JP2017050254A

JP2017050254A - 赤外線ヒーター

Info

Publication number: JP2017050254A
Application number: JP2015175068A
Authority: JP
Inventors: 剛戸谷; Takeshi Totani; 篤櫻井; Atsushi Sakurai; 良夫近藤; Yoshio Kondo
Original assignee: Hokkaido University NUC; NGK Insulators Ltd; Niigata University NUC
Current assignee: Hokkaido University NUC; NGK Insulators Ltd; Niigata University NUC
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2035-09-04
Also published as: JP6692046B2

Abstract

【課題】対象物に効率よく赤外線を放射できる赤外線ヒーターを提供する。【解決手段】赤外線ヒーター１０では、構造体３０が、放射面３８に沿った方向に周期構造を有する第１導体層３１を備えている。そして、構造体３０が発熱体１２からのエネルギーを吸収すると、波長２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内に半値幅が１．５μｍ以下で放射率が値０．８以上の最大ピークを有する赤外線が構造体３０の放射面３８から放射される。構造体３０は、発熱体１２側で第１導体層３１に接合された誘電体層３４と、発熱体１２側で誘電体層３４に接合された第２導体層３５と、を有していてもよい。第１導体層３１は、放射面３８に沿った方向に互いに離間して配置されることで周期構造を構成する複数の個別導体層３２を有していてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線ヒーターに関する。

従来、赤外線を放射する赤外線ヒーターとしては、種々の構造のものが知られている。例えば、特許文献１には、発熱体と、発熱体を囲む内管及び外管と、を備えた赤外線ヒーターが記載されている。この赤外線ヒーターでは、内管及び外管が３．５μｍ以下の波長の赤外線を透過し、３．５μｍを超える波長の赤外線を吸収するフィルタとして機能している。３．５μｍ以下の波長の赤外線は、水素結合を切断する能力に優れるといわれており、この波長の赤外線を放射することで効率的に対象物の乾燥などを行うことができるとしている。

特許第４７９００９２号公報

ところで、対象物が効率よく赤外線を吸収するためには、対象物の赤外線吸収率が比較的高い波長領域の赤外線を集中的に放射することが好ましい。特許文献１に記載の赤外線ヒーターでは３．５μｍ以下の波長の赤外線を主に放射し、３．５μｍを超える波長の赤外線はヒーター内部で吸収されていたが、より効率よく対象物の赤外線吸収体に放射できる赤外線ヒーターが望まれていた。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、対象物に効率よく赤外線を放射できる赤外線ヒーターを提供することを主目的とする。

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の赤外線ヒーターは、
発熱体と、
赤外線の放射面と、該放射面に沿った方向に周期構造を有する第１導体層と、を有し、前記発熱体からのエネルギーを吸収すると波長２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内に半値幅が１．５μｍ以下で放射率が値０．８以上の最大ピークを有する赤外線を前記放射面から放射する特性を有する構造体と、
を備えたものである。

この赤外線ヒーターでは、構造体が、放射面に沿った方向に周期構造を有する第１導体層を備えている。そして、構造体が発熱体からのエネルギーを吸収すると、波長２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内に半値幅（FWHM：full width at half maximum）が１．５μｍ以下で放射率が値０．８以上の最大ピークを有する赤外線が構造体の放射面から放射される。このように、本発明の赤外線ヒーターは、半値幅が比較的小さく放射率が比較的高い最大ピークを有する赤外線を放射する。そのため、この最大ピーク付近の波長領域の赤外線吸収率が比較的高い対象物に対して、効率よく赤外線を放射することができる。

本発明の赤外線ヒーターにおいて、前記構造体は、前記発熱体側で前記第１導体層に接合された誘電体層と、前記発熱体側で該誘電体層に接合された第２導体層と、を有し、前記第１導体層は、前記放射面に沿った方向に互いに離間して配置されることで前記周期構造を構成する複数の個別導体層を有していてもよい。構造体がこのような構成を有することで、構造体に上述した特性を比較的容易に持たせることができる。

本発明の赤外線ヒーターにおいて、前記構造体は、少なくとも表面が前記第１導体層からなり前記周期構造を構成する複数のマイクロキャビティ、を有しており、複数の前記マイクロキャビティの各々は、円柱形状又は多角柱形状であり、直径又は幅が３．０μｍ以上５．０μｍ以下であってもよい。構造体がこのような構成を有することで、構造体に上述した特性を比較的容易に持たせることができる。

個別導体層を有する態様の本発明の赤外線ヒーターにおいて、複数の前記個別導体層の各々は、横幅が１０００ｎｍ以上８０００ｎｍ以下、縦幅が１０００ｎｍ以上８０００ｎｍ以下、厚さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の直方体形状としてもよい。複数の前記個別導体層は、前記放射面に沿った所定の第１方向及び該第１方向に直交する第２方向の各々に沿って等間隔に格子状に配列されていてもよい。複数の前記個別導体層は、前記第１方向に沿った互いの間隔が１０００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下であり、前記第２方向に沿った互いの間隔が１０００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下であってもよい。前記第１導体層及び前記第２導体層の少なくとも一方は、金属であってもよい。前記構造体は、前記発熱体側で前記第２導体層に接合された支持基板を有していてもよい。

本発明の赤外線ヒーターにおいて、前記構造体は、前記最大ピークが波長６μｍ以上７μｍ以下の範囲内にあってもよい。

本発明の赤外線ヒーターにおいて、前記構造体は、前記最大ピークの立ち上がりから立ち下がりまでの波長領域以外の波長領域における赤外線の放射率が値０．２以下であってもよい。こうすれば、最大ピーク付近以外の波長領域における赤外線の強度が比較的小さくなるため、赤外線ヒーターのエネルギー効率が向上する。

赤外線ヒーター１０の断面図。放射面３８から放射される赤外線の放射特性の一例を示すグラフ。変形例の赤外線ヒーター１１０の断面図。放射面１３８から放射される赤外線の放射特性の一例を示すグラフ。

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である赤外線ヒーター１０の断面図である。なお、本実施形態において、左右方向、前後方向及び上下方向は、図１に示した通りとする。赤外線ヒーター１０は、ヒーター本体１１と、構造体３０と、ケーシング７０とを備えている。この赤外線ヒーター１０は、下方に配置された図示しない対象物に向けて、波長２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内に最大ピークを有する赤外線を放射する。

ヒーター本体１１は、いわゆる面状ヒーターとして構成されており、線状の部材をジグザグに湾曲させた発熱体１２と、発熱体１２に接触して発熱体１２の周囲を覆う絶縁体である保護部材１３とを備えている。発熱体１２の材質としては、例えばＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金及びＮｉ−Ｃｒ合金などが挙げられる。保護部材１３の材質としては、例えばポリイミドなどの絶縁性の樹脂やセラミックス等が挙げられる。ヒーター本体１１は、ケーシング７０の内部に配置されている。発熱体１２の両端は、ケーシング７０に取り付けられた図示しない一対の入力端子にそれぞれ接続されている。この一対の入力端子を介して、発熱体１２に外部から電力を供給可能である。なお、ヒーター本体１１は、絶縁体にリボン状の発熱体を巻き付けた構成の面状ヒーターとしてもよい。なお、面状ヒーターの外形は、例えば被処理物の形状に応じて適宜設計することができ、例えば矩形ないし円形であっても良い。

構造体３０は、発熱体１２の下方に配設された板状の部材である。構造体３０は、赤外線ヒーター１０の下側から発熱体１２側に向かって、複数の個別導体層３２を有する第１導体層３１と、接着層３３と、誘電体層３４と、第２導体層３５と、接着層３６と、支持基板３７と、をこの順に備えている。また、構造体３０の最下面（下表面）に位置する、誘電体層３４の下面（個別導体層３２が配設されていない部分）が、対象物に赤外線を放射する放射面３８となっている。構造体３０は、ケーシング７０の下方の開口を塞ぐように配置されており、ヒーター本体１１の真下及び真下の周辺（前後左右方向）の領域を覆うように位置している。

第１導体層３１は、導体（電気伝導体）からなる層であり、放射面３８に沿った方向（前後左右方向）に周期構造を有する。具体的には、第１導体層３１は複数の個別導体層３２を備えており、この個別導体層３２が放射面３８に沿った方向に互いに離間して配置されることで、周期構造を構成している（図１の左下拡大図参照）。複数の個別導体層３２は、左右方向（第１方向）に間隔Ｄ１ずつ離れて互いに等間隔に配設されている。また、複数の個別導体層３２は、左右方向に直交する前後方向（第２方向）に間隔Ｄ２ずつ離れて互いに等間隔に配設されている。個別導体層３２は、このように格子状に配列されている。複数の個別導体層３２の各々は、厚さｈ（上下高さ）が横幅Ｗ（左右方向の幅）及び縦幅Ｌ（前後方向の幅）よりも小さい直方体形状をしている。第１導体層３１の周期構造の周期は、横方向の周期Λ１＝Ｄ１＋Ｗ、縦方向の周期Λ２＝Ｄ２＋Ｌである。第１導体層３１（個別導体層３２）の材質は、例えば金属などの導体である。金属の具体例としては、金，アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。本実施形態では、第１導体層３１の材質は金とした。複数の個別導体層３２の各々は、接着層３３を介して誘電体層３４に接合されている。接着層３３は、誘電体層３４と個別導体層３２とを直接接合する場合と比べて両者の接合力を高める目的で配設されている。接着層３３の材質としては、例えばクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）などが挙げられる。本実施形態では、接着層３３の材質はクロムとした。

誘電体層３４は、第１導体層３１に発熱体１２側（上側）で接合された厚さｄの平板状の部材である。誘電体層３４は、第１導体層３１と第２導体層３５との間に挟まれている。誘電体層３４の材質としては、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），シリカ（ＳｉＯ₂）などが挙げられる。本実施形態では、誘電体層３４の材質はアルミナとした。

第２導体層３５は、誘電体層３４に発熱体１２側（上側）で接合された平板状の部材である。第２導体層３５の材質は例えば金属などの導体であり、第１導体層３１と同様の材質を用いることができる。第１導体層３１及び第２導体層３５の少なくとも一方が金属であってもよい。本実施形態では、第２導体層３５の材質は第１導体層３１と同じ金とした。第２導体層３５は、接着層３６を介して支持基板３７に接合されている。接着層３６は、第２導体層３５と支持基板３７とを直接接合する場合と比べて両者の接合力を高める目的で配設されている。接着層３６は、上述した接着層３３と同様の材質を用いることができる。本実施形態では、接着層３６の材質は接着層３３と同じクロムとした。

支持基板３７は、接着層３６を介して第２導体層３５に発熱体１２側（上側）で接合された平板状の部材である。支持基板３７は、ケーシング７０の内部に図示しない固定具などにより固定されており、第１導体層３１，誘電体層３４，及び第２導体層３５を支持する。支持基板３７の材質としては、例えばＳｉウェハ，ガラス，など平滑面が維持しやすく、耐熱性が高く、熱反りが低い素材が挙げられる。本実施形態では、支持基板３７はＳｉウェハとした。本実施形態では、支持基板３７はヒーター本体１１の下面に接触しているものとした。なお、支持基板３７とヒーター本体１１とは接触だけでなく接合されていてもよいし、接触せず空間を介して上下に離間して配設されていてもよい。

このように、構造体３０は、周期構造を有する第１導体層３１（個別導体層３２）と、第２導体層３５と、第１導体層３１及び第２導体層３５に挟まれた誘電体層３４とを有している。これにより、構造体３０は、特定の波長の赤外線を選択的に放射する特性を有するメタマテリアルエミッターとして機能する。この特性は、マグネティックポラリトン（Magnetic polariton）で説明される共鳴現象によるものと考えられている。なお、マグネティックポラリトンとは、上下２枚の導体（第１導体層３１及び第２導体層３５）間の誘電体（誘電体層３４）内において強い電磁場の閉じ込め効果が得られる共鳴現象のことである。これにより、構造体３０では、誘電体層３４のうち第２導体層３５と個別導体層３２とに挟まれる部分が赤外線の放射源となる。そして、その放射源から放たれる赤外線は個別導体層３２をまわり込んで、誘電体層３４のうち個別導体層３２が配設されていない部分（すなわち放射面３８）から周囲環境に放射される。また、この構造体３０では、第１導体層３１，誘電体層３４及び第２導体層３５の材質や、第１導体層３１の形状及び周期構造を調整することで、共鳴波長を調整することができる。これにより、構造体３０の放射面３８から放射される赤外線は、特定の波長の赤外線の放射率が高くなる特性を示す。本実施形態では、構造体３０が、波長２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内に半値幅が１．５μｍ以下で放射率が値０．８以上の最大ピークを有する赤外線を放射面３８から放射する特性（以下、単に「所定の放射特性」と称する）を有するように、上述した材質，形状，及び周期構造などが調整されている。すなわち、構造体３０は、半値幅が比較的小さく放射率が比較的高い急峻な最大ピークを有する赤外線を放射する特性を有する。例えば、個別導体層３２の各々の形状に関して、横幅Ｗが１６５０ｎｍ以上１８００ｎｍ以下としてもよい。縦幅Ｌが１０００ｎｍ以上８０００ｎｍ以下としてもよい。厚さｈが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下としてもよい。また、第１導体層３１の周期構造に関して、左右方向の間隔Ｄ１が１０００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下としてもよい。前後方向の間隔Ｄ２が１０００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下としてもよい。これらの数値範囲のうち１以上を満たすようにすることで、構造体３０が所定の放射特性を満たしやすくなる。なお、横幅Ｗと縦幅Ｌとは、同じ値としてもよいし異なる値としてもよい。間隔Ｄ１及び間隔Ｄ２や、周期Λ１及び周期Λ２についても同様である。構造体３０は、所定の放射特性における上述した最大ピークが波長６μｍ以上７μｍ以下の範囲内にあってもよい。また、構造体３０は、所定の放射特性における最大ピークの立ち上がりから立ち下がりまでの波長領域以外の波長領域における赤外線の放射率が値０．２以下であることが好ましい。構造体３０は、最大ピークの半値幅が１．０μｍ以下であることが好ましい。

なお、このような構造体３０は、例えば以下のように形成することができる。まず、支持基板３７の表面（図１の下面）にスパッタリングにより接着層３６及び第２導体層３５をこの順に形成する。次に、第２導体層３５の表面（図１の下面）にＡＬＤ法（atomic layer deposition：原子層堆積法）により誘電体層３４を形成する。続いて、誘電体層３４の表面（図１の下面）に所定のレジストパターンを形成してからヘリコンスパッタリング法により接着層３３及び第１導体層３１の材質からなる層を順次形成する。そして、レジストパターンを除去することにより、接着層３３及び第１導体層３１（複数の個別導体層３２）を形成する。

ケーシング７０は、内部に空間を有し且つ底面が開放された略直方体の形状をしている。このケーシング７０内部の空間に、ヒーター本体１１及び構造体３０が配置されている。ケーシング７０は、発熱体１２から放出される赤外線を反射するように金属（例えばＳＵＳやアルミニウム）で形成されている。

こうした赤外線ヒーター１０の使用例を以下に説明する。まず、図示しない電源から入力端子を介して発熱体１２の両端に電力を供給する。電力の供給は、発熱体１２の温度が予め設定された温度（特に限定するものではないが、ここでは３５０℃とする）になるように行う。なお、構造体３０の温度が予め設定された温度になるように発熱体１２に電力を供給してもよい。所定の温度に達した発熱体１２からは、伝導・対流・放射の伝熱３形態のうち１以上の形態によって周囲にエネルギーが伝達され、構造体３０が加熱される。その結果、構造体３０は所定温度に上昇し、二次放射体となって、赤外線を放射するようになる。このとき、構造体３０が上述したように第１導体層３１，誘電体層３４，及び第２導体層３５を有することで、赤外線ヒーター１０は所定の放射特性に基づいた赤外線を放射する。すなわち、赤外線ヒーター１０は、構造体３０の放射面３８から、波長２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内に半値幅が１．５μｍ以下で放射率が値０．８以上の最大ピークを有する赤外線を下方に放射する。図２は、放射面３８から放射される赤外線の放射特性の一例を示すグラフである。図２に示す曲線Ａ〜Ｄは、個別導体層３２の横幅Ｗ及び縦幅Ｌを変化させた場合の放射面３８からの赤外線の放射率を測定して、測定値をグラフにしたものである。放射率の測定は、以下のように行った。まず、積分球を有するＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光計）で放射面３８からの赤外線の垂直入射半球反射率を測定した。次に、透過率を値０として、キルヒホッフの法則を適用することで得られる、（放射率）＝１−（反射率）の式により換算した値を、放射率の測定値とした。なお、曲線Ａ〜Ｄのいずれも、第１導体層３１及び第２導体層３５を金とし、誘電体層３４をアルミナとし、第１導体層３１の厚さｈを１００μｍとし，間隔Ｄ１及び間隔Ｄ２を１．５０μｍとし，誘電体層３４の厚さｄを１２０μｍとし、構造体３０の温度を２００℃とした状態での結果である。曲線Ａ（細い実線），曲線Ｂ（破線），曲線Ｃ（一点鎖線），曲線Ｄ（太い実線）は、それぞれ横幅Ｗ及び縦幅Ｌを１．６５μｍ，１．７０μｍ，１．７５μｍ，１．８０μｍとした場合のグラフである。図２からもわかるように、曲線Ａ〜Ｄのいずれも、波長２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内，且つ波長６μｍ以上７μｍ以下の範囲内に最大ピークを有していた。また、曲線Ａ〜Ｄのいずれも、最大ピークの半値幅は１．５μｍ以下であり、最大ピークの放射率が値０．８（＝８０％）を超えていた。さらに、曲線Ａ〜Ｄのいずれも、最大ピークの立ち上がりから立ち下がりまでの波長領域以外の波長領域における赤外線の放射率が値０．２（＝２０％）以下であり、最大ピークの半値幅が１．０μｍ以下であった。また、横幅Ｗ及び縦幅Ｌの値が大きいほど、最大ピークのピーク波長が大きくなる傾向にあった。

赤外線ヒーター１０がこのような所定の放射特性の赤外線を放射することで、赤外線ヒーター１０の下方に配置された対象物に対して、特定の波長領域の赤外線（最大ピーク付近の波長領域の赤外線）を選択的に放射することができる。そのため、この最大ピーク付近の波長領域の赤外線吸収率が比較的高い対象物に対して、効率よく赤外線を放射して加熱などを行うことができる。例えば、トルエンは波長６．６８４μｍ（図２の破線の直線参照）に赤外線の吸収ピークを有する。そのため、例えば曲線Ｄの放射特性を有する構造体３０を備えた赤外線ヒーター１０を用いることで、トルエンを効率よく蒸発させることができる。ここで、例えば半導体素子の表面にシリコーンとトルエンとを含む塗膜を形成して、塗膜からトルエンを蒸発させることで半導体素子上に保護膜を形成する場合がある。このような場合に、曲線Ｄの放射特性を有する赤外線ヒーター１０を用いることで、トルエンを効率よく蒸発させて、効率よく保護膜を形成することができる。なお、図２に示したような構造体３０の放射特性（例えば最大ピークのピーク波長等）は、構造体３０の温度によって変化しない。そのため、対象物に放射が必要な赤外線のエネルギーの大きさに応じて、赤外線ヒーター１０の使用時の構造体３０の温度を定めればよい。

以上詳述した本実施形態の赤外線ヒーター１０では、構造体３０が、放射面３８に沿った方向に周期構造を有する第１導体層３１を備えている。そして、構造体３０が発熱体１２からのエネルギーを吸収すると、波長２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内に半値幅が１．５μｍ以下で放射率が値０．８以上の最大ピークを有する赤外線が構造体３０の放射面３８から放射される。このように、赤外線ヒーター１０は、半値幅が比較的小さく放射率が比較的高い最大ピークを有する赤外線を放射する。そのため、この最大ピーク付近の波長領域の赤外線吸収率が比較的高い対象物に対して、効率よく赤外線を放射することができる。

また、構造体３０は、発熱体１２側で第１導体層３１に接合された誘電体層３４と、発熱体１２側で誘電体層３４に接合された第２導体層３５と、を有している。そして、第１導体層３１は、放射面３８に沿った方向に互いに離間して配置されることで周期構造を構成する複数の個別導体層３２を有している。構造体３０がこのような構成を有することで、構造体に上述した所定の放射特性を比較的容易に持たせることができる。

さらに、構造体３０は、最大ピークの立ち上がりから立ち下がりまでの波長領域以外の波長領域における赤外線の放射率が値０．２以下である。これにより、最大ピーク付近以外の波長領域における赤外線の強度が比較的小さくなるため、赤外線ヒーター１０のエネルギー効率が向上する。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、構造体３０は第１導体層３１と誘電体層３４と第２導体層３５とを有していたが、これに限られない。構造体３０は、放射面と放射面に沿った方向に周期構造を有する第１導体層とを有し、上述した所定の放射特性を有していればよい。例えば、構造体は、複数のマイクロキャビティを有するマイクロキャビティ形成体として構成されていてもよい。図３は、変形例の赤外線ヒーター１１０の断面図である。赤外線ヒーター１１０は、構造体３０を備えない代わりに、構造体１３０を備えている。構造体１３０は、少なくとも表面（下面）が第１導体層１３１からなり前後左右方向の周期構造を構成する複数のマイクロキャビティ４０を有している。構造体１３０は、赤外線ヒーター１０の下側から発熱体１２側に向かって、第１導体層１３１と、凹部形成層１３２と、本体層１３３と、をこの順に備えている。本体層１３３は、例えばガラス基板などからなる。凹部形成層１３２は、例えば樹脂や、セラミックス及びガラスなどの無機材料などからなり、本体層１３３の下面に形成されて円柱状の凹部を形成している。凹部形成層１３２は、第１導体層１３１と同じ材料であってもよい。第１導体層１３１は、構造体１３０の表面（下面）に配設されており、凹部形成層１３２の表面（下面及び側面）と、本体層１３３の下面（凹部形成層１３２が配設されていない部分）とを覆っている。第１導体層１３１は導体からなり、材質としては、例えば金，ニッケルなどの金属や導電性樹脂などが挙げられる。マイクロキャビティ４０は、この第１導体層１３１の側面４２（凹部形成層１３２の側面を覆う部分）と、底面４４（本体層１３３の下面を覆う部分）とで囲まれ、下方に開口した略円柱形状の空間である。マイクロキャビティ４０は、図３下段の拡大図に示すように、前後左右に並べて複数配設されている。なお、構造体１３０の下面が対象物に赤外線を放射する放射面１３８となっている。具体的には、構造体１３０が発熱体１２からのエネルギーを吸収すると、底面４４と側面４２とで形成される空間内での入射波と反射波との共振作用により、放射面１３８から下方の対象物に向けて特定の波長の赤外線が強く放射される。これにより、構造体１３０は、上述した所定の放射特性を有する。なお、複数のマイクロキャビティ４０の各々の円柱の直径を３．０μｍ以上５．０μｍ以下とすることで、構造体１３０に所定の放射特性を比較的容易に持たせることができる。なお、マイクロキャビティ４０は円柱に限らず多角柱形状でもよい。多角柱形状の場合、マイクロキャビティ４０を下方から平面視したときの多角形の幅を３．０μｍ以上５．０μｍ以下とすればよい。なお、この多角形が例えば四角形であれば、四角形の横幅及び縦幅が「多角形の幅」に相当する。その他の多角形についても近似的にはこの四角形の幾何平均を一辺長とする。また、マイクロキャビティ４０の深さは、例えば３μｍ以上１０μｍ以下としてもよい。図４は、放射面１３８から放射される赤外線の放射特性の一例を示すグラフである。図４に示す曲線は、マイクロキャビティ４０の円柱の直径を４．４μｍ、深さを４．４μｍとし、構造体１３０の温度を２００℃とした状態での、放射面１３８からの赤外線の放射率を図２と同様に測定して、グラフにしたものである。図２は、上述した所定の放射特性を満たしている。このように、赤外線ヒーター１１０においても、上述した実施形態と同様に、対象物に対して効率よく赤外線を放射する効果が得られる。なお、このような構造体１３０は、例えば以下のように形成することができる。まず、本体層１３３の下面となる部分に周知のナノインプリントにより凹部形成層１３２を形成する。そして、凹部形成層１３２の表面及び本体層１３３の表面を覆うように、例えばスパッタリングにより第１導体層１３１を形成する。

上述した実施形態では、個別導体層３２は直方体形状すなわち下面視が四角形状としたが、これに限られない。例えば、個別導体層３２は、下面視が円形の形状，十字形状（長方形が垂直に交差した形状）としてもよい。個別導体層３２の下面視が円形の場合、円の直径が横幅Ｗ及び縦幅Ｌに相当し、下面視が十字形状の場合、交差する２つの長方形の各々の長辺の長さが横幅Ｗ及び縦幅Ｌに相当する。また、個別導体層３２は第１方向（左右方向）及び第２方向（前後方向）に沿って等間隔に格子状に配列されていたが、これに限られない。例えば個別導体層３２は第１方向にのみ等間隔に配列されていてもよい。この場合、個別導体層３２は下面視が線状（長方形状）の形状としてもよい。

上述した実施形態では、構造体３０は支持基板３７を備えていたが、支持基板３７を省略してもよい。また、構造体３０において接着層３３を省略し、第１導体層３１と誘電体層３４とが直接接合されていてもよい。接着層３６についても同様である。

上述した実施形態では、放射面３８は個別導体層３２の下面及び誘電体層３４の下面としたが、これに限られない。例えば、構造体３０が、最下面に個別導体層３２及び誘電体層３４を被覆する赤外線の透過層を有する場合には、その透過層の下面が放射面３８となる。図３の赤外線ヒーター１１０においても同様である。

１０，１１０赤外線ヒーター、１１ヒーター本体、１２発熱体、１３保護部材、３０，１３０構造体、３１，１３１第１導体層、３２個別導体層、３３接着層、３４誘電体層、３５第２導体層、３６接着層、３７支持基板、３８放射面、７０ケーシング、１３２凹部形成層、１３３本体層、１３８放射面、４０マイクロキャビティ、４２側面、４４底面。

Claims

発熱体と、
赤外線の放射面と、該放射面に沿った方向に周期構造を有する第１導体層と、を有し、前記発熱体からのエネルギーを吸収すると波長２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内に半値幅が１．５μｍ以下で放射率が値０．８以上の最大ピークを有する赤外線を前記放射面から放射する特性を有する構造体と、
を備えた赤外線ヒーター。
前記構造体は、前記発熱体側で前記第１導体層に接合された誘電体層と、前記発熱体側で該誘電体層に接合された第２導体層と、を有し、
前記第１導体層は、前記放射面に沿った方向に互いに離間して配置されることで前記周期構造を構成する複数の個別導体層を有する、
請求項１に記載の赤外線ヒーター。
前記構造体は、少なくとも表面が前記第１導体層からなり前記周期構造を構成する複数のマイクロキャビティ、を有しており、
複数の前記マイクロキャビティの各々は、円柱形状又は多角柱形状であり、直径又は幅が３．０μｍ以上５．０μｍ以下である、
請求項１に記載の赤外線ヒーター。
複数の前記個別導体層の各々は、横幅が１０００ｎｍ以上８０００ｎｍ以下、縦幅が１０００ｎｍ以上８０００ｎｍ以下、厚さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の直方体形状である、
請求項２に記載の赤外線ヒーター。
複数の前記個別導体層は、前記放射面に沿った所定の第１方向及び該第１方向に直交する第２方向の各々に沿って等間隔に格子状に配列されている、
請求項２又は４に記載の赤外線ヒーター。
複数の前記個別導体層は、前記第１方向に沿った互いの間隔が１０００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下であり、前記第２方向に沿った互いの間隔が１０００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下である、
請求項５に記載の赤外線ヒーター。
前記第１導体層及び前記第２導体層の少なくとも一方は、金属である、
請求項２，４〜６のいずれか１項に記載の赤外線ヒーター。
前記構造体は、前記発熱体側で前記第２導体層に接合された支持基板を有する、
請求項２，４〜７のいずれか１項に記載の赤外線ヒーター。
前記構造体は、前記最大ピークが波長６μｍ以上７μｍ以下の範囲内にある、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の赤外線ヒーター。
前記構造体は、前記最大ピークの立ち上がりから立ち下がりまでの波長領域以外の波長領域における赤外線の放射率が値０．２以下である、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の赤外線ヒーター。