JP6783571B2

JP6783571B2 - Radiation equipment and processing equipment using radiation equipment

Info

Publication number: JP6783571B2
Application number: JP2016138844A
Authority: JP
Inventors: 良夫近藤; 青木　道郎; 道郎青木
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2036-07-13
Also published as: JP2018008425A

Description

本明細書が開示する技術は、メタマテリアル（ｍｅｔａ−ｍａｔｅｒｉａｌ）構造層（メタサーフェスと呼ばれる場合もある）を利用して放射されるふく射エネルギーの波長を制御する放射装置、及び当該放射装置を用いた処理装置に関する。 The techniques disclosed herein use a radiating device that controls the wavelength of radiation energy radiated using a meta-material structural layer (sometimes referred to as a metasurface), and the radiating device. Regarding the processing equipment that was there.

被処理物を処理するために、ふく射エネルギーを放射する放射装置が用いられることがある。例えば、非特許文献１には、機能性ポリマーの一種である環状オレフィンコポリマーを熱処理する技術が開示されている。このような機能性ポリマーは、原料ポリマーを高温で溶融し成形した後、放射装置を用いて熱処理することで生成される。熱処理には、例えば赤外線ヒーター（放射装置の一例）が用いられている。 A radiating device that radiates radiation energy may be used to treat the object to be treated. For example, Non-Patent Document 1 discloses a technique for heat-treating a cyclic olefin copolymer which is a kind of functional polymer. Such a functional polymer is produced by melting a raw material polymer at a high temperature, molding it, and then heat-treating it using a radiation device. For the heat treatment, for example, an infrared heater (an example of a radiating device) is used.

畦▲崎▼崇、他７名、“新たな熱硬化性耐熱ポリオレフィン材料を開発”、［online］、２０１２年１０月１９日、高分子学会、［２０１５年９月１０日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：http://main.spsj.or.jp/koho/21pmf.html＞Ridge ▲ Saki ▼ Takashi, 7 others, "Development of new thermosetting heat-resistant polyolefin material", [online], October 19, 2012, Polymer Society, [Search on September 10, 2015], Internet, <URL: http://main.spsj.or.jp/koho/21pmf.html>

放射装置を用いて被処理物を処理する場合に、特定の波長のふく射エネルギーが被処理物に放射されないようにしたいという要望があるときがある。例えば、非特許文献１の機能性ポリマーでは、赤外線ヒーターが放射するふく射エネルギーのうち、特定の波長領域のふく射エネルギーは、原料ポリマーから機能性ポリマーへの反応を阻害することが知られている。このため、例えば光学フィルタを用いて特定の波長領域のふく射エネルギーを透過させない工夫が行われている。しかしながら、光学フィルタの波長選択性は比較的に緩やかであるため、光学フィルタを用いる場合は特定の波長領域近傍の波長の透過率も抑制されてしまい、エネルギー効率が低下するという問題がある。本明細書は、急峻な波長選択性を有する放射装置及び当該放射装置を用いた処理装置を提供する。 When processing an object to be processed using a radiation device, there may be a desire to prevent the radiation energy of a specific wavelength from being radiated to the object to be processed. For example, in the functional polymer of Non-Patent Document 1, it is known that among the radiation energies radiated by the infrared heater, the radiation energy in a specific wavelength region inhibits the reaction from the raw material polymer to the functional polymer. For this reason, for example, an optical filter has been used to prevent the radiation energy of a specific wavelength region from being transmitted. However, since the wavelength selectivity of the optical filter is relatively loose, when the optical filter is used, the transmittance of the wavelength near a specific wavelength region is also suppressed, and there is a problem that the energy efficiency is lowered. The present specification provides a radiation device having a steep wavelength selectivity and a processing device using the radiation device.

本明細書が開示する放射装置は、発熱源と、表面側にメタマテリアル構造層を有するメタマテリアル構造物と、を備える。メタマテリアル構造層は、その表面に発熱源から放射されたふく射エネルギーが入射するように配置されており、かつ、当該メタマテリアル構造層の表面で反射されるふく射エネルギーが特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーとなるように構成されている。 The radiating apparatus disclosed herein includes a heat source and a metamaterial structure having a metamaterial structure layer on the surface side. The metamaterial structural layer is arranged so that the radiation energy radiated from the heat generation source is incident on the surface thereof, and the radiation energy reflected on the surface of the metamaterial structural layer excludes a specific wavelength region. It is configured to be the radiation energy in the wavelength region.

メタマテリアル構造層は、入射したふく射エネルギーのうち特定の波長領域を除いたふく射エネルギーをほぼ反射する。これによって、結果的に見かけ上は、メタマテリアル構造層の表面から特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーが放射されることになる。メタマテリアル構造層は、特定の波長領域の境界において放射率が急峻に変化するという性質を有する。上記の放射装置は、上述したメタマテリアル構造層を表面側に有するメタマテリアル構造物を備えるため、急峻な波長選択性を有する。上記の放射装置によると、エネルギー効率の低下を抑制しながら、特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーを放射することができる。 The metamaterial structural layer substantially reflects the incident radiation energy excluding a specific wavelength region. As a result, the radiation energy in the wavelength region excluding the specific wavelength region is apparently radiated from the surface of the metamaterial structural layer. The metamaterial structural layer has the property that the emissivity changes sharply at the boundary of a specific wavelength region. Since the above-mentioned radiation device includes the above-mentioned metamaterial structure having the above-mentioned metamaterial structure layer on the surface side, it has a steep wavelength selectivity. According to the above-mentioned radiation device, it is possible to radiate radiation energy in a wavelength region excluding a specific wavelength region while suppressing a decrease in energy efficiency.

また、本明細書は、上記の放射装置を利用して被処理物を処理する新規な処理装置を開示する。本明細書が開示する処理装置は、被処理物と対向して配置される上記の放射装置と、被処理物と放射装置とを収容する収容部と、を備える。メタマテリアル構造層の表面からは、被処理物にふく射エネルギーが放射される。 In addition, the present specification discloses a novel processing device for processing an object to be processed by utilizing the above-mentioned radiation device. The processing device disclosed in the present specification includes the above-mentioned radiation device arranged to face the object to be processed, and an accommodating portion for accommodating the object to be processed and the radiation device. Radiation energy is radiated from the surface of the metamaterial structural layer to the object to be treated.

上記の処理装置によれば、発熱源からメタマテリアル構造層に入射したふく射エネルギーのうち特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーを被処理物に照射することができる。メタマテリアル構造層は、特定の波長領域の境界において放射率が急峻に変化するという性質を有する。このため、エネルギー効率の低下を抑制しながら被処理物を好適に処理することができる。 According to the above-mentioned processing apparatus, it is possible to irradiate the object to be processed with the radiation energy in the wavelength region excluding the specific wavelength region from the radiation energy incident on the metamaterial structure layer from the heat generation source. The metamaterial structural layer has the property that the emissivity changes sharply at the boundary of a specific wavelength region. Therefore, the object to be treated can be suitably treated while suppressing a decrease in energy efficiency.

実施例１の放射装置の縦断面図。The vertical sectional view of the radiating apparatus of Example 1. FIG. （ａ）は発熱源からメタマテリアル構造物の表面に入射するふく射エネルギーの入射スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）はメタマテリアル構造層が吸収するふく射エネルギーの吸収スペクトルを示すグラフであり、（ｃ）はメタマテリアル構造層表面から反射される、見かけ上のふく射エネルギーのスペクトルを示すグラフである。(A) is a graph showing the incident spectrum of the radiation energy incident on the surface of the metamaterial structure from the heat generation source, and (b) is a graph showing the absorption spectrum of the radiation energy absorbed by the metamaterial structure layer. c) is a graph showing the spectrum of the apparent radiation energy reflected from the surface of the metamaterial structural layer. メタマテリアル構造物の構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of a metamaterial structure. 実施例１の放射装置を利用した処理装置の構造を模式的に示す断面図。The cross-sectional view which shows typically the structure of the processing apparatus using the radiating apparatus of Example 1. FIG. 実施例２の放射装置の縦断面図。The vertical sectional view of the radiating apparatus of Example 2. FIG. 実施例２の放射装置を利用した処理装置の構造を模式的に示す断面図。The cross-sectional view which shows typically the structure of the processing apparatus using the radiating apparatus of Example 2. FIG.

最初に、以下に説明する実施例の特徴を列記する。なお、ここに列記する特徴は、何れも独立して有効なものである。 First, the features of the examples described below are listed. The features listed here are all valid independently.

（特徴１）本明細書に開示の放射装置は、冷却部材を備えていてもよい。冷却部材は、メタマテリアル構造物の裏面側に配置され、メタマテリアル構造物を冷却してもよい。メタマテリアル構造物は、その表面（即ち、メタマテリアル構造層の表面）に入射したふく射エネルギーのうち特定の波長領域のふく射エネルギーを吸収する。このため、放射装置の使用に伴いメタマテリアル構造物の温度が上昇する場合がある。メタマテリアル構造物の温度が過度に上昇すると、そこからの自己ふく射エネルギー（自身の温度に大きく依存）が増大するため、前記見かけ上のふく射エネルギーのスペクトル形状が変化する可能性が生じる。上記の放射装置によると、冷却部材はメタマテリアル構造物の裏面からメタマテリアル構造物を冷却する。このため、当該構造物の温度上昇が抑制され、結果的に、そこからの見かけ上のふく射エネルギーについて、所望のスペクトル形状を維持することが可能となる。 (Feature 1) The radiating device disclosed in the present specification may include a cooling member. The cooling member may be arranged on the back surface side of the metamaterial structure to cool the metamaterial structure. The metamaterial structure absorbs the radiation energy in a specific wavelength region of the radiation energy incident on its surface (that is, the surface of the metamaterial structure layer). Therefore, the temperature of the metamaterial structure may rise with the use of the radiation device. When the temperature of the metamaterial structure rises excessively, the self-radiation energy from the metamaterial structure (which largely depends on its own temperature) increases, so that the spectral shape of the apparent radiation energy may change. According to the above radiator, the cooling member cools the metamaterial structure from the back surface of the metamaterial structure. Therefore, the temperature rise of the structure is suppressed, and as a result, it is possible to maintain a desired spectral shape with respect to the apparent radiation energy from the structure.

（特徴２）本明細書に開示の放射装置は、反射面を有しており、当該反射面に入射したふく射エネルギーを反射する第１反射器と、放物面を有しており、当該放物面に入射したふく射エネルギーを反射する第２反射器と、を備えていてもよい。第１反射器は、発熱源から放射されるふく射エネルギーが、第１反射器の反射面に入射すると共に、当該反射面で反射したふく射エネルギーが、第２反射器の放物面の対称軸と平行な方向に当該放物面に入射するように構成されていてもよい。メタマテリアル構造物は、メタマテリアル構造層の表面が第２反射器の放物面と対向すると共に、その表面が当該放物面の焦点に位置するように配置されていてもよい。なお、反射面と放物面のそれぞれは、発熱源から放射されるふく射エネルギーの全波長域において高い反射率を有していてもよい。 (Characteristic 2) The radiation device disclosed in the present specification has a reflecting surface, and has a first reflector that reflects the radiation energy incident on the reflecting surface and a paraboloid, and the emitting surface. It may be provided with a second reflector that reflects the radiation energy incident on the object surface. In the first reflector, the radiation energy radiated from the heat generation source is incident on the reflection surface of the first reflector, and the radiation energy reflected by the reflection surface is the axis of symmetry of the radial surface of the second reflector. It may be configured to be incident on the parabolic surface in parallel directions. The metamaterial structure may be arranged so that the surface of the metamaterial structure layer faces the paraboloid of the second reflector and the surface is located at the focal point of the paraboloid. Each of the reflecting surface and the paraboloid may have high reflectance in the entire wavelength range of the radiation energy radiated from the heat generating source.

この放射装置では、発熱源から放射されるふく射エネルギーは、第１反射器の反射面及び第２反射器の放物面でそれぞれ反射して、メタマテリアル構造層の表面に入射する。メタマテリアル構造層の表面からは、特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーが見かけ上放射される。当該表面から見かけ上放射されるふく射エネルギーは、第２反射器の放物面で反射し、当該放物面の対称軸と平行な方向に放射される。この構成によると、第２反射器の放物面から、その対称軸と平行な方向にふく射エネルギーを放射可能である放射装置を実現することができる。また、一般に、メタマテリアル構造層は製造コストが高い。上記の放射装置では、メタマテリアル構造物を、その表面（即ち、メタマテリアル構造層の表面）が第２反射器の放物面の焦点に位置するように配置するだけでよい。このため、メタマテリアル構造物を第２反射器に比べて大幅に小さくできる。この構成によると、メタマテリアル構造物を比較的安価に製造できるため、放射装置の製造コストが高くなることを抑制できる。また、冷却部材の構成を簡素化できる。 In this radiation device, the radiant energy radiated from the heat generating source is reflected by the reflecting surface of the first reflector and the radial surface of the second reflector, respectively, and is incident on the surface of the metamaterial structural layer. From the surface of the metamaterial structural layer, the radiation energy in the wavelength region excluding a specific wavelength region is apparently radiated. The radiation energy apparently radiated from the surface is reflected by the paraboloid of the second reflector and is radiated in a direction parallel to the axis of symmetry of the paraboloid. According to this configuration, it is possible to realize a radiation device capable of radiating radiation energy from the paraboloid of the second reflector in a direction parallel to the axis of symmetry. In general, the metamaterial structural layer has a high manufacturing cost. In the above radiator, the metamaterial structure need only be placed so that its surface (ie, the surface of the metamaterial structure layer) is located at the focal point of the paraboloid of the second reflector. Therefore, the metamaterial structure can be made much smaller than the second reflector. According to this configuration, the metamaterial structure can be manufactured at a relatively low cost, so that it is possible to suppress an increase in the manufacturing cost of the radiation device. In addition, the configuration of the cooling member can be simplified.

（特徴３）本明細書に開示の放射装置では、第１反射器の反射面が放物面形状を有していてもよい。第１反射器の反射面の対称軸は、第２反射器の放物面の対称軸と平行であってもよい。発熱源は、反射面の焦点に配置されていてもよい。この放射装置では、発熱源から放射されるふく射エネルギーは、第１反射器の反射面で反射して、第２反射器の放物面に、当該放物面の対称軸と平行な方向に入射する。この構成によると、第２反射器の放物面に、その対称軸と平行な方向に入射するふく射エネルギーを比較的容易に生成することができる。 (Feature 3) In the radiating apparatus disclosed in the present specification, the reflecting surface of the first reflector may have a parabolic shape. The axis of symmetry of the reflecting surface of the first reflector may be parallel to the axis of symmetry of the paraboloid of the second reflector. The heat source may be located at the focal point of the reflective surface. In this radiation device, the radiant energy radiated from the heat generation source is reflected by the reflecting surface of the first reflector and is incident on the paraboloid of the second reflector in a direction parallel to the axis of symmetry of the paraboloid. To do. According to this configuration, it is relatively easy to generate radiation energy incident on the paraboloid of the second reflector in a direction parallel to the axis of symmetry.

（特徴４）本明細書に開示の放射装置では、メタマテリアル構造層の表面が放物面形状を有していてもよい。発熱源は、当該表面の焦点に配置されていてもよい。この放射装置では、発熱源から放射されるふく射エネルギーは、メタマテリアル構造層の表面に入射し、当該表面からは見かけ上、特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーが放射される。このふく射エネルギーは、メタマテリアル構造層の表面の対称軸と平行な方向に放射される。この構成によると、メタマテリアル構造層の表面から、その対称軸と平行な方向にふく射エネルギーを放射可能である放射装置を実現することができる。また、発熱源から放射されるふく射エネルギーの反射回数が比較的少ないため、反射に起因するエネルギー損失を低減することができる。さらに、上記の放射装置では、メタマテリアル構造層がいわゆる反射器として機能するため、メタマテリアル構造物の大きさは比較的大きい。即ち、メタマテリアル構造物が単位面積当たりに吸収するエネルギー量は比較的小さい。このため、メタマテリアル構造物を比較的容易に冷却することができる。なお、「メタマテリアル構造層の表面が放物面形状を有する」とは、メタマテリアル構造層を肉眼視したときの表面形状を意味するものであり、微視的な表面形状を意味するものではない。即ち、肉眼視においてメタマテリアル構造層の表面が放物面形状を有している構成であれば、微視的には当該表面が凹凸形状を有していたとしても、当該構成は、「メタマテリアル構造層の表面が放物面形状を有する」構成に含まれる。 (Feature 4) In the radiation device disclosed in the present specification, the surface of the metamaterial structural layer may have a parabolic shape. The heat source may be located at the focal point of the surface. In this radiation device, the radiant energy radiated from the heat generation source is incident on the surface of the metamaterial structural layer, and the radiant energy in the wavelength region excluding a specific wavelength region is apparently radiated from the surface. This radiation energy is radiated in a direction parallel to the axis of symmetry on the surface of the metamaterial structural layer. According to this configuration, it is possible to realize a radiation device capable of radiating radiation energy from the surface of the metamaterial structural layer in a direction parallel to the axis of symmetry. Further, since the number of reflections of the radiation energy radiated from the heat generation source is relatively small, the energy loss due to the reflection can be reduced. Further, in the above-mentioned radiator, the metamaterial structure layer functions as a so-called reflector, so that the size of the metamaterial structure is relatively large. That is, the amount of energy absorbed by the metamaterial structure per unit area is relatively small. Therefore, the metamaterial structure can be cooled relatively easily. In addition, "the surface of the metamaterial structural layer has a parabolic shape" means the surface shape when the metamaterial structural layer is visually observed, and does not mean a microscopic surface shape. Absent. That is, as long as the surface of the metamaterial structural layer has a parabolic shape in the naked eye, even if the surface has a concavo-convex shape microscopically, the configuration is "meta". Included in the "the surface of the material structure layer has a parabolic shape".

（特徴５）本明細書に開示の処理装置は、特徴４に記載の放射装置を備えていてもよい。メタマテリアル構造物は、収容部の一部を構成していてもよい。メタマテリアル構造物の裏面は、収容部の外部に露出していてもよい。一般に、収容部の外部の温度は、収容部内の処理温度よりも低い。このため、メタマテリアル構造物の裏面を収容部の外部に露出させる（例えば、大気開放する）ことにより、メタマテリアル構造物をその裏面側から冷却することができる。このため、冷却部材を用いることなくメタマテリアル構造物の温度上昇が抑制可能となり、結果として、その表面の放射率を一定に維持することができる。 (Feature 5) The processing apparatus disclosed in the present specification may include the radiation apparatus described in Feature 4. The metamaterial structure may form part of the housing. The back surface of the metamaterial structure may be exposed to the outside of the housing. Generally, the temperature outside the housing is lower than the processing temperature inside the housing. Therefore, by exposing the back surface of the metamaterial structure to the outside of the accommodating portion (for example, opening it to the atmosphere), the metamaterial structure can be cooled from the back surface side thereof. Therefore, it is possible to suppress the temperature rise of the metamaterial structure without using a cooling member, and as a result, the emissivity of the surface thereof can be maintained constant.

実施例１の放射装置１０は、近赤外線の波長領域（２〜１０μｍ）内の特定の波長領域（本実施例では、５．２〜６．２μｍ）を除いた波長領域のふく射エネルギーを放射する放射装置（エミッタ）である。図１に示すように、本実施例の放射装置１０は、メタマテリアル構造物１２と、冷却管１８と、ランプヒーター２０、２４と、第１パラボラリフレクタ３０、３４と、第２パラボラリフレクタ３８を備えている。 The radiating device 10 of the first embodiment radiates the radiation energy in the wavelength region excluding the specific wavelength region (5.2 to 6.2 μm in this embodiment) within the near infrared wavelength region (2 to 10 μm). It is a radiator (emitter). As shown in FIG. 1, the radiating device 10 of the present embodiment includes a metamaterial structure 12, a cooling pipe 18, lamp heaters 20 and 24, first parabola reflectors 30 and 34, and a second parabola reflector 38. I have.

メタマテリアル構造物１２は、平板状の支持基板１６と、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｏｒ−Ｍｅｔａｌ）構造層１４を備えている。別言すれば、メタマテリアル構造物１２は、その表面側にＭＩＭ構造層１４を有している。支持基板１６は、熱伝導率の大きい材料によって形成することができ、例えば、ケイ素（Ｓｉ）基板等を用いることができる。 The metamaterial structure 12 includes a flat plate-shaped support substrate 16 and a MIM (Metal-Insular-Metal) structural layer 14. In other words, the metamaterial structure 12 has a MIM structure layer 14 on its surface side. The support substrate 16 can be formed of a material having a high thermal conductivity, and for example, a silicon (Si) substrate or the like can be used.

ＭＩＭ構造層１４は、メタマテリアル構造層の一種であり、支持基板１６の表面に形成されている。後で詳しく説明するが、ＭＩＭ構造層１４の表面（即ち、メタマテリアル構造物１２の表面）には、ランプヒーター２０、２４から放射されるふく射エネルギー（近赤外線の波長領域を有する）が、第１パラボラリフレクタ３０、３４及び第２パラボラリフレクタ３８を介して入射する。図２（ａ）〜（ｃ）は、ＭＩＭ構造層に入射したふく射エネルギーがどのようにふく射エネルギーを放射するかをシミュレーションしたグラフである。グラフには示していないが、図２（ａ）〜（ｃ）の横軸は、いずれも近赤外線の波長領域（２〜１０μｍ）を示す。図２（ａ）〜（ｃ）を比較すると、図２（ｂ）における吸収率のピーク波長と、図２（ｃ）におけるふく射エネルギーが最も小さいときのピーク波長が一致することが分かる。また、図２（ａ）の入射エネルギーから図２（ｂ）の吸収に相当する分だけふく射エネルギーを除くと、図２（ｃ）のふく射エネルギーに一致することが分かる。上記のシミュレーションから、ＭＩＭ構造層１４は、その表面に入射したふく射エネルギーのうち特定の波長領域のふく射エネルギーを吸収し、特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーを反射することが分かる。即ち、ＭＩＭ構造層１４は、ピーク波長とその周辺の狭い波長領域（特定の波長領域）のふく射エネルギーを吸収し、特定の波長領域以外のふく射エネルギーを反射エネルギーとして見かけ上放射するように構成されている。具体的には、ＭＩＭ構造層１４は、特定の波長領域では極めて低い放射率（例えば、０．０３〜０．１）を有し、特定の波長領域以外では高い放射率（例えば、０．８５〜０．９）を有している。このため、ＭＩＭ構造層１４は、特定の波長領域の境界において放射率が急峻に変化するという性質を有する（図２（ｃ）参照）。また、上記の説明から明らかなように、ＭＩＭ構造層１４では、ふく射エネルギーが入射する面と、ふく射エネルギーが放射される面が同一となっている。 The MIM structural layer 14 is a kind of metamaterial structural layer and is formed on the surface of the support substrate 16. As will be described in detail later, on the surface of the MIM structure layer 14 (that is, the surface of the metamaterial structure 12), the radiation energy (having a wavelength region of near infrared rays) radiated from the lamp heaters 20 and 24 is the first. It is incident through the 1 parabola reflectors 30 and 34 and the 2nd parabola reflector 38. 2 (a) to 2 (c) are graphs simulating how the radiation energy incident on the MIM structural layer radiates the radiation energy. Although not shown in the graph, the horizontal axes of FIGS. 2 (a) to 2 (c) indicate the near-infrared wavelength region (2 to 10 μm). Comparing FIGS. 2 (a) to 2 (c), it can be seen that the peak wavelength of the absorptivity in FIG. 2 (b) and the peak wavelength when the radiation energy in FIG. 2 (c) is the smallest match. Further, it can be seen that when the radiation energy corresponding to the absorption in FIG. 2 (b) is removed from the incident energy in FIG. 2 (a), it matches the radiation energy in FIG. 2 (c). From the above simulation, it can be seen that the MIM structural layer 14 absorbs the radiation energy in a specific wavelength region among the radiation energy incident on the surface thereof and reflects the radiation energy in the wavelength region excluding the specific wavelength region. That is, the MIM structure layer 14 is configured to absorb the radiation energy in the peak wavelength and a narrow wavelength region (specific wavelength region) around the peak wavelength, and apparently radiate the radiation energy other than the specific wavelength region as reflected energy. ing. Specifically, the MIM structural layer 14 has an extremely low emissivity (eg, 0.03 to 0.1) in a specific wavelength region and a high emissivity (for example, 0.85) outside the specific wavelength region. It has ~ 0.9). Therefore, the MIM structural layer 14 has a property that the emissivity changes sharply at the boundary of a specific wavelength region (see FIG. 2C). Further, as is clear from the above description, in the MIM structural layer 14, the surface on which the radiation energy is incident and the surface on which the radiation energy is radiated are the same.

図３に示すように、ＭＩＭ構造層１４は、支持基板１６の表面に形成された第１金属層１４ｃと、第１金属層１４ｃの表面に形成された絶縁層１４ｂと、絶縁層１４ｂの表面に形成された複数の凸状金属部１４ａを備えている。第１金属層１４ｃは、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等の金属によって形成することができ、本実施例ではモリブデン（Ｍｏ）によって形成されている。第１金属層１４ｃは、支持基板１６の表面全体に形成されている。絶縁層１４ｂは、セラミックス等の絶縁材料によって形成することができ、本実施例では酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）によって形成されている。絶縁層１４ｂは、第１金属層１４ｃの表面全体に形成されている。凸状金属部１４ａは、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等の金属によって円柱状に形成されており、本実施例ではモリブデン（Ｍｏ）によって形成されている。凸状金属部１４ａは、絶縁層１４ｂの表面の一部に形成されている。凸状金属部１４ａは、絶縁層１４ｂの表面に、幅方向及び奥行き方向に間隔を空けて複数配置されている。上記の説明から明らかなように、ＭＩＭ構造層１４の表面（即ち、メタマテリアル構造物１２の表面）は、凸状金属部１４ａの表面及び側面（いわゆる外表面）と、凸状金属部１４ａが配置されていない部分の絶縁層１４ｂの表面によって構成されている。凸状金属部１４ａの寸法（円柱形状の径及び高さ）を調整することで、ＭＩＭ構造層１４が吸収するふく射エネルギーのピーク波長を調整することができる。また、凸状金属部１４ａの配置パターン（隣接する凸状金属部１４ａの間隔等）を調整することで、上述した「特定の波長領域」の広狭等を調整することができる。上述したＭＩＭ構造層１４は、公知のナノ加工技術を用いて製作することができる。 As shown in FIG. 3, the MIM structural layer 14 includes a first metal layer 14c formed on the surface of the support substrate 16, an insulating layer 14b formed on the surface of the first metal layer 14c, and a surface of the insulating layer 14b. It is provided with a plurality of convex metal portions 14a formed in the above. The first metal layer 14c can be formed of a metal such as molybdenum (Mo), aluminum (Al), or gold (Au), and is formed of molybdenum (Mo) in this embodiment. The first metal layer 14c is formed on the entire surface of the support substrate 16. The insulating layer 14b can be formed of an insulating material such as ceramics, and in this embodiment, it is formed of aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ). The insulating layer 14b is formed on the entire surface of the first metal layer 14c. The convex metal portion 14a is formed in a columnar shape by a metal such as molybdenum (Mo), aluminum (Al), or gold (Au), and is formed of molybdenum (Mo) in this embodiment. The convex metal portion 14a is formed on a part of the surface of the insulating layer 14b. A plurality of convex metal portions 14a are arranged on the surface of the insulating layer 14b at intervals in the width direction and the depth direction. As is clear from the above description, the surface of the MIM structure layer 14 (that is, the surface of the metamaterial structure 12) includes the surface and side surfaces (so-called outer surface) of the convex metal portion 14a and the convex metal portion 14a. It is composed of the surface of the insulating layer 14b that is not arranged. By adjusting the dimensions (diameter and height of the cylindrical shape) of the convex metal portion 14a, the peak wavelength of the radiation energy absorbed by the MIM structure layer 14 can be adjusted. Further, by adjusting the arrangement pattern of the convex metal portions 14a (interval between adjacent convex metal portions 14a, etc.), the width and narrowness of the above-mentioned "specific wavelength region" can be adjusted. The above-mentioned MIM structural layer 14 can be manufactured by using a known nanoprocessing technique.

なお、本実施例の放射装置１０では、金属層と絶縁層を積層したＭＩＭ構造層１４を用いたが、ＭＩＭ構造層以外のメタマテリアル構造層を用いてもよい。 In the radiating device 10 of this embodiment, the MIM structure layer 14 in which the metal layer and the insulating layer are laminated is used, but a metamaterial structure layer other than the MIM structure layer may be used.

図１に戻って説明を続ける。冷却管１８は、円柱形状を有する液冷却式の冷却管である。冷却管１８は、支持基板１６の裏面（即ち、メタマテリアル構造物１２の裏面側）に配置されている。冷却管１８の側周面は、支持基板１６の裏面に接触している。上述したように、ＭＩＭ構造層１４は特定の波長領域のふく射エネルギーを吸収するため、放射装置１０の使用に伴いメタマテリアル構造物１２の温度が上昇する。メタマテリアル構造物１２に生じた熱は、冷却管１８との接触部分から冷却管１８に熱伝導し、これにより、メタマテリアル構造物１２が冷却される。冷却管１８の温度を制御することにより、メタマテリアル構造物１２の温度上昇を抑制し、一定の温度に保つことができる。冷却管１８には公知の冷却器を用いることができる。なお、冷却管１８は、「冷却部材」の一例に相当する。 The explanation will be continued by returning to FIG. The cooling pipe 18 is a liquid cooling type cooling pipe having a cylindrical shape. The cooling pipe 18 is arranged on the back surface of the support substrate 16 (that is, the back surface side of the metamaterial structure 12). The side peripheral surface of the cooling pipe 18 is in contact with the back surface of the support substrate 16. As described above, since the MIM structure layer 14 absorbs the radiation energy in a specific wavelength region, the temperature of the metamaterial structure 12 rises with the use of the radiation device 10. The heat generated in the metamaterial structure 12 is thermally conducted to the cooling pipe 18 from the contact portion with the cooling pipe 18, whereby the metamaterial structure 12 is cooled. By controlling the temperature of the cooling pipe 18, the temperature rise of the metamaterial structure 12 can be suppressed and kept at a constant temperature. A known cooler can be used for the cooling pipe 18. The cooling pipe 18 corresponds to an example of a “cooling member”.

ランプヒーター２０は、球状のハロゲンランプであり、供給される電力エネルギーを、赤外線の波長領域（２〜１０μｍ）を有するふく射エネルギーに変換して、その中心から放射する。ランプヒーター２０の表面の一部は金（Ａｕ）を材料とするコート２２によりコーティングされている（後述）。このため、ランプヒーター２０から放射されるふく射エネルギーの一部は、コート２２が形成されていない部分（以下では「ランプヒーター２０の開口部」とも称する）から直接外部に放射される。一方、ランプヒーター２０から放射されるふく射エネルギーの残部は、コート２２で反射して（場合によっては反射を繰り返して）、最終的にランプヒーター２０の開口部から放射される。コート２２は、スパッタコーティング法によりコーティングされており、高い反射率を有する。このため、コート２２で反射を繰り返したとしても、反射に起因するエネルギー損失が増大することを抑制できる。ランプヒーター２４は、ランプヒーター２０と略同一の構成を有しており、その表面の一部がコート２６によりコーティングされている（後述）。コート２６は、コート２２と同一材料、同一方法によりコーティングされている。なお、ランプヒーター２０、２４は、ハロゲンランプに限られず、近赤外線の波長領域のふく射エネルギーを放射可能な公知のヒーターを用いることができる。また、ランプヒーター２０、２４は、「発熱源」の一例に相当する。 The lamp heater 20 is a spherical halogen lamp, which converts the supplied electric power energy into radiation energy having an infrared wavelength region (2 to 10 μm) and radiates it from the center thereof. A part of the surface of the lamp heater 20 is coated with a coat 22 made of gold (Au) (described later). Therefore, a part of the radiation energy radiated from the lamp heater 20 is directly radiated to the outside from the portion where the coat 22 is not formed (hereinafter, also referred to as “the opening of the lamp heater 20”). On the other hand, the rest of the radiation energy radiated from the lamp heater 20 is reflected by the coat 22 (repeated reflection in some cases), and finally radiated from the opening of the lamp heater 20. The coat 22 is coated by a sputter coating method and has a high reflectance. Therefore, even if the reflection is repeated on the coat 22, it is possible to suppress an increase in energy loss due to the reflection. The lamp heater 24 has substantially the same configuration as the lamp heater 20, and a part of the surface thereof is coated with a coat 26 (described later). The coat 26 is coated with the same material and the same method as the coat 22. The lamp heaters 20 and 24 are not limited to halogen lamps, and known heaters capable of radiating radiation energy in the near-infrared wavelength region can be used. Further, the lamp heaters 20 and 24 correspond to an example of a "heat generation source".

第１パラボラリフレクタ３０は、放物面形状の反射面３２を有している。反射面３２は、平面視において円形状を有している。反射面３２は、金（Ａｕ）によるスパッタ処理、及び鏡面加工が施されている。金（Ａｕ）によるスパッタ処理により、反射面３２における反射率を向上でき、第１パラボラリフレクタ３０の温度上昇を抑制できる。ランプヒーター２０は、その中心が反射面３２の焦点Ｆ１に位置するように配置されている。ランプヒーター２０から放射されたふく射エネルギーは、ランプヒーター２０の開口部を通って、反射面３２に入射する。ここで、ランプヒーター２０の寸法は、第１パラボラリフレクタ３０の寸法に比べて大幅に小さい。このため、ランプヒーター２０から放射されるふく射エネルギーのうち、コート２２で反射されるふく射エネルギーは、コート２２で反射することなくランプヒーター２０の中心から直接放射されたふく射エネルギーとみなすことができる。別言すれば、ランプヒーター２０は、焦点Ｆ１に位置する点熱源とみなすことができる。従って、ランプヒーター２０から放射されたふく射エネルギーは、反射面３２に入射し、反射面３２において、反射面３２の対称軸Ａ１と平行な方向に反射する。第１パラボラリフレクタ３４は、第１パラボラリフレクタ３０と略同一の構成であり、放物面形状の反射面３６を有している。ランプヒーター２４は、その中心が反射面３６の焦点Ｆ２に位置するように配置されている。ランプヒーター２４も、焦点Ｆ２に位置する点光源とみなすことができる。ランプヒーター２４から放射されたふく射エネルギーは、反射面３６に入射し、反射面３６において、反射面３６の対称軸Ａ２と平行な方向に反射する。なお、第１パラボラリフレクタ３０、３４は、「第１反射器」の一例に相当する。また、上記の説明から明らかなように、ランプヒーター２０、２４から放射されるふく射エネルギーは、ランプヒーター２０、２４の開口部を通って、第１パラボラリフレクタ３０、３４に入射する。すなわち、ランプヒーター２０、２４から放射されるふく射エネルギーの放射角度は開口部によって制限されており、第１パラボラリフレクタ３０、３４の一部にのみ入射することとなる。従って、第１パラボラリフレクタ３０、３４の一部を除去し、ランプヒーター２０、２４から放射されるふく射エネルギーが入射する範囲にのみ設けてもよい。 The first parabola reflector 30 has a parabolic-shaped reflecting surface 32. The reflective surface 32 has a circular shape in a plan view. The reflective surface 32 is sputtered with gold (Au) and mirror-finished. By the sputtering treatment with gold (Au), the reflectance on the reflecting surface 32 can be improved, and the temperature rise of the first parabola reflector 30 can be suppressed. The lamp heater 20 is arranged so that its center is located at the focal point F1 of the reflecting surface 32. The radiant energy radiated from the lamp heater 20 passes through the opening of the lamp heater 20 and enters the reflecting surface 32. Here, the size of the lamp heater 20 is significantly smaller than the size of the first parabola reflector 30. Therefore, of the radiation energy radiated from the lamp heater 20, the radiation energy reflected by the coat 22 can be regarded as the radiation energy directly emitted from the center of the lamp heater 20 without being reflected by the coat 22. In other words, the lamp heater 20 can be regarded as a point heat source located at the focal point F1. Therefore, the radiation energy radiated from the lamp heater 20 enters the reflecting surface 32 and is reflected on the reflecting surface 32 in a direction parallel to the axis of symmetry A1 of the reflecting surface 32. The first parabola reflector 34 has substantially the same configuration as the first parabola reflector 30, and has a parabolic-shaped reflecting surface 36. The lamp heater 24 is arranged so that its center is located at the focal point F2 of the reflecting surface 36. The lamp heater 24 can also be regarded as a point light source located at the focal point F2. The radiant energy radiated from the lamp heater 24 is incident on the reflecting surface 36 and is reflected on the reflecting surface 36 in a direction parallel to the axis of symmetry A2 of the reflecting surface 36. The first parabola reflectors 30 and 34 correspond to an example of the "first reflector". Further, as is clear from the above description, the radiation energy radiated from the lamp heaters 20 and 24 passes through the openings of the lamp heaters 20 and 24 and is incident on the first parabola reflectors 30 and 34. That is, the radiation angle of the radiation energy radiated from the lamp heaters 20 and 24 is limited by the opening, and is incident only on a part of the first parabola reflectors 30 and 34. Therefore, a part of the first parabola reflectors 30 and 34 may be removed and provided only in the range where the radiation energy radiated from the lamp heaters 20 and 24 is incident.

第２パラボラリフレクタ３８は、放物面形状の反射面４０を有している。反射面４０は、平面視において円形状を有している。反射面４０は、金（Ａｕ）によるスパッタ処理、及び鏡面加工が施されている。第２パラボラリフレクタ３８は、その反射面４０が、第１パラボラリフレクタ３０、３４の反射面３２、３６とそれぞれ対向する向きに配置されている。第１パラボラリフレクタ３０、３４及び第２パラボラリフレクタ３８は、それぞれの対称軸Ａ１、Ａ２、Ａ３が互いに平行となるように配置されている。第１パラボラリフレクタ３０、３４は、第２パラボラリフレクタ３８の両側に、対称軸Ａ３に関して左右対称に配置されている。反射面４０の焦点Ｆ３には、メタマテリアル構造物１２の表面（即ち、ＭＩＭ構造層１４の表面）が位置している。メタマテリアル構造物１２は、その表面が反射面４０と対向すると共に、対称軸Ａ３に関して左右対称となるように配置されている。なお、第２パラボラリフレクタ３８は、「第２反射器」の一例に相当し、反射面４０は、「放物面」の一例に相当する。 The second parabola reflector 38 has a parabolic-shaped reflecting surface 40. The reflective surface 40 has a circular shape in a plan view. The reflective surface 40 is sputtered with gold (Au) and mirror-finished. The reflecting surface 40 of the second parabola reflector 38 is arranged so as to face the reflecting surfaces 32 and 36 of the first parabola reflectors 30 and 34, respectively. The first parabola reflectors 30, 34 and the second parabola reflector 38 are arranged so that their respective axes of symmetry A1, A2, and A3 are parallel to each other. The first parabola reflectors 30 and 34 are arranged symmetrically with respect to the axis of symmetry A3 on both sides of the second parabola reflector 38. The surface of the metamaterial structure 12 (that is, the surface of the MIM structure layer 14) is located at the focal point F3 of the reflecting surface 40. The metamaterial structure 12 is arranged so that its surface faces the reflecting surface 40 and is symmetrical with respect to the axis of symmetry A3. The second parabola reflector 38 corresponds to an example of a "second reflector", and the reflecting surface 40 corresponds to an example of a "paraboloid".

ここで、ランプヒーター２０のコート２２は、第２パラボラリフレクタ３８の反射面４０に入射可能なふく射エネルギーの経路以外の経路を遮断するようにランプヒーター２０の表面にコーティングされている。このため、ランプヒーター２０からその開口部を通って放射されるふく射エネルギーは、第１パラボラリフレクタ３０を介して全て第２パラボラリフレクタ３８の反射面４０に入射する。ランプヒーター２４のコート２６は、対称軸Ａ３に関してコート２２と左右対称となるようにランプヒーター２４の表面にコーティングされている。 Here, the coat 22 of the lamp heater 20 is coated on the surface of the lamp heater 20 so as to block a path other than the path of the radiation energy that can be incident on the reflecting surface 40 of the second parabola reflector 38. Therefore, all the radiation energy radiated from the lamp heater 20 through the opening thereof is incident on the reflecting surface 40 of the second parabola reflector 38 via the first parabola reflector 30. The coat 26 of the lamp heater 24 is coated on the surface of the lamp heater 24 so as to be symmetrical with the coat 22 with respect to the axis of symmetry A3.

放射装置１０から特定の波長領域以外のふく射エネルギーを放射させるには、ランプヒーター２０、２４に電力エネルギーを供給する。これにより、ランプヒーター２０、２４が電力エネルギーをふく射エネルギーに変換し、ランプヒーター２０、２４からふく射エネルギーが放射される。ランプヒーター２０、２４からそれぞれ放射されたふく射エネルギーは、第１パラボラリフレクタ３０、３４の反射面３２、３６及び第２パラボラリフレクタ３８の反射面４０でそれぞれ反射して、焦点Ｆ３に配置されているＭＩＭ構造層１４の表面に入射する。ＭＩＭ構造層１４の表面からは、入射したふく射エネルギーのうち特定の波長領域以外のふく射エネルギーが見かけ上放射され、第２パラボラリフレクタ３８の反射面４０に入射する。このふく射エネルギーは、焦点Ｆ３の位置から放射されるため、反射面４０で反射したふく射エネルギーは、対称軸Ａ３と平行な方向に放射される。なお、ＭＩＭ構造層１４は積層構造を有するため、厳密には、ＭＩＭ構造層１４の表面に入射したふく射エネルギーは、入射位置から若干ずれた位置から放射されると考えられる。しかしながら、入射位置と放射位置のずれ量は第２パラボラリフレクタ３８の大きさに比べて大幅に小さいため、ＭＩＭ構造層１４の表面のうち焦点Ｆ３に対応する位置に入射したふく射エネルギーは、同じく焦点Ｆ３に対応する位置から放射されるとみなすことができる。 In order to radiate the radiation energy other than the specific wavelength region from the radiation device 10, electric power energy is supplied to the lamp heaters 20 and 24. As a result, the lamp heaters 20 and 24 convert the electric power energy into radiant energy, and the radiant energy is radiated from the lamp heaters 20 and 24. The radiation energy radiated from the lamp heaters 20 and 24 is reflected by the reflecting surfaces 32 and 36 of the first parabola reflectors 30 and 34 and the reflecting surface 40 of the second parabola reflector 38, respectively, and is arranged at the focal point F3. It is incident on the surface of the MIM structural layer 14. From the surface of the MIM structural layer 14, exposure energy other than the specific wavelength region of the incident exposure energy is apparently radiated and incident on the reflection surface 40 of the second parabola reflector 38. Since this radiation energy is radiated from the position of the focal point F3, the radiation energy reflected by the reflection surface 40 is radiated in a direction parallel to the axis of symmetry A3. Since the MIM structure layer 14 has a laminated structure, strictly speaking, it is considered that the radiation energy incident on the surface of the MIM structure layer 14 is radiated from a position slightly deviated from the incident position. However, since the amount of deviation between the incident position and the radiation position is significantly smaller than the size of the second parabola reflector 38, the radiation energy incident on the surface of the MIM structural layer 14 corresponding to the focal point F3 is also the focal point. It can be considered to be emitted from the position corresponding to F3.

実施例１の放射装置１０は、ランプヒーター２０、２４と、ＭＩＭ構造層１４を有するメタマテリアル構造物１２を備える。ＭＩＭ構造層１４は、その表面に入射したふく射エネルギーのうち特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーを見かけ上放射する。ＭＩＭ構造層１４は、特定の波長領域の境界において放射率が急峻に変化するという性質を有する。このため、放射装置１０は急峻な波長選択性を有する。この構成によると、エネルギー効率の低下を抑制しながら特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーを放射することができる。 The radiating device 10 of the first embodiment includes lamp heaters 20 and 24 and a metamaterial structure 12 having a MIM structure layer 14. The MIM structural layer 14 apparently radiates the radiation energy in the wavelength region excluding the specific wavelength region of the radiation energy incident on the surface thereof. The MIM structural layer 14 has a property that the emissivity changes sharply at the boundary of a specific wavelength region. Therefore, the radiating device 10 has a steep wavelength selectivity. According to this configuration, it is possible to radiate the radiation energy in the wavelength region excluding the specific wavelength region while suppressing the decrease in energy efficiency.

また、実施例１の放射装置１０は、メタマテリアル構造物１２を裏面側から冷却する冷却管１８を備える。この構成によると、メタマテリアル構造物１２の表面からの自己放射を抑制することができる。このため、メタマテリアル構造物１２の見かけ上のふく射エネルギーに関して、所望のスペクトル形状を維持することが可能となる。 Further, the radiating device 10 of the first embodiment includes a cooling pipe 18 for cooling the metamaterial structure 12 from the back surface side. According to this configuration, self-emission from the surface of the metamaterial structure 12 can be suppressed. Therefore, it is possible to maintain a desired spectral shape with respect to the apparent radiation energy of the metamaterial structure 12.

また、実施例１の放射装置１０によると、第２パラボラリフレクタ３８の反射面４０から、対称軸Ａ３と平行な方向にふく射エネルギーを放射可能な放射装置を実現できる。また、メタマテリアル構造物１２を第２パラボラリフレクタ３８に比べて大幅に小さくできる。このため、メタマテリアル構造物１２を比較的安価に製造でき、放射装置１０の製造コストが高くなることを抑制できる。加えて、冷却管１８のような簡素な冷却部材でメタマテリアル構造物１２を冷却することができる。 Further, according to the radiating device 10 of the first embodiment, it is possible to realize a radiating device capable of radiating radiation energy from the reflecting surface 40 of the second parabolic reflector 38 in a direction parallel to the axis of symmetry A3. Further, the metamaterial structure 12 can be made significantly smaller than the second parabola reflector 38. Therefore, the metamaterial structure 12 can be manufactured at a relatively low cost, and the manufacturing cost of the radiation device 10 can be suppressed from increasing. In addition, the metamaterial structure 12 can be cooled by a simple cooling member such as the cooling pipe 18.

さらに、実施例１の放射装置１０では、第１パラボラリフレクタ３０、３４の反射面３２、３６がそれぞれ放物面形状を有する。このため、ランプヒーター２０、２４、及び各パラボラリフレクタ３０、３４、３８の位置及び向きを制御するだけで、第２パラボラリフレクタ３８の反射面４０に、対称軸Ａ３と平行な方向に入射するふく射エネルギーを比較的容易に生成できる。 Further, in the radiating device 10 of the first embodiment, the reflecting surfaces 32 and 36 of the first parabola reflectors 30 and 34 have a parabolic shape, respectively. Therefore, simply by controlling the positions and orientations of the lamp heaters 20, 24, and the parabola reflectors 30, 34, 38, the radiation incident on the reflection surface 40 of the second parabola reflector 38 in a direction parallel to the axis of symmetry A3. Energy can be generated relatively easily.

次に、実施例１の放射装置１０を用いてワークを処理する処理装置の一例について、図４を参照して説明する。図４に示す処理装置５０は、炉体５２と、炉体５２内の空間５４に収容された複数の放射装置１０を備えている。複数の放射装置１０は、ワークＷの搬送方向（図４の矢印参照）に間隔を空けて並んで配置されている。複数の放射装置１０は、それぞれの第２パラボラリフレクタ３８の対称軸Ａ３（図示省略）がワークＷの搬送方向と略直交し、かつ、第２パラボラリフレクタ３８の反射面４０がワークＷと対向するように配置されている。複数の放射装置１０は、図示しない保持部材によって炉体５２の内壁面５２ａに保持されている。内壁面５２ａは、ＳＵＳ等の高反射率の材料で形成することができる。なお、炉体５２は、「収容部」の一例に相当する。 Next, an example of a processing device that processes a work using the radiation device 10 of the first embodiment will be described with reference to FIG. The processing device 50 shown in FIG. 4 includes a furnace body 52 and a plurality of radiation devices 10 housed in a space 54 in the furnace body 52. The plurality of radiating devices 10 are arranged side by side at intervals in the transport direction of the work W (see the arrow in FIG. 4). In the plurality of radiation devices 10, the axis of symmetry A3 (not shown) of each of the second parabola reflectors 38 is substantially orthogonal to the transport direction of the work W, and the reflection surface 40 of the second parabola reflector 38 faces the work W. It is arranged like this. The plurality of radiating devices 10 are held on the inner wall surface 52a of the furnace body 52 by holding members (not shown). The inner wall surface 52a can be formed of a material having a high reflectance such as SUS. The furnace body 52 corresponds to an example of a “containment unit”.

上記の処理装置５０においてワークＷを加熱するためには、炉体５２内を矢印に沿ってワークＷを搬送する。炉体５２内を搬送されるワークＷには、複数の放射装置１０のそれぞれから特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーが照射される。上述したように、放射装置１０は急峻な波長選択性を有する。また、ふく射エネルギーの進行方向は、ワークＷの搬送方向と略直交する。このため、ワークＷの表面にはふく射エネルギーが均一に照射される。また、炉内を流れる空気の対流による熱伝導によってワークＷが加熱される。これらによって、図４に示す処理装置５０では、エネルギー効率の低下を抑制しながら、ワークＷに特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーを均一に照射することができる。 In order to heat the work W in the processing apparatus 50, the work W is conveyed in the furnace body 52 along the arrow. The work W conveyed in the furnace body 52 is irradiated with radiation energy in a wavelength region excluding a specific wavelength region from each of the plurality of radiation devices 10. As described above, the radiating device 10 has a steep wavelength selectivity. Further, the traveling direction of the radiation energy is substantially orthogonal to the transport direction of the work W. Therefore, the surface of the work W is uniformly irradiated with the radiation energy. Further, the work W is heated by heat conduction due to convection of air flowing in the furnace. As a result, in the processing apparatus 50 shown in FIG. 4, the work W can be uniformly irradiated with the radiation energy in the wavelength region excluding the specific wavelength region while suppressing the decrease in energy efficiency.

実施例２の放射装置１１０について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。実施例２の放射装置１１０は、メタマテリアル構造物１１２と、冷却部材１１８と、ランプヒーター１２０を備えている。メタマテリアル構造物１１２は、支持基板１１６と、その表面に形成されたＭＩＭ構造層１１４を有しており、平面視において円形状を有している。メタマテリアル構造物１１２は、実施例１の第２パラボラリフレクタ３８と略同一の大きさを有している。ＭＩＭ構造層１１４の表面は、支持基板１１６側に凸となる放物面形状を有している。ここで、「ＭＩＭ構造層の表面が放物面形状を有する」とは、ＭＩＭ構造層を肉眼視したときの表面形状を意味するものであり、微視的な表面形状を意味するものではない。即ち、肉眼視においてＭＩＭ構造層の表面が放物面形状を有している構成（即ち、本実施例のＭＩＭ構造層１１４）であれば、微視的には当該表面が凹凸形状を有していたとしても、当該構成は、「ＭＩＭ構造層の表面が放物面形状を有する」構成に含まれる。 The radiating device 110 of the second embodiment will be described. In the following, only the differences from the first embodiment will be described, and the detailed description of the same configuration as the first embodiment will be omitted. The radiating device 110 of the second embodiment includes a metamaterial structure 112, a cooling member 118, and a lamp heater 120. The metamaterial structure 112 has a support substrate 116 and a MIM structure layer 114 formed on the surface thereof, and has a circular shape in a plan view. The metamaterial structure 112 has substantially the same size as the second parabola reflector 38 of the first embodiment. The surface of the MIM structural layer 114 has a parabolic shape that is convex toward the support substrate 116. Here, "the surface of the MIM structural layer has a parabolic shape" means the surface shape when the MIM structural layer is visually observed, and does not mean the microscopic surface shape. .. That is, if the surface of the MIM structural layer has a parabolic shape in the naked eye (that is, the MIM structural layer 114 of this embodiment), the surface microscopically has an uneven shape. Even if it is, the configuration is included in the configuration in which the surface of the MIM structural layer has a parabolic shape.

支持基板１１６の裏面（即ち、メタマテリアル構造物１１２の裏面側）には、冷却部材１１８が配置されている。冷却部材１１８は、支持基板１１６の裏面全体に配置されている。これにより、メタマテリアル構造物１１２の温度上昇を好適に抑制することができる。ランプヒーター１２０は、ＭＩＭ構造層１１４の表面の焦点Ｆ４に配置されている。ランプヒーター１２０は、その表面の一部がコート１２２、１２３によりコーティングされている。 A cooling member 118 is arranged on the back surface of the support substrate 116 (that is, the back surface side of the metamaterial structure 112). The cooling member 118 is arranged on the entire back surface of the support substrate 116. Thereby, the temperature rise of the metamaterial structure 112 can be suitably suppressed. The lamp heater 120 is located at the focal point F4 on the surface of the MIM structural layer 114. A part of the surface of the lamp heater 120 is coated with coats 122 and 123.

放射装置１１０から特定の波長領域以外のふく射エネルギーを放射させるには、ランプヒーター１２０に電力エネルギーを供給する。これにより、ランプヒーター１２０からふく射エネルギーが放射される。ランプヒーター１２０から放射されたふく射エネルギーは、ＭＩＭ構造層１１４の表面に入射して、当該表面からは、実施例１と同様の原理で、特定の波長領域を除いた波長領域のふく射エネルギーが見かけ上放射される。ＭＩＭ構造層１１４の表面から放射されたふく射エネルギーは、ＭＩＭ構造層１１４の表面の対称軸Ａ４と平行な方向に進行する。 In order to radiate the radiation energy other than the specific wavelength region from the radiation device 110, electric power energy is supplied to the lamp heater 120. As a result, the radiation energy is radiated from the lamp heater 120. The radiation energy radiated from the lamp heater 120 is incident on the surface of the MIM structural layer 114, and the radiation energy in the wavelength region excluding the specific wavelength region can be seen from the surface by the same principle as in Example 1. It is radiated above. The radiation energy radiated from the surface of the MIM structural layer 114 travels in a direction parallel to the axis of symmetry A4 on the surface of the MIM structural layer 114.

ここで、コート１２２は、ＭＩＭ構造層１１４の表面に入射可能なふく射エネルギーの経路以外の経路を遮断するようにランプヒーター１２０の表面にコーティングされている。コート１２３は、ＭＩＭ構造層１１４の表面から見かけ上放射される経路のうち、ランプヒーター１２０に入射することになる経路を遮断するようにランプヒーター１２０の表面にコーティングされている。ランプヒーター１２０は、焦点Ｆ４に位置する点光源とみなすことができる。このため、ランプヒーター１２０から放射されるふく射エネルギーは、全てＭＩＭ構造層１１４の表面に入射する。 Here, the coat 122 is coated on the surface of the lamp heater 120 so as to block a path other than the path of radiation energy that can be incident on the surface of the MIM structural layer 114. The coat 123 is coated on the surface of the lamp heater 120 so as to block the path that will be incident on the lamp heater 120 among the paths apparently radiated from the surface of the MIM structural layer 114. The lamp heater 120 can be regarded as a point light source located at the focal point F4. Therefore, all the radiation energy radiated from the lamp heater 120 is incident on the surface of the MIM structural layer 114.

実施例２の放射装置１１０によると、ＭＩＭ構造層１１４の表面から、対称軸Ａ４と平行な方向にふく射エネルギーを放射可能である放射装置を実現できる。また、ランプヒーター１２０から放射されるふく射エネルギーの反射回数は１回のみであるため、反射に起因するエネルギー損失を低減できる。さらに、メタマテリアル構造物１１２はランプヒーター１２０と比べて大幅に大きいため、メタマテリアル構造物１１２が単位面積あたりに吸収するふく射エネルギー量は小さい。従って、メタマテリアル構造物１１２を比較的容易に冷却できる。なお、メタマテリアル構造物１１２の温度上昇を好適に抑制できるのであれば、放射装置１１０は冷却部材１１８を有していなくてもよい（以下では、放射装置１１０から冷却部材１１８を除いた放射装置を放射装置２１０と称する）。また、コート１２３はコーティングされていなくてもよい。 According to the radiating device 110 of the second embodiment, it is possible to realize a radiating device capable of radiating radiation energy from the surface of the MIM structural layer 114 in a direction parallel to the axis of symmetry A4. Further, since the radiation energy radiated from the lamp heater 120 is reflected only once, the energy loss due to the reflection can be reduced. Further, since the metamaterial structure 112 is significantly larger than the lamp heater 120, the amount of radiation energy absorbed by the metamaterial structure 112 per unit area is small. Therefore, the metamaterial structure 112 can be cooled relatively easily. The radiation device 110 does not have to have the cooling member 118 as long as the temperature rise of the metamaterial structure 112 can be suitably suppressed (hereinafter, the radiation device 110 excluding the cooling member 118 from the radiation device 110). Is referred to as a radiation device 210). Further, the coat 123 may not be coated.

次に、放射装置２１０を用いてワークを処理する処理装置の一例について、図６を参照して説明する。図６に示す処理装置１５０は、複数の放射装置２１０を備えている。複数の放射装置２１０のそれぞれのメタマテリアル構造物１１２は、炉体１５２の一部を構成している。具体的には、それぞれの支持基板１１６が炉体１５２の壁部１５３と一体化しており、それぞれのＭＩＭ構造層１１４及びランプヒーター１２０は、炉体１５２内の空間１５４に収容されている。ＭＩＭ構造層１１４の表面は、ワークＷと対向している。複数の放射装置２１０は、それぞれのメタマテリアル構造物１１２の対称軸Ａ４（図示省略）がワークＷの搬送方向と略直交するように配置されている。この処理装置１５０では、支持基板１１６の裏面（即ち、メタマテリアル構造物１１２の裏面）が炉体１５２の外部に露出している。この構成によると、支持基板１１６の裏面に冷却部材を配置しなくても、メタマテリアル構造物１１２をその裏面側から冷却することができる。これにより、メタマテリアル構造物１１２の温度上昇を抑制でき、その表面から放射されるふく射エネルギーの放射率を一定に維持することができる。 Next, an example of a processing device that processes a work using the radiation device 210 will be described with reference to FIG. The processing device 150 shown in FIG. 6 includes a plurality of radiating devices 210. Each metamaterial structure 112 of the plurality of radiating devices 210 constitutes a part of the furnace body 152. Specifically, each support substrate 116 is integrated with the wall portion 153 of the furnace body 152, and the respective MIM structure layer 114 and the lamp heater 120 are housed in the space 154 in the furnace body 152. The surface of the MIM structural layer 114 faces the work W. The plurality of radiation devices 210 are arranged so that the axis of symmetry A4 (not shown) of each of the metamaterial structures 112 is substantially orthogonal to the transport direction of the work W. In this processing device 150, the back surface of the support substrate 116 (that is, the back surface of the metamaterial structure 112) is exposed to the outside of the furnace body 152. According to this configuration, the metamaterial structure 112 can be cooled from the back surface side without arranging the cooling member on the back surface of the support substrate 116. As a result, the temperature rise of the metamaterial structure 112 can be suppressed, and the emissivity of the radiation energy radiated from the surface of the metamaterial structure 112 can be kept constant.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.

例えば、ＭＩＭ構造層１４が吸収するふく射エネルギーの波長領域は近赤外線の波長領域に限られない。ＭＩＭ構造層１４の凸状金属部１４ａの寸法及び配置パターンを調整することにより、電磁波の全波長領域のふく射エネルギーが吸収の対象となり得る。これに関連して、ランプヒーター２０、２４は、近赤外線の波長領域のふく射エネルギーを放射するヒーターに限られない。ランプヒーター２０、２４に用いられるヒーターの種類（即ち、ヒーターが放射するふく射エネルギーの波長領域）は、ＭＩＭ構造層１４の波長選択性（即ち、ＭＩＭ構造層１４が吸収するふく射エネルギーの波長領域）に応じて、適宜決定してもよい。 For example, the wavelength region of the radiation energy absorbed by the MIM structural layer 14 is not limited to the near-infrared wavelength region. By adjusting the dimensions and arrangement pattern of the convex metal portion 14a of the MIM structural layer 14, the radiation energy in the entire wavelength region of the electromagnetic wave can be absorbed. In this regard, the lamp heaters 20 and 24 are not limited to heaters that radiate radiation energy in the near infrared wavelength range. The type of heater used in the lamp heaters 20 and 24 (that is, the wavelength region of the radiation energy radiated by the heater) is the wavelength selectivity of the MIM structure layer 14 (that is, the wavelength region of the radiation energy absorbed by the MIM structure layer 14). It may be decided as appropriate according to the above.

また、実施例１の第１パラボラリフレクタ３０、３４（第１反射器の一例）の反射面３２、３６は、放物面形状でなくてもよく、例えば平坦であってもよい。この場合、指向性の強い発熱源が用いられることが好ましい。また、発熱源と第１反射器の位置関係は、第１反射器の反射面で反射したふく射エネルギーが、第２パラボラリフレクタ３８の反射面４０に、その対称軸と平行な方向に入射する位置関係であることが好ましい。 Further, the reflecting surfaces 32 and 36 of the first parabola reflectors 30 and 34 (an example of the first reflector) of the first embodiment do not have to have a parabolic shape, and may be flat, for example. In this case, it is preferable to use a heat generating source having strong directivity. The positional relationship between the heat generation source and the first reflector is the position where the radiation energy reflected by the reflection surface of the first reflector is incident on the reflection surface 40 of the second parabola reflector 38 in a direction parallel to the axis of symmetry. It is preferable that it is a relationship.

また、実施例２のメタマテリアル構造物１１２は、その全体がＭＩＭ構造層１１４の表面形状（即ち、放物面形状）に追従するように湾曲していたが、この構成に限られない。例えば、ＭＩＭ構造層１１４の絶縁層１４ｂ及び／又は第１金属層１４ｃの厚みを調整することで、支持基板１１６を平板状にしてもよい。 Further, the metamaterial structure 112 of the second embodiment is curved so as to follow the surface shape (that is, the parabolic shape) of the MIM structure layer 114 as a whole, but the structure is not limited to this. For example, the support substrate 116 may be made into a flat plate by adjusting the thickness of the insulating layer 14b and / or the first metal layer 14c of the MIM structure layer 114.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.

１０：放射装置
１２：メタマテリアル構造物
１４：ＭＩＭ構造層
１６：支持基板
１８：冷却管
２０、２４：ランプヒーター
３０、３４：第１パラボラリフレクタ
３８：第２パラボラリフレクタ
５０：処理装置
５２：炉体 10: Radiator 12: Metamaterial structure 14: MIM structure layer 16: Support substrate 18: Cooling tube 20, 24: Lamp heater 30, 34: First parabola reflector 38: Second parabola reflector 50: Processing device 52: Furnace body

Claims

Heat source and
A first reflector having a reflecting surface and reflecting radiant energy radiated from the heat generating source and incident on the reflecting surface,
A second reflector having a paraboloid and reflecting the radiation energy reflected by the paraboloid and incident on the paraboloid,
A metamaterial structure that is located at the focal point of the paraboloid and has a metamaterial structure layer on the surface side where the radiation energy reflected by the paraboloid is incident .
The metamaterial structure layer is arranged so that the radiation energy reflected by the parabolic surface is incident on the surface thereof, and the radiation energy reflected by the surface of the metamaterial structure layer is in a specific wavelength region. the is configured such that the radiation energy in a wavelength region excluding,
The first reflector is configured such that the incident direction of the radiation energy reflected by the reflecting surface and incident on the paraboloid on the paraboloid is parallel to the axis of symmetry of the paraboloid. Has been
The second reflector is a radiating device in which the radiation energy reflected on the surface of the metamaterial structural layer is reflected on the paraboloid and radiated to the object to be treated .

Equipped with a cooling member
The radiation device according to claim 1, wherein the cooling member is arranged on the back surface side of the metamaterial structure and cools the metamaterial structure.

The reflective surface of the first reflector has a paraboloidal shape.
The axis of symmetry of the reflective surface of the first reflector is parallel to the axis of symmetry of the paraboloid of the second reflector.
The radiating device according to claim 1 or 2 , wherein the heat source is located at the focal point of the reflecting surface.

It is a processing device that processes the object to be processed.
The radiating device according to any one of claims 1 to 3 , which is arranged so as to face the object to be processed.
It is provided with an accommodating portion for accommodating the object to be processed and the radiating device.
A processing device in which radiation energy is radiated from the surface of the metamaterial structural layer to the object to be processed.