JP3509728B2 - 分析装置用赤外光源 - Google Patents
分析装置用赤外光源Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外分光光度計や
フーリエ変換赤外分光光度計、或いはその他の分析装置
に用いられる赤外光源に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、赤外分光光度計の赤外光源として
は、カンタル線をコイル状に形成した熱放射体等が用い
られている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光源には以下のような幾つかの問題点がある。すな
わち、コイル状の熱放射体では、光の強度分布に粗密が
生じエネルギー密度が低くなるため、結果的に光のパワ
ーが小さい。また、光源から放射された光を集光するた
めの反射鏡による焦点位置にアパーチャーを置く光学部
品配置とするとコイル像ができてしまうため、焦点位置
から若干ずれた位置にアパーチャーを置き発光むらの影
響を軽減する必要がある。このため光の利用効率が悪く
なる。更に、長期間の使用によりコイル形状に変形が生
じ、光束密度が低くなる上に寿命も短い。 【０００４】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的とするところは発光パワーが大
きく且つその強度分布のむらが小さく、更に長寿命であ
る赤外光源を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る赤外光源は、金属導体から成る
発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を挟み込んで形成される平
板形状の窒化珪素焼結体とから成り、この窒化珪素焼結
体の表面には予め酸化珪素膜が形成されていることを特
徴としている。 【０００６】 【発明の実施の形態】金属導体は発熱を生じ易いよう
に、例えば櫛形形状に形成される。そして、この金属導
体は二枚の窒化珪素の平板に挟み込まれ、内部に密封さ
れるようにして赤外発光部が形成される。金属導体に通
電されることにより発生する熱は接触する窒化珪素平板
に伝播し、発熱抵抗体に対応する面領域が発熱して赤外
光を発する。窒化珪素は安定な材料であるため、金属導
体に通電する電流を大きくすることにより、高温にして
輝度を上げることができる。また、材料の色自体が黒色
であるため、放射効率も良好である。 【０００７】なお、赤外光源として、使用初期から安定
的なスペクトルを得るためには、窒化珪素の表面に予め
酸化珪素膜を形成しておくことが好ましい。この膜は、
珪酸ナトリウム溶液等を塗布し熱処理することにより、
比較的容易に形成することができる。 【０００８】 【実施例】以下、本発明に係る赤外光源の構造及び効果
を、図面を用いて具体的に説明する。図１は本発明に係
る赤外光源の実施例の外観図、図２は図１の赤外光源の
構造図である。この光源１０は、窒化珪素焼結体１１、
発熱導体１２及びリード線１３から構成される。発熱導
体１２は、タングステン、モリブデンのような高融点金
属又はその合金が用いられる。 【０００９】窒化珪素焼結体１１は、図２のように発熱
導体１２をサンドイッチ状に挟み込む二枚の平板状部材
から成り、発熱導体１２を内部に保持した状態で一体焼
成される。これにより、発熱導体１２は窒化珪素焼結体
１１の内部に封入される。発熱導体１２に接続されるリ
ード線１３に外部から電流が供給されると、発熱導体１
２が櫛形状に折り曲げられた発熱部（図１では約３．６
×１０mmの領域）で発熱が生じ、赤外光を放出する。な
お、図１中の寸法は一例であり、適宜変更可能である。 【００１０】図３は上記赤外光源を使用した赤外分光光
度計のパワースペクトルを、従来のカンタル線を用いた
光源と比較した結果を示す図である。光源温度はカンタ
ル線１１００℃、本実施例の光源を１２００℃とし、横
軸は波数（ｃｍ-1）、縦軸はパワー相対強度すなわち相
対輝度を示している。図中、(1)は本発明に係る赤外光
源、(2)はカンタル線の光源によるパワースペクトルで
ある。図に示されているように、本実施例による光源は
従来光源と比較して遙かに輝度が高く、結果的に分光測
定のＳ／Ｎ比が向上する。 【００１１】また、上記実施例の赤外光源の寿命を測定
した結果、光源温度１２００℃では予想された５０００
時間以上の寿命が得られることが確認された。これは、
従来の一般的なカンタル線の光源の寿命が１２００℃程
度の光源温度で２０００時間程度であるのに比べて、遙
かに長寿命である。 【００１２】ところで、上述の如き窒化珪素等の非酸化
物系窒化物から成る赤外光源では、点灯時の発熱により
非酸化物系窒化物の表面に徐々に酸化膜が形成される。
この酸化膜はゆっくりと形成されるため安定した膜が形
成される迄に時間を要し、その間安定した赤外線スペク
トルが得られにくい。この課題を解決するため、予め非
酸化物系窒化物の表面に酸化珪素の薄い膜を形成するべ
く表面処理を行なうことが好ましい。 【００１３】表面処理の最も簡単な方法としては、図１
のような赤外光源に対し、その表面に珪酸ナトリウム溶
液等を塗布し熱処理する。これにより、窒化珪素の表面
に始めから安定的な酸化珪素膜が形成される。 【００１４】図４及び図５は表面処理の効果を説明する
ための図であり、図４は表面処理を施した赤外光源を用
いた赤外分光光度計のパワースペクトルの経時変化、図
５は表面処理を施さない赤外光源を用いた赤外分光光度
計のパワースペクトルの経時変化の実測例を示してい
る。図４、図５ともに、横軸は波数（ｃｍ-1）、縦軸は
パワー相対強度すなわち相対輝度を示し、点灯開始を０
時間（ｈ）として所定時間経過後の相対輝度を表わして
いる。 【００１５】図５において、波数８５０〜９００ｃｍ-1
付近ではＳｉ−Ｎの吸収スペクトルによる経時変化が生
じておりスペクトルが安定しないが、図４の表面処理し
た赤外光源では殆ど経時変化は生じておらず安定してい
る。 【００１６】また、図４では、１０５０〜１１００ｃｍ
-1付近で約１日点灯したあとに酸化珪素による吸収スペ
クトルが明瞭に現われ、その後はスペクトルは安定して
いる。これは、塗布及び乾燥により形成された酸化膜
が、点灯後１日程度のエージングにより安定な膜として
完成することを示している。すなわち、膜形成時にはピ
ンホールや膜厚の不均一性が生じる可能性があるが、所
定時間エージングすることにより酸素を透過させにくい
完全な膜となる。一方、表面処理を施さないものでは、
約５００時間点灯した後でもＳｉ−Ｎ及びＳｉ−Ｏによ
る吸収スペクトルが不安定となっている。 【００１７】以上のように、予め窒化珪素焼結体に本発
明の表面処理を施すことにより、点灯のほぼ初期段階か
ら安定したパワースペクトルを得ることができる。 【００１８】 【発明の効果】本発明に係る赤外光源によれば、発光部
分が平面状であるため、光の強度分布にむらがなく大き
な発光パワーが得られる。また、高温（約１３５０℃）
迄安定し変形も生じないため、輝度を上げることができ
且つ長寿命である。更に、窒化珪素自体が黒色であるた
め、放射効率を上げるために従来行なっていた黒化処理
も不要となる。
フーリエ変換赤外分光光度計、或いはその他の分析装置
に用いられる赤外光源に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、赤外分光光度計の赤外光源として
は、カンタル線をコイル状に形成した熱放射体等が用い
られている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光源には以下のような幾つかの問題点がある。すな
わち、コイル状の熱放射体では、光の強度分布に粗密が
生じエネルギー密度が低くなるため、結果的に光のパワ
ーが小さい。また、光源から放射された光を集光するた
めの反射鏡による焦点位置にアパーチャーを置く光学部
品配置とするとコイル像ができてしまうため、焦点位置
から若干ずれた位置にアパーチャーを置き発光むらの影
響を軽減する必要がある。このため光の利用効率が悪く
なる。更に、長期間の使用によりコイル形状に変形が生
じ、光束密度が低くなる上に寿命も短い。 【０００４】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的とするところは発光パワーが大
きく且つその強度分布のむらが小さく、更に長寿命であ
る赤外光源を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る赤外光源は、金属導体から成る
発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を挟み込んで形成される平
板形状の窒化珪素焼結体とから成り、この窒化珪素焼結
体の表面には予め酸化珪素膜が形成されていることを特
徴としている。 【０００６】 【発明の実施の形態】金属導体は発熱を生じ易いよう
に、例えば櫛形形状に形成される。そして、この金属導
体は二枚の窒化珪素の平板に挟み込まれ、内部に密封さ
れるようにして赤外発光部が形成される。金属導体に通
電されることにより発生する熱は接触する窒化珪素平板
に伝播し、発熱抵抗体に対応する面領域が発熱して赤外
光を発する。窒化珪素は安定な材料であるため、金属導
体に通電する電流を大きくすることにより、高温にして
輝度を上げることができる。また、材料の色自体が黒色
であるため、放射効率も良好である。 【０００７】なお、赤外光源として、使用初期から安定
的なスペクトルを得るためには、窒化珪素の表面に予め
酸化珪素膜を形成しておくことが好ましい。この膜は、
珪酸ナトリウム溶液等を塗布し熱処理することにより、
比較的容易に形成することができる。 【０００８】 【実施例】以下、本発明に係る赤外光源の構造及び効果
を、図面を用いて具体的に説明する。図１は本発明に係
る赤外光源の実施例の外観図、図２は図１の赤外光源の
構造図である。この光源１０は、窒化珪素焼結体１１、
発熱導体１２及びリード線１３から構成される。発熱導
体１２は、タングステン、モリブデンのような高融点金
属又はその合金が用いられる。 【０００９】窒化珪素焼結体１１は、図２のように発熱
導体１２をサンドイッチ状に挟み込む二枚の平板状部材
から成り、発熱導体１２を内部に保持した状態で一体焼
成される。これにより、発熱導体１２は窒化珪素焼結体
１１の内部に封入される。発熱導体１２に接続されるリ
ード線１３に外部から電流が供給されると、発熱導体１
２が櫛形状に折り曲げられた発熱部（図１では約３．６
×１０mmの領域）で発熱が生じ、赤外光を放出する。な
お、図１中の寸法は一例であり、適宜変更可能である。 【００１０】図３は上記赤外光源を使用した赤外分光光
度計のパワースペクトルを、従来のカンタル線を用いた
光源と比較した結果を示す図である。光源温度はカンタ
ル線１１００℃、本実施例の光源を１２００℃とし、横
軸は波数（ｃｍ-1）、縦軸はパワー相対強度すなわち相
対輝度を示している。図中、(1)は本発明に係る赤外光
源、(2)はカンタル線の光源によるパワースペクトルで
ある。図に示されているように、本実施例による光源は
従来光源と比較して遙かに輝度が高く、結果的に分光測
定のＳ／Ｎ比が向上する。 【００１１】また、上記実施例の赤外光源の寿命を測定
した結果、光源温度１２００℃では予想された５０００
時間以上の寿命が得られることが確認された。これは、
従来の一般的なカンタル線の光源の寿命が１２００℃程
度の光源温度で２０００時間程度であるのに比べて、遙
かに長寿命である。 【００１２】ところで、上述の如き窒化珪素等の非酸化
物系窒化物から成る赤外光源では、点灯時の発熱により
非酸化物系窒化物の表面に徐々に酸化膜が形成される。
この酸化膜はゆっくりと形成されるため安定した膜が形
成される迄に時間を要し、その間安定した赤外線スペク
トルが得られにくい。この課題を解決するため、予め非
酸化物系窒化物の表面に酸化珪素の薄い膜を形成するべ
く表面処理を行なうことが好ましい。 【００１３】表面処理の最も簡単な方法としては、図１
のような赤外光源に対し、その表面に珪酸ナトリウム溶
液等を塗布し熱処理する。これにより、窒化珪素の表面
に始めから安定的な酸化珪素膜が形成される。 【００１４】図４及び図５は表面処理の効果を説明する
ための図であり、図４は表面処理を施した赤外光源を用
いた赤外分光光度計のパワースペクトルの経時変化、図
５は表面処理を施さない赤外光源を用いた赤外分光光度
計のパワースペクトルの経時変化の実測例を示してい
る。図４、図５ともに、横軸は波数（ｃｍ-1）、縦軸は
パワー相対強度すなわち相対輝度を示し、点灯開始を０
時間（ｈ）として所定時間経過後の相対輝度を表わして
いる。 【００１５】図５において、波数８５０〜９００ｃｍ-1
付近ではＳｉ−Ｎの吸収スペクトルによる経時変化が生
じておりスペクトルが安定しないが、図４の表面処理し
た赤外光源では殆ど経時変化は生じておらず安定してい
る。 【００１６】また、図４では、１０５０〜１１００ｃｍ
-1付近で約１日点灯したあとに酸化珪素による吸収スペ
クトルが明瞭に現われ、その後はスペクトルは安定して
いる。これは、塗布及び乾燥により形成された酸化膜
が、点灯後１日程度のエージングにより安定な膜として
完成することを示している。すなわち、膜形成時にはピ
ンホールや膜厚の不均一性が生じる可能性があるが、所
定時間エージングすることにより酸素を透過させにくい
完全な膜となる。一方、表面処理を施さないものでは、
約５００時間点灯した後でもＳｉ−Ｎ及びＳｉ−Ｏによ
る吸収スペクトルが不安定となっている。 【００１７】以上のように、予め窒化珪素焼結体に本発
明の表面処理を施すことにより、点灯のほぼ初期段階か
ら安定したパワースペクトルを得ることができる。 【００１８】 【発明の効果】本発明に係る赤外光源によれば、発光部
分が平面状であるため、光の強度分布にむらがなく大き
な発光パワーが得られる。また、高温（約１３５０℃）
迄安定し変形も生じないため、輝度を上げることができ
且つ長寿命である。更に、窒化珪素自体が黒色であるた
め、放射効率を上げるために従来行なっていた黒化処理
も不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の赤外光源の実施例の外観図。
【図２】 本発明の赤外光源の実施例の構造図。
【図３】 図１の実施例による赤外光源を使用した赤外
分光光度計のパワースペクトルを示す図。 【図４】 本発明の実施例による赤外光源に表面処理を
施した場合のパワースペクトルの経時変化を示す図。 【図５】 本発明の実施例による赤外光源に表面処理を
施さない場合のパワースペクトルの経時変化を示す図。 【符号の説明】 １０…赤外光源 １１…窒化珪素焼結体 １２…発熱導体 １３…リード線
分光光度計のパワースペクトルを示す図。 【図４】 本発明の実施例による赤外光源に表面処理を
施した場合のパワースペクトルの経時変化を示す図。 【図５】 本発明の実施例による赤外光源に表面処理を
施さない場合のパワースペクトルの経時変化を示す図。 【符号の説明】 １０…赤外光源 １１…窒化珪素焼結体 １２…発熱導体 １３…リード線
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−135067（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−295078（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−242957（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−86181（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−259781（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−179084（ＪＰ，Ａ)
特公 昭62−19034（ＪＰ，Ｂ１)
特公 昭62−59858（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/00 - 21/01
G01N 21/17 - 21/74
G01J 3/00 - 3/52
H05B 3/00 - 3/48
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 金属導体から成る発熱抵抗体と、該発熱
抵抗体を挟み込んで形成される平板形状の窒化珪素焼結
体とから成り、前記窒化珪素焼結体の表面には予め酸化
珪素膜が形成されていることを特徴とする分析装置用赤
外光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286284A JP3509728B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 分析装置用赤外光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286284A JP3509728B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 分析装置用赤外光源 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24855395A Division JP3205230B2 (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 赤外光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001147194A JP2001147194A (ja) | 2001-05-29 |
| JP3509728B2 true JP3509728B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=18770226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000286284A Expired - Fee Related JP3509728B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 分析装置用赤外光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3509728B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8975604B2 (en) * | 2009-09-18 | 2015-03-10 | Thermo Electron Scientific Instruments Llc | Emissivity enhanced mid IR source |
| US11112087B2 (en) * | 2019-04-18 | 2021-09-07 | Surface Igniter, LLC | Infrared source for airport runway light applications |
-
2000
- 2000-09-21 JP JP2000286284A patent/JP3509728B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001147194A (ja) | 2001-05-29 |
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