を、その開口部と底部とを結ぶ線が鉛直線に対して傾いた状態で支持し、その底部に収容されたメッキ液を所定温度に加熱および維持して、開口部と底部とを結ぶ線を中心軸として回転させ、底部内のメッキ液を攪拌させる構造を用いることで、その構成を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態の黒色粒子の製造工程を示す図である。この図にしたがって、黒色粒子の製造工程を説明する。
【００２４】
始めに、図１の（ａ）のように、多数の粒状の核体２１を用意する。
この核体２１は、金属、セラミックス、ガラス、あるいはプラスチック等のいずれかで、例えば、直径５μｍ〜５ミリ程度の球状に形成されたものである。
【００２５】
なお、この核体２１の大きさは、黒色粒子を接着して構成する光吸収体の表面の大きさや凹凸等に応じて決定し、形状は点対称の真球が好ましいが、楕円球、多面体等であってもよい。
【００２６】
次に、核体２１の材質に応じてメッキ処理のための前処理をおこない、その前処理された核体２１を、図１の（ｂ）のようにメッキ槽１内のメッキ液２に浸けて、核体２１の表面全体にＮｉＰ合金の皮膜２２を形成する。
【００２７】
ここで、メッキ処理のための前処理としては、核体２１が金属の場合、有機溶剤およびアルカリ脱脂液で脱脂した後に酸洗いする。なお、核体２１がニッケル以外の金属の場合には、この後にニッケルストライクメッキ処理を行なう場合もある。
【００２８】
また、核体２１がガラス、セラミックス、プラスチック等の非導体の場合には、塩化錫溶液および塩化バラジウム溶液で核体表面の活性化処理を行なう。
【００２９】
また、メッキ液２は、ニッケル塩、還元剤、オキシカルボン酸、ジカルボン酸からなり、その総量が０．６〜１．２ｍｏｌ／リットルのものが使用される。
【００３０】
より具体的に言えば、
ニッケル塩として硫酸ニッケル０．１１〜０．２０Ｍ（モル：以下同じ）、
還元剤としてホスフィン酸ナトリウム０．２４〜０．３６Ｍ、
オキシカルボン酸としてＤＬリンゴ酸０．４０〜０．８Ｍ、
ジカルボン酸としてマロン酸０．２０〜０．４０Ｍ
を含有する浴を使用し、８０〜９５°Ｃの液温で１０分〜３０時間の適度な時間浸漬させて、核体２１の表面全体にＮｉＰ合金の皮膜２２を、例えば１０〜８０μｍの厚さに形成する。このメッキ時間は、核体２１の表面積およびＮｉＰ合金の皮膜２２の厚さに応じて決める。
【００３１】
また、図示しないが、核体２１は、例えば、メッキ液２が内部を流動できる籠状の容器に収容された状態でメッキ槽１に浸けられ、容器に適度に振動を与えて、核体２１を容器内で遊動させて、核体２１個々の表面にＮｉＰ合金の皮膜２２をほぼ一定の厚さに形成する。
【００３２】
このメッキ処理によって、図１の（ｃ）のように、核体２１の表面に所定厚さのＮｉＰ合金の皮膜２２が形成された後、これを水洗い乾燥してから、図１の（ｄ）のようにエッチング槽３内のエッチング液４に浸けて、核体２１個々のＮｉＰ合金の皮膜２２をエッチングして黒化する。
【００３３】
ここで、エッチング液４は、硝酸塩、例えば、濃度２００〜４５０ｇ／リットルの硝酸ナトリウムであり、これに、濃度が３００〜７００ｇ／リットル、好ましくは４００〜６００ｇ／リットルの硫酸が添加されるものを用い、液温３０〜８０°Ｃ、浸漬時間５秒〜５分の間の適度な時間でエッチングを行なう。
【００３４】
このエッチング処理により、ＮｉＰ合金の皮膜２２がその表層側から厚さ方向（核体中心側）に浸食される。
【００３５】
なお、このエッチング処理は、メッキ処理の場合と同様に容器を振動させて、核体２１個々の皮膜２２が全周にわたって一様にエッチング液に触れるようにする。
【００３６】
このエッチング後、水洗い乾燥することで、図１の（ｅ）のように、核体２１を中心にして外表部に微細な凹凸２２ａが放射状に形成された粒子径１０μｍ〜５ｍｍの黒色粒子２０が完成する。
【００３７】
図２は、エッチングによって実際に形成された微細な凹凸２２ａの拡大写真であり、表面全体に無数の山型の凹凸が形成されていることがわかる。
【００３８】
このようにして形成された黒色粒子２０個々の表面の反射率は、波長範囲３２０ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲で０．０５〜０．４％であり、赤外領域でも低反射率が得られる。
【００３９】
また、図３のように、エッチング処理によって、光を吸収するための微細な凹凸２２ａが、核体２１を中心に放射状に形成されているので、核体２１の中心に向かう光であれば、どの方向からの光Ａも凹凸２２ａの谷部に進入させることができ、低い反射率で均等に吸収することができる。
【００４０】
このようにして得られた黒色粒子２０を用いることで、任意の大きさ、形状、材質の光吸収体を構成することができる。
【００４１】
以下、上記した黒色粒子２０を用いて各種形状および材質の光吸収体を構成する方法について説明する。
【００４２】
始めに、大きな平板状の光吸収体を構成する場合、図４の（ａ）のように、平板状の基材３１の表面３１ａ全体に例えばエポキシ系の接着剤３２を塗布し、図４の（ｂ）のように接着剤３２の表面全体を覆うように黒色粒子２０を振りかけて（あるいは吹き付けて）隙間なく接着させ、接着剤３２に触れてない表層の黒色粒子２０を取り除く。
【００４３】
この不要な黒色粒子２０を除去する方法としては、基材３１の上下を逆さにして落す方法、エアを吹き付けて飛ばす方法、エアで吸引する方法等がある。
これによって、図４の（ｃ）のように、一面側が一様に黒色粒子２０で覆われた大きな平板状の光吸収体３０が得られる。
【００４４】
このように構成した光吸収体３０では、前記したように、光の入射角に対して均等で且つ低い反射率を示す黒色粒子２０が基材３１の表面３１ａを覆っているので、その表面３１ａに直交するような深い角度で入射する光や、浅い角度で入射する光に対しても低反射率で吸収することができる。
【００４５】
したがって、吸収対象の光の入射角が異なる場合でも共通の光吸収体３０で吸収することができる。また、吸収対象の光の光路が１つに限定されているような場合には、その光路と表面３１ａとが交わるような範囲内であれば、光吸収体３０の位置や向きを任意にでき、設計時の自由度が非常に大きくなる。
【００４６】
また、顕微鏡、望遠鏡等のように、円筒状でその内部に光吸収層をもつ光吸収体を構成する場合を図５に示す。図５の（ａ）、（ｂ）は円筒状の基材４１の概略断面を示したものであり、図５の（ａ）のように、基材４１の内周面４１ａ全体にエポキシ系の接着剤３２を塗布してから、図５の（ｂ）のように、接着剤３２の表面全体に黒色粒子２０を隙間なく接着させる。
【００４７】
これによって、内周面全体が黒色粒子２０で覆われた円筒状の光吸収体４０が得られる。なお、円筒以外の筒状の光吸収体も同様に作ることができる。
【００４８】
また、図６の（ａ）のように、基材５１の表面５１ａ側に溝５２が形成されている場合でも、前記同様に、その表面５１ａ全体にエポキシ系の接着剤３２を塗布し、図６の（ｂ）のように、その接着剤３２の表面全体に黒色粒子２０を隙間なく接着させる。
【００４９】
これによって、溝５２の内壁を含めて表面５１ａ全体が黒色粒子２０で一様に覆われた光吸収体５０が得られる。なお、溝５２の代わりにリブが設けられている場合や、溝とリブの両方が設けられている場合でも同様に構成することができる。
【００５０】
また、可撓性を有するシート状の光吸収体を構成する場合、図７の（ａ）のように、紙、布あるいは合成樹脂等の可撓性を有するシート状の基材６１の一面６１ａ全体（あるいは一部）に接着剤４２を塗布し、図７の（ｂ）のように、その接着剤４２の表面全体に前記黒色粒子２０を隙間無く接着させる。
【００５１】
これによって可撓性を有するシート状の光吸収体６０が得られる。なお、この場合に用いる接着剤４２は基材６１の可撓性を失わない軟性のものを用いる。
【００５２】
この光吸収体６０は、例えば大きな平坦な壁面等に貼り付けて使用するだけでなく、貼り付け面が曲面の場合でも図７の（ｃ）のように湾曲させて（あるいは折り曲げて）使用することができる。
【００５３】
また、適当な大きさに切って任意の物体の表面に貼り付けて使用したり、あるいは、ロール状のカーテンとすることもできる。
【００５４】
また、電気回路のフレキシブル基板の表面の一部に前記同様に黒色粒子２０を接着してフレキシブル基板上に光吸収体を設けることもできる。
【００５５】
なお、黒色粒子２０を基材の所定面に接着するための接着剤３２、４２の代わりに、両面接着テープを用いることもできる。また、プラスチック等のような合成樹脂からなる基材の場合には、その所定面の表層部を加熱して軟化したり、溶剤で軟化し、その軟化部分を接着層として黒色粒子２０を接着してもよい。
【００５６】
また、上記説明では、光吸収体の基材に接着する黒色粒子２０の粒子径を１種類としていたが、図８の光吸収体７０のように、大径の黒色粒子２０ａと、小径の黒色粒子２０ｂを混ぜたものを、基材７１の所定面７１ａに接着材３２（４２）を介して接着し、大径の黒色粒子２０ａ同士の隙間を小径の黒色粒子２０ｂで埋めるようにすれば、光吸収性をより完全なものにすることができる。また、径が異なる３種類以上の黒色粒子を混ぜて使用することも可能である。
【００５７】
上記黒色粒子２０を用いた光吸収体は、前記したように、大きな基材、曲面や凹凸面を有する基材、可撓性を有する基材に対して構成でき、前記した光パワー計の受光部等の他に、顕微鏡、望遠鏡、カメラ等の光学機器の構造部材、太陽熱温水器の太陽熱吸収部、光学実験室の壁材等に広く適用できる。
【００５８】
なお、前記説明では、核体２１にメッキ処理する際に、核体２１をメッキ液２が内部を流動できる籠状の容器に収容してメッキ槽１に浸け、その容器に適度に振動を与える方法を示したが、メッキ槽１のメッキ液２を磁気式攪拌機等により攪拌しながら、籠状の容器をメッキ槽１内で動かすことで、核体２１に対するメッキ処理を行ってもよく、核体２１をメッキ槽１に直に入れて、磁気式攪拌機により攪拌する方法も採用できる。
【００５９】
本件発明者らは、さらに別のメッキ処理方法として、構成が簡単で比較的均一なものが得られる構成を見いだした。
【００６０】
図９は、その黒色粒子製造用のメッキ装置１００の構成例を示している。
このメッキ装置１００は、核体２１とメッキ液２を開口部１０１ａから受け入れて底部１０１ｂに収容する有底筒状の容器１０１、容器１０１をその開口部１０１ａと底部１０１ｂを結ぶ線Ｃが鉛直方向に対して傾いた状態で回転自在に支持する支持部材１０２、容器１０１に収容されたメッキ液２を所定温度に加熱保持する加熱保温器１０３、容器１０１を、前記線Ｃを中心軸として回転（同心、偏心のいずれでもよい）させ、底部１０１ｂ内のメッキ液２を攪拌するとともにメッキ液２中の核体２１を転がす回転駆動装置１０４とを備えている。
【００６１】
ここで、容器１０１は、耐メッキ性、耐熱性を有する有底筒状のものであればよく、例えば耐熱ガラス製で、図に示しているようなフラスコ状（ビーカー状あるいは試験管状等であってもよい）のものとし、支持部材１０２は、容器１０１の下がりを規制しつつ口元部を回転自在に保持できる構造を有している。
【００６２】
また、加熱保温器１０３は、保温槽１０３ａ内の液体（水や油など）１０３ｂをヒータ１０３ｃによって加熱して所定の温度に保持する構造を有し、この液体１０３ｂに底部１０１ｂが浸けられた容器１０１のメッキ液２の温度をメッキ処理に適した８０〜９５°Ｃに保持する。なお、ヒータ１０３ｃは保温槽１０３ａの外にあってもよい。
【００６３】
また、回転駆動装置１０４は、支持部材１０２と一体的に構成され、例えばモータ（図示せず）の回転力を容器１０１の口元部に伝達して、容器１０１を傾いた状態で一定速度（例えば１分あたり数回転）で回転させ、底部１０１ｂ内のメッキ液２を攪拌させ、またメッキ液２中の核体２１を転がす。
【００６４】
この構成のメッキ装置１００は、容器１０１そのものを傾けた状態で回転させてメッキ液２を攪拌させるとともにメッキ液２中の核体２１を転がしているので、メッキ槽内に攪拌用の可動部材を設ける必要がなく、簡単な構成で、核体２１の表面にＮｉＰ合金の皮膜２２をほぼ一定の厚さに形成することができる。
【００６５】
また、エッチング処理の具体例としては、次の方法を実施している。
即ち、上記のようにしてメッキ処理が終了した後に、容器１０１の内容物を図１０の（ａ）に示すように籠状容器１１１に入れて、余分なメッキ液を除いて、メッキ処理された核体２１のみを残し、図１０の（ｂ）のように、エア引きのエッチング装置１２０のタンク１２１にセットする。
【００６６】
そして、図１０の（ｃ）のように、ポンプ１２２によってタンク内のエア抜きをしながら、籠状容器１１１にエッチング液４を流し込む。このエッチング液４は、籠状容器１１１の核体２１のメッキ部をエッチングしつつ、エア抜きされたタンク内へ流れ出す。このエッチング液４の流し込みを一定時間続けることにより、核体２１のメッキ層に対するエッチングが完了する。
【００６７】
そして、エッチング完了後、籠状容器１１１内の内容物（黒色粒子２０）を水洗いし、乾燥させることにより、前記した黒色粒子２０が得られる。
【００６８】
また、上記説明は、一つの黒色粒子２０に一つの核体２１が含まれる場合であったが、核体２１が小さい場合（例えば数１０μｍの場合）には、前記メッキ装置１００によるメッキ処理の過程において、図１１の（ａ）に示すように、複数の核体２１が共通の皮膜２２で覆われたものも得られることが確認されている。
【００６９】
このように複数の核体２１を含むものに対しても、前記同様のエッチング処理を行うことにより、図１１の（ｂ）のように微細な凹凸２２ａが、各核体２１に対して放射状に形成された黒色粒子２０を得ることができる。
【００７０】
図１２は、その微細な凹凸の一例を示す拡大写真であり、前記図２と同様に、表面全体に無数の微細な凹凸が放射状に形成されていることがわかる。
【００７１】
したがって、このような複数の核体２１を含む黒色粒子の場合も、前記同様に、光に対して広い角度範囲にわたり低反射率が得られ、これを前記同様に各基材３１、４１、５１、６１の各面に接着することで、前記光吸収体３０、４０、５０、６０と同様のものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の黒色粒子の製造工程を説明するための図
【図２】黒色粒子の表面の拡大写真図
【図３】黒色粒子の表面の光吸収作用を説明するための模式図
【図４】平板状の光吸収体の製造方法を示す図
【図５】円筒形の光吸収体の製造方法を示す図
【図６】基材表面に凹凸がある光吸収体の製造方法を示す図
【図７】可撓性を有するシート状の基材をもつ光吸収体の製造方法を示す図
【図８】径が異なる黒色粒子を用いた光吸収体の構造図
【図９】メッキ装置の構成図
【図１０】エッチング処理の工程図
【図１１】複数の核体２１を含む黒色粒子の模式図
【図１２】黒色粒子の表面の拡大写真図
【図１３】従来の光吸収体の入射光の角度と反射率との関係を説明するための図
【符号の説明】
【００７３】
２０、２０ａ、２０ｂ……黒色粒子、２１……核体、２２……皮膜、２２ａ……凹凸、３０、４０、５０、６０、７０……光吸収体、３１、４１、５１、６１、７１……基材、３２、４２……接着剤、１００……メッキ装置、１０１……容器、１０２……支持部材、１０３……加熱保温器、１０４……回転駆動装置、１１１……籠状容器、１２０……エッチング装置、１２１……タンク、１２２……ポンプ
【図１】
2004332111.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004332111.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004332111.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004332111.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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