WO2010004954A1

WO2010004954A1 - ミラー構造体

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Publication number: WO2010004954A1
Application number: PCT/JP2009/062283
Authority: WO
Inventors: 一夫石田; 伸芳森
Original assignee: コニカミノルタオプト株式会社
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2010-01-14
Also published as: CN101743490A; EP2187245A1; JPWO2010004954A1; US8292443B2; US20100182709A1; AU2009251105A1

Abstract

　良好な効率で入射光を反射でき、且つ信頼性に優れたミラー構造体を提供する。　ミラー構造体は、入射する最大放射照度が５ｋＷ/ｍ²以上の環境下で使用し、面積が０．２ｍ^２以上のミラー構造体であって、　ミラーと、支持体と、該ミラーと該支持体とを接着する樹脂製接着シートとを有し、　前記ミラーは板状の基材の少なくとも入射光側面に誘電体多層膜が形成されており、前記ミラーの平均反射率は入射光の波長が４００～１０００ｎｍの範囲で９５％以上であることを特徴とする。

Description

ミラー構造体

　本発明は、ミラー構造体に関し、特に高強度な入射光を反射させるのに好適なミラー構造体に関する。

　化石燃料を燃やして発電する火力発電は設備コストが比較的低く、発電所の設置制限が緩やかなため、世界中で広く用いられている。ところで、地球に温暖化をもたらすとされるＣＯ₂（二酸化炭素）の排出量は年々増え続けており、地球環境保護の観点からＣＯ₂の削減が急務となっているという実情がある。また、埋蔵されてる化石燃料は有限であるから、火力発電に代わるエネルギー生成技術が確立する前に枯渇しないよう、節約して利用すべきである。このため、火力発電を補う他の発電技術が求められているが、原子力発電や水力発電は、発電所の設置場所が制限されるため、使いにくいという問題がある。

　一方、環境に負荷を与えないクリーンなエネルギーとして、太陽光エネルギーが注目されている。太陽光をエネルギーに変える方法としては、一般的に太陽電池が知られている。しかしながら、現在の技術では太陽電池の発電コストが、その他に比べて比較的高いという実情がある。

　これに対し、比較的低コストで太陽光を直接エネルギーとして利用することも考えられている。特許文献１には、太陽光を集光して熱エネルギーに変え、その熱エネルギーを電気に変える技術が開示されている。より具体的には、タワーの周囲に配置した多数の反射鏡（ヘリオスタット）により反射された太陽光を、タワー上に設けた集光鏡を介して熱交換器に集光させて加熱し、熱交換器で得られた熱エネルギーを発電装置に送って発電する技術である。

特開平１１－１１９１０５号公報

　ところで、多数のヘリオスタットからの入射光を受ける集光鏡においては、入射光の光強度が非常に高くなる。従って、集光鏡を支持する際に、鏡の周囲から爪を反射面側に突き出して支持する構造では、入射光によって爪が加熱されてしまい、支持構造の耐熱性の問題や、熱変換効率が低下するなどの問題を招く恐れがある。これに対し、支持体にミラーの裏面を接着することを考えた場合、鏡が１００％の反射率を有すれば理論上熱の問題は回避できる。しかるに、現実的に１００％の反射率を実現するミラーの製作は困難であり、よって反射されなかった入射光がミラーに吸収されて熱に変換されると、鏡を高温に加熱することとなる。しかしながら、耐熱性を有する接着テープは高価であり、また例えば２００℃以上の超高温で用いられる接着テープは使用が制限されるため、どのようにして集光鏡を支持するかという問題がある。

　本発明は、かかる問題点に鑑みて成されたものであり、良好な効率で入射光を反射でき、且つ信頼性に優れたミラー構造体を提供することを目的とする。

　本発明のミラー構造体は、入射する最大放射照度が５ｋＷ/ｍ²以上の環境下で使用し、面積が０．２ｍ^２以上のミラー構造体であって、
　ミラーと、支持体と、該ミラーと該支持体とを接着する樹脂製接着シートとを有し、
　前記ミラーは板状の基材の少なくとも入射光側面に誘電体多層膜が形成されており、前記ミラーの平均反射率は入射光の波長が４００～１０００ｎｍの範囲で９５％以上であることを特徴とする。

　本発明によれば、前記ミラーは、板状の基材の少なくとも入射光側面に誘電体多層膜を形成しているので、入射光側面を反射面とすることで前記基材内を入射光が通過することが抑制され、これにより入射光の吸収を抑え、前記ミラーの加熱を抑制することができるから、比較的耐熱性は低いが強力な接着強度を有すると共に接着層厚さを均一にできる樹脂製接着テープを用いることが出来、これにより低コストでありながら良好な反射特性を有するミラー構造体を形成できる。又、前記ミラーの平均反射率は、入射光の波長が４００～１０００ｎｍの範囲で９５％以上であるので、例えば太陽光中において光量の多い波長範囲である４００～１０００ｎｍの光を、高反射率のミラーで反射することで前記基材内部での吸収損失量を抑制し、反射波長範囲を狭くすることで少ない層構成の誘電体多層膜で光の利用効率が高いミラーを得られ、コストと反射特性の最適化を行える。尚、誘電体多層膜とは、基板上に高屈折率層と低屈折率層とを重ね合わせたものであり、例えば、特開２００５－２９２４６２号公報に記載されている。

　請求項２に記載のミラー構造体は、請求項１に記載の発明において、複数の前記樹脂製接着シートが離散配置され、前記樹脂製接着シートにより形成される接着領域の隣接する２つの接着領域間の最短間隔をＤ、前記基材の比重をＳρ、前記基材のヤング率をＥ、前記基材の厚みをｔとしたとき、下記の条件式を満足することを特徴とする。

　０．０５×³√（Ｅｔ²／Ｓρ）＜Ｄ＜０．２×³√（Ｅｔ²／Ｓρ）　（１）
　前記ミラーの入射光側面が重力方向下方に向いている場合、前記ミラーは裏面の樹脂製接着シートにより、部分的に支持されることとなる。かかる場合、接着されていない部分は、自重により下方に撓むこととなる。ここで、Ｄが条件式（１）の上限を上回ると、ミラーでの反射光線の到達位置のずれが１％以上となって好ましくない。Ｄが条件式（１）の下限を下回ると、樹脂製接着シートの数が増加して接合作業量が増し、原価高になる。

　請求項３に記載のミラー構造体は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記樹脂製接着シートの耐熱温度は１２０℃以上２００℃以下であることを特徴とする。

　前記ミラーの平均反射率は入射光の波長が４００～１０００ｎｍの範囲で９５％以上であるので、比較的耐熱性が低い代わりに接着強度が強い樹脂製接着シートを用いることができる。このような樹脂製接着シートとして、構造用接合テープ又はアクリルフォーム両面接着テープを用いることが出来、具体的な製品としては例えば住友スリーエム株式会社の商品名「ＶＨＢ」がある。

　また、耐熱性は高いほどよいが、本ミラーは温度上昇を抑制できる構造体であり、経済性の見地から２００℃以下であることが望ましい。

　請求項４に記載のミラー構造体は、請求項１～３の何れか１項に記載の発明において、前記樹脂製接着シートの破断伸び率が４００％以上である場合において、前記支持体の表面を構成している表面板の線膨張率をＡ、前記基材の線膨張率をＢ、前記樹脂製接着シートの厚さをτとしたとき、下記の条件式を満足することを特徴とする。

　１０×１０^-6／Ｋ＜Ａ＜２０×１０^-6／Ｋ　　　（２）
　３×１０^-6／Ｋ＜Ｂ＜９×１０^-6／Ｋ　　　　　（３）
　０．３（ｍｍ）＜τ＜２．０（ｍｍ）　　　　（４）
　条件式（２）、（３）を満たせば、前記表面板と前記基材との線膨張差が小さくなり、条件式（４）の厚みの前記樹脂製接着シートを用いた場合でも、線膨張差に起因した温度上昇による平面性の低下を抑制できる。

　また、τが条件式（４）の上限を上回ると、風の影響等の外力によって前記表面板と前記ミラーとの間隔が伸びて好ましくなく、τが条件式（４）の下限を下回ると、接着強度が低下する。

　請求項５に記載のミラー構造体は、請求項１～４の何れか１項に記載の発明において、前記ミラーは、入射光線方向から見たときに、前記支持体の全てを覆っていることを特徴とする。

　これにより、前記支持体が高強度の入射光線に曝されて加熱することを抑制できる。

　請求項６に記載のミラー構造体は、請求項１～５の何れか１項に記載の発明において、前記ミラーと前記支持体に接着する前記樹脂製接着シートの接着部分の面積が全面積の５％以上２０％以下で前記接着部分は分散しており、１箇所あたりの接着部分の小さい方の幅が５０ｍｍ以下であることを特徴とする。

　前記ミラーの面積が０．２ｍ²以上である場合、多数の小面積のミラーを貼り合わせて製作するよりも効率的に集光鏡を製作できるので好ましい。しかるに、このような大型のミラーは、真空槽等に収容することが困難であるので、大気圧下で前記表面板との接着を行うことが望ましい。かかる場合、前記樹脂製接着シートと密着する接着部分の面積が全面積の５％以上２０％以下で、前記接着部分は分散しており、１箇所あたりの接着部分の小さい方の幅が５０ｍｍ以下であると、接着工程が容易になり、用いる樹脂製接着シートの量も低減され、低コスト化に貢献する。

　請求項７に記載のミラー構造体は、請求項１～６の何れか１項に記載の発明において、前記表面板の線膨張率は１２×１０^-6／Ｋより小さく、前記基材の線膨張率は３×１０^-6／Ｋより大きいことを特徴とする。

　前記ミラーの表面に塵埃等が付着して汚れた場合、入射光が吸収されて発熱源となるため、前記ミラーを構成する基材と、その裏面に貼り付けられた前記支持体の表面板では、温度差が生じ、前記支持体の方が低温となる。このように所定の温度差が生じた場合、前記表面板の線膨張率を、１２×１０^-6／Ｋより小さくし、前記基材の線膨張率を、３×１０^-6／Ｋより大きくすることで、前記表面板と前記ミラーの実際の線膨張差は小さくなり、ミラー面に歪みが生じることを抑制できる。

　なお、前記ミラーにおける入射光側面の反射率が、入射光の波長が４００～２０００ｎｍの範囲で９５％以上であることが望ましい。これにより、例えば太陽光の殆どの波長範囲である４００～１０００ｎｍの光を、高反射率のミラーで反射することで前記基材内部での吸収損失量を抑制できる。

　また、前記ミラーにおける前記入射光側面の反射率が、入射光の波長が４００～１０００ｎｍの範囲で９５％以上であり、前記ミラーにおける前記入射光側面とは反対側の面の反射率が、入射光の波長が１０００～２０００ｎｍの範囲で９５％以上であり、且つ前記基材は光透過性を有し、その厚さが３ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、例えば太陽光中において光量の多い波長範囲である４００～１０００ｎｍの光は、前記ミラーの表面の前記誘電体多層膜で反射させ、それ以外の波長の範囲である１０００～２０００ｎｍの光は、前記基材が３ｍｍ以下と薄い前記ミラーの裏面で反射させるように、反射する入射光の波長範囲を分担することで、安価に形成できる前記誘電体多層膜を用いながらも、広帯域の入射光を反射し、光の吸収を抑えたミラー構造体を提供できる。

　また、前記支持体は、ハニカムコアと、該ハニカムコアに固定された表面板とを有し、前記樹脂製接着シートは、前記ミラーと前記表面板とを接着していることが望ましい。これにより、前記ハニカムコアは軽量で高剛性を有するため、前記ミラーの平面性を確保するのに有効である。

　また、前記樹脂製接着シートの破断伸び率が４００％以上で、前記基材はガラス製であり、その厚さが０．５ｍｍ以上であることが望ましい。これにより、前記ハニカムコアに前記表面板を固定した支持体は、前記表面板の平面性が比較的良好となるが、それでもハニカムコアの周期に対応する小さな周期での小うねりが前記表面板に残る場合がある。しかるに、堅い接着剤を用いて前記ミラーを前記表面板に接合すると、前記ミラーがこのうねりに倣ってしまい、前記ミラーの表面にうねりが転写される恐れがある。これに対し、破断伸び率が４００％以上の樹脂製接着シートと、０．５ｍｍ厚以上のガラス製の基材を有するミラーとを接合すると、樹脂製接着シートがこのうねりを吸収して、前記ミラーの平面性に与える影響を抑制できる。

　また、前記表面板はステンレス製であることが望ましい。これにより、一般的にステンレスはアルミ等と比較して弾性限界が高く、荷重がかかっても形状の永久変形が起こりにくく、更に表面の平滑性が良く、鉄にくらべ錆にくいという特性を有するので、前記支持体に用いるのに好適である。特に、ステンレスは樹脂製接着シートとの相性が良く、ステンレスに対する接着力がアルミに対する接着力に対して１．２倍程度高くできるという利点がある。尚、ステンレス製の表面板の板厚は、０．６ｍｍ～１．２ｍｍであると好ましい。

　また、前記ミラーの最小部分の幅をＷｍｉｎとし、前記支持体の厚さをｔとし、前記支持体の平均密度をρ（ｇ／ｃｍ³）とすると、以下の条件式を満足することが望ましい。

　０．５（ｇ／ｃｍ³）　＜　ρ　＜　１（ｇ／ｃｍ³）　　　（５）
　０．０１　＜　ｔ³／Ｗｍｉｎ² ＜　０．０５　　　　　　（６）
　これにより、平均密度ρを高くすると前記支持体の強度が上がるが、条件式（５）の上限を超えると重量増となる。逆に、条件式（５）の下限を下回る程に平均密度ρが小さいと、強度不足を招くこととなる。よって、条件式（５）を満たす平均密度が望ましい。また、条件式（６）は、前記ミラーの大きさに応じた前記支持体の厚さｔを規定したものであり、値ｔ³／Ｗｍｉｎ²が条件式（６）の下限を下回らないと、風荷重等に対する十分な強度を持つので好ましい。また、値ｔ³／Ｗｍｉｎ²が条件式（６）の上限を超えないようにすると保持しやすい重量となるので好ましい。

　また、複数の前記樹脂製接着シートが間隔をあけて配置され、前記ミラーと前記表面板とを接着していることが望ましい。これにより、前記ミラーと前記表面板との接合を全面接着で行うと、気泡が間に封止されてしまい前記ミラーの平面性を低下させる恐れがある。これに対し、複数の前記樹脂製接着シートを間隔をあけて配置すれば、隙間を介して空気が逃げるので、前記ミラーと前記表面板との間に気泡が封止されることがなく、前記ミラーの平面性を確保できる。

　また、前記ミラーの最大部分の幅をＷｍａｘとし、前記表面板と前記基材の線膨張率差をΔβとし、前記樹脂製接着シートの厚さをτとをすると、以下の条件式を満足することが望ましい。

　１００　＜　τ／（Ｗｍａｘ・Δβ）　＜　５００　　　（７）
　これにより、τ／（Ｗｍａｘ・Δβ）が条件式（７）の下限を上回ると、１００℃の温度上昇が発生しても、ハニカムとミラー基材の線膨張差が接着シートの伸びにより吸収され、前記ミラーの表面の変形を抑制できる。一方、τ／（Ｗｍａｘ・Δβ）が条件式（７）の上限を下回ると、必要以上に前記樹脂製接着シートが厚くならず、外圧による圧縮方向、引っ張り方向の変形量が小さくなり、前記ミラーの表面精度を保つことができる。

　本発明によれば、良好な効率で入射光を反射でき、且つ信頼性に優れたミラー構造体を提供することができる。

本発明にかかるミラー構造体を用いた太陽光集光システムの斜視図である。本発明にかかる太陽光集光システムを側方から見た図である。ヘリオスタット５の斜視図である。図３の構成を矢印IV-IV線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。図３の構成を矢印V-V線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。集光鏡と凹面鏡との焦点位置関係を示す図である。筒状の集光鏡の断面図である。集光鏡１の概略斜視図である。集光鏡１に用いることができるミラーＭの断面図である。変形例にかかるミラーＭの断面図である。集光鏡１の一部断面図である。ミラー構造体ＯＳを支柱側から見た図である。図１２のミラー構造体ＯＳを矢印XII方向に見た図である。ミラー構造体ＯＳを分解して示す図である。樹脂製接着シートＶＨＢの分布パターン例を示す図である。樹脂製接着シートＶＨＢの分布パターン例を示す図である。樹脂製接着シートＶＨＢの分布パターン例を示す図である。Ｃｕを素材とする金属蒸着膜と誘電体多層膜とを形成した実施例において、入射角２０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。Ｃｕを素材とする金属蒸着膜と誘電体多層膜とを形成した実施例において、入射角５０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。Ａｕを素材とする金属蒸着膜と誘電体多層膜とを形成した実施例において、入射角２０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。Ａｕを素材とする金属蒸着膜と誘電体多層膜とを形成した実施例において、入射角５０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。Ａｌを素材とする金属蒸着膜と誘電体多層膜とを形成した実施例において、入射角２０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。Ａｌを素材とする金属蒸着膜と誘電体多層膜とを形成した実施例において、入射角５０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。３７層の誘電体多層膜を形成した実施例において、入射角２０度及び５０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。樹脂製接着シートＶＨＢの小片を幅５０ｍｍ以下の細長いパターンとし、小片数を減らしたパターンの図である。樹脂製接着シートＶＨＢの小片を幅５０ｍｍ以下の細長いパターンとし、小片数を減らしたパターンの図である。図２７は、分散配置される７種の樹脂製接着シートＶＨＢの小片のパターンを異ならせた図である。図２７（Ａ）に示すパターンの小片を分布させた一例の図である。図２７（Ｂ）に示すパターンの小片を分布させた一例の図である。図２７（Ｂ）に示すパターンの小片を分布させた一例の図である。隣接する２つの樹脂製接着シートに支えたれた基材の最大撓み角を示す図である。 θ_ｍａｘとＤ／³√（Ｅｔ²／Ｓρ）の関係を示すグラフである。樹脂製接着シートの数とＤ／³√（Ｅｔ²／Ｓρ）の関係を示すグラフである。

　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態をさらに詳細に説明する。図１は本発明にかかるミラー構造体を用いた太陽光集光システムの斜視図である。図２はかかる太陽光集光システムを側方から見た図である。図１，２において、第２光学素子である比較的大径の集光鏡１は、複数枚の平面状のミラー構造体を楕円形状に沿って組み合わせてなり、３本の支持タワー２により所定の高さ位置に、反射面を下向き状態にして保持されている。集光鏡１の下方には、太陽光Ｌを熱エネルギーに変換するための熱交換器を収容した熱交換施設３が建設されており、該熱交換施設３の上部には、筒状の集光鏡４が設置されている。そして、熱交換施設３の周囲の地上には、集光鏡１を取り囲んだ状態で、多数のヘリオスタット５が設けられている。集光鏡１には、入射する最大放射照度５ｋＷ／ｍ²以上の光が入射するようになっている。

　図３は１つのヘリオスタット５の斜視図である。図４は図３の構成を矢印IV-IV線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。図５は図３の構成を矢印V-V線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。

　図３，４において、地上に設置され垂直に延在するヘリオスタット５の支柱６の上部には、フォーク７が取り付けられ、支柱６に対して方位角方向（Ａ方向）へ回転変位自在となっている。支柱６の上端周囲にリング状レール８が設けられている。また、フォーク７の下面において、支柱６をはさんで対向する位置には、それぞれ回転プーリ９が回転可能に取り付けられており、該回転プーリ９に隣接して、スプリングＳにて回転プーリ９側に付勢された押さえプーリ１０が設けられている。リング状レール８は、この回転プーリ９と、押さえプーリ１０との間に挟持されている。一対の回転プーリ９には、モータ１１により回転するタイミングベルト１２が掛け回されており、一対の回転プーリ９が同期して回転するようになっている。モータ１１が駆動されると、タイミングベルト１２を介して回転プーリ９が回転し、フォーク７が方位角方向へ回転する。このとき、押さえプーリ１０により、リング状レール８を押さえ付けているため、フォーク７は安定した回転を行うことができる。

　フォーク７の上端には、仰角方向（Ｂ方向）へ回転変位自在となるように、第１光学素子である凹面鏡１３が保持されている。矩形板状の凹面鏡１３は、曲面（非球面、放物面等を含む）である反射面を有するが、この反射面は平面であっても良い。

　凹面鏡１３の裏側には、円形パイプ１４が固定されている。図４に示すように、凹面鏡１３の対向する二辺の中央において、円形パイプ１４に回転軸１５がそれぞれ軸線を合わせて固定されている。水平に延在する一対の回転軸１５は、フォーク７の上端に枢支されており、従って凹面鏡１３は、回転軸１５の軸線回りに仰角方向へ回転変位可能となっている。

　一方、図５に示すように、回転軸１５がある二辺とは異なる二辺の中央には、円弧状レール１６の両端が固定されている。フォーク７の中央部底面には、回転プーリ１７と、スプリング（不図示）にて付勢された押さえプーリ１８が、２組設けられており、各回転プーリ１７と押さえプーリ１８とで、円弧状レール１６が挟持されている。更にフォーク７には、両方の回転プーリ１７に係合するようにして、動力プーリ１９が設けられており、この動力プーリ１９に、モータ２０から動力を伝達されるタイミングベルト２１が掛け回されている。モータ２０が駆動されると、タイミングベルト２１を介して回転プーリ１９及び回転プーリ１７が回転し、それにより円弧状レール１６が相対移動して、凹面鏡１３が回転軸１５を中心にして、仰角方向へ回転変位できるようになっている。尚、ヘリオスタット５の調整をし易くするために、反射鏡１３の一部に赤いシール（色付け部）等を貼り付けて、光の進む方向を目視確認できるようにしても良い。尚、シールは調整後に取り外すと更に良い。

　ヘリオスタット５の凹面鏡１３の高さは、中央の集光鏡１から離れるにしたがって順次高くなっている。これは、太陽光の反射時に凹面鏡１３同士が影になり遮光ロスが生じないようにするためである。

　また、図３において、ヘリオスタット５の支柱６に取り付けられたアーム２２を介して、センサ２３が固定されている。センサ２３は、太陽光Ｌの入射方向を検出するために用いられる。即ち、センサ２３から出力された信号により、モータ１１、２０が制御されて、凹面鏡１３で反射された太陽光Ｌが常に集光鏡１の第１焦点ｆ1 （図６参照）に向かうようになっている。これにより、時間経過に従い太陽光Ｌの入射方向が変化しても、凹面鏡１３からの太陽光Ｌを確実に集光鏡１の第１焦点ｆ1 側へ反射することができる。各凹面鏡１３から集光鏡１に向かって反射され、更に集光鏡１で反射された太陽光は、集光鏡４に向かうこととなる。

　この集光鏡４の内部で反射を必要とする光は、光のロスを考えると、図７に示すように、上部開口３０から入射して、１回の反射だけで、より径が絞られた下部開口３１から出るようにするのが好ましいが、内部で２回以上反射するような小さい幅の下部開口３１にすることも自由である。下部開口３１から出た太陽光Ｌは、熱交換施設３内へ送られ、所定の熱交換機によって熱エネルギーに変換され、その熱エネルギーを利用して発電することができる。

　図８は、集光鏡１の概略斜視図である。集光鏡１は、平面状のミラーを有する板状のミラー構造体ＯＳを、複数個曲面に沿って点対称に並べた形状を有する。

　図９に、ミラー構造体ＯＳに用いるミラーＭの断面図を示す。理解しやすいように、基材の厚さに対して膜厚は実際より厚く描いている。反射膜として、平行平板であるガラス製の基材ＳＳにおいて、太陽光が入射する側の面に、誘電体多層膜ＤＦと金属蒸着膜ＭＶとを、入射側からこの順序で形成している。ここで、誘電体多層膜ＤＦは、短波長帯域のみ、光の反射率が高くなっている。従って、太陽光がミラーＭに入射したときに、そのうち短波長帯域（４００ｎｍ～１０００ｎｍ）の光Ｌ１は、誘電体多層膜ＤＦで反射され、一方、それ以外の長波長帯域（１０００ｎｍ～２０００ｎｍ）の光Ｌ２は、誘電体多層膜ＤＦを通過し、金属蒸着膜ＭＶで反射して、更に誘電体多層膜ＤＦを通過して出射する。これにより、４００ｎｍ～２０００ｎｍの広帯域での高い反射率（９５％以上）を確保することができると共に、基材ＳＳに太陽光が到達することを抑制し、ミラーＭが加熱することを抑制できるので、集光鏡１に好適である。尚、金属蒸着膜ＭＶを設けることなく、誘電体多層膜ＤＦで９５％以上の反射率を実現するようにしても良い。

　図１０は、変形例にかかるミラー構造体ＯＳに用いるミラーＭの断面図である。本変形例では、金属蒸着膜ＭＶをミラーＭの裏面（入射光側面と反対側の面）に形成している。基材ＳＳの厚さは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であると好ましい。太陽光がミラーＭに入射したときに、そのうち短波長帯域（４００ｎｍ～１０００ｎｍ）の光Ｌ１は、誘電体多層膜ＤＦで反射され、一方、それ以外の長波長帯域（１０００ｎｍ～２０００ｎｍ）の光Ｌ２は、誘電体多層膜ＤＦを通過し、基材ＳＳを通過して反対側の面の金属蒸着膜ＭＶで反射して、更に基材ＳＳ及び誘電体多層膜ＤＦを通過して出射する。これにより、トータルで４００ｎｍ～２０００ｎｍの広帯域での高い反射率（９５％以上）を確保することができる。

　図１１は、集光鏡１の一部断面図である。支柱ＰＬによって支持されたミラー構造体ＯＳの入射側の面（重力方向下方側に向いた面）には、ミラーＭが取り付けられている。隣接するミラーＭ間には隙間が存在せず、入射光が支柱ＰＬ側に侵入することはない。ミラーＭの反射光の中心は、ほぼ第１焦点ｆ１を通過する。従って、凹面鏡１３から、ミラーＭに入射する太陽光Ｌの入射角を、それぞれθ１，θ２，θ３とすると、時間経過に従い太陽光Ｌの入射方向が変化しても、入射角θ１，θ２，θ３は殆ど変化しない。よって、かかる入射角θ１，θ２，θ３に対応するようにして、ミラー構造体ＯＳの設計を行えば、誘電体多層膜の膜厚が厚くても、所望の光学特性を発揮させることが可能となる。又、集光鏡１は、図１，２に示すように、反射面を重力方向下方に向けて設置されるので、雪、あられ、塵埃などの落下物により誘電体多層膜を傷つける恐れが少なく、長期間にわたって安定した光学特性を発揮できる。

　図１２は、ミラー構造体ＯＳを支柱側から見た図であり、図１３は、図１２のミラー構造体ＯＳを矢印XII方向に見た図であり、図１４は、ミラー構造体ＯＳを分解して示す図である。図１４において、ミラー構造体ＯＳは、アルミ製のハニカムコアＨＣを、ステンレス製の表面板ＰＴ１、ＰＴ２で挟持し、接着して支持体とし、更に入射光側の表面板ＰＴ１に、樹脂製接着シートＶＨＢを用いてミラーＭを貼り付けてなる。反対側の表面板ＰＴ２には、図１２に示すように、支柱取り付け用の円盤状取付座ＢＳが接合されている。本実施の形態によれば、ミラーＭは樹脂製接着シートＶＨＢのみにより自重を支持されており、その入射面側に支持部材を回り込ませる必要がなく、ミラー構造体ＯＳの加熱を抑制するようになっている。

　ミラーＭは、１ｍ×１ｍの寸法（すなわちＷｍｉｎ＝１ｍ、Ｗｍａｘ＝１．４１ｍ）を有し、更に同一又は相似形状の表面板ＰＴ１、ＰＴ２及びハニカムコアＨＣの寸法は、それより小さくなっているため、入射光の方向から見てミラーＭに覆われている。ミラーＭの厚さは２ｍｍである。また、表面板ＰＴ１、ＰＴ２の厚さは、それぞれ０．８ｍｍであり、これにハニカムコアＨＣを合わせた支持体の厚さｔは２５ｍｍであり、樹脂製接着シートＶＨＢの厚さτは１ｍｍである。

　以下に、前述の各条件式の好ましい値を示す。

　条件式（１）：Ｄ＝20cm　　、³√（Ｅｔ²／Ｓρ）＝218cm
　条件式（２）：Ａ＝10.4×10^-6/K
　条件式（３）：Ｂ＝8×10^-6/K
　条件式（４）：τ＝１．０ｍｍ
　条件式（５）：ρ＝0.68ｇ/cm³
　条件式（６）：ｔ³／Ｗｍｉｎ²＝0.016
　条件式（７）：τ／（Ｗｍａｘ・Δβ）＝296
　図１５～１７は、樹脂製接着シートＶＨＢの分布パターンを示す図である。図１５に示す例においては、線状にカットした樹脂製接着シートＶＨＢを、間隔をあけて山形に配置してなり、図１６に示す例においては、矩形状にカットした樹脂製接着シートＶＨＢの小片を、千鳥状にして縦横に並べたものであり、図１７に示す例においては、矩形状にカットした樹脂製接着シートＶＨＢの小片を、放射状に並べたものである。いずれの例においても、ミラーの面積が０．２ｍ²以上ある場合、樹脂製接着シートＶＨＢと密着する接着部分の面積が全面積の５％以上２０％以下で、１箇所あたりの接着部分の小さい方の幅が５０ｍｍ以下であると好ましい。

　また、図２５は図１６の樹脂製接着シートＶＨＢの小片を幅５０ｍｍ以下の細長いパターンとし、小片数を減らしたパターンであり、接合作業時間を短縮できるので、製造費用削減に効果がある。

　更に、図２６は図２５と同様に小片数を減らしたパターンであり、製造費用削減に効果がある。

　ここで、広い面積の樹脂製接着シートＶＨＢを使用すると、接合面内に気泡が入り易く、接着面積が小さくなり、接着力低下や昇温による気泡の膨張で接着面積が更に小さくなって所望の接着力が得られない。更に、接着面レベルが変化することになり、平面性が悪化する。これらの問題に対して、通常は真空槽内で接着しているが、広い面積で接着するには大きな真空槽を必要とし、原価高になるという欠点がある。

　図２７は、樹脂製接着シートＶＨＢの面積を小さくして分散配置した７種のパターン図である。このように樹脂製接着シートＶＨＢの小片が密集して形成されている領域、具体的には樹脂製接着シートＶＨＢの小片が密集して単位面積当たりに占める樹脂製接着シートＶＨＢの接着部の面積の比率（接着面積率）が３０％以上となっている領域を接着領域と称し、図２７の接着領域は全て４０ｍｍ×６０ｍｍである。また、７種のパターンは接着領域内の接着剤が占める面積が各々異なっている。各小片において、図２７（Ａ）は接着面積率１００％の図、図２７（Ｂ）は接着面積率７５％の図、図２７（Ｃ）は接着面積率６０％の図、図２７（Ｄ）は接着面積率４０％の図、図２７（Ｅ）は接着面積率６０％の図、図２７（Ｆ）は接着面積率５０％の図、図２７（Ｇ）は接着面積率７１％の図である。

　また、図２８は図２７（Ａ）に示すパターンの小片を分布させた一例であり、図２９、３０は図２７（Ｂ）に示すパターンの小片を分布させた一例である。

　そして、図２７（Ｂ）～図２７（Ｇ）のパターンを用いることにより、前記表面板と前記ミラーを接合する際に接着領域内の気泡が更に逃げやすくなり、前記表面板と前記ミラーとの間の気泡が封止されることがなく、前記ミラーの平面性を確保できる。

　次に、前述の条件式（１）について詳細に説明する。

　図２８，２９，３０に示すように、隣接する２つの樹脂製接着シートＶＨＢの間隔をＤとする。図３１に示すように、間隔Ｄで支えたれた基材ＳＳの撓み角は支持点即ち両端で最大となり、これをθ_ｍａｘとすると、以下の式で表せる。

　θ_ｍａｘ＝ｗＤ^３／２４ＥＩ・・・（８）
　但し、ｗは間隔方向の単位長さあたりの基材ＳＳの重量、Ｅは基材ＳＳのヤング率、Ｉは基材ＳＳの断面２次モーメントである。

　基材ＳＳの比重をＳρ、基材ＳＳの厚さをｔ、基材ＳＳの奥行きをｂとすると、以下の式で表せる。

　ｗ＝Ｓρｔｂ・・・・・・・・・（９）
　また、基材ＳＳの断面２次モーメントＩは以下の式で表せる。

　Ｉ＝ｂｔ^３／１２・・・・・・・（１０）
　式（９），（１０）を式（８）に代入すると、θ_ｍａｘは以下のように表せる。

　θ_ｍａｘ＝ＳρＤ^３／２Ｅｔ^２＝１／２｛Ｄ／³√（Ｅｔ²／Ｓρ）｝^３
　図３２に示すように、θ_ｍａｘの変化の様子はＤの３乗に比例するためＤの増加と共に急増する。

　ミラーＭが撓み角θで傾くと、その部分での反射光の角度は２θずれることになり、ミラーＭから距離ｘの位置での光線の到達位置のずれは２θｘとなる。到達位置のずれは１％以内であることが望ましく、このためには２θ＜０．０１ラジアン、即ちθ＜０．００５ラジアンとする必要がある。

　従って、余裕をみて以下の範囲に選択することが望ましい。

　Ｄ／³√（Ｅｔ²／Ｓρ）＜０．２
　一方、隣接する樹脂製接着シートＶＨＢの間隔Ｄを小さくすると、樹脂製接着シートＶＨＢの数は等方的な分布であると仮定すると、図３３に示すようにＤ^２に反比例して増加する。

　Ｄ／³√（Ｅｔ²／Ｓρ）＜０．０５とすると、例えば０．０５を０．０４とするだけで、樹脂製接着シートＶＨＢの数は１．６倍となる。樹脂製接着シートＶＨＢの増加は接着作業量の増加を招き、原価高になる。

　従って、下記の条件式（１）の範囲にすることが望ましい。

　０．０５×³√（Ｅｔ²／Ｓρ）＜Ｄ＜０．２×³√（Ｅｔ²／Ｓρ）　（１）
（実施例１）
　表１に、ミラーに好適な実施例に用いる誘電体多層膜の膜厚データを示す。図１８は、ガラス製の基材の入射面に、表１に示す誘電体多層膜を形成し、Ｃｕを素材とする金属蒸着膜を基材の入射面とは反対側の面に形成した実施例において、入射角２０度で光を入射させた際の反射特性を示す図であり、図１９は、同じ実施例において、入射角５０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。図２０は、ガラス製の基材の入射面に、表１に示す誘電体多層膜を形成し、Ａｕを素材とする金属蒸着膜を基材の入射面とは反対側の面に形成した実施例において、入射角２０度で光を入射させた際の反射特性を示す図であり、図２１は、同じ実施例において、入射角５０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。図２２は、ガラス製の基材の入射面に、表１に示す誘電体多層膜を形成し、Ａｌを素材とする金属蒸着膜を基材の入射面とは反対側の面に形成した実施例において、入射角２０度で光を入射させた際の反射特性を示す図であり、図２３は、同じ実施例において、入射角５０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。誘電体多層膜とＡｌ金属蒸着膜を組み合わせた実施例では、平均反射率は入射光の波長が４００～１０００ｎｍの範囲で９５％以上、１０００～２０００ｎｍの長波長域で平均反射率が９０％以上であった。それ以外の実施例では、誘電体多層膜と金属蒸着膜との組み合わせで、入射光の波長４００～２０００ｎｍの広帯域にわたって９５％以上の平均反射率を得ることができた。

（実施例２）
　表２に、ミラーに好適な実施例に用いる誘電体多層膜の膜厚データを示す。図２４は、ガラス製の基材の入射面に、表１に示す実施例と比較例の誘電体多層膜を形成した場合において、入射角２０度及び５０度で光を入射させた際の反射特性を示す図である。図２４より明らかであるが、実施例の誘電体多層膜を用いた場合、４００～２０００ｎｍの広帯域にわたって９５％以上の平均反射率を有する。尚、実施例の誘電体多層膜における高屈折率層（Ｓｉ）は、入射光の波長０．８μｍ～２．４μｍの範囲内で、屈折率が４．０６～３．５３であり、低屈折率層（ＳｉＯ₂）は、入射光の波長０．８μｍ～２．４μｍの範囲内で、屈折率が１．４５～１．４３である。

　以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

　１　集光鏡
　２　支持タワー
　３　熱交換施設
　４　集光鏡
　５　ヘリオスタット
　６　支柱
　７　フォーク
　８　リング状レール
　９　回転プーリ
　１０　押さえプーリ
　１１　モータ
　１２　タイミングベルト
　１３　凹面鏡
　１４　円形パイプ
　１５　回転軸
　１６　円弧状レール
　１７　回転プーリ
　１８　押さえプーリ
　１９　動力プーリ
　２０　モータ
　２１　タイミングベルト
　２２　アーム
　２３　センサ
　３１　下部開口
　ＨＣ　ハニカムコア
　Ｌ　太陽光
　Ｍ　ミラー
　ＯＳ　ミラー構造体
　ＰＴ１，ＰＴ２　表面板
　ＳＳ　基材
　ＶＨＢ　樹脂製接着テープ

Claims

　入射する最大放射照度が５ｋＷ/ｍ²以上の環境下で使用し、面積が０．２ｍ^２以上のミラー構造体であって、
　ミラーと、支持体と、該ミラーと該支持体とを接着する樹脂製接着シートとを有し、
　前記ミラーは板状の基材の少なくとも入射光側面に誘電体多層膜が形成されており、前記ミラーの平均反射率は入射光の波長が４００～１０００ｎｍの範囲で９５％以上であることを特徴とするミラー構造体。
　複数の前記樹脂製接着シートが離散配置され、前記樹脂製接着シートにより形成される接着領域の隣接する２つの接着領域間の最短間隔をＤ、前記基材の比重をＳρ、前記基材のヤング率をＥ、前記基材の厚みをｔとしたとき、下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のミラー構造体。
　０．０５×³√（Ｅｔ²／Ｓρ）＜Ｄ＜０．２×³√（Ｅｔ²／Ｓρ）
　前記樹脂製接着シートの耐熱温度は１２０℃以上２００℃以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のミラー構造体。
　前記樹脂製接着シートの破断伸び率が４００％以上である場合において、前記支持体の表面を構成している表面板の線膨張率をＡ、前記基材の線膨張率をＢ、前記樹脂製接着シートの厚さをτとしたとき、下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のミラー構造体。
　１０×１０^-6／Ｋ＜Ａ＜２０×１０^-6／Ｋ
　３×１０^-6／Ｋ＜Ｂ＜９×１０^-6／Ｋ
　０．３（ｍｍ）＜τ＜２．０（ｍｍ）
　前記ミラーは、入射光線方向から見たときに、前記支持体の全てを覆っていることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載のミラー構造体。
　前記ミラーと前記支持体に接着する前記樹脂製接着シートの接着部分の面積が全面積の５％以上２０％以下で前記接着部分は分散しており、１箇所あたりの接着部分の小さい方の幅が５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載のミラー構造体。
　前記表面板の線膨張率は１２×１０^-6／Ｋより小さく、前記基材の線膨張率は３×１０^-6／Ｋより大きいことを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載のミラー構造体。