JPH1161490A

JPH1161490A - 太陽熱吸収板

Info

Publication number: JPH1161490A
Application number: JP23156397A
Authority: JP
Inventors: Seiju Maejima; 正受前嶋; Koichi Saruwatari; 光一猿渡; Ryukichi Usuki; 隆吉臼杵; Yutaka Ito; 裕伊藤; Katsuji Takahara; 克二高原; Noriyasu Baba; 規泰馬場; Hiroshi Okada; 宏岡田; Yasushi Iwaizumi; 泰岩泉
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】ソーラーコレクターの低価格化、軽量化を図
り、内部に蓄積した熱を外部に逃がすことなく、太陽光
を有効に利用することができる太陽熱吸収板を提供す
る。【解決手段】ＡｌまたはＡｌ合金２の表面に、微細な
凹凸を有する陽極酸化皮膜３が形成され、更に、陽極酸
化皮膜３の表面に透明な有機樹脂４が備えられ、陽極酸
化皮膜３の厚さが０．５〜４５μｍであり、特に透明有
機樹脂４がアクリル樹脂であり、Ａｌ合金２が、Ｍｎを
０．３〜４．３重量％含有し、残部Ａｌおよび不可避不
純物からなることを特徴とする太陽熱吸収板１を採用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽熱給湯装置な
どのソーラーコレクターに用いられる太陽熱吸収板に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、省エネルギーの観点から、太陽光
の積極的な利用が盛んになっている。太陽光の利用の最
も身近な例としては、ソーラーコレクターを備えた太陽
熱給湯装置が挙げられる。ソーラーコレクターは、太陽
熱を効率よく水に伝導して水温を上げる機能を有するも
のであり、太陽熱給湯装置の最も重要な要素である。一
般に、ソーラーコレクターは、断熱材と、断熱材の上に
配設された水を流通させるための銅管と、銅管の上部に
載置された太陽熱吸収板と、太陽熱吸収板の上に一定の
空間を隔てて備えられた強化ガラスとから構成されてい
る。

【０００３】ソーラーコレクターに入射した太陽光は、
強化ガラスを透過して太陽熱吸収板に照射される。太陽
熱吸収板は、照射された太陽光の強さによってそれ自身
の温度が上昇する。このときに太陽熱吸収板に吸収され
た熱が銅管を流れる水に伝導されて水温が上昇する。こ
のようにして、夏の快晴時には水温を６５℃程度、冬の
快晴時でも水温を４０℃程度までに上昇させることが可
能である。

【０００４】ソーラーコレクターに用いられる太陽熱吸
収板は、特に短波長の太陽光（可視光線）を吸収しやす
いもの（吸収係数が大きい）であると共に、黒体放射を
抑制しやすいもの（遠赤外線放射効率が小さい）が最適
とされている。このような特性は、太陽光照射によって
吸収した熱をなるべく外部に逃がさずに迅速に水に伝導
するという太陽熱吸収板の機能を満たすために、要求さ
れているものである。従って、従来の太陽熱吸収板とし
ては、ブラッククロム、ブラックニッケル、酸化銅、酸
化鉄等の選択吸収膜を表面に形成させた金属板が用いら
れてきた。このような選択吸収膜は、可視光線の吸収係
数が０．８〜０．９６、遠赤外線放射効率が０．１程度
のものであり、上述の特性を十分に満すものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の太陽熱
吸収板においては、日照時間、日照状態、通風状態等の
気象条件によって太陽熱吸収板の温度が変動し、水温を
安定に維持することができないという課題があった。太
陽吸収板の温度変動は、通風状態の影響が特に大きいた
め、実際のソーラーコレクターには風の侵入を防ぐため
の強化ガラスが備えられおり、ソーラーコレクターの低
価格化、軽量化を図れないという課題もあった。

【０００６】また、従来の太陽熱吸収板は、遠赤外線放
射効率が低いものであり、これは遠赤外線と熱との変換
効率が低いことを意味する。従って、従来の太陽熱吸収
板では、太陽光に含まれる数〜数１０μｍの波長範囲の
遠赤外線は利用されず、主として０．１〜数μｍの波長
範囲の光のみを利用するために、太陽光を有効利用する
ことができないという課題があった。

【０００７】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたものであって、ソーラーコレクターの低価格化、軽
量化を図り、内部に蓄積した熱を外部に逃がすことな
く、太陽光を有効に利用することができる太陽熱吸収板
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するため、以下の構成を採用した。請求項１に記載
の太陽熱吸収板は、ＡｌまたはＡｌ合金の表面に、微細
な凹凸を有する陽極酸化皮膜が形成され、更に、前記陽
極酸化皮膜の表面に透明な有機樹脂が備えられ、前記陽
極酸化皮膜の厚さが０．５〜４５μｍであることを特徴
とする。

【０００９】請求項２に記載の太陽熱吸収板は、請求項
１に記載の太陽熱吸収板であって、前記透明有機樹脂が
アクリル樹脂であることを特徴とする。請求項３に記載
の太陽熱吸収板は、請求項１または請求項２に記載の太
陽熱吸収板であって、前記Ａｌ合金が、Ｍｎを０．３〜
４．３重量％含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物から
なることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の太陽熱吸収板につ
いて、詳細に説明する。図１において、太陽熱吸収板１
は、Ａｌ-Ｓｉ系、あるいは、Ｍｎを含有するＡｌ-Ｍｎ
系の合金２であって、後述するＳｉ粒子、あるいは、Ａ
ｌ-Ｍｎ系金属間化合物が分散析出し、表面に微細な凹
凸を有する陽極酸化皮膜３が形成されたものが用いられ
る。これらの材料からなる板材表面に形成される微細な
凹凸を有する陽極酸化皮膜３は、一例として、その板材
の表面をブラスト処理や液体ホーニング処理などの機械
的粗面化方法で所定範囲の粗さに粗面化した後に、この
板材を陽極酸化処理することにより得られる。

【００１１】このような微細な凹凸を有する陽極酸化皮
膜３が形成された太陽熱吸収板１にあっては、純Ａｌの
ような通常のＡｌを基材として用いた場合でも、実用上
有効とされる３〜３０μｍの波長領域における遠赤外線
の全放射特性が７０％以上と高い特性が得られる。遠赤
外線の放射特性に優れるということは、元来、加熱され
た物体から遠赤外線が多量に放射されることであるが、
言い換えれば、遠赤外線と熱との変換効率が高く、太陽
光に含まれる遠赤外線をより効率よく吸収することが可
能であることを意味する。

【００１２】陽極酸化皮膜３を形成したＡｌまたはＡｌ
合金２が、このような優れた特性を有する理由について
は明らかではないが、表面が微細な凹凸を有するために
見かけ上の表面積が増大することや、粗面化により皮膜
成長が不均一になり、複雑な凹凸と複雑に枝別れしたポ
アとが形成され、入射する太陽光に対する散乱吸収率が
増大することなどが考えられる。また、陽極酸化皮膜３
中にＳｉ粒子やＡｌ-Ｍｎ系金属間化合物粒子が分散し
て存在しているために、これらの存在によって入射する
太陽光の散乱吸収率もより一層増大し、遠赤外線をより
効率よく吸収できる。

【００１３】更に本発明の太陽熱吸収板１は、陽極酸化
皮膜３の上に、透明有機樹脂４が備えられている。透明
有機樹脂４の具体例としては、アクリル樹脂が好まし
く、ポリメチルメタアクリル酸樹脂（以下、ＰＭＭＡと
略す）がより好ましい。ＰＭＭＡは、広い波長範囲にお
ける光透過性が高く、透明度にも優れるので、太陽光の
大部分の波長領域の光を透過させることが可能であり、
更に、太陽光の遠赤外線の照射によって太陽熱吸収板１
に蓄積された熱の放出を防ぐことができる。即ち、表面
に陽極酸化皮膜３を形成したＡｌまたはＡｌ合金２は、
遠赤外線の放射特性が高いために、内部に蓄積した熱を
遠赤外線の放射によって外部に放出しやすい性質を有す
る。このような陽極酸化皮膜３の上に、ＰＭＭＡ等のア
クリル樹脂を備えることにより、熱の放出を防ぐことが
できる。従って、光透過性が高く、透明度に優れるもの
であれば、ＰＭＭＡに限られず、ポリカーボネート、Ｃ
Ｒ−３９（ジエチレングリコールビスアリルカーボネー
ト）、ポリスチレン、ＭＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＴＰＸ（ポ
リ４−メチルペンテン−１）等の有機樹脂も使用するこ
とができる。透明有機樹脂４の厚さは、１０μｍ以上１
０ｍｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５ｍｍ
以下がより好ましい。透明有機樹脂４の厚さが１０μｍ
以下であると、太陽熱吸収板内に蓄積した熱の外部への
放出を防ぐことができなくなるので好ましくない。ま
た、透明有機樹脂４の厚さが１０ｍｍ以上であると、透
明有機樹脂４の光路長が長くなり、太陽光の一部が有機
樹脂４に吸収されるおそれがあるので好ましくない。

【００１４】透明有機樹脂４は、その板材を陽極酸化皮
膜３上に載置したものでもよい。また、フィルム状の透
明有機樹脂４を、陽極酸化皮膜３上に熱プレスや加熱ロ
ーラ等によってラミネートさせたり、焼付け等によって
陽極酸化皮膜３上に被着させてもよい。この場合、陽極
酸化処理後の表面は粗面なので優れた密着性が得られ
る。このような陽極酸化皮膜３と透明有機樹脂４とによ
り選択吸収膜を形成する。

【００１５】陽極酸化皮膜３を形成させる際におけるＡ
ｌまたはＡｌ合金２の表面を粗面化する場合の方法の一
例としては、アルミナや炭化けい素、ケイ砂などのよう
に研削作用のある粉末を研削材としたブラスト処理や液
体ホーニング処理、あるいは、コランダムを含有したナ
イロン繊維、あるいは０．１〜１．０ｍｍ程度の直径の
ピアノ線を植え込んだ研摩輪を高速回転させて削る方
法、あるいはエメリー紙（布）により削る方法などのよ
うに、機械的に粗面化する方法や、電解エッチングなど
の化学的方法により粗面化する方法などであるが、本発
明の場合においては、機械的な方法を用いてその表面を
平均粗さ０．５〜５．０μｍ、最大粗さ５〜５０μｍの
範囲に調整することにより、より優れた特性が得られ
る。

【００１６】この機械的方法が優れる理由は定かではな
いが、機械的な粗面化方法では、局部的に大きな力が付
加されることによってアルミ地金の塑性流動や加工硬化
による金属組織の不均質化が起こるとともに、無理矢理
地金が削り取られるための凹凸形状の複雑化が起きるこ
とによるものと推定され、更に、この状態で陽極酸化処
理されると、金属組織の差異により、部分的に陽極酸化
皮膜３の質や成長速度が異なり、また、複雑な凹凸形状
によるランダムな方向への陽極酸化皮膜３の成長などが
原因となって、非常に不均質な凹凸と枝別れした複雑な
ポア構造を有する陽極酸化皮膜３が形成され、これによ
って入射する太陽光の散乱吸収率が増大し、遠赤外線を
より吸収しやすくなるためと思われる。

【００１７】また、陽極酸化処理により形成される陽極
酸化皮膜３の厚さとしては、０．５〜４５μｍの範囲と
することが好ましく、これより薄い場合には充分な遠赤
外線放射率が得られない。陽極酸化処理方法としては、
通常に良く用いられる方法の多種類のものを用いること
ができる。また、電解浴としては、酸性浴のみならず、
アルカリ浴、あるいはホルムアミド系とホウ酸系などの
非水浴をも用いることができる。

【００１８】例えば、酸性電化浴としては、硫酸、リン
酸、クロム酸、しゅう酸、スルホサリチル酸、ピロリン
酸、スルファミン酸、リンモリブデン酸、ホウ酸、マロ
ン酸、コハク酸、マレイン酸、クエン酸、酒石酸、フタ
ル酸、イタコン酸、リンゴ酸、グリコール酸などを１種
または２種以上溶解した水溶液を用いることができる。
また、アルカリ性電界浴としては、カセイソーダ、カセ
イカリ、炭酸ナトリウム、リン酸カリウム、アンモニア
水などを１種または２種以上溶解した水溶液を用いるこ
とができる。

【００１９】電解時の電流波形については、直流、交
流、交直重畳、交直併用、不完全整流波形、パルス波
形、矩形波などが用いられる。電解方法としては、定電
流、定電圧、定電力法および連続、断続あるいは電流回
復を応用した高速アルマイト法などで行なうことができ
る。以上の中でパルス波形や不完全整流波形を用いて不
均質な陽極酸化皮膜３を生成させたり、断続電解や電流
回復法により多層構造の陽極酸化皮膜３を形成させて、
より高い遠赤外線放射率のものとすることもできる。

【００２０】陽極酸化処理により皮膜を形成させた後の
後処理としては、耐食性向上のために、沸騰水浸積や、
金属塩含有熱水浸積法などの通常の方法で封孔処理を行
なっても良い。また、電解着色法により陽極酸化皮膜３
の微細孔中に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄな
どの金属を析出させてから、酸化雰囲気中で析出金属を
酸化させたり、あるいは、ケイ酸塩水溶液やジルコニウ
ム塩水浴などと酸やアルカリと交互に浸積して微細孔中
にケイ酸塩やジルコニウムの水酸化物を沈積させても良
い。これら方法により陽極酸化皮膜３の微細孔に遠赤外
線放射特性の優れた金属酸化物を含有させることによ
り、遠赤外線放射特性に優れる太陽熱吸収板１とするこ
とができる。

【００２１】次に太陽熱吸収板１に用いるＡｌ-Ｍｎ系
合金について説明する。適当量のＭｎを含有するＡｌ-
Ｍｎ系合金では、Ａｌ-Ｍｎ系金属間化合物が生成さ
れ、そのＡｌ-Ｍｎ系金属間化合物の析出状態が適切で
あれば遠赤外線放射特性に寄与する。このＡｌ−Ｍｎ系
金属間化合物としては、Ａｌ₆Ｍｎ、Ａｌ₆（ＭｎＦ
ｅ）、αＡｌＭｎ（Ｆｅ）Ｓｉ、およびそれらにＣｒ、
Ｔｉ等が少量固溶されたものなどがあるが、このような
Ａｌ-Ｍｎ系金属間化合物が分散して析出しているアル
ミニウム合金の表面に陽極酸化処理を施すと、そのＡｌ
-Ｍｎ系金属間化合物の粒子は分散された状態で陽極酸
化皮膜３中に含有される。

【００２２】このような陽極酸化皮膜３に分散されてい
る金属間化合物粒子によって入射光が散乱吸収されやす
くなり、遠赤外線の放射特性が向上する。また、可視光
線の吸収係数も高いため、目視の色調も黒くなる。更
に、陽極酸化処理時において陽極酸化皮膜３が成長する
過程で、ポアは枝別れした構造となり、このような枝別
れポア構造によって入射光に対する陽極酸化皮膜３内で
の散乱吸収が助長され、遠赤外線放射特性が一層向上す
る。

【００２３】ここで、Ａｌ-Ｍｎ系金属間化合物析出物
の径が０．０１μｍ未満では、前述のようなＡｌ-Ｍｎ
系金属間化合物析出物分散による効果が得られず、一
方、３μｍを越える粗大なＡｌ-Ｍｎ系金属間化合物析
出物は成形性を悪化させるから、粒径が０．０１〜３μ
ｍのものが分散していることが好ましい。また、粒径が
０．０１〜３μｍのＡｌ-Ｍｎ系金属間化合物析出物
は、１×１０⁵個／ｍｍ³以上の密度で分散していること
が好ましい。

【００２４】次に上述のようなＡｌ-Ｍｎ系合金におけ
る成分組成の限定理由を述べる。Ｍｎ：Ｍｎは、Ａｌ-Ｍｎ系金属間化合物析出物を生成
し、前述のように遠赤外線放射特性の向上に寄与する。
ここでＭｎ量が、０．３重量％未満では、良好な遠赤外
線放射特性が得られなくなる。一方、４．３重量％を越
えた場合には、合金から薄板などへの連続鋳造が困難に
なり、実用的でない。即ち、前述のようなＡｌ-Ｍｎ系
金属間化合物析出物の析出状態を得るためには、鋳造時
の冷却速度を５℃／秒以上としてＭｎを充分に固溶させ
ておき、その後、前記金属間化合物析出のための熱処理
を施すことが好ましいが、５℃／秒以上の冷却速度で鋳
造するためには、実用上は薄板連続鋳造法（連続鋳造圧
延）を適用することが最適である。しかしながら、Ｍｎ
量が４．３重量％を越えれば薄板連続鋳造が困難になっ
てしまう。従ってＭｎ量は０．３〜４．３重量％の範囲
が好ましい。Ｍｇ：Ｍｇは必ずしも必須の元素ではないが、Ａｌ-Ｍ
ｎ系金属間化合物析出物の析出を促進し、前述のような
析出状態を達成するに寄与する。特にＭｎ量が比較的少
ない範囲においては、Ｍｇの添加量を多くすることが、
Ａｌ-Ｍｎ系金属間化合物析出物の析出を促進して遠赤
外線放射特性の向上のために有効である。但し、Ｍｇ量
が６．０重量％を越えれば、薄板連続鋳造が困難とな
り、実用的でなくなる。一方、Ｍｎ量が０．０５重量％
未満ではＭｇ添加による上述の効果が得られない。よっ
てＭｇの添加量は０．０５〜６．０重量％の範囲が好ま
しい。Ｆｅ：ＦｅはＡｌ-Ｍｎ系金属間化合物析出物
の析出にある程度の影響を与えるが、遠赤外線放射特性
には本質的には影響はない。鋳造性の点から考慮すると
Ｆｅ量は少ないほうが好ましく、０．５重量％を越えれ
ば連続鋳造が困難となるおそれがある。Ｓｉ：ＳｉはＡｌ-Ｍｎ系金属間化合物析出物の析出に
ある程度の影響を与えるが、遠赤外線放射特性には本質
的に影響はない。鋳造性の点からはＳｉ量は少ないこと
が好ましく、２．０重量％を越えれば連続鋳造が困難と
なるおそれがある。

【００２５】更に、通常のＡｌ合金においては、鋳塊の
結晶粒微細化のために、少量のＴｉを単独であるいは微
量のＢと組み合わせて添加することがあるが、Ａｌ-Ｍ
ｎ系合金にも０．００３〜０．１５重量％の範囲でＴｉ
を単独で、もしくは１〜１００ｐｐｍのＢと組み合わせ
て添加しても良い。即ち、Ｔｉは鋳塊の結晶粒を微細化
して圧延板のストリークス、キメを防止する効果がある
が、Ｔｉが０．００３重量％未満ではその効果が得られ
ず、Ｔｉが０．１５重量％を越えればＴｉＡｌ₃系粗大
金属間化合物が生成されてしまう。また、ＢはＴｉと共
存して結晶粒微細化を促進する元素であるが、Ｂ量が１
ｐｐｍ未満ではその効果が得られず、一方１００ｐｐｍ
を越えればその効果が飽和し、また粗大ＴｉＢ₂粒子が
生成されて線状欠陥が発生する。このほか、Ｍｇを含有
する系のアルミニウム合金においては、溶湯の酸化を防
止するために微量のＢｅを添加することが従来から行な
われているが、５００ｐｐｍ程度以下のＢｅを添加する
ことに特に支障はない。

【００２６】Ａｌ-Ｍｎ系合金においては、Ｎｉ、Ｚ
ｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｎ等が含まれることがある。これらの
うち、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｖは遠赤外線放射特性に本質的に影
響しないが、Ｎｉを１．０重量％以上、Ｚｒを０．３重
量％以上、Ｖを０．３重量％以上では薄板連続鋳造が困
難となるから、Ｎｉを１．０重量％未満、Ｚｒを０．３
重量％未満、Ｖを０．３重量％未満に抑制することが望
ましい。また、Ｃｕ、Ｚｎは陽極酸化皮膜３の色調に若
干の変化を与えるものの、遠赤外線放射特性に本質的な
影響は与えないが、Ｃｕを１．０重量％以上、Ｚｎを
２．０重量％以上では薄板連続鋳造が困難となるから、
Ｃｕを１．０重量％未満、Ｚｎを２．０重量％未満に抑
えることが好ましい。

【００２７】次に上述のようなＡｌ-Ｍｎ系合金からな
る圧延板を製造するプロセス条件について説明する。前
述のように、Ａｌ-Ｍｎ系金属間化合物の適切な析出状
態を得ることで得られる遠赤外線放射特性を達成するた
めには、鋳造速度と、析出のための加熱処理が重要であ
る。鋳造については、鋳造速度を高めてＭｎを充分に固
溶することにより、その後の析出処理でＡｌ-Ｍｎ系金
属間化合物を適切な析出状態で析出させることが可能で
あり、そのためには、５℃／秒以上の鋳造速度が好まし
い。特に大きな板を製造する場合に、５℃／秒以上の冷
却速度を得るためには、直接５〜１０ｍｍ厚程度の薄板
を得ることが容易にできる薄板連続鋳造法（連続鋳造圧
延法）を適用することが好ましい。

【００２８】一方、析出のための加熱は、３００℃以
上、６００℃以下の温度で０．５時間以上行なうことが
好ましい。温度が３００℃未満では析出物が小さ過ぎて
優れた遠赤外線放射特性が得られず、一方６００℃を越
えれば、陽極酸化処理後の色調が悪くなり、また結晶粒
の粗大化が生じる。また時間は、昇温過程から保持し、
冷却過程を通じて３００℃以上となっている時間が０．
５時間以上あれば良く、３００℃以上の温度となってい
る時間が０．５時間未満では陽極酸化処理後に良好な遠
赤外線特性が得られない。

【００２９】なお、この析出のための加熱は、鋳塊のま
ま行なっても、また圧延の途中で、更には圧延後に行な
っても良い。従ってこの析出処理は、鋳塊に対する均質
化処理、あるいは熱間圧延のための加熱処理、更には熱
間圧延後もしくは冷間圧延の中途で必要に応じて行なわ
れる中間焼鈍、更には冷間圧延後に必要に応じて施され
る最終焼鈍などと兼ねて行なうことができる。そしてま
た、熱間圧延と圧接のための加熱や焼鈍と兼ねて行なっ
ても良い。このほか、熱間圧延や冷間圧延、更には、必
要に応じて行なわれる中間焼鈍や最終焼鈍は常法に従っ
て行なえば良い。

【００３０】次にＡｌ-Ｓｉ系合金における成分組成の
限定理由について説明する。Ｓｉ：Ｓｉは鋳造時にその
添加量に応じて初晶Ｓｉ、共晶Ｓｉとして晶出し、また
これらの晶出Ｓｉは必要に応じて行なわれた熱処理や組
成加工によりその形状が変化する。また、必要に応じて
熱処理された場合、Ａｌのマトリックス中からも金属Ｓ
ｉが析出する。これらの初晶Ｓｉ、共晶Ｓｉ、析出Ｓｉ
は、前述のように陽極酸化処理時に金属Ｓｉ粒子として
陽極酸化皮膜３中に取り込まれ、入射光に対する散乱、
吸収を通じて遠赤外線放射特性の向上に寄与する。更に
金属Ｓｉ粒子は前述のように陽極酸化皮膜３内のポアを
枝別れ構造とすることに寄与し、これによっても遠赤外
線放射特性の向上に寄与する。基材アルミニウム合金の
Ｓｉ量が、３重量％未満では金属Ｓｉ粒子の数が少な
く、遠赤外線放射率が小さくなる。一方、Ｓｉ量が１５
重量％を越えれば、陽極酸化皮膜３中の金属Ｓｉ粒子の
体積率が大き過ぎて陽極酸化皮膜３の強度、耐食性が低
下してしまい、また圧延性も低下する。従ってＳｉ量
は、３〜１５重量％の範囲が好ましい。

【００３１】Ａｌ-Ｓｉ合金としては、上記Ｓｉの他
は、基本的にはＡｌおよび不可避不純物とすれば良い
が、Ｓｉの他に、強度向上のために、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃ
ｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｎ、Ｚｒのうちの１種ま
たは２種以上を含有しても良い。これらの添加量は以下
の通りである。

【００３２】Ｆｅ：Ｆｅは強度向上および結晶粒微細化
のために有効である。Ｆｅ量が、０．０５重量％未満で
はその効果が得られず、２．０重量％を越えれば陽極酸
化皮膜３の強度と耐食性が低下する。またＦｅ量が、
２．０重量％を越えれば、ＳｉがＦｅと化合してＡｌ-
Ｆｅ-Ｓｉ系の金属間化合物の量が増加し、遠赤外線放
射特性が低下する。従ってＦｅを添加する場合のＦｅ量
は、０．０５〜２．０重量％の範囲が好ましい。Ｍｇ：Ｍｇも強度向上に寄与する。Ｍｇ量が０．０５重
量％未満ではその効果が得られず、一方、２．０重量％
を越えればＭｇとＳｉが結合してＭｇ₂Ｓｉの生成量が
増加し、遠赤外線放射特性が低下する。またＭｇ量が
２．０重量％を越えれば、鋳造性、塑性加工性も低下す
る。従ってＭｇを添加する場合のＭｇ量は０．０５〜
２．０重量％の範囲内が好ましい。Ｃｕ：Ｃｕの添加も強度向上に寄与する。Ｃｕ量が０．
０５重量％未満ではその効果が得られず、６．０重量％
を越えれば鋳造性、塑性加工性、耐食性が低下する。従
ってＣｕを添加する場合のＣｕ量は０．０５〜６．０重
量％の範囲が好ましい。

【００３３】Ｍｎ：Ｍｎは強度向上に寄与するととも
に、結晶粒微細化、耐熱性向上に寄与する。Ｍｎ量が
０．０５重量％未満ではこれらの効果が得られず、一
方、２．０重量％を越えればＭｎがＳｉと結合してＡｌ
-Ｍｎ-Ｓｉ系の金属間化合物の生成量が増加し、遠赤外
線放射特性が向上する。また、Ｍｎ量が２．０重量％を
越えれば、鋳造も困難となる。従ってＭｎを添加する場
合のＭｎ量は０．０５〜２．０重量％の範囲が好まし
い。Ｎｉ：Ｎｉも強度向上に寄与するとともに、耐熱性向上
に寄与する。Ｎｉ量が０．０５重量％未満ではこれらの
効果が得られず、一方、３．０重量％を越えれば鋳造が
困難になる。従ってＮｉを添加する場合のＮｉ量は０．
０５〜３．０重量％の範囲が好ましい。Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ：これらの元素は、強度向上に寄与する
とともに、結晶粒微細化に寄与する。いずれも０．０５
重量％未満ではその効果が得られず、一方０．５重量％
を越えれば粗大な金属間化合物が生成されてかえって強
度を低下させる。従ってＣｒ、Ｚｒ、Ｖの１種または２
種以上を添加する場合の添加量は、いずれも単独量で
０．０５〜０．５重量％の範囲が好ましい。なお、スラ
ブ、ビレットなどの圧延や押出、あるいは鋳造を適用す
る場合は、これらの元素の単独添加量が０．３重量％を
越えれば塑性加工性が低下して鋳造が困難となるから、
単独添加量で０．３重量％以下とすることが好ましい。

【００３４】Ｚｎ：Ｚｎは、溶解原材料にスクラップを
使用した場合に必然的に混入する元素であるが、１重量
％を越えて積極的に含有させた場合に強度向上に寄与す
る。Ｚｎが１．０重量％以下ではその効果が得られず、
一方７．０重量％を越えれば鋳造性が悪化する。従って
Ｚｎを積極的に添加する場合のＺｎ量は１．０重量％を
越え、７．０重量％以下とした。更に、Ａｌ-Ｓｉ系合
金の場合は、組織微細化のためにＴｉと、Ｐ，Ｎａ，Ｓ
ｂ，Ｓｒのうちの１種または２種以上が含有される。こ
れらの成分限定理由は次の通りである。Ｔｉ：Ｔｉは鋳塊結晶粒の微細化を通じて組織の微細化
に寄与する。Ｔｉの添加量が０．００５重量％未満では
その効果が得られず、０．２重量％を越えると粗大な金
属間化合物が生成されて好ましくない。従って、Ｔｉを
添加する場合の添加量は、０．００５〜０．２重量％が
好ましい。なお、鋳塊結晶粒微細化のためには、Ｔｉと
ともにＢを共存させることが効果的である。この場合Ｂ
の添加量は１ｐｐｍ未満ではその効果が得られず、１０
０ｐｐｍを越えるとその効果が飽和するからＴｉとあわ
せてＢを添加する場合の添加量は、１〜１００ｐｐｍの
範囲が好ましい。

【００３５】Ｐ：Ｐは初晶Ｓｉの微細化に寄与する。こ
の為、Ｐの添加量は初晶Ｓｉが初出するような約１０重
量％以上のＳｉを含有する合金の場合に効果的である。
Ｐの添加量は０．００５重量％未満では初晶Ｓｉの微細
化の効果が得られず、０．１重量％を越えるとその効果
が飽和する。従って、Ｐを添加する場合の添加量は、
０．００５〜０．１重量％が好ましい。Ｎａ、Ｓｂ、Ｓ
ｒ、Ｎａ、Ｓｂ、Ｓｒの元素は共晶Ｓｉの微細化に寄与
する。いずれも０．００５重量％未満ではその効果が得
られない。Ｎａ、Ｓｒは０．１重量％を越えるとその効
果が飽和し、Ｓｂは０．３重量％を越えるとその効果が
飽和する。従って、Ｎａを添加する場合の添加量は０．
００５〜０．１重量％、Ｓｂを添加する場合の添加量は
０．００５〜０．３重量％、Ｓｒを添加する場合の添加
量は０．００５から０．１重量％が好ましい。なお、Ｎ
ｂ、Ｓｂ、ＳｒがＰと共存する場合には、Ｐによる初晶
Ｓｉの微細化効果が失われてしまうから、Ｐとは共存さ
せないことが望ましい。

【００３６】以上の各元素の他、溶解時の酸化防止のた
めにＢｅを１〜１００ｐｐｍ程度添加することに特に支
障はない。またその他の元素も、合計で１重量％以下程
度の微量であれば、特に遠赤外線放射特性に悪影響を及
ぼすことはない。

【００３７】次に、前述のようなＡｌ-Ｍｎ系あるいは
Ａｌ-Ｓｉ系のＡｌ合金２の基材の表面に陽極酸化処理
を施せば、その陽極酸化皮膜３は優れた遠赤外線特性を
示す。即ち、陽極酸化処理時には、Ａｌ-Ｍｎ系Ａｌ合
金の基材の場合はＡｌ-Ｍｎ系金属間化合物の析出粒子
が、また、Ａｌ-Ｓｉ系Ａｌ合金の場合は金属Ｓｉ粒子
がいずれも皮膜中にそのまま残存した状態で陽極酸化皮
膜３が成長する。そのため、皮膜中のポアの成長がＡｌ
-Ｍｎ系金属間化合物粒子もしくは金属Ｓｉ粒子に妨げ
られ、枝別れした微細なポアを有する多孔質の皮膜が生
成される。更に、陽極酸化皮膜３中にそのまま残存して
分散している微細なポアが入射光を散乱吸収し、遠赤外
線の放射特性も良好となる。

【００３８】ところで、前述したＡｌあるいはＡｌ合金
２からなる基材に機械的粗面化処理を施した後に陽極酸
化処理を施すと、基材表面の表面粗さの値がそのまま陽
極酸化皮膜３の表面粗さに表われることとなる。よっ
て、基材表面を平均粗さ０．５〜５μｍ、最大粗さ５〜
５０μｍに粗面化することにより、得られた陽極酸化皮
膜３の表面粗さも平均粗さ０．５〜５μｍ、最大粗さ５
〜５０μｍに粗面化されることになる。

【００３９】上述の太陽熱吸収板１によれば、Ａｌまた
はＡｌ合金２の表面に、微細な凹凸を有する陽極酸化皮
膜３が形成されており、この陽極酸化皮膜３は、３〜３
０μｍの波長領域における遠赤外線の全放射特性が７０
％以上と高い特性を有し、遠赤外線と熱との変換効率が
高いので、太陽光に含まれる遠赤外線をより効率よく吸
収することができる。また、この陽極酸化皮膜３は、可
視光線の吸収係数も高く、上述の遠赤外線吸収能と併せ
て、太陽光の大部分の波長の光を吸収することが可能と
なるので、太陽光照射により発生する熱量を大幅に増大
させることが可能となり、太陽光を有効に利用できる。
また、陽極酸化皮膜３の表面には、微細な凹凸が形成さ
れているために、見かけ上の表面積が増大され、また、
複雑な凹凸と複雑に枝別れしたポアとが形成され、入射
する太陽光に対する散乱吸収率を増大させることができ
る。更に、陽極酸化皮膜３の厚さが０．５μｍ以上であ
るので、充分な遠赤外線放射率が得られる。

【００４０】上述の太陽熱吸収板１は、陽極酸化皮膜３
の上に透明有機樹脂４が備えられており、この透明有機
樹脂４は、広い波長範囲における光透過性が高く、透明
度にも優れるものであるので、太陽光の大部分の波長領
域の光を透過させることが可能であり、更に、太陽光の
遠赤外線の照射によって太陽熱吸収板１に蓄積された熱
の放出を防ぐことができる。特に、透明有機樹脂４とし
て、ポリメチルメタアクリル酸樹脂等のアクリル樹脂
は、優れた光透過性を有し、熱の放出を防ぐことが可能
である。透明有機樹脂４は、その板材を陽極酸化皮膜３
上に載置したり、フィルム状の透明有機樹脂４をラミネ
ート若しくは焼付け等によって陽極酸化皮膜３上に被着
させることにより、選択吸収膜を備えた太陽熱吸収板１
を簡単に製造できる。

【００４１】上述の太陽熱吸収板１のＡｌ合金は、Ｍｎ
を０．３〜４．３重量％含有したものであり、Ａｌ-Ｍ
ｎ系金属間化合物が生成され、このＡｌ-Ｍｎ系金属間
化合物の粒子が分散された状態で陽極酸化皮膜３中に含
有されているので、入射光が散乱吸収されやすくなり、
遠赤外線の放射特性を向上させることができる。

【００４２】

【実施例】大きさ１０ｃｍ×１５ｃｍ、厚さ０．４ｍｍ
のＡｌ板（ＪＩＳ１１００品）の一面に２μｍの陽極酸
化皮膜を形成し、ブラックニッケルを陽極酸化皮膜に均
一に充填して下地材を得た。また、大きさ１０ｃｍ×１
５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍのＡｌ₆Ｍｎの微小な金属間化
合物が析出したＡｌ合金板（Ｍｎを２重量％含有するＡ
ｌ合金）の一面に、多孔質酸化皮膜である厚さ１０μｍ
の陽極酸化皮膜を形成して別の下地材を得た。更に、
Ａｌ₆Ｍｎの微小な金属間化合物が析出した大きさ１０
ｃｍ×１５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍのＡｌ板の一面に、多
孔質酸化皮膜である厚さ２５μｍの陽極酸化皮膜を形成
して別の下地材を得た。陽極酸化皮膜は、アルミニウム
板の表面にアルミナ粒子を吹き付けてブラスト処理を行
い、その後２０重量％の硫酸浴中において陽極酸化処理
することにより形成した。上述のそれぞれの下地材に、
上地材として２ｍｍの板ガラス、２ｍｍの透明なＰＭＭ
Ａの板、２ｍｍの透明なポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）
の板、１２μｍの透明なＰＭＭＡのフィルム、２０μｍ
の透明なＰＭＭＡのフィルムを重ね合わせることによ
り、実施例１〜６及び比較例１〜１２の太陽熱吸収板を
作製した。１２μｍ及び２０μｍのＰＭＭＡのフィルム
は、焼付けにより下地材上に被着した。それ以外の上地
材は単に下地材に重ね合わせた。また、下地材のみのも
のも太陽熱吸収板とした。

【００４３】これらの太陽熱吸収板の日照面の裏側にテ
ープ型熱電対を貼り付けた後に、日照面（陽極酸化皮膜
を形成させた面）を太陽の日射方向に向けて、４５゜の
角度に傾けて太陽光を照射させつつ、太陽熱吸収板の温
度を測定した。測定は、晴天日の屋外にて８時から１６
時までの間（８時間）に、１５分間隔で太陽熱吸収板の
温度を記録した。表１に記録した全ての温度値の平均値
を示す。また、１０時３０分〜１２時１５分の間の実施
例３（陽極酸化皮膜（２５μｍ）＋ポリメチルメタアク
リル酸樹脂板（２ｍｍ））と比較例１１（ブラックニッ
ケル付陽極酸化皮膜（２μｍ））の太陽熱吸収板の温度
変化を図２に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１において、実施例１〜実施例６の太陽
熱吸収板は、比較例１〜１１の太陽熱吸収板よりも、温
度が高くなっていることがわかる。また、表１において
は、比較例１２の太陽光吸収板は、実施例１〜４の太陽
光吸収板とほぼ同等の温度を示す。しかし、図２におい
て、実施例４の太陽熱吸収板は、温度の変動が小さく、
比較的安定しているのに対して、比較例１２の太陽熱吸
収板は、温度の変動が大きく、日照時間、日照状態、通
風状態等の気象条件に大きく影響されることがわかる。

【００４６】

【発明の効果】本発明の太陽熱吸収板は、ＡｌまたはＡ
ｌ合金の表面に、微細な凹凸を有する厚さが０．５μｍ
以上の陽極酸化皮膜が形成されており、太陽光に含まれ
る遠赤外線をより効率よく吸収すると共に、可視光線の
吸収効率が高く、太陽光の大部分の波長の光を吸収する
ことが可能となるので、太陽光照射により発生する熱量
を大幅に増大させることが可能となり、太陽光を有効に
利用することができる。また、微細な凹凸によって見か
け上の表面積が増大され、また、複雑な凹凸と複雑に枝
別れしたポアとが形成されているので、入射する太陽光
に対する散乱吸収率を増大させ、遠赤外線の吸収を更に
増大させることができる。

【００４７】上述の太陽熱吸収板は、陽極酸化皮膜の上
に、光透過性が高く、透明度にも優れる透明有機樹脂が
備えられており、太陽光の大部分の波長領域の光を透過
させ、更に、太陽光の遠赤外線の照射によって太陽熱吸
収板に蓄積された熱の放出を防ぐことにより、気象条件
の変化による太陽熱吸収板の温度の変動を防ぐことがで
きる。従って、本発明に係る太陽光吸収板をソーラーコ
レクター等に使用した場合は、強化ガラスを設置しなく
とも気象条件によらずに水温を安定に維持させることが
できるので、強化ガラスを備える必要がなく、ソーラー
コレクターの低価格化と軽量化を図ることができる。

【００４８】また、本発明の上述の太陽熱吸収板のＡｌ
合金は、Ｍｎを０．３〜４．３重量％含有し、Ａｌ-Ｍ
ｎ系金属間化合物が生成され、このＡｌ-Ｍｎ系金属間
化合物の粒子が分散された状態で陽極酸化皮膜中に含有
されているので、入射光が散乱吸収されやすくなり、遠
赤外線の吸収を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である太陽熱吸収板を示
す断面図である。

【図２】太陽熱吸収板の温度の経時変化を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１太陽熱吸収板２ＡｌまたはＡｌ合金３陽極酸化皮膜４透明有機樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤裕東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者高原克二東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者馬場規泰東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者岡田宏東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者岩泉泰東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＡｌまたはＡｌ合金の表面に、微細な凹
凸を有する陽極酸化皮膜が形成され、更に、前記陽極酸
化皮膜の表面に透明な有機樹脂が備えられ、前記陽極酸
化皮膜の厚さが０．５〜４５μｍであることを特徴とす
る太陽熱吸収板。
【請求項２】請求項１に記載の太陽熱吸収板であっ
て、前記透明有機樹脂がアクリル樹脂であることを特徴
とする太陽熱吸収板。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の太陽熱
吸収板であって、前記Ａｌ合金が、Ｍｎを０．３〜４．
３重量％含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる
ことを特徴とする太陽熱吸収板。