JP2018156852A

JP2018156852A - ヒータ

Info

Publication number: JP2018156852A
Application number: JP2017053076A
Authority: JP
Inventors: 伸二郎青野; Shinjiro Aono; 正明高塚; Masaaki Takatsuka; 周平阿部; Shuhei Abe
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: JP6816587B2; EP3376825A1; EP3376825B1

Abstract

【課題】防眩性を向上させつつ、赤外線の出射効率を向上させることができるヒータを提供すること。【解決手段】ヒータは、発光管と、多層膜とを具備する。多層膜は、発光管の外面に形成される。また、多層膜は、低屈折率膜と高屈折率膜とが交互に積層され、発光管から最も遠い低屈折率膜の膜厚が他の低屈折率膜の膜厚の２．０倍以上であり、発光管に最も近い高屈折率膜の膜厚が他の高屈折率膜の膜厚と同等以上である。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ヒータに関する。

輻射熱により被照射体を加熱する目的で使用されるヒータが知られている。ヒータは、空間暖房や調理などの用途では防眩性が求められるため、発光管の外表面に可視光遮断効果の高い多層膜が形成される。多層膜は、赤外線を透過させ、可視光を遮断させるために、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層したものからなる。

特開２０００−３５２６１２号公報

多層膜は、赤外線の出射効率を高くするために、発光管に最も近い高屈折率膜の膜厚を他の高屈折率膜よりも薄くして形成することが知られている。しかし、発光管に最も近い高屈折率膜の膜厚を薄くすると、防眩性が低下してしまう。

本発明が解決しようとする課題は、防眩性を向上させつつ、赤外線の出射効率を向上させることができるヒータを提供することを目的とする。

実施形態に係るヒータは、発光管と、多層膜とを具備する。多層膜は、高屈折率膜と、低屈折率膜とが交互に積層され、発光管から最も遠い低屈折率膜の膜厚が他の低屈折率膜の２．０倍以上であり、発光管に最も近い高屈折率膜の膜厚が他の高屈折率膜の膜厚と同等以上である。

本発明によれば、防眩性を向上させつつ、赤外線の出射効率を向上させることができるヒータを提供することができる。

実施形態に係るヒータの概略図である。実施形態に係る多層膜の概略図である。実施形態に係る多層膜を用いたときの照度を示す図である。実施形態に係る多層膜を用いたときの透過率を示す図である。

以下で説明する実施形態に係るヒータ１０は、発光管２と、多層膜１とを具備する。多層膜１は、発光管２の外面に形成される。また、多層膜１は、低屈折率膜３と高屈折率膜４とが交互に積層され、発光管２から最も遠い低屈折率膜３’の膜厚が他の低屈折率膜３の膜厚の２．０倍以上であり、発光管２に最も近い高屈折率膜４’の膜厚が他の高屈折率膜４の膜厚と同等以上である。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１０は、発光管２から最も遠い低屈折率膜３’の膜厚は、他の低屈折率膜３の膜厚の４．０倍以下である。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１０は、発光管２から最も遠い低屈折率膜３’の膜厚は、他の低屈折率膜３の膜厚の２．３倍以上３．０倍以下である。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１０は、低屈折率膜３は、酸化ケイ素を主成分とし、高屈折率膜４は、酸化鉄を主成分とする。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１０は、発光管２に最も近い高屈折率膜４’から発光管２から最も遠い低屈折率膜３’の間に形成された低屈折率膜３および高屈折率膜４の膜厚は、低屈折率膜３ごとに略同じ厚みであり、高屈折率膜４ごとに略同じ厚みである。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１０は、高屈折率膜４ごとの膜厚は、低屈折率膜３ごとの膜厚よりも薄い。

以下、図面を参照して、実施形態に係るヒータを説明する。実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

まず、図１を用いて実施形態に係るヒータの概要について説明する。図１は、実施形態に係るヒータの概要を示す図である。ヒータ１０は、図１に示されているように、発光管２と第１口金１１と第２口金１２と第１配線１４と第２配線１５とを備えている。

発光管２は、透明でかつ無着色である材料から形成され、筒状に形成されている。発光管２の材料としては、例えば高軟化点の石英ガラスが例示される。また、発光管２の外面には、図２にて後述する多層膜１が形成される。

ヒータ１０は、図示されていないフィラメントを備えている。フィラメントは、発光管２の内部に配置されている。フィラメントの一端は、第１口金１１の内部に設けられている図示されていない封止部まで伸びて形成され、第１配線１４と電気的に接続される。一方、フィラメントの他端は、第２口金１２の内部に設けられている、図示されていない封止部まで伸びて形成され、第２配線１５と電気的に接続されている。フィラメントは、第１配線１４と第２配線１５とを介して、図示されていない電源から電圧が印加されることにより、発熱し、発光する。

第１口金１１の内部に設けられている封止部と第２口金１２の内部に設けられている封止部とは、発光管２の両端をそれぞれ封止し、発光管２の内部を密閉している。第１口金１１の内部に設けられている封止部の内部には、図示されていないフィラメントの一端の一部と、フィラメントの一端と接続された図示されていない金属箔と、金属箔のフィラメントの一端と接続された側とは反対側に接続された図示されていないアウターリードの一部とが埋設される。第１配線１４は、一端が第１口金１１の内部に設けられている封止部に埋設されたアウターリードと接続され、他端が第１口金１１の外部に露出している。

第２口金１２の内部に設けられている封止部の内部には、第１口金１１の内部に設けられている封止部と同様に、図示されていないフィラメントの他端の一部と、フィラメントの他端と接続された図示されていない金属箔と、金属箔のフィラメントの他端と接続された側とは反対側に接続された図示されていないアウターリードの一部とが埋設される。第２配線１５は、一端が第２口金１２の内部に設けられている封止部に一部が埋設されたアウターリードと接続され、他端が第２口金１２の外部に露出している。

次に、図２を用いて実施形態に係る多層膜１について説明する。図２は、実施形態に係る多層膜１の概略図である。なお、図２には、発光管２を併せて示す。図２に示すように、本実施形態に係る多層膜１は、発光管２の表面上に形成され、低屈折率膜３と、高屈折率膜４と、を複数層具備している。低屈折率膜３は酸化ケイ素を主成分とし、高屈折率膜４は酸化鉄を主成分とする。

多層膜１は、ディップ法、真空蒸着法、スパッタ法などで形成され、低屈折率膜３と高屈折率膜４とが１０層程度、交互に積層されている。本実施形態では、発光管２の表面に直接形成される第１層から始まる奇数層を低屈折率膜３で形成し、第２層から始まる偶数層を高屈折率膜４で形成する。低屈折率膜３の主成分である酸化ケイ素、具体的には二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）は発光管２の成分に近いため、第１層とすることで、発光管２の表面への付着力を向上させることが可能となる。また、二酸化ケイ素は化学的および熱的な耐性に優れ、機械的強度を有しているため、高温となる発光管２の表面に直接形成されても剥離や損傷を起こす可能性が低い。なお、第１層の低屈折率膜３を省略することも可能である。

高屈折率膜４の主成分である酸化鉄は、酸化ケイ素に比べて防眩性が高い。このため、高屈折率膜４に酸化鉄を用いることで、ヒータ１０の防眩性を向上させることができる。ただし、酸化鉄は、酸化ケイ素に比べると発光管２の成分と異なることから、低屈折率膜３を介して発光管２の外側に設けられることが望ましい。

なお、低屈折率膜３は、二酸化ケイ素に限られず、酸化ケイ素（ＳｉＯ）などのケイ素酸化物であればどのような形態であってもよい。また、低屈折率膜３は、酸化ケイ素に限らず、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等のケイ素酸化物以外の他の金属を用いることにしてもよい。また、高屈折率膜４は、例えば、酸化鉄に限られず、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）など、酸化鉄以外の金属酸化物を用いることにしてもよい。

また、図２に示すように、多層膜１において発光管２から最も遠い低屈折率膜３’（以下、最上層の低屈折率膜３’）を除く低屈折率膜３の膜厚は、それぞれ略同じ厚みであり、多層膜１において発光管２に最も近い高屈折率膜４’（以下、最下層の高屈折率膜４’）を除く高屈折率膜４の膜厚は、それぞれ略同じ厚みである。そして、低屈折率膜３のかかる膜厚は、高屈折率膜４のかかる膜厚に対して例えば１．４倍の厚みである。すなわち、かかる低屈折率膜３の膜厚は、かかる高屈折率膜４の膜厚よりも厚く形成されている。なお、例えば、低屈折率膜３の膜厚は、８０ｎｍであり、高屈折率膜４の膜厚は、５７ｎｍであるが、これに限定されるものではない。

また、図２に示すように、実施形態に係るヒータ１０は、多層膜１において発光管２から最も遠い低屈折率膜３’の膜厚を他の低屈折率膜３の膜厚よりも厚く形成している。さらに、発光管２に最も近い高屈折率膜４’を他の高屈折率膜４と同等以上の厚みに形成している。

これにより、実施形態に係るヒータ１０は、防眩性を低下させることなく、赤外線の透過率を向上させることが可能である。この点の詳細については図３および図４を用いて後述する。なお、多層膜１の各層の膜厚は、多層膜１の断面を研磨後、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）分析により、測定することができる。ＳＥＭは、日本電子株式会社製ＪＳＭ−７５００Ｆを用いる。

次に、図３を用いて発光管２に最も近い高屈折率膜４’および最上層の低屈折率膜３’の膜厚と、照度との相関について説明する。図３は、実施形態に係る多層膜１を用いたときの照度を示す図である。なお、図３では、横軸に高屈折率膜４に対する高屈折率膜４’の膜厚の比率（以下、高屈折率膜４の膜厚比という）を示し、縦軸に照度を示す。なお、照度が低いほど、多層膜１で可視光を遮断し、防眩性が良好であることを示す。照度は、コニカミノルタ社製色彩照度計ＣＬ−２００Ａを用い、ヒータ１０から５０ｃｍ離れた位置で測定する。

また、図３には、低屈折率膜３に対する最上層の低屈折率膜３’の膜厚の比率（以下、低屈折率膜３の膜厚比という）を２．４倍とした場合の照度曲線ａ１、かかる膜厚比を３．０倍にした場合の照度曲線ａ２、かかる膜厚比を１．０倍にした場合の照度曲線ａ３およびかかる膜厚比を１．５倍にした場合の照度曲線ａ４を示す。

図３に示すように、照度曲線ａ１〜ａ４は、高屈折率膜４の膜厚比が略１．０倍において最も照度が低下する。すなわち、高屈折率膜４の膜厚比を略１．０倍とすることで、最も防眩性を向上させることが可能である。

また、図３に示すように低屈折率膜３の膜厚比を１．０倍よりも大きくすると、照度が徐々に上昇する。しかしながら、０．５倍のようにかかる膜厚比を１．０倍よりも小さくした場合の照度よりも小さく、十分な防眩性を得ることができる。

すなわち、実施形態に係るヒータ１０において、発光管２に最も近い高屈折率膜４’の膜厚を他の高屈折率膜４の膜厚と同等以上とすることで、十分な防眩性を得ることが可能である。

また、低屈折率膜３の膜厚比に着目すると、かかる膜厚比が、２．４倍の照度曲線ａ１、３．０倍の照度曲線ａ２および１．０倍の照度曲線ａ３は、十分な防眩性が得られるものの、かかる膜厚比が１．５倍の照度曲線ａ４では十分な防眩性が得らないことが分かる。

次に、図４を用いて実施形態に係る多層膜１を用いたときの透過率について説明する。図４は、実施形態に係る多層膜１を用いたときの透過率を示す図である。なお、図４では、低屈折率膜３の膜厚比を２．４倍とし、高屈折率膜４の膜厚比を１．０倍にした場合の透過率曲線ｂ１を示す。また、図４には、比較のために、低屈折率膜３の膜厚比を２．４倍とし、高屈折率膜４の膜厚比を０．５倍にした場合の透過率曲線ｂ２および低屈折率膜３の膜厚比と高屈折率膜４の膜厚比とを１．０倍とした場合の透過率曲線ｂ３を併せて示す。

まず、図４に示す透過率曲線ｂ１および透過率曲線ｂ２に着目すると、透過率曲線ｂ１と透過率曲線ｂ２とは、赤外線領域（波長７８０ｎｍ以上）の入射光に対して同等の光学特性を有する。換言すると、低屈折率膜３の膜厚比を２．４倍に固定した場合において、高屈折率膜４の膜厚比を１．０倍である場合と、かかる膜厚比を０．５倍である場合とで、赤外線の出射効率は同等である。

次に、透過率曲線ｂ１および透過率曲線ｂ３に着目すると、透過率曲線ｂ１は、透過率曲線ｂ３よりも赤外線領域（波長７８０ｎｍ以上）の入射光に対する高い透過率を有する。すなわち、高屈折率膜４の膜厚比を１．０倍に固定した場合において、低屈折率膜３の膜厚比が２．４倍である場合に、かかる膜厚比が１．０倍である場合よりも赤外線の出射効率が高いことが分かる。

これらのことより、実施形態に係るヒータ１０は、低屈折率膜３の膜厚比を２．４倍とし、高屈折率膜４の膜厚比を１．０倍以上とすることで、防眩性を向上させつつ、赤外線の照射強度を向上させることができる。

なお、図４では、低屈折率膜３の膜厚比が２．４倍である場合について示したが、かかる膜厚比は、２．０倍以上４．０倍以下である場合であっても同様の効果が期待できる。しかし、最上層の低屈折率膜３’の膜厚が厚いほど、多層膜１の成膜に時間が掛かるため、製造効率の低下が懸念される。

また、最上層の低屈折率膜３’の膜厚が薄いほど、赤外線に対する透過率が向上することが期待できる一方、防眩性の低下が懸念される。このため、防眩性および赤外線の透過率の双方を向上させるためには、低屈折率膜３の膜厚比が２．２倍以上３．０倍以下であることが好ましい。

上述したように、実施形態に係るヒータ１０は、発光管２と、多層膜１とを具備する。多層膜１は、発光管２の外面に形成される。また、多層膜１は、低屈折率膜３と高屈折率膜４とが交互に積層され、発光管２から最も遠い低屈折率膜３’の膜厚が他の低屈折率膜３の膜厚の２．０倍以上であり、発光管２に最も近い高屈折率膜４’の膜厚が他の高屈折率膜４の膜厚と同等以上である。したがって、実施形態に係るヒータ１０は、防眩性を向上させつつ、赤外線の出射効率を向上させることができる。

ところで、上述した実施形態では、多層膜１の最上層を二酸化ケイ素である低屈折率膜３’としたが、これに限定されるものではない。すなわち、かかる最上層を酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）とすることにしてもよい。かかる最上層を酸化ジルコニウムとすることで、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）などのイオンを発光管２側へ透過させにくくすることができる。つまり、酸化ジルコニウムを用いることで、ヒータ１０の塩などのアルカリ成分に対する耐久性を向上させることができる。なお、酸化ジルコニウムは、多層膜１における最上層に限定されず、最上層以外の層に用いることにしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１多層膜
２発光管
３、３’ 低屈折率膜
４、４’ 高屈折率膜
１０ヒータ

Claims

発光管と；
前記発光管の外面に形成される多層膜と；
を具備し、
前記多層膜は低屈折率膜と高屈折率膜とが交互に積層され、前記発光管から最も遠い前記低屈折率膜の膜厚が他の前記低屈折率膜の膜厚の２．０倍以上であり、前記発光管に最も近い前記高屈折率膜の膜厚が他の前記高屈折率膜の膜厚と同等以上である、ヒータ。
前記発光管から最も遠い前記低屈折率膜の膜厚は、前記他の低屈折率膜の膜厚の４．０倍以下である、請求項１に記載のヒータ。
前記発光管から最も遠い前記低屈折率膜の膜厚は、前記他の低屈折率膜の膜厚の２．２倍以上３．０倍以下である、請求項１または２に記載のヒータ。
前記高屈折率膜は、酸化鉄を主成分とし、前記低屈折率膜は、酸化ケイ素を主成分とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載のヒータ。
前記発光管に最も近い高屈折率膜から前記発光管から最も遠い前記低屈折率膜の間に形成された前記高屈折率膜および前記低屈折率膜の膜厚は、該高屈折率膜ごとに略同じ厚みであり、該低屈折率膜ごとに略同じ厚みである、請求項１〜４のいずれか一つに記載のヒータ。
前記高屈折率膜ごとの膜厚は、前記低屈折率膜ごとの膜厚よりも薄い、請求項５に記載のヒータ。