反射率では銀が1位。しかし
光を最も効率よく反射する金属は、銀です。可視光の反射率は約97%。
アルミニウムは約92%。数値だけを見れば、銀に劣ります。
しかし、照明器具の反射板、人工衛星の断熱材、建築用の遮熱シート。実際に使われているのは、圧倒的にアルミニウムです。
なぜ「2位」の素材が選ばれるのか。その理由を理解することは、反射性能を必要とする設計において、最適な素材選定の指針となります。
この記事は、アルミニウムの特性について、日本アルミニウム協会の資料および学術論文をもとに構成しています。数値には測定条件があるため、設計にあたっては原典をご確認ください。
金属が光を反射するメカニズム
金属が光を反射するのは、内部に存在する「自由電子」のはたらきによります。
金属原子が集まると、各原子の価電子は原子核の束縛から解放され、金属内を自由に移動できるようになります。これが自由電子です。
光（電磁波）が金属表面に当たると、この自由電子が電磁波のエネルギーを受け取り、振動します。そして、そのエネルギーを再び外部に放出します。これが反射の正体です。
ただし、自由電子が多いほど反射率が高い、とは言えません。導電率は銅を100としてアルミニウムが57、鉄が12。銅がアルミニウムを上回ります。それでも可視光の反射率は、銀、アルミニウム、銅の順です。
もう一つの要素があります。プラズマ周波数です。この周波数より低い光は反射され、高い光は透過します。銀のプラズマエッジは約3.8 eV（波長約330nm）、金は約2.5 eV（約500nm）。金が黄色く見えるのは、青い光を反射しないからです。
アルミニウムのプラズマ周波数は約15 eV。極端紫外域にあります。可視光から紫外まで、一貫して反射する理由がここにあります。
波長域ごとの反射率
反射率は波長によって異なります。「反射率90%」という数値だけでは、どの波長域の話なのかが分かりません。
以下に、蒸着アルミニウム膜（垂直入射）の実測値を示します。
| 波長 | 反射率 | 用途例 |
|---|---|---|
| 220nm（UV-C） | 91.8% | 殺菌装置 |
| 300nm | 92.1% | UV硬化 |
| 380nm（紫） | 92.6% | ミラー |
| 436nm（青） | 92.7% | ミラー |
| 546nm（緑） | 91.6% | 照明 |
| 650nm（赤） | 90.7% | 照明 |
| 約830nm（近赤外） | 落ち込みあり | センサー |
注目すべき点がいくつかあります。
まず、可視光では波長が長くなるほど反射率が下がります。青の436nmで92.7%、赤の650nmで90.7%。2ポイントの差です。
次に、近赤外に落ち込みがあります。アルミニウムは1.5 eV付近（波長約830nm）にバンド間遷移による吸収を持ちます。文献により750nmから850nmの範囲で報告されています。波長が長くなれば反射率が上がる、と考えて設計すると、この帯域で予想外の損失が出ます。
また、紫外領域での高い反射率は、他の金属には見られないアルミニウム独自の特性です。銀は320nm付近で反射率が最小になります。400nmより長い波長では銀が優れますが、400nmより短い波長では銀は半透明になり、アルミニウムが優位に立ちます。
なぜアルミニウムが選ばれるのか——銀との比較
純粋な反射率では銀が優れています。しかし、実用面では異なる評価になります。
| 比較項目 | アルミニウム | 銀 |
|---|---|---|
| 可視光の半球反射率 | 約92% | 約97% |
| 400nm以下の反射 | 反射する | 半透明になる |
| 材料コスト | 低い | 高い（桁が二つ違う） |
| 空気中での安定性 | 皮膜が保護 | 硫化・塩化・酸化で劣化 |
| 比重 | 2.7 | 約10.5 |
| 加工性 | 押出・曲げ・プレスが容易 | 良好 |
コスト：銀とアルミニウムの重量あたり単価は、桁が二つ違います。広い面積をカバーする用途では、この差は決定的です。
耐久性：銀の鏡面反射率は、大気中の硫化水素、二酸化硫黄、塩化物などとの反応で劣化します。一方、アルミニウムは酸化しても、形成される酸化皮膜が数nmと極めて薄く、透明で緻密なため、反射率がほとんど低下しません。これは長期的な性能維持において大きな優位性となります。
軽さ：アルミニウムの比重は銀の約4分の1。宇宙用途や携帯機器など、重量が制約となる分野では、この差が素材選定を左右します。
つまり、反射率の「差」よりも、コスト・耐久性・軽さの「差」の方が大きいのです。
応用事例：どこで使われているか
照明器具の反射板
照明器具内部の反射板は、光源からの光を効率よく下方に導く役割を担います。
反射率の高い材料を使えば、同じ明るさを、より少ない電力で実現できます。日本アルミニウム協会は、純度99.8%以上のアルミニウムが放射エネルギーの90%以上を反射するとし、この特性を生かした用途として暖房器の反射板と照明器具を挙げています。
宇宙用断熱材（MLI）
人工衛星の表面を覆う金色や銀色のシートは、多層断熱材（Multi Layer Insulation：MLI）と呼ばれるものです。
なぜアルミなのか。ここで、反射率と放射率がつながります。
不透明な物体では、放射率と反射率の和が1になります。赤外線をよく反射する面は、赤外線をほとんど放射しません。アルミの高い赤外反射率は、そのまま低い放射率です。
その構造は、エンボス加工したフィルムにアルミを蒸着し、10層から20層重ねたもの。膜厚1000Åの蒸着アルミの赤外放射率は0.04です。理論上、20層重ねれば実効放射率は0.001程度になるはずです。
実測は違います。管理された実験室試験では0.005以下が達成されますが、実機に取り付けられた中面積のブランケットでは0.015から0.030。理論の15倍から30倍です。
JPLがCassini用に試験した20層ブランケットでは、実効放射率が中央部で0.006、縫合部の際で約0.15。同じブランケットの中で25倍の差がありました。局所的な放射熱損失は、3 W/m²未満から約30 W/m²まで、一桁変わっています。
材料の反射率は性能の上限を決めるだけで、そこから何を取り出せるかは設計と製作が決めます。
光ダクトシステム
光ダクトとは、自然光を建物内部に導くシステムです。鏡面アルミニウムの高い反射率を利用して、屋外の光を反射の連続で室内に運び、照明として活用します。
反射を何度も繰り返すため、一回あたりの反射率がわずかに違うだけで、到達する光量が大きく変わります。反射率90%と95%では、10回反射した後に約1.7倍の差が出ます。電力を使わない自然光照明として、地下空間の照明に使われています。
UV殺菌装置
紫外線（特にUV-C：波長254nm付近）は、細菌やウイルスのDNAを破壊する殺菌効果を持ちます。
アルミニウムは、この波長域でも90%以上の反射率を維持できます。銀は320nm付近で反射率が最小になるため、この用途には使えません。殺菌装置の内部にアルミ反射板を設置することで、紫外線を効率よく対象物に照射できます。
反射率だけでは、温度は決まらない
よく反射する材料を使えば、日射を跳ね返して冷える。そう思われがちです。
事実は違います。
熱設計では、二つの値を分けて扱います。太陽光帯（波長3μm未満）の吸収を表す太陽吸収率 α と、赤外帯（3μm以上）の放射を表す放射率 ε です。温度を決めるのは、αでもεでもなく、その比です。
| 表面 | 太陽吸収率 α | 放射率 ε | α/ε |
|---|---|---|---|
| 蒸着アルミ | 0.08〜0.17 | 0.04 | 2.0〜4.3 |
| 素地アルミ | 0.09〜0.17 | 0.03〜0.10 | 0.9〜5.7 |
| 白塗料 | 0.17〜0.20 | 0.92 | 0.18〜0.22 |
蒸着アルミは太陽光の83〜92%を反射します。白塗料は80〜83%。反射率ではアルミが優れています。
それでも、直射日光下では、アルミのほうがはるかに高温になります。
アルミは赤外線も反射します。反射するということは、放射しないということです。受け取った熱を、赤外線として捨てられない。白塗料は太陽光を反射しつつ、赤外線をよく放射するので、冷えます。
宇宙機熱制御の資料は、低放射率の金属仕上げは吸収率と放射率の比が高く直射日光下で過熱するため、大面積の外面には使われない、と明記しています。
反射率が高いことと、冷えることは、別です。
押出形材で反射面をつくるとき
本ページに示した反射率の数値は、いずれも高純度アルミニウムを蒸着した膜の実測値です。押出したままの形材が、この値を示すことはありません。
押出材の表面には、ダイスとの摩擦による筋や、微細な凹凸が残ります。反射面として使うには、鏡面研磨や鏡面切削といった後工程が必要です。蒸着による方法もあります。
材料が持つ反射率の上限と、実際に得られる反射率のあいだには、後工程の差があります。
合金の選択
押出形材で反射に関わる部材をつくるとき、合金の系統から決まります。
1000系（純アルミ系）
強度は低いものの、熱伝導度と電気伝導度が高く、成形性、溶接性、耐食性に優れます。日本アルミニウム協会の資料は、この系統の用途として反射板を挙げています。
合金番号の下二桁が純度を示します。当社が使用する1070は、純度99.70%以上です。
6000系（Al-Mg-Si系）
6063は代表的な押出用合金です。押出性に優れ、複雑な断面形状の形材が得られます。耐食性、表面処理性も良好です。
6005C（6N01）は中強度の押出用合金で、押出性とプレス焼入性に優れ、複雑な形状の大型薄肉形材が得られます。
3000系（Al-Mn系）
3003は、純アルミニウムの加工性と耐食性を落とさずに強度を高めた合金です。1100より強度が約10%高く、成形性、溶接性、耐食性に優れます。
反射率を最優先するなら1000系。断面形状と強度を優先するなら6000系。その中間を取るなら3000系。
反射率と、強度と、断面形状。三つを同時に最大化する合金はありません。何を優先するかで、系統が決まります。
表面処理が、熱の設計を変える
押出形材の表面処理として一般的なのは、アルマイト処理（陽極酸化処理）です。
陽極酸化皮膜は、素地より硬く、耐食性を高めます。皮膜は多孔質で、染色や電解着色による着色も可能です。仕上げに封孔処理を行うことで、耐食性がさらに向上します。
ただし、反射に関わる設計では、注意が要ります。
アルマイトは、反射面を保護します。同時に、放射率を大きく上げます。
クロム酸陽極酸化を制御したプロセスでは、放射率を0.10から0.72の範囲で選べることが報告されています。蒸着アルミの放射率0.04に対し、最大で18倍です。
反射のために施した処理が、熱の逃げ方を変える。押出形材を反射板や筐体に使い、同時に放熱も担わせる設計では、ここを見落とすと温度が合いません。
設計時の考慮点
正反射と拡散反射
鏡面仕上げのアルミは、入射した光を一方向に反射します（正反射）。照明器具のスポット的な配光制御に適しています。
一方、梨地やエンボス加工を施したアルミは、光を様々な方向に散乱させます（拡散反射）。均一な明るさが求められる用途に向いています。
用途に応じて、適切な表面仕上げを選択する必要があります。
酸化皮膜の影響
アルミニウムは空気中で自然に酸化皮膜を形成します。この皮膜は透明で薄い（数nm）ため、可視光から赤外線の反射率にはほとんど影響しません。
しかし、汚れは別です。反射面に汚染膜が付くと、太陽吸収率だけが上がり、赤外放射率はほとんど変わりません。α/ε比は悪化し続け、温度は上がり続けます。反射板は、汚れれば熱くなります。
まとめ：「最高」ではなく「最適」
アルミニウムは、反射率の「最高値」では銀に譲ります。
しかし、コスト、耐久性、軽さ、加工性、そして幅広い波長域での安定した性能を総合すると、多くの用途において「最適」な選択肢となります。
| 観点 | アルミニウムの位置づけ |
|---|---|
| 可視光反射率 | 銀に次ぐ2位（約92%） |
| 近赤外 | 830nm付近に落ち込みあり |
| 紫外反射率 | 金属中トップクラス |
| コストパフォーマンス | 圧倒的に優位 |
| 長期安定性 | 酸化皮膜が保護、性能維持 |
| 熱の出入り | 反射率も放射率も低い。放熱を兼ねる設計では注意 |
設計において重要なのは、「最も高い反射率の素材」を選ぶことではなく、「使う波長域で要求性能を満たしつつ、コスト・耐久性・加工性、そして熱の出入りまで含めてバランスが取れた素材」を選ぶことです。
その観点から、アルミニウムは光と熱をコントロールする設計において、最も現実的で効果的な選択肢のひとつであり続けています。
このページについて
私たちはアルミニウム押出形材を製造する会社であり、光学の専門家ではありません。
このページは、アルミニウムという材料の反射性について、公開されている論文と技術資料を読み、そこに書かれていることを整理したものです。当社が測定した数値ではありません。
数値には測定条件があります。表面状態、純度、入射角、膜厚。同じ「反射率90%」でも、条件が違えば別の値です。実際の設計では、原典に当たり、使用条件での値を確かめてください。
参照資料
- Hass, G. & Waylonis, J. E. (1961). “Optical Constants and Reflectance and Transmittance of Evaporated Aluminum in the Visible and Ultraviolet.” Journal of the Optical Society of America, 51(7), 719–722.
- Ehrenreich, H., Philipp, H. R., & Segall, B. (1963). “Optical Properties of Aluminum.” Physical Review, 132(4), 1918–1928.
- Johnson, P. B. & Christy, R. W. (1972). “Optical Constants of the Noble Metals.” Physical Review B, 6(12), 4370–4379.
- Gilmore, D. G. (ed.). Spacecraft Thermal Control Handbook, Volume I: Fundamental Technologies. Aerospace Press.
- Lin, E. I., Stultz, J. W., & Reeve, R. T. (1995). “Test-Derived Effective Emittance for Cassini MLI Blankets and Heat Loss Characteristics in the Vicinity of Seams.” AIAA 95-2015.
- Duckett, R. J. & Gilliland, C. S. (1983). “Control of the Thermo-Optical Properties of Aluminum Alloys via Chromic Acid Anodization.” AIAA-83-1492.
- 一般社団法人 日本アルミニウム協会『アルミニウムとは』（2018年4月）
