專利名稱：反射體以及具備該反射體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對紅外線進行反射的反射體以及具備該反射體的裝置。所謂“反射體”是指具備紅外線反射功能的部件。反射體，例如用作加熱器的反射板、對紅外線進行反射的反射片(sheet)、具有紅外線的反射效果的隔簾/車身等、包圍加熱爐內(nèi)部的熱源的反射板。
背景技術(shù)：
紅外線的反射體正在被用于各種用途中，優(yōu)選其反射率較高。在使用電熱絲或鹵素燈等的加熱器中，從電熱絲或鹵素燈放射的紅外線由反射板反射后，照射對象物。如果能夠使該反射板的反射率提高，則能夠以更高效率向?qū)ο笪镎丈浼t外線。此外，如果能夠通過廉價的反射板高效地對照射到房屋的太陽光中包含的紅外線進行反射，則能夠抑制夏季中的房屋內(nèi)的室溫上升，從而降低空調(diào)的耗電，可節(jié)省電費。
使用例如鋁制的反射板來作為加熱器等的紅外線反射體，但作為粘貼到玻璃的紅外線反射體，公知有由多層膜構(gòu)成的紅外反射薄膜。
專利文獻1公開由金屬化合物的網(wǎng)眼(mesh)構(gòu)成的反射結(jié)構(gòu)體。圖14表示專利文獻1所述的反射結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)。圖14的反射結(jié)構(gòu)體具有玻璃基體1和形成在玻璃基體1的表面的紅外線反射體2。紅外線反射體2由金屬化合物構(gòu)成，具有多個大致正方形的孔3。孔3的一邊被設(shè)定為應(yīng)反射的紅外線的最小波長(紅外線分割(cut)波長)的大致1/2的長度。因此，具有波長為紅外線分割波長以上的紅外線不透過反射結(jié)構(gòu)體的孔3，而由反射結(jié)構(gòu)體被反射。各孔3對于波長比紅外線分割波長短的放射(例如可視光)作為波導(dǎo)管發(fā)揮作用，因此可視光線不由反射結(jié)構(gòu)體反射，而透過孔3。
在專利文獻1所公開的反射結(jié)構(gòu)體能夠?qū)哂衅谕牟ㄩL的紅外線進行反射，但其反射率不是足夠高。
專利文獻1日本國特開平7-43526號公報(段落00160023、圖1)；專利文獻2美國專利第5079473號說明書。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種顯著提高對紅外線的反射率的反射體。此外，本發(fā)明的其他目的在于提供一種具備上述反射體的裝置。
本發(fā)明的反射體，對紅外線進行反射，具備設(shè)置有多個空腔的反射面，各空腔的縱橫比被設(shè)定在0.17以上0.7以下的范圍內(nèi)。
在優(yōu)選的實施方式中，上述空腔具有圓柱形狀，上述空腔的縱橫比為上述空腔的深度除以空腔的直徑后的值。
在優(yōu)選的實施方式中，上述空腔的側(cè)面和底面由金屬形成。
在優(yōu)選的實施方式中，上述反射體至少反射面由金屬形成。
在優(yōu)選的實施方式中，上述金屬為鎢或鎳。
在優(yōu)選的實施方式中，上述反射體為柔性的片狀。
在優(yōu)選的實施方式中，在形成有上述反射面的層的背面設(shè)置有樹脂層。
在優(yōu)選的實施方式中，上述空腔的縱橫比為0.3以上0.4以下。
本發(fā)明的加熱爐，具備容器、包圍上述容器的熱源和上述任一個反射體，上述反射體的反射面與上述熱源對置配置。
在優(yōu)選的實施方式中，上述反射面向上述容器反射從上述熱源放射的紅外線。
在優(yōu)選的實施方式中，還具備與上述容器連接的排氣泵。
在優(yōu)選的實施方式中，上述反射體的反射面由包括鎢以及碳的層形成。
發(fā)明效果本發(fā)明的反射體的反射面中形成有縱橫比設(shè)定在0.17以上0.7以下的范圍內(nèi)的多個空腔。如后文所詳細說明那樣，觀察到下述現(xiàn)象，即如果將空腔的縱橫比調(diào)整為上述的較小的值，則具有波長在由空腔的開口大小決定的波長以上的紅外線的反射率提高到接近于100％的值。該現(xiàn)象到目前為止沒有被報告，不能明確其詳細的機械結(jié)構(gòu)，但期待將通過上述那樣提高紅外反射率的反射體用于各種用途。


圖1中(a)為第一反射體10的俯視圖，(b)為第二反射體13的俯視圖。
圖2(a)為空腔部11的放大圖，(b)為(a)的A-A線的剖面圖。
圖3為FT-IR的光學系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖4為表示反射體10(材質(zhì)Ni)的反射率的測定結(jié)果的圖。
圖5(a)為空腔部14的放大圖，圖5(b)為(a)的A-A線的剖面圖。
圖6為表示反射體10(材質(zhì)W)的反射率的測定結(jié)果的圖。
圖7為表示紅外線的反射率相對于空腔21以及22的縱橫比的提高比的測定結(jié)果的圖。
圖8為表示表皮長相對于三種樣品的波長的仿真結(jié)果的圖。
圖9(a)以及(b)為表示波長17.0μm的光垂直入射到縱橫比不同的空腔表面時產(chǎn)生的電場的仿真結(jié)果的圖。
圖10為表示空腔的縱橫比中的吸收率(放射率比)的仿真結(jié)果的圖。
圖11為示意地表示實施方式1的加熱器70的結(jié)構(gòu)的圖。
圖12為表示實施方式2的反射片80的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖13為表示實施方式3的加熱爐90的結(jié)構(gòu)的圖。
圖14為表示現(xiàn)有的反射結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)的圖。
圖中10、13-反射體；11、14-空腔部；21、22、73、81-空腔；90-加熱爐；91-容器；92-熱源；93-反射板；94-絕熱材料；95-排氣泵。
具體實施例方式
目前正在進行將在物體的表面排列多個微細的凹部(空腔，cavity)的結(jié)構(gòu)物用作光源等的“放射體”的研究(例如專利文獻2)。所謂“放射體”是指通過焦耳熱等發(fā)熱，放射具有與其溫度對應(yīng)的波長分布的電磁波的結(jié)構(gòu)物。白熾燈的燈絲(filament)是這種放射體的典型例子。
從理論上可說明，形成在專利文獻2的放射體的表面的上述微細的空腔，對于波長比由其大小決定的臨界的波長(截止波長)短的電磁波發(fā)揮波導(dǎo)管作用，可顯著地抑制波長為截止波長以上的電磁波的放射。
在現(xiàn)有的白熾燈等的可視光源中，作為用于實現(xiàn)高的發(fā)光效率的障礙是，在放射體將熱能轉(zhuǎn)換為可視光時大量地放射人的眼睛感覺不到的紅外線。通過專利文獻2，通過在放射體的表面形成多個空腔，能夠抑制紅外線的放射，因此如果將這種放射體用作白熾燈的燈絲，則可期待其發(fā)光效率能顯著地提高。
本申請的發(fā)明者們，與上述放射體同樣制作在表面上實際地形成多個空腔的結(jié)構(gòu)物，并進行對其表面中的反射率測定的試驗，而發(fā)現(xiàn)反射率依賴于空腔的縱橫比而變化較大的事實。并且，在將該縱橫比設(shè)定為0.17以上0.70以下的范圍內(nèi)時，可知該紅外反射率高于沒有空腔的物體的紅外反射率。
另外，根據(jù)專利文獻2等中所示的現(xiàn)有方法，記載有為了規(guī)定截止波長而將形成在放射體表面的空腔的內(nèi)徑設(shè)定為例如350μm左右，相對于此，應(yīng)將空腔的深度設(shè)定為相對內(nèi)徑足夠大的值(例如7000nm＝7μm)。此時的縱橫比大約為20大小。但是，本申請發(fā)明者們努力研究的結(jié)果為，新發(fā)現(xiàn)了縱橫比越小、紅外放射效果即紅外反射效果越好這一點。
以下，對本發(fā)明進行的反射率的測定試驗及其結(jié)果進行說明，之后對本發(fā)明的反射體的實施方式進行說明。
(關(guān)于由縱橫比引起的反射率提高的試驗)圖1(a)表示第一反射體10的俯視圖。反射體10為由縱15mm、橫15mm、厚度0.1mm的鎳(Ni)構(gòu)成的板。在反射體10的上面，設(shè)置有空腔部11和空腔部11的周邊區(qū)域12。空腔部11的大小為縱10mm、橫10mm，在空腔部11的全體周期地配置有多個空腔。空腔部11的詳細內(nèi)容如后所述。
圖1(b)表示第二反射體13的俯視圖。反射體13為由縱6cm、橫10cm、厚度0.1mm的鎢(W)構(gòu)成的板。在反射體13的整個面設(shè)置有空腔部14。在空腔部14的所有區(qū)域排列有空腔?？涨徊?4的詳細內(nèi)容后述。
接下來，參照圖2，對圖1(a)的空腔部11進行說明。圖2(a)為空腔部11的放大圖。圖2(b)為圖2(a)的A-A線剖面圖。
本試驗中的空腔21具有圓柱形狀，其直徑大約為4μm。對鄰接的其他空腔之間的配置關(guān)系進行說明時，旋轉(zhuǎn)中心軸的間隔配置為大約10μm。
本申請的發(fā)明者們，制作五種反射體的樣品，這五種放射體設(shè)置有多個縱橫比不同的空腔21?？涨?1的“縱橫比”為圓柱形狀的空腔21的深度除以空腔的直徑后的值，即通過(空腔的深度/空腔的直徑)得到的值。各樣品上的空腔21的縱橫比為(1)0.3、(2)0.4、(3)0.7、(4)2.4、(5)9.5。
另外，反射體的各樣品可通過采用各種微細加工技術(shù)來制作。本實施方式中的各樣品，由X線光刻來制造模型后，通過進行LIGA(LithographieGalvanoformung Abformun)處理來制作，該LIGA處理進行由電鑄的成形。樣品的表面結(jié)構(gòu)也可采用脈沖激光的照射來加工。通過脈沖激光的照射在被處理物的表面上形成微細的凹部的方法，例如在日本國特開2001-314989號公報等中記載。
對于上述五種類的反射體的各樣品，測定從波長2.5μm到25.0μm的反射率。在測定中，采用傅立葉變換紅外分光光度計(FT-IRFourierTransform Infra-Red Spectrometer裝置名EasiDiff FT-IR Spectrometer)。另外，本說明書中的“反射率”是指表示對物體等的波長的光反射某種程度的值。
首先，參照圖3，對測定中采用的FT-IR的結(jié)構(gòu)進行說明。圖3表示FT-IR的光學系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)。FT-IR包括光源部31、積分橢圓反射鏡32和檢測部33。積分橢圓反射鏡32具有兩個焦點。在第一焦點位置配置有安裝反射體10的樣品臺37。第二焦點36的位置與第一焦點的位置相比更遠離積分橢圓反射鏡32的反射面。
在通過直線連接積分橢圓反射鏡32的反射面和第二焦點36的線上配置有光源部用反射鏡34和檢測部用反射鏡35。在將從樣品臺37的中心點開始的垂線定義為0°時，積分橢圓反射鏡32具有從+60°到-60°仰角的擴展大小。
接下來，對FR-IR的反射率的測定方法進行說明。從光源部31放射的光由光源部用反射鏡34反射后入射到積分反射鏡32。所入射的光通過積分反射鏡32被反射，向第一焦點位置的樣品臺37匯聚。被匯聚的光入射到安裝在樣品臺37上的反射體10的空腔部11后，只反射由空腔21所決定的規(guī)定的波長以上的光。
被反射的光再次入射到積分反射鏡32。入射的光在積分反射鏡32向第二焦點反射，之后由檢測用鏡35反射。被反射的光入射到檢測部33。之后，測定所入射的光的波長。
對采用這種結(jié)構(gòu)的FT-IR，測定縱橫比為0.3的反射體10的反射率的結(jié)果進行說明。另外，還測定了只有不設(shè)置空腔部11的這一點不同的樣品(即鎳板)的反射率，作為參考值。
圖4表示具有空腔的反射體10(材質(zhì)Ni)的反射率的測定結(jié)果。橫軸表示波長(μm)，縱軸表示反射率(％)。
由圖4可知，對于波長比大約16μm短的放射，反射體10的反射率比參考對象的反射率低。因此，可知對于這種波長區(qū)域的放射，通過設(shè)置空腔來降低反射率。
另一方面，如果波長為大約16μm以上，則反射體10的反射率比參考對象的反射率高。尤其，隨著波長從大約16μm開始緩緩變大，反射體10的反射率增加，例如如果波長為大約24μm以上，則反射體10的反射率為99％以上(大致100％)。
根據(jù)以上的結(jié)果，可知如果波長為大約16μm以上，則具有縱橫比為0.3的空腔的反射體10的反射率，比沒有設(shè)置空腔的參考對象的反射率高。可知尤其放射的波長超過大約16μm越長，反射體10的反射率越接近于100％，在波長處于大約24μm以上時，反射體10的反射率處于大約100％。
另外，由于試驗中采用的空腔21的直徑微細為4μm，因此認為上述的結(jié)果實際上不是由于空腔21及其縱橫比而引起的，而是由于反射體10的表面粗糙度和參考對象的表面粗糙度之差變大而引起的。在此，采用原子間力顯微鏡(AFMAtomic Force Microscope)測定參考對象的表面粗糙度和反射體10的空腔21以外的部分(圖2(a)的空腔21間的表面部分)的表面粗糙度。其結(jié)果，兩種試料的粗糙度的差值為空腔的直徑的1/10程度(約0.4μm)，可知該差值不會對FT-IR的測定結(jié)果帶來影響。因此，明確了圖4中的縱橫比為0.3的反射體10的有利效果由空腔21的結(jié)構(gòu)引起的。
接下來，參照圖5，對具備圖1(b)的空腔部14的反射體的試驗結(jié)果進行說明。圖5(a)為圖1(b)的空腔部14的放大圖。圖5(b)為圖5(a)的A-A線剖面圖。
空腔部14中大致周期地排列有具有大致圓柱形狀的空腔22的陣列?？涨?2為圓柱形狀，其直徑為0.3μm。對鄰接的其他空腔之間的配置關(guān)系進行說明時，按照旋轉(zhuǎn)中心軸的間隔為0.6μm那樣進行配置?？涨坏纳疃葹?.1μm。因此，空腔22的縱橫比(空腔的深度/空腔的直徑)為大約0.33。各空腔22的制作方法參照圖2(a)以及(b)說明如下。另外，還測定了沒有空腔部14的樣品即鎢板的反射率來作為參考值。
圖6為表示由鎢構(gòu)成的反射體13的反射率的測定結(jié)果的曲線圖。曲線圖的橫軸為波長(μm)，縱軸為反射率(％)。反射率的測定波長范圍為0.4μm～3μm。
根據(jù)圖6，在可視區(qū)域中，參考對象的反射率比反射體13的反射率高，但隨著波長變長，兩者的反射率差變小，對于波長為大致2.3μm的放射，兩者的反射率差大致為0。并且，如果波長為2.3μm以上，則反射體13的反射率比參考對象的反射率高。例如波長為2.5μm中，相對于參考對象的反射率為88％，反射體13的反射率為92％。
根據(jù)上述的測定結(jié)果，與沒有空腔的樣品相比，排列有空腔22的樣品一方的反射率在紅外區(qū)域高4％。換句話說，排列有空腔22的樣品一方能夠較多地反射來自熱源的2.3μm以上的波長區(qū)域的熱輻射。另外，可確認本樣品的兩種試料的表面粗糙度與空腔22相比足夠小。
圖7表示空腔21以及22的縱橫比和紅外線的反射率的提高比之間的關(guān)系。橫軸表示縱橫比，縱軸表示反射率的提高比。所謂“反射率的提高比”為波長17μm中參考對象的反射率除以相同波長中的反射體的反射率后的值。在反射率的提高比超過1時，表示反射體的反射率大于參考對象的反射率。在圖7中的曲線圖中，“○”的數(shù)據(jù)點表示具有空腔21的反射體10相關(guān)的測定結(jié)果，“●”的數(shù)據(jù)點表示具有空腔22的反射體13相關(guān)的測定結(jié)果。
根據(jù)圖7的曲線圖可知，在縱橫比為0.17以上0.7以下的范圍(b)內(nèi)中，反射率的提高比超過1。另一方面，在縱橫比在從0到0.17的范圍(a)以及縱橫比大于0.70的范圍(c)內(nèi)，反射率的提高比在1以下。因此，如果不在上述的范圍(b)內(nèi)設(shè)定空腔的縱橫比，則紅外區(qū)域的反射率不比參考對象的反射率高，不需要設(shè)置空腔。
根據(jù)圖7的曲線圖，如果將縱橫比設(shè)定在0.3以上0.4以下的范圍內(nèi)，則反射率的提高比的最大值大致為1.02以上。因此，更優(yōu)先縱橫比設(shè)定在0.3以上0.4以下的范圍內(nèi)。
(表皮長所引起的空腔的間隔相關(guān)的結(jié)果)在圖1(a)以及(b)中所示的反射體10以及13中，通過空腔結(jié)構(gòu)使紅外線反射，因此優(yōu)選將空腔之間的間隔設(shè)定地密集。即優(yōu)選通過相當于反射體10以及13的各反射面的部分形成較多的空腔?？芍芊衩芗貥?gòu)成空腔依賴于形成空腔的反射面的材質(zhì)，即依賴于反射面的表皮長(例如參照日本國特開平30102701號公報)。
表皮長的長度對導(dǎo)電率的大小有影響。導(dǎo)電率大的材料，表皮長度短。首先，對調(diào)查構(gòu)成反射體10的每種材料的表皮長度的結(jié)果進行說明。對象為以下所示的三種材料(1)硼濃度為1015cm-3的P型硅基板(以下將該樣品稱作“硅”)。
(2)硼濃度為1020cm-3的P型硅基板(以下將該樣品稱作“摻雜硅”)。
(3)鎢。
在各個樣品中，排列有多個圓柱形狀的空腔。另外，空腔的直徑為250nm，鄰接的空腔的旋轉(zhuǎn)中心軸間的間隔為500nm，空腔的深度為100nm(縱橫比為0.4)。這些樣品通過化學蝕刻來制作。此外，采用能由可視光的波長附近的波長測定的反射率測定裝置(多色儀大塚電子制/MCP7000)來測定反射率。
可知隨著波長緩緩增大而依次測定反射率的結(jié)果為、鎢樣品的反射率從波長700nm附近開始增大，但不能確定硅和摻雜硅的反射率提高。其結(jié)果能夠由表皮長的觀點說明。
圖8為表示三種樣品的表皮長對波長的仿真結(jié)果的曲線圖。曲線圖的橫軸為波長(nm)，縱軸為表皮長(nm)。設(shè)材料復(fù)數(shù)相對介電常數(shù)中復(fù)數(shù)相對介電常數(shù)的虛部為κ，波長為λ(nm)，表皮長δ(nm)由下述式1來計算。
δ＝λ/4πκ(式1)本樣品的空腔之間的間隔最小的位置為250nm。因此，在表皮長比250nm大的波長的放射(還包括紫外線、可視光、紅外線)入射到反射體的情況下，空腔對該放射進行反射的能力明顯降低。即在具有空腔結(jié)構(gòu)的樣品中，在硅的情況下，對波長約500nm以上的放射進行反射的能力明顯下降，此外為摻雜硅時，對波長約630nm以上的放射進行反射的能量明顯降低。
根據(jù)以上的結(jié)果可知，空腔之間的間隔需要比由想要反射的放射的波長和反射體的表皮長決定的長度大。
還有，表皮長的κ也受材料的導(dǎo)電率的影響。即具有導(dǎo)電率變大，表皮長度變短的趨勢。例如硅的導(dǎo)電率為10(Ω·m)-1、摻雜硅的導(dǎo)電率為105(Ω·m)-1、鎢的導(dǎo)電率為2.0×107(Ω·m)-1。該導(dǎo)電率和表皮長度之間的關(guān)系根據(jù)圖8可概略地確定。此外，鎳的導(dǎo)電率為1.3×107(Ω·m)-1，在圖8的摻雜硅和鎢的曲線之間附近存在鎳的表皮長曲線。
因此，通過將表皮長度短的材料即導(dǎo)電率大的材料用作反射體10以及反射體13的材料，能夠使空腔之間的間隔變短，能夠增大空腔部中的空腔所占面積(開口率)。
優(yōu)選構(gòu)成反射體10以及13的材料為金屬。這是因為金屬導(dǎo)電率高，表皮層短，從而能夠提高開口率的緣故。另外，如果對與表皮長度相比足夠長的波長的放射進行反射，則選擇與該波長相符的材質(zhì)的材料即可。例如也可選擇摻雜硅等的半導(dǎo)體等。
此外，能夠按照反射體的用途來變更材料。例如通過采用熔點為3000K以上的鎢來形成反射體，能夠得到在高溫氣氛下也可使用的反射體。如果為沒有設(shè)定這種在高溫下利用的用途的反射體，則也可采用包含鎳的鋼等來形成反射體。按照材料的價格可適當選擇。
另外，將空腔部劃分為多個區(qū)域，也可對每個區(qū)域改變空腔的密度。由此，能夠按照空腔部(或反射體)上的位置，付與不同的反射特性。空腔的內(nèi)徑以及深度由掩模的設(shè)定而可賦予任意的大小。
(縱橫比率對反射率產(chǎn)生影響的原因)空腔的縱橫比率對反射率帶來較大影響的原因如下所述。
首先，由于空腔所引起的截止(cutoff)現(xiàn)象，在波長比截止(cutoff)波長長的區(qū)域中，限制光波進入到空腔內(nèi)。因此，感應(yīng)電流流動的實際體積V減少，產(chǎn)生損耗量減少的效果。接下來，電場E(感應(yīng)電流)向空腔周邊的邊緣部分集中而代替了感應(yīng)電流流動的實際體積V減少，產(chǎn)生損耗增加的效果。
上述相反的兩個效果中，由于損耗量與電場E的二次方成比例，與實際體積V的減少所產(chǎn)生的損耗量減少相比，更容易受到電場E的集中所引起的損耗量增加的影響。由此可知，縱橫比越大，效果越顯著。
圖9(a)以及(b)表示在形成縱橫比不同的空腔的兩個反射面上垂直地入射波長17.0μm的光時所產(chǎn)生的電場的仿真結(jié)果。圖9(a)為縱橫比為0.30的例子，圖9(b)為縱橫比為1.00的例子。圖9(a)以及(b)所示的三角標記表示所產(chǎn)生的電場，三角標記的大小表示電場的大小，銳角的頂點方向表示電場方向。
根據(jù)上述的仿真結(jié)果，可知在縱橫比為0.30的例子(圖9(a))中，即使長波比截止波長長(17μm)的光的光波的一部分進入空腔的底面，也能產(chǎn)生電場。因此，感應(yīng)電流向空腔周邊的邊緣部集中減少。
另一方面，在縱橫比為1.00的例子(圖9(b))中，由于截止效果在空腔內(nèi)不形成電場。反之電場在空腔周邊的邊緣部集中并在增加。
圖10為表示空腔的縱橫比和吸收率比(有空腔的吸收率/沒有空腔的吸收率)之間的關(guān)系的仿真結(jié)果。在縱橫比從0到1.00的范圍中，縱橫比越大，吸收率越大。可知即縱橫比大則反射率小。其理由在于，隨著縱橫比變大，感應(yīng)電流難以向空腔底面流動，反之感應(yīng)電流向空腔周邊的邊緣部集中，從而損耗增加的緣故。
該仿真結(jié)果表示，縱橫比為1.00以上時，即使縱橫比變大，也不能提高反射率。該傾向是與“作為波導(dǎo)管，空腔深度D越深，截止效果越大”的見解、即縱橫比越大、具有紅外反射效果(紅外放射抑制效果)的現(xiàn)有的一般的見解不同的新的見解。
(總結(jié))由上述為止的試驗結(jié)果以及仿真結(jié)果可以驗證，通過將空腔的縱橫比設(shè)定在0.17以上0.70以下的范圍內(nèi)，可以提高紅外反射效果。
此外，反射板優(yōu)選由金屬形成。具體地來說，優(yōu)選空腔的側(cè)面以及底面由金屬覆蓋。其理由在于，如果由金屬形成空腔的側(cè)面以及底面，則在反射板接收放射(電磁波)時，電流流過空腔的底面部分，其結(jié)果能夠增大上述的反射率提高效果。另外，從空腔的底面到反射板的背面的距離也可為反射板材料的表皮長程度或其以上。
另一方面，在空腔從反射板的表面到背面物理地貫通形成的情況下，或反射板由對于紅外線透明的材料(無機玻璃等)形成的情況下，沒有反射功能。這是因為由于在空腔的底部沒有流過電流，因此不能提高反射率的緣故。
以下，參照圖11～圖13對本發(fā)明的反射體的實施方式進行說明。
(實施方式1)圖11示意地表示本實施方式的加熱器70的結(jié)構(gòu)。加熱器70具備電熱絲71和反射板72。
電熱絲71為熱源。反射板72，為了對來自電熱絲71的紅外線進行反射并取出到加熱器70的外部而設(shè)置的，例如為鋼制。
在反射板72的表面形成有空腔73。該空腔73具有圖1(a)以及圖2(a)、(b)所示的空腔部11的空腔21。
加熱器70主要以加熱人體為目的。因此優(yōu)選空腔73的直徑為大約3μm左右。這是因為人體的皮膚具有吸收6μm以上的波長的放射的性質(zhì)的緣故?？涨?3的深度按照所需的空腔73的縱橫比被決定。如上所述，優(yōu)選將空腔73的縱橫比設(shè)定在從0.17到0.7的范圍內(nèi)。因此，空腔73的深度由期望的縱橫比和空腔73的直徑之積得到。
加熱器70的反射板上排列有多個具有上述范圍內(nèi)的縱橫比的空腔，由此能提高紅外線的反射率，能夠提高用于取暖人體的紅外線朝向人體反射的效率。
另外，在此對由電熱絲71構(gòu)成的加熱器的反射板72進行了說明，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。例如也可用于石油爐或煤氣爐的紅外線的反射板、鹵素加熱器的紅外線的反射板等中。此外，也可以用于作為不是用于溫暖人體的爐子等、而是加熱物體的加熱裝置的反射鏡。例如，也可用作在對燈進行密封時，配置在用于對燈的密封部分進行加熱的加熱源的周圍的反射鏡。
(實施方式2)圖12表示本實施方式的反射片80的概略的結(jié)構(gòu)。反射片80具有柔性，可彎曲。在圖12中，表示卷繞為輥狀的反射片80。
反射片80層疊有反射層82和樹脂層83而構(gòu)成。反射層82構(gòu)成反射片80的表面，例如由鋁箔來構(gòu)成。反射層82的表面(反射面)形成有多個空腔81。空腔81的縱橫比被設(shè)定為0.7以下。優(yōu)選縱橫比的下限為0.17。另外，箔的厚度也可為比所使用的箔材料的表皮長度大，并且在使用時可彎曲的厚度。例如1μm～500μm的厚度是較實用的。
樹脂層83形成在反射層82的背面，構(gòu)成反射片8的背面。樹脂層83的樹脂例如為氨基甲酸乙酯等。樹脂層83至少有兩個作用。第一，作為將反射片80固定在規(guī)定的位置的粘接材料的作用。第二，作為用于保護反射層82上的空腔81的保護材料的作用。
在本實施方式中，由于空腔81的縱橫比相對較小，因此反射層82能夠通過按壓加工容易地形成。如果通過按壓加工形成空腔81，則與空腔81的形成對應(yīng)地按壓的部分在反射層82的背面突出。在該狀態(tài)下，如果向墻壁等按壓反射片80并粘貼，則反射層82的背面的該突出部分被向恢復(fù)原樣的方向按壓，會有空腔81沒有洼下的情況。在此，通過設(shè)置樹脂層83，樹脂層83作為墻壁和反射層82的緩沖墊層起作用，能夠抑制空腔81被壓壞。
通過本實施方式的反射片80，與沒有設(shè)置空腔81的反射片相比，能夠提高期望的波長區(qū)域中的紅外線反射率。此外，由于在反射片80的背面設(shè)置有樹脂部，因此在將反射片80粘貼到其他部件時，空腔部81不會被破壞。還有，由于通過對金屬片進行按壓加工而形成縱橫比較小的空腔部81是較容易的，因此反射片80的制造非常簡易，并且適于大量生產(chǎn)。
另外，本實施方式的反射片80，在反射層82的背面?zhèn)仍O(shè)置有具有粘接性的樹脂層83，但本發(fā)明的實施方式，并不限于具有這種結(jié)構(gòu)。例如也可將反射片80用作隔簾材料。如果在接收太陽光一側(cè)的表面將具備空腔的反射片80用作隔簾的至少一部分，則能夠有效地反射來自太陽光的紅外線，能夠抑制房屋內(nèi)的室溫上升。
也可將反射片80粘貼在車身上使用。通過將該反射片粘貼在車身上，能夠以高的反射率對照射到車子的紅外線進行反射，因此能夠有效地抑制車內(nèi)溫度的上升。也可對車身的表面自身進行沖壓加工，來代替將反射片80粘貼到車身，由此也可在車身表面形成空腔的排列，或者也可對通過按壓加工形成空腔的金屬片進行加工來作為車身。
由此，反射片80不一定包括樹脂層83。反射片80也可只由反射層82構(gòu)成，也可與其他材料構(gòu)成的部件進行組合。
另外，在反射層82上形成空腔81之前，為了防止空腔81被破壞而預(yù)先設(shè)置樹脂層，之后也可取下樹脂層。這種使用方法在不需要向墻壁等按壓反射層82的用途中是有效的。
在上述任一個例子中，能夠由對紅外線透明的無機玻璃或樹脂覆蓋設(shè)置有反射片或金屬片的空腔一側(cè)的面。通過進行覆蓋，能夠降低加工后的反射片的劣化和空腔的破壞，能夠持續(xù)紅外線的反射效果。
(實施方式3)以下，對與實施方式1以及2中的反射體相比以更高溫度曝曬的反射體的實施方式進行說明。
以往的電爐，例如日本國特開平8-14764號公報中公開的電爐，在按照圍繞發(fā)熱體的方式配置的透明玻璃的表面上蒸鍍金等的金屬。該蒸鍍金屬的層對發(fā)熱體反射紅外線的熱輻射，使對象物過熱。
但是，金的熔點為1064℃，難以實現(xiàn)經(jīng)受1000℃以上高溫的加熱爐。此外，金材料自身也比較昂貴，所制作的加熱爐也比較昂貴。還有，該文獻中所公開的其他電爐，按照由鋁等的金屬壁圍繞熱源的方式配置并將紅外線的熱輻射向熱源反射，來對對象物進行保溫。但是，在將鋁作為金屬壁時，其熔點為660℃，仍然不能使用于1000℃以上的高溫的加熱爐中。
圖13表示本實施方式的加熱爐90的結(jié)構(gòu)。加熱爐90具備熱源92、反射板93、絕熱材料94和排氣泵95。加熱爐90例如用于對燈進行密封。
容器91為了置入被加熱物而設(shè)置。熱源92為用于供給熱量的電熱絲等，按照包圍容器91的方式配置。
反射板93為了對來自熱源92的紅外線進行反射并對容器91的被加熱物進行加熱而設(shè)置，例如由鎢形成。鎢比金便宜，并且比金和鋁的熔點高，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更容易利用并能耐高溫的反射板93。
反射板93的表面(反射面)上形成有多個空腔。反射板93的該反射面與熱源12對置配置，并朝向容器反射來自熱源的紅外線。
反射板93需要至少反射紅外線，因此反射板93上的空腔的直徑至少比要反射的紅外線的波長的1/2小，并且需要使縱橫比處于0.17以上0.7以下的范圍。例如，優(yōu)選具有圖1(b)以及圖5(a)、(b)所示的空腔部14的空腔22。
為了不通過熱傳遞將來自熱源12的熱量放出到外部氣體中，而將絕熱材料94設(shè)置在反射板13的與熱源12相反側(cè)的一面。
排氣泵95與加熱爐90的蓋部連接，對容器11內(nèi)進行減壓。
利用具有多個空腔的反射板93來構(gòu)成加熱爐90，由此可提高紅外區(qū)域的反射率。因此，能夠高速地進行加熱直到所設(shè)定溫度，并且能夠高效地維持其溫度。還有，由于反射板93由比金便宜的鎢形成，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更便宜且高效的加熱爐。
也可利用以下所說明的反射體來代替上述各實施方式中的反射板(反射體)。
即為了使用反射板作為反射體并持續(xù)發(fā)揮其效果，在所使用的氣氛中需要持續(xù)保持反射體的空腔的形狀。
本申請的發(fā)明者們，在由形成有各個大小為數(shù)μm以下的空腔的鎢制造反射體的情況下，與鎢的熔點為3000K以上無關(guān)，以1200K左右的溫度短時間破壞空腔的現(xiàn)象進行觀測。例如在對燈進行密封的加熱爐(加熱裝置)中，反射板的溫度有超過1200K的可能性。為了增加紅外區(qū)域的反射，而將空腔的陣列的結(jié)構(gòu)(大小)微細化為微米等級的結(jié)果為表面結(jié)構(gòu)消失時，不能將這種反射體應(yīng)用于以高溫動作的裝置中。
在此，本申請發(fā)明者們進行了各種試驗，對形成包括鎢以及碳的鎢化合物層時，提高空腔的陣列的熱的穩(wěn)定性，即使為高溫、表面的微細結(jié)構(gòu)也不會破壞而被保持這一點進行了確認。
因此，在高溫氣氛下使用的反射體中，只要在鎢層設(shè)置有WC或W2C的鎢化合物層，在該鎢化合物層上設(shè)置有空腔即可。由此，能夠抑制空腔的短時間崩潰。這種反射體尤其適于用作實施方式3所示的加熱爐的反射材料。
另外，可通過對樣品的表面進行等離子滲碳(浸炭)處理而得到鎢化合物層，該樣品在由鎢形成的反射體的表面形成有空腔。所謂滲碳處理是指對金屬等的表面進行炭化的處理，公開了各種方法。下面對等離子滲碳處理的具體步驟進行說明，首先將爐體/絕熱材料作為陽極，將被處理物作為陰極，在包括甲烷或丙烷等的碳氫化合物系氣體的惰性氣體氣氛中向兩極間施加高壓的直流電壓，產(chǎn)生輝光放電。通過由輝光放電產(chǎn)生的等離子中的各種電化學作用，碳氫化合物系氣體等的離子對被處理物表面進行作用，進行滲碳。優(yōu)選滲碳處理溫度為500～2000℃(例如1100℃)，優(yōu)選將滲碳處理時間設(shè)定為4～48小時(例如8小時)。
通過對滲碳處理的條件進行調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ纬傻逆u化合物層16的厚度進行控制。為了提高熱的穩(wěn)定性，認為鎢化合物層16的厚度大致在數(shù)十nm左右以上就足夠了。
另外，鎢化合物層的形成方法并不限于滲碳處理。也可通過例如碳的離子注入或固相擴散向鎢中導(dǎo)入碳等的化合物構(gòu)成元素，從而形成鎢化合物層。
從高效地反射紅外線的觀點來看，本發(fā)明的反射體中的空腔的內(nèi)徑被設(shè)定為0.39μm以上的范圍內(nèi)是實用的。此外，為了反射可視光，0.19μm以上的空腔內(nèi)徑是實用的。但是，如參照圖4所說明的那樣，由于反射率在截止波長急劇地增加、但并不急劇地接近100％，因此優(yōu)選選擇比要反射的波長的1/2波長小的內(nèi)徑。即空腔的內(nèi)徑按照期望的波長、期望的反射率被決定?？涨坏男螤畈⒉幌抻趫A柱，與反射面的法線方向垂直的剖面的形狀也可為矩形、多角形或橢圓形。
在反射面中，優(yōu)選沒有形成空腔的區(qū)域平坦，但也可存在與空腔的深度相比足夠小的凹凸。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的反射體，能夠提高紅外線的反射率，因此尤其可用于例如能夠高效地設(shè)定溫度的加熱裝置、加熱器、需要反射片等的裝置等中。
權(quán)利要求
1.一種反射體，對紅外線進行反射，具備設(shè)置有多個空腔的反射面，各空腔的縱橫比被設(shè)定在0.17以上0.7以下的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射體，其特征在于，上述空腔具有圓柱形狀，上述空腔的縱橫比為上述空腔的深度除以空腔的直徑后的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射體，其特征在于，上述空腔的側(cè)面和底面由金屬形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射體，其特征在于，上述反射體至少反射面由金屬形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的反射體，其特征在于，上述金屬為鎢或鎳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射體，其特征在于，上述反射體為柔性的片狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射體，其特征在于，在形成上述反射面的層的背面設(shè)置有樹脂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射體，其特征在于，上述空腔的縱橫比為0.3以上0.4以下。
9.一種加熱爐，具備容器、包圍上述容器的熱源和權(quán)利要求1中所述的反射體，上述反射體的反射面與上述熱源對置配置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱爐，其特征在于，上述反射面將從上述熱源放射出的紅外線反射向上述容器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱爐，其特征在于，還具備與上述容器連接的排氣泵。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱爐，其特征在于，上述反射體的反射面由包括鎢和碳的層形成。
全文摘要
一種反射體，為了對來自電熱絲(71)的紅外線進行反射并取出到加熱器(70)的外部而設(shè)置反射板(72)，例如為鋼制。在反射板(72)的表面形成有空腔(73)。由于該空腔(73)的縱橫比被設(shè)定在0.17以上0.7以下的范圍內(nèi)，因此與沒有設(shè)置空腔的反射體相比，能夠提高紅外線的反射率。
文檔編號F27D7/00GK101052898SQ20068000111
公開日2007年10月10日 申請日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者坂上美香, 木本光彥, 大久保和明, 金子由利子 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社