JP6880874B2

JP6880874B2 - ヒータ

Info

Publication number: JP6880874B2
Application number: JP2017052901A
Authority: JP
Inventors: 伸二郎青野; 正明高塚; 周平阿部
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: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: JP2018156845A

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、低屈折率膜と高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、赤外線を効率よく透過させるために赤外線領域の吸収係数が低い材料が使用される。しかし、従来のヒータにおいては、赤外線の出射効率を向上させるうえで更なる改善の余地があった。

本発明が解決しようとする課題は、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である。

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、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、高屈折率膜は酸化銅を主成分とする。

本発明によれば、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の透過率および反射率を示す図である。実施形態に係る多層膜の屈折率および吸収係数を示す図である。

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、高屈折率膜４は酸化銅を主成分とする。

また、以下で説明する実施形態に係る低屈折率膜３は、酸化ケイ素を主成分とする。

また、以下で説明する実施形態に係る多層膜１において発光管２に最も近い最下層は低屈折率膜３である。

以下、図面を参照して、実施形態に係るヒータ１０を説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の寸法や比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、各図面において同じ構成および作用効果については、同一符号を用いてその説明を省略する。

まず、図１を用いて実施形態に係るヒータ１０の概要について説明する。図１は、実施形態に係るヒータ１０の概要を示す図である。ヒータ１０は、図１に示すように、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一部が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、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する。また、実施形態に係るヒータ１０では、高屈折率膜４の主成分を酸化銅としている。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。また、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、低屈折率膜３は、二酸化ケイ素に限られず、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ）などでもよい。すなわち、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、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等の他の金属を用いることにしてもよい。

高屈折率膜４の主成分である酸化銅、具体的には酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ_２Ｏ）は、赤外線を透過しやすい。ただし、酸化銅（Ｉ）は二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、高屈折率膜４は、酸化銅（Ｉ）に限られず、例えば酸化銅（ＩＩ）（ＣｕＯ）などでもよい。すなわち、銅酸化物であれば、どのような形態であってもよい。

また、多層膜１の各層の組成については、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）による組成分析により確認することができる。ＥＭＰＡは、日本電子（株）製のＪＸＡ−８２００を用いる。
また、図２では、多層膜１の各層の膜厚が、全て略同じ厚みである場合について示しているが、各層の膜厚は、全て異なる厚みであってもよいし、あるいは、低屈折率膜３ごと、高屈折率膜４ごとにそれぞれ同じ厚みであってもよい。また、多層膜１において発光管２から最も遠い最上層を高屈折率膜４とすることにしてもよい。

ところで、一般的なヒータでは、高屈折率膜４の主成分に酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ_２Ｏ_３）が用いられる。一方、実施形態に係るヒータ１０では、高屈折率膜４の主成分を酸化銅（Ｉ）とすることで、赤外線の出射効率を向上させることが可能である。以下、図３および図４を用いて高屈折率膜４に酸化銅（Ｉ）を用いる場合と、高屈折率膜４に酸化鉄（ＩＩＩ）を用いる場合とにおける赤外線および可視光に対する光学特性について説明する。

まず、図３を用いて多層膜１の透過率および反射率について説明する。図３は、実施形態に係る多層膜１の透過率および反射率を示す図である。図３において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率および反射率を示す。なお、図３は、高屈折率膜４に酸化銅（Ｉ）を用いた場合の透過率ａ１および反射率ｂ１のシミュレーション結果であり、高屈折率膜４に酸化鉄（ＩＩＩ）を用いた多層膜の透過率ａ２および反射率ｂ２を比較のために併せて示す。

図３に示すように、高屈折率膜４に酸化銅（Ｉ）を用いた場合の透過率ａ１は、高屈折率膜４に酸化鉄（ＩＩＩ）を用いた場合の透過率ａ２よりも赤外線領域（波長７８０ｎｍ以上）の入射光に対する透過率が高い。

すなわち、図３には、高屈折率膜４に酸化銅（Ｉ）を用いた場合、高屈折率膜４に酸化鉄（ＩＩＩ）を用いる場合に比べて赤外線を効率よく透過させることを示している。つまり、実施形態に係るヒータ１０は、高屈折率膜４に酸化銅（Ｉ）を用いることで、赤外線の出射効率を向上させることができる。

これにより、実施形態に係るヒータ１０では、少ない発熱で従来と同等の暖房効果を得ることができるため、発光管２の温度上昇を抑えることができる。このため、発熱による発光管２の劣化を抑制することができるため、発光管２の劣化によるヒータ１０の損傷を抑制することができる。つまり、ヒータ１０の長寿命化が可能となる。

次に、図４を用いて実施形態に係る多層膜１の屈折率および吸収係数について説明する。図４は、実施形態に係る多層膜１の屈折率および吸収係数を示す図である。図４において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は屈折率および吸収係数を示す。また、図４には、図３と同様に、高屈折率膜４に酸化鉄（ＩＩＩ）を用いた多層膜の屈折率ｃ２および吸収係数ｄ２を比較のために併せて示す。

図４に示すように、高屈折率膜４に酸化銅（Ｉ）を用いた場合の屈折率ｃ１は、高屈折率膜４に酸化鉄（ＩＩＩ）を用いた多層膜の屈折率ｃ２＾と同様の特性を有する。一方、高屈折率膜４に酸化銅（Ｉ）を用いた場合の吸収係数ｄ１は、高屈折率膜４に酸化第二鉄を用いた多層膜の吸収係数ｄ２よりも小さい。

これらのことから、実施形態に係る多層膜１は、高屈折率膜４に酸化銅（Ｉ）を用いることで、防眩性を維持しつつ、赤外線の透過率を向上させることが可能である。

また、実施形態に係る多層膜１の低屈折率膜３および高屈折率膜４のそれぞれの膜厚に対して酸化鉄（ＩＩＩ）と同様の膜厚を適用することが可能である。さらに、酸化銅（Ｉ）は、酸化鉄（ＩＩＩ）と同様に安価である。このため、実施形態に係るヒータ１０は、開発コストや製造コストを上昇させることなく、上記した効果を得ることができる。

また、実施形態に係るヒータ１０では、高屈折率膜４の主成分を酸化銅とすることで、多層膜１に生じるピンホールの発生を抑制する効果も期待できる。具体的には、高屈折率膜４の主成分を酸化鉄（ＩＩＩ）とする場合、多層膜の生成時において、熱応力が生じ多層膜にピンホールが発生するおそれがある。一方、酸化銅（Ｉ）であれば、かかる熱応力が生じにくく、ピンホールの発生を抑制することができる。

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、高屈折率膜４は酸化銅を主成分とする。これにより、赤外線の出射効率を向上させることができる。

なお、本実施形態では多層膜１が空間暖房や調理用の赤外線ヒータに使用される例を説明した。しかし本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、撮像デバイスや通信デバイス等において、その用途や求められる機能に応じて、選択した波長帯域を透過、遮断させるために使用することができる。

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低屈折率膜
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、前記高屈折率膜は酸化銅（Ｃｕ _２Ｏ）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、ヒータ。
前記多層膜において前記発光管に最も近い最下層は前記低屈折率膜である、請求項１に記載のヒータ。