JPS5819018B2 - 太陽熱吸収体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱吸収体の製造方法に関する。

地球表面に到達する太陽エネルギーはそのままでは単位
面積当りのエネルギー密度が小さく、それ故太陽エネル
ギーを有効に利用するため１こは該エネルギーを効率よ
く集める所謂コレクターを開発する必要がある。

太陽熱吸収体はコレクターの中心的役割を果たすもので
あり、このため優れた太陽熱吸収体の開発力汰陽エネル
ギーの有効利用を実現させる最大の決め手となっている
。

太陽熱吸収体１こ要求される諸性質のうち特に重要なも
のとして次の３つの性質を挙げることができる。

（１）太陽光の可視域（波長０．２〜２．５μ）での吸
収性能が優れていること （２）太陽光の赤外域（波長２．５〜３０μ）での輻射
損失が少ないこと （３）耐久性に優れていること しかる１こ従来公知の太陽熱吸収体は上記（１） 、
（２）及び（３）の性質を共に満足するものではない。

例えば金属板等の表面蚤こ黒色塗料の皮膜を形成させた
太陽熱吸収体は、太陽光の赤外域での輻射損失が犬き゛
＜、シかも時間の経過と共に塗料皮膜が劣化するという
欠点を有している。

また金属、ガラス。セラミック、プラスチック等の基材
上に蒸発法により金属の超微粒子の層を形成させた太陽
熱吸収体（特開昭５３−１２４３３６号公報参照）は。

基材上１こ金属の超微粒子を付着させたものであるため
に耐久硅１こ極めて乏しく、振動、風等の外的要因督こ
より金属の超微粒子が基材から容易１こ剥離し１時間の
経過と共に上記（１）及び（２）の性質が低下するのを
避けられない。

このような欠点を解消するためにガラス、樹脂等のバイ
ンダーを用いて基材に対する金属超微粒子の付着性を向
上しようとする試みもなされているが、バインダーを使
用すれば基材上に形成される金属超微粒子の膜厚を数μ
以下ｆこすることは不可能であり、それ散大陽光の赤外
域での輻射損失は大きくなり、上畝２）の点で満足でき
る太陽熱吸収体を得ることはもはや不可能１こなる。

このよう１こ現在知られている太陽熱吸収体は上記（１
）−（３）の性質のいずれかの性質を欠き、上記（１）
〜（３）のいずれの性質をも具備する太陽熱吸収体は未
だ開発されていないのが現状である。

本発明の目的は上記（１）〜（３）のいずれの性質をも
具備する太陽熱吸収体を提供することにある。

即ち本発明は、 ■（ａ） 金属、ガラス、セラミック及びプラスチッ
クからなる群から選ばれた少くとも１種の基材上１こ。

（ｂ） 周期律表の第１Ｂ族、第１１Ｂ族、第１［Ｉ
Ａ族。

第１ＶＡ族、第１ＶＢ族、第ＶＢ族、第ＶＩＢ族及び第
１族から選ばれた少くとも１種の金属を使用して真空蒸
着法又はスパッタリング法により膜厚０．０１〜数μｍ
の金属膜を形成させ１次いで（ｃ） 周期律表の第１
Ｂ族、第ＪＩＢ族、第１［［Ａ族。

第１ＶＡ族、第１ＶＢ族、第ＶＡ族、第ＶＢ族、第ＶＩ
Ａ族、第ＭＢ族及び第１族から選ばれた少くとも１種の
元素を使用して上記金属膜上にガス中電界蒸着法１こよ
り膜厚０．０１〜数μｍの薄膜を形成させる。

ことを特徴とする太陽熱吸収体の製造方法、及び■ （
ａ）金属基材上１こ。

（ｂ） 周期律表の第１Ｂ族、第１１Ｂ族、第１［［
Ａ族。

第１ＶＡ族、第１ＶＢ族、第ＶＡ族、第ＶＢ族、第ＶＩ
Ａ族、第ＶＩＢ族及び第１族から選ばれた少くとも１種
の元素を使用してガス中電界蒸着法蚤こより膜厚０．０
１〜数μｍの薄膜を形成させることを特徴とする太陽熱
吸収体の製造方法督こ係るものである。

本発明の太陽熱吸収体は、上記（１） （２）及び（３
）の性質をいずれも具備するものである。

即ち本発明に係る太陽熱吸収体の可視域における吸収率
は。

９０％以上、場合によっては９５％以上であり。

従来の太陽熱吸収体１こは見られない優れた吸収性能を
有している。

また本発明ｔＣ係る太陽熱吸収体の赤外域における輻射
率は、約１０％前後であり。

従来の太陽熱吸収率のそれと同程度もしくはそれより小
さい値を示し、それ故赤外域における輻射損失が少ない
点１こおいても優れている。

さら１こ本発明に係る太陽熱吸収体は、耐久性にも優れ
ており、気候変化の激しい場所に長期蚤こ亘って放置し
た場合１こも、該太陽熱吸収体は、なんら破損又は特性
の劣化を受けることなく、太陽光の可視域における吸収
率及び赤外域における輻射率は、上記の数値を維持し得
る。

このことは、後記実施例から明らかである。

特許請求の範囲第１項に記載の方法１こより得られる太
陽熱吸収体をこつき以下蚤こ詳述する。

太陽熱吸収体を構成する基材は、金属、ガラス。

セラミック及びプラスチックからなる群から選ばれた少
くとも１種である。

金属としては、この分野で公知のものを広く使用でき１
例えばアルミニウム、銅、クロム、ニッケル、軟鋼、ス
テンレス鋼等を挙げることができる。

これらの金属のうち。アルミニウム５．銅及びニッケル
が、好適である。

またガラスとしては、この分野で公知のものを広く応用
でき１例えばソーダ石灰ガラス、ホーケイ酸ガラス、リ
ン酸塩系ガラス等を挙げることができる。

これらのガラスのうち、ホーケイ酸ガラスが。好適であ
る。

またセラミックとしては、この分野で公知のものを広く
使用でき１例えばアルミナ系セラミック、ジルコン系セ
ラミック、マグネシャ系セラミック、チタニア系セラミ
ックス、フォルステライト系セラミックス等を挙げるこ
とができる。

これらのセラミックのうち、アルミナ系セラミックカξ
好適である。

またプラスチックとしては、この分野で公知のものを広
く使用でき１例えばポリエステル系プラスチック、アク
リル系プラスチック、シリコン系プラスチック、ポリエ
チレン系プラスチック、塩化ビニル系プラスチック等を
挙げることができる。

これらのプラスチックのうち、ポリエステル系プラスチ
ックが、好適である。

斯かる基材の形状としては１例えば、板状。箔状、管状
等を挙げることができるが、これら蚤こ限定されるもの
ではない。

上記基材上１こ形成される金属膜（第１層）は。

周期律表の第１Ｂ族、第１［Ｂ族、第ｍＡ族、第■Ａ族
、第１ＶＢ族、第ＶＢ族、第１ＶＢ族及び第１族から選
ばれた少くとも１種の金属で構成される。

これらの金属とし刃は、具体的１こは、銅、銀、金。

亜鉛、アルミニウム、インジウム、錫、チタン。

バナジウム、タンタル、タングステン、コバルト。

ニッケル、白金等を例示できる。

これらのうちでも銅、銀、金、アルミニウム、インジウ
ム、チタン、ニッケル及び白金が、好ましい。

斯かる金属膜は、真空蒸着法又はスパッタリング法１こ
より上記基材上１こ形成せしめられる。

真空蒸着法は、薄膜を形成させようとする金属を高真空
中で加熱蒸発させ、蒸発した原子又は分子を基材上１こ
凝結させて金属膜を形成させる方法である。

斯かる真空蒸着法を本発明蚤こ適用する場合、真空度は
通常１Ｏ−４トール以上、好ましくは１０−５〜１０−
’トールとするのがよく、また基材加熱温度は通常常温
〜５００℃、好ましくは５０〜１５０℃とするのがよい
。

真空蒸着法１こより基材上１こ金属膜を形成させる一実
施態様を挙げれば１次の通りである。

即ち真空蒸着装置内を真空ポンプにより１０−’）−ル
程度の高真空まで排気し１次いで基材を基板加熱ヒータ
ー管こより加熱し、さら１こ蒸着用ボートを通電加熱し
、金属を蒸発させて基材表面に金属膜を形成させればよ
い。

またスパッタリング法には、直流二極スパッタリング法
、直流多極スパッタリング法、マグネトロンスパッタリ
ング法、高周波スパッタリング法等が包含される。

例えば、直流二極型スパッタリング法は、低真空で２個
の金属電極の間１こ高電圧を印加してグロー放電を発生
させると、イオン化された気体が陰極面ｆこ衝突し、陰
極面からの金属原子又は分子が叩き出され、その陰極の
近くに置いた基材表面１こ付着して金属膜を形成する方
法である。

斯かる直流二極型スパッタリング法を本発明１こ適用す
る場合、真空度は１通常１０〜１０′″″３ トール、
好ましくは１Ｏ−１〜１Ｏ−２トールとするのがよく。

また２個の金属電極間の印加電圧は１通常１００〜５０
００Ｖ、好ましくは５００〜２０００Ｖとするのがよい
。

直流二極スパッタリング法１こより基材上に金属膜を形
成させる一実施態様を挙げれば１次の通りである。

即ちスパッタ装置内を１０ ’トール程度の高真空ま
で排気後、ニードルバルブより１０〜１０”−３）−ル
程度のアルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガス
を導入し２次督こターゲットに−１００〜−１５００Ｖ
の電圧を印加し、基材表面１こ金属膜を形成させればよ
い。

上記真空蒸着法又はスパッタリング法により基材上をこ
形成される金属膜の膜厚は１通常０．０１〜数μｍ、好
ましくは０．０５〜１．０μｍである。

膜厚が０．０１μｍより小さいと、得られる太陽熱吸収
体の赤外域での輻射損失が犬となる場合が多く、不都合
である。

上記第１層の金属膜上１こ形成される薄膜（第２層）は
１周期律表のＩＢ族、第１１Ｂ族、第１ＩＩＡ族。

第１ＶＡ族、第１ＶＢ族、第ＶＡ族、第ＶＢ族、第ＶＡ
族、第ＭＢ族及び第■族から選ばれた少くとも１種の元
素で構成される。

これら元素としては。具体的には、銅、銀、金、亜鉛、
アルミニウム。

インジウム、炭素、珪素、ゲルマニウム、錫、鉛、チタ
ン、ジルコニウム、アンチモン、ビスマス。

バナジウム、ニオブ、タンタル、セレン、クロム。

モＵｊ−７ン、タングステン、鉄、コバルト、ニッケル
、パラジウム、白金等を例示できる。

これらのうちで、銅、銀、亜鉛、アルミニウム、インジ
ウム、炭素、珪素、錫、鉛、ビスマス、クロム。

鉄、コバルト及びニッケルが好ましい。

斯かる薄膜は、ガス中電界蒸着法により上記金属膜上ｆ
こ形成せしめられる。

ガス中電界蒸着法は、薄膜を形成させようとする金属を
大気圧下もしくは真空下ガス中で蒸発させ、それと同時
に基板１こ電圧を印加することにより、基板表面ｆこ付
着力の強い金属の超微粒子膜を形成させる方法である。

斯かる電界蒸着法を本発明１こ適用する場合、圧力条件
は。

大気圧〜１０”−２）−ルの範囲内で適宜選択できるが
、ｉｏｏトール〜１Ｏ−１）−ルの圧力下１こ電界蒸着
を行なうのが好ましい。

また使用されるガスとしては１例えば、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガス、
これらの不活性ガスと窒素、酸素、ＣＨ系ガス（メタン
ガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス等）等の
活性ガスとの混合ガスを挙げることができる。

また基板（上記基材及び基材上に形成された金属膜）に
印加すべき電圧としては、％１こ限定されず広い範囲内
で適宜選択すればよいが１通常５０〜ｌ０００Ｖ、好ま
しくは２００〜５００Ｖの範囲内とするのがよい。

ガス中電界蒸着法１こより第２層の薄膜を形成させる一
実施態様を挙げれば１次の通りである。

即ち装置を１ｏ−６）−ル程度の高真空まで排気後、１
００〜１Ｏ−１ト一ル程度のガスを導入し１次１こ基板
１こ−５０〜−１０００Ｖの電圧を印加した状態で抵抗
加熱法により上記元素を蒸発させて、基板上１こ薄膜を
形成させればよい。

上記ガス中電界蒸着法により形成される薄膜の膜厚は１
通常０．０１〜数μｍ、好ましくは０．０５〜１．０μ
ｍである。

膜厚がｏ、ｏｉμｍより小さいと、得られる太陽熱吸収
体の可視域での吸収性能が低下する。

また逆１こ膜厚があまり１こも大きくなると、得られる
太陽熱吸収体の赤外域での輻射損失が大となる−向か生
ずる。

本発明では、第１層の金属膜を真空蒸着法又はスパッタ
リング法１こより形成させ、第２層の薄膜をガス中電界
蒸着法鉦こより形成させることを必須としている。

第１層及び第２層の膜をそれぞれ上記以外の方法で形成
させた場合１こは、所望の性質を具備する太陽熱吸収体
を得ることは不可能である。

例えば、第１層の金属膜をガス中電界蒸着法１こより形
成させ、第２層の薄膜を真空蒸着法又はスパッタリング
法（こより形成させた場合１こは、赤外域での輻射損失
の大きな太陽熱吸収体が得られるに過ぎない。

特許請求の範囲第２項舎こ記載の方法舎こより得られる
太陽熱吸収体１こつき以下に詳述する。

太陽熱吸収体を構成する金属基材としては、この分野で
公知のものを広く使用でき１例えばアルミニウム、銅、
クロム、ニッケル、軟鋼、ステンレス鋼等を挙げること
ができる。

これらの金属基材のうち、アルミニウム、銅及びニッケ
ルが、好適である。

斯かる金属基材の形状としては２例えば、板状、箔状、
管状等を挙げることができるが。

これらに限定されるものではない。

上記金属基材上１こ形成される薄膜は１周期律表の第１
Ｂ族、第…Ｂ族、第ｍＡ族、第１ＶＡ族、第１ＶＢ族、
第ＶＡ族、第ＶＢ族、第ＶＩＡ族、第ＶＩＢ族及び第１
族から選ばれた少くとも１種の元素で構成される。

これらの元素としては、具体約１こは。銅、銀、金、亜
鉛、アルミニウム、インジウム。

炭素、珪素、ゲルマニウム、錫、鉛、チタン、ジルコニ
ウム、アンチモン、ビスマス、バナジウム。

ニオフ、タンタル、セレン、クロム、モリブデン。

タングステン、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、
白金等を例示できる。

これらのうちで、銅。銀、亜鉛、アルミニウム、インジ
ウム、炭素、珪Ｌ 錫、 鉛、ビスマス、クロム、鉄、
コバルト及びニッケルカミ好ましい。

斯かる薄膜は、ガス中電界蒸着法１こより上記金属基材
上に形成せしめられる。

ガス中電界蒸着を行なう場合の条件としては、上述の電
界蒸着の条件をそのまま採用できる。

該電界蒸着法優こより形成される薄膜の膜厚は１通常０
．０１〜数μｍ、好ましくは０．０５〜１．０ μｍで
ある。

膜厚が０．０１μｍより小さいと、得られる太陽熱吸収
体の可視域での吸収性能が低下するという不都合が生ず
る。

また逆に膜厚があまり１こも大きくなると、得られる太
陽熱吸収体の赤外域での輻射損失が大となる傾向が生ず
る。

本発明では、薄膜をガス中電界蒸着法をこより形成させ
ることを必須としている。

薄膜を上記以外）の方法で形成させた場合をこは、所望
の性質を具備え（汰陽熱吸収体を得ることは不可能であ
る。

例えば、薄膜を真空蒸着法又はスパッタリング法により
形成させた場合をこけ、赤外域での輻射損失の大きな太
陽熱吸収体が得られるに過ぎない。

以下ｆこ実施例を掲げて本発明をより一層明らか駈こす
る。

実施例 １ 下記第１表１こ示す基材表面に下記第１表に示す金属を
真空蒸着させて第１層を形成せしめ１次ＩＣ、第１層上
１こ銀、クロム又は銅をガス中電界蒸着させて第２層を
形成せしめ、太陽熱吸収体を得る。

得られる太陽熱吸収体の可視域での吸収率（５）及び赤
外域での輻射率（至）を分光分析計を用いて測定する。

その結果を第２表に示す。実施例 ２ 下記第３表に示す基材表面に下記筒３衷督こ記載の金属
をガラス中電解蒸着させて薄膜を形成せしめ、太陽熱吸
収体を得る。

得られる太陽熱吸収体の可視域での吸収率（至）及び赤
外域での輻射率（至）を分光分析計を用いて測定する。

その結果を第４表をこ示す。

実施例 ３ アルミニウム板上１こ銀、クロム又は銅をガス叫電解蒸
着させて薄膜を形成せしめ、太陽熱吸収側を得る。

また比較のためＥこアルミニウム板上１こ銀。クロム又
は銅をガス中蒸発させて薄膜を形成せしめ、太陽熱吸収
体を得る。

得られる太陽熱吸収体の可視域での吸収率（イ）及び赤
外域での輻射率（至）を分光光度計を用い℃測定する。

さらにこれらの太陽熱吸収体を屋外督こ３゛ケ月間放置
し、３ケ月経過後１こおける可視域での吸収率（至）及
び赤外域での輻射率（至）を分光光度計１こより測定す
る。

これらの結果を第５表に示す。

実施例 ４ 第６表に示す条件下１こアルミニウム板上駈こガス中電
界蒸着法１こより炭素の薄膜を形成させて、太陽熱吸収
体を得る。

一方、比較としてアルミニウム板上１こガス中蒸着によ
り炭素の薄膜を形成させて、太陽熱吸収体を得る。

得られた各太陽熱吸収体の可視域での吸収率（至）及び
赤外域での輻射率鉤を分光光度計１こより測定した結果
を第７表１こ示す。

第７表は、これ等太陽熱吸収体を屋外に３ケ月間放置後
の吸収率及び輻射率をも併せて示す。

第６表及び第７表に示す結果から明らかな如く。

電圧を印加しない単なるガス中蒸着（こより得られた炭
素薄膜°を有する太陽熱吸収体は１作製直後からすでに
可視域での吸収率が低く且つ赤外域での輻射損失が大き
く、３ケ月経過後１こは性能が更に低下している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）金属、ガラス、セラミック及びプラスチックか
   らなる群から選ばれた少くとも１種の基材上１こ。 （ｂ） 周期律表の第１Ｂ族、第１１Ｂ族、第１［［
   Ａ族。 第１ＶＡ族、第■Ｂ族、第ＶＢ族、第１ＶＢ族及び第１
   族から選ばれた少くとも１種の金属を使用して真空蒸着
   法又はスパッタリング法により膜厚０．０１〜数μｍの
   金属膜を形成させ１次いで（ｃ） 周期律表の第１Ｂ
   族、第１Ｂ族、第ＨＡ族。 第１ＶＡ族、第１ＶＢ族、第ＶＡ族、第ＶＢ族、第１Ｖ
   Ａ族、第１ＶＢ族及び第１族から選ばれた少くとも１種
   の元素を使用して上記金属膜上１こガス中型蒸着法によ
   り膜厚０．０１〜数μｍの薄膜を形成させる ことを特徴とする太陽熱吸収体の製造方法。 ２（ａ）金属基材上に。 （ｂ） 周期律表の第１Ｂ族、第１１Ｂ族、第１［Ｉ
   Ａ族。 第１ＶＡ族、第１ＶＢ族、第ＶＡ族、ｉＶＢ族、第ＶＩ
   Ａ族、第ＶＩＢ族及び第１族から選ばれた少くとも１種
   の元素を使用してガス中電界蒸着法１こより膜厚０．０
   １〜数μｍの薄膜を形成させる。 ことを特徴とする太陽熱吸収体の製造方法。